JP2007152541A - ティーチングペンダント - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットやティーチングペンダントを目視することなく、人間がロボットの動作状況を知覚できること。
【解決手段】ティーチングペンダント３００に、アクチュエータ（サーボモータ１０７）を備え、ロボットの制御情報１０４に基づいた情報を、サーボ指令入力部３０１で選択等をおこなったうえで、サーボ制御部１１０に情報を送出し、これをもとにサーボ制御部１１０がアクチュエータを回転させる。これにより、人間がダイヤル１０８の触覚によりロボットの動作状況を知覚することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、産業用ロボットの制御装置に接続され、操作者の手元で種々の操作をおこなうことができるティーチングペンダントに関する。

従来のティーチングペンダントは、産業用ロボット（以下、単に「ロボット」という）や工作機械などのマニピュレータの制御情報をティーチングペンダントの表示部に表示している。（例えば、特許文献１の図５参照）。さらに、ロボットを操作するために、ティーチングペンダントにダイヤルが取り付けられているものもある（例えば、特許文献１の図１参照）。

図８は、ダイヤル付きのティーチングペンダントを示す図である。ティーチングペンダント８０１には、表示装置８０２および位置教示用のデータ等を入力するためのキー８０３、ダイヤル８０４、軸切り替えキー８０５が設けられている。そして、軸切り替えキー８０５と、ダイヤル８０４の回転方向と回転量とに基づきロボットを操作する。
このように、従来のティーチングペンダントは、キー入力やダイヤル入力によりロボットを操作し、表示装置でロボットの動作状況を確認するのである。
特開２００２−２９２５８３号公報（第２−３頁、図１、図５）

従来、ロボットで発生する速度変動すなわち加速度は、ロボット本体の振動として人間が知覚することも可能である。実際、工作機械などの動作確認では熟練者が工作機械に触れて振動を知覚し、経験から問題のある動作を識別することもある。しかし、産業用ロボットの場合、安全のためロボットの稼動範囲内には人間が近づけなくなっており、実際に触れて振動を知覚することはできないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、産業用ロボットの制御装置に接続されたティーチングペンダントにアクチュエータを備えることにより、人間がロボットの動作状況を触覚で知覚し得るものを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ロボットや工作機械などのマニピュレータの位置教示用データ等を入力するためのキー入力部と、該キー入力部の操作情報を作成する入力制御部と、前記操作情報と前記ロボットからフィードバックされる複数の制御情報とを表示する表示装置と、を備えるティーチングペンダントであって、前記ティーチングペンダントに設けられるダイヤルと、前記ダイヤルを回転可能に支持するサーボモータと、前記サーボモータに指令を送出するサーボ制御部と、前記制御情報が入力され、前記サーボ制御部に前記制御情報に基づいた再生情報を与えるサーボ指令入力部と、を備えたティーチングペンダントとするものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報のうちの１つを選択する制御情報選択信号を作成するとともに、該制御情報選択信号を、前記サーボ指令入力部に送出する請求項１記載のティーチングペンダントとするものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報に乗算される制御倍率信号を作成するとともに、該制御倍率信号を、前記サーボ指令入力部に送出する請求項１記載のティーチングペンダントとするものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記サーボ指令入力部が、前記複数の制御情報を所定の時間保存するバッファ部を備えるとともに、前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報を保存する時間倍率の信号を作成するとともに、該時間倍率の信号を、前記サーボ指令入力部に送出する請求項１記載のティーチングペンダントとするものである。

また、請求項５に記載の発明は、前記サーボ制御部は、前記ティーチングペンダントの操作者が前記ダイヤルを回したときに発生する前記サーボモータのトルク値を前記入力制御部に送出し、前記入力制御部は、前記トルク値に応じて前記マニピュレータの動作速度を変更する前記操作情報を前記マニピュレータの制御装置に送出することを特徴とする請求項１記載のティーチングペンダントとするものである。

また、請求項６に記載の発明は、前記入力制御部は、前記トルク値が、予め与えられたトルク上限値以上となったとき、前記マニピュレータの動作を停止させる前記操作情報を送出することを特徴とする請求項５記載のティーチングペンダントとするものである。

請求項１に記載の発明によると、速度や加速度といったロボットの制御情報をティーチングペンダントに取り付けられたアクチュエータで再生できるので、人間がロボットの動作状況を目視することなく触覚で知覚できる。

また、請求項２に記載の発明によると、確認したいロボットの動作に応じて、ティーチングペンダントを使って制御情報を切り替えることができる。

また、請求項３に記載の発明によると、加速度といった制御情報の数値を増減させてアクチュエータで再生できるので、人間が知覚しにくいような極めて小さな加速度なども人間が知覚しやすいように増幅させることができる。

また、請求項４に記載の発明によると、制御情報をそのサンプリング周期よりも長い時間にわたってアクチュエータで再生できるので、人間が知覚しにくいようなきわめて短時間に発生した加速度などの制御情報を人間が知覚しやすくできる。

また、請求項５および６に記載の発明によると、ロボットの制御情報が再生されるダイヤルを、入力手段としても用いることによりロボットの動作速度を変更できるので、動作速度を変更するための別のキー入力が不要となるため、操作が簡便になり、操作性が向上する。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施例におけるアクチュエータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図である。図１を用いて本発明の第１実施例を説明する。

ティーチングペンダント１００は、ティーチングペンダントのキー入力部１０１と、キー入力部１０１からの信号を処理し、制御装置への指令を作成する入力制御部１０２と、ティーチングペンダント１００の表示装置１０３と、ロボットの制御情報１０４などを表示装置１０３へ表示するためのデータへ変換する表示制御部１０５と、入力制御部１０２からの操作情報１１２や表示制御部１０５への制御情報１０４を、制御装置と受け渡しする通信部１０６と、サーボモータ１０７と、サーボモータ１０７の回転軸に接続されるダイヤル１０８と、サーボモータ１０７の角度を検出するエンコーダ１０９と、サーボモータ１０７を制御するサーボ制御部１１０と、サーボ制御部１１０へのデータを入力するサーボ指令入力部１１１、とから構成される。

なお、本実施例においてはアクチュエータとしてサーボモータ１０７を使用しているが、これに限定されるわけではないことはいうまでもない。以下の実施例においても同様である。

ここで、制御情報１０４をサーボモータ１０７で再生する例として、ロボットのある関節θ１の加速度データを考えてみる。サーボ指令入力部１１１は、通信部１０６から産業用ロボットの関節θ１の加速度データを入力する。加速度データは例えば図２のようになる。サーボ指令入力部１１１は、この加速度データの加速度値Ａ（t）からサーボモータ
１０７の回転角θＡ（t）を以下のように計算する。
θＡ（t） ＝ Ａ（t）
サーボ指令入力部１１０は、このθＡ（t）をサーボ制御部１１０へ出力し、サーボ制
御部１１０はサーボモータ１０９の回転角がθＡ（t）になるように位置制御する。

ここで、産業用ロボットのある関節θ１の加速度データを例にしたが、これ以外にも任意の関節の位置指令、速度指令、トルク指令、位置フィードバック、速度フィードバック、トルクフィードバック、あるいはアームの制御点の速度、加速度といった制御装置内部の制御情報を使用することが出来るのはいうまでもない。この点は以下の議論すべてに適用される。
また、サーボ制御部１１０は位置制御以外にも、速度制御、トルク制御によって制御情報を再生することができるのはいうまでもない。この点は以下の議論すべてに適用される。

このように産業用ロボットのある関節の加速度データがティーチングペンダント１００のサーボモータ１０７にとりつけられたダイヤル１０８で再生されるため、人間がロボットの加速度を触覚として知覚することが可能となる。

図３は、本発明の第２実施例におけるアクチュエータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図である。図３を用いて本発明の第２実施例を説明する。図３が、図１と違うところは、サーボ指令入力部３０１が入力制御部１０２から制御情報選択信号３０２を入力される点だけである。サーボ指令入力部３０１は制御情報選択信号３０２に応じて制御情報１０４を切り替えて入力し、第１実施例と同様にサーボ制御部１１０へ出力する。

このようにティーチングペンダントを使ってサーボ指令入力部が入力する制御情報を切り替えることができるので、速度や加速度といったロボットの種々の制御情報を必要に応じて切り替えて、触覚で知覚することが可能となる。

図４は、本発明の第３実施例におけるアクチュエータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図である。図４を用いて本発明の第３実施例を説明する。図４が、図１と違うところは、サーボ指令入力部３０１が入力制御部１０２から制御倍率４０２を入力される点だけである。サーボ指令入力部４０１は制御倍率４０２に応じて制御情報１０４を加工して、第１実施例と同様にサーボ制御部１１０へ出力する。

例えば第１実施例で考えた加速度データは図５のように加工される。サーボ指令入力部４０１は、この加速度データの加速度値Ａ（t）と制御倍率Ｃとからサーボモータ１０７
の回転角θＡ（t）を以下のように計算する。
θＡ（t） ＝ Ａ（t） ＊ Ｃ

サーボ指令入力部４０１は、この回転角θＡ（t）をサーボ制御部１１０へ出力し、サ
ーボ制御部１１０はサーボモータ１０７の回転角がθＡ（t）になるように位置制御する
。

このように加速度といった制御情報の数値を増減させてサーボモータで再生できるので、そのままの値では人間が知覚しにくいほど大きなあるいは小さな値を、知覚しやすいように調整させることが可能となる。

図６は、本発明の第４実施例におけるアクチュエータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図である。図６を用いて本発明の第４実施例を説明する。図６が、図１と違うところは、サーボ指令入力部６０１が入力制御部１０２から時間倍率６０２を入力する点と、サーボ指令入力部６０１がバッファ６０３を備えている点だけである。サーボ指令入力部６０１は時間倍率６０２に応じて制御情報１０４を加工して、第１実施例と同様にサーボ制御部１１０へ出力する。

例えば第１実施例で考えた加速度データは図７のように加工される。サーボ指令入力部６０１は、この加速度データの加速度値Ａ（t）と時間倍率６０２ α（α＞０）とから
サーボモータ１０７の回転角θＡ（t）を以下のように計算する。
θＡ（t） ＝ Ａ（αt）

サーボ指令入力部６０１は、この回転角θＡ（t）をサーボ制御部１１０へ出力し、サ
ーボ制御部１１０はサーボモータ１０７の回転角がθＡ（t）になるように位置制御する
。

特に時間倍率６０２ α（α＞１）の場合は、時間ｔにわたる制御情報１０４の入力を、時間αｔにわたってサーボ制御部１１０へ出力するため、制御情報１０４をバッファ６０３で一時保存する。

このように加速度といった制御情報をそのサンプリング周期よりも長い時間にわたってサーボモータで再生できるので、きわめて短時間に発生した加速度などの制御情報を人間が知覚しやすくできる。

図９は、本発明の第５実施例におけるティーチングペンダントの構成を示すブロック図である。図９を用いて本発明の第５実施例を説明する。図９が、図１と違うところは、入力制御部９０２がサーボ制御部１１０よりトルク値９０１を入力する点だけである。サーボ指令入力部１１１はトルク値９０１に応じて操作情報１１２を作成して、通信部１０６を介してロボットの制御装置へ出力する。
例えば、サーボ制御部１１０が時刻ｔにおける制御情報１０４に含まれる速度データの値Ｖ（t）をサーボモータ１０７の回転角θ（t）として位置制御する場合を考える。今回は特に、以下のように、速度データＶ（ｔ）の絶対値をサーボモータ１０７の回転角θ（t）とする例を取り上げる。
θ（t） ＝ ｜Ｖ（t）｜
このとき、サーボモータ１０７は位置制御されているため、サーボモータ１０７に取り付けられたダイヤル１０８を回転させると、サーボ制御部１１０はサーボモータ１０７に対して回転を打ち消す方向にトルクＴｒｑ（ｔ）を発生させる。ダイヤル１０８の回転と発生するトルクの関係を図示したのが図１０である。例えば、ダイヤル１０８の図９における時計周り方向がθ（t）の正方向と定義した場合、ロボットの動作速度の絶対値｜Ｖ（ｔ）｜に対して、ダイヤル１０８は図のような位置に位置制御されている。このダイヤル１０８を正方向に回転させるとロボットの動作速度を上昇させ、負方向に回転させるとロボットの動作速度を低下させるために、入力制御部９０２は、トルクＴｒｑ（ｔ）をトルク値９０１として入力し、あらかじめ与えられたトルク上限値Ｔｒｑ＿ＭＡＸ（＞０）を使って、オーバライド値ＯＲ（ｔ）（単位：％）を以下のように計算する。
（１）Ｔｒｑ（ｔ）＜Ｔｒｑ＿ＭＡＸなら、
ＯＲ（ｔ）＝（１−Ｔｒｑ（ｔ）／Ｔｒｑ＿ＭＡＸ）＊１００
（２）Ｔｒｑ（ｔ）≧Ｔｒｑ＿ＭＡＸなら、
ＯＲ（ｔ）＝０
そして、入力制御部９０２はオーバライド値ＯＲ（ｔ）を操作情報１１２として通信部１０６へ出力し、ロボットの動作速度を制御する。特に、ダイヤル１０８を負方向にきつく回転させると、トルク値Ｔｒｑ（ｔ）が上昇し、トルク上限値Ｔｒｑ＿ＭＡＸを超えると、オーバライド値が０となり、ロボットの動作を停止させることができる。
このように、ロボットの制御情報が再生されるダイヤルを入力手段としても用いることによりロボットの動作速度を変更できるので、動作速度を変更するための別のキー入力が不要となるため、操作が簡便になり、操作性が向上する。

このように本発明によれば、アクチュエータ付きティーチングペンダントは、産業用ロボット以外にも、各種工作機械などモーション制御される機械のオペレータにもアクチュエータを取り付けることにより、触覚モニタ付きオペレータとして適用できる。

本発明の第１実施例におけるサーボモータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図 本発明の第１実施例における産業用ロボットの関節θ１の加速度を示す図 本発明の第２実施例におけるサーボモータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図 本発明の第３実施例におけるサーボモータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図 本発明の第３実施例におけるサーボモータの回転角を示す図 本発明の第４実施例におけるサーボモータ付きティーチングペンダントの構成を示すブロック図 本発明の第４実施例におけるサーボモータの回転角を示す図 従来のティーチングペンダントを示す図 本発明の第５実施例におけるティーチングペンダントの構成を示すブロック図 本発明の第５実施例におけるサーボモータの回転と発生するトルクの関係を示す図

符号の説明

１００ ティーチングペンダント
１０１ キー入力部
１０２ 入力制御部
１０３ 表示装置
１０４ 制御情報
１０５ 表示制御部
１０６ 通信部
１０７ サーボモータ
１０８ ダイヤル
１０９ エンコーダ
１１０ サーボ制御部
１１１ サーボ指令入力部
１１２ 操作情報
３００ ティーチングペンダント
３０１ サーボ指令入力部
３０２ 制御情報選択信号
４００ ティーチングペンダント
４０１ サーボ指令入力部
４０２ 制御倍率
６００ ティーチングペンダント
６０１ サーボ指令入力部
６０２ 時間倍率
６０３ バッファ
８０１ ティーチングペンダント
８０２ 表示装置
８０３ 位置教示用のデータ等を入力するためのキー
８０４ ダイヤル
８０５ 軸切り替えキー
９０１ トルク値
９０２ 入力制御部

Claims (6)

1. ロボットや工作機械などのマニピュレータの位置教示用データ等を入力するためのキー入力部と、該キー入力部の操作情報を作成する入力制御部と、前記操作情報と前記ロボットからフィードバックされる複数の制御情報とを表示する表示装置と、を備えるティーチングペンダントであって、
   前記ティーチングペンダントに設けられるダイヤルと、
   前記ダイヤルを回転可能に支持するサーボモータと、
   前記サーボモータに指令を送出するサーボ制御部と、
   前記制御情報が入力され、前記サーボ制御部に前記制御情報に基づいた再生情報を与えるサーボ指令入力部と、を備えたことを特徴とするティーチングペンダント。
2. 前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報のうちの１つを選択する制御情報選択信号を作成するとともに、該制御情報選択信号を、前記サーボ指令入力部に送出することを特徴とする請求項１記載のティーチングペンダント。
3. 前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報に乗算される制御倍率信号を作成するとともに、該制御倍率信号を、前記サーボ指令入力部に送出することを特徴とする請求項１記載のティーチングペンダント。
4. 前記サーボ指令入力部が、前記複数の制御情報を所定の時間保存するバッファ部を備えるとともに、
   前記入力制御部が、前記キー入力部によって入力された情報に基づいて前記複数の制御情報を保存する時間倍率の信号を作成するとともに、該時間倍率の信号を、前記サーボ指令入力部に送出することを特徴とする請求項１記載のティーチングペンダント。
5. 前記サーボ制御部は、前記ティーチングペンダントの操作者が前記ダイヤルを回したときに発生する前記サーボモータのトルク値を前記入力制御部に送出し、
   前記入力制御部は、前記トルク値に応じて前記マニピュレータの動作速度を変更する前記操作情報を前記マニピュレータの制御装置に送出することを特徴とする請求項１記載のティーチングペンダント。
6. 前記入力制御部は、前記トルク値が、予め与えられたトルク上限値以上となったとき、前記マニピュレータの動作を停止させる前記操作情報を送出することを特徴とする請求項５記載のティーチングペンダント。

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