JPS60156113A - ロボツトの操作・教示方式 - 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】 （ア）　技術分野 この発明は、産業用ロボットの動作の教示・操作の方式
に関する。

（イ）　従来技術 産業用ロボットを物品の搬送、位置決め等に用いるため
には、一連の動作手順をロボットに記憶させる（教示す
る）必要がある。

ソフトウェアによるプログラミングでは、直接にロボッ
トを動かすことなく、動作の手順、位置を数値で示す。

これは、直感性に欠け、数多くの計算をしなければなら
ず、煩雑な方法である。

教示ペンダントや教示ボツクヌ上のキーボード、あるい
はジョイスティックなどにより位置を指示し、ロボット
を動かし、位置決めを行なうことにより一連の位置を記
憶させるものもよく使用されている。

第１図は、教示用キーボードを示す。

このような操作、教示方式では、例えばｘ、Ｙ、Ｚ方向
の正負の運動や回転の順逆運動などがキーを押すことに
よって指示される。運動の指示値は、記憶され追加又は
修正し、又は抹消する事もできる。例えば−Ｘのキーを
押すと−Ｘ方向に移動し、＋Ｙのキーを押せば＋Ｙ方向
に移動する。

え−゛ボー・にょるも。・。他、ジョイ７、ヶイッ。

による操作、教示方式も試みられている。ジョイスティ
ックは、細長い棒であって、これを手で持って、所望の
方向へ倒すと、その方向へロボットが移動するようにな
っている。

このような方式では、多くの自由度を有するロボットを
操作するには、極めて不便である。

一般に、ロボットの手先の位置、方向を示すためには、
ｘ、　ｙ、　ｚの３次元座標（位置）と、α、βの方向
角、及びγの向き（回転角）の６つの量が必要である。

６つの量をキーボー−ドや１．ジョイスティックで指示
できるためには、夫々のキーや、ジョイスティックの方
向と、ロボットの手先の位置情報との対応関係を十分に
記憶し、習熟していることが必要である。習練に多大の
時間を要することが多い。また、キーボードやジョイス
ティックの運動と、ロボットの手先の運動に直接的な対
応関係がないので、誤動作が多く、操作に長時間を要す
る。

（つ）　発明の目的 この発明は、ロボットの操作、教示のための、直接的で
、誰でも容易に、迅速に操作することのできるロボット
の操作、教示方式を提供す１ことを目的とする。

（１）　発明の構成 ロボットの手先の運動状態を指定するためには、手先の
位置を表わす三次元座標（ｘ、　ｙ、　ｚ　）と、三つ
の方向を指定する必要がある。

三つの方向の内、α、βは手先の方向を表わす方向ベク
トルを指示する。γは手先の軸まわりの回転角である。

′□第２図はロボット手先の変位を示す座標の説明図で
ある。ロボットの手先の位置が（ＸＨ，ＹＨ，ＺＨ）で
示されている。手先のｘＹ平面への投影とＸ軸のなす角
がαである。手先とＸＹ平面のなす角がβである。

本発明は、これら３種類の変位データ（三次元座標、方
向ペクトμ及び回転角）を操作者の手先の動きから直接
的に検出した速度ベク）／ｌ／、位置変位を用いて指示
することによシ、操作者の手先の動きに直接的に対応し
た、操作の容易なロボッ）０教示・操作方法を提供す、
Ｌ４（７）″あ″−１操作者の手先の動きの速度ペクト
ｌＸ／あるいは位置変化をめるために、手先のＸ、　７
．　を軸のそれぞれの方向の加速度を、３個の加速度セ
ンサによって検出することとする。

３個の加速度センサの出力（ａｚ、　ａｙ、　ａｚ　）
を時間について積分すると、三次元的な速度ｖ　（ｖｚ
、ｖｙ、ｖｚ）がまる。速度を積分すると、変位ｄ　（
ｄｘ、　ｄ、５ｄｚ）をめる事ができる。

ロボットの手首の位置をｗ　（ｘ、　ｙ、　ｚ　）手先
の方向をｈ（α、β）、回転角をγとする。

第３図によって、ロボットの教示、操作の方法を示す。

ロボットの位置指令については第３図（ａ）に示す。

実線で示す位置稲にある手首をｉｌの位置に動かす、と
する。

操作者は、矢印Ｖで示す方向へ手先を動かす。

手先の動きから、加速度、速度が計算される。速度ｖ（
ｖｘｌｖｙｌｖｚ）をロボットの手先の速度ベクトルと
して与え、この方向にｔ時間ロボット手先を動かす。所
望の位置にきた時、停止させる。この間、ロボット手先
の方向π（α、β）及びγは一定である。

次に、ロボットの手先の方向を変える操作を第３図（ｂ
）によって説明する。

手先の方向がｈで、これをｈに変更しようとする場合、
両者を含む平面内で、操作者が手先をｈの、ＷＫ向いた
接線の方向に動かすようにする。

そして、方向角が所望の値に達した時、これを停止する
。操作者の手先と、ロボット手先の運動の方向が同一で
あり、自然で、直接的である。

手先の方向転換の隙は、手首ｉの位置は不変である。

最後に、ロボット手先の回転角γの変更のだめの操作を
説明する。

最も簡単な方法として、操作者の手先の上方への動きを
反時計廻り、下方への動きを時計廻りと定めておく方式
がありうる。この方式も自然である。

操作者は、ロボット手先を反時計廻りに回転したい時は
手先を上げ、時計廻りに回転したい時は手先を下げて指
令する。

操作者の手先の上又は下への動きから、回転方向を検出
できるので、ロボットの手先は反時計廻り又は時計廻り
に回転する。この場合も、所望の回転角になったら、運
動を停止するようにする。

ロボット手先の回転運動中、手首の位置Ｗと、手先の方
向りは一定である。

このように、操作者の手先の動きを、直接にロボットの
動きに対応させることにより、自然な教示、操作が可能
となる。

（オ）　実施例 第４図は本発明の実施例に係るロボットの操作教示方式
に用いる位置指示装置１の外観を示す。

第４図（ａ）は単独の外観を示し、（ｂ）は手で握った
状態を表わしている。

第５図はロボット位置指示装置の内部構成のブロック図
を示している。

記憶スイッチ２、指令スイッチ３、微調スイッチ４、モ
ード切換スイッチ５などが設けられティる。

記憶スイッチ２、指令スイッチ３は、押している間、オ
ンになる。微調スイッチ４は、二状態のスイッチでオン
状態に放て微調整モードとなる。

モード切換スイッチ５は三状態のスイッチであって、。

「位置」、「方向」、「回転」のいずれかのモードを選
択する。

ａｘ、ａｙ、・ａｚは、それぞれｙ軸、ｙ軸、２軸方向
の加速度を検出するだめの加速度センサである。

増幅器１１．１２．１３は、加速度センサで検出した加
速度信号を増幅する。

アナログスイッチ１４は、３つの信号の内、ひとつを順
に選択して、Ａ／Ｄ変換器へ入力する。Ａ／Ｄ変換器１
５は、加速信号がアナログ信号である°ので、これをデ
ジタル信号に変換する。

デジタル化された加速度信号は、演算処理装置６に入力
される。これはマイクロコンピュータのような情報処理
装置である。

演算処理装置６と連結されたロボット制御装置７は、ロ
ボット８を指定された位置へ運動させ、位置決めするた
めの既存の制御装置である。

（力）作用 操作手順に従って、各部がどのように働くかを説明する
。

＋＋１初期化 電源が投入されると、演算処理装置６は、内部に記憶し
ている「速度ベク）／し」、「方向ベクトル」、「回転
速度」を０にクリアし、無記憶の状態にする。

（２）位置の変更の指令 操作者は、モード選択スイッチ５を「位置」の状態にす
る。

記憶スイッチ２を押しながら、所望の移動方向へロボッ
ト位置指示装置１を動かす。

演算処理装置６は、記憶スイッチ２の押下を検知すれば
、積分処理を開始する。

初期値Ｖ。＝Ｏ’ｄｇ＝Ｏである。

積分は、加速度を積分しで速度をめ、速度を積分して、
変位をめるように行われる。

積分処理は、操作者が記憶スイッチ２から手を離し、記
憶スイッチ２がオフになるまで続けられる。

アナログ回路で積分してもよいが、本実施例では、サン
プリングし、量子化した値を、順次加算する方式を採用
している。

この場合、例えば、速度ペクト１ｖｖｉは次式のように
計算すれば良い。

ここで、ｉｉは１時刻での加速度ベク）／しくａＺ、ａ
ｙ、　ａｚ　）である。Δｔはサンプリング時間である
。ｖｉは１時刻での速度ベク）／しを示す。

変位ペクトｌｖ″ａ′は次のように計算する。

第６図に、速度、加速度の代表的な変化例を示す。最初
一定時間、一定加速度が加えられる。

この間、速度はりニヤに増加する。これを、速度の増加
直線ＯＡで示している。この後、ＡＢ間は加速度が０で
あるので、速度は一定値となる。最後に、反対方向の加
速度が与えられ、速度はリニヤに減少してゆく。これを
ＢＣで示す。

操作者の手の運動はこのようになるが、始動と停止の近
傍では、速度の変化が大きいが、中間ＡＢでは、速度の
値は安定している。この安定している部分の速度ペクト
）ｖｖの値を、記憶させるのが良い。つまり中間ムＢは
ある時、記憶スイッチ２から指を離し、これをオフにす
る。

この瞬間の速度が演算処理装置６に記憶される。

以上の操作の同、ロボット８は動かない。

次に、操作者は、指令スイッチ３を押下する。

演算処理装置６は、先程記憶した速度ベクトルＶの値を
ロボット制御装置７へ送り、さらに指令スイッチ３がオ
フになるまで、動作継続指示をロボット制御装置７へ送
りつづける。従って、指令スイッチ３が押下されている
間、ロボットの手首が等速運動することになり、指令ス
イッチ３をオフにすると、停止する。

（３）方向変更の指令 操作者は、モード切換スイッチ５を「方向」に合わせる
。記憶スイッチ２を押下したまま、指示装置を持った手
を方向変更すべき方へと動かす。

演算処理装置６は、位置変更の場合と全く同様に、加速
度の測定値を積分して、速度ベクトルＶ、をめる。

次に、演算処理装置６は、ロボット制御装置Ｔから、現
在のロボット８の手先の位置’ｉｉ’０．　ｆｇ、ｒを
知る。

次式かち、手先が方向変換すべき「方向ベク）Ａ／Ｊ　
ｒ　（Δα、Δβ）をめ、このベクトル値を記憶する。

ｆΔｇ　＝　’ｆＯΔｌ−１−Ｆ□Δｔ（３）１ ｄα＝（α１−αＱ）／Δｔ（６） Δβ＝（β１−β０）Δｔ（７） Δｌは手先方向の仮想点までの長さくｌでもよい）であ
る。ここでΔｔは時間の元を持つ比例定数で、短い時間
間隔をとる。方向ベク）／Ｌ’ｊは（６）、（７）で与
えられる。α０．β０は、（４）、（５）の！、　７．
　Ｚの添字を０にしたものによって与えられる。

操作者がロボット指示装置１をＥ’６Δｅからに４ｇへ
動かす問、記憶スイッチ２が押下されており、この時間
の長さがΔｔである。演算処理装置６は、変化の起るべ
き方向を示す′「方向ベクトル」Ｆ（Δα、メ／７？）
を記憶する。

次に、操作者が指令スイッチ３を押下すると、演算処理
装置６は方向ペクト　−Ｆをロボット制御装置７へ送出
し、指令スイッチ３が押下されている間、一定時間間隔
で動作継続信号をロボット制御装置７へ送り続ける。

ロボット８の手先は一定の角速度で、ｒの方向へ回転す
る。所望の方向を向いた時指令スイッチ３を離す。手先
の向きはこの方向に定まる。

（４）回転の指令 操作者は、モード切換スイッチ５を「回転」に合わせる
。

記憶スイッチ２を押下した状態で、ロボット位置指示装
置１を上又は下へ動かす。ロボット手先を反時計廻りに
回転したい時は上へ、時計廻りに回転したい時は下へ動
かす（もちろん規定の仕方により、逆に定めてもよい）
。

加速度センサの信号から、演算処理装置６は、位置変更
、方向変更の場合と同じように、位置指示装置１の運動
の速度ヘクト／Ｉ／ｖ′０（ｖｘ、ｖｙ、ｖｚ）をめる
。

求めた速度ペクト／Ｌ／ｖｏから、上又は下のいずれの
方向へ動いたのかを判別する。これは容易なことである
。上又は下のいずれであるかを判定し、ロボット手先を
反時計廻り又は時計廻りのいずれかの方向へ回転させる
べきかを決定する。回転の速さの絶対値はＶ□の絶対値
によって与える。

このようにして、ロボット手先の回転速度が記憶される
。

後に指令スイッチ３が押された時、演算処理装置６は記
憶された回転角の値のデータをロポット制御装置７へ送
り、指令スイッチ３が押下されている間、動作継続信号
を送り続ける。

゛　ロボット制御装置７は、ロボット８の手先を、指示
に従って、反時計廻り又は時計廻りに回転させる。回転
角が所望の値に達した時、指令スイッチ３を離し、オフ
とする。手先の回転も同時に停止する。

（５）その他の指令 モード切換スイッチ５を切換え、新たに速度ベクトルを
「記憶」することなく「指令」した場合は、前の「記憶
」の値を用いて指令するようＫすることもできる。

さらに、この例では、微調モードを設定し、記憶値をり
。、１高等に縮少する事により、より細かい動きの指令
を与える事もできる。

（６）その他の注意 ！、　７．　Ｚ軸方向の加速度センサａｚ、　ａｙ、　
ａｚは、ロボット位置支持装置１の中で規定されたｙ軸
、ｙ軸、２軸方向の加速度を測定するものである。

一方ロボット８の運動全規定するＸ、、７．ｙ軸は、ロ
ボット８を支持する基台部分に関して決定されている。

これは不動である。

しかし、ロボット位置支持装置１の方は、操作者が手で
持って動かすものであるから、Ｘ、７２軸の方向は多様
に変わりうる。このＸ％ｙ％２軸が、ロボットのｘ、　
ｙ、　ｚ軸に一致している時にのみ、操作者の手の移動
方向と、ロボット手先の運動に平行関係がなりたつ。

そこで、ロボット支持装置１は、常に同一方向を向くよ
う持たなければならない。このため、ロボット位置指示
装置９の上面には基準線２０を描いてあり、これが、常
に水平で、一定の方向を向いているように把持する。

もちろん、操作者が熟練してくれば、手の動きと、ロボ
ットの手先の動きが必ずしも平行で々くても、自在に操
作できるようになるから、この場合は、ロボット位置指
示装置１を積極的に傾けて持って動かすようにしてもよ
い。

（キ）効果 （１）　ロボットの操作、教示を迅速に、正確に行うこ
とができる。

（２）　誤操作が少なくなる。

（３）誰でもが容易に操作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロボットの教示方式に使われる教示用キ
ーボードの一例を示す上面図。 第２図は三次元ｘ、　ｙ、　ｚ座標系に於けるロボット
の手首の位置、方向、回転などの変数を示す説明図。 第３図は本発明の教示方式に於ける指令の方向を説明す
る図。（ａ）は位置指令を示す。ベク）／しＷはロボッ
ト手首の位置、Ｖは移動方向を表すベクトル。ｈは手先
の方向を表すベク）／しである。実線の位置から破線で
示す位置へ移動している。（ｂ）は方向指令を示す。Ｖ
は手先のベク）Ａ／πが推移すべき接線方向を示すベク
トルである。竿灯の位置Ｗは不変である。（Ｃ）は回転
指令を示す。操作者が手を上げるとロボット手先は反時
計廻りに、手を下げるとロボット手先は時計廻りに回転
するようにする。 第４図はロボット位置保持装置の斜視図を示し、（−は
全体の外観を現わし、中）は操作者が握った状態を示し
ている。 第５図はロボット位置指示装置の内部構成を示すブロッ
ク図。 第６図は操作者の手先の運動の速度、加速度の代表的な
変化例を示すグラフ。 １　・・・・・ロボット位置指示装置 ２・・・・　・・記憶スイッチ ３　・・・指令スイッチ ４・・・・　−・微調スイッチ ５−・・・・・・・・・モード切換スイッチ６　・・・
・・・・・演算処理装置 ７　・・・・　ロボット制御装置 ８・・・　・　・・ロボット １１〜１３・・・・増幅器 １４・・・・　・アナログスイッチ １５・・・・・−・Ａ／Ｄ変換器 ２０　・・・・・・・・・基準線 第４図　（ （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）操作者の手の動きをｘ、　ｙ、　ｚ　３軸方向の
   加速度センサによって検出し、積分して速度ベクトルを
   め請求めた速度ベクトルをロボットの手先の位置の変更
   、手先の方向の変更、および手先の回転角の変更のため
   の操作量として用いて、ロボットを操作する事を特徴と
   するロボットの操作・教示方式。