(57)【要約】【課題】教示者への負担を軽減することができる教示方法を提供すること。【解決手段】教示用冶具を撮像して撮像画像を取得し、前記撮像画像に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記ロボットアームの位置および姿勢を変更し、前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする教示方法。【選択図】図１
2020196060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
教示用冶具を撮像して撮像画像を取得し、
前記撮像画像に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記ロボットアームの位置および姿勢を変更し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする教示方法。
【請求項２】
教示用冶具の位置および姿勢を検出し、前記教示用冶具に設けられているセンサーが出力した情報に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記ロボットアームの位置および姿勢を変更し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする教示方法。
【請求項３】
教示用冶具を撮像して撮像画像を取得し、
前記撮像画像に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの位置および姿勢に対応付けられた仮想ロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記仮想ロボットアームの位置および姿勢を変更して表示し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記仮想ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする教示方法。
【請求項４】
前記教示用冶具は、第１の面と第２の面とを有し、
前記第１の面に配置されているマーカーと、前記第２の面に配置されているマーカーとは、異なっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の教示方法。
【請求項５】
前記教示用冶具は、教示者の第１の指に装着される第１装着部と、前記教示者の第２の指に装着される第２装着部と、前記教示者の第３の指に装着される第３装着部とを有し、
前記第１装着部、前記第２装着部、および前記第３装着部は、色、模様または形状が互いに異なるマーカーを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の教示方法。
【請求項６】
前記教示情報の取得は、操作されることにより前記制御装置に前記教示信号を送信する操作部を用いて行われる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の教示方法。
【請求項７】
前記操作部は、前記教示用冶具に設けられている請求項６に記載の教示方法。
【請求項８】
前記教示用冶具に設けられた報知部により、教示が完了したことを報知する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基台と、基台に支持され、複数のアームを有するロボットアームと、を有するロボットが知られている。このロボットは、例えば、ロボットアームの先端に装着されたエンドエフェクターで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、組立等の所定の作業を行う。このようなロボットでは、実際に作業を行う前に、ロボットに対して教示を行う必要がある。
【０００３】
この教示方法としては、例えば、特許文献１に示すような教示方法が挙げられる。
特許文献１に記載されている教示方法は、まず、教示者がロボットアームに対して外力を加えてロボットアームを動かし、所望の位置および姿勢とする。そして、その所望の位置および姿勢をロボットに教示するという方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９７８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方法では、教示者がロボットに外力を加えてロボットを動かしながら教示を行うため、教示者に負担がかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下により実現することが可能である。
【０００７】
本適用例の教示方法は、教示用冶具を撮像して撮像画像を取得し、
前記撮像画像に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記ロボットアームの位置および姿勢を変更し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする。
【０００８】
本適用例の教示方法は、教示用冶具の位置および姿勢を検出し、前記教示用冶具に設けられているセンサーが出力した情報に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記ロボットアームの位置および姿勢を変更し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする。
【０００９】
本適用例の教示方法は、教示用冶具を撮像して撮像画像を取得し、
前記撮像画像に基づいて、前記教示用冶具の位置および姿勢を検出し、
前記検出した結果に基づいて、前記教示用冶具と、ロボットが有するロボットアームの位置および姿勢に対応付けられた仮想ロボットアームの制御点と、の位置関係が維持されるように、前記仮想ロボットアームの位置および姿勢を変更して表示し、
前記ロボットの作動を制御する制御装置が教示信号を取得したときに前記仮想ロボットアームの位置および姿勢を教示情報として取得することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の教示方法の第１実施形態により教示が行われるロボットシステムの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の教示方法に用いられる教示用冶具の斜視図である。
【図４】図４は、図１に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、位置姿勢変更工程を行っている状態のロボットの斜視図である。
【図６】図６は、位置姿勢変更工程を行っている状態のロボットの斜視図である。
【図７】図７は、本発明の教示方法の第２実施形態により教示が行われるロボットシステムのブロック図である。
【図８】図８は、図７に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の教示方法の第３実施形態により教示が行われるロボットシステムのブロック図である。
【図１０】図１０は、図９に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は、表示部に表示されたシミュレーション動画を示す図である。
【図１２】図１２は、表示部に表示されたシミュレーション動画を示す図である。
【図１３】図１３は、表示部に表示されたシミュレーション動画を示す図である。
【図１４】図１４は、表示部に表示されたシミュレーション動画を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の教示方法に用いる教示用冶具の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の教示方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の教示方法の第１実施形態により教示が行われるロボットシステムの斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、本発明の教示方法に用いられる教示用冶具の斜視図である。図４は、図１に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。図５は、位置姿勢変更工程を行っている状態のロボットの斜視図である。図６は、位置姿勢変更工程を行っている状態のロボットの斜視図である。
【００１２】
なお、図１では、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）を図示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」と言う。また、Ｚ軸方向は「鉛直方向」と一致しており、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向は「水平方向」と一致している。また、Ｚ軸の＋（プラス）側を「上方」とし、Ｚ軸の−（マイナス）側を「下方」とする。
【００１３】
また、ロボットアーム１０の基台１１０側を基端側とも言い、ロボットアーム１０の基台１１０と反対側、すなわち、遠位側を先端側とも言う。
【００１４】
本発明の教示方法は、図１に示すように、ロボットアーム１０を有するロボット１と、制御装置５とを備えるロボットシステム１００に対し、撮像部６と、教示用冶具７と、操作部８と、を用いて、ロボットアーム１０の所定の位置および所定の姿勢の教示を行う教示方法である。
【００１５】
まず、ロボット１の構成について説明する。
ロボット１は、単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、その先端部にエンドエフェクター１７を装着することができる。なお、ロボット１は、図示の構成では、単腕型の多関節ロボットであるが、これに限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。
【００１６】
基台１１０は、ロボット１を任意の設置箇所に取り付ける部分である。本実施形態では、基台１１０は、例えば床等に設置されている。なお、基台１１０の設置箇所は、床等に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車上等であってもよい。
【００１７】
図１に示すように、ロボットアーム１０は、複数のアームであるアーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５およびアーム１６を有する。これらアーム１１〜アーム１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。また、アーム１６の先端面１６１の中心には、制御点が設定され、ロボット１には、この制御点を原点としたロボット座標系が設定されている。なお、制御点は、後述するエンドエフェクターの先端に設定されていてもよい。
【００１８】
アーム１１〜アーム１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。アーム１１は、第１軸Ｏ１回りに回動可能になっており、アーム１２は、第２軸Ｏ２回りに回動可能になっており、アーム１３は、第３軸Ｏ３回りに回動可能になっており、アーム１４は、第４軸Ｏ４回りに回動可能になっており、アーム１５は、第５軸Ｏ５回りに回動可能になっており、アーム１６は、第６軸Ｏ６回りに回動可能になっている。
【００１９】
また、図１に示すように、ロボットアーム１０の先端、すなわち、アーム１６の先端には、エンドエフェクター１７を取り付けることができる。取り付けるための機構は、ロボットアーム１０に設けられていてもよく、エンドエフェクター１７に設けられていてもよく、これらの双方に設けられていてもよい。エンドエフェクター１７は、図示の構成では、２本の指を有し、これらを接近離間させて作業対象物や工具を把持したり、把持の解除を行ったりするものである。なお、エンドエフェクター１７の構成は、上記のものに限定されず、３本以上の指を有する構成や、吸引により把持を行う構成であってもよい。
【００２０】
また、アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力検出部１２０がこれらに対して着脱可能に設けられている。力検出部１２０は、エンドエフェクター１７に加わる力を検出する。なお、この力には、モーメントも含まれる。力検出部１２０は、例えば、６軸力覚センサーや３軸力覚センサー等で構成されている。また、力検出部１２０は、検出した力検出情報を制御装置５へ出力する。
【００２１】
また、図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０を駆動する駆動部２を有する。駆動部２は、一方のアームを他方のアームまたは基台１１０に対して回動させる機能を有し、本実施形態では、アーム１１〜アーム１６のそれぞれに６つ設けられている。これにより、アーム１１〜アーム１６の各々が隣り合うアームまたは基台１１０に対して回転駆動することができる。
【００２２】
各駆動部２は、同様の構成であるため、１つの駆動部２を代表的に説明する。駆動部２は、モーター２１と、減速機２２と、位置検出部２３と、を有する。モーター２１としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。このようなモーター２１は、図示しないモータードライバーを介して制御装置５と電気的に接続されており、制御装置５によって通電条件が制御されることで作動が制御される。
【００２３】
減速機２２は、モーター２１の回転速度を減速して隣り合うアームに伝達する機能を有する。減速機２２としては、遊星ギア、波動歯車装置等を用いることができる。
【００２４】
位置検出部２３は、例えば、ロータリーエンコーダーで構成され、制御装置５と電気的に接続されている。位置検出部２３から出力された位置情報に関する情報は、制御装置５に送信される。そして、制御装置５は、この位置情報に基づいて、アーム１１〜アーム１６の作動の制御、すなわち、姿勢の制御を行う。
【００２５】
次に、制御装置５について説明する。
図１に示すように、制御装置５は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、ロボット１に対して通信可能に接続されている。なお、ロボット１と制御装置５との通信は、それぞれ、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。また、図示の構成では、制御装置５は、ロボット１とは異なる位置、すなわち、離れた位置に配置されているが、ロボット１に内蔵されていてもよい。
【００２６】
図２に示すように、制御装置５は、プロセッサーを備える制御部５１と、メモリー等を備える記憶部５２と、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備える取得部としての外部入出力部５３と、を含む。制御装置５の各構成要素は、種々のバスを介して相互通信可能に接続されている。
【００２７】
制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを備え、記憶部５２に記憶された各種プログラム等を実行する。これにより、ロボット１の駆動の制御や各種演算および判断等の処理を実現できる。また、制御部５１は、記憶部５２に記憶されているプログラムに基づいて、本発明の教示方法を行う。このことについては、後に詳述する。
【００２８】
記憶部５２には、制御部５１により実行可能な各種プログラム、制御動作中に用いる基準データ、閾値、検量線等が記憶されている。なお、各種プログラムには、本発明の教示方法を実行するためのプログラムが含まれている。また、記憶部５２には、外部入出力部５３で受け付けた各種データの記憶が可能である。記憶部５２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。なお、記憶部５２は、非着脱式に限らず、着脱式の外部記憶装置を有する構成であってもよい。また、記憶部５２は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して別の場所に設置されていてもよい。
【００２９】
外部入出力部５３は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を備え、ロボット１、表示装置および入力装置等の各接続のために用いられる。この外部入出力部５３は、後述する操作部８からの教示信号を受信、すなわち、取得する取得部として機能する。ここで、「教示信号」は、後述する操作部８が操作された際、具体的には、操作部８のボタン８１が教示者によって操作された際に、操作部８から送信される信号、すなわち、タイミング信号のことである。教示者が任意のタイミングで操作部８を操作し、外部入出力部５３が操作部８からの信号を取得したときのロボットアーム１０の位置および姿勢が教示情報として記憶部５２に記憶されることにより教示が行われる。
【００３０】
なお、「ロボットアーム１０の位置および姿勢」のうちの、「位置」は、ロボットアーム１０の制御点のロボット座標系における座標のことを言い、「姿勢」は、アーム１１〜アーム１６の姿勢のことを言う。アーム１１〜アーム１６のそれぞれに内蔵された位置検出部からの出力結果に基づいて、アーム１１〜アーム１６の姿勢を認識することができる。また、アーム１１〜アーム１６の姿勢からロボットアーム１０の制御点のロボット座標における座標を特定することができる。記憶部５２には、これらの関係性を示す検量線が記憶されている。
【００３１】
外部入出力部５３が教示信号を取得すると、制御部５１が各位置検出部２３の検出結果と、前記検量線とに基づいて、そのときの制御点の位置を特定し、その位置、すなわち、座標が教示点とする。この教示点の情報は、記憶部５２に記憶され、ロボット１によって行われる作業に使用される。
【００３２】
なお、制御装置５は、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部５２に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部５２に記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納されており、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。
【００３３】
次に、撮像部６について説明する。
図１に示すように、撮像部６は、ロボット１の前方に設置され、ロボット１およびロボット１の前方、すなわち、作業領域を撮像するものである。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等を用いることができる。この撮像部６は、制御装置５と電気的に接続されており、撮像部６が取得した撮像画像のデータは、制御装置５に送信される。なお、撮像部６は、ＣＣＤカメラに限定されず、分光カメラであってもよい。この場合、分光データ、すなわち、分光スペクトルが制御装置５に送信される。
【００３４】
また、撮像部６が出力する画像には、画像座標系が設定されている。前述したロボット座標系と、画像座標系とは、それぞれが対応付けられた状態、すなわち、キャリブレーションが済んでいる状態である。このため、撮像部６が撮像した画像における任意の座標を、ロボット座標系で特定することができる。よって、後述するように、撮像部６が撮像した撮像画像内の教示用冶具７の位置を、ロボット座標系で特定することができる。
【００３５】
図３に示すように、教示用冶具７は、本発明の教示方法に用いられるものであり、教示を行う際に、教示者に保持されるものである。また、この教示用冶具７は、撮像部６によって撮像され、その撮像画像において制御装置５により位置および姿勢が特定される。
【００３６】
教示用冶具７は、多面体、すなわち、６面体で構成されている。本実施形態では、教示用冶具７は、面７１、面７２、面７３、面７４、面７５および面７６を有する立方体で構成されている。面７１および面７２が平行であり、面７３および面７４が平行であり、面７５および面７６が平行な向きとなっている。面７１、面７２、面７３、面７４、面７５および面７６のうち、任意の面を第１の面、第１の面とは異なる任意の面を第２の面とも呼ぶ。
【００３７】
また、教示用冶具７は、面７１に設けられたマーカー７１１と、面７２に設けられたマーカー７２１と、面７３に設けられたマーカー７３１と、面７４に設けられたマーカー７４１と、面７５に設けられたマーカー７５１と、面７６に設けられたマーカー７６１と、を有する。
【００３８】
マーカー７１１、マーカー７２１、マーカー７３１、マーカー７４１、マーカー７５１およびマーカー７６１は、色、模様および形状の少なくとも１つが互いに異なっている。また、制御装置５の記憶部５２には、どの面にどのマーカーが付されているかが記憶されている。これにより、制御装置５が撮像画像において教示用冶具７の位置および姿勢を特定することができる。
【００３９】
本実施形態では、マーカー７１１は、人の顔を表す形をなしている。マーカー７２１は、ハートの形をなしている。マーカー７３１は、雷を表す形をなしている。マーカー７４１は、三日月を表す形を成している。マーカー７５１は、リングの内側に直線が記された形をなしている。マーカー７６１は、太陽を表す形をなしている。なお、図示の構成は、一例であり、図示の構成に限定されず、他のマーカーと区別がつけばいかなる形、色、模様であってもよい。
【００４０】
このような教示用冶具７は、前述したように教示者に保持された状態で、撮像部６によって撮像され、その撮像画像において、制御部５１が、マーカー７１１〜マーカー７６１のうちの１〜３個のマーカーを認識、特定することにより、教示用冶具７の位置および姿勢を特定することができる。すなわち、マーカー７１１〜マーカー７６１が付された面７１〜面７６は、教示用冶具７の位置および姿勢を検出するための検出面として機能する。そして、これらマーカー７１１〜マーカー７６１の色、模様および形状の少なくとも１つが互いに異なることにより、撮像画像において、制御部５１がマーカー７１１〜マーカー７６１を識別することができる。
【００４１】
このように、教示用冶具７は、６つの面７１〜面７６を有し、面７１〜面７６は、互いに異なるマーカー７１１〜マーカー７６１を有する。すなわち、教示用冶具７は、第１の面と第２の面とを有し、第１の面に配置されているマーカーと、第２の面に配置されているマーカーとは、異なっている。これにより、教示用冶具７の位置および姿勢を検出することができる。
【００４２】
また、ロボットシステム１００では、教示者が教示用冶具７を移動させて、所望の位置に動かすと、ロボットアーム１０が姿勢を変更し、教示用冶具７に追従して移動するよう構成されている。具体的には、制御部５１は、例えば、面７１にロボットアーム１０の先端、すなわち、アーム１６の先端面１６１が面７１に対し密着または一定の距離離間したまま、面７１とアーム１６の先端面１６１が平行な状態を維持するようにロボットアーム１０を駆動する。これにより、教示者は、教示用冶具７を動かすという簡単な方法で、ロボットアーム１０に触れることなく、ロボットアーム１０の位置および姿勢に変更させることができる。
【００４３】
例えば、図５に示す状態から教示用冶具７を鉛直上方に回転させながら持ち上げると、図６に示すように、アーム１６の先端面１６１が、教示用冶具７の面７１に対して平行でかつ指定された距離を保つようにロボットアーム１０の位置および姿勢が変更される。
【００４４】
なお、このロボットアーム１０の位置および姿勢を変更する際、撮像部６は、常に撮像して動画として撮像画像を制御装置５に送信してもよく、連続して静止画を撮像し、複数の撮像画像を制御装置５に送信してもよい。
【００４５】
また、予め、面７１〜面７６のどの面に先端面１６１を追従させるかを設定することができる。また、設定した面と先端面１６１との離間距離も設定することができる。これらの設定は、例えば、図示しない入力装置を用いて制御装置５に対して情報を入力することにより行うことができる。
【００４６】
そして、教示者は、ロボットアーム１０の位置および姿勢が所望のものとなったとき、操作部８を操作する。この操作がトリガーとなり、このときのロボットアーム１０の位置および姿勢が記憶部５２に記憶される。すなわち、教示が行われる。
【００４７】
次に、操作部８について説明する。
図３に示す操作部８は、教示者によって操作されることにより制御装置５に教示信号を送信するものである。教示信号を受信した制御装置５は、そのときの制御点の位置および各位置検出部２３の位置情報に基づいてロボットアーム１０の位置および姿勢の情報を記憶部５２に記憶して教示が完了する。
【００４８】
図３に示すように、操作部８は、本実施形態では、教示用冶具７に設けられている。操作部８は、面７５に設けられたボタン８１と、教示用冶具７内に内蔵された通信部８２とを有する。ボタン８１は、例えばメカニカルボタンで構成されている。このボタン８１が教示者によって押されることにより、通信部８２が教示信号を制御装置５の外部入出力部５３に送信する。
【００４９】
このように、操作部８は、教示用冶具７に設けられている。これにより、教示者が教示用冶具７を動かした後に、円滑にボタン８１を押すことができる。よって、後述する位置姿勢変更工程から教示情報取得工程に円滑かつ迅速に移行することができる。
【００５０】
なお、ボタン８１は、メカニカルボタンに限定されず、スイッチ機構や、感圧式または静電式の接触式のボタンであってもよい。
【００５１】
また、操作部８は、教示用冶具７とは異なる位置に設けられていてもよい。この場合、例えば、操作部８は、例えば、フットスイッチ等を用いることができる。また、操作部８は、制御装置５や基台１１０に設けられていてもよい。
【００５２】
また、面７５には、ロボット１の作動を停止させる非常停止操作部としての非常停止ボタン８３と、非常停止状態を解除する動作許可操作部としての動作許可ボタン８４とが設けられている。非常停止ボタン８３を押すことにより、ロボット１の作動を停止させる非常停止信号が通信部８２から制御装置５に送信される。これにより、ロボット１を教示中に非常停止させることができる。また、非常停止状態から動作許可ボタン８４を押すことにより、非常停止状態を解除する動作許可信号が通信部８２から制御装置５に送信される。このような非常停止ボタン８３および動作許可ボタン８４を有することにより、安全性を高めることができるとともに、円滑に教示を再開することができる。
【００５３】
次に、報知部９について説明する。
報知部９は、後述する報知工程を行うものであり、本実施形態では、教示用冶具７に設けられている。報知部９は、例えば、振動素子を有し、制御装置５から教示が完了した旨の情報を含む信号が通信部８２に送信されると振動する。これにより、教示用冶具７を保持している教示者の手に振動が伝達されて教示が完了したことを認識することができる。
【００５４】
なお、報知部９の構成は、上記に限定されず、例えば、音により報知を行う構成や、ランプまたは表示部等に表示することにより報知を行う構成であってもよい。また、報知部９は、教示用冶具７以外の場所に設けられていてもよい。
【００５５】
次に、制御装置５が行う制御動作、すなわち、本発明の教示方法について図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００５６】
まず、ロボット１および撮像部６を図１に示すような位置に配置する。すなわち、ロボットアーム１０の作業範囲を撮像部６が撮像できるような配置とする。そして、教示者が教示用冶具７を撮像部６の写野内で保持した状態で、以下のステップを開始する。
【００５７】
まず、ステップＳ１０１において、撮像画像を取得する。すなわち、撮像部６がロボット１の作業範囲内の教示用冶具７を撮像した撮像画像を取得する。このステップＳ１０１が撮像工程である。この撮像画像は、前述したように、複数の静止画であってもよく、動画であってもよい。
【００５８】
次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で取得した撮像画像に基づいて、教示用冶具７の位置および姿勢を検出する。本実施形態では、図３に示すように、教示用冶具７のマーカー７１１〜マーカー７６１の少なくとも１つを撮像画像において特定することにより、教示用冶具７の位置および姿勢を特定、すなわち、検出することができる。また、画像における面７１〜面７６の見え方、例えば、面積等に基づいて姿勢を推定することにより、より正確な検出を行うことができる。
【００５９】
また、ステップＳ１０２で検出された教示用冶具７の位置および姿勢の情報は、随時、記憶部５２に記憶される。教示用冶具７の位置および姿勢の情報は、例えば、教示用冶具７の角部や各面の中心等の任意の部位の座標がロボット座標系に変換されて記憶される。このステップＳ１０２が検出工程である。
【００６０】
次いで、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で検出した検出結果、すなわち、記憶されたロボット座標系における座標に基づいて、ロボットアーム１０の位置および姿勢を変更する。例えば、面７１にロボットアーム１０の先端、すなわち、アーム１６の先端面１６１が面７１に対し密着または一定の距離離間したまま、面７１とアーム１６の先端面１６１が平行な状態を維持するようにアーム１１〜アーム１６を駆動する。
【００６１】
このステップＳ１０３が位置姿勢変更工程である。このようなステップＳ１０１〜ステップＳ１０３を経ることにより、教示者が教示用冶具７を移動させて、所望の位置に動かすと、教示用冶具７の位置および姿勢が変更された場合、教示用冶具７の位置と姿勢の変更に応じて、教示用冶具７とロボットアーム１０の制御点との位置関係が維持されるようにロボットアームの位置および姿勢が変更される。ここで言う位置関係とは、教示用冶具７とロボットアーム１０の制御点との、位置の関係と姿勢の関係の両方を含む表現である。
【００６２】
そのため、教示者が教示用冶具７を保持して移動させるという簡単な方法により、ロボットアーム１０に外力を加えることなくロボットアーム１０の位置および姿勢を変更することができる。また、教示者は、ロボットアーム１０の位置および姿勢を目視で確認しながら、ロボットアーム１０が所望の位置および姿勢になったときに、操作部８のボタン８１を押す。
【００６３】
ステップＳ１０４において、教示信号を取得したか否か、すなわち、ボタン８１が押されて通信部８２から教示信号を受信したか否かを判断する。なお、教示信号を取得していないと判断した場合、ステップＳ１０２に戻り、以降のステップが繰り返される。すなわち、教示信号を取得するまでロボットアーム１０が教示用冶具７に追従して駆動する。
【００６４】
ステップＳ１０４において、教示信号を取得したと判断した場合、ステップＳ１０５において、ロボットアーム１０の位置および姿勢を記憶する。すなわち、前述したように、教示信号を取得したときの、各位置検出部２３の検出結果と、前記検量線とに基づいて、そのときの制御点の位置をロボット座標で特定し、その座標を教示点として記憶部５２に記憶するとともに、そのときの各位置検出部２３からの位置情報、すなわち、アーム１１〜アーム１６の姿勢を記憶部５２に記憶する。これらの教示点およびアーム１１〜アーム１６の姿勢が教示情報である。また、教示情報を取得したと判断した場合、教示情報取得工程が行われたこととなる。
【００６５】
このように、教示情報取得工程は、操作されることにより制御装置５に教示信号を送信する操作部８を用いて行われる。すなわち、教示情報の取得は、操作されることにより制御装置５に教示信号を送信する操作部８を用いて行われる。これにより、教示者が所望のタイミングで教示情報を制御装置５に送信することができる。
【００６６】
そして、ステップＳ１０６において、報知部９を作動させて教示が完了したことを報知する。このステップＳ１０６が報知工程である。このように、本発明の教示方法は、教示が完了したことを報知する報知工程を有し、報知工程は、教示用冶具７に設けられた報知部９により行われる。すなわち、教示用冶具７に設けられた報知部９により、教示が完了したことを報知する。これにより、教示者は、教示が完了したことを認識することができる。
【００６７】
そして、ステップＳ１０７において、全ての教示が完了したか否かを判断する。この判断は、教示者から完了指示が制御装置５に入力されたか否かに基づいて行われる。例えば、教示点が複数ある場合には、完了指示の入力はないため、ステップＳ１０２に戻り、以降のステップを順次繰り返す。
【００６８】
なお、完了指示の入力は、その旨を入力するボタンを教示用冶具７または制御装置５に設け、このボタンの操作により行われる構成であってもよい。
【００６９】
以上説明したように、本発明の教示方法は、教示用冶具７を撮像して撮像画像を取得し、撮像画像に基づいて、教示用冶具７の位置および姿勢を検出し、検出した結果に基づいて、教示用冶具７と、ロボット１が有するロボットアーム１０の制御点と、の位置関係が維持されるように、ロボットアーム１０の位置および姿勢を変更し、ロボット１の作動を制御する制御装置５が教示信号を取得したときにロボットアーム１０の位置および姿勢を教示情報として取得する。このような本発明によれば、教示者がロボットアーム１０に外力を付与しなくても教示を行うことができるため、教示者の負担を軽減することができる。
【００７０】
なお、本実施形態の場合、ステップＳ１０２において、教示用冶具７の初期位置および初期姿勢は、撮像部６の撮像画像に基づいて検出される構成であったが、教示者が、制御装置５に対して、直接、教示用冶具７の初期位置および初期姿勢を入力する構成であってもよい。
【００７１】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の教示方法の第２実施形態により教示が行われるロボットシステムのブロック図である。図８は、図７に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【００７２】
本実施形態は、撮像部を省略し、センサーを用いること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００７３】
図７に示すように、本実施形態では、センサーとしての慣性センサー８５を用いる。慣性センサー８５は、図示はしないが、教示用冶具７に内蔵されている。教示者が教示用冶具７を動かすと、その情報が制御装置５に送信される。この送信は、通信部８２によって行われていてもよく、別途通信部を設けて行われる構成であってもよい。
【００７４】
慣性センサー８５が出力した情報、すなわち、教示用冶具７の変位量および変位方向と、教示用冶具７の位置および姿勢との関係性に基づいて、制御装置５は、教示用冶具７の位置および姿勢を検出することができる。関係性とは、例えば、予め記憶部５２に記憶されている検量線等のことである。なお、教示用冶具７の初期位置および初期姿勢は、教示者が、制御装置５に対して直接入力する。
【００７５】
次に、制御装置５が行う制御動作、すなわち、本発明の教示方法について図８に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以下で説明する教示方法は、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０７は、第１実施形態で述べたステップＳ１０３〜ステップＳ１０７と同様であるため、以下ではステップＳ２０１およびステップＳ２０２のみを説明する。
【００７６】
まず、教示者が教示用冶具７の初期位置および初期姿勢を制御装置５に対して直接入力する。この入力は、図示しない入力装置を用いて行われる。そして、教示者が教示用冶具７を保持して動かす。
【００７７】
ステップＳ２０１において、慣性センサー８５からの情報を取得する。
次いで、ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で取得した情報に基づいて教示用冶具の位置および姿勢を検出する。この検出は、前述した検量線と、教示用冶具７の初期位置および初期姿勢とに基づいて行われる。
次いで、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０７を経て、すなわち、位置姿勢変更工程、教示情報取得工程および報知工程を経て、教示が完了する。
【００７８】
このように、本発明の教示方法は、教示用冶具７の位置および姿勢を検出し、教示用冶具７に設けられているセンサーである慣性センサー８５が出力した情報に基づいて、教示用冶具７の位置および姿勢を検出し、検出した結果に基づいて、教示用冶具７と、ロボット１が有するロボットアーム１０の制御点と、の位置関係が維持されるように、ロボットアーム１０の位置および姿勢を変更し、ロボット１の作動を制御する制御装置５が教示信号を取得したときにロボットアーム１０の位置および姿勢を教示情報として取得する。このような本発明によれば、教示者がロボットアーム１０に外力を付与しなくても教示を行うことができるため、教示者の負担を軽減することができる。
【００７９】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の教示方法の第３実施形態により教示が行われるロボットシステムのブロック図である。図１０は、図９に示すロボットシステムの制御動作を説明するためのフローチャートである。図１１〜図１４は、表示部に表示されたシミュレーション動画を示す図である。図１１〜図１４では、ロボット座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の図示を省略しているが、これら３軸が表示されていてもよい。
【００８０】
以下、第３実施形態について説明する。
図９に示すように、本実施形態では、慣性センサー８５、撮像部６、表示部２０および図１に示す教示用冶具７を用いて教示を行う。慣性センサー８５は、図示はしないが、教示用冶具７に内蔵されている。
【００８１】
表示部２０は、後述するシミュレーション動画を表示する表示画面２０１を有する。なお、表示部２０は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、空中結像装置、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ等、教示者に表示を行うことができる構成であれば、いかなる構成であってもよいが、これらのなかでもヘッドマウントディスプレイに代表されるウェアラブルデバイスであることが好ましい。
【００８２】
また、本実施形態では、制御部５１は、撮像部６の撮像画像、または、慣性センサー８５からの情報に基づいてシミュレーション動画を生成し、表示部２０に表示する。このシミュレーション動画では、ロボット１と対応付けられた仮想ロボット１Ａおよび教示用冶具７と対応付けられらた仮想教示用冶具７Ｂが表示される。また、制御部５１は、その他、後述するような各種ステップを実行する。
【００８３】
次に、制御装置５が行う制御動作、すなわち、本発明の教示方法について図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００８４】
まず、ロボット１および撮像部６を図１に示すような位置に配置する。すなわち、ロボットアーム１０の作業範囲を撮像部６が撮像できるような配置とする。そして、教示者が教示用冶具７を撮像部６の写野内で保持した状態で、以下のステップを開始する。
【００８５】
まず、ステップＳ３０１において、撮像画像を取得する。すなわち、撮像部６がロボット１の作業範囲内の教示用冶具７を撮像した撮像画像を取得する。このステップＳ３０１が撮像工程である。この撮像画像は、前述したように、複数の静止画であってもよく、動画であってもよい。
【００８６】
次いで、ステップＳ３０２において、教示用冶具７のマーカーが認識できたか否かを判断する。認識ができたと判断した場合、ステップＳ３０３において、ステップＳ３０１で取得した撮像画像に基づいて、教示用冶具７の位置および姿勢を検出する。このステップＳ３０３は、検出工程であり、前記第１実施形態のステップＳ１０２と同様である。
【００８７】
なお、ステップＳ３０３において、教示用冶具７のマーカーを認識できなかったと判断した場合、ステップＳ３０４において、慣性センサー８５からの情報を取得する。このステップＳ３０４は、前述した第２実施形態のステップＳ２０１と同様である。
【００８８】
そして、ステップＳ３０５では、教示用冶具７のマーカーの認識ができた場合、撮像画像に基づいて検出した教示用冶具７の位置および姿勢を採用し、教示用冶具７のマーカーの認識ができなかった場合、慣性センサー８５からの情報に基づいて検出した教示用冶具７の位置および姿勢を採用する。
【００８９】
次いで、ステップＳ３０６では、アーム１６の先端面１６１が、現状の位置および姿勢の教示用冶具７に追従するためのロボットアーム１０の位置および姿勢を算出する。
【００９０】
次いで、ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６で検出したロボットアーム１０の位置および姿勢が、ロボットアーム１０の可動範囲内に位置しているか否かを判断する。なお、ロボットアーム１０の可動範囲は、例えばロボット座標系の座標として、記憶部５２に記憶されている。
【００９１】
ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６で検出したロボットアーム１０の位置および姿勢が、ロボットアーム１０の可動範囲内に位置していると判断した場合、ステップＳ３０８において、検出したロボットアーム１０の位置および姿勢を仮想ロボット１Ａの位置および姿勢の情報に変換する。すなわち、シミュレーション動画における仮想ロボット１Ａの仮想ロボットアーム１０Ａの位置および姿勢を算出する。そして、ステップＳ３０９において、ステップＳ３０８で算出した仮想ロボットアーム１０Ａの位置および姿勢に更新した仮想ロボットアーム１０Ａを表示する（例えば、図１１および図１２参照）。このステップＳ３０９が表示工程である。
【００９２】
なお、ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６で検出したロボットアーム１０の位置および姿勢が、ロボットアーム１０の可動範囲内に位置していないと判断した場合、ステップＳ３１０において、仮想ロボットアーム１０Ａの位置および姿勢を更新せずに表示する。この際、図１３に示すように、仮想ロボットアーム１０Ａの色を変化させたり、点滅させたりして、ステップＳ３０６で検出したロボットアーム１０の位置および姿勢が、ロボットアーム１０の可動範囲内に位置していない旨を報知する。なお、教示者が教示用冶具７を移動させてロボット１の可動範囲内に移動した場合、仮想ロボットアーム１０Ａの色を元に戻す。
【００９３】
そして、ステップＳ３１１、ステップＳ３１２およびステップＳ３１３を順次行う。なお、ステップＳ３１１、ステップＳ３１２およびステップＳ３１３は、第１実施形態で説明したステップＳ１０４〜ステップＳ１０７とほぼ同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００９４】
また、撮像部６が取得した画像において、障害物が写っており、ステップＳ３０６で検出したロボットアーム１０の位置および姿勢でロボット１を駆動させるとロボット１と障害物が接触する場合、図１４に示すように、仮想ロボットアーム１０Ａの色を変化させたり、点滅させたりして、ロボット１と障害物が接触する旨を報知することが好ましい。
【００９５】
以上説明したように、本発明の教示方法は、教示用冶具７を撮像して撮像画像を取得し、撮像画像に基づいて、教示用冶具７の位置および姿勢を検出し、検出した結果に基づいて、教示用冶具７と、ロボット１が有するロボットアーム１０の位置および姿勢に対応付けられた仮想ロボットアーム１０Ａの制御点と、の位置関係が維持されるように、仮想ロボットアーム１０Ａの位置および姿勢を変更して表示し、ロボット１の作動を制御する制御装置５が教示信号を取得したときに仮想ロボットアーム１０Ａの位置および姿勢を教示情報として取得する。このような本発明によれば、教示者がロボットアーム１０に外力を付与しなくても教示を行うことができるため、教示者の負担を軽減することができる。また、実際にロボット１を動かさなくても教示が行えるため、さらに安全性を高めることができる。
【００９６】
＜教示用冶具の変形例＞
図１５は、本発明の教示方法に用いる教示用冶具の変形例を示す斜視図である。
図１５に示すように、教示用冶具７Ａは、手袋で構成されている。すなわち、第１の指に装着される第１装着部７１Ａと、第２の指に装着される第２装着部７２Ａと、第３の指に装着される第３装着部７３Ａと、第４の指に装着される第４装着部７４Ａと、第５の指に装着される第５装着部７５Ａと、を有する。第１の指は、親指であり、第２の指は、人差し指であり、第３の指は、中指であり、第４の指は、薬指であり、第５の指は、小指である。
【００９７】
また、第１装着部７１Ａの外側の先端部には、マーカー７１１Ａが設けられており、第２装着部７２Ａの外側の先端部には、マーカー７２１Ａが設けられており、第３装着部７３Ａの外側の先端部には、マーカー７３１Ａが設けられている。マーカー７１１Ａ、マーカー７２１Ａおよびマーカー７３１Ａは、本実施形態では、着色部で構成されており、互いに色が異なっている。
【００９８】
このような教示用冶具７Ａを教示者が手に装着することにより、撮像工程で取得した撮像画像に基づいて教示用冶具７Ａの位置および姿勢を検出することができる。また、例えば、図１５に示すように、第１の指〜第３の指が互いに交わる方向、すなわち、異なる方向になる状態で各指を固定しておくことにより、正確な教示を行うことができる。
【００９９】
また、例えば、マーカー７１１Ａ、マーカー７２１Ａおよびマーカー７３１Ａを含む平面を基準として位置姿勢変更工程を行うことができる。このような教示用冶具７Ａを用いた場合であっても、前記第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。なお、教示用冶具７Ａを用いる場合、操作部は、別途設けられている。
【０１００】
また、図示の構成に限定されず、第４装着部７４Ａおよび第５装着部７５Ａにもマーカーが設けられていてもよい。この場合、第１装着部７１Ａ〜第５装着部７５Ａの色、模様および形状の少なくとも１つが互いに異なっていることが好ましい。
【０１０１】
また、図示の構成は、一例であり、図示の構成に限定されず、他のマーカーと区別がつけば、形、模様が異なるマーカーであってもよい。
【０１０２】
このように、教示用冶具７Ａは、教示者の第１の指に装着される第１装着部７１Ａと、教示者の第２の指に装着される第２装着部７２Ａと、教示者の第３の指に装着される第３装着部７３Ａとを有し、第１装着部７１Ａ、第２装着部７２Ａおよび第３装着部７３Ａは、色、模様または形状が互いに異なるマーカーを有する。これにより、検出工程において、教示用冶具７Ａの位置および姿勢を検出することができる。また、片手で行うことができるため、教示をより簡単に行うことができる。
【０１０３】
以上、本発明の教示方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各工程は、同様の機能を有する任意の工程のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【０１０４】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットシステムが有するロボットとして、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットを例示したが、当該ロボットは、例えば、スカラロボット等の他のロボットであってもよい。また、当該ロボットは、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット等の他のロボットであってもよい。したがって、可動部の数は、１つに限定されず、２つ以上であってもよい。また、可動部が備えるロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態では、６つであるが、１〜５つまたは７つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１００…ロボットシステム、１…ロボット、１Ａ…仮想ロボット、１０…ロボットアーム、１０Ａ…仮想ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１６１…先端面、１７…エンドエフェクター、１１０…基台、１２０…力検出部、２…駆動部、２１…モーター、２２…減速機、２３…位置検出部、５…制御装置、５１…制御部、５２…記憶部、５３…外部入出力部、６…撮像部、７…教示用冶具、７Ａ…教示用冶具、７Ｂ…仮想教示用冶具、７１…面、７１Ａ…第１装着部、７１１…マーカー、７１１Ａ…マーカー、７２…面、７２Ａ…第２装着部、７２１…マーカー、７２１Ａ…マーカー、７３…面、７３Ａ…第３装着部、７３１…マーカー、７３１Ａ…マーカー、７４…面、７４Ａ…第４装着部、７４１…マーカー、７５…面、７５Ａ…第５装着部、７６…面、７５１…マーカー、７６１…マーカー、８…操作部、８１…ボタン、８２…通信部、８３…非常停止ボタン、８４…動作許可ボタン、８５…慣性センサー、９…報知部、２０…表示部、２０１…表示画面、O１…第１軸、O２…第２軸、O３…第３軸、O４…第４軸、O５…第５軸、O６…第６軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020196060.tif 000014
【図１３】
2020196060.tif 000015
【図１４】
2020196060.tif 000016
【図１５】
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