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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025012130
(43)【公開日】2025-01-24
(54)【発明の名称】力情報表示装置
(51)【国際特許分類】
B25J 9/22 20060101AFI20250117BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20250117BHJP
【ＦＩ】
B25J9/22 A
B25J13/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023114721
(22)【出願日】2023-07-12
(71)【出願人】
【識別番号】000191009
【氏名又は名称】新東工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】田名網 克周
(72)【発明者】
【氏名】林 美由希
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707BS10
3C707JU03
3C707JU07
3C707KS17
3C707KS20
3C707KS24
3C707KS33
3C707KT15
3C707KX06
3C707LS02
(57)【要約】
【課題】作業者が、ワークに作用している絶対座標系の力やモーメントを容易に把握できる力情報表示装置を提供する。
【解決手段】制御部（１１）は、ジャイロセンサ（５３）から入力された角速度からロボットハンド（４０）の変位した角度を算出する第１算出処理と、ロボットハンド（４０）の変位した角度に基づいて、力覚センサ（５１）から入力された力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイ（１４）に表示する第１表示処理、または、ロボットハンド（４０）の変位した角度に基づいて、絶対座標系と力覚センサ座標系との関係をディスプレイ（１４）に表示する第２表示処理と、を実行する。
【選択図】図１
【解決手段】制御部（１１）は、ジャイロセンサ（５３）から入力された角速度からロボットハンド（４０）の変位した角度を算出する第１算出処理と、ロボットハンド（４０）の変位した角度に基づいて、力覚センサ（５１）から入力された力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイ（１４）に表示する第１表示処理、または、ロボットハンド（４０）の変位した角度に基づいて、絶対座標系と力覚センサ座標系との関係をディスプレイ（１４）に表示する第２表示処理と、を実行する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボットアームとロボットハンドとの間に配置された力覚センサとジャイロセンサとからそれぞれの検出信号が入力される信号入力部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、
前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイに表示する第１表示処理、または、
前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記絶対座標系と前記力覚センサ座標系との関係を前記ディスプレイに表示する第２表示処理と、
を実行する力情報表示装置。
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、
前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイに表示する第１表示処理、または、
前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記絶対座標系と前記力覚センサ座標系との関係を前記ディスプレイに表示する第２表示処理と、
を実行する力情報表示装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、
前記絶対座標系に対する前記力覚センサ座標系の傾斜角度を前記ディスプレイに表示する、
請求項１に記載の力情報表示装置。
前記絶対座標系に対する前記力覚センサ座標系の傾斜角度を前記ディスプレイに表示する、
請求項１に記載の力情報表示装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、
前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサ座標系の前記力と前記モーメントの少なくとも一方を前記ディスプレイに表示する、
請求項１または２に記載の力情報表示装置。
前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサ座標系の前記力と前記モーメントの少なくとも一方を前記ディスプレイに表示する、
請求項１または２に記載の力情報表示装置。
【請求項4】
加速度センサと、
前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、
前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出し、
前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を前記ディスプレイに表示する、
請求項３に記載の力情報表示装置。
前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、
前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出し、
前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を前記ディスプレイに表示する、
請求項３に記載の力情報表示装置。
【請求項5】
前記制御部は、
前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第２算出処理と、
前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第３算出処理と、
を実行する、
請求項４に記載の力情報表示装置。
前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第２算出処理と、
前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第３算出処理と、
を実行する、
請求項４に記載の力情報表示装置。
【請求項6】
加速度センサと、
前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記第１表示処理にて、さらに、
前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出する第４算出処理と、
前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を算出する第５算出処理と、
前記力覚センサ座標系の前記修正力と前記モーメントの少なくとも一方と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度とに基づいて、前記絶対座標系の力またはモーメントに変換する第１変換処理と、
を実行し、
前記第１変換処理で変換した前記絶対座標系の力またはモーメントをディスプレイに表示する、
請求項１に記載の力情報表示装置。
前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、前記第１表示処理にて、さらに、
前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出する第４算出処理と、
前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を算出する第５算出処理と、
前記力覚センサ座標系の前記修正力と前記モーメントの少なくとも一方と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度とに基づいて、前記絶対座標系の力またはモーメントに変換する第１変換処理と、
を実行し、
前記第１変換処理で変換した前記絶対座標系の力またはモーメントをディスプレイに表示する、
請求項１に記載の力情報表示装置。
【請求項7】
前記制御部は、
前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第６算出処理と、
前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第７算出処理と、
を実行する、
請求項６に記載の力情報表示装置。
前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第６算出処理と、
前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第７算出処理と、
を実行する、
請求項６に記載の力情報表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、力覚センサで検出した力情報を表示する力情報表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ダイレクトティーチングが可能な研磨ロボットが記載されている。研磨ロボットは、ロボットアームの先端部にジョイント部を介して、研磨されるワークが取り付けられる。また、ロボットアームとジョイント部との間に力覚センサが取り付けられている旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２３－４４４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このようなロボットアームに取り付けられた力覚センサに作用する力とモーメントの少なくとも一方をモニタリングした場合、力覚センサに固定された力覚センサ座標系の座標軸が、大地に固定された絶対座標系の座標軸に対して傾斜する。そのため、力覚センサに作用する力覚センサ座標系の力およびモーメントが、絶対座標系の力およびモーメントと異なり、作業者がワークに作用している絶対座標系の力やモーメントを把握しづらいという問題がある。
【0005】
本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、作業者が、ワークに作用している絶対座標系の力やモーメントを容易に把握できる力情報表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る力情報表示装置では、ロボットアームとロボットハンドとの間に配置された力覚センサとジャイロセンサとからそれぞれの検出信号が入力される信号入力部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイに表示する第１表示処理、または、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記絶対座標系と前記力覚センサ座標系との関係を前記ディスプレイに表示する第２表示処理と、を実行する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一態様によれば、絶対座標系の力とモーメントの少なくとも一方が、または、絶対座標系と力覚センサ座標系との関係がディスプレイに表示されるため、作業者が、ワークに作用している絶対座標系の力やモーメントを容易に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態１に係る力情報表示システムの概略構成の一例を示す図である。
【図2】実施形態１に係る力情報表示装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。
【図3】実施形態１に係る制御部が実行する第１力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図4】実施形態１に係る力情報表示装置のディスプレイに表示された表示画面の一例を示す図である。
【図5】実施形態２に係る制御部が実行する第２力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図6】実施形態２に係る力情報表示装置のディスプレイに表示された表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を具体化した実施形態１および実施形態２について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。
【0010】
［実施形態１］
［力情報表示システム１００の概略構成］
先ず、本開示の実施形態１に係る力情報表示システム１００の概略構成について図１に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る力情報表示システム１００の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、力情報表示システム１００は、力情報表示装置１０と、ロボットアーム３０と、ロボットハンド４０と、力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とを備える。なお、ロボットアーム３０は、ダイレクトティーチングやオンラインティーチングなどによるティーチングが可能に構成されている。
［力情報表示システム１００の概略構成］
先ず、本開示の実施形態１に係る力情報表示システム１００の概略構成について図１に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る力情報表示システム１００の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、力情報表示システム１００は、力情報表示装置１０と、ロボットアーム３０と、ロボットハンド４０と、力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とを備える。なお、ロボットアーム３０は、ダイレクトティーチングやオンラインティーチングなどによるティーチングが可能に構成されている。
【0011】
［ロボットアーム３０の概略構成］
ロボットアーム３０は、複数のアーム３１を含む多関節アームである。ロボットアーム３０は、４本のアーム３１が３つの関節３２で連結されている。但し、ロボットアーム３０に含まれるアーム３１の数は４本だけに限定されず、アーム３１を連結する関節３２の数も３つだけに限定されない。
ロボットアーム３０は、複数のアーム３１を含む多関節アームである。ロボットアーム３０は、４本のアーム３１が３つの関節３２で連結されている。但し、ロボットアーム３０に含まれるアーム３１の数は４本だけに限定されず、アーム３１を連結する関節３２の数も３つだけに限定されない。
【0012】
ロボットハンド４０は、不図示のアクチュエータにより開閉動作される２本の爪４１により、ワークＷを把持可能に構成されている。ロボットハンド４０は、力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とを介してロボットアーム３０に装着されている。ロボットアーム３０は、６自由度を有し、ロボットハンド４０の位置および姿勢を変更可能に支持している。
【0013】
力覚センサ５１は、自身に作用する力およびモーメントの方向および大きさを検出する。力覚センサ５１は、軸方向をＺ軸方向とする力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを検出する６軸力覚センサである。力覚センサ５１は、ロボットハンド４０と同軸に配置されている。ここで、力覚センサ５１に固定された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の一例を、図１に実線で示す。また、鉛直方向をＺ軸方向とする大地に固定された絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の一例を、図１に破線で示す。
【0014】
従って、力覚センサ５１は、ロボットハンド４０に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを検出する。以降、ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを、力の成分、または、単に検出値とも記載する。力覚センサ５１は、検出値に関する信号を力情報表示装置１０へ出力する。
【0015】
３軸加速度センサ５２は、自身に作用する加速度を検出する。３軸加速度センサ５２は、Ｚ軸方向を力覚センサ５１のＺ軸と同軸に配置され、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを検出する。以降、ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを加速度の成分、または、単に検出値とも記載する。３軸加速度センサ５２は、検出値に関する信号を力情報表示装置１０へ出力する。
【0016】
３軸ジャイロセンサ５３は、自身に作用する角速度を検出する。３軸ジャイロセンサ５３は、Ｚ軸方向を力覚センサ５１のＺ軸と同軸に配置され、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とする角速度成分ＷＸ、ＷＹ、ＷＺを検出する。以降、ＷＸ、ＷＹ、ＷＺを角速度の成分、または、単に検出値とも記載する。３軸ジャイロセンサ５３は、検出値に関する信号を力情報表示装置１０へ出力する。
【0017】
［力情報表示装置１０の概略構成］
力情報表示装置１０の概略構成について図１および図２に基づいて説明する。図２は、実施形態１に係る力情報表示装置１０の電気的構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、力情報表示装置１０は、制御部１１と、操作部１２と、通信部１３と、ディスプレイ１４と、記憶部１５と、信号入力部１６とを有する。
力情報表示装置１０の概略構成について図１および図２に基づいて説明する。図２は、実施形態１に係る力情報表示装置１０の電気的構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、力情報表示装置１０は、制御部１１と、操作部１２と、通信部１３と、ディスプレイ１４と、記憶部１５と、信号入力部１６とを有する。
【0018】
制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。制御部１１は、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＵ（Floating point number Processing Unit）、ＰＰＵ（Physics Processing Unit）、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせで構成してもよい。
【0019】
記憶部１５は、半導体ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＯＤＤ（Optical Disk Drive）、又は、これらの組み合わせで構成される。制御部１１は、記憶部１５に記憶された各種のプログラムや各種パラメータに基づいて、種々の演算処理を実行する。
【0020】
操作部１２は、複数のボタンスイッチで構成され、ボタンスイッチを押下することによって、電源のオン、オフ、各種指示の入力などを行うことができる。通信部１３は、ＰＣ（Personal Computer）等と通信するための通信インタフェースの一例として機能する。ディスプレイ１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等で構成されている。ディスプレイ１４は、例えば、図４に示すように、ワークＷに作用する力覚センサ座標系の力の成分や３軸の座標軸などを表示する。
【0021】
信号入力部１６は、力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とが電気的に接続されている。信号入力部１６は、力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とから入力されたそれぞれの検出信号から検出した検出値を、制御部１１に出力する。制御部１１は、信号入力部１６から入力された力覚センサ５１と３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３との各検出値を記憶部１５に記憶する。
【0022】
［第１力情報表示処理］
次に、ロボットハンド４０にワークＷを把持した状態で、ロボットアーム３０のティーチングを実施している際に、力情報表示装置１０の制御部１１が実行する第１力情報表示処理の一例について図３および図４に基づいて説明する。図３は、力情報表示装置１０の制御部１１が実行する第１力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。図４は、力情報表示装置１０のディスプレイ１４に表示された表示画面の一例を示す図である。なお、図３に示す第１力情報表示処理のプログラムは、記憶部１５に予め記憶されている。
次に、ロボットハンド４０にワークＷを把持した状態で、ロボットアーム３０のティーチングを実施している際に、力情報表示装置１０の制御部１１が実行する第１力情報表示処理の一例について図３および図４に基づいて説明する。図３は、力情報表示装置１０の制御部１１が実行する第１力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。図４は、力情報表示装置１０のディスプレイ１４に表示された表示画面の一例を示す図である。なお、図３に示す第１力情報表示処理のプログラムは、記憶部１５に予め記憶されている。
【0023】
図３に示すように、ステップＳ１１において、制御部１１は、信号入力部１６から入力された力覚センサ５１と、３軸加速度センサ５２と、３軸ジャイロセンサ５３とのそれぞれの検出値を取得した後、ステップＳ１２の処理に進む。
【0024】
具体的には、制御部１１は、力覚センサ５１から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを記憶部１５に記憶する。制御部１１は、３軸加速度センサ５２から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを記憶部１５に記憶する。制御部１１は、３軸ジャイロセンサ５３から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とする角速度成分ＷＸ、ＷＹ、ＷＺを記憶部１５に記憶する。
【0025】
ステップＳ１２において、制御部１１は、３軸ジャイロセンサ５３の力覚センサ座標系の３軸を回転軸とする角速度成分ＷＸ、ＷＹ、ＷＺを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、読み出した角速度成分ＷＸ、ＷＹ、ＷＺからロボットハンド４０の変位した角度、つまり、ワークＷの変位した後の向きを算出して、記憶部１５に記憶する。
【0026】
また、制御部１１は、３軸加速度センサ５２の力覚センサ座標系の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、読み出した加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺからロボットハンド４０の３軸方向の移動した距離、つまり、ワークＷの３軸方向の移動した距離を算出して、記憶部１５に記憶した後、ステップＳ１３の処理に進む。
【0027】
ステップＳ１３において、制御部１１は、ロボットハンド４０の質量ＭＨを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、３軸加速度センサ５２の力覚センサ座標系の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを記憶部１５から順番に読み出して、ロボットハンド４０の質量ＭＨを乗算して、ロボットハンド４０の３軸方向の慣性力成分ＦＡＸ、ＦＡＹ、ＦＡＺを算出する。制御部１１は、ロボットハンド４０の３軸方向の慣性力成分ＦＡＸ、ＦＡＹ、ＦＡＺを記憶部１５に記憶した後、ステップＳ１４の処理に進む。なお、ロボットハンド４０の質量ＭＨは、予め記憶部１５に記憶されている。
【0028】
ステップＳ１４において、制御部１１は、力覚センサ５１から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、ロボットハンド４０の３軸方向の慣性力成分ＦＡＸ、ＦＡＹ、ＦＡＺとを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺから３軸方向の慣性力成分ＦＡＸ、ＦＡＹ、ＦＡＺをそれぞれ減算して、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ（修正力）として記憶部１５に記憶する。その後、制御部１１は、ステップＳ１５の処理に進む。
【0029】
ステップＳ１５において、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ（修正力）を記憶部１５から読み出す。また、制御部１１は、上記ステップＳ１１で記憶部１５に記憶した力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを読み出す。そして、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ（修正力）と、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとをディスプレイ１４に表示する。その後、制御部１１は、ステップＳ１６の処理に進む。
【0030】
なお、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ（修正力）と、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとのうちの少なくとも一成分をディスプレイ１４に表示するようにしてもよい。
【0031】
ステップＳ１６において、制御部１１は、鉛直方向をＺ軸方向とする絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸をディスプレイ１４に表示する。また、制御部１１は、上記ステップＳ１２で記憶したワークＷの変位した後の向きと、ワークＷの３軸方向の移動した距離とを読み出す。そして、制御部１１は、力覚センサ座標系のＺ軸方向をワークＷの変位した後の向きに合わせて、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸をディスプレイ１４に表示する。また、制御部１１は、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸の原点を、絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸の原点に重ねてディスプレイ１４に表示する。その後、制御部１１は、ステップＳ１７の処理に進む。
【0032】
ステップＳ１７において、制御部１１は、絶対座標系のＺ軸に対する力覚センサ座標系のＺ軸の傾斜角度θを算出して、ディスプレイ１４に表示した後、ステップＳ１８の処理に進む。
【0033】
ここで、ワークＷの力覚センサ座標系の力の成分と、絶対座標系の座標軸と、力覚センサ座標系の座標軸とをディスプレイ１４に表示した一例について図４に基づいて説明する。図４に示すように、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ（修正力）の変化を表すグラフが、画面の左方に縦一列に配置されて表示されている。また、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺの変化を表すグラフが、３軸方向の力成分を表すグラフの右側に、つまり、画面の左右方向略中央部に縦一列に配置されて表示されている。
【0034】
そして、鉛直方向をＺ軸方向とする絶対座標系の座標軸が破線にて、画面の右方に配置されて表示されている。また、力覚センサ座標系のＺ軸方向をワークＷの変位した後の向きに合わせて、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸が実線にて、絶対座標系の座標軸に重なって表示されている。力覚センサ座標系の座標軸の原点は、絶対座標系の座標軸の原点に重なって表示されている。また、絶対座標系のＺ軸に対する力覚センサ座標系のＺ軸の傾斜角度θが表示されている。
【0035】
これにより、作業者は、ワークＷの力覚センサ座標系の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとの変化を容易に確認することができる。また、ワークＷのＺ軸方向の鉛直方向に対する傾斜角度を容易に確認することができる。なお、ワークＷの力覚センサ座標系の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとは、グラフでなく、それぞれ数値で表示してもよい。
【0036】
次に、図３に示すように、ステップＳ１８において、制御部１１は、上記ステップＳ１１で記憶した力覚センサ５１から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺからロボットハンド４０とワークＷに作用する合力Ｆ１を算出して記憶部１５に記憶する。
【0037】
続いて、制御部１１は、上記ステップＳ１１で記憶した３軸加速度センサ５２から入力された力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを記憶部１５から読み出す。そして、制御部１１は、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度成分ＡＸ、ＡＹ、ＡＺからロボットハンド４０とワークＷの移動方向、つまり、ロボットハンド４０とワークＷに力が作用する方向の加速度Ａ１を算出して記憶部１５に記憶する。
【0038】
そして、制御部１１は、ロボットハンド４０の質量ＭＨを記憶部１５から読み出し、このロボットハンド４０の質量ＭＨに移動方向の加速度Ａ１を乗算して、ロボットハンド４０の慣性力ＦＨを算出する。また、制御部１１は、ロボットハンド４０の質量ＭＨに重力加速度Ｇを乗算してロボットハンド４０の重力方向の力である重量ＭＨＧを算出する。
【0039】
そして、制御部１１は、合力Ｆ１から、ロボットハンド４０の慣性力ＦＨと重量ＭＨＧとの合力を減算した値を、移動方向の加速度Ａ１に重力加速度Ｇを加算した値で除算して、ワークＷの質量ＭＷを算出して記憶部１５に記憶する。続いて、制御部１１は、ワークＷの質量ＭＷに重力加速度Ｇを乗算して、ワークＷの重量ＭＷＧを算出して記憶部１５に記憶した後、ステップＳ１９の処理に進む。これにより、制御ＢＵ１１は、ワークＷの搬送中におけるワークＷの重量測定が可能となる。
【0040】
ステップＳ１９において、制御部１１は、ワークＷの重量ＭＷＧを記憶部１５から読み出して、ディスプレイ１４に表示した後、ステップＳ２０の処理に進む。例えば、図４に示すように、制御部１１は、絶対座標系のＺ軸の下方に、ワークＷの重量ＭＷＧを表示する。
【0041】
ステップＳ２０において、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了したか否かを判定する。例えば、制御部１１は、操作部１２の終了ボタンが押下されたか否かを判定する。そして、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了していないと判定した場合は（Ｓ２０：ＮＯ）、再度ステップＳ１１以降の処理を実行する。一方、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了したと判定した場合は（Ｓ２０：ＹＥＳ）、第１力情報表示処理を終了する。
【0042】
以上詳細に説明した通り、実施形態１に係る力情報表示装置１０では、絶対座標系の３軸の座標軸と力覚センサ座標系の３軸の座標軸がディスプレイ１４に表示される。これにより、ディスプレイに表示された絶対座標系のＺ軸に対する力覚センサ座標系のＺ軸の向き、および、傾斜角度θから、作業者は、ロボットアームの先端を鉛直方向に対してどれぐらいの角度、傾けて作業しているか容易に把握できる。また、ディスプレイ１４に表示された力覚センサ座標系のワークＷの３軸方向の力成分（修正力）と３軸回りのモーメント成分とから、作業者は、ロボットアーム３０の先端をどれぐらいの力で押し付けて作業しているか容易に把握することができる。
【0043】
また、制御部１１は、ワークＷの搬送時に、ワークＷの重量計測を行うことができる。その結果、制御部１１は、ワークＷの搬送中に、ワークＷの重量ＭＷＧをディスプレイ１４に表示することができる。従って、ワークＷの搬送中においても、作業者はリアルタイムにワークＷの重量ＭＷＧを把握することができる。
【0044】
［実施形態２］
次に、本開示の実施形態２について図５および図６に基づいて説明する。図５は、実施形態２に係る制御部１１が実行する第２力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態２に係る力情報表示装置１０のディスプレイ１４に表示された表示画面の一例を示す図である。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
次に、本開示の実施形態２について図５および図６に基づいて説明する。図５は、実施形態２に係る制御部１１が実行する第２力情報表示処理の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態２に係る力情報表示装置１０のディスプレイ１４に表示された表示画面の一例を示す図である。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0045】
［第２力情報表示処理］
実施形態２に係る力情報表示装置１０の制御部１１は、図３に示す第１力情報表示処理に替えて、図５に示す第２力情報表示処理を実行する。なお、図５に示す第２力情報表示処理のプログラムは、記憶部１５に予め記憶されている。
実施形態２に係る力情報表示装置１０の制御部１１は、図３に示す第１力情報表示処理に替えて、図５に示す第２力情報表示処理を実行する。なお、図５に示す第２力情報表示処理のプログラムは、記憶部１５に予め記憶されている。
【0046】
図５に示すように、制御部１１は、上記ステップＳ１１～ステップＳ１４の処理を実行した後、ステップＳ３１の処理に進む。ステップＳ３１において、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺを記憶部１５から読み出す。また、制御部１１は、上記ステップＳ１１で記憶部１５に記憶した力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを読み出す。
【0047】
また、制御部１１は、上記ステップＳ１２で算出したワークＷの変位した後の向きと、ワークＷの３軸方向の移動した距離とを記憶部１５から読み出し、ワークＷの変位情報として記憶部１５に記憶する。そして、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系の３軸方向の力成分と、３軸を回転軸とするモーメント成分とを、ワークＷの変位情報に基づいて、ワークＷの絶対座標系の３軸方向の力成分と、絶対座標系の３軸を回転軸とするモーメント成分に変換する。そして、制御部１１は、変換したワークＷの絶対座標系の３軸方向の力成分と、絶対座標系の３軸を回転軸とするモーメント成分とを記憶部１５に記憶する。その後、制御部１１は、ステップＳ３２の処理に進む。
【0048】
ステップＳ３２において、制御部１１は、ワークＷの絶対座標系の３軸方向の力成分と、絶対座標系の３軸を回転軸とするモーメント成分とを記憶部１５から読み出し、ディスプレイ１４に表示した後、ステップＳ３３の処理に進む。
【0049】
ステップＳ３３において、制御部１１は、上記ステップＳ１８及びステップＳ１９の処理を実行して、ワークＷの重量ＭＷＧを算出して記憶部１５に記憶した後、ワークＷの重量ＭＷＧをディスプレイ１４に表示する。その後、制御部１１は、ステップＳ３４の処理に進む。
【0050】
ここで、ワークＷの絶対座標系の力の成分と、ワークＷの重量ＭＷＧとをディスプレイ１４に表示した一例について図６に基づいて説明する。図６に示すように、ワークＷの絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺの変化を表すグラフが、画面の左方に縦一列に配置されて表示されている。
【0051】
また、ワークＷの絶対座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺの変化を表すグラフが、３軸方向の力成分を表すグラフの右側に、つまり、画面の左右方向略中央部に縦一列に配置されて表示されている。そして、ワークＷの重量ＭＷＧが画面の右方に配置されて表示されている。
【0052】
これにより、作業者は、ワークＷの絶対座標系の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとの変化を容易に確認することができる。また、作業者は、ワークＷの重量ＭＷＧを容易に確認することができる。
【0053】
なお、制御部１１は、ワークＷの絶対座標系の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとは、グラフでなく、それぞれ数値で表示してもよい。また、制御部１１は、ワークＷの力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、力覚センサ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとをディスプレイ１４に同時に表示するようにしてもよい。
【0054】
次に、図５に示すように、ステップＳ３４において、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了したか否かを判定する。例えば、制御部１１は、操作部１２の終了ボタンが押下されたか否かを判定する。そして、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了していないと判定した場合は（Ｓ３４：ＮＯ）、再度ステップＳ１１以降の処理を実行する。一方、制御部１１は、ロボットアーム３０のティーチングが終了したと判定した場合は（Ｓ３４：ＹＥＳ）、第２力情報表示処理を終了する。
【0055】
以上詳細に説明した通り、実施形態２に係る力情報表示装置１０では、絶対座標系における３軸方向の力成分と３軸回りのモーメント成分がディスプレイ１４に表示される。これにより、作業者が、ワークＷに作用している絶対座標系の３軸方向の力成分と３軸回りのモーメント成分とを容易に把握できる。
【0056】
また、ワーク搬送時に、ワークＷの重量計測を行うことができる。その結果、制御部１１は、ワークＷの搬送中に、ワークＷの重量ＭＷＧをディスプレイ１４に表示することができる。従って、ワークＷの搬送中においても、作業者はリアルタイムにワークＷの重量ＭＷＧを把握することができる。
【0057】
［変形例１］
上記実施形態１および実施形態２において、３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とを一体化したセンサで構成してもよい。更には、力覚センサ５１と３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とを一体化したセンサで構成してもよい。また、力覚センサ５１と３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とは、一体であっても、一部が別個に配置されていてもよい。これにより、部品点数を削減することが可能となる。
上記実施形態１および実施形態２において、３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とを一体化したセンサで構成してもよい。更には、力覚センサ５１と３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とを一体化したセンサで構成してもよい。また、力覚センサ５１と３軸加速度センサ５２と３軸ジャイロセンサ５３とは、一体であっても、一部が別個に配置されていてもよい。これにより、部品点数を削減することが可能となる。
【0058】
〔付記事項〕
本開示は上述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態及び各変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
本開示は上述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態及び各変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
【0059】
［付記］
第１の態様の力情報表示装置は、ロボットアームとロボットハンドとの間に配置された力覚センサとジャイロセンサとからそれぞれの検出信号が入力される信号入力部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイに表示する第１表示処理、または、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記絶対座標系と前記力覚センサ座標系との関係を前記ディスプレイに表示する第２表示処理と、を実行する。
第１の態様の力情報表示装置は、ロボットアームとロボットハンドとの間に配置された力覚センサとジャイロセンサとからそれぞれの検出信号が入力される信号入力部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系の力とモーメントの少なくとも一方を、大地に固定された絶対座標系の力またはモーメントに変換してディスプレイに表示する第１表示処理、または、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記絶対座標系と前記力覚センサ座標系との関係を前記ディスプレイに表示する第２表示処理と、を実行する。
【0060】
第１の態様の力情報表示装置によれば、絶対座標系の力とモーメントの少なくとも一方が、または、絶対座標系と力覚センサ座標系との関係がディスプレイに表示される。これにより、作業者が、ワークに作用している絶対座標系の力やモーメントを容易に把握できる。
【0061】
第２の態様は、第１の態様の力情報表示装置であって、前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、前記絶対座標系に対する前記力覚センサ座標系の傾斜角度を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【0062】
第２の態様の力情報表示装置によれば、絶対座標系に対する力覚センサ座標系の傾斜角度がディスプレイに表示されるため、作業者は、ロボットアームの先端を鉛直方向に対してどれぐらいの角度、傾けて作業しているか容易に把握できる。
【0063】
第３の態様は、第１の態様または第２の態様の力情報表示装置であって、前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサ座標系の前記力と前記モーメントの少なくとも一方を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【0064】
第３の態様の力情報表示装置によれば、作業者は、ディスプレイに表示されたワークに作用する力覚センサ座標系の力またはモーメントから、ロボットアームの先端をどれぐらいの力で押し付けて作業しているか容易に把握することができる。
【0065】
第４の態様は、第３の態様の力情報表示装置であって、加速度センサと、前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記第２表示処理にて、さらに、前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出し、前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を前記ディスプレイに表示するようにしてもよい。
【0066】
第４の態様の力情報表示装置によれば、ワークに作用する力覚センサ座標系の修正力がディスプレイに表示されるため、作業者は、ワークに作用する力覚センサ座標系の修正力を容易に把握することができる。
【0067】
第５の態様は、第４の態様の力情報表示装置であって、前記制御部は、前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第２算出処理と、前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第３算出処理と、を実行するようにしてもよい。
【0068】
第５の態様の力情報表示装置によれば、ワークの搬送中に、ワークの重量計測を行うことができる。その結果、ワークの搬送中においても、作業者はリアルタイムにワークの重量を把握することができる。
【0069】
第６の態様は、第１の態様の力情報表示装置であって、加速度センサと、前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記第１表示処理にて、さらに、前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出する第４算出処理と、前記力覚センサ座標系の前記力から前記慣性力を減算した修正力を算出する第５算出処理と、前記力覚センサ座標系の前記修正力と前記モーメントの少なくとも一方と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度とに基づいて、前記絶対座標系の力またはモーメントに変換する第１変換処理と、を実行し、前記第１変換処理で変換した前記絶対座標系の力またはモーメントをディスプレイに表示するようにしてもよい。
【0070】
第６の態様の力情報表示装置によれば、ワークに作用する絶対座標系の力またはモーメントがディスプレイに表示されるため、作業者は、ワークに作用する絶対座標系の力またはモーメントを容易に把握することができる。
【0071】
第７の態様は、第６の態様の力情報表示装置であって、前記制御部は、前記修正力と前記加速度センサによって検出された前記修正力が作用する方向の加速度と重力加速度とに基づいて、前記ロボットハンドに把持されたワークの質量を算出する第６算出処理と、前記ワークの質量に重力加速度を乗算して前記ワークの重量を算出する第７算出処理と、
を実行するようにしてもよい。
を実行するようにしてもよい。
【0072】
第７の態様の力情報表示装置によれば、ワークの搬送中に、ワークの重量計測を行うことができる。その結果、ワークの搬送中においても、作業者はリアルタイムにワークの重量を把握することができる。
【0073】
第８の態様の力情報表示装置は、ロボットアームとロボットハンドとの間に配置された力覚センサとジャイロセンサと加速度センサとからそれぞれの検出信号が入力される信号入力部と、前記ロボットハンドの質量を予め記憶する記憶部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記信号入力部を介して前記ジャイロセンサから入力された角速度から前記ロボットハンドの変位した角度を算出する第１算出処理と、前記信号入力部を介して前記加速度センサから入力された加速度と前記ロボットハンドの質量とから前記力覚センサに固定された力覚センサ座標系における前記ロボットハンドの慣性力を算出する第２算出処理と、前記信号入力部を介して前記力覚センサから入力された前記力覚センサ座標系の力から前記慣性力を減算した修正力を算出する第３算出処理と、前記第１算出処理で算出した前記ロボットハンドの変位した角度に基づいて、前記第３算出処理で算出した前記力覚センサ座標系の前記修正力を、大地に固定された絶対座標系の力に変換する変換処理と、を実行する。
【0074】
第８の態様の力情報表示装置によれば、力情報表示装置は、ワークに作用する絶対座標系の力を算出することができる。その結果、力情報表示装置は、ワークに作用する絶対座標系の力をディスプレイに表示することが可能となり、作業者が、ワークに作用している絶対座標系の力を容易に把握できる。
【符号の説明】
【0075】
１０：力情報表示装置、１１：制御部、１４：ディスプレイ、１５：記憶部、１６：信号入力部、３０：ロボットアーム、４０：ロボットハンド、５１：力覚センサ、５２：３軸加速度センサ、５３：３軸ジャイロセンサ、Ｗ：ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】