JP7294880B2

JP7294880B2 - ロボット制御装置、ロボットシステム、及びロボット制御方法

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Publication number: JP7294880B2
Application number: JP2019094485A
Authority: JP
Inventors: 誠染谷
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: US11992932B2; CN111958583B; CN111958583A; DE102020112957A1; US20200368917A1; JP2020189348A

Description

本発明は、ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法に関する。

近年、ロボットに対する操作入力を行うための操作入力装置とロボット制御装置とを無線により接続したロボットシステムが提案されている。特許文献１は、操作入力装置としてのハンドガイド装置が制御装置及び監視装置に無線により接続されたロボット制御システムを記載する。

特開２０１５－０２０２１５号公報

無線通信においては、周囲環境の影響を受け通信状況が悪化する場合がある。上述のような操作入力装置とロボット制御装置とを無線接続したロボットシステムにおいて無線通信状況が悪化した場合、操作入力装置からの送信データが遅延し、一定時間、ロボット制御装置に届かなくなることがある。このような場合、ロボット制御装置はロボットを停止させるというのが一般にとられる対処であるが、その一方で、教示作業中にロボットを停止させると教示作業全体の効率の低下を招来する。

本開示の一態様は、ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、前記ロボットに設けられた操作入力装置から、教示中における前記ロボットに対する動作指令を含む送信データを無線通信により受信する受信部と、受信された前記送信データの到来予定時刻からの遅れを検出する遅延検出部と、前記遅れが検出された場合に、前記ロボットを前記動作指令に従って動作させる際の動作速度を、前記遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定する速度設定部と、を備え、前記速度設定部は、前記第２速度を、前記ロボットの所定の可動部位を前記第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、前記所定の可動部位が前記所定の減速度での減速を開始した位置から第１所定距離以内で停止できる速度に設定する、ロボット制御装置である。

上記構成によれば、安全性を確保しつつも教示作業全体の効率の低下を抑制することができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

一実施形態に係るロボット制御装置を含むロボットシステムの全体構成を表す図である。ロボット制御装置の機能ブロック図である。遅延検出部による送信データの遅れ検出動作の第１の例を示す図である。遅延検出部による送信データの遅れ検出動作の第２の例を示す図である。ロボットとオペレータとの水平面内での位置関係を模式的に表した図である。速度設定部による速度設定によるロボット（所定の可動部位）の速度の変化の一例を示すグラフである。動作速度に関するロボット制御方法を表すフローチャートである。操作入力装置が教示操作盤である場合のロボットシステムの全体構成を表す図である。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は一実施形態に係るロボット制御装置２０を含むロボットシステム１００の全体構成を表す図である。図２は、ロボット制御装置２０の機能ブロック図である。図１に示されるようにロボットシステム１００は、ロボット１０と、ロボット１０を制御するロボット制御装置２０と、ロボット１０を操作するための操作入力装置としてのハンドガイド装置３０とを備える。ロボット１０は本実施形態では垂直多関節ロボットであり、設置フロアに固定された基部１１と、複数の関節部とリンク部材とからなるアーム部１２とを有する。なお、ロボット１０として他のタイプのロボットが用いられても良い。ハンドガイド装置３０は、ロボット１０の所定の可動部位（本実施形態ではアーム先端）に取り付けられている。

ハンドガイド装置３０は、操作レバー３１ａ、非常停止スイッチ（不図示）等を含む操作部３１と、操作部３１を介して入力された動作指令を含む送信データを無線通信により送信する送信部３２とを備える。ロボット制御装置２０は、ハンドガイド装置３０から無線通信により受信した動作指令に従ってロボット１０を動作させる。ハンドガイド装置３０とロボット制御装置２０間の無線通信は、例えば無線ＬＡＮのような所定の無線通信規格に基づくものであっても良い。ロボット制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、操作部、ネットワークインタフェース等を有する一般的なコンピュータとしての構成を有していても良い。

オペレータ（不図示）は、ハンドガイド装置３０を用いてロボット１０を操作し教示作業を遂行する。例えば、オペレータは、操作レバー３１ａを倒す操作をすることでロボット１０の所定の可動部位（本実施形態ではアーム先端）を所望の方向に移動させる。ロボットシステム１００のような無線通信を利用するシステムでは、周囲環境の影響を受け通信状況が悪化する場合がる。通信状況が悪化した場合、ハンドガイド装置３０からの送信データが遅延し一定時間、ロボット制御装置２０側で送信データを受信できない状況が生じ得る。このような状況が生じた場合に、ロボット制御装置２０は、以下で説明するように、安全性を確保しつつも教示作業全体の効率の低下を抑制する観点からロボット１０の速度を好適に制御するように構成される。

図２に示すように、ロボット制御装置２０は、受信部２１と、遅延検出部２２と、速度設定部２３とを備える。受信部２１は、ハンドガイド装置３０から動作指令を含む送信データを無線通信により受信する。遅延検出部２２は、送信データの到来予定時間からの遅れを検出する。速度設定部２３は、遅延検出部２２により送信データの到来の遅れが検出された場合に、ロボット１０を動作指令に従って動作させる際の動作速度を、遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも低く且つゼロより大きな第２速度に設定する。なお、図１に示した構成例では、ロボット制御装置２０はハンドガイド装置３０から無線信号を直接受信する構成となっているが、ロボット制御装置２０は外部接続された教示操作盤等の無線通信機能を有する装置を介してハンドガイド装置３０からの送信データを受信する構成であっても良い。

図３は、遅延検出部２２による送信データの遅れ検出動作の第１の例を示す図である。一般に、ハンドガイド装置３０は、オペレータにより操作レバー３１ａが所望の方向に倒されている間、動作指令（例えば、ロボット座標系のＸ軸プラス方向に動作せよという指令）を連続して一定周期で送信する。図３の上段に、操作レバー３１ａを倒す操作がなされている間に、送信部３２が送信データを連続して周期的に送信するタイミングを示す。ここでは、各々の送信データに送信の順番を示すＩＤ（１，２，３，４・・・ｎ）が付加されているものとする。送信データの周期はロボット制御装置２０において既知である場合を想定する。図３の下段に、受信部２１が送信データ（１，２，３，４・・・ｎ）を受信するタイミングを示す。この場合、遅延検出部２２は、１番目の送信データを受け取ったタイミングをトリガとして内部クロック信号をカウントすることで、２番目以降の送信データが到来する到来予定時間を求め、各送信データに到来予定時刻からの遅れが生じていないかを監視する。例えば、ｎ番目の送信データが、到来予定時間ｔ０よりも時間τだけ遅れて到来したとする。この場合、遅延検出部２２は、ｎ番目の送信データに時間τの遅れが生じたことを検出する。

図４は、遅延検出部２２による送信データの遅れ検出動作の第２の例を示す図である。第２の例では、ハンドガイド装置３０の送信部３２は、送信データに送信時刻を加えて送信する。この第２の例の場合には、例えばネットワークを介した時刻合わせ機能を用いて、ハンドガイド装置３０とロボット制御装置２０との間で予めそれぞれの内部時計の時刻を合わせておく。図４のように、ハンドガイド装置３０の送信部３２が送信データ（ＤＡＴＡ１）に送信時刻Ｔａ１を加えて送信したとする。ロボット制御装置２０において受信部２１が送信データ（ＤＡＴＡ１）を受信すると、遅延検出部２２は内部時計の時刻を参照することで、送信データ（ＤＡＴＡ１）が送信時刻Ｔａ１からτ１時間後に到着したことを把握する。一例として、遅延検出部２２は、送信時刻Ｔａ１に、通常時に無線信号の伝送に要する伝送遅延時間を加えた時刻を、送信データ（ＤＡＴＡ１）についての到来予定時刻とする。遅延検出部２２は、送信データ（ＤＡＴＡ１）の到着時刻が、到来予定時刻を過ぎている場合、送信データ（ＤＡＴＡ１）に遅れが生じたことを検出する。この場合、送信データ（ＤＡＴＡ１）の遅れ時間は、τ１－（伝送遅延時間）により求めることができる。

図３又は図４で例示した遅れ検出動作により遅延検出部２２が送信データの遅れを検出した場合、速度設定部２３は、動作指令により指令された方向にロボット１０を移動させる場合の動作速度を、送信データの遅れがない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定する。なお、ここで述べる第１速度、第２速度は、ロボット１０の速度を制御する場合の目標動作速度、或いは最大動作速度として設定されても良い。第２速度の設定値として以下のような設定例が有り得る。
（設定例１）ロボット（所定の可動部位）が人と接触しても安全性を維持することができる十分に低速な所定の速度。
（設定例２）ロボットの所定の可動部位を第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、所定の可動部位が所定の減速度での減速を開始した位置から第１所定距離以内で停止できる速度。この場合の第１所定距離は、例えば、オペレータがハンドガイド装置３０を持ちながらロボット１０を操作する場合に、ハンドガイド装置３０とオペレータとの間に確保される距離として一般に想定し得る距離（例えば、３０ｃｍ）である。第２速度をこのような値に設定することにより、無線通信状況が悪化したような場合にロボット１０がオペレータに接触するような事態を回避することができる。
（設定例３）ロボットの所定の可動部位を第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、所定の可動部位がロボット１０の固定部としての基部１１に設定した基準位置から第２所定距離の範囲内で停止できる速度。第２速度をこのような値に設定することにより、無線通信状況が悪化したような場合に、ロボット１０の所定の可動部位が基準位置から第２所定距離の範囲から逸脱するような事態を回避し安全性を確保することができる。この場合、速度設定部２３は、例えば送信データが受信され遅れが検出される度に、ロボットの所定の可動部位の現在位置に基づいて第２速度を時々刻々と更新するようにしても良い。

第２速度の設定例３は、図８に構成例を示したように、操作入力装置がロボット制御装置２０と無線により接続された教示操作盤３０Ａであるような場合にいっそう好適に適用することができる。図８に示すロボットシステム１００Ａは、ロボット１０と、ロボット１０を制御するロボット制御装置２０Ａと、ロボット制御装置２０Ａに無線により接続された教示操作盤３０Ａとを備える。教示操作盤３０Ａは、ロボット１０を操作するためのジョグ操作キー等を含む操作部と、操作部を介して入力された動作指令を含む送信データを無線通信によりロボット制御装置２０Ａに送信する送信部とを有する。このようなシステム構成の場合、オペレータは、ロボット１０からある程度離れた位置から教示操作盤３０Ａを用いてロボット１０を操作する。

図５は、ロボットシステム１００Ａのようなシステムが用いられる場合に、ロボット１０とオペレータＯＰとの水平方向での位置関係を模式的に表した図である。図５に示すように、オペレータＯＰがロボット１０の基部１１に設定した基準位置Ｐ₀から距離Ｄ１の位置で作業することが想定される場合には、上記第２速度の設定例３における第２所定距離を距離Ｄ１以下の値に設定することができる。例えば、ロボット１０の所定の可動部位が基準位置Ｐ₀に対し径方向外側に移動しており、所定の可動部位と第２所定距離の範囲の外縁との距離がＤ₀であったとする。また、所定の可動部位を一定の減速度Ａ₀で減速させるとする。この場合、速度設定部２３は、第２速度を、減速度Ａ₀で減速した場合に距離Ｄ₀以内で停止可能な速度である（２Ｄ₀Ａ₀）^1/2以下の値に設定しても良い。

また、図５に示すように、ロボットシステム１００Ａは、基準位置Ｐ₀とオペレータＯＰとの距離を測定する距離センサ８０を備えていても良い。距離センサ８０は、一例として、ロボット１０の基部１１に取り付けられ、また、ロボット制御装置２０Ａに例えば有線で接続される。距離センサ８０は、計測したオペレータＯＰまでの距離をロボット制御装置２０Ａに提供する。この場合、オペレータＯＰの位置が変化する状況においても、オペレータＯＰの位置を検出して第２所定距離を設定することができる。距離センサ８０として、例えば、所定の計測範囲内にある物体の３次元点群データを取得可能なレーザセンサ、レーザスキャナ等を用いることができる。ロボット１０の周囲にある物体（又はヒト）までの最短距離を得るために、ロボット１０の基部１１に距離センサ８０を複数個配置しても良い。

図６は、速度設定部２３による速度設定動作に伴うロボット１０（所定の可動部位）の速度の変化の一例を示すグラフである。図６において横軸は時間、縦軸は速度を表す。ここでは、図６の時間軸上の開始時点（時刻ゼロ）でオペレータが操作レバー３１ａを所望の方向に所定量倒す操作をし、その状態が維持されている状況を想定する。よって、ハンドガイド装置３０は、図６のグラフの時間軸の全体にわたって所定の動作指令（例えば、Ｘ軸プラス方向に動かす指令）を含む送信データを周期的に送信し続けている。図６の時間軸上の期間Ｔ₀は無線通信状況が良好な期間、期間Ｔ₁は無線通信状況が悪化している期間、期間Ｔ₂は無線通信状況が再び良好な状態に戻った期間であるものとする。期間Ｔ₀では送信データの遅れは発生していないため、ロボット制御装置２０はロボット１０（所定の可動部位）を動作指令に応じた第１速度Ｖ₁でまで加速して第１速度Ｖ₁で移動させる。

次に、無線通信の状況が悪化した期間Ｔ₁に入ると、遅延検出部２２により送信データの遅延が検出され、速度設定部２３はロボット１０（所定の可動部位）の動作速度を第１速度Ｖ₁よりも低い第２速度Ｖ₂に設定する。なお、期間Ｔ₁の間送信データは所定の遅れ時間でロボット制御装置２０に到着する状態が継続しているため、速度設定部２３は、動作速度を第２速度に設定する動作を継続する。したがって、期間Ｔ₁では、ロボット１０（所定の可動部位）は速度Ｖ₁から徐々に減速し、第２速度Ｖ₂で指令された方向への移動を継続する。

次に、通信状況が回復した期間Ｔ₂に入ると、送信データの遅れが検出されなくなり、速度設定部２３はロボット１０（所定の可動部位）の動作速度の設定を第１速度Ｖ₁に戻す。それにより、ロボット１０（所定の可動部位）は第１速度Ｖ₁まで加速し第１速度Ｖ₁で移動を継続する。なお、第２速度が設定例３に従って設定される場合、ロボット制御装置２０は、ロボット１０（所定の可動部位）が第２所定距離の範囲から逸脱することがないように、ロボット１０（所定の可動部位）が第２所定距離の範囲の周縁に近づいたときに、図６中破線Ｌで示すようにロボット１０（所定の可動部位）を最大減速度で減速させて停止させても良い。このような制御を行うことで、第２所定距離の範囲の周縁を、無線通信状況が悪化した場合に作用する、ロボット１０の動作可能範囲を規定する仮想的な柵として設定することができる。

図７は、以上で説明した動作速度に関するロボット制御方法をフローチャートとして示したものである。図７の処理は、ロボット制御装置２０のＣＰＵによる制御の下で実行される。図７に示すように、ロボット制御装置２０は、送信データを受信すると（ステップＳ１）、受信された送信データの遅れを図３又は図４を参照して例示した手法により検出する（ステップＳ２）。送信データの到来予定時刻からの遅れが検出されると、ロボット制御装置２０は、ロボット１０（所定の可動部位）の動作速度を、上述の設定例１から設定例３のいずれかの手法により第２速度に設定する（ステップＳ３）。送信データの遅れが検出されない場合には、ロボット制御装置２０は、ロボット１０（所定の可動部位）の速度設定を、通常時の速度である第１速度に設定する。動作速度が設定されると、ロボット制御装置２０は動作指令及び設定された動作速度に従ってロボット１０を動作させる（ステップＳ４）。

以上説明したように本実施形態によれば、無線通信の状況が悪化した場合にも、安全性を確保しつつも教示作業全体の効率の低下を抑制することが可能である。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

図１や図８に示したロボットシステムの構成例は例示であり、本発明は、操作入力装置とロボット制御装置とを無線通信により接続した様々なタイプのロボットシステムに適用することができる。

上述した実施形態に示したロボット制御方法の処理（図７）を実行するプログラムは、コンピュータに読み取り可能な各種記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク）に記録することができる。

１０ロボット
１１基部
１２アーム部
２０ロボット制御装置
２１受信部
２２遅延検出部
２３速度設定部
３０ハンドガイド装置
３１操作部
３２送信部
８０距離センサ
１００ロボットシステム

Claims

ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、
前記ロボットに設けられた操作入力装置から、教示中における前記ロボットに対する動作指令を含む送信データを無線通信により受信する受信部と、
受信された前記送信データの到来予定時刻からの遅れを検出する遅延検出部と、
前記遅れが検出された場合に、前記ロボットを前記動作指令に従って動作させる際の動作速度を、前記遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定する速度設定部と、を備え、
前記速度設定部は、前記第２速度を、前記ロボットの所定の可動部位を前記第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、前記所定の可動部位が前記所定の減速度での減速を開始した位置から第１所定距離以内で停止できる速度に設定する、
ロボット制御装置。
ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、
前記ロボットに設けられた操作入力装置から、教示中における前記ロボットに対する動作指令を含む送信データを無線通信により受信する受信部と、
受信された前記送信データの到来予定時刻からの遅れを検出する遅延検出部と、
前記遅れが検出された場合に、前記ロボットを前記動作指令に従って動作させる際の動作速度を、前記遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定する速度設定部と、を備え、
前記速度設定部は、前記ロボットの所定の可動部位を前記第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、前記所定の可動部位が前記ロボットの固定部に設定した基準位置から第２所定距離の範囲内で停止できるように前記第２速度を設定する、
ロボット制御装置。
ロボットと、
前記ロボットを操作するための操作部と、該操作部を介して入力された動作指令を含む送信データを無線通信により送信する送信部とを有する操作入力装置と、
請求項１又は２に記載のロボット制御装置と、を具備するロボットシステム。
前記操作入力装置は、前記ロボットの所定の可動部位に搭載されたハンドガイド装置である、請求項３に記載のロボットシステム。
ロボットを制御するための方法であって、
前記ロボットに設けられた操作入力装置から、教示中における前記ロボットに対する動作指令を含む送信データを無線通信により受信し、
受信された前記送信データの到来予定時刻からの遅れを検出し、
前記遅れが検出された場合に、前記ロボットを前記動作指令に従って動作させる際の動作速度を、前記遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定し、
前記第２速度は、前記ロボットの所定の可動部位を前記第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、前記所定の可動部位が前記所定の減速度での減速を開始した位置から第１所定距離以内で停止できる速度である、
ロボット制御方法。
ロボットを制御するための方法であって、
前記ロボットに設けられた操作入力装置から、教示中における前記ロボットに対する動作指令を含む送信データを無線通信により受信し、
受信された前記送信データの到来予定時刻からの遅れを検出し、
前記遅れが検出された場合に、前記ロボットを前記動作指令に従って動作させる際の動作速度を、前記遅れが検出されない場合に設定する第１速度よりも小さく且つゼロよりも大きい第２速度に設定し、
前記第２速度は、前記ロボットの所定の可動部位を前記第２速度から所定の減速度で減速させた場合に、前記所定の可動部位が前記ロボットの固定部に設定した基準位置から第２所定距離の範囲内で停止できる速度である、
ロボット制御方法。