JP6017642B1

JP6017642B1 - ロボット動作の教示作業支援装置および教示作業支援方法

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Publication number: JP6017642B1
Application number: JP2015143246A
Authority: JP
Inventors: 歩北山; 隆五日市
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: US9827671B2; CN106346484A; US20170014996A1; CN106346484B; JP2017024098A; DE102016008356A1; DE102016008356B4

Abstract

【課題】費用を抑えつつ、教示作業を支援する。【解決手段】教示作業支援装置（１）は、型（１５）が固定されている状態において溝（１６）を該溝に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成する、ロボット（１０）に取付けられた教示用治具（１８）と、ロボットが紐状ワーク（Ｗ）を垂下するように把持する把持位置から紐状ワークの下端までの距離と、複数の仮教示点の座標値とに基づいて、実際の複数のロボット教示点の座標値を算出する座標値算出部（２１）と、複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、複数のロボット教示点のそれぞれに対応する複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、型の一定速度とに基づいて、複数のロボット教示点のそれぞれの間におけるロボットの下降速度を算出する速度算出部（２２）とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、水平方向に移動している型の溝に紐状ワークを配置するロボットの動作の教示作業を支援する教示作業支援装置および教示作業支援方法に関する。

特許文献１に開示されるシステムおいては、対象物が固定された状態でロボット動作の教示を行った後で、対象物をコンベア上に移動させている。そして、コンベアを駆動するモータの回転角をエンコーダにより計測して対象物の移動量を求め、その移動量に同期させてロボットの教示点をシフトさせている。

特開平１０−８３２０７号公報

しかしながら、特許文献１においては、エンコーダおよびその他の追加装置が必要であるので、システム全体が高価になるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、エンコーダなどを追加することなしに、費用を抑えつつ、教示作業を支援することのできる教示作業支援装置および教示作業支援方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、紐状ワークを垂下するように把持するロボットを下降させることにより、前記紐状ワークを搬送部により水平方向に一定速度で搬送される型の上面に形成された溝に配置する作業に対して、前記ロボットの動作の教示作業を支援する教示作業支援装置において、前記型が固定されている状態において前記溝を該溝に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成する、前記ロボットに取付けられた教示用治具と、前記ロボットが前記紐状ワークを垂下するように把持する把持位置から前記紐状ワークの下端までの距離と、前記複数の仮教示点の座標値とに基づいて、前記複数の仮教示点のそれぞれに対応する実際の複数のロボット教示点の座標値を算出する座標値算出部と、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、前記複数のロボット教示点のそれぞれに対応する前記複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、前記型の前記一定速度とに基づいて、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間における前記ロボットの下降速度を算出する速度算出部と、を具備する教示作業支援装置が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記紐状ワークは、時間の経過と共に硬化する性質を有する。
３番目の発明によれば、紐状ワークを垂下するように把持するロボットを下降させることにより、前記紐状ワークを搬送部により水平方向に一定速度で搬送される型の上面に形成された溝に配置する作業に対して、前記ロボットの動作の教示作業を支援する教示作業支援方法において、前記型が固定されている状態において、前記ロボットに取付けられた教示用治具により前記溝を該溝に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成し、前記ロボットが前記紐状ワークを垂下するように把持する把持位置から前記紐状ワークの下端までの距離と、前記複数の仮教示点の座標値とに基づいて、前記複数の仮教示点のそれぞれに対応する実際の複数のロボット教示点の座標値を算出し、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、前記複数のロボット教示点のそれぞれに対応する前記複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、前記型の前記一定速度とに基づいて、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間における前記ロボットの下降速度を算出する、教示作業支援方法が提供される。
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記紐状ワークは、時間の経過と共に硬化する性質を有する。

１番目および３番目の発明においては、型が固定されている状態において作成された複数の仮教示点に基づいてロボットの教示点を求めているので、ライントラッキング機能を使用することなしにおよびエンコーダなどを追加することなしに、費用を抑えつつ、教示作業を支援することができる。
時間の経過と共に硬化する紐状ワークを用いて仮教示点を求める場合には、仮教示点を求める前または求める最中に紐状ワークが硬化する可能性がある。１番目および３番目の発明では教示用治具を用いて仮教示点を求めているので、２番目および４番目の発明のように時間の経過と共に硬化する紐状ワークを型の溝に配置する場合であっても、そのような不具合を避けられる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

本発明に基づく教示作業支援装置の略図である。ロボットおよび型の拡大斜視図である。図１に示される教示作業支援装置の動作を示すフローチャートである。教示方法を示す第一の図である。教示方法を示す第二の図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく教示作業支援装置の略図である。図１に示されるように、教示作業支援装置１は、ロボット１０と、搬送部１２と、ロボット１０および搬送部１２を制御する制御装置２０とを含んでいる。

ロボット１０は、例えば多関節ロボットであり、ロボット１０のアームの先端には開閉可能なハンド１１が備えられている。図１においては、ハンド１１は紐状ワークＷの一端を把持しており、紐状ワークＷの残りの部分はハンド１１から垂下している。紐状ワークＷは可撓性細長部材、例えば樹脂製管材である。また、紐状ワークＷは、時間の経過と共に硬化する性質を有している。また、図１においては、ロボット１０は搬送部１２の一側に配置されるのが好ましい。

搬送部１２は、水平方向に配置されたベース１３と、ベース１３の上面において長手方向に互いに平行に延びる二つの案内部１４と、これら案内部１４に沿って摺動される型１５とを含んでいる。型１５は案内部１４に沿って矢印Ａ１方向に一定速度Ｖで摺動するよう制御される。なお、図１においては、型１５の摺動方向は＋Ｘ方向であり、摺動方向に対して垂直な方向がＹ方向であり、上方向が＋Ｚ方向である。

図１に示されるように、型１５は上面１５ａ、例えば上方に突出するよう湾曲した上面１５ａを有している。なお、型１５が他の形状の湾曲した上面１５ａを有していてもよい。そして、上面１５ａには、紐状ワークＷがセットされるワークセット経路、例えば溝１６が形成されている。図１においては、溝１６は曲がりくねりながら、案内部１４に対して概ね平行に型１５の一端から他端まで延びている。前述したように型１５の上面１５ａは湾曲しているので、溝１６はＸＹ平面では定義されず、ＸＹＺ空間において定義されることに留意されたい。

ところで、図２はロボットおよび型の拡大斜視図である。型１５は、図２には示さない案内部１４上に摺動不能に固定されているものとする。そして、図２においては、ロボット１０のハンド１１は、紐状ワークＷの代わりに、教示用治具１８を把持している。図示されるように、教示用治具１８はその先端が鉛直方向下方に垂下するようにハンド１１により把持される。後述するように、教示用治具１８は溝１６を溝１６に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成するのに使用される。教示用治具１８はタッチアップの際に変形しない程度の硬さを有している。

再び図１を参照すると、制御装置２０はデジタルコンピュータであり、ロボット１０が紐状ワークＷを垂下するように把持する把持位置から紐状ワークＷの下端までの距離と、複数の仮教示点の座標値とに基づいて、複数の仮教示点のそれぞれに対応する実際の複数のロボット教示点の座標値を算出する座標値算出部２１を含んでいる。

さらに、制御装置２０は、複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、複数のロボット教示点のそれぞれに対応する複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、型の一定速度とに基づいて、複数のロボット教示点のそれぞれの間におけるロボット１０の下降速度を算出する速度算出部２２を含んでいる。

図３は図１に示される教示作業支援装置の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜図３を参照して、本発明の教示作業支援装置の動作を説明する。なお、本発明の教示作業支援装置１は、紐状ワークＷを垂下するように把持するロボット１０を矢印Ａ２方向に下降させることにより、紐状ワークを搬送部１２により矢印Ａ１方向に一定速度で搬送される型１５の上面に形成された溝１６に配置する作業に対して、ロボット１０の動作の教示作業を支援するものである。

はじめに、ステップＳ１１においては、図２を参照して説明したように、教示用治具１８をロボット１０のハンド１１に把持させる。そして、ステップＳ１２においては、教示用治具１８を用いて、型１５の溝１６に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成する。なお、教示用治具１８についてはＴＣＰ（ツールセンタポイント）が予め設定されているものとする。

図２に示される例においては、教示用治具１８の先端を溝１６の一端の位置Ｐ１にてタッチアップし、次いで、ハンド１１を矢印Ａ３に沿って移動させ、溝１６の他の位置Ｐ２にて再度タッチアップする。その後、ハンド１１を矢印Ａ３に沿ってさらに移動させ、溝１６のさらに他の位置Ｐ３にてタッチアップを行う。これらタッチアップされた位置Ｐ１〜位置Ｐ３は仮教示点Ｐ１〜Ｐ３である。

実際には、タッチアップ作業は溝１６の一端（位置Ｐ１に対応）から他端（位置Ｐｎに対応、文字ｎは自然数）まで順次行われるが、重複を避ける目的で位置Ｐ３よりも後の位置については図示および説明を省略する。また、タッチアップの回数が多いほど、高精度で教示作業を行えるのは明らかであろう。

次いで、ステップＳ１３においては、座標値算出部２１は、複数の仮教示点Ｐ１〜Ｐｎを、紐状ワークＷの把持位置をＴＣＰとした複数の教示点Ｑ１〜Ｑｎに変換する。ここで、図４は教示方法を示す第一の図であり、ＸＺ平面を示している。図４においては、型１５は固定されており、水平方向に移動しないものとする。図４においては、複数の仮教示点Ｐ１〜Ｐ３の三次元位置がそれぞれＰ１（Ｐ１ｘ、Ｐ１ｙ、Ｐ１ｚ）、Ｐ２（Ｐ２ｘ、Ｐ２ｙ、Ｐ２ｚ）、Ｐ３（Ｐ３ｘ、Ｐ３ｙ、Ｐ３ｚ）と定義されている。また、図４においては仮教示点Ｐ１、Ｐ２の間の距離Ｄ１が示されている。距離Ｄ１は仮教示点Ｐ１、Ｐ２の座標値から容易に算出できる。

そして、図４においては、ハンド１１が紐状ワークＷを把持する把持位置Ｑ１が示されている。ただし、図３に従って教示作業支援装置１を動作させる際には、紐状ワークＷをロボット１０のハンド１１に取付る必要はない。把持位置Ｑ１は、溝１６の一端に対応した仮教示点Ｐ１から鉛直方向上方にある。そして、把持位置Ｑ１と仮教示点Ｐ１との間の距離Ｌは、把持位置Ｑ１から紐状ワークＷの下端までの距離であり、これは紐状ワークＷの長さに概ね対応する。従って、紐状ワークＷの下端はワークセット開始点に相当する。それゆえ、把持位置Ｑ１をＴＣＰとした教示点Ｑ１は、Ｑ１（Ｐ１ｘ、Ｐ１ｙ、Ｑ１ｚ（＝Ｐ１ｚ＋Ｌ））で表される。

教示点Ｑ２は仮教示点Ｐ２の鉛直方向上方にある。そして、教示点Ｑ１と教示点Ｑ２との間の距離は、仮教示点Ｐ１と仮教示点Ｐ２との間の距離Ｄ１に相当する。従って、教示点Ｑ２は、Ｑ２（Ｐ２ｘ、Ｐ２ｙ、Ｑ２ｚ（＝Ｐ２ｚ＋Ｌ−Ｄ１））で表される。

次いで、教示点Ｑ３は仮教示点Ｐ３の鉛直方向上方にある。そして、教示点Ｑ２と教示点Ｑ３との間の距離は、仮教示点Ｐ２と仮教示点Ｐ３との間の距離Ｄ２に相当する。従って、教示点Ｑ３は、Ｑ３（Ｐ３ｘ、Ｐ３ｙ、Ｑ３ｚ（＝Ｐ２ｚ＋Ｌ−Ｄ１−Ｄ２））で表される。それゆえ、紐状ワークＷの把持位置をＴＣＰとした複数の教示点Ｑｎは、Ｑｎ（Ｐｎｘ、Ｐｎｙ、Ｑｎｚ）で表され、Ｑｎｚは以下の式（１）で表される（文字ｋは自然数）。

図４においては教示点Ｑ１〜Ｑｎは−Ｘ方向に次第にシフトしている。ところが、実際には、型１５は一定速度Ｖで＋Ｘ方向に摺動しており、またロボット１０はＸ方向には動作しないよう制御されている。従って、図３のステップＳ１４においては、座標値算出部２１は、変換後の複数の教示点Ｑ１〜Ｑｎを複数の実際のロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎに変換する。ここで、図５は教示方法を示す第二の図であり、ＸＺ平面を示している。図５においては、型１５は図１の矢印Ａ１方向に一定速度Ｖで移動しているものとする。

図５から分かるように、座標値算出部２１は、実際のロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎを以下のように定める。
Ｒ１（Ｐ１ｘ、Ｐ１ｙ、Ｑ１ｚ）
Ｒ２（Ｐ１ｘ、Ｐ２ｙ、Ｑ２ｚ）
Ｒｎ（Ｐｎｘ、Ｐｎｙ、Ｑｎｚ）
なお、Ｑｎｚは前述した式（１）より定まる。

ところで、型１５は搬送部１２によって一定速度Ｖで移動されるものの、型１５に形成された溝１６は図１から分かるように曲がりくねっている。このため、ハンド１１により把持された紐状ワークＷを等速度で下降させると、紐状ワークＷを曲がりくねった溝１６に適切に配置できない。

このため、図３のステップＳ１５においては、速度算出部２２は、ロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎのそれぞれの間について、ロボット１０が下降する下降速度を算出する。前述したように搬送部１２は一定速度Ｖで型１５を搬送している。このため、第一ロボット教示点Ｒ１と第二ロボット教示点Ｒ２との間のロボットの下降速度Ｓ１は、これらロボット教示点Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ対応する教示点Ｑ１、Ｑ２の間のＹＺ平面における距離とＸ方向距離との間の比から求められる。具体的には、以下の式（２）より、第一ロボット教示点Ｒ１と第二ロボット教示点Ｒ２との間のロボットの下降速度Ｓ１が算出される。

このことを一般化すると、第ｎ番目のロボット教示点Ｒｎと第（ｎ＋１）番目のロボット教示点Ｒ（ｎ＋１）との間の下降速度Ｓｎは以下の式（３）より算出される。

このように、本発明では、型１５が固定されている状態において作成された複数の仮教示点Ｐ１〜Ｐｎに基づいて実際のロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎおよび下降速度Ｓ１〜Ｓｎを求めることができる。このため、本発明では、ロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎなどを求める際に、ライントラッキング機能を使用したり、搬送部１２を駆動するモータにエンコーダを追加したりする必要がない。従って、本発明では、費用を抑えつつ、ロボット教示点Ｒ１〜Ｒｎなどを求めて、ロボット１０の教示作業を支援することができる。

さらに、型１５の溝１６は曲がりくねっているものの、本発明では、隣接する二つのロボット教示点の間ごとに、ロボットの下降速度Ｓ１…を求めている。このため、本発明においては、ロボット教示点Ｒ１…および下降速度Ｓ１…に従ってロボット１０を下降させつつＹ方向に移動させることにより、紐状ワークＷを曲がりくねった溝１６に適切に配置することが可能となる。

また、時間の経過と共に硬化する紐状ワークＷを用いて仮教示点Ｐ１〜Ｐｎを求める場合には、仮教示点Ｐ１〜Ｐｎを求める前または求める最中に紐状ワークＷが硬化する可能性がある。本発明では、教示用治具１８を用いて仮教示点Ｐ１〜Ｐｎを求めているので、そのような不具合を避けられる。

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１教示作業支援装置
１０ロボット
１１ハンド
１２搬送部
１３ベース
１４案内部
１５型
１５ａ上面
１６溝
１８教示用治具
２０制御装置
２１座標値算出部
２２速度算出部

Claims

紐状ワーク（Ｗ）を垂下するように把持するロボット（１０）を下降させることにより、前記紐状ワークを搬送部（１２）により水平方向に一定速度で搬送される型（１５）の上面に形成された溝（１６）に配置する作業に対して、前記ロボットの動作の教示作業を支援する教示作業支援装置（１）において、
前記型が固定されている状態において前記溝を該溝に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成する、前記ロボットに取付けられた教示用治具（１８）と、
前記ロボットが前記紐状ワークを垂下するように把持する把持位置から前記紐状ワークの下端までの距離と、前記複数の仮教示点の座標値とに基づいて、前記複数の仮教示点のそれぞれに対応する実際の複数のロボット教示点の座標値を算出する座標値算出部（２１）と、
前記複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、前記複数のロボット教示点のそれぞれに対応する前記複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、前記型の前記一定速度とに基づいて、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間における前記ロボットの下降速度を算出する速度算出部（２２）と、を具備する教示作業支援装置。
前記紐状ワークは、時間の経過と共に硬化する性質を有する請求項１に記載の教示作業支援装置。
紐状ワーク（Ｗ）を垂下するように把持するロボット（１０）を下降させることにより、前記紐状ワークを搬送部（１２）により水平方向に一定速度で搬送される型（１５）の上面に形成された溝（１６）に配置する作業に対して、前記ロボットの動作の教示作業を支援する教示作業支援方法において、
前記型が固定されている状態において、前記ロボットに取付けられた教示用治具（１８）により前記溝を該溝に沿って複数回タッチアップして複数の仮教示点を作成し、
前記ロボットが前記紐状ワークを垂下するように把持する把持位置から前記紐状ワークの下端までの距離と、前記複数の仮教示点の座標値とに基づいて、前記複数の仮教示点のそれぞれに対応する実際の複数のロボット教示点の座標値を算出し、
前記複数のロボット教示点のそれぞれの間の距離と、前記複数のロボット教示点のそれぞれに対応する前記複数の仮教示点のそれぞれの間の水平方向距離と、前記型の前記一定速度とに基づいて、前記複数のロボット教示点のそれぞれの間における前記ロボットの下降速度を算出する、教示作業支援方法。
前記紐状ワークは、時間の経過と共に硬化する性質を有する請求項３に記載の教示作業支援方法。