JP2796160B2 - 産業用ロボットの教示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ティーチング・プレイバック方式の産業用
ロボットに係り、時に溶接用ロボットなど教示項目が多
岐にわたる産業用ロボットに好適な教示装置に関する。

〔従来の技術〕 従来から、例えば溶接作業用のロボットなどでは、テ
ィーチング・プレイバック方式のロボットが主流を占め
ているが、近年、このようなロボットの多様化、多機能
化が進み、反面、それに使用されるティーチングボック
ス、或いは操作ボックスなどと呼ばれている教示装置で
は小型化が要求され、そこに設けるべきキーやスイッチ
については、その数の増加が極力抑えられるため、いわ
ゆる単釦多機能化の方向にある。

そこで、このような単釦多機能化された教示装置によ
る、教示操作の複雑化に対処するため、従来から、例え
ば特開平１−92080号、特開平１−92823号の各公報に開
示されているように、大型液晶ディスプレイによる操作
ガイダンス用メッセージの表示と、これにより操作手順
に従って実行されるメニュー選択入力の組合せにより、
対話方式でロボットの教示を行なうようにした教示装置
が用いられ、初心者でも容易にティーチングができるよ
うにしていた。

一方、熟練者を対象としては、従来から、例えば、 日経マグロウヒル社発行、 Ben Shneiderman著、 “ユーザーインターフェイスの設計” などに論じられているように、タイプアヘッド方式、直
接アクセス方式、或いはメニューマクロ方式などによる
教示装置が提供され、ユーザの要求に木目細かく対応で
きるようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、同じ教示装置を、初心者と熟練者な
ど、経験や技能レベルの異なった使用者が共用する場合
において配慮がされておらず、従来の操作ガイダンス用
メッセージの表示とメニュー選択入力の組合せによる対
話方式の教示装置では、初心者には大いに歓迎されるも
のの、熟練者にとっては、熟知している操作手順につい
てまで、こと細かなガイダンスが与えられてしまう結
果、わずらわしさが増すだけで折角の熟練が活せず、か
えって時間を要してしまうことになり、他方、タイプア
ヘッド方式、直接アクセス方式、或いはメニューマクロ
方式による従来技術では、初心者ではほとんど使いこな
すことが出来ないという問題があった。

しかして、このような問題の解決方法としては、初心
者用と熟練者用の双方の方式が可能なシステムとし、ユ
ーザの希望により選択できるようにすることが考えられ
るが、この方法では、方式の変更に外部記憶装置の操作
が必要になり、この操作が難しく、且つ、この変更に時
間が掛る上、従来の装置と操作に関連がなくなり、折角
の熟練が役に立たなくなって、熟練者も初心者同然にな
ってしまうという問題を生じる。

本発明の目的は、簡単な操作で、或いは何ら特別な操
作を要せずに、初心者には、それに対応して十分なガイ
ダンスが与えられ、他方、熟練者には、その技能に応じ
て、より単純化されたガイダンスが与えられるようにす
ることができる産業用ロボットの教示装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、操作ガイダンス用メッ
セージの表示とメニュー選択入力の組合せにより対話方
式でロボットの教示を行なうようにした産業用ロボット
の教示装置において、上記操作ガイダンス用メッセージ
の表示に対応して逐次操作者により実行されるメニュー
選択入力操作の内容を分析して判定結果を与える熟練度
判定手段を設け、該熟練度レベル判定手段による判定結
果に応じて上記操作ガイダンス用メッセージとメニュー
の内容及びこれらの組合せのうちの少なくとも１を変更
するようにして達成される。

さらに、これを実施態様別に説明すると以下の通りに
なる。

実施態様１ この実施態様では、目的とする機能、動作、作用（ユ
ーザがロボットに実行させたいと望む事項）毎に、経験
度に応じて初心者操作パスと熟練度操作パスを内部に蓄
える。ここで記述してある操作パスとは、操作結合点の
順列であり、この操作結合点とは、ガイダンス操作制御
とメニュー選択制御とで構成されているものである。

実施態様２ この実施態様では、まずマンマシン制御部に、操作の
最初のイベント（スイッチなどの操作や外部からの信号
により与えられる入力情報）があった場合に起動される
経験判断制御処理部を備え、この経験判断制御処理部で
は経験制御イベント経験ファクタを基にし、目的とする
機能、動作、作用を行なうまでの操作パスを、上記実施
態様１における初心者操作パスと熟練度操作パスのどち
らを使用するかの決定を行なう。また、操作ファクタと
して、内部記憶装置内に、経験制御イベント経験ファク
タとして、各操作結合点毎に釦操作経験ファクタ（有る
結合点から次の結合点遷移までの時間、例えば釦押下間
隔時間など）を備え、さらにユーザ申告経験ファクタを
備える。

また、操作パス決定経験ファクタとして、内部記憶装
置内に、釦ごとの前回操作パス経験ファクタ及び最多操
作パス経験ファクタを備えている。

上記内部記憶装置内にある各ファクタにおいて、釦操
作経験ファクタ、前回操作パス経験ファクタ、それに最
多操作パス経験ファクタは、ユーザには開放されず、シ
ステム可変データとして、システムによってだけ変更可
能なデータとする。一方、ユーザ申告経験ファクタはユ
ーザ開放データとし、ユーザによる入力可能なデータと
する。

ここで、上記各経験ファクタのうち、釦操作経験ファ
クタは、その判断のために比較要素が必要になるが、こ
の比較要素は釦操作評価定数として内部記憶装置内に保
有させるようにし、且つ、経験制御イベント経験ファク
タとして、釦操作経験ファクタとユーザ申告経験ファク
タのどちらを使用するかを決める情報と、さらに操作パ
ス決定経験ファクタとして、前回操作パス経験ファクタ
と最多操作経験ファクタのどちらを使用するかを決める
情報も内部記憶装置内に備えるが、これはユーザ入力可
能データとする。

実施態様３ この実施態様では、マンマシン制御システム内に釦操
作経験ファクタ設定処理部（一連の操作パスにおける結
合点の遷移間隔時間を常時監視し、それらの時間の平均
値を釦操作経験ファクタとして設定する処理部）と、前
回操作パス経験ファクタ設定処理部（釦に付加されてい
るロボットの機能、動作に対し、前回の機能、動作を、
その釦の前回操作パス経験ファクタとして設定する処理
部）及び最多操作パス経験ファクタ設定処理部（釦に付
加されているロボットの機能、動作のうち、それぞれ操
作された機能、動作をカウントしておき、最多操作回数
となった機能、動作を、その釦の最多操作パス経験ファ
クタとして設定する処理部）を設けたシステム構成とし
ている。

実施態様４ この実施態様では、上記実施態様２におけるように、
内部記憶装置内に経験判断ファクタとして釦操作評価定
数を有する構成としている。

〔作用〕

熟練度レベル判定手段は、いま現在の操作者の熟練度
レベルを判定し、それに対応したガイダンスが実行され
るようにする。

これにより、初心者が操作しているときには、それに
対応した細かな指示を内容としたガイダンスがなされ、
他方、熟練者が使用したときには、その能力レベルに応
じて、適当に要点だけからなるガイダンスが与えられる
ことになり、どのような使用者をも満足させ得るガイダ
ンスを与えることができる。

さらに、上記した実施態様に応じて説明すると、以下
のようになる。

実施態様１ この実施態様によれば、マンマシン制御部は、おのお
のの操作パスの情報によりマンマシンインターフェース
を制御するので、ユーザの経験ファクタを与えられるこ
とにより、経験度に応じたマンマシンインターフェース
の実現が可能になる。

実施態様２ この実施態様によれば、上記した操作パスの何れを使
用するのかが正しく判断できるので、マンマシーンイン
ターフェースの自動切換え制御が可能になる。また、各
種経験ファクタを有するので、常に最適な経験制御が可
能になる。つまり、経験判別にシステム判別とユーザ自
己申告判別とを備え、操作パスの決定には前回操作パス
若しくは最多操作回数によるものを夫々有し、これらを
ユーザ選択とすることにより最適化が可能になる。

実施態様３ この実施態様によれば、マンマシン制御による経験フ
ァクタの設定が可能になる。

実施態様４ この実施態様によれば、経験判別の基準ができること
になり、且つ、これをユーザ開放にしているので、ユー
ザに充分マッチした判別基準を与えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による産業用ロボットの教示装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の適用対象となるロボット装置の構成
例で、ロボット本体１、ロボットコントローラ２、プレ
イバックコンソール３、プログラミングユニット（教示
装置）４で構成されている一般的なものであるが、ここ
で本発明による主要な構成は、これらのうちのプログラ
ミングユニット４に集約されているものである。

第２図は本発明の一実施例によるプログラミングユニ
ット４で、4aは表示器で、教示データ、操作ガイダン
ス、メッセージなどを表示するもの、4bはキーボード
で、ロボットの教示に必要な種々のスイッチを備えてお
り、そのうち4cはロボットを非常停止させるときに使用
する非常停止押釦スイッチ、4d、4eはレベル選択スイッ
チ、4fはロボットをテスト運転させるときに使用するテ
スト起動スイッチである。なお、このプログラミングユ
ニット４には、これらの表示器4aやキーボード4bなどを
制御するための回路が組み込まれているが、ここでは直
接関係がないため、図示してない。また、このプログラ
ミングユニット４はティーチングボックス、或いは操作
ボックスなどとも呼ばれることは上記した通りである。

次に、この実施例の動作について、ロボットの教示操
作の１種であるテスト運転を例に挙げて説明する。

このロボットのテスト運転は、教示した内容が正しい
かどうかを、実際にロボットを動作させて確認するため
の処理である（ただし、安全上、ロボットの動作速度は
低速に制限しておく）。

まず、この実施例では、２個のレベル選択スイッチ4
d、4eが設けてあり、これらのうち、レベル選択スイッ
チ4dには初心者選択機能が、そしてレベル選択スイッチ
4eには熟練者選択機能がそれぞれ割り付けてある。そし
て、操作する者が、自分は初心者であると自認していた
ときには、教示操作に先立って、まず、このSF1と表示
してあるレベル選択スイッチ4dを押下し、熟練者である
と自認したらSF2と表示があるレベル選択スイッチ4eを
押下するようになっている。

初心者の場合 このときには、SF1と表示してあるレベル選択スイッ
チ4dが押下されるので、テスト運転が実行されるまで
に、表示器4aによるガイダンス表示画面は、第３図
（ａ）に示すように推移する。すなわち、 Ａ画面→Ｂ画面→Ｃ画面 の３画面が逐次、表示され、テスト運転の実行に入るの
である。

熟練者の場合 このときには、SF2と表示してあるレベル選択スイッ
チ4eが押下されるので、テスト運転が実行されるまで
に、表示器4Aによるガイダンス表示画面は、第３図
（ｂ）に示すように推移する。すなわち、 Ａ画面→Ｂ画面 の２画面が逐次、表示されるだけでテスト運転の実行に
入るのである。

つまり、この実施例では、ロボットのテスト運転に際
してのガイダンスは、初心者の場合は上記したように、
Ｃ画面まで３種の画面によるものとなるが、熟練者のと
きには、このＣ画面によるガイダンスは省略されること
になるのである。

熟練者にとっては、このＣ画面でガイダンスされる内
容、すなわち、 「実行方法:PGU（教示装置）上のテスト起動釦を押す
とテスト運転が実行されます。」 という内容は、わかりきったガイダンスであって、わず
らわしいだけであり、これが省略されることにより、熟
練者には、かえって判り易く、且つ、早く処理できるこ
とになる。

従って、この実施例によれば、操作者が自ら認識して
いる、自己の技量に応じてスイッチを選択することによ
り、初心者から熟練者まで、どのような技量レベルの者
にも、常に充分に満足してもらえるガイダンスを容易に
与えることができる。

なお、上記実施例では、選択可能な技能レベルを初心
者と熟練者の２種に設定し、これに応じて２個のレベル
選択スイッチ4d、4eを設けているが、本発明はこれに限
らず、さらに多くの技能レベルに設定し、これに応じて
３個以上のレベル選択スイッチを設けるようにしても良
いことは、いうまでもない。

次に、上記実施例における制御処理について説明す
る。

まず、この実施例では、上記したロボットのテスト運
転に際してのガイダンス表示画面を生成するシーケンス
は、教示装置に内蔵のプログラムによって、上記したよ
うに、 Ａ画面→Ｂ画面→Ｃ画面 というモードで順次制御されるようになっているものと
する。

第４図は、この実施例において使用する、画面番号、
レベル情報、それに画面毎の表示内容を分類している画
面テーブルを示したもので、ここで画面番号とは画面が
表示される順番を表わす情報で、レベル情報とは表示条
件を判別するための情報で、レベル“0"は２個のレベル
選択スイッチ4d（SF1）、4e（SF2）のいずれのスイッチ
が選択されたときにも表示される画面を示し、レベル
“1"はレベル選択スイッチ4dが選択されたときだけ表示
され、レベル選択スイッチ4eが選択されたときには表示
されない画面を示す。

いま、レベル選択スイッチ4d（SF1）が選択されたと
すると、上記した内蔵されているプログラムにより、第
４図の画面テーブルにしたがって、まずＡ画面が呼び出
され、これがレベル“0"になっていることから、そのま
ま表示器4aに表示される。同様にＢ画面にもレベル“0"
なので、そのまま表示される。

さらに、Ｃ画面が呼び出されたときには、そのレベル
は“1"になっているが、上記したように、レベル“1"は
レベル選択スイッチ4d（SF1）による選択状態では表示
されることになっているから、やはり表示され、結局、
このときには、上記したように Ａ画面→Ｂ画面→Ｃ画面 というモードで順に３画面が表示され、初心者用のガイ
ダンスが与えられるようになるのである。

一方、レベル選択スイッチ4e（SF2）が選択されてい
たときには、まずＡ画面が呼び出され、ついでＢ画面が
呼び出されたときには、これらのレベルが何れもレベル
“0"なので、何れもそのまま表示される。しかしてＣ画
面が呼び出されたときには、そのレベルが“1"なので、
このＣ画面については表示をせず、結局、上記したよう
に、 Ａ画面→Ｂ画面 の２画面表示となるのである。

従って、この実施例によれば、操作者の技能レベルに
応じて任意にガイダンスの内容の選択が可能になるの
で、初心者から熟練者まで容易に操作することが出来
る。

また、この実施例によれば、異なったレベル毎にガイ
ダンス用のプログラムを容易する必要がなく、同一プロ
グラムにより第４図の画像テーブルを使用するだけで容
易に対応でき、構成が単純化されるという効果がある。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第５図は、この実施例におけるロボットコントローラ
２のハードウエア構成を示したものである。なお、シス
テム全体は第１図に示したとおりである。

第５図において、この実施例のアルゴリズムを含んだ
ソフトウエアは、このシステムの補助記憶装置を構成す
るバブルメモリ６に格納してあり、これがシステム立ち
上げ時にRAM7上に展開され、マスタCPU5により実行され
る。

そして、このマスタCPU5とプレイバックコンソール３
及びプログラミングユニット４との間での情報の授受は
デュアルポートRAM11を介して、入出力プロセッサ10の
制御のもとで実行される。

８はバッテリバックアップRAMで、後述する経験ファ
クタやユーザ設定などのデータを格納し、電源遮断時に
もデータが保持されているようにしている。

第６図はプログラミングユニット４におけるマンマシ
ンインターフェイスを示したもので、最終目的となる、
いくつかの機能17を得るためには複数の操作結合点16で
の処理を実行しなければならない構成となっている。

複数の操作結合点16は、図示されているように、ガイ
ダンス14とユーザ選択15とから構成され、キースイッチ
18により処理が進むようになっている。そして、このと
きの操作結合点16の数と、それら各々の中でのガイダン
ス14とユーザ選択15の内容は、初心者を対象として構成
されている。

従って、このままでは、克明なガイダンスがなされ、
初心者にも容易に操作ができるようになっている反面、
熟練者にはガイダンスがオーバーで、かえって使い勝手
が良くなくなってしまうことは、上記したところであ
る。

そこで、この実施例では、更に第７図に示すようなソ
フトウエア構成にし、操作者の熟練のレベルに応じてガ
イダンスが単純化されて行くように制御が進むようにな
っている。

この第７図において、まず、パラメータ設定処理19
は、ユーティリティ的な処理であり、システム立ち上げ
時、第８図に示すパラメータ設定処理部において、ユー
ザにより各種のデータが設定されるようになっている。
そして、これらの各種データは、後述する経験判断制御
処理部において使用されるようになっている。

次に、経験制御について説明する。ここでは、プログ
ラミングユニット４に設けられているキースイッチの中
の、或る１個のキースイッチ18（操作イベントとなる
釦）がユーザにより押下されたと想定して説明する。

キースイッチ18の押下により、I/Oプロセッサインタ
ーフェース制御システム20を介して、この釦情報がマン
マシン制御システム21に入力され、経験判断制御部22が
起動される。

第９図（ａ）、（ｂ）は、経験判断制御部22の処理を
示すフローチャートで、最初、第９図（ａ）において、
このフローによる処理が開始したら、まず処理28によ
り、入力された釦が、判断の対象になる釦であるか否か
を判断する。なお、釦には、１種の目的、機能しか割り
当てていない場合もあり、そうでない場合もあるので、
ここでは判断手段として釦に属性を付し、単機能割り付
け釦か否かを判断するようにしている。

処理29では、上記したパラメータ設定処理において設
定された判断ファクタに基き、以下の処理で操作者の熟
練度を決定するのに必要な情報として、ユーザ申告経験
ファクタを使用するか、釦操作経験ファクタを使用する
かを判断する。

処理30と31では、それぞれの経験ファクタを使用し
て、操作者の熟練度レベルが初心者に位置付けられる
か、熟練者にあるかを判定し、熟練者と判断されたらフ
ロー32に進む。

処理33では、最終機能の決定を前回操作パス経験ファ
クタにより行なうのか、最多操作パス経験ファクタによ
るのかを判定する。このときの判断情報には、第８図で
上記したパラメータ設定処理部で、ユーザによる設定さ
れたバイパス判断ファクタを用いる。

そして、この処理33での判定結果により、処理34、又
は処理35の一方が選択されるので、ガイダンス及びユー
ザ選択操作なしに、直ちに目的とする機能が与えられる
ことになり、熟練者にとって使い易い、熟練者用マンマ
シンインターフェースとして使用できることになる。

一方、処理30、又は処理31で、夫々フロー36、37に進
んだときには、操作者が初心者と判定されたことになる
ので、第９図（ｂ）のフローに進み、まず、処理38によ
り第10図に示してある処理の起動を促す。

この第10図の処理では、起動要求に応じて、釦押下間
隔時間の平均を計測し、その結果を釦操作経験ファクタ
として、当該イベント釦毎に、夫々対応して説明する処
理を実行する。なお、この釦操作経験ファクタは、上記
の説明と重複するが、第９図（ａ）における処理31で使
用されることになる。

第９図（ｂ）に戻り、続いて処理39〜41により、通常
の初心者用マンマシンインターフェース制御に必要な処
理を行ない、その後、処理45で、このときに目的とする
機能が与えられる前に、まず処理42により上記した第10
図の処理に対する起動要求をクリアし、続く処理43で、
今度は第11図に示す処理を起動させ、さらに処理44で第
12図に示す処理の起動を行なうのである。従って、この
第９図（ｂ）が初心者用マンマシンインターフェースを
実現するための処理となっていることになる。

ここで、第11図の処理は、イベント釦に対応した、前
回操作経験ファクタを目的とする機能により設定するも
のである。なお、このときの機能には番号が付してあ
り、それにより管理されるようにしてある。

また、第12図の処理は、イベント釦に付加されている
各機能毎の実行回数を計測するもので、ここで算定され
たファクタは、上記した第９図（ａ）の処理35で使用さ
れるためのものである。

従って、この実施例によれば、ロボット教示装置での
マンマシンインターフェースの内容が、ユーザの操作経
験度に応じて、初心者用から熟練者用にまで、夫々自動
的に変更されるので、どのようなユーザに対しても常に
充分に満足してもらえる教示装置を提供することがで
き、ロボットのマンマシンインターフェースのユーサフ
レンドリー化の向上を大いに図ることができる。

また、この実施例によれば、システム内に経験制御機
能を有しているため、マンマシンインターフェースの変
更が自動的に与えられるので、従来例のように、変更に
際してシステム入れ替える必要が無く、余分な手間を要
しないという効果がある。

なお、上記した経験ファクタは、一義的なものに限ら
ず、ユーザの要望や経験度の基準の違いに対しても、こ
の実施例によればフレキシブルに対応できるという効果
がある。

なお、以上の実施例では、本発明をロボットの教示装
置に適用した場合について説明したが、本発明は、ロボ
ットに限らず、各種の自動制御機器の操作装置にも適用
可能なことは、いうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、操作者の技能レベルに応じて、教示
の内容が換えられるので、どのようなユーザにも満足が
得られ、効率的な教示を行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による産業用ロボットの教示装置の一実
施例が適用されたロボットシステムの一例を示す構成
図、第２図は同じく教示装置の一実施例を示す正面図、
第３図は本発明の第１の実施例の動作説明用のフローチ
ャート、第４図は同じくテーブルの説明図、第５図はロ
ボットコントローラの一実施例におけるハードウエア構
成図、第６図は教示装置の一実施例におけるマンマシン
インターフェースの説明図、第７図は同じくソフトウエ
アの構成図、第８図はパラメータ設定処理機能の説明
図、第９図は経験判断制御を説明するためのフローチャ
ート、第10図は釦操作経験ファクタ設定処理のフローチ
ャート、第11図は前回操作パス経験ファクタ設定処理の
フローチャート、第12図は最多操作パス経験ファクタ設
定処理のフローチャートである。 １……ロボット本体、２……ロボットコントローラ、３
……プレイバックコンソール、４……プログラミングユ
ニット（教示装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大浦 正雄 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 霜村 来爾 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献 特開 平３−55185（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25J 9/22 B25J 13/06 G05B 19/42 G05B 19/405

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作ガイダンス用メッセージの表示とメニ
   ュー選択入力の組合せにより対話方式でロボットの教示
   を行なうようにした産業用ロボットの教示装置におい
   て、 上記操作ガイダンス用メッセージの表示に対応して逐次
   操作者により実行されるメニュー選択入力操作の内容を
   分析して判定結果を与えるようにした熟練度レベル判定
   手段を設け、 該熟練度レベル判定手段による判定結果に応じて上記操
   作ガイダンス用メッセージとメニューの内容及びこれら
   の組合せのうちの少なくとも１を変更するように構成し
   たことを特徴とする産業用ロボットの教示装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、 上記メニュー選択入力操作の内容が、逐次実行される入
   力操作の周期であることを特徴とする産業用ロボットの
   教示装置。
3. 【請求項３】請求項１の発明において、 上記メニュー選択入力操作の内容が、過去に選択された
   操作ガイダンス用メッセージとメニューの内容及びこれ
   らの組合せのうちの少なくとも１と、今回選択された操
   作ガイダンス用メッセージとメニューの内容及びこれら
   の組合せのうちの少なくとも１との比較処理であること
   を特徴とする産業用ロボットの教示装置。