JP4264778B2

JP4264778B2 - 作業用ロボットおよび教示点位置・姿勢データ測定方法

Info

Publication number: JP4264778B2
Application number: JP21126799A
Authority: JP
Inventors: 祐司小林; 真太郎永滝; 英博鎌田
Original assignee: Hokkaido Prefecture; Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Hokkaido Prefecture; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001038659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業用ロボットに対する教示をなすための教示点データ測定ツールを備えた作業用ロボットおよび教示点位置・姿勢データ測定方法に関する。
【０００２】
なお、作業用ロボットとは、ＪＩＳでいう産業用ロボットのうちの、作業を行うものをいう。
【０００３】
【従来の技術】
作業者に対して多大でかつ苛酷な負担を強いることになる作業を、作業用ロボットに代行させることが頻繁に行われている。そして近時、単純な作業ばかりでなく、より複雑な作業をこなす作業用ロボットの開発が盛んである。
【０００４】
作業用ロボットを使用するにあたって、このロボットに対して行うべき作業をプログラミングして記憶させなければならない。このような作業用ロボットに対する一連の動作を記憶させるための作業を、教示と呼んでいる。
【０００５】
この種の教示方法として、作業用ロボットを手動で操作し、加工に望ましい位置と姿勢を作業者の目視により判断して教示する第１の方法と、図面などから予め加工姿勢を計画し、その計画にもとづいて作業用ロボットの教示点を決定する第２の方法とがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１の方法による教示作業は非常に面倒で時間がかかり、教示作業者にとって負担が大きい。また、作業用ロボットが動作可能な状態にあるときに、教示作業者がロボットの動作域に入って作業しなければならないこともあり、危険性が大である。
【０００７】
そして、作業用ロボットに対して加工用工具とワークとの接触状態を正確に把握して教示しなければならないし、特に、加工用工具の姿勢の教示は高精度を要求されていて、神経を使わなければならず工数がかかる。
【０００８】
なお、第２の方法においては、作業用ロボットと、工具と、ワークおよびワーク保持具などを、全てコンピュータ上にモデル化する必要があるが、仕上がったモデルが実加工の環境と少しでもズレがあると良好な加工ができなくなる。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、第１の方法による作業用ロボットに対する教示作業において、教示の簡略化と半自動化を図ることにより、安全性の向上を得られ、教示者による差異を解消して負担の低減を図り、教示工数低減による生産性の向上と多品種少量生産への対応を可能とした教示点データ測定ツールを備えた作業用ロボットおよび教示点位置・姿勢データ測定方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため本発明の作業用ロボットは、加工用工具とほぼ同等の形状寸法を有し、前記加工用工具における加工作用点に相当する部分に、弾性的に押圧支持された接触子が接触することにより、複数の加工対象面との距離を測定する複数の距離センサからなる距離測定手段を備えた教示点データ測定ツールと、ロボット手首先端に設けたメカニカルインターフェースの近傍に備えられ、加工対象面に対する接触力を検知する力覚センサからなる接触力検知手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
上記目的を満足するため本発明の教示点位置・姿勢データ測定方法は、上述の作業用ロボットを備え、上記教示点データ測定ツールをワーク面に接触させ上記接触力検知手段の出力により教示点の位置データを決定し、かつ教示点データ測定ツールの上記距離測定手段と加工対象面との姿勢の誤差を測定して教示点の姿勢データを決定し加工対象面の高さと傾きを測定する。
【００１４】
このような課題を解決する手段を採用することにより、作業用ロボットに対する教示作業において、加工用工具の位置と姿勢の教示の簡単化を図り、高精度の自動化を得るとともに安全性の向上を得られ、教示者による差異を解消して負担の低減を図り、教示工数の低減による生産性の向上と多品種少量生産への対応を可能とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）に加工用工具Ｋを示し、図２（Ａ）（Ｂ）に教示点データ測定ツールＴを示す。
上記加工用工具Ｋは、たとえば木質部材の木地磨きに使用するベルトサンダーと呼ばれる空圧工具である。この工具本体１の上面にメカニカルインターフェース２が形成され、工具本体１内には図示しない駆動源であるエアーモータが収容されている。工具本体１の下部には、上記エアーモータによって駆動されるドライブホィール３が支持される。
【００１６】
このドライブホィール３と所定間隔を存した位置には、加工作用点Ｐａを備えたコンタクトホィール４が支軸４ａを介して支持されていて、これらホィール３，４相互間に亘って研磨ベルト５が掛け渡されている。
【００１７】
一方、教示点データ測定ツールＴは、ツール本体６として加工用工具Ｋの工具本体１と同一の寸法形状をなしており、この上面がメカニカルインターフェース７として形成される。
【００１８】
また、ツール本体６の下部には、その左右両端に距離測定手段であるところの直動型ポテンションメータからなる第１の距離センサ９Ａおよび第２の距離センサ９Ｂを装備している。
【００１９】
これら第１，第２の距離センサ９Ａ，９Ｂの取付け位置は、上記加工用工具Ｋにおける加工作用点Ｐａの左端と右端に相当する部位であり、それぞれ垂直方向に変位自在に支持された軸１０と、この軸１０の下端に設けられる針状の接触子１１と、この軸１０および接触子１１を下部側へ突出する方向に弾性的に押圧付勢するコイルばね１２を備えている。
【００２０】
そして、各距離センサ９Ａ，９Ｂのそれぞれ接触子１１取付け側軸１０部がコイルばね１２の弾性力に抗して最も短くなる位置Ｓから教示点データ測定ツールＴのメカニカルインターフェース７までの距離が、加工用工具Ｋのメカニカルインターフェース２からコンタクトホィール４の加工作用点Ｐａまでの距離と同一に設定される。
【００２１】
図３に示すように、作業用ロボットＲに対する教示にあたって、このロボットＲの手首部１０に上記教示点データ測定ツールＴが装着される。具体的には、ツール本体６のメカニカルインターフェース７が作業用ロボットＲの手首部１０に接触して取付けられることになる。
【００２２】
また、作業用ロボットＲの手首部１０には、ワークＷに対する接触力を検知する手段である力覚センサ１３が取付けられていて、６軸方向の接触力を検知できるようになっている。これら力覚センサ１３と上記教示点データ測定ツールＴとは、それぞれ作業用ロボットＲを制御する電気回路を備えたロボットコントローラ１４に接続されている。
【００２３】
このような教示点データ測定ツールＴから作業用ロボットＲに対する教示にあたって、図４に示すような教示用フローチャートが適用され、図５（Ａ）（Ｂ）および図６に示すような教示点データ測定ツールＴの作用がともなう。以下、各図にもとづいて説明する。
【００２４】
図４のステップＳ１と、図５（Ａ）に示すように、ワークＷ面上の教示点Ｐ１に対して適宜離間した位置にロボットＲを移動してから手首部１０を作動させ、教示点データ測定ツールＴをワークＷである加工対象面方向に向かって降下（移動）する。このときの教示点Ｐ１のデータは、その位置（ロボットＲがワークＷに対して接近しようとする方向）と、姿勢において概略的なデータでよい。
【００２５】
つぎに、図４のステップＳ２および図５（Ｂ）で示すように、教示点データ測定ツールＴの接触子１１がワークＷに接触すると、ロボットコントローラ１４は力覚センサ１３に教示点データ測定ツールＴのワークＷに対する接触力を検知するよう指示信号を出す。
【００２６】
ステップＳ３に移って、上記ロボットコントローラ１４は力覚センサ１３から送られてくるワークＷに対する接触力と、予めコントローラ１２に記憶している閾値とを比較する。
【００２７】
ステップＳ３で接触力が閾値と等しいか、接触力が閾値よりも大であると判断した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ４に移ってロボットＲを停止し、各距離センサ９Ａ，９Ｂからロボットコントローラ１４はデータを入力する。ステップＳ３で接触力が閾値よりも小さいと判断した場合（Ｎｏ）はステップＳ１に戻る。
【００２８】
ステップＳ４において距離センサ９Ａ，９Ｂからデータを入力したあと、ステップ５に移ってロボットコントローラ１４は教示点データ測定ツールＴの適正な位置と姿勢を以下に述べるようにして算出する。
【００２９】
すなわち、教示点データ測定ツールＴのワークＷ接触位置を、ロボットＲがワークＷに対して接近する方向の位置である教示点Ｐ１に対して暫定的な教示点Ｐ２とする。
【００３０】
同時に、第１，第２の距離センサ９Ａ，９Ｂにより、そのときの教示点データ測定ツールＴからワークＷまでの距離を測定し、（１）式にもとづいて教示点Ｐ２の位置目標値と、（２）式にもとづいて教示点Ｐ２の姿勢目標値を修正し、新たな教示点Ｐ３を決定する。
【００３１】
ＺＰ３＝ＺＰ２−（ｄ／２） ……（１）
α ＝ｔａｎ^−１（ｄ／Ｌ） ……（２）
ＺＰ３：新しい教示点Ｐ３のＺ方向の指令値、ＺＰ２：暫定的な教示点Ｐ２のＺ方向の指令値、ｄ：第１の距離センサ９Ａと第２の距離センサ９Ｂで検出した距離の差、α：教示点データ測定ツールＴとワークＷ面の傾きの差、Ｌ：第１の距離センサ９Ａと第２の距離センサ９Ｂとの間隔。
【００３２】
そのうえで、ステップＳ６に移って教示点データ測定ツールＴの位置と姿勢をデーターとしてロボットコントローラ１４に記憶する。すなわち、これが作業用ロボットＲに対する教示となる。
【００３３】
図６に示すように、教示点Ｐ３のデータを教示点Ｐ１のデータとしてロボットコントローラ１４内に再使用可能な状態で保持することで、同じワークＷの場合にはロボットＲの動作プログラムを変更することなく測定した教示点データを使用することができる。
【００３４】
なお、上記した実施の形態では、教示点データ測定ツールＴとワークＷ加工対象面との間の距離測定手段として直動型ポテンションメータを備えたが、これに限定されるものではなく、たとえば歯車などを用いて並進運動を回転運動に変換する回転型のポテンションメータやエンコーダなどを用いることもできるし、非接触的に距離を測定する距離センサや近接覚センサでも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、作業用ロボットに対する教示作業において、加工用工具の位置と姿勢の教示の簡単化を図り、高精度の自動化を得るとともに安全性の向上を得られ、教示者による差異を解消して負担の低減を図り、教示工数の低減による生産性の向上と多品種少量生産への対応が可能となるなどの種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す、加工用工具の正面図と側面図。
【図２】同実施の形態を示す、教示点データ測定ツールの正面図と側面図。
【図３】同実施の形態を示す、教示点データ測定ツールを備えた作業用ロボットの概略の構成図。
【図４】同実施の形態を示す、教示の作業フローチャート図。
【図５】同実施の形態を示す、教示の作業を順に説明する図。
【図６】同実施の形態を示す、最終的な教示を説明する図。
【符号の説明】
Ｋ…加工用工具、
Ｐａ…加工作用点、
Ｔ…教示点データ測定ツール、
９Ａ…第１の距離センサ、
９Ｂ…第２の距離センサ、
１３…力覚センサ、
Ｒ…作業用ロボット、
Ｗ…ワーク。

Claims

加工用工具とほぼ同等の形状寸法を有し、前記加工用工具における加工作用点に相当する部分に、弾性的に押圧支持された接触子が接触することにより、複数の加工対象面との距離を測定する複数の距離センサからなる距離測定手段を備えた教示点データ測定ツールと、
ロボット手首先端に設けたメカニカルインターフェースの近傍に備えられ、加工対象面に対する接触力を検知する力覚センサからなる接触力検知手段と
を具備することを特徴とする作業用ロボット。
上記請求項１記載の作業用ロボットを備え、上記教示点データ測定ツールをワーク面に接触させ、上記接触力検知手段の出力により教示点の位置データを決定し、かつ教示点データ測定ツールの上記距離測定手段と加工対象面との姿勢の誤差を測定して教示点の姿勢データを決定し、加工対象面の高さと傾きを測定する教示点位置・姿勢データ測定方法。