特許 7560652 ロボット用操作装置およびロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】ロボット用操作装置およびロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/02 20060101AFI20240925BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

B25J13/02

B25J9/22 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023507054

(86)(22)【出願日】2022-03-11

(86)【国際出願番号】 JP2022010766

(87)【国際公開番号】W WO2022196543

(87)【国際公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-10-10

(31)【優先権主張番号】P 2021043221

(32)【優先日】2021-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 一弘

(72)【発明者】

【氏名】本門 智之

(72)【発明者】

【氏名】井上 俊彦

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２５９４１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００３８６４１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６３９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端のフランジの回転軸線に沿って延びる内孔を貫通させて前記フランジに長尺のツールが固定されたロボットに装着されるロボット用操作装置であって、
前記ツールを貫通させる内孔を有し、前記ツールの長手軸と同軸に配置される軸線を有し、前記ツールの前記長手軸を包み込む形態で作業者の一方の手により把持可能なハンドルと、
該ハンドルを前記フランジに、前記軸線を前記回転軸線と同軸に配置した状態で取り付けるとともに、作業者により前記ハンドルに加えられた力またはモーメントを検出するセンサとを備え、
前記ロボットが、前記センサにより検出された力またはモーメントに応じて位置および姿勢を変更するリードスルー制御により動作可能であるロボット用操作装置。

【請求項2】

前記フランジに固定されたブラケットを備え、
前記センサが、前記ブラケットに固定されている請求項１に記載のロボット用操作装置。

【請求項3】

前記フランジの近傍に取り付けられ、前記作業者の他方の手によって操作され、前記リードスルー制御を有効または無効に切り替えるリードスルースイッチを備える請求項１または請求項２に記載のロボット用操作装置。

【請求項4】

前記ハンドルに、該ハンドルを把持した状態の前記作業者の前記一方の手によって操作される、位置教示推知および動作モード変更スイッチの少なくとも１つの操作スイッチが配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボット用操作装置。

【請求項5】

前記操作スイッチの少なくとも１つが、長押し操作によってツール動作指令を教示するためのツール動作教示スイッチに機能変更可能である請求項４に記載のロボット用操作装置。

【請求項6】

前記ハンドルが、前記ツールを前記フランジに固定したままの状態で、前記フランジから取り外し可能である請求項１から請求項５のいずれかに記載のロボット用操作装置。

【請求項7】

前記センサが、前記ツールを前記フランジに固定したままの状態で、前記フランジから取り外し可能である請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボット用操作装置。

【請求項8】

前記ハンドルの外周面に、該ハンドルを把持した作業者の前記一方の手の指をかける凹凸が設けられている請求項１から請求項７のいずれかに記載のロボット用操作装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれかに記載のロボット用操作装置を備えるロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボット用操作装置およびロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

リードスルー制御によってロボットを動作させるために、作業者がロボットに力を加えて操作するロボット用操作装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このロボット用操作装置は、ロボットのアーム部の先端部に力センサを介して取り付けられたハンドルを備え、ハンドルに加える力を力センサによって検出し、検出された力の大きさおよび方向によってロボットを動作させる。ハンドルは、ロボットのフランジの中心軸に対して間隔をあけて平行な平面に沿って配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３４４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなハンドルを用いて、リードスルー制御により、フランジの中心軸に沿って配置されたハンドあるいは溶接トーチ等の長尺のツールの先端を位置決めする操作をする場合には、操作者にはツールを直感的に操作する感覚が得られ難い。すなわち、ハンドルを握る操作者は、ツールを遠隔操作している感覚で操作するので、ツールの先端を所望の位置および角度に精度よく配置するには、ある程度の熟練を要する。したがって、フランジに固定される長尺のツールを直接操作する感覚で、リードスルー制御によってロボットを動作させることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、先端のフランジに長尺のツールが固定されたロボットに装着されるロボット用操作装置であって、前記ツールを貫通させる内孔を有し、前記ツールの長手軸を包み込む形態で作業者の一方の手により把持可能なハンドルと、該ハンドルを前記フランジに取り付けるとともに、作業者により前記ハンドルに加えられた力またはモーメントを検出するセンサとを備え、前記ロボットが、前記センサにより検出された力またはモーメントに応じて位置および姿勢を変更するリードスルー制御により動作可能であるロボット用操作装置である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の一実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

【図2】本開示の一実施形態に係るロボット用操作装置を備える図１のロボットを部分的に示す、一部を破断した正面図である。

【図3】図１のロボット用操作装置を示す側面図である。

【図4】図１のロボット本体のフランジにアダプタによって溶接トーチを取り付けた状態を示す部分的な斜視図である。

【図5】図４のアダプタにブラケットを取り付けた状態を示す部分的な斜視図である。

【図6】図５のブラケットに第２ハンドルを取り付けた状態を示す部分的な斜視図である。

【図7】図６のブラケットにセンサおよび第１ハンドルを取り付けた状態を示す部分的な斜視図である。

【図8】図７の第１ハンドルおよび第２ハンドルを作業者が把持した状態を示す部分的な斜視図である。

【図9】図２のロボット用操作装置の変形例を示す、一部を破断した正面図である。

【図10】図９のロボット用操作装置を示す側面図である。

【図11】図２のロボット用操作装置の他の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示の一実施形態に係るロボット用操作装置１およびロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００は、図１に示されるように、ロボット本体（ロボット）１０１と、ロボット本体１０１に装着されたロボット用操作装置１とを備えている。ロボット本体１０１には、ロボット本体１０１を制御する制御装置１０２が接続されている。

【0008】

ロボット本体１０１は、例えば、図１に示されるように、垂直６軸多関節型ロボットであり、床面等の被設置面に設置されるベース１１０と、ベース１１０に対して第１軸線Ａ回りに回転可能に支持された旋回胴１２０とを備えている。
また、ロボット本体１０１は、旋回胴１２０に第２軸線Ｂ回りに回転可能に支持された第１アーム１３０と、第１アーム１３０に第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持された第２アーム１４０とを備えている。さらに、ロボット本体１０１は、第２アーム１４０の先端に支持された３軸の手首ユニット１５０を備えている。

【0009】

手首ユニット１５０には、図２および図３に示されるように、最先端の回転軸線（第６軸）Ｘ回りに回転可能なフランジ１６０が備えられている。ロボット本体１０１は、最先端の手首要素１５１が中空に形成され、フランジ１６０も内孔１６０ａを有する円環状に形成されている。なお、フランジ１６０を回転軸線Ｘ回りに回転させる機構等は図示を省略している。

【0010】

制御装置１０２は、教示された動作プログラムに従ってロボット本体１０１を制御する。また、制御装置１０２は、リードスルー制御が指令されたときには、後述するセンサ５により検出された力またはモーメントの大きさおよび方向に応じてロボット本体１０１の位置および姿勢を動作させることができる。

【0011】

ロボット本体１０１のフランジ１６０には、内孔１６１ａを有する円環状のアダプタ１６１が固定されている。アダプタ１６１は、ツールおよび後述するブラケット２をフランジ１６０に取り付けるための中継部材である。
ツールは、例えば、溶接トーチ１７０のような長尺のツールであり、図４に示されるように、アダプタ１６１によってフランジ１６０に固定されている。

【0012】

溶接トーチ１７０は、長さ方向の途中位置において一方向に湾曲した管状のトーチ本体１７１と、トーチ本体１７１の基端に接続された略円柱状のネックホルダ１７２と、ネックホルダ１７２の基端に接続されたガイドチューブ１７３とを備えている。ネックホルダ１７２はトーチ本体１７１よりも大きな外径寸法を有している。

【0013】

ガイドチューブ１７３、ネックホルダ１７２およびトーチ本体１７１は、溶接ワイヤ１８０を長手方向に貫通させる内孔（図示略）を備えている。溶接トーチ１７０は、内孔内を貫通してきた溶接ワイヤ１８０をトーチ本体１７１の先端から突出させて、ワークとの間にアークを発生させることによりワークを溶接する。

【0014】

本実施形態においては、溶接トーチ１７０は、図２に示されるように、ネックホルダ１７２の基端側に接続するガイドチューブ１７３をアダプタ１６１の内孔１６１ａおよびフランジ１６０の内孔１６０ａに貫通させ、ネックホルダ１７２の基端側をアダプタ１６１に固定している。これにより、トーチ本体１７１は、ネックホルダ１７２に接続する部分の長手軸Ｙをフランジ１６０の回転軸線Ｘと同軸に位置決めした状態に配置されている。

【0015】

ロボット用操作装置１は、図２および図３に示されるように、アダプタ１６１によってフランジ１６０に着脱可能に取り付けられるブラケット２と、ブラケット２に着脱可能に取り付けられる第１ハンドル（ハンドル）３、第２ハンドル４およびセンサ５とを備えている。
ブラケット２は、ネックホルダ１７２を径方向に挟む位置に、回転軸線Ｘに平行に延びる２本の脚部６を備えている。各脚部６の基端は、アダプタ１６１に着脱可能に取り付けられ、両脚部６の先端は、第１取付部７によって連結されている。また両脚部６の基端近傍には第２取付部８が配置されている。

【0016】

第１取付部７は、ネックホルダ１７２の先端部を挿入可能な内径の内孔７ａを有する環状に形成されている。脚部６は、ネックホルダ１７２の軸方向長さとほぼ同等の長さを有しており、図５に示されるように、基端をアダプタ１６１に固定することにより、第１取付部７を、トーチ本体１７１の基端近傍に配置することができる。第２取付部８は、第２ハンドル４をブラケット２の基端に固定する部分である。

【0017】

センサ５は、直交する３軸方向の力および３軸回りのモーメントを検出可能な６軸センサであり、図２に示されるように、トーチ本体１７１を径方向に隙間を空けて貫通可能な大きさの内孔５ａを有する円環状に形成されている。センサ５は、内孔５ａ内にトーチ本体１７１を先端側から挿入し、長手軸Ｙに沿ってトーチ本体１７１の基端側まで移動させられることにより、図７に示されるように、フランジ１６０に固定されているブラケット２の第１取付部７に、軸方向の一端が着脱可能に固定される。

【0018】

また、第１ハンドル３は、図２に示されるように、トーチ本体１７１を径方向に隙間を空けて貫通可能な大きさの内孔３ａを有する円筒状に形成されている。第１ハンドル３は、内孔３ａ内にトーチ本体１７１を先端側から挿入し、長手軸Ｙに沿ってトーチ本体１７１の基端側まで移動させられることにより、図７に示されるように、第１取付部７に取り付けられているセンサ５の軸方向の他端に着脱可能に固定される。これにより、第１ハンドル３は、フランジ１６０の回転軸線Ｘに沿って延びるトーチ本体１７１を取り囲む位置に配置される。

【0019】

第１ハンドル３は、図８に示されるように、作業者が、一方の手（ここでは右手）によって、半周よりも広い範囲にわたる外周面を包み込む形態で把持して、種々の方向の力を加えることができる程度の外径寸法を有している。第１ハンドル３の外周面には、第１ハンドル３を把持した手の指をかけることができる溝９および突起１０からなる凹凸が周方向に全周にわたって形成されている。また、第１ハンドル３の外周面には、把持した手の人差し指あるいは親指によって操作可能な位置に２つの押しボタンスイッチ（操作スイッチ）１２，１３が設けられている。

【0020】

一方の押しボタンスイッチ１２は、押されることにより、押された時点におけるロボット本体１０１の各軸の角度を記憶する教示ボタン（操作スイッチ、位置教示推知スイッチ）である。また、他方の押しボタンスイッチ１３は、押される都度にロボット本体１０１の動作モードを直交動作と各軸動作とで切り替えるモード切替ボタン（操作スイッチ、動作モード変更スイッチ）である。

【0021】

第２ハンドル４は、ブラケット２およびネックホルダ１７２を挿入可能な内径の内孔４ａを有する円環状に形成されている。第２ハンドル４は、内孔４ａ内にトーチ本体１７１を先端側から挿入し、長手軸Ｙに沿ってブラケット２の基端側まで移動させた位置において、図６に示されるように、ブラケット２の第２取付部８に着脱可能に固定される。

【0022】

第２ハンドル４は、図８に示されるように、作業者が他方の手（ここでは左手）によって、半周よりも広い範囲にわたる外周面を包み込む形態で把持可能な外径寸法を有している。第２ハンドル４の外周面には、把持した手の親指によって操作可能なリードスルースイッチ１１が設けられている。

【0023】

リードスルースイッチ１１は、図示しないケーブルによって制御装置１０２に接続される押しボタン式のスイッチである。作業者が第２ハンドル４を把持した手によってリードスルースイッチ１１を押すことにより、リードスルー制御の指令が制御装置１０２に送られる。第２ハンドル４は、フランジ１６０の回転軸線Ｘを挟んでトーチ本体１７１の先端とは反対側に位置する作業者の正面にリードスルースイッチ１１が配置される位相で第２取付部８に固定される。

【0024】

このように構成された本実施形態に係るロボット用操作装置１およびロボット１００の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボット用操作装置１を用いて、ロボット本体１０１をリードスルー制御しながら教示を行うには、作業者は、第１ハンドル３を右手で握り、第２ハンドル４を左手で握る。そして、第２ハンドル４に設けられたリードスルースイッチ１１を、第２ハンドル４を把持した左手の指で押下する。

【0025】

これにより、リードスルー制御が有効となる。この状態で、作業者が第１ハンドル３に力を加えることにより、加えた力およびモーメントの大きさおよび方向が、センサ５によって検出され、検出された力およびモーメントに応じた位置および姿勢にロボット本体１０１が動作させられる。

【0026】

そして、作業者が、第１ハンドル３に設けられたモード切替ボタン１３を押すことにより動作モードを設定した状態で、リードスルー制御によりロボット本体１０１を動作させ、所望の位置において、教示ボタン１２を押下する。これにより、押下された時点におけるロボット本体１０１の各軸の角度およびその位置への動作モードが記憶される。また、この動作を繰り返すことにより、ロボット本体１０１の動作プログラムを教示することができる。

【0027】

この場合において、ブラケット２によってフランジ１６０に固定された第１ハンドル３が、作業者によって把持し易い円筒状に形成されるとともに、トーチ本体１７１の基端にトーチ本体１７１の長手軸Ｙと同軸に配置されている。これにより、第１ハンドル３を把持する作業者は、あたかもトーチ本体１７１の基端を把持しているのと同じ感覚で第１ハンドル３に力を加え、リードスルー制御によってロボット１００を動作させることができる。

【0028】

その結果、作業者が、トーチ本体１７１の位置および姿勢を直感的にコントロールし易く、ツール先端点に配置されている溶接ワイヤ１８０の先端を、作業者の意図した位置に精度よく配置することができる。また、第１ハンドル３を把持した右手に力を加える際に、第２ハンドル４を把持した左手を補助として使用することができ、センサ５に多様な力およびモーメントを検出させることができる。

【0029】

また、第１ハンドル３の内孔３ａとトーチ本体１７１との間には隙間が設けられているので、トーチ本体１７１が過熱した状態であっても第１ハンドル３を把持したリードスルー制御によるロボット本体１０１の操作を実施することができる。また、センサ５の内孔５ａとトーチ本体１７１との間にも隙間が設けられているので、トーチ本体１７１の熱がセンサ５に伝達されることを抑止し、センサ５の検出精度の変化を防止することができる。

【0030】

また、第１ハンドル３の外周面に、第１ハンドル３を握った作業者の手の指がかかる凹凸９，１０を設けているので、作業者が第１ハンドル３に力を加え易く、ロボット本体１０１を所望の姿勢に移動させ易いという利点がある。

【0031】

また、第１ハンドル３および第２ハンドル４をブラケット２によって溶接トーチ１７０のネックホルダ１７２およびトーチ本体１７１と同軸に配置しているので、第１ハンドル３および第２ハンドル４がフランジ１６０の回転軸線Ｘから径方向に大きく突出しない。したがって、第１ハンドル３および第２ハンドル４と周辺部材との干渉を抑えて、教示を容易にすることができるという利点がある。

【0032】

また、第１ハンドル３、第２ハンドル４およびセンサ５がブラケット２に取り外し可能に取り付けられているので、動作プログラムの教示後かつ実行前に取り外すことにより、実行中における周辺部材との干渉をさらに低減することができる。また、ブラケット２を取り外すことによって、干渉をさらに低減できる。これらの場合に、溶接トーチ１７０をフランジ１６０から取り外す必要がなく、取り外し作業に時間をかけずに済むという利点がある。

【0033】

また、第１ハンドル３、第２ハンドル４、センサ５およびブラケット２を取り外さなくても、これらはネックホルダ１７２およびトーチ本体１７１と同軸に配置されているので、動作プログラムの実行時における周辺部材との干渉は生じ難い。
また、第１ハンドル３および第２ハンドル４をブラケット２によって溶接トーチ１７０のネックホルダ１７２およびトーチ本体１７１と同軸に配置しているので、作業者の利き手がいずれの場合においても、持ち手を入れ替えるだけで、容易に操作することができるという利点がある。

【0034】

また、本実施形態に係るロボット用操作装置１によれば、第１ハンドル３とブラケット２との間に、第１ハンドル３に加えられた力またはモーメントを検出するセンサ５を備える。これにより、ロボット本体１０１がセンサ５を備えない汎用のロボットであっても、ロボット本体１０１をリードスルー制御しながら教示することができるという利点がある。そして、教示終了後には、ロボット用操作装置１を取り外すことにより汎用のロボットとして、教示された動作プログラムを実行することができる。

【0035】

なお、教示ボタン１２または動作モード切替ボタン１３は、短く押す操作によって、教示ボタン１２あるいは動作モード切替ボタン１３として機能させ、例えば、長押し操作によってツール動作指令を教示するためのツール動作教示スイッチ等に機能変更可能であってもよい。

【0036】

また、本実施形態においては、センサ５、第１ハンドル３および第２ハンドル４を溶接トーチ１７０の外側においてアダプタ１６１によってフランジ１６０に固定したブラケット２に着脱可能に取り付けた。これに代えて、図９および図１０に示されるように、溶接トーチ１７０のネックホルダ１７２をブラケット２として利用し、センサ５および第１ハンドル３をネックホルダ１７２によってフランジ１６０に着脱可能に固定してもよい。また、図１０に示されるように、ネックホルダ１７２自体を第２ハンドルとして、リードスルースイッチ１１をネックホルダ１７２に設けてもよい。

【0037】

また、本実施形態においては、ロボット本体１０１が中空のフランジ１６０を有する場合であって、溶接トーチ１７０をフランジ１６０の回転軸線Ｘと同軸に配置する場合について例示した。これに代えて、図１１に示されるように、フランジ１６０が内孔１６０ａを有しない場合において、溶接トーチ１７０をフランジ１６０の回転軸線Ｘに対して偏心した位置にブラケット２によって支持する場合に適用してもよい。

【0038】

図１１に示す例では、トーチ本体１７１は、ブラケット２に固定された位置からフランジ１６０の回転軸線Ｘを含む平面Ｐに沿って湾曲し、溶接ワイヤ１８０をフランジ１６０の回転軸線Ｘに交差させる位置に突出させる形態に配置される。フランジ１６０の回転軸線Ｘと溶接ワイヤ１８０との交差点が、一般にツール先端点として設定される。

【0039】

この場合に、ブラケット２をフランジ１６０に固定するアダプタ１６１が、リードスルースイッチ１１を有する第２ハンドルを構成し、トーチ本体１７１を貫通させたセンサ５および第１ハンドル３がブラケット２に固定されている。これによっても、第１ハンドル３はトーチ本体１７１の長手軸Ｙを取り囲む位置に配置されるので、第１ハンドル３を握る作業者はトーチ本体１７１を直接把持した感覚でロボット本体１０１をリードスルー制御により操作することができる。また、教示後には、トーチ本体１７１を取り外すことなく、第１ハンドル３およびセンサ５をブラケット２から取り外すことができる。

【0040】

また、本実施形態においては、第１ハンドル３の外周面に、第１ハンドル３を握った手の指をかける溝９および突起１０を全周にわたって設けたが、これに代えて、凹凸は、周方向の一部に設けられていてもよい。また、凹凸を周方向に延びる形態としたが、軸方向に延びる形態あるいは、周方向および軸方向の両方に延びる形態としてもよい。
また、第１ハンドル３を握った作業者の手の指をかける溝９に代えて、ディンプル状の凹部あるいは任意の形態の凸部を設けてもよい。

【0041】

また、上記実施形態においては、第１ハンドル３およびセンサ５として、ツールを貫通させる内孔３ａ，５ａを有する円筒状または円環状の形態のものを例示した。これに代えて、第１ハンドル３およびセンサ５として、例えば、外周面から内孔３ａ，５ａに貫通し、ツールを径方向に通過させることができるスリットを有する横断面Ｃ字状の形態のものを採用してもよい。

【0042】

また、本実施形態においては、フランジ１６０に固定されるツールとして、溶接トーチ１７０を例示したが、これに代えて、長尺のツールであれば、他の任意のツールを採用してもよい。例えば、基端側にレーザ光を導く光ファイバケーブルが接続され、先端からレーザ光を射出するレーザ溶接用あるいはレーザ加工用のノズルを採用してもよい。

【0043】

また、基端側に動力ケーブルが接続され、先端に配置された工具によりワークを加工するツールを採用してもよい。また、基端側に流体用チューブが接続され、先端から流体を吐出させるノズルを採用してもよい。
また、基端側に接続された動力ケーブルあるいは流体用チューブにより供給される電力あるいは加圧流体によって、先端に配置された指を開閉するハンドを採用してもよい。

【符号の説明】

【0044】

１ ロボット用操作装置
２ ブラケット
３ 第１ハンドル（ハンドル）
３ａ 内孔
５ センサ
９ 溝（凹凸）
１０ 突起（凹凸）
１１ リードスルースイッチ
１２ 教示ボタン（操作スイッチ、位置教示推知スイッチ）
１３ モード切替ボタン（操作スイッチ、動作モード変更スイッチ）
１００ ロボット
１６０ フランジ
１７０ 溶接トーチ（ツール）
１７２ ネックホルダ（ハンドル）
Ｙ 長手軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】