JP5549749B1 - ロボット教示システム、ロボット教示プログラムの生成方法および教示ツール - Google Patents

Abstract

【課題】教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することが可能なロボット教示システムを提供する。
【解決手段】このロボット教示システム１００は、教示位置を指定するためにユーザにより操作される教示ボタン４３を含み、ロボット１の動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツール４と、教示ツール４により指定された教示位置における教示ツール４を撮像するステレオカメラ５ａおよび５ｂと、ステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像された教示ツール４の位置および姿勢に基づいて、ロボット１の教示位置を決定するＰＣ３とを備える。そして、教示ツール４の教示ボタン４３がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット教示システム、ロボット教示プログラムの生成方法および教示ツールに関する。

従来、ロボット教示システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定するティーチングツールと、教示位置に位置するティーチングツールを撮像するステレオカメラと、ステレオカメラにより撮像されたティーチングツールの位置および姿勢に基づいて、ロボットの教示位置を決定するコントローラとを備えるロボット制御システムが開示されている。このロボット制御システムは、ティーチングツールとは別個に設けられたティーチングペンダントをユーザが操作することにより、ステレオカメラにより撮像された教示位置に位置するティーチングツールの画像に基づいて教示位置を決定するように構成されている。

特開２０１１−１０４７５９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のロボット制御システムは、ティーチングツールとは別個に設けられたティーチングペンダントをユーザが操作することにより、ステレオカメラにより撮像された教示位置に位置するティーチングツールの画像に基づいて教示位置を決定するため、教示位置を指定する毎に、ティーチングツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作する必要がある。このため、ユーザの操作負担が増加するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することが可能なロボット教示システム、ロボット教示プログラムの生成方法および教示ツールを提供することである。

上記目的を達成するために、第１の局面によるロボット教示システムは、教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を含み、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールと、教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測する計測部と、計測部により計測された教示ツールの位置および姿勢に基づいて、ロボットの教示位置を決定する制御部とを備え、教示ツールの操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されており、計測部は、教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢が認識可能なように教示ツールを撮像する撮像部を含む。

この第１の局面によるロボット教示システムでは、上記のように、教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を含む教示ツールを設けることによって、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作する必要がないので、教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することができる。また、教示ツールの操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成することによって、教示ツールに設けられた操作部をユーザが操作することにより、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作することなく、ロボットの教示位置を連続的に指定することができるので、ユーザの操作負担が増加するのを効果的に抑制することができる。

第２の局面によるロボット教示プログラムの生成方法は、教示ツールが教示位置に位置された状態で教示ツールの操作部がユーザにより操作されたことに基づいて、ロボットの動作位置としての教示位置を指定する工程と、教示ツールにより指定された教示位置における教示ツールの位置および姿勢を計測する工程と、計測された教示ツールの位置および姿勢に基づいて、ロボットの教示位置を決定することにより、ロボットの教示プログラムを生成する工程とを備え、教示位置を指定する工程は、教示ツールが移動されながら、操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置を指定する工程を含み、教示ツールの位置および姿勢を計測する工程は、教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢が認識可能なように教示ツールを撮像し、当該撮像結果に基づいて教示ツールの位置および姿勢を求める工程を含む。

この第２の局面によるロボット教示プログラムの生成方法では、上記のように、教示ツールが教示位置に位置された状態で教示ツールの操作部がユーザにより操作されたことに基づいて、ロボットの動作位置としての教示位置を指定する工程を設けることによって、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作する必要がないので、教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することができる。また、教示位置を指定する工程は、教示ツールが移動されながら、操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置を指定する工程を含むことによって、教示ツールに設けられた操作部をユーザが操作することにより、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作することなく、ロボットの教示位置を連続的に指定することができるので、ユーザの操作負担が増加するのを効果的に抑制することができる。

第３の局面による教示ツールは、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールであって、教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を備え、操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されるとともに、指定した教示位置の位置および姿勢が認識可能なように撮像部により撮像されるように構成されている。

この第３の局面による教示ツールでは、上記のように、教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を備える教示ツールを設けることによって、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作する必要がないので、教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することが可能な教示ツールを提供することができる。また、教示ツールの操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成することによって、教示ツールに設けられた操作部をユーザが操作することにより、教示位置を指定する毎に、教示ツールとは別個に設けられたティーチングペンダントを操作することなく、ロボットの教示位置を連続的に指定することができるので、ユーザの操作負担が増加するのを効果的に抑制することが可能な教示ツールを提供することができる。第４の局面によるロボット教示システムは、教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を含み、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールと、教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測する計測部と、計測部により計測された教示ツールの位置および姿勢に基づいて、ロボットの教示位置を決定する制御部とを備え、教示ツールの操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されており、教示ツールは、操作部に対するユーザの操作に基づいて、ロボットの作業区間と非作業区間とを区別した状態で教示位置を指定可能なように構成されている。

上記のように構成することによって、教示ツールを用いてロボットの教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することができる。

一実施形態によるロボット教示システムの全体構成を示したブロック図である。 一実施形態によるロボット教示システムのロボットを示した斜視図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示制御を説明するための図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示ツールを示した図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示制御処理を説明するための第１のフロー図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示制御処理を説明するための第２のフロー図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示ツールの第１変形例を示した斜視図である。 一実施形態によるロボット教示システムの教示ツールの第２変形例を示した斜視図である。

以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本実施形態のロボット教示システム１００の構成について説明する。

図１に示すように、ロボット教示システム１００は、ロボット１と、制御盤（ロボットコントローラ）２と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）３と、教示ツール４と、ステレオカメラ５ａおよび５ｂとを備える。ロボット１は、制御盤２に接続されている。ＰＣ３には、制御盤２、ステレオカメラ５ａおよび５ｂが、有線または無線により接続されている。教示ツール４は、ＰＣ３に有線により接続されている。なお、ＰＣ３は、「制御部」の一例である。

制御盤２は、制御的な構成として、制御ソフトウェア２１を含んでいる。ＰＣ３は、制御的な構成として、ビジョンソフトウェア３１と、シミュレーションソフトウェア３２と、記憶部３３と、カメラドライバ３４と、出入力ドライバ３５とを含んでいる。

図２に示すように、ロボット１は、垂直多関節ロボットからなる。また、ロボット１は、基台１１と、基台１１に取り付けられるロボットアーム１２と、ロボットアーム１２の先端に取り付けられるツール１３ａとを含んでいる。ロボットアーム１２は、６自由度を有して構成されている。ロボットアーム１２の先端には、ツール１３ａを取り付ける取り付け部を有するフランジ１３が形成されている。

ロボットアーム１２は、複数のアーム構造体を有しており、ロボット１の設置面に対して垂直な回転軸Ａ１まわりにアーム構造体１２ａが基台１１に対して回転可能に連結されている。アーム構造体１２ｂは、回転軸Ａ１に対して垂直な回転軸Ａ２まわりに回転可能にアーム構造体１２ａに連結されている。アーム構造体１２ｃは、回転軸Ａ２に対して平行な回転軸Ａ３まわりに回転可能にアーム構造体１２ｂに連結されている。アーム構造体１２ｄは、回転軸Ａ３に対して垂直な回転軸Ａ４まわりに回転可能にアーム構造体１２ｃに連結されている。アーム構造体１２ｅは、回転軸Ａ４に対して垂直な回転軸Ａ５まわりに回転可能にアーム構造体１２ｄに連結されている。アーム構造体１２ｆは、回転軸Ａ５に対して垂直な回転軸Ａ６まわりに回転可能にアーム構造体１２ｅに連結されている。なお、ここでいう「平行」「垂直」は、厳密な意味の「平行」および「垂直」だけでなく、「平行」および「垂直」から少しずれているものも含む広い意味である。各回転軸Ａ１〜Ａ６にはそれぞれサーボモータ（関節）が設けられており、各サーボモータは、それぞれの回転位置を検出するエンコーダを有している。各サーボモータは、制御盤２に接続されており、制御盤２の制御ソフトウェア２１の制御指令に基づいて各サーボモータが動作するように構成されている。

図２に示すように、フランジ１３は、ロボットアーム１２のアーム構造体１２ｆに取り付けられている。また、フランジ１３には、ワーク６（図３参照）に対して作業を行うツール１３ａが取り付けられている。また、フランジ１３には、教示ツール４を撮像する一対のステレオカメラ５ａおよび５ｂが取り付けられている。

制御盤２は、ロボット１の全体の動作を制御するように構成されている。具体的には、制御盤２は、ＰＣ３により生成されたロボット１の教示プログラムに基づいて、制御ソフトウェア２１により、ロボット１に制御指令を出力して、ロボット１の動作を制御するように構成されている。

ここで、本実施形態では、ＰＣ３は、教示ツール４が教示位置に位置された状態で教示ツール４の後述する教示ボタン４３（図４参照）がユーザ（作業者）により操作されたことに基づいて、教示ツール４により指定された教示位置における教示ツール４をステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像するように構成されている。また、ＰＣ３は、撮像された教示ツール４の位置および姿勢に基づいて、ロボット１の教示位置を決定することにより、ロボット１の教示プログラムを生成するように構成されている。

ビジョンソフトウェア３１は、ロボット１の教示プログラムを生成するように構成されている。具体的には、ビジョンソフトウェア３１は、制御盤２の制御ソフトウェア２１の計測要求に応じて、教示プログラムの教示位置を計測して、ロボット１の教示プログラムを生成するように構成されている。また、ビジョンソフトウェア３１は、カメラドライバ３４を介して、一対のステレオカメラ５ａおよび５ｂを制御して、教示ツール４により指定された教示位置における教示ツール４を撮像するように構成されている。また、ビジョンソフトウェア３１は、出入力ドライバ３５を介して、教示ツール４のユーザによる操作を受け付けるとともに、教示ツール４の教示位置の指定のための処理を制御するように構成されている。

ビジョンソフトウェア３１は、教示ツール４により指定される教示位置間を補間して、ロボット１の教示プログラムを生成するように構成されている。具体的には、ビジョンソフトウェア３１は、教示ツール４により指定される教示位置間を直線補間（ＭＯＶＬ）、リンク補間（ＭＯＶＪ）、または、円弧補間（ＭＯＶＣ）により補間するように構成されている。また、ビジョンソフトウェア３１は、ロボット１の作業区間に属する教示位置と、ロボット１の非作業区間に属する教示位置とに応じて、それぞれ、ロボット１の動作速度、および、教示位置から教示位置までの移動の補間方法を決定するように構成されている。なお、作業区間とは、ツール１３ａにより、ワーク６に対して作業を行いながらロボット１を移動させる区間であり、非作業区間とは、作業区間と作業区間の間にロボット１を移動させる区間など、ツール１３ａによる作業を行わない区間である。また、ビジョンソフトウェア３１は、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かの判断結果を教示ツール４の後述するＯＫ通知ライト４４ａ、ＮＧ通知ライト４４ｂ、警告通知ライト４４ｃおよび撮像ＮＧ通知ライト４４ｄ（図４参照）によりユーザに通知する制御を行うように構成されている。

シミュレーションソフトウェア３２は、ビジョンソフトウェア３１の命令に基づいて、シミュレーションを行うように構成されている。また、シミュレーションソフトウェア３２は、シミュレーションを行い、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かを判断するように構成されている。また、シミュレーションソフトウェア３２は、シミュレーションを行い、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かを判断するように構成されている。また、シミュレーションソフトウェア３２は、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かの判断結果、および、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かの判断結果を、ビジョンソフトウェア３１に出力するように構成されている。また、シミュレーションソフトウェア３２は、生成されたロボット１の教示プログラムに基づいて、ロボット１の動作をシミュレーションするように構成されている。記憶部３３には、教示ツール４により指定された教示位置情報が記憶される。

また、本実施形態では、図３に示すように、教示ツール４は、ロボット１の動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定するように構成されている。また、教示ツール４は、図４に示すように、ユーザが把持する把持部４１と、ロボット１の位置および姿勢を教示する正四面体形状の教示部４２とを含んでいる。把持部４１には、教示位置を指定するためにユーザにより操作される教示ボタン４３と、ＯＫ通知ライト４４ａと、ＮＧ通知ライト４４ｂと、警告通知ライト４４ｃと、撮像ＮＧ通知ライト４４ｄとが配置されている。なお、教示ボタン４３は、「操作部」の一例である。また、ＯＫ通知ライト４４ａ、ＮＧ通知ライト４４ｂ、警告通知ライト４４ｃおよび撮像ＮＧ通知ライト４４ｄは、「通知部」の一例である。また、ＯＫ通知ライト４４ａおよびＮＧ通知ライト４４ｂは、「第１視覚通知部」の一例であり、警告通知ライト４４ｃは、「第２視覚通知部」の一例である。

ＯＫ通知ライト４４ａおよびＮＧ通知ライト４４ｂは、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知するように構成されている。具体的には、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能であれば、ＯＫ通知ライト４４ａが青色に光って通知される。また、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能でなければ、ＮＧ通知ライト４４ｂが赤色に光って通知される。

また、警告通知ライト４４ｃは、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知するように構成されている。具体的には、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能でなければ、警告通知ライト４４ｃが黄色に光って通知される。また、撮像ＮＧ通知ライト４４ｄは、ステレオカメラ５ａおよび５ｂにより、教示部４２の後述する赤外線ＬＥＤ４２１、４２２、４２３および４２４のうち、２つ以下しか撮像することができなければ、赤色に点滅して通知する。つまり、教示ツール４による教示位置および姿勢をステレオカメラ５ａおよび５ｂにより認識することができなければ、撮像ＮＧ通知ライト４４ｄが赤色に点滅される。

教示部４２には、正四面体形状の各頂点にそれぞれ配置され、順次発光することにより互いに識別可能な赤外線ＬＥＤ４２１、４２２、４２３および４２４が取り付けられている。教示部４２の赤外線ＬＥＤ４２１、４２２、４２３および４２４には、それぞれ、光拡散キャップ４２１ａ、４２２ａ、４２３ａおよび４２４ａが取り付けられている。なお、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４は、「標識部」および「発光素子」の一例である。

また、本実施形態では、教示ツール４は、教示ボタン４３がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されている。なお、連続的に教示位置が指定されるとは、教示位置が連続的に？がって指定される場合のみならず、教示位置が継続的に指定される場合も含む。また、教示ツール４は、教示ボタン４３に対するユーザの操作に基づいて、１点ずつ教示位置を指定するモードと、教示ツール４が移動されながら連続的に教示位置を指定するモードとに切り替え操作が可能なように構成されている。

具体的には、教示ツール４は、教示ボタン４３を長押し（たとえば、２秒以上の長押し）することにより、教示ツール４が移動されながら連続的に教示位置を指定するモードに切り替えられるように構成されている。また、教示ツール４は、教示ボタン４３を短く（たとえば、２秒未満）押すことにより、１点ずつ教示位置を指定するモードに切り替えられるように構成されている。また、教示ツール４は、教示ボタン４３がユーザにより押下される毎に教示位置を１点ずつ指定するとともに、教示ツール４が移動されながら教示ボタン４３がユーザにより連続的に押下されている間、連続的に教示位置を指定するように構成されている。

また、教示ツール４は、教示ボタン４３に対するユーザの操作に基づいて、ロボット１の作業区間と非作業区間とを区別した状態で教示位置を指定可能なように構成されている。具体的には、教示ツール４は、教示ボタン４３をユーザによりダブルクリックされることにより、ロボット１の作業区間と非作業区間とを区別するように構成されている。

ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、内蔵の制御装置（図示せず）で動作するビジョンソフトウェアによって教示ツール４を２つのカメラにより撮像した撮像結果を対応づけることにより、教示ツール４の３次元位置を認識することが可能に構成されている。また、ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、教示ツール４により指定された教示位置における教示ツール４を撮像するように構成されている。つまり、ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、教示ツール４の赤外線ＬＥＤ４２１、４２２、４２３および４２４により順次発光される赤外光を撮像して、教示ツール４の教示位置および姿勢を認識するように構成されている。なお、ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、「計測部」および「撮像部」の一例である。

また、ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、教示ボタン４３がユーザにより押下される毎に教示ツール４を撮像する。また、ステレオカメラ５ａおよび５ｂは、教示ボタン４３がユーザにより押下されたままの状態で教示ツール４が移動された場合、連続的に教示ツール４を撮像するように構成されている。

次に、図５および図６を参照して、ロボット教示システム１００の制御盤２の制御ソフトウェア２１、ＰＣ３のビジョンソフトウェア３１およびシミュレーションソフトウェア３２が行う教示制御処理について説明する。

ユーザにより教示開始の操作が制御ソフトウェア２１に対して行われると、ステップＳ１において、制御ソフトウェア２１は、教示開始の信号を受信待ち状態のビジョンソフトウェア３１に送信する。教示開始の信号を受信したビジョンソフトウェア３１は、ステップＳ２において、教示開始ＯＫの信号を制御ソフトウェア２１に送信する。その後、制御ソフトウェア２１は、ビジョンソフトウェア３１からの信号を受信待ちしている状態となる。また、ビジョンソフトウェア３１は、教示ツール４の教示ボタン４３がユーザにより操作されて教示位置が指定されるのを待つ入力待ち状態となる。

ステップＳ３において、教示状態スイッチ（図示せず）がユーザによりＯＮにされると、Ｉｎｐｕｔ Ｏｎ（割り込み）信号が、教示ツール４からビジョンソフトウェア３１に送信される。ステップＳ４において、ビジョンソフトウェア３１は、教示状態ＬＥＤ（図示せず）をＯＮにする信号を教示ツール４に送信する。この教示状態ＬＥＤをＯＮにする信号を受信した教示ツール４は、教示状態ＬＥＤをＯＮにして点灯させる。これにより、教示ツール４により、ロボット１の教示位置を指定する処理が開始される。

教示位置に位置した状態の教示ツール４の教示ボタン４３がユーザにより押下されると、ステップＳ５において、Ｉｎｐｕｔ Ｏｎ（割り込み）信号が、教示ツール４からビジョンソフトウェア３１に送信される。なお、この教示ボタン４３がユーザにより操作（押下）されている間、連続的に教示位置が指定される。

ステップＳ６において、ビジョンソフトウェア３１は、赤外線ＬＥＤ４２１をＯＮにする信号を教示ツール４に送信する。この赤外線ＬＥＤ４２１をＯＮにする信号を受信した教示ツール４は、赤外線ＬＥＤ４２１をＯＮにして赤外光を出力させる。また、ステップＳ７において、ビジョンソフトウェア３１は、ステレオカメラ５ａおよび５ｂに撮像させるための撮像トリガ信号を送信する。ステレオカメラ５ａおよび５ｂによりそれぞれ撮像が行われると、ステップＳ８において、ステレオカメラ５ａおよび５ｂによりそれぞれ撮像された２枚の画像が、ビジョンソフトウェア３１に送信される。ステップＳ９において、ビジョンソフトウェア３１は、赤外線ＬＥＤ４２１をＯＦＦにする信号を教示ツール４に送信する。この赤外線ＬＥＤ４２１をＯＦＦにする信号を受信した教示ツール４は、赤外線ＬＥＤ４２１をＯＦＦにする。また、ステップＳ６〜Ｓ９の処理が、同様にして、赤外線ＬＥＤ４２２〜４２４についても行われる。これにより、１つの教示位置における撮像処理が終了する。

その後、ビジョンソフトウェア３１は、教示ツール４の教示位置および姿勢を計算する。つまり、ビジョンソフトウェア３１は、ステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像した、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４の位置に基づいて、教示ツール４の教示部４２の３次元的な位置を計算し、教示ツール４の教示位置および姿勢を認識する。なお、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４のうち、３点以上撮像できれば、教示部４２の正四面体形状を３次元空間において再現できるので、教示ツール４の教示位置および姿勢を計算することが可能である。

ステップＳ１０において、ビジョンソフトウェア３１は、シミュレート指令信号をシミュレーションソフト３２に送信する。このシミュレート指令信号を受信したシミュレーションソフトウェア３２は、教示ツール４の教示位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動（到達）可能か否かをシミュレートする。また、シミュレーションソフトウェア３２は、教示位置間を補間した移動経路をロボット１が移動可能か否かをシミュレートする。そして、シミュレーションソフトウェア３２は、ステップＳ１１において、シミュレート結果（到達ＯＫ／ＮＧ）をビジョンソフトウェア３１に送信する。

ステップＳ１２において、ビジョンソフトウェア３１は、シミュレート結果（到達ＯＫ／ＮＧ）に基づいて、教示ツール４のＯＫ通知ライト４４ａ、ＮＧ通知ライト４４ｂ、警告通知ライト４４ｃおよび撮像ＮＧ通知ライト４４ｄのいずれかを点灯させる信号を送信する。ロボット１が移動可能であれば、ビジョンソフトウェア３１は、教示位置１を保存するとともに、ステップＳ１３において、制御ソフトウェア２１に教示位置１を保存させる。そして、ステップＳ１４において、点灯させた教示ツール４の通知ライトを消灯させる信号を送信する。

また、ステップＳ３〜Ｓ１４の処理が、同様にして、教示位置２〜教示位置Ｎについても行われる。つまり、教示ツール４により指定される教示位置が移動させられた上で、それぞれ、ステップＳ３〜Ｓ１４の処理が繰り返される。

図６のステップＳ１５において、ビジョンソフトウェア３１は、教示位置Ｎを保存するとともに、制御ソフトウェア２１に教示位置Ｎを保存させる。これにより、教示ツール４により全ての教示位置（教示位置１〜教示位置Ｎ）の指定が行われたこととなる。

教示ツール４の軌道確認スイッチ（図示せず）がユーザの操作によりＯＮにされると、ステップＳ１６において、Ｉｎｐｕｔ Ｏｎ（割り込み）信号が、教示ツール４からビジョンソフトウェア３１に送信される。ステップＳ１８〜Ｓ１９において、ビジョンソフトウェア３１は、移動命令をシミュレーションソフトウェア３２に送信して、シミュレーションソフトウェア３２に教示位置１〜教示位置Ｎに対応するようにロボット１を移動させるシミュレーションを行わせる。なお、この際、ＰＣ３の表示部（図示せず）にロボット１を移動させるシミュレーション結果が表示される。

ステップＳ２０において、教示状態スイッチ（図示せず）がユーザによりＯＦＦにされると、Ｉｎｐｕｔ Ｏｎ（割り込み）信号が、教示ツール４からビジョンソフトウェア３１に送信される。ステップＳ２１において、ビジョンソフトウェア３１は、教示状態ＬＥＤ（図示せず）をＯＦＦにする信号を教示ツール４に送信する。この教示状態ＬＥＤをＯＦＦにする信号を受信した教示ツール４は、教示状態ＬＥＤをＯＦＦにする。これにより、教示ツール４により、ロボット１の教示位置を指定する処理が終了される。そして、教示プログラムに指定された教示位置が入力されて、教示プログラムが生成される。

その後、制御ソフトウェア２１により、教示位置１指令〜教示位置Ｎ指令がロボット１に送信される。つまり、ロボット１が教示プログラムに基づいてプレイバックされて、実際に移動される。

本実施形態では、上記のように、教示位置を指定するためにユーザにより操作される教示ボタン４３を教示ツール４に設けることによって、教示位置を指定する毎に、教示ツール４とは別個に設けられたティーチングペンダントを操作する必要がないので、教示ツール４を用いてロボット１の教示位置を指定する場合に、ユーザの操作負担が増加するのを抑制することができる。また、ティーチングペンダントにより実際にロボット１を動作させることなくロボット１の各サーボモータのサーボがオフの状態で教示作業を行えるため、ユーザがより安全に作業できる。また、教示ツール４の教示ボタン４３がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成することによって、教示ツール４に設けられた教示ボタン４３をユーザが操作することにより、教示位置を指定する毎に、教示ツール４とは別個に設けられたティーチングペンダントを操作することなく、ロボット１の教示位置を連続的に指定することができるので、ユーザの操作負担が増加するのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示ツール４を、教示ボタン４３に対するユーザの操作に基づいて、１点ずつ教示位置を指定するモードと、教示ツール４が移動されながら連続的に教示位置を指定するモードとに切り替え操作が可能なように構成する。これにより、１点ずつ教示位置を指定する場合は、教示位置間を補間することにより、ユーザの負担を軽減することができるとともに、連続的に教示位置を指定する場合は、詳細に教示位置（ロボットの移動経路）を指定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示ボタン４３がユーザにより押下される毎に教示位置を１点ずつ指定するとともに、教示ツール４が移動されながら教示ボタン４３がユーザにより連続的に押下されている間、連続的に教示位置を指定するように教示ツール４を構成し、教示ボタン４３がユーザにより押下される毎に教示ツール４を撮像するとともに、教示ツール４が移動されながら教示ボタン４３がユーザにより連続的に押下されている間、連続的に教示ツール４を撮像するようにステレオカメラ５ａおよび５ｂを構成する。これにより、教示位置を１点ずつ指定する場合に、教示ボタン４３がユーザにより押下される毎に教示ツール４が撮像されるので、教示位置間を移動させる間の教示ツール４が撮像されない分、撮像処理を簡略化することができる。また、連続的に教示位置を指定する場合に、教示ボタン４３がユーザにより連続的に押下されている間、連続的に教示ツール４が撮像されるので、ユーザは撮像のために繰り返し教示ボタン４３を押す必要がなく、ユーザの負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ＰＣ３を、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かを判断するとともに、判断結果を教示ツール４のＯＫ通知ライト４４ａ、ＮＧ通知ライト４４ｂ、警告通知ライト４４ｃおよび撮像ＮＧ通知ライト４４ｄによりユーザに通知する制御を行うように構成する。これにより、教示ツール４により教示位置を指定する毎に、指定した教示位置および教示ツール４の姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かを、ユーザが操作する教示ツール４のＯＫ通知ライト４４ａ、ＮＧ通知ライト４４ｂ、警告通知ライト４４ｃおよび撮像ＮＧ通知ライト４４ｄの通知により直ちに確認することができるので、ユーザによる教示作業を効率的に行うことができる。これによっても、ユーザによる教示作業の負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示ツール４のＯＫ通知ライト４４ａおよびＮＧ通知ライト４４ｂを、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知するように構成する。これにより、教示ツール４の位置および姿勢に対応した位置および姿勢にロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚を介して容易に認識することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ＰＣ３を、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かを判断し、判断結果を教示ツール４の警告通知ライト４４ｃによりユーザに通知する制御を行うように構成する。これにより、教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かを、ユーザが操作する教示ツール４の警告通知ライト４４ｃの通知により直ちに確認することができるので、ユーザによる教示作業を効率的に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示ツール４の警告通知ライト４４ｃを、教示ツール４により指定された教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知するように構成する。これにより、教示位置間を補間する移動経路をロボット１が移動可能か否かをユーザが視覚を介して容易に認識することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示ツール４を、教示ボタン４３に対するユーザの操作に基づいて、ロボット１の作業区間と非作業区間とを区別した状態で教示位置を指定可能なように構成する。これにより、ロボット１の作業区間と非作業区間とが区別された状態の教示位置が指定されるので、ロボット１の動作に適した教示を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、ＰＣ３を、ロボット１の作業区間に属する教示位置と、ロボット１の非作業区間に属する教示位置とに応じて、それぞれ、ロボット１の動作速度、および、教示位置から教示位置までの移動の補間方法を決定するように構成されている。これにより、ロボット１の動作により適した、ロボット１の動作速度、および、教示位置から教示位置までの移動の補間方法を決定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、四面体形状の教示部４２の各頂点にそれぞれ配置され、互いに識別可能な複数の赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４を設けることによって、四面体形状の教示部４２の各頂点にそれぞれ配置された赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４をステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像することにより、教示ツール４の教示位置および姿勢を容易に取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ＰＣ３を、教示部４２の複数の赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４を順次発光させて、教示部４２による教示位置をステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像するように構成する。これにより、四面体形状の教示部４２の各頂点に配置された赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４を個別に識別することができるので、教示ツール４の教示位置および姿勢を正確に取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示部４２の複数の赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４に、それぞれ、光拡散キャップ４２１ａ〜４２４ａを取り付けることによって、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４から出力される赤外線を拡散させることができるので、教示部４２の姿勢によらず、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４から出力される赤外線を確実にステレオカメラ５ａおよび５ｂにより撮像することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数の赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４を、赤外光を出力するように構成し、ステレオカメラ５ａおよび５ｂを、複数の赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４が出力する赤外光を受光して撮像するように構成する。これにより、赤外線ＬＥＤ４２１〜４２４からの赤外光を可視光の影響を受けずに認識することができるので、教示ツール４の教示位置および姿勢を精度よく取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、教示部４２が、正四面体形状を有することによって、教示部４２をバランスよく形成して、教示ツール４の教示位置および姿勢を認識しやすくすることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、教示ツールの把持部を、ロボットが作業する作業に応じたツールの形状に形成してもよい。具体的には、図７に示す第１変形例のように、教示ツール４ａの把持部４１ａを、研削を行うグラインダーの形状にし、研削を行う部分に対応する部分に教示部４２を形成してもよい。また、図８に示す第２変形例のように、教示ツール４ｂの把持部４１ｂを、作業を行うロボット１のハンドの形状にしてもよい。これにより、実際に作業を行うツールの位置や姿勢をより具体的に指定することができる。

また、上記実施形態では、ロボットのロボットアームが６自由度を有する例を示したが、たとえば、ロボットアームが６自由度以外の自由度（５自由度、７自由度など）を有していてもよい。また、ロボットは、上記実施形態のようないわゆる垂直多関節ロボットに限らず、可動部の回転軸がそれぞれ平行に構成される水平多関節ロボットや、パラレルリンクロボット（デルタロボット）などでもよい。

また、上記実施形態では、ロボットの作業区間に属する教示位置と、ロボットの非作業区間に属する教示位置とに応じて、それぞれ、ロボットの動作速度、および、教示位置から教示位置までの移動の補間方法の両方を決定する構成の例を示したが、たとえば、ロボットの作業区間に属する教示位置と、ロボットの非作業区間に属する教示位置とに応じて、それぞれ、ロボットの動作速度、または、教示位置から教示位置までの移動の補間方法のうち少なくとも一方を決定するように構成してもよい。また、補間方法や移動速度、連続/非連続を教示ツールにつけた入力ボタンなどでユーザが変更できるように構成してもよい。既に記憶された教示位置情報（教示点）の修正や、教示点の取り消しなどの機能をもたせてもよい

また、上記実施形態では、視覚的に認識可能なように通知する通知ライトを通知部として用いる例を示したが、たとえば、通知部を、音声や、振動などで通知するように構成してもよい。また、通知部を、液晶ディスプレイなどの表示部により構成してもよい。

また、上記実施形態では、教示ツールの教示部が、正四面体形状を有する構成の例を示したが、たとえば、教示部が正四面体形状以外の形状を有していてもよい。たとえば、三角錐形状や三角以外の多角錐形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、教示ツールは、ＰＣ（制御部）に有線により接続されている例を示したが、たとえば、教示ツールは、制御部に無線により接続されていてもよい。制御部についてもＰＣに限らずＰＬＣやロボットコントローラなどの演算装置を用いてもよい。

また、上記実施形態では、標識部として、赤外線ＬＥＤを用いる例を示したが、たとえば、可視光を発生させるＬＥＤを標識部として用いてもよいし、ＬＥＤ以外の発光素子を標識部として用いてもよい。また、互いに識別可能であれば、マーカなどを標識部として用いてもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、たとえば、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

また、上記実施形態では、ステレオカメラ（撮像部、計測部）がロボットに取り付けられている例を示したが、たとえば、撮像部（計測部）はロボットに取り付けるものに限らず、ロボットとは別体となるように配設されてもよい。また、ロボットに取り付ける場合でも取り付け場所は実施形態のものに限定されずロボットアームの途中箇所であってもよい。

また、上記実施形態では、ステレオカメラを計測部として用いる例を示したが、たとえば、計測部としては教示するロボットの自由度に対応する教示ツールの位置および姿勢が計測でき、教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を取得できるものであれば、光学的な撮像を伴わない別の方式のものを用いてもよい。たとえば、教示ツールに加速度センサおよびジャイロセンサなどの複合的なセンサを組み込むことで計測部として構成してもよい。

１ ロボット
３ ＰＣ（制御部）
４、４ａ、４ｂ 教示ツール
５ａ、５ｂ ステレオカメラ（撮像部、計測部）
４１、４１ａ、４１ｂ 把持部
４２ 教示部
４３ 教示ボタン（操作部）
４４ａ ＯＫ通知ライト（通知部、第１視覚通知部）
４４ｂ ＮＧ通知ライト（通知部、第１視覚通知部）
４４ｃ 警告通知ライト（通知部、第２視覚通知部）
４４ｄ 撮像ＮＧ通知ライト（通知部）
１００ ロボット教示システム
４２１、４２２、４２３、４２４ 赤外線ＬＥＤ（標識部、発光素子）
４２１ａ、４２２ａ、４２３ａ、４２４ａ 光拡散キャップ

Claims (21)

1. 教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を含み、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールと、
   前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測する計測部と、
   前記計測部により計測された前記教示ツールの位置および姿勢に基づいて、前記ロボットの教示位置を決定する制御部とを備え、
   前記教示ツールの前記操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されており、
   前記計測部は、前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢が認識可能なように前記教示ツールを撮像する撮像部を含む、ロボット教示システム。
2. 前記教示ツールは、前記操作部に対するユーザの操作に基づいて、１点ずつ教示位置を指定するモードと、前記教示ツールが移動されながら連続的に教示位置を指定するモードとに切り替え操作が可能なように構成されている、請求項１に記載のロボット教示システム。
3. 前記教示ツールの前記操作部は、教示ボタンを含み、
   前記教示ツールは、前記教示ボタンがユーザにより押下される毎に教示位置を１点ずつ指定するとともに、前記教示ツールが移動されながら前記教示ボタンがユーザにより連続的に押下されている間、連続的に教示位置を指定するように構成されており、
   前記計測部は、前記教示ボタンがユーザにより押下される毎に前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測するとともに、前記教示ツールが移動されながら前記教示ボタンがユーザにより連続的に押下されている間、連続的に計測を行なうように構成されている、請求項２に記載のロボット教示システム。
4. 前記教示ツールは、通知部を含み、
   前記制御部は、前記教示ツールの位置および姿勢に対応した位置および姿勢に前記ロボットが移動可能か否かを判断するとともに、判断結果を前記教示ツールの前記通知部によりユーザに通知する制御を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット教示システム。
5. 前記教示ツールの前記通知部は、前記教示ツールの位置および姿勢に対応した位置および姿勢に前記ロボットが移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知する第１視覚通知部を有する、請求項４に記載のロボット教示システム。
6. 前記制御部は、前記教示ツールにより指定された教示位置間を補間する移動経路を前記ロボットが移動可能か否かを判断し、判断結果を前記教示ツールの前記通知部によりユーザに通知する制御を行うように構成されている、請求項４または５に記載のロボット教示システム。
7. 前記教示ツールの前記通知部は、前記教示ツールにより指定された教示位置間を補間する移動経路を前記ロボットが移動可能か否かをユーザが視覚的に認識可能なように通知する第２視覚通知部を有する、請求項６に記載のロボット教示システム。
8. 前記教示ツールは、前記操作部に対するユーザの操作に基づいて、前記ロボットの作業区間と非作業区間とを区別した状態で教示位置を指定可能なように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット教示システム。
9. 前記制御部は、前記ロボットの作業区間に属する教示位置と、前記ロボットの非作業区間に属する教示位置とに応じて、それぞれ、前記ロボットの動作速度、または、教示位置から教示位置までの移動の補間方法のうち少なくとも一方を決定するように構成されている、請求項８に記載のロボット教示システム。
10. 前記教示ツールは、ユーザが把持する把持部と、前記ロボットの位置および姿勢を教示する四面体形状の教示部とをさらに含み、
    前記教示部は、四面体形状の各頂点にそれぞれ配置され、互いに識別可能な複数の標識部を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボット教示システム。
11. 前記複数の標識部は、四面体形状の各頂点にそれぞれ配置された複数の発光素子を有し、
    前記制御部は、前記教示部の前記複数の発光素子を順次発光させて、前記教示部による教示位置の位置および姿勢を前記計測部により計測するように構成されている、請求項１０に記載のロボット教示システム。
12. 前記教示部の前記複数の発光素子には、光拡散キャップが取り付けられている、請求項１１に記載のロボット教示システム。
13. 前記複数の発光素子は、赤外光を出力するように構成されており、
    前記計測部は、前記複数の発光素子が出力する赤外光を受光して前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測するように構成されている、請求項１１または１２に記載のロボット教示システム。
14. 前記教示部は、正四面体形状を有している、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のロボット教示システム。
15. 前記教示ツールの前記把持部は、前記ロボットが作業する作業に応じたツールの形状を有している、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のロボット教示システム。
16. 教示ツールが教示位置に位置された状態で前記教示ツールの操作部がユーザにより操作されたことに基づいて、ロボットの動作位置としての教示位置を指定する工程と、
    前記教示ツールにより指定された教示位置における前記教示ツールの位置および姿勢を計測する工程と、
    計測された前記教示ツールの位置および姿勢に基づいて、前記ロボットの教示位置を決定することにより、前記ロボットの教示プログラムを生成する工程とを備え、
    前記教示位置を指定する工程は、前記教示ツールが移動されながら、前記操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置を指定する工程を含み、
    前記教示ツールの位置および姿勢を計測する工程は、前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢が認識可能なように前記教示ツールを撮像し、当該撮像結果に基づいて前記教示ツールの位置および姿勢を求める工程を含む、ロボット教示プログラムの生成方法。
17. 前記教示位置を指定する工程は、前記操作部に対するユーザの操作に基づいて、１点ずつ教示位置を指定するモードと、前記教示ツールが移動されながら連続的に教示位置を指定するモードとを切り替える工程を含む、請求項１６に記載のロボット教示プログラムの生成方法。
18. 前記教示ツールの位置および姿勢に対応した位置および姿勢に前記ロボットが移動可能か否かを判断する工程と、
    前記ロボットが移動可能か否かの判断結果を前記教示ツールの通知部により通知する工程とをさらに備える、請求項１６または１７に記載のロボット教示プログラムの生成方法。
19. ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールであって、
    教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を備え、
    前記操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されるとともに、指定した教示位置の位置および姿勢が認識可能なように撮像部により撮像されるように構成されている、教示ツール。
20. 前記教示ツールの位置および姿勢に対応した位置および姿勢に前記ロボットが移動可能か否かの結果を通知する通知部をさらに備える、請求項１９に記載の教示ツール。
21. 教示位置を指定するためにユーザにより操作される操作部を含み、ロボットの動作位置としての教示位置に位置させて教示位置を指定する教示ツールと、
    前記教示ツールにより指定された教示位置の位置および姿勢を計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記教示ツールの位置および姿勢に基づいて、前記ロボットの教示位置を決定する制御部とを備え、
    前記教示ツールの前記操作部がユーザにより操作されている間、連続的に教示位置が指定されるように構成されており、
    前記教示ツールは、前記操作部に対するユーザの操作に基づいて、前記ロボットの作業区間と非作業区間とを区別した状態で教示位置を指定可能なように構成されている、ロボット教示システム。

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