JP4246324B2 - Robot skill teaching method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接、加工、組立て、仕上げ作業などの熟練作業者の作業技能をデータベース化し、これを活用することによりロボットに熟練作業者の作業技能を教示することができる技能教示方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のロボットの教示装置としては、特開平9−193064号公報に、姿勢検出手段と運動伝達部材を介した3次元座標位置検出手段をダミー工具に取り付け、これを作業者が持って教示を行い、この教示データをロボットの教示データに座標変換する装置が開示されている。
また、特開平10−264059号公報には、塗装ロボットのティーチング装置として、作業者が持ったトレーサロッドの両端を画像センサで検出し、その位置・姿勢を演算することによりロボットの教示を行う装置が開示されている。
また、特開平6−250730号公報には、産業用ロボットの教示装置として、作業者の作業をワークの動きとして画像データの形で時系列的にとらえ、この入力データに基づいてワークの3次元位置・姿勢を算出し、この結果に基づいてロボットの動作プログラムを自動生成する装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来技術は、単にロボットへの位置・姿勢の教示を簡易化するためのツールの提案に過ぎず、当該ワークに対する作業者の動作をロボットに教示するだけの構成であり、教示されたデータは一品限りとなり、作業者の技能として獲得していないため、後で活用することができない。
また、特開平9−193064号公報記載の装置は、作業者の動作を実工具で直接教示できるものであるが、運動伝達部材の動作範囲内での使用に限られるという問題がある。
また、特開平10−264059号公報、特開平6−250730号公報に記載された装置は、作業者の動作を非接触で教示できるものであるが、分解能の点で広範囲に計測しようとすれば精度が低下し、このため、測定範囲が制限されるという問題がある。
【0004】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、作業者が実作業を行って教示した作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パターンを抽出し、作業仕様から獲得した動作パターン及び別途入力した工具パラメータを検索できるようなデータベースを構築することにより、熟練作業者の技能をロボットに埋め込むことができ、その結果、ロボットの能力向上を図ることが可能となる技能教示方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、作業者が実作業を行って教示した作業工具の位置・姿勢から作業者の動作パターンを抽出すると同時に、別手段で計測・入力した作業データから作業データパターンを抽出し、作業仕様から獲得した動作パターン及び作業データパターン並びに別途入力した工具パラメータを検索できるようなデータベースを構築することにより、熟練作業者の技能をロボットに埋め込むことができ、その結果、ロボットの能力向上を図ることが可能となる技能教示方法及び装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のロボットの技能教示方法は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する装置を用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力し記憶させ、この時系列データから作業者の動作パターンを抽出し、別途入力した工具パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして動作パターン及び工具パラメータが検索できるデータベースを構築し、意図する作業仕様を入力して得られたデータに基づきロボットの教示を行うように構成されている(図1〜図5参照)。
【0006】
また、本発明のロボットの技能教示方法は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する装置を用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力し記憶させ、これと同時に作業中の作業データを別手段により時系列で入力し記憶させ、作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを抽出するとともに、作業データの時系列データから作業データパターンを抽出し、別途入力した工具パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータが検索できるデータベースを構築し、意図する作業仕様を入力して得られたデータに基づきロボットの教示を行うことを特徴としている(図6参照)。
【0007】
本発明のロボットの技能教示装置は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する位置・姿勢計測装置と、作業者が把持した作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力して記憶するデータ記憶装置と、記憶された作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを抽出する動作パターン抽出装置と、動作パターンが入力され、別途入力された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータベースとを備えたことを特徴としている(図1参照)。
【0008】
また、本発明のロボットの技能教示装置は、作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する位置・姿勢計測装置と、作業中の作業データをリアルタイムで計測する計測手段と、作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力するとともに、作業データの時系列データを入力して、これらの時系列データを記憶するデータ記憶装置と、記憶された作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを抽出するとともに、記憶された作業データの時系列データから作業データパターンを抽出する動作パターン・作業データパターン抽出装置と、動作パターン及び作業データパターンが入力され、別途入力された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータベースとを備えたことを特徴としている(図6参照)。
【0009】
これらの本発明のロボットの技能教示装置においては、位置・姿勢計測装置として、アームの先端部に取り付けた作業工具を作業者が把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、6以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けた操作機構と、各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変換を行うことにより、作業工具の位置・姿勢を演算する位置・姿勢演算装置とからなる接触式の3次元測定機を用いることが好ましい(図1、図2、図6参照)。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
図1は、本発明の実施の第1形態によるロボットの技能教示装置を示している。図2は、本実施形態で用いる作業工具を任意の位置・姿勢に位置決めすることができる装置の一例を示している。本実施形態では、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測できる装置として、例えば、図1、図2に示すような、接触式の3次元測定機を用いているが、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測する装置は、接触方式、非接触方式(カメラ、レーザ、超音波を用いる方法等)のいずれでもよい。
図2に示すように、操作装置10は、剛性の高い6以上の自由度を有するアーム12と、各関節部に高精度の位置検出器14(例えば、エンコーダ)を有する操作機構であり、作業者が先端部16を把持して力を加えて動かすことにより、先端部16を動作範囲内の任意の位置・姿勢に位置決めすることができるものである。
【0011】
図1に示すように、作業者18はこの操作装置10の先端部16に作業工具20を取り付け、作業者18が作業工具20を把持して実際のワーク22に対して作業を行う。本実施形態では、一例として、作業工具20にグラインダを用いた場合の仕上げ作業について説明する。
入力装置24には、作業者18の作業時における操作装置10の各軸の位置検出器14からの信号が入力される。これに座標変換行列を乗じることにより、作業工具20の位置・姿勢が計測することができる。すなわち、作業者18の作業時における位置検出器14からの各軸位置データが入力装置24に入力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置26で座標変換されて作業工具20の位置・姿勢の時系列データが得られる。この時系列データを、一旦、データ記憶装置28に記憶させ、予め与えたいくつかの動作パターンとのマッチングを行い、マッチングした動作パターンのパラメータを抽出する。上記の処理は動作パターン抽出装置30で行われる。
【0012】
動作パラメータを抽出する手法としては、例えば、図3に示すように、動作パターンが定ピッチずらしの往復直線運動である場合、ワーク32上を移動する作業工具20(ここでは、グラインダ)の動作軌跡から、工具の送り速度(V)、移動ピッチ(d)及び工具の動作方向(θv)を求める。具体的には、動作軌跡上の点列をPj(j=1,2,…,n)としたとき、
V=(Σ|Pk−Pk-1|/Δt)/(n−1)
d=2(Pt−P1y
(ここに、Δtは時系列データの入力周期、Ptはベクトル(Pt+1−Pt)とベクトル(Pt−Pt-1)の内積が負となる点、()yはy成分を示す。)
により、送り速度V、移動ピッチdを求めることができる。動作方向θvは、ワーク面に対する基準の工具姿勢を予め定め、この基準姿勢における動作方向を算出する。
【0013】
これらは、仕上げ作業品質に直接関わるデータであり、熟練技能のひとつである。これをデータベース化するためには、作業仕様との関連付けが必要である。ここで作業仕様とは、作業分類(研磨、研削、面取り、バリ取り等)、除去量、仕上げ精度などの目標とするパラメータと、ワークの形状パターン、ワーク材質などのワークパラメータとからなるものである。作業仕様は作業に応じて予め入力されている。そして、これらの作業仕様をキーとして入力したときに、前述の動作パターン(動作パラメータを含む)と工具パラメータ(使用刃具、回転数など)が検索できるようなデータベース34を構築する。
作業仕様におけるワークの形状パターンは、例えば、図4に示すように、ワークの代表的形状に応じていくつか用意し、また、同じ平面であっても縦横比、面の傾きなどのパラメータを持たせる。図4では、面の傾き(θw)、曲率半径(r)、縦横比(a>b、a<b、a=b)等によって、いくつかの形状パターンのワーク(パターン1のワーク36、パターン2のワーク38、パターン3のワーク40、…)が用意されている。
【0014】
以上のようにして種々のワーク、作業工具の組合せで様々な実作業を行うことにより、作業仕様をキーとして動作パターン及び工具パラメータが検索できるデータベース34が構築できる。図5は、このようなデータベースの一例を示している。これは作業者の作業技能のうち動作に関する技能を教示により獲得できたことを意味する。
ロボットを用いて仕上げ作業の自動化を図る場合には、マンマシン部(操作部)42に意図する作業仕様を入力すれば、データベースの中からその仕様に近い作業仕様を判断し、それに基づき作業者の動作パターンと工具パラメータがマンマシン部42に表示される。そして、表示されたデータに基づきロボットの教示を行うことにより、作業者の技能をロボットに埋め込むことができる。ロボットへの教示は、通常のオフライン教示の手法が用いられる。
【0015】
図6は、本発明の実施の第2形態によるロボットの技能教示装置を示している。
図6に示すように、作業者18は操作装置10の先端部16に作業工具44を取り付け、作業者18が作業工具44を把持して実際のワーク46に対して作業を行う。操作装置10の構成等は、実施の第1形態と同様である。また、実施の第1形態では、グラインダを用いた仕上げ作業について説明したが、本実施形態では、一例として、作業工具44にトーチを用いた場合の溶接作業について説明する。
入力装置24には、作業者18の作業時における操作装置10の各軸の位置検出器14からの信号が入力される。これに座標変換行列を乗じることにより、作業工具44の位置・姿勢が計測することができる。すなわち、作業者18の作業時における位置検出器14からの各軸位置データが入力装置24に入力され、これらのデータが位置・姿勢演算装置26で座標変換されて作業工具44の位置・姿勢の時系列データが得られる。この時系列データを、一旦、データ記憶装置48に記憶させ、予め与えたいくつかの動作パターンとのマッチングを行い、マッチングした動作パターンのパラメータを抽出する。
【0016】
本実施形態では、図6に示すように、動作パターン(動作パラメータを含む)の獲得に加えて、作業データも同時に、別途設けた計測手段(図示略)と入力装置50を用いて時系列で入力することにより、作業データパターンを抽出してデータベースに加えることができる。すなわち、得られた時系列データを、一旦、データ記憶装置48に記憶させ、作業データが作業中の動作パターンに応じて、あるいは時間に応じてパターン化できる場合は、パターンのパラメータを求める。ここで、作業データとは、溶接作業の場合は溶接電流、溶接電圧などであり、実施の第1形態の仕上げ作業の場合は工具の押付け力などである。また、ギャップ量なども、ワーク部位に応じて変化する場合は、作業データと同様に、時系列で入力する構成とすることが可能である。
前述した動作パターンを抽出する処理及び作業データパターンを抽出する処理は、動作パターン・作業データパターン抽出装置52で行われる。
【0017】
溶接作業の場合は、作業仕様におけるワークパラメータとして形状パターン、材質の他に、開先種類、ギャップ量等を入力し、動作パターンとしてウィービングパターン、ウィービング幅、周波数、トーチ角度、あるいは多層盛り溶接における積層パターン等を出力し、また、工具パラメータとして使用トーチ、ワイヤ等を出力する。
作業仕様をキーとして入力したときに、動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータが検索できるようなデータベース54が構築される点は、実施の第1形態の場合と同様である。
ロボットを用いて溶接作業の自動化を図る場合には、マンマシン部42に意図する作業仕様を入力すれば、データベースの中からその仕様に近い作業仕様を判断し、それに基づき作業者の動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータがマンマシン部42に表示される。そして、表示されたデータに基づきロボットの教示を行うことにより、作業者の技能をロボットに埋め込むことができる。
他の構成及び作用は、実施の第1形態の場合と同様である。
【0018】
ここで、作業データのパターン化について、実施の第1形態で述べた仕上げ作業を例にとって説明する。作業データが作業中の動作パターンに応じて、あるいは時間に応じてパターン化できる場合は、パターンのパラメータを求める。図7は、仕上げ作業における工具の押付け力のパターンの例を示している。ここでは、図7に示すような繰り返し矩形パターンとして、押付け力のオフセット量(f0)、押付け力の幅(f1)及び繰り返し周期(Tf)をパターンのパラメータとして抽出する。なお、実施の第1形態で説明した仕上げ作業の場合も、作業データの入力を行う構成としてデータベースにパターン化したデータを加えることが可能である。
【0019】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
(1) 熟練作業者の作業技能を教示することができ、これをデータベース化して活用することにより、作業の自動化を図りたいときに、作業技能としてロボットに埋め込むことができる。
(2) 熟練作業者の技能をロボットに埋め込むことができ、その結果、ロボットの能力向上を図ることが可能となる。
(3) 作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測する装置として、接触式の3次元測定機を使用する場合は、精度の高い教示データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態によるロボットの技能教示装置を示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施の第1形態における作業工具を任意の位置・姿勢に位置決めすることができる装置の一例を示す概略構成図である。
【図3】本発明の実施の第1形態における動作パラメータの抽出例を示す概略構成図である。
【図4】本発明の実施の第1形態におけるワークの形状パターンの一例を示す構成図であり、上段が側面図、下段が平面図である。
【図5】本発明の実施の第1形態におけるデータベースの表示例を示す構成図である。
【図6】本発明の実施の第2形態によるロボットの技能教示装置を示す概略構成図である。
【図7】作業データのパターン化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
10 操作装置
12 アーム
14 位置検出器
16 先端部
18 作業者
20、44 作業工具
22、32、36、38、40、46 ワーク
24、50 入力装置
26 位置・姿勢演算装置
28、48 データ記憶装置
30 動作パターン抽出装置
34、54 データベース
42 マンマシン部
52 動作パターン・作業データパターン抽出装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a skill teaching method and apparatus capable of creating a database of work skills of skilled workers, such as welding, processing, assembly, and finishing work, and using the database to teach the work skills of skilled workers to a robot. Is.
[0002]
[Prior art]
As a conventional robot teaching apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 9-193064 discloses that a three-dimensional coordinate position detecting means via a posture detecting means and a motion transmitting member is attached to a dummy tool, and an operator holds this to teach. A device for converting the teaching data into robot teaching data is disclosed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-264059 discloses an apparatus for teaching a robot as a teaching device for a painting robot by detecting both ends of a tracer rod held by an operator with an image sensor and calculating its position and orientation. Is disclosed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-250730 discloses an industrial robot teaching apparatus that takes a worker's work as a work movement in the form of image data in time series, and based on the input data, the three-dimensional work. An apparatus that calculates a position / attitude and automatically generates a robot operation program based on the result is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The prior art as described above is merely a proposal of a tool for simplifying the teaching of the position / orientation to the robot, and is simply configured to teach the robot the operation of the worker with respect to the workpiece. Since the data is limited to one item and has not been acquired as the skill of the worker, it cannot be used later.
The device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-193064 can directly teach an operator's operation with an actual tool, but has a problem that it is limited to use within the operation range of the motion transmission member.
Further, the devices described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-264059 and 6-250730 can teach the operator's operation in a non-contact manner. There is a problem that the accuracy is lowered, and therefore the measurement range is limited.
[0004]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to extract an operator's motion pattern from the position / posture of a work tool taught by an operator by performing an actual work, and obtain it from work specifications. Skill teaching method that can embed skill of skilled worker in robot by building database that can search operation pattern and separately input tool parameter, and as a result, improve robot ability And providing an apparatus.
Another object of the present invention is to extract the operation pattern of the worker from the position / posture of the work tool taught by the worker performing the actual work, and simultaneously extract the work data pattern from the work data measured / input by another means. In addition, by constructing a database that can search for operation patterns and work data patterns obtained from work specifications and separately input tool parameters, it is possible to embed skills of skilled workers in the robot, resulting in the ability of the robot It is an object of the present invention to provide a skill teaching method and apparatus that can be improved.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the robot skill teaching method of the present invention measures and calculates the position / orientation of the work tool in real time in parallel with the process in which the worker holds the work tool and performs the actual work. The time series data of the position and orientation of the work tool being worked on is input and stored using the device, and the operator's movement pattern is extracted from this time series data and combined with the tool parameters entered separately, the work specifications As a key, a database capable of searching for operation patterns and tool parameters is constructed, and the robot is taught based on data obtained by inputting an intended work specification (see FIGS. 1 to 5).
[0006]
In addition, the robot skill teaching method of the present invention uses a device that measures and calculates the position / orientation of the work tool in real time in parallel with the process in which the worker holds the work tool and performs the actual work. Input and store the time series data of the position and orientation of the working tool inside, and at the same time, input and store the work data during work in time series by another means, and work from the time series data of the position and orientation of the working tool Database that can extract the operation pattern of the operator, extract the work data pattern from the time series data of the work data, and search the operation pattern, the work data pattern and the tool parameter using the work specification as a key together with the separately input tool parameters Is constructed, and the robot is taught based on data obtained by inputting an intended work specification (see FIG. 6).
[0007]
A skill teaching apparatus for a robot according to the present invention is a position / posture measuring apparatus that measures and calculates the position / posture of a working tool in real time in parallel with a process in which an operator grips a work tool and performs actual work. And a data storage device for inputting and storing time series data of the position / posture of the work tool held by the worker, and extracting an operation pattern of the worker from the stored time series data of the position / posture of the work tool To obtain data that teaches the operator's skill to the robot, which is constructed so that these data can be searched using the operation specifications as a key together with the operation parameters input and the operation parameters input separately (See FIG. 1).
[0008]
The robot skill teaching apparatus of the present invention is a position / posture that measures and calculates the position / posture of a working tool in real time in parallel with a process in which an operator grips the work tool and performs actual work. The time series data of the measuring device, the measuring means that measures the work data during work in real time, the position and orientation of the work tool, and the time series data of the work data are inputted, and these time series data are An operation pattern for extracting a work pattern from the time series data of the stored work data, and extracting a work pattern of the worker from the stored time series data of the position and orientation of the work tool; Work data pattern extraction device, operation pattern and work data pattern are input, along with tool parameters input separately, using work specifications as keys These data have been constructed so the search is characterized by comprising a database for obtaining data to teach skills of the operator to the robot (see Fig. 6).
[0009]
In these robot skill teaching devices according to the present invention, as a position / posture measuring device, an operator grips a work tool attached to the tip of the arm and applies a force to move the tip to an arbitrary position. An operation mechanism provided with an arm having six or more degrees of freedom so that the position / posture can be positioned, and a position detector provided on each axis of the joint portion of the arm, and a signal from the position detector of each axis It is preferable to use a contact-type three-dimensional measuring machine composed of a position / posture calculation device for calculating the position / posture of the work tool by performing coordinate conversion by inputting (see FIGS. 1, 2, and 6). ).
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
FIG. 1 shows a robot skill teaching apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example of an apparatus that can position the work tool used in the present embodiment at an arbitrary position / posture. In this embodiment, as a device that can measure the position / posture of the work tool in real time, for example, a contact-type three-dimensional measuring machine as shown in FIGS. 1 and 2 is used. The apparatus that measures the above in real time may be either a contact method or a non-contact method (a method using a camera, a laser, an ultrasonic wave, etc.).
As shown in FIG. 2, the operating device 10 is an operating mechanism having a highly rigid arm 12 having 6 or more degrees of freedom and a high-precision position detector 14 (for example, an encoder) at each joint. When the person grips the distal end portion 16 and applies a force to move the distal end portion 16, the distal end portion 16 can be positioned at any position / posture within the operating range.
[0011]
As shown in FIG. 1, the worker 18 attaches the work tool 20 to the distal end portion 16 of the operating device 10, and the worker 18 grips the work tool 20 to work on the actual workpiece 22. In the present embodiment, as an example, a finishing operation when a grinder is used as the work tool 20 will be described.
The input device 24 receives a signal from the position detector 14 of each axis of the operating device 10 when the worker 18 is working. By multiplying this by the coordinate transformation matrix, the position / posture of the work tool 20 can be measured. That is, each axis position data from the position detector 14 at the time of the work of the operator 18 is input to the input device 24, and these data are coordinate-converted by the position / posture calculation device 26 to determine the position / posture of the work tool 20. Time series data is obtained. This time-series data is temporarily stored in the data storage device 28, matched with some previously given motion patterns, and parameters of the matched motion patterns are extracted. The above processing is performed by the operation pattern extraction device 30.
[0012]
As a method for extracting the operation parameter, for example, as shown in FIG. 3, when the operation pattern is a reciprocating linear motion shifted by a constant pitch, the operation locus of the work tool 20 (here, a grinder) moving on the workpiece 32 is used. From the above, the feed speed (V) of the tool, the movement pitch (d) and the operation direction (θv) of the tool are obtained. Specifically, when the point sequence on the motion locus is P j (j = 1, 2,..., N),
V = (Σ | P k −P k−1 | / Δt) / (n−1)
d = 2 (P t −P 1 ) y
(Where Δt is the input period of time series data, P t is the point where the inner product of the vector (P t + 1 -P t ) and the vector (P t -P t-1 ) is negative, and () y is y Indicates ingredients.)
Thus, the feed speed V and the movement pitch d can be obtained. For the movement direction θv, a reference tool posture with respect to the workpiece surface is determined in advance, and the movement direction in this reference posture is calculated.
[0013]
These are data directly related to finishing work quality and are one of skilled skills. In order to make this into a database, it is necessary to associate it with work specifications. Here, work specifications consist of target parameters such as work classification (polishing, grinding, chamfering, deburring, etc.), removal amount, finishing accuracy, and workpiece parameters such as workpiece shape pattern and workpiece material. is there. The work specifications are input in advance according to the work. Then, when these work specifications are inputted as keys, a database 34 is constructed so that the above-described operation patterns (including operation parameters) and tool parameters (used blades, rotation speed, etc.) can be searched.
For example, as shown in FIG. 4, several work shape patterns in the work specifications are prepared according to the representative shape of the work, and even with the same plane, parameters such as aspect ratio and surface inclination are provided. Make it. In FIG. 4, a plurality of shape pattern workpieces (a workpiece 36 of pattern 1, a pattern) depending on the surface inclination (θw), the radius of curvature (r), the aspect ratio (a> b, a <b, a = b), and the like. 2), a pattern 3 workpiece 40,...
[0014]
As described above, by performing various actual work with combinations of various workpieces and work tools, it is possible to construct a database 34 that can search operation patterns and tool parameters using work specifications as keys. FIG. 5 shows an example of such a database. This means that, among the work skills of the worker, the skill related to the operation can be acquired by teaching.
When automating the finishing work using a robot, if an intended work specification is input to the man-machine unit (operation unit) 42, a work specification close to the specification is determined from the database, and the worker is based on that. Are displayed on the man-machine unit 42. Then, by teaching the robot based on the displayed data, the operator's skill can be embedded in the robot. A normal off-line teaching method is used for teaching to the robot.
[0015]
FIG. 6 shows a robot skill teaching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the worker 18 attaches the work tool 44 to the distal end portion 16 of the operating device 10, and the worker 18 grips the work tool 44 and works on the actual work 46. The configuration of the operation device 10 is the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, finishing work using a grinder has been described. In this embodiment, welding work when a torch is used as the work tool 44 will be described as an example.
The input device 24 receives a signal from the position detector 14 of each axis of the operating device 10 when the worker 18 is working. By multiplying this by the coordinate transformation matrix, the position / posture of the work tool 44 can be measured. That is, each axis position data from the position detector 14 at the time of the work of the worker 18 is input to the input device 24, and these data are coordinate-converted by the position / posture calculation device 26 to determine the position / posture of the work tool 44. Time series data is obtained. The time-series data is temporarily stored in the data storage device 48, matched with some previously given operation patterns, and parameters of the matched operation patterns are extracted.
[0016]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, in addition to the acquisition of operation patterns (including operation parameters), work data is simultaneously recorded in time series using separately provided measurement means (not shown) and the input device 50. By inputting, a work data pattern can be extracted and added to the database. That is, the obtained time-series data is temporarily stored in the data storage device 48, and when the work data can be patterned according to the operation pattern during work or according to time, the parameter of the pattern is obtained. Here, the work data includes a welding current and a welding voltage in the case of a welding work, and a pressing force of a tool in the case of the finishing work of the first embodiment. Further, when the gap amount or the like also changes according to the work part, it is possible to adopt a configuration in which time-sequential input is performed in the same manner as the work data.
The process for extracting the operation pattern and the process for extracting the work data pattern are performed by the operation pattern / work data pattern extraction device 52.
[0017]
In the case of welding work, in addition to the shape pattern and material as work parameters in the work specifications, input groove type, gap amount, etc., and weaving pattern, weaving width, frequency, torch angle, or multi-layer welding A laminated pattern or the like is output, and a use torch, a wire, or the like is output as a tool parameter.
As in the case of the first embodiment, the database 54 is constructed so that the operation pattern, the work data pattern, and the tool parameter can be searched when the work specification is input as a key.
When automating the welding work using a robot, if an intended work specification is input to the man-machine unit 42, a work specification close to the specification is determined from the database, and the operator's operation pattern, The work data pattern and tool parameters are displayed on the man-machine unit 42. Then, by teaching the robot based on the displayed data, the operator's skill can be embedded in the robot.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
[0018]
Here, patterning of work data will be described by taking the finishing work described in the first embodiment as an example. If the work data can be patterned according to the operation pattern during the work or according to the time, the parameter of the pattern is obtained. FIG. 7 shows an example of the pressing force pattern of the tool in the finishing operation. Here, as a repetitive rectangular pattern as shown in FIG. 7, the pressing force offset amount (f0), the pressing force width (f1), and the repetitive period (Tf) are extracted as pattern parameters. In the case of the finishing work described in the first embodiment, it is possible to add patterned data to the database as a configuration for inputting work data.
[0019]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
(1) Work skills of skilled workers can be taught, and by using this in a database, when it is desired to automate the work, it can be embedded in the robot as the work skill.
(2) The skill of a skilled worker can be embedded in the robot, and as a result, the ability of the robot can be improved.
(3) When a contact-type three-dimensional measuring machine is used as a device for measuring the position / posture of the work tool in real time, highly accurate teaching data can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a robot skill teaching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of an apparatus capable of positioning a work tool in an arbitrary position / posture according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of operation parameter extraction according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are configuration diagrams showing an example of a workpiece shape pattern according to the first embodiment of the present invention, in which an upper stage is a side view and a lower stage is a plan view. FIGS.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a display example of a database in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a robot skill teaching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing an example of patterning work data.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Operation apparatus 12 Arm 14 Position detector 16 Front-end | tip part 18 Worker 20, 44 Work tool 22, 32, 36, 38, 40, 46 Work 24, 50 Input device 26 Position and attitude | position calculating apparatus 28, 48 Data storage device 30 Operation pattern extraction device 34, 54 Database 42 Man machine unit 52 Operation pattern / work data pattern extraction device

Claims (3)

作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する装置を用いて、作業中の作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力し記憶させ、これと同時に作業中の作業データを別手段により時系列で入力し記憶させ、作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを抽出するとともに、作業データの時系列データから作業データパターンを抽出し、別途入力した工具パラメータと合わせて、作業仕様をキーとして動作パターン、作業データパターン及び工具パラメータが検索できるデータベースを構築し、意図する作業仕様を入力して得られたデータに基づきロボットの教示を行うことを特徴とするロボットの技能教示方法 In parallel with the process in which an operator grips the work tool and performs actual work, time-series data of the position and orientation of the work tool being worked on using a device that measures and calculates the position and posture of the work tool in real time At the same time, work data during work is input and stored in a time series by another means, and the operator's movement pattern is extracted from the time series data of the position / posture of the work tool. Work data patterns are extracted from time series data, and together with tool parameters that have been input separately, a database that can search for operation patterns, work data patterns, and tool parameters using the work specifications as a key is constructed, and the intended work specifications are entered. A robot skill teaching method comprising teaching a robot based on the obtained data . 作業者が作業工具を把持して実作業を行う工程と並行して、作業中の作業工具の位置・姿勢をリアルタイムで計測・演算する位置・姿勢計測装置と、
作業中の作業データをリアルタイムで計測する計測手段と、
作業工具の位置・姿勢の時系列データを入力するとともに、作業データの時系列データを入力して、これらの時系列データを記憶するデータ記憶装置と、
記憶された作業工具の位置・姿勢の時系列データから作業者の動作パターンを抽出するとともに、記憶された作業データの時系列データから作業データパターンを抽出する動作パターン・作業データパターン抽出装置と、
動作パターン及び作業データパターンが入力され、別途入力された工具パラメータとともに、作業仕様をキーとしてこれらのデータが検索できるように構築された、ロボットに作業者の技能を教示するデータを得るためのデータベースと、を備えたことを特徴とするロボットの技能教示装置。
A position / posture measurement device that measures and calculates the position / posture of the working tool in real time in parallel with the process in which the operator grips the work tool and performs the actual work,
A measuring means for measuring work data during work in real time;
A data storage device for inputting the time series data of the position and orientation of the work tool, inputting the time series data of the work data, and storing these time series data;
An operation pattern / work data pattern extraction device that extracts an operation pattern of the worker from the time series data of the stored position / posture of the work tool and extracts the work data pattern from the time series data of the stored work data;
A database for acquiring data that teaches the operator's skill to the robot, which is constructed so that the operation pattern and work data pattern can be entered and these data can be searched using the work specifications as a key together with the tool parameters entered separately. And a robot skill teaching device.
位置・姿勢計測装置が、アームの先端部に取り付けた作業工具を作業者が把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、6以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設けた操作機構と、各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変換を行うことにより、作業工具の位置・姿勢を演算する位置・姿勢演算装置とからなる接触式の3次元測定機である請求項記載のロボットの技能教示装置。The position / posture measuring apparatus 6 can be positioned in an arbitrary position / posture by the operator holding the work tool attached to the tip of the arm and moving it with force. An operating tool having an arm having the above-described degrees of freedom and having a position detector on each axis of the joint portion of the arm and a coordinate conversion by inputting a signal from the position detector of each axis. The robot skill teaching apparatus according to claim 2, which is a contact-type three-dimensional measuring machine comprising a position / attitude calculation device for calculating the position / attitude of the robot.
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