TWI630081B - Direct teaching method of robot - Google Patents

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Abstract

本發明之機器人之直接教示方法係將複數個機器人臂中之1根指定為主臂，將剩餘之機器人臂中之至少1根指定為從屬臂，於教示者藉由對包含工具之主臂之任意部位直接施加力而使主臂向任意之教示位置移動之期間，以主臂之手腕部與從屬臂之手腕部之相對之位置及姿勢成為既定關係之方式，使從屬臂相對於主臂進行協調動作，且儲存主臂已到達任意之教示位置時之主臂及從屬臂中之至少一者之位置資訊。

Description

機器人之直接教示方法
本發明係關於一種具備複數個機器人臂之機器人之直接教示方法。
先前，產業用機器人之動作程式係藉由對機器人之教示而作成，機器人具有示教再現功能。作為上述產業用機器人之教示方式之一，已知有直接教示方式。直接教示方式中，教示者手動地使機器人之臂移動至欲教示之位置，藉由機器人自身儲存位置感測器之位置資訊(即教示位置)而進行教示。專利文獻1中揭示了與此種機器人之教示相關之技術。
專利文獻1之直接教示方式機器人中，檢測對手腕部施加之力之力感測器設置於該手腕部，藉由輸入該檢測訊號之順應性控制而動作，教示者藉由對工具施加力而使機器人移動，並利用手動操作使工具位於教示者所期望之位置而將位置資訊輸入至機器人。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之自由移動、及約束於特定之直線上或者面上之移動。
而且，存在構建了複數個機器人協調地進行作業之多機器人系統之情況。複數個機器人之協調作業中，有複數個機器人一邊避免彼此發生碰撞一邊進行之動作、由複數個機器人對一個對象物進行處理之動作等。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平9-141580號公報
專利文獻1之技術中，對施加至手腕部或工具之外力進行檢測或推斷，以相應於該外力而使工具移動之方式使機器人動作。因此，機器人具備力感測器，從而控制變得複雜。而且，因機器人根據所檢測到之外力而動作，故當教示者直接對機器人臂或工具賦予力而使其移動時，機器人臂或工具之位置之微調困難。
通常，機器人之直接教示作業中，設想逐根地對機器人臂進行教示，但當對複數個機器人臂直接教示時，甚至1根機器人臂亦難以如上述般進行位置之微調，因而嚴格地調整複數個機器人臂之相對之位置或姿勢之作業為專業性高、且非常煩雜之作業。
本發明係鑒於以上之情況而完成，其目的在於提出如下技術，即，於具備複數個機器人臂之機器人中，當使複數個機器人臂相關聯地進行直接教示時，簡化該教示作業。
本發明之一形態之機器人之直接教示方法係具備複數個機器人臂之機器人之直接教示方法，其特徵在於包含以下動作：將上述複數個機器人臂中之1根指定為主臂，將剩餘之機器人臂中之至少1根指定為從屬臂； 於教示者藉由對包含工具之上述主臂之任意部位直接施加力而使上述主臂向任意之教示位置移動之期間，以上述主臂之手腕部與上述從屬臂之手腕部之相對之位置及姿勢成為既定關係之方式，使上述從屬臂相對於上述主臂進行協調動作；以及儲存上述主臂已到達上述任意之教示位置時之上述主臂及上述從屬臂之位置資訊。
根據上述機器人之直接教示方法，追隨藉由教示者而直接移動之主臂之移動，以主臂之手腕部與從屬臂之手腕部之相對之位置及姿勢維持既定關係之方式使從屬臂自動地進行協調動作。藉此，於複數個機器人臂之教示作業中，可省略用以調整複數個機器人臂之相對之位置及姿勢之煩雜且專業性高之作業，從而教示作業變得簡單。而且，因教示者可視覺捕捉機器人臂之位置及姿勢之關係，故教示者可容易確認複數個機器人臂之狀況。
根據本發明，於具備複數個機器人臂之機器人中，當使複數個機器人臂相關聯地進行直接教示時，可簡化該教示作業。
1‧‧‧機器人
5‧‧‧工具
6‧‧‧控制裝置
10、10A、10B‧‧‧機器人臂
22‧‧‧主控制部
22b‧‧‧重力補償運算器
23(23A、23B)‧‧‧伺服控制部
24(24A、24B)‧‧‧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
S1~S22‧‧‧步驟
圖1係顯示本發明一實施形態之多關節機器人之整體構成之概略前視圖。
圖2係機器人之示意性俯視圖。
圖3係顯示機器人之控制系統之概略構成之圖。
圖4係顯示機器人之控制系統之概略構成之圖。
圖5係顯示以伺服控制部為中心之具體電性構成之圖。
圖6係說明機器人臂之標準點之移動之概念圖。
圖7係說明藉由座標轉換矩陣Q而進行之座標轉換之圖。
圖8係顯示直接教示動作時之控制裝置之處理流程之圖。
其次，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(以下有時簡稱作「機器人1」)例如被用於以線生產方式或單元生產方式組裝電氣/電子零件等而生產產品之生產工廠中，沿著設置於該生產工廠之作業台配置，可對作業台上之工件進行移送、零件之組裝或配置轉換、姿勢轉換等作業中之至少一個。然而，本發明之機器人之實施形態不限定於上述，可廣泛用於不論是水平多關節型/垂直多關節型的多關節機器人。
首先，根據機器人1之概略構成進行說明。圖1係顯示本發明一實施形態之機器人1之整體構成之前視圖，圖2係其示意性俯視圖。如圖1及2所示，機器人1具備：台車17，支承於台車17之一對機器人臂(以下，簡稱作「臂」)10A、10B，安裝於各臂10A、10B之前端之工具5(末端效應器)，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為具備左右之臂10A、101B之雙臂機器人。左右之臂10A、10B可獨立地動作，或可彼此關聯地動作。左右之臂10A、10B為實質相同之構造，於不將左右之臂10A、10B加以區分時省略附標之字母而表示為「臂10」。
各臂10為水平多關節型機器人臂，具備第1連桿11、第2連桿12、以及具有供工具5安裝之機械式介面之手腕部13，其等串聯連結。
第1連桿11藉由旋轉關節而與固定於台車17之上表面之基軸16連結。第1連桿11能繞通過基軸16之軸心之垂直旋轉軸線L1旋動。而且，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能繞規定於第1連桿11之前端之垂直旋轉軸線L2旋動。
手腕部13透過直進關節及旋轉關節而與第2連桿12之前端連結。手腕部13藉由直進關節而能相對於第2連桿12進行升降移動。而且，手腕部13藉由旋轉關節而能繞與第2連桿12垂直之旋轉軸線轉動。
上述構成之臂10具有與各關節對應設置之4個控制軸J1~J4。而且，臂10中以與各控制軸J1~J4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4)。另外，在未特別區分各控制軸J1~J4時省略附標之數字而表示為「控制軸J」，在未特別區分各伺服馬達M1~M4時省略附標之數字而表示為「伺服馬達M」，在未特別區分各編碼器E1~E4時省略附標之數字而表示為「編碼器E」。
上述構成之2根臂10A、10B之第1連桿11之旋轉軸線L1位於同一直線上，其中一臂10A之第1連桿11與另一臂10B之第1連桿11上下設有高低差而配置。機器人1之基本座標系之原點係規定於第1連桿11之旋轉軸線L1上。藉此，當使2根臂10A、10B相關聯地動作時，其控制/運算變得單純。
繼而，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。圖3及圖4係顯示機器人1之控制系統之概略構成之圖。左右之臂10A、10B之控制系統之構成實質相同，因此圖4中僅更詳細地顯示其中之一個臂10之控制系統之構成。
如圖3及圖4所示，控制裝置6具備：主控制部22，與各臂10A、10B對應之伺服控制部23A、23B，以及與各臂10A、10B對應之驅動部24A、24B。另外，雖於本實施形態中，係利用1個主控制部22控制2根臂10A、10B之動作，但亦可針對各臂10A、10B而設置主控制部。2個伺服控制部23A、23B具有實質相同之構成，在未特別區分各伺服控制部23A、23B時省略附標之字母而表示為「伺服控制部23」。而且，2個驅動部24A、24B具有實質相同之構成，於未特別區分各驅動部24A、24B時省略附標之字母而表示為「驅動部24」。
驅動部24與臂10之控制軸J1~J4之各者對應設置。其中，圖4中詳細顯示了相對於1根臂10而設置之4個驅動部24中之一個，其他的則省略。各驅動部24上連接有伺服控制部23，伺服控制部23上連接有主控制部22，由其等構成控制裝置6。
作為向主控制部22輸入操作指令之輸入裝置62，使用具有圖形介面之輸入板型電腦。輸入裝置62與控制裝置6能以無線方式進行通訊，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亦可同時具備作為教示機器人1時之對控制裝置6之輸入手段即教導裝置之功能。
控制裝置6為所謂的電腦，具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)等運算處理部、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶 體)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等記憶部(均未圖示)。記憶部中儲存有運算處理部執行之程式、各種固定資料等。運算處理部例如與輸入裝置62等外部裝置進行資料之收發。而且，運算處理部進行來自各種感測器之檢測訊號之輸入或對各控制對象之控制訊號之輸出。控制裝置6中，運算處理部讀出並執行儲存於記憶部之程式等軟體，藉此進行用以控制機器人1之各種動作之處理。尤其，控制裝置6之主控制部22至少具備作為教示機器人1時進行用以控制機器人1之動作之處理之教示控制部22a之功能。另外，控制裝置6可藉由以單個電腦進行之集中控制而執行各處理，亦可藉由利用複數個電腦之協作而進行之分散控制而執行各處理。而且，控制裝置6亦可由微控制器、可程式化邏輯控制器(PLC，Programmable Logic Controller)等構成。
主控制部22生成位置指令值並輸出至伺服控制部23。伺服控制部23根據自主控制部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給至伺服馬達M。伺服馬達M中設置有對其輸出旋轉角等進行檢測之編碼器E。由編碼器E檢測出之旋轉角被傳遞至主控制部22及伺服控制部23。
圖5係顯示以伺服控制部23為中心之具體電性構成之圖。如圖5所示，若自主控制部22對伺服控制部23輸入位置指令值，則所輸入之位置指令值被賦予至減法器29之正側之輸入。該減法器29之負側之輸入中被賦予表示由編碼器E檢測之旋轉角之訊號。於減法器29中，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31，於此以位置增益Kp被放大後，被賦予至加法器32之一輸入。該加法器32之另一輸入中，被賦予將來自編碼器E之旋轉角利用微分電路33進行微分、進而由係數器34以速度增益Kv加以放大者。加法器32之輸出被賦予至積分器35，並進行積分運算。積分器35之增益G1由以下之第1式表示。另外，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而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由如下之第2式表示。另外，第2式中α為常數。
相位補償器36之輸出被賦予至另一個加法器37之一輸入中。該加法器37之另一輸入中，被賦予響應編碼器E之輸出之來自重力補償運算器22b之輸出(重力補償值)且進行加法運算，該加法運算輸出作為驅動指令值而被輸入至放大電路26。
另外，本實施形態之臂10中，因重力引起之負載作用於複數個控制軸J中之第3控制軸J3。因此，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。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，或即便具備輸出亦為零。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之旋轉角而根據預先儲存之計算式運算重力補償值。藉此，第3控制軸J3之控制系統中，於自伺服控制部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以產生重力補償轉矩之方式進行動作。
〔直接教示相關之控制〕
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，將教示相關之各種資訊輸入至控制裝置6。
例如，輸入裝置62中顯示有如下之單獨/協調選擇畫面，亦即，供選擇單獨地教示2根臂10A、10B中之其中一者之單獨教示、或者選擇以2根臂10A、10B協調動作之方式使2根臂10相關聯地進行教示之協調教示。若於單獨/協調選擇畫面中輸入有單獨之選擇，則接著於輸入裝置62中顯示如下之臂選擇畫面，該臂選擇畫面係供進行將2根臂10A、10B中之其中一根作為教示之臂之選擇。而且，若於單獨/協調選擇畫面中輸入有協調之選擇，則接著於輸入裝置62中顯示如下之臂選擇畫面，該臂選擇畫面係供進行將2根臂10A、10B中之其中一根作為主臂10M之選擇。任一臂選擇畫面中，均可輸入對2根臂10A、10B中之其中一者之選擇。
其次，輸入裝置62中顯示有供選擇教示方式之教示方式選擇畫面。教示者可利用該教示方式選擇畫面，自將輸入裝置62用作教導裝置之遠距離操作教示、直接教示等複數個教示方式中選擇任一個。當於此處選擇了直接教示之情形時，輸入裝置62中將顯示供選擇臂移動模式之臂移動模式選擇畫面。教示者可利用該臂移動模式選擇畫面，選擇規定於臂 10或工具5中之既定標準點K能移動自如之自由模式、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之限制模式中之其中一者。標準點K被規定為例如於手腕部13之機械式介面座標系中定出之工具之代表點、手腕標準點等任意點。當於此處選擇了限制模式之情形時，輸入裝置62中將顯示移動限制指定畫面。教示者可利用該移動限制指定畫面選擇約束臂10之標準點K之移動之直線、平面或軸。
以下，對2根臂10A、10B之協調/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。該例中，將2根臂10A、10B中之一者作為主臂10M，將另一者作為從屬臂10S，標準點K被規定於主臂10M之前端。而且，如圖6所示，該標準點K之移動路徑被限制為自初始位置Ps向與移動向量V平行之方向。而且，教示者直接對主臂10M或其工具5賦予力，於保持著初始位置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沿著圖中兩點鏈線所示之既定之移動路徑移動。
機器人1之教示中，將主臂10M之控制軸J中之允許動作之控制軸J的位置及速度之各增益設定得充分低。因此，教示者若對主臂10M或其工具5賦予外力而使主臂10M移動，則標準點K會產生位移。若該情況被編碼器E檢測出，則藉由將標準點K之位移投影至既定之移動路徑而求出之目標位置Pcom，換言之，僅以既定之移動路徑所具有之方向成分將標準點K之當前位置Pr進行置換而得之目標位置Pcom，係藉由主控制部22求出。主控制部22生成與該目標位置Pcom對應之主臂位置指令值Tcom並輸出至伺服控制部23。以下，使用圖8對由控制裝置6之主控制部22進行之具體之處理流程進行說明。
如上述般，輸入至輸入裝置62之與教示相關之各種資訊被傳遞至控制裝置6，主控制部22取得該等資訊，開始用於生成位置指令值Tcom之運算處理。與教示相關之各種資訊中包含主臂10M之選擇資訊、約束標準點K之移動之直線、平面或軸等之移動限制資訊。
已開始進行處理之主控制部22，首先，根據以臂選擇畫面輸入之資訊，將2根臂10A、10B中被選擇之一臂指定為主臂10M，將另一臂指定為從屬臂10S(步驟S1)。然後，主控制部22自主臂10M之編碼器E取得各控制軸J之旋轉角，並根據該旋轉角檢測各控制軸J之初始之軸角度θ0(步驟S2)。其次，主控制部22根據主臂10M之各軸角度θ0求出標準點K之基本座標系之初始位置Ps及其工具5之初始姿勢S，進而，求出表示主臂10M之初始位置Ps及姿勢S之姿勢旋轉矩陣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為表示標準點K之被允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(即用於特定出移動被約束之直線、平面或軸等移動路徑之資訊)而求出移動向量V。例如，於標準點K之移動路徑被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。
而且，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為將基準座標系之座標向新穎之Q座標系之座標進行座標轉換之矩陣。座標轉換矩陣Q理想為如下矩陣，亦即，表示使移動向量V與Q座標系之x’y’z’正交3軸中之一個，例如x’軸平行之轉換。
圖7係說明藉由座標轉換矩陣Q而進行之座標轉換之圖。 如圖7所示，座標轉換矩陣Q為進行使移動向量V與將基本座標系之x軸轉換為Q座標系而得之x’軸平行之轉換之矩陣。只要如上述般使移動向量V與Q座標系之x’y’z’正交3軸中之任一個軸平行，則Q座標系中之運算將變得容易。
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，將與主臂10M之控制軸J中之允許動作之控制軸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設定得充分小，將積分器5之增益Kx設為零，將該積分器35之內容歸零，進而停止相位補償器36之功能。亦即，加法器32之輸出被直接賦予至加法器37。另外，控制參數之值之變更(步驟S6)只要於步驟S1之後至後述步驟S8之前之間進行即可，因此該處理之順序不限定於本實施形態。
進而，主控制部22對需要重力補償之控制軸J開始重力補償(步驟S7)。本實施形態中，於驅動控制軸J3之伺服馬達M3之控制系統中開始重力補償之運算。
此處，教示者對主臂10M或其工具5之任意部位直接施加力而使主臂10M移動，使標準點K向所期望之教示點緩慢移動。於該移動期間標準點K之位置時刻發生變化，但標準點K之移動被限制於既定之移動路徑上，而且，以輔助教示者對主臂10M或其工具5賦予之力之方式，主臂10M之各控制軸J進行動作。
步驟S8中，主控制部22檢測標準點K位移時之主臂10M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之基本座標系之當前位置Pr(步驟S9)。進而，步驟 S10中，主控制部22將所算出之標準點K之當前位置Pr座標轉換為Q座標系之標準點K之當前位置Pr’(Pr’=Q．Pr)。
步驟S11中，主控制部22根據所算出之標準點K之基本座標系之當前位置Pr，求出基本座標系中之標準點K之移動量dPr。進而，主控制部22將移動量dPr轉換為Q座標系中之標準點K之移動量dPr’(步驟S12)。
步驟S13中，主控制部22設定將當前位置Pr’投影至既定之移動路徑而得之位置為Q座標系之目標位置Pcom’(參照圖6)。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當前位置而得之Q座標系之目標位置Pcom’。例如，允許僅向x’方向之移動之情形時之目標位置Pcom’，其y’成分及z’成分為0，x’成分為移動量dPr’之x’成分。而且，例如，於僅在x’y’平面內允許移動之情形時之目標位置Pcom’，其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。
步驟S14中，主控制部22將Q座標系之目標位置Pcom’逆轉換為基本座標系(Pcom=Q-1．Pcom’)，從而求出基本座標系中之目標位置Pcom。
步驟S15中，主控制部22生成與目標位置Pcom及姿勢S對應之主臂位置指令值Tcom。進而，主控制部22根據該主臂位置指令值Tcom，生成從屬臂位置指令值Tcom’(步驟S16)。
主臂位置指令值Tcom(位置及姿勢)與從屬臂位置指令值Tcom’(位置及姿勢)具有預先儲存之關係(既定關係)。該「既定關係」預 先儲存於主控制部22中。或者，亦可求出初始之主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢，將其作為既定關係而儲存於主控制部22中。主控制部22可使用表示該既定關係之轉換矩陣等，根據主臂位置指令值Tcom而生成從屬臂位置指令值Tcom’。
主控制部22將如上述般生成之主臂位置指令值Tcom輸出至主臂10M之伺服控制部23A，並且，將所生成之從屬臂位置指令值Tcom’輸出至從屬臂10S之伺服控制部23B(步驟S17)。
如上述般取得了主臂位置指令值Tcom之主臂10M之伺服控制部23A根據主臂位置指令值Tcom驅動各控制軸J，藉此主臂10M進行動作。與此同時，取得了從屬臂位置指令值Tcom’之從屬臂10S之伺服控制部23B根據從屬臂位置指令值Tcom’驅動各控制軸J，藉此從屬臂10S進行動作。如上述般動作之主臂10M與從屬臂10S中，主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢維持為既定關係。
於臂10之標準點K繼續位移之期間，自上述步驟S8至S17之處理以既定時間間隔重複進行。其間，與主臂位置指令值Tcom對應之指令角度θcom和所檢測出之各控制軸J之軸角度θ產生偏差，因此以該偏差為零之方式對各驅動部24進行負反饋控制。藉此，對教示者為了使主臂10M移動而賦予至臂10之力加以輔助。
然後，當主臂10M之標準點K到達教示者所期望之教示位置，教示者停止外力之賦予時，指令角度θcom與所檢測出之各控制軸J之軸角度θ之偏差成為零(步驟S18中之否)，主臂10M之動作停止，機器人1之輔助力停止。同時，從屬臂10S亦停止。
若主臂10M不再位移，則主控制部22提醒教示者透過輸入裝置62進行位置教示指令之輸入。若教示者取得透過輸入裝置62輸入至主控制部22之位置教示指令(步驟S19中之是)，則主控制部22將標準點K之當前位置資訊(或者主臂10M之位置資訊及從屬臂10S之位置資訊)作為教示位置之一個而加以儲存(步驟S20)，從而結束重力補償運算(步驟S21)，使控制系統之增益等控制參數恢復為原始值(步驟S22)。
如以上說明，本實施形態之機器人1之直接教示方法中，控制裝置6將2根臂10分配為主臂10M與從屬臂10S，於藉由教示者對包含工具5之主臂10M之任意部位直接施加力而使主臂10M向任意之教示位置移動之期間，以主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢成為既定關係之方式，使從屬臂10S相對於主臂10M進行協調動作。而且，控制裝置6儲存主臂10M已到達任意之教示位置時之主臂10M及從屬臂10S之位置資訊。
根據上述方法，以追隨藉由教示者而直接移動之主臂10M之移動，主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢維持為既定關係之方式，從屬臂10S自動地進行協調動作。藉此，2根臂10之教示作業中，可省略用以調整2根臂10之相對之位置及姿勢之煩雜且專業性高之作業，從而教示作業變得簡單。而且，因教示者可視覺捕捉臂10之位置及姿勢之關係，故教示者可容易確認2根臂10之狀況。
而且，本實施形態之機器人1之直接教示方法中，控制裝置6將主臂10M及從屬臂10S移動前之主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢作為既定關係而加以儲存，並將其用於教示 控制中。
據此，於開始教示作業時，只要利用主臂10M與從屬臂10S，例如保持住被搬運之工件，便可設定主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢之關係，從而教示作業變得簡單。
而且，本實施形態之機器人1之直接教示方法中，於主臂10M規定標準點K，能選擇標準點K之移動被限制於既定之移動路徑之限制模式、與標準點K之移動不被限制於既定之移動路徑之自由模式。
如此，因直接教示中能選擇限制模式與自由模式，故教示者可根據其狀況而選擇模式，容易使主臂10M及/或工具5進行符合教示者之意圖之移動。
而且，本實施形態之機器人1之直接教示方法中，於教示者使主臂10M移動之期間，針對主臂10M之控制軸J之各者，重複進行如下步驟直至與主臂位置指令值Tcom對應之軸角度(指令角度θcom)和所檢測到之軸角度θ之偏差為零為止，即，檢測主臂10M之控制軸J之軸角度θ1，根據軸角度θ1求出標準點K之當前位置Pr，生成將當前位置Pr投影至既定之移動路徑(移動方向)而得之位置設為目標位置Pcom之主臂位置指令值Tcom，根據主臂位置指令值Tcom與既定關係而生成從屬臂位置指令值Tcom’，根據從屬臂位置指令值Tcom’驅動從屬臂10S之控制軸J，並且根據主臂位置指令值Tcom驅動主臂10M之控制軸J，從而於偏差為零之後將主臂10M及從屬臂10S中之至少一者之位置資訊儲存於控制裝置6。此處，機器人1之直接教示中之主臂10M之標準點K之移動被限制於既定之移動路徑上。
上述中，機器人1之直接教示中，控制裝置6重複如下運算 處理，即，檢測主臂10M之各軸角度θ1，並根據該角度算出當前位置Pr，將當前位置Pr投影至預先規定之移動路徑(移動方向)而求出目標位置Pcom，根據該目標位置Pcom生成主臂位置指令值Tcom。
如此，機器人1之直接教示中，主臂10M之各控制軸J根據主臂位置指令值Tcom而被驅動，藉此以對教示者賦予至主臂10M或工具5之外力加以輔助之方式，主臂10M自身進行動作。此處，因主臂位置指令值Tcom根據逐漸變化之主臂10M之各軸角度θ1而逐漸變更，故標準點K不會超出教示者之意圖而移動。因此，當將標準點K定位於所期望之教示位置時，主臂10M及/或工具5之位置之微調變得容易。而且，機器人1可藉由發揮先前已具備之功能而進行上述動作，因此不再需要檢測賦予至主臂10M之外力之外力檢測手段及用於其之控制。
而且，機器人1之直接教示中，標準點K之移動被限制於既定之移動路徑(既定之移動方向)，因此即便例如教示者賦予至主臂10M或工具5之外力之方向不與標準點K之移動方向一致，標準點K亦沿既定之移動路徑移動。藉此，標準點K向教示者所期望之位置之移動變得容易。而且，藉由直接教示中之主臂10M之各控制軸J之動作對教示者賦予至主臂10M或工具5之力加以輔助，因此教示者可利用靜摩擦力大之軸(例如基端側之第1控制軸J1)等，以相對小的力移動。另外，本實施形態中，雖對每1根主臂10M具備4根控制軸J1~J4之機器人1之直接教示方法進行了說明，但主臂10M之控制軸J之數量不限定於上述。
而且，上述實施形態之機器人1之直接教示方法中，主臂10M之控制軸J之位置增益及速度增益能任意地設定。本實施形態中，主臂 10M之控制軸J中之直接教示中允許動作之控制軸J的位置及速度之各增益被設定得充分低。
因此，軸容易因教示者賦予至主臂10M或工具5之力而位移。進而，即便對於教示者賦予至主臂10M或工具5之微小之力亦可產生輔助力。
而且，上述實施形態之機器人1之直接教示方法中，對主臂10M之控制軸J中之至少一個(第3控制軸J3)進行重力補償運算，將其運算結果與該控制軸之轉矩指令值(驅動指令值)相加。
藉此，機器人1之直接教示中，即便主臂10M之控制軸J之姿勢發生變化，亦能正確地進行與該姿勢對應之重力補償。
而且，上述實施形態之機器人1之直接教示方法中，於教示者使主臂10M移動之前，根據主臂10M之控制軸J之軸角度θ1求出工具5之初始姿勢S，以於教示者使主臂10M移動之期間維持工具5之初始姿勢之方式生成主臂位置指令值Tcom。
藉此，於機器人1之直接教示中，可於維持工具5之初始姿勢S之狀態下僅使主臂10M移動。亦即，可於維持工具5之初始姿勢S之狀態下，僅使工具5之位置發生變化。另外，上述實施形態中，雖係於機器人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之位置及姿勢伴隨主臂10M之移動而發生變化，或將工具5之位置加以固定而僅使工具5之姿勢發生變化。
另外，上述實施形態之機器人1之直接教示方法中，如圖7所示，標準點K之既定之移動路徑係規定於與基本座標系中之xyz正交3 軸中之x-y平面平行之某直線上。然而，本發明中，既定之移動路徑(移動方向)並不限於此，可根據標準點K之初始位置Ps與下一教示位置之關係而適當地決定。
例如，標準點K之既定之移動路徑亦可為與基本座標系中之xyz正交3軸方向中之任一個、或工具座標系之xyz正交3軸方向中之任一個平行之直線上。而且，例如，標準點K之既定之移動路徑亦可為與藉由基本座標系中之xyz正交3軸中之2個之組合、或工具座標系之xyz正交3軸中之2個之組合所規定之平面平行之平面上。而且，例如，標準點K之既定之移動路徑亦可為以基本座標系中之xyz正交3軸中之任一個、或工具座標系之xyz正交3軸中之任一個為旋轉中心之旋轉軌跡上。
而且，上述實施形態之機器人1之直接教示方法中，於根據當前位置Pr生成主臂位置指令值Tcom時，求出既定之移動路徑上之移動向量V，求出以移動向量V與新穎之Q座標系之x’y’z’正交3軸中之任一個平行之方式將基本座標系轉換為Q座標系之座標轉換矩陣Q，將基本座標系之標準點K之當前位置Pr座標轉換為Q座標系，將由Q座標系之當前位置Pr’投影至既定之移動路徑而得之位置設為Q座標系之目標位置Pcom’，將該目標位置Pcom’座標轉換為基本座標系而求出目標位置Pcom。
藉由如此利用座標轉換，可簡化控制裝置6之運算處理。
如以上所述，根據本實施形態之機器人1之直接教示方法，於具備複數個臂10之機器人1中，當使複數個臂10相關聯而直接進行教示時，可簡化該教示作業。
以上已對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但上述構成 例如可以如下方式變更。
上述實施形態中，機器人1為具備2根臂10A、10B之雙臂機器人，但機器人1所具備之臂10之數量亦可為3根以上之複數根。於該情形時，於上述步驟S1中，將複數個臂10中之1根指定為主臂10M，將剩餘之臂10中之至少1根指定為從屬臂10S。此處，於從屬臂10S為2根以上之情形時，針對各個從屬臂10S，將主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部1之相對之位置及姿勢作為既定關係而儲存於控制裝置6中。而且，於機器人1之直接教示中，控制裝置6以主臂10M之手腕部13與從屬臂10S之手腕部13之相對之位置及姿勢成為既定關係之方式，使各從屬臂10S相對於主臂10M進行協調動作。另外，複數個臂10中之未被指定為主臂10M及從屬臂10S中之任一個之臂10於機器人1之直接教示中亦可靜止。
根據以上說明，對本領域技術人員而言，可知本發明之許多改良或其他實施形態。因此，上述說明應僅作為例示而解釋，係為了對本領域技術人員教示執行本發明之最佳形態而提供。只要不脫離本發明之精神，則可實質變更其構造及/或功能之詳情。

Claims (10)

  1. 一種機器人之直接教示方法，係具備複數個機器人臂之機器人之直接教示方法，其包含以下動作：將上述複數個機器人臂中之1根指定為主臂，將剩餘之機器人臂中之至少1根指定為從屬臂之動作；於教示者藉由對包含工具之上述主臂之任意部位直接施加力而使上述主臂向任意之教示位置移動之期間，以上述主臂之手腕部與上述從屬臂之手腕部之相對之位置及姿勢成為既定關係之方式，使上述從屬臂相對於上述主臂進行協調動作之動作；以及儲存上述主臂已到達上述任意之教示位置時之上述主臂及上述從屬臂之位置資訊之動作；其中，使上述主臂往任意之教示位置移動之期間之上述主臂之動作，能選擇規定於上述主臂之標準點之移動被限制於上述既定之移動路徑之限制模式、與上述標準點之移動不被限定於上述既定之移動路徑之自由模式。
  2. 如申請專利範圍第1項之機器人之直接教示方法，其中，將上述主臂及上述從屬臂移動前之上述主臂之手腕部與上述從屬臂之手腕部之相對之位置及姿勢作為上述既定關係而加以儲存。
  3. 如申請專利範圍第1項之機器人之直接教示方法，其中，將上述標準點之移動限制於上述既定之移動路徑上，於上述教示者使上述主臂移動之期間，針對上述主臂之控制軸之各者重複進行如下步驟直至與主臂位置指令值對應之軸角度和所檢測到之軸角度之偏差為零為止，即，檢測上述主臂之控制軸之軸角度，根據上述軸角 度求出上述標準點之當前位置，生成將上述當前位置投影至上述既定之移動路徑所得之位置作為目標位置之主臂位置指令值，根據上述主臂位置指令值與上述既定關係生成從屬臂位置指令值，根據上述從屬臂位置指令值驅動上述從屬臂之控制軸，並且根據上述主臂位置指令值驅動上述主臂之上述控制軸，在上述偏差為零之後儲存上述主臂及上述從屬臂之位置資訊。
  4. 如申請專利範圍第3項之機器人之直接教示方法，其中，上述主臂之上述控制軸之位置增益及速度增益能任意地設定。
  5. 如申請專利範圍第3項之機器人之直接教示方法，其中，對上述主臂之上述控制軸中之至少一個進行重力補償運算，將其運算結果與該控制軸之轉矩指令值相加。
  6. 如申請專利範圍第3項之機器人之直接教示方法，其中，於使上述主臂移動前，根據上述主臂之上述控制軸之軸角度求出安裝於上述主臂之上述工具之初始姿勢，以於上述教示者使上述主臂或安裝於該主臂之上述工具移動之期間維持上述工具之上述初始姿勢之方式生成上述主臂位置指令值。
  7. 如申請專利範圍第3至6項中任一項之機器人之直接教示方法，其中，上述標準點之上述既定之移動路徑為與基本座標系中之xyz正交3軸方向中之任一個、或工具座標系之xyz正交3軸方向中之任一個平行之直線上。
  8. 如申請專利範圍第3至6項中任一項之機器人之直接教示方法，其中，上述標準點之上述既定之移動路徑為與藉由基本座標系中之xyz正交3軸中之2個之組合、或工具座標系之xyz正交3軸中之2個之組合所規定之 平面平行之平面上。
  9. 如申請專利範圍第3至6項中任一項之機器人之直接教示方法，其中，上述標準點之上述既定之移動路徑為以基本座標系中之xyz正交3軸中之任一個、或工具座標系之xyz正交3軸中之任一個為旋轉中心之旋轉軌跡上。
  10. 如申請專利範圍第3至6項中任一項之機器人之直接教示方法，其中，根據上述當前位置生成上述主臂位置指令值之動作包括以下動作：求出上述既定之移動路徑上之移動向量，求出以上述移動向量與新穎之座標系之xyz正交3軸中之任一個平行之方式，將基本座標系轉換為上述新穎之座標系之座標轉換矩陣，將上述基本座標系之上述標準點之上述當前位置座標轉換為上述新穎之座標系，將上述新穎之座標系之上述當前位置投影至上述既定之移動路徑所得之位置設為上述新穎之座標系之目標位置，將其目標位置座標轉換為上述基本座標系而求出上述目標位置。
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