JPH05303425A - 直接教示方式ロボット - Google Patents

直接教示方式ロボット

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JPH05303425A
JPH05303425A JP10790292A JP10790292A JPH05303425A JP H05303425 A JPH05303425 A JP H05303425A JP 10790292 A JP10790292 A JP 10790292A JP 10790292 A JP10790292 A JP 10790292A JP H05303425 A JPH05303425 A JP H05303425A
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JP
Japan
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coordinate system
force
hand effector
movement
input
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Application number
JP10790292A
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English (en)
Inventor
Shuichi Ohara
秀一 大原
Yuichi Takahashi
友一 高橋
Yoshimasa Yanagihara
義正 柳原
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接教示方式ロボットにおいて、手先効果器
の先端が所望の線や面に沿って正確に移動することがで
きるようにする。 【構成】 手先効果器3の先端を点12と13に位置づ
け、点12と13の座標を蓄積装置30に蓄積する。演
算装置31は点12から13の方向と平行な方向をx軸
とする座標系F’と座標系7の値を座標系F’に変換す
る変換行列を作成し、この変換行列を用いて座標系7で
の力F1 〜F6 の値を座標系F’での力F 1 ’〜F6
に変換する。そして手先効果器3が座標系F’のx軸上
を移動するように制御パラメータを決定して座標系F’
での移動量△x’を算出し、これを座標系7での値に逆
変換して制御装置8に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直接教示方式ロボットに
関する。
【0002】
【従来の技術】ロボットを用いた作業においては、作業
に必要な位置情報をロボットに正確に与える必要があ
る。通常、ロボットは位置決めの繰り返し精度が高いこ
とから、ロボットの手先効果器を直接作業対象物に位置
づけて、その位置を記憶させる直接教示方式が用いられ
ることが多い。この方法では、手作効果器を所定の位置
に正確に、かつ簡便に位置づける必要があり、従来よ
り、この位置づけ方法として、ロボット先端部のX,
Y,Z各軸方向の並進および各軸周りの回転運動をティ
ーチングボックスで操作して行なう方法が主に用いられ
ている。
【0003】この方法ではティーチングボックスにX,
Y,Z各軸方向位置および各軸周りの回転角を個々に変
化させるスイッチが設けられ、これらを組み合わせ操作
して教示するが、意図する動きを得るために操作すべき
スイッチを適宜選択する操作は煩雑で、目的の位置、姿
勢を得ることが難しい。
【0004】この操作性を改善する方法として、ロボッ
トのリスト部に力覚センサを取り付け、これによってリ
スト部に加わる力を検出し、この信号を入力に用いたコ
ンプライアンス制御によってロボットを動作させるよう
にし、操作者がロボットの手先効果器を手で保持し、意
図する方向に力を加えることによってロボットを移動、
回転させ、教示したい位置に手先効果器を位置づける方
法が提案された。
【0005】図2は、この方法によるロボットの一例を
示す図である。ロボットアーム1の先端部であるリスト
部には、作業を行なう手先効果器(工具)3と接続され
た力覚センサ2が取り付けられている。手先効果器3に
は操作者がロボットを操作する際に把持するハンドル4
が取り付けられている。制御装置8は手先効果器3の先
端部が、力が加わった方向に移動するようにロボットア
ーム1を制御する。XYZ座標系7は力覚センサ2が力
を検出してその値を外部に出力する際に使用する座標系
である。ここで、ロボットは作業対象物5上の点10,
11,12,13,14を結ぶ直線上あるいはこれらの
点で決定される面上で手先効果器3の先端部を移動させ
ながらなんらかの作業を作業対象物5に行なうものとす
る。例えば点12と点13を結ぶ直線22上で手先効果
器3が作業対象物5に作業を施す場合、操作者は手先効
果器3の先端が直線22からずれないように、ハンドル
4に与える各方向の力を調節しながら、手先効果器3を
点12から点13に誘導する。しかしながら手先効果器
3の先端が直線22上を移動するように手先効果器3を
操作することは以下に述べる理由により通常困難であ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の直接教
示方式ロボットは、操作者が手操作でロボットを移動さ
せ、操作者の意図する位置にロボットの手先効果器を位
置づけることができる反面、手先効果器の3つの移動方
向と3つの回転方向に加える力を常に同時に調節する必
要があり、例えば移動させる必要のない方向には力が加
わらないようにして操作しなければならず、また、作業
対象物上の教示すべき点が一直線上や同一平面上に並ん
でいる場合があり、教示にあたっては、点相互のこのよ
うな位置関係が正確に入力される必要があるが、手操作
にて直線や平面に沿ってロボットの手先効果器を正確に
移動させることが難しいという欠点があった。
【0007】本発明の目的は、手先効果器の先端を作業
対象物によって決まる所望の線や面に沿って正確に運動
させることができる直接教示方式ロボットを提供するこ
とである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の直接教示方式ロボットは、手先効果器の移
動が特定の線上にあるいは特定の面上に拘束される拘束
モードを入力する入力手段と、該入力手段によって入力
された拘束モードの拘束線、拘束面を決定する点に操作
者が手先効果器を位置づけて教示した位置情報を蓄積す
る蓄積手段と、力覚センサが力を検出してその値を出力
する際に使用する基本座標系を、前記蓄積手段に蓄積さ
れている位置情報を用いて、入力された拘束モードの拘
束線あるいは拘束面に関する新たな座標系に変換する変
換行列を作成し、この変換行列を用いて基本座標系で得
られている各軸の力を新たな座標系における各軸の力に
変換し、入力された拘束モードに手先効果器の移動を拘
束する制御パラメータを決定して新たな座標系における
拘束された移動を行なうための移動量または回転量を求
め、これを基本座標系における値に変換し、制御装置に
供給する演算手段とを有する。
【0009】
【作用】動きを拘束させたい線あるいは面を決定する点
に手先効果器を位置づけ、その位置を蓄積し、座標変換
演算を行ない、基本座標系における移動量または回転量
を求めることにより、手先効果器が所望の線や面に沿っ
て正確に移動することができる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0011】図1は本発明の一実施例の直接教示方式ロ
ボットの構成図である。図2中と同じ参照番号は同じ構
成要素を示す。
【0012】蓄積装置30(蓄積手段)は操作者が手先
効果器3を動かすことによって得られる手先効果器3の
先端部の位置データを蓄積する。演算装置31(演算手
段)は蓄積装置30に蓄積された位置データのいくつか
を組み合わせて、手先効果器3の先端部が直線、曲線、
面等に沿った動きをするようにロボットアーム1を制御
するために必要な制御パラメータを算出する。入力装置
32(入力手段)は、操作者が手先効果器3を位置づけ
て位置データを入力する際にその位置データが通常の教
示点なのか、手先効果器3が線や面に拘束された運動を
する際に、直線、曲線、面等の情報を算出するための基
準点としてのデータなのかを区別するための情報や、ロ
ボットアーム1を動作させる場合の制御モードが通常の
全方向移動モードなのか、特定の直線や面に拘束された
拘束モードなのかを区別するための情報を入力するため
の入力装置である。
【0013】手先効果器3に操作者が加えた力によって
手先効果器3を移動させるようロボットを動作させる制
御法について以下に説明する。
【0014】手先効果器3に加えられた力は力覚センサ
2によって検出される。その各軸成分を座標系7を用い
てF1 ,F2 ,F3 ,F4 ,F5 ,F6 とする。F1
2,F3 はx,y,z各方向の力成分であり、F4
5 ,F6 はx,y,z各軸周りのトルク成分である。
ここで、力に比例した移動量を得るための比例係数をa
11とした場合に、
【0015】
【数1】 によって算出される値△x,△y,△z,△O,△A,
△Tだけ手先効果器3の位置、姿勢を移動、回転させれ
ば、加えられた力の各軸成分に比例した量だけ手先効果
器3の位置、姿勢が変化し、目的とする手操作による制
御が実現できる。△x,△y,△zはx,y,z各方向
の移動量、△O,△A,△Tはx,y,z各軸周りの回
転角、すなわち姿勢変化である。
【0016】ここで、
【0017】
【数2】 とすれば、手先効果器3に加えた力の方向には無関係に
x軸方向にのみ移動するように手先効果器3の動きを拘
束させることができる。同様に、a22以外のa11、また
はa33以外のa11を0とすることによってy方向または
z方向にのみ移動するよう手先効果器3の動きを拘束さ
せることができる。また、a33=a44=a 55=a66=0
とすることによって動きをx−y平面上に拘束させるこ
ともできる。さらに、a11=a22=a33=0とすること
により位置を1点に拘束し姿勢のみを変化させ、a44
55=a66=0とすることにより姿勢を拘束し、位置の
み並進移動させることができる。
【0018】(1)式の対角項は加えた力の強さに対す
る移動量、すなわち拘束の強さを決定するものであるか
ら、例えば(2)式の値を0とせず、適当な値を与える
ことによって、意図する拘束方向以外の方向にもある程
度強い力を加えた場合には手先効果器3が移動するよう
に制御することができる。
【0019】以上述べた動きの拘束は全て力覚センサ2
あるいは手先効果器3の座標系である座標系7において
動作するものであり、このままでは作業対象物5になら
った任意の線上や面上に動きを拘束することはできな
い。
【0020】次に、例として直線22に沿った動きを実
現する方法について述べる。直線22を含む直線上に運
動を拘束するためには、直線22を含む直線を、例えば
x軸とする座標系F’を設定しこの座標系F’上での各
軸方向係数a’11を選択的に0にすれば、この座標軸上
での拘束運動が実現できる。そこで、手先効果器3の先
端を予め点12と点13に位置づけ、入力装置32を用
いて位置座標入力指令を蓄積装置30に送る。この操作
によって蓄積装置30は点12の位置座標を獲得する。
同様に点13の位置座標をも入力する。次に、入力装置
32を用いて座標系作成指令を蓄積装置30に送る。こ
の操作によって演算装置31は点12から点13の方向
と平行な方向をx軸とする座標系F’と座標系7の値を
座標系F’の値に変換する変換行列を作成する。この変
換行列を用いることにより座標系7で得られているF
1 ,F2 ,F3 ,F4 ,F5 ,F6 の値を座標系F’に
おける各軸成分F1 ’,F2 ’,F3 ’,F4 ’,F
5 ’,F6 ’に変換する。この値に対して(1)式と同
様の以下(3)式の演算を施す。
【0021】
【数3】 ここで、例えば制御パラメータa22’=a33’=a44
=a55’=a66=0とすれば座標系F’のx軸上に拘束
された移動量△x’が算出される。この値は座標系F’
での値であるから、これを座標系7での値に逆変換して
制御装置8に供給すれば、手先効果器3が直線22の方
向にのみ移動するような制御を実現できる。
【0022】また、10,11,12の3点の位置情報
を蓄積装置30に入力すれば、この3点で決まる面を、
例えばxy平面とする座標系を演算装置31が算出する
ので、この座標系での制御マトリックスにおいて制御パ
ラメータa33’=a44’=a 55’=a66’=0とすれば
座標系F’のxy平面、すなわち10,11,12の3
点で決まる平面内に手先効果器3の先端の動きを拘束で
きる。
【0023】このように、動きを拘束させたい線や面を
決定する点の位置に手先効果器3を位置づけ、その位置
を蓄積装置30に蓄積し座標変換演算を行ない、座標系
7での移動量または回転量を求めることにより、所望の
線や面に沿った動作が実現できる。そして入力装置32
によってロボットの動作を拘束されない自由な動きと、
特定の直線上、あるいは面上に正確に拘束される動きを
適宜選択しながら、手先効果器3の先端を移動させ、教
示を行なうことができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、動きを拘
束させたい線あるいは面を決定する点に手先効果器を位
置づけ、その位置を蓄積し、座標変換演算を行ない、元
の座標系での移動量または回転量を求めることにより、
手先効果器が所望の線や面に沿って正確に移動をするこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の直接教示方式ロボットの構
成図である。
【図2】直接教示方式ロボットの従来例の構成図であ
る。
【符号の説明】
1 ロボットアーム 2 力覚センサ 3 手先効果器 4 ハンドル 5 作業対象物 7 座標系 8 制御装置 10〜14 点 20,22 直線 30 蓄積装置 31 演算装置 32 入力装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05B 19/403 P 9064−3H 19/42 H 9064−3H G05D 15/01 8914−3H

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リスト部に加わる力を検出する力覚セン
    サが該リスト部に設けられ、この検出信号を入力とする
    コンプライアンス制御によって動作し、操作者が前記手
    先効果器に力を加えることによってロボットを移動さ
    せ、操作者の意図する位置に手操作で手先効果器を位置
    づけて位置情報をロボットに入力する直接教示方式ロボ
    ットにおいて、 手先効果器の移動が特定の線上あるいは特定の面上に拘
    束される拘束モードを入力する入力手段と、 該入力手段によって入力された拘束モードの拘束線ある
    いは拘束面を決定する点に操作者が手先効果器を位置づ
    けて教示した位置情報を蓄積する蓄積手段と、 力覚センサが力を検出してその値を出力する際に使用す
    る基本座標系を、前記蓄積手段に蓄積されている位置情
    報を用いて、入力された拘束モードの拘束線あるいは拘
    束面に関する新たな座標系に変換する変換行列を作成
    し、この変換行列を用いて基本座標系で得られている各
    軸の力を新たな座標系における各軸の力に変換し、入力
    された拘束モードに手先効果器の移動を拘束する制御パ
    ラメータを決定して新たな座標系における拘束された移
    動を行なうための移動量または回転量を求め、これを基
    本座標系における値に変換し、制御装置に供給する演算
    手段とを有することを特徴とする直接教示方式ロボッ
    ト。
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