JP7259284B2 - 教示装置、教示方法 - Google Patents

Description

本発明は、直接教示によりロボットを教示する教示装置、教示方法に関する。

ロボットは、教示によってどのような動作をするのかが記録され、記録した動作を再現することで実際の作業を行っている。この教示は、従来のようにプログラムにより動作を記録する手法の他に、近年では、作業者がロボットを操作することにより動作を記録する直接教示あるいはダイレクトティーチと呼ばれる手法も採用されつつある（例えば、特許文献１参照）。また、教示する際に、仮想現実（ＶＲ（Virtual Reality））、拡張現実（ＡＲ（Augmented Reality））、あるいは複合現実（ＭＲ（Mixed Reality））等の技術を利用することも提案されつつある。

特開２０１７－７４６６９号公報

ロボットに所望の動作をさせるためには、ロボットに適切な位置や姿勢を教示する必要がある。しかしながら、直接教示によりロボットを教示する場合、大まかな位置や姿勢は比較的容易に教示できるものの、作業者が直接ロボットを操作することから、また、作業者の視覚に頼って操作することから、正しい位置や姿勢を教示することが難しいことがある。その場合、いわゆるファインティーチングを行うことにより詳細な位置決めは可能になるものの、ファインティーチングを行うと、直接教示を採用したメリットが薄れてしまう。

そこで、直接教示により教示する場合であってもロボットの位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができる教示装置、教示方法を提供する。

請求項１に記載した発明では、教示装置は、作業者の視野に情報を表示する装着型ディスプレイと、ロボットの位置および姿勢を特定可能な位置姿勢データを取得する取得部と、装着型ディスプレイに表示する情報を生成する生成部と、を備え、ロボットを作業者が操作する際、取得した位置姿勢データに基づいてロボットの周辺に位置する基準対象物に対するロボットの位置および姿勢の少なくとも一方を基準対象物側に示す提示情報を生成して装着型ディスプレイに表示する。

ロボットに例えばワークを載置面に載置する作業を教示する場合、ワークの損傷を防ぐために、ワークが載置面に水平となるように、また、載置する際に大きな衝撃が加わらないようにすることが求められる。

しかし、教示作業では、作業者の目の位置は載置面よりも上方であることが一般的であると想定され、その場合には、ロボットの手先を載置面よりも上方から見下ろす立体的な視野になる。その場合、ワークの底面と載置面との距離感が掴みづらく、また、手先の向きが視野内で手前方向や奥行き方向に傾いていたとしても、その傾きが把握しづらくなっている。

その一方で、直接教示つまりは作業者が手作業によりロボットを操作する場合には、ワークを載置面に水平且つ大きな衝撃が加わらないように載置するためには、ロボットを慎重に移動させる必要があり、直接教示のメリットが大きく薄れてしまうことになる。

そこで、作業者が教示する際、ロボットの周辺に位置する基準対象物に対するロボットの位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報を生成して装着型ディスプレイに表示する。すなわち、教示装置は、現実には存在しない情報を作業者に提示する。

これにより、作業者は、基準対象物との距離や基準対象物に対するロボットの傾きを視覚的に把握できるようになり、いわゆるファインティーチングのような精密な位置決め作業を行わなくてもロボットの最終的な位置決めを容易に行うことが可能となる。

したがって、直接教示により教示する場合であってもロボットの位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができる。また、最終的な位置決めまで直接教示で行うことができるため、直接教示を採用したメリットを損なうこともない。

請求項２に記載した発明によれば、ロボットは、仮想的に再現されたものである。これにより、例えば大型のロボットや設置環境が作業に向いていない場合等、作業者が操作することが困難な状況であってもロボットを教示することができる。
請求項３に記載した発明によれば、ロボットは、現実に実在するものである。これにより、実在するロボットに対して教示することができる。

請求項４に記載した発明によれば、基準対象物は、仮想的に再現されたものである。実際のロボットの設置現場では、安全対策等の理由により、ロボットの周辺には、ロボットの位置や姿勢を判断する基準にできる物体が配置されていないことが想定されるが、基準対象物を仮想的に再現することにより、そのような状況であってもロボットを教示することができる。

請求項５に記載した発明によれば、基準対象物は、現実に実在するものである。これにより、実際の環境でロボットを教示することができ、周辺設備への衝突等を防止することができる。

請求項６に記載した発明によれば、ロボットの手先の向きを当該ロボットの姿勢とみなして提示情報を生成する。ロボットは、一般的に複数のアームを備えているものの、教示作業では、手先の位置と向きとを決めると考えられるため、ロボットの手先の向きをロボットの姿勢とみなすことにより、適切にロボットを教示することができる。

請求項７に記載した発明によれば、基準対象物に対するロボットの相対的な位置が予め設定されている基準距離を下回った場合、および、基準対象物に対するロボットの姿勢の傾きが予め設定されている基準角度を上回って傾いた場合に作業者に報知する報知部を備える。これにより、例えば現実に存在する周辺設備に衝突したり、安全の確保のために設定されている動作可能範囲を超えて教示してしまったりすることを防止することができる。

請求項８に記載した発明によれば、提示情報は、ロボットの移動方向側に位置する基準対象物の表面、ロボットの移動方向側に位置する基準対象物との間の空間、あるいは、基準対象物の表面に表示される他の提示情報と隣り合う位置であって、ロボットの手先、当該手先に取り付けられるツール、あるいは当該ツールが作業するワークと重ならない位置に、ロボットの姿勢に関わらず、基準対象物を基準として当該基準対象物に垂直あるいは水平方向となる態様で表示される。これにより、提示情報によって例えばツールが見えなくなることを抑制でき、表示として邪魔にならず、且つ、ロボットの姿勢との関連性を把握し易くすることができる。

請求項９に記載した教示方法の発明によれば、ロボットを作業者が操作する際、ロボットの周辺に位置する基準対象物に対するロボットの位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報を、作業者が装着する装着型ディスプレイによって作業者の視野内の基準対象物側に重ねて表示する。これにより、基準対象物との距離や基準対象物に対するロボットの傾きを視覚的に把握できるようになり、直接教示を採用したメリットを損なうことがないため、上記した教示装置の発明と同様に、直接教示により教示する場合であってもロボットの位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができる。

実施形態の教示装置の構成を模式的に示す図 教示作業時の作業者の視野の一例を模式的に示す図 作業者の視野に提示情報を表示する態様の一例を模式的に示す図 提示情報を表示する処理の流れを示す図

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、教示システム１は、ロボット２、コントローラ３、教示装置を構成する画像処理装置４、および教示装置を構成する装着型ディスプレイ５を備えている。このうち、ロボット２およびコントローラ３は、詳細は後述するが現実空間に実在するものを用いることができるし、仮想現実空間に再現したものを用いることもできる。また、ロボット２およびコントローラ３は、作業者がロボット２を直接的にあるいは遠隔で操作することにより動作を記録する直接教示に対応した構成になっている。

ロボット２は、複数のアームを有する垂直多関節型のものであり、６軸ロボットや７軸ロボットと称される。ロボット２の手先２ａは、フランジで構成されており、ツール６が取り付けられて例えばワーク７を把持する等の作業が行われる。

コントローラ３は、周知のように、ロボット２に組み込まれているモータを駆動することにより、ロボット２の動作を制御する。このとき、コントローラ３は、ロボット２の現在の姿勢、ここでは手先２ａの位置や手先軸（Ｊ。図２参照）の向きを特定可能な制御データを保持している。

画像処理装置４は、制御部１０、記憶部１１、操作部１２等を備えている。画像処理装置４は、コントローラ３および装着型ディスプレイ５との間で各種のデータを通信可能に構成されている。画像処理装置４の制御部１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを備えており、記憶部１１に記憶したコンピュータプログラムに従って動作する。

また、制御部１０は、本実施形態に関連して、取得部１０ａおよび生成部１０ｂを備えている。これら取得部１０ａおよび生成部１０ｂは、本実施形態では制御部１０で実行されるコンピュータプログラムによってソフトウェアで実現されている。

取得部１０ａは、ロボット２の位置および姿勢を特定可能な位置姿勢データを取得する。このとき、取得部１０ａは、基準対象物に対するロボット２の位置を特定可能なデータを、例えば環境センサ８で検出した作業者の位置や後述する装着型ディスプレイ５に設けられている位置センサ５ｃから出力される位置情報により取得する。また、取得部１０ａは、ロボット２の位置を特定可能なデータをコントローラ３から取得する。そして、それらのデータを組み合わせて、ロボット２の位置および姿勢を特定可能な位置姿勢データを取得する。生成部１０ｂは、詳細は後述するが、装着型ディスプレイ５に表示する情報を生成する。

記憶部１１は、制御部１０にて実行するコンピュータプログラム等を記憶している。操作部１２は、スイッチやタッチパネル等で構成されており、画像処理装置４に対する作業者の操作を受け付ける。なお、図１に示す画像処理装置４の構成は一例であり、例えばティーチングペンダント等を利用することもできる。

装着型ディスプレイ５は、作業者が頭部に装着することで仮想的な情報を提示するものであり、ヘッドマウントディスプレイ等とも称される。装着型ディスプレイ５は、表示面５ａ、カメラ５ｂ、および位置センサ５ｃ等を備えている。表示面５ａには、図示しない投影部から文字や図形あるいは記号等が投影される。また、表示面５ａは、作業者に情報を報知する報知部としても機能する。

カメラ５ｂは、例えばＣＣＤカメラで構成されており、作業者の視野内の物体を撮像する。この場合、装着型ディスプレイ５は、視野内の物体までの距離を検出可能ないわゆるディプスカメラを備える構成とすることができるし、図１では１つのカメラ５ｂを示しているものの、ＣＣＤカメラとディプスカメラの双方を備える構成や、複数のＣＣＤカメラを備える構成等とすることもできる。

位置センサ５ｃは、例えばＧＰＳのように作業者の位置を直接的に特定可能なセンサや、ジャイロセンサのように作業者の顔の向きつまりは視野の向きを特定可能なセンサなどで構成されている。この位置センサ５ｃは、カメラ５ｂの筐体内に設けられており、作業者の位置や視野の向きを位置情報として画像処理装置４に送信する。ただし、カメラ５ｂとは別体で位置センサ５ｃを設ける構成とすることができる。

また、教示システム１は、環境センサ８を備えている。この環境センサ８は、例えばＣＣＤカメラやレーザレーダで構成することができ、ロボット２の周辺の物体の位置や形状あるは作業者の位置や顔の向きなどを検出する。ただし、必ずしもこれらの全てを環境センサ８で検出する必要は無く、装着型ディスプレイ５のカメラ５ｂや位置センサ５ｃにより作業者の位置や顔の向きなどを検出する構成の場合には、環境センサ８ではそれらを検出する必要は無い。逆に、環境センサ８で作業者の位置や顔の向きなどを検出する構成の場合には、装着型ディスプレイ５側でそれらを検出する必要は無い。

次に、上記した構成の作用について説明する。
図２は、一般的な教示の態様であって、手先２ａに取り付けたツール６で把持しているワーク７を載置面（Ｈ１）上の目標位置（Ｐ）に載置する作業を直接教示により教示する際の作業者の視野を模式的に示している。なお、本実施形態では、最終的な位置決めまでを作業者が手作業で行うことを想定しており、図２に示す目標位置（Ｐ）は、作業者がワーク７を載置したいと考えている位置を説明するために示しているのであり、予め設定されている位置ではない。

さて、ワーク７を載置面（Ｈ１）に載置する場合には、ワーク７の損傷等を防ぐために、ワーク７が載置面（Ｈ１）に水平となるように、また、載置する際に大きな衝撃が加わらないようにすることが求められる。

しかし、教示作業では、作業者の目の位置は載置面（Ｈ１）よりも上方であることが一般的であると想定され、その場合には、図２に示すように載置面（Ｈ１）よりも上方から見下ろす立体的な視野になる。その場合、ワーク７の底面と載置面（Ｈ１）との距離感が掴みづらく、また、図２の左右方向や手前方向あるいは奥行き方向への傾きも把握しづらくなる。

その結果、手作業によりワーク７を載置面（Ｈ１）に水平且つ大きな衝撃が加わらないように載置するためには、ロボット２を慎重に移動させる必要があり、直接教示のメリットが大きく薄れてしまう。
そこで、直接教示により教示する場合であっても、特に最終的位置決めまでを手作業で行う場合であっても、ロボット２の位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができるようにしている。

具体的には、画像処理装置４は、ロボット２を作業者が操作する際、コントローラ３から位置姿勢データを取得し、図３に示すようにロボット２の周辺に位置するあるいは仮想的に設定された基準対象物としての垂直面（Ｈ２）に対するロボット２の位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報（Ｍ１～Ｍ３）を生成して装着型ディスプレイ５に表示する。この基準対象物は、仮想的な物体を画像処理装置４にて生成することで仮想空間内に再現したものであってもよいし、カメラ５ｂで撮像した画像に含まれる現実空間に実在するものであってもよい。

このとき、基準対象物は、ロボット２の手先２ａとの位置関係を作業者が直感的に把握できるように、例えば垂直面や水平面等を設定することができる。また、基準対象物は、ロボット２の周囲に実在する周辺設備や壁あるいは柱等を設定することができる。また、基準対象物は、ロボット２の可動範囲など、制御上の境界位置を設定することもできる。

次に、上記した提示情報を表示する処理の流れについて説明する。 図４に示すように、教示システム１は、まず、周辺３Ｄ情報を取得する（Ｓ１）。この周辺３Ｄ情報とは、ロボット２の周辺に存在する周辺設備や壁等の物体の位置や形状等のデータを含むものである。ただし、周辺３Ｄ情報の取得は、ロボット２の周辺に存在する周辺設備や壁等をＣＡＤデータに登録することにより事前に準備することができる。また、周辺３Ｄ情報の取得は、教示作業を開始する際に装着型ディスプレイ５のカメラ５ｂで撮像した画像を解析したり、環境センサ８で検出したロボット２の周辺の物体の位置や形状を用いたりすることによって取得することができる。

続いて、教示システム１は、ロボット２の姿勢を取得する（Ｓ２）。このロボット２の姿勢は、ロボット２を制御しているコントローラ３が保持する制御データから取得または特定することができる。そして、教示システム１は、作業者から見たロボット２の位置、つまりは、作業者とロボット２との位置関係を特定する（Ｓ２）。この場合、作業者とロボット２との位置関係は、作業者の位置とロボット２の設置位置との関係により特定することができる。あるいは、作業者とロボット２との位置関係は、ロボット２の３Ｄ形状データを予め記憶させておき、カメラ５ｂで撮像された画像にパターンマッチング等の画像処理を施すことにより、作業者から見たロボット２の向き、つまりは、作業者とロボット２との位置関係を特定することができる。

この場合、ロボット２の全体ではなく、手先２ａやワーク７などの特徴を把握しやすい部位の全体或いは一部が視野に入っていれば、作業者とロボット２との位置関係を特定することができる。また、作業場に基準となる立ち位置を設定し、その立ち位置に作業者が位置しているときに位置情報を初期化し、ジャイロセンサにより立ち位置からの移動量を求めることによって作業者の位置を特定することもできる。

また、予めロボット２に向きや大きさが既知の目印等を添付し、その目印の向きや大きさを画像処理により求めることによっても、作業者とロボット２との位置関係を特定することができる。また、装着型ディスプレイ５にＧＰＳを設けた場合や、環境センサ８により作業者の位置が特定できれば、作業者の位置に基づいてロボット２との位置関係を特定することもできる。また、環境センサ８のレーザレーダは基本的には位置が固定されていると考えられることから、レーザレーダから放射された光をカメラ５ｂで検出し、レーザレーダに対する位置を特定することにより、作業者の位置やロボット２に対する位置関係を特定することもできる。

続いて、教示システム１は、ロボット２の近傍、ここでは、ロボット２の手先２ａや把持されているワーク７の近傍に規制要因があるかを判定する（Ｓ４）。ここで、規制要因とは、周辺設備や柱のように物理的に存在する物体や、例えばロボット２の動作範囲の境界など、ロボット２の移動を規制する要因となるものを意味している。このステップＳ４では、教示システム１は、例えば手先２ａやワーク７から所定の距離範囲内に規制要因があるかを判定する。 そして、教示システム１は、規制要因がある場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、規制要因との位置関係を特定する（Ｓ５）。具体的には、教示システム１は、ロボット２の手先２ａやワーク７と規制要因との間の距離、ならびに、その規制要因に対する角度を特定する。こうして特定された規制要因との位置関係が、提示情報として表示される。

位置関係を特定すると、教示システム１は、近傍の全ての規制要因の探索が完了したかを判定し（Ｓ６）、完了していない場合には（Ｓ６：ＮＯ）ステップＳ４に移行し、次の規制要因との位置関係を特定する。なお、所定の距離範囲内に存在する規制要因の全てをまず判定した後、各規制要因との位置関係をそれぞれ特定する処理の流れとすることもできる。

規制要因を特定すると、教示システム１は、基準対象物を設定する（Ｓ７）。このとき、基準対象物としては、例えば現在の手先２ａの位置から所定の距離範囲内に存在する規制要因を設定することができる。例えば、図３の例であれば、載置面（Ｈ１）と垂直面（Ｈ２）とが規制要因と判定され、基準対象物として設定されている。ただし、例えば現在の手先２ａの位置から最も近い１つの規制要因を基準対象物として選択することもできる。あるいは、基準対象物が１つであった場合、その基準対象物に垂直な平面を仮想的に設定し、実在の基準対象物に対する比較対象としての仮想的な基準対象物を設定することもできる。これにより、作業者が直感的に位置関係をより把握しやすくなる。

そして、教示システム１は、基準対象物を描画表示する（Ｓ８）。この場合、例えば図３の例であれば、物理的な載置面（Ｈ１）の縁を色つきの線で描画し、垂直面（Ｈ２）を異なる色の線で描画することにより、基準対象物を視覚的に把握可能な態様で表示面５ａに表示する。ただし、物理的に存在する規制要因については描画表示せず、仮想的に設定された規制要因については描画表示する構成とすることができる。

続いて、教示システム１は、提示情報を表示し（Ｓ９）、手先２ａやワーク７を例えば色つきの線で描画表示する（Ｓ１０）。この場合、現実に実在するロボット２を教示する場合には、手先２ａやワーク７の描画表示は行わない構成とすることもできる。一方、仮想空間内で仮想的に再現されたロボット２に対して教示作業をする場合には、基準対象物や手先２ａあるいはワーク７は描画表示される。

その後、教示システム１は、ステップＳ２に移行して、作業者の移動や視野の変化に基づいて、提示情報を表示するための処理を繰り返す。このようにして、図３に示すような提示情報が作業者の視野内に表示される。この場合、周辺３Ｄ情報は基本的には変化しないと考えられるものの、ステップＳ１に移行し、作業者が移動したり視野が変化したりする度に周辺３Ｄ情報を再取得する構成とすることもできる。

具体的には、提示情報（Ｍ１）は、載置面（Ｈ１）にワーク７が載置された際の位置を提示する仮想的な画像であり、ワーク７が載置面（Ｈ１）に近づくに従って大きくなる。また、提示情報（Ｍ１）は、ワーク７が前面にくる態様で表示される。つまり、提示情報（Ｍ１）は、ロボット２が移動する際、手先２ａ側ここではワーク７に対して、ロボット２の移動方向に位置する載置面（Ｈ１）とは反対側となる後方側から光を照射した際のワーク７の影を表す態様で表示される。

そのため、ワーク７の見た目の幅と提示情報（Ｍ１）の見た目の幅とが一致し、且つ、提示情報（Ｍ１）が見えなくなった時点で、ワーク７が載置面（Ｈ１）に接したと判断できる。なお、垂直面（Ｈ２）に向かって移動している場合には、垂直面（Ｈ２）に影が生じる態様で表示することができる。また、このように手先２ａやワーク７の移動先に位置する基準対象物に対する影のように提示情報（Ｍ１）を表示することにより、視覚的に移動方向と基準対象物への接近具合を提示することができる。

提示情報（Ｍ２）は、ロボット２の近傍に位置する物体、ここでは、載置面（Ｈ１）と垂直面（Ｈ２）とに対する手先軸（Ｊ）の傾きを視覚的に提示する。図３に示す２つの提示情報（Ｍ２）のうち、図示右方側の提示情報（Ｍ２）は、載置面（Ｈ１）に対する手先軸（Ｊ）の傾きを示すものであり、直角三角形の長辺を載置面（Ｈ１）に平行にし、短辺を右端側に位置させて斜辺が左下がりになるように表示することにより、手先軸（Ｊ）が垂直方向よりも図示左方側に傾いていることを作業者が直感的に把握できるようにしている。つまり、載置面（Ｈ１）も基準対象物の１つであり、提示情報（Ｍ２）は、載置面（Ｈ１）に対して見た目で水平となる態様で表示される。

一方、図３に示す図示左方側の提示情報（Ｍ２）は、垂直面（Ｈ２）に対する手先軸（Ｊ）の傾きを示すものであり、直角三角形の長辺を垂直面（Ｈ２）に平行にし、短辺を上端側に位置させて斜辺が右下がりになるように表示することにより、手先軸（Ｊ）が載置面（Ｈ１）に対して図示左方側に傾いていることを作業者が直感的に把握できるようにしている。つまり、この提示情報（Ｍ２）は、垂直面（Ｈ２）に対して見た目で水平となる態様で表示される。また、提示情報（Ｍ２）は、図形の代わりに数値を用いた表示とすることもできるし、図形と数値とを用いた表示とすることもできる。

また、この提示情報（Ｍ２）は、例えば基準対象物に対する姿勢が所定の基準角度以上傾いている場合に色分けして表示すること等により、作業者にロボット２が基準対象物に対して、つまりは、予想される向きに対して大きく傾いていることを報知する情報としても利用できる。

提示情報（Ｍ３）は、ロボット２と基準対象物との距離、より厳密には、ワーク７も含めてロボット２における最も基準対象物側になる部位と基準対象物との距離を提示するものであり、図３では、提示情報（Ｍ２）と同様に、載置面（Ｈ１）と垂直面（Ｈ２）とのそれぞれに対応して表示されている。提示情報（Ｍ３）は、所定の長さと幅とを有する長方形を、基準対象物までの距離に応じて内部を塗りつぶすことにより、ワーク７と基準対象物との間の距離を提示する。つまり、提示情報（Ｍ３）は、載置面（Ｈ１）や垂直面（Ｈ２）に対して見た目で垂直となる態様で表示される。

また、この提示情報（Ｍ３）は、本実施形態ではロボット２と基準対象物との距離が所定の基準距離を下回った場合に表示される。つまり、提示情報（Ｍ３）は、作業者にロボット２が基準対象物の近傍まで接近したことを報知する情報としても利用できる。また、提示情報（Ｍ３）は、図形の代わりに数値を用いた表示とすることもできるし、図形と数値とを用いた表示とすることもできる。

つまり、提示情報（Ｍ１～Ｍ３）は、ロボット２の移動方向側に位置する基準対象物（Ｈ１）の表面、ロボット２の移動方向側に位置する基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）との間の空間、あるいは、基準対象物（Ｈ１）の表面に表示される他の提示情報（Ｍ１）と隣り合う位置（提示情報（Ｍ２）参照）であって、ロボット２の手先２ａ、当該手先２ａに取り付けられるツール６、あるいは当該ツール６が作用ここでは把持するワーク７と重ならない位置に、ロボット２の姿勢に関わらず、基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）を基準として当該基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）に垂直あるいは水平方向となる態様で表示される。

これにより、教示装置は、仮想空間あるいは現実空間において、提示情報を生成して表示することにより、基準対象物に対するロボット２の位置および姿勢を視覚的且つ感覚的に容易に把握できるようにしている。

以上説明した教示装置によれば、次のような効果を得ることができる。
教示装置は、作業者の視野に情報を表示する装着型ディスプレイ５と、基準対象物に対するロボット２の位置および姿勢を特定可能な位置姿勢データを取得する取得部１０ａと、装着型ディスプレイ５に表示する情報を生成する生成部１０ｂとを備え、ロボット２を作業者が操作する際、取得した位置姿勢データに基づいてロボット２の周辺に位置する基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）に対するロボット２の位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報（Ｍ１～Ｍ３）を生成して表示する。ただし、基準対象物は、ロボット２の近傍に仮想的に設定されたものも含んでいる。

ロボット２に例えばワーク７を載置面（Ｈ１）に載置する作業を教示する場合、ワーク７の損傷を防ぐために、ワーク７が載置面（Ｈ１）に水平となるように、また、載置する際に大きな衝撃が加わらないようにすることが求められるが、載置面（Ｈ１）よりも上方から見下ろす立体的な視野では、ワーク７と載置面（Ｈ１）との距離感が掴みづらく、また、手先２ａの傾きが把握しづらくなっている。

そこで、作業者が教示する際、ロボット２の周辺に位置する基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）に対するロボット２の位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報（Ｍ１～Ｍ３）を生成して装着型ディスプレイ５に表示することにより、すなわち、現実空間には存在しない情報を作業者に提示する。

これにより、作業者は、基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）との距離や基準対象物（Ｈ１、Ｈ２）に対するロボット２の傾きを視覚的に把握できるようになり、いわゆるファインティーチングのような精密な位置決め作業を行わなくてもロボット２の最終的な位置決めを容易に行うことが可能となる。

したがって、直接教示により教示する場合であってもロボット２の位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができる。また、最終的な位置決めまで直接教示で行うことができるため、直接教示を採用したメリットを損なうこともない。

教示装置は、仮想的に再現されたロボット２を対象として提示情報を生成および表示する。これにより、例えば大型ロボットや設置環境が作業に向いていない場合等、作業者が操作することが困難な状況であってもロボット２を教示することができる。
教示装置は、現実に実在するロボット２を対象として提示情報を生成および表示する。これにより、実在するロボット２に対して教示することができる。

教示装置は、基準対象物を仮想的に再現する。実際のロボット２の設置現場では、安全対策等の理由により、ロボット２の周辺にはロボットの位置や姿勢を判断する基準となる物体が配置されていないことが想定されるが、基準対象物を仮想的に再現することにより、そのような状況であってもロボット２を教示することができる。

教示装置は、現実に実在する基準対象物を対象とする。これにより、実際の環境でロボット２を教示することができ、周辺設備への衝突等を防止することができる。

教示装置は、ロボット２の手先の向きを当該ロボット２の姿勢とみなして提示情報を生成する。ロボット２は、一般的に複数のアームを備えているものの、教示作業では、手先の位置と向きとを決めると考えられるため、ロボット２の手先の向きをロボットの姿勢とみなすことにより、適切にロボット２を教示することができる。

教示装置は、基準対象物に対するロボット２の相対的な位置が予め設定されている基準距離を下回った場合、および、基準対象物に対するロボット２の姿勢の傾きが予め設定されている基準角度を上回って傾いた場合に作業者に報知する。これにより、例えば現実に存在する周辺設備に衝突したり、安全の確保のために設定されている動作可能範囲を超えて教示してしまったりすることを防止することができる。

教示装置は、提示情報を、ロボット２の移動方向側に位置する基準対象物の表面、ロボット２の移動方向側に位置する基準対象物との間の空間、あるいは、基準対象物の表面に表示される他の提示情報と隣り合う位置であって、ロボット２の手先２ａ、当該手先２ａに取り付けられるツール６、あるいは当該ツール６が作用例えば把持するワーク７と重ならない位置に、ロボット２の姿勢に関わらず、基準対象物を基準として当該基準対象物に垂直あるいは水平方向となる態様で表示される。

つまり、提示情報は、本実施形態ではワーク７を中心としてワーク７に重ならない位置に表示される。これにより、提示情報を表示することによって作業者の視野を妨げてしまうことがない。また、提示情報は、ロボット２の姿勢例えば手先２ａやワーク７の傾きを示す情報であるものの、基準対象物に対して垂直あるいは水平に表示することにより、すなわち、ロボット２ではなく基準対象物を基準とし態様で表示することにより、ロボット２の姿勢を視覚的により把握しやすくしている。これにより、提示情報によって例えばツールが見えなくなることを抑制でき、表示として邪魔にならず、且つ、ロボットの姿勢との関連性を把握し易くすることができる。

上記した教示装置では、ロボット２を作業者が操作する際、ロボット２の周辺に位置する基準対象物に対するロボット２の位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報を、作業者の視野に重ねて表示する教示方法を採用している。これにより、基準対象物との距離や基準対象物に対するロボット２の傾きを視覚的に把握できるようになり、直接教示を採用したメリットを損なうことがないため、教示装置と同様に、直接教示により教示する場合であってもロボット２の位置や姿勢を容易に把握でき、適切且つ迅速に教示することができる。

上記した教示装置は、実施形態で示した構成に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で適宜構成を変更することができる。
基準対象物の数や再現態様は一例であり、これに限定されない。また、基準対象物を仮想空間内に再現する場合、どのような基準対象物を再現するかは、ロボット２の移動方向に基づいて決定することができる。例えば、ロボット２が垂直方向へ移動している場合には、ロボット２の設置面に垂直な垂直面として再現することができるし、ロボット２が水平方向へ移動している場合には、ロボット２の設置面に平行な平行面として再現することができる。

実施形態では画像処理装置４と装着型ディスプレイ５とにより教示装置を構成する例を示したが、ロボット２を仮想空間内に再現する場合には、教示システム１が教示装置に相当することになる。

実施形態で示した提示情報の表示態様は一例であり、他の表示態様とすることができる。換言すると、提示情報は、ロボット２の位置や姿勢を提示できるものであれば、他の図形や文字あるいは記号を採用することができる。また、表示色を異ならせることにより移動方向の違いや傾きの大きさを提示することもできる。

提示情報は、ロボット２に最も近い基準対象物に対するものや、ロボット２からの距離が近い複数の基準対象物に対するもの、あるいは、ロボット２から所定の距離内に位置する基準対象物に対するもの等、複数を提示することができる。

提示情報は、ロボットの移動方向に位置する基準対象物に対して生成することができる。これにより、例えば現実に存在する周辺設備に衝突することを防止できる。この場合、安全を確保するために設定されている動作可能範囲の境界を基準対象物とすれば、安全の確保のために設定されている動作可能範囲を超えることも防止できる。
報知部は、表示面５ａによる視覚的な報知を行う構成に限らず、スピーカやブザーにより聴覚的に報知する構成とすることができる。

実施形態では手先２ａやワーク７から所定の距離範囲内に規制要因があるかを判定する例を示したが、過去の姿勢の変化に基づいて、手先２ａの進行方向において所定の距離範囲内に規制要因があるかを判定する構成とすることもできる。
実施形態では提示情報を常に表示する例を示したが、手先２ａやワーク７が作業者の視野に入ったことを画像処理により特定した場合に表示する構成とすることができる。

実施形態では装着型ディスプレイ５や環境センサ８により作業者とロボット２との位置関係を特定する例を示したが、環境センサ８としてＣＣＤカメラを設け、そのＣＣＤカメラで撮像した画像を画像処理することにより作業者とロボット２との位置関係を特定する構成とすることができる。

図面中、１は教示システム（教示装置）、２はロボット、４は画像処理装置（教示装置）、５は装着型ディスプレイ（教示装置）、５ａは表示面（教示装置、報知部）、１０ａは取得部、１０ｂは生成部を示す。

Claims (9)

1. 直接教示によりロボットを教示する教示装置であって、
   作業者の視野に情報を表示する装着型ディスプレイと、
   基準対象物に対する前記ロボットの位置および姿勢を特定可能な位置姿勢データを取得する取得部と、
   前記装着型ディスプレイに表示する情報を生成する生成部と、を備え、
   前記生成部は、前記ロボットを作業者が操作する際、取得した前記位置姿勢データに基づいて前記ロボットの周辺に位置する基準対象物に対する前記ロボットの位置および姿勢の少なくとも一方を前記基準対象物側に示す提示情報を生成し、
   前記装着型ディスプレイは、前記提示情報を表示することを特徴とする教示装置。
2. 前記ロボットは、仮想的に再現されたものであることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
3. 前記ロボットは、現実に実在するものであることを特徴とする請求項１記載の教示装置。
4. 前記基準対象物は、仮想的に再現されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の教示装置。
5. 前記基準対象物は、現実に実在するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の教示装置。
6. 前記生成部は、前記ロボットの手先の向きを当該ロボットの姿勢とみなして、前記提示情報を生成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の教示装置。
7. 前記基準対象物に対する前記ロボットの相対的な位置が予め設定されている基準距離を下回った場合、および、前記基準対象物に対する前記ロボットの姿勢の傾きが予め設定されている基準角度を上回って傾いた場合に作業者に報知する報知部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の教示装置。
8. 前記提示情報は、前記ロボットの移動方向側に位置する前記基準対象物の表面、前記ロボットの移動方向側に位置する前記基準対象物との間の空間、あるいは、前記基準対象物の表面に表示される他の前記提示情報と隣り合う位置であって、前記ロボットの手先、当該手先に取り付けられるツール、あるいは当該ツールが作業するワークと重ならない位置に、前記ロボットの姿勢に関わらず、前記基準対象物を基準として当該基準対象物に垂直あるいは水平方向となる態様で表示されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の教示装置。
9. 直接教示によりロボットを教示する教示方法であって、
   前記ロボットを作業者が操作する際、前記ロボットの周辺に位置する基準対象物に対する前記ロボットの位置および姿勢の少なくとも一方を示す提示情報を、作業者が装着する装着型ディスプレイによって作業者の視野内の前記基準対象物側に重ねて表示することを特徴とする教示方法。

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