JP7421155B1 - ロボットの教示システム及び教示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の教示地点を設定する際に、教示作業に要する工数を削減しつつも教示精度の低下を抑制可能な、ロボットの教示システム及び教示方法を提供する。
【解決手段】教示システム（１０）の制御装置（１４）は、ロボット（１２）の動作経路の内、第一経路（１２０）上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群と、第一経路（１２０）とは異なる第二経路（１２２）上の少なくとも一つの第二地点からなる第二地点群とを指定する教示操作を受け付けた場合、第一地点群及び第二地点群を教示地点として設定するとともに、第一経路（１２０）と第二経路（１２２）の間にある第三経路（１２４）上の少なくとも一つの第三地点からなる第三地点群を教示地点として設定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ロボットに教示を行うための教示システム及び教示方法に関する。

産業用ロボットの技術分野において、ロボットに所望の動作を行わせるべく、ロボットに対してロボットの位置・姿勢を教示するティーチング（あるいは、教示作業）が行われる。この教示作業は、例えば、複数の基板を収納可能なカセットに基板を搬入し、あるいは基板をカセットから搬出する「搬送作業」にも適用することができる。

特許文献１には、カセットへの進入位置及び基板の吸着位置に対してシフト演算を行うことにより、ロボットの動作制御を行う制御装置が開示されている。ここで、「シフト演算」とは、カセット内に設けられる最下段のラックの位置を基準点とし、当該基準点からの段差を考慮した演算であると解される。

特開２００５－０６６７７１号公報

ところで、ロボットは、装置固有に定義される三次元座標系、すなわち機械座標空間上での制御下において動作する。したがって、特許文献１に開示される「シフト演算」は、カセットが配置される実空間と上記した機械座標空間との相対的位置関係が既知である場合に限り、一意に特定することができる。

特に、上記した搬送作業において、非常に狭いラック間の隙間に対して基板の挿入及び搬出を行うことが多いため、ツールの位置・姿勢を高精度に制御する必要がある。上記したシフト演算を用いて搬送動作を行う場合、カセットの座標空間系とロボットの機械座標系との間の変換行列を高精度で定義する必要がある。また、変換行列が高精度に定義できたとしても、ロボットの機体差に起因する誤差、あるいは、減速機又はアームのたわみに起因する誤差が生じるため、教示の精度が低下する場合がある。

これに対して、ラックの段毎に教示作業を行うことにより教示の精度を高めることができるが、教示点数が増加すればその分だけ教示作業に要する工数が増加するという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の教示地点を設定する際に、教示作業に要する工数を削減しつつも教示精度の低下を抑制可能な、ロボットの教示システム及び教示方法を提供することにある。

本発明の第一態様におけるロボットの教示システムは、ロボットと、前記ロボットの教示地点を指定する教示操作を受け付ける教示端末と、機械座標空間を示す三次元座標系に基づいて前記ロボットの動作制御を行うとともに、前記教示端末からの前記教示操作を受け付ける制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ロボットの動作経路の内、第一経路上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群と、前記動作経路の内、前記第一経路とは異なる第二経路上の少なくとも一つの第二地点からなる第二地点群とを指定する前記教示操作を受け付けた場合、前記第一地点群及び前記第二地点群を前記教示地点として設定するとともに、前記動作経路の内、前記第一経路と前記第二経路との間にある第三経路上の少なくとも一つの第三地点からなる第三地点群を前記教示地点として設定するデータ処理を行うデータ処理部を備える。

本発明の第二態様におけるロボットの教示システムでは、前記制御装置は、前記機械座標空間上における前記ロボットの位置・姿勢の状態を示す複数の状態量を取得する取得部をさらに備え、前記複数の状態量は、前記第一地点に対応する第一状態量の集合体である第一状態量セット、及び、前記第二地点に対応する第二状態量の集合体である第二状態量セットを含み、前記データ処理は、前記取得部により取得された前記第一状態量セット及び前記第二状態量セットを用いて補間演算又は近似演算を施し、前記第三地点に対応する第三状態量の集合体である第三状態量セットを算出する算出処理を含む。

本発明の第三態様におけるロボットの教示システムでは、前記第二地点の数は、前記第一地点の数に等しく、前記補間演算又は前記近似演算は、各地点の配列順に対応する前記第一状態量及び前記第二状態量の組を用いて行われる。

本発明の第四態様におけるロボットの教示システムでは、前記データ処理は、一次元又は二次元に区画される複数の区画領域の相対的位置関係を示すレイアウト情報を用いて、前記ロボットが前記区画領域にアクセスするための前記第三経路をそれぞれ特定し、前記第三経路を前記区画領域の識別情報と対応付ける対応付け処理を含む。

本発明の第五態様におけるロボットの教示システムでは、前記教示端末は、前記教示操作を受け付ける前又は受け付けている途中に、前記第一地点群及び前記第二地点群における前記教示地点の指定順番を案内するガイダンス情報を出力する。

本発明の第六態様におけるロボットの教示システムでは、前記制御装置は、前記第一地点同士の位置関係、前記第二地点同士の位置関係、又は前記第一地点と前記第二地点との間の位置関係を判定する判定部をさらに備え、前記教示端末は、前記判定部による判定結果に応じて異なる報知情報を出力する。

本発明の第七態様におけるロボットの教示方法は、ロボットと、前記ロボットの教示地点を指定する教示操作を受け付ける教示端末と、機械座標空間を示す三次元座標系に基づいて前記ロボットの動作制御を行うとともに、前記教示端末からの前記教示操作を受け付ける制御装置と、を備えるシステムを用いた方法であって、前記ロボットの動作経路の内、第一経路上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群と、前記動作経路の内、前記第一経路とは異なる第二経路上の少なくとも一つの第二地点からなる第二地点群とを指定する前記教示操作を受け付けるステップと、前記制御装置が、前記第一地点群及び前記第二地点群を前記教示地点として設定するとともに、前記動作経路の内、前記第一経路と前記第二経路の間にある第三経路上の少なくとも一つの第三地点からなる第三地点群を前記教示地点として設定するデータ処理を行う処理ステップと、を前記制御装置が実行する。

本発明によれば、複数の教示地点を設定する際に、教示作業に要する工数を削減しつつも教示精度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態におけるロボットの教示システムの全体の構成を示す図である。 図１に示す教示システムに関するブロック図である。 図１及び図２の教示システムを用いた教示方法の一例を示すフローチャートである。 図１のティーチペンダントに表示される教示画面の一例を示す図である。 図３の設定工程（ステップＳＰ１６）に関する詳細フローチャートである。 図１のロボットの機械座標空間上における教示地点の位置関係を模式的に示す図である。 図５の教示地点の設定結果を模式的に示す図である。 この実施形態における教示方法による効果を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［教示システム１０の構成］
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態におけるロボットの教示システム（以下、単に「教示システム１０」という）の全体の構成を示す図である。教示システム１０は、ロボット１２に位置・姿勢又は動きを教示する「教示作業」（あるいは、ティーチング作業）を行うために設けられる。この教示システム１０は、具体的には、ロボット１２と、制御装置１４と、ティーチペンダント１６（「教示端末」に相当）と、を含んで構成される。ロボット１２及びティーチペンダント１６はそれぞれ、制御装置１４に接続されている。

ロボット１２は、ディスプレイパネルの生産に用いられる基板１８を搬入又は搬出するものである。図１の例では、ロボット１２は、アーム部２０を有する垂直関節型ロボットから構成される。アーム部２０の関節軸５０（図２）に、サーボ制御を通じて回転駆動を行うサーボモータ５２（図２）が接続されている。ロボット１２は、制御装置１４による指令に応じて、複数の関節軸５０を独立して駆動することで、基板１８の移動、搬送を含む様々な作業を行うことができる。

アーム部２０の先端には、基板１８の搬入出を行うためのツール２２が装着されている。このツール２２は、具体的には、基板１８を保持する板状の保持装置である。なお、ロボット１２のアーム部２０又はツール２２に、ロボット１２の位置・姿勢の状態を特定するための基準点ＴＣＰ（いわゆる、ツールセンターポイント）が設定されている。図１の例では、基準点ＴＣＰは、ツール２２の先端側中央の位置に対応する。

ロボット１２の動作範囲内に、作業台２４が設けられている。図１の例では、作業台２４がなす平面をＸ－Ｙ平面と定義するとともに、作業台２４の法線方向をＺ軸と定義している。この場合、実空間は、ＸＹＺを三軸とする三次元直交座標系で表現される。

作業台２４の上に、複数枚の基板１８を上下方向（つまり、Ｚ軸方向）に積み重ねて収納可能なカセット２６が載置されている。カセット２６の内側に、奥行き方向（例えば、Ｙ軸方向）に延びて、かつＺ軸方向に略等間隔になるように複数のラック２８が設けられている。複数のラック２８により区画される複数の収納領域（以下、「区画領域３０」という）に、基板１８を一枚ずつ差し込むことにより、複数枚の基板１８を互いに離間した状態で収納することができる。

制御装置１４は、ロボット１２の動作制御を司るコンピュータである。この制御装置１４は、具体的には、コネクタ３２と、通信Ｉ／Ｆ３４と、プロセッサ３６と、メモリ３８と、を備える。各構成要素の個数は、図１の例では一つであるが、二つ以上であってもよい。

コネクタ３２は、電力ケーブル又は通信ケーブル（いずれも不図示）を介して、ロボット１２と電気的に接続するための端子である。これにより、制御装置１４は、ロボット１２に向けて電力や制御信号を供給するとともに、ロボット１２に設けられる各種センサからの測定信号を取得する。

通信Ｉ／Ｆ３４は、外部装置との間で通信を行うためのインターフェースである。これにより、制御装置１４は、例えば、ティーチペンダント１６を含む作業端末、又は上位装置（不図示）との間でデータのやり取りを行うことができる。

プロセッサ３６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む汎用プロセッサであってもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含む専用プロセッサであってもよい。メモリ３８は、非一過性の記憶媒体であり、プロセッサ３６が各構成要素を制御するのに必要なプログラム及びデータを記憶する。

ティーチペンダント１６は、ロボット１２の教示作業に用いられる端末であり、ヒューマン・マシン・インターフェース（以下、「ＨＭＩ４０」という）を有する。ＨＭＩ４０は、教示地点を指示するための操作部４２と、教示操作に関する様々な情報を出力する情報出力部４４として機能する。操作部４２は、例えば、機械スイッチ、タッチセンサ、又は音声センサを含む入力デバイスから構成される。情報出力部４４は、例えば、表示パネル、スピーカ、又はランプを含む出力デバイスから構成される。

ここでは、作業者が、ティーチペンダント１６を操作装置として用いて、ロボット１２を移動させながら教示作業を行う場合を想定している。教示作業は、具体的には、［１］所望の地点にロボット１２を誘導する作業、及び［２］所望の地点にて教示地点を指定する操作を繰り返して行われる。実際の教示データとして、機械座標空間上でのロボット１２（より詳しくは、基準点ＴＣＰ）の位置・姿勢の状態を示す状態量が取得される。この状態量は、例えば、［１］機械座標空間をなすＵ軸における座標値（Ｕ）、［２］機械座標空間をなすＶ軸における座標値（Ｖ）、［３］機械座標空間をなすＷ軸における座標値（Ｗ）、［４］Ｕ軸回りのロール角（ｒ）、［５］Ｖ軸回りのピッチ角（ｐ）、及び［６］Ｗ軸回りのヨー角（ｙ）の状態値を組み合わせてなる。

＜ブロック図＞
図２は、図１に示す教示システム１０に関するブロック図である。ロボット１２は、関節軸５０と、サーボモータ５２と、位置センサ５４と、を備える。制御装置１４は、サーボモータ５２を駆動制御するためのサーボ制御部６０を備える。図示の便宜上、一組の構成要素のみを記載しているが、実際には、複数組（図１の例では、六組）が設けられている。

サーボモータ５２は、関節軸５０を回転させる回転アクチュエータである。位置センサ５４（あるいは、エンコーダ）は、サーボモータ５２の角度位置を示す検出信号（以下、「位置信号」という）を出力する。サーボ制御部６０は、位置センサ５４からの位置信号に基づいて、サーボモータ５２の駆動制御を行う。駆動制御には、例えば、サーボモータ５２に流れる電流を制御量とするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）が用いられる。

制御装置１４は、上記したサーボ制御部６０の他に、状態演算部６２と、操作受付部６４と、教示処理部６６と、データ記憶部６８と、プログラム実行部７０と、をさらに備える。

状態演算部６２は、サーボモータ５２の位置情報及び動力学パラメータを用いて、ロボット１２の基準点ＴＣＰにおける位置・姿勢の状態を示す状態量を算出する。この状態量は、上記した通り、Ｕ座標値、Ｖ座標値、Ｗ座標値、ロール角ｒ、ピッチ角ｐ、及びヨー角ｙの組み合わせからなるベクトル量（Ｕ，Ｖ，Ｗ，ｒ，ｐ，ｙ）から構成される。以下、同一の経路上にある複数の地点に対応する状態量の集合体を「状態量セット」という場合がある。

操作受付部６４は、ティーチペンダント１６からの教示操作を受け付ける。この教示操作には、ロボット１２が動作する経路（以下、「動作経路」ともいう）上の一つ又は二以上の地点（以下、地点群ともいう）を指定する操作が含まれる。例えば、［１］第一経路上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群、及び［２］第二経路上の少なくとも一つの第二地点からなる第一地点群がそれぞれ指定される。なお、第二地点の数は、第一地点の数と同じであってもよいし、第一地点の数と異なっていてもよい。

また、操作受付部６４は、ティーチペンダント１６からの教示操作を受け付けたことを契機として、教示処理部６６による教示処理に必要な情報を取得する。この「必要な情報」の一例として、［１］状態量を取得するタイミングを特定するタイミング情報、又は［２］カセット２６のレイアウトに関する情報（以下、「レイアウト情報」という）が挙げられる。

教示処理部６６は、ロボット１２の教示に関する情報処理（つまり、教示処理）を行う。教示処理部６６は、具体的には、取得部７２と、判定部７４と、データ処理部７６と、報知指示部７８と、を含んで構成される。

取得部７２は、状態演算部６２から、機械座標空間上におけるロボット１２の位置・姿勢の状態を示す複数の状態量を取得する。複数の状態量は、［１］第一地点に対応する第一状態量の集合体（以下、「第一状態量セット」という）、及び［２］第二地点に対応する第二状態量の集合体（以下、「第二状態量セット」という）を含む。

また、取得部７２は、操作受付部６４から、カセット２６のレイアウトに関する情報（つまり、レイアウト情報）を取得する。レイアウト情報は、一次元又は二次元に区画される複数の区画領域３０の相対的位置関係を示す情報を含む。レイアウト情報の一例として、ラック２８の段数、ラック２８の段毎の教示点数、教示作業を行うラック２８の識別情報（例えば、最上段及び最下段）が挙げられる。

判定部７４は、取得部７２により取得された第一状態量セット又は第二状態量セットを用いて、第一地点同士の位置関係、第二地点同士の位置関係、又は第一地点と第二地点の間の位置関係が妥当であるか否かについて判定処理を行う。「位置関係の妥当性」とは、例えば、［１］教示点数の過不足がないこと、［２］教示地点の位置ずれが許容範囲内であること、又は［３］指定された順番通りに教示が行われていること、が挙げられる。

データ処理部７６は、操作受付部６４が第一地点群及び第二地点群を指定する教示操作を受け付けたことを契機として、データ処理部７６は、教示地点を一括設定するためのデータ処理を行う。ここで、「設定」とは、作業プログラムを実行する際に、教示地点に対応する状態量を利用可能な状態にすることを意味する。また、「一括設定」とは、第一地点群及び第二地点群と併せて第三地点群を、教示地点として纏めて設定することを意味する。なお、「第三地点群」は、第一経路と第二経路の間にある第三経路上の一つ又は二つ以上の第三地点に相当する。第三経路の数は、一つであってもよいし、二つ以上あってもよい。

データ処理部７６が実行するデータ処理は、例えば、［１］状態量の算出処理、［２］状態量の補正処理、［３］区画領域３０との対応付け処理、又は［４］教示データの生成処理を含む。

「算出処理」は、取得部７２により取得された第一状態量セット及び第二状態量セットを用いて補間演算又は近似演算を施し、第三地点に対応する第三状態量の集合体（以下、「第三状態量セット」という）を算出するための情報処理である。補間演算又は近似演算は、ｍ個（ｍは自然数）の第一状態量及びｎ個（ｎは自然数）の第二状態量を組み合わせて行われる。第二地点の数が第一地点の数に等しい場合（ｍ＝ｎ）、補間演算又は近似演算は、各地点の配列順に対応する第一状態量及び第二状態量の組を用いて行われてもよい。補間演算の手法の一例として、リニア補間、スプライン補間、又はラグランジュ補間が挙げられる。近似演算の手法の一例として、Ｂ－スプライン曲線、回帰直線、又は回帰曲線が挙げられる。

「補正処理」は、取得部７２により取得された第一状態量セットと第二状態量セットとのうち、少なくとも一つの状態量を補正するための情報処理である。補正処理は、第一地点同士の位置関係、第二地点同士の位置関係、又は第一地点と第二地点の間の位置関係が理想状態に近づくように行われる。この「理想状態」とは、例えば、複数の地点から回帰直線又は回帰平面を求め、得られた回帰直線又は回帰平面からの距離が許容範囲内にあることを意味する。

「対応付け処理」は、カセット２６のレイアウト情報を用いて、ロボット１２が区画領域３０にアクセスするための第三経路をそれぞれ特定し、第三経路を区画領域３０の識別情報と対応付けるための情報処理である。識別情報の一例として、ラック２８の位置を識別するためのラックＩＤが挙げられる。

報知指示部７８は、教示処理部６６による処理結果の報知をティーチペンダント１６に指示する。例えば、報知指示部７８は、判定部７４による判定結果又はデータ処理部７６による処理結果に応じて、異なる報知情報を出力するようにティーチペンダント１６に指示してもよい。報知情報の一例として、［１］正常終了又は異常終了したことを示すフラグ情報、又は［２］教示地点の修正が行われたことを示すフラグ情報が挙げられる。

データ記憶部６８は、教示処理部６６により生成された教示データを記憶する。教示データは、作業プログラムを実行する際に、教示地点に対応する状態量を利用可能な状態に記憶されている。

プログラム実行部７０は、サーボ制御部６０と連動して、ロボット１２に基板１８の搬入出作業を行わせるための作業プログラムを実行する。作業プログラムの実行する際に、データ記憶部６８に記憶されている教示データが参照される。

［教示システム１０の動作］
この実施形態における教示システム１０は、以上のように構成される。続いて、この教示システム１０を用いたロボット１２の教示方法について、図３～図７を参照しながら説明する。図３は、図１及び図２の教示システム１０を用いた教示方法の一例を示すフローチャートである。

（ＳＰ１０：入力工程）
図３のステップＳＰ１０において、レイアウト情報の入力工程が行われる。具体的には、作業者は、ティーチペンダント１６に表示されている教示画面１００を介して、カセット２６に関するレイアウト情報を入力する。

図４は、図１のティーチペンダント１６のＨＭＩ４０に表示される教示画面１００の一例を示す図である。この教示画面１００上には、入力欄１０２，１０４、ガイダンス欄１０６（「ガイダンス情報」に相当）、及びボタン１０８，１１０が設けられている。

入力欄１０２は、カセット２６が有するラック２８の段数を入力するためのユーザコントロールから構成される。入力欄１０４はラック２８の段毎の点数を入力するためのユーザコントロールから構成される。

ガイダンス欄１０６は、ロボット１２及びカセット２６の位置関係を模式的に示すイラストを含んで構成される。このイラストの中に、教示位置を示す八つのマーク（ここでは、丸印）と、教示順番を示す八つの数字（ここでは、１～８）と、がさらに含まれている。作業者は、このガイダンス欄１０６を視認することにより、［１］最上段のラック２８を目標として、カセット２６の遠側から近側に向かって四点の教示を行い、［２］最下段のラック２８を目標として、カセット２６の遠側から近側に向かって四点の教示を行う、という作業手順を把握することができる。

なお、ガイダンス欄１０６は、教示に関する各種設定が変更される度に、設定の内容と合致するように描画内容が更新されてもよい。例えば、入力欄１０４の入力値の変更を受け付けた場合にイラスト中のマークの個数が変更されてもよいし、基準点ＴＣＰ（図１）の位置の変更を受け付けた場合にイラスト中のマークの位置が変更されてもよい。

［開始］と表記されたボタン１０８は、ロボット１２の教示動作を開始するためのユーザコントロールに相当する。［キャンセル］と表記されたボタン１１０は、教示画面１００からの入力操作を中止するためのユーザコントロールに相当する。例えば、作業者は、入力欄１０２，１０４に所望の数字を入力した後、［開始］ボタン１０８をタッチ又はクリックする操作を行うことにより、次の工程（ステップＳＰ１２）に進む。

（ＳＰ１２：第一教示工程）
図３のステップＳＰ１２において、最上段経路の教示工程が行われる。具体的には、作業者は、最上段のラック２８にアクセスするための経路（つまり、最上段経路）に沿って教示操作を行う。作業者は、［１］最上段経路上にある所望の地点にロボット１２を誘導する作業、及び［２］所望の地点にて教示地点を指定する操作を繰り返して行う。これにより、最上段経路に対応する状態量セット（つまり、第一状態量セット）が取得される。

（ＳＰ１４：第二教示工程）
ステップＳＰ１４において、最下段経路の教示工程が行われる。具体的には、作業者は、最下段のラック２８にアクセスするための経路（つまり、最下段経路）に沿って教示操作を行う。作業者は、［１］最下段経路上にある所望の地点にロボット１２を誘導する作業、及び［２］所望の地点にて教示地点を指定する操作を繰り返して行う。これにより、最下段経路に対応する状態量セット（つまり、第二状態量セット）が取得される。

（ＳＰ１６：設定工程）
ステップＳＰ１６において、教示地点の設定工程が行われる。具体的には、制御装置１４は、ステップＳＰ１２，ＳＰ１４の工程を通じて取得された第一状態量セット及び第二状態量セットを用いて、最上段経路１２０、最下段経路１２２、又は中段経路１２４（図７）の上にある複数の教示地点を設定する。この設定工程に伴う制御装置１４の具体的な動作については、図５～図７を参照しながら後述する。

（ＳＰ１８：報知工程）
ステップＳＰ１８において、作業者に対する報知工程が行われる。具体的には、ティーチペンダント１６は、［１］正常終了の旨の報知、［２］異常終了の旨の報知、又は［３］教示地点の修正を行った旨の報知のいずれかを行う。以上のようにして、ロボット１２の教示に関する一連の工程が終了する。

＜設定工程の具体例＞
図５は、図３の設定工程（ステップＳＰ１６）に関する詳細フローチャートである。図５に示すステップＳＰ３０～ＳＰ４８は、制御装置１４の教示処理部６６（図２）により実行される。

（ＳＰ３０：取得ステップ）
ステップＳＰ３０において、取得部７２は、操作受付部６４から、カセット２６のレイアウト情報を取得する。例えば、ラック２８の段数が「１１」であり、段数毎の点数が「４」である場合、最上段のラックＩＤが「１」、最下段のラックＩＤが「１１」にそれぞれ割り当てられる。

（ＳＰ３２：取得ステップ）
図５のステップＳＰ３２において、取得部７２は、状態演算部６２から、最上段経路に対応する第一状態量セットを取得する。

（ＳＰ３４：取得ステップ）
ステップＳＰ３４において、取得部７２は、状態演算部６２から、最下段経路に対応する第二状態量セットを取得する。

（ＳＰ３６：判定ステップ）
ステップＳＰ３６において、判定部７４は、ステップＳＰ３０で取得された第一状態量セット及びステップＳＰ３２で取得された第二状態量セットを用いて、複数の教示地点間の位置関係に関する妥当性について判定する。

図６は、図１のロボット１２の機械座標空間上における教示地点の位置関係を模式的に示す図である。実際の状態量は、六つの成分を有するベクトル量であるが、図示の便宜上、Ｖ軸及びＷ軸を二軸とする平面座標系で表現されている。図６の例では、基準点ＴＣＰがカセット２６から遠ざかるにつれてＶ座標値が小さくなり、基準点ＴＣＰがカセット２６に近づくにつれてＶ座標値が大きくなるように設けられている。

点Ｐ１１～Ｐ１４は、最上段経路上の地点を示す。点Ｐ２１～Ｐ２４は、最下段経路上の地点を示す。仮想線Ｌ１は、二点Ｐ１１，Ｐ２１を結ぶ直線を示す。仮想線Ｌ２は、二点Ｐ２１，Ｐ２２を結ぶ直線を示す。仮想線Ｌ３は、二点Ｐ１３，Ｐ２３を結ぶ直線を示す。仮想線Ｌ４は、二点Ｐ１４，Ｐ２４を結ぶ直線を示す。仮想線Ｌ５は、四点Ｐ１１～Ｐ１４の回帰直線（あるいは、近似直線）を示す。仮想線Ｌ６は、四点Ｐ２１～Ｐ２４の回帰直線（あるいは、近似直線）を示す。

判定パラメータの一例として、［１］仮想線Ｌ１～Ｌ４とＷ軸のなす角、［２］仮想線Ｌ１～Ｌ４同士のなす角、又は［３］仮想線Ｌ５，Ｌ６同士のなす角が挙げられる。例えば、判定部７４は、上記した角度が閾値以下である場合に位置関係が「妥当である」と判定する一方、上記した角度が閾値を上回る場合に位置関係が「妥当でない」と判定する。

（ＳＰ３８：確認ステップ）
図５のステップＳＰ３８において、データ処理部７６は、ステップＳＰ３６により得られた判定結果を確認する。位置関係が妥当でない場合（ステップＳＰ３８：ＮＯ）、教示処理部６６は、図５に示すフローチャートの動作をそのまま終了する。その一方、位置関係が妥当である場合（ステップＳＰ３８：ＹＥＳ）、データ処理部７６は、次のステップＳ４０に進む。

（ＳＰ４０：選択ステップ）
ステップＳＰ４０において、データ処理部７６は、最上段経路（又は最下段経路）上にある四組の教示地点の中から、まだ選択されていない教示地点の組を選択する。ここでは、図６における点Ｐ１１，Ｐ２１の組が選択されたとする。

（ＳＰ４２：算出ステップ）
ステップＳＰ４２において、データ処理部７６は、ステップＳＰ４０で選択された教示地点の組に対応する状態量の組を用いて補間演算を施し、複数（ここでは、ラック段数と同数）の状態量をそれぞれ算出する。例えば、リニア補間の場合、二点Ｐ１１，Ｐ２１を結ぶ直線区間を九等分するように、各々の状態量が求められる。

（ＳＰ４４：対応付けステップ）
ステップＳＰ４４において、データ処理部７６は、ステップＳＰ４２で算出された複数の状態量をラックＩＤに対応付ける。これにより、点Ｐ１１の状態量がＩＤ＝１に、点Ｐ２１の状態量がＩＤ＝１１にそれぞれ対応付けられる。また、残りの状態量は、点Ｐ１１から近い順に、ＩＤ＝２，３，‥，１０にそれぞれ対応付けられる。

（ＳＰ４６：確認ステップ）
ステップＳＰ４６において、データ処理部７６は、四組の教示地点がすべて選択されたか否かを確認する。まだ選択されていない場合（ステップＳＰ４６：ＮＯ）、データ処理部７６は、ステップＳＰ４０に戻って、四組の教示地点がすべて選択されるまで、ステップＳＰ４０～ＳＰ４６を順次繰り返す。そして、四組の教示地点がすべて選択された場合（ステップＳＰ４６：ＹＥＳ）、データ処理部７６は、次のステップＳＰ４８に進む。

（ＳＰ４８：設定ステップ）
ステップＳＰ４８において、データ処理部７６は、［１］最上段経路１２０、［２］最下段経路１２２、及び［３］中段経路１２４の上にある地点群を、ロボット１２の教示地点として一括して設定する。

図７は、図５の教示地点の設定結果を模式的に示す図である。図６の場合と同様に、教示地点に対応する状態量が、Ｖ軸及びＷ軸を二軸とする平面座標系で表現されている。図７から理解されるように、Ｐ１１～Ｐ１４を通る最上段経路１２０（ＩＤ＝１）と、Ｐ２１～Ｐ２４を通る最下段経路１２２（ＩＤ＝１１）と、最上段経路１２０と最下段経路１２２の間にある九つの中段経路１２４（ＩＤ＝２～１０）と、がそれぞれ設定される。図示の便宜上、ＩＤ＝６に対応する中段経路１２４のみを示しているが、実際には、四点の教示地点を通る九つの中段経路１２４が設定されている。

このようにして、制御装置１４が図５のフローチャートを実行することにより、図３の設定工程（ステップＳＰ１６）が終了する。

図８は、この実施形態における教示方法による効果を模式的に示す図である。図６及び図７の場合と同様に、各地点に対応する状態量が、Ｖ軸及びＷ軸を二軸とする平面座標系で表現されている。破線のグラフは「比較例」における状態量の計算値を示すとともに、実線のグラフは「実施例」における状態量の計算値を示している。

「比較例」は、Ｚ軸及びＷ軸が一致する場合を想定したシフト演算（特開２００５－０６６７７１号公報を参照）による状態量の軌跡を示している。「比較例」の状態量は、唯一の教示地点に対応する「最下段」の状態量に、ラック２８の段あたりの状態量（つまり、シフト量）に段差数を乗算した値を加算することで求められる。

「実施例」は、この実施形態における教示方法による状態量の軌跡を示している。「実施例」の状態量は、二つの教示地点に対応する「最下段」及び「最上段」の状態量を通過するリニア補間演算により求められる。

太線のグラフは、ロボット１２のツール２２をカセット２６の最下段から最上段までの区間を高さ方向（つまり、Ｚ軸方向）に連続的に移動させた場合における状態量の軌跡を示している。この状態量は、ロボット１２の外部に設けられている計測装置（例えば、レーザトラッカ）を用いて実際に測定した実測値に相当する。以下、状態量の計算値と実測値との差を「教示誤差」という。

ここで、Ｅｒｒ１は、「比較例」における教示誤差の最大値を示している。また、Ｅｒｒ２は、「実施例」における教示誤差の最大値を示している。図８から理解されるように、Ｅｒｒ１＞Ｅｒｒ２の大小関係が成り立ち、「実施例」では「比較例」よりも教示誤差が大幅に低減されている。以下、この理由について説明する。

上記した搬送作業において、非常に狭いラック２８間の隙間に対して基板１８の挿入及び搬出を行うことが多いため、ツール２２の位置・姿勢を高精度に制御する必要がある。「比較例」のシフト演算を用いて搬送動作を行う場合、カセット２６の座標空間系（例えば、ＸＹＺ座標系）とロボット１２の機械座標系（例えば、ＵＶＷ座標系）との間の変換行列を高精度で定義する必要がある。また、変換行列が高精度に定義できたとしても、ロボット１２の機体差に起因する誤差、あるいは、減速機又はアームのたわみに起因する誤差が生じるため、教示の精度が低下する場合がある。

「比較例」では、上記したすべての誤差の影響を受けることで、教示誤差Ｅｒｒ１が大きくなる傾向がある。図８の例では、特に、Ｗ軸がＺ軸に対して僅かに傾いているので、唯一の教示地点に対応する「最下段」では教示誤差が小さいが、教示地点からの距離が長くなるにつれて、つまり、「最上段」に向かうにつれて教示誤差が徐々に大きくなる傾向がみられる。

そこで、「実施例」では、最上段及び最下段からなる二段のラック２８の搬送動作を現物合わせで教示し、得られた教示データから中間段のラック２８毎の指令位置（つまり、状態量）を自動で演算する。これにより、カセット２６の座標系と機械座標系との間の相対的位置関係を定義する手間を省くことができる。また、現物合わせを行うことにより、その教示位置における精度が保障される。また、現物合わせを行うことにより、ロボット１２の機体差に起因する誤差、あるいは、減速機又はアームのたわみに起因する誤差を吸収できる。特に、補間式又は近似式を用いて中間段の状態量を算出することで、上記した各種誤差をあらかじめ考慮した教示作業を実現することができる。

［実施形態のまとめ］
以上のように、この実施形態におけるロボット１２の教示システム１０及び教示方法によれば、制御装置１４は、第一経路（ここでは、最上段経路１２０）上の第一地点群と、第二経路（ここでは、最下段経路１２２）上の第二地点群とを指定する教示操作を受け付けた場合、第一地点群及び第二地点群を教示地点として設定するとともに、最上段経路１２０と最下段経路１２２の間にある第三経路（ここでは、中段経路１２４）上の第三地点群を教示地点として設定するデータ処理を行う。これにより、それぞれ現物合わせがなされた最上段経路１２０と最下段経路１２２との関係から、中段経路１２４の教示を自動的にかつ高精度に行うことができる。これにより、複数の教示地点を設定する際に、教示作業に要する工数を削減しつつも教示精度の低下を抑制することができる。

また、複数の状態量が、第一地点に対応する第一状態量の集合体である第一状態量セット、及び、第二地点に対応する第二状態量の集合体である第二状態量セットを含む場合、データ処理は、第一状態量セット及び第二状態量セットを用いて補間演算又は近似演算を施し、第三地点に対応する第三状態量の集合体である第三状態量セットを算出してもよい。補間演算又は近似演算を通じて、第一状態量及び第二状態量の関係性を反映しつつ、より高い精度で第三状態量を算出することができる。

また、第二地点の数が第一地点の数に等しい場合、補間演算又は近似演算は、各地点の配列順に対応する第一状態量及び第二状態量の組を用いて行われてもよい。補間演算又は近似演算を通じて、各地点の配列順を反映しつつ、より高い精度で第三状態量を算出することができる。

また、データ処理は、一次元又は二次元に区画される複数の区画領域３０の相対的位置関係を示すレイアウト情報を用いて、ロボット１２が区画領域３０にアクセスするための中段経路１２４をそれぞれ特定し、中段経路１２４を区画領域３０の識別情報と対応付ける対応付け処理を含んでもよい。これにより、ロボット１２に対して各々の区画領域３０にアクセスするように教示することができる。

また、教示端末（ここでは、ティーチペンダント１６）は、教示操作を受け付ける前又は受け付けている途中に、第一地点群及び第二地点群における教示地点の指定順番を案内するガイダンス情報（ここでは、ガイダンス欄１０６）を出力してもよい。これにより、教示操作を行おうとする作業者の支援になる。

また、制御装置１４は、第一地点同士の位置関係、第二地点同士の位置関係、又は第一地点と第二地点との間の位置関係を判定する場合、ティーチペンダント１６は、制御装置１４による判定結果に応じて異なる報知情報を出力してもよい。作業者は、報知情報の出力を通じて、自身による教示操作が妥当であったか否かを把握することができる。

［変形例］
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲でフローチャートを構成する各ステップの実行順を変更してもよい。

上記した実施形態では、教示データに中段経路１２４の状態量セットが含まれる場合を例を挙げて説明したが、補間演算又は近似演算の実行タイミングはこれに限られない。例えば、作業プログラムを実行する際、教示データを読み出す度に、補間演算又は近似演算を行って中段経路１２４の状態量セットを計算してもよい。この場合、例えば、ラック２８の識別情報（つまり、ラックＩＤ）が、関数コマンドの引数として参照されてもよい。

上記した実施形態では、複数の区画領域３０がＺ軸方向に並んで設けられている場合を例に挙げて説明したが、区画領域３０のレイアウトはこれに限られない。例えば、複数の区画領域は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に一次元的に配置されてもよいし、ＸＹ平面・ＹＺ平面・ＸＺ平面上のいずれかに二次元的に配置されていてもよい。

上記した実施形態では、ティーチペンダント１６を操作装置として用いる場合を例に挙げて説明したが、教示の態様はこれに限られない。教示の態様は、例えば、ネットワークに接続された作業端末を操作装置として用いるものであってもよいし、ロボット１２のアーム部２０にハンドルを取り付けて直接操作するものであってもよい。

上記した実施形態では、ロボット１２が垂直多関節ロボットである場合を例に挙げて説明したが、産業用ロボットの種類はこれに限られない。例えば、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、あるいは直交ロボットのいずれであってもよい。上記した実施形態では、ワークが基板１８である場合を例に挙げて説明したが、ワークの種類はこれに限られない。同様に、ツール２２の種類は、ワークの種類又は作業の種類に応じて種々変更され得る。

１０…教示システム、１２…ロボット、１４…制御装置、１６…ティーチペンダント（教示端末）、７２…取得部、７４…判定部、７６…データ処理部、７８…報知指示部、１２０…最上段経路（第一経路）、１２２…最下段経路（第二経路）、１２４…中段経路（第三経路）、Ｐ１１～Ｐ１４…地点（第一地点）、Ｐ２１～Ｐ２４…地点（第二地点）

Claims (4)

1. ロボットと、
   前記ロボットの教示地点を指定する教示操作を受け付ける教示端末と、
   機械座標空間を示す三次元座標系に基づいて前記ロボットの動作制御を行うとともに、前記教示端末からの前記教示操作を受け付ける制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記ロボットの動作経路の内、第一経路上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群と、前記動作経路の内、前記第一経路とは異なる第二経路上の少なくとも一つの第二地点からなる第二地点群とを指定する前記教示操作を受け付けた場合、前記第一地点群及び前記第二地点群を前記教示地点として設定するとともに、前記動作経路の内、前記第一経路と前記第二経路との間にある第三経路上の少なくとも一つの第三地点からなる第三地点群を前記教示地点として設定するデータ処理を行うデータ処理部と、
   前記機械座標空間上における前記ロボットの位置・姿勢の状態を示す複数の状態量を取得する取得部と、
   を備え、
   前記複数の状態量は、前記第一地点に対応する第一状態量の集合体である第一状態量セット、及び、前記第二地点に対応する第二状態量の集合体である第二状態量セットを含み、
   前記データ処理は、前記取得部により取得された前記第一状態量セット及び前記第二状態量セットを用いて補間演算又は近似演算を施し、前記第三地点に対応する第三状態量の集合体である第三状態量セットを算出する算出処理を含むことを特徴とする、ロボットの教示システム。
2. 前記第二地点の数は、前記第一地点の数に等しく、
   前記補間演算又は前記近似演算は、各地点の配列順に対応する前記第一状態量及び前記第二状態量の組を用いて行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の、ロボットの教示システム。
3. 前記データ処理は、一次元又は二次元に区画される複数の区画領域の相対的位置関係を示すレイアウト情報を用いて、前記ロボットが前記区画領域にアクセスするための前記第三経路をそれぞれ特定し、前記第三経路を前記区画領域の識別情報と対応付ける対応付け処理をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の、ロボットの教示システム。
4. ロボットと、前記ロボットの教示地点を指定する教示操作を受け付ける教示端末と、機械座標空間を示す三次元座標系に基づいて前記ロボットの動作制御を行うとともに、前記教示端末からの前記教示操作を受け付ける制御装置と、を備えるシステムを用いた、ロボットの教示方法であって、
   前記ロボットの動作経路の内、第一経路上の少なくとも一つの第一地点からなる第一地点群と、前記動作経路の内、前記第一経路とは異なる第二経路上の少なくとも一つの第二地点からなる第二地点群とを指定する前記教示操作を受け付けるステップと、
   前記第一地点群及び前記第二地点群を前記教示地点として設定するとともに、前記動作経路の内、前記第一経路と前記第二経路との間にある第三経路上の少なくとも一つの第三地点からなる第三地点群を前記教示地点として設定するデータ処理を行うステップと、
   前記機械座標空間上における前記ロボットの位置・姿勢の状態を示す複数の状態量を取得するステップと、
   を前記制御装置が実行し、
   前記複数の状態量は、前記第一地点に対応する第一状態量の集合体である第一状態量セット、及び、前記第二地点に対応する第二状態量の集合体である第二状態量セットを含み、
   前記データ処理は、取得された前記第一状態量セット及び前記第二状態量セットを用いて補間演算又は近似演算を施し、前記第三地点に対応する第三状態量の集合体である第三状態量セットを算出する算出処理を含むことを特徴とする、ロボットの教示方法。

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