TW201718204A - 機器人教示方法及機器臂控制裝置 - Google Patents

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Abstract

於機器人之直接教示中，檢測臂之各控制軸J之軸角度θ1，根據各軸角度θ1求出被規定於臂或工具中之標準點K之目前位置Pr，生成以將目前位置Pr投影至既定之移動路徑(移動方向)所得之位置作為目標位置之位置指令值Tcom，根據該位置指令值Tcom驅動各控制軸J，反覆進行以上步驟，直至對於各控制軸J，對應於位置指令值Tcom之指令角度θcom與所檢測出之軸角度θ的偏差、或位置指令值Tcom與對應於所檢測出之軸角度θ之標準點K之目前位置Pr的偏差達到既定值以下，並且於該偏差達到既定值以下後，對機器人教示臂之位置資訊。

Description

機器人教示方法及機器臂控制裝置
本發明係關於一種機器人之教示方法及機器臂控制裝置。
習知以往，產業用機器人之動作程式係藉由對機器人之教示而作成，機器人具有示教重現(teaching playback)功能。作為如上所述之產業用機器人之教示方式之一，已知有直接教示方式。於直接教示方式中，教示者以手動使機器人之臂移動至欲教示之位置，機器人自身記憶位置感測器之位置資訊(即教示位置)，藉此進行教示。於專利文獻1及2中，表示有關於此種機器人之教示之技術。
專利文獻1之直接教示方式機器人，係於腕部設置檢測施加於該腕部之力之力覺感測器，藉由將該檢測訊號作為輸入之依從性(compliance)控制而進行動作，藉由教示者對工具施加力而使機器人移動，藉由手動操作將工具定位於教示者所期望之位置並將位置資訊輸入至機器人。於該機器人中，於工具之前端移動時，可選擇不約束機器人之動作的自由之移動、及被約束於特定直線上或面上之移動。
又，專利文獻2之機器人教示裝置，係以機器人成為所教示之位置姿勢之方式使該機器人依照按壓力移動，並教示移動後之機器人之 位置姿勢。於該機器人教示裝置中，於機器人位於既定之有效區域內時，檢測或推定施加於機器人之外力，並允許基於所檢測或推定出之外力的移動。而且，該移動被限制為往既定方向之移動及/或圍繞特定方向之姿勢變更。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平9-141580號公報
[專利文獻2]日本特開2005-293098號公報
於專利文獻1、2之技術中，機器人以檢測或推定施加於腕部或工具之外力並根據該外力使工具移動之方式進行動作。因此，機器人具備力覺感測器，從而使控制變得複雜。又，由於機器人根據所檢測出之外力進行動作，因此於教示者直接賦予力使機器臂或工具移動時，難以對機器臂或工具之位置進行微調整。
本發明係鑒於以上情況而完成者，其目的在於：於機器人之直接教示中，提高教示者直接賦予力使機器臂或工具移動時之機器臂及/或工具之操作性。
本發明之一態樣之機器人教示方法，係對於具備安裝有工具 之至少一隻機器臂的機器人，教示者藉由直接施加力使該機器臂或該工具移動而教示位置的直接教示方式，其特徵在於：將被規定於該機器臂或該工具中之標準點之移動限制於既定之移動路徑上，於該教示者使該機器臂或該工具移動的期間，檢測該機器臂之各控制軸之軸角度，根據該軸角度求出該標準點之目前位置，生成以將該目前位置投影至該既定之移動路徑所得之位置作為目標位置之位置指令值，根據該位置指令值驅動該各控制軸，反覆進行以上步驟，直至對於該各控制軸，對應於該位置指令值之軸角度與所檢測出之軸角度的偏差、或該位置指令值與對應於所檢測出之軸角度之該標準點之目前位置的偏差達到既定值以下，並且於該偏差達到該既定值以下後，對該機器人教示該機器臂之位置資訊。
又，本發明之一實施形態之機器臂控制裝置，係使設定於機器臂上之標準點移動，其檢測該機器臂之各控制軸之軸角度，根據該軸角度求出該標準點之目前位置，求出將該目前位置投影至預先儲存之移動路徑所得之投影位置，根據該投影位置生成位置指令值，並且根據該位置指令值使該標準點進一步移動。
根據該機器人教示方法及機器臂控制裝置，於機器人之直接教示中，各控制軸以輔助教示者賦予至機器臂或工具之力之方式進行動作。此處，位置指令值根據逐次變化之各軸角度而逐次變更，因此機器臂之標準點不會超出教示者之期望而移動。因此，於將機器臂之標準點定位於所欲教示位置時，容易進行位置之微調整。而且，機器人能夠藉由使習 知所具備之功能發揮而進行該輔助動作，因此無需檢測賦予至機器臂之外力的力覺感測器及用於此之控制。
又，於機器人之直接教示中，將被規定於機器臂或工具中之標準點之移動限制於既定之移動路徑，因此即便教示者賦予至機器臂或工具之外力之方向與標準點之移動方向不一致，標準點亦沿著既定之移動路徑移動。因此，容易使標準點移動至教示者所欲之位置。
又，由於藉由直接教示中之各控制軸之動作而輔助教示者賦予至機器臂或工具之力，因此教示者亦能夠以相對較小的力使靜摩擦力較大之軸(例如臂之基端側之軸)等移動。
根據本發明，於機器人之直接教示中，能夠提高教示者直接賦予力使機器臂或工具移動時之機器臂及/或工具之操作性。
1‧‧‧機器人
5‧‧‧工具
6‧‧‧控制裝置
10、10A、10B‧‧‧臂
22‧‧‧主控制部
22b‧‧‧重力補償運算器
23‧‧‧伺服控制部
24‧‧‧驅動部
26‧‧‧放大電路
62‧‧‧輸入裝置
E(E1~E4)‧‧‧編碼器
J(J1~J4)‧‧‧控制軸
K‧‧‧標準點
M(M1~M4)‧‧‧伺服馬達
圖1係顯示本發明之一實施形態之多關節機器人之整體構成的概略前視圖。
圖2係機器人之示意性的俯視圖。
圖3係顯示機器人之控制系統之構成的圖。
圖4係顯示以伺服控制部為中心之具體的電氣構成的圖。
圖5係說明機器臂之標準點之移動的概念圖。
圖6係說明座標轉換矩陣Q之座標轉換的圖。
圖7係顯示直接教示動作時之控制裝置之處理流程的圖。
接下來，參照圖式，對本發明之實施形態進行說明。本發明之一實施形態之多關節機器人(以下有時簡稱為「機器人1」)，例如係在以生產線生產方式或單元生產方式組裝電氣零件、電子零件等而生產製品之生產工場中被利用，沿著設置於該生產工場之作業台配置，能夠對作業台上之工件進行移送、零件之組裝或配置更換、姿勢轉換等作業中之至少1種。但是，本發明之機器人之實施態樣並不限定於上述，可不限水平多關節型、垂直多關節型而廣泛地適用於多關節機器人。
首先，自機器人1之概略構成開始進行說明。圖1係顯示本發明之一實施形態之機器人1之整體構成的前視圖，圖2係其示意性的俯視圖。如圖1及2所示，機器人1，具備台車17、被支承於台車17之一對機器臂(以下簡稱為「臂」)10A、10B、安裝於各臂10A、10B之前端之工具5(末端效應器(end effector))、以及控制臂10A、10B及工具5之動作之控制裝置6。
實施形態之機器人1，係具備左右之臂10A、10B的雙臂機器人。左右之臂10A、10B可獨立進行動作，或者相互關聯地進行動作。但是，本發明之機器人1並不限定於雙臂機器人，只要至少具備一隻臂即可。左右之臂10A、10B係實質上相同之構造，於不區分左右之臂10A、10B時，省略後綴之字母而表示為「臂10」。
各臂10係水平多關節型機器臂，具備第1連桿11、第2連 桿12、及具有供工具5安裝之機械介面之腕部13，該等串列連結。
第1連桿11，藉由旋轉關節而與固定於台車17之上面之基軸16連結。第1連桿11可繞通過基軸16之軸心之垂直的旋轉軸線L1旋動。又，第2連桿12藉由旋轉關節而與第1連桿11之前端連結。第2連桿12可繞被規定於第1連桿11之前端之垂直的旋轉軸線L2旋動。
腕部13，透過直進關節及旋轉關節而與第2連桿12之前端連結。腕部13藉由直進關節而可相對於第2連桿12升降移動。又，腕部13藉由旋轉關節而可繞相對於第2連桿12垂直之旋轉軸線旋動。
上述構成之臂10，具有對應於各關節而設置之4個控制軸J1~J4。而且，於臂10，以與各控制軸J1~J4建立對應之方式，設置有驅動用之伺服馬達M1~M4、及檢測伺服馬達M1~M4之旋轉角之編碼器E1~E4(參照圖3)。另外，於不特別區分各控制軸J1~J4時，省略後綴之數字而表示為「控制軸J」，於不特別區分各伺服馬達M1~M4時，省略後綴之數字而表示為「伺服馬達M」，於不特別區分各編碼器E1~E4時，省略後綴之數字而表示為「編碼器E」。
上述構成之二隻臂10A、10B之第1連桿11之旋轉軸線L1位於同一直線上，臂10A之第1連桿11與另一臂10B之第1連桿11以於上下設有高低差之方式配置。機器人1之基本座標系統之原點被規定於第1連桿11之旋轉軸線L1上。
接著，對控制裝置6進行說明。控制裝置6控制機器人1之通常動作及教示動作。左右之臂10A、10B之控制系統之構成實質上相同，因此以下針對其中一個臂10之控制系統之構成進行說明。
圖3係將機器人1之控制系統之構成簡化表示之圖。如圖3所示，對臂10之控制軸J1~J4分別設置有對應之驅動部24。於該圖中，詳細地表示4個驅動部24中之一個，省略其他驅動部。於各驅動部24連接伺服控制部23，於伺服控制部23連接主控制部22，藉由該等構成控制裝置6。
作為對主控制部22輸入操作指令之輸入裝置62，使用具有圖形介面之平板型電腦。輸入裝置62與控制裝置6可進行無線通訊，教示者(操作者)輸入至輸入裝置62之指令被輸入至控制裝置6。該輸入裝置62亦兼具作為教示機器人1時之對控制裝置6之輸入手段即教示器(teach pendant)之功能。
控制裝置6係所謂的電腦，包含CPU等運算處理部、及ROM、RAM等記憶部(均未圖示)。於記憶部中儲存有運算處理部所執行之程式、各種固定資料等。運算處理部，例如與輸入裝置62等之外部裝置進行資料之收發。又，運算處理部，進行自各種感測器輸入檢測訊號或對各控制對象輸出控制訊號。於控制裝置6中，藉由運算處理部讀出並執行儲存於記憶部之程式等軟體，進行用於控制機器人1之各種動作之處理。尤其是，控制裝置6之主控制部22，至少具備作為於教示機器人1時進行用於控制機器人1之動作之處理的教示控制部22a的功能。另外，控制裝置6可藉由利用單一的電腦之集中控制來執行各處理，亦可藉由利用複數個電腦之協動之分散控制來執行各處理。又，控制裝置6亦可包含微控制器、可程式邏輯控制器(PLC)等。
主控制部22，生成位置指令值並將其輸出至伺服控制部23。伺服控制部23，根據從主控制部22取得之位置指令值生成驅動指令值 (轉矩指令值)，並將其輸出至放大電路26。放大電路26，將與所輸入之驅動指令值對應之驅動電流供應至伺服馬達M。於伺服馬達M，設置有檢測其輸出旋轉角等之編碼器E。將由編碼器E檢測出之旋轉角，傳輸至主控制部22及伺服控制部23。
圖4係顯示以伺服控制部23為中心之具體的電氣構成的圖。如圖4所示，當將位置指令值從主控制部22輸入至伺服控制部23時，所輸入之位置指令值被賦予至減法器29之正側之輸入。對該減法器29之負側之輸入，賦予表示由編碼器E檢測出之旋轉角之訊號。藉由減法器29，自位置指令值減去旋轉角。
減法器29之輸出被賦予至係數器(coefficient unit)31，於此處以位置增益Kp放大後，被賦予至加法器32之一方之輸入。對該加法器32之另一方之輸入，賦予將來自編碼器E之旋轉角藉由微分電路33進行微分並進一步藉由係數器34以速度增益Kv放大所得者。加法器32之輸出被賦予至積分器35，進行積分運算。積分器35之增益G1，以如下之第1式表示。另外，於第1式(1)中，Kx為常數，s為運算子。
上述積分器35之輸出被賦予至相位補償器36，於相位控制動作時進行相位補償之運算。相位補償器36之相位補償之運算之增益G2，以如下之第2式表示。另外，於第2式中，a為常數。
相位補償器36之輸出，被賦予至另一個加法器37之一方之輸入。對該加法器37之另一方之輸入，賦予響應編碼器E之輸出之來自重力補償運算器22b的輸出(重力補償值)並相加，將該加法輸出作為驅動指令值輸入至放大電路26。
另外，於本實施形態之臂10中，因重力生成之負載作用於複數個控制軸J中之第3控制軸J3。因此，於第3控制軸J3之控制系統中，於主控制部22具備重力補償運算器22b。於其他控制軸之驅動部24之控制系統中，不具備重力補償運算器22b，或者即便具備該重力補償運算器亦將輸出設為零。重力補償運算器22b，根據由編碼器E檢測出之第3控制軸J3之旋轉角，藉由預先儲存之計算式運算重力補償值。藉此，於第3控制軸J3之控制系統中，對自伺服控制部23輸出之驅動指令值，加上自重力補償運算器22b輸出之重力補償值，其結果，第3控制軸J3之驅動部24以生成重力補償轉矩之方式進行動作。
此處，對機器人1之教示動作時之控制裝置6之處理流程進行說明。首先，教示者使用輸入裝置62，將教示所涉及之各種資訊輸入至控制裝置6。
例如，於輸入裝置62顯示選擇所要教示之臂10之臂選擇畫面。可選擇左右之臂10A、10B中之任一者或兩者作為所要教示之臂10。接著，於輸入裝置62顯示選擇教示方式之教示方式選擇畫面。教示者可於該教示方式選擇畫面中，自使用輸入裝置62作為教示器之遠距操作教示、直 接教示等多種教示方式中選擇任一者。此處，於選擇直接教示之情形時，於輸入裝置62顯示選擇臂移動模式之臂移動模式選擇畫面。教示者可於該臂移動模式選擇畫面中，選擇自由模式與限制模式中之任一者，上述自由模式係被規定於臂10或工具5中之既定之標準點K自由移動，上述限制模式係標準點K之移動路徑被限制於既定之直線上、既定之平面上、或繞既定之軸。標準點K係被規定於例如於腕部13之機械介面座標系統中確定之工具之代表點、腕標準點等任意之點。此處，於選擇限制模式之情形時，於輸入裝置62顯示移動限制指定畫面。教示者可於該移動限制指定畫面中，選擇約束臂10之標準點K之移動的直線、平面、或軸。
以下，對限制模式、直接教示動作時之控制裝置6之處理流程之一例進行說明。於該例中，如圖5所示，標準點K被規定於臂10之前端，該標準點K之移動路徑被限制於自初始位置Ps起與移動向量V平行之方向。而且，教示者直接將力賦予至臂10或工具5，於保持初始位置Ps處之工具5之初始姿勢S之狀態下，使標準點K自初始位置Ps沿著圖中二點鏈線所示之既定之移動路徑移動。
於機器人1之教示中，將機器人1之控制軸J中之被容許進行動作之控制軸J之位置及速度的各增益設定為十分地低。因此，若教示者對臂10或工具5賦予外力而使工具5移動，則於標準點K產生位移。當藉由編碼器E檢測該情況時，藉由主控制部22求出目標位置Pcom，該目標位置Pcom係藉由將標準點K之位移投影至既定之移動路徑而求出者，換言之係將標準點K之目前位置Pr僅置換為既定之移動路徑所具有之方向成分而得者。主控制部22生成與該目標位置Pcom對應之位置指令值Tcom並將其輸出 至伺服控制部23。以下，使用圖7，針對藉由控制裝置6之主控制部22進行之具體的處理流程進行說明。
如上所述，將被輸入至輸入裝置62之教示所涉及之各種資訊傳輸至控制裝置6，主控制部22取得該等資訊(步驟S1)，開始進行用於生成位置指令值Tcom之運算處理。教示所涉及之各種資訊包含約束標準點K之移動的直線、平面、或軸等之移動限制資訊。
已開始處理之主控制部22，首先，自編碼器E取得各控制軸J之旋轉角，並根據此檢測各控制軸J之初始之軸角度θ0(步驟S2)。接著，主控制部22根據各軸角度θ0求出臂10之標準點K之基本座標系統之初始位置Ps、及工具5之初始姿勢S，進一步地，求出表示初始位置Ps及姿勢S的姿勢旋轉矩陣R(θ0)(步驟S3)。
接著，主控制部22算出移動向量V(步驟S4)。移動向量V，係表示標準點K被容許之移動方向之單位向量。控制裝置6，根據所取得之移動限制資訊(即，特定出約束移動之直線、平面、或軸等移動路徑之資訊)求出移動向量V。例如，於將標準點K之移動路徑約束於某直線上之情形時，移動向量V為與該直線平行之單位向量。
又，主控制部22，使用姿勢旋轉矩陣R(θ0)等，算出座標轉換矩陣Q(步驟S5)。座標轉換矩陣Q，係對基準座標系統之座標進行座標轉換以使其轉換成新的Q座標系統之座標的矩陣。座標轉換矩陣Q，較理想為表示如移動向量V成為與Q座標系統之x'y'z'正交3軸中之一者、例如x'軸平行之轉換的矩陣。
圖6係說明座標轉換矩陣Q之座標轉換之圖。如圖6所示， 座標轉換矩陣Q，係進行如移動向量V與將基本座標系統之x軸轉換至Q座標系統所得之x'軸成為平行之轉換的矩陣。只要如上述方式般移動向量V平行於Q座標系統之x'y'z'正交3軸之任一軸，則Q座標系統中之運算將變容易。
接著，主控制部22變更伺服控制部23之控制參數之值(步驟S6)。具體而言，將與所要教示之臂10之動作被容許之控制軸J對應的伺服控制部23之係數器31之位置增益Kp及係數器34之速度增益Kv設定為十分地小，將積分器35之增益Kx設為零，將該積分器35之內容清除為零，進一步停止相位補償器36之功能。也就是，將加法器32之輸出直接賦予至加法器37。另外，控制參數之值之變更(步驟S6)，只要自步驟S1之後至下述步驟S8之前的期間進行即可，因此該處理之順序並不限定於本實施形態。
進一步地，主控制部22對必需重力補償之控制軸J開始進行重力補償(步驟S7)。於本實施形態中，於驅動控制軸J3之伺服馬達M3之控制系統中開始運算重力補償。
此處，教示者直接將力施加至臂10或工具5之任意部位以使臂10移動，使標準點K緩慢移動至所欲的教示點。於該移動期間，標準點K之位置時時刻刻在變化，但臂10之各控制軸J以標準點K之移動被限制於既定之移動路徑上、且輔助教示者賦予至臂10或工具5之力的方式進行動作。
於步驟S8中，主控制部22檢測標準點K位移時之各控制軸J之軸角度θ1。主控制部22根據所檢測出之各控制軸J之軸角度θ1， 算出標準點K之基本座標系統之目前位置Pr(步驟S9)。進一步地，於步驟S10中，主控制部22將所算出之標準點K之目前位置Pr座標轉換為Q座標系統之標準點K之目前位置Pr'(Pr'=Q‧Pr)。
於步驟S11中，主控制部22根據所算出之標準點K之基本座標系統之目前位置Pr，求出基本座標系統中之標準點K之移動量dPr。進一步地，主控制部22將移動量dPr轉換為Q座標系統中之標準點K之移動量dPr'(步驟S12)。
於步驟S13中，主控制部22以將目前位置Pr'投影至既定之移動路徑所得之位置(投影位置)作為Q座標系統之目標位置Pcom'(參照圖5)。換言之，主控制部22求出將既定之移動路徑所具有之方向成分置換為目前位置的Q座標系統之目標位置Pcom'。例如，僅容許往x'方向移動之情形時之目標位置Pcom'，係y'成分及z'成分為0，x'成分為移動量dPr'之x'成分。又，例如僅容許於x'y'平面內移動之情形時之目標位置Pcom'，係z'成分為0，x'成分及y'成分分別為移動量dPr'之x'成分、y'成分。
於步驟S14中，主控制部22將Q座標系統之目標位置Pcom'逆轉換(Pcom=Q-1‧Pcom')至基本座標系統中，求出基本座標系統中之目標位置Pcom。
於步驟S15中，主控制部22生成與目標位置Pcom及姿勢S對應之位置指令值Tcom。最後，主控制部22將該位置指令值Tcom輸出至伺服控制部23(步驟S16)。其結果，根據位置指令值Tcom驅動各控制軸J，使臂10進行動作。
於臂10之標準點K持續位移期間，以既定時間間隔反覆進 行上述步驟S8至S16之處理。於此期間，於對應於位置指令值Tcom之指令角度θcom與所檢測出之各控制軸J之軸角度θ產生偏差，因此以該偏差達到既定值以下之方式對各驅動部24進行負反饋控制。另外，上述既定值可為十分接近零之較小的任意值。藉此，輔助教示者為了使臂10移動而賦予至臂10之力。
而且，當臂10之標準點K到達至教示者之所欲教示位置，教示者停止賦予外力時，指令角度θcom與所檢測出之各控制軸J之軸角度θ之偏差達到既定值以下(步驟S17中為是(YES))，臂10之動作停止，利用機器入1之輔助力終止。當臂10不再位移時，主控制部22透過輸入裝置62提示教示者輸入位置教示指令。當教示者透過輸入裝置62取得被輸入至主控制部22之位置教示指令(步驟S18中為是(YES))時，主控制部22將標準點K之目前位置資訊記錄為教示位置之一(步驟S19)，結束重力補償運算(步驟S20)，將控制系統之增益等控制參數復原(步驟S21)。
如上所述，本實施形態之機器人教示方法，其特徵在於：於機器人1之直接教示中，檢測臂10之各控制軸J之軸角度θ1，根據各軸角度θ1求出臂10之標準點K之目前位置Pr，生成以將目前位置Pr投影至既定之移動路徑(移動方向)所得之位置作為目標位置Pcom之位置指令值Tcom，並根據該位置指令值Tcom驅動各控制軸J，反覆進行以上步驟，直至對於各控制軸J，對應於位置指令值之軸角度(指令角度θcom)與所檢測出之軸角度θ的偏差達到既定值以下，於該偏差達到既定值以下後，對機器人1教示臂10之位置資訊。此處，將機器人1之直接教示中之臂10之標準點K的移動，限制於既定之移動路徑上。
又，本實施形態之機器人控制裝置(控制裝置6)，係使設定於機器臂10上之標準點K移動，其特徵在於：檢測機器臂10之各控制軸J之軸角度θ1，根據軸角度θ1求出標準點K之目前位置Pr，求出將目前位置Pr投影至預先儲存之移動路徑所得之投影位置(即，目標位置Pcom)，根據該投影位置生成位置指令值Tcom，並根據位置指令值Tcom，使標準點K進一步移動。
根據上述機器人教示方法及控制裝置6，於機器人1之直接教示中，反覆進行如下運算處理：控制裝置6檢測各軸角度θ1，根據此算出目前位置Pr，將目前位置Pr投影至預定之移動路徑(移動方向)而求出目標位置Pcom，並根據該目標位置Pcom生成位置指令值Tcom。
如上述方式，於機器人1之直接教示中，根據位置指令值Tcom驅動臂10之各控制軸J，藉此，臂10自身以輔助教示者賦予至臂10或工具5之外力的方式進行動作。此處，位置指令值Tcom根據逐次變化之各軸角度θ1而逐次變更，因此標準點K不會超出教示者之意圖而移動。因此，於將標準點K定位於所欲之教示位置時，容易進行臂10及/或工具5之位置之微調整。又，機器人1能夠藉由使習知所具備之功能發揮而進行上述動作，因此無需檢測賦予至臂10之外力的外力檢測手段及用於此之控制。
另外，於上述實施形態中，反覆地進行根據位置指令值Tcom驅動各控制軸J，直至對於各控制軸J，對應於位置指令值Tcom之軸角度(指令角度θcom)與所檢測出之軸角度θ的偏差達到既定值以下，但亦可不根據軸角度θ而根據標準點K之目前位置，判斷反覆處理之結束。也就是，反覆地進行根據位置指令值Tcom驅動各控制軸J，直至位置指令值Tcom與對 應於所檢測出之軸角度θ之標準點K之目前位置的偏差達到既定值以下。
又，於機器人1之直接教示中，將標準點K之移動限制於既定之移動路徑(既定之移動方向)，因此即便教示者賦予至臂10或工具5之外力之方向與標準點K之移動方向不一致，標準點K亦沿著既定之移動路徑移動。據此，容易使標準點K移動至教示者之所欲之位置。又，藉由直接教示中之各控制軸J之動作而輔助教示者賦予至臂10或工具5之力，因此教示者亦能夠藉由相對較小的力使靜摩擦力較大之軸(例如基端側之第1控制軸J1)等移動。另外，於本實施形態中，雖針對一隻臂10具備4個控制軸J1~J4之機器人1之教示方法進行了說明，但機器人1之控制軸J之數量並不限定於上述。
又，於上述實施形態之機器人教示方法中，可任意設定各控制軸J之位置增益及速度增益。於本實施形態中，將機器人1之控制軸J中之在直接教示中被容許進行動作之控制軸J之位置及速度的各增益設定為十分地低。
藉此，容易藉由教示者賦予至臂10或工具5之力使軸位移。進一步地，亦能夠對教示者賦予至臂10或工具5之微弱之力產生輔助力。
又，於上述實施形態之機器人教示方法中，對各控制軸J中之至少一個(第3控制軸J3)進行重力補償運算，將其運算結果加在該控制軸之轉矩指令值(驅動指令值)。
藉此，於機器人1之直接教示中，即便臂10之各控制軸J之姿勢變化，亦能夠準確地進行對應於該姿勢之重力補償。
又，於上述實施形態之機器人教示方法中，於教示者使臂 10或工具5移動之前，根據各控制軸J之軸角度θ0求出工具5之初始姿勢S，以於教示者使臂10或工具5移動的期間維持工具5之初始姿勢之方式生成位置指令值Tcom。
藉此，於機器人1之直接教示中，能夠於維持工具5之初始姿勢S之狀態下，僅使臂10移動。也就是，能夠於維持工具5之初始姿勢S之狀態下，僅使工具5之位置變化。另外，於上述實施形態中，雖於機器人1之直接教示中維持工具5之初始姿勢S，但亦可於機器人1之直接教示中，使工具5之位置及姿勢伴隨臂10之移動而變化，或者固定工具5之位置而僅使工具5之姿勢變化。
又，於上述實施形態之機器人教示方法中，可選擇將標準點K之移動限制於既定之移動路徑的限制模式、及不將標準點K之移動限定於既定之移動路徑的自由模式。
如此般，於直接教示中可選擇限制模式與自由模式，因此教示者能夠根據其狀況選擇模式，而容易使臂10及/或工具5根據教示者之意圖移動。
另外，於上述實施形態之機器人教示方法中，如圖6所示般，將標準點K之既定之移動路徑規定於與基本座標系統中之xyz正交3軸中x-y平面平行之某直線上。但是，於本發明中，既定之移動路徑(移動方向)並不限定於此，可根據標準點K之初始位置Ps與下一教示位置之關係適當地決定。
例如，標準點K之既定之移動路徑，可在與基本座標系統中之xyz正交3軸方向之任一者、或工具座標系統之xyz正交3軸方向之任 一者平行之直線上。又，例如，標準點K之既定之移動路徑，可在與由基本座標系統中之xyz正交3軸中之2個之組合、或工具座標系統之xyz正交3軸中之2個之組合所規定之平面平行的平面上。又，例如，標準點K之既定之移動路徑，可在以基本座標系統中之xyz正交3軸之任一者、或工具座標系統之xyz正交3軸之任一者為旋轉中心之旋轉軌跡上。
又，於上述實施形態之機器人教示方法中，於根據目前位置Pr生成位置指令值Tcom時，求出既定之移動路徑上之移動向量V，以移動向量V與新的Q座標系統之x'y'z'正交3軸之任一者平行之方式，求出將基本座標系統轉換成Q座標系統之座標轉換矩陣Q，將基本座標系統之標準點K之目前位置Pr座標轉換至Q座標系統中，以將Q座標系統之目前位置Pr'投影至既定之移動路徑所得之位置作為Q座標系統之目標位置Pcom'，並將該目標位置Pcom'座標轉換至基本座標系統中以求出目標位置Pcom。
如上述方式般藉由利用座標轉換，能夠將控制裝置6之運算處理簡化。
如上所述，根據本實施形態之機器人教示方法，於機器人1之直接教示中，使教示者直接賦予力使臂10或工具5移動時之臂10及/或工具5之操作性整體提高。
以上已針對本發明之較佳之實施形態進行了說明。根據該等說明，對本領域技術人員而言，可明瞭本發明之諸多改良或其他實施形態。因此，上述說明應僅作為例示解釋，且係以對本領域技術人員教示實行本發明之最佳態樣之目的而提供。可於不脫離本發明之精神下，實質性地變更其構造及/或功能之細節。
S1‧‧‧取得教示所涉及之各種資訊
S2‧‧‧檢測各軸角度θ 0
S3‧‧‧求出初始姿勢S及初始位置Ps
S4‧‧‧求出移動向量V
S5‧‧‧求出座標轉換矩陣Q
S6‧‧‧變更控制參數
S7‧‧‧開始重力補償
S8‧‧‧檢測各軸角度θ 1
S9‧‧‧算出目前位置Pr
S10‧‧‧求出Q座標系統之目前位置Pr'
S11‧‧‧算出移動量dPr
S12‧‧‧求出Q座標系統之移動量dPr'
S13‧‧‧算出Q座標系統之目標位置Pcom'
S14‧‧‧求出目標位置Pcom
S15‧‧‧生成目標位置Pcom、姿勢S之位置指令值Tcom
S16‧‧‧輸出位置指令值Tcom
S17‧‧‧軸角度=指令角度？
S18‧‧‧有位置教示指令？
S19‧‧‧記錄位置
S20‧‧‧結束重力補償
S21‧‧‧恢復控制參數

Claims (10)

  1. 一種機器人教示方法，係對於具備安裝有工具之至少一隻機器臂的機器人，教示者藉由直接施加力使該機器臂或該工具移動而教示位置的直接教示方式，其特徵在於：將被規定於該機器臂或該工具中之標準點之移動限制於既定之移動路徑上，於該教示者使該機器臂或該工具移動的期間，檢測該機器臂之各控制軸之軸角度，根據該軸角度求出該標準點之目前位置，生成以將該目前位置投影至該既定之移動路徑所得之位置作為目標位置之位置指令值，並根據該位置指令值驅動該各控制軸，反覆進行以上步驟，直至對於該各控制軸，對應於該位置指令值之軸角度與所檢測出之軸角度的偏差、或該位置指令值與對應於所檢測出之軸角度之該標準點之目前位置的偏差達到既定值以下，並且於該偏差達到該既定值以下後，對該機器人教示該機器臂之位置資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項之機器人教示方法，其中，可任意設定該各控制軸之位置增益及速度增益。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，對該控制軸中之至少一個進行重力補償運算，將該運算結果加在該控制軸之轉矩指令值。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，於該教示者使該機器臂或該工具移動之前，根據該各控制軸之軸角度求出該工具之 初始姿勢，以於該教示者使該機器臂或該工具移動的期間維持該工具之該初始姿勢之方式，生成該各控制軸之該指令值。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，可選擇將該標準點之移動限制於該既定之移動路徑的限制模式、及不將該標準點之移動限定於該既定之移動路徑的自由模式。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，該標準點之該既定之移動路徑，係在與基本座標系統中之xyz正交3軸方向之任一者、或工具座標系統之xyz正交3軸方向之任一者平行的直線上。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，該標準點之該既定之移動路徑，係在與由基本座標系統中之xyz正交3軸中之2個之組合、或工具座標系統之xyz正交3軸中之2個之組合所規定之平面平行的平面上。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之機器人教示方法，其中，該標準點之該既定之移動路徑，係在以基本座標系統中之xyz正交3軸之任一者、或工具座標系統之xyz正交3軸之任一者為旋轉中心之旋轉軌跡上。
  9. 如申請專利範圍第1項之機器人教示方法，其中，根據該目前位置生成該位置指令值的動作，包含：求出該既定之移動路徑上之移動向量；以該移動向量與新的座標系統之xyz正交3軸之任一者平行之方式，求出將基本座標系統轉換成該新的座標系統之座標轉換矩陣；將該基本座標系統之該標準點之該目前位置座標轉換至該新的座標系統中； 以將該新的座標系統之該目前位置投影至該既定之移動路徑所得之位置作為該新的座標系統之目標位置，將該目標位置座標轉換至該基本座標系統中以求出該目標位置。
  10. 一種機器臂控制裝置，係使設定於機器臂上之標準點移動，其檢測該機器臂之各控制軸之軸角度，根據該軸角度求出該標準點之目前位置，求出將該目前位置投影至預先儲存之移動路徑所得之投影位置，根據該投影位置生成位置指令值，並且根據該位置指令值使該標準點進一步移動。
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