JP2009178820A - 遠隔操作ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 遠隔操作ロボット装置１は、操作者が所持して動かす操作手段２と、操作手段２の位置と姿勢を検出するセンサ３と、このセンサ３による検出結果を基にしてロボットハンド５ａを操作手段２の動きに追従させる制御手段４を備えている。
ロボットハンド５ａには、赤と緑の表示ランプ５Ｇ、５Ｒが設けられており、操作者により操作手段２の制御スイッチ２Ａが押されると緑の表示ランプ５Ｇが点灯される。その後、操作者が操作手段２を速く動かしすぎた場合等のオペレータ異常が生じると赤の表示ランプ５Ｒが点灯される。
【効果】 操作者が操作手段２を動かす際に、オペレータ異常が生じたことを容易に認識できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は遠隔操作ロボット装置に関し、より詳しくは、操作者が操作手段を介して遠隔操作でロボットを作動させるようにした遠隔操作ロボット装置に関する。

従来、操作者が所持して動かす操作手段の移動軌跡に倣ってロボットを遠隔操作で追従作動させるようにしたロボット制御システムが提案されている（例えば特許文献１）。
この特許文献１のロボット制御システムにおいては、操作者が操作手段の制御スイッチを押した状態で移動させると、その移動軌跡がセンサによって検出されるようになっており、該センサによって検出した操作手段の移動軌跡のとおりに制御手段によりロボットを追従作動させるようになっている。
特開２００７−７７８６号公報

ところで、上記特許文献１のロボット制御システムにおいて、操作者が制御スイッチを押している間、操作手段にロボットハンドが追従作動し、操作者が制御スイッチを離すと追従作動しないようになっており、操作手段を操作する場合には、操作者はロボットの追従作動を常時目視で確認しながら操作手段を動かしていたものである。その際、何らかの原因でロボットハンドが追従作動を停止してしまうことがあった。
この原因としては以下の原因（１）〜（４）が考えられる。
（１）ロボットは安全上移動速度や加速度の上限が設定されているので、操作者が操作手段を上限以上の速度や加速度で動かすとロボットは追従作動しない。
（２）センサによる操作手段を検出できる検出範囲には限界があるので、操作手段が検出範囲から外れるとロボットは追従作動しない。また、センサによる検出範囲外で操作手段を動かしてもロボットは追従作動しない。
（３）従来一般的な６軸多関節型のロボットには軸移動範囲の限界があるため、その範囲を超えてロボットは作動できない。
（４）操作者によって制御スイッチが完全に押されていないとロボットは追従作動しない。
なお、従来一般に上記（１）から（３）はオペレータ異常と称されている。
このように操作者が操作手段を動かしたとしても上記（１）〜（４）が原因となってロボットが追従作動しないことがあり、従来では、そのような場合であっても操作者はセンサの反応が悪いものと勘違いして操作手段を何度も繰り返し動かすので、操作者の作業負担が大きいという欠点があった。
そこで、本発明の目的は、ロボットが正常な追従作動中なのか、上記のようなオペレータ異常が発生したのかを操作者が容易に認識することができる遠隔操作ロボット装置を提供するものである。

上述した事情に鑑み、本発明は、ロボットハンドによって所要の処理を行うロボット本体と、操作者に所持されて動かされる操作手段と、上記ロボット本体を視認可能な位置にいる操作者に所持される操作手段の位置と姿勢を検出するセンサと、上記ロボット本体の作動を制御する制御手段とを備えて、上記センサによって検出された上記操作手段の位置と姿勢の変化にロボットハンドが追従するように上記ロボット本体の作動を遠隔制御するようにした遠隔操作ロボット装置において、
操作者が上記操作手段を動かす際に、該操作者による操作手段の操作情報を表示する表示手段を上記ロボット本体又はその近傍に設けたものである。

このような構成によれば、操作者が操作手段を正常状態で動かしているか否かが表示手段により、容易に認識することができるとともに、操作者が操作手段を動かしているときに上記のようなオペレータ異常が発生すると、そのことが表示手段によって表示されるので、操作者はオペレータ異常が生じたことを容易に認識することができる。そのため、上述した従来と比較して操作手段を動かす際の操作者の作業負担を軽減させることができる。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において１は遠隔操作ロボット装置であり、この遠隔操作ロボット装置１は、操作者が所持した操作手段２の位置と姿勢を変化させると、センサ３によってその位置と姿勢の変化が検出されるようになっており、制御手段４は操作手段２の位置と姿勢の変化にロボットハンド５ａの位置と姿勢が追従するようにロボット本体５の作動を制御するようになっている。
遠隔操作ロボット装置１は、基本構成が従来公知のものと同様の６軸型多関節のロボット本体５と、このロボット本体５を遠隔操作で作動させるために操作者が所持して動かす操作手段２と、ＸＹＺで示した基準座標系Ｂにおける操作手段２の位置と姿勢を検出するセンサ３と、このセンサ３が検出した操作手段２の位置と姿勢の変化を基にして上記ロボットハンド５ａを操作手段２の動きに追従するように作動させる制御手段４とを備えている。

ロボット本体５は産業用の６軸型多関節ロボットであり、その先端に物品を把持するためのロボットハンド５ａが設けられている。そして、本実施例においては、ロボットハンド５ａにおける外部の見やすい箇所に、表示手段としての緑の表示ランプ５Ｇと赤の表示ランプ５Ｒが隣接して設けられている。
操作者がセンサ３による検出可能範囲内で操作手段２に設けられた制御スイッチ２Ａを押した状態では制御手段４により緑のランプ５Ｇが点灯されるようになっている。そして、操作手段２がロボットハンド５ａの上限の移動速度以上で動かされたようなオペレータ異常が発生すると、制御手段４により赤の表示ランプ５Ｒが点灯されるようになっている。
これにより、操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを押して操作手段２を動かしている際に、ロボットハンド５ａの動きを目視で確認しながらロボット本体５が正常な作動状態にあるか否かおよびオペレータ異常が発生しているか否かを容易に確認できるようになっている。なお、ロボット本体５の構成は、表示ランプ５Ｇ，５Ｒを設けたこと以外は従来公知の産業用ロボットと同じなので、詳細な説明は省略する。また、上記ロボットハンド５ａとしては、物品を把持するグリッパの他に、塗装用の噴射手段や、溶接用のガン等を装着することができる。

図２は操作手段２を示す図であり、操作手段２は操作者によって把持可能な略直方体のケース１１と、当該ケース１１の頂部に設けられた制御スイッチ２Ａとから構成され、この制御スイッチ２Ａは操作者に押されている間だけ、制御手段４に信号を送信するようになっている。
次に、上記センサ３は、図１に示すように操作手段２を所持する操作者の隣接位置に設置される原点部１２と、図２に示すように上記操作手段２のケース１１内に設けられた移動部１３と、これら原点部１２と移動部１３とが接続される本体部１４とを備えている。
なお、このセンサ３は、移動部１３を所持してロボット本体５を操作しようとする操作者からロボット本体５を視認可能な位置に設置されている。
上記原点部１２は、図示しない３つのコイルを備えており、各コイルは、水平に向けられたＸ軸方向、水平に向けられてＸ軸方向に直交するＹ軸方向、鉛直方向に向けられたＺ軸方向のそれぞれを向いており、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標軸により、これらの座標軸の交点を原点とする基準座標系Ｂが設定されている。
上記基準座標系Ｂには、各座標軸を回転中心とする回転座標が設定されており、Ｘ軸を中心に回転するΨ座標、Ｙ軸を中心に回転するΘ座標、Ｚ軸を中心に回転するΦ座標がそれぞれ設定されている。そしてこの基準座標系Ｂを基準として操作手段２の位置および姿勢を検出するようになっている。
そして、上記ロボット本体５にはロボット座標系Ｒが設定されており、上記ロボットハンド５ａの位置および姿勢はこのロボット座標系Ｒに基づいて変化し、上記基準座標系Ｂを該ロボット座標系Ｒと平行に設定している。

次に、上記移動部１３にも図示しない３つのコイルが設けられており、これらのコイルは上記原点部１２と同様、原点にて相互に直交する方向に向けられている。
また、移動部１３の下部には、移動部１３を上記ケース１１に固定するための固定片１３ａが両側に伸びて設けられており、当該固定片１３ａが伸びる方向をＹ軸とし、Ｙ軸と直交する移動部１３の上下方向をＺ軸とし、これらＹ，Ｚ軸と直交する方向をＸ軸としている。
そして、この移動部１３の３つのコイルによるＸＹＺ軸の向きと原点部１２の３つのコイルによるＸＹＺ軸の向きとが一致するときの操作手段２の姿勢、すなわち基準座標系ＢのＸＹＺ軸の向きと、移動部１３のＸＹＺ軸の向きとが一致する時の姿勢、さらには移動部１３のＸＹＺ軸の向きとロボット座標系Ｒとが一致する姿勢を、以下、操作手段２の基準姿勢と呼ぶものとする。
上記本体部１４は、上記原点部１２に電力を供給して上記３つのコイルから磁場を発生させ、上記移動部１３からは、この磁場によって該移動部１３の各コイルに生じた誘導電流を検出して、原点部１２に設定された基準座標系Ｂに対する移動部１３の位置および姿勢が検出されるようになっている。なお、センサ３は６自由度磁気センサであり、その構成は従来公知であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

次に、上記制御手段４は、上記センサ３が検出した操作手段２の位置と姿勢から、ロボット本体５の制御に必要な信号を出力する指令出力部２１と、指令出力部２１からの信号に従ってロボット本体５の制御を行うことで、ロボットハンド５ａの位置と姿勢を操作手段２の位置と姿勢の変化に追従作動させるロボットコントローラ２２を備えている。
さらに、上記指令出力部２１には、上記センサ３が検出した移動部１３の位置の変化を認識する位置認識部２３と、移動部１３の姿勢の変化を認識する姿勢認識部２４と、姿勢認識部２４が認識した操作手段２の姿勢の変化にロボットハンド５ａの姿勢を追従させるための姿勢の変換を行う姿勢変換部２５とが備えられている。

上記位置認識部２３は、原点部１２に設定された基準座標系Ｂに対する移動部１３の原点が位置する座標値を位置ベクトルとして認識するようになっており、上記操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを入れたときの位置ベクトルを初期位置として認識し、また制御スイッチ２Ａが押された状態における操作手段２の位置が変化すると、変化する位置ベクトルの差を求めて、位置の変化を示す変位ベクトルとして認識するようになっている。
上記姿勢認識部２４は、移動部１３の姿勢の変化による上記基準座標系ＢのＸＹＺ軸に対する移動部１３のＸＹＺ軸の角度差を姿勢ベクトルとして認識するようになっており、上記操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを入れたときの姿勢ベクトルを初期姿勢として認識し、また制御スイッチ２Ａが押された状態で操作手段２の姿勢が変化すると、変化する姿勢ベクトルの差を求めて、初期姿勢からの姿勢の変化を示す変位ベクトルとして認識するようになっている。

姿勢変換部２５は、上記姿勢認識部２４が認識した上記初期姿勢からの姿勢の変位ベクトルを、上記基準姿勢からの変位ベクトルに変換するようになっている。
ロボットコントローラ２２は、操作者が制御スイッチ２Ａを押した時のロボットハンド５ａの位置および姿勢を、上記ロボット座標系Ｒを基準とする動作開始点として認識し、その後、制御スイッチ２Ａが押された状態で上記位置認識部２３が認識した位置の変位ベクトルに応じてロボットハンド５ａの位置を変化させ、上記姿勢変換部２５が変換した基準姿勢からの姿勢の変位ベクトルに応じてロボットハンド５ａの姿勢を変化させるよう、ロボット本体５の制御を行うようになっている。
そして、操作者が制御スイッチ２Ａを切ることで、ロボットコントローラ２２は直ちにロボット本体５の作動を停止させるようになっている。
このように、遠隔操作ロボット装置１は、操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを押した状態において操作手段２の位置と姿勢を変化させると、センサ３によってその位置および姿勢の変化が検出され、制御手段４は操作手段２の位置と姿勢の変化にロボットハンド５ａの位置と姿勢が追従作動するようにロボット本体５の作動を制御するようになっている。なお、このような制御手段４によるロボット本体５の制御技術は、上記特許文献１において既に公知である。

本実施例においては上述した構成を前提とした上で、前述したようにロボットハンド５ａに表示手段としての緑の表示ランプ５Ｇと赤の表示ランプ５Ｒとを隣接させて設けたものである。これにより、操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを押した状態で操作手段２を動かす際には、上記表示手段としての緑のランプ５Ｇと赤のランプ５Ｒのいずれが点灯しているか否かで、ロボット本体５が正常な追従作動状態にあるか否かおよびオペレータ異常が生じているか否かを容易に確認できるようになっている。

前述したように、センサ３による検出可能範囲内で操作手段２の制御スイッチ２Ａが押されている時には、制御手段４に対して信号が入力されており、その信号が入力されている間は制御手段４は上記緑のランプ５Ｇを継続して点灯させるようになっている。このため、緑のランプ５Ｇが点灯することにより制御スイッチ２Ａが完全に押されたことを操作者が認識するとともに、操作手段２がセンサ３の検出可能範囲内であることを認識することができる。
そして、このように緑のランプ５Ｇが点灯されると、操作者はロボット本体５が正常に追従作動可能な状態であると目視で容易に確認することができる。その後、操作者は上述したように制御スイッチ２Ａを押した状態で操作手段２を動かすので、操作手段２の位置と姿勢はセンサ３によって検出され、制御手段４によりロボットハンド５ａが操作手段２に追従して作動される。
このように、操作者が操作手段２を動かして、ロボットハンド５ａを追従作動させている時に、例えば以下に示す（１）ないし（３）が原因によるオペレータ異常が生じてロボット本体５が正常に追従作動しない状態となると、制御手段４は緑の表示ランプ５Ｇを消灯して赤のランプ５Ｒを点灯させる。
（１）ロボット本体５の移動速度の上限よりも高速で操作者が操作手段２を動かした場合および上限の加速度よりも急激に操作手段２を動かした場合。（２）センサ３による検出可能な範囲外に操作手段２が動かされた場合。（３）ロボット本体５の軸移動限界を越えるように操作手段２が動かされた場合。
このように、オペレータ異常によりロボット本体５が正常に追従作動しない異常事態となると、赤の表示ランプ５Ｒが点灯されるので、その時点で操作者はオペレータ異常が生じてロボット本体５が正常に作動しない状態となったことを目視で容易に確認することができる。オペレータ異常が発生したことを認識した操作者は、その時点で操作手段２の制御スイッチ２Ａを切ることになる。なお、オペレータ異常が発生した後、再度操作者が制御スイッチ２Ａを押すことによってリセットされるようになっており、センサ３の検出可能範囲であれば緑のランプ５Ｇが点灯し、追従作動が可能な状態となるようになっている。

そして、上記（１）の原因による停止であれば、操作者は再度制御スイッチ２Ａを押した後に、異常発生時よりもゆっくりと操作手段２を動かすようにする。また、上記（２）の原因による停止であれば、操作者は操作手段２をセンサ３の原点部１２に近づけてから制御スイッチ２Ａを押すようにする。さらに上記（３）の原因による停止であれば、操作者は異常発生時とは一旦逆方向に操作手段２を動かすようにする。
以上のように、本実施例によれば、操作者が操作手段２の制御スイッチ２Ａを押して動かす際には緑の表示ランプ５Ｇが点灯され、オペレータ異常が発生すると赤の表示ランプ５Ｒが点灯されるので、ロボット本体５が正常な追従作動状態にあるか否かを操作者は目視で容易に確認することができる。
そのため、操作者は、上述した従来技術のように不必要に操作手段２を繰り返し動かす必要がなく、上記従来と比較して操作者が操作手段２を動かす際の作業負担を大幅に軽減させることができる。

上記実施例においては、表示手段として緑と赤の表示ランプ５Ｇ、５Ｒをロボットハンド５ａに設けているが、緑、黄、赤、オレンジの４つの表示ランプをロボットハンド５ａに設けて、オペレータ異常の原因別に異なる色の表示ランプを点灯させるようにしても良い。
また、上記実施例において、緑の表示ランプ５Ｇを省略して赤の表示ランプ５Ｒだけを設けて、上述した異常事態が生じた時に表示ランプ５Ｒを点灯させるようにしても良い。
さらに、上記表示ランプ５Ｇ、５Ｒの代わりに、ロボットハンド５ａに小型の液晶モニタを埋設して、上述した異常事態が発生した際には、その原因に応じた数字や文字を液晶モニタに表示するようにしてもよい。
表示手段の設置位置としては、ロボットハンド５ａに設ける代わりに、ロボット本体５のベース部など操作者から視認可能な位置であればよい。また操作者の視野の範囲内に例えば支柱を立てて、それに上述した表示ランプを設けても良い。この場合、ロボットハンド５ａの作動範囲内であれば、容易に操作者が視認することができる。
さらに、表示手段を１箇所だけでなく複数箇所に設ければ、ロボット本体５がどのような体制になっても操作者は確実に視認できるようになる。

本発明の一実施例を示す全体図。 図１に示した操作手段の拡大図。

符号の説明

１‥遠隔操作ロボット装置 ２‥操作手段
２Ａ‥制御スイッチ ３‥センサ
４‥制御手段 ５‥ロボット本体
５Ｇ‥表示ランプ ５Ｒ‥表示ランプ

Claims (3)

1. ロボットハンドによって所要の処理を行うロボット本体と、操作者に所持されて動かされる操作手段と、上記ロボット本体を視認可能な位置にいる操作者に所持される操作手段の位置と姿勢を検出するセンサと、上記ロボット本体の作動を制御する制御手段とを備えて、上記センサによって検出された上記操作手段の位置と姿勢の変化にロボットハンドが追従するように上記ロボット本体の作動を遠隔制御するようにした遠隔操作ロボット装置において、
   操作者が上記操作手段を動かす際に、該操作者による操作手段の操作情報を表示する表示手段を上記ロボット本体又はその近傍に設けたことを特徴とする遠隔操作ロボット装置。
2. 上記表示手段によって表示される操作情報は、操作者による操作手段の誤った操作であることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作ロボット装置。
3. 上記表示手段は、操作者による操作手段の正常な操作と誤った操作を区別して表示することを特徴とする請求項２に記載の遠隔操作ロボット装置。

Images