(57)【要約】少なくとも１つのロボット・アームと、ロボット・アームを制御するコントロール・ユニットと、ロボット・アーム・センサー装置とを有するロボット・システムを提供する。ロボット・アームに作用を及ぼす使用者の所定の触行動に応答して、ロボット・システムが触行動に関連づけられた少なくとも１つの所定の動作を行うように、コントロール・ユニット及びロボット・アーム・センサー装置は、設計される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのロボット・アームと、前記ロボット・アームを制御するコントロール・ユニットと、ロボット・アーム・センサー装置とを有するロボット・システムであって、
前記コントロール・ユニット及び前記ロボット・アーム・センサー装置は、前記ロボット・アームに作用を及ぼす使用者の所定の触行動に応答し、その結果、前記ロボット・システムが前記触行動に関連づけられた少なくとも１つの所定の動作を行うように設計されていることを特徴とするロボット・システム。
【請求項２】
グラフィカル・ユーザ・インターフェースを備え、
前記触行動が、前記グラフィカル・ユーザ・インターフェース上の制御に関連づけられていることを特徴とする、請求項１に記載のロボット・システム。
【請求項３】
前記触行動によって生じる力及び／又はモーメントが、前記力及び／又はモーメントの各方向に応じて様々な動作に割り振られることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロボット・システム。
【請求項４】
前記触行動によって生じる力及び／又はモーメントが、前記力及び／又はモーメントの各変数に応じて様々な動作に割り振られることを特徴とする、請求項１、２、又は３に記載のロボット・システム。
【請求項５】
異なる時系列の触行動が、異なる動作に割り振られることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボット・システム。
【請求項６】
前記コントロール・ユニットが、前記触行動に応答してフィードバックを出力するのに適用されることを特徴とする、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】
前記フィードバックが聴覚及び／又は視覚的であることを特徴とする、請求項６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、触覚的に検知可能に出されることを特徴とする、請求項６に記載のロボット・システム。
【請求項９】
前記ロボット・アームのコンプライアンスが変化することを特徴とする、請求項８に記載のロボット・システム。
【請求項１０】
少なくとも１つのロボット・アームと、前記ロボット・アームを制御するコントロール・ユニットと、ロボット・アーム・センサー装置とを備えるロボット・システムの制御方法であって、
少なくとも１つの所定の触行動によって前記ロボット・アームを操作する工程と、
前記所定の触行動に応答して、前記ロボット・アーム・センサー装置によって信号を生成する工程と、
前記信号を前記コントロール・ユニットに送信する工程と、
前記コントロール・ユニットによって、前記信号を様々な所定の動作に割り当てる工程と、を含む方法。
【請求項１１】
前記様々な所定の動作に応じて、少なくとも１つのフィードバックを出力する工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
所定の触行動に応じて、前記ロボット・アームのコンプライアンスを調整する工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット・システム及びロボット・システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にロボット・システムは、例えば、操作者がコンピュータ等の独立した装置を用い、例えばロボット・システムのプログラミング又はパラメータ設定の一部としてロボット・システムに必要なコマンドを、対応するユーザ・インタフェ−スを介して入力するようにプログラムされている。
【０００３】
更に、スイッチやキー等の独立した入力装置をロボット・システムに、例えば、ロボット・アームに直接設置することが知られており、それら装置を用いることにより、ロボット・アームに様々な動作を起動して実行させることができる。このような動作には、例えば、宇宙でのロボット・アームの活動、危険時の緊急停止、及び位置の確認等が含まれる。常に操作者は、ロボット・システムのすぐ近くで行動している。
【０００４】
また、人間とロボット間で直接行われる、人間・ロボット共同作業（ＨＲＣ：ｈｕｍａｎ−ｒｏｂｏｔ  ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎ）では、通常、ロボット・アームのエンド・エフェクタの位置決めだけが、人間とロボット間の触覚を通した相互作用によって実行される。よって、人間は手作業でロボット・アームを所望の位置へと移動させる。
【０００５】
現在、ロボット・システムのプログラミング又はパラメータ設定を行う場合と同様に、継続的かつ、通常より複雑な相互作用は、追加の入力装置を介してのみ実行される。
【０００６】
この種の共同作業では、使用者は、ロボットの誘導と、追加の入力装置の作動とを何度も切り替えて行う必要がある。この状況は、使用者が入力装置に何度も注意を集中し、動いている可能性があるロボットを視野から外さなければならないために、やっかいであるとともに、危険な状況に陥る可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、人間とロボット・システムとの相互作用を発展させ、それによって、改良したＨＲＣ環境を提供することである。更に、ロボット・システムをより簡単に操作できるようにして、ロボット・システム自身の又はロボット・システムと機能的に結び付けて行われる様々な動作を制御する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１に係る特徴を有するロボット・システム、及び請求項１０に係る特徴を有するロボット・システムの制御方法によって実現される。
【０００９】
従って、本発明は、少なくとも１つのロボット・アームと、ロボット・アームを制御するコントロール・ユニットと、ロボット・アーム・センサー装置とを備えるロボット・システムを提案する。このシステムでは、ロボット・アームに操作者が働きかける所定の触動作に、コントロール・ユニット及びロボット・アーム・センサー装置が応答するように、前記ユニット及び装置を適合させる。この結果、ロボット・システムは触行動に応じて少なくとも１つの所定の動作を実行する。
【００１０】
この目的のために、起き得る全ての触行動と、その行動に応じたロボット・システムの動作との間の割り当て関係が、コントロール・ユニットと協働するメモリに保存される。
【００１１】
好ましくは、本発明は、操作者に手作業で誘導されるように設計されたロボット・システムに関するが、それに限定されるものではない。これらロボット・システムは、力センサとトルクセンサとを統合して有する。この統合した力センサ及びトルクセンサを、本発明に沿って使用する結果、操作者が触行動を行うことでロボット・アーム、又はそのアーム部材の一部のみに対して生じる外的力、モーメント、及びトルクを、ロボット・システムは受け取ることができて、こうした力をコントロール・ユニットに伝達できる。
【００１２】
こうした力、モーメント、及びトルクは、力測定センサやトルクセンサ等の様々なセンサによって検知することができ、これらセンサは、ロボット・システムの、関節部、ベース部、及び／又は一般には構造体に位置している。また、ロボット・アームの収納構造体の少なくとも一部を、触覚をもつ皮膚で覆うことによって、１本以上の指による入力を可能にすることも考えられる。
【００１３】
従って、一実施形態では、触行動で発生する力及び／又はモーメントを、前記力やモーメントの各方向及び／又は各経路に応じて、様々な動作に割り当てるように、コントロール・ユニットを設計してもよい。
【００１４】
また、更なる実施形態では、触行動で発生する力及び／又はモーメントを、前記力やモーメントの各変数に応じて様々な動作に割り当てるように、コントロール・ユニットを構成してよい。
【００１５】
また、異なる時系列での触行動を、異なる動作に割り当て、論理的順序で前記動作を実行するように、コントロール・ユニットを設計することも可能である。
【００１６】
本発明は、これらロボット・システムに従来から設置されているセンサ・システムを用いて、動作中及びプログラミング中の両方で、エンド・エフェクタを位置制御したり、ロボット・アームの軌道制御を単に補助するのみならず、操作者が引く、押圧する、押す、回す等の触行動によって意図的に起こした力、モーメント、及びトルクを記憶し、人間とロボット・システムとの間における更に高次の相互作用に使用できるという利点を有する。
【００１７】
また、好適な一実施形態では、ロボット・システムはグラフィカル・ユーザ・インターフェースをもつ表示装置を備える。この最も単純な形態は、ロボット・システムに接続された制御又はプログラミングを目的とするコンピュータである。続いて、本発明によれば、触行動をグラフィカル・ユーザ・インターフェース上の制御に割り当てることができる。この制御は、２次元又は３次元的に行うことができる。本実施形態では、操作者は、ロボット・アームに目標とする空間的方向に向けられた圧力を加え、前記ユーザ・インターフェースのカーソル又はメニューナビを動かすことができる。
【００１８】
また、操作者は、プログラミング・システムから自身の操作に対応する確認又はフィードバックを受け取るために、必ずしもグラフィカル・ユーザ・インターフェースの助けを必要とはしない。
【００１９】
従って、本発明によれば、触行動に応答してフィードバックが出るように、コントロール・ユニットを設計することができる。
【００２０】
なお、前記フィードバックは、聴覚及び／又は視覚的に行うことができる。
【００２１】
しかし、このフィードバックは、操作者が触覚的にも検知できるように出されることが好ましい。このような場合、コントロール・ユニットは、触行動が行われている間、ロボット・アームが自由に移動できるコンプライアンスの程度を変化させるように構成されている。
【００２２】
例えば、操作者がロボット・アームのアーム部材を横へ押した場合、この触行動で生じた圧力に対し、ロボット・アームの抵抗が連続的に増すことで、操作者に適切なフィードバックを与えることができる。このロボット・アームの抵抗が増すことは、対応する制御をロボット・アームのアーム部材間の関節部位に配置した駆動ユニットに行うことによって達成できる。
【００２３】
続いて、所定の触行動がコントール・ユニットで検出された場合、こうして出されたフィードバックは、触行動のメニュー等の、より複雑な相互作用における方向付け、又は一種の受領通知としての役割を果たすことができる。
【００２４】
また、本発明は更に、少なくとも１つのロボット・アームと、ロボット・アームを制御するコントロール・ユニットと、ロボット・アーム・センサー装置とを有するロボット・システムを制御する方法に関する。前記方法は、少なくとも１つの所定の触行動によってロボット・アームを操作する工程と、前記所定の触行動に応答して、ロボット・アーム・センサー装置によって信号を生成する工程と、前記信号をコントロール・ユニットに送信する工程と、コントロール・ユニットによって、前記信号を様々な所定の動作に割り当てる工程とを有する。
【００２５】
更に、本発明の方法は、様々な所定の動作に応答して少なくとも１つのフィードバックを出力する工程と、所定の触行動に応じてロボット・アームのコンプライアンスを調整する工程とを有する。
【００２６】
本発明が、このようなロボット・システム用相互作用領域を拡大するために、ロボット・システムに既存の構成部品を簡単な方法で使用していることが明らかになるであろう。
【００２７】
原理的には、所定の触行動を様々な所定の動作に割り当てる方法は限定されるものではない。
【００２８】
ロボット・アームを触覚的に制御して誘導する原理は、ロボット・アーム自身を入力装置として機能させる一方で、人間とロボット・システムとが様々に相互作用するために使用できる。
【００２９】
従って、こうした制御を用いて、例えば、ロボット・システムのプログラミングや、実行される個々の動作のパラメータ設定を行うことができる。これによってこうしたロボット・システムに要するコストを最小にしながら、セットアップ時間を短縮することができる。
【００３０】
また、ロボット・システムが動作している間、ＨＲＣ環境中、ロボット・システムを触覚的に制御することが考えられる。例えば、操作者がロボット・アームを強打することで、動作領域における緊急事態を知らせ、ロボット・システムを強制的に停止してもよい。このようにすることで、操作者が非常スイッチのところまで行って、それを操作する必要がないため、応答時間が短縮される。
【００３１】
なお、本発明の更なる特徴及び利点は、図１のみを参照して示す実施形態を以下のように説明することで明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】相互に関節で連結された複数のアーム部材１０で構成される多軸軽量ロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
エンド・エフェクタ（図示せず）と協働する前側（先端）部材２０の例を使用して、触行動によってロボット・システムを作動できる起こり得る全ての方向を概略的に示す。
【００３４】
図示したように、操作者は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に張力又は圧縮力を部材２０に対して加えることができる。
【００３５】
例えば、部材２０をＺ方向に軽く押す操作は、押しボタンを押し込むこととして表すことができる。次に、この触行動は、所定の動作を起動させる開始コマンドに割り振られる。
【００３６】
コンピュータの画面等の表示装置（図示せず）でグラフィカル・ユーザ・インターフェースの複雑なメニューを行っている間、操作者が部材２０を左（Ｌ）又は右（Ｒ）へと横方向に押していると、操作者は最後まで誘導される。Ｚ方向又はＹ方向に押すと、次に、これらの触行動によってグラフィカル・メニューから選択された項目が正しいと確認することができる。
【００３７】
また、Ｘ−Ｙ平面における部材２０の動作を、画面上のカーソルの動作として伝達することが可能であり、Ｚ方向に押圧することで「マウス・クリック」を実行することも可能である。
【００３８】
更にまた、操作者は部材２０に触回転行動Ｒを行うことが可能であり、これによって印加されるトルク量を、この回転動作によって選択される、パラメータ強度を表す信号として使用することができる。この触覚的に行うＲ方向の回転動作は、回転ノブをまねたものである。
【００３９】
緊急時には、矢印Ｐで示すように、操作者がロボット・アームを単に叩くだけでよい。ロボット・システムは、叩かれた力又は加速度によって、それが緊急事態を示すことを認識し、動きを直ちに停止する。
【００４０】
触行動を行うことは、最前部のアーム部材２０に限定されない。原理的には、個々のそれぞれのアーム部材１０が、このような機能を備えてよい。
【００４１】
また、ロボット・アームを動かすときに、物理的な表面、キー、又は回転ノブの挙動を、自由にプログラム可能な抵抗体として仮想的にシミュレーションすることも可能である。このようにして、ロボット・システムは、それ自身を入力又は制御装置として用いて、ロボット・システム又はその所望の機能と密接な機能的な関係にある複合的システムや動作を起動・開始することができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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