JPH03123907A - ロボットの直接教示装置及び直接教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットの直接教示装置及び直接教示方法に関
し、特にティーチングプレイバック方式のロボットや作
業機械の教示作業において、教示作業の状況に応じて操
作性を変更することができ、これによって能率と教示す
る位置や姿勢の精度とを向上したロボットの直接教示装
置及び直接教示方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、力制御に基づくロボットの直接教示方法が提案さ
れている。この直接教示方法は、教示作業者がロボット
のアームの先部に設けられた手先効果器に力を加え、こ
の加えられた力をリスト部に備えた力センサで検出し、
力センサが出力する力信号に基づき且つ予め定められた
演算式に上り力制御を行う制御手段に従って、前記の加
えられた力に応じるようにロボットのアームの動作を制
御し、手先効果器の移動速度と移動方向を決定し、手先
効果器を目標とする位置に誘導して教示データを記憶す
るものである。この力制御によるロボットの制御では、
前記演算式の上において手先効果器に仮想質量を設定し
、教示作業者に上り力センサに対し加えられた力に比例
した速度又は加速度、又はその代数和で手先効果器を移
動させるように構成されている。このように構成される
従来のロボットの直接教示装置又は直接教示方法として
は、特開昭５９−１４４８４号や特開昭５９−１５７７
１５号等に開示されるものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の力制御によるロボットの直接教示装置では、ロボ
ットの手先効果器の位置を変更するためアームを誘導す
ることにおいて、アーム誘導中に教示作業者がその誘導
操作感を教示作業の状況に応じて変更することができな
かった。すなわち、教示作業を開始する前に、操作力に
対する誘導速度のゲインを設定すると、誘導作業中はそ
の設定状態で教示作業を継続しなければならなかった。

その結果、軽い操作力で且つ高速に手先効果器を誘導で
きるように設定することによって誘導しやすい良好な操
作感を得るようにすると、教示作業の最終段階において
位置決めを高い精度で行うことができないという不具合
が生じる。

反対に、教示作業の最終段階における手先効果器の位置
決めに関し高い精度で位置決めできるように制御系の安
定性の高め、重い操作力で且つ低速に誘導するように設
定すると、教示作業中に手先効果器等を早く動かすこと
ができず、教示作業の能率が低下するという不具合が生
じる。

なお、前記の軽い操作力で且つ高速で誘導できるように
設定した場合には他の問題も提起される。

すなわち、力制御において力に対する速度のゲインが大
きくなるため、ロボットの力制御の状態にて安定性が低
くなり、ハンチングが起きやすくなる。そのため、手先
効果器がワークに接触した状態においてロボットの位置
や姿勢を教示することができないという不具合が生じる
。

本発明の目的は、上記の問題を解決するため、ロボット
の手先効果器を誘導しロボットに対し直接に作業を教示
することにおいて、教示作業者が受ける誘導操作感を教
示作業中に変更できるようにし、もって教示作業の能率
と位置決め精度とを向上することができると共に、手先
効果器とワークが接触した状態であっても教示を行うこ
とができるロボットの直接教示装置及び直接教示方法を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るロボットの直接教示装置は、手先効果器を
取付けたアームのリスト部に力センサを備え、この方セ
ンサの出力する力信号を制御手段に入力し前記力信号に
基づき力制御に従ってアームを誘導し教示作業を行うロ
ボット教示装置において、アームを誘導する操作感を複
数の操作感モードのうちいずれかに設定することが可能
なモード設定手段と、このモード設定手段で設定された
モードをアーム誘導中に切換えるためのモード切換え手
段とを備えるように構成される。

また、本発明に係るロボットの直接教示装置は、前記の
構成において、前記モード設定手段によって、軽い操作
力で高速に誘導するモードと、力制御系の安定性を高め
、低速で誘導するモードのうちいずれかを設定するよう
に構成される。

本発明に係るロボットの直接教示方法は、教示作業者が
アームの力センサに力を加え、このとき力センサが出力
する力信号に基づき力制御に従ってアームを誘導し教示
作業を行うロボットの直接教示方法において、アームを
誘導する操作感を、教示作業中に教示作業者の希望する
任意の時期に変更可能にしたことに特徴がある。

〔作用〕

上記のロボットの直接教示装置では、モード切換え手段
が教示作業者によって操作されると、その操作信号がモ
ード設定手段に与えられ、モード設定手段において設定
される操作感モードが操作信号で指示されるモードに変
更される。

上記のロボットの直接教示方法では、教示作業中の任意
の時期に教示作業者は操作感のモードを任意に切換える
ことができ、作業状況に応じてロボットの誘導モードを
適宜なものに設定することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明が適用されるロボットシステムの全体構
成を示す。第１図において、１はロボット本体で、複数
の関節部を有するアーム２が支持基台３に取付けられ、
アーム２の各関節部の可動作用により、アーム先部は所
要の位置に移動すると共にアーム全体は所要の姿勢に変
化する。アーム２の先部に位置するリスト部４に６軸の
力センサ５が取付けられ、更に力センサ５の先には、ワ
ーク６に対して仕事を行う手先効果器７が取付けられて
いる。８はコントローラであり、このコントローラ８内
にはコンピュータ等で構成される制御手段が含まれ、予
め定められた力制御のための演算式を用いて且つ所定の
手順でロボット１に対し力制御を実行する機能を有して
いる。コントローラ８は、ロボット１に対し動作を指令
するための指令信号９を与えると共に、力センサ５から
力センサに加わる力に関する検出信号、すなわち力信号
１０を取り込むように相互に電気的に接続されている。

１１は教示を行う作業者が所持するティーチングボック
スであり、テンキー及び各種の指令をコントローラ８に
与えることのできる複数の操作スイッチが設けられてい
る。その操作スイッチの中において、特に本発明におけ
るティーチングボックスでは直接教示ルーチンを呼び出
すためのスイッチ１１Ａ１０ボツトのアーム先部の位置
やアームの姿勢を教示するためのスィッチ１１Ｂ１本発
明に固有なモード切換えスイッチ１１Ｃが設けられてい
る。ティーチングボックス１１はコントローラ８と接続
されており、作業者の操作でティーチングボックス１１
に与えられたデータはコントローラ８に与えられる。

第２図に基づいてコントローラ８による制御機構の具体
的構成について説明する。本発明に係る直接教示装置は
、コントローラ８内に含まれるコンピュータ等を利用し
て実現されるものであり、第２図に示される装置構成で
は実質的に機能ブロック図として示されている。

第２図に示すように、コントローラ８内において機能手
段として先ず力検出部１２、力成分座標変換部１３、速
度演算部１４、座標変換部１５、モード変換部１６が設
けられる。これらの機能手段は、教示作業者がロボット
１の手先効果器７に対し教示の目的で力を加えた場合に
、力センサ５で力を検出しこの加えられた力の方向にロ
ボット１の手先効果器７を動作させるための制御装置構
成であり、且つモード変換部１６を備えることによりそ
の出力信号で必要に応じて速度演算部１４に設定された
力制御のための演算式のパラメータを変更するようにし
たためロボット１のアームの動作モード、すなわち教示
作業者にとってはアーム誘導における操作感の変更を可
能にしている。

以下に、上記内容を具体的に説明する。

上記の構成要素において、力検出部１２は力センサ５が
出力する力信号を入力し、この力検出部１２でロボット
１のアーム２に誘導のため加えられた作業者による操作
力を検出する。検出された操作力に関する情報は力成分
座標変換部１３に供給され、ここでロボット１のアーム
２のリスト部に設けられたハンド座標系における、又は
ロボット本体を基準としたベース座標系における直交３
軸方向についての軸方向の力と軸回りのモーメントに変
換する。このようにして求められた力とモーメントを基
礎に、速度演算部１４でロボット１における各関節部に
備えられたモータの速度指令値を求める。具体的には、
速度演算部１４には、例えば次のような演算式が設定さ
れている。

ｖｉ：ベース座標系ｉ軸方向の並進 の速度指令値 ｆｉ：操作力のｉ軸方向成分 Ｍ　：仮想の質量 Ｃ：仮想の粘性減衰係数 上記の式において、力成分座標変換部１３から与えられ
るカデータｆｉを用いて、且つ固定値Ｍ（ただし、必要
に応じて自由に変えることもできる）、と任意に値を設
定できるＣを用いて直交座標系の速度指令値を各軸につ
いて演算する。こうして得られた速度指令値は、座標変
換部１５でロボット１の各関節部のモータの速度指令値
に変換され、各モータが駆動される。またモード変換部
１６は、速度演算部１４において設定された演算式のパ
ラメータＣの値を変更する信号を出すためのものであり
、後述する所定の条件の下にパラメータ変更信号を出力
する。このモード変換部１６によって演算式のパラメー
タＣを変更すると、ロボット１における教示作業のため
のアーム２の誘導に関し誘導のための操作感のモードを
変更することが可能となる。

パラメータＣは、力制御を行う上での仮想の粘性減衰係
数であり、この値が小さいと、ロボット１のアーム２の
動きは軽（、教示作業者は簡単に且つ高速でアーム２を
動かすことができ、作業者にとって操作感は軽いものと
なる。反対にＣの値が大きくなると、アーム２の動きは
安定性が増すが、重くなり且つ低速でしか動かすことが
できないものとなる。パラメータＣの値の設定の仕方は
基本的に作業に応じて任意である。例えば一定の範囲で
連続的に変化できるようにすることもできるし、複数段
階で変えることもできるし、実際の作業を考慮して軽い
モードと安定性の高いモードの２段階にて切換えるよう
に設定することもできる。以下の説明では、便宜上２段
階モードで説明する。

更に、コントローラ８の中には位置検出部１７と教示デ
ータ記憶部１８とが設けられる。位置検出部１７はロボ
ット１の各部に配設された図示しない位置センサからの
出力信号を入力し、所定の条件の下で入力した位置信号
から位置データを取込み、各瞬間におけるロボット１の
位置や姿勢のデータを教示データ記憶部１８に送給して
記憶させる。

次にティーチングボックス１１との関係について説明す
る。ロボット１の直接教示作業を行うときには、操作ス
イッチＩＩＡを押して直接教示ルーチンを呼び出す。こ
れにより作業者はロボット１の手先効果器７に対して力
を加えて教示作業を行うことができる。作業者によって
手先効果器７に加えられた力は力検出部１２に送給され
る。この実施例では、モード変換部１６は２つのモード
を速度演算部１４において設定できる。１つは軽い操作
力で且つ高速に誘導するモード（以下、Ｈモードという
）と、他の１つば力制御の安定性を増し、重たい操作力
で且つ低速で誘導するモード（以下、Ｌモードという）
である。このモード変換部１６によるモードの設定は、
ティーチングボックス１１に配設された前記モード切換
えスイッチ１１Ｃのオン・オフによって切換えられる。

また前記位置検出部１７における検出動作は、ティーチ
ングボックス１１に設けられた教示スイッチ１１Ｂのオ
ン動作によって行われる。

上記構成を有するロボットの直接教示装置の動作、それ
に伴う直接教示方法、従来の直接教示装置との差異を説
明する。

第３図は本発明による直接教示装置の動作状態を示す。

教示を行う作業者は、ティーチングボックス１１の操作
スイッチ１１Ａをオンして直接教示作業を実行可能な状
態にセットする。この状態で、教示作業を開始する前に
おいて第３図（Ｄ）に示すようにモード切換えスイッチ
１１ｃをオンにセットする。そうすると前記のＨモード
が選択される。このＨモードで作業者はロボット１の手
先効果器７に対し押す又は引く等の力を加える。

ロボット１の力制御を行う制御系はＨモードにあるから
、第３図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにアーム２は軽い操
作感で且つ高速で動き、作業者は容易に手先効果器７を
目的場所に移動させることができる。手先効果器７が目
標の位置Ｐ。にほぼ到達したら、モード切換えスイッチ
１１ｃをオフにする。これにより制御系で前記のしモー
ドが設定され、オフの時点よりそれ以後の空走距離が極
めて少なくなる。更に、Ｌモードの状態のロボット１に
対し力を加え、行過ぎた手先効果器７の移動量を戻す場
合には、第３図（Ｃ）に示すようにＨモードの時と同じ
操作力ｆｉ（１９）を加えても第３図（Ｂ）に示すよう
に低速（２０）で安定した状態でアーム２を誘導するこ
とができ、もって位置決め等のための微妙な操作も容易
に行うことができる。このようにして力制御を伴う教示
作業において、教示作業中に作業の状況に応じてモード
を切換えることができる。そして、教示スイッチ１１Ｂ
を適宜なタイミングでオンすることにより、位置検出部
１７に検出動作を実行させ、ロボット１の位置及び姿勢
を教示データ記憶部１８に記憶する。

これに対して、従来の直接教示装置の構成によれば、第
４図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように教示作
業の開始前にＨモードに設定すると、教示作業の最中に
モードを変更することができなので、教示作業を行い目
的の位置Ｐ。に近くなって操作力ｆｉをゼロにしても大
きな空走部２１が生じ行過ぎ状態２２が大きく発生し、
反対に移動量を戻そうとしても今度は逆に行過ぎ、最終
的な位置決めを行うことがなかなか困難である。

またロボット１のアーム２が軽い操作力で高速で動いて
しまうため、微妙な操作が困難であるという不具合も生
じる。

次に第５図に示すように、パリ取りゃグラインダかけ、
金型研磨等のような手先効果器７をワーク６′に直接に
接触させる作業の教示について説明する。最初の状態で
は、モード切換えスイッチ１１Ｃにより誘導時のモード
をＨモードに設定し、第５図（Ａ）に示すようにワーク
６′に近くまで手先効果器７を誘導してくる。そしてワ
ーク６′の直前で同スイッチによりＬモードを選択する
。

第５図（Ｂ）に示すようにハンチングを起こすことなく
、安定した状態にて手先効果器７をワーク６′に接触さ
せることができる。この場合のしモードは操作力に対す
る速度のゲインを小さくし、もって接触時にハンチング
を起こさない力制御系の安定性を高めたモードである。

このように作業状況に応じて良好な操作感を損なうこと
なく、手先効果器７をワークに接触させた状態にて教示
を行うことができる。

上記の実施例ではモード切換えスイッチ１１Ｃをティー
チングボックス１１に設けるようにしたが、これに限定
されず、例えばロボット１のアーム２のリスト部に設け
て扱いやすいようにすることもできる。スイッチの構成
も任意なものを用いることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば次のよう
な効果が生じる。

ロボットの力制御による直接教示装置おいて、力制御の
モード、すなわちロボットの誘導における操作感のモー
ドを教示作業中に切換えられるように構成したため、従
来のように良好な操作感を損なうことなく教示のための
能率と最終的な位置決めとを共に向上させることができ
る。

教示作業者は、教示作業の状況に応じて誘導モードの軽
重を変更することでき、教示作業が非常に楽になる。

手先効果器をワークに接触させるときには接触直前に誘
導モードを安定のモードに切換えることができるので、
手先効果器とワークが接触した状態でも直接の教示が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットの全体構成図、第２図は本発明に係る
直接教示装置の要部構成を示すブロック図、第３図は本
発明による直接教示装置の動作特性を示す波形図、第４
図は従来の直接教示装置の動作特性を示す波形図、第５
図は手先効果器をワークに接触させるときの状態を説明
するための図である。 〔符号の説明〕 １・・・・・・ロボット ２・・・・・・アーム ４・・◆・・・リスト部 ５・・・・・・力センサ ６．６−・・・ワーク ７・・・・・・手先効果器 ８・自書・φ・コントローラ １１・φ・・・テイーチングボ・ソクス１１Ｂ・・・・
教示スイッチ １１Ｃ・・・・モード切換えスイ・ソチ１４・・・・・
速度演算部 １６・・・・・モード変換部 １７・・・・・位置検出部 １８・・・・・教示データ記憶部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）手先効果器を取付けたアームのリスト部に力セン
   サを備え、この力センサの出力する力信号を制御手段に
   入力し前記力信号に基づき力制御に従って前記アームを
   誘導し教示作業を行うロボット教示装置において、前記
   アームを誘導する操作感を複数の操作感モードのうちい
   ずれかに設定することが可能なモード設定手段と、この
   モード設定手段で設定されたモードをアーム誘導中に切
   換えるためのモード切換え手段とを備えることを特徴と
   するロボットの直接教示装置。
2. （２）請求項１において、前記モード設定手段は、軽い
   操作力で高速に誘導するモードと、力制御系の安定性を
   高め、アームを低速で誘導するモードのうちいずれかを
   設定することを特徴とするロボットの直接教示装置。
3. （３）教示作業者がアームの力センサに力を加え、この
   とき力センサが出力する力信号に基づき力制御に従って
   前記アームを誘導し教示作業を行うロボットの直接教示
   方法において、前記アームを誘導する操作感を、教示作
   業中に教示作業者の希望する任意の時期に変更可能にし
   たことを特徴とするロボットの直接教示方法。