JPH09216183A

JPH09216183A - ロボット３次元位置姿勢教示システム

Info

Publication number: JPH09216183A
Application number: JP4957696A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hasunuma; 仁志蓮沼; Toshiyuki Idoko; 利之井床; Kenichi Murai; 謙一村井; Takashi Katsuragawa; 敬史桂川; Keizo Miyahara; 啓造宮原; Jun Fujimori; 潤藤森
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-19
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JP2776477B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ロボット操作に熟練していない操作者でも実
際のロボットの動きを見やすいところから観察しながら
ロボットエフェクタが適切に３次元的な動きをするよう
に作業教示できるロボット３次元位置姿勢教示システム
を提供する。【解決手段】ロボットエフェクタ１２を取り付ける手
首１１を備えるロボット１に対し、手首の位置姿勢を制
御する制御装置２と、移動可能な相対位置姿勢計測装置
３と、６自由度位置姿勢センサ４１を組み込んで相対的
位置姿勢信号を出力する操作グリップ４とを備え、相対
座標原点を相対位置姿勢計測装置とともに移動する一定
位置に設定し、操作グリップの位置姿勢信号から相対座
標原点を基準とする３次元相対位置姿勢を算出し、操作
グリップの３次元相対位置姿勢に基づいてロボットの基
準座標系上のロボット手首の３次元絶対位置姿勢を算出
し、ロボット手首が算出された３次元位置姿勢を取るよ
うに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの手首の
位置姿勢等を教示するロボット作業教示システムに関
し、特にロボットの実際の動きを観察しながら手元の操
作グリップを操作して簡易にロボットプログラミングを
実施するロボット３次元位置姿勢教示システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを直接動かしながら作業を教示
するオンラインプログラミング法は、エンドエフェクタ
の位置姿勢からロボットの関節座標系への変換演算とロ
ボットの機構に起因する誤差修正を省略することができ
るという長所を有する。

【０００３】ロボットの動作方向や回転軸の回転方向が
割り振られたスイッチやジョイステックが配置されたテ
ィーチペンダントと呼ばれる弁当箱型の機器を操作し
て、ロボットから離れた位置でロボットの作業を教示す
るリモートティーチング法は、最も一般的なオンライン
教示方法である。このリモートティーチング法は、ロボ
ットの動作範囲全体に使用でき操作者が邪魔にならない
のでいかなる位置姿勢でも教示できる。しかし、操作者
は押したスイッチに対応するロボットの動きを想定しな
がら操作しなければならないので、ティーチペンダント
の操作には熟練が必要である。

【０００４】また、ジョイステックを用いた教示法で
は、ロボットの動作方向に対応した方向にスティックを
倒すことでロボットを操縦するが、この場合もまた、手
の動きとロボットの動きは直感的に結びつかず、操作者
はスティックの動きに対応するロボットの動きを想定し
ながら操作しなければならないので、操作には熟練を要
する。

【０００５】こうした方式を改良するものとして、例え
ば特開平５−３１３７３１号公報記載の発明がある。特
開平５−３１３７３１号公報には、並進移動方向、並進
移動量、回転方向、回転量、モード切り替えの指示をす
る機能を持つ６自由度位置姿勢センサを従来のペンダン
トによる教示装置に付加したロボットダイレクト教示装
置が開示されている。この装置は、ロボット先端のツー
ルの移動方向を６自由度ポインティング装置の球面上の
指で触った点で指示し、接触時間に比例する値により移
動量を指示する。この比例係数は球面上の複数の点に同
時に接触することにより変更するように構成されてい
る。

【０００６】上記装置により、ペンダントのキーを用い
て直接数値入力するためロボットの位置と姿勢を教示す
る代わりに、６自由度ポインティング装置に指で接触す
ることで並進移動方向などの上記関数を指定することが
できる。しかし、この方法も手の動きとロボットの動き
の間には直感的な関係がなく、操作者はポインティング
装置の動きに対応するロボットの動きを想定して操作す
るので熟練を要する。

【０００７】一方、ロボットの手首を操作者が直接把持
して動かし教示を行うダイレクトティーチ法は、大きな
ロボットを操作するには困難がある。また、ロボットの
手先に力センサを取り付けて力制御によってロボットを
動かす場合には、操作力と力制御系の安定性を両立させ
ることが困難であり、人間が手首を動かすときの操作感
が重いなどの点で使い勝手が良くない。さらに、操作者
の安全性の確保に問題がある。

【０００８】これらの欠点を解決するものとして、実際
のマニピュレータと同じ運動をするダミーのマニピュレ
ータを操縦装置として使ってロボット作業教示する方法
がある。しかし、実際のマニピュレータと同じ構造の操
作装置を用いたものは操作者の腕の動きが拘束された
り、操作装置の摩擦や慣性力により操作が重くなるなど
の欠点がある。

【０００９】特開平１−１５３２８８号公報には、図１
０に示すように、ダミーのマニピュレータの代わりに把
持部を備え、把持部に設置した永久磁石が発生する磁界
を非接触的に計測することにより把持部の運動を直接計
測して、それに倣ってマニピュレータを動かす遠隔操作
式マニピュレータ操作装置が開示されている。この操作
装置では、把持部の永久磁石による磁界を３個の直交し
た磁気センサでキャッチして操作量検出部で総合して把
持部の位置を測定する。制御装置が操作量検出部で計測
した把持部位置に従ってマニピュレータを操作する。

【００１０】磁気センサは予め定められた位置に配置さ
れ、把持部の動きとロボットマニピュレータの動きは１
対１の関係に固定されている。従って、操作者はロボッ
トに対して決まった所定の位置にいて把持部を操作する
必要がある。また、把持部はマニピュレータの位置を代
表するものであるが、把持部の動きはマニピュレータを
予め決められたロボットに対する相対的な動きを規定す
るものでしかない。従って、実際のマニピュレータの動
きを異なる角度から観察しようとすると教示位置から離
れなくてはならないため、見やすい位置から観察して適
切な動きを決めて作業教示するというような使用方法は
できない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、ロ
ボット操作に熟練していない操作者でも安全にかつ容易
に、実際のロボットの動きを見ながらロボットエフェク
タが適切に３次元的な動きをするように作業教示できる
ようなロボット３次元位置姿勢教示システムを提供する
ことを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のロボット３次元位置姿勢教示システムは、
ロボットエフェクタを取り付ける手首を備えるロボット
に対し、手首の位置姿勢を制御する制御装置と、相対座
標原点を設定する移動可能な相対位置姿勢計測装置と、
６自由度位置姿勢センサを組み込んで相対座標原点に対
する相対的位置姿勢信号を出力する操作グリップとを備
えている。

【００１３】相対位置姿勢計測装置は操作グリップの位
置姿勢信号を入力して、相対座標原点を基準とする操作
グリップの３次元相対位置姿勢を算出して出力する。相
対座標原点は相対位置姿勢計測装置の内部あるいは相対
的に決まる外部の一定位置に存在し相対位置姿勢計測装
置が移動すると同じ量だけ移動する。制御装置は算出さ
れた操作グリップの３次元相対位置姿勢に基づいてロボ
ットを基準とする手首の３次元絶対位置姿勢を算出して
記録し、かつロボット手首が算出された３次元位置姿勢
を取るように制御することを特徴とする。

【００１４】さらに、制御装置が相対座標原点の位置を
計測する手段を備え、相対座標原点位置に基づいて操作
グリップの３次元相対位置姿勢をロボット手首の３次元
絶対位置姿勢に換算するようにすることが好ましい。ま
た、操作グリップが備える動作スイッチを押圧したとき
のロボット手首の位置姿勢を始点として操作グリップの
３次元相対位置姿勢の変化をロボット手首の３次元絶対
位置姿勢の変化に換算することが好ましい。

【００１５】なお、操作グリップが備える教示スイッチ
を押圧している間のみ、操作グリップの３次元相対位置
姿勢をロボット手首の３次元絶対位置姿勢に換算するよ
うにしてもよい。また、操作グリップの３次元相対位置
姿勢の変化速度をロボット手首の３次元絶対位置姿勢の
変化速度に換算するようにしてもよい。本発明のロボッ
ト３次元位置姿勢教示システムは、さらに音声認識手段
を備えて音声認識手段により操作設定を変更するように
することができる。

【００１６】なお、本発明のロボット３次元位置姿勢教
示システムは、操作グリップをエンドエフェクタの形状
に似せて形成し、ロボット手首の動きを教示するとそれ
につれてエンドエフェクタの作用点の軌道が知れるよう
にするとロボット作業の教示がより簡単になる。また、
ロボットが塗装ロボットであるときには、操作グリップ
を塗装ガンの形状として塗装ガンチップの軌道が容易に
知れるようにしても良い。また、塗装ロボットに用いる
場合は、操作グリップに塗装ガンの開閉を指示する開閉
スイッチを備え、制御装置がロボットの動作の遅れを評
価してロボット手首の３次元絶対位置姿勢と塗装ガンの
開閉タイミングを算出し記録するようにすることが好ま
しい。

【００１７】なお、上記ロボット３次元位置姿勢教示シ
ステムは、操作者が相対位置姿勢計測装置を身体に取り
付け、操作グリップを手に持ってエンドエフェクタの動
きを教示するようにすることにより、特にシステムの機
能が有効に発揮できる。

【００１８】本発明のロボット３次元位置姿勢教示シス
テムによれば、相対座標原点を有する相対位置姿勢計測
装置が操作グリップに組み込まれた６自由度位置姿勢セ
ンサから操作グリップの位置姿勢信号を入力して相対座
標原点を基準とする操作グリップの３次元相対位置姿勢
を算出し、制御装置が操作グリップの３次元相対位置姿
勢に基づいてロボット手首の３次元絶対位置姿勢を算出
しロボット手首がその３次元位置姿勢を取るように制御
するようになっている。

【００１９】従って、操作グリップの位置姿勢が６自由
度位置姿勢センサにより操作グリップの位置姿勢が直接
的に信号出力され、この位置姿勢信号により操作グリッ
プの位置姿勢とロボット手首の動きが３次元的に対応す
るようにでき、しかも制御装置により教示結果が直接的
に手首の動きにフィードバックされる。このため、操作
者はロボット手首の動きを観察しながら、手首の代わり
に操作グリップを操作して手首を好ましい姿勢で動かし
たい方向に動かしたい量だけ動かすことにより、極めて
直感的にロボット作業教示を行うことができるようにな
る。

【００２０】また、操作グリップの位置姿勢は、制御装
置により３次元絶対位置姿勢に換算されて始めてロボッ
ト手首の位置姿勢の教示値になる。従って、操作グリッ
プの位置姿勢とロボット手首の位置姿勢が絶対的な位置
関係を有し常に一対一に対応すると考える必要はなく、
必要に応じて操作グリップを新たな位置に動かした上で
現状における手首の位置姿勢に対応付けて、それ以後の
位置姿勢の変化のみを手首の動きに対応させるような利
用の仕方が可能になる。このため、ロボットと操作グリ
ップの位置関係は任意に選択でき、従って操作者は自分
の身を安全で手首の動きをよく観察できるような所に置
いて操縦することができる。このように本発明のロボッ
ト３次元位置姿勢教示システムによれば教示中の操作者
の安全性も向上する。

【００２１】このようにして、操作者はロボットから離
れた位置でロボットの手先の代わりに操作グリップを掴
んで動かすことにより、あたかもロボットの手先を掴ん
で自分に見える通りに動かすかのようにロボットを操作
することができる。さらに、操作者は自分の見るままの
方向として移動方向あるいは動作速度をロボットに指示
することができる。

【００２２】制御装置が相対座標原点の位置を計測する
手段をさらに備える場合は、作業教示する必要からロボ
ットの周辺を動き回る操作者につれて座標原点を移動さ
せても自動的に座標原点位置を測定して手首位置姿勢へ
の換算に利用することができるので、６自由度位置姿勢
センサが座標原点の近距離でしか使用できない場合にも
問題なく適用でき、また精度良い作業教示が可能にな
る。

【００２３】また、操作グリップが備える動作スイッチ
を押圧したときのロボット手首の位置姿勢を始点として
作業教示するものは、操作グリップを任意の位置に持っ
て行って動作スイッチを押すと、その時の操作グリップ
の位置姿勢とその時のロボット手首の位置姿勢が対応付
けられて、その後の操作グリップの動きがそのままロボ
ット手首の動きを規定するようにすることができる。し
たがって操作グリップを任意の観察し易い安全な位置に
移動したときもロボット手首とグリップの動きが対応す
るため、熟練がなくとも直感的な位置関係対応付けが可
能で容易に作業教示が可能である。

【００２４】なお、操作グリップが備える教示スイッチ
を押圧している間のみ位置姿勢の教示をするように構成
したシステムでは、操作グリップを手放したり取り落と
したりすると教示スイッチの押圧が解けてロボットの動
きが停止するため、作業教示中にロボットが思いがけな
い動きをして作業者に危害を加えるような畏れがなく安
全である。また、操作グリップの３次元相対位置姿勢の
変化速度をロボット手首の３次元絶対位置姿勢の変化速
度に換算するようにして、静的な位置姿勢ばかりでなく
動的な作業指示をすることが可能になり、次の作用点へ
の移動時間の節約やエンドエフェクタの作業速度を変化
させて適切な作業をするようにすることができる。

【００２５】なお、操作グリップ上にはロボット作業教
示の必要のため、「教示点の記録」、「軌道の記録」、
「動作のスケール変換」、「操作モードの切替」などを
設定するスイッチ類を備える。また、音声認識手段を備
えて音声認識手段により上記の操作設定の切替をするよ
うにすれば、操作グリップ上のスイッチの数を削減する
ことができるばかりか操作グリップを操作するために手
が塞がっているときにもモード変更などを指示すること
ができるから適切な作業指示が可能になる。

【００２６】なお、操作グリップをエンドエフェクタの
形状に似せて形成したものは、操作者が操作グリップを
手にしてロボット手首の動きを教示するときにエフェク
タの動きが直接読みとれるので作業の教示がより簡単に
かつ的確になる。また、ロボットが塗装ロボットであっ
て手首に塗装ガンを取り付けたものであるときには、操
作グリップを塗装ガンの形状とすれば塗装ガンチップの
軌道が容易に知れるので、塗装残しや塗装ムラが生じな
いように作業教示することができる。

【００２７】ロボット３次元位置姿勢教示システムを塗
装ロボットに用いる場合は、操作グリップは自由に動か
せるにもかかわらずロボット手首はロボットの腕を順次
動かすことにより始めて所定の位置まで移動するため、
動きに遅延が生じる。また、塗装ガンを持った手首が所
定の位置姿勢をとって塗装ガンの開閉を指示しても塗料
が実際に噴出してくるまでに一定の遅延がある。従っ
て、ロボットの動きを観察してはいても実際には塗料を
噴霧しない操作グリップを操作して塗装ガンの開閉を指
示したデータは、そのまま加工しないで使用すると、実
際に塗料噴霧をするときには目標とする位置から外れて
しまうことになる。そこで、操作グリップに塗装ガンの
開閉を指示する開閉スイッチを備え、制御装置がロボッ
トの動作の遅れを評価してロボット手首の３次元絶対位
置姿勢と塗装ガンの開閉タイミングを算出し記録するよ
うにして、塗料が適切な位置で噴出して所望の塗装をす
るように作業教示できるようにしてある。

【００２８】なお、上記ロボット３次元位置姿勢教示シ
ステムは、操作者が相対位置姿勢計測装置を身体に取り
付け、操作グリップを手に持ってエンドエフェクタの動
きを教示するようにすると、操作者がロボットの周りを
自由に動き回っても相対位置姿勢計測装置も操作者と共
に動く。このため、操作グリップの６自由度位置姿勢セ
ンサと相対座標原点は常に計測範囲内に存在するように
なり、操作グリップの相対的位置姿勢が常に精度良く検
出できるから、制御装置が把握する相対座標原点に基づ
いてロボットの基準座標系上の位置姿勢を算出してロボ
ット手首の動きに換算することにより、システムの機能
を有効に発揮して直感的に正確なロボット作業教示が可
能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明のロボット３次元位置姿勢
教示システムは、操作グリップを操作してロボットの作
業を教示するオンラインプログラミング法を実施するシ
ステムであって、移動可能な座標原点に対する操作グリ
ップの位置姿勢を操作グリップに組み込んだ６自由度位
置姿勢センサにより相対量として計測し、その相対位置
姿勢変化量をロボット手首の動きに反映させることを主
要な特徴とする。

【００３０】本発明のロボット３次元位置姿勢教示シス
テムは、操作者が動くのに伴って座標原点が移動し、任
意に場所にいる操作者が手に持った操作グリップを動か
すとロボット手首が操作グリップの動きと同じように動
くようにすることができる。したがって、操作者は好き
な位置に構えながらあたかもロボットの手首を掴んで教
えるかのように操作グリップを操作すればよく、高度な
熟練がなくても直感的に位置関係を把握することがで
き、ダイレクトティーチ法と同様の操作感をもってロボ
ット作業教示ができる。以下、本発明のロボット３次元
位置姿勢教示システムを実施例に基づく図面を用いて説
明する。

【００３１】

【実施例】図１は本発明のロボット３次元位置姿勢教示
システムの一実施例を示すブロック図である。本実施例
のロボット３次元位置姿勢教示システムは、ロボット１
とロボット制御装置２と相対位置姿勢計測装置３と操作
グリップ４とを備えている。

【００３２】ロボット１はアームの先端の手首１１に適
当なエンドエフェクタ１２を取り付けて作業を行う。ロ
ボット制御装置２はロボットの手首１１の位置姿勢を制
御することによりエンドエフェクタ１２の位置姿勢を制
御して決められた作業を実施させる。相対位置姿勢計測
装置３は操作者５の腰に装着して操作者５と共に移動す
るようになっている。エンドエフェクタの作用点を代表
する操作グリップ４の先端には６自由度位置姿勢センサ
４１が組み込まれている。６自由度位置姿勢センサ４１
は相対位置姿勢計測装置３内に設定された座標原点に対
する操作グリップ４の相対位置姿勢を検出する。

【００３３】本実施例では６自由度位置姿勢センサ４１
として、マクダネル・ダグラス社の３ＳＰＡＣＥディジ
タイザー（商品名）を用いた。図２は６自由度位置姿勢
センサ４１の機能を説明する図面である。６自由度位置
姿勢センサ４１は互いに直交する方向に巻いた３個の検
出コイルからなり、相対位置姿勢計測装置３に収納され
た磁場発生装置３１から発生する磁場の変化に応じてそ
れぞれの検出コイルに誘導される電流を独立に検出でき
るようになっている。

【００３４】磁場発生装置３１はやはり互いに直交する
方向に巻いた３個の励磁コイルを備え、各コイルに時分
割的に所定の電流を流すことにより３個の励磁コイルが
順次励起されるときにそれぞれ異なる磁場を６自由度位
置姿勢センサ４１の検出コイルの位置に発生するため、
各検出コイルにはその変化に応じて異なる誘導電流が生
じる。その誘導電流は磁場発生装置３１と６自由度位置
姿勢センサ４１の相対的位置関係により決まり、逆に各
検出コイルの誘導電流の値から両者間の距離とコイル面
の間の角度が求められる。

【００３５】すなわち、磁場発生装置３１を基準とする
６自由度位置姿勢センサ４１の絶対的な位置および姿
勢、すなわち磁場発生装置３１を座標原点Ｏとして操作
グリップ４の位置と姿勢Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ；θ、φ、ψ）
が求められることになる。６自由度位置姿勢センサ４１
が十分に機能するためには磁場発生装置３１との間の距
離に制約があるが、上記のようには磁場発生装置３１を
収納する相対位置姿勢計測装置３を操作者５の腰に付け
て操作すれば操作グリップは手の届く範囲内に留まるの
で測定範囲を逸脱する心配はない。従って、操作者５は
座標原点の位置に囚われることなく自由に動き回って最
適な観測位置を選ぶことができる。

【００３６】操作グリップ４にはロボット作業教示を行
うときに必要となる動作スイッチ４２や教示スイッチ４
３、スケール変更スイッチ４４、モード切替スイッチ４
５、音声取り込みスイッチ４６、開閉スイッチ４７など
各種スイッチが設けられている。操作グリップ４の根本
に設けられた引き金型のスイッチは動作スイッチ４２
で、ロボット１はこの動作スイッチ４２を押している間
のみ動作する。操作者５が動作スイッチ４２を押した瞬
間に操作グリップ４の位置姿勢がその瞬間におけるロボ
ット手首１１の位置姿勢に対応する初期値として制御装
置２に記憶される。

【００３７】動作スイッチ４２を押している間は操作グ
リップ４の位置姿勢データは連続的に取得され、制御装
置２は操作グリップ４の位置姿勢初期値からの相対変位
量をロボット手先１１の現在位置姿勢に加算した新しい
位置姿勢に変化させるために必要な各アーム等を制御す
る新しい指令値を出力し、ロボット１を連続的に動作さ
せる。

【００３８】制御装置２は上記演算を実行するためにロ
ボットの基準座標系と操作グリップの計測座標系の変換
行列を取得しなければならない。変換行列は座標原点で
ある相対位置姿勢計測装置３の位置により異なるため、
制御装置２は常時、操作者５とロボット１の位置関係を
計測あるいは決定する必要がある。このため、周囲の適
当な場所にＣＣＤカメラ２１を配置し、操作者５の位置
をトラッキングすることにより相対位置姿勢計測装置３
の位置を検出する。基準となるロボット１の位置は不動
なので予め計測して記憶しておく。

【００３９】なお、特別の計測装置を用いなくても、図
３で示すようにロボット１の周囲をいくつかの操作領域
に分割しておき、操作者５が操作を始めるに当たって自
分のいる操作領域を指定するようにして対処してもよ
い。操作グリップ４の位置姿勢は相対位置姿勢計測装置
３に対してしか求められないが、例えば操作者５は常に
ロボット１に正対して操作を行うことにしておけば、制
御装置２は操作グリップ４の位置姿勢を認識することが
可能である。この場合に、操作領域を特定するだけでは
制御装置２が正確な位置姿勢を確定することは無理であ
るが、操作者５がロボットの動きを観察して感覚で自然
に補正しながら操作するので、少々の視線方向のずれは
操作の障害にならない。

【００４０】こうして相対位置姿勢計測装置３を介して
求められた操作グリップ４の位置姿勢データは制御装置
２においてロボットの基準座標系における位置姿勢に変
換されて、ロボット手首の位置姿勢として実現される。
本実施例によれば、操作グリップ４の相対的な移動変位
をロボット１の移動変位として用いるので、操作者５は
常に自分の動かし易い範囲でロボット１を操作すること
ができる。また、操作者５は動作スイッチ４２を押して
いる間自分の手でロボットの手先１１を掴んで動かして
いるようにロボット１を動かすことができる。動作スイ
ッチ４２を切って操作を中断し、操作グリップを持った
まま改めて観測しやすい位置に移ってから操作を継続す
るようなやり方が可能である。

【００４１】教示スイッチ４３は、ロボットの手先１１
が通過する点や軌道を指示するためのスイッチである。
操作者５は操作グリップ４を操作してロボット手首１１
を誘導し目標の位置にあることを確認したら教示スイッ
チ４３を押す。するとこの教示点を制御装置２内の記憶
部に記録することができる。ロボット手首１１はこうし
た教示点を連結した軌道を移動するようになる。また、
教示スイッチ４３を押したままロボットを操作すると手
首１１が辿る動作軌道がそのまま制御装置２に記憶され
る。こうしてロボット１の繰り返し動作の教示点あるい
は軌道の記録ができる。

【００４２】スケール変更スイッチ４４は、操作グリッ
プ４の動く量とロボットの手先１１の移動量の換算係数
を選択するためのスイッチである。操作者５はスケール
変更スイッチ４４を操作して換算係数すなわちスケール
比を変更することができる。変更されたスケール比は制
御装置２内部で操作グリップ４の相対変位に対応するロ
ボット手首１１の変位量を計算するときの換算係数を変
更する。スケール比を小さく設定すれば、操作者５の動
きに比べてロボット１は小さく動き、微妙な動作をロボ
ット１にさせることができる。また、スケール比を大き
くすれば、操作者５の小さな動きでロボット１を大きく
動かすことができる。特定の方向のスケール比を０にす
ることにより、ロボット１の動作方向を限定することが
できる。これにより、操作者５は他の方向成分を気にし
ないでロボット１を望む方向に適正な距離動かすように
指示することができて、便利である。

【００４３】モード切替スイッチ４５は、操作モードを
切り換えるためのスイッチである。操作モードには「位
置操作」「姿勢操作」「位置姿勢操作」などがあり、操
作グリップ４の位置姿勢の変化量のうち何ををロボット
１の動きに反映させるかを選択するものである。操作者
５はモード切り返す一致４５を操作することにより操作
モードを切り換えてロボット作業教示を容易化すること
ができる。

【００４４】なお、図４に模式的に示したように、本発
明のロボット３次元位置姿勢教示システムは音声認識装
置２２を備えて、上記スイッチ操作を音声で代行するよ
うにすることもできる。音声認識装置２２は小型で軽量
なので相対位置姿勢計測装置３に収納してもよいが、操
作者５の腰に付ける装置の荷重は小さいほどよいので、
制御装置２の内部に収納するほうが好ましい。また、マ
イクロホンを操作グリップを持つ手と別の手で持つよう
にしても良いが、マイクロホン２３が口元近くに来るよ
うにヘッドバンド２４で保持するようにすると、手が自
由になり便利である。

【００４５】音声認識装置によりスイッチ操作を代行さ
せるときには操作グリップ４の音声取り込みスイッチ４
６を押してから、予め決められた音声命令をマイクロホ
ンに向かってしゃべると、音声認識装置２２が命令内容
を判断して制御装置２に伝え、制御装置２がスイッチを
操作したと同じ動作を行う。なお、音声認識装置２２を
活用すると多数の命令を判別することができるので、操
作グリップ４に搭載するスイッチの数を削減することも
可能である。

【００４６】なお、操作グリップ４によりロボット手首
１１の移動方向のみを指示し移動速度は別途指令するモ
ードを選択できるように構成してもよい。これにより操
作者５は操作グリップ４により動作方向を指示するだけ
でロボット１を動作させることができる。また、操作グ
リップ４の相対移動の速度に基づいてロボット手首１１
の移動速度を指令するように構成してもよい。これによ
り操作者５は操作グリップ４によりロボット１の動作方
向と移動速度の両方を教示することができる。

【００４７】操作グリップ４の形状は、ロボット１の用
途に合わせて選択することができる。例えば塗装ロボッ
トに適用する場合には、図２にあるような塗装ガンと同
じ様な形状にすると、操作者５は自分で作業する感覚で
ロボット作業を教示することができ、馴染みやすいばか
りでなく、ロボット手首１１の動きによりエンドエフェ
クタ１２が実際にどのように動くのかを確認しながら作
業教示できるという利点がある。また、塗装ガン自体に
位置姿勢センサ４１を仕込んで操作グリップ４にしても
よい。なお、塗装ロボットに適用するときは、適当なタ
イミングで塗装ガンの作動を指示するために、操作グリ
ップ４に開閉スイッチ４７を備える必要がある。

【００４８】上記実施例のロボット３次元位置姿勢教示
システムをハンドリングロボットに適用するときは、把
持対象物体のモデル化や詳細な把持計画をしなくても、
対象物体の把持が可能であることだけを確認したパワー
グラスプハンドを採用して、本位置姿勢教示システムを
組み合わせれば、ロボットを正確に位置決めする必要も
なく、実地で大まかな位置にロボット手先を誘導した後
に、パワーグラスプハンドの細密な位置決めや動作軌道
を教示することができる。

【００４９】以下に、上記実施例のロボット３次元位置
姿勢教示システムを塗装ロボットに適用した例によって
使用方法を説明する。図５は教示の手順を示すフローダ
イヤグラムである。まず、教示したい動作の開始位置に
ロボット１を誘導する（Ｓ１）。次に、教示スイッチ４
２を押すと（Ｓ２）、制御装置２は教示スイッチ４２が
押された時点の操作グリップ４の位置姿勢とロボット手
先１１の位置姿勢を対応付けて記憶する（Ｓ３）。操作
者５はさらに教示スイッチ４２を押したままロボット１
を操縦し教示動作を行う（Ｓ４）。教示スイッチ４２が
押されている間の操作グリップ４の動きをロボット手先
１１の実際の動きに換算してロボット１の各アームを動
かしてロボット手先１１を指示通りに動かすとともに、
その動作軌道を記憶する（Ｓ５）。

【００５０】操作者５はロボット手先１１が塗料噴霧を
開始すべき所に来たところで開閉スイッチ４７を操作し
て塗装ガンが作動するように教示する（Ｓ６）。しか
し、ロボット１の操作には動作遅れが存在するので、開
閉スイッチ５７の操作タイミングをそのまま記憶して再
現すると、目的の場所以外に塗料を吹き付けることにな
るので、予め算定された動作遅れ分を算入して制御装置
２に記録させる（Ｓ７）。操作者５がロボット１の動き
を全て規定したところで教示スイッチ４２を離すと（Ｓ
８）、制御装置２がこうして記憶した教示軌道に基づい
てロボットの作業プログラムを作成する（Ｓ９）。動作
遅れ分を考慮することによって操作者の感覚に忠実な塗
装タイミングが再現されるようになる。

【００５１】また、教示スイッチ４２を押していない限
りロボット１が動作しないので、操作者５が無意識に操
作グリップ４を取り落としたりすれば直ちにロボット１
の動きが止まり、安全である。また、緊急事態が発生し
たときには教示スイッチ４２を緩めるか操作グリップ４
を手放せばそれ以上の危険は防止できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明のロボット３次元位置姿勢教示シ
ステムは、操作者がロボット手首の動きを観察しなが
ら、操作グリップをロボット手首とみなして好ましい姿
勢で動かしたい方向に動かしたい量だけ動かすことによ
り、極めて直感的にロボット作業教示を行うことができ
るようになる。ロボットと操作グリップの位置関係は任
意に選択できるから、操作者は自分の身を安全で手首の
動きを観察できる場所に置いて操縦することができ、教
示中の操作者の安全性も向上する。本発明のロボット３
次元位置姿勢教示システムは、塗装ロボットやハンドリ
ングロボットの作業教示、原子炉や海底などの危険環境
下で作業するロボットの遠隔操縦などに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボット３次元位置姿勢教示システム
の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明のロボット３次元位置姿勢教示システム
に用いる６自由度位置姿勢センサの機能を説明する図面
である。

【図３】本実施例において位置姿勢計測装置の位置を知
るための別の方法を説明する図面である。

【図４】本発明のロボット３次元位置姿勢教示システム
に用いる音声認識装置を説明する図面である。

【図５】本発明のロボット３次元位置姿勢教示システム
により塗装ロボットの作業教示をする場合のフローダイ
ヤグラムである。

【図６】従来の遠隔操作式マニピュレータ操作装置の例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ロボット１１ロボット手首１２エンドエフェクタ２ロボット制御装置２１ＣＣＤカメラ２２音声認識装置２３マイクロホン２４ヘッドバンド３相対位置姿勢計測装置３１磁場発生装置４操作グリップ４１６自由度位置姿勢センサ４２動作スイッチ４３教示スイッチ４４スケール変更スイッチ４５モード切替スイッチ４６音声取り込みスイッチ４７開閉スイッチ５操作者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村井謙一千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者桂川敬史千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者宮原啓造千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者藤森潤千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットエフェクタの３次元位置姿勢を
教示するための位置姿勢教示システムであって、ロボットエフェクタを取り付ける手首を備えるロボット
と、手首の位置姿勢を制御する制御装置と、相対座標原
点を設定する移動可能の相対位置姿勢計測装置と、３次
元位置姿勢を計測する６自由度位置姿勢センサを組み込
んで前記相対座標原点に対する相対的位置姿勢に係る位
置姿勢信号を出力する操作グリップとを備え、前記相対位置姿勢計測装置が前記操作グリップの位置姿
勢信号を入力して、該相対位置姿勢計測装置に伴って移
動する前記相対座標原点を基準とする前記操作グリップ
の３次元相対位置姿勢を算出し、前記制御装置が前記算出された操作グリップの３次元相
対位置姿勢に基づいて前記ロボットを基準とする手首の
３次元絶対位置姿勢を算出して記録し、かつ前記手首が
３次元位置姿勢を取るように制御するロボット３次元位
置姿勢教示システム。
【請求項２】請求項１記載のロボット３次元位置姿勢
教示システムであって、前記制御装置が前記相対座標原
点の位置を計測する手段を備え、前記相対座標原点の位
置に基づいて前記操作グリップの３次元相対位置姿勢を
前記手首の３次元絶対位置姿勢に換算することを特徴と
するロボット３次元位置姿勢教示システム。
【請求項３】請求項１または２記載のロボット３次元
位置姿勢教示システムであって、前記操作グリップが動
作スイッチを備え、該動作スイッチを押圧したときのロ
ボット手首の位置姿勢を始点として前記操作グリップの
３次元相対位置姿勢の変化を前記手首の３次元絶対位置
姿勢の変化に換算することを特徴とするロボット３次元
位置姿勢教示システム。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載のロ
ボット３次元位置姿勢教示システムであって、前記操作
グリップが教示スイッチを備え、該教示スイッチを押圧
している間の前記操作グリップの３次元相対位置姿勢を
前記手首の３次元絶対位置姿勢に換算することを特徴と
するロボット３次元位置姿勢教示システム。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のロ
ボット３次元位置姿勢教示システムであって、前記操作
グリップの３次元相対位置姿勢の変化速度を前記手首の
３次元絶対位置姿勢の変化速度に換算することを特徴と
するロボット３次元位置姿勢教示システム。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のロ
ボット３次元位置姿勢教示システムであって、さらに音
声認識手段を備え、該音声認識手段を介して操作の設定
を変更することを特徴とするロボット３次元位置姿勢教
示システム。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載のロ
ボット３次元位置姿勢教示システムであって、前記操作
グリップがエンドエフェクタの形状をしていてロボット
手首の動きにつれてその作用点の軌道を知ることができ
るものであることを特徴とするロボット３次元位置姿勢
教示システム。
【請求項８】請求項７記載のロボット３次元位置姿勢
教示システムであって、前記エンドエフェクタが塗装ガ
ンであって、前記作用点の軌跡が塗装ガンの軌道である
ことを特徴とするロボット３次元位置姿勢教示システ
ム。
【請求項９】請求項８記載のロボット３次元位置姿勢
教示システムであって、前記操作グリップに塗装ガンの
開閉を指示する開閉スイッチを備え、前記制御装置がロ
ボットの動作の遅れを評価して前記手首の３次元絶対位
置姿勢と塗装ガンの開閉位置の関係を算出し記録するこ
とを特徴とするロボット３次元位置姿勢教示システム。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の
ロボット３次元位置姿勢教示システムの使用方法であっ
て、操作者が前記相対位置姿勢計測装置を身体に取り付
け、前記操作グリップを手に持ってエンドエフェクタの
動きを教示することを特徴とするロボット３次元位置姿
勢教示システムの使用方法。