JP2018202569A - ワークの動画に基づいて教示点を設定するロボットの教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを把持して動かすロボットにおいて、教示点を容易に設定できるロボットの教示装置を提供する。【解決手段】教示装置１０は、ワークが動く動画を作成する動画生成部１１と、動画に表示されるワークにおいて、ハンド２が把持する把持位置を検出する位置検出部１２と、教示点を設定する教示点設定部１３とを備える。位置検出部１２は、動画生成部１１がワークの動画を動かした時に、ワークにおける把持位置を検出する。教示点設定部１３は、ワークにおける把持位置に基づいて教示点を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの動画に基づいて教示点を設定するロボットの教示装置に関する。

ロボットは、予め作成された動作プログラムに従って駆動するように制御される。動作プログラムは、作業者が指定した教示点に基づいて生成することができる。作業者は、実際のロボットを手動で動かして教示点を設定することができる。たとえば、作業者は、教示操作盤を操作してロボットを所望の位置および姿勢にする。このときのロボットのツール先端点の位置を教示点として制御装置に記憶させることができる。

または、計算機にワークおよびロボットのモデルを入力して、画面上にてロボットの教示点を設定する方法が知られている（例えば、特開平６−１３４６８４号公報および特開２００４−２６５０４１号公報）。このようなオフラインによる教示点の設定方法では、実際のロボットを動かさなくても教示点を設定することができる。そして、計算機は、教示点が設定された後に、ツール中心点が教示点または教示点の近傍を通るようにロボットの動作プログラムを作成することができる。

また、ロボットのオフラインによる教示においては、作成したロボットの動作プログラムにてロボットを動かした時に異常が発生しないか否かをアニメーションにて確認することが知られている（例えば、特開２００１−１０５３５９号公報および特開昭６２−２７４４０４号公報）。

特開平６−１３４６８４号公報 特開２００４−２６５０４１号公報 特開２００１−１０５３５９号公報 特開昭６２−２７４４０４号公報

従来の技術によるオフラインの教示方法では、ロボットの動作に応じてロボットの教示点を１個ずつ設定する必要がある。このために、ロボットの教示点の設定には時間がかかるという問題があった。また、ワークを把持するハンドが変更になった場合には、ワークにおけるハンドの把持位置が変更になる。このために、ハンドを変更した場合には、始めから教示点の設定を行う必要がある。

本開示の一態様のロボットの教示装置は、ワークを把持して動かすロボットの教示点を設定する。ロボットの教示装置は、ワークが動く３次元の動画を作成する動画生成部を備える。ロボットの教示装置は、動画に表示されるワークにおいて、ロボットに取り付けられるハンドが把持する把持位置を検出する位置検出部と、教示点を設定する教示点設定部とを備える。ワークにおける把持位置と教示点との関係が予め定められている。位置検出部は、動画生成部がワークの動画を動かした時に、ワークにおける把持位置を検出する。教示点設定部は、把持位置に基づいて教示点を設定する。

本開示の一態様のロボットの教示装置は、ワークを把持して動かすロボットにおいて、教示点を容易に設定することができる。

実施の形態におけるロボットシステムのブロック図である。 教示装置の表示部に表示される第１の画像である。 実施の形態における教示点を設定する制御のフローチャートである。 教示装置の表示部に表示される車体の動画を説明する第２の画像である。 把持位置の移動を説明するドアの拡大斜視図である。 教示装置の表示部に表示される第３の画像である。 教示装置の表示部に表示される他のロボット装置の画像である。

図１から図７を参照して、実施の形態におけるロボットの教示装置について説明する。本実施の形態のロボット装置は、ワークを把持してワークを動かすように形成されている。また、本実施の形態の教示装置は、オフラインにてロボットの教示点を設定する。

図１に、本実施の形態におけるロボットシステムのブロック図を示す。本実施の形態のロボット装置は、ワークを把持するハンド２と、ハンド２を移動するロボット１とを備える。本実施の形態のロボット１は、複数の関節部を有する多関節ロボットである。ロボット１は、アームおよび手首部を駆動するモータを有するロボット駆動装置１ａを含む。ロボット１としては、この形態に限られず、ハンド２を移動可能な任意のロボットを採用することができる。

ハンド２は、ワークを把持するように形成されている。本実施の形態のハンド２は、吸着によりワークを把持する。ハンド２は、ハンド２を駆動するポンプ等を有するハンド駆動装置２ａを含む。ハンド２としては、ワークを把持できる任意の作業ツールを採用することができる。たとえば、ハンド２としては、複数の指部を含み、複数の指部にてワークを挟持するハンド、または、ワークに形成された穴部に係合するフックを含むハンド等を採用することができる。

ロボット装置は、ロボット制御装置３を備える。ロボット制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、バスを介してＣＰＵに接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）とを有する演算処理装置（計算機）を含む。ロボット制御装置３には、ロボット１の動作を行うための動作プログラムが入力される。ロボット制御装置３は、動作プログラム等を記憶する記憶部３ｂを有する。ロボット制御装置３は、動作プログラムに基づいてロボット１およびハンド２を駆動するための動作指令を送出する動作制御部３ａを有する。動作制御部３ａは、ロボット駆動装置１ａおよびハンド駆動装置２ａを駆動する動作指令を送出する。ロボット駆動装置１ａおよびハンド駆動装置２ａは、動作指令に従って駆動する。

本実施の形態のロボットシステムは、ロボット１の教示点を設定する教示装置１０を備える。本実施の形態の教示装置１０は、教示点を設定する機能と、作成された教示点に基づいてロボット１の動作プログラムを生成する機能とを有する。

教示装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ等を含む演算処理装置（計算機）を含む。教示装置１０は、教示点の設定および動作プログラムに関する情報を記憶する記憶部１７を備える。教示装置１０は、作業者が任意の情報を入力する入力部１５を備える。入力部１５は、キーボードまたはマウス等を含むことができる。入力部１５は、作業者のキーボード等の操作により情報を取得可能に形成されている。また、入力部１５は、外部の装置から通信装置を介して情報を取得可能に形成されていても構わない。教示装置１０は、教示点の設定に関する情報または動作プログラム等を表示する表示部１６を含む。表示部１６は、例えば、液晶表示パネルなどの任意の表示パネルを含むことができる。

本実施の形態の教示装置１０は、ワークおよびロボット１が動く動画を作成する動画生成部１１を備える。教示装置１０は、動画に表示されるワークにおいて、ハンド２が把持する把持位置を検出する位置検出部１２を備える。位置検出部１２は、動画生成部１１がワークの動画を動かした時に、ワークにおける把持位置を検出する。また、教示装置１０は、ワークにおける把持位置に基づいて教示点を設定する教示点設定部１３を備える。

図２に、教示装置の表示部に表示される第１の画像を示す。ここでは、ワークとして自動車の車体８を例示する。図１および図２を参照して、表示部１６の画面には、画像３１が表示されている。画像３１には、補助線３３に加えて、車体８、ロボット１、およびハンド２が含まれる。ロボット装置は、車体８のドア９を開く作業を実施する。ドア９は、回転軸８ａの周りに回動可能である。本実施の形態のドア９は、動作が予め定められている。すなわち、ドア９上の予め定められた点の移動軌道が決まっている。

本実施の形態のハンド２は、吸着によりドア９の端部を把持する。ロボット１が位置および姿勢を変更することにより、ハンド２が矢印９１に示す方向に移動して、ドア９を開くことができる。本実施の形態の教示装置１０は、このようなドア９を開く時のロボット１の教示点を設定する。

図３に、教示装置が教示点を設定する制御のフローチャートを示す。図１から図３を参照して、作業者は、予め教示装置１０にドア９を含む車体８の３次元モデル２１を入力する。また、作業者は、予めロボット１およびハンド２の３次元モデル２１を入力する。３次元モデルとしては、例えば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置にて生成される形状の３次元データを用いることができる。または、教示装置１０は、３次元カメラにて実際の車体８等を撮像することにより、立体的な３次元モデルを取得しても構わない。または、教示装置１０は、ＣＡＤ装置等で形成された複数の２次元の図面データを用いて、教示装置１０の内部で３次元モデルを形成していても構わない。記憶部１７は、入力された３次元モデル２１を記憶する。

図４に、車体のドアが動作する時の動画を説明する第２の画像を示す。動画生成部１１は、車体８の画像３４を表示する。この時には、ロボット１の画像は表示されていない状態である。作業者は、ドア９が閉まっている状態の位置７１とドア９が開いている状態の位置７２とを指定する。位置７１は、ワークの動作が開始する位置である。位置７２は、ワークの動作が終了する位置である。この時に、作業者は、ドア９が開く速度に関する情報を入力することができる。例えば、作業者は、ドア９が閉まった状態から開いた状態までの時間を設定することができる。

図３および図４を参照して、ステップ８１において、教示装置１０の動画生成部１１は、ワークが動作する３次元の動画を作成する。動画生成部１１は、車体８の３次元モデル２１に基づいて、車体８のドア９が動く動画（アニメーション）を作成する。動画生成部１１は、任意の３次元アニメーションを作成する方法にて動作を生成することができる。動画生成部１１は、例えば、毎秒５コマの動画を生成する。動画生成部１１は、位置７１から位置７２までドア９が開くときの動画を作成する。画像３４では、ドア９が閉まった状態から矢印９１に示すようにドアが開いた状態まで連続的な状態を動画にて表示することができる。

次に、ステップ８２において、作業者は、ドア９におけるハンド２の把持位置を指定する。ドア９が閉じた状態において、作業者がマウスの操作等により把持位置４２を画像３４において指定する。また、作業者は、ハンド２がドア９を把持する領域である把持領域４１を指定する。把持領域４１の向きは、ハンド２の姿勢に対応する。把持位置４２は、把持領域４１の内部に設定することができる。

なお、ワークにおける把持位置４２および把持領域４１は、教示装置１０において作業者により指定される形態に限られず、３次元モデル２１に把持位置４２の情報および把持領域４１の情報が含まれていても構わない。

図５に、位置検出部が把持位置を検出する時のドアの状態を説明する拡大斜視図を示す。図３および図５を参照して、次に、ステップ８３において、教示装置１０は、教示点の設定を開始する。始めに、ドア９が閉じた初期状態において、位置検出部１２は、把持位置４２ａを検出する。例えば、位置検出部１２は、予め定められた座標系において把持位置４２ａの座標値を検出する。また、把持位置４２ａの検出には、ワークの向きの検出が含まれる。位置検出部１２は、把持位置４２ａにおけるワークの向きを検出する。ワークの向きとしては、例えば把持領域４１の表面の方向を採用することができる。特に、ワークの向きは、把持位置４２ａにおける把持領域４１に垂直な方向を例示することができる。

ドア９における把持位置４２ａとロボット１の教示点との関係は予め定められている。把持位置４２ａは、ハンド２のツール中心点の位置に対応する。例えば、把持領域４１に垂直な方向に把持位置４２ａから予め定められた距離にて離れた点を教示点の位置に設定することができる。例えば、教示点設定部１３は、予め定められた座標系においてツール中心点の座標値を算出する。また、教示点の設定には、ハンド２の姿勢の設定が含まれる。教示点設定部１３は、位置検出部１２が検出したワークの向きに基づいてハンド２の姿勢を設定することができる。教示点設定部１３は、把持位置４２ａおよび把持領域４１の向きに基づいて、ドア９が閉じた初期状態の教示点を設定することができる。

次に、ステップ８４において、動画生成部１１は、矢印９１に示す方向に向かって、ドア９を動かす。本実施の形態のドア９の動作量は、予め定められた時間間隔にて定められている。動画生成部１１は、所定の時間をかけてドア９を開く方向に動かす。

ステップ８５において、位置検出部１２は、動いた後のドア９の状態に基づいて把持位置４２ｂを検出する。把持位置は、ドア９の動作に基づく移動経路に沿って移動する。教示点設定部１３は、把持位置４２ｂに対応する教示点を設定する。

次に、ステップ８６において、教示点設定部１３は、動画が終了したか否かを判別する。動画が終了していない場合には、制御はステップ８４に移行する。そして、ステップ８４において、動画生成部１１は、予め定められた時間にてドア９を開く。位置検出部１２は、動いた後のドア９の状態に基づいて把持位置４２ｃを検出する。ステップ８５において、教示点設定部１３は、把持位置４２ｃに基づいて、教示点を設定する。

このように、教示装置１０は、アニメーションにて所定の区間ごとにドア９を動かしながら、その時の把持位置４２に基づいて、把持位置４２に対応する教示点を設定することができる。教示点の設定は、動画が終了するまで繰り返される。すなわち、教示点の設定は、ドア９の動作が終了するまで繰り返される。図５においては、ドア９の動作の終了時の把持位置４２ｄに対応する教示点が設定されるまで、教示点の設定が繰り返される。ステップ８６において、動画が終了した場合には、この制御を終了する。

このように、本実施の形態の教示装置は、ワークの動画を用いて、複数の教示点を設定することができる。設定された複数の教示点は、記憶部１７に記憶される。また、教示点の情報には、ハンド２の姿勢の情報が含まれている。

上記の実施の形態においては、ドア９を動かした時に予め定められた時間幅にて教示点を設定しているが、この形態に限られない。教示点は、任意の間隔にて設定することができる。例えば、ワークが予め定められた距離を動くごとに、教示点を設定しても構わない。

また、上記の実施の形態では、予め定められた間隔ごとに教示点を設定しているが、この形態に限られない。動画生成部１１がワークを動かすと共に、位置検出部１２は予め定められた間隔ごとにワークにおける把持位置を検出して、記憶部１７に記憶させることができる。動画におけるワークの動作が終了した後に、教示点設定部１３は、記憶部１７に記憶された複数の把持位置の情報に基づいて、複数の教示点を設定しても構わない。

次に、教示装置１０の動作プログラム生成部１４は、設定された教示点に基づいて動作プログラムを生成する。教示点の情報には、教示点の位置とハンド２の姿勢とが含まれている。動作プログラム生成部１４は、教示点の情報に基づいて、ハンド２の位置および姿勢を設定することができる。動作プログラム生成部１４は、ハンド２の位置および姿勢に基づいて、ロボット１の位置および姿勢を設定することができる。例えば、動作プログラム生成部１４は、逆運動学により、ロボット１の位置および姿勢を算出することができる。動作プログラム生成部１４は、ロボットの位置および姿勢に基づいて、動作プログラムを生成することができる。このように、動作プログラム生成部１４は、ドア９の動作に応じた動作プログラムを生成することができる。

図６に、教示装置の表示部に表示される第３の画像を示す。図６は、ドアが開いたときのロボットとワークの状態を示す画像３２である。教示装置１０の動画生成部１１は、ドア９の動作に加えて、ロボット１の動作も動画にて表示するように形成されている。ロボット１、ハンド２および車体８が含まれる動画では、図２の画像３１から図６の画像３２に連続的に変化するように表示される。そして、作業者は、ロボット１の動作およびドア９の開らく動作が正常であるか否かを確認することができる。

このときのロボット１の駆動速度は、始めに作業者が指定したドア９の開く速度に従って定められる。なお、ロボット１の駆動速度が速すぎたり遅すぎたりする場合には、ロボット１の駆動速度を修正しても構わない。

このように、教示装置１０は、動作プログラムを生成することができる。教示装置１０にて生成された動作プログラムは、ロボット制御装置３に送信される。ロボット制御装置３は、動作プログラムに基づいて、ロボット１およびハンド２を駆動することができる。

本実施の形態における教示装置１０では、ドア９に対するハンド２の位置の関係が予め定められている。教示装置１０では、画面上でロボット１を動かすのではなく、ワークとしてのドア９を動かす。そして、動画にてドア９が動く時に、教示点を自動的に設定することができる。本実施の形態の教示装置１０では、ドア９を開けるという作業者が直感的に分かりやすいワークの動作を設定すれば良い。教示装置１０は、ワークの動作に基づいて自動的に教示点を設定する。このために、作業者は、ロボットの複雑な動作を考える必要がなく、容易に教示点を設定することができる。

また、ロボット１のハンド２の種類や大きさを変更した場合には、動作プログラムを変更する必要がある。このような場合において、作業者は、予め入力されたワークの３次元モデルを用いて、ハンドの把持位置および把持領域の設定をすれば、教示装置１０が教示点を設定する。作業者が始めから１個ずつ教示点を設定する必要はないために、容易に教示点の設定を行うことができる。

本実施の形態のドア９は、動作が予め定められている。すなわち、車体８のドア９は、回転軸８ａの周りに回動する方向に移動することが決まっている。動画生成部１１は、動画にて予め定められた方向にワークを動かすとともに、教示点設定部１３は、予め定められた間隔ごとに教示点を設定することができる。作業者がワークの動作が開始する状態とワークの動作が終了する状態とを指定すれば、教示装置１０がロボットの教示点を生成することができる。作業者は、容易に教示点を定めることができる。

上記の実施の形態においては、ワークは１つの定められた動作を行うが、この形態に限られない。ワークの動作は、予め定められていなくても構わない。本実施の形態の教示装置は、ワークを動かす任意のロボットシステムに採用することができる。

図７に、教示装置の表示部に表示される他のロボット装置の画像を示す。画像３５には、ワークを移動するロボット装置が表示いる。ロボット１には、複数の指部４ａを有するハンド４が取り付けられている。ロボット１は、ワークとしての箱６を架台７ａから架台７ｂに搬送する。このロボット装置においては、ワークの動作は予め定められておらずに、任意の経路でワークを移動することができる。ここでの例では、ロボット１は、箱６を矢印９２に示す移動経路にて搬送する。

作業者は、始めにロボット１の位置および姿勢を気にせずに、画面上で箱６の移動経路および箱６の向きを任意に設定することができる。箱６の移動方法は、作業者が画面上で指定することができる。例えば、作業者は、マウスを使って画面上で箱６を移動することにより、架台７ａ上の移動開始時の位置から架台７ｂ上の移動終了時の位置まで箱６が移動するときの状態を設定することができる。または、作業者は、座標等により箱６が移動する経路および箱６の向きを指定しても構わない。教示装置１０は、箱６の移動経路および箱６の向きに基づいて、箱６が移動する動画を生成する。そして、教示装置１０は、箱６の動画に基づいて自動的に教示点を設定することができる。

他の例としては、棚からトレイをロボット装置にて取り出して、所定の場所に移動するロボットシステムに本実施の形態の教示装置を適用することができる。作業者は、ロボットの位置および姿勢を気にせずに、棚からトレイを取り出す時のトレイの移動経路およびトレイの向きを指定すれば良い。この場合も、教示装置は、トレイの移動経路および向きに基づいてトレイが移動する動画を生成する。教示装置は、動画に基づいて教示点を設定することができる。

また、本実施の形態の教示装置は、装置を組み立てる作業を行うロボットシステムに適用することができる。例えば、コンベヤにて搬送された基板に、電子部品を差し込む作業を行うロボットシステムに、本実施の形態の教示装置を適用することができる。作業者は、電子部品の移動経路および電子部品の向きを画面上にて設定する。教示装置は、電子部品が移動する動画を生成し、動画に基づいて教示点を設定することができる。

上記の実施の形態において、位置検出部は、ワークの動画に基づいて予め定められた間隔ごとにワークにおける把持位置を検出しているが、この形態に限られない。例えば、作業者は、ハンドの把持位置を検出する時刻をワークの動画を見ながら画面上で設定しても構わない。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
２，４ ハンド
６ 箱
８ 車体
９ ドア
１０ 教示装置
１１ 動画生成部
１２ 位置検出部
１３ 教示点設定部
１６ 表示部
２１ ３次元モデル
３１，３２，３４，３５ 画像
４１ 把持領域
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ 把持位置
７１，７２ 位置

Claims (3)

1. ワークを把持して動かすロボットの教示点を設定する教示装置であって、
   ワークが動く３次元の動画を作成する動画生成部と、
   動画に表示されるワークにおいて、ロボットに取り付けられるハンドが把持する把持位置を検出する位置検出部と、
   教示点を設定する教示点設定部とを備え、
   ワークにおける前記把持位置と教示点との関係が予め定められており、
   前記位置検出部は、前記動画生成部がワークの動画を動かした時に、ワークにおける前記把持位置を検出し、
   前記教示点設定部は、前記把持位置に基づいて教示点を設定する、ロボットの教示装置。
2. 前記位置検出部は、ワークの動画に基づいて予め定められた間隔ごとに前記把持位置を検出する、請求項１に記載のロボットの教示装置。
3. ワークの動作が予め定められており、
   前記動画生成部は、作業者にて設定された動作が開始するワークの位置および動作が終了するワークの位置に基づいてワークの動画を作成する、請求項１または２に記載のロボットの教示装置。

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