JP6708581B2 - 教示装置、表示装置、教示プログラム及び表示プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は教示装置、表示装置、教示プログラム及び表示プログラムに関する。

ロボット装置は製造ライン、医療や介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。近年では労働人口の低下予測を背景に作業員の近くで作業するいわゆる協働ロボットへの期待が高まってきている。協働ロボットの実用化により、ロボットの専門家ではない、これまで工学分野にあまり馴染みのなかったユーザが協働ロボットを扱う環境の増加が予測される。一般的に、ロボット装置を動作させるためには、ユーザは事前にロボットアームが動くべき作業点や経由点、また作業点での手先作業をロボット装置に教示する、いわゆるティーチングを行う必要がある。ティーチングでは、操作ペンダントを用いたロボットアームの作業点、経由点及び作業点での手先作業の登録作業が、ロボットアームの実際の作業順に従って繰り返し行われる。

これまでロボットに馴染みのなかったユーザにとって、操作ペンダントを用いたロボットの教示作業は非常に煩わしいものである。これは、ユーザ自身が思い描いている動作をロボット装置に教示できているのかを、実際にロボットアームを動かす前に視覚的に確認できないこと、上記の登録作業がきちんと行われているのかを視覚的に確認しながらできないことによるものが大きい。さらに、これまでロボットに馴染みのなかったユーザにとって、複数のタスクプログラムの中から、ロボット装置に実行させるタスクプログラムを選択する作業も煩わしい。これは、タスクプログラム毎に名称が付されていても、同じような名称が付されたタスクプログラムが多くあれば、実際にロボットアームを動かすまで、そのタスクプログラムがどのようなロボットアームの動作を規定しているのかが分からないこと、また、ロボットに馴染みのないユーザがタスクプログラムの中を見て、どのようなロボットアームの動作が規定されているのかを理解することが困難であることによる。

目的は、ロボットに対して教示する動作を分かりやすく表示することにある。

本実施形態に係る教示装置は、伸縮性を有するアームを旋回可能且つ起伏可能に支持してなる極座標型ロボットに動作を教示するとともに前記動作の概要を表す工程図を作成し表示する。前記工程図は、前記極座標型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素が第１軸に沿ってその作業順に従って配列され、前記手先作業図形要素各々が手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置され、前記手先作業図形要素各々が前記アームの旋回角度に従って回転され、前記手先作業図形要素の間が前記アームの伸縮長又は前記手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度及び線幅の少なくとも一つの変化として表現する連結線で連結されてなる。

図１は、本実施形態に係る教示装置を含むロボット装置全体を示す外観斜視図である。 図２は、本実施形態に係る教示装置を含むロボット装置全体のブロック構成図である。 図３は、本実施形態に係る教示装置の教示画面を示す平面図である。 図４は、図３の工程図の追加ボタンを示す図である。 図５は、図３の工程図の手先作業図形要素の向きを説明する説明図である。 図６は、図３の工程図の手先作業図形要素の位置を説明する説明図である。 図７は、図３の工程図の連結線を説明するための説明図である。 図８は、図７の補足説明図である。 図９は、本実施形態に係る教示装置を用いた教示作業の手順１を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る教示装置を用いた教示作業の手順２を示す図である。 図１１は、本実施形態に係る教示装置を用いた教示作業の手順３を示す図である。 図１２は、本実施形態に係る教示装置を用いた教示作業の手順４示す図である。 図１３は、本実施形態に係る教示装置を用いた教示作業の手順５を示す図である。 図１４は、図９乃至図１３の補足説明図であり、作業点の位置を示す図である。 図１５は、図１４に示す工程図の編集方法を説明するための説明図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る教示装置２００を説明する。本実施形態に係る教示装置２００は、典型的には極座標型のロボットアーム機構１３０を備えるロボット装置１００に接続され、使用される。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係る教示装置２００をロボットアーム機構１３０とともに示す斜視図である。本実施形態に係る教示装置２００は、ロボット装置１００と通信可能に接続される。ロボット装置１００はロボットアーム機構１３０を備える。ロボットアーム機構１３０は、略円筒形状の支柱部（基部）２と、支柱部２の上部に載置される起伏部４と、起伏部４から伸延するアーム部５と、アーム部５の先端に取り付けられる手首部６を備える。手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部には図示しないアダプタが設けられている。このアダプタにエンドエフェクタ７（手先効果器）が取り付けられる。

ロボットアーム機構１３０は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は手首部６の位置を変化させる根元３軸と呼ばれる。第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の主要構成部分は支柱部２に収容される。第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は主にエンドエフェクタ７（手先効果器）の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の主要構成部分は手首部６に収容される。

第１関節部Ｊ１は、鉛直方向に平行な回転軸ＲＡ１を備える旋回用のねじり回転関節部であり、第１関節部Ｊ１の回転によりアーム部５は左右に旋回回転される。第２関節部Ｊ２は、回転軸ＲＡ１に対して直交する回転軸ＲＡ２を備える起伏用のねじり回転関節部であり、第２関節部Ｊ２の回転によりアーム部５は上下に起伏する。第３関節部Ｊ３は、直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は伸縮軸ＲＡ３に沿って伸縮する。このように、根元３軸は、旋回用ねじり関節部、起伏用ねじり関節部及び直動伸縮機構で構成される。つまり、図１に示すロボットアーム機構１３０は極座標型である。

第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮軸ＲＡ３と略一致する回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節部であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタ７は揺動回転される。第５関節部Ｊ５は回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節部であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタ７は前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は回転軸ＲＡ４と回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節部であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタ７は軸回転される。

このように、エンドエフェクタ７は、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、支柱部２の近接位置から遠隔位置までの広範囲にエンドエフェクタ７を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。

図２には、本実施形態に係る教示装置２００を含むロボット装置１００全体の構成を示している。ロボット装置１００に教示装置２００が通信可能に接続される。ロボット装置１００から教示装置２００に、手先基準点の位置情報、手先姿勢情報が送信される。教示装置２００からロボット装置１００に、手先基準点の移動情報、タスクプログラムのデータファイルが送信される。

（ロボット装置）
ロボット装置１００が備えるロボットアーム機構１３０の各関節部は、関節部を駆動するアクチュエータ（モータ）１３２と、モータ１３２を制御するモータドライバ１３３と、モータ１３２の回転角度を計測するエンコーダとを有する。モータドライバ１３３により、動作制御部１０３からの指令値に応じたパルス電力がモータ１３２に供給され、これによりモータ１３２が回転する。エンコーダ１３１（ロータリエンコーダ１３１）は、モータ１３２の駆動軸又は関節部の回転軸に取り付けられる。エンコーダ１３１は、モータ１３２の回転角度を検出し、検出したモータ１３２の回転角度に関するデータを動作制御部１０３に送信する。

ロボット装置１００は、通信部１０４、記憶部１０８、動作制御部１０３、及びシステム制御部１０１を有する。通信部１０４は、教示装置２００に対して各種データ等の通信を実行する。記憶部１０８は、タスクプログラムのデータファイルを記憶する。システム制御部１０１は、ロボット装置１００の各要素を統括して制御する。動作制御部１０３は、記憶部１０８から読み出されたタスクプログラムを用いて各関節部の関節角度（指令値）を発生し、発生した指令値を各関節部のモータドライバ１３３に送信する。また、動作制御部１０３は、教示装置２００から受信した手先基準点の移動情報に基づいて、各関節部の関節角度（指令値）を発生し、発生した指令値を各関節部のモータドライバ１３３に送信する。さらに、動作制御部１０３は、エンコーダ１３１で検出されたモータ１３２の回転角度に基づいて、各関節部の関節変数を計算し、計算した関節部変数に基づいて、アーム構造のリンクパラメータに応じて既定された同次変換行列に従って順運動学によりロボット座標系から見た手先基準点の位置と手先姿勢とを計算する。なお関節変数とは、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５、Ｊ６では基準位置からの正負の回転角度であり、関節部Ｊ３であれば最も収縮した状態からの伸張距離（直動変位）である。

手先姿勢とは、手先座標系Σhのロボット座標系Σｂに対する直交３軸各々周りの回転角（Ｘｈ軸周りの回転角（ヨウ角）α、Ｙｈ軸周りの回転角（ピッチ角）β、Ｚｈ軸周りの回転角（ロール角）γとして与えられる。ロボット座標系Σｂは第1関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１上の任意位置を原点とした座標系である。ロボット座標系Σｂの直交３軸（Ｘｂ、Ｙｂ，Ｚｂ）において、Ｚｂ軸は第１回転軸ＲＡ１に平行な軸である。Ｘｂ軸とＹｂ軸とは互いに直交し、且つＺb軸に直交する軸である。ここでは、Ｘｂ軸は、第１関節部Ｊ１の可動範囲の中心を通る軸である。すなわち、Ｘｂ軸は基部２の前後方向に平行な軸であり、Ｙｂ軸は基部２の幅（左右）方向に平行な軸である。手先座標系Σｈは手首部６に取り付けられた吸着パッドの吸着面の中心位置を原点（手先基準点）とした座標系である。手先座標系Σｈの直交３軸（Ｘｈ、Ｙｈ，Ｚｈ）において、Ｚｈ軸は第６回転軸ＲＡ６に平行な軸である。Ｘｈ軸とＹｈ軸とは互いに直交し、且つＺｈ軸に直交する軸である。

（教示装置）
教示装置２００は、システム制御部２０１と、操作部２０２と、表示部２０３と、通信部２０４と、教示画面発生部２０５と、工程図発生部２０６と、タスクプログラム発生部２０７と、記憶部２０８とを有する。

通信部２０４は、教示装置２００に対して各種データ等の通信を実行する。操作部２０２は、表示部２０３に表示されているアイコン等を指し示すためのポインティングデバイス、例えばマウス、キーボード等である。表示部２０３は、システム制御部２０１の制御に従って、教示画面発生部２０５により発生された教示画面３００を表示する。記憶部２０８は、極座標型ロボット装置１００のティーチング用のソフトウェアのデータを記憶する。このソフトウェアのデータの中には、過去に発生されたタスクプログラムのデータ、タスクプログラムに対応する工程図のデータ等が含まれる。

システム制御部２０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。ＲＯＭは、ＯＳのデータ等を記憶する。ＲＡＭは、プログラム実行中のデータを一時的に格納するワークエリア等として機能する。システム制御部２０１は、記憶部２０８又はＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出し実行することにより、各種の制御を行う。具体的には、システム制御部２０１により記憶部２０８に記憶された極座標型ロボット装置１００の教示プログラムが実行されることにより、後述の教示画面発生部２０５と工程図発生部２０６とタスクプログラム発生部２０７との機能が実現される。なお、ここでは、教示プログラムは、記憶部２０８に記憶されるとしたが、コンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスクを介して、又は通信回線を利用して記憶部２０８にダウンロードすることもできる。

タスクプログラム発生部２０７は、操作部２０２を介して入力された手先作業と、ロボット装置１００から受信した手先基準点の位置情報、手先姿勢情報に従って、タスクプログラムのデータを発生する。

教示画面発生部２０５は、システム制御部２０１の制御に従って、図３に示す教示画面３００のデータを発生する。教示画面発生部２０５により発生された教示画面３００のデータは、システム制御部２０１の制御に従って、表示部２０３に表示される。図３は、本実施形態に係る教示装置２００の教示画面３００を示す平面図である。図３に示すように、教示画面３００は、新規ボタン３１０と、開くボタン３２０と、設定ボタン３３０と、工程図表示領域３４０とを有する。工程図表示領域３４０には、工程図３４５が表示される。工程図３４５は、旋回、且つ起伏可能な伸縮性を有するアーム部５を備える極座標形ロボットの動作の概要を図形で視覚的に表す図であり、工程図発生部２０６により発生される。新規ボタン３１０がクリックされると、工程図表示領域３４０に初期的な工程図（図９）が表示される。開くボタン３２０がクリックされると、記憶部２０８に記憶されている複数のタスクプログラムのリストがフローティングウィンドウに表示され、複数のタスクプログラムからユーザにより選択されたタスクプログラムに対応する工程図が工程図表示領域３４０に表示される。設定ボタン３３０がクリックされると、工程図の各種設定を行うための設定画面が表示される。ユーザは、設定画面上で、例えば初期的な工程図の設定、手先作業の種類の追加等を行うことができる。

工程図３４５では、極座標型ロボット装置１００の手先作業をその種類に応じた態様で表す複数の図形要素３５１、３５２，３５３，３５４，３５５、３５６が横軸３８０（第１軸）に沿って配列されている。図形要素３５３，３５４，３５５，３５６は、ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表す手先作業図形要素である。手先作業図形要素３５３，３５５は手先作業「つかむ」を表し、手先作業図形要素３５４，３５６は手先作業「はなす」を表す。複数の手先作業図形要素３５３，３５４，３５５，３５６は、ロボットの作業開始を表す図形要素３５１と、作業終了を表す図形要素３５２との間に作業順に従って配列される。手先作業図形要素３５３，３５４，３５５，３５６各々は、対応する手先作業を実行するときのロボットの手先基準点の高さに従って横軸３８０に直交する縦軸（第２軸）に沿って配置される。また、手先作業図形要素３５３，３５４，３５５，３５６各々は対応する手先作業を実行するときのアーム部５の旋回角度に従って回転される。隣り合う図形要素が連結線で連結される。連結線３７１，３７２，３７３，３７４，３７５は前後の手先作業におけるアーム部５の伸縮長の変化又は手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度、又は線幅の少なくとも一つの変化として表す。連結線３７１，３７２，３７３，３７４，３７５の略中央には、手先作業追加用図形要素３６１，３６２，３６３，３６４，３６５がそれぞれ配置されている。

工程図３４５に含まれる、手先作業追加用図形要素、手先作業図形要素及び連結線の詳細について、図４乃至図８を参照して説明する。図４、図５、図６、図７は、図３の工程図３４５の手先作業追加用図形要素の機能、手先作業図形要素の向き、手先作業図形要素の位置、及び連結線をそれぞれ説明するための説明図である。図８は、図７の補足説明図である。

（手先作業追加用図形要素）
工程図発生部２０６は、ユーザにより入力された手先作業図形要素を含めた複数の図形要素を作業順に従って横軸３８０に沿って再配列し、隣り合う手先作業図形要素を連結線で連結する。ユーザによる手先作業図形要素の追加は、手先作業追加用図形要素を介して行うことができる。例えば、手先作業追加用図形要素がクリックされると、手先作業の追加候補として複数の手先作業図形要素が表示される。ユーザは、一覧表示された複数の手先作業図形要素から追加する手先作業に対応する手先作業図形要素を選択する。これにより、ユーザにより選択された手先作業図形要素は、クリックした手先作業追加用図形要素に対応する作業順に追加される。図４に示す例では、手先作業３と手先作業４との間の手先作業追加用図形要素３６４がクリックされ、手先作業「つかむ」を表す手先作業図形要素３６４ａと、手先作業「はなす」を表す手先作業図形要素３６４ｂと、手先の経由点を表す手先作業図形要素３６４ｃとが表示されている。この中からユーザにより選択された手先作業図形要素は、新たな手先作業４として追加される。

（手先作業図形要素の説明：向き）
工程図発生部２０６は手先作業点の位置情報と手先の姿勢情報とに基づいてアーム部５の旋回角度を計算し、計算したアーム部５の旋回角度に従って手先作業図形要素３５０を回転する。手先作業図形要素３５０は、円形状の枠体３５０ａの周縁に三角形状の突起３５０ｂが結合されてなる。円形状の枠体内３５０ａには、手先作業の種類を示す図柄及びテキストが記載されている。手先作業図形要素３５０は、上方からみたときのロボットアーム機構１３０を模しており、円形状の枠体３５０ａは支柱部２、突起３５０ｂはアーム部５を表す。すなわち、手先作業図形要素３５０の突起３５０ｂの向きは、対応する手先作業を実行するときのアーム部５の向きを表す。手先作業図形要素３５０の突起３５０ｂの向きは、実際のアーム部５の向きに対応付けされており、例えば、図５（ａ）に示すように、突起３５０ｂが上を向いている手先作業図形要素３５０を、対応する手先作業を実行するときにアーム部５が基準方向を向いていることを表し、このときの旋回角を０°とする。アーム部５の基準方向は、ロボット座標系のＸｂ軸の正方向、つまりアーム部５の旋回範囲の中心を通る、支柱部２の前方方向である。図５（ｂ）に示すように、突起３５０ｂが上方向から左に角度θ傾いた方向を向いている手先作業図形要素３５０は、対応する手先作業を実行するときにアーム部５が基準方向から左に角度θ傾いた方向を向いていることを表す。

（手先作業図形要素の説明：縦軸上の位置）
工程図発生部２０６は手先作業点の位置情報と手先の姿勢情報とに基づいて手先基準点の高さを計算し、計算した手先基準点の高さに従って縦軸に沿って手先作業図形要素３５０を配置する。工程図３４５の縦軸は手先基準点の高さを表している。縦軸の最下位置は、実際の手先基準点の最下位置に対応付けられ、縦軸の最上位置は、実際の手先基準点の最上位置に対応付けられている。例えば、縦軸上における横軸３８０の位置は手先基準点の基準位置に対応付けられている。基準位置とは、アーム部５が水平姿勢であるときの、ロボットアーム機構１３０の設置面に対する手先基準点の高さである。したがって、図６に示すように、横軸３８０上に配置された手先作業図形要素３５０は、対応する手先作業を実行するときにアーム部５が水平姿勢であることを表している。横軸３８０よりも上方の位置に配置された手先作業図形要素３５０は、対応する手先作業を実行するときに手先基準点が基準高よりも上に配置されている、つまりアーム部５が水平姿勢から上方に起きた姿勢であることを表している。手先作業図形要素３５０の縦軸上の位置ｈｖ１は、対応する手先作業を実行するときの手先基準点の高さｈｒ１に対応している。横軸３８０よりも下方の位置に配置された手先作業図形要素３５０は、対応する手先作業を実行するときに手先基準点が基準高よりも下に配置されている、つまりアーム部５が水平姿勢から下方に伏せた姿勢であることを表している。手先作業図形要素３５０の縦軸上の位置ｈｖ２は、対応する手先作業を実行するときの手先基準点の高さｈｒ２に対応している。

（連結線の説明）
工程図発生部２０６は手先作業点の位置情報と手先の姿勢情報とに基づいてアーム部５の伸縮長又は手先基準点の旋回半径を計算し、計算したアーム部５の伸縮長又は手先基準点の旋回半径に従って、連結線の色相、彩度、明度、又は線幅の少なくとも一つのを変化させる。連結線３７０の色はアーム部５の伸縮長又は手先基準点の旋回半径を表している。換言すると、連結線３７０の色は手先基準点がロボットアーム機構１３０の設置位置からどれだけ離れているかを表している。ここでは、手先基準点の旋回半径の変化が連結線３７０の色の濃淡の変化により表されている。色の濃淡は、明度と彩度の組合せにより表される。手先基準点の旋回半径Ｒは、図８に示すように、アーム部５の伸縮長とアーム部５の起伏角とにより決まる。手先基準点の最大旋回半径Ｒｍａｘが濃色に対応付けされ、手先基準点の最小旋回半径Ｒｍｉｎが薄色に対応付けされている。したがって、連結線には、手先基準点の旋回半径に従って、最大旋回半径Ｒｍａｘ時の濃色と最小旋回半径Ｒｍｉｎ時の薄色との間の色が割り当てられる。例えば、前後の手先作業図形要素を連結する連結線の色が変化していないとき、手先基準点はその旋回半径を維持した状態で、前の作業点から次の作業点まで移動されることを表す。前後の手先作業図形要素を連結する連結線の色が、前方の手先作業図形要素から後方の手先作業図形要素に向かって徐々に薄く変化しているとき、手先基準点はその旋回半径を徐々に長くしながら、前の作業点から次の作業点まで移動されることを表す。なお、連結線の線幅の変化により、手先基準点の旋回半径を表す場合、前後の手先作業図形要素を連結する連結線の線幅が、前方の手先作業図形要素から後方の手先作業図形要素に向かって徐々に狭く変化しているとき、手先基準点はその旋回半径を徐々に長くしながら、前の作業点から次の作業点まで移動されることを表す。

（教示手順）
本実施形態に係る教示装置２００を用いたロボットの教示作業の手順について図９乃至図１５を参照して説明する。図９乃至図１３は本実施形態に係る教示装置２００を用いたロボットの教示作業の手順１乃至手順５をそれぞれ示す図である。ここでは、作業開始点Ｐ０から作業点Ｐ１に移動し、ワークをつかみ、作業点Ｐ２に移動し、ワークをリリースし、作業終了点として作業開始点Ｐ０に戻るまでのタスクに関するタスクプログラムをロボットに教示する手順について説明する。図１４は、図９乃至図１３の補足説明図である。図１４（ａ），図１４（ｂ）、図１４（ｃ）は作業開始点（作業終了点）Ｐ０，作業点Ｐ１，作業点Ｐ２をそれぞれ示す。図１５は、図１４に示す工程図の編集方法を説明するための説明図である。

教示画面３００の新規ボタン３１０がクリックされると、工程図表示領域３４０に図９に示す初期的な工程図（図９）が表示される。ユーザは、操作部２０２を使用して、又は直接手でアーム部５を動かして、手先基準点を作業点Ｐ１に移動させる。その後、図１０に示すように、ユーザは手先作業追加用図形要素３６１を選択し、表示された複数の手先作業図形要素３６１ａ，３６１ｂ，３６１ｃから、作業点Ｐ１で行う手先作業「つかむ」を表す手先作業図形要素３６１ａを選択する。これにより、手先作業「つかむ」の作業点Ｐ１が登録され、図１１に示すように、図形要素３５１、３５２の間に、手先作業「つかむ」を表す手先作業図形要素３５３が追加される。追加された手先作業図形要素３５３は作業点Ｐ１の高さに従って、縦軸上に沿って配置され、追加された手先作業図形要素３５３はアーム部５の旋回角度に従って回転される。また、図形要素３５１と手先作業図形要素３５３とを連結する連結線３７１は、作業開始点Ｐ０の位置と作業点Ｐ１の位置とに基づいて計算された手先基準点の旋回半径に従って、その色が変化される。同様に、手先作業図形要素３５３と図形要素３５２とを連結する連結線３７２は、作業点Ｐ１の位置と作業終了点Ｐ０の位置とに基づいて計算された手先基準点の旋回半径に従って、その色が変化される。

図１４に示すように、作業点Ｐ１は作業開始点Ｐ０よりも高い位置であるため、手先作業図形要素３５３は、図形要素３５１よりも縦軸に沿って上方の位置に配置される。作業点Ｐ１は基準方向から左に９０度旋回した方向に配置されているため、手先作業図形要素３５３は左に９０度回転される。アーム部５の旋回軸（Ｚｂ軸）に対して作業点Ｐ１は作業開始点Ｐ０よりも遠い位置に配置されているため、連結線３７１の色が図形要素３５１から手先作業図形要素３５３に向けて徐々に薄く変化される。同様に、アーム部５の旋回軸（Ｚｂ軸）に対して作業終了点Ｐ０は作業点Ｐ１よりも近い位置に配置されているため、連結線３７２の色が手先作業図形要素３５３から図形要素３５２に向けて徐々に濃く変化される。なお、連結線の形状により、手先基準点の高さ方向の軌道の概要を表すことができる。例えば、連結線３７１は、手先基準点が作業開始点Ｐ０から作業点Ｐ１に向かって徐々に上に上がっていき、一旦作業点Ｐ１の上方の位置に配置され、その後、作業点Ｐ１に下降する高さ方向の軌道を表している。

次に、ユーザは、操作部２０２を使用して、又は直接手でアーム部５を動かして、手先基準点を作業点Ｐ２に移動させる。その後、図１２に示すように、ユーザは、手先作業図形要素３５３と図形要素３５２との間に配置されている手先作業追加用図形要素３６２を選択し、表示された複数の手先作業図形要素３６２ａ，３６２ｂ，３６２ｃから、作業点Ｐ２で行う手先作業「はなす」を表す手先作業図形要素３６２ｂを選択する。手先作業「はなす」の作業点Ｐ２が登録され、図１３に示すように、手先作業図形要素３５３と図形要素３５２との間に、手先作業「はなす」を表す手先作業図形要素３５４が追加される。追加された手先作業図形要素３５４は作業点Ｐ２の高さに従って、縦軸上に沿って配置される。また、追加された手先作業図形要素３５４はアーム部５の旋回角度に従って回転される。さらに、手先作業図形要素３５３と手先作業図形要素３５４とを連結する連結線３７２は、作業点Ｐ１の位置と作業点Ｐ２の位置とに基づいて計算された手先基準点の旋回半径に従って、その色が変化される。同様に、手先作業図形要素３５４と図形要素３５２とを連結する連結線３７３は、作業点Ｐ２の位置と作業終了点Ｐ０の位置とに基づいて計算された手先基準点の旋回半径に従って、その色が変化される。

図１５に示すように、作業点Ｐ２は作業点Ｐ１よりも低い位置であり、作業開始点Ｐ０と同位置であるため、手先作業図形要素３５４は、横軸３８０上に配置される。作業点Ｐ２は基準方向に配置されているため、手先作業図形要素３５４は回転されない。つまり、手先作業図形要素３５４は、突起が上を向いた状態で配置される。アーム部５の旋回軸（Ｚｂ軸）に対して作業点Ｐ２は作業点Ｐ１と同位置に配置されているため、連結線３７２の色が手先作業図形要素３５３から手先作業図形要素３５４に向けて同一である。同様に、アーム部５の旋回軸（Ｚｂ軸）に対して作業終了点Ｐ０は作業点Ｐ２よりも近い位置に配置されているため、連結線３７３の色が手先作業図形要素３５４から図形要素３５２に向けて徐々に濃く変化される。連結線３７３は、手先基準点が作業点Ｐ２から作業終了点Ｐ０に向かって水平に移動する軌道を表している。

ユーザは、すべての手先作業の作業点の登録作業が完了した後、完了ボタン３９０をクリックすることで教示作業を完了させる。完了ボタン３９０がクリックされたのを契機に、タスクプログラム発生部２０７は、手先作業に対して手先基準点の位置と手先姿勢とを関連付け、それらを作業順に記述したタスクプログラムのデータを発生する。このタスクプログラムのデータは、工程図３４５のデータと関連付けて記憶部２０８に記憶される。

なお、教示中の工程図及び完成された記憶部２０８から読み出した工程図において、手先作業の変更、作業点の変更等の編集することもできる。図１５に示すように、手先作業図形要素３５３をクリックすることで、複数の手先作業図形要素３５３ａ，３５３ｂ，３５３ｃが表示される。作業点Ｐ１の位置を変更したいとき、手先基準点を変更後の位置に移動させた後、手先作業「つかむ」を表す手先作業図形要素３５３ａを選択すればよい。また、手先作業を「つかむ」から「はなす」に変更したいとき、手先基準点を変更後の位置に移動させた後、手先作業「はなす」を表す手先作業図形要素３５３ｂを選択すればよい。

以上説明した本実施形態に係る教示装置２００によれば、ロボットの動作の教示を工程図上のユーザ操作により行うことができる。工程図はロボットの動作の概要を表す図である。工程図を用いて教示作業を行うことで、手先作業に対して作業点を登録するたびに、登録した手先作業を表す手先作業図形要素が工程図に表示され、登録した作業点の位置に従って、手先作業図形要素位置、向き及び連結線の色が変化される。そのため、ユーザは工程図を見て手先作業の作業点の登録作業がきちんと行えているかを確認しながら、ロボットの動作の教示を行うことができる。また、工程図に表示されている手先作業図形要素の種類により、どのような種類の手先作業を登録したのかをユーザは視覚的に理解することができる。また、工程図に表示されている手先作業図形要素３５０の位置、向き及び連結線３７０の色により、作業点の位置や作業点の間の手先軌道の概要をユーザは視覚的に理解することができる。

手先作業図形要素３５０の位置、手先作業図形要素３５０の向き及び連結線３７０の色だけで、タスクプログラムで記述されているロボットアーム機構１３０の動作の概要をユーザに理解させることができるのは、発明者らが開発したロボットアーム機構１３０が直動伸縮関節Ｊ３を備える極座標型であり、ユーザが直感的に理解できる単純なロボット動作を実現したためである。図１に記載のロボットアーム機構１３０は、手先基準点（エンドエフェクタ）を、根元３軸（旋回関節部Ｊ１、起伏関節部Ｊ２、直動伸縮関節部Ｊ３）により移動させることができ、その可動領域は、旋回関節部Ｊ１の実装上の動作可能な旋回角度と起伏関節部Ｊ２の実装上の動作可能な起伏角度と直動伸縮関節部Ｊ３のアーム部５の最大伸張距離とで規定される立体的な領域である。すなわち、手先から基部２までの直線的な範疇でアーム部５が動作することから、ユーザはアーム部５の旋回角度、アーム部５の旋回半径及び手先基準点の高さから、作業点の位置及び手先軌道を容易に予測することができる。

ロボットアーム機構１３０の手先基準点の位置を規定する複数のパラメータのうち、アーム部５の旋回角度、アーム部５の旋回半径、及び手先基準点の高さの３つのパラメータを選択し、その選択した３つのパラメータを視覚的に工程図上で表現したことが、本実施形態に係る教示装置２００の一つの特徴である。

なお実施形態は教示装置に限定されない。本実施形態に係る教示装置２００の教示機能を省略し、タスクプログラムに対応する工程図を表示する機能を有する表示装置として使用することもできる。表示装置に表示された工程図を見ることで、ユーザは、対応するタスクプログラムで記述されている手先作業、手先軌道及び手順の概要を容易に確認することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

３００…教示画面、３１０…新規ボタン、３２０…開くボタン、３３０…設定ボタン、３４０…工程図表示領域、３４５…工程図、３５１，３５２…図形要素、３５３，３５４，３５５，３５６…手先作業図形要素、３６１，３６２，３６３，３６４，３６５…手先作業追加用図形要素、３７１，３７２，３７３，３７４，３７５…連結線、３９０…完了ボタン。

Claims (11)

1. 伸縮性を有するアームを旋回可能且つ起伏可能に支持してなる極座標型ロボットに動作を教示するとともに前記動作の概要を表す工程図を作成し表示する教示装置において、
   前記工程図は、前記極座標型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素が第１軸に沿ってその作業順に従って配列され、前記手先作業図形要素各々が手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置され、前記手先作業図形要素各々が前記アームの旋回角度に従って回転され、前記手先作業図形要素の間が前記アームの伸縮長又は前記手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度及び線幅の少なくとも一つの変化として表現する連結線で連結されてなることを特徴とする教示装置。
2. 前記手先作業図形要素は、前記第１軸に沿って等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
3. 前記連結線各々の略中央に前記極座標型ロボットの手先作業を追加を指示するための手先作業追加用図形要素が配置されていることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
4. 前記手先作業図形要素にはワークの把持作業を表現した図形要素と前記ワークのリリース作業を表現した図形要素とが含まれることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
5. 多関節型ロボットに動作を教示するとともに前記動作の概要を表す工程図を作成し表示する教示装置において、
   前記工程図は、前記多関節型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素が第１軸に沿ってその作業順に従って配列され、前記手先作業図形要素各々が手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置されてなることを特徴とする教示装置。
6. 伸縮性を有するアームを旋回可能且つ起伏可能に支持してなる極座標型ロボットに動作を指示するためのタスクプログラムのデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出されたタスクプログラムに基づいて前記極座標型ロボットの動作の概要を表す工程図のデータを発生する工程図発生部と、
   前記工程図を表示する表示部とを具備し、
   前記工程図は、前記極座標型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素が第１軸に沿ってその作業順に従って配列され、前記手先作業図形要素各々が手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置され、前記手先作業図形要素各々が前記アームの旋回角度に従って回転され、前記手先作業図形要素の間が前記アームの伸縮長又は前記手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度及び線幅の少なくとも一つの変化として表現する連結線で連結されてなることを特徴とする表示装置。
7. 多関節型ロボットに動作を指示するためのタスクプログラムのデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出されたタスクプログラムに基づいて前記多関節型ロボットの動作の概要を表す工程図のデータを発生する工程図発生部と、
   前記工程図を表示する表示部とを具備し、
   前記工程図は、前記多関節型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素が第１軸に沿ってその作業順に従って配列され、前記手先作業図形要素各々が手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置されてなることを特徴とする表示装置。
8. 伸縮性を有するアームを旋回可能且つ起伏可能に支持してなる極座標型ロボットに動作を教示するための教示プログラムにおいて、
   前記極座標型ロボットに対して前記アームの伸縮動作、旋回動作及び起伏動作の実行命令をユーザ指示に従って出力する手段と、
   前記極座標型ロボットの手先作業をその種類とともに入力する手段と、
   前記教示された動作の概要を表す工程図を作成する手段と、
   前記作成された工程図を表示する手段とをコンピュータに実現させるものであり、
   前記工程図を作成する手段は、前記極座標型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素を第１軸に沿ってその作業順に従って配列し、前記手先作業図形要素各々を手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置し、前記手先作業図形要素各々を前記アームの旋回角度に従って回転し、前記手先作業図形要素の間を前記アームの伸縮長又は前記手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度及び線幅の少なくとも一つの変化として表現する連結線で連結することを特徴とする教示プログラム。
9. 多関節型ロボットに動作を教示するための教示プログラムにおいて、
   前記多関節型ロボットに対して関節動作の実行命令をユーザ指示に従って出力する手段と、
   前記多関節型ロボットの手先作業をその種類とともに入力する手段と、
   前記教示された動作の概要を表す工程図を作成する手段と、
   前記作成された工程図を表示する手段とをコンピュータに実現させるものであり、
   前記工程図を作成する手段は、前記多関節型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素を第１軸に沿ってその作業順に従って配列し、前記手先作業図形要素各々を手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置することを特徴とする教示プログラム。
10. 伸縮性を有するアームを旋回可能且つ起伏可能に支持してなる極座標型ロボットに動作を指示するためのタスクプログラムのデータを記憶部から読み出す手段と、
    前記読み出されたタスクプログラムに基づいて前記極座標型ロボットの動作の概要を表す工程図を作成する手段と、
    前記作成された工程図を表示する手段とをコンピュータに実現させるものであり、
    前記工程図を作成する手段は、前記極座標型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素を第１軸に沿ってその作業順に従って配列し、前記手先作業図形要素各々を手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置し、前記手先作業図形要素各々を前記アームの旋回角度に従って回転し、前記手先作業図形要素の間を前記アームの伸縮長又は前記手先基準点の旋回半径の変化を色相、彩度、明度及び線幅の少なくとも一つの変化として表現する連結線で連結することを特徴とする表示プログラム。
11. 多関節型ロボットの動作を指示するためのタスクプログラムのデータを記憶部から読み出す手段と、
    前記読み出されたタスクプログラムに基づいて前記多関節型ロボットの動作の概要を表す工程図を作成する手段と、
    前記作成された工程図を表示する手段とをコンピュータに実現させるものであり、
    前記工程図を作成する手段は、前記多関節型ロボットの手先作業の種類に応じた態様で表現される複数の手先作業図形要素を第１軸に沿ってその作業順に従って配列し、前記手先作業図形要素各々を手先基準点の高さに従って前記第１軸に直交する第２軸に沿って配置することを特徴とする表示プログラム。

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