JP2023175331A - ロボット教示方法及びロボット教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】模擬環境での教示情報に対し動作ロジック追加及び制御パラメータ抽出により生産効率向上が可能なロボット教示方法及び教示装置を提供する。【解決手段】ロボット部３のハンド５に対応した教示用ハンド装置１０で動作教示するとき、ロボット部が作業対象物に対して実施しかつ位置あるいは閾値の特徴量及び動作ロジックを設定した時系列の複数の要素動作を有する複数の基本動作から一つを選択し、ハンド装置の時間毎の位置姿勢とハンド装置計測器の時間毎の計測値を教示開始時間を同期させ教示元データとし、教示元データの時間毎の計測値と要素動作の特徴量を時系列に比較し、両者が一致した時間の教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割し、各教示要素元データに対し分割時の特徴量を含む要素動作の動作ロジックに従い教示要素元データを修正し教示要素データとして作成し、時系列の複数の教示要素データを要素動作とする教示データを作成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットに動作を教示するためのロボット教示方法及びロボット教示装置に関するものである。

産業用ロボット分野において、ロボットの教示データの作成方法は、ティーチングペンダントを活用したティーチングプレイバック方式が一般的であるが、動作ロジックの設計、プログラム言語の知識、ロボットアームの制御点又は移動経路の設定、動作速度、及び、把持条件の設定など設定すべき項目は多岐にわたり、ロボットシステムが稼働するまで、実機を占有して行う教示作業に多くの工数を要している。

このため、近年、ロボットの教示を効率的に行う手段として、設備を占有することなく、ロボットとその周辺環境を模擬的に再現し、ロボットの動作を教示する模擬環境教示技術が開発されてきている。模擬環境教示技術を用いた場合、工場内で動作するロボットを教示のために占有する必要がなく、生産効率の向上に寄与することが期待されている。

模擬環境教示方法の例として、特許文献１では、現実環境に即した模擬環境での教示を可能としている。特許文献１によれば、模擬環境での教示の失敗を減少することができる。

図１４は、特許文献１に記載された従来の教示方法を示す図である。

図１４において、ロボット教示装置は、教示者が教示ハンド５０１を用いて対象物体を把持するためのロボット動作教示を行う。ロボット教示装置は、教示者が直接扱う教示ハンド５０１と、教示ハンド５０１を撮像するカメラ５０２及び教示ハンド５０１から得られた教示情報からロボット用の動作指示を生成するデータ処理装置５０３とを有している。

特開２０１６－４７５９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、正常動作の教示作業に関わる時間は短縮可能であるが、動作失敗時にも生産を継続するために必要な動作ロジックが無いために、ロボットが停止してしまう。また、力又は時間など調整可能なパラメータとすべき項目が抽出できていないために、作業の失敗が頻発するなど、安定稼働する状態まで仕上げるには多くの修正作業が必要であり、生産効率の向上の効果が不十分という課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、模擬環境で取得した教示情報に対して動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出を行うことにより生産効率の向上を図ることが可能なロボット教示方法及びロボット教示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるロボット教示方法は、
ロボットアームの先端に取付けるハンドの動作に対応した教示用動作に関する計測値を計測器で計測し前記計測値を基に前記ハンドに前記教示用動作を教示する教示用ハンド装置を用いて前記ロボットアームを含むロボット部に動作を教示するロボット教示方法であって、
前記ロボット部が作業対象物に対して実施する複数の基本動作をライブラリとして保存し、
前記基本動作は、前記ハンドの位置あるいは前記計測値の閾値の特徴量及び動作ロジックを設定した時系列に並ぶ複数の要素動作を有し、
前記ライブラリの前記複数の基本動作から一つの前記基本動作を選択する工程と、
前記教示用ハンド装置を用いる前記選択した基本動作の教示動作において、前記教示用ハンド装置の時間毎の位置及び姿勢と、前記教示用ハンド装置の前記計測器の時間毎の計測値を、教示の開始時間を同期させて教示元データとして記憶する工程と、
前記教示元データの前記時間毎の前記計測値に対して、前記要素動作の前記特徴量を時系列に比較し、前記要素動作の前記特徴量と、前記教示元データの前記時間毎の前記計測値とが一致した時間において前記教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割する工程と、
前記時系列に分割した複数の前記教示要素元データ各々に対して、その分割に用いた前記特徴量を含む前記要素動作の前記動作ロジックに従い前記教示要素元データの修正を行い、教示要素データとして作成する工程と、
時系列に並ぶ複数の前記教示要素データを要素動作とする教示データを作成する工程とを順に実施する。

本発明の別の態様にかかるロボット教示装置は、
ロボットアームの先端に取付けるハンドの動作に対応した教示用動作に関する計測値を計測器で計測し前記計測値を基に、前記ロボットアームを含むロボット部に動作を教示する教示用ハンド装置と、
前記ロボット部が作業対象物に対して実施しかつ位置あるいは前記計測値の閾値の特徴量及び動作ロジックを設定した時系列に並ぶ複数の要素動作を有する複数の基本動作を保存するライブラリと、
前記ライブラリの前記複数の基本動作から一つの前記基本動作を選択するとき、前記教示用ハンド装置を用いる前記選択した基本動作の教示動作において、前記教示用ハンド装置の時間毎の位置及び姿勢と、前記教示用ハンド装置内の前記計測器の時間毎の計測値を、教示の開始時間を同期させて教示元データとして記憶する教示元データ記憶部と、
前記教示元データの前記時間毎の前記計測値に対して、前記要素動作の前記特徴量を時系列に比較し、前記要素動作の前記特徴量と、前記教示元データの前記時間毎の前記計測値とが一致した時間において前記教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割するとともに、前記時系列に分割した複数の前記教示要素元データ各々に対して、その分割に用いた前記特徴量を含む前記要素動作の前記動作ロジックに従い前記教示要素元データの修正を行い、教示要素データとして作成する演算部と、
前記演算部にて作成された時系列に並ぶ複数の前記教示要素データを要素動作とする教示データを記憶する教示データ記憶部と、
前記教示データ記憶部に記憶された動作を実行する制御部と、
を備える。

以上のように、本発明の前記態様にかかるロボット教示方法及びロボット教示装置によれば、例えば模擬環境で取得した教示情報に対して動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出を行うことにより生産効率の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態におけるロボット装置の全体的な構成を示す模式図 本発明の実施の形態における教示装置の斜視図 教示装置の把持部の断面図 教示装置を手に装着した状態の図 本発明の実施の形態におけるハンドの斜視図 本発明の実施の形態における制御装置及び接続機器の構成を表す図 本発明の実施の形態における制御装置の構成を表すブロック図 本発明の実施に形態における教示データ作成方法の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態における基本動作の嵌合として事前に設定する情報を示す図 図９Ａに続く、本発明の実施の形態における基本動作の嵌合として事前に設定する情報を示す図 本発明の実施の形態において教示装置にて取得した教示元データを示す図 図１０Ａに続く、本発明の実施の形態において教示装置にて取得した教示元データを示す図 本発明の実施の形態において要素動作の特徴量をもとに図１０Ａ及び図１０Ｂに示す教示元データを分割した状態を表す図 図１１Ａに続く、本発明の実施の形態において要素動作の特徴量をもとに図１０Ａ及び図１０Ｂに示す教示元データを分割した状態を表す図 本発明の実施の形態において教示要素元データに対して修正を加えた状態を表す図 図１２Ａに続く、本発明の実施の形態において教示要素元データに対して修正を加えた状態を表す図 本発明の実施の形態における嵌合の教示データのフローチャート 図１３Ａに続く、本発明の実施の形態における嵌合の教示データのフローチャート 特許文献１に記載された従来の教示方法を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、及び、それらの相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（全体構成）
「ロボット装置の全体構成」
図１は、本発明の実施の形態におけるロボット装置の全体的な構成を示す模式図である。ロボット装置は、教示を行う教示装置１と、作業を実行するロボット部３と、教示装置１との通信及びロボット部３の制御を行う制御装置２とで構成される。

本実施の形態では、一例として、工場の生産ラインに設置されるロボット部３に作業を教示する場合について説明する。ロボット部３のロボットアーム４は先端にハンド５を装着しており、ハンド５を用いて部品６と部品７とを組み合わせて組立品８を完成させる組立作業を行う。本実施の形態におけるロボット教示装置１は、ロボット部３に行わせる作業を、予め人間９が行い、当該人間９が行った作業を基に制御装置２により教示データを作成し、制御装置２による制御を行いながらロボット部３が組立作業を実行する構成になっている。

「教示装置１の構成」
教示装置１は、人間９の右手に装着する教示用ハンド装置１０と、教示用ハンド装置１０の位置及び姿勢の情報を取得するカメラ１１と、部品６及び部品７を認識する教示装置の３Ｄイメージセンサ１２とを備える。

「ロボット部３の構成」
ロボット部３は、ロボットの一例としてのロボットアーム４の先端に装着するハンド５と、ロボットアーム４を制御するロボットコントローラ１４と、部品６及び部品７を認識するロボット部３の３Ｄイメージセンサ１３とを備える。

「教示用ハンド装置１０の構成」
教示用ハンド装置１０の詳細を図２に示す。図２は本発明の実施の形態における教示用ハンド装置１０の斜視図である。教示用ハンド装置１０は、ロボット部３が実行する動作を教示する教示装置である。教示用ハンド装置１０はハンド５に対応した形状又は計測器２５、２７、３０を備えている。ハンド装置１０の構成例は、後述するハンド５と同数の指、すなわち、教示用ハンド装置１０の第１指２１と教示用ハンド装置１０の第２指２２とを備えており、指の関節の数及び各アームの長さがハンド５と同じとなっている。

教示用ハンド装置１０の上部にはＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）マーカー２３を備えている。ＡＲマーカー２３を、カメラ１１で撮像することにより、教示用ハンド装置１０の位置と姿勢との計測を行う。

教示用ハンド装置１０の第１指２１は、回転軸となる関節に教示用ハンド装置１０の第１指２１のアーム２４の回転量を計測する第１指２１のエンコーダ２５を備えている。教示用ハンド装置１０の第２指２２は、回転軸となる関節に教示用ハンド装置１０の第２指２２のアーム２６の回転量を計測する第２指２２のエンコーダ２７を備えている。本発明の実施の形態においては、エンコーダ２５、２７にはそれぞれ磁気式のエンコーダを用いている。エンコーダ２５、２７は計測器の一例である。

続いて、図３を用いて教示用ハンド装置１０の指先の構成を説明する。なお、教示用ハンド装置１０の第１把持部２８と、教示用ハンド装置１０の第２把持部２９との構造は同一であるので教示用ハンド装置１０の第２把持部２９について説明する。図３は教示用ハンド装置１０の把持部２９の断面図である。教示用ハンド装置１０の第２把持部２９は６軸力覚センサ３０の下端に連結している。なお、６軸力覚センサ３０の上端を固定する把持部支持部材３１には、人の指を挿入する空間部３１ａと、指が接触する内側下面３１ｂとを設けている。６軸力覚センサ３０は、図３における上向きをＺ軸の正方向、左方向をＸ軸の正方向、紙面に対して垂直に向かう方向をＹ軸の正方向としている。

図４は教示用ハンド装置１０を手に装着した状態の図である。本実施の形態では、人間９の右手の親指と人差し指とを教示用ハンド装置１０の空間部３１ａまで挿し入れた状態で、バンド３２を用いて指の腹を教示用ハンド装置１０の把持部支持部材３１の内側下面３１ｂに押し付けた状態で拘束する。また、Ｕ字状のバンド３３により右手の甲と教示用ハンド装置１０を密着させる。６軸力覚センサ３０は、計測器の別の例であり、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＳＹＳＴＥＭＳ）を用いた小型の歪ゲージで構成されており、教示用ハンド装置１０の第２把持部２９に把持力が発生して微小な歪みが発生すると、抵抗が伸長することで抵抗値が変化する。この抵抗に電圧を印加し抵抗値の変化を計測することで把持力を計測することができる。

すなわち、本実施の形態の教示用ハンド装置１０は、人の手に装着可能であるとともに、教示用ハンド装置１０の第１指２１、教示用ハンド装置１０の第２指２２は人による操作が可能になっているとともに、作業対象物を把持する際の関節の角度及び指先に発生する力を計測器２５、２７、３０で計測する教示用ハンド装置１０となっている。

「ハンド５の構成」
ロボットアーム４に装着するハンド５について説明する。図５は、本発明の実施の形態におけるハンド５の斜視図である。ハンド５は、前述した教示用ハンド装置１０と同じくハンドの第１指４１とハンドの第２指４２とを備えており、指の関節の数及び各アームの長さが教示用ハンド装置１０と同じとなっている。

また、ハンド５のフランジ４３をロボットアーム４の先端に固定する。ハンドの第１指４１は、ハンドの第１指４１のアーム４４を回動させる駆動装置となる第１指４１のサーボモータ４５を備えている。ハンドの第２指４２のアーム４６を回動させる駆動装置となる第２指のサーボモータ４７を備えている。また、ハンドの第１把持部４８とハンドの第２把持部４９は同一構造であるとともに、教示用ハンド装置１０と同様の６軸力覚センサ３０をそれぞれ内蔵している。すなわち、本実施の形態のハンド５は、ハンドの第１指４１とハンドの第２指４２に独立した駆動装置を備えるとともに、各指先に作業対象物を把持する際に発生する力を検出するセンサを備えたハンドとなっている。

「接続する機器及び制御装置２の構成」
図１、図６，及び図７を用いて本発明の実施の形態における接続する機器及び制御装置２について説明する。図６は本発明の実施の形態における制御装置２及び制御装置２に接続する機器の構成を表す図である。

制御装置２には、教示用ハンド装置１０、カメラ１１、教示装置１の３Ｄイメージセンサ１２、ロボット部３の３Ｄイメージセンサ１３、ハンド５、ロボットコントローラ１４、安全装置１５がそれぞれ接続されている。

図７は本発明の実施の形態における制御装置２の構成を表すブロック図である。制御装置２は、教示用ハンド装置１０と通信を行う教示用ハンド装置通信部５１と、認識部５２と、記憶部５５と、後述する複数の基本動作を保存するライブラリ５９と、制御部６４と、安全装置１５の状態を常時監視する安全装置通信部６７とを備えている。

認識部５２は、カメラ１１の画像を処理する画像処理部５３と、教示装置の３Ｄイメージセンサ１２及びロボット部の３Ｄイメージセンサ１３が撮像した点群データを処理する点群データ処理部５４とを備えている。

記憶部５５は、後述する教示元データを記憶する教示元データ記憶部５６と、演算部５７と、教示データ記憶部５８とを備えている。

制御部６４は、ロボット部３の制御を行うハンド制御部６５と、ロボットコントローラ制御部６６とを備えている。

教示用ハンド装置１０は、教示用ハンド装置通信部５１に第１指２１のエンコーダ２５の値及び第２指２２のエンコーダ２７の値及び６軸力覚センサ３０の値をそれぞれ通知する。カメラ１１は、図１に示す視野１１ａの範囲において、教示用ハンド装置１０の位置及び姿勢を、ＡＲマーカー２３の位置及び姿勢をカメラ１１で撮影することにより計測する。カメラ１１は、例えばＣＣＤカメラで構成されており、教示用ハンド装置１０に装着された、矩形形状を持つＡＲマーカー２３を撮影する。撮像画像上のＡＲマーカー２３は教示用ハンド装置１０の姿勢、つまり、傾きによって台形状に歪んだ見え方で観察される。本発明の実施の形態では、図７に示す画像処理部５３にて、この歪みとＡＲマーカー２３の撮像画像上での大きさとから、カメラ１１の視野１１ａ内に設定した原点１１ｂ及び座標軸に対する３軸の並進位置と、３軸回転とを算出することにより、教示用ハンド装置１０の位置と姿勢とを計測する。なお、原点１１ｂは図示しない作業台の上面に設定しており、人間（作業者）９から見て奥側をＸ軸の正方向、左側をＹ軸の正方向、上側をＺ軸の正方向、回転方向は各軸の正方向に向かい反時計方向の回転を正方向として、Ｒｘ軸、Ｒｙ軸及びＲｚを定義している。

また、本発明の実施の形態では、教示装置の３Ｄイメージセンサ１２及びロボット部の３Ｄイメージセンサ１３は、エリア１２ａ及びエリア１３ａにパターン光を照射するプロジェクション方式を用いて部品６及び部品７の撮像を行い、図７に示す点群データ処理部５４にてデータ処理を行うことにより部品６及び部品７の位置と姿勢とを算出する。点群データ処理は、例えば３次元特徴量を用いてＣＡＤモデルから作成したモデルデータとのマッチングを行うことにより位置と姿勢とを算出する。

ハンド５はハンド制御部６５と通信を行い、第１指４１のサーボモータ４５と第２指４２のサーボモータ４７とを駆動して、６軸力覚センサ３０の値を取得しながら部品６の把持を行う。

ロボットコントローラ制御部６６はロボットコントローラ１４に接続しており、ロボットコントローラ１４を介してロボットアーム４の動作を制御する。

安全装置１５は、例えば、非常停止ボタン又はエリアセンサーより構成されている。安全装置通信部６７は、常に安全装置１５の状態を監視している。すなわち、安全装置１５が作動すると直ちに安全装置通信部６７は異常を検知し、その検知に基づき制御部６４はハンド制御部６５及びロボットコントローラ制御部６６に対して電源供給停止などの停止処理を実行する。

（教示データ作成フロー）
図８は本発明の実施に形態における教示データ作成方法の一例を示すフローチャートである。教示作業を行うにあたり、部品６及び部品７の形状を含むＣＡＤデータは予め登録されている。

始めに、図７に示すライブラリ５９の中の複数の基本動作から基本動作を１つ選択する（ステップＳＴ１）。ここで、基本動作は、ロボット部３が作業対象物の例である部品６，７に対して実施しかつ位置又は動作に関する閾値などの特徴量及び動作ロジックを設定した時系列に並ぶ複数の要素動作を有している。

続いて、人間である作業者９は、右手に教示用ハンド装置１０を装着した状態で基本動作の一例としての組立作業を行い、教示元データを取得する（ステップＳＴ２）。すなわち、教示用ハンド装置１０を用いかつ選択した基本動作の教示動作において、教示用ハンド装置１０の時間毎の位置及び姿勢と、教示用ハンド装置１０の計測器２５、２７、３０の時間毎の計測値を、教示の開始時間を同期させて教示元データとして記憶する。具体的には、始めに、教示装置１の３Ｄイメージセンサ１２により部品６と部品７とを撮像し、点群データ処理部５４において部品６及び部品７の位置と姿勢とを導出して教示元データとする。

続いて、教示用ハンド装置１０で、部品６を把持し、把持した部品６を部品７と嵌合し、組立品８を製作する。この一連の動作における教示用ハンド装置１０のＡＲマーカー２３をカメラ１１を用いて撮影し、画像処理部５３にて教示用ハンド装置１０の時間ごとの位置及び姿勢を導出する。また、教示用ハンド装置１０内の状態の時間ごとの変化を第１指２１のエンコーダ２５の値、第２指２２のエンコーダ２７の値、及び教示用ハンド装置１０の第１把持部２８及び教示用ハンド装置１０の第２把持部２９にそれぞれ備える６軸力覚センサ３０のそれぞれの値を教示用ハンド装置通信部５１にて取得する。認識部５２と教示用ハンド装置通信部５１にて取得した情報は、時間を同期させて記憶部５５の教示元データ記憶部５６に記憶する。

続いて、演算部５７において、ステップＳＴ２にて取得した教示元データに対して、以下の手順にて、動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出を行う。

まず、基本動作を構成する要素動作に設定している特徴量と教示元データとの比較を行い、教示元データを複数の教示要素元データとして分割する（ステップＳＴ３）。すなわち、演算部５７において、教示元データの時間毎の計測値に対して、要素動作の特徴量を時系列に比較し、要素動作の特徴量と、教示元データの時間毎の計測値とが一致した時間において教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割する。

続いて、演算部５７において、ステップＳＴ３にて作成した教示要素元データそれぞれに対して比較対象となる要素動作毎に動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出などの加工を行い、教示要素データを作成する（ステップＳＴ４）。すなわち、演算部５７において、時系列に分割した複数の教示要素元データ各々に対して、その分割に用いた特徴量を含む要素動作の動作ロジックに従い教示要素元データの修正を行い、教示要素データとして作成する。

そして、演算部５７において、各教示要素データを要素動作とする教示データを作成して教示データ記憶部５８に保存する（ステップＳＴ５）。すなわち、演算部５７において、時系列に並ぶ複数の教示要素データを要素動作とする教示データを作成して教示データ記憶部５８に保存する。

以上の教示データ作成フローを用いて、教示装置１において取得する教示元データからロボット部３にて実行する教示データの作成を行う。

（嵌合の教示データ作成事例）
続いて、本発明の実施に形態として、嵌合の教示データ作成事例を説明する。

図９Ａ及び図９Ｂは本発明の実施の形態における基本動作７１の一例としての組立作業の嵌合に含まれる情報を示す図である。図９Ａ及び図９Ｂに示す情報は、基本動作７１の嵌合を実行させる上で必要な要素動作７２と、事前設定項目７３と、特徴量７４と、動作ロジック７５とを網羅している。

まず、図８に示すステップＳＴ１として、図７のライブラリ５９より基本動作７１として嵌合を選択している。

嵌合の基本動作７１を構成する要素動作７２は、動作の順に、第１上空移動７２ａ，把持寄付き７２ｂ、把持７２ｃ、上昇７２ｄ、第２上空移動７２ｅ、嵌合寄付き７２ｆ、嵌合７２ｇ、解除７２ｈ、退避７２ｉ、第３上空移動７２ｊである。

事前設定項目７３として、位置又は動作に関する閾値として、移動高さ閾値にＺ≧１００ｍｍ、把持力閾値にＦ≦３Ｎ、干渉判定閾値にＦｘ≧１０Ｎ、Ｆｙ≧｜１０Ｎ｜、把持・移動切替距離にＬ＝５ｍｍ、上空移動速度に２００ｍｍ／ｓを設定している。ここで、閾値とは、図９Ａ及び図９Ｂの事前設定項目７３及び図１３Ａ及び図１３Ｂに示す把持動作における把持力と、嵌合寄付き動作中の干渉の判定を行う値を意味する。把持を行う際に６軸力覚センサ３０に発生する力を監視しながら第１指のサーボモータ４５及び第２指のサーボモータ４７を制御しており、図１３Ａ及び図１３Ｂの＜把持成功＞の判定を行うための数値であり。閾値になるまでハンド５を閉じていく。サーボモータであるため、指先の位置は把握しており、ハンド５を閉じ切っても閾値未満であれば、把持失敗として中断処理を行う。また、嵌合動作の前の寄付きの際に穴の周囲と部品などのワーク又はハンド５とが干渉する場合に発生する力も監視しており、干渉判定を行う。すなわち、発生する力により、図１３Ａ及び図１３Ｂの嵌合寄付き動作において＜干渉有＞の判定を行う。

特徴量７４は、事前設定項目７３に登録した項目の中から、教示元データを分割するために必要な値を要素動作７２のそれぞれに対して登録している。例えば、図８のステップＳＴ３において、第１上空移動７２ａは、次の把持寄付き７２ｂとの切り分けを、前記閾値である高さＺ≧１００を基準にして取得した教示元データを分割する。続いて、把持寄付き７２ｂは、前記閾値である力Ｆ≦３Ｎまでを把持寄付き７２ｂとして同様に教示元データを分割する。なお、移動高さ閾値のＺは部品６を載置する図示しない作業台の表面をＺ方向の原点としている。また、力Ｆは６軸力覚センサ３０が受けるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを合成した力Ｆである。

このようにして、要素動作７２は、事前設定項目７３において設定した値あるいは変化量を特徴量７４として事前に設定しておくことにより、教示元データの先頭から特徴量が一致する箇所を要素動作７２の並び順に抽出し、各要素動作に設定した特徴量が一致した位置で教示元データを分割する。分割した箇所から次の分割した箇所までを教示要素元データとする。この分割工程を繰り返し行い、要素動作７２の数と等しい教示要素元データが作成される。

動作ロジック７５は、要素動作７２それぞれが実行する処理を予め設定している。本発明の実施の形態において、例えば、第１上空移動７２ａは、嵌合の起点となる要素動作として、初期化、撮像ジョブ実行、開始点Ａ点抽出、移動先Ｂ点抽出、２点間移動を動作ロジックに設定している。把持寄付き７２ｂは、把持位置Ｃ点抽出、認識結果反映、教示速度での移動、干渉有無判定、干渉検知時中断処理へ遷移、を動作ロジックに設定している。この要素動作毎に予め設定した動作ロジックを、教示元データを分割して作成したそれぞれ対応する教示要素元データに対して付与することにより、ロボット部が作業を実行する際の移動先の座標の抽出、動作判定の閾値となる制御パラメータの抽出、前記閾値を用いた判定及び判定結果による状態遷移、認識などの付帯するジョブの実行あるいは動作の失敗又は干渉検知時の遷移先が設定された教示要素データとして記憶する。ステップＳＴ４においては、この教示要素データの作成処理を全ての教示要素元データに対して実施する。ステップＳＴ５において、この教示要素データを要素動作とする教示データを教示データ記憶部５８に記憶する。

さらに具体的な事例を用いて、本発明の実施の形態の詳細を説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の実施の形態において教示用ハンド装置１０にて取得した教示元データを示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、時間７６ごとのＡＲマーカー座標７７，第１指関節角度７８、第２指関節角度７９、第１指力覚センサ値８０、第２指力覚センサ値８１を記録している。この図１０Ａ及び図１０Ｂに示す教示元データに対して、図９Ａ及び図９Ｂにて設定している要素動作７２の順に特徴量７４を用いて比較を行い、両者の値が一致する箇所において教示元データを分割する。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の実施の形態において要素動作７２の特徴量７４を基に図１０Ａ及び図１０Ｂに示す教示元データを分割した状態を表す図である。斜線ハッチング領域の数値は、基準となる特徴量７４と一致する箇所を、分割線９１は各要素動作の分割位置を示している。例えば、要素動作７２の第１上空移動７２ａは、開始からＺ≦１００ｍｍを記録した時間１秒までを第１上空移動７２ａの教示要素元データとして分割する。同様に、次の把持寄付き７２ｂは、時間１秒以降から把持力が３Ｎ以下を示す時間２秒の位置までを把持寄付き７２ｂの教示要素元データとして分割する。以降同様に、第３上空移動７２ｊまで教示元データの分割を繰り返す。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の実施の形態において教示要素元データに対して、動作ロジックを元に修正を加えた状態を表す図である。例えば、要素動作７２の第１上空移動７２ａは、図９Ａ及び図９Ｂの動作ロジック７５の設定内容に従い、上空移動７２ａの教示要素元データの始めの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）＝（０，０，２００，０，０，０）を開始点Ａとして抽出する。また、移動先Ｂ点に、教示元データの分割位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）＝（９５，８５，１００，０，４５，０）を抽出する。なお、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の座標軸は図１に示している。

このようにして、第１上空移動７２ａの教示要素元データは、
・初期化
・撮像ジョブ実行
・開始点Ａ点座標（０，０，２００，０，０，０）
・移動先Ｂ点座標（９５，８５，１００，０，４５，０）
・２点間移動（速度２００ｍｍ／ｓ）
を記述した第１上空移動７２ａの教示要素データになる。なお、抽出した開始点Ａ点及び移動先Ｂ点の座標データ以外は第１上空移動７２ａの教示要素データでは使用しないため、図１２Ａ及び図１２Ｂには記載していない。

続いて、把持寄付き７２ｂは、図９Ａ及び図９Ｂの動作ロジック７５に従い、把持位置Ｃ点として、把持力が３Ｎとなる位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）＝（１５０，１５０，１０，４５，４５，３０）を抽出する。ただし、ロボット部３の実行においては、認識結果を反映して把持位置Ｃの位置の変更を行う。また、把持寄付き７２ｂの教示要素元データの所要時間０．７５を基に教示速度として把持位置Ｃ点に移動する速度を算出し移動を行う。また、移動中の干渉発生を考慮して、動作ロジックには、干渉有無判定及び干渉検知時の中断処理について設定している。

このようにして、把持寄付き７２ｂの教示要素元データは、
・把持位置Ｃ点座標（１５０，１５０，１０，４５，４５，３０）
・認識結果反映
・教示速度での移動（移動時間：０．７５秒）
・干渉有無判定（干渉判定閾値：Ｆｘ≧１０Ｎ、Ｆｙ≧｜１０Ｎ｜
・干渉検知時中断処理へ遷移
を記述した把持寄付き７２ｂの教示要素データとなる。以降同様に、第３上空移動７２ｊまで教示要素データの作成を行う。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、本発明の実施の形態における嵌合の教示データのフローチャートである。このフローチャートに設定する教示データは、先ほど説明した教示要素データが連携することにより成立している。

例えば、第１上空移動７２ａの教示要素データは、
・初期化
・撮像ジョブ実行
・開始点Ａ点移動
・移動先Ｂ点移動
の処理を受け持つ。すなわち、第１上空移動７２ａの教示要素データは、初期化処理したのち、開始点Ａ点への移動処理と、部品６と部品７とのそれぞれの撮像ジョブ実行処理とが並行して実行可能である。部品６の撮像ジョブでは、部品６を撮像したのち、後述する移動先Ｂ点への移動処理の実行後に、ワーク位置情報の取得処理と把持位置Ｃ点の抽出処理を実行する。部品７の撮像ジョブでは、部品７を撮像したのち、嵌合位置情報の抽出処理と制御点Ｅの取得処理とを実行する。開始点Ａ点への移動処理を実行して開始点Ａ点へ移動したのち、移動先Ｂ点への移動処理を実行し、先に述べたワーク位置情報の取得処理と把持位置Ｃ点の抽出処理を実行する。その後、把持寄付き７２ｂの処理に進む。

続いて、把持寄付き７２ｂの教示要素データは、第１上空移動７２ａの動作後に、撮像ジョブの実行結果からの部品６の位置情報を取得して、把持位置Ｃ点の演算による抽出を行い、ハンド５を把持位置Ｃ点に移動する。把持位置Ｃ点への移動中に干渉を検知すると、中断処理に遷移する。具体的には、把持位置Ｃ点への移動を中断して移動先Ｂ点へ移動する。Ｂ点到達後に部品６の部品位置情報をクリアして、再び、部品６を撮像する撮像ジョブの実行を行う。もし干渉を検知しなければ、把持７２ｃの処理に進む。

以降、要素動作７２の第３上空移動７２ｊまで図１３Ａ及び図１３Ｂに示すフローチャートに従い処理が実行される。

このようにして、ロボット部３は、嵌合の組立工程において教示データを構成する教示要素データに、移動先あるいは発生が想定される様々な事象に対する判定閾値あるいは遷移先を設定していることにより、安定した動作を継続できる。

以上のように、模擬環境で取得した教示情報に対して動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出を行うことにより生産効率の向上を図ることが可能なロボット教示方法及びロボット教示装置を提供することができる。

なお、ロボット部３に教示データを実行させる前にシミュレーションを行い教示データの確認あるいは修正を行うことも可能であるとともに、取得した教示元データの分割及び教示元データを分割した教示要素元データから教示要素データの作成過程において学習済みのＡＩを活用することも可能である。また、教示装置１とロボット部３の距離を隔てた環境においても実施可能である。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかるロボット教示方法及び教示装置は、模擬環境で取得した教示情報に対して動作ロジックの追加及び制御パラメータの抽出を行うことにより生産効率の向上を図ることが可能なロボット教示方法及びロボット教示装置を提供するができる効果を有するので、電子機器組立分野を始め様々な人代替が必要な産業分野あるいは店舗用ロボット、又は家庭用ロボット等の用途にも適用できる。

１：教示装置
２：制御装置
３：ロボット部
４：ロボットアーム
５：ハンド
６：部品
７：部品
８：組立品
９：人間（作業者）
１０：教示用ハンド装置
１１：カメラ
１１ａ：視野
１１ｂ：原点
１２：教示装置の３Ｄイメージセンサ
１２ａ：エリア
１３：ロボット部の３Ｄイメージセンサ
１３ａ：エリア
１４：ロボットコントローラ
１５：安全装置
２１：教示用ハンド装置１０の第１指
２２：教示用ハンド装置１０の第２指
２３：ＡＲマーカー
２４：教示用ハンド装置１０の第１指のアーム
２５：第１指のエンコーダ
２６：教示用ハンド装置１０の第２指のアーム
２７：第２指のエンコーダ
２８：教示用ハンド装置１０の第１把持部
２９：教示用ハンド装置１０の第２把持部
３０：６軸力覚センサ
３１：把持部支持部材
３２：バンド
３３：バンド
４１：ハンドの第１指
４２：ハンドの第２指
４３：フランジ
４４：ハンドの第１指のアーム
４５：第１指のサーボモータ
４６：ハンドの第２指のアーム
４７：第２指のサーボモータ
４８：ハンドの第１把持部
４９：ハンドの第２把持部
５１：教示用ハンド装置通信部
５２：認識部
５３：画像処理部
５４：点群データ処理部
５５：記憶部
５６：教示元データ記憶部
５７：演算部
５８：教示データ記憶部
５９：ライブラリ
６０：基本動作１
６１ａ：要素動作
６２：基本動作２
６３ａ：要素動作
６４：制御部
６５：ハンド制御部
６６：ロボットコントローラ制御部
７１：基本動作
７２：要素動作
７２ａ：第１上空移動
７２ｂ：把持寄付き
７２ｃ：把持
７２ｄ：上昇
７２ｅ：第２上空移動
７２ｆ：嵌合寄付き
７２ｇ：嵌合
７２ｈ：解除
７２ｉ：退避
７２ｊ：第３上空移動
７３：事前設定項目
７４：特徴量
７５：動作ロジック
７６：時間
７７：ＡＲマーカー座標
７８：第１指関節角度
７９：第２指関節角度
８０：第１指力覚センサ値
８１：第２指力覚センサ値
９１：分割線
５０１：教示ハンド
５０２：カメラ
５０３：データ処理装置

Claims (3)

1. ロボットアームの先端に取付けるハンドの動作に対応した教示用動作に関する計測値を計測器で計測し前記計測値を基に前記ハンドに前記教示用動作を教示する教示用ハンド装置を用いて前記ロボットアームを含むロボット部に動作を教示するロボット教示方法であって、
   前記ロボット部が作業対象物に対して実施する複数の基本動作をライブラリとして保存し、
   前記基本動作は、前記ハンドの位置あるいは前記計測値の閾値の特徴量及び動作ロジックを設定した時系列に並ぶ複数の要素動作を有し、
   前記ライブラリの前記複数の基本動作から一つの前記基本動作を選択する工程と、
   前記教示用ハンド装置を用いる前記選択した基本動作の教示動作において、前記教示用ハンド装置の時間毎の位置及び姿勢と、前記教示用ハンド装置の前記計測器の時間毎の計測値を、教示の開始時間を同期させて教示元データとして記憶する工程と、
   前記教示元データの前記時間毎の前記計測値に対して、前記要素動作の前記特徴量を時系列に比較し、前記要素動作の前記特徴量と、前記教示元データの前記時間毎の前記計測値とが一致した時間において前記教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割する工程と、
   前記時系列に分割した複数の前記教示要素元データ各々に対して、その分割に用いた前記特徴量を含む前記要素動作の前記動作ロジックに従い前記教示要素元データの修正を行い、教示要素データとして作成する工程と、
   時系列に並ぶ複数の前記教示要素データを要素動作とする教示データを作成する工程とを順に実施する、
   ロボット教示方法。
2. 前記要素動作に設定されている前記動作ロジックが、前記ハンドの座標の抽出、前記閾値の抽出、前記閾値を用いた判定及び判定結果による状態遷移である、請求項１に記載のロボット教示方法。
3. ロボットアームの先端に取付けるハンドの動作に対応した教示用動作に関する計測値を計測器で計測し前記計測値を基に、前記ロボットアームを含むロボット部に動作を教示する教示用ハンド装置と、
   前記ロボット部が作業対象物に対して実施しかつ位置あるいは前記計測値の閾値の特徴量及び動作ロジックを設定した時系列に並ぶ複数の要素動作を有する複数の基本動作を保存するライブラリと、
   前記ライブラリの前記複数の基本動作から一つの前記基本動作を選択するとき、前記教示用ハンド装置を用いる前記選択した基本動作の教示動作において、前記教示用ハンド装置の時間毎の位置及び姿勢と、前記教示用ハンド装置内の前記計測器の時間毎の計測値を、教示の開始時間を同期させて教示元データとして記憶する教示元データ記憶部と、
   前記教示元データの前記時間毎の前記計測値に対して、前記要素動作の前記特徴量を時系列に比較し、前記要素動作の前記特徴量と、前記教示元データの前記時間毎の前記計測値とが一致した時間において前記教示元データを分割し、複数の教示要素元データとして時系列に分割するとともに、前記時系列に分割した複数の前記教示要素元データ各々に対して、その分割に用いた前記特徴量を含む前記要素動作の前記動作ロジックに従い前記教示要素元データの修正を行い、教示要素データとして作成する演算部と、
   前記演算部にて作成された時系列に並ぶ複数の前記教示要素データを要素動作とする教示データを記憶する教示データ記憶部と、
   前記教示データ記憶部に記憶された動作を実行する制御部と、
   を備えるロボット教示装置。

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