JP6088583B2 - ロボットと力の表示機能を備えたロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットと、該ロボットによる作業対象のワークに作用する力とを表示する機能を備えたロボット制御装置に関する。

研磨やバリ取り、又は複数のワークの精密な嵌め合い等の作業を、ロボットを用いて行う場合、力センサが使われることが多い。具体的には、力センサやロードセル等の力検出器を用いて、作業中の力やモーメントを検出し、これらが所望の値になるようにロボットの動作が制御される。

例えば研磨の場合、研磨ツール（グラインダ、サンダ、バフ等）を、研磨対象のワークの表面に一定力で押し当てながら移動させることにより、良好な研磨品質が得られる。或いは、ロボットにワークを把持させ、固定されたグラインダ、サンダ又はバフに対し一定の力で押し付けながら移動させる場合もある。

ロボットを用いた上述のような作業では、力センサで検出される力が一定になるようロボットの力制御が行われるが、実際の力を確認するために、検出された力をグラフ表示することがある。これに関連する従来技術として、例えば特許文献１には、ロボットに設置された力検出部が検知するワーク把持部が受ける３次元の力情報を入力する力情報入力手段と、ロボットの作業領域を撮影するカメラからの画像データを取得する画像情報入力手段と、ロボット教示用の操作指令入力信号を入力する操作指令入力手段と、３次元の力情報、画像データ及び操作指令入力信号に基づき、教示の際にワークを実際に撮像した画像及びワーク把持部に作用する３次元の力情報を同時に表示する画像表示手段とを備えた教示装置が記載されている。

また特許文献２には、スレーブロボットの手先の環境内へのめり込みを算出し、このめり込み量に基づいて接触力及びモーメントを予測し、予測された接触力及びモーメントを、カメラで撮影した実画像に矢印として重ねて呈示する呈示装置が記載されている。

特開２００９−２６９１５５号公報 特開２００６−０００９７７号公報

力のグラフを描く方法は、経過時間に対する力の大きさ、または直交座標系の軸位置に対する力の大きさを知るには有用だが、ワークの任意の場所における実際の作用力の方向や大きさを直感的に把握することは困難である。特許文献１に記載の技術は、ロボットの作業領域を撮影した画像に力情報も併せて表示することができ、教示中にワーク同士が接触したか否かや、ワークに無理な力が働いているか否かが明確になるという利点はあるが、一連の作業全体で力がどのように働いているのかを把握したり、力が最大値・最小値になるのはワークのどの部分かを把握したりするのには向いていない。

また特許文献２に記載の技術は、通信遅れのある遠隔作業ロボットに関する技術であり、特許文献１と同様に、一連の作業全体で力がどのように働いているのかを把握したり、力が最大値・最小値になるのはワークのどの部分かを把握したりすることは困難である。

そこで本発明は、ワークの任意の場所における実際の作用力の大きさや方向を、作業者が視覚的・直感的に把握することができるようにしたロボット制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、ロボットの動作を制御することにより、作業ツール及び前記作業ツールによる作業対象であるワークのいずれか一方を他方に対して移動させ、所定の作業を行うロボット制御装置であって、前記作業ツールと前記ワークとの間に働く力を検出する力検出部と、前記ロボットを模擬した画像又は動画を表示する表示部と、を備え、前記表示部は、前記作業ツールにより前記ワークに力が作用する点である、前記ワークの表面上の作用点の軌跡を表示し、前記力検出部は、前記作業ツールが前記軌跡上の各作用点を通過したときに該作用点に作用した力を検出し、前記表示部は、検出された力を、前記作用点又は前記作用点の近傍を原点とする線分又は線分状の図形として表示する、ロボット制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記表示部は、前記ロボットの位置を表すための座標系と、前記力検出部で検出した力を前記座標系でのベクトルとして表示する、ロボット制御装置を提供する。

第３の発明は、第１の発明において、前記表示部は、前記ロボットの位置を表すための、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系と、前記力検出部で検出した力のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分又は力の大きさのうち、選択されたものだけについて所定の方向の線分又はベクトルとして表示する、ロボット制御装置を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記表示部は、前記力の大きさに基づいて、前記力を表す線分又は線分状の図形の色を変更して表示する、ロボット制御装置を提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記表示部は、前記力の大きさが所定の条件を満たすとき、前記力を表す線分又は線分状の図形を点滅させるか、前記線分又は線分状の図形の近傍に目印を付与して表示する、ロボット制御装置を提供する。

本発明によれば、研磨、バリ取り、精密な嵌め合い等の作業において、どの程度の力がワークにどの部位に作用しているかを、作業者が視覚的に把握することができるので、加工が不適切な部分を容易に特定でき、その後の適切な措置を迅速に採ることができるようになる。

本発明の第１の実施例に係るロボットシステムの概略構成を示す図である。 図１のロボットシステムに含まれるロボットを、表示部に表示した例を示す図である。 第１の実施例において、ロボットに取り付けた研磨ツールと、該研磨ツールによる研磨対象であるワークとを示す図である。 図３ａに類似するが、ワークに対する研磨ツールの姿勢が図３ａとは異なる場合を示す図である。 第１の実施例において、ワーク上の各作用点における力を線分で表示した例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るロボットシステムの概略構成を示す図である。 図５のロボットシステムに含まれるロボットを、表示部に表示した例を示す図である。 第２の実施例において、ロボットが把持しているワークと、固定された研磨ツールとを示す図である。 図７ａに類似するが、研磨ツールに対するワークの姿勢が図７ａとは異なる場合を示す図である。 図７ａのワーク及び研磨ツールを、上方から見た図である。 図７ｂのワーク及び研磨ツールを、上方から見た図である。 第２の実施例において、ワークが研磨ツールに対して１点で接触する例を示す図である。 第２の実施例において、ワークが研磨ツールに対して線状に接触する例を示す図である。 第２の実施例において、ロボットアームの先端部の周辺を示す図である。 第２の実施例において、ワーク上の作用点の軌跡が１つである場合に、各作用点における力を線分で表示した例を示す図である。 第２の実施例において、ワーク上の作用点の軌跡が複数である場合に、各作用点における力を線分で表示した例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態として、ロボットに研磨等の作業を行わせるロボットシステムについて説明する。但し本発明は、作業中に力が発生する他の作業、例えばバリ取り、精密な嵌め合い、ねじ締め等を、作業対象であるワークに対して行うロボットにも適用可能である。なお以下の説明においては、力という語は、並進方向の力を意味するが、必要に応じて力のモーメント（回転方向の力）も含むものとする。

（実施例１）
図１に示すロボットシステム１０は、ロボット（機構部）１２と、ロボット１２を制御するロボット制御装置１４とを有し、ロボット１２は、作業台１６上に固定された略平板状のワーク１８の表面を研磨するように構成されている。ロボット１２は、例えば６軸の多関節ロボットであり、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０に取り付けられた研磨ツール（グラインダ、サンダ、バフ等）等の作業ツール２２と、作業ツール２２とワーク１８との間に働く力を検出する力検出部（力センサ）２４とを有し、図示例では力センサ２４は、ロボットアーム２０の先端部（手首部）と研磨ツール２２との間に取り付けられ、研磨ツール２２が後述する作用点を通過したとき（瞬間）に、研磨ツール２２によってワーク１８の該作用点に作用する力を検出することができる。

力センサ２４としては例えば、歪みゲージ、電極間の静電容量の変化を測定するタイプ、磁気式センサ又は光学式センサ等が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。また一般に力センサには、互いに直交する３軸（ＸＹＺ）のそれぞれの方向の力と、それぞれの軸回りの力のモーメントとを検出する６軸力センサや、３軸のそれぞれの方向の力だけを検出する３軸力センサ等、様々な種類があるが、本願発明ではいずれも力センサも使用可能である。

力センサ２４の測定情報はロボット制御装置１４に送られ、ロボット制御装置１４は、研磨ツール２２とワーク１８との間に働く力が予め設定しておいた押付力になるように力制御を行う。力制御方式としては、既知のインピーダンス制御、ダンピング制御、ハイブリッド制御等が適用可能である。

図１に示すように、ロボット制御装置１４には、ロボット１２の教示や各種状態の確認・設定等を行うための教示操作盤２６が接続されており、図２に示すように、教示操作盤２６の表示部（表示器）２８には、ロボット１２、作業台１６、ワーク１８、及びワーク１８を固定する治具（図示せず）等、ロボットシステム１０を模擬した画像又は動画を表示できる。動画の場合、実ロボット１２の動作に合わせて、表示器２８に描画されたロボットも動くようになっている。表示器２８には、画像又は動画だけを表示することもできるし、ロボット１２の動作プログラムや信号等の各種情報を同時に表示することもできる。また表示器２８上では、画像又は動画を拡大／縮小したり、ロボットシステム１０を並進移動／回転移動させたりすることもできる。なお図示例では、表示器２８は教示操作盤２６の一部として記載されているが、制御装置１４に設けてもよいし、例えばパソコン、タブレットＰＣ、又は携帯端末等の表示画面を表示器２８として使用することも可能である。

図３ａ又は３ｂに示すように、研磨ツール２２の所定の点又は研磨ツール２２とワーク１８との間の接触点を、制御点（作用点）３０と定義する。一般に、実際の接触点を正確に求めるのは困難であるが、ここでは研磨ツール２２とワーク１８とが接触する面の中心点（図３ａ）又は接触していると見做し得る点（図３ｂ）を制御点３０として定義することができる。

より詳細には、図３ａは研磨ツール２２の姿勢をワーク１８に対し常に鉛直（９０度）に保ちながら押し付ける例を示している。研磨ツール２２とワーク１８の表面が共に平面であれば、両者は面全体で接触することになり、この場合は、研磨ツール２２の面の中心点を作用点（制御点）３０とする。作用点３０の位置は、ロボット１２のメカフランジ３２の中心から、研磨ツール２２の形状・寸法から幾何学的に計算してもよいし、ツール先端点（ＴＣＰ）を求める３点教示法や６点教示法等、一般に知られている方法を使用して求めてもよい。

図３ｂは研磨ツール２２の姿勢がワーク１８に対し鉛直（９０度）でなく、すなわち一定の角度で傾いた状態に保ちながら押し付ける例を示している。この場合、研磨ツール２２のワーク１８に最も近い点を作用点（接触点）３０とすることができる。図３ａと同様、この作用点の位置は、ロボット１２のメカフランジ３２の中心３３から、研磨ツール２２の形状・寸法から幾何学的に計算してもよいし、ツール先端点（ＴＣＰ）を求める３点教示法や６点教示法等、一般に知られている方法を使用して求めてもよい。

図１に示すように、ロボット１２には直交座標系３４が定義されており、上述の作用点の位置は、直交座標系３４上の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として表現することができる。例えば図１のように、ロボット１２が設置されている床面３６をＸＹ平面とし、ロボット１２の複数の軸のうち、最も床面３６に近くかつＺ軸と垂直ではない（ＸＹ平面と平行な面に含まれない）軸（ここではＪ１軸）とＸＹ平面との交点３８を直交座標系３４の原点とする。また、ロボット１２の前方方向に延びる軸をＸ軸とし、ＸＹ平面内でＸ軸と垂直な方向をＹ軸とし、ＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とする。なお図２に示すように、表示器２８上のロボットにも、直交座標系３４に対応する直交座標系を定義・表示することができる（図３）。

上述の作用点（制御点）３０の位置は、公知の順変換等を行うことで直交座標系３４上の値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換することができる。ロボット制御装置１４は、ロボット１２の研磨作業中に、直交座標系３４における作用点３０の位置と、その位置における押付力とを所定の周期ごとに取得する。また表示器２８には、直交座標系３４における制御点３０の位置を表示することができる。ここで、取得された作用点の位置を全て表示してもよいし、表示器２８の画素数や表示速度に応じて、表示する作用点の個数を適宜減らしてもよい。これらの位置を時間の経過順につなげると、研磨時の作用点の軌跡３９（図４参照）となる。

図４に示すように、ロボット制御装置１４は、ワーク１８上の研磨ツール２２の軌跡３９を構成する複数の作用点３０の各位置における作用力（押付力）の大きさを求め、この押付力を、表示器２８上に、各作用点又はその近傍を原点とし、すなわち各作用点又はその近傍から、＋Ｚ方向に延びる線分４０として表示する。なおここでいう「近傍」とは、各線分が正確に作用点から延びるのではないが、その線分がいずれの作用点における力を表しているかが作業者に理解できる程度の近距離であることを意味する。

線分４０の長さは、押付力の大きさに比例させることが好ましい。例えば、１Ｎ（ニュートン）の力は、直交座標系３４上では１０ｍｍの長さの線分として表示することができる。なお線分４０の延びる方向や、１Ｎあたりの長さは、適宜設定・変更することができる。

＋Ｚ方向に延びる線分４０の代わりに、力のベクトルを表示することもできる。例えば、力のベクトルが（１．５Ｎ、０．２３Ｎ、３６．２Ｎ）であり、１Ｎの力を１０ｍｍの長さで表示する場合に、直交座標系３４において、各位置を原点として（１５ｍｍ、２．３ｍｍ、３６２ｍｍ）のベクトルを表示することができる。

また、力検出部２４で検出した力のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分又は力の大きさのうち、選択されたものだけについて所定の方向の線分又はベクトルとして表示することもできる。例えば、各位置において力のＸ成分のみを＋Ｚ方向に延びる線分として表示することができる。

表示器２８の表示には、種々のバリエーションが考えられる。例えば、線分４０の代わりに、上述のベクトル、円柱又は矢印等の線分状の図形を用いてもよい。また表示器２８は、研磨中に線分又は線分状の図形をリアルタイムで表示してもよいし、研磨中は作用点の位置及び力を関連付けて適当なメモリに保存し、研磨終了後に、一括で表示するようにしてもよい。

また表示器２８は、力の大きさによって表示色を変え、力が過大な位置や不足している位置を作業者が視覚的に容易に把握できるようにすることもできる。例えば、各作用点での力の大きさが、予め定めた第１の閾値（例えば設定値の８０％）より小さいときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第１の色彩（例えば白色）で表示し（図４では点線）、予め定めた第２の閾値（例えば設定値の１２０％）より大きいときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第２の色彩（例えば赤色）で表示し（図４では破線）、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下（設定値の８０〜１２０％）であるときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第３の色彩（例えば緑色）で表示する（図４では実線）ことができる。

別の表示方法として、力の大きさが所定の条件を満たすとき、力を表す線分又は線分状の図形を点滅させるか、該線分又は線分状の図形の近傍に目印を付与することも可能である。例えば、力の大きさが第２の閾値より大きいとき、力を表す線分又は線分状の図形を点滅させることができる。或いは又はこれに加え、力の大きさが最大及び最小である線分又は線分状の図形の近傍に、それぞれ「最大」、「最小」等の文字を付記したり、丸印等の記号を付記したりすることができる。

（実施例２）
図５に示すロボットシステム１０′は、ロボット（機構部）１２と、ロボット１２を制御するロボット制御装置１４とを有し、ロボット１２は、ワーク１８′を把持し、把持したワーク１８′を作業台１６に固定された研磨ツール（グラインダ、サンダ、バフ等）等の作業ツール２２′に押付けてワーク１８′を研磨するように構成されている。ロボット１２は、例えば６軸の多関節ロボットであり、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０に取り付けられるとともに、ワーク１８′を把持するように構成されたロボットハンド２３と、研磨ツール２２′とワーク１８′との間に働く力を検出する力検出部（力センサ）２４とを有し、図示例では力センサ２４は、ロボットアーム２０の先端部（手首部）とロボットハンド２３との間に取り付けられ、研磨ツール２２′が後述する作用点を通過したとき（瞬間）に、研磨ツール２２′によってワーク１８′の該作用点に作用する力を検出することができる。

力センサ２４としては例えば、歪みゲージ、電極間の静電容量の変化を測定するタイプ、磁気式センサ又は光学式センサ等が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。また一般に力センサには、互いに直交する３軸（ＸＹＺ）のそれぞれの方向の力と、それぞれの軸回りの力のモーメントとを検出する６軸力センサや、３軸のそれぞれの方向の力だけを検出する３軸力センサ等、様々な種類があるが、本願発明ではいずれも力センサも使用可能である。

力センサ２４の測定情報はロボット制御装置１４に送られ、ロボット制御装置１４は、研磨ツール２２′とワーク１８′との間に働く力が予め設定しておいた押付力になるように力制御を行う。力制御方式としては、既知のインピーダンス制御、ダンピング制御、ハイブリッド制御等が適用可能である。

図５に示すように、ロボット制御装置１４には、ロボット１２の教示や各種状態の確認・設定等を行うための教示操作盤２６が接続されており、図６に示すように、教示操作盤２６の表示部（表示器）２８には、ロボット１２、ワーク１８′、作業台１６、作業台１６に固定された研磨ツール２２′等、ロボットシステム１０′を模擬した画像又は動画を表示できる。動画の場合、実ロボット１２の動作に合わせて、表示器２８に描画されたロボットも動くようになっている。表示器２８には、画像又は動画だけを表示することもできるし、ロボット１２の動作プログラムや信号等の各種情報を同時に表示することもできる。また表示器２８上では、画像又は動画を拡大／縮小したり、ロボットシステム１０′を並進移動／回転移動させたりすることもできる。なお図示例では、表示器２８は教示操作盤２６の一部として記載されているが、制御装置１４に設けてもよいし、例えばパソコン、タブレットＰＣ、又は携帯端末等の表示画面を表示器２８として使用することも可能である。

図７ａ又は７ｂに示すように、ワーク１８′をロボット１２で把持し、ワーク１８′が研磨ツール２２′に接触するように動かすときに、ワーク１８′の表面上の、研磨ツール２２′との接触点を、制御点（作用点）３０と定義する。なお図７ａ及び図７ｂは、ワーク１８′を研磨ツール２２′に押し付けている状態を横から見た図であるが、研磨ツール２２′に対するワーク１８′の姿勢が互いに異なっている。また図８ａ及び図８ｂは、それぞれ図７ａ及び図７ｂの状態を上方から見た図である。

一般に、研磨後のワークの品質を力情報から判断するためには、制御点の位置と該位置での力情報を表示することが有効である。ここで、制御点はワーク表面とツール表面との交点を計算することにより求められるが、ワーク及びツールの形状によっては、交点を求めることが難しい場合がある。

そこで実施例２では、ワーク１８′が研磨ツール２２′に対し、図９ａに示すように研磨ツール２２′の表面の１点（接触点３１ａ）で接触する場合と、図９ｂに示すように研磨ツール２２′の表面で線状（接触線３１ｂ）に接触する場合とについて説明する。なお研磨ツール２２′が摩耗しやすい素材から作製されている場合は、研磨ツール２２′を万遍なく摩耗させるため、ワーク１８′を往復動させながら線状に接触させることが多い。

ここで、図８ａ、図８ｂ又は図１０において破線３５で示すように、制御点３０はワーク１８′の表面上を移動する。このとき、図１０に示すように、ワークに固定された第１の直交座標系４４を定義する。第１の直交座標系４４の位置及び姿勢は、ロボット１２のメカフランジ３２に設定された第２の直交座標系４６に対して一定の関係にある。

一方、図５に示すように、ロボット１２には、実施例１と同様に、第３の直交座標系３４が定義される。第３の直交座標系３４は、ロボット１２が設置されている床面３６をＸＹ平面とし、ロボット１２の複数の軸のうち、最も床面３６に近くかつＺ軸と垂直ではない（ＸＹ平面と平行な面に含まれない）軸（ここではＪ１軸）とＸＹ平面との交点３８を直交座標系３４の原点とする。また、ロボット１２の前方方向に延びる軸をＸ軸とし、ＸＹ平面内でＸ軸と垂直な方向をＹ軸とし、ＸＹ平面に垂直な軸をＺ軸とする。なお図２に示すように、表示器２８上のロボットにも、第３の直交座標系３４に対応する直交座標系を定義・表示することができる（図６）。

実施例２ではさらに、図９ａ又は図９ｂに示すように、研磨ツール２２′に固定された第４の直交座標系４８を定義する。第４の直交座標系４８の位置及び姿勢は、ロボット１２に対して定義した第３の直交座標系３４と一定の関係にある（図５）。

第４の直交座標系４８から第３の直交座標系３４への変換行列は、一定の行列Ｔ２（４×４行列）で表すことができる。また第３の直交座標系３４から、ワーク１８′に対して定義した第１の直交座標系４４への変換行列Ｔ１は、ロボット１２の各軸の角度・リンク長などが既知であれば、一般に知られている順変換法を使って求めることができる。従って第４の直交座標系４８から第１の直交座標系４４への変換行列Ｔ（４×４行列）は、以下の式（１）に示すように、行列Ｔ１と行列Ｔ２の積として求められる。なおＴは、ロボット１２の動作に伴って変化する行列である。
Ｔ＝Ｔ１・Ｔ２ （１）

図９ａにおける接触点３１ａの位置は、第４の直交座標系４８上の座標として求めることができる。図９ａの例では、第４の直交座標系４８は、研磨ツール２２′を構成する円筒の中心を原点とし、Ｘ軸を該円筒の中心軸方向、Ｚ軸を鉛直方向、Ｙ軸をそれらに垂直な方向として定義することができる。ここで、Ｙ軸と研磨ツール２２′の表面との交点のうち、ロボット１２に近い側でワーク１８′と接触するようにロボット１２の動作を教示すると仮定し、円筒の半径をｒとすると、接触点３１ａの位置は（０，−ｒ，０）となる。このとき、第１の直交座標系４４における接触点３１ａの座標は、第４の直交座標系４８から第１の直交座標系４４への変換行列Ｔを使って、行列Ｔと列ベクトルＲ１の積（Ｔ・Ｒ１）として求められる。なお列ベクトルＲ１は、行ベクトル（０，−ｒ，０，１）の転置である。なお、実際の接触点３１ａの位置が直交座標系３の（０，−ｒ，０）からずれている場合は、その位置を予め測定しておき、上記積を補正する。

図９ｂにおける接触線（軌跡）３１ｂも、図９ａの場合と概ね同様に求めることができるが、正確な軌跡の式を求めるのは一般に困難である。ここで、接触点が第４の直交座標系４８のＸ軸方向に、振幅がｍでかつ周期がＦの正弦波の往復運動になるようにロボット動作を教示したと仮定する。そうすると、時刻ｔにおける第４の直交座標系４８での接触線３１ｂに含まれる接触点の位置は、（ｍ・ｓｉｎ（２πｔ／Ｆ），−ｒ，０）と表せる。

従って、第１の直交座標系４４上での時刻ｔにおける接触線３１ｂは、第４の直交座標系４８から第１の直交座標系４４への変換行列Ｔを使って、行列Ｔと列ベクトルＲ２の積（Ｔ・Ｒ２）として求められる。なお列ベクトルＲ２は、行ベクトル（ｍ・ｓｉｎ（２πｔ／Ｆ），−ｒ，０，１）の転置である。また図６に示すように、表示器２８には、ロボット１２や、上述の直交座標系を表示することができる。

ロボット制御装置１４は、ロボット１２の研磨作業中に、第１の直交座標系４４における制御点（作用点）の位置と、その位置における押付力を所定の周期ごとに取得する。また表示器２８には、第１の直交座標系４４における作用点の位置を表示することができる。ここで、取得された作用点の位置を全て表示してもよいし、表示器２８の画素数や表示速度に応じて、表示する作用点の個数を適宜減らしてもよい。これらの位置を時間が経過順につなげると、研磨時の作用点の軌跡５０（図１１）又は５２ａ、５２ｂ（図１２）となる。

図１１に示すように、ロボット制御装置１４は、軌跡５０上の複数の作用点３０の各位置における作用力（押付力）の大きさを求め、この押付力を、表示器２８上に、各作用点又はその近傍を原点とし、すなわち各作用点又はその近傍から、＋Ｚ方向に延びる線分５４として表示する。なおここでいう「近傍」とは、各線分が正確に作用点から延びるのではないが、その線分がいずれの作用点における力を表しているかが作業者に理解できる程度の近距離であることを意味する。

線分５４の長さは、押付力の大きさに比例させることが好ましい。例えば、１Ｎ（ニュートン）の力は、第１の直交座標系４４上では１０ｍｍの長さの線分として表示することができる。なお線分５４の延びる方向や、１Ｎあたりの長さは、適宜設定・変更することができる。

＋Ｚ方向に延びる線分５４の代わりに、力のベクトルを表示することもできる。例えば、力のベクトルが（１．５Ｎ、０．２３Ｎ、３６．２Ｎ）であり、１Ｎの力を１０ｍｍの長さで表示する場合に、第１の直交座標系４４において、各位置を原点として（１５ｍｍ、２．３ｍｍ、３６２ｍｍ）のベクトルを表示することができる。

また、力検出部２４で検出した力のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分又は力の大きさのうち、選択されたものだけについて所定の方向の線分として表示することもできる。例えば、各位置において力のＸ成分のみを＋Ｚ方向に延びる線分として表示することができる。

図１１のように、制御点３０の軌跡５０が１本だけであれば、各位置からの線分はどの方向に延びても視認性はあまり影響を受けないが、図１２に示す軌跡５２ａ及び５２ｂの研磨のように少しずつずらした軌跡が複数ある場合には、各作用点における力を全て同方向に表示すると、複数の線分が重なり合って見づらくなる場合がある。そこで図１２のように、力を表す線分５６を、ＸＹ平面と平行な面上かつ放射状に表示することもできる。

また実施例１と同様に、表示器２８の表示には、種々のバリエーションが考えられる。例えば、線分５４、５６の代わりに上述のベクトル、円柱又は矢印等の線分状の図形を用いてもよい。また表示器２８は、研磨中に線分又は線分状の図形をリアルタイムで表示してもよいし、研磨中は作用点の位置及び力を関連付けて適当なメモリに保存し、研磨終了後に、一括で表示するようにしてもよい。

表示器２８は、力の大きさによって表示色を変え、力が過大な位置や不足している位置を作業者が視覚的に容易に把握できるようにすることもできる。例えば、各作用点での力の大きさが、予め定めた第１の閾値（例えば設定値の８０％）より小さいときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第１の色彩（例えば白色）で表示し、予め定めた第２の閾値（例えば設定値の１２０％）より大きいときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第２の色彩（例えば赤色）で表示し（図１１、１２では破線）、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下（設定値の８０〜１２０％）であるときは、力を表す線分又は線分状の図形の色を第３の色彩（例えば緑色）で表示する（図１１、１２では実線）ことができる。

別の表示方法として、力の大きさが所定の条件を満たすとき、力を表す線分又は線分状の図形を点滅させるか、該線分又は線分状の図形の近傍に目印を付与することも可能である。例えば、力の大きさが第２の閾値より大きいとき、力を表す線分又は線分状の図形を点滅させることができる。或いは又はこれに加え、力の大きさが最大及び最小である線分又は線分状の図形の近傍に、それぞれ「最大」、「最小」等の文字を付記したり、丸印等の記号を付記したりすることができる。

以上、ロボットの動作を制御することにより、作業ツール及び作業ツールによる作業対象であるワークのいずれか一方を他方に対して移動させ、所定の作業を行うロボット制御装置の好適な実施形態を説明した。本発明によれば、力センサを使ったロボットシステムにおいて、研磨、バリ取り、精密な嵌め合い等、一連の作業全体で力がワークにどのように働いているのかを把握したり、力が最大値・最小値になるのはワークのどの部分かなどを簡単に確認したりすることができる。研磨やバリ取り中に、ワーク上で押付力が不十分又はゼロになっている部分は、作業ツールの押し当てが足りないか作業ツールがワークから離れていることを意味するため、その部分については所望の研磨やバリ取りがされていない可能性が高い。逆に、押付力が過大な部分は、ワークを傷つけているか削りすぎている可能性がある。本発明によれば、このような情報を表示器上で、視覚的に容易に把握できるので、力が過大な部分を精査したり、研磨等が不十分な部分は作業をやり直したりすることが可能になる。また作業が精密な嵌め合いの場合は、嵌め合いの途中で「こじり」により過大な力がワークにかかり、ワークが傷付く場合があるが、本発明では過大な力がかかったワーク部位を容易に特定できるので、実ワークのその部位だけを精査したり、作業をやり直したりすることが可能になる。

１０、１０′ ロボットシステム
１２ ロボット
１４ ロボット制御装置
１６ 作業台
１８、１８′ ワーク
２０ ロボットアーム
２２、２２′ 研磨ツール
２３ ロボットハンド
２４ 力センサ
２６ 教示操作盤
２８ 表示器
３０ 制御点（作用点）
３２ メカフランジ
３４、４４、４６、４８ 直交座標系
４０、５４、５６ 線分

Claims (5)

1. 作業対象であるワークを把持しているロボットの動作を制御することにより、作業ツールに対して前記ワークを移動させ、所定の作業を行うロボット制御装置であって、
   前記作業ツールと前記ワークとの間に働く力を検出する力検出部と、
   前記ロボット、前記作業ツール及び前記ワークを模擬した画像又は動画を表示する表示部と、を備え、
   前記作業ツールにより前記ワークに力が作用する点である、前記ワークの表面上の作用点の位置は、前記ロボットに定義した座標系、前記ワークに定義した座標系及び前記作業ツールに定義した座標系を用いた計算によって求められ、
   前記表示部は、前記作用点の軌跡を前記ワークに定義した座標系上の点として表示し、前記力検出部は、前記作業ツールが前記軌跡上の各作用点を通過したときに該作用点に作用した力を検出し、前記表示部は、検出された力を、前記作用点又は前記作用点の近傍を原点とする線分又は線分状の図形として表示する、ロボット制御装置。
2. 前記表示部は、前記ロボットの位置を表すための座標系と、前記力検出部で検出した力を前記座標系でのベクトルとして表示する、請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記表示部は、前記ロボットの位置を表すための、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系と、前記力検出部で検出した力のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分又は力の大きさのうち、選択されたものだけについて所定の方向の線分又はベクトルとして表示する、請求項１に記載のロボット制御装置。
4. 前記表示部は、前記力の大きさに基づいて、前記力を表す線分又は線分状の図形の色を変更して表示する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット制御装置。
5. 前記表示部は、前記力の大きさが所定の条件を満たすとき、前記力を表す線分又は線分状の図形を点滅させるか、前記線分又は線分状の図形の近傍に目印を付与して表示する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット制御装置。

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