JP2021160048A - 教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来構成に対し、ロボットアーム及びロボットハンドに対してダイレクト教示を行う場合に、作業者の意図通りに教示し易くする。【解決手段】ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換え可能な切換え部３２と、運転モードがハンド教示モードである場合に、ロボットが有するロボットアーム１の位置姿勢を固定するように当該ロボットアーム１が有する制御部１１に対して動作指示を行うとともに、当該ロボットが有するロボットハンド２を外力に追従して動かすように当該ロボットハンド２が有する制御部２１に対して動作指示を行う指示部３３と、運転モードがハンド教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、ロボットハンド２の現在の開度を示すデータを記録部３１に記録させる記録制御部３５とを備えた。【選択図】図２

Description

この発明は、ロボットアーム及びロボットハンドに対してダイレクト教示を行うための教示装置に関する。

従来、ロボットアームに対してダイレクト教示を行うための教示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された教示装置は、作業者の指による操作に応じ、運転モードとして追従モード（教示モード）と他のモードとを切換え可能に構成されている。

特開２０１９−２５６２３号公報

一方、１人の作業者が、ロボットアーム及びロボットハンドに対してダイレクト教示を行う場合もある。この場合、ロボットアームのみに対するダイレクト教示に対して複雑な教示となるため、作業者の意図通りに教示し難くなり、改善が求められている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対し、ロボットアーム及びロボットハンドに対してダイレクト教示を行う場合に、作業者の意図通りに教示し易くなる教示装置を提供することを目的としている。

この発明に係る教示装置は、ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換え可能な切換え部と、運転モードがハンド教示モードである場合に、ロボットが有するロボットアームの位置姿勢を固定するように当該ロボットアームが有する制御部に対して動作指示を行うとともに、当該ロボットが有するロボットハンドを外力に追従して動かすように当該ロボットハンドが有する制御部に対して動作指示を行う指示部と、運転モードがハンド教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、ロボットハンドの現在の開度を示すデータを記録部に記録させる記録制御部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対し、ロボットアーム及びロボットハンドに対してダイレクト教示を行う場合に、作業者の意図通りに教示し易くなる。

実施の形態１に係るロボットの構成例を示す図である。 実施の形態１に係る指令部の構成例を示す図である。 実施の形態１に係る指令部の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る指令部の構成例を示す図である。 実施の形態２における変化量判定部及び切換え部の動作例を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るロボットの構成例を示す図である。
ロボットは、図１に示すように、ロボットアーム１、ロボットハンド２及び指令部３を備えている。そして、図１では指令部３に教示装置が適用されている。教示装置は、作業者がロボットアーム１及びロボットハンド２に対してダイレクト教示を行うための装置である。ロボットアーム１に対するダイレクト教示は、ロボットアーム１に対する位置姿勢のダイレクト教示である。位置姿勢とは、位置及び姿勢を意味する。また、ロボットハンド２に対するダイレクト教示は、ロボットハンド２に対する開度のダイレクト教示である。

なお、ロボットには、運転モードとして、教示モード及びその他のモードが設定されている。また、教示モードには、ロボットアーム１に対してダイレクト教示を行うためのアーム教示モード、及び、ロボットハンド２に対してダイレクト教示を行うためのハンド教示モードが設定されている。

ロボットアーム１は、図１に示すように、制御部（モータドライバ）１１、モータ１２及びトルク検出部１３を備えている。ロボットアーム１が複数の関節を有する場合には、上記構成（制御部１１、モータ１２及びトルク検出部１３）は関節毎に設けられる。

制御部１１は、指令部３の後述する指示部３３による指示に応じ、モータ１２を駆動制御する。
モータ１２は、制御部１１による駆動制御に応じて動作する。また、モータ１２は、モータ１２が取付けられた関節の回転角度を検出する角度検出部（不図示）を有している。
トルク検出部１３は、モータ１２におけるトルク（アームトルク）を検出する。

なお図１では、ロボットアーム１が、モータ１２におけるトルクを検出するトルク検出部１３を備えた場合を示している。しかしながら、これに限らず、ロボットアーム１は、モータ１２におけるトルクに相当するその他のパラメータを検出する検出部を備えていてもよい。

例えば、ロボットアーム１は、トルク検出部１３に代えて、ダブルエンコーダ式の検出部を備えていてもよい。この検出部は、モータ１２が有する出力軸の駆動側の回転角度を検出するエンコーダ、当該出力軸の負荷側の回転角度を検出するエンコーダ、及び推定部を有する。そして、推定部は、２つのエンコーダによる検出結果から上記出力軸のねじれ量を求め、当該ねじれ量及び当該出力軸の剛性からモータ１２に加わる負荷を上記パラメータとして推定する。
また例えば、ロボットアーム１は、トルク検出部１３に代えて、電流検知式の検出部を備えていてもよい。この検出部は、推定部を有する。推定部は、制御部１１に流れる電流値からモータ１２に加わる負荷を上記パラメータとして推定する。
また例えば、ロボットアーム１は、トルク検出部１３に代えて、ロボットアーム１の手先に力覚センサを備えていてもよい。この力覚センサは、作業者がロボットアーム１の手先に加えている力及びトルクの大きさ及び方向を３次元空間ベクトルで示すことができ、これにより上記パラメータを検出できる。

ロボットハンド２は、図１に示すように、制御部（モータドライバ）２１、モータ２２及びトルク検出部２３を備えている。

制御部２１は、指令部３の後述する指示部３３による指示に応じ、モータ２２を駆動制御する。
モータ２２は、制御部２１による駆動制御に応じて動作する。また、モータ２２は、ロボットハンド２の開度を検出する開度検出部（不図示）を有している。
トルク検出部２３は、モータ２２におけるトルク（ハンドトルク）を検出する。

なお図１では、ロボットハンド２が、モータ２２におけるトルクを検出するトルク検出部２３を備えた場合を示している。しかしながら、これに限らず、ロボットハンド２は、モータ２２におけるトルクに相当するその他のパラメータを検出する検出部を備えていてもよい。

例えば、ロボットハンド２は、トルク検出部２３に代えて、ダブルエンコーダ式の検出部を備えていてもよい。この検出部は、モータ２２が有する出力軸の駆動側の回転角度を検出するエンコーダ、当該出力軸の負荷側の回転角度を検出するエンコーダ、及び推定部を有する。そして、推定部は、２つのエンコーダによる検出結果から上記出力軸のねじれ量を求め、当該ねじれ量及び当該出力軸の剛性からモータ２２に加わる負荷を上記パラメータとして推定する。
また例えば、ロボットハンド２は、トルク検出部２３に代えて、電流検知式の検出部を備えていてもよい。この検出部は、推定部を有する。推定部は、制御部２１に流れる電流値からモータ２２に加わる負荷を上記パラメータとして推定する。

指令部３は、図２に示すように、記録部３１、切換え部３２、指示部３３、計算部３４及び記録制御部３５を備えている。なお、指令部３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。

記録部３１は、ロボットに関する各種データを記録する。この記録部３１は、記録制御部３５による制御に応じ、ロボットアーム１の位置姿勢（角度検出部により検出された関節の回転角度に基づく位置姿勢）を示すデータを記録する。また、記録部３１は、記録制御部３５による制御に応じ、ロボットハンド２の開度（開度検出部により検出されたロボットハンド２の開度）を示すデータを記録する。

記録部３１は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。
なお図２では、記録部３１が指令部３の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記録部３１は指令部３の外部に設けられていてもよい。

切換え部３２は、作業者による操作に応じ、ロボットの運転モードを各種モード（アーム教示モード、ハンド教示モード又はその他のモード）に切換える。この際、作業者は、例えばロボットに設けられたボタン（不図示）を押す等により、運転モードを各種モードへ切換えるよう指示する。

指示部３３は、ロボットアーム１が有する制御部１１に対する動作指示、及び、ロボットハンド２が有する制御部２１に対する動作指示のうちの少なくとも一方の動作指示を行う。

この指示部３３は、運転モードがアーム教示モードである場合に、ロボットハンド２の開度を固定するように制御部２１に対して動作指示を行うとともに、ロボットアーム１を外力に追従して動かすように制御部１１に対して動作指示を行う。
また、指示部３３は、運転モードがハンド教示モードである場合に、ロボットアーム１の位置姿勢を固定するように制御部１１に対して動作指示を行うとともに、ロボットハンド２を外力に追従して動かすように制御部２１に対して動作指示を行う。

なお上記では、指示部３３は、運転モードがアーム教示モードである場合に、ロボットハンド２の開度を固定するように制御部２１に対して動作指示を行うとしたが、この動作指示は必須ではない。

計算部３４は、運転モードがアーム教示モードである場合に、トルク検出部１３による検出結果に基づいて、ロボットアーム１を外力に追従して動かすように、モータ１２に出力する電流値を算出する。計算部３４により算出された電流値は、指示部３３を介して制御部１１に通知される。
また、計算部３４は、運転モードがハンド教示モードである場合に、トルク検出部２３による検出結果に基づいて、ロボットハンド２を外力に追従して動かすように、モータ２２に出力する電流値を算出する。計算部３４により算出された電流値は、指示部３３を介して制御部２１に通知される。

なお、ロボットアーム１がモータ１２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部を備えている場合には、計算部３４は、当該検出部による検出結果を用いて計算を行う。
同様に、ロボットハンド２がモータ２２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部を備えている場合には、計算部３４は、当該検出部による検出結果を用いて計算を行う。

記録制御部３５は、運転モードがアーム教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、現在のロボットアーム１の位置姿勢（角度検出部により検出された関節の回転角度に基づく位置姿勢）を示すデータを記録部３１に記録させる。この際、作業者は、例えばロボットに設けられたボタン（不図示）を押す等により、データの記録を指示する。
また、記録制御部３５は、運転モードがハンド教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、現在のロボットハンド２の開度（開度検出部により検出されたロボットハンド２の開度）を示すデータを記録部３１に記録させる。この際、作業者は、例えばロボットに設けられたボタン（不図示）を押す等により、データの記録を指示する。

次に、図１，２に示す実施の形態１に係る指令部３（教示装置）の動作例について、図３を参照しながら説明する。
ここで、ロボットアーム１に対するダイレクト教示は、作業者がロボットハンド２に触れることなくロボットアーム１を動作させることが可能であるため、容易である。一方、ロボットハンド２に対するダイレクト教示は、実質的に作業者がロボットアーム１の先端に触れている状態にならざるを得ない。そのため、作業者がロボットハンド２の開度を教示している最中にロボットアーム１の位置姿勢がずれる等のように、意に反する動きが生じ易い状態となる。これが、ロボットハンド２に対するダイレクト教示が作業者の意図通りになり難くなる要因の一つである。
そこで、実施の形態１に係る教示装置では、ロボットハンド２に対するダイレクト教示が実施されている場合には、ロボットアーム１に力が伝達されてロボットアーム１の位置姿勢がずれないように、ロボットアーム１の位置姿勢を自動的に固定する。

図１，２に示す実施の形態１に係る指令部３の動作例では、図３に示すように、まず、切換え部３２は、作業者による操作に応じ、ロボットの運転モードをアーム教示モードに切換える（ステップＳＴ３０１）。

次いで、指示部３３は、ロボットハンド２の開度を固定するように制御部２１に対して動作指示を行うとともに、ロボットアーム１を外力に追従して動かすように制御部１１に対して動作指示を行う（ステップＳＴ３０２）。その後、作業者は、ロボットアーム１に対するダイレクト教示を実施する。すなわち、作業者は、ロボットアーム１を直接動かし、ロボットアーム１を所望の位置姿勢とさせる。

次いで、記録制御部３５は、作業者による操作に応じ、現在のロボットアーム１の位置姿勢を示すデータを記録部３１に記録させる（ステップＳＴ３０３）。これにより、記録部３１には、上記ロボットアーム１の位置姿勢を示すデータが、ロボットアーム１に対する教示点を示すデータとして記録される。

次いで、切換え部３２は、作業者による操作に応じ、ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換える（ステップＳＴ３０４）。

次いで、指示部３３は、ロボットアーム１の位置姿勢を固定するように制御部１１に対して動作指示を行うとともに、ロボットハンド２を外力に追従して動かすように制御部２１に対して動作指示を行う（ステップＳＴ３０５）。その後、作業者は、ロボットハンド２に対するダイレクト教示を実施する。すなわち、作業者は、ロボットハンド２を直接動かし、ロボットハンド２を所望の開度とさせる。

次いで、記録制御部３５は、作業者による操作に応じ、現在のロボットハンド２の開度を示すデータを記録部３１に記録させる（ステップＳＴ３０６）。これにより、記録部３１には、上記ロボットハンド２の開度を示すデータが、ロボットハンド２に対する教示点を示すデータとして記録される。

なお上記では、作業者が、ロボットアーム１に対するダイレクト教示を実施し、その後に、ロボットハンド２に対するダイレクト教示を実施する場合を示した。しかしながら、これに限らず、作業者は、ロボットハンド２に対するダイレクト教示を実施し、その後に、ロボットアーム１に対するダイレクト教示を実施してもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、教示装置は、ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換え可能な切換え部３２と、運転モードがハンド教示モードである場合に、ロボットが有するロボットアーム１の位置姿勢を固定するように当該ロボットアーム１が有する制御部１１に対して動作指示を行うとともに、当該ロボットが有するロボットハンド２を外力に追従して動かすように当該ロボットハンド２が有する制御部２１に対して動作指示を行う指示部３３と、運転モードがハンド教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、ロボットハンド２の現在の開度を示すデータを記録部３１に記録させる記録制御部３５とを備えた。これにより、実施の形態１に係る教示装置は、従来構成に対し、ロボットアーム１及びロボットハンド２に対してダイレクト教示を行う場合に、作業者の意図通りに教示し易くなる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る教示装置では、作業者による操作に応じ、運転モードをハンド教示モードに切換える場合を示した。これに対し、実施の形態２に係る教示装置では、運転モードが教示モードである場合において、モータ２２におけるトルク又は当該トルクに相当するパラメータの変化量に基づいて、ハンド教示モードへの切換えを行う場合を示す。
図４は実施の形態２に係る指令部３（教示装置）の構成例を示す図である。図４に示す実施の形態２に係る指令部３は、図２に示す実施の形態１に係る指令部３に対し、変化量判定部３６を追加し、切換え部３２の動作を変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

変化量判定部３６は、トルク検出部２３により検出されたトルクに基づいて、トルクの変化量が規定値以上であるかを判定する。規定値は、作業者がロボットハンド２を開閉していることを検出可能な値であり、例えば力に換算すると１〜３０Ｎ程度である。なお、ロボットハンド２が、トルク検出部２３に代えて、モータ２２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部を備えている場合には、変化量判定部３６は、当該検出部により検出されたパラメータに基づいて、パラメータの変化量が規定値以上であるかを判定する。

実施の形態２における切換え部３２は、ロボットの運転モードが教示モードである場合において、変化量判定部３６により変化量が規定値以上であると判定された場合に、運転モードをハンド教示モードに切換える。また、切換え部３２は、ロボットの運転モードが教示モードである場合において、変化量判定部３６により変化量が規定値未満であると判定された場合に、運転モードをアーム教示モードに切換える。

次に、図４に示す実施の形態２における変化量判定部３６及び切換え部３２の動作例について、図５を参照しながら説明する。なお、ロボットの運転モードはアーム教示モードであるとする。
図４に示す実施の形態２における変化量判定部３６及び切換え部３２の動作例では、図５に示すように、まず、変化量判定部３６は、トルク検出部２３により検出されたトルクに基づいて、トルクの変化量が規定値以上であるかを判定する（ステップＳＴ５０１）。

このステップＳＴ５０１において、変化量判定部３６が変化量が規定値以上であると判定した場合には、切換え部３２は、ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換える（ステップＳＴ５０２）。

一方、ステップＳＴ５０１において、変化量判定部３６が変化量が規定値未満であると判定した場合には、切換え部３２は切換えを行わない。よって、ロボットの運転モードは、アーム教示モードのままとなる。

ここで、作業者がロボットハンド２に対してダイレクト教示を実施している場合には、モータ２２におけるトルクに変化があると考えられる。そこで、実施の形態２に係る教示装置は、モータ２２におけるトルクの変化を監視し、その変化量が規定値以上である場合にハンド教示モードに切換え、ロボットアーム１の位置姿勢を自動的に固定する。一方、この教示装置は、上記トルクの変化量が規定値未満である場合には、アーム教示モードを維持し、ロボットアーム１の位置姿勢は固定しない。これにより、この教示装置は、実施の形態１における効果に加え、作業者による特別な操作を必要とせずに、ロボットアーム１に対するダイレクト教示とロボットハンド２に対するダイレクト教示とを区別可能となる。ロボットハンド２が、トルク検出部２３に代えて、モータ２２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部を備えている場合についても同様である。

なお実施の形態１，２では、教示装置が指令部３に適用された場合を示した。しかしながら、これに限らず、教示装置は指令部３とは別に構成されていてもよい。

また、トルク検出部１３に代わる、モータ１２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部としては、上記に示したものに限らない。
例えば、ロボットアーム１は、トルク検出部１３に代えて、作業者の動きを検出するモーションキャプチャシステムを備えていてもよい。このモーションキャプチャシステムは、作業者がロボットアーム１の手先に外力を加えようとしていること又はその外力の大きさ及び方向を推定でき、この推定により上記パラメータを検出できる。

また、トルク検出部２３に代わる、モータ２２におけるトルクに相当するパラメータを検出する検出部としては、上記に示したものに限らない。
例えば、ロボットハンド２は、トルク検出部２３に代えて、触覚センサを備えていてもよい。この触覚センサは、作業者がロボットハンド２に加えている外力及び方向の変化を検出でき、この検出により上記パラメータを検出できる。
また例えば、ロボットハンド２は、作業者の手の動きを検出する画像認識カメラを備えていてもよい。この画像認識カメラは、作業者がロボットアーム１の手先に接触しようとしていること又は離れようとしていることを画像の変化から推定でき、この推定により上記パラメータを検出できる。
また例えば、ロボットハンド２は、ロボットハンド２の指先のたわみを検出する画像認識カメラを備えていてもよい。この画像認識カメラは、作業者がロボットアーム１の手先に加えている外力又は外力の方向等を画像の変化から推定でき、この推定により上記パラメータを検出できる。
また例えば、ロボットハンド２は、作業者がロボットハンド２の把持力又は開度を変化させようとしていることを判定するスイッチを備えていてもよい。このスイッチは、作業者がロボットハンド２の把持力又は開度を変化させようとしていることを自身の状態の変化から推定でき、この推定により上記パラメータを検出できる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ ロボットアーム
２ ロボットハンド
３ 指令部
１１ 制御部
１２ モータ
１３ トルク検出部
２１ 制御部
２２ モータ
２３ トルク検出部
３１ 記録部
３２ 切換え部
３３ 指示部
３４ 計算部
３５ 記録制御部
３６ 変化量判定部

Claims (4)

1. ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換え可能な切換え部と、
   運転モードがハンド教示モードである場合に、前記ロボットが有するロボットアームの位置姿勢を固定するように当該ロボットアームが有する制御部に対して動作指示を行うとともに、当該ロボットが有するロボットハンドを外力に追従して動かすように当該ロボットハンドが有する制御部に対して動作指示を行う指示部と、
   運転モードがハンド教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、前記ロボットハンドの現在の開度を示すデータを記録部に記録させる記録制御部と
   を備えた教示装置。
2. 前記切換え部は、作業者による操作に応じ、ハンド教示モードへの切換えを行う
   ことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
3. 前記ロボットハンドが有するモータにおけるトルク又は当該トルクに相当するパラメータに基づいて、当該トルク又は当該パラメータの変化量が規定値以上であるかを判定する変化量判定部を備え、
   前記切換え部は、前記変化量判定部により変化量が規定値以上であると判定された場合に、前記ロボットの運転モードをハンド教示モードに切換える
   ことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
4. 前記切換え部は、前記ロボットの運転モードをアーム教示モードに切換え可能であり、
   前記指示部は、運転モードがアーム教示モードである場合に、前記ロボットハンドの開度を固定するように当該ロボットハンドが有する制御部に対して動作指示を行うとともに、前記ロボットアームを外力に追従して動かすように当該ロボットアームが有する制御部に対して動作指示を行い、
   前記記録制御部は、運転モードがアーム教示モードである場合に、作業者による操作に応じ、前記ロボットアームの現在の位置姿勢を示すデータを前記記録部に記録させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の教示装置。

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