JPH0741566B2 - 力センサを用いたロボットの経路教示方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、いわゆる垂直多関節型ロボットに好適な、
力センサを用いて直接的にロボットに経路を教示する方
法とそのように設計された装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、一般的にロボットに経路教示（ティーチン
グ）を行う際に用いられている方法は、まずティーチン
グ・ボックスの操作ボタンを操作してロボットの各関節
軸のモータによりロボット・アームを第１の所定位置に
移動させ、その位置をロボットに記憶させる。次に、同
様にロボット・アームを第２の所定位置に移動させてそ
の位置を記憶させる、というふうにして、ロボットの各
関節軸を動かすモータを駆動することにより、作業者が
間接的にロボットに経路教示させる方法である。この方
法は、作業範囲が狭い場合や経路の途中に障害物などが
ある場合には、ちょっとした操作ボタンの押しまちがい
などにより、ロボット自体やロボット・アーム先端に取
り付けられたアクチュエータ等を周囲の壁や障害物を衝
突させて破損させることが多い、という難点がある。ま
た、この方法は熟練した作業者が操作する必要があるの
で、作業者が限定されてしまうという問題もある。

そこで、上記の間接的な教示法の他に、ロボットに直接
的に経路教示（ダイレクト・ティーチング）をする方法
も考案されている。この直接教示法は、作業者が直接ロ
ボット（通常ロボット・アーム）に力を加えて希望する
位置（ティーチング・ポイント）まで動かし、その位置
におけるロボット・アームの姿勢をロボットに記憶させ
る。そして、同様にして次の希望位置までロボット・ア
ームを動かしてその姿勢を記憶させる、という手順を繰
り返して、ロボットに経路を教示する方法である。この
直接教示法は、間接教示法の持つ上記難点を持たないの
で有利であり、近年多くのロボットにおいて採用されて
きている。

しかしながら、垂直多関節型ロボットにおいて、移動の
経路及び速度をそのまま直接教示（ダイレクト・ティー
チング）できるロボットの経路教示方法およびそのため
に用いる装置は存在していない。つまり、従来のロボッ
トの経路教示方法では、記憶されたポイント以外のとこ
ろではロボット・アームは不規則に動いてしまい、所謂
プレイバック運転時におけるロボット・アーム２の移動
経路・速度がティーチング時のそれと大きく相違する。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、この発明は、垂直多関節型ロボットにおいて移
動の経路及び速度をそのまま直接教示できるロボットの
経路教示方法およびそのために用いる装置を提供するこ
とを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のロボットの経路教示方法は、ロボット・アー
ム（２）に直接人間が力を加えて動かしてロボット
（１）に移動経路を教示する方法において、人間の力を
ロボット・アーム（２）の取り付けられた力センサ
（４）を介して加え、ロボット・アーム（２）の姿勢変
更を可能ならしめる信号を出力しながらロボット・アー
ム（２）を移動させる段階と、希望位置においてロボッ
ト・アーム（２）を停止させると共に、上記信号の出力
を停止する段階と、上記ロボット・アーム（２）の移動
の方向及び距離、並びに移動速度とを連続的にロボット
・コントローラ（10）に記憶させる段階とから成り、上
記ロボット・アーム（２）の移動の方向及び距離、並び
に移動速度は、上記ロボット・アーム（２）に加えられ
た力を感知して上記力センサ（４）が出力する出力信号
に基づいて認識されることを特徴としている。

この発明のロボットの経路教示装置は、ロボット・アー
ム（２）に直接人間が力を加えて動かしロボット（１）
に移動経路を教示する装置であって、ロボット・アーム
（２）に取り付けられ、かつそれを介して人間がロボッ
ト・アーム（２）に力を加えるようにした力センサ
（４）と、ロボット・コントローラ（10）にロボット・
アーム（２）の姿勢変更を可能ならしめる信号を送るた
めのスイッチ（９）等のスイッチ手段と、上記力センサ
（４）の出力信号に基づいて、ロボット・アーム（２）
の移動の方向及び距離、並びに移動速度を連続的に認識
して指令信号を発生すると共にロボット・コントローラ
（10）に出力する指令信号発生手段（11）と、上記指令
信号をロボット・コントローラ（10）に記憶させるか否
かを指令するための操作ボタン（16）等の操作手段とか
ら構成されていることを特徴としている。

〔作用〕

以上のような構成しているので、移動中にロボット・ア
ーム（２）に加えられた力は力センサ（４）によって検
知され、その出力信号に基づいて加えられた力の大きさ
と方向に応じた指令信号が指令信号発生手段（11）によ
って作られ、ロボット・コントローラ（10）に出力され
る。この指令信号を、操作手段を操作することによって
ロボット・コントローラ（10）に記憶させれば、経路教
示ができることになる。

ロボット・アーム（２）の姿勢変更は、スイッチ手段を
操作することによって必要に応じて可能なものとするこ
とができる。そして、ティーチング時におけるロボット
・アーム（２）の移動の方向及び距離、並びに移動速度
が連続的にロボット・コントローラ（10）に記憶される
から、所謂プレイバック運転時におけるロボットアーム
（２）の移動経路・速度はティーチング時とほとんど同
様となる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図〜第３図は、この発明の方法を実施するためのロ
ボット装置の１例を示したものである。

（１）は垂直多関節型ロボットでロボット・アーム
（２）は各関節において垂直方向に回転すると共に取付
台（３）上で垂直方向に回転できるようになっている。
また、このロボットでは外力（操作力）が作用しない限
りその姿勢が保持されるようにサーボ機構を作動（所謂
サーボON）させるようにしてあり、ロボット・アーム
（２）の姿勢を変更するときには各関節軸のモータに
「動け」あるいは「止まれ」という信号を与えるように
している。ここで、この実施例では、作業者（17）がハ
ンドル（８）を介してロボット・アーム（２）に与えた
力の強さ・方向を後述する力センサ（４）を検知し、こ
の力センサ（４）からの出力信号を介して各関節軸のモ
ータを駆動せしめ、ロボット・アーム（２）の姿勢を変
更させるようにしている。尚、自重に抗したロボット・
アームの姿勢保持の方法としては、この他、例えば、特
開昭59−157715号公報や特開昭61−273610号公報に開示
されているものが採用できる。

以下、この発明と関連する主要構成部分について詳述す
る。

ロボット・アーム（２）の先端には、第２図に示すよう
に、６軸の力センサ（４）が手首フランジ（５）を介し
て取り付けてある。力センサ（４）には、この実施例で
はノズル（６）を取り付けるためのノズル保持具（７）
を介して、人間が手で把むことのできる大きさとしたハ
ンドル（８）が取り付けてある。このハンドル（８）
は、手で把んで力を加え、ロボット・アーム（２）を動
かしてロボット（１）に経路教示をするためのものであ
る。尚、ノズル（６）は、他の作業をロボット（１）に
させる場合には、他の作業工具に取りかえられる。

ハンドル（８）の下側には、スイッチ（９）が設けてあ
る。このスイッチ（９）は、ロボット・コントローラ
（10）にロボット・アーム（２）の移動中にトリガ信号
を送ると共にロボット・アーム（２）の姿勢変更を可能
ならしめる指令信号を送るためのものである。このスイ
ッチ（９）を押している間は、ロボット、コントローラ
（10）にトリガ信号が送られ、またロボット・アーム
（２）の姿勢変更が可能な状態となり手でロボット・ア
ーム（２）を動かすことができる。

ロボット・アーム（２）の移動中には、スイッチ（９）
が押されてロボット・コントローラ（10）には必ずトリ
ガ信号が送られている。ロボット・コントローラ（10）
は、このトリガ信号を受けてロボット・アーム（２）の
動きを認識するための作動を開始あるいは停止するよう
になっている。

（11）は指令信号発生手段で、上記力センサ（４）のア
ナログ出力信号が入力され、この出力信号に基づいてロ
ボット・アーム（２）の移動経路と速度を認識して指令
信号を発生する役目をするものである。この指令信号
は、ロボット・アーム（２）の移動中、常にロボット・
コントローラ（10）に送られる。指令信号発生手段（1
1）は、この実施例では、力センサ（４）のアナログ出
力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器（12）と、
力センサ（４）のアナログ出力電圧を周波数に変換する
V/F変換器（13）と、力センサ（４）の座標軸系で各軸
ごとに出力される出力信号をロボット（１）の座標系で
の信号に変換する座標変換器（14）から構成されてい
る。

A/D変換器（12）により発生する電圧パルス信号は、ロ
ボット・アーム（２）に加えられた力が一定値以上であ
るときに発生し、その一定値以上の力が加えられていれ
ば連続して電圧パルス信号が発生するようになってい
る。従って、一定値以上の力を加えてロボット・アーム
（２）を動かせば、移動中は移動距離に応じた数のパル
ス信号が発生するので、このパルス信号によってロボッ
トアーム（２）の移動した距離を認識することができ
る。また、力センサ（４）の出力信号は、各座標軸ごと
に出力されるので、移動した方向も認識することができ
る。

V/F変換器（13）は、力センサ（４）のアナログ出力信
号電圧の大きさに応じた周波数をもつパルス信号を出力
するので、このパルス信号に基づいてロボット・アーム
（２）の移動速度を認識することができる。座標変換器
（14）は、力センサ（４）の出力信号がその座標軸にお
ける各軸の信号成分として出力されるので、そのままで
は通常はロボット（１）の座標軸と一致しないことか
ら、この各軸の信号成分をマイクロコンピュータで座標
変換してロボット・アーム（２）の各関節軸への信号に
割り振りするものである。

（15）は操作ボックスで、操作ボタン（16）を備えてお
り、このボタン（16）を押すと、それまでにロボット・
アーム（２）が移動した経路と速度について指令信号
が、ロボット・コントローラ（10）に記憶される。

次に、上記ロボット装置を使用してロボット（１）に経
路を教示する方法について説明する。

まず、作業者（17）がロボット・アーム（２）先端のハ
ンドル（８）を把んで力を加え、スイッチ（９）を押し
ながらワーク（18）の知覚の最初の教示位置（TP1）ま
でロボット・アーム（２）を移動させる。この位置（TP
1）は、操作ボタン（16）を押してロボット・コントロ
ーラ（10）に記憶される。

次に、第２の教示位置（TP2）まで動かすときには、同
様にして作業者（17）がハンドル（８）を把み、スイッ
チ（９）を押し続けながらロボット・アーム（２）を動
かしてノズル（６）が教示位置（TP2）を到達するよう
にし、そこでスイッチ（９）をはなす。この移動中の経
路と速度は、力センサ（４）の出力信号に基づいて指令
信号発生手段（11）によって認識され、ロボット・コン
トローラ（10）に入力されている。

そこで、操作ボックス（15）の操作ボタン（16）を押せ
ば、ロボット・アーム（２）の移動経路と移動速度はロ
ボット・コントローラ（10）に記憶される。

さらに、第３図の教示位置（TP3）へ動かすときも同様
であり、以下これと同じステップを何回も繰り返すこと
により、経路教示が行われる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、の発明は、垂直多関節
型ロボット（１）において移動経路及び速度をそのまま
直接教示できるロボットの経路教示方法およびそのため
に用いる装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を実施するための装置の１例
を示す概略説明図。 第２図は、ロボット・アーム先端部の部分拡大図。 第３図は、この発明の装置の１実施例を示すブロック
図。 （１）……垂直多関節型ロボット、（２）……ロボット
・アーム （４）……力センサ、（８）……ハンドル （９）……スイッチ、（10）……ロボット・コントロー
ラ （11）……指令信号発生手段、（12）……A/D変換器 （13）……V/F変換器、（14）……座標変換器 （15）……操作ボックス、（16）……操作ボタン （17）……作業者

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボット・アーム（２）に直接人間が力を
   加えて動かしてロボット（１）に移動経路を教示する方
   法において、人間の力をロボット・アーム（２）に取り
   付けられた力センサ（４）を介して加え、ロボット・ア
   ーム（２）の姿勢変更を可能ならしめる信号を出力しな
   がらロボット・アーム（２）を移動させる段階と、希望
   位置においてロボット・アーム（２）を停止させると共
   に、上記信号の出力を停止する段階と、上記ロボット・
   アーム（２）の移動の方向及び距離、並びに、移動速度
   とを連続的にロボット・コントローラ（10）に記憶させ
   る段階とから成り、上記ロボット・アーム（２）の移動
   の方向及び距離、並びに移動速度は、上記ロボット・ア
   ーム（２）に加えられた力を感知して上記力センサ
   （４）が出力する出力信号に基づいて認識されることを
   特徴とするロボットの経路教示方法。
2. 【請求項２】ロボット・アーム（２）に直接人間が力を
   加えて動かしてロボット（１）に移動経路を教示する装
   置であって、ロボット・アーム（２）に取り付けられ、
   かつそれを介して人間がロボット・アーム（２）に力を
   加えるようにした力センサ（４）と、ロボット・コント
   ローラ（10）にロボット・アーム（２）の姿勢変更を可
   能ならしめる信号を送るためのスイッチ（９）等のスイ
   ッチ手段と、上記力センサ（４）の出力信号に基づい
   て、ロボット・アーム（２）の移動の方向及び距離、並
   びに移動速度を連続的に認識して指令信号を発生すると
   共にロボット・コントローラ（10）に出力する指令信号
   発生手段（11）と、上記指令信号をロボット・コントロ
   ーラ（10）に記憶させるか否かを指令するための操作ボ
   タン（16）等の操作手段とから構成されていることを特
   徴とするロボットの経路教示装置。