JPH04171503A

JPH04171503A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH04171503A
Application number: JP30025290A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nakagawa; 中川　康洋
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1992-06-18
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2911211B2

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、対象ワークや機械装置の破損を防止しつつ、
正確な位置データを容易かつ短時間に登録するための位
置決め装置の構成及び教示方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の代表的な機械装置の概要ブロック図を第５図に示
すっこの機械装置は、水平多関節形のアーム１０８を持
ち、アーム１０８先端に位置及び姿勢計測用のカメラ１
１０を装着している。アーム１０８は、位置決め装＃５
０１のシステム制御部５０２に実装されている動作プロ
グラム、または教示装置５０６から出た指令値が、サー
ボモータ制御部５０６を経由して、アーム１０８内の図
示しないサーボモータによって駆動される。アーム１０
８先端に取り付けられたカメラ１１０から入力された画
像は、画像処理装置５０７の画像入出力部５０８でデジ
タルデータに変換され、システムバス５１２を介してシ
ステム制御部５０９に画像データとして送られる。そこ
で、画像データは、特徴抽出処理されて、形状データ（
主に重心と慣性主軸の角度）となる。形状データは、通
信ケーブル５１５を介して、画像処理装置５０７から位
置決め装置５０１へ受け渡される。ところで、サーボモ
ータ制御部５０３は、第６図のような構成をとり、その
大きな特徴は、位置センサー６２１や検出器６１９．６
２２．６２６からの位置、速度、電流等のフィードバッ
クデータ６１６．６１１．６１２と、それらに対する各
指令値６０８．６１４．６１０との偏差がＯになるよう
にそれぞれの制御部６１５．６１６．６１７が働き、外
乱、摩擦力などが作用しても静止状態においては、−切
の位置誤差が生じない点にある。この特性は、教示作業
や組立作業など、サーボモータの駆動軸と対象ワークが
接触を伴う動作が要求される場合、大きな問題点となる
。また、ここで説明している画像処理装置５０７は、代
表的な２値画像を取り扱う画像処理装置として説明して
いる。なお、取り扱う画像データがカラー画像や階調画
像であっても、最終的に形状データを算出できれば問題
はなし・。

〔発明が解決しようとしている課題〕

実際にロボットアームやｘｙテーブルなどを用いて、対
象ワークの位置（ｘ、ｙ、ｚ）、姿勢（ｃｌ、Ｃ２、Ｃ
３）を位置決めし、組み付ける作業を行なう機械装置に
おいては、その位置や姿勢データを１個所ずつ目視で確
認／修正しながら入力していくのが、−船釣な方法であ
る。この場合、作業者は、教示装置の手動操作のキーを
操って、ロボットを低速で移動させ、対象ワークを組み
付け位置に接近または接触させることになる。

しかし、あくまで目視による確認しか実施できず、接触
による力加減も目視による推測の域を出ない。

そのため、この教示方法によって入力された位置や姿勢
データは、正確な値を入力できないケースも多く、接触
による過負荷状態で、対象ワークや機械装置自身を破損
させてしまうケースもある。

また、目視による位置の確認を画像処理装置に代替させ
ても、教示による位置や姿勢データの精度は向上させる
ことができても、−船釣には、機械装置の制御部と画像
処理装置との間の座標変換や通信の手間の問題が発生し
て、さらには、位置決め装置と画像処理装置との間の同
期及び通信作業のプログラムなど余分なプログラムを作
成する必要が生じたり、いくつものプログラム装置や教
示装置を使い分けしなくてはならず、作業者にかなりの
時間と労力の負担をかげる。

このような理由で、本発明の目的は、プログラミングや
教示の環境の統合化による効率の向上と、教示作業の簡
素化および時間短縮、教示作業による対象ワーク等の破
損防止するための位置決め装置と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及び作用〕本発明による位
置決め装置は、プログラム言語のコンパイラおよび実行
部、教示装置の操作、画像処理部の操作、サーボモータ
制御部の操作、各・制御軸の動作制御、座標変換などを
行なう７ステム制御部と、システム制御部からの通信に
よって、位置制御、力制御、コンプライアンス制御の（
・ずれかの動作モードを選択して動作することのできる
サーボモータ制御部と、システム制御部からの通信によ
って、画像データの入出力、画像処理、特徴抽出などを
行なう画像処理部と、さらにそのシステム制御部とサー
ボモータ制御部や画像処理部間の通信経路となるシステ
ムバスとにより構成されるっシステム制御部とサーボモータ制御部との間では、位置
、速度、力、各種定数などのデータの受渡しが可能であ
る。また、システム制御部と画像処理部との間では、画
像処理に対する指令や画像処理後の計測データの受渡し
が可能である。さらに、システム制御部に通信ケーブル
を介して接続された教示装置からのキー操作で、サーボ
モータ制御部に対して、モード選択指令、力指令、コン
プライアンス定数などのデータ操作や動作指令が、画像
処理部に対しては、画像取り込み条件、処理領域、形状
データなどのデータ操作や動作指令が、システム制御部
に対しては、動作プログラムで記述された位置、姿勢や
座標、力指令、コンプライアンス定数、画像取り込み条
件、処理領域などの予約変数の領域をメモリ上に確保し
、登録、変更、削除が可能な構成になっている。

この位置決め装置を用いて行なう位置や姿勢データの教
示作業時には、教示装置からのキー操作で、アームを移
動させ、アーム先端に取り付けたカメラの画像を用いて
、ｘｙ平面上の位置データと姿勢データの計測を行ない
、カメラ中心の位置と姿勢から・・ンド中心の位置と姿
勢に自動変換して登録する。また、高さのデータについ
ては、）・ンドに対象ワークを保持し、前述のｘｙ平面
上の教示されたデータ（ハンド中心位置に変換後のデー
タ）の位置と姿勢に移動し、サーボモータ制御部がシス
テム制御部からの動作モード選択指令により、力制御や
コンプライアンス制御で動作可能な状態となり、ハンド
を移動させて、そのワークやハンドを組み付けプンート
に接触させることによって、自動的に教示される。この
時、対象ワークと組み付けプレートは、力制御状態では
指定された大きさの力で押されて釣合い、コンプライア
ンス制御状態ではバネのように倣い、バネ定数と撓みの
関係が釣合うことによって位置決めされる。

高さデータは、この接触によって位置決めされた状態の
位置データが登録される。

〔実施例〕

以下、本発−明の実施例を図面を基に説明する。

〈位置決め装置の実施例〉第１図は、本発明の位置決め装置１０１の概要を示して
いる。位置決め装置１０１は、システム制御部１０２、
サーボモータ制御部１０３、画像処理部１０４０３つの
機能ブロックがシステムバス１０５によって通信可能な
構成になっている。

また、システム制御部１０２には教示装置１０６とプロ
グラミング装置１０７とが接続され、サーボモータ制御
部１０６にはアーム１０８に内蔵された図示しない各サ
ーボモータと力センサ１０９とが接続され、画像処理部
１０４にはカメラ１１０とモニタ１１１とが接続される
。

第２図（ａ）は、システム制御部１０２内の機能ブロッ
クを示している。システム制御部１０２は、外部的には
教示装ｆｔ１０６とプログラミング装置１０７に接続さ
れ、二の２つの装置から、機器駆動部２０１、タスク管
理部２０２を介して、通信制御部２０３や教示装置操作
部２０６、プログラム言語コンパイラおよび実行部２０
９などが働き、動作プログラムのアップ／ダウンロード
、コンパイル、動作プログラムの実行、教示装置１０６
によるサーボモータ制御部１０３や画像処理部１０４の
直接操作、教示装置１０６による動作プログラム内の予
約変数のデータ操作などが可能な構成になっている。ま
た、内部的にはシステムバス１０５を介して、サーボモ
ータ制御１１１０３と画像処理部１０４に対してそれぞ
れ通信が可能で、動作プログラムや教示装置１０６から
のサーボモータ制御部１０６や画像処理部１０４に対す
る動作指令や計測指令の実行に必要なデータの通信を行
なう構成になっている。

予約変数に関するデータの操作を、第２図（ｂ）を使い
説明する。第２図（ｂ）は、システム制御部のメモリ内
容の一部を表わしている。動作プログラムの中で定義す
ることができる予約変数は、動作プログラムがコンパイ
ルされた時点で、第２図（ｂ）のようにメモリ上に各変
数ごとのデータ設定領域が確保される。この予約変数の
データ設定領域は、ロボットのハンド１１２中心の位置
および姿勢データである位置変数のデータ領域２１１、
各座標設定に必要な変換データである座標変数のデータ
領域２１２、バネ定数、力指令値などのサーボモータ制
御に関する変数のデータ領域２１６、画像取り込み条件
、２値化のしきい値、処理領域などの画像処理部に関−
する変数２１４からなり、データ領域の設定／削除、デ
ータ人力／変更が、動作プログラムからの操作だけでな
く、教示装置制御部２０６やメモリ操作部２０５を介し
て、教示装置１０６からも操作可能な構成になっている
。

これまで説明してきたように、システム制御部１０２の
動作プログラムの作成／実行環境や教示装置の操作とい
ったマン／マシンインターフェイスの機能は、サーボモ
ータ制御部１０３と画像処理部１０４に必要なマン／マ
シンインターフェイス機能を包含する形になっているの
で、ロボットの動作に関するプログラムや画ぼ処理を使
う計測プログラムの作成や実行、動作に関する教示と計
測に関する教示が、同一のプログラミング装置１０７や
教示装＃１０６で実行できる。

第３図（ａ）は、サーボモータ制御部１０３の機能ブロ
ックを表わしたもので、各ブロックはデジタル構成をと
っている。このサーボモータ制御部１０３の特長は、シ
ステム制御部１０２との通信によって位置制御、力制御
、コンプライアンス制御のいずれかの動作モードを選択
し、動作することができる点にあり、一般の位置制御の
みの制御部（第６図）と比較すると、カモデル発生部６
０１、コンプライアンスモデル発生部３０６、外力推定
部３０４、第１、第２、及び第３のモード切り換えスイ
ッチ６２４．３０２．３０５、外力推定値３０６のフィ
ードバックなどの機能が追加されている。各ブロックの
機能および動作は、まず、システム制御部１０２からの
モード選択指令６０７により、第１、第２、及び第３の
モード切り換えスイッチ３２４．６０２．３０５が切り
換わり、位置制御、力制御、コンプライアンス制御が選
択される。力制御が選択されると、外力（例えば、ハン
ド先端が他の物体に接触して、拘束力を受ける状態）が
加わるまで、システム制御部１０２からの力指令３２５
をカモデル発生部３０１で速度指令に変換し、指定され
た方向に一定速度で動作する。物体に接触して外方を受
けると、速度フィードバックデータ３１２の値が変化し
て、このデータとトルク指令値３１０が外力推定部３０
４に送られ、外力推定値６０６が算出される。次に、外
力推定値３０６と力指令６２５との偏差がとられて、そ
の値は、カモデル発生部３０１に送られる。カモデル発
生部３０１では、力／速度変換が行なわれて速度制御部
６１６に速度指令３２６の値として送られる。このとき
、力指令６２５の値は、予め教示装置１０６（第２図）
ヲ使い、システム制御部１０２内のメモリに登録してお
く。その結果、カモフル発生部３０１で生成された速度
指令３２６によって、例えば、ノ・ンド先端が他の物体
と接触した場合、力指令６２５の値を保った状態（力指
令値６２５と外力推定値６０６がつりあった状態）で静
止する。このとき、接触した物体が変位して、力のバラ
ンスが崩れるような事態になっても、外力推定部３０４
かものフィードバックにより新たな速度指令６２６が発
生し、力指令３２５と外力推定値の値がつりあうように
制御される。

次に、コンプライアンス制御が選択されると、外力（例
えば、ハンド先端が他の物体に接触して、拘束力を受け
る状態）が加わるまで、システム制御部１０２からの位
置指令６０８で位置制御されて動作し、外力が加わると
その外力を基に、指定された柔らかさと力の値を満たす
位置の軌道を、コンプライアンスモデル発生部３０６で
生成する。

そして、この値が、位置制御部６１５にフィードバック
される。この場合、柔らかさの指定は、予め教示装置１
０６を使い、システム制御部１０２にコンプライアンス
定数３０９として登録しておく。その結果、コンプライ
アンスモデル発生部６０６で生成された位置データによ
り、例えば、アームが他の物体に接触しても、バネのよ
うに柔らかく倣う動作を行ない、位置決めすることがで
きる。さらに、外力推定部３０４でトルク指令値６１０
と速度フィードバック６１１の値から算出された外力推
定値３０６は、システム制御部１０２にフィードバック
されて、システム制御部１０２でこの外力推定値６０６
を監視する二とができる。

また、位置制御が選択された場合は、一般の位置制御と
同様に、位置、速度、電流のフィード・（ツクデータ３
１２．６１１．６１６と、それらに対する位置、速度、
電流の各指令値６０８．６１４．３１０の偏差がＯにな
るように位置、速度、電流の各制御部３１５．６１６．
６１７が働き、外力、摩擦力などが作用しても静止状態
においては、−切の位置誤差が生じないように位置決め
される。

また、上述のサーボモータ制御部１０３と同様な機能を
持ち、力に関する計測方法が異なる構成をとる例として
、第３図（ｂｌに示すものが考えられる。第３図（ｂ）
に示すサーボモータ制御部１０３は、第３図（ａ）のサ
ーボモータ制御部１０３の外力推定部３０４０代わりに
、第１図のノ・ンド１１２を上下させる軸（２軸）に取
り付けた力センサ−１０９のデータを利用して、第３図
ｆ８）のサーボモータ制御部１０６と同様の機能を持つ
ことができる。

第４図は、画像処理部１０４０機能ブロックを表わして
いる。画像処理装置としての動作プログラムの環境や教
示装置の操作といったマン／マシンインターフェイスの
機能は、システム制御部１０２が包含する形になってい
るので、画像処理部１０４自身は、動作プログラムで記
述された計測指令を実行コードレベルでシステム制御部
１０２から受取り、その内容に従って、カメラ１１０か
ら画像を取り込み、一連の画像処理を行ない、システム
制御部１０２に計測データを返すように、システム制御
部１０２の画像処理部操作部２０４から制御される。画
像処理部１０４内部では、まず、画像入出力制御部４０
４でカメラ１１０から画像の取り込みやデジタル画像デ
ータへの変換、モニタへの出力などが実行される。デジ
タル値に変換された画像データは、画像データ処理部４
０８で画像データの２値化処理、ヒストグラム作成など
の処理が施される。２値化処理された画像データは、特
徴抽出部４０７で指定された処理領域内の画像に対する
画素カウントや連結解析が行なわれ、そのデータを基に
対象物体の形状の特徴や計測データ（面積、輪郭情報、
穴情報、重心位置、慣性主軸の傾き角度など）が数値デ
ータとして算出される。

これらの一連の処理が行なわれるためには、教子装置１
０６からの直接操作で、事前に画像取り込み条件（カメ
ラの選択やデジタル画像変換のルールなど）、２値化の
しきい値、処理領域、基準物体の形状データなどを設定
しておく必要がある。

教示装置１０６かもの直接操作は、内部的にはシステム
制御部１０２の教示装置制御部２０６から画像処理操作
部２０４を介して、画像処理部１０４が制御される形で
行なわれる。

〈教示方法の実施例〉次に、上述の位置決め装置１０１によって構成される機
械装置として、第１図に示すロボットを例にとり、第７
図を用いて本発明で提案している教示方法について説明
するっＨｘｙ平面での位置（ｘ、ｙ）データ及び姿勢（Ｃ）デ
ータの教示方法を先に述べる。

■　機械装置の動作プログラム（画像処理部１０４を使
った計測プログラムも含む）をプログラミング装置１０
７（−船釣には、パーソナルコンピュータにエディタソ
フトを走らせた状態）で作成して、それぞれのプログラ
ムを位置決め装置１０１にダウンロードする。

■　ダウンロードされた動作プログラムは、プログラム
言語コンパイラ及び実行部２０９でコンパイルされて、
実行可能コードに変換される。

同時に、動作プログラムの中で配達された予約変数（位
置変数、座標変数、処理領域変数、２値化のしきい値変
数など）に対するデータの書き込み領域は、メモリ操作
部２０５を介して、メモリ内に自動的に確保される。

この場合、動作プログラムを作成しなくても（■■の手
順を踏まなくても）、教示装置１０６から直接変数の領
域設定作業を行なうこともできる。

■　教示装置１０６を使い、直接アーム１０８の各サー
ボモータに移動指令を与えて、組み付けプレート１１４
上の目的とする組み付け位置Ａが、アーム１０８先端の
カメラ１１０の視野内に入る位置まで、モニタ１１１を
確認しながら低速で移動させろ。この場合、組み付け位
置は、その位置と形状が認識できるようにマーキングさ
れているか、組み付けプレート１１４上面と段差を有す
るようにしておけば良い。そして、この状態で、教示装
置１０６を使い、画像処理に関する教示モードに移る。

まず、モニタ上の組み付け位＃への形状を囲む形で、処
理領域を設定する。この場合、教示装＃１０６から処理
領域を設定するための所定の変数を呼び出し、データを
入力する。さらに、画像データを２値化して、モニタ１
１１に表示し、正確な形状を撮像できるように、２値化
のしきい値を設定する所定の変数を呼び出し、データを
入力する。これで画像処理部１０４に関する変数が設定
されたことになる。

■　この状態で、教示装置１０６から画像処理を利用す
る位置藪示のモードを指定し、所定の位置変数を呼びだ
してデータの入力作業を行なう。この作業を行なうと、
システム制御部１０２の教示装置操作部２０６を介し画
像処理部１０４に対して、画像データ入力、画像データ
のデジタル変換、モニタへの出力、画像データの２値化
処理、処理領域内の物体の特徴抽出などの一連の画像に
対するデータ処理を実行し、その結果（計測データ）を
システム制御部１０２に返すように指令される。この時
、画像処理部１０４から送られる計測データは、組み付
け位置の形状の画像原点７０４からの重心位置７０７　
（Ｘｃ、Ｙｃ　）とカメラの座標７０１上の組み付け位
置の形状の慣性主軸の傾き角度（α）などである。さら
に、それらのデータに対しては、カメラ中心位置７０５
からハンド中心位置７０６へのデータ変換と姿勢のデー
タ変換が、座標変換部２１０の機能を利用することによ
って自動的に実行される。その変換されたハンド中心位
置７０６の値（Ｘｃ、Ｙｃ　）と姿勢データ（Ｃ）が、
その組み付け位置Ａの位置変数のデータとして自動的に
登録される。この位置と姿勢データの計測および変換に
ついては、作業者が教示用の動作プログラムの中に作り
込むのではなく、システム制御部１０２内部で自動的に
実行する点が、従来の方法とは違う点である。

ここで、第７図に示したカメラ中心位置７０５からハン
ド中心位置７０６へのデータ変換と姿勢のデータ計測処
理について説明する。

カメラ中心位置７０５の値（Ｘｃ、Ｙｃ）からハンド中
心位置７０６の値（Ｘｈ、Ｙｈ）への変換は、ハンド中
心位置７０５からカメラ中心位置７０６までのオフセッ
ト値ａ、第−関節の角度θｌ、第二関節の角度θ２、画
像原点７０４からの位置誤差ΔＸＣ，Δｙｃから、次の
ように求まる。

Ｘｈ＝Ｘｃ−ａ　　−Ｃ０３（θ　ｌ　＋　θ　２　）
　＋　Δ　ｘｒＹｈ＝Ｙｃ−ａ　　傘　５ＩＮ（θ　ｌ
　＋　θ　２　）　＋　Δ　ｙｒ第７図（ａ）はカメラ
からの入力画像で、ロボットの座標７０２に対してカメ
ラの座標７０１が、アーム１０８の姿勢（θ１＋θ２）
分だけ傾いているところを表わしている。ここで組み付
け位置Ａの重心７０７と画像原点７０４との位置誤差Δ
ｘｃ１　Δｙｃをアームの姿勢（θｌ＋０２）からロボ
ットの座標７０２上に求めると、次のようになる。

Δ　ｘｒ　　−Δ　Ｘ　ｃ　傘　ＣＯＳ　（θ　ｌ　＋
　θ　２　）＋Ｊｙｃ　　傘　５ＩＮ（θ　１　＋θ　
２　）Δｙｒ−Δｘｃ−８ＩＮ（θ１＋θ２）−Δｙｃ
ヰＣ０８（θｌ＋θ２）また、組み付け位置Ａでの姿勢データＣは、慣性主軸の
角度（α）とアームの姿勢（θ１＋θ２）から、次のよ
うになる。

Ｃ−α−（θ１＋θ２）このような手順で、画像処理装置５０７から送られてく
る計測データを、カメラの座標７０１からロボットの座
標７０２に変換するプログラムを、座標変換部２１０に
備えておけば良い。

■　教示装置１０６を使い、直接アーム１０８の各サー
ボモータに移動指令を与えて、組み付けプレート１１４
上の目的とする次の組み付け位置Ｂが、アーム１０８先
端のカメラ１１０の視野内に入る位置まで、モニタ１１
１を確認しながら低速で移動させ、モニタ１１１の画面
の処理領域７０３（ウィンドウ）内に組み付け位置Ｂの
形状を入れる。この状態で、教示装置１０６から画像処
理を利用した位置教示のモードを指定し、所定の位置変
数を呼びだしデータの入力作業を行なう。こうすると前
述のように、画像データに対する一連のデータ処理とカ
メラ中心位置７０５からハンド中心位置７０６への位置
と姿勢データ変換について、システム制御部１０２内部
で自動的に実施される。これら−連の作業を各組み付け
位置ごとにつぎつぎと繰り返すことで、位置変数のＸ、
ｙ、ｃのデータがハンド中心位置７０６の値で設定され
る。

（２）Ｚデータ（高さ）の教示方法を説明する。

第１図は、対象ワーク１１３をハンド１１２に保持し、
前述のｘＳｙ、Ｃのデータを教示した後に、登録された
教示データ（この場合、ハンド中心位置（Ｘｃ、Ｙｃ）
）を教示装置１０６で呼び出し、そのデータの位置に位
置決めされた状態を示している。ここまでの動作は、位
置制御モード状態で行なう。また、ここではサーボモー
タ制御部１０６として、力センサの情報を利用するタイ
プのものでなく、外力推定部３０４の情報をもとに、力
やコンプライアンスモデルのループを構成する形態（第
３図ａのサーボモータ制御部）のものを用い、まず力制
御を利用した２データの教示方法について説明する。

■　教示装置１０６によりＺ軸のサーボモータ制御部１
０３を力制御モードに切り換える。この時、システム制
御部１０２がらのモード選択指令により、第３図に示す
サーボモータ制御部１０６の第１及び第３のモード切り
換えスイッチ６２４．３０５がＯＦＦとなり、第２のモ
ード切り換えスイッチ３０２がＯＮ状態になる。

これで位置制御ループ、コンプライアンス制御ループが
機能しなくなり、力制御ループのみが機能する状態にな
る。

■　力制御に移行した後は、システム制御部１０２から
の力指令６２５の値がカモデル発生部３０１に入り、力
指令６２５の値に応じた速度指令６２６に変換される。

力指令３２５の値は、予め教示装置１０６よりシステム
制御部１０２のメモリ内のサーボモータ制御部に関する
変数のデータ領域２１２に登録されていなければならな
い。カモデル発生部３０１からの速度指令３２６は、外
力が加わらない状態においては、力指令３２５の値に比
例するが、接触時のショックを防止するために低速に制
限されている。この速度指令６２６によって、速度制御
部３１６以降の処理が行なわれて、最終的にはサーボモ
ータ３２０が、指定された方向に低速で回される。サー
ボモータの旋回方向も、予め教示装置１０６により、シ
ステム制御部１０２内の変数のデータ領域２１２に登録
しておく。

ｚ軸では、一般に下降する方向が登録される。

■　組み付け位置への上方でｘ、ｙ方向に位置決めされ
ていた対象ワーク１１６は、速度指令６２６により、そ
の位置から下に向かって低速で移動し、そのことにより
、対象ワーク１１３と組み付けプレート１１４が接触し
て、指定された力の大きさで押しつげられ、位置決めさ
れる。対象ワーク１１３と組み付けプレート１１４が接
触すると、この影響をうけて、サーボモータ制御部１０
２の速度フィードバック３１１の値が変化する。変化し
た速度フィードバック６１１の値とトルク指令６１０の
値が、外力推定部３０４に送られて、外力推定値６０６
が算出される。外力推定値３０６は、力指令３２５の値
と比較されて、この偏差値がカモデル発生部３０１に送
られて、速度指令６２６の値が算出される。この速度指
令３２６によって制御されるサーボモータ６２０の動き
が、接触面に力として現われる。外力推定値６０６と力
指令３２５の値が一致して、その偏差値がＯになると速
度指令３２６もＯとなり、対象ワーク１１６は力指令６
２５の大きさの力で、組み付けプレート１１４に押え付
けられた状態で位置決めされて静止する。

■　■のように、設定された力で接触状態が安定すると
、その時点での位置フィードバックデータ６１２がシス
テム制御部１０２内の所定の位置変数のデータ領域内に
、自動的に取り込まれる仕組みになっている。また、動
作プログラムの自動実行時は、位置制御状態で動作させ
る場合は、この２の値を使用すると対象ワーク１１６と
組み付けプレート１１４が接触する動作を行なう。動作
プログラムの自動実行時に接触を嫌う場合は、オフセッ
ト量を同時に数値入力すると、位置制御での動作プログ
ラムの実行時には、そのオフセット量を加えた位置デー
タで位置決めされる。

■　所定の位置変数にデータが登録されると、システム
制御部１０２からの力指令３２５が停止され、接触面に
おける加圧状態が解除される。

その後、システム制御部１０２かものモード選択指令に
より、サーボモータ制御部１０３の第２及び第３のモー
ド切り換えスイッチ３０２゜６０５がｏｆｆとなり、第
１のモード切り換えスイッチ３２４がｏｎ状態となる。

これで力制御の状態から、位置制御状態へ移行する。

■　システム制御部１０２かもの位置指令３０８で、ハ
ンド１１２は、これまでの移動方向とは逆方向（２の上
方向）に移動し、力制御状態以前の位置に自動的に復帰
する。

■　各組み付け位置について、■〜■の作業を順次繰り
返すことによって、各位置変数のデータの教示を行なう
。

これまでは、力制御を利用した教示方法について説明し
たが、今度は、コンプライアンス制御を利用した教示方
法について、力制御と同様に第１図に示す教示例で説明
する。力制御とコンプライアンス制御を利用した教示方
法の大きな違いは、力制御は接触している面に対して、
その接触面が変位しても、絶えず一定の力の大きさで押
え付けることができるが、コンプライアンス制御は、接
触面の変位に対して、その変位に比例した大きさの力で
押え付ける点である。−船釣には、ワークやハンドなど
の保護という面から考えると、力制御を利用した方法の
ほうが有利である。

前述した力制御を利用した教示方法と同様に、対象ワー
ク１１３を７・ンド１１２に保持し、前述のｘ、ｙ、Ｃ
のデータを教示する。その後、登録された教示データ（
この場合、・・ンド中心位置（ｘｃ、ｙｃ））を教示装
置１０６で呼び出し、そのデータの位置に位置決めされ
る。尚、ここまでの動作は、位置制御モード状態で行な
う。

■　組み付け位置Ａに位置決めした状態で、教示装置１
０６からコンプライアンス制御モードを選択し、位置制
御からコンプライアンス制御へ切り換える。この時、シ
ステム制御部１０２かものモード選択指令６０７により
、サーボモータ制御部１０３の第１及び第３のモード切
り換えスイッチ３２４．６０５はＯＮ、第２のモード切
り換えスイッチ３０２はＯＦＦ状態になり、コンプライ
アンスモデル発生部６０３の構成するループが動作可能
状態になる。教示装置１０６を使い、予め、システム制
御部１０２のメモリ内のコンプライアンス定数のデータ
領域３０９にデータを入力しておく。システム制御部１
０２からサーボモータ制御部１０６のコンブラネアンス
ぞデル発生部６０３に、コンブ２イアンス定数３０９の
値が送られ、外力推定部３０４からの外力推定値６０６
を合わせることにより、コンプライアンスモデル発生部
３０３が演算可能状態になる。

■　教示装置１０６からサーボモータ制御部１０６へ、
２方向の手動による下降指令を与えて、対象ワーク１１
３を組み付けプレート１１４の組み付け位置１１５に接
触するまで下降させる。接触による外力の大きさは、速
度フィードバック６１１の値とトルク指令３１０の値を
基に、外力推定部３０４で計算されて、コンプライアン
スモデル発生部６０６とシステム制御部１０２へ送られ
る。

■　コンプライアンスモデル発生部６０３では、コンプ
ライアンス定数３０９と外力推定値３０６により、推定
された柔らかさと力の値を満たす位置データを生成し、
位置制御部３１５に位置指令をフィードバックする。こ
のことにより、ハンド１１２先端はバネのように柔らか
く倣う動作を行なう。

■　システム制御部１０２では、対象ワーク１１６と組
み付けグレート１１４の接触によって外力推定部３０４
から送られてくる外力推定値３０６を監視して、予め教
示袋＃１０６でシステム制御部１０２のメモリ内に設定
された外力推定値の上限値に、サーボモータ制御部１０
３から送られて来る外力推定値３０６が達した時点で、
位置指令を停止し、事故を防止する。それ以外では、対
象ワーク１１３と組み付けプレート１１４は、ある一定
の力の大きさで接触した状態で位置決めされる。

■　■のように、設定された力で接触状態が安定すると
、その時点での位置フィードバックデータ３１２が所定
の位置変数のデータ領域内に、自動的に取り込まれる仕
組みになっている。また、動作プログラムの自動実行時
は、位置制御状態で動作させる場合は、この２の値を使
用すると対象ワーク１１６と組み付けプレート１１４が
接触する動作を行なう。動作プログラムの自動実行時に
接触を嫌う場合は、オフセット量を同時に数値入力する
と、位置制御状態で動作プ゛ログラムを実行する時は、
そのオフセット量を加えた位置データで位置決めされる
。

■　所定の位置変数にデータが登録されると、システム
制御部１０２からの位置指令３０８が停止され、接触面
における加圧状態が解除される。

その後、システム制御部１０２からのモード選択指令に
より、サーボモータ制御部１０６の第２及び第３のモー
ド切り換えスイッチ３０２．６０５がｏｆｆとなり、第
１のモード切り換えスイッチ３２４がｏｎ状態となる。

これでコンプライアンス制御の状態から、位置制御状態
へ移行する。

■　システム制御部１０２がらの位置指令３０８で、ハ
ンド１１２は、これまでの移動方向とは逆方向（２の上
方向）に移動し、コンプライアンス制御状態以前の位置
に自動的に復帰する。

以上のような作業を行い、対象ワークや機械装置自身に
過度の負荷をかげずに、自動的かつ正確に教示作業を行
なう。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、位置決め装置に画像処理機能や
接触による力の制御や計測機能を取り込み、それぞれの
マン／マシンインターフェイス機能を統合することで、
教示作業も一つの装置で効率良〈実施できる。これに伴
い、視覚や触覚を利用する一連の教示についての作業を
位置決め装置に内蔵させることが可能になり、このこと
で教示用の動作プログラムを作業者が作成する必要がな
くなる。

また、これまで作業者の目視による確認と手動操作に頼
っていた位置や姿勢データの教示作業を、画像処理部や
サーボモータ制御部の力制御やコンプライアンス制御を
用いて自動化し、作業者の労力の負担を軽減したり、教
示作業の時間を短縮することもできる。

さらに、柔らかさや力加減を設定できる点を利用して、
手動操作の誤操作によるワークや機械装置の破損を防止
するだけではなく、正確な位置や姿勢データの登録をす
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の位置決め装置と、位置決め装置によ
って制御される機械装置の概要を示している。第２図（ａ）は、本発明のシステム制御部の機能ブロッ
クを示し、第２図（ｂ）は、システム制御部のメモリ内
容の一部を表している。第３図Ｆ＆）は、本発明のサーボモータ制御部の機能ブ
ロックを示し、第３図（ｂ）は、その応用例を示してい
る。第４図は、本発明の画像処理部を示している。第５図は、従来の位置決め装置と、位置決め装置によっ
て制御される機械装置の概要を示している。第６図は、従来のサーボモータ制御部の機能ブロックを
示している。第７図（ａ）は、アーム先端に取り付けられたカメラの
モニタ上の画像を表し、第７図（ｂ）は、ロボットの平
面図である。１０１．５０１・・・・・・位置決め装置、１０２．５
０２・・・・・・システム制御部、１０６．５０３・・
・・・・サーボモータ制御部、１０４・・・・・・画像
処理部、１０５．５０４．５１２・・・・・・システムバス、１
０６・・・・・・教示装置、１０７・・・・・・プログラミング装置、１０８・・・
・・・アーム、１０９・・・・・・力センサ、１１０・・・・・・カメラ、２０３・・・・・・通信制御部、２０４・・・・・・画像処理操作部、２０５・・・・・・メモリ操作部、２０６・・・・・・教示装置制御部、２０７・・・・・・サーボモータ制御操作部、２０８・
・・・・・動作制御部、２０９・・・・・・プログラム言語ごンバイラ及び実行
部、２１０・・・・・・座標変換部。第２図（Ｑ）第２図（ｂ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）教示装置を備えたシステム制御部と、このシステ
ム制御部からの指令によって、被制御体の位置決め制御
を行ない、かつ前記被制御体の位置データや接触による
外力推定値を前記システム制御部に送出するサーボモー
タ制御部と、前記システム制御部からの指令によって、
前記被制御体に取り付けたカメラから得た画像をもとに
計測を行ない、かつ前記システム制御部に計測データを
送出する画像処理部と、を有する位置決め装置において、前記システム制御部は、前記サーボモータ制御部や前記画像処理部の動作を指令
するためのプログラム言語のコンパイラ及び実行部と、前記サーボモータ制御部及び前記画像処理部を直接操作
したり、予約変数のデータ領域のメモリ上への確保／削
除、データの登録／変更の指令を行なう教示装置制御部
と、前記画像処理部に対してデータ処理に関する指令を出力
し、計測データを受け取る画像処理操作部と、位置や姿勢データから前記被制御体の各制御軸に対する
制御データを生成する動作制御部と、この動作制御部の
データより位置や力のデータを前記サーボモータ制御部
との間で受渡しするサーボモータ制御操作部と、位置や姿勢データを各種座標に変換する座標変換部と、前記システム制御部と前記教示装置やプログラム装置と
の間の通信を制御する通信制御部と、メモリの使用領域
を設定し、予約変数の登録／変更を行なうメモリ操作部
とを備え、前記サーボモータ制御部は、前記被制御体におよぼす外力と前記システム制御部から
送出される力指令との偏差を基に速度指令を送出する力
モデル発生部と、前記システム制御部から送出されるコンプライアンス定
数と前記外力とを基に位置の値を求めフィードバックす
るコンプライアンス発生部と、の少なくともどちらか一
方を備え、前記画像処理部は、カメラからの画像データをデジタル画像に変換し、モニ
タに出力する画像入出力制御部と、画像データの２値化処理を行なう画像データ処理部と、２値化された画像データから特徴抽出を行なう特徴抽出
部とを備えていることを特徴とする位置決め装置。
（２）請求項１記載の位置決め装置を備えたロボットあ
るいはｘｙテーブル等の機械装置において、この機械装
置の被制御体を所定の位置に移動させ、この被制御体に
取り付けたカメラの画像情報からワークの組み付け位置
や姿勢を計測し、被制御体が保持するワークを計測デー
タを基に算出した位置に移動させ、一つの位置決め軸を力制御あるいはコンプライアンス制
御が可能な状態にし、このワークを組み付け位置に接触
させて、所定の力で押し付けて位置決めし、画像データからの計測及び算出した位置や姿勢のデータ
と、接触によって計測した位置データとをシステム制御
部に自動的に登録する位置教示方法。