(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット・システムであって、
少なくとも１つのロボット・アームと、
前記ロボット・システムが行う、少なくとも１つの予め定義された動作を予め選択するコントロール・ユニットと、
表示デバイスと、
前記ロボット・アームに取り付けられた少なくとも１つの入力デバイスと、を有し、
前記少なくとも１つの入力デバイスは、
前記少なくとも１つの入力デバイスを通して、前記ロボット・システムの前記少なくとも１つの予め定義された動作の順序を設定し、かつ／又は、前記ロボット・システムの前記少なくとも１つの予め定義された動作のパラメータ設定をするように構成され、さらに、
前記ロボット・システムの前記少なくとも１つの予め定義された動作の設定と、前記ロボット・システムの前記少なくとも１つの予め定義された動作の前記順序の設定及び／又は前記パラメータ設定と、の一部としてのユーザによる制御を、前記コントロール・ユニットが前記表示デバイスに表示するグラフィカル・ユーザ・インタフェース上で可能にし、
前記ロボット・アームが、複数のアーム部材を含み、
前記入力デバイスが、エフェクタを取り付け可能な前記複数のアーム部材の一つに搭載され、該入力デバイスは前記エフェクタと軸方向反対側にあり、
前記ユーザが、前記エフェクタを取り付け可能な前記アーム部材を片方の手で誘導しながら、同じ手で前記入力デバイスを同時に操作可能なように、前記入力デバイスが構成され、前記ロボット・アームに配置されており、
前記入力デバイスが、複数キーのキーパッドを含み、
前記キーパッドが、前記グラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示されたカーソル又は選択メニューを、上下左右の方向に制御するために使用する一つ又は複数の方向キーを含む
ロボット・システム。
【請求項２】
前記入力デバイスが、タッチパッド、タッチ・ディスプレイ、トラックボール、又はジョイスティックを含む、請求項１に記載のロボット・システム。
【請求項３】
前記動作が、物を拾い上げること、物を載置すること、物を挿入すること、物にねじ締めすること、穴開けすること、表面加工すること、又はキーを作動させることを含む動作のグループからの１つ又は複数の前記動作を含む
請求項１〜２のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項４】
前記コントロール・ユニットが、各動作に関するパラメータ設定サブメニューを、前記動作の前記パラメータ設定の間、前記グラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示し、前記パラメータ設定サブメニューでは、様々な所定のパラメータ設定オプションが示され、これらのオプションは、前記パラメータ設定を行うために、前記入力デバイスを使用して、前記パラメータ設定サブメニューの前記グラフィカル・ユーザ・インタフェースを２次元的に制御することにより、選択することができる
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項５】
前記コントロール・ユニットは、前記パラメータ設定中に前記グラフィカル・ユーザ・インタフェース上にダイアログメニューを表示し、前記ダイアログメニューを介して個別に表示される各パラメータの照会が前記入力デバイスを介して行われる
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項６】
前記パラメータ設定の過程で取得されたパラメータは、前記エフェクタが接近する点の座標、トルク、力、加速度、継続期間、動作の繰り返し回数、または、次に続く動作を含むパラメータ群から抜き出されたパラメータを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項７】
前記入力デバイスは、さらに、前記ロボット・システムの複数動作から成る処理を設定するとき、及び／又は前記ロボット・システムの前記少なくとも１つの予め定義された動作のパラメータ設定をするときに、ユーザ指向のフィードバックを前記ロボット・システムのユーザに提供する
請求項１に記載のロボット・システム。
【請求項８】
前記フィードバックが光学的に行われる、
請求項７に記載のロボット・システム。
【請求項９】
前記フィードバックが、定常的な又は変化する光信号によって行われる、請求項８に記載のロボット・システム。
【請求項１０】
前記フィードバックは、前記ロボット・システムの前記ユーザが触感によって検知可能である、
請求項７に記載のロボット・システム。
【請求項１１】
前記フィードバックが、前記入力デバイスを振動させることを含む、
請求項１０に記載のロボット・システム。
【請求項１２】
さらに、前記キーパッドが発光領域を有し、前記発光領域によって前記フィードバックが光学的に行われる、請求項８又は９に記載のロボット・システム。
【請求項１３】
前記キーパッドの前記複数キーが、光信号を放射する、請求項８、９、又は１２のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項１４】
前記フィードバックが、ユーザ入力の受領確認を肯定的に又は否定的に行う、又は中立的フィードバックを返す、
請求項７〜１３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項１５】
前記フィードバックが、前記ロボット・システムの一つの予め定義された動作を、複数の予め定義された動作のグループから選択するためのリクエストを示す、
請求項７〜１３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項１６】
前記フィードバックが、動作のパラメータを入力するためのリクエストを示す、
請求項７〜１３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項１７】
前記フィードバックがエラーメッセージである、
請求項７〜１３のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項１８】
前記コントロール・ユニットが、前記入力デバイスの特定のキー及び／又はキーの特定の組合せを操作することによって、特定の動作及び／又はパラメータを選択する、
請求項１に記載のロボット・システム。
【請求項１９】
前記コントロール・ユニットが、前記少なくとも１つの予め定義された動作を提示することが可能な表示デバイス上にグラフィカル・ユーザ・インタフェースを表示し、更に、前記グラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示された前記少なくとも１つの予め定義された動作に応じて、前記ユーザに前記フィードバックを提示する、
請求項９〜１７のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項２０】
前記フィードバックが、音声信号によって行われる、
請求項９〜１７、又は請求項１９のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項２１】
前記表示デバイスが、３Ｄ表示デバイス、例えば、３Ｄメガネである、
請求項１〜２０のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのロボット・アームをもち、その端部に、ロボット・システムの動作のために、例えばツールで構成される、エフェクタを搭載可能なロボット・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ロボットは、多くの産業分野に定着しており、例えば、自動車産業においては、載置、接着、ねじ止め、切断、溶接、塗装、又は重量物の持ち上げ等に使用されている。
【０００３】
ロボット・システムに所望の動作を教えるためには、該ロボット・システムをプログラムする必要がある。これは、オンライン又はオフラインで行うことができるが、オフラインでは、ロボット用プログラムは、ロボットを使用せずに作成される。
【０００４】
オンライン・プログラミングでは、例えば、教示プログラミングを直接行う場合等、プログラミングのためにロボットが必要となる。ここで、操作者がエフェクタを直接誘導して所望の軌跡の個々の点に接近させると、例えば把持用ツール等のエフェクタのそれぞれの位置が、内部エンコーダを介して計測されて保存される。このようにして軌跡の形状がプログラムされた後、軌跡プログラムは、外付けの携帯型プログラム用ユーザ・デバイスから入力される追加指示により補完することができる。
【０００５】
オンライン・プログラミングのための上述した従来方法は、時間がかかり、操作者にとって快適なものではなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来のシステムと比較して、前記ロボット・システムの前記プログラミングを短時間で容易に行うことができるロボット・システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に示すロボット・システムによって実現される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項２〜２６に記載される。
【０００９】
本発明の実施形態を、以下の添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るロボット・システムの実施形態におけるロボットを示す図である。
【図２】本発明に係るロボット・システムのロボット・アームの先端ロボット・アーム部材を示す図であり、該先端ロボット・アーム部材は、パイロット・ヘッドと呼ばれ、本発明のロボット・システムの実施形態と結合して使用される。
【図３】本発明のロボット・システムの好適な実施形態に結合して使用される入力デバイスの一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、ロボット・ベース２の上に立つロボット１を含む、本発明に係るロボット・システムを示す。ロボット・ベース２は、運動軸（関節部）によって連結された７つのロボット・アーム部材３、４、５、６、７、８、及び９によって構成されたロボット・アーム（又は、マニピュレータ）を支える。最後の（先端の）ロボット・アーム部材９は、（図１には示していない）その下部にエフェクタを取付け可能に設計されており、以降、パイロット・ヘッドとも呼ぶ。前記エフェクタは、ロボットと環境との相互作用を引き起こすことができる。
【００１２】
エフェクタは、本発明に係る前記ロボット・システムと結合して使用され、例えば、工作物の加工のための工具にすることができ、例えば、ドリル、工作物のハンドリング及び操作のための把持装置、テスト作業を実行するための計測装置、又はロボットが観察するために使用するカメラ等がある。
【００１３】
ロボット１は、ロボット１の制御を代行するコンピュータ１０に接続され、コンピュータ１０は、表示デバイス１１に接続される。表示デバイス１１には、前記ロボットをプログラミングするためのグラフィカル・ユーザ・インタフェースを表示可能であり、この表示デバイス１１は、例えば、コンピュータ画面又はラップトップ・コンピュータの画面によって構成することができる。以降、コンピュータ１０をコントロール・ユニットともいう。
【００１４】
図２に拡大して示す前記ロボット・システムのパイロット・ヘッド９は、その上部にキー・パネル１２を備え、このキー・パネル１２もまた、図３に拡大して示されている。図３に示すキー・パネルは、ショートストローク・キーの形をした、４つの操作キー１３、１４、１５、及び１６を有する。これらの操作キーは、前記ロボット・システムのプログラミング及び／又はパラメータ設定の過程で操作者が頻繁に呼び出す必要がある様々な機能が定義付けされ、すなわち、専用される。前記さまざまな機能は、例えば、削除、保存、又は設定等であり、適切なシンボルによって表象されている。
【００１５】
４つの操作キー１３、１４、１５、及び１６は、方向パッド・ショートストローク・キー１７を取り囲んでいる。この方向パッド・ショートストローク・キー１７を上下左右に傾けることによって、例えば、カーソルを動かして、表示デバイスのグラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示されたメニューを上下左右の方向に移動させることができる。すなわち、前記ロボット・アームに取り付けられたキー・パネル１２のすべてのキー、及びキー２０が、入力デバイスを構成する。
【００１６】
方向パッド・ショートストローク・キーの代わりに、他の方向キー、例えば、上下左右の各方向にそれぞれが対応し、互いに独立した４つのキー等もカーソル制御に使用することができる。
【００１７】
方向パッド・ショートストローク・キー１７の中央には、透明な発光面１８が配置されている。発光面１８は、発光素子、例えば、前記コントロール・ユニットによって作動可能な１つ以上のＬＥＤによって、一色又は複数の異なる色で発光させることができる。
【００１８】
また、パイロット・ヘッド９の下部には、ハンドル１９が取り付けられており、これによって、前記ロボット・システムの操作者は、前記パイロット・ヘッドの誘導を簡単に行うことができる。
【００１９】
更に、パイロット・ヘッド９の下部には、別のボタン又はキー２０が設けられる。このボタン又はキー２０は、ロボット・システムの操作者がパイロット・ヘッド９又はパイロット・ヘッド９のハンドル１９を、従って前記ロボット・アームを誘導する手と同じ手で、ボタン又はキー２０を操作できるように、前記パイロット・ヘッドに取付けられている。
【００２０】
コントロール・ユニット１０は、ハードウェア及びソフトウェアを有し、前記ロボット・システムによって実行可能な少なくとも１つの予め定義された動作を指定できるように設計されている。この動作は、対応する制御コマンドを含み、この制御コマンドにより、前記ロボットの軸及び駆動が調整され、前記ロボットの（図１には示していない）センサが制御される。
【００２１】
複数の予め定義された動作及び関連するコマンドは、前記コントロール・ユニットに保存することが好ましい。これらの予め定義された動作は、例えば、物を拾い上げる、物を配置する、物を挿入する、物にねじ締めする、穴開けする、表面仕上げする、又はボタン／キーを作動させる等を含むことができる。
【００２２】
前記コントロール・ユニットでは、前記予め定義された動作は、グラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示可能なアイコンに割り当てられる。このグラフィカル・ユーザ・インタフェースは、前記コントロール・ユニットによって前記表示デバイス上に表示することができる。
【００２３】
本発明に係る前記ロボット・システムの好適な一実施例では、操作者は、前記入力デバイスのキー１３、１４、１５、１６、及び１７を使用し、与えられた仕事を達成するためにロボット・システムが実行する必要のある所望の動作を、グラフィカル・ユーザ・インタフェース上に表示されたメニューから選択することができる。前記メニュー内で、前記操作者は、例えば、方向パッド・ショートストローク・キーを使用してメニュー中を移動し、対応する動作アイコンへと移動する。次いで、このアイコンを選択した後に、前もって該当する機能が設定されている４つの操作キー１３、１４、１５、及び１６の内の１つを押圧することによって、このアイコンを確定する。
【００２４】
一つの代替実施形態では、前記方向パッド・ショートストローク・キーを使用して前に選択された一つの動作を確定するために、キー２０を使用することができる。
【００２５】
代替的に、前記操作者は、前記方向パッド・ショートストローク・キーを使用して複数の前記動作を表す複数のアイコンを動かすことによって、前記ロボット・システムが前記仕事の処理工程を実行する前記複数の動作の前記論理的順序を変更することができる。
【００２６】
更に別の一実施形態では、前記コントロール・ユニットが、各動作に関し、前記コントロール・ユニットに保存された所定のパラメータ設定サブメニュー（コンテキスト・メニュー）を、動作のパラメータ設定の間、前記グラフィカル・ユーザ・インタフェースに表示するように、本発明に係るロボット・システムを設計することもできる。このサブメニューでは、様々な所定のパラメータ設定のオプションが示される。これらのオプションは、パラメータ設定を行うために、パラメータ設定サブメニューの前記グラフィカル・ユーザ・インタフェースを制御することにより、パイロット・ヘッド９上の前記入力デバイスで、キー１３、１４、１５、１６、１７、及び／又は２０を介して選択することができる。
【００２７】
このようなパラメータ設定によって、例えば、前記エフェクタが接近する点の座標、トルク、力、加速度、継続時間、動作の繰り返し回数、ある動作の次の動作等のパラメータを、前記入力デバイスによって入力することができる。
【００２８】
更に別の一実施形態では、前記コントロール・ユニットは、前記ロボット・システムが実行可能な全ての動作、及びこれらの動作を実行するために必要となる可能性のある全てのパラメータ設定サブメニューを保存している。これらのサブメニューは、操作者が、入力素子、例えば、キーの数が極めて限られている入力デバイスにおいて、前記ロボット・システムのプログラミングの全てを行えるように構造化されており、その結果、コンピュータ・キーボードのような外部入力デバイスの助けがなくても前記プログラミングを行うことが可能である。図１に示す前記パイロット・ヘッドによって、片手だけでも前記プログラミングが可能であり、前記操作者のもう一方の手は、例えば、「緊急停止スイッチ」の作動等、他の機能に使えるようにあけておくことができることが好ましい。
【００２９】
前記パイロット・ヘッドに取り付けられた前記入力デバイスは、必ずしもキーで構成される必要はなく、例えば、タッチパッド、トラックボール、ジョイスティック、又は同様なデバイスを含むことができる。
【００３０】
本発明に係るロボット・システムでは、前記入力デバイスは、前記ロボット・システムの動作のシーケンスを設定しながら、及び／又は前記ロボット・システムに対して、前記予め定義された動作のパラメータ設定をしながら、同時に、前記ロボット・システムの操作者にユーザ指向のフィードバックを提供するように構成されている。
【００３１】
このようなフィードバックは、例えば、定常的な又は変化する光信号を、前記コントロール・ユニットによって励起して、発光面１８から放射する等、光学的に提示することもできる。
【００３２】
他の一実施形態では、前記フィードバックは、前記ロボット・システムの前記操作者によって触感によって検知できるように設計することができる。これは、例えば、前記入力デバイス、すなわち、パイロット・ヘッド９を振動させることによって実行することができる。前記入力デバイスの振動は、パイロット・ヘッド９に含まれる駆動部を起動する等、前記コントロール・ユニットによって起動することができる。
【００３３】
更に別の一実施例によれば、前記キーパッドがまた、複数の発光領域を有し、それによって前記光学的フィードバックを行うことができる。
【００３４】
前記フィードバック信号は、前記操作者の入力に、正誤を含めて確認応答するように設計されることが好ましい。例えば、前記操作者による入力が誤っている場合、発光面１８が赤色に点灯し、一方、入力が正しい場合は緑色に点灯する。
【００３５】
他の一実施形態では、前記フィードバックは、予め定義された動作のグループから、前記ロボット・システムの予め定義された動作の１つを選択するリクエスト、又は、１つの動作に関するパラメータを入力するリクエストを表すように構成することもできる。
【００３６】
更に別の一実施例によれば、前記コントロール・ユニットは、前記入力デバイス上の特定のキー及び／又は特定のキーの組合せを作動させることによって、複数の動作及び／又は複数のパラメータから特定の選択が行われるように構成することができる。
【００３７】
更に、他の一実施例によれば、前記ロボット・システムの前記コントロール・ユニットは、予め定義された動作を表示できる表示デバイス上に、グラフィカル・ユーザ・インタフェースを表示するように構成することができる。前記コントロール・ユニットは、更に、前記グラフィカル・ユーザ・インタフェースに示された動作に応じて、前記操作者にフィードバックを提示するように構成することができる。
【００３８】
本発明に係る前記ロボット・システムの更に別の一実施例では、前記フィードバックを音響信号によって行うことができる。この場合、例えば、スピーカを、前記コントロール・ユニットによって制御される前記入力デバイスに直接搭載することができる。
【００３９】
前記ロボット・システムの前記表示デバイスを、例えば３Ｄ電子メガネのように、３Ｄ表示デバイスで構成することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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