(57)【要約】      （修正有）【課題】キーボードまたはジョイスティックによるプログラミングによらず、簡単に短時間でティーチング可能な方法を提供する。【解決手段】少なくとも一つの可動の関節式アーム１４を有する産業用ロボットのための、運動プロセスをティーチングする方法であって、以下のステップに基づいて行う。１．関節式アーム１４の先端手首に測定システム２２の取り付け。２．関節式アーム１４の自由端にエンドエフェクタ２０であるハンドリング器具２８の取り付け。３．オペレータによる前記ハンドリング器具２８の手動操作。４．測定システム２２によりハンドリング器具２８の位置を検知。５．検知された位置を６次元で座標データへ変換。６．ロボットコントローラに座標データを記憶。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンド（１２）及び少なくとも一つの可動の関節式アーム（１４）を有する産業用ロボット（１０）のための運動プロセスのティーチング（“ティーチ・イン”）のための方法であって、以下のステップを有することを特徴とする方法：
（ａ）  関節式アーム（１４）の自由端での、測定ヘッドへの測定システム（２２）の取り付け；
（ｂ）  関節式アーム（１４）の自由端での、エンドエフェクタ（２０）へのハンドリング器具（２８）の取り付け、この自由端に前記測定システム（２２）が設けられている；
（ｃ）  ロボット（１０）に意図された運動プロセスをティーチングするための、オペレータによる前記ハンドリング器具（２８）の手動操作；
（ｄ）  前記測定ヘッドを備えた測定システム（２２）による、関節式アーム（１４）の自由端に配置された前記ハンドリング器具（２８）の各位置の検知；
（ｅ）  検知された位置の座標データへの変換；
（ｆ）  検知された座標データのモニタリング及びコントロール・システムへの伝送；
（ｇ）  伝送された座標データのモニタリング及びコントロール・システムの中での貯蔵；
（ｈ）  貯えられた座標データのモニタリング及びコントロール・システムによる評価；及び、
（ｉ）  評価されたデータの、ロボット（１０）のための運動プログラムとしての貯蔵。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の産業用ロボット（１０）のための運動プロセスのティーチング（“ティーチ・イン”）のための方法：
前記測定システム（２２）により検知され且つ変換された座標データの、モニタリング及びコントロール・システムへの伝送の代わりに、座標データが先ず最初に前記測定システム（２２）の中に貯えられ；
次に、座標データが読み出されて、モニタリング及びコントロール・システムに伝送され、そこで、座標データが評価されて、ロボット（１０）をコントロールするための運動プログラムとして貯えられる。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の方法：
個々の測定値の破損を防止するように、前記測定システム（２２）により検知された測定変数が、保護された状態で伝送される。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載の方法：
前記ハンドリング器具（２８）の個々の位置が、検知される。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載の方法：
完全な経路の座標データが検知される。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載の方法：
ティーチングが、いわゆるツー・ハンデッド・コントロールにより実施される。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載の方法：
座標データが六次元で検知される。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項６または７に記載の方法：
検知され且つ評価された座標データが、運動経路を経路の再現のための正確な運動プログラムに変換するために、プログラマーにより使用される。
【請求項９】
産業用ロボット（１０）であって、
スタンド（１２）、及び少なくとも一つの可動の関節式アーム（１４）を有し、この可動関節式アームの自由端に、例えばツールまたは何か他の器具のような、エンドエフェクタ（２０）の着脱可能な接続のための接続手段（１８）が設けられた、産業用ロボットにおいて：
測定ヘッドを有する測定システム（２２）が、産業用ロボット（１０）の自由端に配置されて、前記エンドエフェクタ（２０）の個々の位置及び向きを自動的に決定し、これをモニタリング及びコントロール・ユニットに伝送すること；
更にまた、ハンドリング器具（２８）がその上に配置され、ロボットのための（１０）及び関節式アーム（１４）のための運動プロセスをティーチングするために使用され、且つこの目的のために意図された人により手動でガイドされること；
を特徴とする産業用ロボット。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載の産業用ロボット：
前記測定システム（２２）は、関節式アーム（１４）の自由端に、保護された状態で配置されている。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項９または１０に記載の産業用ロボット：
前記測定システム（２２）は、リジッドなハウジング（２４）の中に収容され、ロボット（１０）の関節式アーム（１４）の中に保護された状態で配置された伝送ラインを介して、前記モニタリング及びコントロール・システムと通信する。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項９から１１の何れか１項に記載の産業用ロボット：
プラグおよび／またはラッチング接続が、前記ハウジング（２４）の中の測定システム（２２）のための保護手段として、設けられている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項９から１１の何れか１項に記載の産業用ロボット：
圧力嵌め接続が、前記ハウジング（２４）の中の測定システム（２２）のための保護手段として設けられている。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載の産業用ロボット：
スプリング・システムが設けられ、前記ハウジング（２４）の中の測定システム（２２）のための保護手段を作動させる。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１３に記載の産業用ロボット：
作動レバーまたは旋回レバー（２６）が設けられ、前記ハウジング（２４）の中の測定システム（２２）のための保護手段を作動させる。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項９から１２の何れか１項に記載の産業用ロボット：
前記測定システム（２２）は、前記エンドエフェクタ（２０）を予め取り外す必要無く、取り外されることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンド及び少なくとも一つの可動の関節式アームを有する産業用ロボットのための運動プロセスのティーチングのための方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
オペレータにより取り扱われるコントローラまたは同様なデバイスが、通常、産業用ロボットを動かすために使用されている。ロボットの運動、例えば、一つの位置から他の位置への運動、または、規定された経路に沿っての運動は、この場合に、ジョイスティックにより開始され（このジョイスティックは、この目的のためにコントローラ上に設けられている）、または、キーボードにより作り出されたコマンドにより開始される。即ち、ロボットは、キーボードまたはジョイスティックからのコントロールされた変数に対応する運動コマンドに従う。コントローラとコントロール・システムの間の接続は、通常、恒久的であって、取り外されることがない。
【０００３】
経路を規定するために、ロボットまたはその関節式アームを一つの位置から他の位置へ動かすことが不可欠である。例えば、ツールを持ち上げるためなどの、位置のティーチングは、それがコンポーネントに損傷を与えることがないように、プログラマーに対して経験及び繊細な感覚を要求する。
【０００４】
しかしながら、キーボードまたはジョイスティックによるロボットの複雑な運動経路のプログラミングは、ときには、非常に長い時間が掛かる。その理由は、各経路のポイントが個々に規定されなければならず、また、運動経路の誤りまたはそれが間違った場合の損傷を避けるために、運動が、ジョイスティックにより、それぞれ、非常に注意深く且つ正確に実施されなければならないからである。
【発明の概要】
【０００５】
このような従来技術の背景に鑑み、本発明の一つの目的は、冒頭に述べたタイプの方法を規定することにあり、この方法は、過去の方法と比べて、よりシンプルな手順を可能にする。本発明の更なる目的は、この方法を実施するための装置を規定することにあり、この装置は、可能な限りシンプルなハンドリングを可能にする。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１及び請求項９の特徴により実現される。
【０００７】
従って、本発明に基づく方法は、マニュアル・ティーチング・プロセスとして使用されることが意図されていて、それによれば、ロボットが手でガイドされ、そして、それぞれ到達した経路ポイントが電子的に貯えられる。それは、ティーチング・プロセスの終了の後に、これらの経路の座標データ項目から、運動経路を得るためである。
【０００８】
詳細には、以下のステップが設けられる：
（ａ）  関節式アームの自由端での、測定ヘッドへの測定システムの取り付け；
（ｂ）  関節式アームの自由端への、ハンドリング器具の取り付け、この自由端には測定システムが設けられている；
（ｃ）  意図された運動プロセスをロボットにティーチングするための、オペレータによるハンドリング器具の手動操作；
（ｄ）  前記測定ヘッドを備えた測定システムによる、関節式アームの自由端に配置された前記ハンドリング器具の各位置の検知；
（ｅ）  検知された位置の座標データへの変換；
（ｆ）  モニタリング及びコントロール・システムへの、検知された座標データの伝送；
（ｇ）  モニタリング及びコントロール・システムの中での、伝送された座標データの貯蔵；
（ｈ）  モニタリング及びコントロール・システムによる、貯えられた座標データの評価；      及び、
（ｉ）  ロボットのための、評価されたデータの貯蔵。
【０００９】
（ａ）について：  ロボットの及びそのエンドエフェクタの個々の物理的な位置を明確に規定するため、及び、対応する座標を検知するため、この座標データを検知して、それを評価のために供給する測定システムを設けることが不可欠である。その代わりに、ロボットの運動学が測定システムとして使用されることも可能である。
【００１０】
（ｂ）について：  エンドエフェクタを取り扱うために、ハンドルがハンドリング器具として設けられる。即ち、ロボットの関節式アームの自由端に設けられる。このハンドルは、正確なマニュアル・ガイダンスを可能にし、ここで、コマンドがロボット・コントロール・システムに伝送されることも可能である。
【００１１】
（ｃ）について：  本発明の基本的な原理は、ティーチングを実施する人によるハンドリング器具の運動である。
【００１２】
（ｄ）について：  本発明によれば、そして、設定されるべきロボットの運動プロセスの要求される正確さに関して、各位置の座標が、ロボットの関節式アームの自由端に取り付けられた測定ヘッドにより正確に検知されることが、不可欠である。それに代わって、ツール・センター・ポイント（即ち、エンドエフェクタのツール・ワーキング・ポイント）が、検知されることも可能であり；これは、産業用ロボットのコントロール・システム自身によってなされる。
【００１３】
（ｅ）について：  個々の位置の検知された座標を、電子的に処理されることが可能な座標データに変換することもまた、必要である。この座標データから、運動経路が後に導き出されることが可能であり、そして、ロボット・コントロール・システムがこれを確認することも可能である。
【００１４】
（ｆ）について：  特定の座標データが、評価目的のために、ロボットからモニタリング及びコントロール・システムへ、伝送されなければならない。  
（ｇ）について：  個々の座標データが、それに後続する処理のために、モニタリング及びコントロール・システムの中に貯えられる。  
（ｈ）について：  経路の座標が、それらが貯えられる時（即ち、効率良く同時に；“リアルタイムで”）、または、それらの検知が終了した後、の何れかに評価される。  
（ｊ）について：  最後に、方法の中の最終ポイントとして、個々の経路の座標データ項目が結合されて、運動プログラムとしての運動経路を形成する。
【００１５】
要するに、産業用ロボットのための運動プロセスのティーチングのための本発明に基づく方法は、手動による方法及び電子的な方法の結合であると考えることが可能である。その理由は、該当するデータが、先ず最初に、手動で（即ち、ハンドリング器具の手動による運動により）、生成され、その後にまたはリアルタイムで、電子的に処理されて、運動プログラムとして貯えられる。
【００１６】
本発明に基づく方法の一つの適切な実施形態の変形例によれば、測定システムにより検知されそして変換された座標データを、モニタリング及びコントロール・システムへ伝送する代わりに、先ず最初に、座標データを測定システムの中に貯えることも可能である。それにより、その後に座標データが読み出され、そして、モニタリング及びコントロール・システムに伝送され、そこで、座標データが評価されて、ロボットをコントロールするための運動プログラムとして貯えられる。
【００１７】
本発明に基づく方法の更なる好ましい変形例によれば、測定システムにより検知された全ての座標データ項目が、例えば、モニタリング及びコントロール・システムの中の、外部メモリーに直接伝送されることも可能であり、そこで、これらのデータ項目が、例えば、変換、評価及び編集により予備処理される。
【００１８】
本発明に基づく方法の一つの好ましい発展において、測定システムにより検知された測定変数が、保護された状態で伝送される。これは、個々の測定値の破損を防止する。
【００１９】
この方法の一つの特に好ましい変形例によれば、ハンドリング器具の個々の位置、または、完全な経路の座標データが、オプションとして検知される。
【００２０】
本発明に基づく方法の更なる改善によれば、ティーチングが、いわゆるツー・ハンデッド・コントロール（two handed control）により実施される。この場合、座標データが六次元で検知されることが可能である。座標データは、ロボットに対して、常に六次元で検知される。ツー・ハンデッド・コントロールは、六次元で調整された運動を実施することを可能にする、即ち、測定システムへの瞬間の適用が、よりシンプルであって、それ故により良く調整される。
【００２１】
一つの好ましい方法の変形例によれば、検知され且つ評価された座標データが、運動経路を、経路の再現のための正確な運動プログラムに変換するために、プログラマーにより使用される。
【００２２】
二つのポイントの間でのロボットの運動を規定するために、一般的に、少なくとも二つの異なる運動形態が、特に線形または軸方向運動が、ハンドリング器具に対して選択されることが可能である。
【００２３】
本発明に基づく方法及びその実施形態の変形例は、ユーザーに対して、プログラムされたロボットの経路コントロールのためのシンプルな能力をもたらし、且つ、それと同時に、時間の節約、及び正確な実行をもたらす。
【００２４】
本発明更なる目的によれば、スタンド及び少なくとも一つの可動の関節式アームを有する産業用ロボットが設けられる。この関節式アームの自由端には、エンドエフェクタ（例えば、ツールまたは何か他の器具）の着脱可能な接続のための接続手段が設けられる。その狙いは、ロボットの運動プロセスが容易に決定されることを可能にする能力をもたらすことにある。
【００２５】
本発明によれば、この目的は、請求項９の特徴により実現される。従って、本発明は、測定ヘッドを有する測定システムが産業用ロボットの自由端に配置され、前記測定ヘッドの個々の位置及び向きを自動的に決定して、これをモニタリング及びコントロール・ユニットに伝送することをもたらし、更にまた、ハンドリング器具もまたその上に配置され、ロボットのため及び関節式アームのために、それぞれ、運動プロセスをティーチングするために使用され、そして、この目的のために意図された人により手動でガイドされる。
【００２６】
本発明に基づく産業用ロボット一つの好ましい実施形態によれば、測定システムが、関節式アームの自由端で、ハウジングの中に保護された状態で配置され、ここで、この測定システムは、何時でも挿入されまた再び取り外されることが可能である。
【００２７】
この目的のために、測定システムは、好ましくは、リジッドなハウジングの中に収容され、ロボットの関節式アームの中に保護された状態で配置された伝送ラインを介して、モニタリング及びコントロール・システムと通信する。
【００２８】
ハンドリング器具のための付加的なシステムが、電子的なコントローラに加えて使用され、それらは、“ティーチング器具”と呼ばれる。これらのティーチング器具は、システム・ハンドリング器具に接続される。即ち、機械的なシステム及びコントロール・システムの両方が、互いに固く接続され、それらの取外しには比較的長い時間がかかる。これはまた、例えば、ハンドリング器具のハンドリング・ジョイントとエンドエフェクタとの間に取り付けられた測定システムに対しても、当てはまる。
【００２９】
通常、測定システムのコンポーネントを取り外すために、エンドエフェクタが、産業用ロボットから機械的に取り外されなければならない。このことは、エンドエフェクタが休止されなければならないことを意味している。これは、マニュアル・ティーチングをより難しくし、または事実上不可能にする。
【００３０】
本発明の明らかな改良は、それ故に、プラグおよび／またはラッチング接続が、測定システムの関節式アームへの接続として設けられることにより特徴付けられる。このプラグおよび／またはラッチング接続は、測定システムが、好ましくはツールを使用することなく、容易に取り付けられまた取り外されることを可能にする。
【００３１】
本発明に基づく産業用ロボットの一つの好ましい実施形態によれば、測定システムが、関節式アームの自由端に配置され、エンドエフェクタを予め取り外す必要無く、取り外されることが可能である。
【００３２】
例を挙げると、このような測定システムは、持ち上げられる重量および／または作用している力の測定のための力測定システムであっても良く、例えば、グリッパーであり、あるいは、関節式アームの角度位置またはその向きの測定のための他のデバイスであっても良い。それに加えて、このような測定システムは、付加的な力のみが測定されることを可能にするための、キャリブレイションのための能力をもたらす。
【００３３】
これらの及び本発明の更なる好ましい改善及び改良、並びに特有の効果は、従属請求項の主題である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、先行技術に基づく産業用ロボットを示す。
【図２】図２は、測定ヘッドを側面から示す図であって、この測定ヘッドは、本発明に基づく産業用ロボットの関節式アームの自由端に配置される。
【図３】図３は、産業用ロボットの関節式アームの自由端に取り付けるために、測定システムがその中に設けられたハウジングを示す。
【図４】図４は、本発明に基づく産業用ロボット関節式アームの自由端に配置された測定ヘッドを、上方から示す斜視図であって、ハンドリング器具がそれに取り付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本発明、本発明の好ましい改善及び改良、並びに、本発明の特有の効果が、添付図面に示された本発明の実施形態一つの例を参照しながら、より詳細に説明され且つ記載される。
【００３６】
図１は、先行技術から知られている産業用ロボット１０の側面図を示す。この産業用ロボット１０は、その上に関節式に連結された関節式アーム１４を備え、且つ、駆動装置１６を有するスタンド１２を有している。
【００３７】
フランジ１８が、関節式アーム１４の自由端に設けられ、このフランジ１８に、設けられることが可能な様々なツールが接続される。
【００３８】
ここに示された例において、マニュアル・ティーチング・プロセスのための測定ヘッド２２が、フランジ１８と、エンドエフェクタ２０（即ち、ロボット１０により操作される任意のツール）との間に、挿入される。しかしながら、この測定ヘッド２２は、ロボット・ティーチング・プロセスが実施された後、且つ、それを再び正確に使用することが開始される前に、取り外されなければならない。これは、時間及び取り付け作業に関して、多大な努力を必要とすることがない。
【００３９】
本発明は、それ故に、測定システム２２の取り外しを可能にするために、産業用ロボット１０からエンドエフェクタ２０を取り外すことを必要としない技術的なソリューションを見出すと言う目的に基づいている。上記測定システムは、間に配置されて、且つ、ロボット１０のハンド・フランジ１８とエンドエフェクタ２０との間に取り付けられている。
【００４０】
図２は、この問題に対する技術的なソリューションを示している。この問題は、これまで、不満足な形でしか解決されていなかった。円筒形のハウジング２４（これに対してエンドエフェクタ２０が次に接続される）が、従って、フランジ１８にフランジで接続され、このフランジが、関節式アーム１４の終端部を形成する。
【００４１】
本発明に基づくこのソリューションは、特別なハウジングを有していて、その中に、ティーチング・プロセスの間、ティーチングのために必要な測定システムが配置されるが、次いで、意図されたタスクの開始の前に、僅かな努力で、取り外されることが可能である。この測定システム２２は、必要なときにのみロボット・アーム１４の中に配置されることが可能であって、測定システム２２の取り付けまたは取外しをシンプルにし、同様に、それに要する時間を、過去の場合と比較して、大幅に短縮する。
【００４２】
測定システム２２は、リジッドなハウジング２４の中に取り付けられ、個々の測定変数の伝送が、内側のデザインにより確保される。これは、予めエンドエフェクタ２０を取り外すことを必要とすることなく、僅かな動作のみで、接続部から測定システム２２を解放することを可能にする。
【００４３】
図３は、測定システム２２が、例えばティーチング・プロセスの期間の間、一時的に配置されるハウジング２４の斜視図を示す。しかしながら、プロセスに対する力のコントロールを可能にするために、測定システムが、ティーチング・プロセスの後に、ロボット上に残っていることもまた可能である。ハウジングは、円筒形で、且つ二つの端面を有している。その一つの端面は、フランジ３０を備えていて、産業用ロボット１０の関節式アーム１４の自由端にフランジ１８に取り付けるために準備されている。もう一方の端面にも、同様にフランジ３２が設けられ、このフランジは、エンドエフェクタ２０の接続のために意図されている。
【００４４】
本発明によれば、ハウジング２４の中で正確な位置に測定システム２２を位置決めするプロセスが、シンプルになる。それは、測定システム２２が、それがハウジング２４の中に収容されている間の全ての時間に亘って、ハウジング２４の内側にラッチング・デバイスにより確保されることによる。外側から手動で操作されることが可能な旋回または作動レバー２６が、ラッチング・デバイス（図の中により詳細には示されていない）及び測定システム２２（同様に図の中により詳細には示されていない）を、それぞれ操作するために使用される。この旋回または作動レバー２６は、位置に応じて、その組み込まれた位置に、測定システム２２を固定しあるいは解放する。その代わりに、これは、例えば、リジッドな接続を確保するために、位置決めの後に、固定されるスプリングにより、確保されることも可能である。
【００４５】
もちろん、プラグ接続が、設けられても良く、それによって、測定システム２２がハウジング２４の中に配置され、そして、作動または旋回レバー２６により固定されまたは解放されることになる。
【００４６】
最後に、図４は、本発明に基づくやり方で装備されたロボット１０の関節式アーム１４の自由端の図を示す。把持ハンドル２８が、エンドエフェクタ２０に取り付けられ、直径方向で、両側に互いに反対向きに配置され、このようにして、両側からのエンドエフェクタ２０のマニュアル・ガイダンスを可能にし、そして、このようにして、シンプルなやり方でマニュアル・ティーチングを実施することを可能にする。
【００４７】
測定システム２２の測定ヘッドが、この背後に見えている、この測定ヘッドは、ティーチング・プロセスの間、ハウジング２４の中に収容される。このハウジングは、隠されているので、ここに見ることができない。
【００４８】
更にまた、モニタリング及びコントロール・システム（これらの図の中には示されていない）が、本発明に基づく方法を実施するために設けられ、該当するロボット１０に選択的に対応し、または、全てのロボット１０に対して設けられ、または、少なくともロボット１０のグループに対して設けられ、それらをコントロールする。
【符号の説明】
【００４９】
１０…産業用ロボット、１２…スタンド、１４…関節式アーム、１６…駆動装置、１８…フランジ、２０…エンドエフェクタ、２２…測定システム、２４…（測定システムのための）ハウジング、２６…作動レバー、２８…把持ハンドル、３０…（ロボットのための）フランジ、３２…（エンドエフェクタのための）フランジ。
【図１】
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【図２】
2010089257.tif 000004
【図３】
2010089257.tif 000005
【図４】
2010089257.tif 000006
【外国語明細書】
2010089257000001.pdf