KR20200064115A - 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20200064115A
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고다이 스기모토
히로키 사토
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아즈빌주식회사
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Abstract

복수의 축(J1∼J6)을 갖는 다관절 로봇(10)에 가해지는 조작력을 힘 센서(34)에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 힘 제어부(42)의 힘 제어에 따라, 다관절 로봇(10)을 이동시켜, 그 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 장치(40)에 있어서, 힘 센서(34)의 검출 결과에 기초하여, 축(J1∼J6)에 가해진 조작력을 추정하는 힘 추정부(41)와, 힘 추정부(41)에 의해 추정된 조작력의 입력 패턴을, 미리 설정된 입력 패턴의 종류마다 분류하는 입력 패턴 분류부(44)와, 입력 패턴 분류부(44)에 의해 분류된 조작력의 입력 패턴에 따라, 힘 제어부(42)의 힘 제어를 전환하는 힘 제어 전환부(45)를 구비한다.

Description

로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법
본 발명은 로봇에 대해 조작력을 가하여, 그 손끝 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래, 힘 제어에 기초한 로봇의 직접 교시 방법이, 여러 가지 제공되어 있다. 이 로봇의 직접 교시 방법의 하나로서, 로봇에 가해진 조작력을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 로봇을 이동시켜, 그 손끝 위치를 직접 교시하는 방법이 있다. 이러한, 종래의 로봇의 직접 교시 방법으로서는, 예컨대, 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평성 제3-123907호 공보
상기 종래의 직접 교시 방법에 있어서는, 손끝 위치를 교시할 때에, 가벼운 조작력에 의해 로봇을 고속 이동시키는 모드와, 강한 조작력에 의해 로봇을 저속 이동시키는 모드 사이에서, 전환 가능하게 하고 있다. 그러나, 이러한 직접 교시 방법을 채용하면, 작업자는, 교시 모드를 전환할 때마다, 스위치 전환 조작을 필요로 하기 때문에, 로봇에 대한 교시 효율이 저하될 우려가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 로봇에 대한 교시 작업 시에, 그 교시 효율을 저하시키지 않고, 고속 이동과 고정밀도 이동을 구별해서 사용할 수 있는 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 직접 교시 장치는, 복수의 축을 갖는 다관절 로봇에 가해지는 조작력을 힘 센서에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 힘 제어부의 힘 제어에 따라, 다관절 로봇을 이동시켜, 그 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 장치에 있어서, 힘 센서의 검출 결과에 기초하여, 축에 가해진 조작력을 추정하는 힘 추정부와, 힘 추정부에 의해 추정된 조작력의 입력 패턴을, 미리 설정된 입력 패턴의 종류마다 분류하는 입력 패턴 분류부와, 입력 패턴 분류부에 의해 분류된 조작력의 입력 패턴에 따라, 힘 제어부의 힘 제어를 전환하는 힘 제어 전환부를 구비하는 것이다.
본 발명에 따른 로봇의 교시 방법은, 복수의 축을 갖는 다관절 로봇에 가해지는 조작력을 힘 센서에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 힘 제어에 따라, 다관절 로봇을 이동시켜, 그 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 방법에 있어서, 힘 센서의 검출 결과에 기초하여, 축에 가해진 조작력을 추정하고, 추정된 조작력의 입력 패턴을, 미리 설정된 입력 패턴의 종류마다 분류하며, 분류된 조작력의 입력 패턴에 따라, 힘 제어를 전환하는 것이다.
본 발명에 의하면, 로봇에 대한 교시 작업 시에, 그 교시 효율을 저하시키지 않고, 고속 이동과 고정밀도 이동을 구별해서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치가 적용되는 다관절 로봇의 구성을 도시한 외관도이다.
도 2는 각 관절부 내에서의 토크 센서의 설치 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치의 처리 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 미리 설정된 조작력의 입력 패턴의 일례를 도시한 도면이다. 도 5a는 고정밀도 병진 이동에 대응한 조작력의 입력 패턴을 도시한 도면이다. 도 5b는 고정밀도 회전 이동에 대응한 조작력의 입력 패턴을 도시한 도면이다. 도 5c는 고속 이동에 대응한 조작력의 입력 패턴을 도시한 도면이다.
도 6은 작업자의 동작 패턴에 대응한 링크 부재의 이동 형태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치가 적용되는 다관절 로봇(10)의 구성예를 도시한 외관도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇(10)은, 베이스(11)와, 이 베이스(11)에 지지되는 아암(12)으로 구성되어 있다. 아암(12)은, 6자유도를 갖고 있고, 6개의 링크 부재(21a∼21f), 6개의 관절부(22a∼22f), 및 손끝부(23)로 구성되어 있다. 즉, 다관절 로봇(10)은, 일반적인 6축 다관절 로봇이다. 단, 본 발명에 따른 로봇 직접 교시 장치 및 그 방법은, 다관절 로봇의 구성 및 자유도수에 의해, 그 본질이 상실되는 것이 아니다.
링크 부재(21a∼21f)는, 축(J1∼J6)을 각각 갖고 있고, 아암(12)의 기단측으로부터 선단측을 향해 순서대로 배치되어 있다. 손끝부(23)는, 링크 부재(21f)의 선단에 설치되어 있고, 아암(12)의 선단부를 구성하고 있다.
관절부(22a∼22f)는, 베이스(11)와 링크 부재(21a) 사이, 링크 부재(21a, 21b) 사이, 링크 부재(21b, 21c) 사이, 링크 부재(21c, 21d) 사이, 링크 부재(21d, 21e) 사이, 및 링크 부재(21e, 21f) 사이를, 각각 연결하고 있다. 또한, 관절부(22a∼22f)는, 링크 부재(21a∼21f)를 축(J1∼J6) 주위로 회전 가능하게 지지하고 있다.
상기 다관절 로봇(10)에 대한 교시 작업을 행하는 경우에는, 작업자는, 링크 부재(21a∼21f) 중, 어느 하나의 링크 부재(21a∼21f)를 조작한다. 즉, 작업자로부터 가해진 조작력은, 6개의 축(J1∼J6) 중, 복수의 축에 작용하고, 그 조작력이 작용한 축(J1∼J6)은, 조작축으로서 이동하여, 아암(12) 전체를 이동시킨다. 이때, 손끝부(23)는, 조작축의 직선 이동 또는 회전 이동에 따라, 병진 이동 또는 회전 이동하기 때문에, 그 위치 및 자세가 교시된다.
도 2는 각 관절부(22a∼22f)에 있어서의 토크 센서(34)의 설치 상태를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(31)의 회전축(31a), 링크 부재(21a∼21f)의 중심축(32), 연결축(33), 및 힘 센서가 되는 토크 센서(34)는, 각 관절부(22a∼22f) 내에, 각각 설치되어 있다. 모터(31)는, 링크 부재(21a∼21f)를, 그 중심축(32)을 회전 중심으로 하여 회전시킨다. 토크 센서(34)는, 각 링크 부재(21a∼21f)의 중심축(32)에 작용한 조작력을 각각 검출한다.
모터(31)의 회전축(31a)과 중심축(32)은, 연결축(33)을 통해 연결되어 있다. 연결축(33)의 축 직경은, 회전축(31a)의 축 직경 및 중심축(32)의 축 직경보다 소직경으로 되어 있다. 모터(31)의 회전축(31a), 중심축(32), 연결축(33), 및 관절부(22a∼22f)의 관절축은, 각 축(J1∼J6)과 동축형으로 되어 있다. 즉, 회전축(31a), 중심축(32), 및 연결축(33)은, 축(J1∼J6) 주위로 회전한다.
토크 센서(34)는, 부착판(35)을 통해, 회전축(31a) 및 중심축(32)에 부착되어 있고, 이들 축(31a, 32)과 함께 회전한다. 부착판(35)은, 회전축(31a)의 외주면과 중심축(32)의 외주면 사이에 있어서, 이들 사이에 형성되는 축 방향 간극에 걸쳐 있도록 설치되어 있다. 이에 의해, 토크 센서(34)는, 작업자에 의한 조작력이 중심축(32)에 작용하면, 이에 따라 변형을 발생시키고, 그 변형량을, 조작력의 크기로 환산하여 검출한다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치(40)의 구성을 도시한 블록이다. 도 3에 도시된 직접 교시 장치(40)는, 다관절 로봇(10)에 대한 작업자의 직접 교시 작업을 가능하게 하는 것이며, 다관절 로봇(10) 및 직접 교시 지시부(36)와 접속되어 있다.
직접 교시 지시부(36)는, 작업자가, 다관절 로봇(10)에 대해 직접 교시를 행하는 것을, 직접 교시 장치(40)에 지시할 때에 사용하는 것이다. 작업자는, 직접 교시 지시부(36)의 스위치 전환 조작에 의해, 다관절 로봇(10)에 대한 직접 교시의 실행 또는 정지를 선택할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 직접 교시 장치(40)는, 힘 추정부(41), 힘 제어부(42), 모터 드라이버(43), 입력 패턴 분류부(44), 및 힘 제어 전환부(45)를 갖고 있다.
힘 추정부(41)는, 토크 센서(34)의 출력 결과에 기초하여, 작업자에 의해 조작력이 가해진 링크 부재(21a∼21f), 및 그 조작력의 크기(입력 패턴)를 추정한다. 힘 제어부(42)는, 힘 추정부(41)의 추정 결과에 기초하여, 모터 드라이버(43)의 구동을 제어한다. 모터 드라이버(43)는, 모터(31)의 회전 각도를 제어한다.
즉, 힘 제어부(42)는, 조작력이 직접적으로 가해진 링크 부재(21a∼21f)와, 그 조작력의 크기에 기초하여, 모터 드라이버(43)의 구동을 제어하여, 각 모터(31)의 회전 각도를 조정한다. 이에 의해, 직접 교시 장치(40)는, 아암(12)을 조작력에 기초하여 동작시켜, 그 손끝부(23)를, 목표 위치가 되는 작업 위치로 유도하여, 그 작업 위치를 교시한다. 이 결과, 손끝부(23)는, 작업 대상물에 대해, 임의의 방향으로부터, 임의의 자세로, 또한, 임의의 힘에 의해 접촉한다.
입력 패턴 분류부(44)에는, 미리 복수 종류의 입력 패턴이 설정되어 있다. 이 미리 설정된 입력 패턴은, 조작력의 입력 패턴이며, 가해진 조작력이 소정의 임계값을 초과한 시각을, 입력 개시 시각으로 하고, 그 조작력의 크기가, 입력 개시 시각으로부터 소정 기간 이내에서, 어떻게 변화하는지에 따라, 복수 종류로 분류되어 있다.
예컨대, 가해진 조작력이 입력 개시 시각으로부터 소정 기간 이내에서 임계값 이하가 되는 입력 패턴은, 아암(12)의 고정밀도 이동에 대응한 조작력의 입력 패턴으로 한다. 또한, 가해진 조작력이 입력 개시 시각으로부터 소정 기간 이내에서 임계값을 항상 초과하는 입력 패턴은, 아암(12)의 고속 이동에 대응한 조작력의 입력 패턴으로 한다.
작업자는, 미리 설정된 복수 종류의 입력 패턴, 가하는 조작력의 입력 패턴이 미리 설정된 입력 패턴이 되기 위한 동작 패턴[링크 부재(21a∼21f)에 대한 조작], 및 동작 후에 있어서의 링크 부재(21a∼21f) 및 손끝부(23)의 이동 형태를, 미리 기억하고 있다. 이에 대해, 입력 패턴 분류부(44)는, 힘 추정부(41)에 의해 추정된 조작력의 입력 패턴이, 미리 설정된 입력 패턴과 일치하는지의 여부를 판단하고, 이들이 일치한 경우에, 추정된 조작력의 입력 패턴을, 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴 및 고속 이동에 대응한 입력 패턴 중 어느 한쪽으로 분류한다.
힘 제어 전환부(45)는, 입력 패턴 분류부(44)에 의해 분류된, 조작력의 입력 패턴의 종류에 따라, 힘 제어부(42)의 힘 제어를 전환한다.
힘 제어 전환부(45)는, 추정된 조작력의 입력 패턴이, 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는, 조작축이 되는 링크 부재(21a∼21f)가 미리 규정된 동작을 실행하도록, 힘 제어부(42)에 지령한다. 또한, 힘 제어 전환부(45)는, 추정된 조작력의 입력 패턴이, 고속 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는, 가벼운 조작력에 의해, 종래의 직접 교시를 행할 수 있도록, 힘 제어부(42)에 지령한다.
다음으로, 본 발명의 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치의 처리 과정에 대해, 도 4를 이용하여 설명한다.
먼저, 단계 ST1에 있어서, 작업자는, 다관절 로봇(10)에 대한 직접 교시를 행하는 것을, 직접 교시 장치(40)에 지시할지의 여부를 판단한다. 여기서, 직접 교시를 실행한다고 판단한 경우에는, 단계 ST2로 진행한다. 한편, 직접 교시를 실행하지 않는다고 판단한 경우에는, 처리를 종료한다.
계속해서, 단계 ST2에 있어서, 작업자는, 링크 부재(21a∼21f) 중, 어느 하나의 링크 부재(21a∼21f)에 조작력을 가하여, 손끝부(23)를, 목표 위치가 되는 작업 위치를 향해 유도한다. 이때, 각 토크 센서(34)는, 링크 부재(21a∼21f)의 축(J1∼J6)에 작용하는 힘을, 각각 검출한다.
그리고, 단계 ST3에 있어서, 힘 추정부(41)는, 모든 토크 센서(34)의 검출 결과에 기초하여, 조작력이 가해진 링크 부재(21a∼21f), 및 그 조작력의 크기를 추정한다.
구체적으로, 힘 추정부(41)는, 조작력이 가해진 링크 부재보다 선단측에 위치하는 링크 부재에는 힘이 작용하지 않는[토크 센서(34)의 출력값이 변화하지 않는] 것을 이용하여, 조작력이 가해진 링크 부재(21a∼21f)를 추정한다.
또한, 힘 추정부(41)는, 조작력의 크기를, 하기의 식 (1)을 이용하여 추정한다.
f=J-Tτ…(1)
단,
f=[fx fy fz fα fβ fγ]T: 작업자가 가한 조작력
τ=[τ1 τ2 τ3 τ4 τ5 τ6]T: 중력 보상된 출력값
J: [조작력이 가해진 링크 부재의 축 방향 중앙부에 있어서의 속도]=J×[조작력이 가해진 링크 부재에 대응하는 관절부의 속도]를 만족시키는 행렬
한편, fx, fy, fz는, 직교 3축에 있어서의 각 병진력이고, fα, fβ, fγ는, 직교 3축에 있어서의 각 회전력이다.
또한, τ1, τ2, τ3, τ4, τ5, τ6은, 6개의 토크 센서(34)의 각 중력 보상 완료 출력값이다.
계속해서, 단계 ST4에 있어서, 입력 패턴 분류부(44)는, 추정된 조작력의 입력 패턴이, 미리 설정된 복수 종류의 입력 패턴 중 어느 하나와 일치하는지의 여부를 판단한다. 여기서, 추정된 조작력의 입력 패턴이 미리 설정된 입력 패턴과 일치했다고 판단한 경우에는, 단계 ST5로 진행한다. 한편, 추정된 조작력의 입력 패턴이 미리 설정된 입력 패턴과 일치하지 않는다고 판단한 경우에는, 단계 ST2로 되돌아간다.
그리고, 단계 ST5에 있어서, 입력 패턴 분류부(44)는, 추정된 조작력의 입력 패턴을, 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류할 수 있는지의 여부를 판단한다. 여기서, 분류할 수 있다고 판단한 경우에는, 단계 ST6으로 진행한다. 한편, 분류할 수 없다고 판단한 경우에는, 단계 ST7로 진행한다.
여기서, 입력 패턴 분류부(44)에 미리 설정된 입력 패턴, 및 그에 대응한 링크 부재(21a∼21f)의 동작 형태에 대해, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6을 이용하여 설명한다. 한편, 도 6은 링크 부재(21a∼21f) 중, 링크 부재(21a)를 대표로 하여 도시하고 있다. 또한, 도 6의 흰 화살표는, 작업자가 두드리는 방향을 도시하고 있다.
도 5a에 도시된 조작력의 입력 패턴은, 아암(12)의 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴이다. 이 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴은, 가해진 조작력이 소정의 임계값(fo)을 초과한 시각을, 입력 개시 시각(to)으로 하고, 그 조작력이, 입력 개시 시각(to)으로부터 소정 기간(t) 이내에서, 1회 임계값(fo) 이하가 되고, 그대로 종료하는 입력 패턴으로 되어 있다. 즉, 상기 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴은, 조작력이, 입력 개시 시각(to)으로부터 소정 기간(t) 이내에서, 하나의 피크값을 갖고 있다. 이에 대해, 그러한 입력 패턴을 얻기 위한 작업자의 동작 패턴은, 링크 부재(21a∼21f) 중 어느 하나를 1회 두드리는 동작으로 되어 있다.
이에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해, 링크 부재(21a∼21f)가 1회 두드려지면, 아암(12)의 손끝부(23)는, 미리 규정된 동작량만큼, 그 두드려진 방향을 향해 이동한다.
도 5b에 도시된 조작력의 입력 패턴은, 아암(12)의 고정밀도 이동에 대응한 다른 입력 패턴이다. 이 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴은, 가해진 조작력이, 입력 개시 시각(to)으로부터 소정 기간(t) 이내에서, 2회 임계값(fo) 이하가 되고, 그대로 종료하는 입력 패턴으로 되어 있다. 즉, 상기 고정밀도 이동에 대응한 입력 패턴은, 조작력이, 입력 개시 시각(to)으로부터 소정 기간(t) 이내에서, 2개의 피크값을 갖고 있다. 이에 대해, 그러한 입력 패턴을 얻기 위한 작업자의 동작 패턴은, 링크 부재(21a∼21f) 중 어느 하나를 2회 두드리는 동작으로 되어 있다.
이에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해, 링크 부재(21a∼21f)가 2회 두드려지면, 아암(12)의 손끝부(23)는, 미리 규정된 동작량만큼, 연산 결과의 방향을 향해 회전한다.
도 5c에 도시된 조작력의 입력 패턴은, 아암(12)의 고속 이동에 대응한 입력 패턴이다. 이 고속 이동에 대응한 입력 패턴은, 가해진 조작력이, 입력 개시 시각(to)으로부터 소정 기간(t) 이내에서, 항상 임계값(fo)을 초과하는 입력 패턴으로 되어 있다. 이에 대해, 그러한 입력 패턴을 얻기 위한 작업자의 동작 패턴은, 링크 부재(21a∼21f)를 계속 누르는 동작으로 되어 있다.
계속해서, 단계 ST6에 있어서, 손끝부(23)는, 종래의 직접 교시에 의해 이동함으로써, 목표 위치 및 목표 자세가 교시된다.
구체적으로, 추정된 조작력의 입력 패턴이 고정밀도 병진 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는, 먼저, 힘 제어부(42)는, 가해진 조작력의 작용 방향(병진 방향)(g)을, 하기의 식 (2)를 이용하여 추정한다.
g=[fx fy fz]T/|[fx fy fz]T| …(2)
계속해서, 힘 제어부(42)는, 조작력의 작용 방향(g)에 있어서, 손끝부(23)의 목표 위치 및 목표 자세(r)를, 하기의 식 (3)을 이용하여 설정한다. 그리고, 손끝부(23)는, 현재의 위치 및 자세(p)로부터, 설정된 목표 위치 및 목표 자세(r)를 향해, 작용 방향(g)에 따른 이동 방향을 따라 이동한다.
r=p+K[gT01×3]T …(3)
단,
p=[px py pz pα pβ pγ]T: 현재의 위치 및 자세
K: 상수
또한, 추정된 조작력의 입력 패턴이 고정밀도 회전 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는, 힘 제어부(42)는, 조작력의 작용 방향에 따라, 손끝부(23)를 회전시킨다.
먼저, 첫 번째의 힘 제어 방법으로서, 작업자가 두드린 링크 부재(21a∼21f)에 따라, 손끝부(23)를 회전시키는 경우에는, 힘 제어부(42)는, 링크 부재(21a, 21c, 21e)를 회전 방향(R1)을 향해 회전시키는 한편, 링크 부재(21b, 21d, 21f)를 회전 방향(R2)을 향해 회전시키도록 설정한다.
즉, 작업자가 링크 부재(21a, 21c, 21e) 중 어느 하나의 링크 부재를 2회 두드린 경우에는, 손끝부(23)는, 링크 부재(21a, 21c, 21e)의 회전 방향(R1)으로의 회전에 따라, 그 축(J1, J3, J5)을 회전 중심으로 하여 회전한다. 한편, 작업자가 링크 부재(21b, 21d, 21f) 중 어느 하나의 링크 부재를 2회 두드린 경우에는, 손끝부(23)는, 링크 부재(21b, 21d, 21f)의 회전 방향(R2)으로의 회전에 따라, 그 축(J2, J4, J6)을 회전 중심으로 하여 회전한다.
또한, 두 번째의 힘 제어 방법으로서, 조작력의 작용 방향에 따라, 손끝부(23)를 회전시키는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 힘 제어부(42)는, 링크 부재(21a∼21f)의 축(J1∼J6)을 지나는 기준선(O)을 기준 각도로 하고, 그 기준선(O)과, 축(J1∼J6)을 지나는 조작력의 작용 방향과의 교차 각도(θf)가, 0∼179[deg]일 때에, 링크 부재(21a∼21f)를 회전 방향(R1)을 향해 회전시키는 한편, 180∼359[deg]일 때에, 링크 부재(21a∼21f)를 회전 방향(R2)을 향해 회전시킨다.
즉, 작업자가 링크 부재(21a∼21f) 중 어느 하나의 링크 부재를 2회 두드린 경우에는, 두드려진 링크 부재(21a∼21f)는, 교차 각도(θf)에 따라, 회전 방향(R1) 또는 회전 방향(R2)을 향해 회전한다. 이에 의해, 손끝부(23)는, 그 두드려진 링크 부재(21a∼21f)의 축(J1∼J6)을 회전 중심으로 하여 회전한다.
힘 제어부(42)는, 전술한 2개의 힘 제어 방법 중 어느 하나를 채용한 경우라도, 링크 부재(21f)의 목표 회전 각도(θr6)를, 하기의 식 (4)를 이용하여 설정한다.
θri=θi+Ks …(4)
단,
i: 링크 부재(21a∼21f)에 대응하는 번호[손끝부(23)가 회전하는 경우에는 i=6]
θi: i에 대응하는 링크 부재에 있어서의 현재의 회전 각도
K: 상수
s: 회전 방향(R1)일 때는 「1」, 회전 방향(R2)일 때는 「-1」이 되는 변수
이에 대해, 단계 ST7에 있어서, 손끝부(23)는, 아암(12)을 가벼운 조작력에 의해 이동시킬 수 있는 것과 같은, 종래의 직접 교시에 의해, 이동함으로써, 목표 위치 및 목표 자세가 교시된다. 이때, 가해진 조작력이 임계값(fo) 이하가 되면, 단계 ST8로 진행한다.
계속해서, 단계 ST8에 있어서, 작업자는, 다관절 로봇(10)에 대한 직접 교시를 종료하는 것을, 직접 교시 장치(40)에 지시할지의 여부를 판단한다. 여기서, 직접 교시를 종료한다고 판단한 경우에는, 처리를 종료한다. 한편, 직접 교시를 종료하지 않는다고 판단한 경우에는, 단계 ST2로 진행한다.
이상, 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치 및 직접 교시 방법은, 다관절 로봇(10)에 대한 교시 작업 시에, 그 교시 효율을 저하시키지 않고, 고속 이동과 고정밀도 이동을 구별해서 사용할 수 있다.
실시형태 2.
이 실시형태 2에 따른 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법은, 실시형태 1에 따른 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법에 있어서의 6개의 토크 센서(34)를 대신하여, 하나의 6축 힘 센서(도시 생략)를 손끝부(23)에 설치하고 있다.
이에 의해, 힘 추정부(41)는, 다축 힘 센서가 되는 6축 힘 센서의 검출 결과만을 이용하여, 조작력(f)의 크기를, 하기의 식 (5)를 이용하여 추정한다.
f=[fx fy fz fα fβ fγ]T …(5)
또한, 추정된 조작력의 입력 패턴이 고정밀도 회전 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는, 힘 제어부(42)는, 조작력의 작용 방향에 따라, 손끝부(23)를 회전시킨다. 즉, 6개의 토크 센서(34)를 설치한 경우에는, 이들이 각 축(J1∼J6)에 대응하여 설치되어 있기 때문에, 힘 추정부(41)는, 조작력이 어떤 링크 부재(21a∼21f)에 직접 작용했는지를 추정할 수 있다. 이에 대해, 6축 힘 센서를 설치한 경우에는, 그것이 각 축(J1∼J6)에 대응하여 설치되어 있지 않기 때문에, 힘 추정부(41)는, 조작력이 어떤 링크 부재(21a∼21f)에 직접 작용했는지를 추정할 수 없다. 따라서, 힘 제어부(42)는, 전술한 두 번째의 힘 제어 방법만을 채용한다.
이상, 실시형태 2에 따른 로봇의 직접 교시 장치 및 직접 교시 방법은, 다관절 로봇(10)에 대한 교시 작업 시에, 그 교시 효율을 저하시키지 않고, 고속 이동과 고정밀도 이동을 구별해서 사용할 수 있다.
한편, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에서, 각 실시형태의 자유로운 조합, 혹은, 각 실시형태에 있어서의 임의의 구성요소의 변형, 혹은, 각 실시형태에 있어서의 임의의 구성요소의 생략이 가능하다.
본 발명에 따른 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법은, 로봇에 대한 교시 작업 시에, 그 교시 효율을 저하시키지 않고, 고속 이동과 고정밀도 이동을 구별해서 사용할 수 있기 때문에, 로봇에 대해 조작력을 가하여, 그 손끝 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 장치 및 그 방법으로 이용하기에 적합하다.
10: 다관절 로봇 11: 베이스
12: 아암 21a∼21f: 링크 부재
22a∼22f: 관절부 23: 손끝부
31: 모터 31a: 회전축
32: 중심축 33: 연결축
34: 토크 센서 35: 부착판
36: 직접 교시 지시부 40: 직접 교시 장치
41: 힘 추정부 42: 힘 제어부
43: 모터 드라이버 44: 입력 패턴 분류부
45: 힘 제어 전환부 J1∼J6: 축

Claims (6)

  1. 복수의 축을 갖는 다관절 로봇에 가해지는 조작력을 힘 센서에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 힘 제어부의 힘 제어에 따라, 상기 다관절 로봇을 이동시켜, 그 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 장치에 있어서,
    상기 힘 센서의 검출 결과에 기초하여, 상기 축에 가해진 조작력을 추정하는 힘 추정부와,
    상기 힘 추정부에 의해 추정된 조작력의 입력 패턴을, 미리 설정된 입력 패턴의 종류마다 분류하는 입력 패턴 분류부와,
    상기 입력 패턴 분류부에 의해 분류된 조작력의 입력 패턴에 따라, 상기 힘 제어부의 힘 제어를 전환하는 힘 제어 전환부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 힘 제어부는,
    추정된 조작력의 입력 패턴이, 상기 다관절 로봇의 회전 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는,
    상기 다관절 로봇에 있어서의 손끝부의 회전 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 힘 제어부는,
    추정된 조작력의 입력 패턴이, 상기 다관절 로봇의 병진 이동에 대응한 입력 패턴으로 분류된 경우에는,
    상기 다관절 로봇에 있어서의 손끝부의 이동 방향을, 조작력의 작용 방향에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 센서는, 상기 다관절 로봇의 각 관절부에 설치되고,
    상기 힘 추정부는, 상기 복수의 축 중에서, 조작력이 가해진 축을 추정하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 센서는, 상기 다관절 로봇의 손끝부에 설치된 다축 힘 센서인 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 장치.
  6. 복수의 축을 갖는 다관절 로봇에 가해지는 조작력을 힘 센서에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초한 힘 제어에 따라, 상기 다관절 로봇을 이동시켜, 그 위치를 직접 교시하는 로봇의 직접 교시 방법에 있어서,
    상기 힘 센서의 검출 결과에 기초하여, 상기 축에 가해진 조작력을 추정하고,
    추정된 조작력의 입력 패턴을, 미리 설정된 입력 패턴의 종류마다 분류하며,
    분류된 조작력의 입력 패턴에 따라, 힘 제어를 전환하는 것을 특징으로 하는 로봇의 직접 교시 방법.
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