JPH04372384A - ロボットの経路教示装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに力覚センサ
を設置し、その力覚センサを用いてロボットを手動によ
り直接的に動作させ、ロボットに動作経路を教示するロ
ボットの経路教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットの動作プログラムを作成
する際に用いられる方法は、作業者がロボット制御装置
のティーチングペンダントにあるロボットの操作キーを
押す事によりロボットを所定の位置に移動させてその位
置を記憶する事を繰り返して行うか、またはＣＡＤ等を
利用しシミュレーションによりロボットの動作プログラ
ムを作成した。このように作業者が間接的にロボットに
経路を教示する場合には、操作キーの押し間違いや、モ
デルの誤差等により、ロボット自体やロボットに取り付
けられたエンドエフェクタ等を周囲の物体に衝突させ破
損させる事が多く危険である。また、作業者に熟練度が
要求され作業者が限定されるという課題があった。

【０００３】そこで、上記の間接的な教示方法の他に、
ロボットを直接的に教示する方法も提案されている。図
３に示すように先端部にエンドエフェクタ８をもち、そ
のエンドエフェクタに加わる力を検知する力覚センサ５
′を設けたロボット４を、作業者６がエンドエフェクタ
を持ち直接力を加えるとエンドエフェクタに加えられた
力を力覚センサが検出しその出力の方向にロボットを移
動し、記憶する事により経路教示を実現している。しか
し、エンドエフェクタに作業者より必要以上に荷重が加
わる危険性がある。

【０００４】また、例えば特開平２−１２１００７号公
報によれば力覚センサ部とエンドエフェクタ部との接続
点を作業者が持つ点として使用し、エンドエフェクタに
加わる負荷を軽減する発明が開示されている。しかしこ
の方法では重量物を保持して作業するロボットで実現す
る場合、エンドエフェクタや重量物の荷重に耐え、しか
も作業者の加える力を検出する感度をもつ力覚センサが
必要となる。また、例えば特開平１−２３４１８５号公
報によれば力覚センサに加えられる一定値以上の力に応
じロボットの移動指令信号を出力しロボットを移動する
発明が開示されている。しかしこの方法ではエンドエフ
ェクタやワークの荷重が力覚センサに加わりロボットが
荷重方向に移動してワーク等を破損したり、作業者にけ
がをさせたり危険であった。なお本発明で用いる仮想力
学モデル演算部は特開平１−２２２３１１号公報をはじ
めとするいくつかの発明で示されているが、ロボットと
エンドエフェクタの間に力覚センサを設置し作業対象物
からの力の変化に対するロボットの軌道制御に用いられ
ているが作業者が加える力に対する軌道制御に用いたロ
ボットの教示への応用についての開示はない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では作業者
がロボットのエンドエフェクタを持ち、移動方向へ力を
加え教示点まで移動させる事が行われているためエンド
エフェクタに必要以上の荷重が加えられる事になる。ま
た、重量物のハンドリングや重いエンドエフェクタを用
いる場合には、それらの荷重に耐える高価な力覚センサ
が必要となるがそのようなセンサは分解能を上げること
が出来ず作業者の力を検出するのが困難であった。また
、ロボットの位置や姿勢が変化したときエンドエフェク
タ等の荷重が力覚センサへの力の変化となり、作業者が
力を加えないのに、ロボットは力が加えられていないと
判断するまで無限に移動しようとするため非常に危険で
あった。

【０００６】本発明の課題は、エンドエフェクタやワー
クの荷重のようなロボットの内部の力を受けない、作業
者の加える力のみを検出する能力を持つ、安価な力覚セ
ンサを既存のロボットに取り付けるのみで、小型ロボッ
トから重可搬大型ロボットまで安全に直接的な教示作業
を可能とするロボットの経路教示装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、特許
請求の範囲記載のロボットの経路教示装置を提供するこ
とによって上述した課題を解決した。

【０００８】

【実施例】以下添付した図１及び図２に基づきこの発明
を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例ロボットの
経路教装置の構成を示すブロック図である。検出手段１
４はロボット４の位置・速度・加速度を検出しそれをロ
ボットコントロール部１及び仮想力学モデル演算部２に
入力する。指示入力部７は作業者６によりロボット４の
目標位置・目標速度・目標加速度を設定／変更して入力
する。本実施例では、指示入力部７に設けられた図示し
ない記録ボタンを押すことにより、ロボット４の現在位
置を検出し、それをロボット４の目標位置としてロボッ
トコントロール部１及び仮想力学モデル演算部２に入力
する。さらに指示入力部７に設けられた図示しない入力
装置により、仮想力学モデル演算部２のパラメターを設
定・変更できるようにされている。

【０００９】ロボットコントロール部１は、検出手段１
４及び指示入力部７よりの信号に応じロボット４の動作
を記録し仮想力学モデル演算部２に制御信号としてのロ
ボット４の位置・速度・加速度を出力する。力覚センサ
５は、エンドエフェクタやワークの荷重のようなロボッ
ト４の内部の力を受けないように、エンドエフェクタ８
に取り付けられ、かつ作業者６がエンドエフェクタ８に
加える力のみを検出するようにされている。作業者６は
エンドエフェクタ８が希望の位置・姿勢になる方向へ力
覚センサ５に力を加え、力覚センサ５は作業者６の加え
た力の方向と大きさを検出し仮想力学モデル２へ入力す
る。仮想力学モデル２には力覚センサ５からの信号に応
じたロボット４の位置・速度・加速度を演算し、サーボ
制御部３はこの入力と、検出手段１４からのロボット４
の位置・速度・加速度の信号に基づき、ロボット４の運
動を実現する。ロボット４が適した位置まで移動したと
き作業者６は指示入力部７により、ロボットコントロー
ル部１へ記録の指示を入力する。

【００１０】図２は図１の実施例における仮想力学モデ
ル演算部の構成を示すブロック図である。力覚センサ５
からの信号はエンドエフェクタ８に固定された座標系で
の力およびトルクである。絶対座標系とロボット４のエ
ンドエフェクタ８に固定された座標系との変換行列Ｗは
ロボットコントロール部１での計算で求められている。 この変換行列Ｗを用い力覚センサ５に加えられた力とト
ルクを絶対座標系での力とトルクに変換する。この力と
トルクをベクトルｆ０　とする。ここでロボット４が加
えられる力とトルクに対し、指示入力部７により予め設
定・変更された、仮想質量Ｍｍ　仮想粘性抵抗Ｄｍ　仮
想バネ定数Ｋｍ　をパラメータとしたインピーダンス特
性をもつ運動モデル（１）式に従うとする。

【００１１】

【数１】

【００１２】（３）式はロボット４の仮想力学モデルを
表し、このＸｍに従うようにロボット４をコントロール
すればロボット４に取り付けられたエンドエフェクタ８
は目標位置を中心に力覚センサ５からの信号に基づきあ
たかもバネと質量とダンパを持ったように動作する。つ
まり作業者６はバネを引っ張ったり押したりする感覚で
ロボット４を動かすことになる。またパラメータは絶対
座標系の３方向と各座標軸回りの成分が設定できるので
、ある方向のみ成分を小さくし、他の成分を大きくする
とその方向にだけロボット４が移動しやすいというよう
に作業に適したパラメータを設定できる。また指示入力
部７からの指示によりパラメータの変更を行うことによ
り教示作業中であっても動作の特性を変更できる。

【００１３】このようなインピーダンス特性を実現すれ
ば、もし作業者６が力を加えていないのに力覚センサ５
から一定の誤差信号が発生していてもバネ定数との関係
で決定される位置を越えてロボット４は動作することは
なく安全である作業者６により記録の指示や力のリセッ
ト信号を指示入力部７より入力されたときにロボット４
の現在位置・速度加速度を目標位置・目標速度・目標加
速度に更新することにより感覚的なバネを引っ張ったり
押したりする場所をリセットできる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ボットの大小を問わず、既存のロボットを改造すること
無くロボットのエンドエフェクタに、エンドエフェクタ
やワークの荷重のようなロボットの内部の力を受けない
、作業者の加える力のみを検出する能力を持つ、安価な
力覚センサを取り付けるだけで、作業者が直接ロボット
を動かすことが出来、容易にロボットの経路を教示する
ことが可能となり、作業者の労力、熟練度が軽減される
。又力覚センサは作業者の加える力のみを検出する能力
を持つので、上記ロボットの内部の力を受けて自走する
危険がなくなった。かつ力覚センサから一定の誤差信号
が発生していても、仮想力学モデル演算部２のパラメタ
ーであるバネの特性を選択してロボットの動作に制限を
設けることにより、作業者への一層の安全を確保するこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例ロボットの経路教示装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例における仮想力学モデル演算部の
構成を示すブロック図である。

【図３】従来のロボットの経路教示装置の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１：ロボットコントロール部 ２：仮想力学モデル演算部 ３：サーボ制御部 ４：ロボット ５：力覚センサ ６：作業者 ７：指示入力部 ８：エンドエフェクタ １４：検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットに直接作業者が力を加えて該ロボ
   ットを動かし該ロボットの経路を教示する装置であって
   、それぞれ、ロボットコントロール部及び仮想力学モデ
   ル演算部に入力する、前記ロボットの位置・速度・加速
   度を検出し入力する検出手段及び作業者により前記ロボ
   ットの目標位置・目標速度・目標加速度を入力する指示
   入力部と、該指示入力部及び検出手段よりの信号に応じ
   前記ロボットの動作を記録し制御信号出力をするロボッ
   トコントロール部と、前記ロボットの内部の力を受けな
   いようにエンドエフェクタに取り付けられかつ作業者が
   エンドエフェクタに加える力のみを検出する力覚センサ
   と、該力覚センサに対し作業者が加える力の方向を示す
   力覚センサからの入力信号と前記検出手段が入力したロ
   ボットの位置信号から作業者が加えている力の方向と力
   に応じ前記ロボットコントロール部からの制御信号出力
   と前記指示入力部からの信号より前記ロボットの移動す
   べき位置・速度・加速度をサーボ制御部に出力するよう
   に予め定められた仮想力学モデルに従って演算する仮想
   力学モデル演算部と、前記仮想力学モデル演算部の出力
   及び前記ロボットの位置・速度・加速度を検出する前記
   検出手段からの出力に基づいて前記ロボットを制御する
   サーボ制御部と、を備えたことを特徴とするロボットの
   経路教示装置。