JP2001051712A - ロボットの技能教示方法及び装置 - Google Patents
ロボットの技能教示方法及び装置Info
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- JP2001051712A JP2001051712A JP11224959A JP22495999A JP2001051712A JP 2001051712 A JP2001051712 A JP 2001051712A JP 11224959 A JP11224959 A JP 11224959A JP 22495999 A JP22495999 A JP 22495999A JP 2001051712 A JP2001051712 A JP 2001051712A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業者の動作だけでなく、作業者の技能をロ
ボットに埋め込むことができるデータベースを構築す
る。 【解決手段】 作業者１８が作業工具２０を把持して実
作業を行う工程と並行して、作業中の作業工具２０の位
置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する位置・姿勢計
測装置と、作業者１８が把持した作業工具２０の位置・
姿勢の時系列データを入力して記憶するデータ記憶装置
２８と、記憶された作業工具２０の位置・姿勢の時系列
データから作業者の動作パターンを抽出する動作パター
ン抽出装置３０と、動作パターンが入力され、別途入力
された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとして
これらのデータが検索できるように構築された、ロボッ
トに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータ
ベース３４とを備える。
ボットに埋め込むことができるデータベースを構築す
る。 【解決手段】 作業者１８が作業工具２０を把持して実
作業を行う工程と並行して、作業中の作業工具２０の位
置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する位置・姿勢計
測装置と、作業者１８が把持した作業工具２０の位置・
姿勢の時系列データを入力して記憶するデータ記憶装置
２８と、記憶された作業工具２０の位置・姿勢の時系列
データから作業者の動作パターンを抽出する動作パター
ン抽出装置３０と、動作パターンが入力され、別途入力
された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとして
これらのデータが検索できるように構築された、ロボッ
トに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータ
ベース３４とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接、加工、組立
て、仕上げ作業などの熟練作業者の作業技能をデータベ
ース化し、これを活用することによりロボットに熟練作
業者の作業技能を教示することができる技能教示方法及
び装置に関するものである。
て、仕上げ作業などの熟練作業者の作業技能をデータベ
ース化し、これを活用することによりロボットに熟練作
業者の作業技能を教示することができる技能教示方法及
び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のロボットの教示装置としては、特
開平９−１９３０６４号公報に、姿勢検出手段と運動伝
達部材を介した３次元座標位置検出手段をダミー工具に
取り付け、これを作業者が持って教示を行い、この教示
データをロボットの教示データに座標変換する装置が開
示されている。また、特開平１０−２６４０５９号公報
には、塗装ロボットのティーチング装置として、作業者
が持ったトレーサロッドの両端を画像センサで検出し、
その位置・姿勢を演算することによりロボットの教示を
行う装置が開示されている。また、特開平６−２５０７
３０号公報には、産業用ロボットの教示装置として、作
業者の作業をワークの動きとして画像データの形で時系
列的にとらえ、この入力データに基づいてワークの３次
元位置・姿勢を算出し、この結果に基づいてロボットの
動作プログラムを自動生成する装置が開示されている。
開平９−１９３０６４号公報に、姿勢検出手段と運動伝
達部材を介した３次元座標位置検出手段をダミー工具に
取り付け、これを作業者が持って教示を行い、この教示
データをロボットの教示データに座標変換する装置が開
示されている。また、特開平１０−２６４０５９号公報
には、塗装ロボットのティーチング装置として、作業者
が持ったトレーサロッドの両端を画像センサで検出し、
その位置・姿勢を演算することによりロボットの教示を
行う装置が開示されている。また、特開平６−２５０７
３０号公報には、産業用ロボットの教示装置として、作
業者の作業をワークの動きとして画像データの形で時系
列的にとらえ、この入力データに基づいてワークの３次
元位置・姿勢を算出し、この結果に基づいてロボットの
動作プログラムを自動生成する装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来技
術は、単にロボットへの位置・姿勢の教示を簡易化する
ためのツールの提案に過ぎず、当該ワークに対する作業
者の動作をロボットに教示するだけの構成であり、教示
されたデータは一品限りとなり、作業者の技能として獲
得していないため、後で活用することができない。ま
た、特開平９−１９３０６４号公報記載の装置は、作業
者の動作を実工具で直接教示できるものであるが、運動
伝達部材の動作範囲内での使用に限られるという問題が
ある。また、特開平１０−２６４０５９号公報、特開平
６−２５０７３０号公報に記載された装置は、作業者の
動作を非接触で教示できるものであるが、分解能の点で
広範囲に計測しようとすれば精度が低下し、このため、
測定範囲が制限されるという問題がある。
術は、単にロボットへの位置・姿勢の教示を簡易化する
ためのツールの提案に過ぎず、当該ワークに対する作業
者の動作をロボットに教示するだけの構成であり、教示
されたデータは一品限りとなり、作業者の技能として獲
得していないため、後で活用することができない。ま
た、特開平９−１９３０６４号公報記載の装置は、作業
者の動作を実工具で直接教示できるものであるが、運動
伝達部材の動作範囲内での使用に限られるという問題が
ある。また、特開平１０−２６４０５９号公報、特開平
６−２５０７３０号公報に記載された装置は、作業者の
動作を非接触で教示できるものであるが、分解能の点で
広範囲に計測しようとすれば精度が低下し、このため、
測定範囲が制限されるという問題がある。
【０００４】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、作業者が実作業を行って教示した
作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パターンを抽出
し、作業仕様から獲得した動作パターン及び別途入力し
た工具パラメータを検索できるようなデータベースを構
築することにより、熟練作業者の技能をロボットに埋め
込むことができ、その結果、ロボットの能力向上を図る
ことが可能となる技能教示方法及び装置を提供すること
にある。また、本発明の目的は、作業者が実作業を行っ
て教示した作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パタ
ーンを抽出すると同時に、別手段で計測・入力した作業
データから作業データパターンを抽出し、作業仕様から
獲得した動作パターン及び作業データパターン並びに別
途入力した工具パラメータを検索できるようなデータベ
ースを構築することにより、熟練作業者の技能をロボッ
トに埋め込むことができ、その結果、ロボットの能力向
上を図ることが可能となる技能教示方法及び装置を提供
することにある。
で、本発明の目的は、作業者が実作業を行って教示した
作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パターンを抽出
し、作業仕様から獲得した動作パターン及び別途入力し
た工具パラメータを検索できるようなデータベースを構
築することにより、熟練作業者の技能をロボットに埋め
込むことができ、その結果、ロボットの能力向上を図る
ことが可能となる技能教示方法及び装置を提供すること
にある。また、本発明の目的は、作業者が実作業を行っ
て教示した作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パタ
ーンを抽出すると同時に、別手段で計測・入力した作業
データから作業データパターンを抽出し、作業仕様から
獲得した動作パターン及び作業データパターン並びに別
途入力した工具パラメータを検索できるようなデータベ
ースを構築することにより、熟練作業者の技能をロボッ
トに埋め込むことができ、その結果、ロボットの能力向
上を図ることが可能となる技能教示方法及び装置を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のロボットの技能教示方法は、作業者が作
業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業工
具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する装置を
用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢の時系列データ
を入力し記憶させ、この時系列データから作業者の動作
パターンを抽出し、別途入力した工具パラメータと合わ
せて、作業仕様をキーとして動作パターン及び工具パラ
メータが検索できるデータベースを構築し、意図する作
業仕様を入力して得られたデータに基づきロボットの教
示を行うように構成されている（図１〜図５参照）。
めに、本発明のロボットの技能教示方法は、作業者が作
業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業工
具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する装置を
用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢の時系列データ
を入力し記憶させ、この時系列データから作業者の動作
パターンを抽出し、別途入力した工具パラメータと合わ
せて、作業仕様をキーとして動作パターン及び工具パラ
メータが検索できるデータベースを構築し、意図する作
業仕様を入力して得られたデータに基づきロボットの教
示を行うように構成されている（図１〜図５参照）。
【０００６】また、本発明のロボットの技能教示方法
は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並
行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・
演算する装置を用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢
の時系列データを入力し記憶させ、これと同時に作業中
の作業データを別手段により時系列で入力し記憶させ、
作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作
パターンを抽出するとともに、作業データの時系列デー
タから作業データパターンを抽出し、別途入力した工具
パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして動作パタ
ーン、作業データパターン及び工具パラメータが検索で
きるデータベースを構築し、意図する作業仕様を入力し
て得られたデータに基づきロボットの教示を行うことを
特徴としている（図６参照）。
は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並
行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・
演算する装置を用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢
の時系列データを入力し記憶させ、これと同時に作業中
の作業データを別手段により時系列で入力し記憶させ、
作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作
パターンを抽出するとともに、作業データの時系列デー
タから作業データパターンを抽出し、別途入力した工具
パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして動作パタ
ーン、作業データパターン及び工具パラメータが検索で
きるデータベースを構築し、意図する作業仕様を入力し
て得られたデータに基づきロボットの教示を行うことを
特徴としている（図６参照）。
【０００７】本発明のロボットの技能教示装置は、作業
者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、
作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・
演算する位置・姿勢計測装置と、作業者が把持した作業
工具の位置・姿勢の時系列データを入力して記憶するデ
ータ記憶装置と、記憶された作業工具の位置・姿勢の時
系列データから作業者の動作パターンを抽出する動作パ
ターン抽出装置と、動作パターンが入力され、別途入力
された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとして
これらのデータが検索できるように構築された、ロボッ
トに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータ
ベースとを備えたことを特徴としている（図１参照）。
者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、
作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・
演算する位置・姿勢計測装置と、作業者が把持した作業
工具の位置・姿勢の時系列データを入力して記憶するデ
ータ記憶装置と、記憶された作業工具の位置・姿勢の時
系列データから作業者の動作パターンを抽出する動作パ
ターン抽出装置と、動作パターンが入力され、別途入力
された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとして
これらのデータが検索できるように構築された、ロボッ
トに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータ
ベースとを備えたことを特徴としている（図１参照）。
【０００８】また、本発明のロボットの技能教示装置
は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並
行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイム
で計測・演算する位置・姿勢計測装置と、作業中の作業
データをリアルタイムで計測する計測手段と、作業工具
の位置・姿勢の時系列データを入力するとともに、作業
データの時系列データを入力して、これらの時系列デー
タを記憶するデータ記憶装置と、記憶された作業工具の
位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを
抽出するとともに、記憶された作業データの時系列デー
タから作業データパターンを抽出する動作パターン・作
業データパターン抽出装置と、動作パターン及び作業デ
ータパターンが入力され、別途入力された工具パラメー
タとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検
索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を
教示するデータを得るためのデータベースとを備えたこ
とを特徴としている（図６参照）。
は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並
行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイム
で計測・演算する位置・姿勢計測装置と、作業中の作業
データをリアルタイムで計測する計測手段と、作業工具
の位置・姿勢の時系列データを入力するとともに、作業
データの時系列データを入力して、これらの時系列デー
タを記憶するデータ記憶装置と、記憶された作業工具の
位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを
抽出するとともに、記憶された作業データの時系列デー
タから作業データパターンを抽出する動作パターン・作
業データパターン抽出装置と、動作パターン及び作業デ
ータパターンが入力され、別途入力された工具パラメー
タとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検
索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を
教示するデータを得るためのデータベースとを備えたこ
とを特徴としている（図６参照）。
【０００９】これらの本発明のロボットの技能教示装置
においては、位置・姿勢計測装置として、アームの先端
部に取り付けた作業工具を作業者が把持して力を加えて
動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置
決めすることができるように、６以上の自由度を有する
アームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設
けた操作機構と、各軸の位置検出器からの信号を入力し
て座標変換を行うことにより、作業工具の位置・姿勢を
演算する位置・姿勢演算装置とからなる接触式の３次元
測定機を用いることが好ましい（図１、図２、図６参
照）。
においては、位置・姿勢計測装置として、アームの先端
部に取り付けた作業工具を作業者が把持して力を加えて
動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置
決めすることができるように、６以上の自由度を有する
アームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設
けた操作機構と、各軸の位置検出器からの信号を入力し
て座標変換を行うことにより、作業工具の位置・姿勢を
演算する位置・姿勢演算装置とからなる接触式の３次元
測定機を用いることが好ましい（図１、図２、図６参
照）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるロ
ボットの技能教示装置を示している。図２は、本実施形
態で用いる作業工具を任意の位置・姿勢に位置決めする
ことができる装置の一例を示している。本実施形態で
は、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測できる
装置として、例えば、図１、図２に示すような、接触式
の３次元測定機を用いているが、作業工具の位置・姿勢
をリアルタイムで計測する装置は、接触方式、非接触方
式（カメラ、レーザ、超音波を用いる方法等）のいずれ
でもよい。図２に示すように、操作装置１０は、剛性の
高い６以上の自由度を有するアーム１２と、各関節部に
高精度の位置検出器１４（例えば、エンコーダ）を有す
る操作機構であり、作業者が先端部１６を把持して力を
加えて動かすことにより、先端部１６を動作範囲内の任
意の位置・姿勢に位置決めすることができるものであ
る。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるロ
ボットの技能教示装置を示している。図２は、本実施形
態で用いる作業工具を任意の位置・姿勢に位置決めする
ことができる装置の一例を示している。本実施形態で
は、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測できる
装置として、例えば、図１、図２に示すような、接触式
の３次元測定機を用いているが、作業工具の位置・姿勢
をリアルタイムで計測する装置は、接触方式、非接触方
式（カメラ、レーザ、超音波を用いる方法等）のいずれ
でもよい。図２に示すように、操作装置１０は、剛性の
高い６以上の自由度を有するアーム１２と、各関節部に
高精度の位置検出器１４（例えば、エンコーダ）を有す
る操作機構であり、作業者が先端部１６を把持して力を
加えて動かすことにより、先端部１６を動作範囲内の任
意の位置・姿勢に位置決めすることができるものであ
る。
【００１１】図１に示すように、作業者１８はこの操作
装置１０の先端部１６に作業工具２０を取り付け、作業
者１８が作業工具２０を把持して実際のワーク２２に対
して作業を行う。本実施形態では、一例として、作業工
具２０にグラインダを用いた場合の仕上げ作業について
説明する。入力装置２４には、作業者１８の作業時にお
ける操作装置１０の各軸の位置検出器１４からの信号が
入力される。これに座標変換行列を乗じることにより、
作業工具２０の位置・姿勢が計測することができる。す
なわち、作業者１８の作業時における位置検出器１４か
らの各軸位置データが入力装置２４に入力され、これら
のデータが位置・姿勢演算装置２６で座標変換されて作
業工具２０の位置・姿勢の時系列データが得られる。こ
の時系列データを、一旦、データ記憶装置２８に記憶さ
せ、予め与えたいくつかの動作パターンとのマッチング
を行い、マッチングした動作パターンのパラメータを抽
出する。上記の処理は動作パターン抽出装置３０で行わ
れる。
装置１０の先端部１６に作業工具２０を取り付け、作業
者１８が作業工具２０を把持して実際のワーク２２に対
して作業を行う。本実施形態では、一例として、作業工
具２０にグラインダを用いた場合の仕上げ作業について
説明する。入力装置２４には、作業者１８の作業時にお
ける操作装置１０の各軸の位置検出器１４からの信号が
入力される。これに座標変換行列を乗じることにより、
作業工具２０の位置・姿勢が計測することができる。す
なわち、作業者１８の作業時における位置検出器１４か
らの各軸位置データが入力装置２４に入力され、これら
のデータが位置・姿勢演算装置２６で座標変換されて作
業工具２０の位置・姿勢の時系列データが得られる。こ
の時系列データを、一旦、データ記憶装置２８に記憶さ
せ、予め与えたいくつかの動作パターンとのマッチング
を行い、マッチングした動作パターンのパラメータを抽
出する。上記の処理は動作パターン抽出装置３０で行わ
れる。
【００１２】動作パラメータを抽出する手法としては、
例えば、図３に示すように、動作パターンが定ピッチず
らしの往復直線運動である場合、ワーク３２上を移動す
る作業工具２０（ここでは、グラインダ）の動作軌跡か
ら、工具の送り速度（Ｖ）、移動ピッチ（ｄ）及び工具
の動作方向（θv）を求める。具体的には、動作軌跡上
の点列をＰj（ｊ＝１，２，…，ｎ）としたとき、 Ｖ＝（Σ｜Ｐk−Ｐk-1｜／Δｔ）／（ｎ−１） ｄ＝２（Ｐt−Ｐ1）y （ここに、Δｔは時系列データの入力周期、Ｐtはベク
トル（Ｐt+1−Ｐt）とベクトル（Ｐt−Ｐt-1）の内積が
負となる点、（）yはｙ成分を示す。）により、送り速
度Ｖ、移動ピッチｄを求めることができる。動作方向θ
vは、ワーク面に対する基準の工具姿勢を予め定め、こ
の基準姿勢における動作方向を算出する。
例えば、図３に示すように、動作パターンが定ピッチず
らしの往復直線運動である場合、ワーク３２上を移動す
る作業工具２０（ここでは、グラインダ）の動作軌跡か
ら、工具の送り速度（Ｖ）、移動ピッチ（ｄ）及び工具
の動作方向（θv）を求める。具体的には、動作軌跡上
の点列をＰj（ｊ＝１，２，…，ｎ）としたとき、 Ｖ＝（Σ｜Ｐk−Ｐk-1｜／Δｔ）／（ｎ−１） ｄ＝２（Ｐt−Ｐ1）y （ここに、Δｔは時系列データの入力周期、Ｐtはベク
トル（Ｐt+1−Ｐt）とベクトル（Ｐt−Ｐt-1）の内積が
負となる点、（）yはｙ成分を示す。）により、送り速
度Ｖ、移動ピッチｄを求めることができる。動作方向θ
vは、ワーク面に対する基準の工具姿勢を予め定め、こ
の基準姿勢における動作方向を算出する。
【００１３】これらは、仕上げ作業品質に直接関わるデ
ータであり、熟練技能のひとつである。これをデータベ
ース化するためには、作業仕様との関連付けが必要であ
る。ここで作業仕様とは、作業分類（研磨、研削、面取
り、バリ取り等）、除去量、仕上げ精度などの目標とす
るパラメータと、ワークの形状パターン、ワーク材質な
どのワークパラメータとからなるものである。作業仕様
は作業に応じて予め入力されている。そして、これらの
作業仕様をキーとして入力したときに、前述の動作パタ
ーン（動作パラメータを含む）と工具パラメータ（使用
刃具、回転数など）が検索できるようなデータベース３
４を構築する。作業仕様におけるワークの形状パターン
は、例えば、図４に示すように、ワークの代表的形状に
応じていくつか用意し、また、同じ平面であっても縦横
比、面の傾きなどのパラメータを持たせる。図４では、
面の傾き（θw）、曲率半径（ｒ）、縦横比（ａ＞ｂ、
ａ＜ｂ、ａ＝ｂ）等によって、いくつかの形状パターン
のワーク（パターン１のワーク３６、パターン２のワー
ク３８、パターン３のワーク４０、…）が用意されてい
る。
ータであり、熟練技能のひとつである。これをデータベ
ース化するためには、作業仕様との関連付けが必要であ
る。ここで作業仕様とは、作業分類（研磨、研削、面取
り、バリ取り等）、除去量、仕上げ精度などの目標とす
るパラメータと、ワークの形状パターン、ワーク材質な
どのワークパラメータとからなるものである。作業仕様
は作業に応じて予め入力されている。そして、これらの
作業仕様をキーとして入力したときに、前述の動作パタ
ーン（動作パラメータを含む）と工具パラメータ（使用
刃具、回転数など）が検索できるようなデータベース３
４を構築する。作業仕様におけるワークの形状パターン
は、例えば、図４に示すように、ワークの代表的形状に
応じていくつか用意し、また、同じ平面であっても縦横
比、面の傾きなどのパラメータを持たせる。図４では、
面の傾き（θw）、曲率半径（ｒ）、縦横比（ａ＞ｂ、
ａ＜ｂ、ａ＝ｂ）等によって、いくつかの形状パターン
のワーク（パターン１のワーク３６、パターン２のワー
ク３８、パターン３のワーク４０、…）が用意されてい
る。
【００１４】以上のようにして種々のワーク、作業工具
の組合せで様々な実作業を行うことにより、作業仕様を
キーとして動作パターン及び工具パラメータが検索でき
るデータベース３４が構築できる。図５は、このような
データベースの一例を示している。これは作業者の作業
技能のうち動作に関する技能を教示により獲得できたこ
とを意味する。ロボットを用いて仕上げ作業の自動化を
図る場合には、マンマシン部（操作部）４２に意図する
作業仕様を入力すれば、データベースの中からその仕様
に近い作業仕様を判断し、それに基づき作業者の動作パ
ターンと工具パラメータがマンマシン部４２に表示され
る。そして、表示されたデータに基づきロボットの教示
を行うことにより、作業者の技能をロボットに埋め込む
ことができる。ロボットへの教示は、通常のオフライン
教示の手法が用いられる。
の組合せで様々な実作業を行うことにより、作業仕様を
キーとして動作パターン及び工具パラメータが検索でき
るデータベース３４が構築できる。図５は、このような
データベースの一例を示している。これは作業者の作業
技能のうち動作に関する技能を教示により獲得できたこ
とを意味する。ロボットを用いて仕上げ作業の自動化を
図る場合には、マンマシン部（操作部）４２に意図する
作業仕様を入力すれば、データベースの中からその仕様
に近い作業仕様を判断し、それに基づき作業者の動作パ
ターンと工具パラメータがマンマシン部４２に表示され
る。そして、表示されたデータに基づきロボットの教示
を行うことにより、作業者の技能をロボットに埋め込む
ことができる。ロボットへの教示は、通常のオフライン
教示の手法が用いられる。
【００１５】図６は、本発明の実施の第２形態によるロ
ボットの技能教示装置を示している。図６に示すよう
に、作業者１８は操作装置１０の先端部１６に作業工具
４４を取り付け、作業者１８が作業工具４４を把持して
実際のワーク４６に対して作業を行う。操作装置１０の
構成等は、実施の第１形態と同様である。また、実施の
第１形態では、グラインダを用いた仕上げ作業について
説明したが、本実施形態では、一例として、作業工具４
４にトーチを用いた場合の溶接作業について説明する。
入力装置２４には、作業者１８の作業時における操作装
置１０の各軸の位置検出器１４からの信号が入力され
る。これに座標変換行列を乗じることにより、作業工具
４４の位置・姿勢が計測することができる。すなわち、
作業者１８の作業時における位置検出器１４からの各軸
位置データが入力装置２４に入力され、これらのデータ
が位置・姿勢演算装置２６で座標変換されて作業工具４
４の位置・姿勢の時系列データが得られる。この時系列
データを、一旦、データ記憶装置４８に記憶させ、予め
与えたいくつかの動作パターンとのマッチングを行い、
マッチングした動作パターンのパラメータを抽出する。
ボットの技能教示装置を示している。図６に示すよう
に、作業者１８は操作装置１０の先端部１６に作業工具
４４を取り付け、作業者１８が作業工具４４を把持して
実際のワーク４６に対して作業を行う。操作装置１０の
構成等は、実施の第１形態と同様である。また、実施の
第１形態では、グラインダを用いた仕上げ作業について
説明したが、本実施形態では、一例として、作業工具４
４にトーチを用いた場合の溶接作業について説明する。
入力装置２４には、作業者１８の作業時における操作装
置１０の各軸の位置検出器１４からの信号が入力され
る。これに座標変換行列を乗じることにより、作業工具
４４の位置・姿勢が計測することができる。すなわち、
作業者１８の作業時における位置検出器１４からの各軸
位置データが入力装置２４に入力され、これらのデータ
が位置・姿勢演算装置２６で座標変換されて作業工具４
４の位置・姿勢の時系列データが得られる。この時系列
データを、一旦、データ記憶装置４８に記憶させ、予め
与えたいくつかの動作パターンとのマッチングを行い、
マッチングした動作パターンのパラメータを抽出する。
【００１６】本実施形態では、図６に示すように、動作
パターン（動作パラメータを含む）の獲得に加えて、作
業データも同時に、別途設けた計測手段（図示略）と入
力装置５０を用いて時系列で入力することにより、作業
データパターンを抽出してデータベースに加えることが
できる。すなわち、得られた時系列データを、一旦、デ
ータ記憶装置４８に記憶させ、作業データが作業中の動
作パターンに応じて、あるいは時間に応じてパターン化
できる場合は、パターンのパラメータを求める。ここ
で、作業データとは、溶接作業の場合は溶接電流、溶接
電圧などであり、実施の第１形態の仕上げ作業の場合は
工具の押付け力などである。また、ギャップ量なども、
ワーク部位に応じて変化する場合は、作業データと同様
に、時系列で入力する構成とすることが可能である。前
述した動作パターンを抽出する処理及び作業データパタ
ーンを抽出する処理は、動作パターン・作業データパタ
ーン抽出装置５２で行われる。
パターン（動作パラメータを含む）の獲得に加えて、作
業データも同時に、別途設けた計測手段（図示略）と入
力装置５０を用いて時系列で入力することにより、作業
データパターンを抽出してデータベースに加えることが
できる。すなわち、得られた時系列データを、一旦、デ
ータ記憶装置４８に記憶させ、作業データが作業中の動
作パターンに応じて、あるいは時間に応じてパターン化
できる場合は、パターンのパラメータを求める。ここ
で、作業データとは、溶接作業の場合は溶接電流、溶接
電圧などであり、実施の第１形態の仕上げ作業の場合は
工具の押付け力などである。また、ギャップ量なども、
ワーク部位に応じて変化する場合は、作業データと同様
に、時系列で入力する構成とすることが可能である。前
述した動作パターンを抽出する処理及び作業データパタ
ーンを抽出する処理は、動作パターン・作業データパタ
ーン抽出装置５２で行われる。
【００１７】溶接作業の場合は、作業仕様におけるワー
クパラメータとして形状パターン、材質の他に、開先種
類、ギャップ量等を入力し、動作パターンとしてウィー
ビングパターン、ウィービング幅、周波数、トーチ角
度、あるいは多層盛り溶接における積層パターン等を出
力し、また、工具パラメータとして使用トーチ、ワイヤ
等を出力する。作業仕様をキーとして入力したときに、
動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータ
が検索できるようなデータベース５４が構築される点
は、実施の第１形態の場合と同様である。ロボットを用
いて溶接作業の自動化を図る場合には、マンマシン部４
２に意図する作業仕様を入力すれば、データベースの中
からその仕様に近い作業仕様を判断し、それに基づき作
業者の動作パターン、作業データパターン及び工具パラ
メータがマンマシン部４２に表示される。そして、表示
されたデータに基づきロボットの教示を行うことによ
り、作業者の技能をロボットに埋め込むことができる。
他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様であ
る。
クパラメータとして形状パターン、材質の他に、開先種
類、ギャップ量等を入力し、動作パターンとしてウィー
ビングパターン、ウィービング幅、周波数、トーチ角
度、あるいは多層盛り溶接における積層パターン等を出
力し、また、工具パラメータとして使用トーチ、ワイヤ
等を出力する。作業仕様をキーとして入力したときに、
動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータ
が検索できるようなデータベース５４が構築される点
は、実施の第１形態の場合と同様である。ロボットを用
いて溶接作業の自動化を図る場合には、マンマシン部４
２に意図する作業仕様を入力すれば、データベースの中
からその仕様に近い作業仕様を判断し、それに基づき作
業者の動作パターン、作業データパターン及び工具パラ
メータがマンマシン部４２に表示される。そして、表示
されたデータに基づきロボットの教示を行うことによ
り、作業者の技能をロボットに埋め込むことができる。
他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様であ
る。
【００１８】ここで、作業データのパターン化につい
て、実施の第１形態で述べた仕上げ作業を例にとって説
明する。作業データが作業中の動作パターンに応じて、
あるいは時間に応じてパターン化できる場合は、パター
ンのパラメータを求める。図７は、仕上げ作業における
工具の押付け力のパターンの例を示している。ここで
は、図７に示すような繰り返し矩形パターンとして、押
付け力のオフセット量（ｆ0）、押付け力の幅（ｆ1）及
び繰り返し周期（Ｔf）をパターンのパラメータとして
抽出する。なお、実施の第１形態で説明した仕上げ作業
の場合も、作業データの入力を行う構成としてデータベ
ースにパターン化したデータを加えることが可能であ
る。
て、実施の第１形態で述べた仕上げ作業を例にとって説
明する。作業データが作業中の動作パターンに応じて、
あるいは時間に応じてパターン化できる場合は、パター
ンのパラメータを求める。図７は、仕上げ作業における
工具の押付け力のパターンの例を示している。ここで
は、図７に示すような繰り返し矩形パターンとして、押
付け力のオフセット量（ｆ0）、押付け力の幅（ｆ1）及
び繰り返し周期（Ｔf）をパターンのパラメータとして
抽出する。なお、実施の第１形態で説明した仕上げ作業
の場合も、作業データの入力を行う構成としてデータベ
ースにパターン化したデータを加えることが可能であ
る。
【００１９】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 熟練作業者の作業技能を教示することができ、
これをデータベース化して活用することにより、作業の
自動化を図りたいときに、作業技能としてロボットに埋
め込むことができる。 （２） 熟練作業者の技能をロボットに埋め込むことが
でき、その結果、ロボットの能力向上を図ることが可能
となる。 （３） 作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測す
る装置として、接触式の３次元測定機を使用する場合
は、精度の高い教示データを得ることができる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 熟練作業者の作業技能を教示することができ、
これをデータベース化して活用することにより、作業の
自動化を図りたいときに、作業技能としてロボットに埋
め込むことができる。 （２） 熟練作業者の技能をロボットに埋め込むことが
でき、その結果、ロボットの能力向上を図ることが可能
となる。 （３） 作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測す
る装置として、接触式の３次元測定機を使用する場合
は、精度の高い教示データを得ることができる。
【図１】本発明の実施の第１形態によるロボットの技能
教示装置を示す概略構成図である。
教示装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における作業工具を任
意の位置・姿勢に位置決めすることができる装置の一例
を示す概略構成図である。
意の位置・姿勢に位置決めすることができる装置の一例
を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の第１形態における動作パラメー
タの抽出例を示す概略構成図である。
タの抽出例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の第１形態におけるワークの形状
パターンの一例を示す構成図であり、上段が側面図、下
段が平面図である。
パターンの一例を示す構成図であり、上段が側面図、下
段が平面図である。
【図５】本発明の実施の第１形態におけるデータベース
の表示例を示す構成図である。
の表示例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の第２形態によるロボットの技能
教示装置を示す概略構成図である。
教示装置を示す概略構成図である。
【図７】作業データのパターン化の一例を示すグラフで
ある。
ある。
１０ 操作装置 １２ アーム １４ 位置検出器 １６ 先端部 １８ 作業者 ２０、４４ 作業工具 ２２、３２、３６、３８、４０、４６ ワーク ２４、５０ 入力装置 ２６ 位置・姿勢演算装置 ２８、４８ データ記憶装置 ３０ 動作パターン抽出装置 ３４、５４ データベース ４２ マンマシン部 ５２ 動作パターン・作業データパターン抽出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｂ 49/00 Ｂ２４Ｂ 49/00 Ｂ２５Ｊ 9/22 Ｂ２５Ｊ 9/22 Ｚ (72)発明者 尾上 一彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 久保 貞夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 緒方 隆昌 神戸市中央区港島南町１丁目５番２号 財 団法人新産業創造研究機構内 Ｆターム(参考） 3C034 AA19 BB91 CA11 CA27 CA30 CB13 DD20 3F059 AA06 BA02 BA10 BC09 DA08 DB09 DC01 DC07 DD01 DD18 FA01 FA03 FA05 FC03 FC15 4E068 CB02 CE06 5H269 AB26 AB33 EE01 EE11 EE25 QB15 SA02
Claims (5)
- 【請求項１】 作業者が作業工具を把持して実作業を行
う工程と並行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイ
ムで計測・演算する装置を用いて、作業中の作業工具の
位置・姿勢の時系列データを入力し記憶させ、この時系
列データから作業者の動作パターンを抽出し、別途入力
した工具パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして
動作パターン及び工具パラメータが検索できるデータベ
ースを構築し、意図する作業仕様を入力して得られたデ
ータに基づきロボットの教示を行うことを特徴とするロ
ボットの技能教示方法。 - 【請求項２】 作業者が作業工具を把持して実作業を行
う工程と並行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイ
ムで計測・演算する装置を用いて、作業中の作業工具の
位置・姿勢の時系列データを入力し記憶させ、これと同
時に作業中の作業データを別手段により時系列で入力し
記憶させ、作業工具の位置・姿勢の時系列データから作
業者の動作パターンを抽出するとともに、作業データの
時系列データから作業データパターンを抽出し、別途入
力した工具パラメータと合わせて、作業仕様をキーとし
て動作パターン、作業データパターン及び工具パラメー
タが検索できるデータベースを構築し、意図する作業仕
様を入力して得られたデータに基づきロボットの教示を
行うことを特徴とするロボットの技能教示方法。 - 【請求項３】 作業者が作業工具を把持して実作業を行
う工程と並行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリ
アルタイムで計測・演算する位置・姿勢計測装置と、 作業者が把持した作業工具の位置・姿勢の時系列データ
を入力して記憶するデータ記憶装置と、 記憶された作業工具の位置・姿勢の時系列データから作
業者の動作パターンを抽出する動作パターン抽出装置
と、 動作パターンが入力され、別途入力された工具パラメー
タとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検
索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を
教示するデータを得るためのデータベースと、を備えた
ことを特徴とするロボットの技能教示装置。 - 【請求項４】 作業者が作業工具を把持して実作業を行
う工程と並行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリ
アルタイムで計測・演算する位置・姿勢計測装置と、 作業中の作業データをリアルタイムで計測する計測手段
と、 作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力するととも
に、作業データの時系列データを入力して、これらの時
系列データを記憶するデータ記憶装置と、 記憶された作業工具の位置・姿勢の時系列データから作
業者の動作パターンを抽出するとともに、記憶された作
業データの時系列データから作業データパターンを抽出
する動作パターン・作業データパターン抽出装置と、 動作パターン及び作業データパターンが入力され、別途
入力された工具パラメータとともに、作業仕様をキーと
してこれらのデータが検索できるように構築された、ロ
ボットに作業者の技能を教示するデータを得るためのデ
ータベースと、を備えたことを特徴とするロボットの技
能教示装置。 - 【請求項５】 位置・姿勢計測装置が、アームの先端部
に取り付けた作業工具を作業者が把持して力を加えて動
かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決
めすることができるように、６以上の自由度を有するア
ームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設け
た操作機構と、各軸の位置検出器からの信号を入力して
座標変換を行うことにより、作業工具の位置・姿勢を演
算する位置・姿勢演算装置とからなる接触式の３次元測
定機である請求項３又は４記載のロボットの技能教示装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22495999A JP4246324B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | ロボットの技能教示方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22495999A JP4246324B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | ロボットの技能教示方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001051712A true JP2001051712A (ja) | 2001-02-23 |
| JP4246324B2 JP4246324B2 (ja) | 2009-04-02 |
Family
ID=16821891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22495999A Expired - Fee Related JP4246324B2 (ja) | 1999-08-09 | 1999-08-09 | ロボットの技能教示方法及び装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4246324B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007216381A (ja) * | 2004-07-13 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ロボット |
| JP2014018927A (ja) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Toyota Motor East Japan Inc | 作業支援システム |
| JP2016206945A (ja) * | 2015-04-22 | 2016-12-08 | ファナック株式会社 | スキップ信号やキー操作が不要な座標値の取得機能を有する数値制御装置 |
| WO2022107521A1 (ja) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | 株式会社日立製作所 | 作業観察システム、作業解析方法、及び教育支援システム |
| JP7349651B1 (ja) | 2022-10-25 | 2023-09-25 | 国立大学法人静岡大学 | 作業データ収集方法、作業教示方法、作業実行方法、システム、及びプログラム |
| WO2023203747A1 (ja) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 株式会社日立ハイテク | ロボット教示方法および装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5340455B1 (ja) | 2012-05-30 | 2013-11-13 | ファナック株式会社 | オフラインプログラミング装置 |
-
1999
- 1999-08-09 JP JP22495999A patent/JP4246324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007216381A (ja) * | 2004-07-13 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ロボット |
| JP4646943B2 (ja) * | 2004-07-13 | 2011-03-09 | パナソニック株式会社 | ロボット |
| JP2014018927A (ja) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Toyota Motor East Japan Inc | 作業支援システム |
| JP2016206945A (ja) * | 2015-04-22 | 2016-12-08 | ファナック株式会社 | スキップ信号やキー操作が不要な座標値の取得機能を有する数値制御装置 |
| US10185301B2 (en) | 2015-04-22 | 2019-01-22 | Fanuc Corporation | Numerical controller having acquisition function of coordinate value needing neither skip signal nor key operation |
| WO2022107521A1 (ja) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | 株式会社日立製作所 | 作業観察システム、作業解析方法、及び教育支援システム |
| JP7453126B2 (ja) | 2020-11-19 | 2024-03-19 | 株式会社日立製作所 | 作業観察システム、作業解析方法、及び教育支援システム |
| WO2023203747A1 (ja) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 株式会社日立ハイテク | ロボット教示方法および装置 |
| JP7349651B1 (ja) | 2022-10-25 | 2023-09-25 | 国立大学法人静岡大学 | 作業データ収集方法、作業教示方法、作業実行方法、システム、及びプログラム |
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|---|---|
| JP4246324B2 (ja) | 2009-04-02 |
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