JP2021062443A - 教示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】教示の際、簡単な操作で第１状態および第２状態を切り替えることができる教示方法を提供すること。【解決手段】ロボットアームを第１軸に沿った方向から見て、第１軸および第２軸を通過する直線である第１仮想線を設定したとき、第３軸が第１仮想線に対して一方側に位置している第１状態と、第３軸が第１仮想線に対して他方側に位置している第２状態とを切り替え可能なロボットに対し、ロボットアームの位置および姿勢を教示する教示方法であって、力検出部の検出結果に応じて、第１状態および第２状態を切り替える切替動作を行うことを特徴とする教示方法。【選択図】図７

Description

本発明は、教示方法に関するものである。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。その各種ロボットは、例えば、特許文献１に示すように、基台と、基台に支持されたアームと、力センサーとを有している。このようなロボットでは、力センサーの検出結果に基づいてアームが制御される。

ロボットでは、作業を行うのに先立って、作業におけるロボットアームの位置および姿勢を記憶する教示が行われる。特許文献１に記載されている教示は、オペレーターがロボットアームに力を加えて移動させて、その移動における位置および姿勢を記憶するという方法で行われている。特許文献１に記載されているような教示方法は、水平多関節型ロボットにも適用することができる。

水平多関節型ロボットのロボットアームは、一般に、関節部分が曲がった状態で教示や作業を行う。折れ曲がるパターンとしては、関節の回動軸に沿って見たとき、ヒトの腕に例えて右腕のように曲がった状態と、左腕のように曲がった状態とがある。このような状態を適宜切り替えて教示や作業を行うことにより、ロボットアームが作業を行うのにあたって、無駄な動きをするのを抑制することができる。

特開昭５９−１５７７１５号公報

しかしながら、教示中に前述したような状態の切り替えを行う際、オペレーターは、切り替えを指示する装置を操作する必要がある。このため、オペレーターは、教示中に、ロボットアームに力を加えて移動させつつ、前記装置の操作を行う必要がある。その結果、教示における操作が煩雑になってしまう。

本発明は、前述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下により実現することが可能である。

本適用例の教示方法は、基台と、
前記基台に接続され、第１軸回りに回転する第１アームと、前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回転する第２アームと、前記第２アームに接続され、前記第１軸および前記第２軸と平行な第３軸回りに回転する、または前記第３軸に沿って移動する第３アームと、を有するロボットアームと、
前記ロボットアームに加わった力を検出する力検出部と、を備え、前記ロボットアームを前記第１軸に沿った方向から見て、前記第１軸および前記第２軸を通過する直線である第１仮想線を設定したとき、前記第３軸が前記第１仮想線に対して一方側に位置している第１状態と、前記第３軸が前記第１仮想線に対して他方側に位置している第２状態とを切り替え可能なロボットに対し、前記ロボットアームの位置および姿勢を教示する教示方法であって、
前記力検出部の検出結果に応じて、前記第１状態および前記第２状態を切り替える切替動作を行うことを特徴とする。

本発明の教示方法を実行するロボットシステムの第１実施形態を示す側面図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す力検出部の側面図である。 図３中Ａ−Ａ線断面図である。 図１に示すロボットに対して教示を行っている様子を説明するための図であって、鉛直方向上方から見た図である。 図１に示すロボットに対して教示を行っている様子を説明するための図であって、鉛直方向上方から見た図である。 図１に示すロボットに対して教示を行っている様子を説明するための図であって、鉛直方向上方から見た図である。 図２に示す制御装置の制御動作を説明するための図である。

以下、本発明の教示方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の教示方法を実行するロボットシステムの第１実施形態を示す側面図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す力検出部の側面図である。図４は、図３中Ａ−Ａ線断面図である。図５〜図７は、図１に示すロボットに対して教示を行っている様子を説明するための図であって、鉛直方向上方から見た図である。図８は、図２に示す制御装置の制御動作を説明するための図である。

また、図１および図３〜図７では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言う。また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」と言い、＋ｘ軸方向に平行な方向を「＋ｘ軸方向」とも言い、−ｘ軸方向に平行な方向を「−ｘ軸方向」とも言い、＋ｙ軸方向に平行な方向を「＋ｙ軸方向」とも言い、−ｙ軸方向に平行な方向を「−ｙ軸方向」とも言い、＋ｚ軸方向に平行な方向を「＋ｚ軸方向」とも言い、−ｚ軸方向に平行な方向を「−ｚ軸方向」とも言う。また、ｚ軸およびｚ軸に平行な軸における軸回りの方向を「ｕ軸方向」とも言う。

また、以下では、説明の便宜上、図１中の＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、−ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。また、ロボットアーム２０については、図１中の基台２１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター７側を「先端」と言う。また、図１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。

図１および図２に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム１００は、制御装置１と、ロボット２と、エンドエフェクター７と、を備えている。その他、ロボットシステム１００は、表示装置４１や、入力装置４２等を備えている。

制御装置１は、ロボット２とは異なる位置、すなわち、ロボット２の外側に配置されている。また、図示の構成では、ロボット２と制御装置１とは、ケーブル３００で電気的に接続（以下、単に「接続」とも言う）されているが、これに限定されずケーブル３００を省略し、無線方式で通信を行うようになっていてもよい。すなわち、ロボット２と制御装置１とは、有線通信で接続されていてもよく、また、無線通信で接続されていてもよい。また、制御装置１は、ロボット２が有する基台２１に内蔵されていてもよい。

ロボット２は、図示の構成では、水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットである。図１に示すように、ロボット２は、基台２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、作業ヘッドである第３アーム２４と、力検出部５と、を備えている。第１アーム２２、第２アーム２３および第３アーム２４によりロボットアーム２０が構成される。

また、ロボット２は、第１アーム２２を基台２１に対して回転させる第１駆動部である駆動ユニット２５と、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させる第２駆動部である駆動ユニット２６と、第３アーム２４のシャフト２４１を第２アーム２３に対して回転させるｕ駆動ユニット２７と、シャフト２４１を第２アーム２３に対してｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８と、角速度センサー２９とを備えている。

また、基台２１には、ロボット座標系の原点が設定されている。本実施形態では、ロボット座標の原点Ｏは、後述する第１軸Ｏ１方向から見て、第１軸Ｏ１と重なる位置に設定されている。

図１および図２に示すように、駆動ユニット２５は、第１アーム２２の筐体２２０内に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２５１と、モーター２５１の駆動力を減速する減速機２５２と、モーター２５１または減速機２５２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２５３とを有している。

駆動ユニット２６は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２６１と、モーター２６１の駆動力を減速する減速機２６２と、モーター２６１または減速機２６２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２６３とを有している。

ｕ駆動ユニット２７は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２７１と、モーター２７１の駆動力を減速する減速機２７２と、モーター２７１または減速機２７２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２７３とを有している。

ｚ駆動ユニット２８は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２８１と、モーター２８１の駆動力を減速する減速機２８２と、モーター２８１または減速機２８２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２８３とを有している。

モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。

また、減速機２５２、減速機２６２、減速機２７２および減速機２８２としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、位置センサー２５３、位置センサー２６３、位置センサー２７３および位置センサー２８３は、例えば、角度センサーとすることができる。

駆動ユニット２５、駆動ユニット２６、ｕ駆動ユニット２７およびｚ駆動ユニット２８は、それぞれ、対応する図示しないモータードライバーに接続されており、モータードライバーを介して制御装置１のロボット制御部１１により制御される。

また、角速度センサー２９は、図１に示すように、第２アーム２３に内蔵されている。このため、第２アーム２３の角速度を検出することができる。この検出した角速度の情報に基づいて、制御装置１は、ロボット２の制御を行う。

基台２１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１の上端部には第１アーム２２が連結されている。第１アーム２２は、基台２１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｏ１回りに回転可能となっている。第１アーム２２を回転させる駆動ユニット２５が駆動すると、第１アーム２２が基台２１に対して第１軸Ｏ１回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２５３により、基台２１に対する第１アーム２２の回転量が検出できるようになっている。

また、第１アーム２２の先端部には、第２アーム２３が連結されている。第２アーム２３は、第１アーム２２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｏ２回りに回転可能となっている。第１軸Ｏ１の軸方向と第２軸Ｏ２の軸方向とは同一である。すなわち、第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１と平行である。第２アーム２３を回転させる駆動ユニット２６が駆動すると、第２アーム２３が第１アーム２２に対して第２軸Ｏ２回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２６３により、第１アーム２２に対する第２アーム２３の駆動量、具体的には、回転量が検出できるようになっている。

また、第２アーム２３の先端部には、第３アーム２４が設置、支持されている。第３アーム２４は、シャフト２４１を有している。シャフト２４１は、第２アーム２３に対して、鉛直方向に沿う第３軸Ｏ３回りに回転可能であり、かつ、第３軸Ｏ３に沿って移動可能となっている。このシャフト２４１は、ロボットアーム２０の最も先端のアームである。

シャフト２４１を回転させるｕ駆動ユニット２７が駆動すると、シャフト２４１は、ｚ軸回りに回転する。また、位置センサー２７３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１の回転量が検出できるようになっている。

また、シャフト２４１をｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８が駆動すると、シャフト２４１は、上下方向、すなわち、ｚ軸方向に移動する。また、位置センサー２８３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１のｚ軸方向の移動量が検出できるようになっている。

このように、ロボットアーム２０は、第１アーム２２と、第１アーム２２の基台２１と反対側に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第２軸Ｏ２回りに回動する第２アーム２３と、第２アーム２３に支持され、第２軸Ｏ２とは異なる位置で、かつ、第２軸Ｏ２と平行な第３軸Ｏ３の軸方向に沿って移動する第３アーム２４と、を有する。第１アーム２２および第２アーム２３により、ｘｙ平面での可動範囲を十分に確保することができるとともに、第３アーム２４によりｚ軸方向にも作動することができる。

また、ロボット２では、シャフト２４１の先端を制御点２００とし、この制御点２００を原点とした先端座標系が設定されている。この先端座標系と前述したロボット座標系とは、キャリブレーションは済んでおり、ロボット座標系での座標から先端座標系での座標を計算から求めることができる状態である。
なお、制御点２００は、エンドエフェクター７の先端に設定されていてもよい。

また、シャフト２４１の先端部には、各種のエンドエフェクターが着脱可能に連結される。エンドエフェクターとしては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの、検査に使用するもの等が挙げられる。本実施形態では、エンドエフェクター７が着脱可能に連結される。エンドエフェクター７については、後述する。

なお、エンドエフェクター７は、本実施形態では、ロボット２の構成要素になっていないが、エンドエフェクター７の一部または全部がロボット２の構成要素になっていてもよい。また、エンドエフェクター７は、本実施形態では、ロボットアーム２０の構成要素になっていないが、エンドエフェクター７の一部または全部がロボットアーム２０の構成要素になっていてもよい。

図１に示すように、エンドエフェクター７は、シャフト２４１に取り付けられた取り付け部７１と、取り付け部７１に設けられたモーター７２と、モーター７２の回転軸に、着脱可能に同心的に取り付けられたねじ用限界ゲージ３とを有している。このエンドエフェクター７は、シャフト２４１の先端部に着脱可能に連結される。

また、モーター７２としては、特に限定されないが、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーター、ステッピングモーター等が用いられる。

また、エンドエフェクター７は、モーター７２の回転軸の回転角度を検出する図示しない角度センサーを有しており、その角度センサーにより、モーター７２の回転軸の回転角度が検出できるようになっている。

このエンドエフェクター７では、モーター７２の回転軸とねじ用限界ゲージ３との間に歯車やベルト等の動力伝達機構が介在している場合に比べて、バックラッシュによる回転精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、エンドエフェクター７は、ロボットアーム２０に対して着脱可能であるが、これに限定されず、例えば、エンドエフェクター７は、ロボットアーム２０から離脱不能になっていてもよい。

次に、力検出部５について説明する。
図１および図３に示すように、力検出部５は、ロボット２に加わる力、すなわち、ロボットアーム２０および基台２１に加わる力を検出するものである。力検出部５は、基台２１の下方、すなわち、−ｚ軸側に設けられており、基台２１を下方から支持している。

また、図３に示すように、力検出部５は、第１プレート５１と、第２プレート５２と、第１プレート５１と第２プレート５２との間に配置された筒状部５３と、複数、本実施形態では、４つの素子５４とを有し、外形形状が円柱状をなす部材である。また、４つの素子５４は、第１プレート５１と、第２プレート５２との間で挟持されている。また、素子５４の数は、これに限定されず、３つ以下でもよく、５つ以上でもよい。

第１プレート５１および第２プレート５２は、円板状をなし、＋ｚ軸側からこの順で離間して配置されている。なお、第１プレート５１および第２プレート５２の平面視における形状は、円形に限定されず、いかなる形状であってもよい。

筒状部５３は、本実施形態では、円筒状をなし、素子５４を保護する機能を有する。
各素子５４は、円形をなすように等間隔で配置されている。これにより、各素子５４に加わる力が可及的に均一になり、正確に力を検出することができる。

各素子５４は、例えば、水晶等の圧電体で構成され、外力を受けると電荷を出力するものを用いることができる。また、制御装置１は、この電荷量に応じて、エンドエフェクター７が受けた外力に変換することができる。また、このような圧電体であると、設置する向きに応じて、外力を受けた際に電荷を発生させることができる向きを調整可能である。

本実施形態では、各素子５４は、図４に示すように、鉛直方向の成分の力Ｆｚと、ｚ軸回り、すなわち、ｕ軸方向の力Ｆｕとを検出することができる。すなわち、力検出部５は、第３軸Ｏ３の軸方向の力Ｆｚを検出する。これにより、シャフト２４１をｚ軸方向に沿って移動させる作業をより正確に行うことができる。

このようなロボット２には、ケーブル３００を介して制御装置１が接続されている。
図２に示すように、制御装置１は、本発明の教示方法を実行するロボット制御部１１と、エンドエフェクター制御部１２と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５と、を備えており、ロボット２、エンドエフェクター７のモーター７２および表示装置４１等、ロボットシステム１００の各部の駆動をそれぞれ制御する。

次に、制御装置１について説明する。
図１に示すように、制御装置１は、ロボット２の駆動を制御する機能を有し、ロボット２に対して通信可能に接続されている。なお、ロボット２と制御装置１との通信は、それぞれ、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。また、図示の構成では、制御装置１は、ロボット２とは異なる位置、すなわち、離れた位置に配置されているが、ロボット２に内蔵されていてもよい。

図２に示すように、制御装置１は、ロボット制御部１１と、エンドエフェクター制御部１２と、表示制御部１３と、と、メモリー等を備える記憶部１４と、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備える受付部１５と、を含む。制御装置１の各構成要素は、種々のバスを介して相互通信可能に接続されている。

ロボット制御部１１は、ロボット２の駆動、すなわち、ロボットアーム２０等の駆動を制御する。ロボット制御部１１は、ＯＳ等のプログラムがインストールされたコンピューターである。このロボット制御部１１は、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムが記憶されたＲＯＭとを有する。また、ロボット制御部１１の機能は、例えば、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。

また、ロボット制御部１１は、力検出部５の各素子５４が検出した力の大きさおよび方向と、ロボット座標の原点および制御点の位置関係と、に基づいて、ロボットアーム２０に力が加わった位置および力の大きさを推定することができる。この推定の際に用いる検量線や演算式は、記憶部１４に記憶されている。

エンドエフェクター制御部１２は、モーター７２の駆動を制御する。エンドエフェクター制御部１２は、ＯＳ等のプログラムがインストールされたコンピューターである。このエンドエフェクター制御部１２は、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムが記憶されたＲＯＭとを有する。また、エンドエフェクター制御部１２の機能は、例えば、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。

表示制御部１３は、表示装置４１にウィンドウ等の各種の画面や文字等を表示させる機能を有している。すなわち、表示制御部１３は、表示装置４１の駆動を制御する。この表示制御部１３の機能は、例えばＧＰＵ等により実現することができる。

記憶部１４には、ロボット制御部１１、エンドエフェクター制御部１２および表示制御部１３、により実行可能な各種プログラム、制御動作中に用いる基準データ、閾値、検量線等が記憶されている。なお、各種プログラムには、本発明の教示方法を実行するためのプログラムが含まれている。また、記憶部１４には、受付部１５で受け付けた各種データの記憶が可能である。記憶部１４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。なお、記憶部１４は、非着脱式に限らず、着脱式の外部記憶装置を有する構成であってもよい。また、記憶部１４は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して別の場所に設置されていてもよい。

受付部１５は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備え、ロボット２、表示装置４１および入力装置４２等の各接続のために用いられる。この受付部１５は、入力装置４２からの教示信号を受信、すなわち、取得する取得部として機能する。ここで、「教示信号」は、入力装置４２が操作された際に、入力装置４２から送信される信号、すなわち、タイミング信号のことである。教示者が任意のタイミングで入力装置４２を操作し、受付部１５が入力装置４２からの信号を取得したときのロボットアーム２０の位置および姿勢が教示情報として記憶部１４に記憶されることにより教示が行われる。

なお、「ロボットアーム２０の位置および姿勢」のうちの、「位置」は、ロボットアーム２０の制御点２００のロボット座標系における座標のことを言い、「姿勢」は、第１アーム２２および第２アーム２３の姿勢のことを言う。位置センサー２５３および位置センサー２６３からの出力結果に基づいて、第１アーム２２および第２アーム２３の姿勢を認識することができる。また、第１アーム２２および第２アーム２３の姿勢からロボットアーム２０の制御点２００のロボット座標における座標を特定することができる。記憶部１４には、これらの関係性を示す検量線が記憶されている。

受付部１５が教示信号を取得すると、ロボット制御部１１が位置センサー２５３および位置センサー２６３の検出結果と、検量線とに基づいて、そのときの制御点の位置を特定し、その位置、すなわち、座標を教示点とする。この教示点の情報は、記憶部１４に記憶され、ロボット２によって行われる作業に使用される。

なお、制御装置１には、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部１４に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部１４に記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納されており、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。

表示装置４１は、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等で構成された図示しないモニターを備えており、例えば、ウィンドウ等の各種の画面等を含む各種の画像や文字等を表示する機能を有する。

入力装置４２は、例えば、マウス、キーボード、モバイル端末、ティーチングペンダント等で構成されている。したがって、ユーザーは、入力装置４２を操作することで、制御装置１に対して各種の処理等の指示を行うことができる。また、入力装置４２は、後述するような、教示ボタン、切替ボタン、教示開始ボタンおよび教示終了ボタン等を有する。

なお、本実施形態では、表示装置４１および入力装置４２の代わりに、表示装置４１および入力装置４２を兼ね備えた表示入力装置を設けてもよい。表示入力装置としては、例えば静電式タッチパネルや感圧式タッチパネル等のタッチパネルを用いることができる。また、入力装置４２は、音声等の音を認識する構成であってもよい。

また、表示装置４１および入力装置４２の少なくとも一方がロボット２、例えば、第２アーム２３に設けられていてもよい。

以上、ロボットシステム１００の構成について説明した。
次に、ロボットアーム２０が作業を行うのに先立って、ロボットアーム２０の位置および姿勢を記憶部１４に記憶するティーチング、すなわち、教示について説明する。なお、本発明の教示方法の方式は、オペレーターが実際にロボットアーム２０を押したり引っ張ったりして教示を行う直接教示、すなわち、ダイレクトティーチである。

例えば、図５に示すように、ロボットアーム２０が実線で示す位置および姿勢から、二点鎖線で示す位置および姿勢に移動するような作業を行う場合、すなわち、制御点２００が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動するような作業を行う場合、オペレーターがロボットアーム２０を実際に移動させて、その経路を記憶部１４に記憶する。

具体的には、例えば、オペレーターが第２アーム２３の所定部位を押すと、力検出部５に間接的に力が加わる。この力に基づいて、ロボット制御部１１が、第２アーム２３に加わった力の大きさおよび方向を推定する。そして、この推定結果に基づいて、ロボット制御部１１が、駆動ユニット２５および駆動ユニット２６を駆動し、オペレーターがロボットアーム２０を動かそうとした方向にロボットアーム２０が移動、変位し、ロボットアーム２０の位置および姿勢が変更される。

このような動作を、制御点２００が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動するまで行いつつ、所定のタイミングで位置姿勢を記憶部１４に順次記憶する。これにより、ロボットアーム２０が実線で示す位置および姿勢から、二点鎖線で示す位置および姿勢に移動、変位する過程を記憶することができる。

ここで、図５〜図７に示すように、ロボットアーム２０は、後述する切替動作以外は、基本的に関節が折れ曲がった状態で作業を行う。また、教示を行う工程においても、後述する切替動作以外は、ロボットアーム２０は、基本的に折れ曲がった状態で変位する。なお、後述する切替動作の際に、第１仮想線Ｖ１および第２仮想線Ｖ２が瞬間的に一直線上に位置するが、これ以外は、ロボットアーム２０は、折れ曲がった状態である。

折れ曲がった状態とは、第１アーム２２と第２アーム２３とが一直線上に位置していない状態のことを言う。すなわち、ロボット２を第１軸Ｏ１に沿った方向、すなわち、鉛直上方から見た平面視において、第１軸Ｏ１および第２軸Ｏ２を通過する直線である第１仮想線Ｖ１を設定し、第２軸Ｏ２および第３軸Ｏ３を通過する直線である第２仮想線Ｖ２を設定したとき、第１仮想線Ｖ１および第２仮想線Ｖ２が一直線上に位置していない状態のことを言う。さらに換言すれば、鉛直上方から見た平面視において、第３軸Ｏ３が第１仮想線Ｖ１とは重なっていない状態のことを言う。

また、ロボットアーム２０が折れ曲がった状態には、以下のような２つのパターンがある。

（ｉ）鉛直上方から見た平面視において、第３軸Ｏ３が第１仮想線Ｖ１よりも一方側に位置している。本実施形態では、一方側を、図５〜図７中左側として説明する。

（ii）鉛直上方から見た平面視において、第３軸Ｏ３が第１仮想線Ｖ１よりも他方側に位置している。本実施形態では、他方側を、図５〜図７中右側として説明する。

以下では、上記（ｉ）の状態を第１状態と言い、上記（ii）の状態を第２状態と言う。なお、第１状態は、右腕系とも言え、第２状態は、左腕系とも言える。

さて、ロボット２に教示を行う際、例えば、制御点２００が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動するような教示を行う場合、オペレーターは、図５に示すように、第１状態のまま教示を行ったり、図６に示すように、途中で第１状態と第２状態とを切り替えるよう操作して教示を行うことがある。

第１状態および第２状態を切り替える切替動作においては、ロボット制御部１１が、駆動ユニット２６を駆動して、第１アーム２２に対し第２アーム２３を回転駆動する。これにより、図７中実線で示す第１状態から図７中二点鎖線で示す第２状態に切り替えることができる。

このように、ロボット２は、第１アーム２２を基台２１に対して回転させる第１駆動部である駆動ユニット２５と、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させる第２駆動部である駆動ユニット２６と、を備える。また、切替動作では、第２駆動部である駆動ユニット２６を駆動する。これにより、第１状態および第２状態の切り替えにおいてオペレーターの負担を軽減することができる。

また、途中で第１状態および第２状態を切り替えることにより、例えば、第１アーム２２の基台２１に対する回転量を小さくすることができる。このため、第１アーム２２の基台２１に対する回転量と、第２アーム２３の第１アーム２２に対する回転量とを合算したトータルの回転量を小さくすることができる。特に、第１アーム２２の基台２１に対する回転量を小さくすることにより、消費電力を効果的に抑制することができる。

このような切り替えを行うに際し、従来では、オペレーターがロボットアーム２０を動かす操作を行うのを一旦停止し、所望のタイミングで教示用のデバイスを持って切替ボタンを押す等の操作を行っていた。しかしながら、このような方法では、一連の操作が煩雑になってしまい、簡単に切替動作を行わせることができない。

これに対し、ロボットシステム１００では、力検出部５の検出結果に応じて、第１状態および第２状態が切り替わる、すなわち、現状の状態から他方の状態に切り替わるよう構成した。本実施形態では、オペレーターがロボットアーム２０を基台２１から遠ざかる方向に引っ張る操作を行うことをトリガーとして切替動作を行うよう構成した。これにより、従来のような教示用のデバイスを持って切替ボタンを押す等の操作を省略することができ、オペレーターは、ロボットアーム２０を動かす動作と、切替指示の操作とを一連の流れで行うことができる。よって、状態の切替を容易に行わせることができる。

具体的には、力検出部５が、第１軸Ｏ１から第３軸Ｏ３に向かう方向、本実施形態では、原点Ｏから第３軸Ｏ３の力成分が閾値を超えた場合、ロボット２は、切替動作を行う。なお、この閾値は、予め記憶部１４に記憶されている設定値である。このように、閾値を設け、閾値を超えた場合に切替指示があったとみなす構成であるため、例えば、折れ曲がっているロボットアーム２０を伸ばそうと引っ張る操作と切替指示とを区別することができる。よって、切替動作を正確に行うことができる。

また、ロボット制御部１１は、切替指示を受けた際、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２とのなす角度θが、所定値未満であった場合、切替動作を許容し、角度θが所定値以上であった場合、切替動作を禁止する。これにより、例えば、折れ曲がっているロボットアーム２０を伸ばそうと引っ張る操作と切替指示とを区別することができる。よって、切替動作を正確に行うことができる。

次に、図８に示すフローチャートに基づいて、ロボット制御部１１の制御動作、すなわち、本発明の教示方法を説明する。なお、以下の説明では、ステップＳ１００〜ステップＳ７００は、オペレーターが行う工程であり、ステップＳ１〜ステップＳ２０は、ロボット制御部１１が行う工程である。

まず、ステップＳ１００において、オペレーターが入力装置４２の教示開始ボタンを押して教示モードを開始する。これを受けて、ロボット２は、教示モードに移行する（ステップＳ１）。

そして、ステップＳ２において、記憶部１４の記憶領域のうち、前回の教示情報を消去する。なお、本ステップは、省略してもよい。すなわち、過去の教示工程において記憶された情報を記憶しておく構成であってもよい。

次いで、ステップＳ３において、第１状態および第２状態のうち、現在の状態を検出、特定し、記憶する。本ステップでは、位置センサー２５３および位置センサー２６３からの出力結果に基づいて、第１アーム２２および第２アーム２３の姿勢を認識し、第１状態および第２状態のいずれであるかを特定することができる。

このようなステップＳ３は、後述する教示工程を実行するのに先立って行われる記憶工程である。この記憶工程を実行することにより、現状の状態をより正確に把握することができる。

この時点で、オペレーターからの教示の操作を受け付けることができ、次いで、教示工程に移行する。ステップＳ５以降が、教示工程である。

次いで、ステップＳ２００において、オペレーターがロボットアーム２０に力を加える。ロボットシステム１００では、力検出部５の検出結果から、ロボットアーム２０に加えられている力の大きさ、方向を算出する。なお、以下では、オペレーターが第２アーム２３に力を加えていることとする。

次いで、ステップＳ４において、力検出部５の検出結果から、ロボットアームに加わっている外力の大きさ、方向を推定する。次いで、ステップＳ５において、ステップＳ４で算出した力の大きさ、方向を以下のように判断する。

ケース１：検出した力の大きさが第１閾値Ｆａ未満である。この場合、オペレーターからの力が不十分であると判断し、ステップＳ４に戻り、再度、力の大きさ、方向を推定する。

ケース２：検出した力が所定時間、０である。この場合、オペレーターがステップＳ３００で教示ボタンを押して、ステップＳ１７に移行する。

ケース３：検出した力の大きさが第１閾値Ｆａ以上である。この場合、オペレーターがロボットアーム２０に力を加えたと判断し、ステップＳ６に移行する。

次いで、ステップＳ６では、現時点でのロボットアームの折れ曲がりの程度、すなわち、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２とのなす角度θと、予め設定された閾値である所定角度θａと、を比較し、以下のように判断する。

ケース１：角度θが所定角度θａ以上である。この場合、ステップＳ９に移行して、外力が加えられた大きさ、方向に応じて、ロボットアーム２０の位置および姿勢を変更し、制御点２００の位置を変更する。すなわち、外力の方向に沿って、ロボット２の手先位置が移動するようなコマンドをロボット２に発行する。なお、ステップＳ９におけるロボットアーム２０の変位、移動に伴い、例えば、所定時間間隔で、ロボットアーム２０の位置および姿勢を記憶するのが好ましい。この場合、第３アーム２４に設定された制御点２００の位置と、第１状態および前記第２状態のうちのいずれの状態であるかの情報と、を関連付けて記憶するのが好ましい。これにより、位置および姿勢を正確に記憶することができる。
ケース２：角度θが所定角度θａ未満である。この場合、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、鉛直上方から見たとき、ロボット２の原点Ｏと第３軸Ｏ３とを結ぶ直線と、外力の方向とのなす角度θ１を算出する。

次いで、ステップＳ８において、ステップＳ７で算出した角度と、予め設定されている閾値である所定角度θｂとを比較し、以下のように判断する。

ケース１：ステップＳ７で算出した角度が、所定角度θｂ以上である。この場合、通常の教示における操作であると判断し、前述したステップＳ９に移行する。

ケース２：ステップＳ７で算出した角度が、所定角度θｂ未満である。この場合、引っ張り操作であると判断し、ステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、ステップＳ４で検出した力の大きさと、第２閾値Ｆｂとを比較し、以下のように判断する。

ケース１：検出した力の大きさが第２閾値Ｆｂ未満である。この場合、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、外力を打ち消して、ロボットアーム２０の動作を固定するような指令を、駆動ユニット２５および駆動ユニット２６に発行する。そして、再度、ステップＳ４に戻る。

ケース２：検出した力の大きさが第２閾値Ｆｂ以上である。この場合、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、第１アーム２２を現在の位置および姿勢とし、かつ、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させて、第１仮想線Ｖ１および第２仮想線Ｖ２が一直線になるような指令を、駆動ユニット２６に発行する。

次いで、ステップＳ１３において、記憶部１４に記憶されている状態の情報を反転し、更新する。すなわち、第１状態および第２状態のうち、ステップＳ３において記憶している状態の情報から、他方の状態の情報に更新し、記憶する。

次いで、ステップＳ１４において、第１アーム２２を現在の位置および姿勢とし、かつ、第１仮想線Ｖ１および第２仮想線Ｖ２が一直線の状態で固定されるような指令を、駆動ユニット２５および駆動ユニット２６に発行する。

次いで、ステップＳ１５において、現時点での検出した力の大きさと、第２閾値Ｆｂとを比較し、以下のように判断する。

ケース１：検出した力の大きさが第２閾値Ｆｂ以上である。この場合、再度、ステップＳ１４に戻る。

ケース２：検出した力の大きさが第２閾値Ｆｂ未満である。この場合、オペレーターによる引っ張り操作が終わったと判断し、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、第１仮想線Ｖ１および第２仮想線Ｖ２が一直線の状態から、さらに、ステップＳ１４で回転させる方向と同方向に第２アーム２３を回転させる。この回転角度は、例えば、２°以上２０°以下程度である。このステップＳ１６において、第１状態および第２状態の切替動作が完了する。
そして、ステップＳ４に戻り、以降のステップを順次繰り返す。

また、ステップＳ３００において、オペレーターが教示ボタンを押すと、ロボットシステム１００では、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、現時点での位置および姿勢を記憶する。

次いで、オペレーターが、ステップＳ４００において、教示モードを終了するか否かを判断し、ステップＳ５００において、教示モード終了ボタンを押す。これを受けて、ロボットシステム１００では、ステップＳ１８において、教示モードを終了する。

次いで、オペレーターがステップＳ６００において、制御装置１に設けられた図示しない作業開始ボタンを押す。これを受けて、ロボットシステム１００では、ステップＳ１９において、記憶部１４に記憶されているプログラムおよび教示情報に基づいて、作業を実行する。

そして、オペレーターがステップＳ７００において、作業停止ボタンを押すとロボットシステム１００では、ステップＳ２０において、作業を停止する。

以上説明したように、本発明の教示方法は、基台２１と、基台２１に接続され、第１軸Ｏ１回りに回転する第１アーム２２と、第１アーム２２に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第２軸Ｏ２回りに回転する第２アーム２３と、第２アーム２３に接続され、第１軸Ｏ１および第２軸Ｏ２と平行な第３軸Ｏ３回りに回転する、または第３軸Ｏ３に沿って移動する第３アーム２４と、を有するロボットアーム２０と、ロボットアーム２０に加わった力を検出する力検出部５と、を備え、ロボットアーム２０を第１軸Ｏ１に沿った方向から見て、第１軸Ｏ１および第２軸Ｏ２を通過する直線である第１仮想線Ｖ１を設定したとき、第３軸Ｏ３が第１仮想線Ｖ１に対して一方側に位置している第１状態と、第３軸Ｏ３が第１仮想線Ｖ１に対して他方側に位置している第２状態とを切り替え可能なロボットに対し、ロボットアーム２０の位置および姿勢を教示する教示方法である。そして、力検出部５の検出結果に応じて、第１状態および第２状態を切り替える切替動作を行う。これにより、従来のような教示用のデバイスを持って切り替えボタンを押す等の操作を省略することができ、オペレーターは、ロボットアーム２０を動かす動作と、切替指示の操作とを一連の流れで行うことができる。よって、切替動作を容易に行わせることができる。

また、第１軸Ｏ１に沿った方向から見て、第１軸Ｏ１と第３軸Ｏ３とを結ぶ直線と、力検出部５が検出した力の方向とのなす角度θ１が所定角度未満であり、かつ、力検出部５が検出した力の大きさが閾値未満であった場合、切替動作を行う。このように、検出した力の大きさ、方向に閾値を設け、閾値を超えた場合に切替指示があったとみなす構成であるため、例えば、折れ曲がっているロボットアーム２０を伸ばそうと引っ張る操作と切替指示とを区別することができる。よって、切替動作を正確に行うことができる。

また、第１軸Ｏ１に沿った方向から見て、第２軸Ｏ２および第３軸Ｏ３を通過する直線である第２仮想線Ｖ２を設定したとき、教示工程では、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２とのなす角度θが所定値未満であった場合、切替動作を許容する。これにより、例えば、折れ曲がっているロボットアーム２０を伸ばそうと引っ張る操作と切替指示とを区別することができる。よって、切替動作を正確に行うことができる。

＜変形例＞
本変形例の教示工程では、切替動作を行う場合、切替動作を開始するときのロボットアームの位置および姿勢と、切替動作が完了したときのロボットアーム２０の位置および姿勢と、を記憶する。これにより、切替動作がどの位置で行われ、第２アーム２３をどの程度回転させたかを教示することができる。よって、作業のおける教示の再現性をさらに高めることができる。

以上、本発明の教示方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各工程の構成は、同様の機能を有する任意の工程に置換することができる。また、他の任意の工程が付加されていてもよい。

また、前記実施形態では、オペレーターが引張操作を行うことが切替動作のトリガーとなるよう構成されていたが、本発明ではこれに限定されず、例えば、オペレーターが所定パターンの振動を加えたりすることをトリガーとする構成であってもよい。

また、前記実施形態では、ロボットアームの回転軸の数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回転軸の数は、例えば、４つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アームの数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、４つ以上でもよい。

１…制御装置、２…ロボット、３…ねじ用限界ゲージ、５…力検出部、７…エンドエフェクター、１１…ロボット制御部、１２…エンドエフェクター制御部、１３…表示制御部、１４…記憶部、１５…受付部、２０…ロボットアーム、２１…基台、２２…第１アーム、２３…第２アーム、２４…第３アーム、２５…駆動ユニット、２６…駆動ユニット、２７…ｕ駆動ユニット、２８…ｚ駆動ユニット、２９…角速度センサー、４１…表示装置、４２…入力装置、５１…第１プレート、５２…第２プレート、５３…筒状部、５４…素子、７１…取り付け部、７２…モーター、１００…ロボットシステム、２００…制御点、２２０…筐体、２３０…筐体、２４１…シャフト、２５１…モーター、２５２…減速機、２５３…位置センサー、２６１…モーター、２６２…減速機、２６３…位置センサー、２７１…モーター、２７２…減速機、２７３…位置センサー、２８１…モーター、２８２…減速機、２８３…位置センサー、３００…ケーブル、Ｆｕ…力、Ｆｚ…力、Ｏ…原点、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸、Ｖ１…第１仮想線、Ｖ２…第２仮想線、θ…角度、θ１…角度、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置

Claims (6)

1. 基台と、
   前記基台に接続され、第１軸回りに回転する第１アームと、前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回転する第２アームと、前記第２アームに接続され、前記第１軸および前記第２軸と平行な第３軸回りに回転する、または前記第３軸に沿って移動する第３アームと、を有するロボットアームと、
   前記ロボットアームに加わった力を検出する力検出部と、を備え、前記ロボットアームを前記第１軸に沿った方向から見て、前記第１軸および前記第２軸を通過する直線である第１仮想線を設定したとき、前記第３軸が前記第１仮想線に対して一方側に位置している第１状態と、前記第３軸が前記第１仮想線に対して他方側に位置している第２状態とを切り替え可能なロボットに対し、前記ロボットアームの位置および姿勢を教示する教示方法であって、
   前記力検出部の検出結果に応じて、前記第１状態および前記第２状態を切り替える切替動作を行うことを特徴とする教示方法。
2. 前記第１軸に沿った方向から見て、前記第１軸と前記第３軸とを結ぶ直線と、前記力検出部が検出した力の方向とのなす角度が所定角度未満であり、かつ、前記力検出部が検出した力の大きさが閾値未満であった場合、前記切替動作を行う請求項１に記載の教示方法。
3. 前記第１軸に沿った方向から見て、前記第２軸および前記第３軸を通過する直線である第２仮想線を設定したとき、前記教示工程では、前記第１仮想線と前記第２仮想線とのなす角度が所定値未満であった場合、前記切替動作を許容する請求項１または２に記載の教示方法。
4. 前記ロボットは、前記第１アームを前記基台に対して回転させる第１駆動部と、前記第２アームを前記第１アームに対して回転させる第２駆動部と、を備え、
   前記切替動作では、前記第２駆動部を駆動する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の教示方法。
5. 前記切替動作を行う場合、前記切替動作を開始するときの前記ロボットアームの位置および姿勢と、前記切替動作が完了したときの前記ロボットアームの位置および姿勢と、を記憶する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の教示方法。
6. 前記第３アームに設定された制御点の位置と、前記第１状態および前記第２状態のうちのいずれの状態であるかの情報と、を関連付けて記憶する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の教示方法。

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