(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットアームに対して力のダイレクト教示を可能とし、且つ、教示方向のずれを抑制可能とする。【解決手段】ロボットアーム１０１に加えられた力の方向を規制する規制部材１１と、ロボットアーム１０１に取付けられ、当該ロボットアーム１０１に加えられた力を検出可能な力検出部１２と、規制部材１１によりロボットアーム１０１に加えられた力の方向が規制された状態で力検出部１２により検出された力に基づいて、当該ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する力教示部１３とを備えた。【選択図】図１
2020116704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームに加えられた力の方向を規制する規制部材と、
前記ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた力を検出可能な力検出部と、
前記規制部材により前記ロボットアームに加えられた力の方向が規制された状態で前記力検出部により検出された力に基づいて、当該ロボットアームに対して教示された力を登録する力教示部と
を備えた教示装置。
【請求項２】
前記力検出部は、前記ロボットアームに加えられた反発力を検出可能な力センサであり、
前記力教示部は、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
前記力センサにより検出された反発力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、前記ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の教示装置。
【請求項３】
ユーザから力の教示方向を受付ける方向受付部と、
ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた力を検出可能な力検出部と、
前記力検出部により検出された力から、前記方向受付部により受付けられた教示方向の力を抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された力に基づいて、前記ロボットアームに対して教示された力を登録する力教示部と
を備えた教示装置。
【請求項４】
前記力検出部は、前記ロボットアームに加えられた反発力を検出可能な力センサであり、
前記抽出部は、前記力センサにより検出された反発力から、前記方向受付部により受付けられた教示方向の反発力を抽出し、
前記力教示部は、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
前記抽出部により抽出された反発力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、前記ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の教示装置。
【請求項５】
前記力検出部は、
前記ロボットアームに加えられた反発力によるトルクを検出可能なトルクセンサと、
前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットアームに加えられた反発力を算出する力算出部とを有し、
前記抽出部は、前記力算出部により算出された反発力から、前記方向受付部により受付けられた教示方向の反発力を抽出し、
前記力教示部は、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、
前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットアームをサーボロックするアーム制御部と、
前記アーム制御部により前記ロボットアームがサーボロックされた後に前記抽出部により抽出された反発力の値及び逆方向を、当該ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の教示装置。
【請求項６】
前記力算出部は、前記トルクセンサ毎に検出値から初期値を差し引いた差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出し、当該トルクセンサ毎に算出した力を合成することで前記ロボットアームに加えられた反発力を算出する
ことを特徴とする請求項５記載の教示装置。
【請求項７】
前記力検出部は、
前記ロボットアームに加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサと、
前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットアームに加えられた押付力を算出する力算出部とを有し、
前記抽出部は、前記力算出部により算出された押付力から、前記方向受付部により受付けられた教示方向の押付力を抽出し、
前記力教示部は、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、
前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットアームをサーボロックするアーム制御部と、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
前記アーム制御部により前記ロボットアームがサーボロックされた後に前記抽出部により抽出された押付力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、前記ロボットアームに対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の教示装置。
【請求項８】
前記力算出部は、前記トルクセンサ毎に検出値から初期値を差し引いた差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出し、当該トルクセンサ毎に算出した力を合成することで前記ロボットアームに加えられた押付力を算出する
ことを特徴とする請求項７記載の教示装置。
【請求項９】
ロボットアームに加えられた力の方向を規制する規制部材と、前記ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた力を検出可能な力検出部とを備えた教示装置による教示方法であって、
力教示部が、前記規制部材により前記ロボットアームに加えられた力の方向が規制された状態で前記力検出部により検出された力に基づいて、当該ロボットアームに対して教示された力を登録する
ことを特徴とする教示方法。
【請求項１０】
ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた力を検出可能な力検出部を備えた教示装置による教示方法であって、
方向受付部が、ユーザから力の教示方向を受付け、
抽出部が、前記力検出部により検出された力から、前記方向受付部により受付けられた教示方向の力を抽出し、
力教示部が、前記抽出部により抽出された力に基づいて、前記ロボットアームに対して教示された力を登録する
ことを特徴とする教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットアームに対して力をダイレクト教示するための教示装置及び教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、教示装置は、ユーザによるロボットアームに対する位置及び姿勢のダイレクト教示を可能としている（例えば特許文献１，２参照）。一方、従来の教示装置では、ロボットアームに対する力の教示については、ユーザによるティーチングペンダントを用いた数値入力に応じ、力の値及び方向を設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２０４４４１号公報
【特許文献２】特開平０５−２５００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来の教示装置では、ロボットアームに対する力の教示については、ユーザによるティーチングペンダントを用いた数値入力を受付けている。しかしながら、この場合、ユーザは、事前に実験を行って、入力する数値を確認する必要がある。そのため、ロボットアームに対する力の教示は、作業工数という観点では煩わしく、改善が求められている。
一方、上記の課題に対し、ロボットアームに対して力のダイレクト教示を実施しようとした場合、教示の際に水平方向又は垂直方向にずれが発生することが予想される。この場合、数値入力等での微調整が必要になり、作業工数という観点では煩わしい。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ロボットアームに対して力のダイレクト教示が可能であり、且つ、教示方向のずれを抑制可能な教示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る教示装置は、ロボットアームに加えられた力の方向を規制する規制部材と、ロボットアームに取付けられ、当該ロボットアームに加えられた力を検出可能な力検出部と、規制部材によりロボットアームに加えられた力の方向が規制された状態で力検出部により検出された力に基づいて、当該ロボットアームに対して教示された力を登録する力教示部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、ロボットアームに対して力のダイレクト教示が可能であり、且つ、教示方向のずれを抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
【図２】実施の形態２に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態３に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
【図４】実施の形態４に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態５に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態６に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
教示装置は、ユーザがロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示を実施するための装置である。この教示装置は、力のダイレクト教示に関する機能の他に、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能も有していてもよいが、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能については従来と同様であるためその説明を省略する。なお、ユーザがロボットアーム１０１に対して教示する力としては、例えば、ツール１０２による物体２０１に対する押付け、ツール１０２が把持するワークの物体２０１上へのプレイス、ツール１０２による物体２０１に対する研磨又はネジ締め等の際に加える力が挙げられる。この教示装置は、図１に示すように、規制部材１１、力検出部１２及び力教示部１３を備えている。
【００１０】
規制部材１１は、ロボットアーム１０１に加えられた力の方向を規制する部材である。図１では、ユーザがロボットアーム１０１に対してｚ軸方向の力を教示する場合を想定し、規制部材１１として、ｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ面を有するＬ字状の板部材を用いている。
【００１１】
力検出部１２は、ロボットアーム１０１に取付けられ、ロボットアーム１０１に加えられた力を検出可能である。この力検出部１２としては、ロボットアーム１０１に加えられた力を直接検出可能な力センサ１４が用いられる。又は、力検出部１２としては、ロボットアーム１０１に加えられた力によるトルクを検出可能なトルクセンサ１５、及びトルクセンサ１５により検出されたトルクからロボットアーム１０１に加えられた力を算出する力算出部１６が用いられる。
【００１２】
図１では、力検出部１２として、力センサ１４、トルクセンサ１５及び力算出部１６が設けられている。また図１では、力センサ１４は、ロボットアーム１０１が有するツール１０２の根元部分に取付けられているが、これに限らず、ロボットアーム１０１上に取付けられていればよい。この力センサ１４としては、６成分（ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周り）の力を検出可能な力覚センサ又は一軸方向の力を検出可能な圧力センサ等が用いられる。また、トルクセンサ１５は、ロボットアーム１０１の各軸に取付けられている。また、力算出部１６は、トルクセンサ１５毎に、検出値から初期値（ロボットアーム１０１に力が加えられていない状態での検出値）を差し引き、その差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出する。そして、力算出部１６は、算出した各力を合成することで、ロボットアーム１０１に加えられた力を算出する。
【００１３】
力教示部１３は、規制部材１１によりロボットアーム１０１に加えられた力の方向が規制された状態で力検出部１２により検出された力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。なお、力教示部１３の詳細については別の実施の形態で説明する。
【００１４】
また、力算出部１６及び力教示部１３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により実現される。
【００１５】
次に、図１に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、図１に示すように、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザが力の教示を実施しようとする場合、ユーザが認識し易い方向の力を教示することが想定される。この場合、上記認識し易い方向とは、垂直方向、水平方向又は斜め４５度方向等であることが多い。そこで、実施の形態１に係る教示装置では、規制部材１１を用いて、ロボットアーム１０１に加えられた力の方向を物理的に規制する。これにより、ユーザは、教示方向のずれを抑制可能となる。
【００１６】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ロボットアーム１０１又はツール１０２の規制部材１１側の側面（ｘ軸方向及びｙ軸方向の面）を規制部材１１に当接させる。
【００１７】
次いで、ユーザは、規制部材１１に沿ってロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加える。この際、ユーザがロボットアーム１０１に対して斜め方向に力を加えた場合であっても、ロボットアーム１０１は規制部材１１によって力の方向が規制されている。そのため、力検出部１２は、ロボットアーム１０１に加えられたｚ軸方向の力を検出できる。図１において、符号５０１に示す矢印はユーザにより加えられた押付力を示し、符号５０２に示す矢印は規制部材１１から加えられた反発力を示している。
【００１８】
次いで、力教示部１３は、力検出部１２により検出された力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。図１において、符号５０３に示す矢印は力教示部１３により登録される力を示している。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１によれば、教示装置は、ロボットアーム１０１に加えられた力の方向を規制する規制部材１１と、ロボットアーム１０１に取付けられ、当該ロボットアーム１０１に加えられた力を検出可能な力検出部１２と、規制部材１１によりロボットアーム１０１に加えられた力の方向が規制された状態で力検出部１２により検出された力に基づいて、当該ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する力教示部１３とを備えた。これにより、実施の形態１に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能であり、且つ、教示方向のずれを抑制可能となる。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態２では、力教示部１３の具体例について、図２を参照しながら説明する。
実施の形態２に係る教示装置では、図２に示すように、力検出部１２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ１４である。
また、力教示部１３は、力センサ１４により検出された反発力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。この力教示部１３は、図２に示すように、通知部２１、決定指示受付部２２、力登録部２３及び記録部２４を有している。
【００２１】
通知部２１は、力センサ１４により検出された反発力をリアルタイムに通知する。この通知部２１により通知された反発力を示す情報は、表示装置（不図示）に表示される。
なお、通知部２１は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、力のダイレクト教示において、ロボットアーム１０１に加えられている反発力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部２１は不要である。
【００２２】
決定指示受付部２２は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットアーム１０１に対して教示する力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン（不図示）又はティーチングペンダント（不図示）が有する操作ボタンを用いて、決定指示の入力を行う。
【００２３】
力登録部２３は、力センサ１４により検出された反発力のうち、決定指示受付部２２により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として記録部２４に登録する。
【００２４】
なお、記録部２４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。
また図２では、記録部２４が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部２４は教示装置の外部に設けられていてもよい。
【００２５】
また、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施するものとしてもよいし、位置及び姿勢のダイレクト教示と同時に実施するものとしてもよい。
【００２６】
次に、図２に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して位置又は姿勢をダイレクト教示する場合、ロボットアーム１０１の関節部分の回転角等を教示することになるが、この回転角等はユーザにとって視覚的に捉え易く位置又は姿勢の再現が容易である。これに対し、ユーザがロボットアーム１０１に対して力をダイレクト教示しようとする場合には、この力はユーザにとって視覚的に捉え難く力の再現が難しい。一方、ロボットアーム１０１が物体２０１を押すと、押付方向とは反対方向にこの押付力に応じた反発力がロボットアーム１０１に加えられる。そこで、実施の形態２に係る教示装置では、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ１４を用いることで、力のダイレクト教示を実現する。
【００２７】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ロボットアーム１０１又はツール１０２の規制部材１１側の側面を図１に示す規制部材１１に当接させた上で、ツール１０２を物体２０１上の押付け箇所に当接させる。
【００２８】
次いで、ユーザは、規制部材１１に沿ってロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加え、ロボットアーム１０１を物体２０１にｚ軸方向に押付ける。この際、力センサ１４は、物体２０１からのｚ軸方向の反発力を検出する。
【００２９】
また、通知部２１は力センサ１４により検出された反発力をリアルタイムに通知し、表示装置はその反発力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えられた反発力をモニタしながらロボットアーム１０１に加える押付力を調整できる。
【００３０】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えられた反発力（押付力）が所望値となった場合に、決定指示を教示装置に入力する。
【００３１】
次いで、力登録部２３は、決定指示が入力されたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００３２】
なお、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢によっては、ユーザがロボットアーム１０１に対して押付力を加え難い場合又は力センサ１４での感度が弱くなる場合がある。そこで、このような場合には、ユーザは、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢を、力のダイレクト教示がし易い任意の位置又は姿勢に移動させてから、力のダイレクト教示を実施してもよい。この場合、ロボットアーム１０１の位置の変更に合わせ、物体２０１の位置も変更する。また、この場合、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施することになる。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して押付力を加え易くなり、また、力センサ１４での感度の低下を抑制できる。
【００３３】
以上のように、この実施の形態２によれば、力検出部１２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ１４であり、力教示部１３は、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部２２と、力センサ１４により検出された反発力のうち、決定指示受付部２２により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部２３とを有する。これにより、実施の形態２に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能となる。
【００３４】
実施の形３．
実施の形態１，２に係る教示装置では、規制部材１１を用いて物理的にロボットアーム１０１に加えられた力の方向を規制する場合を示した。それに対し、実施の形態３に係る教示装置では、力検出部３２が力を検出した後に、計算処理により、その力から不要な方向の成分を除去する場合について示す。
【００３５】
図３は実施の形態３に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
教示装置は、ユーザがロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示を実施するための装置である。この教示装置は、力のダイレクト教示に関する機能の他に、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能も有していてもよいが、位置及び姿勢のダイレクト教示に関する機能については従来と同様であるためその説明を省略する。なお、ユーザがロボットアーム１０１に対して教示する力としては、例えば、ツール１０２による物体２０１に対する押付け、ツール１０２が把持するワークの物体２０１上へのプレイス、ツール１０２による物体２０１に対する研磨又はネジ締め等の際に加える力が挙げられる。この教示装置は、図３に示すように、方向受付部３１、力検出部３２、抽出部３３及び力教示部３４を備えている。
【００３６】
方向受付部３１は、ユーザから力の教示方向を受付ける。力の教示方向は、ロボットアーム１０１に対して教示する力の方向である。なお、ユーザは、例えばキーボード等の入力装置（不図示）を用いて、力の教示方向の入力を行う。
【００３７】
力検出部３２は、ロボットアーム１０１に取付けられ、ロボットアーム１０１に加えられた力を検出可能である。この力検出部３２としては、ロボットアーム１０１に加えられた力を直接検出可能な力センサ３５が用いられる。又は、力検出部３２としては、ロボットアーム１０１に加えられた力によるトルクを検出可能なトルクセンサ３６、及びトルクセンサ３６により検出されたトルクからロボットアーム１０１に加えられた力を算出する力算出部３７が用いられる。
【００３８】
図３では、力検出部３２として、力センサ３５、トルクセンサ３６及び力算出部３７が設けられている。また図３では、力センサ３５は、ロボットアーム１０１が有するツール１０２の根元部分に取付けられているが、これに限らず、ロボットアーム１０１上に取付けられていればよい。この力センサ３５としては、６成分（ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周り）の力を検出可能な力覚センサ又は一軸方向の力を検出可能な圧力センサ等が用いられる。また、トルクセンサ３６は、ロボットアーム１０１の各軸に取付けられている。また、力算出部３７は、トルクセンサ３６毎に、検出値から初期値（ロボットアーム１０１に力が加えられていない状態での検出値）を差し引き、その差分値及び取付け位置までのアーム長さに基づいて力を算出する。そして、力算出部３７は、算出した各力を合成することで、ロボットアーム１０１に加えられた力を算出する。
【００３９】
抽出部３３は、力検出部３２により検出された力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の力を抽出する。
【００４０】
力教示部３４は、抽出部３３により抽出された力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。なお、力教示部３４の詳細については別の実施の形態で説明する。
【００４１】
また、方向受付部３１、力算出部３７、抽出部３３及び力教示部３４は、システムＬＳＩ等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される。
【００４２】
次に、図３に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、図３に示すように、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、実施の形態１に係る教示装置では、規制部材１１を用いて物理的にロボットアーム１０１に加えられた力の方向を規制している。それに対し、実施の形態３に係る教示装置では、力検出部３２が力を検出した後に、計算処理により、その力のうちの不要な方向の成分を除去する。これにより、ユーザは、教示方向のずれを抑制可能となる。
【００４３】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ｚ軸方向を力の教示方向として教示装置に入力し、方向受付部３１はその教示方向を受付ける。
また、ユーザは、ロボットアーム１０１を所定の位置に移動させる。
【００４４】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加える。この際、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた力を検出する。なお、ユーザがロボットアーム１０１に対して斜め方向に力を加えた場合には、力検出部３２は、その斜め方向の力を検出する。図３において、符号５０４に示す矢印はユーザにより加えられた押付力を示している。
【００４５】
次いで、抽出部３３は、力検出部３２により検出された力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向（ｚ軸方向）の力を抽出する。
【００４６】
なお、各軸（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）方向の力をそれぞれＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚとし、その拘束係数をｋ１，ｋ２，ｋ３とする。この場合、拘束後のＦｘ’，Ｆｙ’，Ｆｚ’は下式（１）で表すことができる。
2020116704.tif 000003
【００４７】
そして、抽出部３３は、力検出部３２により検出された力から、ｚ軸方向の力を抽出する場合には、ｋ１＝ｋ２＝０とする。図３では、符号５０５に示すように、抽出部３３が抽出する力の方向がｚ軸方向である場合を示している。
また、例えば、抽出部３３は、力検出部３２により検出された力から、水平方向の力を単純に削除する場合には、ｋ３＝１とする。また、抽出部３３は、力検出部１２により検出された力から、力の大きさを変えずに方向のみを補正して抽出する場合には、ｋ３＝√（Ｆｘ２＋Ｆｙ２＋Ｆｚ２）／Ｆｚとする。
【００４８】
次いで、力教示部３４は、抽出部３３により抽出された力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。図３において、符号５０６に示す矢印は力教示部３４により登録される力を示している。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態３によれば、教示装置は、ユーザから力の教示方向を受付ける方向受付部３１と、ロボットアーム１０１に取付けられ、当該ロボットアーム１０１に加えられた力を検出可能な力検出部３２と、力検出部３２により検出された力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の力を抽出する抽出部３３と、抽出部３３により抽出された力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する力教示部３４とを備えた。これにより、実施の形態３に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能であり、且つ、教示方向のずれを抑制可能となる。
【００５０】
実施の形態４．
実施の形態４では、力教示部３４の具体例について、図４を参照しながら説明する。
実施の形態４に係る教示装置では、図４に示すように、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ３５である。また、抽出部３３は、力センサ３５により検出された反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の反発力を抽出する。
また、力教示部３４は、抽出部３３により抽出された反発力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。この力教示部３４は、図４に示すように、通知部４１、決定指示受付部４２、力登録部４３及び記録部４４を有している。
【００５１】
通知部４１は、抽出部３３により抽出された反発力をリアルタイムに通知する。この通知部４１により通知された反発力を示す情報は、表示装置に表示される。
なお、通知部４１は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、力のダイレクト教示において、ロボットアーム１０１に加えられている反発力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部４１は不要である。
【００５２】
決定指示受付部４２は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットアーム１０１に対して教示する力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン又はティーチングペンダントが有する操作ボタンを用いて、決定指示の入力を行う。
【００５３】
力登録部４３は、抽出部３３により抽出された反発力のうち、決定指示受付部４２により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として記録部４４に登録する。
【００５４】
なお、記録部４４は、ＨＤＤ、ＤＶＤ又はメモリ等によって構成される。
また図４では、記録部４４が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部４４は教示装置の外部に設けられていてもよい。
【００５５】
また、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施するものとしてもよいし、位置及び姿勢のダイレクト教示と同時に実施するものとしてもよい。
【００５６】
次に、図４に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して位置又は姿勢をダイレクト教示する場合、ロボットアーム１０１の関節部分の回転角等を教示することになるが、この回転角等はユーザにとって視覚的に捉え易く位置又は姿勢の再現が容易である。これに対し、ユーザがロボットアーム１０１に対して力をダイレクト教示しようとする場合には、この力はユーザにとって視覚的に捉え難く力の再現が難しい。一方、ロボットアーム１０１が物体２０１を押すと、押付方向とは反対方向にこの押付力に応じた反発力がロボットアーム１０１に加えられる。そこで、実施の形態４に係る教示装置では、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ３５を用いることで、力のダイレクト教示を実現する。
【００５７】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ｚ軸方向を力の教示方向として教示装置に入力し、方向受付部３１はその教示方向を受付ける。
また、ユーザは、ロボットアーム１０１が有するツール１０２を物体２０１上の押付け箇所に当接させる。
【００５８】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加え、ロボットアーム１０１を物体２０１にｚ軸方向に押付ける。この際、力センサ３５は、物体２０１からの反発力を検出する。ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して斜め方向に力を加えた場合には、力センサ３５は、斜め方向の反発力を検出する。次いで、抽出部３３は、力センサ３５により検出された反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向（ｚ軸方向）の反発力を抽出する。
【００５９】
また、通知部４１は抽出部３３により抽出された反発力をリアルタイムに通知し、表示装置はその反発力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えられた反発力をモニタしながらロボットアーム１０１に加える押付力を調整できる。
【００６０】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えられた反発力（押付力）が所望値となった場合に、決定指示を教示装置に入力する。
【００６１】
次いで、力登録部４３は、決定指示が入力されたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００６２】
なお、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢によっては、ユーザがロボットアーム１０１に対して押付力を加え難い場合又は力センサ３５での感度が弱くなる場合がある。そこで、このような場合には、ユーザは、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢を、力のダイレクト教示がし易い任意の位置又は姿勢に移動させてから、力のダイレクト教示を実施してもよい。この場合、ロボットアーム１０１の位置の変更に合わせ、物体２０１の位置も変更する。また、この場合、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施することになる。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して押付力を加え易くなり、また、力センサ３５での感度の低下を抑制できる。
【００６３】
以上のように、この実施の形態４によれば、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を検出可能な力センサ３５であり、抽出部３３は、力センサ３５により検出された反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の反発力を抽出し、力教示部３４は、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部４２と、抽出部３３により抽出された反発力のうち、決定指示受付部４２により決定指示が受付けられたタイミングでの反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部４３とを有する。これにより、実施の形態４に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能となる。
【００６４】
実施の形態５．
実施の形態５では、力教示部３４の具体例について、図５を参照しながら説明する。
実施の形態５に係る教示装置では、図５に示すように、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力によるトルクを検出可能なトルクセンサ３６と、トルクセンサ３６により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を算出する力算出部３７とを有する。また、抽出部３３は、力算出部３７により算出された反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の反発力を抽出する。
また、力教示部３４は、抽出部３３により抽出された反発力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。この力教示部３４は、図５に示すように、ロック指示受付部５１、アーム制御部５２、力登録部５３及び記録部５４を有している。
【００６５】
ロック指示受付部５１は、ユーザからサーボロック指示を受付ける。サーボロック指示は、ユーザがロボットアーム１０１をサーボロックする際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン又はティーチングペンダントが有する操作ボタンを用いて、サーボロック指示の入力を行う。
【００６６】
アーム制御部５２は、ロック指示受付部５１によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックする。
【００６７】
力登録部５３は、アーム制御部５２によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後に抽出部３３により抽出された反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として記録部５４に登録する。
【００６８】
なお、記録部５４は、ＨＤＤ、ＤＶＤ又はメモリ等によって構成される。
また図５では、記録部５４が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部５４は教示装置の外部に設けられていてもよい。
【００６９】
また、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施するものとしてもよいし、位置及び姿勢のダイレクト教示と同時に実施するものとしてもよい。
【００７０】
次に、図５に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ロボットアーム１０１を自由に動かせる状態でユーザがロボットアーム１０１を物体２０１に押付けると、この押付力が物体２０１からの反発力で相殺されてしまうため、トルクセンサ３６はトルクを検出できない。そのため、この状態ではロボットアーム１０１に対する力のダイレクト教示は実施できない。そこで、実施の形態５に係る教示装置では、ユーザがロボットアーム１０１を物体２０１に押付けた状態でサーボロック状態（静止状態）とする。これにより、この状態でユーザがロボットアーム１０１から手を離すと、ロボットアーム１０１には反発力のみが加えられた状態となり、トルクセンサ３６はこの反発力によるトルクを検出可能となる。
【００７１】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ｚ軸方向を力の教示方向として教示装置に入力し、方向受付部３１はその教示方向を受付ける。
また、ユーザは、ロボットアーム１０１が有するツール１０２を物体２０１上の押付け箇所に当接させる。
【００７２】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加え、ロボットアーム１０１を物体２０１にｚ軸方向に押付ける。なおこの状態では、ロボットアーム１０１に加えられた押付力は物体２０１からの反発力によって相殺されてしまうため、トルクセンサ３６ではトルクを検出できない。
【００７３】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１を所望値まで物体２０１に押付けた状態で、サーボロック指示を教示装置に入力する。
次いで、アーム制御部５２は、ロボットアーム１０１をサーボロックする。
【００７４】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１から手を離す。これにより、ロボットアーム１０１には物体２０１からの反発力のみが加わる。そして、トルクセンサ３６はこの反発力によるトルクを検出する。ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して斜め方向に力を加えた場合には、トルクセンサ３６は、斜め方向の反発力によるトルクを検出する。そして、力算出部３７は、このトルクから反発力を算出する。そして、抽出部３３は、この反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向（ｚ軸方向）の反発力を抽出する。
【００７５】
次いで、力登録部５３は、抽出部３３により抽出された反発力の値及び逆方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００７６】
なお、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢によっては、ユーザがロボットアーム１０１に対して押付力を加え難い場合又はトルクセンサ３６での感度が弱くなる場合がある。そこで、このような場合には、ユーザは、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢を、力のダイレクト教示がし易い任意の位置又は姿勢に移動させてから、力のダイレクト教示を実施してもよい。この場合、ロボットアーム１０１の位置の変更に合わせ、物体２０１の位置も変更する。また、この場合、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施することになる。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して押付力を加え易くなり、また、トルクセンサ３６での感度の低下を抑制できる。
【００７７】
以上のように、この実施の形態５によれば、教示装置は、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた反発力によるトルクを検出可能なトルクセンサ３６と、トルクセンサ３６により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた反発力を算出する力算出部３７とを有し、抽出部３３は、力算出部３７により算出された反発力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の反発力を抽出し、力教示部３４は、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部５１と、ロック指示受付部５１によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックするアーム制御部５２と、アーム制御部５２によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後に抽出部３３により抽出された反発力の値及び逆方向を、当該ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部５３とを有する。これにより、実施の形態５に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能となる。
【００７８】
実施の形態６．
実施の形態６では、力教示部３４の具体例について、図６を参照しながら説明する。
実施の形態６に係る教示装置では、図６に示すように、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサ３６と、トルクセンサ３６により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた押付力を算出する力算出部３７とを有する。また、抽出部３３は、力算出部３７により検出された押付力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の押付力を抽出する。
また、力教示部３４は、抽出部３３により抽出された押付力に基づいて、ロボットアーム１０１に対して教示された力を登録する。この力教示部３４は、図６に示すように、ロック指示受付部６１、アーム制御部６２、通知部６３、決定指示受付部６４、力登録部６５及び記録部６６を有している。
【００７９】
ロック指示受付部６１は、ユーザからサーボロック指示を受付ける。サーボロック指示は、ユーザがロボットアーム１０１をサーボロックする際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン又はティーチングペンダントが有する操作ボタンを用いて、サーボロック指示の入力を行う。
【００８０】
アーム制御部６２は、ロック指示受付部６１によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックする。
【００８１】
通知部６３は、抽出部３３により抽出された押付力をリアルタイムに通知する。この通知部６３により通知された押付力を示す情報は、表示装置に表示される。
なお、通知部６３は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、力のダイレクト教示において、ロボットアーム１０１に加えられている押付力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部６３は不要である。
【００８２】
決定指示受付部６４は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットアーム１０１に対して教示する力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットアーム１０１が有する操作ボタン又はティーチングペンダントが有する操作ボタンを用いて、決定指示の入力を行う。
【００８３】
力登録部６５は、アーム制御部６２によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後、抽出部３３により抽出された押付力のうち、決定指示受付部６４により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として記録部６６に登録する。
【００８４】
なお、記録部６６は、ＨＤＤ、ＤＶＤ又はメモリ等によって構成される。
また図６では、記録部６６が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部６６は教示装置の外部に設けられていてもよい。
【００８５】
また、教示装置は、力のダイレクト教示を、位置及び姿勢のダイレクト教示とは別に実施するものとする。
【００８６】
次に、図６に示す教示装置を用いた力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、ロボットアーム１０１が物体２０１をｚ軸方向に押付ける際の力を教示する場合を示す。
ここで、ロボットアーム１０１を自由に動かせる状態でユーザがロボットアーム１０１を物体２０１に押付けると、この押付力が物体２０１からの反発力で相殺されてしまうため、トルクセンサ３６はトルクを検出できない。そのため、この状態ではロボットアーム１０１に対する力のダイレクト教示は実施できない。そこで、実施の形態６に係る教示装置では、ロボットアーム１０１が物体２０１から離れた状態でサーボロック状態（静止状態）とする。これにより、この状態でユーザがロボットアーム１０１に押付力を加えると、ロボットアーム１０１には押付力のみが加えられた状態となり、トルクセンサ３６はこの押付力によるトルクを検出可能となる。
【００８７】
力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、ｚ軸方向を力の教示方向として教示装置に入力し、方向受付部３１はその教示方向を受付ける。
また、ユーザは、ロボットアーム１０１が有するツール１０２を物体２０１から離した位置に移動させる。例えば、ロボットアーム１０１は物体２０１の上方に移動される。
【００８８】
次いで、ユーザは、サーボロック指示を教示装置に入力する。
次いで、アーム制御部６２は、ロボットアーム１０１をサーボロックする。
【００８９】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して手でｚ軸方向に力を加える。この際、トルクセンサ３６はロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを算出する。ここで、ユーザがロボットアーム１０１に対して斜め方向に力を加えた場合には、トルクセンサ３６は、斜め方向の押付力によるトルクを検出する。そして、力算出部３７は、このトルクから押付力を算出する。そして、抽出部３３は、この押付力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向（ｚ軸方向）の押付力を抽出する。
【００９０】
また、通知部６３は抽出部３３により抽出された押付力をリアルタイムに通知し、表示装置はその押付力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えた押付力をモニタしながらロボットアーム１０１に加える押付力を調整できる。
【００９１】
次いで、ユーザは、ロボットアーム１０１に加えた押付力が所望値となった場合に、決定指示を教示装置に入力する。
【００９２】
次いで、力登録部６５は、決定指示が入力されたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して力を教示できる。
【００９３】
なお、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢によっては、ユーザがロボットアーム１０１に対して押付力を加え難い場合又はトルクセンサ３６での感度が弱くなる場合がある。そこで、このような場合には、ユーザは、ロボットアーム１０１の位置又は姿勢を、力のダイレクト教示がし易い任意の位置又は姿勢に移動させてから、力のダイレクト教示を実施してもよい。これにより、ユーザは、ロボットアーム１０１に対して押付力を加え易くなり、また、トルクセンサ３６での感度の低下を抑制できる。
【００９４】
以上のように、この実施の形態６によれば、力検出部３２は、ロボットアーム１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサ３６と、トルクセンサ３６により検出されたトルクから、ロボットアーム１０１に加えられた押付力を算出する力算出部３７とを有し、抽出部３３は、力算出部３７により算出された押付力から、方向受付部３１により受付けられた教示方向の押付力を抽出し、力教示部３４は、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部６１と、ロック指示受付部６１によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットアーム１０１をサーボロックするアーム制御部６２と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部６４と、アーム制御部６２によりロボットアーム１０１がサーボロックされた後に抽出部３３により抽出された押付力のうち、決定指示受付部６４により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットアーム１０１に対して教示された力の値及び方向として登録する力登録部６５とを有する。これにより、実施の形態６に係る教示装置は、ロボットアーム１０１に対して力のダイレクト教示が可能となる。
【００９５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１１  規制部材
１２  力検出部
１３  力教示部
１４  力センサ
１５  トルクセンサ
１６  力算出部
２１  通知部
２２  決定指示受付部
２３  力登録部
２４  記録部
３１  方向受付部
３２  力検出部
３３  抽出部
３４  力教示部
３５  力センサ
３６  トルクセンサ
３７  力算出部
４１  通知部
４２  決定指示受付部
４３  力登録部
４４  記録部
５１  ロック指示受付部
５２  アーム制御部
５３  力登録部
５４  記録部
６１  ロック指示受付部
６２  アーム制御部
６３  通知部
６４  決定指示受付部
６５  力登録部
６６  記録部
１０１  ロボットアーム
１０２  ツール
２０１  物体
【図１】
2020116704.tif 000004
【図２】
2020116704.tif 000005
【図３】
2020116704.tif 000006
【図４】
2020116704.tif 000007
【図５】
2020116704.tif 000008
【図６】
2020116704.tif 000009