JP4452207B2 - ロボット教示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットのティーチングに関する。

塗装、溶接などを行うロボットとして、多関節のアームを備えた教示再生型のロボットが知られている。これらのロボットは、教示モードにおいてオペレータが教示する動作を記憶し、再生モードにおいて記憶している動作を自動的に行う。

ロボットに動きを教示する方法として、ダイレクトティーチングを用いて２人のオペレータが協働して行う方法がある。この方法では、１人の作業者がロボットのアームを任意の姿勢及び位置に人力で動かす。この作業者の指示及び合図を受けた別の作業者がティーチングペンダント等の手動入力装置を操作することで、その位置情報及び次の動作ポイントへ移動する際の速度等の移動情報を記憶させる。

ロボットに動きを教示する方法として、ティーチングペンダント等を用いて１人のオペレータが行う方法がある。この方法では、手動で操作指令を与えることでロボットの各軸を駆動させることができる操作装置を１人のオペレータが操ることで、ロボットの姿勢等位置情報および次の動作ポイントへ移動する際の速度等移動情報を記憶させる。

特許文献１には、多関節のロボット本体と、該ロボット本体の教示点を指示する指示装置とを有し、前記指示装置は、ロボット本体の動作を教示する作業者の音声を認識する音声認識手段と、前記音声認識手段の出力により指示された軸を任意量作動させるスイッチ手段とを具備することを特徴とする工業用ロボットについて記載されている。

特許文献２には、ロボットの手首の位置姿勢等を教示するロボット作業教示システムにおいて、音声認識手段を介して操作の設定を変更することを特徴とするロボット３次元位置姿勢教示システムが開示されている。
特開昭６３−２８５８６号公報 特開平９−２１６１８３号公報

本発明の目的は、ロボットのティーチングを容易にするロボット教示装置及びロボット教示方法を提供することである。
本発明の他の目的は、ロボットのティーチングに必要なオペレータの人数を削減するロボット教示装置及びロボット教示方法を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるロボット教示装置は、アーム（１０）を備える教示再生型のロボット（８）の動作を指定するコマンド（４８）を格納するテーブル（２０）と、ダイレクトティーチングによって指定されたアーム（１０）の姿勢を記憶するダイレクトティーチング部（２２）と、ロボット（８）を教示するときにオペレータ（２）の音声からコマンド（４８）を抽出する音声認識部（１６）と、ロボット（８）が再生動作を行うときにダイレクトティーチング部（２２）が記憶する姿勢において音声認識部（１６）が抽出したコマンド（４８）により指定される動作を行うようにロボット（８）に指令するためのデータ（３２）を生成する生成部（２４）とを備える。

本発明によるロボット教示装置において、テーブル（２０）は、コマンド（４８）の各々と引数候補（５０）とを対応づけて格納する。音声認識部（１６）は、音声のコマンド（４８）が抽出された部分に引き続く部分に対して引数候補（５０）を候補として音声認識を行って引数を抽出する。生成部（２４）は、コマンド（４８）と引数とを対応づけてデータ（３２）を生成する。

本発明によるロボット教示装置において、コマンド（４８）は、ロボット（８）が備える塗装用スプレーの動作を指定する。

本発明によるロボット教示装置は、骨導音を収集して音声として音声認識部（１６）に送信する骨伝導マイク（６）を備える。

本発明によるロボット教示装置は、マイク（６）によって集音された音声を無線通信によって音声認識部（１６）に送信する無線通信部（３０ａ、３０ｂ）を備える。

本発明によるロボット教示装置において、音声認識部（１６）は音声を集音するマイク（６）と有線によって接続される。ロボット教示装置は更に、音声認識部（１６）が抽出したコマンド（４８）を無線通信によって生成部（２４）に送信する無線通信部（３０ａ、３０ｂ）を備える。

本発明によるロボット教示装置において、無線通信の媒体はＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）領域の電磁波である。

本発明によるロボット教示装置において、無線通信の媒体は超音波である。

本発明によるロボット教示装置において、無線通信の媒体は赤外線である。

本発明によるロボット教示方法は、ロボット（８）のアーム（１０）の姿勢をダイレクトティーチングによって教示するステップと、オペレータ（２）が音声によってアーム（１０）の動作を指定するコマンド（４８）を指示するステップと、音声を音声認識するステップと、姿勢と音声認識されたコマンド（４８）とを結合することによって、アーム（１０）を自動で運転するときに教示された姿勢においてコマンド（４８）により指定される動作を行うようにロボット（８）に指令するためのデータ（３２）を生成するステップとを備える。

本発明によれば、ロボットのティーチングを容易にするロボット教示装置及びロボット教示方法が提供される。
更に本発明によれば、ロボットのティーチングに必要なオペレータの人数を削減するロボット教示装置及びロボット教示方法が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、塗装ロボットの構成を示す概念図である。ロボット本体８は、複数の関節を有するアーム１０を備えている。アーム１０の先端には、塗料を噴き出すスプレーが取り付けられている。そのスプレーは、複数のガンを含む。複数のガンの各々は、互いに独立に制御されて塗料を噴き出す。

ロボット本体８は、制御装置１２に接続されている。制御装置１２は、記憶装置が記憶するデータベース、プログラム等に基づいてロボット本体８の動作を指令する信号をロボット本体８に送信する。ロボット本体８は、制御装置１２からの指令に基づいて、動作を教示するための教示モードと、教示された動作を自動的に行うための再生モードとのいずれかのモードを取る。教示モードにおいて、アーム１０の位置と姿勢（各関節、アーム先端の角度）とはオペレータ２により手動で操作される。オペレータ２はヘッドホン４を装着している。オペレータ２は更に、オペレータ２の発する声をフリーハンドで集音するマイク６を装着している。ヘッドホン４とマイク６は、コンピュータである音声処理装置１４と通信可能に接続されている。音声処理装置１４は制御装置１２に接続されている。

図２は、塗装ロボットの構成を示すブロック図である。ロボット２６はロボット本体８と制御装置１２とを備える。制御装置１２は、ダイレクトティーチング部２２、教示テーブル３２及び生成部２４を備える。制御装置１２には音声認識部１６が接続されている。音声認識部１６には記憶部１８が接続されている。記憶部１８はテーブル２０を記憶している。音声認識部１６と記憶部１８とは、図１に示された音声処理装置１４に対応する。音声認識部１６はヘッドホン４とマイク６とに接続されている。

マイク６は、オペレータ２が発する声以外の音声の入力を低減する雑音遮蔽手段を備えることが好ましい。そうした雑音遮蔽手段として、オペレータ２の口から発せられる声を反射してマイク６に集める反射板、オペレータ２の口以外の方向からの音を遮る防音部材が挙げられる。さらに、オペレータ２の口の方向からの音声に高い感度を有する指向性マイクを使用することも好ましい。あるいは、オペレータ２の骨導音を集音する骨伝導マイクも好適に用いられる。こうしたマイク６は、工場のラインなどロボット２６が設置される場所における騒音をカットしてオペレータ２の声をクリアに集音する。

本実施の形態における塗装ロボットは、ヘッドホン４、マイク６、音声認識部１６、記憶部１８、ダイレクトティーチング部２２及び生成部２４を用いて、ロボット本体８に動作を指令するためのデータである教示テーブル３２を作成する。

図５は、教示テーブル３２のデータ構成を示す。教示テーブル３２は、アーム１０の教示ポイントを示す情報であるステップ３４を格納している。ステップ３４は、例えば、第１に教示された点が座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であり、第２に教示された点が座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）であること等を含む。すなわち、ロボットのアーム１０の先端の位置（角度を含む）として複数の点が教示されたとき、それら複数の点の位置（角度を含む）と教示された順序とを示す情報である。

教示テーブル３２は更に、複数のコマンド４８（動作のカテゴリ）を備えている。図５の例では、コマンド４８は、速度３６、スプレー３８、ガン４０、タイマ４２、及び塗装番号４４である。教示テーブル３２は、各々のコマンド４８に対して、各々の教示ポイントに対応する引数５２を格納している。

速度３６の引数５２は、アーム１０の先端の移動速度を示す。例えば、ステップ３４が１で特定される教示ポイントから２で特定される教示ポイントまでアームが速度１２０ｍｍ／ｓで移動することを示す。スプレー３８の引数５２は、アーム１０に取り付けられたスプレーがオンであるかオフであるかを指定する情報である。ガン４０の引数５２は、スプレーを構成する複数のガンのうちのいずれのガンを使用するかを指定する情報である。タイマ４２の引数５２は、対応するステップ３４により特定される位置にアーム１０が移動したときの待ち時間を示す。塗装番号４４の引数は、スプレーから噴き出す塗料の種類、吐出圧、霧化圧などの条件のセットを指定する情報である。

図６は、テーブル２０の構成を示す。テーブル２０は、特徴量ファイル４６と、コマンド４８と、引数候補５０とを対応づけて格納している。特徴量ファイル４６は、音声認識に用いられる音声の特徴量を格納するファイルである。コマンド４８は、ロボットに指示するコマンドの種類を示す。引数候補５０は、コマンド４８の引数として可能な候補を示す。例えばコマンド４８が「速度」であれば、その速度を指定する数値として１０、２０、３０、…１２０のうちのいずれかが指定されるべきことが、引数候補５０に示される。

次に、以上の構成を備えた塗装ロボットの動作について説明する。まず、オペレータ２は制御装置１２が備えるスイッチを操作することにより、ロボットを教示モードに設定する。オペレータ２は、ワーク（塗装される対象物）を所定の場所にセットする。オペレータ２は、ダイレクトティーチングによってアーム１０の位置を指定する。すなわち、アーム１０を手でつかんで動かすことにより、アーム１０の姿勢（アーム１０が取るべき位置、角度）を順次、指定する。オペレータ２が所定の入力操作をすると、ダイレクトティーチング部２２はそのときのアーム１０の姿勢を検出して、ポイントが指定された順序と共に、ダイレクトティーチング情報として生成部２４に送信する。その所定の入力操作は、例えばロボット２６が備えるスイッチを操作することにより、またはオペレータ２が身に付けている入力装置を操作することにより行われる。または、オペレータ２がマイク６に向かって所定の音声を発し、その音声に対して後述するのと同様の音声認識が行われることにより行われる。

オペレータ２は、アーム１０の位置を指定した後、ロボットに指示するコマンドを示す音声を発音する。例えば、アーム１０の移動する速度を指示したいとき、「速度」と発音する。コマンドとしては他に「スプレー」「ガン」「タイマ」又は「塗装番号」等が挙げられる。マイク６はその音声を電気信号に変換して音声認識部１６に送信する。音声認識部１６は、受信した信号から特徴量を抽出し、テーブル２０を参照して特徴量ファイル４６と照合する。その結果、例えば「速度」の特徴量を記録しているファイル１と一致したら、オペレータ２がアーム１０を動かす速度を指示しようとしていると判定する。

音声認識部１６は、テーブル２０において速度に対応する引数候補５０として登録されている１０、２０、３０、…１１０及び１２０を、コマンドの引数の候補（次に入力する音声信号の候補）として抽出する。コマンドが速度の代わりに例えばアーム１０に取り付けられているガンの種類であったら、その種類を指定するアルファベットＡ，Ｂ，Ｃ…等が、次に入力する音声信号の候補として抽出される。予め引数の候補が絞り込まれることによって、コマンドの引数を音声認識する精度が向上する。

音声認識部１６は、上記のコマンドの照合の結果をオペレータ２に知らせる。例えば、照合の結果が一致したら、その特徴量ファイル４６に対応するコマンド４８の文字列を音声合成によって音声に変換してヘッドホン４から出力する。あるいは、照合の結果が一致したら、音声認識部１６や制御部１２等に取り付けられたランプが点灯することによって、オペレータ２にコマンドの音声認識が成功したことが知らせられる。

オペレータ２は、ロボットに音声指示したコマンドの引数を音声入力する。例えば、コマンド「速度」に引き続いて引数「１２０」を発音する。マイク６はその音声を電気信号に変換して音声認識部１６に送信する。音声認識部１６は、抽出された音声信号の候補（今の例では１０、２０、３０、…１１０及び１２０）と受信した電気信号（今の例では１２０）とを照合し、一致したら、引数の音声認識が成功したことをヘッドホン４やランプを介してオペレータ２に知らせる。

音声認識部１６は、引数の音声認識が成功すると、コマンドと引数の音声認識の結果を生成部２４に送信する。生成部２４は、ダイレクトティーチング部２２から受信したダイレクトティーチング情報を教示テーブル３２にステップ３４として登録する。生成部２４は更に、ダイレクトティーチング情報を受信したのに引き続いて音声認識されたコマンドと引数とを教示テーブル３２のコマンド４８と引数５２として登録する。

オペレータ２は、アーム１０の位置をダイレクトティーチングする各々のポイントにおいて、コマンドと引数を上記のように音声で指定する動作を、「速度」「スプレー」「ガン」「タイマ」「塗装番号」などの複数のコマンドに対して行う。その結果、教示テーブル３２にステップ３４、速度３６、スプレー３８、ガン４０、タイマ４２及び塗装番号４４が登録される。

オペレータ２が制御装置１２のスイッチを操作すると、ロボット２６は教示モードから再生モードに切り替わる。制御装置１２は、教示テーブル３２を参照して、ロボット本体８を制御する。アーム１０は教示テーブル３２に登録されているステップ３４に従って移動しながら、コマンド４８と引数５２によって指定される動作を実行して、ワークを塗装する。

図３は、本実施の形態の変形例の構成を示すブロック図である。音声入力手段２８は、図１と図２におけるヘッドホン４及びマイク６に対応する。音声入力手段２８は無線通信部３０ａに接続されている。無線通信部３０ａは、無線通信部３０ｂと例えばＲＦ（ラジオ波）の電磁波を媒体として、ワイヤレス且つ無線通信可能に接続されている。無線通信部３０ｂは、音声認識部１６に接続されている。音声認識部１６は、制御装置１２に接続されている。その他の接続関係は図２と同様である。オペレータは、音声入力手段２８と無線通信部３０ａとを身に付けてティーチングを行う。こうした構成によれば、オペレータがコードを引きずることなく動くことができるため、動きやすい。特に、ロボットにダイレクトティーチングするときにコードがロボットのアームと干渉して邪魔になることがなく好ましい。オペレータは音声認識部１６を身に着けなくてよいため、負担が少ない。

図４は、本実施の形態の他の変形例の構成を示すブロック図である。音声入力手段２８は、音声認識部１６と有線で接続されている。音声認識部１６は、無線通信部３０ａに有線で接続されている。無線通信部３０ａは、無線通信部３０ｂとワイヤレス且つ無線通信可能に接続されている。無線通信部３０ｂは制御装置１２に接続されている。その他の接続関係は図２と同様である。オペレータは、音声入力手段２８、音声認識部１６、記憶部１８及び無線通信部３０ａを身に付けてティーチングを行う。こうした構成によれば、コードがオペレータの動きの邪魔にならない点は図３に示された構成と同じ効果を奏する。更に、こうした構成によれば、オペレータの音声を音声認識した後でその結果が無線で送信される。すなわち、音声認識が施される音声は無線通信される前の音声であるため、ノイズが少なく、音声認識が精度よく実行される。更に、音声入力手段２８から送信された音声データよりも、音声認識の結果のデータの方が情報量が少ないため、無線通信する信号の情報量が少なく済む。そのため、無線通信に用いる媒体の種類を選択する自由度が大きくなる。

無線通信部３０ａ、３０ｂが用いる無線通信の媒体は、例えばＲＦ（ラジオ波）である。ＲＦによる通信は、障害物によって通信が妨げられることが少なく好ましい。無線通信は、安価な赤外線を媒体としたものでもよい。無線通信は、超音波を媒体としたものでもよい。超音波通信は安価でかつ赤外線通信よりも特異な使用環境により生じる通信障害（１．受光部、発光部への塗料付着によるもの、２．照明、太陽光等によるもの）が少なく好ましい。

本発明によるロボット教示装置は、本実施の形態におけるテーブル２０及び教示テーブル３２に含まれる塗装ロボットに指示するためのコマンド及び引数を変更することにより、溶接ロボットなど他の種類の多関節ロボットを教示するために用いることができる。

図１は、塗装ロボットの構成を示す概念図である。 図２は、塗装ロボットの構成を示すブロック図である。 図３は、塗装ロボットの他の構成を示すブロック図である。 図４は、塗装ロボットの更に他の構成を示すブロック図である。 図５は、教示テーブルを示す。 図６は、テーブルを示す。

符号の説明

２…オペレータ
４…ヘッドホン
６…マイク
８…ロボット本体
１０…アーム
１２…制御装置
１４…音声処理装置
１６…音声認識部
１８…記憶部
２０…テーブル
２２…ダイレクトティーチング部
２４…生成部
２６…ロボット
２８…音声入力手段
３０ａ、３０ｂ…無線通信部
３２…教示テーブル
３４…ステップ
４６…特徴量ファイル
４８…コマンド
５０…引数候補
５２…引数

Claims (9)

1. アームを備える教示再生型のロボットの動作を指定するコマンドを格納するテーブルと、
   ダイレクトティーチングによって指定された前記アームの姿勢を記憶するダイレクトティーチング部と、
   前記ロボットを教示するときにオペレータの音声から前記コマンドを抽出する音声認識部と、
   前記ロボットが再生動作を行うときに前記ダイレクトティーチング部が記憶する前記姿勢において前記音声認識部が抽出した前記コマンドにより指定される前記動作を行うように前記ロボットに指令するためのデータを生成する生成部とを具備し、
   前記テーブルは、前記コマンドの各々と引数候補とを対応づけて格納し、
   前記音声認識部は、前記音声の前記コマンドが抽出された部分に引き続く部分に対して前記引数候補を候補として音声認識を行って引数を抽出し、
   前記生成部は、前記コマンドと前記引数とを対応づけて前記データを生成する
   ロボット教示装置。
2. 請求項１に記載されたロボット教示装置であって、
   前記コマンドは、前記ロボットが備える塗装用スプレーの動作を指定する
   ロボット教示装置。
3. 請求項１または２に記載されたロボット教示装置であって、
   更に、骨導音を収集して前記音声として前記音声認識部に送信する骨伝導マイクを具備する
   ロボット教示装置。
4. 請求項１から３のうちのいずれかに記載されたロボット教示装置であって、
   更に、マイクによって集音された前記音声を無線通信によって前記音声認識部に送信する無線通信部を具備する
   ロボット教示装置。
5. 請求項１から３のうちのいずれかに記載されたロボット教示装置であって、
   前記音声認識部は前記音声を集音するマイクと有線によって接続され、
   更に、前記音声認識部が抽出した前記コマンドを無線通信によって前記生成部に送信する無線通信部を具備する
   ロボット教示装置。
6. 請求項４または５に記載されたロボット教示装置であって、
   前記無線通信の媒体はＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）領域の電磁波である
   ロボット教示装置。
7. 請求項５に記載されたロボット教示装置であって、
   前記無線通信の媒体は超音波である
   ロボット教示装置。
8. 請求項５に記載されたロボット教示装置であって、
   前記無線通信の媒体は赤外線である
   ロボット教示装置。
9. ロボットのアームの姿勢をダイレクトティーチングによって教示するステップと、
   オペレータが音声によって前記アームの動作を指定するコマンドを指示するステップと、
   前記音声を音声認識するステップと、
   前記姿勢と音声認識された前記コマンドとを結合することによって、前記アームを自動で運転するときに教示された前記姿勢において前記コマンドにより指定される前記動作を行うように前記ロボットに指令するためのデータを生成するステップとを具備し、
   前記音声認識するステップは、前記音声の前記コマンドが抽出された部分に引き続く部分に対して、前記アームを備える教示再生型の前記ロボットの動作を指定する前記コマンドの各々と引数候補とを対応づけて格納したテーブルの前記引数候補を候補として音声認識するステップを具備し、
   前記データを生成するステップは、前記コマンドと前記引数を対応づけて前記データを生成するステップを具備する
   ロボット教示方法。

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