JPH09146624A

JPH09146624A - 組立ロボットの自動教示方法及びその装置

Info

Publication number: JPH09146624A
Application number: JP7308015A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Tougeyama; 裕彦峠山; Shigeru Douno; 茂堂埜; Yoji Urano; 洋二浦野; Kazuji Kawamura; 和司川村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3304251B2

Abstract

(57)【要約】【課題】精密部品の組立に際しての教示を正確に且つ
自動的に行うことができる。【解決手段】組立ロボットに部品の組み付け位置を教
示する教示方法において、ＣＡＤあるいはそれに準じる
距離入力インターフェイスからの幾何データに基づいて
ロボットのハンド先端を目標点近傍まで移動させる。次
いで組み付け対象物に対して組み付けを行いながら接触
型センサーで得た位置情報に基づいて位置修正を行う。
実際の組み付け位置を教示点に反映させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は組立ロボットに部品
の組み付け位置を教示するための教示方法及びその装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】部品の組み付け位置や角度などの情報を
ＣＡＤ等による幾何データから取得して組立を行う組立
ロボットがあるが、ハンドによって把持した部品の位置
ずれや組み付け先の位置ずれ、あるいは組立ロボットの
基準点からのずれなどの点から、特開平３−２８１１８
５号公報においては視覚センサー（カメラ）と画像認識
装置とを用いて実際の部品の組み付け先の位置を確認し
て位置データの修正を行い、修正後の位置データを教示
点とすることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、精密な部品を
組み立てるにあたっては、視覚センサーでは十分な精度
を得ることができず、このためにロボットのハンドを動
かして組み付けを行うことで教示しなくてはならなかっ
た。本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、
その目的とするところは精密部品の組立に際しての教示
を正確に且つ自動的に行うことができる組立ロボットの
教示方法及びその装置を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、組立
ロボットに部品の組み付け位置を教示する教示方法にお
いて、ＣＡＤあるいはそれに準じる距離入力インターフ
ェイスからの幾何データに基づいてロボットのハンド先
端を目標点近傍まで移動させ、次いで組み付け対象物に
対して組み付けを行いながら接触型センサーで得た位置
情報に基づいて位置修正を行うことに特徴を有してい
る。

【０００５】ロボットのハンド先端を目標点近傍まで移
動させるにあたっては、非接触型センサーによって目標
点近傍と実際の目標点との位置の相関を計測してハンド
の位置修正を行うようにしてもよい。接触型センサーに
よって組み付け対象物の任意の２点以上の位置について
位置情報を得るようにしたり、接触型センサーによって
組み付け対象物の中心点と回転位置決め用の２点の位置
について位置情報を得るようにすることが好ましい。ま
た、接触型センサーとして、組み付け対象物に対して２
つ以上の方向性のある位置計測部を備えたものを用いる
ことが好ましい。

【０００６】組み付け対象物として組立ロボットの基準
位置補正用治具を用いて基準位置データを取得して該基
準位置データに基づいて教示点の修正を行うようにして
もよい。また本発明は、組立ロボットに部品の組み付け
位置を教示する教示装置であって、ＣＡＤあるいはそれ
に準じる距離入力インターフェイスからの幾何データに
基づいてロボットのハンド先端を目標点近傍まで移動さ
せる指令値を組立ロボットに出力する指令値入力装置
と、ロボットのハンド側に設けられて組み付け対象物と
の接触で組み付け位置を検出する接触型センサーと、接
触型センサーの出力に応じてハンド位置を修正する位置
補正手段と、組み付け完了によって組み付け位置を教示
点として決定する教示点決定手段とを有することに特徴
を有している。

【０００７】接触型センサーを備えた教示用ハンドと、
この教示用ハンドに対応する組み付け対照物としての教
示専用治具とを有するものであってもよい。この場合、
教示専用治具も接触型センサーを備えていてもよく、ま
た教示用ハンドと教示専用治具とは嵌合部を有している
とともに少なくとも一方が誘い込み部を備えていること
が好ましい。

【０００８】接触型センサーはハンドに設けておくほ
か、ハンドによって保持される治具に設けておくもので
あってもよい。さらに接触型センサーは、ハンドに加わ
る外力に応じて出力電圧を変化させる力センサーや、ハ
ンド先端の変位に応じて出力電圧が変化する変位センサ
ーを好適に用いることができる。また、接触型センサー
は、ハンド側と組み付け対照物側との間で導通する電気
接点であってもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図３に示すような水平多関節ロボット１、つまり第
１軸１ａを中心に第１アーム１１が回動自在であり、第
１アーム１１先端の第２軸１ｂを中心に第２アーム１２
が回動自在であって、第２アーム１２の先端に第３軸１
ｃ回りに回動自在に且つ第３軸１ｃの軸方向にスライド
自在となったハンド２が設けられて、第１軸１ａ及び第
２軸１ｂの回転でハンド２のＸ，Ｙ位置が、第３軸１ｃ
の上下動でハンド２のＺ方向位置が定められ、更に第３
軸１ｃの回転でハンド２の回転角度（向き）が定められ
るロボット１であって、ハンド２におけるチャック２０
で把持した部品を組み付け対象物（ここでは治具７）に
組み付けるものの場合で説明すると、図４に示すよう
に、ハンド２に接触型センサー（図示例では力センサ
ー）３を設けている。

【００１０】そして教示にあたっては、図１に示すよう
に、ＣＡＤ等による幾何データに基づいてハンド２を目
標点近傍まで移動させてハンド２のチャックで保持して
いる部品の治具７への組み付けを開始させる。この時、
チャック２０で保持した部品と治具７との間に作用する
力を接触型センサー３で検出して、この検出値に基づい
て適正な組み付けが行われているかどうかを判定するも
のであり、行われていない場合には上記検出値に基づく
位置情報によってハンド２の位置の修正を行う。そして
組み付けが完了すれば、上記修正点を教示点として取得
するのである。図２にブロック図を示す。

【００１１】力センサーである接触型センサー３出力か
らの位置情報取得は次のようにして行う。すなわち接触
型センサー３としてｘ，ｙ，ｚ３方向の力を検出するも
のを用いており、治具７に設けられた孔に部品をはめ込
む場合のことを想定すると、孔の位置と部品位置とが一
致しておらず、孔のいずれかの方向の縁に部品が当たる
時、部品が傾こうとするためにｘ，ｙ，ｚ各方向につい
ての力を接触型センサー３で検出することができる。こ
の時の各方向の力の値によって孔と部品との相対的な位
置差や位置ずれ方向を位置情報として得ることができる
ものであり、この位置情報に基づく修正を行うことで、
孔の位置と部品位置とを一致させることができる。

【００１２】図５〜図７に示すように、視覚センサー４
及び画像認識装置を併用して、幾何データに基づいてハ
ンド２を目標点近傍まで移動させるにあたり、視覚認識
に基づくハンド２の位置補正をまず行った後、接触型セ
ンサー３に基づく最終位置補正を行うようにしてもよ
い。教示点の探査に必要な時間を短縮することができ
る。

【００１３】いずれにしても教示装置としては、図８に
示すように、位置補正が完了した時点におけるロボット
１のハンド２の位置を教示点として登録する教示点決定
手段５を設け、ロボット１による次の部品の組み付けは
指令値入力装置から入力された幾何データ（位置指令）
に位置補正を加えた点である教示点を元に組み込むこと
によって、位置補正を必要とすることなく組み立てを行
うことができる。

【００１４】ロボット１がいわゆるオートハンドチェン
ジャー型である場合には、図４に示した部品組立に実際
に使用するハンド２に代えて、図９に示すような位置情
報捜査ピン２５と接触型センサー３とを備えた教示用ハ
ンド２を用いるとともに、部品組立用の治具７に代えて
教示位置に設置される教示専用の治具７とを用いてもよ
い。治具７は上記位置情報捜査ピン２５が断面円形で且
つ１つだけである場合には、位置情報教示用の孔７０を
少なくとも２つ備えたものを用いる。また接触型センサ
ー３としては前述のようにｘ，ｙ，ｚ３方向の力を少な
くとも検出することができるものを用いるとともに、力
と出力電圧とが図１０に示すように比例関係にあるもの
を用いる。

【００１５】今、治具７における２つの孔７０，７０の
うちの一方の位置をＰ１，他方の位置をＰ２とし、一方
の孔７０（Ｐ１）に捜査ピン２５を差し込んだ時のハン
ド２側の位置データをＱ１，他方の孔７０（Ｐ２）に捜
査ピン２５を差し込んだ時のハンド２側の位置データを
Ｑ２とすると、治具７の２つの孔７０，７０の位置Ｐ
１，Ｐ２と治具７の中心位置Ｐ０の３点の位置の相関関
係に基づいて、上記Ｑ１，Ｑ２の位置データから中心位
置Ｑ０と回転方向（第３軸１ｃ回りの回転方向）とを決
定することができる。

【００１６】ここにおいて、２つの孔７０，７０に捜査
ピン２５を順次差し込んで２点でのハンド２側の位置情
報を得ているのは、前述のようにハンド２のｘ，ｙ位置
が２つの軸１ａ，１ｂの軸回りにアーム１１，１２が回
転することで制御されるためにｘ，ｙ位置の変化に伴っ
てハンド２がｚ軸回りに回転することになり、しかもハ
ンド２がｚ軸回りに回転させることができるようにして
いるからであり、ｘ，ｙ両方向のスライド移動機構でハ
ンドが直線移動するとともにハンド２自体がｚ軸回りに
回転しない組立ロボットであれば、ハンド２側の位置デ
ータ取得は１点でよい。また前述の場合においても厳密
に言えば、Ｐ１点をＱ２点、Ｐ２点をＱ１点として認識
してしまう事態が生じるおそれがないという前提にたっ
ているために２点で位置データを得ており、このために
上記おそれがある場合には３点で位置データを得るもの
とする。

【００１７】図１３に示すように、２つの孔７０，７０
を任意の２点に設けておくのではなく、一方の孔７０を
中心位置に、他方の孔７０を回転角度θが既知の位置に
設けておくようにしてもよい。この場合、教示点を直接
導くことができる。図１４に示すように、捜査ピン２５
の先端を先細のテーパ状としておくならば、孔７０に捜
査ピン２５を差し込む時に孔７０によって捜査ピン２５
が誘い込まれるために、捜査ピン２５と孔７０との嵌合
が容易となる上に、接触型センサー３に捜査ピン２５の
位置ずれに伴う出力変化が迅速に且つ的確に出現するた
めに、ハンド２の位置修正が容易となる。なお、孔７０
を皿孔状とすることによっても同じ結果を得ることがで
きる。もちろん捜査ピン２５先端をテーパ状とするとと
もに孔７０を皿孔状としてもよい。

【００１８】接触型センサー３は図１５に示すように治
具７側にも設けるようにしてもよい。この場合、ハンド
２側の接触型センサー３と、治具７側の接触型センサー
３とのいずれか一方の出力値が設定値よりも越えたなら
ば、捜査ピン２５の位置補正をして組み付けをやり直す
ものとする。捜査ピン２５の位置と孔７０との位置が大
きくずれていて捜査ピン２５が治具７の孔７０のない部
分に接する場合には、ハンド２側の接触型センサー３で
は修正方向のデータを得ることができないが、治具７側
の接触型センサー３から修正方向のデータを得ることが
できる。

【００１９】図１６に示す例は、組立に使用するハンド
２のチャック２０によって保持される教示治具２２を設
けるとともにこの教示治具２２に接触型センサー３と捜
査ピン２５を設けている。この場合においても、前述の
場合と同様にして教示点を得ることができる。またハン
ド２に接触型センサー３を設ける場合に比して、ハンド
２を改造する必要がない。

【００２０】図１７は接触型センサー３として変位セン
サーを用いた場合を示しており、２つの接触型センサー
３，３を直交する方向から捜査ピン２５の外周面に当接
させている。両接触型センサー３，３の出力から、捜査
ピン２５の位置修正のためのｘ，ｙ方向に関する位置情
報を得ることができる。上記変位センサーである接触型
センサー３も、図１８に示すように、変位と出力電圧と
が比例関係にあるもの、例えば汎用出力ポートをもった
ダイアルゲージなどを用いる。

【００２１】接触型センサー３の別の例を図１９に示
す。ハンド２側には捜査ピン２５から離れたところに電
源プローブである接触型センサー３を配置してあり、絶
縁材からなる治具７側には捜査ピン２５に対応する孔７
０と電源プローブである接触型センサー３の先端に対応
する電極７１とを設けてある。捜査ピン２５を孔７０に
差し込んだ状態でハンド２を微小角度ずつ回転させて、
接触型センサー３を電極７１に接触させるものであり、
捜査ピン２５を孔７０に差し込んだ位置と、接触型セン
サー３が電極７１に接した回転位置とを元に幾何データ
に基づく位置についての修正を行って教示点とするので
ある。

【００２２】図２０に別の実施の形態を示す。ここでは
接触型センサー３を備えたハンド２に設けている捜査ピ
ン２５を水平断面が楕円形や長方形のように２つ以上の
方向性があるものとすると同時に、治具７の中心に設け
た孔７０を捜査ピン２５の断面形状に対応する形のもの
としている。捜査ピン２５を孔７０に差し込むことがで
きれば、ハンド２の中心位置及びハンド２の基準角度か
らの角度ずれ量を求めることができるものであり、２点
で位置合わせを行う場合に比して探査個数が少ない分、
早く教示点を探査することができる。

【００２３】ところで、上述のようにして幾何データに
基づく位置情報を修正して教示点を得たとしても、ロボ
ット１そのものが基準位置からずれたりした場合には、
正確な組立を行うことができない。このために、朝一番
の立ち上げ時などに、次の基準点決定に基づく教示点の
補正を行うようにしておくことが好ましい。すなわち、
前記治具７に類した基準位置補正治具を予め決めたロボ
ット基準位置３点に固定し、図２１に示すように、接触
型センサー３を備えたハンド２を用いてハンド２の位置
情報（位置ずれ情報）を参照しつつ組み付け（捜査ピン
２５を備えたものでは治具の孔への捜査ピン２５の差し
込み）を行う。この組み付けが完了した時点での位置デ
ータを取得基準点として前回の基準点位置との偏差を求
め、この偏差分だけ教示点データの補正を行うのであ
る。この場合、３点で行うのは平面の傾きなども考慮し
ているためである。

【００２４】ロボット１が水平多関節ロボットである場
合のｘ，ｙ座標位置の修正についてのみ説明したが、ｚ
方向の位置修正も行うことができるのはもちろんであ
り、またロボット１がハンド１を任意の軸の回りに回転
させることができるものについても適用することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明においては、ＣＡＤ
あるいはそれに準じる距離入力インターフェイスからの
幾何データに基づいてロボットのハンド先端を目標点近
傍まで移動させ、次いで組み付け対象物に対して組み付
けを行いながら接触型センサーで得た位置情報に基づい
て位置修正を行うために、精密部品の組立にも十分な精
度の教示データを得ることができて、教示の自動化を行
うことができる。また、機械的要素変更時に教示点の変
更が容易であるとともに、専門的な技能がなくとも教示
が可能である。

【００２６】ロボットのハンド先端を目標点近傍まで移
動させるにあたり、非接触型センサーによって目標点近
傍と実際の目標点との位置の相関を計測してハンドの位
置修正を行うならば、教示点探査時間の短縮化を図るこ
とができる。接触型センサーによって組み付け対象物の
任意の２点以上の位置について位置情報を得る場合に
は、教示のための位置データを演算によって取得するこ
とができる。接触型センサーによって組み付け対象物の
中心点と回転位置決め用の２点の位置について位置情報
を得るようにした時には、上記演算を簡単にすることが
できる。

【００２７】また、接触型センサーとして、組み付け対
象物に対して２つ以上の方向性のある位置計測部を備え
たものを用いると、教示のために探査する位置数を少な
くすることが可能である。組み付け対象物として組立ロ
ボットの基準位置補正用治具を用いて基準位置データを
取得して該基準位置データに基づいて教示点の修正を行
うようにしてもよい。ロボットの位置ずれが検知可能で
あり、位置データの補正を行うために、位置ずれがおき
てもロボットの動作が可能である。

【００２８】そして本発明装置においては、ＣＡＤある
いはそれに準じる距離入力インターフェイスからの幾何
データに基づいてロボットのハンド先端を目標点近傍ま
で移動させる指令値を組立ロボットに出力する指令値入
力装置と、ロボットのハンド側に設けられて組み付け対
象物との接触で組み付け位置を検出する接触型センサー
と、接触型センサーの出力に応じてハンド位置を修正す
る位置補正手段と、組み付け完了によって組み付け位置
を教示点として決定する教示点決定手段とを有するため
に、精密な部品の組立のための教示を自動化することが
できる。

【００２９】接触型センサーを備えた教示用ハンドと、
この教示用ハンドに対応する組み付け対照物としての教
示専用治具とを有するものである時には、異なる形状の
部品も同一治具で教示を行うことができる。この場合、
教示専用治具側にも接触型センサーを設けておくなら
ば、教示データの信頼性を更に高めることができる。ま
た、教示用ハンドと教示専用治具とは嵌合部を有してい
るとともに少なくとも一方が誘い込み部を備えているな
らば、位置修正のためのデータをより的確に且つ迅速に
得ることができる。

【００３０】接触型センサーはハンドに設けておくなら
ば、簡単な改造ですむ上に、ハンドとの一体化ができ
る。ハンドによって保持される治具に接触型センサーを
設けておく場合には、ハンドの改造が不要となるととも
に取り外しが容易である。さらに接触型センサーは、ハ
ンドに加わる外力に応じて出力電圧を変化させる力セン
サーや、ハンド先端の変位に応じて出力電圧が変化する
変位センサーを好適に用いることができる。また、接触
型センサーは、ハンド側と組み付け対照物側との間で導
通する電気接点であってもよい。いずれにしても、ロボ
ットハンド先端位置を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例のフローチャートで
ある。

【図２】同上のブロック図である。

【図３】同上の組立ロボットの側面図である。

【図４】同上のハンドの斜視図である。

【図５】同上の他例のフローチャートである。

【図６】同上のブロック図である。

【図７】同上の組立ロボットの側面図である。

【図８】同上の別の例のブロック図である。

【図９】ハンドの他例と対応する治具の斜視図である。

【図１０】同上の接触型センサーの出力特性図である。

【図１１】同上の動作のフローチャートである。

【図１２】(a)(b)は同上の動作説明図である。

【図１３】同上の別の例における動作説明図である。

【図１４】他の例におけるハンドと対応する治具の斜視
図である。

【図１５】別の例におけるハンドと対応する治具の斜視
図である。

【図１６】更に他例におけるハンドと対応する治具の斜
視図である。

【図１７】更に別の例におけるハンドと対応する治具の
斜視図である。

【図１８】同上の接触型センサーの出力特性図である。

【図１９】他例のハンドと対応する治具の斜視図であ
る。

【図２０】更に他例のハンドと対応する治具の斜視図で
ある。

【図２１】組立ロボットの基準点修正に関するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１組立ロボット２ハンド３接触型センサー７治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川村和司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組立ロボットに部品の組み付け位置を教
示する教示方法において、ＣＡＤあるいはそれに準じる
距離入力インターフェイスからの幾何データに基づいて
ロボットのハンド先端を目標点近傍まで移動させ、次い
で組み付け対象物に対して組み付けを行いながら接触型
センサーで得た位置情報に基づいて位置修正を行うこと
を特徴とする組立ロボットの自動教示方法。
【請求項２】ロボットのハンド先端を目標点近傍まで
移動させるにあたり、非接触型センサーによって目標点
近傍と実際の目標点との位置の相関を計測してハンドの
位置修正を行うことを特徴とする請求項１記載の組立ロ
ボットの自動教示方法。
【請求項３】接触型センサーによって組み付け対象物
の任意の２点以上の位置について位置情報を得ることを
特徴とする請求項１または２記載の組立ロボットの自動
教示方法。
【請求項４】接触型センサーによって組み付け対象物
の中心点と回転位置決め用の２点の位置について位置情
報を得ることを特徴とする請求項１または２記載の組立
ロボットの自動教示方法。
【請求項５】接触型センサーとして、組み付け対象物
に対して２つ以上の方向性のある位置計測部を備えたも
のを用いることを特徴とする請求項１または２記載の組
立ロボットの自動教示方法。
【請求項６】組み付け対象物として組立ロボットの基
準位置補正用治具を用いて基準位置データを取得して該
基準位置データに基づいて教示点の修正を行うことを特
徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の組立ロボ
ットの自動教示方法。
【請求項７】組立ロボットに部品の組み付け位置を教
示する教示装置であって、ＣＡＤあるいはそれに準じる
距離入力インターフェイスからの幾何データに基づいて
ロボットのハンド先端を目標点近傍まで移動させる指令
値を組立ロボットに出力する指令値入力装置と、ロボッ
トのハンド側に設けられて組み付け対象物との接触で組
み付け位置を検出する接触型センサーと、接触型センサ
ーの出力に応じてハンド位置を修正する位置補正手段
と、組み付け完了によって組み付け位置を教示点として
決定する教示点決定手段とを有することを特徴とする組
立ロボットの自動教示装置。
【請求項８】接触型センサーを備えた教示用ハンド
と、この教示用ハンドに対応する組み付け対照物として
の教示専用治具とを有することを特徴とする請求項７記
載の組立ロボットの自動教示装置。
【請求項９】教示専用治具が接触型センサーを備えて
いることを特徴とする請求項８記載の組立ロボットの自
動教示装置。
【請求項１０】教示用ハンドと教示専用治具とは嵌合
部を有しているとともに少なくとも一方が誘い込み部を
備えていることを特徴とする請求項８記載の組立ロボッ
トの自動教示装置。
【請求項１１】接触型センサーはハンドに設けられて
いることを特徴とする請求項７記載の組立ロボットの自
動教示装置。
【請求項１２】接触型センサーは、ハンドによって保
持される治具に設けられていることを特徴とする請求項
７記載の組立ロボットの自動教示装置。
【請求項１３】接触型センサーは、ハンドに加わる外
力に応じて出力電圧を変化させる力センサーであること
を特徴とする請求項７記載の組立ロボットの自動教示装
置。
【請求項１４】接触型センサーはハンド先端の変位に
応じて出力電圧が変化する変位センサーであることを特
徴とする請求項７記載の組立ロボットの自動教示装置。
【請求項１５】接触型センサーは、ハンド側と組み付
け対照物側との間で導通する電気接点であることを特徴
とする請求項７記載の組立ロボットの自動教示装置。