JP3223737B2 - 産業用ロボットの動作姿勢提案装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに所要の作業
を教示する際に各動作点でロボットが取りうる可能な姿
勢を教示者に提案することができる産業用ロボットの動
作姿勢提案装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、産業用ロボット（以下、単にロボ
ットという）としては、ティーチング・プレイバックロ
ボットが広く使用されている。この種のロボットは、一
度人間が教えたこと（作業の順序、条件、位置（姿勢を
含む）およびその他の情報）を正確に記憶し、それを必
要に応じて読み出すことにより、同じ動作を繰り返すロ
ボットであり、ロボットの教示にあたっては、従来は、
教示者がワークの位置とロボットの姿勢を見ながらその
動作を教え込んでいた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１つの動作
点において同一のハンド位置を実現しうるロボットの姿
勢は何通りかあるのがふつうである。たとえば、図６の
ロボットの平面図に示すように、同じハンド位置を実現
しうるロボットの姿勢として、アプローチの方向性の観
点だけから見ても、Ａ方向のアプローチとＢ方向のアプ
ローチの２通りが考えられる。関節の位置の違いまで含
めるともっと多くの場合が考えられる。しかしながら、
実際には、教示者が教示作業中にその何通りかの姿勢を
すべて思い浮かべることは困難である。また、次の動作
に移りやすい姿勢（最適姿勢）を常に考えながら教示作
業を行うことも困難である。したがって、コンピュータ
の助けを借りることにより、ロボットが取りうる姿勢を
多く思い付いて、移動時間を全体的に短くできるような
動作を考えたり、次の動作に移りやすいロボットの姿勢
を考えたりすることができれば、きわめて便利である。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、ロボットを教示する際に各
動作点でロボットが取りうる可能な姿勢を教示者に提案
することができる産業用ロボットの動作姿勢提案装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る請求項１記載の産業用ロボットの動作
姿勢提案装置は、産業用ロボットの各軸の動作位置を動
作点ごとに記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶さ
れている移動前後の両動作点における各軸の動作位置デ
ータに基づいて、移動後の動作点におけるハンド位置と
同一のハンド位置を実現しうるロボットの姿勢を演算す
る演算手段と、前記演算手段の演算結果を表示する表示
手段とを有することを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置は、産業用ロボットの各軸の動作位置を
動作点ごとに記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
されている移動前後の両動作点における各軸の動作位置
データに基づいて、移動後の動作点におけるハンド位置
と同一のハンド位置を実現しうるロボットの姿勢を演算
する演算手段と、前記演算手段の演算結果の中から所定
の規準を満たす姿勢を抽出する抽出手段と、前記抽出手
段の抽出結果を表示する表示手段とを有することを特徴
とする。

【０００７】また、請求項３記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置は、産業用ロボットの各軸の動作位置を
動作点ごとに記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
されている移動前後の両動作点における各軸の動作位置
データに基づいて、移動後の動作点におけるハンド位置
と同一のハンド位置を実現しうるロボット姿勢を演算す
る演算手段と、前記演算手段の演算結果の中から所定の
規準を満たす姿勢を抽出する抽出手段と、前記抽出手段
の抽出結果に対し、区間を設定し、区間ごとに中間値の
姿勢を選定する選定手段と、前記選定手段の選定結果を
表示する表示手段とを有することを特徴とする。

【０００８】また、請求項４記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置は、上記請求項１、２、または３記載の
産業用ロボットの動作姿勢提案装置において、現在の教
示姿勢を前記表示手段によって表示された姿勢の中から
手操作入力により選択された姿勢に変更する変更手段を
有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記のように構成された請求項１記載の産業用
ロボットの動作姿勢提案装置にあっては、記憶手段は、
教示されるたびにロボットの各軸の動作位置を動作点ご
とに記憶し、演算手段は、記憶手段に記憶されている移
動前後の両動作点における各軸の動作位置データに基づ
いて、移動後の動作点におけるハンド位置と同一のハン
ド位置を実現しうるロボットの姿勢を演算する。演算手
段の演算結果は表示手段によって表示され、教示者に提
供される。すなわち、各動作点ごとにロボットが取りう
る可能な姿勢を演算し、表示するので、教示者はその時
にロボットが取りうるすべての姿勢を知ることができ
る。

【００１０】また、請求項２記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置にあっては、記憶手段は、教示されるた
びにロボットの各軸の動作位置を動作点ごとに記憶し、
演算手段は、記憶手段に記憶されている移動前後の両動
作点における各軸の動作位置データに基づいて、移動後
の動作点におけるハンド位置と同一のハンド位置を実現
しうるロボットの姿勢を演算する。抽出手段は、演算手
段の演算結果の中から所定の規準を満たす姿勢を抽出す
る。抽出手段の抽出結果は表示手段によって表示され、
教示者に提供される。すなわち、請求項１記載の発明の
作用に加えて、演算された姿勢の中から所定の規準を満
たす姿勢だけを抽出し、表示するので、提案する姿勢の
数を適切なものだけに限定することができる。

【００１１】また、請求項３記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置にあっては、記憶手段は、教示されるた
びにロボットの各軸の動作位置を動作点ごとに記憶し、
演算手段は、記憶手段に記憶されている移動前後の両動
作点における各軸の動作位置データに基づいて、移動後
の動作点におけるハンド位置と同一のハンド位置を実現
しうるロボット姿勢を演算する。抽出手段は、演算手段
の演算結果の中から所定の規準を満たす姿勢を抽出し、
選定手段は、抽出手段の抽出結果に対し、区間を設定
し、区間ごとに中間値の姿勢を選定する。選定手段の選
定結果は表示手段によって表示され、教示者に提供され
る。すなわち、請求項２記載の発明の作用に加えて、抽
出された姿勢に対し区間ごとに中間値の姿勢を選定し、
表示するので、提案する姿勢の数をさらに適切なものだ
けに限定し、必要最小限度に抑えることができる。

【００１２】また、請求項４記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置にあっては、変更手段は、現在の教示姿
勢を上記請求項１、２、または３記載の表示手段によっ
て表示された姿勢の中から手操作入力により選択された
姿勢に変更するので、教示者は提案された姿勢の中から
適当な姿勢を選択することにより、ロボットに教示する
姿勢を自由に変更することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例による産業用ロボットの
動作姿勢提案装置の構成図である。このロボットシステ
ムは、ティーチング・プレイバックロボットであり、通
常のものと同様、実際に作業を行う部分であるロボット
本体１（以下、単にロボットという）と、このロボット
１の動作を制御するロボットコントローラ２とを有して
おり、ロボットコントローラ２には教示の際に使用する
リモートコントロール装置である教示盤３が接続されて
いる。ロボット１は、サーボモータ直接駆動方式による
多関節型であり、たとえば、６つの動作軸（ロボット据
付面から近い順に第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第
５軸、第６軸とする）を有している。これら６つの軸は
ロボットコントローラ２によって完全同調制御が行われ
る。なお、図示しないが、ロボットコントローラ２（特
に、後述するロボット制御部）には、教示盤３のほか
に、たとえば、作業台上にワークが搬入、搬出されたこ
とを検出するリミットスイッチなどの各種センサなどが
接続されており、場合によっては、視覚センサ（たとえ
ば、ＣＣＤカメラ）の出力信号を画像処理する画像処理
装置なども接続されている。ロボット１に関する信号
（たとえば、データの警告信号や断線検知など）もこれ
に対して入出力される。

【００１４】本実施例では、ロボットコントローラ２
は、機能的に大別して、ロボット１の動作を直接に制御
する部分であるロボット制御部４と、ロボット１の姿勢
に関する各種演算処理を行って動作の姿勢を提案する部
分である姿勢提案処理部５とを有している。教示者との
間で姿勢に関するデータの入出力を行うため、姿勢提案
処理部５には専用の端末装置６が接続されている。ロボ
ット制御部４はメモリ７を内蔵しており、このメモリ７
には、たとえば、教示された各動作点における６軸の位
置データ（軸パラメータ）が記憶される。軸パラメータ
の値は、各軸に取り付けられたサーボモータの回転位置
を検出する位置検出器の検出値（たとえば、エンコーダ
の場合は、原位置からの出力パルス数、つまりカウント
値）によって表現される（たとえば、図４参照）。ま
た、姿勢提案処理部５はメモリ８を内蔵しており、この
メモリ８には、後述するようにして演算されたロボット
１の動作姿勢のデータが格納される。ロボットの姿勢
は、各軸の位置によって決定されるので、姿勢データも
また軸パラメータの形式で記憶される。ロボット１の姿
勢（現在の教示姿勢や提案される姿勢）や動作は、ロボ
ット制御部４内のメモリ７や姿勢提案処理部５内のメモ
リ８から必要なデータを読み出すことにより、端末装置
６の画面に表示される（たとえば、図５参照）。なお、
記憶手段はメモリ７、演算手段、抽出手段、選定手段、
および変更手段は姿勢提案処理部５、表示手段は端末装
置６によってそれぞれ構成されている。

【００１５】ロボット１に所要の作業を教え込む方法
は、通常のティーチング・プレイバックロボットの場合
と同様であり、教示盤６を操作してロボット１を動かし
実際の作業を教示することにより、その作業の順序、条
件、位置（姿勢を含む）、およびその他の情報をロボッ
ト制御部４内のメモリ７に記憶させる。その際、本実施
例では、後述するように、各動作点ごとにロボット１が
取りうる可能な姿勢を端末装置６の画面を通して教示者
に提案する機能を有している。教示された作業を実際に
行うときには、メモリ７から順序、条件、位置などの情
報を必要に応じて読み出し、図示しないサーボアンプを
介して軸モータ制御およびブレーキ制御を行うことによ
り、その教示された順序と条件および位置に従って動作
の各段階を逐次進めていく。

【００１６】次に、以上のように構成された本装置によ
る教示作業の手順を図２と図３のフローチャートを参照
して説明する。なお、教示作業は、後述のように、対話
操作と自動処理によって行われる。

【００１７】ロボット１の教示作業を開始すると、ま
ず、ロボット制御部４は、現在の６軸のパラメータ値
（エンコーダのカウント値）、つまり現在の位置と姿勢
のデータをメモリ７に記憶する（ステップＳ１）。

【００１８】それから、教示者は、教示盤３を操作して
ロボット１を動かし、次の動作点を教示する（ステップ
Ｓ２）。教示者によるこの作業は次の動作点が決定され
るまで行われる（ステップＳ３）。

【００１９】ステップＳ２とステップＳ３で次の動作点
が決定されロボット１がその位置に移動されると、ロボ
ット制御部４は、教示盤３から入力された書き込み命令
により、移動後の新たな動作点における６軸のパラメー
タ値をメモリ７に記憶する（ステップＳ４）。軸パラメ
ータ値の記憶形式は、たとえば、図４に示すように、各
動作点ごとに各軸の値（エンコーダのカウント値）を格
納するようになっている。教示される各動作点には教示
された順番に１から番号が付されるようになっている。

【００２０】ステップＳ４で新たな動作点が記憶される
と、ステップＳ５で、姿勢提案処理部５は、ロボット制
御部４内のメモリ７から移動前後の新旧両位置における
軸パラメータ値を読み出し（たとえば、図４中の動作点
Ｎｏがｎとｎ＋１の場合を参照）、これらのデータに基
づいて、移動後の新位置におけるロボット１のハンド位
置と同一のハンド位置を実現することができ、かつ旧位
置から移動可能である、ロボット１の取りうる姿勢（具
体的には、軸パラメータ値）を算出する。より具体的に
は、まず、新位置における軸パラメータ値から、同一の
ハンド位置を実現する取りうる可能な姿勢を複数算出し
（たとえば、図６におけるＡ方向アプローチとＢ方向ア
プローチの両者を含む）、次に、それらの中から、旧位
置から移動できる姿勢を選び出す（たとえば、旧位置が
Ａ方向アプローチの場合にはＡ方向アプローチに属する
姿勢が選ばれる）。

【００２１】それから、姿勢提案処理部５は、ステップ
Ｓ５で算出されたロボット１が取りうる姿勢の中から、
ステップＳ４で教示された現在の姿勢と比べて、これよ
りもロボットアームの各部分のベクトル（方向性）がど
れか１つでも所定値（たとえば、５度）以上違う姿勢を
抽出する（ステップＳ６）。前記所定値はしきい値とし
て用いられるものであり、あらかじめ適当に設定してお
く。このような規準を満たす姿勢だけを抽出することに
よって、提案する意味を損なうことなく、提案する姿勢
の数を限定することができる。

【００２２】それから、姿勢提案処理部５は、ステップ
Ｓ６で抽出された姿勢と現在の教示姿勢とを各軸ごとに
比較して、さらに姿勢の選定処理を行う。

【００２３】すなわち、検討すべきロボット軸の番号Ｎ
をまず１にした（Ｎ＝１）後（ステップＳ７）、第Ｎ軸
の角度が現在の教示姿勢の場合よりも所定値（たとえ
ば、５度）以上違う姿勢があるかどうかを判断し（ステ
ップＳ８）、この判断の結果としてＹＥＳであれば、第
Ｎ軸の角度を以降所定値（たとえば、５度）ごとに区切
って区間を設定し、各区間ごとに中間の値を代表値とし
て選択し（ステップＳ９）、各区間の代表値に対応する
姿勢を各区間ごとに端末装置６の画面に逐次表示すると
ともに（ステップＳ１０）、その姿勢をメモリ８に記憶
する（ステップＳ１１）。それから、次のロボット軸に
ついて検討すべく、番号Ｎを１だけインクリメントして
（ステップＳ１２）、番号Ｎが所定値（本実施例では、
６軸ロボットなので、６）よりも大きくない限り、ステ
ップＳ８に戻る。また、ステップＳ８の判断の結果とし
てＮＯであれば、ただちにステップＳ１２に進み、次の
ロボット軸の検討に進む。この一連の選定処理により、
提案する姿勢は段階的なものに標準化され、提案する姿
勢の数をさらに適切なものだけに限定することができ
る。

【００２４】ステップＳ７〜ステップＳ１３で各軸の検
討による姿勢の選定処理が終了すると、姿勢提案処理部
５は、メモリ８に記憶されている選定処理の結果を端末
装置６の画面に一覧表示する（ステップＳ１４）。図５
は一覧表示の一例を簡素化して示した図である。

【００２５】それから、教示者は、ステップＳ１４で一
覧表示された姿勢の中から自由に任意の姿勢を選択する
（図５参照）（ステップＳ１５）。現在の姿勢を変更し
ない旨の選択も可能である。

【００２６】ステップＳ１５で任意の姿勢が選択される
と、姿勢提案処理部５は、その姿勢のデータをロボット
制御部４に転送し（ステップＳ１６）、ロボット制御部
４は、旧位置の姿勢から新位置のその選択された姿勢ま
でロボット１を実際に動かしてみる（ステップＳ１
７）。

【００２７】この実際のロボット１の動作を見て教示者
がＯＫである、つまり選択した姿勢のほうが動きの点で
好ましい（たとえば、前の動作点から移動しやすいな
ど）と判断すれば（ステップＳ１８）、端末装置６から
の変更命令により、ロボット制御部４は、メモリ７に記
憶されている現在の教示姿勢のデータをステップＳ１５
で選択されステップＳ１６で転送された姿勢のデータに
更新する（ステップＳ１９）。

【００２８】これに対し、ステップＳ１７における実際
のロボット１の動作を見て教示者がＮＧであると判断し
た場合は、さらに、少し姿勢を変えるだけで済むかどう
かを教示者は判断し（ステップＳ２０）、少しの姿勢を
変えるだけで済む場合には、教示盤３を操作してロボッ
ト１の姿勢を修正し（ステップＳ２１）、ステップＳ１
９に進む。つまり、ロボット制御部４内のメモリ７に記
憶される教示姿勢のデータ（軸パラメータ値）をステッ
プＳ２１で修正した姿勢データに更新する。

【００２９】しかし、ステップＳ２０で教示者が少しの
修正では対応できないと判断した場合には、ステップＳ
１４に戻って、一覧表示された姿勢の中から別の姿勢を
選択し、以降、同様の処理を繰り返し、当該動作点にお
ける最適な姿勢を見つけだし、メモリ７に記憶する。

【００３０】ステップＳ１９で教示姿勢の更新が行われ
ると、たとえば、教示者の判断により、ロボット１の教
示を終えたかどうか、つまり所要の作業をすべて教え込
んだかどうかを判断し（ステップＳ１１）、教示作業が
終了していない場合は、終了するまで、次の動作点を教
示すべく、ステップＳ２に戻って、以降の処理を繰り返
す。

【００３１】したがって、本実施例によれば、ロボット
１を教示する際に各動作点においてロボット１が取りう
る可能な姿勢を演算し（抽出処理と選定処理を含む）、
端末装置６の画面に表示するようにしたので、教示者は
その動作点でロボット１が取りうるすべての可能な姿勢
を知ることができる。したがって、教示者は、ハンドな
どに取り付けたケーブルが絡まないように教示したり、
次の動作に無理のない、つまり移動しやすい姿勢（最適
姿勢）を容易に見つけることが可能となり、教示におけ
る利便性が大幅に向上する。

【００３２】また、本実施例では、抽出処理や選定処理
を行って、提案すべき姿勢の情報を適当に選別するよう
にしているので、提案する姿勢の数を適切なものだけに
限定することができる。これにより、必要以上に提案数
が増えるのを有効に防止することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る請求項
１記載の産業用ロボットの動作姿勢提案装置によれば、
各動作点ごとにロボットが取りうる可能な姿勢を演算
し、表示するので、教示者はその時にロボットが取りう
るすべての姿勢を知ることができる。したがって、教示
者は、ハンドなどに取り付けたケーブルが絡まないよう
に教示したり、次の動作に無理のない、つまり移動しや
すい姿勢（最適姿勢）を容易に見つけることが可能とな
り、教示における利便性が大幅に向上する。

【００３４】また、請求項２記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置によれば、請求項１記載の発明の効果に
加えて、演算された姿勢の中から所定の規準を満たす姿
勢だけを抽出し、表示するので、提案する姿勢の数を適
切なものだけに限定することができる。

【００３５】また、請求項３記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置によれば、請求項２記載の発明の効果に
加えて、抽出された姿勢に対し区間ごとに中間値の姿勢
を選定し、表示するので、提案する姿勢の数をさらに適
切なものだけに限定し、必要最小限度に抑えることがで
きる。

【００３６】また、請求項４記載の産業用ロボットの動
作姿勢提案装置によれば、請求項１、２、または３記載
の発明の効果に加えて、教示者は提案された姿勢の中か
ら適当な姿勢を選択することにより、ロボットに教示す
る姿勢を自由に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による産業用ロボットの動
作姿勢提案装置の構成図

【図２】 図１の装置による教示作業の手順を示すフロ
ーチャート

【図３】 図２に続くフローチャート

【図４】 軸パラメータの記憶形式を示す図

【図５】 一覧表示の一例を示す図

【図６】 ロボットの姿勢の多様性の説明に供する平面
図

【符号の説明】

１…ロボット本体 ２…ロボットコントローラ ３…教示盤 ４…ロボット制御部 ５…姿勢提案処理部（演算手段、抽出手段、選定手段、
変更手段） ６…端末装置（表示手段） ７…メモリ（記憶手段） ８…メモリ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46 B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットの各軸の動作位置を動作
   点ごとに記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている移動前後の両動作点にお
   ける各軸の動作位置データに基づいて、移動後の動作点
   におけるハンド位置と同一のハンド位置を実現しうるロ
   ボットの姿勢を演算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果を表示する表示手段と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの動作姿勢提
   案装置。
2. 【請求項２】 産業用ロボットの各軸の動作位置を動作
   点ごとに記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている移動前後の両動作点にお
   ける各軸の動作位置データに基づいて、移動後の動作点
   におけるハンド位置と同一のハンド位置を実現しうるロ
   ボットの姿勢を演算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果の中から所定の規準を満たす姿
   勢を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段の抽出結果を表示する表示手段と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの動作姿勢提
   案装置。
3. 【請求項３】 産業用ロボットの各軸の動作位置を動作
   点ごとに記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている移動前後の両動作点にお
   ける各軸の動作位置データに基づいて、移動後の動作点
   におけるハンド位置と同一のハンド位置を実現しうるロ
   ボット姿勢を演算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果の中から所定の規準を満たす姿
   勢を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段の抽出結果に対し、区間を設定し、区間ご
   とに中間値の姿勢を選定する選定手段と、 前記選定手段の選定結果を表示する表示手段と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの動作姿勢提
   案装置。
4. 【請求項４】 現在の教示姿勢を前記表示手段によって
   表示された姿勢の中から手操作入力により選択された姿
   勢に変更する変更手段を有することを特徴とする請求項
   １、２、または３記載の産業用ロボットの動作姿勢提案
   装置。