JP2023007773A - 教示支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】作業者が設定した教示情報がどのような内容であるかを一目で把握することができる教示支援装置を提供すること。【解決手段】先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを有し、力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うロボットに対して教示を行う教示支援装置であって、前記対象物に設定される複数の教示点に関する情報を取得する教示点取得部と、前記教示点取得部が取得した前記複数の教示点における前記研磨作業の研磨パラメーターに関する情報を取得する研磨パラメーター取得部と、前記複数の教示点のうち、前記教示点を、前記研磨パラメーター取得部が取得した前記研磨パラメーターに基づいた色で前記対象物に重畳して表示する表示制御部と、を備えることを特徴とする教示支援装置。【選択図】図３

Description

本発明は、教示支援装置に関する。
ロボットアームに設けられた力センサーを用いて力制御を行うロボットが知られている。このようなロボットが作業を行うのに先立って、例えば、特許文献１に示すように、ロボットに対して作業情報の教示を行う教示支援装置が開示されている。特許文献１に記載されている教示支援装置では、教示の際、作業対象物にかかる力を表示することにより教示の支援を行う装置が知られている。この教示の支援を行う装置では、作業対象物に教示された教示点毎に、目標力等の教示情報が設定される。
特開平６－２６２５６３号公報
しかしながら、従来の方法では、作業対象物に設定されている複数の教示点における教示情報を一目で把握することが困難であった。
本発明の教示支援装置は、先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを有し、力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うロボットに対して教示を行う教示支援装置であって、
前記対象物に設定される複数の教示点に関する情報を取得する教示点取得部と、
前記教示点取得部が取得した前記複数の教示点における前記研磨作業の研磨パラメーターに関する情報を取得する研磨パラメーター取得部と、
前記複数の教示点のうち、前記教示点を、前記研磨パラメーター取得部が取得した前記研磨パラメーターに基づいた色で前記対象物に重畳して表示する表示制御部と、を備える。
図１は、本発明の教示支援装置を備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。 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に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。 図４は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。 図５は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される設定画面の一例を示す図である。 図６は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。 図７は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。 図８は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。 図９は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。 図１０は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。
＜実施形態＞
図１は、本発明の教示支援装置を備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。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に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。図４は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。図５は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される設定画面の一例を示す図である。図６は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。図７は、図１に示すロボットシステムが備える表示部に表示される画面の一例を示す図である。
以下、本発明の教示支援装置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。なお、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」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター側を「先端」とも言う。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に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置３と、教示装置４と、を備える。また、教示装置４には、教示支援装置１０Ａが内蔵されている。
まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１の構成要件でなくてもよい。
なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。
基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。
本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対し、水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対し、第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対し、第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。
ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。
エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１～モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介して駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。
また、ロボットアーム１０の先端には、制御点ＣＰが設定されている。制御点ＣＰは、ロボットアーム１０の制御を行う際の基準となる点のことである。ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。
また、ロボット１では、ロボットアーム１０に、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３つの検出軸上の力の大きさと、当該３つの検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＴｘ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＴｙ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＴｚ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「回転力成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。
本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間や、基台１１の下方であってもよく、全関節にそれぞれ設置されていてもよい。
力検出部１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、本実施形態では、研磨を行う研磨用工具で構成される。エンドエフェクター２０は、先端に砥石を有し、砥石が回転しつつワークＷ１と接触することにより、ワークＷ１を研磨する。なお、本実施形態においては、研磨用工具として砥石を用いているが、これに限定されず、紙、布、またはフィルムに砥粒を付着させたものやスポンジであってもよい。
また、ロボット座標系において、エンドエフェクター２０の先端の任意の位置、好ましくは砥石の先端にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。前述したように、ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。また、エンドエフェクター２０の種類、特に、長さを把握しておくことにより、ツールセンターポイントＴＣＰと制御点ＣＰとのオフセット量を把握することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰの位置をロボット座標系で把握することができる。したがって、ツールセンターポイントＴＣＰを制御の基準とすることができる。
ワークＷ１は、エンドエフェクター２０による研磨の対象物である。ワークＷ１の表面のうち、研磨される領域が研磨領域である。ワークＷ１としては、電子機器のコネクターや、プラスチック外装品、金属外装品等が挙げられる。
次に、制御装置３について説明する。
制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。この制御装置３は、ロボット１の基台１１に内蔵されていてもよい。
制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１と通信可能に接続される。また、制御装置３は、教示装置４とケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよく、ロボット１を教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティーチングペンダント等を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、別々の筐体を備えていてもよく、一体に構成されていてもよい。
また、教示装置４には、制御装置３に後述する目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするためのプログラムがインストールされていてもよい。教示装置４は、ディスプレイ、プロセッサー、ＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。
図２に示すように、制御装置３は、ロボット１の制御を行うための制御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。制御装置３は、プロセッサーや図示しないＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することによりロボット１を制御する。
また、図２に示すように、制御装置３は、目標位置設定部３Ａと、駆動制御部３Ｂと、記憶部３Ｃと、を有する。記憶部３Ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等で構成される。記憶部３Ｃには、ロボット１を作動させるための動作プログラム等が記憶されている。
目標位置設定部３Ａは、ワークＷ１に対して所定の作業を実行するための目標位置姿勢Ｓｔおよび動作経路を設定する。目標位置設定部３Ａは、教示装置４から入力された教示情報等に基づいて、目標位置姿勢Ｓｔおよび動作経路を設定する。
駆動制御部３Ｂは、ロボットアーム１０の駆動を制御するものであり、位置制御部３０と、座標変換部３１と、座標変換部３２と、補正部３３と、力制御部３４と、指令統合部３５と、を有する。
位置制御部３０は、予め作成されたコマンドで指定される目標位置に従って、ロボット１のツールセンターポイントＴＣＰの位置を制御する位置指令信号、すなわち、位置指令値を生成する。
ここで、制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。
力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス制御とが含まれている。フォーストリガー制御では、力検出部１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０に移動や姿勢の変更の動作をさせる。
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。インピーダンス制御では、ロボットアーム１０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合の設定の１つとしては、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、例えば教示装置４を介して作業者が適宜設定可能である。また、目標力ｆＳｔは、軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ごと、軸回りの方向（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）ごとに設定することもできる。
記憶部３Ｃは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶部３Ｃに記憶する。目標位置姿勢Ｓｔおよび目標力ｆＳｔを引数、すなわち、パラメーターとするコマンドは、ロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。
駆動制御部３Ｂは、設定された目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰにて一致するように、第１アーム１２～第６アーム１７を制御する。目標力ｆＳｔとは、第１アーム１２～第６アーム１７の動作によって達成されるべき力検出部１９の検出力およびトルクである。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系で設定された目標位置のＸ方向成分がＳｔ＝Ｘｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆＳｔ＝ｆＸｔとなる。
また、駆動制御部３Ｂでは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を取得すると、図２に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓに変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆＳをロボット座標系において特定する。
作用力ｆＳの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に力検出原点として定義される。力検出原点は、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆＳを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆＳと、接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、回転力成分として特定される。なお、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０が接触して作業を行う場合、接触点は、ツールセンターポイントＴＣＰとみなすことができる。
補正部３３は、作用力ｆＳに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆＳから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している重力以外の力と見なすことができる。
また、補正部３３は、作用力ｆＳに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆＳから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している慣性力以外の力と見なすことができる。
力制御部３４は、インピーダンス制御を行う。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１～モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０が対象物から力を受ける接触状態の工程や、直接教示を行う際に実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１に接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。
インピーダンス制御では、目標力ｆＳｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１～モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。
また、制御装置３は、エンドエフェクター２０が外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置姿勢Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御する。目標位置姿勢Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードのことを、位置制御モードと言う。
制御装置３は、目標力ｆＳｔと作用力ｆＳとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆＳｔとの力偏差ΔｆＳ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置姿勢Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。
Figure 2023007773000002
式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの２階微分値に仮想質量係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」と言う）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」と言う）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」と言う）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆＳｔから現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆＳ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆＳｔとして一定値が設定される場合や、目標力ｆＳｔとして時間の関数が設定される場合もある。
質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。
質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。
これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよく、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に適宜設定可能である。この入力は、例えば、教示装置４を用いて、作業者によって行われる。
このような質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、力制御パラメーターである。力制御パラメーターは、ロボットアーム１０が実際に作業を行うのに先立って設定される値である。力制御パラメーターには、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋ等が含まれる。
このように、ロボットシステム１００では、力制御を実行中、力検出部１９の検出値、予め設定された力制御パラメーター、および、予め設定された目標力から補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動すべき位置との差のことである。
そして、指令統合部３５は、位置制御部３０が生成した位置指令値Ｐに、力由来補正量ΔＳを合算する。これを随時行うことにより、指令統合部３５は、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置指令値Ｐから、新たな位置指令値Ｐ’を求める。
そして、この新たな位置指令値Ｐ’を座標変換部３１がロボット座標に変換し、実行部３５１が実行することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力に対して応答し、ロボット１に接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。
このような駆動制御部３Ｂによれば、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０を押し付けつつ、力制御を行って、所望の圧力を加えつつ研磨作業を良好に行うことができる。
次に、教示装置４について説明する。
図２に示すように、教示装置４は、各種設定を受け付けたり、動作プログラムを生成したり、図３～図７に示すような画像を生成、表示する装置である。教示装置４は、表示部４０と、制御部４１と、記憶部４２と、通信部４３と、を有する。教示装置４としては、図示の構成では、ノート型パソコンであるが、本発明ではこれに特に限定されず、例えば、デスクトップ型パソコン、タブレット、スマートフォン等であってもよい。
表示部４０は、図５に示すように、作業者が各種情報を入力する設定画面４００や、教示した情報を表示するシミュレーション画像等を表示する。上記各種情報としては、教示点Ｐ１に関する情報、研磨作業の研磨パラメーターに関する情報、前述した力制御パラメーターに関する情報等が挙げられる。
制御部４１は、少なくとも１つのプロセッサーを有する。プロセッサーとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等が挙げられる。制御部４１は、記憶部４２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。各種プログラムとしては、例えば、ロボットアーム１０の動作プログラム、教示プログラム等が挙げられる。これらのプログラムは、教示装置４で生成されたものであってもよく、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の外部記録媒体から記憶されたものであってもよく、ネットワーク等を介して記憶されたものであってもよい。
制御部４１で生成された教示プログラムは、通信部４３を介してロボット１の制御装置３に送信される。これにより、ロボットアーム１０が所定の作業を所定の条件で実行したりすることができる。
また、制御部４１は、教示点取得部４１１と、研磨パラメーター取得部４１２と、色情報取得部４１３と、表示制御部４１４と、を有する。教示点取得部４１１と、研磨パラメーター取得部４１２と、色情報取得部４１３と、表示制御部４１４とにより、教示支援装置１０Ａが構成される。
教示点取得部４１１は、作業者が図５に示す設定画面４００を用いて入力した教示点Ｐ１に関する情報を取得する。教示点Ｐ１は、図３に示すように、ワークＷ１の表面に配置され、ツールセンターポイントＴＣＰが通過すべき点である。図示の構成では、教示点Ｐ１は、格子状に配置されており、各点に対し、通過する順番に関する情報が紐づけられている。これにより、図４に示すような経路を設定することができる。なお、教示点Ｐ１のワークＷ１に対する位置情報は、例えば、ロボット座標系で表される。
研磨パラメーター取得部４１２は、作業者が図５に示す設定画面４００を用いて入力した研磨パラメーターに関する情報を取得する。研磨パラメーターとしては、例えば、研磨用工具に関する情報、砥石の砥粒の材質に関する情報、砥粒の大きさに関する情報、砥石の回転速度、押付力等が挙げられる。図示の構成では、押付力が表示されている。
色情報取得部４１３は、作業者が図５に示す設定画面４００を用いて入力した色情報を取得する。
表示制御部４１４は、複数の教示点Ｐ１のうち、任意の教示点Ｐ１を、研磨パラメーター取得部４１２が取得した研磨パラメーターに基づいた色でワークＷ１に重畳して表示する。すなわち、複数の教示点Ｐ１のうち、任意の教示点Ｐ１を、取得した研磨パラメーターに基づいた色を付けて表示する。このことに関しては、後に詳述する。
記憶部４２は、制御部４１が実行可能な各種プログラムや、各種設定情報等を保存する。記憶部４２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。
通信部４３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて制御装置３との間で信号の送受信を行う。
表示部４０は、表示画面を有する各種ディスプレイで構成されている。本実施形態では、マウス、キーボード等の入力操作部を操作することにより、作業者が各種設定を入力することができる。ただし、この構成に限定されず、例えば、タッチパネル、すなわち、表示部４０が表示機能と入力操作機能とを備える構成であってもよい。また、タッチパネルと、マウス、キーボードを併用する構成であってもよい。
なお、表示部４０としては、図示の構成に限定されず、例えば、対象物や空中に画像を結像させる構成のものであってもよい。
次に、図５に示す設定画面４００について説明する。設定画面４００は、表示部４０に表示される画面であり、作業者が各項目を入力することにより、教示を行うことができる。具体的には、設定画面４００は、入力部４０１と、入力部４０２と、入力部４０３と、入力部４０４と、入力部４０５と、入力部４０６と、入力部４０７と、を有する。
入力部４０１は、教示点Ｐ１の番号を入力して、教示点Ｐ１の番号を複数の範囲で設定する部分である。また、各範囲に、以下の入力部４０２～入力部４０７を用いて、各項目を単独で設定することができる。
入力部４０２は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、表示する色を設定する部分である。すなわち、入力部４０２は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲の右側に色を選択して入力する部分である。
入力部４０３は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、座標系の種類を入力する部分である。座標系の種類には、ローカル座標系、手先座標系、ロボット座標系等がある。
入力部４０４は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、研磨作業を行う際の砥石の押し付け力の方向、大きさを入力する部分である。押し付け力の方向としては、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚがあり、これらのうちから１つを選択することにより設定することができる。また、押し付け力の大きさは、数値を入力することにより、設定することができる。
入力部４０５は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、力制御パラメーターの１つである粘性係数を入力する部分である。なお、この構成に限定されず、例えば、質量係数や、弾性係数や、これらのうちの２つ以上を入力する構成であってもよい。
入力部４０６は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、ツールセンターポイントＴＣＰの移動速度を設定する部分である。移動速度は、数値を入力することにより、設定することができる。
入力部４０７は、入力部４０１で指定した教示点Ｐ１の範囲ごとに、研磨用工具の砥石の回転速度を設定する部分である。砥石の回転速度は、数値を入力することにより、設定することができる。
このような設定画面４００を用いて設定を行うと、図６に示すようなシミュレーション画像が表示される。図６に示すシミュレーション画像では、ワークＷ１と、ワークＷ１上に設定された教示点Ｐ１とが表示されている。また、教示点Ｐ１は、研磨パラメーター取得部４１２が取得した研磨パラメーターに基づいた色でワークＷ１に重畳して表示される。これにより、作業者は、自分が入力した教示情報がどのような内容であるかを一目で把握することができる。特に、教示点Ｐ１に色を付して表示することにより、教示情報がどのような内容であるかを明確に把握することができる。
このように、教示支援装置１０Ａは、先端に研磨用工具であるエンドエフェクター２０が装着されたロボットアーム１０を有し、力制御により制御して、対象物であるワークＷ１に対し研磨作業を行うロボット１に対して教示を行うものであって、ワークＷ１に設定される複数の教示点Ｐ１に関する情報を取得する教示点取得部４１１と、教示点取得部４１１が取得した複数の教示点Ｐ１における研磨作業の研磨パラメーターに関する情報を取得する研磨パラメーター取得部４１２と、複数の教示点Ｐ１のうち、教示点Ｐ１を、研磨パラメーター取得部４１２が取得した研磨パラメーターに基づいた色でワークＷ１に重畳して表示する表示制御部４１４と、を備える。これにより、作業者は、自分が入力した教示情報がどのような内容であるかを一目で把握することができる。特に、教示点Ｐ１に色を付して表示することにより、教示情報がどのような内容であるかを明確に把握することができる。
また、表示制御部４１４は、取得した研磨パラメーターが第１範囲、例えば、押し付け力が４Ｎ以上６Ｎ以下にある場合には、第１色で教示点Ｐ１を表示し、受け付けた研磨パラメーターが第１範囲と異なる第２範囲、例えば、押し付け力が７Ｎ以上１０Ｎ以下にある場合には、第１色と異なる第２色で任意の教示点Ｐ１を表示する。これにより、作業者は、自分が入力した教示情報がどのような内容であるかを一目でより明確に把握することができる。
また、表示制御部４１４は、教示点Ｐ１を含む円を表示する。これにより、作業者は、自分が入力した教示情報がどのような内容であるかを一目でより明確に把握することができる。なお、この構成に限定されず、三角形、四角形またはそれ以上の多角形、星形等いかなる構成であってもよい。
また、研磨パラメーターは、研磨用工具が備える砥石の大きさの情報を含み、表示制御部４１４は、砥石の大きさの情報に応じて、異なる大きさの円を表示する。すなわち、砥石の大きさが大きければ大きいほど表示する円を大きくし、砥石の大きさが小さければ小さいほど表示する円を小さくする。これにより、研磨用工具が備える砥石の大きさを一目で把握することができる。また、実際に研磨する領域を把握することができる。
また、色を設定する情報を取得する色情報取得部４１３を備える。これにより、表示する色を設定することができる。
また、色情報取得部４１３は、設定される色の数と、研磨パラメーターの範囲と、を取得し、表示制御部４１４は、色情報取得部４１３が取得した色の数と研磨パラメーターの範囲とに基づいて、色を表示する構成であってもよい。すなわち、入力した押しつけ力の大きさに応じて、押し付け力の大きいところを例えば赤色で、小さいところを例えば緑色になるよう自動で表示色を振り分ける構成であってもよい。これにより、押し付け力の大きさの違いも一目で把握することができる。さらに、押し付け力の大きさと表示色が関連付けられているため、押し付け力の分布を確認することができる。
なお、図７に示すように、表示された色ごとに矢印を表示する構成であってもよい。この場合、押し付け力に応じて、矢印の色、太さ、長さ等を区別して表示することが好ましい。これにより、押し付け力の大きさの違いを一目で把握することができる。
このように表示制御部４１４は、教示点Ｐ１を含む矢印を表示する。これにより、押し付け力の大きさの違いを一目で把握することができる。
＜ロボットシステムの他の構成例＞
図８は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。
図８には、ロボット１とコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１００Ａの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよく、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。
従って、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。
＜変形例１＞
図９は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。
図９には、ロボット１に直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１００Ｂの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。
＜変形例２＞
図１０は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。
図１０には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１とコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１００Ｃの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよく、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。
従って、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つを「制御装置」として捉えることができる。
以上、本発明の教示支援装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、教示支援装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
１…ロボット、３…制御装置、３Ａ…目標位置設定部、３Ｂ…駆動制御部、３Ｃ…記憶部、４…教示装置、１０…ロボットアーム、１０Ａ…教示支援装置、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、２０…エンドエフェクター、３０…位置制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…力制御部、３５…指令統合部、４０…表示部、４００…設定画面、４０１…入力部、４０２…入力部、４０３…入力部、４０４…入力部、４０５…入力部、４０６…入力部、４０７…入力部、４１…制御部、４１１…教示点取得部、４１２…研磨パラメーター取得部、４１３…色情報取得部、４１４…表示制御部、４２…記憶部、４３…通信部、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、３５１…実行部、ＣＰ…制御点、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｐ…位置指令値、Ｐ’…位置指令値、Ｐ１…教示点、Ｗ１…ワーク、ΔＳ…力由来補正量

Claims (7)

  1. 先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを有し、力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うロボットに対して教示を行う教示支援装置であって、
    前記対象物に設定される複数の教示点に関する情報を取得する教示点取得部と、
    前記教示点取得部が取得した前記複数の教示点における前記研磨作業の研磨パラメーターに関する情報を取得する研磨パラメーター取得部と、
    前記複数の教示点のうち、前記教示点を、前記研磨パラメーター取得部が取得した前記研磨パラメーターに基づいた色で前記対象物に重畳して表示する表示制御部と、を備えることを特徴とする教示支援装置。
  2. 前記表示制御部は、取得した前記研磨パラメーターが第１範囲にある場合には、第１色で前記教示点を表示し、受け付けた前記研磨パラメーターが前記第１範囲と異なる第２範囲にある場合には、前記第１色と異なる第２色で任意の前記教示点を表示する請求項１に記載の教示支援装置。
  3. 表示制御部は、前記教示点を含む円を表示する請求項１または２に記載の教示支援装置。
  4. 前記研磨パラメーターは、前記研磨用工具が備える砥石の大きさの情報を含み、
    前記表示制御部は、前記砥石の大きさの情報に応じて、異なる大きさの前記円を表示する請求項３に記載の教示支援装置。
  5. 前記表示制御部は、前記教示点を含む矢印を表示する請求項１または２に記載の教示支援装置。
  6. 前記色を設定する情報を取得する色情報取得部を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の教示支援装置。
  7. 前記色情報取得部は、設定される前記色の数と、前記研磨パラメーターの範囲と、を取得し、
    前記表示制御部は、前記色情報取得部が取得した前記色の数と前記研磨パラメーターの範囲とに基づいて、前記色を表示する請求項６に記載の教示支援装置。
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