JP7108103B2 - 機械の教示に用いる機械教示端末、教示システム、プログラム及び安全確認方法 - Google Patents
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Description
そして、万が一、作業者が危険状態に陥った際には、作業者は、デッドマンスイッチを強く把持する、もしくは、デッドマンスイッチから手を離す等の操作をすることで、機械を非常停止させていた。
特許文献1には、「作業者による操作端末(7)のタッチパネル部(71)への入力操作に基づいて、ロボットを動作させるための動作用信号を前記操作端末(7)から出力してロボットコントローラに与える場合に、前記ロボットコントローラに安全のための信号を入力させる安全入力装置であって、作業者が手で把持することが可能なグリップ部(8a)と、このグリップ部(8a)の一端部に連結され先端部(8b21)が先細り状をなし前記先端部(8b21)を前記タッチパネル部(71)に接触させて入力操作を行う操作部(8b)とを有した操作入力部材(8)と、前記操作入力部材(8)に設けられ前記グリップ部(8a)を把持した手により操作可能なイネーブルスイッチ(9)とを備えた安全入力装置。」が記載されている。
しかし、新たな機器等を用いることなく、作業者の安全を確保することができる機械教示端末が望まれている。
まず、一態様の実施形態の概略を説明する。第1実施形態は、産業用ロボットに代表される機械に対して教示を行う機械教示端末に関するものである。そして、第1実施形態は、機械教示端末における安全入力状態を、入力軌跡によって確認するものに関する。
教示システム100は、機械教示端末1を用いて、ロボット5(機械)に対して教示するためのシステムである。以下に説明する実施形態では、機械の一例として、産業用ロボットであるロボット5を用いて説明する。
図1に示す教示システム100は、機械教示端末1と、ロボット制御装置4と、ロボット5とを備える。機械教示端末1とロボット制御装置4とは、例えば、通信ネットワークを介して無線接続により通信が可能である。通信ネットワークは、例えば、LAN(Local Area Network)等である。また、通信ネットワークにおける具体的な通信方式については、特に限定されない。
機械教示端末1は、ロボット5を制御するロボット制御装置4に対して通信可能に接続され、ロボット制御装置4に対して信号を送信することで、所定の動作をロボット5に教示するための装置である。
機械教示端末1は、例えば、タブレットや、スマートフォンに代表される携帯型の端末である。また、機械教示端末1は、ロボット5に対する教示をするための専用端末に限らず、他の機能をも有する汎用端末であってもよい。
制御部10は、CPU(中央処理装置)であってよく、記憶部30のプログラム記憶部31に記憶された機械教示端末1を制御する各種のプログラムを実行することにより、機械教示端末1を統括制御する。
制御部10は、始点出力部11と、入力検出部14と、異常検出部16と、異常信号送信部17と、教示部19と、モード切替部21とを備える。これらの各機能部は、制御部10がプログラム記憶部31に格納されたプログラムを実行することにより実現される。なお、後述するように、制御部10は、軌跡出力部15を備えてもよい。
入力検出部14は、タッチパネルディスプレイ36に対する入力を検出する。
軌跡出力部15は、入力検出部14が検出した連続した入力により形成される入力軌跡を、タッチパネルディスプレイ36に出力する。ここで、軌跡出力部15は、入力検出部14が検出した入力により形成される入力軌跡の全てを出力しなくてもよい。例えば、後述する繰り返しの入力のうち、戻り領域から外に出てから再び戻り領域に戻るまで等の一部の軌跡を出力し、戻り領域に戻ると、出力していた軌跡を消去してもよい。なお、前述したように、制御部10は、軌跡出力部15を必ずしも含まなくてもよい。
作業者Pは、安全入力状態時であれば、始点近傍から開始され、始点から一定距離を離れた後、一定時間内(例えば、数秒間)に戻り領域に戻る入力を繰り返し行うことができる。ここで、一定時間及び/又は一定距離は、作業者Pごとに設定してもよい。作業者Pが危険な状態に遭遇すると、つまり、異常状態に陥ると、作業者Pの手が止まったり、タッチパネルディスプレイ36から離れたりして、それまで行っていた入力がされなくなることが考えられる。そこで、異常検出部16は、入力軌跡が規定条件を満たさなくなると、異常状態を検出する。
教示部19は、入力検出部14が安全入力状態を示す入力を検出している間に、他の入力を追加で検出した場合に、検出に応じた教示を行うための教示信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。
プログラム記憶部31は、機械教示端末1の制御部10が実行する各種のプログラムを記憶する。プログラム記憶部31は、上述した制御部10の各種機能を実行する教示用プログラムを記憶している。また、プログラム記憶部31は、汎用端末であるため、各種の機能を実行する他のプログラムを記憶していてもよい。
通信部39は、外部機器(例えば、ロボット制御装置4等)とデータの送受信を行う通信制御デバイスである。
ロボット制御装置4は、ロボット5を制御し、ロボット5に所定の動作を行わせる装置である。
図2に示すように、ロボット制御装置4は、制御部40と、記憶部45と、入力部47と、表示部48と、通信部49とを備える。
制御部40は、CPUであってよく、記憶部45に記憶されたロボット制御装置4を制御する各種のプログラムを実行することにより、ロボット制御装置4を統括制御する。
教示動作部41は、機械教示端末1から受信した教示信号に基づいて、ロボット5に対する教示を行う。
即時停止部42は、機械教示端末1から受信した緊急停止信号に基づいて、ロボット5を即時に停止させる。
なお、制御部40は、上述した機能ブロック以外に、例えば、動作指令を増幅するモータ駆動アンプ等の一般的な機能ブロックを備えている。しかしながら、これらの一般的な機能ブロックについては、当業者によく知られているので、詳細な説明及び図示を省略する。
入力部47は、例えば、キーボードやマウス等の入力装置である。
表示部48は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置である。
なお、入力部47及び表示部48の機能を有する操作盤を備えてもよい。
通信部49は、外部機器(例えば、機械教示端末1、ロボット5等)とデータの送受信を行う通信制御デバイスである。
ロボット5は、例えば、6軸の多関節ロボットであり、例えば、ワークを把持可能なハンドを有する。ロボット5は、ロボット制御装置4からの教示指令にしたがって動作を行う。教示指令にしたがう動作としては、例えば、ワークを運搬する動作等である。また、ロボット5は、ロボット制御装置4からの緊急停止指令にしたがって動作を停止させる。
[モード設定処理]
最初に、機械教示端末1のモード設定処理について、図3に基づき説明する。
作業者Pが機械教示端末1の電源を投入し、プログラム記憶部31に記憶された教示用プログラムを起動させた場合、機械教示端末1の制御部10(モード切替部21)は、初期値として、通常の画面操作モードに設定されている。
制御部10は、教示モードに切り替えるか否かの判断を、例えば、切替操作を受け付けたか否かによって判断してもよい。切替操作とは、予め定められた所定の操作であり、例えば、タッチパネルディスプレイ36の特定位置のタッチを、入力検出部14が一定時間以上検出し続ける操作であってもよい。また、切替操作は、例えば、タッチパネルディスプレイ36の特定領域内において複数回のタッチ操作を、入力検出部14が一定時間検出し続ける操作であってもよい。
また、制御部10は、教示モードに切り替えるか否かを、例えば、画面に出力された教示モードにするための切替ボタンの選択を受け付けたか否かによって判断してもよい。
教示モードに切り替える場合(S11:YES)には、制御部10は、処理をS12に移す。他方、教示モードに切り替えない場合(S11:NO)には、制御部10は、本処理にとどまる。
S13において、制御部10は、教示モード処理を行う。教示モード処理については、後述する。
S14において、制御部10(モード切替部21)は、教示モードから通常の画面操作モードにモードを切り替える。その後、制御部10は、教示用プログラムを終了しない限りにおいて、処理をS11に移す。
次に、教示モード処理について、図4に基づき説明する。
図4のS30において、機械教示端末1の制御部10(始点出力部11)は、始点出力処理を行う。制御部10の始点出力処理により、タッチパネルディスプレイ36には、例えば、図5Aに示す教示画面60が出力される。
教示画面60は、始点60aと、戻り領域60bと、両矢印で示した距離目安60cとを含む。始点60aは、安全入力状態を表す操作の開始位置になるものである。戻り領域60bは、始点60aから開始した入力軌跡が一定時間内に戻る範囲を示す。距離目安60cは、一定距離を示す指標である。ここで、戻り領域60bは、矩形でなくても円形等であってもよい。また、始点60a及び距離目安60cの表記も、それぞれを示すことが可能な表記であれば、他のものであってもよい。
なお、図示しないが、教示画面60は、教示のために用いるアイコン等を、画面右方等に有していてもよい。
S32において、制御部10(軌跡出力部15)は、検出した入力を軌跡として、タッチパネルディスプレイ36に出力する。
S35において、制御部10(教示部19)は、第2のタッチのタッチ位置に対応した教示信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。
S39において、制御部10(異常信号送信部17)は、緊急停止信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。その後、制御部10は、処理を図3のS14に移す。
上述した例では、S32において、制御部10は、検出した入力を軌跡として、タッチパネルディスプレイ36に出力する場合を例示したが、これに限られない。前述したように、繰り返しの入力のうち、戻り領域から外に出てから再び戻り領域に戻るまで等の一部の軌跡を出力し、戻り領域に戻ると、出力していた軌跡を消去するようにしてもよい。また、S32を含まないようにしてもよい。
上述した例では、S39において、制御部10(異常信号送信部17)は、緊急停止信号を、ロボット制御装置4に対して送信した後、制御部10は、処理を図3のS14に移す(通常の画面操作モードに切り替える)場合を例示したが、これに限られない。非常停止した状態で、作業者Pの指示を待つようにしてもよい。
上述した例では、制御部10(始点出力部11)が始点出力処理を行って、図5Aに示す教示画面60を出力するものを説明した。しかし、例えば、図6に示す教示画面61を出力するものであってもよい。教示画面61は、始点61aのみを含む。
そして、制御部10は、入力軌跡が規定条件を満たすか否かを判断するが、規定条件は、上述したものに限定されない。図6の例は、始点近傍から開始され、入力が継続中であり、一定時間当たりのタッチの変化量が第1の所定量以上である場合の軌跡を示す。ここで、一定時間当たりのタッチの変化量によって、制御部10は、タッチ操作の加速度を算出できる。
よって、制御部10は、入力軌跡が形成される、一定時間当たりのタッチ変化量が第1の所定量以上である場合には、安全入力状態時であると判断してもよい。
よって、制御部10は、入力軌跡が形成される、一定時間当たりのタッチ変化量が第2の所定量未満である場合には、安全入力状態時であると判断してもよい。
また、図6の教示画面61は、始点61aを示すものとして説明したが、開始位置は任意であってよく、始点61aを出力しなくてもよい。
次に、ロボット制御装置4の教示モード時の機械制御処理について、図7に基づき説明する。
ロボット制御装置4の制御部40は、機械教示端末1が教示モードの時、この教示モード時の機械制御処理を開始する。
S41において、制御部40は、機械教示端末1から受信した信号が緊急停止信号であるか否かを判断する。緊急停止信号である場合(S41:YES)には、制御部40は、処理をS42に移す。他方、緊急停止信号ではない場合(S41:NO)には、制御部40は、処理をS43に移す。
つまり、機械教示端末1から緊急停止信号を受信した場合には、制御部40は、ロボット5を即時に停止させる。
他方、S43において、制御部40は、機械教示端末1(教示動作部41)は、信号に応じた教示をロボット5に行わせる制御をする。その後、制御部40は、処理をS40に移し、機械教示端末1が教示モードである限りにおいて、処理を繰り返す。
さらに、ロボット制御装置4は、緊急停止信号を受信すると、ロボット5を即時に停止させる制御をするので、作業者Pの危険を回避できる。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、作業者が安全であることを示す入力をする安全入力領域を、機械教示端末に出力し、作業者に、安全入力領域内において入力操作を行わせるものである。
なお、以降の説明において、上述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図8に示すように、教示システム200が備える機械教示端末201は、制御部210と、記憶部230と、タッチパネルディスプレイ36と、通信部39とを備える。
制御部210は、安全入力領域出力部212と、入力検出部14と、軌跡出力部15と、異常検出部216と、異常信号送信部17と、教示部219と、モード切替部21とを備える。
異常検出部216は、入力検出部14が検出した連続した入力により形成される入力軌跡が安全入力領域から安全入力領域の外に移動した場合に、異常状態を検出する。
教示部219は、安全入力領域を除く領域である教示領域の範囲で入力を検出した場合に、検出に応じた教示を行うための教示信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。
プログラム記憶部231は、機械教示端末201の制御部210が実行する各種のプログラムを記憶する。プログラム記憶部231は、上述した制御部210の各種機能を実行する教示用プログラムを記憶している。
モード設定処理については、第1実施形態(図3)と同様である。
[教示モード処理]
次に、教示モード処理について、図9に基づき説明する。
図9のS230において、機械教示端末201の制御部210(安全入力領域出力部212)は、例えば、図10に示す安全入力領域262eを含む教示画面262を、タッチパネルディスプレイ36に出力する。
教示画面262は、安全入力領域262eが、画面左方に示されている。
S232において、制御部210(軌跡出力部15)は、検出した入力を軌跡として、タッチパネルディスプレイ36に出力する。
図10は、作業者Pによる操作に基づいて、教示画面262の安全入力領域262eに入力した入力軌跡262dを示す。なお、制御部210は、図10に示す入力軌跡262dの全てを出力してもよいが、直近の入力軌跡を出力してもよいし、入力軌跡を出力しなくてもよい。
S235において、制御部210(教示部219)は、他のタッチのタッチ位置に対応した教示信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、作業者が入力をすることができる領域を、教示領域に限定するものである。
図11に示すように、教示システム300が備える機械教示端末301は、制御部310と、記憶部330と、タッチパネルディスプレイ36と、通信部39とを備える。
制御部310は、教示領域出力部313と、入力検出部14と、異常検出部316と、異常信号送信部17と、教示部319と、モード切替部21とを備える。
異常検出部316は、入力検出部14が検出した入力位置が、教示領域の外である場合に、異常状態を検出する。
教示部319は、教示領域で入力を検出した場合に、検出に応じた教示を行うための教示信号を、ロボット制御装置4に対して送信する。
プログラム記憶部331は、機械教示端末301の制御部310が実行する各種のプログラムを記憶する。プログラム記憶部331は、上述した制御部310の各種機能を実行する教示用プログラムを記憶している。
モード設定処理については、第1実施形態(図3)と同様である。
[教示モード処理]
次に、教示モード処理について、図12に基づき説明する。
図12のS330において、機械教示端末301の制御部310(教示領域出力部313)は、例えば、図13に示す教示領域370fを含む教示画面370を、タッチパネルディスプレイ36に出力する。
教示画面370は、教示領域370fが、画面右方に示されている。
S332において、制御部310(入力検出部14)は、タッチを検出した位置が、教示領域370fであるか否かを判断する。教示領域370fである場合(S332:YES)には、制御部310は、処理をS333に移す。他方、教示領域370fではない場合(S332:NO)には、制御部310は、処理をS338に移す。
S334において、制御部310は、教示作業を終了するか否かを判断する。例えば、教示領域370fに教示終了のためのアイコン(図示せず)が作業者Pによって操作されることで、制御部310は、教示作業を終了すると判断する。教示作業を終了する場合(S334:YES)には、制御部310は、処理を図3のS14に移す。他方、教示作業を終了しない場合(S334:NO)には、制御部310は、処理をS331に移す。
上述した実施形態では、機械教示端末での教示対象として産業用ロボットを例に説明したが、これに限定されない。機械の予期せぬ動作を回避して、周囲の機械や作業者の安全を確保する機械であれば、他の機械であってもよく、例えば、サービス用ロボット、コンピュータ数値制御(CNC)装置により制御される工作機械等の産業機械であってもよい。また、ロボット制御装置に限定されるものではなく、少なくとも工作機械又はロボットを含む機械に対して制御を行う制御装置であればよい。
第1実施形態では、規定条件として、始点近傍から開始され、始点から一定距離を離れた後、一定時間内に戻り領域に戻る入力が繰り返されることにより形成される入力軌跡を例に説明したが、これに限定されない。例えば、入力軌跡は、前記所定の範囲の中から外に出た後に、前記所定の範囲内に戻る入力を繰り返すことにより形成される入力軌跡でもよい。また、一定時間及び/又は一定距離は、作業者Pごとに適宜に設定(又は設定しないように)してもよい。
4 ロボット制御装置
5 ロボット
10,40,210,310 制御部
11 始点出力部
14 入力検出部
15 軌跡出力部
16,216,316 異常検出部
17 異常信号送信部
19,219,319 教示部
21 モード切替部
30,45,230,330 記憶部
36 タッチパネルディスプレイ(タッチパネル、ディスプレイ)
41 教示動作部
42 即時停止部
60,61,262,370 教示画面
60a,61a 始点
60b 戻り領域
100,200,300 教示システム
212 安全入力領域出力部
262e 安全入力領域
313 教示領域出力部
370f 教示領域
E 作業領域
P 作業者
Claims (5)
- 機械に対して通信可能に接続され、前記機械の作業領域内で前記機械の教示に用いる機械教示端末であって、
作業者による入力を受け付けるタッチパネルディスプレイと、
前記機械の教示を行う領域である教示領域を、前記タッチパネルディスプレイに出力する教示領域出力部と、
前記タッチパネルディスプレイに対する入力を検出する入力検出部と、
前記入力検出部が前記教示領域における入力を検出した場合に、前記検出に応じた教示を行う教示部と、
前記入力検出部が検出した入力位置が、前記教示領域の外である場合に、異常状態を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により前記異常状態を検出した場合に、前記機械に対して異常状態を示す信号を送信する異常信号送信部と、
前記機械を教示する教示モードと、前記教示モードを除く非教示モードとを切り替えるモード切替部と、
を備え、
前記異常検出部は、さらに前記モード切替部により前記教示モードに切り替えられている場合に、前記異常状態を検出する機械教示端末。 - 請求項1に記載の機械教示端末において、
前記モード切替部は、前記入力検出部が前記タッチパネルディスプレイの特定位置のタッチを一定時間検出し続けるか、又は、前記入力検出部が前記タッチパネルディスプレイの特定領域内で複数回のタッチ操作を一定時間検出し続ける場合に、前記非教示モードから前記教示モードに切り替える、機械教示端末。 - 請求項1又は請求項2に記載の機械教示端末と、
前記機械教示端末からの信号に基づく作業を行う機械と、
を備えた教示システムであって、
前記機械は、前記異常状態を示す信号を受信した場合に、即時に前記機械を停止させる即時停止部を備える、教示システム。 - 機械に対して通信可能に接続され、前記機械の作業領域内で前記機械の教示に用いる機械教示端末であり、作業者による入力を受け付けるタッチパネルディスプレイを備えるコンピュータに、
前記機械の教示を行う領域である教示領域を、前記タッチパネルディスプレイに出力する教示領域出力ステップと、
前記タッチパネルディスプレイに対する入力を検出する入力検出ステップと、
前記入力検出ステップが前記教示領域における入力を検出した場合に、前記検出に応じた教示を行う教示ステップと、
前記入力検出ステップが検出した入力位置が、前記教示領域の外である場合に、異常状態を検出する異常検出ステップと、
前記異常検出ステップにより前記異常状態を検出した場合に、前記機械に対して異常状態を示す信号を送信する異常信号送信ステップと、
前記機械を教示する教示モードと、前記教示モードを除く非教示モードとを切り替えるモード切替ステップと、
を実行させ、
前記異常検出ステップは、さらに前記モード切替ステップにより前記教示モードに切り替えられている場合に、前記異常状態を検出する、プログラム。 - 機械に対して通信可能に接続され、前記機械の作業領域内で前記機械の教示に用いる機械教示端末における安全確認方法であって、
前記機械教示端末は、作業者による入力を受け付けるタッチパネルディスプレイを備え、
前記機械教示端末が、
前記機械の教示を行う領域である教示領域を、前記タッチパネルディスプレイに出力する教示領域出力ステップと、
前記タッチパネルディスプレイに対する入力を検出する入力検出ステップと、
前記入力検出ステップが前記教示領域における入力を検出した場合に、前記検出に応じた教示を行う教示ステップと、
前記入力検出ステップが検出した入力位置が、前記教示領域の外である場合に、異常状態を検出する異常検出ステップと、
前記異常検出ステップにより前記異常状態を検出した場合に、前記機械に対して異常状態を示す信号を送信する異常信号送信ステップと、
前記機械を教示する教示モードと、前記教示モードを除く非教示モードとを切り替えるモード切替ステップと、
を含み、
前記異常検出ステップは、さらに前記モード切替ステップにより前記教示モードに切り替えられている場合に、前記異常状態を検出する、安全確認方法。
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