JP2013230507A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジョグ送りに最適な基準座標系および速度を選択する操作が煩わしい。
【解決手段】ロボット制御装置ＲＣは、キー入力監視部２、座標系選択処理部７、ジョグ送り速度設定部８、解釈実行部１１、ハードディスク５を備える。ロボットＲに取り付けた作業ツールをティーチペンダントＴＰによりジョグ送りする操作が行われると、キー入力監視部２および解釈実行部１１は、操作の種類またはロボットＲの状態を識別するための操作識別情報を取得する。ハードディスク５は、操作識別情報とジョグ送りの際の基準座標系および速度との対応関係が定められたジョグ送り条件選択テーブルＣｔを記憶している。操作識別情報に基づき、座標系選択処理部７は基準座標系を、ジョグ送り速度設定部８は速度を設定する。操作の種類または状況に応じた基準座標系および速度を自動的に設定するようにしたので操作の煩雑さを低減できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットに取り付けた作業ツールを手元操作により移動する、いわゆるジョグ送りが可能なロボット制御装置に関する。

アーク溶接、スポット溶接等の加工作業をロボットで実現する場合、ティーチングプレイバックと呼ばれる方式が採用されることが一般的である。ティーチングプレイバック方式とは、予め決められた位置に加工対象物であるワークを設置して、マニピュレータとワークとの相対的な位置関係を拘束した状態で、ワークに対するマニピュレータの動作を教示し、この教示データを繰り返し再生動作させることで、同一品種のワークを連続して加工するという方法である。

図６は、ティーチングプレイバック方式を採用したロボット制御システム６０の一般的な構成図である。同図において、ロボット６１は、アーム６２の先端にワークＷを加工するための作業ツールＴを備えている。ティーチペンダント６３は、ワークＷに対するロボット６１の動作を操作者が教示するための可搬式の操作装置であり、その盤面上には、作業ツールＴを移動させるための方向指示キー６４が装備されている。方向指示キー６４としては、図示しているように、基準となる直交座標系の軸方向へ移動させるためのボタン群（±Ｘ，±Ｙ，±Ｚ）と、軸周りへ回転して姿勢を変更するためのボタン群（±α，±β，±γ）が装備されているのが一般的である。例えば、直交座標系の１つであるベース座標系で作業ツールＴを移動させる場合は、方向指示キー６４のＸ＋を押すと、ベース座標系のＸ＋方向に作業ツールＴの制御点が移動する。この状態から逆方向へ動かす場合は、方向指示キー６４のＸ＋から指を離してＸ−を押す。このように、作業者は方向指示キー６４を操作することによって作業ツールＴを所望の位置に動かして、加工作業を行わせるための作業経路を教示する。そして、作業経路上の教示点における作業ツールＴの位置姿勢座標値が教示データとしてロボット制御装置６５に記憶される。なお、操作者が作業ツールＴを手動で移動したり、作業ツールＴの姿勢を変更したりする操作のことを、以下では、ジョグ送りと呼ぶことにする。また、ジョグ送りの際の基準となる直交座標系のことを、以下では単に基準座標系と呼ぶことにする。

図７は、教示時におけるロボットＲの移動方向と基準座標系の関係について説明するための図である。ロボット６１、作業ツールＴおよびワークＷは、図６と同符号を付与した同一のものであるので説明を省略する。作業経路Ｋは、ワークＷを加工するために必要な経路の１つであり、同図の場合、教示点Ａと教示点Ｂとによって形成される。ベース座標系Ｃｂはロボット６１に原点を有する基準座標系であり、軸方向は、例えば図示している方向で固定となる。説明の便宜上、ベース座標系Ｃｂにおける軸方向のＸ＋とＹ＋を矢印で表現しており、その他の軸方向は省略している。

作業者は作業ツールＴをジョグ送りして位置および姿勢を教示することになるが、ジョグ送りの際に必要なキー操作は煩雑さを伴うことが多い。例えば、同図において作業経路Ｋを教示するために、現在位置である教示点Ａから目標位置である教示点Ｂに作業ツールＴをジョグ送りする場合を想定する。教示点Ａから教示点Ｂに向かう方向がベース座標系ＣｂのＸ＋方向に一致していれば、作業者は方向指示キー６４のＸ＋を押すだけでよい。しかしながら、ワークＷ上の作業経路Ｋは、ベース座標系Ｃｂの軸方向と一致していない。このような場合、作業者は方向指示キー６４のＸ＋、Ｙ−等を組み合わせて操作する必要がある。ワークＷが大型であったり作業経路Ｋが複雑であったりすると、作業ツールＴのジョグ送り操作は、より一層煩雑になる。

そこで、特許文献１には、基準座標系の原点位置および軸方向を任意に定めることができるユーザ座標系を、作業者が事前に設定することによって、ジョグ送り操作の煩雑さを解消する技術が開示されている。具体的には、図７に示したように、作業経路Ｋの方向が座標系のＸ＋方向に一致するように所望のユーザ座標系Ｃｕを設定すれば、方向指示キー６４のＸ＋のみの操作で教示点Ｂに移動させることができる。すなわち、特許文献１によれば、基準座標系の原点位置および軸方向をワークＷの設置位置や形状等に合わせた任意の位置および方向に設定することができるので、移動方向の指定操作を簡便化することができる。

また、ジョグ送り操作は、複数の方向指示キー６４の中から所望のキーを逐一選択して押下する必要がある。このキー選択の煩雑さを軽減することを目的として、特許文献２には、ティーチペンダント６３にジョグダイヤルを設け、このジョグダイヤルの回転操作によって作業ツールＴをジョグ送りする技術が開示されている。具体的には、ジョグダイヤルの正回転方向を基準座標系の＋方向に、逆回転方向を−方向にそれぞれ対応させることにより、方向指示キー６４の総数を実質的に少なくし、キー操作を簡便化している。

このように、ジョグ送り時の操作を簡便化するための提案は幾つかなされているが、後述する課題を有している。

特開２００７−１１５０１１号公報 特開２００１−２６９８８３号公報

一般的に、ロボット制御装置には、上述したベース座標系やユーザ座標系に加えて、ロボットを各軸単独で移動させるための各軸座標系、作業ツールを基準としたツール座標系、ワークを基準としたワーク座標系等、複数種類の基準座標系が予め設定されている。また、上述したユーザ座標系は、ワークの設置位置や形状等に応じて、通常、複数個が作業者により作成されている。ロボットに作業経路上の位置や姿勢（以下、単に位置姿勢という）を教示する場合、作業者は、位置姿勢を最適な状態に変更するために、必要に応じて基準座標系を選択する必要がある。これに加えて、ジョグ送り操作時の移動速度についても適切な値に設定する必要がある。これらの基準座標系および移動速度は、ロボットがワークに対してどの位置に位置しているのかによって、適切なものが変わる。例えば、ロボットが作業原点に位置している場合は、各軸座標系またはベース座標系を選択するとともに移動速度を比較的高めに設定してワークに接近させる。ワークに接近後は、ユーザ座標系を選択するとともに移動速度を低速にして作業経路を教示する。そして、ワークから退避させるときは、再度、各軸座標系またはベース座標系を選択するとともに、移動速度を比較的高めに設定する必要がある。このように、ジョグ送りの際は、基準座標系および移動速度を場面に応じて切り替えるという作業を頻繁に繰り返す必要がある。このことは、教示作業を行う作業者に多大な労力を強いることになる。

そこで、本発明は、ジョグ送りを行うときに、基準座標系および移動速度を容易に設定することができるロボット制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、
ロボットに取り付けた作業ツールを操作手段からの操作入力に従ってジョグ送りするジョグ送り制御手段を備えるロボット制御装置において、
前記操作手段で行われている操作を識別するための操作識別情報を取得する取得手段と、
前記操作識別情報と前記ジョグ送りの際の基準座標系および移動速度との対応関係が定められたジョグ送り条件選択テーブルを記憶する記憶手段と、
前記取得手段が取得した前記操作識別情報を前記ジョグ送り条件選択テーブルに入力して前記基準座標系および前記移動速度を選択するジョグ送り条件設定手段と、
を備えたことを特徴とするロボット制御装置である。

請求項２の発明は、ジョグ送り条件選択テーブルにおける前記操作識別情報と前記基準座標系および前記移動速度との対応関係は、前記操作手段により設定可能であることを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置である。

請求項３の発明は、前記移動速度は、速度値を直接入力する、または速度値が段階的に設定されたレベル値により選択入力されることにより設定されることを特徴とする請求項２記載のロボット制御装置である。

本発明によれば、ジョグ送りの際に、基準座標系および移動速度を現在の操作に応じて自動的に設定するようにしたことによって、ジョグ送り時の操作を軽減することができる。

本発明に係るロボット制御装置を適用したロボット制御システムのブロック図である。 本発明に係るティーチペンダントの外観図である。 本発明に係るロボット制御装置の機能ブロック図である。 本発明に係るジョグ送り条件選択テーブルＣｔの一例を示す図である。 本発明に係る座標系選択処理部７の処理の流れを示すフローチャートである。 ティーチングプレイバック方式を採用したロボット制御システムの一般的な構成図である。 教示時におけるロボットの移動方向と基準座標系の関係について説明するための図である。

［実施の形態１］
図１は、本発明に係るロボット制御装置ＲＣを適用したロボット制御システム１のブロック図である。

同図において、ロボットＲは、作業台ＷＳに設置されたワークＷに対する加工作業を自動で行うものであり、ロボット制御装置ＲＣからの動作制御信号Ｍｃにより駆動制御される。ロボットＲは、複数のアーム部および手首部と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（いずれも図示せず）とによって各々構成されている。

操作手段に相当するティーチペンダントＴＰは、可搬式の教示操作盤であり、ロボット制御装置ＲＣに接続されている。作業者は、このティーチペンダントＴＰを用いて、基準座標系を切り替えたり、ロボットＲをジョグ送りしたりするための操作を行い、ロボットＲの位置姿勢を入力する。このようにして入力されたデータは、教示データＴｄとしてロボット制御装置ＲＣの内部に記憶される。

ロボット制御装置ＲＣは、ティーチペンダントＴＰからの入力に応じてロボットＲをジョグ送りしたり、教示データＴｄに基づいてロボットＲを再生運転したりするものである。ロボット制御装置ＲＣには、ジョグ送りの際の基準座標系として、ロボットＲに原点を有するベース座標系、作業ツールＴを基準とした座標系であるツール座標系、ロボット制御システム１全体に共通の座標系であるワールド座標系、ロボットＲの各軸を単独で回転させるときに用いる各軸座標系等が予め記憶されている。これらに座標系に加えて、作業者が任意の軸方向を定めることができるユーザ座標系も記憶することができる。これらの基準座標系は、いずれか１つをティーチペンダントＴＰによって選択することができる。

図２は、本発明に係るティーチペンダントＴＰの外観図である。キーボード４１は、教示操作、各種設定操作等を行うためのものであり、ロボットＲをジョグ送りする際の移動方向および回転方向を定める方向指示キー４１Ａを含んでいる。表示部４３は、後述するジョグ送り条件選択テーブルＣｔや教示データＴｄの教示内容、選択可能な基準座標系、ロボットの動作制御に必要な各種パラメータ等を表示するためのものである。

図３は、本発明に係るロボット制御装置ＲＣの機能ブロック図である。

ロボット制御装置ＲＣは、中央演算処理装置であるＣＰＵ２１、ソフトウェアプログラムや制御パラメータ等が格納されたＲＯＭ２２、一時的な計算領域としてのＲＡＭ２３、各種メモリ等を含むマイクロコンピュータによって構成されている。ＴＰインターフェース１０は、ティーチペンダントＴＰを接続するためのものである。

ＲＯＭ２２には、各種処理を行うためのソフトウェアプログラムが記憶されている。これらを機能的に同図に示すと、キー入力監視部２、教示処理部３、座標系選択処理部７、ジョグ送り速度設定部８、ジョグ動作処理部９、解釈実行部１１および駆動指令部１２の各処理部を備えている。これらの各処理部は、ＣＰＵ２１に読み込まれて実行される。

キー入力監視部２は、ティーチペンダントＴＰのキーボード４１の操作がなされたときに入力される操作信号Ｓｓを監視するとともに解析して、教示処理部３に教示情報を通知する。教示処理部３は、キー入力監視部２から通知された教示点の位置姿勢座標値、各種命令等の教示情報に応じて教示データＴｄを作成し、ハードディスク５に記憶する。

また、キー入力監視部２は、操作信号Ｓｓの解析により、操作の種類や内容を示す操作ＩＤを座標系選択処理部７およびジョグ送り速度設定部８に通知する。操作ＩＤとは、例えば、教示データＴｄの作成または編集を行うためのメニューや、ロボットＲの各軸原点位置を調整するためのメニュー等、各種の操作メニュー毎に予め設けられたＩＤを示す。

解釈実行部１１は、作業者がロボットＲの位置姿勢を確認するために教示データＴｄを低速で再生したときに、教示データＴｄを教示ステップごとに読み出してその内容を解析し、駆動指令部１２を介してロボットＲに動作制御信号Ｍｃを出力する。この結果、ロボットＲが駆動制御される。また、解釈実行部１１は、教示データＴｄの再生の結果、ロボットＲが所定の状態になったときに、上述した操作ＩＤを座標系選択処理部７およびジョグ送り速度設定部８に通知する。所定の状態とは、例えば、位置姿勢等の確認のために教示データＴｄが教示ステップ毎に低速で再生され、現在は加工作業を行うステップに到達している場合、「加工作業ステップに位置している」等の状態を示す。解釈実行部１１は、このような状態になったことを示す操作ＩＤを生成し、座標系選択処理部７およびジョグ送り速度設定部８に通知する。

座標系選択処理部７は、キー入力監視部２および解釈実行部１１から通知される操作ＩＤに基づき、後述する処理を行うことでジョグ送り操作の基準座標系を自動的に設定し、ジョグ動作処理部９に通知する。

ジョグ送り速度設定部８は、キー入力監視部２および解釈実行部１１から通知される操作ＩＤに基づき、後述する処理を行うことでジョグ送り操作の速度を自動的に設定し、ジョグ動作処理部９に通知する。

ジョグ動作処理部９は、方向指示キー４１Ａと、自動設定された基準座標系およびジョグ送り速度とに従って、ロボットＲを移動させるための演算を行い、演算結果を駆動指令部１２に出力する。そして、駆動指令部１２がロボットＲに動作制御信号Ｍｃを出力することで、ロボットＲのジョグ送りが実行される。

記憶手段としてのハードディスク５は不揮発性メモリであり、上述した操作ＩＤに対応する基準座標系およびジョグ送り速度が定められたジョグ送り条件選択テーブルＣｔ、基準座標系の原点や軸方向を定めるための座標系設定パラメータＣｄおよび教示データＴｄを記憶する。

次に、上記のように構成されたロボット制御装置ＲＣの作用について説明する。以下では、ティーチペンダントＴＰが操作されたときに、操作の内容を示す操作ＩＤに応じて基準座標系が自動的に選択されるまでを、順を追って説明する。

（１．ジョグ送り条件選択テーブルの設定）
上述したように、操作ＩＤと、これに対応する基準座標系およびジョグ送り速度の関係は、ジョグ送り条件選択テーブルＣｔで予め定められている。このジョグ送り条件選択テーブルＣｔには、メーカ指定の上記対応関係がプリセットされているが、作業者がティーチペンダントＴＰを用いて任意に変更することが可能である。

図４は、本発明に係るジョグ送り条件選択テーブルＣｔの一例を示す図である。同図においては、左から１列目にデータＮｏ．が、２列目に操作ＩＤが、３列目に基準座標系ＩＤが、４列目に速度レベルがそれぞれ表記されている。４列目の速度レベルとは、ジョグ送り速度を示している。本実施形態では、１〜４（４段階）のレベルが設けられており、レベルが大きくなればなるほど、速度値が段階的に高くなるよう構成されている。もちろん、速度レベルに変えて速度を直接、数値で入力できるように構成してもよい。

例えば、同図のデータＮｏ．１は、操作ＩＤ「０１００」が入力された（すなわち「各軸の原点位置調整」の操作が選択された）ときに、基準座標系ＩＤの「００００（各軸座標系）」が設定されるとともに、ジョグ送り速度としては、比較的低速の速度レベル「２」が自動的に設定されることを示している。また、同図のデータＮｏ．３は、操作ＩＤ「０１０２」が入力された（すなわち作成済みの教示データの編集を行うために教示ステップ毎に再生運転を行った結果、ロボットが作業区間内に位置している）ときに、基準座標系ＩＤの「０００２（ツール座標系）」が設定されるとともに、ジョグ送り速度としては、比較的高速の速度レベル「４」が選択されることを示している。また、同図のデータＮｏ．４は、作業台ＷＳが複数設置されている場合に、これらの作業台ＷＳがロボット制御装置ＲＣで識別可能なように作業ステーションＩＤとして内部設定されている場合に機能するものであって、操作ＩＤ「０２０１」が入力された（すなわち、教示対象として作業ステーション１が選択された）ときに、基準座標系ＩＤの「００１１（ユーザ座標系１）」および速度レベル「３」が設定されることを示している。

（２．基準座標系および速度レベルの選択）
図５は、本発明に係る座標系選択処理部７の処理の流れを示すフローチャートである。同図に基づき、基準座標系およびジョグ送り速度を操作ＩＤに応じて自動的に設定する処理について説明する。

ステップＳ１において、キー入力監視部２または解釈実行部１１から操作ＩＤが通知されたか否かを所定周期で確認する。入力された場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ２に移行する。

次に、ステップＳ２において、ジョグ送り条件選択テーブルＣｔを参照し、このテーブル内に、通知された操作ＩＤが含まれるか否かを判定する。含まれる場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ３に移行する。含まれない場合（Ｎｏの場合）は、処理を終了する。すなわち、何もしないことにより現在選択されている基準座標系およびジョグ送り速度がそのまま保持される。

ステップＳ３において、ジョグ送り条件選択テーブルＣｔから、通知された操作ＩＤに対応する基準座標系ＩＤおよび速度レベルを取得する。

最後に、ステップＳ４において、基準座標系ＩＤに対応する基準座標系を選択する。また同時に、速度レベルに対応するジョグ送り速度値を設定する。以上により、操作ＩＤに応じた基準座標系およびジョグ送り速度が自動的に設定される。

（３．ジョグ送り）
ティーチペンダントＴＰの方向指示キー４１Ａ等によりジョグ送り操作が行われると、ジョグ動作処理部９が、選択された基準座標系の軸方向に応じて、また、設定されたジョグ送り速度に応じて、作業ツールＴの先端を移動または作業ツールＴの姿勢を変更するための演算を行い、演算結果を駆動指令部１２に出力する。この結果、ロボットＲが駆動制御されてジョグ送りが行われる。

以上説明したように、ジョグ送りの際に、基準座標系およびジョグ送り速度を現在の操作に応じて自動的に選択するようにしたことによって、ジョグ送り時の操作を軽減することができる。

１ ロボット制御システム
２ キー入力監視部
３ 教示処理部
５ ハードディスク
７ 座標系選択処理部
８ ジョグ送り速度設定部
９ ジョグ動作処理部
１０ ＴＰインターフェース
１１ 解釈実行部
１２ 駆動指令部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
４１ キーボード
４１Ａ 方向指示キー
４３ 表示部
６０ ロボット制御システム
６１ ロボット
６２ アーム
６３ ティーチペンダント
６４ 方向指示キー
６５ ロボット制御装置
Ｃｂ ベース座標系
Ｃｄ 座標系設定パラメータ
Ｃｔ ジョグ送り条件選択テーブル
Ｃｕ ユーザ座標系
Ｋ 作業経路
Ｍｃ 動作制御信号
Ｒ ロボット
ＲＣ ロボット制御装置
Ｓｓ 操作信号
Ｔ 作業ツール
Ｔｄ 教示データ
ＴＰ ティーチペンダント
Ｗ ワーク
ＷＳ 作業台

Claims (3)

1. ロボットに取り付けた作業ツールを操作手段からの操作入力に従ってジョグ送りするジョグ送り制御手段を備えるロボット制御装置において、
   前記操作手段で行われている操作を識別するための操作識別情報を取得する取得手段と、
   前記操作識別情報と前記ジョグ送りの際の基準座標系および移動速度との対応関係が定められたジョグ送り条件選択テーブルを記憶する記憶手段と、
   前記取得手段が取得した前記操作識別情報を前記ジョグ送り条件選択テーブルに入力して前記基準座標系および前記移動速度を選択するジョグ送り条件設定手段と、
   を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
2. 前記ジョグ送り条件選択テーブルにおける前記操作識別情報と前記基準座標系および前記移動速度との対応関係は、前記操作手段により設定可能であることを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
3. 前記移動速度は、速度値を直接入力する、または速度値が段階的に設定されたレベル値により選択入力されることにより設定されることを特徴とする請求項２記載のロボット制御装置。

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