JP6763846B2 - ロボットの教示操作を行う教示装置および教示方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの教示操作を行う教示装置および教示方法に関する。

ロボットを教示するときには、ロボットに取付けられたハンドル、ジョイスティック等またはロボット本体に人間が力をかけて、ロボットを力の方向に移動させてロボットを所望の位置まで移動させる場合がある。このようにロボットを案内する方式は、ハンドガイド、ダイレクトティーチ、リードスルー等と呼ばれている。

力の方向を検出するために、ハンドルに力センサが組み込まれている場合や、ロボットの各軸のモータにトルクセンサが組み込まれている場合もある。操作者はこのようなハンドガイド機能によりロボットを所望の位置まで移動させて、ロボットに対し位置の教示を行う。そして、このような作業を繰返してロボットの軌跡を教示している。例えば特許文献１参照。

特表２０１３−５４５６２４号公報

ところで、ロボットがワークに接触／離間する位置においては、ロボットの位置姿勢を特に正確に設定する必要がある。そして、ワークの固定位置が変更されたり、ワークの形状に個体差がある場合には、一旦設定されたそのような教示点を再修正する必要がある。これに対し、ロボットがワークから離間した位置で単に移動するときの通過点を教示点として教示した場合には、そのような教示点を変更する必要性は少ない。

操作者が、修正を必要とする教示点と修正が不要な教示点とを区別するのは困難である。このため、操作者は一つの教示点についてプログラムを部分的に再生してロボットを動かし、修正が必要か否かを見極め、修正が必要である場合には一つの教示点を修正する。ロボットのプログラムは多数の教示点を含んでいるので、このような操作を全ての教示点について繰返す必要があり、極めて煩雑である。

それゆえ、一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを容易に見極めることのできる教示装置が望まれている。

本開示の１番目の態様によれば、ワークに対して作業を行うロボットの教示操作を行う教示装置において、前記ロボットの教示作業中または教示作業後に、前記ロボットのプログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択する選択部と、選択された一つの行において既に教示された教示点に前記ロボットをハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、前記教示点と移動後のロボットの位置との間の位置誤差および前記教示点における前記ロボットのツールの姿勢と移動後のロボットにおける前記ツールの姿勢との間の姿勢誤差のうちの少なくとも一方を算出する誤差算出部と、前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にある場合には前記教示点を再教示するよう指示する指示部とを具備する、教示装置が提供される。

１番目の態様においては、既に教示された教示点とその教示点にハンドガイドなどで移動されたロボットの位置との間の位置誤差（距離）または姿勢誤差が所定範囲内にある場合には、再教示するよう指示している。ロボットが教示点から或る程度離れている場合、つまり位置誤差が所定範囲内であり且つ所定範囲の最小値よりも大きい場合には、再教示するよう促している。このため、操作者は、一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを容易に見極めることができる。位置誤差の所定範囲の最小値は、例えば数ミリメートル〜１０ミリメートル程度である。なお、位置誤差が所定範囲の最大値よりも大きい場合には、既に教示された教示点とは無関係の場所を再教示する可能性があるので、この場合には再教示するよう指示しないものとする。

本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の実施形態の説明により一層明らかになろう。

第一の実施形態に基づく教示システムの概念図である。 図１に示される教示システムの動作を示すフローチャートである。 ロボットの第一の部分拡大図である。 ロボットの第二の部分拡大図である。 ロボットの第三の部分拡大図である。 第二の実施形態に基づく教示システムの概念図である。 画面の拡大図である。 ツールの姿勢を示す第一の図である。 ツールの姿勢を示す第二の図である。 第三の実施形態に基づく教示システムの概念図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は第一の実施形態に基づく教示システムの概念図である。第一の実施形態における教示システム１は、ロボット１０と、ロボット１０を制御する制御装置２０と、制御装置２０に接続された教示操作盤３０とを主に含んでいる。第一の実施形態においては制御装置２０および教示操作盤３０が教示装置としての役目を果たす。

ロボット１０は多関節ロボットであり、複数、例えば六つの軸を有している。ロボット１０は人間１１と作業空間を共有して協調作業を行うロボットであってもよい。ロボット１０は、ロボット１０の先端にアダプタ１２およびツールチェンジャを介してツールＴを含んでいる。ツールＴはアダプタ１２に直接的に取付けられていてもよい。ツールＴは、ワークＷの溶接、バリ取り、研磨、組立等に応じて、その種類が異なるものとする。アダプタ１２には、操作者、例えば人間１１がハンドガイド操作を行うときに把持されるハンドル１５が取付けられている。

さらに、ハンドル１５にはハンドガイドスイッチ１３が設けられている。操作者、例えば人間１１は、ハンドガイド操作を行うときにハンドル１５を把持すると共にハンドガイドスイッチ１３を押圧する。ハンドガイドスイッチ１３が押圧されている間は、ハンドガイド操作を行うことができる。また、ハンドガイドスイッチ１３が押圧されていないときは、ハンドガイド操作を行うことができない。

教示操作盤３０は、ロボット１０の教示操作などに使用され、操作者の操作によってロボット１０の各軸のジョグ送り等を行う。教示操作盤３０はジョグ送り等の操作の際に使用される複数のキー３８と、表示部としての画面３９を備えている。画面３９には、ロボット１０に教示している動作プログラムの複数の行などが表示されるものとする。また、教示操作盤３０の代わりに、同様な機能を有するタブレット（図示しない）を教示作業のために使用してもよい。

ところで、ロボット１０のアダプタ１２には、二つの選択ボタン１７、１８が設けられている。操作者は、画面３９に表示されたロボット１０の動作プログラムを参照しながら、ロボット１０の教示作業中または教示作業後に、一方の選択ボタン１７、１８を押圧する。例えば選択ボタン１７を押圧すると動作プログラムが上方にスクロールし、選択ボタン１８を押圧すると動作プログラムが下方にスクロールする。選択ボタン１７、１８の押圧を解除すると、動作プログラムのスクロールは終了し、画面３９に現在選択されている動作プログラムの行がカーソル等で表示される。あるいは、決定ボタン１９を押圧することにより、動作プログラムの所望の行を選択するようにしてもよい。選択ボタン１７、１８、もしくは選択ボタン１７、１８と決定ボタン１９との両方は、ロボット１０の動作プログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択する選択部１６としての役目を果たす。

なお、選択部１６としての選択ボタン１７、１８等はアダプタ１２に設けられる必要はなく、例えば教示操作盤３０の所定のキー３８が選択ボタン１７、１８等として機能するようにしてもよい。また、選択部１６が教示操作盤３０の画面３９または図示しないタブレットのタッチパネルを利用したものでもよい。

制御装置２０はバス等で互いに接続されたＣＰＵ、メモリなどを含むデジタルコンピュータであり、表示部としての画面２９を有している。画面２９は、教示操作盤３０の画面３９の代わりに適宜使用できる。

制御装置２０は、選択部１６により選択された一つの行において既に教示された教示点にロボット１０をハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、教示点と移動後のロボット１０の位置との間の位置誤差Ｌ（距離）を算出する誤差算出部２１と、位置誤差Ｌが所定範囲内にある場合には教示点を再教示するよう指示する指示部２２とを含んでいる。さらに、制御装置２０は、位置誤差Ｌを表示する誤差表示部２３を含んでいても良い。

指示部２２および誤差表示部２３は、再教示を人間１１に促すメッセージおよび位置誤差Ｌを画面２９、３９にそれぞれ表示させるようにしてもよい。指示部２２および誤差表示部２３は再教示を人間１１に促す音声および位置誤差Ｌを示す音声を出力してもよい。

図２は図１に示される教示システムの動作を示すフローチャートである。はじめに、ステップＳ１１において、人間１１（操作者）はロボット１０をハンドガイドまたはジョグ送りにより、少なくとも一つの教示点を所定の手法で教示する。

図３Ａはロボットの第一の部分拡大図である。一つの例である図３Ａにおいては、五つの教示点Ａ１〜Ａ５が示されている。教示点Ａ１はロボット１０の動作開始位置であり、教示点Ａ２は通過位置である。そして、教示点Ａ３〜Ａ５は箱型のワークＷの頂点位置である。人間１１は、動作開始位置としての教示点Ａ１を教示した後、ロボット１０のツールＴをハンドガイド等により移動させて教示点Ａ２を教示する。そして、ロボット１０のツールＴをワークＷの一つの頂点に同様に移動させておいて教示点Ａ３を教示し、次いでワークＷの稜線に沿ってツールＴを移動させて教示点Ａ４、Ａ５を教示する。

教示の際には、教示操作盤３０の画面３９には、ロボット１０の動作プログラムの複数の行が表示されているものとする。そして、一つの教示点が教示される毎に、教示位置および教示姿勢が、動作プログラムの対応する行に数値で自動的に入力され記憶される。なお、理解を容易にする目的で、図３Ａ等では人間１１の図示を省略している。

そして、ロボット１０の一つの教示点または全ての教示点を教示した後で、ステップＳ１２において、人間１１（操作者）は、選択ボタン１７、１８を用いて画面３９内で動作プログラムを所望の方向にスクロールさせる。そして、選択ボタン１７、１８の押圧を解除するか、もしくは決定ボタン１９を押圧することにより、動作プログラムの所望の行を選択する。この操作は、人間１１が教示作業中に教示ミスがあることに気づいたときに行うのが有利である。

次いで、ステップＳ１３において、人間１１は、選択された行に記述されている、教示済みの教示点またはその近傍まで、ハンドガイドまたはジョグ送りなどでロボット１０を移動させる。なお、選択された行に教示点が記述されていない場合には、ステップＳ１３以降の操作を行う必要はない。

ワークの加工作業の種類によっては、教示作業の途中または教示作業の終了後に、ワークＷが同様な他のワークに置き換えられる場合がある。例えば図３Ａと同様な図３Ｂには、ワークＷとはわずかながら異なる位置に配置された他のワークＷ’が示されている。この場合には、他のワークＷ’はワークＷに対する位置決め誤差を有している。従って、教示点Ａ３〜Ａ５に沿って行われるワークＷ’の加工作業は良好ではない可能性がある。

さらに、ワークの加工作業が、例えばワークＷの稜線に形成されたバリを除去するバリ取り作業である場合には、異なるワークＷ、Ｗ’間でワーク自体の寸法が変化したり、ワークに形成されたバリの寸法が異なる場合がある。その結果、他のワークＷ’の稜線の位置がワークＷの稜線の位置とは異なる事態が生じる。このような場合には、或るワークＷにおいて教示された教示点を他のワークＷ’において使用すると、他のワークＷ’のバリを良好に除去できなくなる場合がある。ロボット１０がバリ取り以外の作業を行う場合にも、同様な問題が生じうる。

しかしながら、人間１１が単に目視するのみで、ワークＷと他のワークＷ’の位置誤差または形状誤差（ワークＷ自体の寸法差、バリの寸法差）が許容されうる範囲に在るかを判別するのは困難である。このため、ステップＳ１４において、誤差算出部２１は、教示済みの教示点とロボット１０のツールＴの現在位置との間の位置誤差Ｌを算出する。図３Ａと同様な図３Ｃには、教示点Ａ４とロボット１０の現在位置Ｃ０との間の位置誤差Ｌが示されている。なお、ロボット１０の現在位置Ｃ０は、位置センサ（図示しない）から求めるか、または、ロボット１０の各軸のモータの回転角度から求められる。

そして、ステップＳ１５においては、この位置誤差Ｌが所定範囲内にあるか否かが判定される。所定範囲は実験等から予め求められており、最小値と最大値とを含んでいる。位置誤差Ｌが所定範囲内にある場合には、ロボット１０のツールＴが教示点から最小値以上に離れていると判断できる。最小値は、例えば数ミリメートル〜１０ミリメートル程度である。この場合には、ステップＳ１６に進んで、指示部２２は、位置誤差Ｌの算出に用いられた教示点、この場合には教示点Ａ４の再教示を人間１１に促すメッセージを画面３９または画面２９に表示する。あるいは、指示部２２は、再教示を人間１１に促す音声を出力してもよい。

これにより、人間１１は一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを容易に見極めることができる。従って、人間１１は位置誤差Ｌの算出に用いられた教示点、この場合には教示点Ａ４を再教示できる。このとき、既に教示された教示点Ａ４を一旦削除するようにしてもよい。なお、位置誤差Ｌが所定範囲の最大値よりも大きい場合には、既に教示された教示点Ａ４とは無関係の場所を再教示する可能性があるので、指示部２２は再教示するよう指示しない。

次いで、ステップＳ１７においては、動作プログラムの他の行の選択が必要か否かが判定される。図３Ｃに示される例においては、領域Ｂ内に、ワークＷの各頂点に対応する複数の教示点Ａ３〜Ａ５が含まれている。言い換えれば、ステップＳ１７においては、ツールＴがワークＷまたはワークＷ’に実際に接触等する他の教示点が存在するか否かが判定される。具体的には、このことは、教示された複数の教示点のそれぞれにおいてツールＴが作業を行う指示が動作プログラムに記載されているか否かを通じて判定される。

そのような行または教示点が存在する場合には、ステップＳ１２に戻る。そして、他の教示点、例えば教示点Ａ５を含む動作プログラムの行を選択し、同様な処理を繰返す。そのような行または教示点が存在しない場合には、処理を終了する。

このように、本開示においては、既に教示された教示点とその教示点にハンドガイドなどで移動されたロボットの位置との間の距離が所定範囲内にある場合には、再教示するよう指示している。このため、操作者は、一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを容易に見極めることができる。なお、誤差表示部２３が位置誤差を画面２９または画面３９に表示するようにしてもよい。この場合には、操作者は教示点を修正する必要があるか否かをさらに容易に見極めることができる。

ここで、図４は、第二の実施形態に基づく教示システムの概念図である。第二の実施形態においては、画像撮像部Ｋ、例えばカメラが制御装置２０に接続されている。画像撮像部Ｋはロボット１０、特にツールＴとワークＷとを含む実空間の実画像を撮像する。画像撮像部Ｋにより撮像されたロボット１０およびワークＷを含む実空間の実画像は、表示部としての画面２９または画面３９に表示される。また、制御装置２０は、既に教示した教示点の位置を示す情報を実画像に重畳して画面２９、３９に表示させる拡張現実画像処理部２４を含んでいる。

第二の実施形態においても、図２を参照して説明したのと同様な処理が行われる。第二の実施形態においては、教示操作の際に画像撮像部Ｋがロボット１０、特にツールＴとワークＷとの実画像を常時撮像している。人間１１の要求に応じて、実画像を画面２９または画面３９に表示する。さらに、人間１１が一つの教示点が教示するたび毎に、拡張現実画像処理部２４が教示された教示点の位置を示す情報を実画像に重畳して画面２９または画面３９に表示するものとする。

図５は画面の拡大図である。図５においては、既に教示された教示点Ａ２〜Ａ５の位置を示す情報が黒丸として、ロボット１０等の実画像に重畳して表示されている。この場合には、位置姿勢計測装置またはＡＲマーカを用いて、教示点の位置をロボットの座標系からカメラの座標系へ変換する処理が必要である。図５の実画像には他のワークＷ’が含まれている。このため、人間１１は他のワークＷ’の頂点と教示点Ａ３〜Ａ５との間の位置誤差を画面２９、３９を通じて容易に認識することができる。従って、一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを極めて簡単に見極めることができる。

さらに、図６Ａおよび図６ＢはツールＴの姿勢を示す図である。図６Ａに示されるツールは鉛直方向に配置されており、この姿勢においてツールＴはワークＷを良好に加工できる。図６Ｂに示されるツールＴは斜方向に配置されており、鉛直方向との間に角度ωの誤差がある。図６Ｂに示される姿勢においてツールＴの先端以外の部分がワークＷに接触しうる。このため、図６Ｂに示される姿勢では、ツールＴはワークＷを良好に加工できない。なお、ワークＷを良好に加工できるツールＴの姿勢が他の姿勢であってもよい。

図２のステップＳ１１で教示点が教示されたときのツールＴの姿勢は制御装置２０の記憶部に記憶されている。図示しない他の実施形態においては、ステップＳ１４において、誤差算出部２１は、記憶されたツールＴの姿勢と、現在のロボットにおけるツールＴの姿勢との間の姿勢誤差ωを算出してもよい。その場合には、ステップＳ１５において、算出された姿勢誤差ωが、姿勢誤差用の所定範囲と比較される。そして、姿勢誤差ωが所定範囲内にある場合には、再教示するよう同様に指示される。位置誤差および姿勢誤差のうちの両方を算出、比較してもよく、その場合には、再教示が必要か否かを確実に判断することが可能である。さらに、姿勢誤差ωを示すために、拡張現実画像処理部２４は、教示点を教示したときの姿勢を有するツールＴのモデルを実画像に画面２９または画面３９に重畳させるようにしてもよい。

さらに、図７は第三の実施形態に基づく教示システムの概念図である。第三の実施形態においては、教示操作盤３０が誤差算出部２１、指示部２２、誤差表示部２３、拡張現実画像処理部２４等を含んでいる。従って、この場合には、教示操作盤３０が単独で教示装置としての役目を果たす。このような場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。なお、制御装置２０のＣＰＵおよび教示操作盤３０のＣＰＵは、誤差算出部２１、指示部２２、誤差表示部２３および拡張現実画像処理部２４としての役目を果たす。

本開示の態様
１番目の態様によれば、ワークに対して作業を行うロボットの教示操作を行う教示装置において、前記ロボットの教示作業中または教示作業後に、前記ロボットのプログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択する選択部と、選択された一つの行において既に教示された教示点に前記ロボットをハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、前記教示点と移動後のロボットの位置との間の位置誤差および前記教示点における前記ロボットのツールの姿勢と移動後のロボットにおける前記ツールの姿勢との間の姿勢誤差のうちの少なくとも一方を算出する誤差算出部と、前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にある場合には前記教示点を再教示するよう指示する指示部とを具備する、教示装置が提供される。
２番目の態様によれば、１番目の態様において、さらに、前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方を表示する誤差表示部を具備する。
３番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、さらに、画像撮像部により撮像された前記ロボットおよび前記ワークを含む実空間の実画像を表示する表示部と、前記教示点の位置を示す情報を前記実画像に重畳して前記表示部に表示させる拡張現実画像処理部とを具備する。
４番目の態様によれば、１番目から３番目のいずれかの態様において、前記教示点を再教示する際に前記教示点を削除するようにした。
５番目の態様によれば、ワークに対して作業を行うロボットの教示操作を行う教示方法において、前記ロボットの教示作業中または教示作業後に、前記ロボットのプログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択し、選択された一つの行において既に教示された教示点に前記ロボットをハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、前記教示点と移動後のロボットの位置との間の位置誤差および前記教示点における前記ロボットのツールの姿勢と移動後のロボットにおける前記ツールの姿勢との間の姿勢誤差のうちの少なくとも一方を算出し、前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にある場合には前記教示点を再教示する、教示方法が提供される。
６番目の態様によれば、５番目の態様において、さらに、前記算出された位置誤差および姿勢誤差のうちの少なくとも一方を誤差表示部に表示する。
７番目の態様によれば、５番目または６番目の態様において、さらに、画像撮像部により撮像された前記ロボットおよび前記ワークを含む実空間の実画像に前記教示点の位置を示す情報を重畳して表示部に表示する。
８番目の態様によれば、５番目から７番目のいずれかの態様において、前記教示点を再教示する際に前記教示点を削除するようにした。

態様の効果
１番目および５番目の態様においては、既に教示された教示点とその教示点にハンドガイドなどで移動されたロボットの位置との間の位置誤差（距離）または姿勢誤差が所定範囲内にある場合には、再教示するよう指示している。このため、操作者は、一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを容易に見極めることができる。
２番目および６番目の態様においては、操作者は教示点を修正する必要があるか否かをさらに容易に見極めることができる。
３番目および７番目の態様においては、操作者は一旦設定された教示点を修正する必要があるか否かを極めて簡単に見極めることができる。
４番目および８番目の態様においては、再教示作業を容易にできる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、後述する請求の範囲の開示範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されよう。

１ 教示システム
１０ ロボット
１１ 人間
１２ アダプタ
１３ ハンドガイドスイッチ
１５ ハンドル
１７、１８ 選択ボタン（移動部）
１９ 決定ボタン（移動部）
２０ 制御装置
２１ 誤差算出部
２２ 指示部
２３ 誤差表示部
２４ 拡張現実画像処理部
２９ 画面
３０ 教示操作盤
３８ キー
３９ 画面
Ｋ 画像撮像部
Ｔ ツール
Ｗ、Ｗ’ ワーク

Claims (6)

1. ワークに対して作業を行うロボットの教示操作を行う教示装置において、
   前記ロボットの教示作業中または教示作業後に前記ワークが同様な他のワークに置き換えられてワーク位置が変化するかまたはワークに形成されたバリの寸法が変化する場合において、前記ロボットのプログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択する選択部と、
   選択された一つの行において既に教示された教示点に前記ロボットをハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、前記教示点と移動後のロボットの位置との間の位置誤差および前記教示点における前記ロボットのツールの姿勢と移動後のロボットにおける前記ツールの姿勢との間の姿勢誤差のうちの少なくとも一方を算出する誤差算出部と、
   前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にある場合には前記教示点を再教示するよう指示する指示部と、
   画像撮像部により撮像された前記ロボットおよび前記ワークを含む実空間の実画像を表示する表示部と、
   前記教示点の位置を示す情報を前記実画像に重畳して前記表示部に表示させる拡張現実画像処理部とを具備し、
   該拡張現実画像処理部は、前記教示点を教示したときの姿勢を有するツールのモデルを実画像に重畳して表示する、教示装置。
2. さらに、前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方を表示する誤差表示部を具備する請求項１に記載の教示装置。
3. 前記教示点を再教示する際に前記教示点を削除するようにした、請求項１または２に記載の教示装置。
4. ワークに対して作業を行うロボットの教示操作を行う教示方法において、
   前記ロボットの教示作業中または教示作業後に前記ワークが同様な他のワークに置き換えられてワーク位置が変化するかまたはワークに形成されたバリの寸法が変化する場合において、前記ロボットのプログラムにおける複数の行の間を移動して一つの行を選択し、
   選択された一つの行において既に教示された教示点に前記ロボットをハンドガイドまたはジョグ送りで移動させた後で、前記教示点と移動後のロボットの位置との間の位置誤差および前記教示点における前記ロボットのツールの姿勢と移動後のロボットにおける前記ツールの姿勢との間の姿勢誤差のうちの少なくとも一方を算出し、
   前記位置誤差および前記姿勢誤差のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にある場合には前記教示点を再教示し、
   画像撮像部により撮像された前記ロボットおよび前記ワークを含む実空間の実画像に前記教示点の位置を示す情報と前記教示点を教示したときの姿勢を有するツールのモデルとを重畳して表示する、教示方法。
5. さらに、前記算出された位置誤差および姿勢誤差のうちの少なくとも一方を誤差表示部に表示する請求項４に記載の教示方法。
6. 前記教示点を再教示する際に前記教示点を削除するようにした、請求項４または５に記載の教示方法。

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