JPS63278777A - ロボツトの教示運転方法 - 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】 人、　産業上の利用分野 本発明は産業用等のロボットを直接教示するのに有用な
運転方法に関する。

Ｂ、　発明の概要 本発明によるロボットの教示運転方法は、ロボットの先
端部にハンドルと、このハンドルに加わる外力を検出す
るセンサとを取付け、ロボットが外力の方向に動くよう
にセンサの検出信号によりロボット内蔵の関節の駆動装
置を制御することにより、教示操作者がハンドルに希望
方向の力をわずかに加えればロボットが自身の駆動力で
希望方向に従動して直接作動教示できる方法である。

Ｃ９従来の技術 産業用ロボットにその動作を教示するには、従来、人間
オペレータが押ボタン式のコントローラ等の端末機を操
作することにより、ロボットの各関節を動かして手先部
を目標点へ動かしていた。

しかし、端末機例えば押ボタン式コントローラの操作で
胃ボットを動かすには大変な工数と熟練とを要するので
、ロボットの教示に多大な時間を要し、また、小量生産
にとって経済性がないという欠点があった。

その対策として、下記（１）〜（３）の改良方法がある
。

（１）　　ロボットと相似形のマスタアームを別途作り
、マスタアームを人手で操作することによってロボット
を動かして、教示を行う方法。

（２）　　コンピュータグラフィックを利用したロボッ
トのシニミレーシｐン上で、教示を行う方法。

（３）　　ロボットのアームを人手で直接動かすことに
より教示を行う、いわゆる直接教示（ダイレクトティー
チング）方法。この直接教示方法は、比較的軽量な四ボ
ット本体を有し、且つ、その駆動を油圧で行うロボット
であって、教示中は油圧回路の弁を操作して排油し人力
で関節を動かし易くできるものに限り適用している。ま
た、実験的に成功した例として、減速機を使用しない電
動機で関節を直接駆動するロボットであって、人力によ
っても関節を動かせるものに直接教示を適用した例があ
る。

Ｄ　発明が解決しようとする問題点 （１）　　マスタアームを人手で操作する教示方法では
、実際上マスタアームとロボットとが成る程度距離をお
いた状態で操作するので、目標物（ワーク）にロボット
のアームを接近させ細部にわたり微妙な動作を教示する
ことができず、実用化は限られている。

（２）　　コンピュータグラフィックを利用したシュミ
レーション上での教示方法では、目標物が立体形状の場
合、細かな教示を行うには画像の回転、拡大など多くの
工数を要し、またコンレユータグラフィックの使い方に
も極めて専門的な技術を要するので、−膜化は困難であ
る。

（３）直接教示方法は人が直接ロボットを動かすので有
望な方法であるが、適用可能な四ボットの機種が限られ
ているという問題がある。即ち、一般のロボットでは、
小形化が可能な低トルク・高速回転のモータを用い、と
のモータの回転を減速機により低速・高トルクの回転に
変えて利用している。

従って、四ボットの関節を外部から逆駆動することは非
常に大きなトルクを必要とし、人力では不可能である。

しかし、現在及び将来を展望しても、減速機を使用する
ことにより高トルクの小形駆動装置を実現することは大
多数のロボットに採用されると思われる。

従って、大多数のロボットは従来の直接教示方法ではこ
れを適用することが不可能である。

本発明は、ロボットの自重や減速機のために出力軸側か
らまたはロボットのアームの先端の方から外力で逆転で
きない関節を、直接教示等の目的で動かす必要があると
き、目的とする方向に人力で軽く操作できるようにした
、ロボットの教示運転方法に関する。

Σ、　問題点を解決するための手段 本発明のロボットの教示運転方法は、ロボットの先端部
に取付けたハンドルに外力を加え、ハンドルに加わる外
力の方向をセンサで検出し、センサの検出信号によりロ
ボット内蔵の関節の駆動装置を制御してロボットを外力
の方向に動かすことにより、ロボットに動作を直接教示
することを特徴とする。

Ｆ、　　作　　　　用 上記構成において、操作者がロボットに直接作動教示を
行う場合、ハンドルに希望する方向にわずかに力を加え
れば、センサが検出した力の方向にロボット自身がその
駆動力によって従動するように制御され、その動きが教
示される。

Ｇ、実施例 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

第１図の概念的制御ブロック線図により、既存のロボッ
トに本発明を適用する場合の一実施例を説明する。第１
図において、二点鎖線で囲んだ部分１が既存のロボット
であり、？ｉ！線で囲んだ部分２が本発明の機能を追加
するものである。

ロボット１は公知の基本的構成をもつものであり、ロボ
ット本体■３の各々の関節（作動部）には駆動機Ｍ４が
あり、また、位置または作動角を検出するセンサ（Ａｓ
）　５がつながっている。駆動機４はモータ等によって
代表されるものであるが、減速機付きの電気的小形モー
タに限定されるものではない。センサ５の出力信号はコ
ンピュータ（６）等の制御部６に入力し、ここで制御演
算、記憶等が行われろ。その結果、制御部６はドライバ
（至）７に指令を出し、駆動機４を動作させる。制御部
６には、操作者が必要な命令を入力するための端末機■
８が接続されており、端末機８から運転の開始、停止及
び教示等のために操作指令を与えろ。端末機８は多くの
場合キーボードにより、場合によってはジ曹イスティッ
クなどによっている。なお、制御部６には、他の外部コ
ンピュータなどとの通信機能を持たせたり、安全のため
に各種センサと接続したりすることが適宜行われる。

追加部２はロボット１のセンサ５とは別の必要数の力セ
ンサ（Ｆｓ）　９と、その検出信号を制御演算するコン
ピュータ■等の演算部１０とからなる。この演算部１０
の出力は四ボット１の制御部６に接続されている。力セ
ンサ９は後述するようにハンドルと共にロボット本体３
の先端付近に取付けられる。

追加部２は容易に着脱方式にすることができ、着脱方式
の場合は、新規に作る多数台のロボットに対して共用の
ものとすることにより、経済的な使い方もできる。

第２図に示す実施例は、新規に作るロボットに本発明を
実現する機能を予め組込んだ例であり、第１図に示した
追加の演算部１０をロボット１のコンピュータ（Ｃ−等
の制御部１１中に予め一体化しである。この場合、力セ
ンサ９はロボット本体３に常設しておく乙とも、あるい
は必要なときに装着することも任意に選択できる。

次に、教示運転方法を第１図で代表して説明する。

まず、ロボット１に教示が必要になったとき、従来と同
様、ロボット１の制御を教示モードにする。

次いで、教示操作者は四ポット本体３に取付けたハンド
ルから力センサ９に操作を希望する方向に軽（力を加え
ろ。

力センサ９の検出信号は理想的には位置系の３成分と、
姿勢系での３成分が必要であるが、場合によってはそれ
以下でも良い。検出については後述する。

演算部１０は力センサ９からの検出信号を演算すること
によって、端末８ｍＢで操作すると同じレベルにし、ロ
ボット１の制御部６に指令を与える。この場合、必要に
応じて全関節部分の指令を同時に出す。なお、端末機８
で操作する場合と同じく、常にロボット１のセンサ５が
検出した作動角信号も使い、制御部６が演算部１０から
の方向指令に従って駆動機４を制御し、ロボット本体３
を動かす。

以上の如く、本発明による教示運転方法は、端末機８を
用いる教示方法よりも極めて容易である。その理由は、
操作者がロボット固有の座標系を何ら考えて操作する必
要がなく、常に、ロボット先端付近に設けた力センサ９
に何も考えずに希望する方向の力を加えることで、ロボ
ット先端をその方向に動かせるからである。即ち、全く
直感的にロボットを直接作動教示できて熟練を要しない
ばかりか、連続的に四ボット先端を教示方向に動かせる
からである。

その上、教示を必要な点毎にすること、連続的に経路を
教示すること、及び教示時の速度と実際作動（プレーバ
ック）時の速度との比率を適宜調整すること、これらは
公知の技術の応用で実現することができる。

次に、第３図〜第５図を参照して力センサ及びハンドル
について説明する。

第３図は多関節ロボットの一例を示し、被加工物１２を
加工するため、ロボット本体３の先端にグラインダ１３
を取付けである。

第４図は、第３図に示したロボット本体３にカセンサ付
きのハンドル１４．１５を装着した一例を示す。装置の
形状は一例にすぎず、何ら限定されない。

第４図において、四ボット本体３の代表的な関節を英記
号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ″′ｃ表わし、その作動方向
を矢印で表わしている。

本実施例のロボット本体３では、３つの関節Ａ、Ｂ、Ｃ
が位置を制御するものであり、これらは人間の肩や肘に
相当する。これらの関節の先＠側に更に３つの関節り、
Ｅ、Ｆがあるが、これらはグラインダ１３の姿勢を調整
するためのものである。以上、６つの関節Ａ〜Ｆがあれ
ば、グラインダ１３を被加工物１２に所望の方向から接
触させることができる。

そこで、ロボット本体３の先端と被加工物１２との近く
にいる操作者がロボット本体３の先端を希望する方向に
動かすことができるよう、立体的な３方向ｘ、、　ｙ、
、　ｚ、を検出できる力センサを取付けたハンドル１４
と、同じく立体的な３方向Ｘ２．　Ｙ２．　Ｚ２を検出
できる力センサを取付けたハンドル１５とを、四ボット
本体３の先端付近の第５関節Ｅに位置して取付けである
。本実施例ではハンドル１４に設けた３方向ｘＬ、　ｙ
、、　ｚ、の力センサは位置の関節Ａ、Ｂ、Ｃを制御す
るためのものとし、ハンドル１４は支持梁部材１６を介
して取付けである。また支持梁訊材１６自体は金具１７
によって位置の関節Ａ−Ｃの先頭の関節Ｃの一部１８に
着脱可能に固定連結しである。従って、力センサは支持
梁部材１６に取付けても良い。一方、ハンドル１５に設
けた３方向ｘ、、　ｙ、、　ｚ、の力センサは姿勢の関
節り、Ｅ、Ｆを制御するためのものとし、ハンドル１５
は姿勢の関節Ｄ〜Ｆのうち中央の関ｗＩＥに着脱可能に
固定しである。各力センサは歪ゲージで構成てき、ある
いはジ冒イスティックのようにポテンショメータとその
戻し用バネとからなるもの等で構成できる。

各ハンドル１４．１５に３方向の力センサを取付けてお
くと、操作者がハンドル１４゜１５を持って操作しなと
き、どの方向に力を加えたかが判別できる。

ハンドル１４の力センサの検出信号（Ｘｉ。

ｙ、ｚ）を演算部１０が入力して演算することにより、
ロボット本体３の先端部が操作者がハンドル１４に加え
た方向に従動するように、位置の関＠Ａ、Ｂ、Ｃに対す
る制御信号を出す。これにより、必要な関節のモータを
駆動することになり、あたかも操作者がロボット本体３
を動かしているように、四ボット本体３が希望する方向
に動く。

ハンドル１５の力センサの検出（ｉ号（Ｘ２゜Ｙ、、Ｚ
、）についても演算部１０は同様の処理を行い、姿勢の
関節り、Ｅ、Ｆに対する制御信号を出す。なお、本実施
例ではＸ２方向の検出信号で関節りを、Ｙ２方向の検出
信号で関節Ｅを、Ｚ２方向の検出信号で関節Ｆを連動制
御するものとしてあり、このようにすると、かなり各方
向間に関連が生じて直感的なロボット操作ができる。

以上の如く、２つのハンドル１４．１５を１人の操作者
が両手で操作することにより、グラインダ１３を希望す
る方向に動かしながら、ロボットに容易に直接作動教示
することができる。

第５図により、単純なロボットに対する実施例を説明す
る。ここでは、ロボット本体１９にＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄと４
つの関節（または作動部）があり、各関節を自由に操作
して教示するために、ロボット本体１９の比較的先端部
２０に２つのハンドル２１．２２と、４つの歪ゲージ２
３，２４，２５，２６とを有する装置２７を、ボルト等
で着脱可能に取付けられるようにしである。２８は略Ｕ
字形状の取付部である。

一方のハンドル２１には２つの歪ゲージ２３゜２４があ
り、歪ゲージ２３ばＸ、方向の力を検出し、この検出信
号により関節Ａを旋回方向に勅かし、歪ゲージ２４はＹ
方向の力を検出し、この検出信号により２つの関節Ａ、
Ｂを動かしてロボットの先端と基台部２９間の距離を調
整するようにしている。

他方のハンドル２２にも２つの歪ゲージ２５゜２６があ
り、歪ゲージ２５はＸ２方向の力を検出し、この検出信
号により関節りを旋回方向に動かし、歪ゲージ２６はＺ
２方向の力を検出し、この検出信号により作動部Ｃを軸
方向に動かすようにしている。

このように制御することにより、ハンドル２１．２２に
力を加える方向とロボットが従動する方向とが関連し、
直感的な操作が可能となって教示の作動が極めて容易で
ある。

以上、第４図、第５図を参照して説明したように、複数
の力センサの方向検出信号に基づいてロボットを制御す
ると、本来ｍｓ作動しない関節を用いたロボットに対し
ても、複数のｒｙ：ｉｍを同時に制御して作動させるこ
とにより、ロボットを直線作動させることができろ。即
ち、複数の関節の作動によって得られろ任意の方向ζど
も、直感的にハンドルに希望する方向の力を加えるだけ
で演算部１０の演算で容易に制御指令を与えるようにす
ることができる。

Ｕ　発明の効果 本発明によれば、ロボットの作動先端付近のハンドルに
より希望方向にわずかに力を加えるだけでロボットが希
望方向に従動するように制御されるため、ロボット先端
と被加工物の両方を近くで見ながら、容易且つ確実にロ
ボットを直接作動教示できる。

また、ロボットの内蔵ｊｆｉ動装置を使ってロボットを
動かすので、従来逆駆動が困難で直接教示を適用できな
かった多くの機種にも広く直接教示を行うことができる
。

更に、既設の☆ボットにも本発明を容易に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例を示す概略
制御ブロック線図、第３図は四ボットの一例を示す斜視
図、第４図及び第５図はそれぞれセンサとハンドルを設
けたロボットを示す斜視図である。 図面中、１はロボット、３．１９はロボット本体、４は
駆動機、６，１１は制御部、７はドライバ、８は端末機
、９は力センサ、１０は演算部、１４，１５，２１，２
２はハンドル、１６は支持梁部材、１７は金具、２３，
２４，２５゜２６は歪ゲージ、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、！
１よ関節または作動部である。 第２図 枦ｊ岬７°゛ロッ７彰ＩＡ と ４、局６＃禰・　　　　７ 第３図 ロポ゛１．．）／１１Ｍ帆回 欝４図 口利、、）／ｌ仝孝曝１凋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットの先端部に取付けたハンドルに外力を加え、ハ
   ンドルに加わる外力の方向をセンサで検出し、センサの
   検出信号によりロボット内蔵の関節の駆動装置を制御し
   てロボットを外力の方向に動かすことにより、ロボット
   に動作を直接教示することを特徴とするロボットの教示
   運転方法。