(57)【要約】【課題】ハンドガイドに対応しているロボットにおいて、作業時にロボットに対する作業者の位置を適宜変更できるようにするための技術を提供する。【解決手段】ロボットのハンドガイドシステム１０は、ロボット１、ハンドガイド装置３および制御装置５で構成されている。ハンドガイド装置３は、ロボット１の手先部１６の操作情報を入力するための操作具を備えた操作盤３１を有する。ハンドガイド装置３は、操作盤３１が手先部１６に対して連続的に回動可能であるようにロボットアーム２または手先部１６に位置する被装着部２０の周りに取り付けられる。手先部１６に対する操作盤３１の回動変位情報は回動変位センサ４９で検出される。制御装置５は、回動変位情報と操作情報に基づいてロボット１の動作を制御する。【選択図】図３
2014117783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと該アームの先端に設けられた手先部とを少なくとも有するロボットと、
前記手先部の操作情報を入力するための操作具を有し、前記手先部に対して連続的に回動可能であるように、前記アームから前記手先部までの間に位置する被装着部の周りに設けられた操作入力装置と、
前記手先部と相対的な前記操作入力装置の回動変位情報を検出する回動変位センサと、
前記回動変位情報と前記操作情報に基づいて前記ロボットの動作を制御する制御装置とを備えている、ロボットのハンドガイドシステム。
【請求項２】
前記操作入力装置が、前記手先部に対して前記手先部の軸に沿って並進可能であり、
前記手先部と相対的な前記操作入力装置の並進変位情報を検出する並進変位センサを備え、
前記制御装置が、前記回動変位情報と前記並進変位情報と前記操作情報に基づいて前記ロボットの動作を制御する、請求項１に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記操作入力装置の操作座標系の前記操作情報をロボット座標系の操作情報に変換する処理を行う、
請求項１または２に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項４】
前記操作入力装置を変位させるべく当該操作入力装置へ入力された外力に対して抵抗力を付与する抵抗付与機構を備えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項５】
前記抵抗付与機構は、前記操作入力装置が変位不能であるように抵抗力を付与する第１状態と、前記操作入力装置が変位可能であるように抵抗力を付与する第２状態とに切り替え可能である、請求項４に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項６】
前記抵抗付与機構が、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記操作入力装置に設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なボールを有するボールプランジャとを含んでいる、請求項４または５に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項７】
前記抵抗付与機構が、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記操作入力装置に設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なピンを有するインデックスプランジャとを含んでいる、請求項４または５に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項８】
前記被装着部の外周に設けられた第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛合する第２の歯車と、
前記第２の歯車を駆動するサーボモータを備え、
前記サーボモータに前記回動変位センサとしてロータリエンコーダを備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットのハンドガイドシステム。
【請求項９】
アームと該アームの先端に設けられた手先部とを少なくとも有するロボットのハンドガイド装置であって、
前記手先部に対して連続的に回動可能であるように、前記アームから前記手先部までの間に位置する被装着部の周りに設けられた支持フレームと、
前記手先部の操作情報を入力するための操作具を有し、前記支持フレームに取り付けられた操作盤と、
前記手先部と相対的な前記操作盤の回動変位を検出する回動変位センサとを、備えているハンドガイド装置。
【請求項１０】
前記操作盤が、前記手先部に対して前記手先部の軸に沿って並進可能であり、
前記手先部と相対的な前記操作盤の並進変位を検出する並進変位センサを備えている、
請求項９に記載のハンドガイド装置。
【請求項１１】
前記操作盤を変位させるべく当該操作盤へ入力された外力に対して抵抗力を付与する抵抗付与機構を備えている、請求項９または１０に記載のハンドガイド装置。
【請求項１２】
前記抵抗付与機構は、前記操作盤が変位不能であるように抵抗力を付与する第１状態と、前記操作盤が変位可能であるように抵抗力を付与する第２状態とに切り替え可能である、請求項１１に記載のハンドガイド装置。
【請求項１３】
前記抵抗付与機構が、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記支持フレームに設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なボールを有するボールプランジャとを含んでいる、請求項１１または１２に記載のハンドガイド装置。
【請求項１４】
前記抵抗付与機構が、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記支持フレームに設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なピンを有するインデックスプランジャとを含んでいる、請求項１１または１２に記載のハンドガイド装置。
【請求項１５】
前記被装着部の外周に設けられた第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛合する第２の歯車と、
前記第２の歯車を駆動するサーボモータを備え、
前記サーボモータに前記回動変位センサとしてロータリエンコーダを備える、
請求項９または１０に記載のハンドガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに関する。詳細には、ロボットのハンドガイドシステムと、そのためのハンドガイド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットやパーソナルケア・ロボットの分野において、ロボットと作業者が同じ作業空間内で直接協働して作業を行うことが提案されている。例えば、産業用ロボットと作業者との協働作業では、作業者がワークの位置や作業状態を知覚してロボットの次の動作を指令する役目を担い、ロボットが指令に応答してワークを把持したり移動させたりする役目を担う。このようなロボットと作業者の協働作業は、計測や位置合わせの制御と判断をロボット近傍にいる作業者が行うため、高度なセンシングや制御が不要になるとともに、効率的で信頼性が高くなるというメリットがある。
【０００３】
上記のようなハンドガイドによる協働運転に対応しているロボットの制御装置には、ジョイスティックや非常停止スイッチなどの操作具が設けられたハンドガイド装置が無線又は有線で接続される。このようなハンドガイド装置を備えたロボットの一例が特許文献１に示されている。特許文献１に記載された配電作業用ロボットは、ハンドの基部にハンドガイド装置（ダイレクト操作装置）を備えている。このハンドガイド装置は、ハンドの基部の周りに設けられた３か所のコネクタ部に選択的に着脱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された配電作業用ロボットでは、作業の内容に応じてハンドガイド装置を取り付けるコネクタ部を３か所から選択することにより、作業者の操作位置を変更することが可能である。しかし、作業の途中でロボットと作業者との位置関係が変化した場合に、作業の続行が困難となる虞がある。例えば、ロボットのハンドが壁や他の設備などの障害物近傍に移動したときに、ハンドガイド装置が障害物と干渉する位置に至れば、作業の続行が困難となる。このような場合は、一旦作業を中断して、ハンドガイド装置を他のコネクタへ取り付け直さない限り以後の操作を行うことができない。
【０００６】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ハンドガイドに対応しているロボットにおいて、作業時にロボットに対する作業者の位置を適宜変更できるようにするための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロボットのハンドガイドシステムは、
アームと該アームの先端に設けられた手先部とを少なくとも有するロボットと、
前記手先部の操作情報を入力するための操作具を有し、前記手先部に対して連続的に回動可能であるように、前記アームから前記手先部までの間に位置する被装着部の周りに設けられた操作入力装置と、
前記手先部と相対的な前記操作入力装置の回動変位情報を検出する回動変位センサと、
前記回動変位情報と前記操作情報に基づいて前記ロボットの動作を制御する制御装置とを備えているものである。
【０００８】
上記ロボットのハンドガイドシステムにおいて、前記操作入力装置が、前記手首部に対して前記手先部の軸に沿って並進可能であり、前記手先部と相対的な前記操作入力装置の並進変位情報を検出する並進変位センサを備え、前記制御装置が、前記回動変位情報と前記並進変位情報と前記操作情報に基づいて前記ロボットの動作を制御することがよい。
【０００９】
上記ロボットのハンドガイドシステムによれば、操作入力装置がロボットの手先部に対して連続的に変位可能であり、その可動範囲内で操作入力装置の位置を自由に選択することができる。よって、ロボットに対する操作入力装置の位置を作業状態に応じて適宜変更することができる。換言すれば、作業者は、本人とロボットとの位置関係を適宜変更しつつ、操作入力装置によりロボットを操作することができる。しかも、操作入力装置を移動させるために着脱などの過程がなく、操作入力装置の位置の変更のために作業を中断させることがない。
【００１０】
本発明は、上記ロボットのハンドガイドシステムにおいて、前記制御装置が、前記操作入力装置の操作座標系の前記操作情報をロボット座標系の操作情報に変換する処理を行うものである。
【００１１】
上記によれば、作業中にロボットの手先部と相対的な操作入力装置の位置と向きが変位しても、ロボットの動作にその変位が反映される。
【００１２】
本発明は、上記ロボットのハンドガイドシステムにおいて、前記操作入力装置を変位させるべく当該操作入力装置へ入力された外力に対して抵抗力を付与する抵抗付与機構を備えているものである。
【００１３】
上記によれば、作業者が操作具を操作中に意図せずに操作入力装置が変位することを防止できる。また、操作入力装置を手先部に対する所望の位置で留めておくことができる。
【００１４】
本発明は、上記ロボットのハンドガイドシステムにおいて、前記抵抗付与機構は、前記操作入力装置が変位不能であるように抵抗力を付与する第１状態と、前記操作入力装置が変位可能であるように抵抗力を付与する第２状態とに切り替え可能であるものである。
【００１５】
上記によれば、作業者の意図で操作入力装置の手先部に対する位置を変位させることができ、作業者が操作具を操作中に意図せずに操作入力装置が変位することを防止できる。また、操作入力装置を手先部に対する所望の位置で留めておくことができる。
【００１６】
前記抵抗付与機構は、例えば、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記操作入力装置に設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なボールを有するボールプランジャとを含んで構成することができる。
【００１７】
また、前記抵抗付与機構は、例えば、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記操作入力装置に設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なピンを有するインデックスプランジャとを含んで構成することができる。
【００１８】
本発明は、上記ロボットのハンドガイドシステムにおいて、前記被装着部の外周に設けられた第１の歯車と、前記第１の歯車と噛合する第２の歯車と、前記第２の歯車を駆動するサーボモータを備え、前記サーボモータに前記回動変位センサとしてロータリエンコーダを備えるものである。
【００１９】
上記によれば、サーボモータの動力で操作入力装置を回動させることができる。そして、サーボモータを停止させると手先部に対する操作入力部の位置が固定される。
【００２０】
本発明は、アームと該アームの先端に設けられた手先部とを少なくとも有するロボットのハンドガイド装置であって、
前記手先部に対して連続的に回動可能であるように、前記アームから前記手先部までの間に位置する被装着部の周りに設けられた支持フレームと、
前記手先部の操作情報を入力するための操作具を有し、前記支持フレームに取り付けられた操作盤と、
前記手先部と相対的な前記操作盤の回動変位を検出する回動変位センサとを、備えているものである。
【００２１】
上記ハンドガイド装置において、前記操作盤が、前記手先部に対して前記手先部の軸に沿って並進可能であり、前記手先部と相対的な前記操作盤の並進変位を検出する並進変位センサを備えていることがよい。
【００２２】
上記ロハンドガイド装置によれば、操作盤がロボットの手先部に対して連続的に変位可能であり、その可動範囲内で操作盤の位置を自由に選択することができる。よって、ロボットに対する操作盤の位置を作業状態に応じて適宜変更することができる。換言すれば、作業者は、本人とロボットとの位置関係を適宜変更しつつ、操作盤によりロボットを操作することができる。しかも、操作盤を移動させるために着脱などの過程がなく、操作盤の位置の変更のために作業を中断させることがない。
【００２３】
本発明は、上記ハンドガイド装置において、前記操作盤を変位させるべく当該操作盤へ入力された外力に対して抵抗力を付与する抵抗付与機構を備えているものである。
【００２４】
上記によれば、作業者が操作具を操作中に意図せずに操作盤が変位することを防止できる。また、操作盤を手先部に対する所望の位置で留めておくことができる。
【００２５】
本発明は、上記ハンドガイド装置において、前記抵抗付与機構は、前記操作盤が変位不能であるように抵抗力を付与する第１状態と、前記操作盤が変位可能であるように抵抗力を付与する第２状態とに切り替え可能であるものである。
【００２６】
上記によれば、作業者の意図で操作盤の手先部に対する位置を変位させることができ、作業者が操作具を操作中に意図せずに操作盤が変位することを防止できる。また、操作盤を手先部に対する所望の位置で留めておくことができる。
【００２７】
前記抵抗付与機構は、例えば、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記支持フレームに設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なボールを有するボールプランジャとを含んで構成することができる。
【００２８】
また、前記抵抗付与機構は、例えば、前記被装着部の外周に設けられた歯車と、前記支持フレームに設けられて前記歯車の歯溝に沈み込むことが可能なピンを有するインデックスプランジャとを含んで構成することができる。
【００２９】
本発明は、上記ハンドガイド装置において、前記被装着部の外周に設けられた第１の歯車と、前記第１の歯車と噛合する第２の歯車と、前記第２の歯車を駆動するサーボモータを備え、前記サーボモータに前記回動変位センサとしてロータリエンコーダを備えるものである。
【００３０】
上記によれば、サーボモータの動力で操作盤を回動させることができる。そして、サーボモータを停止させると手先部に対する操作盤の位置が固定される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ロボットの手先部に対して操作入力装置（操作盤）が連続的に変位可能であるので、作業者は、本人とロボットとの位置関係を適宜変更しつつ、操作入力装置（操作盤）によりロボットを操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットのハンドガイドシステムの全体的な構成を示す図である。
【図２】ロボットとハンドガイド装置を示す図である。
【図３】ハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。
【図４】ハンドガイド装置を手首軸と平行に見た図である。
【図５】変形例１に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。
【図６】変形例２に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットのハンドガイドシステムの全体的な構成を示す図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るロボットのハンドガイドシステム１０は、ロボット１と、ロボット１の手先部１６の操作情報を入力するための操作具を有するハンドガイド装置３と、ハンドガイド装置３で入力された操作情報等を受けてロボット１の動作を制御する制御装置５とで構成されている。以下、これらについて詳細に説明する。
【００３５】
（ロボット１）
図２はロボットとハンドガイド装置を示す図である。図１および２に示すように、本実施の形態に係るロボット１は６軸ロボットである。ただし、本発明は３軸、４軸または７軸等の多軸ロボットにも適用することができる。ロボット１は、旋回座１１、旋回台１２、下腕１３、上腕１４、手首部１５および手先部１６を備えている。これらのうち下腕１３、上腕１４および手首部１５がロボットアーム２を形成している。手先部１６は、ロボットアーム２のエンドエフェクタであって、ロボット１が行う作業に対応したエンドエフェクタに取り替えられる。
【００３６】
旋回座１１と旋回台１２は第１関節２１において垂直方向の回転軸で連結されている。これにより旋回台１２は旋回座１１に対して旋回することができる。旋回台１２と下腕１３の基端は第２関節２２において水平方向の回転軸で連結されている。下腕１３の先端と上腕１４の基端は、第３関節２３において、水平方向の回転軸で連結されている。上腕１４の基端側リンク１４１と先端側リンク１４２とは、第４関節２４において上腕１４の軸方向の回転軸で連結されている。上腕１４の先端と手首部１５の基端は、第５関節２５において、水平方向の回転軸で連結されている。手首部１５の基端側リンク１５１と先端側リンク１５２とは、第６関節２６において手首部１５の軸方向の回転軸で連結されている。第６関節２６の回転軸を以下では手首軸２９という。手首部１５の先端には手先部１６が接続されている。そして、ロボット１の各関節２１〜２６を各回転軸回りに個別に動作させるために、各関節２１〜２６にモータ、減速機および回転角センサ（いずれも図示略）が設けられている。
【００３７】
（ハンドガイド装置３）
ハンドガイド装置３は、上記構成のロボット１のロボットアーム２または手先部１６に設けられている。ロボット１のロボットアーム２の基端から手先部１６の先端までの間の適宜位置に、ハンドガイド装置３が装着される被装着部２０がある。被装着部２０は、エンドエフェクタまたはその近傍であることを基本として、ロボット１の形状や作業の内容に応じて、ハンドガイド装置３を操作する作業者がエンドエフェクタを目視できるようなロボットアーム２または手先部１６の適宜位置に設定される。そして、このように設定された被装着部２０の周りにハンドガイド装置３が設けられている。本実施の形態では、手先部１６と一体的に連結されている手首部１５の先端側リンク１５２に被装着部２０が設定され、この被装着部２０の周りにハンドガイド装置３が装着されている。
【００３８】
図３はハンドガイド装置３を手首軸２９と直交する方向から見た図であり、図４はハンドガイド装置３を手首軸２９と平行に見た図である。なお、図３ではハンドガイド装置３の内部構造をわかりやすくするために、支持フレーム３２を一部切り欠いた状態に表わしている。図３および４に示すように、ハンドガイド装置３は、操作盤３１と、支持フレーム３２と、変位検出機構３３と、抵抗付与機構３４とを備えている。以下、これらについて詳細に説明する。
【００３９】
まず、支持フレーム３２について説明する。支持フレーム３２は、ハンドガイド装置３をロボット１の手首部１５に支持させるためのものである。支持フレーム３２には軸形状の手首部１５が貫通している。支持フレーム３２と手首部１５との間には軸受４１，４１が設けられており、支持フレーム３２は手首部１５を中心として連続的に回動することができる。支持フレーム３２を支持している手首部１５の先端側リンク１５２は手先部１６と一体的であり、手首軸２９は手先部１６の軸と重複している。このことから、支持フレーム３２は手先部１６に対して連続的に回動可能である。
【００４０】
次に、操作盤３１について説明する。操作盤３１は、ハンドガイド装置３のなかで、ロボット１の手先部１６の操作情報を入力するための実質的な操作入力装置たる部分である。操作盤３１は、支持フレーム３２に固定されており、支持フレーム３２と一体的に移動する。よって、前述の通り支持フレーム３２が手先部１６に対して連続的に回動可能であることから、操作盤３１は手先部１６に対して連続的に回動可能である。図３では、操作盤３１を操作する作業者がロボット１の手首部１５を向くように操作盤３１が支持フレーム３２に固定された例が示されているが、操作盤３１が支持フレーム３２に取り付けられる向きはこれに限定されない。
【００４１】
操作盤３１には、ジョイスティックなどの操作具３１１，３１１と、非常停止スイッチ３１２、イネーブルスイッチ３１３，３１３などの安全スイッチが設けられている。本実施例においてはロボット１の手先部１６の位置と向きを操作するための操作具３１１として２本のジョイスティックを設けているが、操作具はこれに限定されない。操作盤３１は制御装置５と無線又は有線により電気的に接続されている。そして、操作盤３１の操作具３１１，３１１で入力されたロボット１の操作情報、例えば、ジョイスティックの操作量は制御装置５へ出力される。また、操作盤３１の安全スイッチ３１２，３１３，３１３からの信号も制御装置５へ出力される。なお、ハンドガイド装置３と制御装置５を有線で接続する場合には、配線をロボットアーム２内部に通したり、スリップリングを使用したりするなどして、配線がハンドガイド装置３の回動動作を阻害しないようにすることが望ましい。
【００４２】
操作盤３１は操作座標系を有する。操作盤３１で操作する作業者から見た操作座標系は一定であるが、操作盤３１は手先部１６に対して回動するので、操作座標系とロボット１のロボット座標系（つまり、ロボット１の手先部１６の座標系）の関係は変化する。そこで、操作座標系とロボット座標系との相対関係を知るために、次に説明する変位検出機構３３では、ロボット１の手先部１６に対する操作盤３１の回動変位を検出するようにしている。
【００４３】
変位検出機構３３は、支持フレーム３２の内部に設けられており、被装着部２０（本実施形態では手首部１５）の周囲に設けられた第１歯車４６と、第１歯車４６と噛合している第２歯車４８と、第２歯車４８の回転角度を検出する回動変位センサ４９とを備えている。第２歯車４８は、支持フレーム３２内に設けられた支持部材３２１に回動可能に支持されている。上記構成の変位検出機構３３では、手首部１５を中心として操作盤３１を含むハンドガイド装置３全体が回動すると、第１歯車４６に噛合している第２歯車４８が回動する。回動変位センサ４９はこのような第２歯車４８の回転角度を検出し、その検出信号を制御装置５へ出力する。制御装置５での回動変位センサ４９からの検出信号を用いた処理については後述する。
【００４４】
続いて、抵抗付与機構３４について説明する。抵抗付与機構３４は、操作盤３１を回転変位させるべくハンドガイド装置３に入力された外力に対して抵抗力を付与するためのものである。このようにハンドガイド装置３の回動に抵抗が付与されることにより、操作盤３１を所望の位置に保持させることができるとともに、作業者が操作盤３１を操作しているときに意図せずハンドガイド装置３が変位することを防止できる。
【００４５】
抵抗付与機構３４は、支持フレーム３２の内部に設けられており、被装着部２０（本実施形態では手首部１５）の周囲に設けられた第３歯車４７と、第３歯車４７の歯溝に嵌るボール５０２を有するボールプランジャ５０とで構成されている。ボールプランジャ５０は、支持フレーム３２に固定されたシリンダ５０１と、シリンダ５０１の先端から進退するボール５０２と、シリンダ５０１に内蔵されたバネ５０３とを備えている。バネ５０３は、ボール５０２を先端側に向けて付勢している。そして、ボールプランジャ５０の先端のボール５０２が第３歯車４７の歯溝に沈み込むことにより、抵抗付与機構３４がハンドガイド装置３を回動させないように抵抗を付与する。そして、第３歯車４７からの押圧力がバネ５０３の付勢力に勝れば、ボール５０２がシリンダ５０１内へ後退して、ハンドガイド装置３が回動できる状態となる。なお、ボールプランジャ５０のバネ５０３は、作業者が意図してハンドガイド装置３に外力を与えたときにハンドガイド装置３が回動できるが、作業者が操作盤３１で操作しているときに意図せずハンドガイド装置３が回動しない程度のバネ力のものが用いられる。
【００４６】
（制御装置５）
図１に示すように、制御装置５は、Ａ／Ｄ変換部５１、移動量算出部５２、座標変換部５３、位置指令算出部５４、位置・速度制御部５５、サーボアンプ部５６、安全スイッチ監視部５７、非常停止回路５８を備えている。このうち移動量算出部５２、座標変換部５３、位置指令算出部５４および位置・速度制御部５５は図示しない１以上の演算処理装置で所定のプログラムを実行することにより実現される。以下では、ハンドガイドシステム１０において作業者のハンドガイドによるロボット１の作業時に、制御装置５で行われる処理を説明する。
【００４７】
まず、作業者はロボット１の手先部１６を目的の位置と向きへ動かすために、ハンドガイド装置３の操作盤３１に設けられた操作具３１１，３１１を傾けたり回転させたりする。この操作具３１１，３１１の操作量が、操作具入力値（操作情報）としてハンドガイド装置３から制御装置５へ出力される。操作具入力値は、制御装置５のＡ／Ｄ変換部５１でデジタル信号に変換される。移動量算出部５２は、デジタル信号となった操作具入力値を取得して、この値から移動量換算値を算出する。移動量換算値は、操作具入力値と対応する操作座標系におけるロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量である。
【００４８】
上記操作具入力値の出力と同時に又は常時、操作部変位値（変位情報）がハンドガイド装置３から制御装置５へ出力される。操作部変位値は、ハンドガイド装置３の変位検出機構３３の回動変位センサ４９で検出された回転角度又はこれに準ずる情報である。操作部変位値はＡ／Ｄ変換部５１でデジタル信号に変換される。
【００４９】
続いて、座標変換部５３は、デジタル信号に変換された操作部変位値と移動量換算値とを取得して、操作座標系の移動量換算値をロボット座標系の移動量に座標変換する。つまり、座標変換部５３で、操作座標系におけるロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量が、ロボット座標系におけるロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量に変換される。次に示す（数１）は、ロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量と移動量換算値（操作具入力値）との関係式である。
【００５０】
【数１】
2014117783.tif 000003
【００５１】
上記（数１）において、手先位置変位ベクトルは、ロボット座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量を表している。移動量換算値ベクトルは、操作座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量を表している。変換行列Ａは操作座標系とロボット座標系との間の変換行列である。この変換行列Ａは、ロボット１の手首部１５とハンドガイド装置３との位置関係の関数であり、ここでは操作部変位値の関数となる。
【００５２】
座標変換部５３は、上記（数１）を用いて、操作座標系の移動量換算値を座標変換してロボット座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量を算出する。なお、移動量算出部５２と座標変換部５３の処理を合わせて行うこともできる。この場合、デジタル信号に変換された操作部変位値と操作具入力値とを取得して、次の（数２）に示す関係式を用いてロボット座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量を算出する。（数２）において、操作具入力値ベクトルは、操作座標系での操作具の操作量を表しており、変換行列Ｂは操作具入力値を手先部１６の位置と向きの移動量に換算するための関数である。
【００５３】
【数２】
2014117783.tif 000004
【００５４】
続いて、位置指令算出部５４は、ロボット座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量を取得して、ロボット指令値を算出する。ロボット指令値は、手先部１６の位置と向きの移動量を実現するためのロボット１の各関節２１〜２６の関節角の変位量である。
【００５５】
【数３】
2014117783.tif 000005
【００５６】
上記（数３）は、ロボット座標系でのロボット１の関節角の変位量とロボット座標系でのロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量の関係式である。（数３）において、関節角変位ベクトルは、ロボット座標系でのロボット１の関節角の変位量を表している。変換行列Ｃは、ロボット１の手先部１６の位置と向きの移動量から各関節２１〜２６の関節角の変位量を導き出すためのロボットの姿勢の関数である。位置指令算出部５４は、上記（数３）を用いて、ロボット指令値を算出する。続いて、位置・速度制御部５５は、ロボット指令値と、各関節２１〜２６に設けられた回転角センサ（図示せず）から各関節２１〜２６の関節角とを取得して、これらの値を用いて各関節２１〜２６に付与されるべき関節トルクを算出する。さらに、位置・速度制御部５５は、算出された関節トルクを各関節２１〜２６のモータへの駆動指令値としてサーボアンプ部５６へ出力する。駆動指令値としては、電流指令値やパルス列による指令値を用いることができる。サーボアンプ部５６では、入力された駆動指令値に対応する電流を各関節２１〜２６のモータへ流す。このようにして各関節２１〜２６のモータに電流が流れると、各関節２１〜２６の関節角が変化して、ロボット１の手先部１６が目的の位置と向きへ移動する。
【００５７】
なお、ハンドガイドシステム１０の稼働中、制御装置５の安全スイッチ監視部５７は常に非常停止スイッチ３１２とイネーブルスイッチ３１３，３１３からの信号を監視している。安全スイッチ監視部５７には、ハンドガイド装置３のイネーブルスイッチ３１３，３１３からのイネーブル信号と非常停止スイッチ３１２からの非常停止信号が入力される。安全スイッチ監視部５７は、移動量算出部５２にイネーブル信号を出力し、移動量算出部５２はイネーブル信号が入力されているときだけ演算処理を行う。また、安全スイッチ監視部５７は、非常停止信号が入力されるとこれを非常停止回路５８へ入力する。すると、非常停止回路５８は位置・速度制御部５５へ非常停止信号を出力し、位置・速度制御部５５はサーボアンプ部５６への出力を停止する。これにより、ロボット１の動作が非常停止する。
【００５８】
また、ロボット１の手先部１６が目的の位置と向きへ移動する最中に、ロボットアーム２とハンドガイド装置３とが干渉する可能性がある。そこで、制御装置５は、ハンドガイド装置３から出力された操作部変位値とロボット１の各関節２１〜２６の関節角などの情報を利用してハンドガイド装置３とロボットアーム２との位置関係を把握し、ロボットアーム２とハンドガイド装置３との干渉を事前に予測し、干渉が予測される場合にロボット１の動作を停止させるか、或いは、干渉を回避したロボット指令値を生成する。
【００５９】
以上の制御装置５の処理により、ロボット１の手先部１６が目的の位置と向きに移動する。この移動の途中で又は移動の後で、作業者が操作しにくいところに操作盤３１が位置することがある。例えば、操作盤３１が、壁、ロボットアーム２、他のロボット、他の設備などの障害物近傍に位置する場合がこれにあたる。このような場合に、作業者は操作盤３１を作業者が操作しやすいところへ移動させる。ここで、本実施の形態に係るハンドガイド装置３は、操作盤３１が手首部１５を中心として連続的に回動可能であり、その可動範囲内で操作盤３１の位置を自由に選択することができる。よって、ロボット１に対するハンドガイド装置３の位置を作業状態に応じて適宜変更することができる。換言すれば、作業者は、本人とロボット１との位置関係を適宜変更しつつ、ハンドガイド装置３によりロボットを操作することができる。しかも、操作盤３１を含むハンドガイド装置３に外力を加えるだけで操作盤３１が回動変位するので、操作盤３１を移動させるために着脱などの過程がない。よって、作業を中断させることなく操作盤３１の位置を変えることができる。
【００６０】
以上、ハンドガイド装置３を、ロボット１と作業者とが協働して作業を行う際の操作デバイスとして利用した実施の形態を説明した。ただし、本発明に係るハンドガイドシステム１０は、ハンドガイド装置３を、ロボット１に作業者が教示を行う際のティーチペンダントとして利用する場合にも適用することができる。
【００６１】
〔変形例１〕
以上に本発明の好適な第１実施形態を説明したが、上記のハンドガイド装置３の構成は、例えば以下に示す変形例１のように変更することができる。図５は変形例１に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。図５に示すように、変形例１に係るハンドガイド装置は、第１実施形態に係る変位検出機構３３において、回動変位センサ４９に代えてロータリエンコーダが組み込まれたサーボモータ８１を備えている。ロータリエンコーダが第１実施形態の回動変位センサ４９としての役目を担い、ロータリエンコーダで検出された回転角度は、操作部変位値としてハンドガイド装置３から制御装置５へ出力される。
【００６２】
上記変形例１に係る変位検出機構３３では、サーボモータ８１を駆動して、操作盤３１を手首部１５を中心として所望の位置まで回転させることができる。詳細には、サーボモータ８１が駆動すると、その出力軸８１１に嵌装された第２歯車４８が回転する。第２歯車４８は手首部１５の周りに設けられた第１歯車４６と噛合しているので、第２歯車４８が第１歯車４６の周りを回転する。これによりサーボモータ８１が固定された支持フレーム３２とこれに固定された操作盤３１が手首部１５を中心として回動する。
【００６３】
また、上記変形例１に係る変位検出機構３３を備える場合は、サーボモータ８１を停止させれば、手先部１６に対する操作盤３１の位置が固定される。例えば、作業者がハンドガイド装置３に設けられたイネーブルスイッチ３１３を操作しているときにサーボモータ８１を停止させるように構成すれば、作業者の操作中は手先部１６に対する操作盤３１の位置が固定される。よって、作業者がハンドガイド装置３で操作しているときにハンドガイド装置３が意図せず変位することがない。このようにサーボモータ８１が抵抗付与機構３４に相応する機能を備えるので、ハンドガイド装置３に抵抗付与機構３４を省略することもできる。
【００６４】
〔変形例２〕
上記第１実施形態に係るハンドガイド装置３の構成は、例えば以下に示す変形例２のように変更することができる。図６は変形例２に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。図６に示すように、変形例２に係るハンドガイド装置は、前述の第１実施形態に係る抵抗付与機構３４において、ボールプランジャ５０に代えてノーズロック可能なインデックスプランジャ８０を備えている。インデックスプランジャ８０は、シリンダ８０１と、シリンダ８０１に挿入されたピン８０２とで構成されている。このインデックスプランジャ８０は、ピン８０２の先端がシリンダ８０１から進出した状態と、シリンダ８０１内に後退した状態とのそれぞれにおいてロックすることが可能である。そして、インデックスプランジャ８０のピン８０２をシリンダ８０１から進出させた状態でロックすると、ピン８０２の先端が第３歯車４７の歯溝に沈み込むことにより、ハンドガイド装置３の回動を阻止することができる。一方、インデックスプランジャ８０のピン８０２をシリンダ８０１内へ後退させた状態でロックすると、ハンドガイド装置３は回動が許可される。このようにして、作業者がハンドガイド装置３の回動可能な状態と回動不可能な状態とを切り替えることができる。
【００６５】
なお、抵抗付与機構３４は、第１実施例のボールプランジャ５０および第３歯車４７と変形例２のインデックスプランジャ８０とを併せて備えることもできる。また、抵抗付与機構３４は、変形例２のインデックスプランジャ８０および第３歯車４７に加えて、手首部１５と支持フレーム３２との間に摩擦抵抗を発生させる摩擦板を備えることもできる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本発明の第２実施形態に係るハンドガイドシステムは、第１実施形態に係るハンドガイドシステム１０とハンドガイド装置３の構造が異なる。図７は本発明の第２実施形態に係るハンドガイド装置を手首軸と直交する方向から見た図である。第２実施形態に係るハンドガイド装置３の操作盤３１は、手先部１６に対して手首部１５を中心とした連続的な回動が可能であり、加えて、手先部１６に対して手先部１６の軸に沿った連続的な並進が可能である。さらに、ハンドガイド装置３の変位検出機構３３が、手先部１６と相対的な操作盤３１の回動変位に加えて手先部１６と相対的な並進変位も検出できるように構成されている。以下では、第２実施形態に係るハンドガイド装置３について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００６７】
図７に示すように、ハンドガイド装置３は、操作盤３１と、支持フレーム３２と、変位検出機構３３と、抵抗付与機構３４とを備えている。支持フレーム３２には軸形状の手首部１５が貫通している。支持フレーム３２と手首部１５との間には軸受４１，４１が設けられており、支持フレーム３２は手首部１５を中心として回動することができる。
【００６８】
操作盤３１は、手先部１６に対して手首部１５の手首軸２９に沿った並進ができるように、支持フレーム３２に取り付けられている。詳細には、支持フレーム３２に取付基板８４が固定されており、この取付基板８４に手首部１５の手首軸２９と平行なレール８６１が設けられている。一方、操作盤３１にはレール８６１上を走行するスライダ８６２が設けられている。これらのレール８６１とスライダ８６２は、支持フレーム３２に対して操作盤３１を手首部１５の手首軸２９と平行に移動可能に連結する直動案内機構８６を構成している。これによりハンドガイド装置３の操作盤３１は、手首部１５の手首軸２９に沿った並進が可能である。
【００６９】
以上の通り、支持フレーム３２が手首部１５を中心として回動可能であることと、手先部１６が手首部１５に固定されていることから、支持フレーム３２に取り付けられた操作盤３１は手先部１６に対して回動可能である。さらに、操作盤３１は、手首部１５の手首軸２９に沿った並進が可能であることと、手先部１６が手首部１５に固定されており手先部１６の軸が手首軸２９と重複していることから、操作盤３１は手先部１６に対して手先部１６の軸に沿って並進可能である。そして、手先部１６と相対的な操作盤３１の並進変位量を検出するために、並進変位センサとしてリニアエンコーダ８５が設けられている。リニアエンコーダ８５は、取付基板８４に対する変位量を検出する。リニアエンコーダ８５からの並進変位情報と、前述の第１実施形態で説明した変位検出機構３３の回動変位センサ４９からの回動変位情報とが、操作部変位値としてハンドガイド装置３から制御装置５へ出力される。そして、制御装置５は、この操作部変位値を利用して前述の第１実施形態で説明したようにロボット１の動作を制御する。
【符号の説明】
【００７０】
１  ロボット
２  ロボットアーム
３  ハンドガイド装置
５  制御装置
１０  ハンドガイドシステム
１１  旋回座
１２  旋回台
１３  下腕
１４  上腕
１５  手首
１６  手先
２０  被装着部
２１〜２６  関節
３１  操作盤
３１１  操作具
３２  支持フレーム
３３  変位検出機構
３４  抵抗付与機構
４６〜４８  歯車
４９  回動変位センサ
５０  ボールプランジャ
８０  インデックスプランジャ
８１  サーボモータ
８５  リニアエンコーダ
８６  直動案内機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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