JP7273522B2 - 教示装置及び教示方法 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットアームに対して力をダイレクト教示するための教示装置及び教示方法に関する。

従来から、教示装置は、ユーザによるロボットアームに対する位置及び姿勢のダイレクト教示を可能としている（例えば特許文献１，２参照）。一方、従来の教示装置では、ロボットアームに対する力の教示については、ユーザによるティーチングペンダントを用いた数値入力に応じ、力の値及び方向を設定している。

特開平０５－２０４４４１号公報 特開平０５－２５００２９号公報

上記のように、従来の教示装置では、ロボットアームに対する力の教示については、ユーザによるティーチングペンダントを用いた数値入力を受付けている。しかしながら、この場合、ユーザは、事前に実験を行って、入力する数値を確認する必要がある。そのため、ロボットアームに対する力の教示は、作業工数という観点では煩わしく、改善が求められている。

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、ロボットアームに対して力のダイレクト教示が可能な教示装置を提供することを目的としている。

この発明に係る教示装置は、ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサと、トルクセンサにより検出されたトルクから、ロボットアームに加えられた押付力を算出する力算出部と、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアームをサーボロックするアーム制御部と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、ロボットアームが有するツールが物体から離れた状態において、アーム制御部によりロボットアームがサーボロックされた後に力算出部により算出された押付力のうち、決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、ロボットアームに対して力のダイレクト教示が可能となる。

実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。 実施の形態１に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る教示装置の別の動作例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
教示装置は、ユーザがロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示を実施するための装置である。この教示装置は、力のダイレクト教示に関する機能の他に、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能も有していてもよいが、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能については従来と同様であるためその説明を省略する。なお、ユーザがロボットアーム１０１に対して教示する力としては、例えば、ツール１０２による物体２０１に対する押付け、ツール１０２が把持するワークの物体２０１上へのプレイス、ツール１０２による物体２０１に対する研磨又はネジ締め等の際に加える力が挙げられる。この教示装置は、図１に示すように、トルクセンサ１１、力算出部１２及び力教示部１３を備えている。

トルクセンサ１１は、ロボットアーム１０１に取付けられ、ロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能な検出センサである。トルクセンサ１１は、ロボットアーム１０１の各軸に取付けられている。

力算出部１２は、トルクセンサ１１により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた押付力を算出する。この際、力算出部１２は、トルクセンサ１１毎に、検出値から初期値（ロボットアーム１０１に力が加えられていない状態での検出値）を差し引き、その差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出する。そして、力算出部１２は、算出した各力を合成することで、ロボットアーム１０１に加えられた押付力を算出する。

力教示部１３は、力算出部１２により算出された押付力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。この力教示部１３は、図２に示すように、ロック指示受付部１４、アーム制御部１５、通知部１６、決定指示受付部１７、力登録部１８及び記録部１９を有している。

なお、力算出部１２及び力教示部１３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。

ロック指示受付部１４は、ユーザからサーボロック指示を受付ける。サーボロック指示は、ユーザがロボットアーム１０１をサーボロックする際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン（不図示）又はティーチングペンダント（不図示）が有する操作ボタンを用いて、サーボロック指示の入力を行う。

アーム制御部１５は、ロック指示受付部１４によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックする。

通知部１６は、力算出部１２により算出された押付力をリアルタイムに通知する。この通知部１６により通知された押付力を示す情報は、表示装置（不図示）に表示される。
なお、通知部１６は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、力のダイレクト教示において、ロボットアーム１０１に加えられている押付力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部１６は不要である。

決定指示受付部１７は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットアーム１０１に対して教示する力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン又はティーチングペンダントが有する操作ボタンを用いて、決定指示の入力を行う。

力登録部１８は、アーム制御部１５によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後に力算出部１２により算出された押付力のうち、決定指示受付部１７により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として記録部１９に登録する。

なお、記録部１９は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。
また図２では、記録部１９が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部１９は教示装置の外部に設けられていてもよい。

また、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施するものとする。

次に、図１，２に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、図１に示すように、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して位置又は姿勢をダイレクト教示する場合、ロボットアーム１０１の関節部分の回転角等を教示することになるが、この回転角等はユーザにとって視覚的に捉え易く位置又は姿勢の再現が容易である。これに対し、ユーザがロボットアーム１０１に対して力をダイレクト教示しようとする場合には、この力はユーザにとって視覚的に捉え難く力の再現が難しい。そこで、実施の形態１に係る教示装置では、ロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサ１１を用いることで、力のダイレクト教示を実現する。
一方、ロボットアーム１０１を自由に動かせる状態でユーザがロボットアーム１０１を物体２０１に押付けると、この押付力が物体２０１からの反発力で相殺されてしまうため、トルクセンサ１１はトルクを検出できない。そのため、この状態ではロボットアーム１０１に対する力のダイレクト教示は実施できない。そこで、実施の形態１に係る教示装置では、ロボットアーム１０１が物体２０１から離れた状態でサーボロック状態（静止状態）とする。これにより、この状態でユーザがロボットアーム１０１に押付力を加えると、ロボットアーム１０１には押付力のみが加えられた状態となり、トルクセンサ１１はこの押付力によるトルクを検出可能となる。

力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ロボットアーム１０１が有するツール１０２を物体２０１から離した位置に移動させる。図１では、ロボットアーム１０１が物体２０１の上方に移動されている。

次いで、ユーザは、サーボロック指示を教示装置に入力する。
次いで、アーム制御部１５は、ロボットアーム１０１をサーボロックする。

次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加える。この際、トルクセンサ１１はロボットアーム１０１に加えられたｚ軸方向の押付力によるトルクを算出し、力算出部１２はこのトルクから当該押付力を算出する。図１において、符号５０１に示す矢印はユーザにより加えられた押付力を示している。

また、通知部１６は力算出部１２により算出された押付力をリアルタイムに通知し、表示装置はその押付力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えた押付力をモニタしながらロボットアーム１０１に加える押付力を調整できる。

次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えた押付力が所望値となった場合に、決定指示を教示装置に入力する。

次いで、力登録部１８は、決定指示が入力されたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。

なお、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢によっては、ユーザがロボットアーム１０１に対して押付力を加え難い場合又はトルクセンサ１１での感度が弱くなる場合がある。そこで、このような場合には、例えば図３に示すように、ユーザは、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢を、力のダイレクト教示がし易い任意の位置又は姿勢に移動させてから、力のダイレクト教示を実施してもよい。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して押付力を加え易くなり、また、トルクセンサ１１での感度の低下を抑制できる。

以上のように、この実施の形態１によれば、教示装置は、ロボットアーム１０１に取付けられ、当該ロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサ１１と、トルクセンサ１１により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた押付力を算出する力算出部１２と、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部１４と、ロック指示受付部１４によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックするアーム制御部１５と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部１７と、アーム制御部１５によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後に力算出部１２により算出された押付力のうち、決定指示受付部１７により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部１８とを備えた。これにより、実施の形態１に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１１ トルクセンサ
１２ 力算出部
１３ 力教示部
１４ ロック指示受付部
１５ アーム制御部
１６ 通知部
１７ 決定指示受付部
１８ 力登録部
１９ 記録部
１０１ ロボットアーム
１０２ ツール
２０１ 物体

Claims (5)

1. ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサと、
   前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットアームに加えられた押付力を算出する力算出部と、
   ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、
   前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットアームをサーボロックするアーム制御部と、
   ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
   前記ロボットアームが有するツールが物体から離れた状態において、前記アーム制御部により前記ロボットアームがサーボロックされた後に前記力算出部により算出された押付力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、前記ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部と
   を備えた教示装置。
2. 前記力算出部により算出された押付力をリアルタイムに通知する通知部を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
3. 前記力算出部は、前記トルクセンサ毎に検出値から初期値を差し引いた差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出し、当該トルクセンサ毎に算出した力を合成することで前記ロボットアームに加えられた押付力を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の教示装置。
4. 前記ロボットアームに押付力が加えられる際の当該ロボットアームの位置又は姿勢は、任意の位置又は姿勢である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項記載の教示装置。
5. ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサと、前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットアームに加えられた押付力を算出する力算出部とを備えた教示装置による教示方法であって、
   ロック指示受付部が、ユーザからサーボロック指示を受付け、
   アーム制御部が、前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットアームをサーボロックし、
   決定指示受付部が、ユーザから決定指示を受付け、
   力登録部が、前記ロボットアームが有するツールが物体から離れた状態において、前記アーム制御部により前記ロボットアームがサーボロックされた後に前記力算出部により算出された押付力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、前記ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する
   ことを特徴とする教示方法。

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