JP2015511544A - ロボットに用いる手動制御補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを手動制御するオペレータに対して高精度な機械的補助を高い安全性で行い、人間工学的な問題、安全性の問題および効率性の問題を良好に解消する、補助装置を提供する。【解決手段】ロボットのアームＢに装備される補助装置は、ロボットのアームＢが、端部にツールｍを保持し、オペレータＨによって制御されるものである。補助装置は、アームＢの延長上で、ボール−アンド−ソケットジョイントＲ３を介して、ツールｍに対してオフセットするように取り付けられる制御用のハンドル１と、ツールｍの方向及び力を操作するためにオペレータＨによって加えられる意図的な力をハンドル１から連続的に検出する、ロボットに接続される力センサ４と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、ロボットに用いる手動制御補助装置、その装置を装備した協働ロボット、および当該協働ロボットの使用方法に関する。

特に、仕上げ作業や部品組立作業や機械加工作業の際の、ロボットの制御を補助（l'assistance du pilote d'un robot）する産業用ロボットの分野に適用されるような装置では、複数の方向に大きな力を印加することに加えて高精度も要求される。

一般的に、上記のような作業は、高度な準備を伴うこと、および、ロボットのアームのバランスが全ての向きで維持されていることをオペレータが継続的に保証しなければならないことにより、従事者に深刻な疲労問題をもたらす。

ロボットのアームは高速で動作したり極めて強い加速を生じたりするので、その大きな慣性やツールの荷重によって深刻な事故を招きかねないことから、上述した制約がいっそう厳しく且つ細かく設定される。

さらに、オペレータは、アームの端部に装着されたツールの適切な動作を監視すると共に、作業区域の機械的環境（a l'environnement mecanique）に対して当該ツールが正確に位置しているか否かについても監視しなければならず、長時間にわたって極めて入念に注意を払わなければならない。そのため、上述した作業の快適性は極めて低くなる。

本発明の目的は、オペレータに対して高精度な機械的補助を高い安全性で提供することができる解決手段を提案することにより、上述したような人間工学的な問題、安全性の問題および効率性の問題を良好に解消することである。

本発明において、上記の目的は、ツールに対してオフセットするようにしてボール−アンド−ソケットジョイントを介してロボットのアームに取り付けられる制御用のハンドルと、前記ツールの方向及び力を操作するためにオペレータによって加えられる意図的な力を前記ハンドルから連続的に検出する、前記ロボットに接続される力センサとを備える補助装置を使用することによって達成される。

有利な一構成では、前記ツールがモータに接続されて駆動される。このモータは、前記制御用のハンドルを保持して前記ボール−アンド−ソケットジョイントに上流側で接続されるマンドレルに取り付けられる。

有利な他の構成では、前記力センサが、前記ハンドルと前記アームの前記端部との間に配置される。

好ましくは、前記補助装置は、さらに、前記ハンドルと前記ツールとの間に介装される振動絶縁要素を備える。

本発明の第１の変形例において、前記制御用のハンドルは、前記ツールの動作中にオペレータから命令及び／又はトラブル（troubles）を連続的に検出する状態センサを具備する。

他の変形例において、前記ハンドルは、オペレータの手の有無を検出する検出手段を具備する。

詳細な一構成では、前記状態センサが、停止命令、開始命令およびオペレータの手の震えを検出する。

好ましくは、前記状態センサは、前記ロボットのアームの動作速度を制限する制限手段に接続される。

有利な一構成では、前記ハンドルが、前記状態センサに接続され、指の圧力を感知可能な少なくとも１つのプッシュボタンを具備する。

好ましくは、前記ハンドルは、安全ＰＬＣ（プログラマブル ロジック コントローラ）またはＰＳＳ（プログラマブル セーフティ システム）（un automate de securite）に直接作用する。

本発明の他の目的は、アームを備える協働ロボットであって、前記アームが端部にツールを保持すると共に、当該アームに本発明にかかる前記補助装置を装備し、さらに、当該アームがほぼＣ字形状である協働ロボットを提供することである。

本発明のさらなる他の目的は、前記協働ロボットの使用方法であって、オペレータが、前記ロボットのアームに取り囲まれ、当該アームの端部に位置し、前記制御用のハンドルのみを用いて手動で前記ロボットを駆動する、協働ロボットの使用方法を提供することである。

本発明にかかる前記補助装置は、前記ロボットのアームに直接装備されて、作業の実行中に前記アームの動作を制御しようとする前記オペレータの意図を直接検出するので、機械の作業を安全なものにすることができる。

また、前記補助装置にオペレータの手が直接触れるので、手が離れたり、単に手が震えただけであっても（simple crispation）、それを感知して結果として不測の困難性を検出することで、前記ロボットのアームを停止させることが十分できる。これにより、特殊な緊急停止部材を設ける必要性がなくなる。

したがって、本発明にかかる前記補助装置により、オペレータの機械的な力を制御して増幅しながら、人間の腕の作業と比べて同様の速度で前記ツールの作業を行うことを保証する。

また、前記補助装置は前記ロボットのアームの一端において、位置をずらして配置するいわゆるオフセット配置とされる（le dispositif est deporte a l'extremite du bras）ので、オペレータの手の位置を、前記ツールから遠ざけることができる。これにより、オペレータの手が特に高速回転で生じる振動に直接曝されないので、快適性が著しく向上する。

このように、人間の腕と同様の速度で作業を実行することができるので、仕事の快適性や仕上がりが向上する。

さらに、本発明にかかる前記補助装置により、前記ロボットの直近に従事者を位置させても事故のリスクを伴わずに済むので、特に保守作業を簡単に実行できるようになる。

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことで、より詳しく理解することができる。

本発明にかかる協働ロボットの一実施形態とオペレータを示す全体斜視図である。 本発明にかかる協働ロボットの一実施形態を示す他の全体斜視図である。 本発明にかかる協働ロボットの一実施形態を示す詳細斜視図である。 本発明にかかる補助装置の一実施形態を示す部分斜視図である。 図１の実施形態の概略を示す図である。 本発明にかかる補助装置の構造を示す概略図である。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図３に示す協働ロボットは、従来のものと同じく、一端部が仕切壁（cloison）またはベースＥに留められて他端部でモータ駆動のツールｍを保持するアームＢを備えている。アームＢは、まるで人間の腕のように、ピボットＰ１，Ｐ２および／またはボール−アンド−ソケットジョイントＲ１，Ｒ２，Ｒ３により互いに関節を有して回動可能に連結された（articules）複数のセクションまたはセグメントＳ１，Ｓ２，Ｓ３で構成されている。

アームＢには、ツールｍを用いて高精度作業を実行するオペレータＨを補助する本発明にかかる補助装置が装備されている。

この補助装置は、アームＢにボール−アンド−ソケットジョイントＲ３を介して取り付けられた制御用のハンドル１を備える。ボール−アンド−ソケットジョイントＲ３は人間の手首のように機能し、ハンドル１の上流側にあるセグメントＳ３が人間の前腕と同等に機能する。

操縦桿（manche）の形態をしたハンドル１は、アームＢのセグメントＳ３の延長上で、ボール−アンド−ソケットジョイントＲ３を介して設けられており、ハンドル１の上流側に接続されたマンドレル２に装着されて、ツールｍに対し位置をずらしたオフセット状態で配置されている。

これにより、ハンドル１とオペレータＨの前腕とがツールｍを保持する部材に対して平行に位置することになるので、オペレータＨの作業が容易になり、かつ、操作の精度も向上する。

マンドレル２は、ツールｍのモータＭを直接保持する（図４）か、あるいは、モータＭとツールｍとの間でモータの運動を伝達する伝達手段Ｔ（図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ）を保持する。後者の場合、モータＭはロボットのアームに組み込まれる。

任意で、ハンドル１に対する振動を絶縁する振動絶縁要素３が、当該ハンドル１とツールｍとの間に介装されてもよい。

本発明にかかる補助装置は、さらに、協働ロボットに接続された力センサ４を備え、力センサ４は、ツールｍの方向及び力を操作するためにオペレータＨから加えられる意図的な力を、ハンドル１から連続的に検出する。

力センサ４は、ハンドル１とアームＢの前記一つの端部である他端部との間に配置されている。

ハンドル１には、オペレータＨからの命令を連続的に検出する状態センサ（図示せず）も組み込まれている。

より具体的に述べると、前記状態センサは、ツールｍの動作中のオペレータＨからの停止命令と開始命令、および／または、ツールｍの動作中のオペレータＨからのあらゆるトラブル（aux troubles eventuels de l'operateur (H)）に対して応答する。そのようなトラブルとして、例えば、ストレスや取扱いの誤りや事故に関係した手の震え（crispations）が挙げられる。

前記状態センサは、そのインターフェースが、ハンドル１に設けられたプッシュボタンＫの形態のアクチュエータで構成されているので、オペレータＨの手の直接接触を感知することができる。

図２に示すように、ハンドル１は、オペレータＨの手でジョイスティックのように把持され、作業の状況や性質に応じて変化するオペレータＨの指の圧力がプッシュボタンＫに加えられる。

各図に示すツールｍは、金属部品（図示せず）をブラッシングおよび／または研磨する作業に適している。

前記状態センサは、３種類の主な状態を各々検出することができる。それらは、プッシュボタンＫに対する指の圧力がなくなる停止状態、プッシュボタンＫが中程度の深さ（ほぼ中央）まで押される正常作業状態、およびプッシュボタンＫが最後まで又は少なくとも中央位置を超えて強い圧力（たとえば震えによる加力）で押されるいわゆる重大な状態の３つである。

制御用のハンドル１は、それに組み込まれた前記状態センサを介して、安全ＰＬＣ（プログラマブルロジック コントローラ）またはＰＳＳ（プログラマブルセーフティ システム）（un automate de securite）に作用する。

一変形例において、ハンドル１には、更にオペレータＨの手の有無を検出するための前記安全ＰＬＣに接続された検出手段が設けられる。

前記検出手段は、ハンドル１の表面に設けられた、オペレータＨの手の接触を感知可能な薄膜要素であるか、あるいは、ハンドル１の把持部に設けられたさらなるキーボタン（touche）で構成される。

このように、オペレータＨは手をハンドル１に置いて前記状態センサに感知させると共に、合わせて手動でハンドル１を動かして力センサ４にも力を作用させるだけでよいので、前記補助装置の動作は極めて直観的である。

これらのセンサから供給される信号がコンピュータに送信されて、当該コンピュータがロボットのアームＢの動作を指令し制御する。これにより、アームＢは、自身の慣性にかかわらず、オペレータＨの手の意図に対して、十分に融通良くかつ忠実に、極めて正確に従うことができる。

これら２つのセンサは、オペレータＨの手と接触するように又はオペレータＨの手の近傍に配置されるので、衝突や衝撃のリスクを抑えながらアームＢの直ぐ傍にオペレータＨを位置させることができる。

オペレータＨがハンドル１を離すと、前記ロボットは自動的に且つ即座に停止する。これは、ハンドル１におけるオペレータＨの手が震えた場合にも同様である。

オペレータＨの指の圧力が許容範囲内にあるとき、前記ロボットは利用可能であるが、その動作速度は制御され規制される。

このような条件下により、オペレータＨは安全に補助されて、極めて低い振動レベルで作業しながら自身の力（efforts）を調節された範囲内で増幅することができる。

上記のような人間工学的品質は、ハンドル１が適切な外形（profil）を有し、アームＢがＣ字形状であることによってもさらに向上しうる。アームＢをＣ字形状とすることにより、オペレータＨは、前記セグメントまたはセクションを背後に配置することで、当該アームＢに巻回されるか又は取り囲まれることができる。

好ましくは、前記状態センサは、前記ロボットのアームＢの動作速度を制限する制限手段に接続されている。これにより、唐突な動作を防ぐことができる。

Claims (12)

1. 端部にツール（ｍ）を保持するロボットのアーム（Ｂ）に装備されて、オペレータ（Ｈ）によって制御される補助装置であって、
   前記アーム（Ｂ）の延長上で、ボール−アンド−ソケットジョイント（Ｒ３）を介して、前記ツール（ｍ）に対してオフセットするように取り付けられた制御用のハンドル（１）と、
   前記ツールの方向及び力を操作するためにオペレータによって加えられる意図的な力を、前記ハンドル（１）から連続的に検出する、前記ロボットに接続される力センサ（４）と、
   を備えることを特徴とする、補助装置。
2. 請求項１に記載の補助装置において、前記ツール（ｍ）がモータ（Ｍ）に接続され、このモータ（Ｍ）が、前記制御用のハンドル（１）を保持してかつ上流側の前記ボール−アンド−ソケットジョイント（Ｒ３）に接続されるマンドレル（２）に取り付けられることを特徴とする、補助装置。
3. 請求項１または２に記載の補助装置において、前記力センサ（４）が、前記ハンドル（１）と前記アーム（Ｂ）の前記端部との間に配置されることを特徴とする、補助装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の補助装置において、さらに、
   前記ハンドル（１）と前記ツール（ｍ）との間に介装される振動絶縁要素（３）、
   を備えることを特徴とする、補助装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の補助装置において、前記ハンドル（１）が、前記ツール（ｍ）の動作中にオペレータ（Ｈ）から命令及びトラブルを連続的に検出する状態センサを具備することを特徴とする、補助装置。
6. 請求項５に記載の補助装置において、前記状態センサが、停止命令、開始命令およびオペレータの手の震えを検出することを特徴とする、補助装置。
7. 請求項５または６に記載の補助装置において、前記状態センサが、前記ロボットのアーム（Ｂ）の動作速度を制限する制限手段に接続されることを特徴とする、補助装置。
8. 請求項５から７のいずれか一項に記載の補助装置において、前記ハンドル（１）が、前記状態センサに接続され、指の圧力を感知可能な少なくとも１つのプッシュボタンを具備することを特徴とする、補助装置。
9. 請求項５から８のいずれか一項に記載の補助装置において、前記ハンドル（１）が、オペレータの手の有無を検出する検出手段を具備することを特徴とする、補助装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の補助装置において、前記制御用のハンドル（１）が、安全ＰＬＣに直接作用することを特徴とする、補助装置。
11. アーム（Ｂ）を備え、前記アーム（Ｂ）は、端部にツール（ｍ）を保持すると共に、請求項１から１０のいずれか一項に記載の補助装置を装備した、協働ロボットであって、
    前記アーム（Ｂ）が、ほぼＣ字形状であることを特徴とする、協働ロボット。
12. 請求項１１に記載の協働ロボットの使用方法であって、
    オペレータ（Ｈ）が、前記ロボットのアーム（Ｂ）に取り囲まれ、当該アーム（Ｂ）の端部に位置し、
    前記制御用のハンドル（１）のみを用いて手動で前記ロボットを駆動する、
    ことを特徴とする、協働ロボットの使用方法。

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