JP5200777B2 - Robot apparatus teaching method and robot apparatus teaching jig - Google Patents
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Description
本発明は、マニピュレータを備えたロボット装置の教示方法において、位置合わせのための教示動作を容易化したロボット装置の教示方法及びロボット装置の教示用治具に関する。 The present invention relates to a teaching method for a robot apparatus and a teaching jig for the robot apparatus that facilitate teaching operation for alignment in a teaching method for a robot apparatus including a manipulator.
従来、マニピュレータを備えたロボット装置が提案されている。このようなロボット装置においては、対象ワークとの位置関係は、このロボット装置を移動し移設させるたびに変化してしまう。したがって、ロボット装置を移動し移設した後は、対象ワークとの位置合わせを毎回行わなければならず、煩雑である。特に、移動式のロボット装置や、ロボット装置を作業者と適宜交代させて使用する組立ラインにおいては、対象ワークとロボット装置との位置関係が変化することが頻繁に起こる。 Conventionally, a robot apparatus provided with a manipulator has been proposed. In such a robot apparatus, the positional relationship with the target workpiece changes every time the robot apparatus is moved and moved. Therefore, after the robot apparatus is moved and moved, alignment with the target work must be performed every time, which is complicated. In particular, in a mobile robot apparatus or an assembly line in which the robot apparatus is used by appropriately switching with an operator, the positional relationship between the target workpiece and the robot apparatus frequently changes.
ロボット装置においては、対象ワークとロボット装置との位置関係が変化する度に、位置合わせのための教示動作(キャリブレーション)を行わなければならない。従来、この教示動作は、ロボット装置の操作者が教示ペンダントなどを利用しながらロボット装置を操作し、実際に作業台上に対象ワークを置いたり、座標原点位置を指し示したりすることにより、目標位置の教示を行っていた。 In the robot apparatus, every time the positional relationship between the target workpiece and the robot apparatus changes, a teaching operation (calibration) for alignment must be performed. Conventionally, this teaching operation is performed by the operator of the robot apparatus operating the robot apparatus while using a teaching pendant, etc., and actually placing the target work on the work table or pointing the coordinate origin position. Was teaching.
また、これらの教示動作を自動化、もしくは、半自動化するための方法として、以下のような提案がされている。例えば、特許文献1に記載された技術は、マニピュレータの先端に、位置補正を実施するための装置として、カメラと、照明装置(光源部及び照射部)とを設け、カメラにより得られた画像に基づいて、コンピュータにより教示動作を行うものである。
In addition, the following proposals have been made as methods for automating or semi-automating these teaching operations. For example, in the technique described in
特許文献2に記載された技術は、マニピュレータの先端部の位置を機械的に検出するキャリブレーションシステム(変位検出装置)を用いるものである。この技術においては、ロボット装置自体に設けた基準面、または、ロボット装置との位置関係が既知の基準面にキャリブレーションシステムを取り付け、このキャリブレーションシステムの先端部とマニピュレータの先端部とを機械的に結合させる。そして、キャリブレーションシステムにより、マニピュレータの先端部の位置及び傾きデータを検出し、このデータに基づいて、教示動作を行う。 The technique described in Patent Document 2 uses a calibration system (displacement detection device) that mechanically detects the position of the tip of a manipulator. In this technology, a calibration system is attached to a reference surface provided on the robot device itself or a reference surface whose positional relationship with the robot device is known, and the tip of the calibration system and the tip of the manipulator are mechanically connected. To join. Then, the position and inclination data of the tip of the manipulator are detected by the calibration system, and a teaching operation is performed based on this data.
特許文献3には、以下のような手順により教示動作を行うことにより省力化を図ったロボット装置が記載されている。すなわち、まず、対象ワークとの位置関係が既知であるキャリブレーション治具を、対象ワークのある環境側(作業台上など)に設置する。次に、マニピュレータの手先にキャリブレーションツールを取り付け、このキャリブレーションツールの先端部と、環境側に設置したキャリブレーション治具の凹部とを、マニピュレータにかかる力に応じて位置を補正する機能(力制御機能など)を用いて合致させる。これらキャリブレーションツールの先端部とキャリブレーション治具の凹部とは、互いに合致する形状となっている。これらが合致したマニピュレータの位置を、動作プログラムに登録する。そして、ロボット装置は、環境側のキャリブレーション治具と対象ワークとの位置関係に基づいて、対象ワークの位置及び傾きのデータを得て、このデータに応じてマニピュレータを動作させる。 Patent Document 3 describes a robot apparatus that saves labor by performing a teaching operation according to the following procedure. That is, first, a calibration jig whose positional relationship with the target workpiece is known is installed on the environment side (such as a work table) where the target workpiece is located. Next, a calibration tool is attached to the tip of the manipulator, and the position of the tip of the calibration tool and the concave portion of the calibration jig installed on the environment side is corrected according to the force applied to the manipulator (force Using control functions). The tip portion of the calibration tool and the concave portion of the calibration jig have shapes that match each other. The manipulator position where these match is registered in the operation program. Then, the robot apparatus obtains the position and inclination data of the target work based on the positional relationship between the environment side calibration jig and the target work, and operates the manipulator according to this data.
ところで、前述のような従来のロボット装置における教示動作は煩雑であり、省力化が望まれている。従来の教示動作は、人手により目視にて行われるため、高精度の教示動作を行うには作業者の熟練を要し、作業者の負担も大きく、また、作業者によって精度にばらつきが生じてしまう。結果として、教示動作の精度が不十分であるために、ロボット装置が動作中に停止してしまうという問題があった。また、教示動作を高精度に行うには、目視による精度を高めるために、作業者が稼動中のロボット装置に接近して作業を行う必要があり、安全の確保を図る必要がある。 By the way, the teaching operation in the conventional robot apparatus as described above is complicated, and labor saving is desired. Since the conventional teaching operation is performed manually by a human eye, it requires skill of the operator to perform the highly accurate teaching operation, the burden on the operator is heavy, and the accuracy varies depending on the operator. End up. As a result, there is a problem that the robot apparatus stops during the operation because the accuracy of the teaching operation is insufficient. Further, in order to perform the teaching operation with high accuracy, it is necessary for an operator to work close to the operating robot apparatus in order to increase visual accuracy, and it is necessary to ensure safety.
そして、前述したような教示動作を自動化、もしくは、半自動化するための方法においては、以下のような問題があった。特許文献1に記載された技術においては、マニピュレータにカメラ及び照明装置を取り付けるため、マニピュレータの先端イナーシャが大きくなり、操作速度が遅くなり、操作性も低下する。また、教示動作の高精度化のためには精細な画像を得る必要があり、カメラ及び照明器具の大型化や複雑化が招来され、製造の煩雑化や製造コストの高騰が生ずる。
The method for automating or semi-automating the teaching operation as described above has the following problems. In the technique described in
特許文献2に記載された技術においては、操作者がマニピュレータを目標位置に位置決めしており、必ず人手によって位置決め操作を行う必要があり、作業が複雑な場合には、作業時間がかかり、結果としてコスト高になってしまう。 In the technique described in Patent Document 2, the operator positions the manipulator at the target position, and it is necessary to manually perform the positioning operation. When the operation is complicated, it takes time to work. It becomes expensive.
特許文献3に記載された技術においては、教示動作のため、形状が複雑な専用のキャリブレーションツールが必要である。このキャリブレーションツールは、製造が煩雑である。 In the technique described in Patent Document 3, a dedicated calibration tool having a complicated shape is necessary for the teaching operation. This calibration tool is complicated to manufacture.
また、この技術においては、キャリブレーションツールの取り付け精度の分だけ、教示動作のたびに微小な位置及び傾きのずれが生じる。さらに、キャリブレーションツールとキャリブレーション治具との合致動作を正確に行わなければならず、位置合わせのために複数回の合致動作を繰り返す必要があり、迅速な教示動作ができない。すなわち、キャリブレーションツールとキャリブレーション治具との対応箇所を合致させる工程において、6自由度の全てについて正確に合致させるためには、力制御、または、コンプライアンス制御の設定、調整が煩雑であり、容易、かつ、迅速に合致させることは困難である。 In this technique, as much as the calibration tool is attached, the position and inclination are slightly shifted each time the teaching operation is performed. Furthermore, the matching operation between the calibration tool and the calibration jig must be accurately performed, and it is necessary to repeat the matching operation a plurality of times for alignment, and a quick teaching operation cannot be performed. That is, in the process of matching the corresponding locations of the calibration tool and the calibration jig, setting and adjusting force control or compliance control are complicated in order to accurately match all six degrees of freedom. It is difficult to match easily and quickly.
そこで、本発明は、前記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボット装置の構成の複雑化や大型化を招来することがなく、また、教示治具の構成を簡素化することにより、教示動作のたびに微小な位置及び傾きのずれが生ずることがなく、かつ、迅速な教示動作を可能とするロボット装置の教示方法及びロボット装置の教示用治具を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is not to cause the configuration and size of the robot apparatus to be complicated, and to simplify the configuration of the teaching jig. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a teaching method for a robot apparatus and a teaching jig for the robot apparatus that do not cause a slight shift in position and inclination at each teaching operation, and enable a quick teaching operation. .
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るロボット装置の教示方法は、以下の構成を有するものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the above object, a teaching method of a robot apparatus according to the present invention has the following configuration.
〔構成1〕
マニピュレータと、このマニピュレータの動作を制御する制御手段とを有するロボット装置の教示動作を行う方法であって、基準平面と、基準平面に軸を垂直にして設置された基準円筒体と、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有しマニピュレータの手先に把持される把持部材、または、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有しマニピュレータの手先に固定される把持部材と、基準円筒体に円筒部を嵌合させた把持部材の基準円筒体の軸回りの回転を所定の位置において阻止する回転止め部材とを用い、把持部材をマニピュレータによって把持し、または、マニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きを検出し、次に、把持部材の円筒部を基準円筒体に嵌合させることにより、基準平面上における基準円筒体の位置を検出し、次に、円筒部を基準円筒体に嵌合させた把持部材を、回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、基準円筒体回りの所定の回転角を検出し、これら検出された位置及び回転角に基づいて、基準平面、基準円筒体及び回転止め部材との相対位置及び傾きが既知である対象ワークの位置及び傾きとマニピュレータの相対位置及び傾きを求めることを特徴とするものである。
[Configuration 1]
A method for performing a teaching operation of a robot apparatus having a manipulator and a control means for controlling the operation of the manipulator, comprising: a reference plane; a reference cylinder installed with its axis perpendicular to the reference plane; a plane portion; the flat portion in the axial is the vertical reference cylinder to have a cylindrical portion rotatably fitted around the shaft gripping member Ru gripped by the hand of the manipulator, or the axis is perpendicular to the plane portion and the flat portion There is a gripping member that has a cylindrical part that is fitted to the reference cylinder so that it can rotate about the axis, and is fixed to the hand of the manipulator, and a gripping member that has the cylindrical part fitted to the reference cylinder, around the axis of the reference cylinder The gripping member is gripped by the manipulator or fixed to the hand of the manipulator, and the plane portion of the gripping member is copied to the reference plane. To detect the position and inclination of the reference plane, and then to detect the position of the reference cylinder on the reference plane by fitting the cylindrical portion of the gripping member to the reference cylinder, A predetermined rotation angle around the reference cylinder is detected by rotating a gripping member having the cylindrical portion fitted to the reference cylinder around the axis until it is blocked by the anti-rotation member, and the detected position and Based on the rotation angle, the relative position and inclination of the target workpiece and the relative position and inclination of the manipulator whose relative position and inclination with respect to the reference plane, the reference cylinder, and the rotation stopping member are known are obtained.
また、本発明に係るロボット装置の教示用治具は、以下の構成を有するものである。 Moreover, the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention has the following configuration.
〔構成2〕
マニピュレータと、このマニピュレータの動作を制御する制御手段とを有するロボット装置の教示動作に用いるロボット装置の教示用治具であって、基準平面と基準平面に軸を垂直にして設置された基準円筒体と、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有しマニピュレータの手先に把持される把持部材、または、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有しマニピュレータの手先に固定される把持部材と、基準円筒体に円筒部を嵌合させた把持部材の基準円筒体の軸回りの回転を所定の位置において阻止する回転止め部材とを備え、把持部材をマニピュレータによって把持し、または、マニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きの検出が可能であり、把持部材の円筒部を基準円筒体に嵌合させることにより、基準平面上における基準円筒体の位置の検出が可能であり、円筒部を基準円筒体に嵌合させた把持部材を、回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、基準円筒体回りの所定の回転角の検出が可能であることを特徴とするものである。
[Configuration 2]
A reference jig for a robot apparatus used for teaching operation of a robot apparatus having a manipulator and a control means for controlling the operation of the manipulator, the reference cylinder being installed with an axis perpendicular to the reference plane When the planar portion and the gripping members have a cylindrical portion Ru gripped by the hand of the manipulator axes to this plane portion is rotatably fitted around the axis to be the reference cylinder vertical, or flat portion and the flat portion A gripping member that has a cylindrical portion that is vertically fitted to the reference cylinder and that is rotatably fitted around the axis, and is fixed to the hand of the manipulator, and a reference for the gripping member in which the cylindrical portion is fitted to the reference cylinder An anti-rotation member that prevents rotation around the axis of the cylindrical body at a predetermined position, and the gripping member is gripped by the manipulator or fixed to the hand of the manipulator, and the gripping member is flattened. It is possible to detect the position and inclination of the reference plane by making the part follow the reference plane, and the position of the reference cylinder on the reference plane by fitting the cylindrical part of the gripping member to the reference cylinder. Detection of a predetermined rotation angle around the reference cylindrical body by rotating the gripping member having the cylindrical portion fitted to the reference cylindrical body around the axis until it is blocked by the rotation preventing member. It is characterized by being possible.
本発明に係るロボット装置の教示方法においては、構成1を有することにより、把持部材をマニピュレータによって把持し、または、把持部材をマニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きを検出し、次に、把持部材の円筒部を基準円筒体に嵌合させることにより、基準平面上における基準円筒体の位置を検出し、次に、円筒部を基準円筒体に嵌合させた把持部材を、回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、基準円筒体回りの所定の回転角を検出し、これら検出された位置及び回転角に基づいて、基準平面、基準円筒体及び回転止め部材との相対位置及び傾きが既知である対象ワークの位置及び傾きとマニピュレータの相対位置及び傾きを求めるので、教示動作を短時間で行うことができる。また、この教示方法においては、作業者による教示精度のばらつきなく、高精度の教示動作が行えるので、ロボット装置が動作中に停止してしまうという問題を解決できる。
In the teaching method of the robot apparatus according to the present invention, having the
さらに、この教示方法においては、途中軌道の大まかな制御のみで教示動作が可能であり、人手による操作を極力排して自動化が可能であり、また、ロボット装置に接近しなくとも教示動作が可能であるので、安全柵外や、ロボット装置の可動エリア外からの操作によって、教示動作を行うことも可能となる。 Furthermore, with this teaching method, teaching operation is possible only with rough control of the trajectory on the way, automation is possible with minimal manual operation, and teaching operation is possible without approaching the robotic device. Therefore, the teaching operation can be performed by an operation from outside the safety fence or outside the movable area of the robot apparatus.
そして、この教示方法においては、使用する治具の構造及び形状が単純であるため、低コストで実現可能であり、また、精度を出すための形状として軸及び穴を利用することができるので、精度管理及び治具の管理が容易である。 And in this teaching method, since the structure and shape of the jig to be used are simple, it can be realized at a low cost, and the shaft and the hole can be used as the shape for obtaining accuracy. Accuracy management and jig management are easy.
また、本発明に係るロボット装置の教示用治具においては、構成2を有することにより、把持部材をマニピュレータによって把持し、または、把持部材をマニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きの検出が可能であり、把持部材の円筒部を基準円筒体に嵌合させることにより、基準平面上における基準円筒体の位置の検出が可能であり、円筒部を基準円筒体に嵌合させた把持部材を回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、基準円筒体回りの所定の回転角の検出が可能であるので、教示動作を短時間で行えるようにできる。また、この教示用治具を用いれば、作業者による教示精度のばらつきなく、高精度の教示動作が可能となるので、ロボット装置が動作中に停止してしまうという問題を解決できる。 Moreover, in the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention, by having the configuration 2, the gripping member is gripped by the manipulator, or the gripping member is fixed to the hand of the manipulator, and the flat portion of the gripping member is fixed. It is possible to detect the position and inclination of the reference plane by following the reference plane, and to detect the position of the reference cylinder on the reference plane by fitting the cylindrical portion of the gripping member to the reference cylinder. It is possible to detect a predetermined rotation angle around the reference cylindrical body by rotating the gripping member with the cylindrical portion fitted to the reference cylindrical body around the axis until it is blocked by the anti-rotation member. Therefore, the teaching operation can be performed in a short time. In addition, if this teaching jig is used, a highly accurate teaching operation can be performed without variation in teaching accuracy by an operator, so that the problem that the robot apparatus stops during operation can be solved.
さらに、この教示用治具を用いれば、途中軌道の大まかな制御のみで教示動作が可能となり、人手による操作を極力排して自動化が可能となり、また、ロボット装置に接近しなくとも教示動作が可能となるので、安全柵外や、ロボット装置の可動エリア外からの操作によって、教示動作を行うことも可能となる。 Furthermore, if this teaching jig is used, teaching operations can be performed only by rough control of the trajectory on the way, automation can be performed with minimal manual operation, and teaching operations can be performed without approaching the robotic device. Therefore, the teaching operation can be performed by an operation from outside the safety fence or outside the movable area of the robot apparatus.
そして、この教示用治具は、構造及び形状が単純であるため、低コストで製作可能であり、また、精度を出すための形状として軸及び穴を利用することができるので、精度管理が容易である。 Since the teaching jig has a simple structure and shape, it can be manufactured at a low cost, and the shaft and the hole can be used as a shape for obtaining accuracy, so that the accuracy control is easy. It is.
すなわち、本発明は、ロボット装置の構成の複雑化や大型化を招来することがなく、また、教示治具の構成を簡素化することにより、教示動作のたびに微小な位置及び傾きのずれが生ずることがなく、かつ、迅速な教示動作を可能とするロボット装置の教示方法及びロボット装置の教示用治具を提供することができるものである。 That is, the present invention does not cause the configuration or size of the robot apparatus to be complicated, and simplifies the configuration of the teaching jig, so that a small position and tilt deviation can be obtained each time the teaching operation is performed. It is possible to provide a teaching method for a robot apparatus and a teaching jig for the robot apparatus that do not occur and enable a quick teaching operation.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔ロボット装置の構成〕
図1は、本発明に係るロボット装置の教示方法が適用されるロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
[Robot device configuration]
FIG. 1 is a schematic side view showing a configuration of a robot apparatus to which a teaching method for a robot apparatus according to the present invention is applied.
本発明に係るロボット装置の教示方法が適用されるロボット装置は、図1に示すように、マニピュレータ1を有し、このマニピュレータ1により、対象ワーク101の把持、運搬及び他の部材への組立が可能となされているものである。対象ワーク101は、作業台102上の所定の位置に載置される。
The robot apparatus to which the teaching method of the robot apparatus according to the present invention is applied has a
マニピュレータ1は、複数のアクチュエータ(駆動装置)とリンク(剛体の構造物)とによって構成されており、6自由度を有している。すなわち、各リンク間は、回動(屈曲)、または、旋回可能な関節2a,2b,2c,2d,2eを介して接続されており、それぞれアクチュエータによって相対駆動されるようになっている。各アクチュエータは、図示しないコンピュータなどの制御手段によって制御される。
The
このマニピュレータ1において、第1のリンク(基端部のリンク)1aは、基台部4に対し、基端側を第1の関節2aを介して接続されて設置されている。第1の関節2aは、鉛直軸(z軸)回りに旋回可能な関節である。この第1のリンク1aの先端側には、第2の関節2bを介して、第2のリンク1bの基端側が接続されている。第2の関節2bは、水平な軸回りに第2のリンク1bを回動可能とする関節である。第2のリンク1bの先端側には、第3の関節2cを介して、第3のリンク1cの基端側が接続されている。第3の関節2cは、水平な軸回りに第3のリンク1cを回動可能とする関節である。
In the
そして、第3のリンク1cの先端側には、第4の関節2dを介して、第4のリンク1dの基端側が接続されている。第4の関節2dは、水平な軸回りに第4のリンク1dを回動可能とする関節である。第4のリンク1dの先端側(以下、「手先」という。)には、第5の関節2e及び力覚センサ3を介して、先端ツール機構となる把持機構5が接続されている。第5の関節2eは、第4のリンク1dの軸回りに把持機構5を旋回可能とする関節である。力覚センサ3は、力制御などの位置補正機能を実現するためのものである。
And the base end side of the
把持機構5は、制御手段によって制御される。把持機構5は、複数の把持爪を有し、これら把持爪によって対象ワーク101を把持する機能を有している。
The
このマニピュレータ1においては、基台4に対する第1のリンク1aの位置、第1のリンク1aに対する第2のリンク1bの位置、第2のリンク1bに対する第3のリンク1cの位置、第3のリンク1cに対する第4のリンク1dの位置、第4のリンク1dに対する把持機構5の位置と、順次先端側のリンクの位置が制御されることにより、手先の位置が制御され、この手先において把持機構5によって把持した対象ワーク101を所定の位置に搬送することができる。
In the
〔ロボット装置の教示用治具〕
そして、本発明に係るロボット装置の教示方法は、本発明に係るロボット装置の教示用治具を用いて実行される。
[Robot device teaching jig]
And the teaching method of the robot apparatus which concerns on this invention is performed using the jig | tool for teaching of the robot apparatus which concerns on this invention.
図2は、本発明に係るロボット装置の教示用治具の一部の構成を示す側面図である。 FIG. 2 is a side view showing a configuration of a part of the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention.
本発明に係るロボット装置の教示用治具は、図2に示すように、基準平面10と、この基準平面10に軸を垂直にして設置された基準円筒体6とを有する。基準平面10は、図2中の(a)に示すように、作業台102に一体的に、この作業台102上の対象ワーク101が載置される平面の同一平面として形成してもよいし、また、図2中の(b)に示すように、作業台102上において対象ワーク101が載置される箇所に対象ワーク101と同様に載置される基台8上に設けてもよい。これらいずれにおいても、基準平面10は、作業台102上において対象ワーク101が載置される所定の位置に対して、既知の位置関係となる。
As shown in FIG. 2, the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention includes a
基準円筒体6は、この実施の形態においては、上端側がテーパ状に縮径された円柱体として形成されており、後述する把持治具9の円筒部12が外嵌合される。しかし、基準円筒体6は、中空の円筒体として形成し、把持治具9の円筒部12が内嵌合されるようにしてもよい。
In this embodiment, the reference
また、基準平面10上には、基準円筒体6の近傍に、回転止め部材となる第1の回転止めピン7が設けられている。この第1の回転止めピン7は、この実施の形態においては、上端側がテーパ状に縮径された先端部が尖った円柱体として形成されている。
Further, on the
図3は、本発明に係るロボット装置の教示用治具の構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention.
そして、この教示用治具は、図3に示すように、把持部材9を備えている。この把持部材9は、マニピュレータ1の手先により把持されるようになっている。この把持部材9は、平面部11と、この平面部11に軸が垂直である円筒部12とを有している。円筒部12は、基準円筒体6に軸回りに回転可能に嵌合されるように、基準円筒体6の外径に対応した内径を有している。
The teaching jig includes a gripping
この実施の形態においては、円筒部12は、下端側がテーパ状に拡径された円筒状の孔として形成されている。また、この実施の形態においては、把持部材9は、軸受け13を介して装着された外筒部14を有している。この把持部材9は、外筒部14をマニピュレータ1の手先によって把持され、平面部11が固定された状態においても、このマニピュレータ1とともに軸回りに円滑に回転できるようになっている。
In this embodiment, the
なお、把持部材9は、外筒部14及び軸受け13を設けることなく、一体的な部材としてもよい。ただし、これは、把持部材9の平面部11が、基準平面10に対して十分に滑り易く(摩擦が小さく)なっている場合に可能である。
The gripping
そして、把持部材9の外筒部14の外周面には、回転止め部材となる第2の回転止めピン15が設けられている。この第2の回転止めピン15は、把持部材9の外方側に向けて突設されており、例えば、外筒部14に植設された丸ピンとすることができる。
A second
図4は、本発明に係るロボット装置の教示用治具の構成を示す平面図である。 FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the teaching jig of the robot apparatus according to the present invention.
第1及び第2の回転止めピン7,15は、図4に示すように、基準円筒体6に把持部材9の円筒部12が嵌合されたとき、この把持部材9が基準円筒体6の軸回りに回転されると、把持部材9が所定の回転位置となったときに、第2の回転止めピン15が第1及び第2の回転止めピン7に当接し、把持部材9を所定の回転位置において停止させる。
As shown in FIG. 4, when the
〔ロボット装置の教示方法〕
本発明に係るロボット装置の教示方法は、前述した教示用治具を用いて、以下の手順によって実行される。
[Robot Device Teaching Method]
The teaching method of the robot apparatus according to the present invention is executed by the following procedure using the teaching jig described above.
図5は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第1の手順を示す側面図である。 FIG. 5 is a side view showing a first procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
まず、図5に示すように、把持部材9をマニピュレータ1によって把持し、この把持部材9の平面部11を突起物などと接触して正常な接触を妨げる可能性の少ない基準平面10に矢印Z方向に押し付ける。
First, as shown in FIG. 5, the gripping
なお、把持部材9は、マニピュレータ1の手先で把持される形態の他に、手先の一部に固定されるようにしてもよい。基準平面10の位置及び傾きを求める際、把持部材9を把持している場合には、把持部(爪等)のTCP(ツールセンターポイント)と把持部材9のTCPは異なるため、位置(z)及び傾き(θx、θy)の検出後、TCPのズレを補正する必要がある。同様に、別の手段で把持部材9と把持部とのTCPの位置及び傾きの相対関係が予め校正されていれば、手先の邪魔にならないような場所に把持部材9を固定し、同様の動作が可能である。つまり、把持部材9は、把持に限定されず、手先に固定されていてもよい。
The gripping
図6は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第2の手順を示す側面図である。 FIG. 6 is a side view showing a second procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
そして、図6に示すように、マニピュレータ1にかかる力やモーメントに応じて位置及び傾きを補正する機能(力制御やコンプライアンス制御など)を用いて、把持部材9の平面部11を基準平面10に倣わせる。このときのマニピュレータ1の位置及び傾きが、基準平面10の位置として検出される。すなわち、このとき、z(z方向の高さ)及びθx(x軸回りの回転位置),θy(y軸回りの回転位置)が決定される。この検出結果は、その都度、記憶するようにしてもよいし、最終段階において全ての位置及び傾き(全6自由度)が検出されたときに、記憶するようにしてもよい。この場合、各ステップは、次のステップを容易に行うために行われる。例えば、θx、θyの傾きを倣わせておけば、次のステップの嵌合、軸への挿入は、少なくとも傾き不明に比べると容易となり、迅速に行える。最終段階で記憶するようにすると、例えば、基準平面10による傾きの検出について、場所による僅かなばらつきが有り得るが、最終段階ではこのようなばらつきに影響されない安定した結果が得られるという利点がある。
Then, as shown in FIG. 6, the
図7は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第3の手順を示す側面図である。 FIG. 7 is a side view showing a third procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
次に、図7に示すように、マニピュレータ1により把持部材9を基準円筒体6の近傍に移動させる。
Next, as shown in FIG. 7, the gripping
図8は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第4の手順を示す側面図である。 FIG. 8 is a side view showing a fourth procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
そして、図8に示すように、マニピュレータ1により、把持部材9の円筒部12を基準円筒体6に嵌合させる。このとき、基準円筒体6の上端側がテーパ状に縮径され、また、円筒部12の下端側がテーパ状に拡径されていることにより、多少の位置ずれがあっても、マニピュレータの力制御やコンプライアンス制御などにより、円筒部12が基準円筒体6に倣って嵌合される。また、第2の手順にてθx,θyが決定され、かつ、基準円筒体6が基準平面10に垂直に設置されていることから、θx,θyが不明である場合に比べ、確実に素早く嵌合される。円筒部12が基準円筒体6に嵌合することにより、基準平面10上における基準円筒体6の位置が検出される。このとき、x,y(x−y平面(基準平面10)上の位置)が決定される。
Then, as shown in FIG. 8, the
図9は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第4の手順に至る状態を示す側面図である。 FIG. 9 is a side view showing a state leading to a fourth procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
なお、把持部材9の円筒部12を基準円筒体6に嵌合させるときには、図9に示すように、第1の回転止めピン7の先端部に第2の回転止めピン15が当接してしまい、嵌合が阻止されてしまうことが考えられる。しかし、第1の回転止めピン7の先端部は尖っており、第2の回転止めピン15は丸ピンであることから、第1の回転止めピン7の先端部において第2の回転止めピン15の周面が滑り落ちるため、円筒部12の基準円筒体6への嵌合は、円滑に行われる。
When the
図10は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第5の手順を示す平面図である。 FIG. 10 is a plan view showing a fifth procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
次に、図10に示すように、円筒部12を基準円筒体6に嵌合させた把持部材9を、マニピュレータ1により、矢印θzで示す所定の方向に軸回り(z軸回り)に回転させる。
Next, as shown in FIG. 10, the gripping
図11は、本発明に係るロボット装置の教示方法の第6の手順を示す平面図である。 FIG. 11 is a plan view showing a sixth procedure of the teaching method of the robot apparatus according to the present invention.
そして、図11に示すように、マニピュレータ1により、円筒部12を基準円筒体6に嵌合させた把持部材9を、第2の回転止めピン15が第1の回転止めピン7に当接して回転を阻止されるまで軸回りに回転させることにより、基準円筒体6回りの回転方向が検出される。このとき、θz(z軸回りの回転位置)が決定される。
Then, as shown in FIG. 11, the
なお、このとき、円筒部12と基準円筒体6との間に空隙(あそび)があっても、第2の回転止めピン15が第1の回転止めピン7に当接された状態で、さらに所定方向に把持部材9を回転させる力をかけることにより、円筒部12は、基準円筒体6に対して、一定の方向に押し付けられるので、位置精度の再現性は高い。
At this time, even if there is a gap (play) between the
また、前述したように、第6の手順を行いながら、マニピュレータ1にかかる力やモーメントに応じて位置や傾きを補正する機能(力制御やコンプライアンス制御など)を用いて、把持部材9の平面部11を基準平面10に倣わせる動作を再度行うことで、把持部材9の円筒部12を基準円筒体6に嵌合した位置におけるx,y,z,θx,θy,θzの全て自由度の校正値を検出して記憶することも可能である。
Further, as described above, the planar portion of the gripping
このようにして、x,y,z,θx,θy,θzの6自由度について、マニピュレータ1の基準位置が決定されるので、この基準位置に基づいて、この基準位置との相対位置及び傾きが既知である対象ワーク101の位置及び傾き、すなわち、対象ワーク101の位置及び傾きとマニピュレータ1との相対位置及び傾きを求めることができる。ロボット装置は、このようにして求めた位置に載置された対象ワーク101に対して、マニピュレータ1により、搬送や加工などの所定の動作を実行することができる。
Thus, since the reference position of the
したがって、このロボット装置においては、複数の作業台において作業を行う場合に、各作業台ごとに設けられた基準円筒体6及び第1の回転止めピン7と、把持部材9とを用いて、各作業台ごとに教示動作を行って、対象ワーク101に対する作業を迅速に行うことができる。この場合、ロボット装置は、移動式(自走式)のいわゆる「移動マニピュレータ」であってもよい。
Therefore, in this robot apparatus, when the work is performed on a plurality of work tables, the reference
すなわち、このロボット装置においては、このロボット装置と各作業台との位置関係や、各作業台間の位置関係が正確に規定されていなくとも、あるいは、ロボット装置が「移動マニピュレータ」であっても、各作業台ごとに教示動作を行うので、各作業台における対象ワーク101に対する作業を正確に行うことができる。
That is, in this robotic device, even if the positional relationship between this robotic device and each work table or the positional relationship between each work table is not precisely defined, or even if the robot device is a “moving manipulator” Since the teaching operation is performed for each work table, the work on the
なお、本発明が適用されるロボット装置においては、マニピュレータ1にカメラ等を設け、画像処理により、把持部材9の把持や、基準円筒体6の大まかな位置の検出を自動化することができる。この場合、把持部材9及び基準円筒体6を所定の色としておくなどにより、これら把持部材9及び基準円筒体6の自動的な認識が容易となり、教示動作の全体を自動化することができる。
In the robot apparatus to which the present invention is applied, a camera or the like is provided in the
また、本発明が適用されるロボット装置は、工作機械や芯出し機械等として使用されるものであってもよい。 The robot apparatus to which the present invention is applied may be used as a machine tool, a centering machine, or the like.
1 マニピュレータ
1a 第1のリンク
1b 第2のリンク
1c 第3のリンク
1d 第4のリンク
1e 第5のリンク
2a 第1の関節
2b 第2の関節
2c 第3の関節
2d 第4の関節
2e 第5の関節
5 把持機構
6 基準円筒体
7 第1の回転止めピン
9 把持部材
10 基準平面
11 平面部
12 円筒部
15 第2の回転止めピン
101 対象ワーク
102 作業台
DESCRIPTION OF
Claims (2)
基準平面と、
前記基準平面に軸を垂直にして設置された基準円筒体と、
平面部及びこの平面部に軸が垂直であり前記基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有し前記マニピュレータの手先に把持される把持部材、または、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり前記基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有し前記マニピュレータの手先に固定される把持部材と、
前記基準円筒体に前記円筒部を嵌合させた前記把持部材の前記基準円筒体の軸回りの回転を所定の位置において阻止する回転止め部材と
を用い、
前記把持部材を前記マニピュレータによって把持し、または、前記マニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を前記基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きを検出し、
次に、前記把持部材の円筒部を前記基準円筒体に嵌合させることにより、前記基準平面上における前記基準円筒体の位置を検出し、
次に、前記円筒部を前記基準円筒体に嵌合させた前記把持部材を、前記回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、前記基準円筒体回りの所定の回転角を検出し、
これら検出された位置及び回転角に基づいて、前記基準平面、前記基準円筒体及び前記回転止め部材との相対位置及び傾きが既知である対象ワークの位置及び傾きと前記マニピュレータの相対位置及び傾きを求める
ことを特徴とするロボット装置の教示方法。 A method for performing a teaching operation of a robot apparatus having a manipulator and a control means for controlling the operation of the manipulator,
A reference plane;
A reference cylinder installed with its axis perpendicular to the reference plane;
Planar portion and the shaft in this plane portion is perpendicular to the reference cylinder around the axis to rotatably fitted gripping members have a cylindrical portion Ru gripped by the hand of the previous SL manipulator or a flat portion and the plane A gripping member that has a cylindrical portion that is perpendicular to the portion and that is fitted to the reference cylindrical body so as to be rotatable about the axis, and is fixed to the hand of the manipulator ;
A rotation stopper member that prevents rotation of the gripping member, in which the cylindrical portion is fitted to the reference cylindrical body, about the axis of the reference cylindrical body at a predetermined position;
The gripping member is gripped by the manipulator, or fixed to the hand of the manipulator, and the plane portion of the gripping member is made to follow the reference plane to detect the position and inclination of the reference plane,
Next, the position of the reference cylinder on the reference plane is detected by fitting the cylindrical portion of the gripping member to the reference cylinder.
Next, a predetermined rotation angle around the reference cylinder is detected by rotating the gripping member in which the cylindrical portion is fitted to the reference cylinder until it is blocked by the anti-rotation member. And
Based on the detected position and rotation angle, the relative position and inclination of the target workpiece and the relative position and inclination of the manipulator whose relative position and inclination with the reference plane, the reference cylindrical body, and the rotation stopping member are known are determined. A teaching method for a robotic device characterized by:
基準平面と、
前記基準平面に軸を垂直にして設置された基準円筒体と、
平面部及びこの平面部に軸が垂直であり前記基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有し前記マニピュレータの手先に把持される把持部材、または、平面部及びこの平面部に軸が垂直であり前記基準円筒体に軸回りに回転可能に嵌合する円筒部を有し前記マニピュレータの手先に固定される把持部材と、
前記基準円筒体に前記円筒部を嵌合させた前記把持部材の前記基準円筒体の軸回りの回転を所定の位置において阻止する回転止め部材と
を備え、
前記把持部材を前記マニピュレータによって把持し、または、マニピュレータの手先に固定し、この把持部材の平面部を前記基準平面に倣わせることにより、該基準平面の位置及び傾きの検出が可能であり、
前記把持部材の円筒部を前記基準円筒体に嵌合させることにより、前記基準平面上における前記基準円筒体の位置の検出が可能であり、
前記円筒部を前記基準円筒体に嵌合させた前記把持部材を、前記回転止め部材により阻止されるまで軸回りに回転させることにより、前記基準円筒体回りの所定の回転角の検出が可能である
ことを特徴とするロボット装置の教示用治具。 A robot apparatus teaching jig used for teaching operation of a robot apparatus having a manipulator and control means for controlling the operation of the manipulator,
A reference plane;
A reference cylinder installed with its axis perpendicular to the reference plane;
Planar portion and the shaft in this plane portion is perpendicular to the reference cylinder around the axis to rotatably fitted gripping members have a cylindrical portion Ru gripped by the hand of the previous SL manipulator or a flat portion and the plane A gripping member that has a cylindrical portion that is perpendicular to the portion and that is fitted to the reference cylindrical body so as to be rotatable about the axis, and is fixed to the hand of the manipulator ;
An anti-rotation member that prevents rotation of the gripping member in which the cylindrical portion is fitted to the reference cylindrical body around an axis of the reference cylindrical body at a predetermined position;
The position and inclination of the reference plane can be detected by gripping the gripping member by the manipulator, or by fixing the gripping member to the hand of the manipulator and making the plane portion of the gripping member follow the reference plane.
By fitting the cylindrical portion of the gripping member to the reference cylindrical body, it is possible to detect the position of the reference cylindrical body on the reference plane,
A predetermined rotation angle around the reference cylindrical body can be detected by rotating the gripping member having the cylindrical portion fitted to the reference cylindrical body around the axis until it is blocked by the anti-rotation member. A teaching jig for a robot apparatus, characterized in that it exists.
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