(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの手首先端側に設けられたコンプライアンス機構と、
前記コンプライアンス機構の先端側に設けられた力検出器と、
前記力検出器に取り付けられた教示用ハンドルと、
前記力検出器からの情報と運動モデルに基づいて位置又は速度指令を算出する手段と、
前記位置又は前記速度指令に基づいて前記ロボットを駆動するモータの発生トルクを算出する手段と、を有するロボットの直接教示装置において、
前記コンプライアンス機構は、前記ロボットの先端部と前記教示用ハンドルとの間または作業ツールと前記教示用ハンドルとの間に取り付けられ、
前記コンプライアンス機構の一定変位動作時に信号を変化させる手段と、
前記信号の変化によりロボットの動作を停止させる手段と、を備えたことを特徴とするロボットの直接教示装置。
【請求項２】
前記ロボットの動作を停止させる手段は、電気的なブレーキによる緊急停止後、前記ロボットの手首３軸および前記ロボットの重力が作用しない軸に関しては、機械的なブレーキの作動を行わないようにしたことを特徴とする請求項１記載のロボットの直接教示装置。
【請求項３】
前記教示用ハンドル上に、オペレータが前記ロボットの動作を許可する操作可能ボタンを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項２いずれかに記載のロボットの直接教示装置。
【請求項４】
前記教示用ハンドルが前記ロボットの先端部または前記作業ツール上の所定の場所に取り付けられたことを認識する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のロボットの直接教示装置。
【請求項５】
前記ロボットの位置等に関する情報を入力する入力スイッチと状態を表示する手段を有する簡易教示装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のロボットの直接教示装置。
【請求項６】
前記教示用ハンドルと前記簡易教示装置がリモート操作治具に取り付けられ、
遠隔操作が行われることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載のロボットの直接教示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業用ロボット等に作業の教示を行うための直接教示装置に関し、特に安全性を高めた教示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業用ロボットに対する教示方法としては、オペレータが力検出器の手動操作部を操作した時の力検出器から発生した信号からロボット先端の位置の指令値と手首の姿勢の指令値に基づいて、各駆動装置を駆動してロボットの先端の位置と手首姿勢を誘導して、この誘導情報を記憶装置に記憶して直接教示する方法（例えば、特開昭５６−８５１０６号参照）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直接教示装置では、温度ドリフトなどで力検出器からの出力が変動することや、教示用ハンドルが所定の取付位置に無くて力検出器に外力が印可された場合に、オペレータの意志に反してロボットが動作してしまう危険性があった。また、直接教示中に作業ツールをワークや他の障害物に接触させた場合にも、作業ツールを変形させながらロボットは運動を続けてしまう危険性があった。また、ワークの狭隘部の教示を行う場合に作業ツール上の教示ハンドルが邪魔になり、オペレータの腕がワークに挟み込まれる危険性があった。加えて、緊急停止時にブレーキでロックされ、最悪の場合オペレータが脱出不可能な状態が維持されるおそれがあった。この発明は上記の如き事情に鑑みなされたものであって、力検出器の温度ドリフトや教示用ハンドルの取り付け忘れがあった場合や、作業ツールをワークなどに接触させた場合や、狭隘部の教示を行う場合、また緊急停止を行った場合にでも、オペレータが安全に教示を行うことを可能にする直接教示装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、図１に示すように本発明の教示装置においては、力検出器１５と、前記検出器に固定されてオペレータが把持し誘導するための教示用ハンドル１６と、前記力検出器情報と運動モデルに基づいて位置又は速度指令を算出する手段である図３に示す運動モデル演算部３０１と、前記位置又は速度指令に基づいてモータの発生トルクを算出する速度位置サーボ系３０２と、簡易教示装置１７を有する。簡易教示装置上にはロボットの位置等に関する情報を入力する入力スイッチと状態を表示する手段を有する。さらに、教示用ハンドルとロボットの先端部または作業ツール上の所定の教示用ハンドル取付場所の間にコンプライアンス機構３１０を有し、前記コンプライアンス機構の一定変位動作時に信号を変化する手段３１１と、前記信号によりロボットの動作を停止させる手段を有する。また、電気的なブレーキによる緊急停止後、手首３軸ならび重力が作用しない軸に関しては、機械的なブレーキの作動を行わない構成とする。さらに、教示用ハンドル上に操作可能ボタン３０６と、教示用ハンドルがロボットの先端部または作業ツール上の所定の場所に取り付けられたことを認識する手段３０８と、教示用ハンドルを前記簡易入力装置上に取り付ける手段３０７を有する。また、図２はハンドルをロボットから取り外して操作する場合の状況を示しており、リモート操作治具２１にも取付認識スイッチを操作可に変化する機構的構成とする。
すなわち、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロボットの手首先端側に設けられたコンプライアンス機構と、
前記コンプライアンス機構の先端側に設けられた力検出器と、前記力検出器に取り付けられた教示用ハンドルと、前記力検出器からの情報と運動モデルに基づいて位置又は速度指令を算出する手段と、前記位置又は前記速度指令に基づいて前記ロボットを駆動するモータの発生トルクを算出する手段と、を有するロボットの直接教示装置において、前記コンプライアンス機構は、前記ロボットの先端部と前記教示用ハンドルとの間または作業ツールと前記教示用ハンドルとの間に取り付けられ、前記コンプライアンス機構の一定変位動作時に信号を変化させる手段と、前記信号の変化によりロボットの動作を停止させる手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記ロボットの動作を停止させる手段は、電気的なブレーキによる緊急停止後、前記ロボットの手首３軸および前記ロボットの重力が作用しない軸に関しては、機械的なブレーキの作動を行わないようにしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記教示用ハンドル上に、オペレータが前記ロボットの動作を許可する操作可能ボタンを備えたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記教示用ハンドルが前記ロボットの先端部または前記作業ツール上の所定の場所に取り付けられたことを認識する手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記ロボットの教示位置を入力する入力スイッチと状態を表示する手段を有する簡易教示装置を備えたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記教示用ハンドルと前記簡易教示装置がリモート操作治具に取り付けられ、遠隔操作が行われることを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を説明する。先ず、本発明の直接教示に用いる簡易教示装置をリモート操作時に用いる治具にセットされた状況で示した図６を用いて先に説明しておく。簡易教示装置６１は手のひらの大きさで、オペレータが片手で持って各スイッチの操作できるものである（オペレータのもう一方の手は、後述する教示用ハンドルを把持するため片手で持てる必要がある）。各スイッチとは、サーボ電源保持スイッチ６４、非常停止ボタン６５、入力スイッチ６６、記憶情報編集キー６７のことであり、状態表示灯６８も設けられている。オペレータはサーボ電源保持スイッチ６４を一定力で把持することによってサーボ電源を投入することができる。教示中はスイッチを把持し続けることでサーボ電源が投入された状態が維持される。また、オペレータは直接教示作業中に危険と判断した場合にはサーボ電源保持スイッチ６４を離すか、非常停止ボタン６５を押すことにより、ロボットの動作を停止させることができる。入力スイッチ６６は、それが押された場合のみ、その時点のロボットの位置をコントローラ側で記憶するためのスイッチであり、各教示点での位置を教示するたびごとこの入力スイッチ６６は押されるものである。記憶情報編集キー６７は、記憶情報の追加，変更，消去などの編集のためのものである。これにより教示点の編集等が可能となる。状態表示灯６８は、教示中であること等を表示するランプである。
【０００６】
上記のように構成された教示装置により、オペレータが教示用ツールと簡易教示装置を把持し誘導して作業点の直接教示を行う場合に、教示用ハンドル上の操作可能ボタンを押さない限りロボットがオペレータの意志に反して動作することがない。また、取付認識スイッチの信号が入力されていない場合にはロボットが動作しない。また、コンプライアンス機構に付属した変位スイッチからの信号が変化した場合にはロボットの動作を緊急停止させる。さらに、教示用ハンドルを簡易教示装置に取り付けて、遠隔操作が可能となる。加えて、電気的ブレーキが作用による緊急停止後、機械的なブレーキの作用を行わないため、オペレータが挟まれ続けるなどの危険性がない。
【０００７】
次に本発明の直接教示に用いる教示用ハンドルを再度図３を用いて説明する。教示用ハンドルは手にしっかり握ることが可能な形状で、握り部分に操作可能ボタンがあり、オペレータがこの操作可能ボタンを押すことでロボットの動作が可能になる。また、ハンドル取付治具部分には、教示用ハンドルが取り付けられた場合にのみ信号の認識が可能なハンドル取付認識スイッチがある。
【０００８】
次に本発明の直接教示に用いるコンプライアンス機構を説明する。コンプライアンス機構は教示用ハンドルとロボットの先端部との間、または教示用ハンドルが取り付けられた作業ツールとロボットの先端部との間に配置される。コンプライアンス機構の一定動作時の信号の変化でロボットの動作を停止させる。
【０００９】
次に本発明の直接教示に用いるリモート操作治具を図６を用いて説明する。リモート操作治具は簡易教示装置と教示用ハンドルが取り付けられる構造であり、オペレータが片方の手で容易に簡易教示装置を把持しながら、もう一方の手によりハンドルを用いてロボットを遠隔操作することが可能な構成となっている。
【００１０】
図３は本発明の制御系を示すブロック線図である。実施例としての制御方法を以下で説明する。オペレータが把持した教示用ハンドル３０６の誘導力を力検出器３０９で検出し、この力検出器情報と仮想の慣性と粘性による運動モデルに基づいた運動モデル演算部３０１で直交座標系での位置指令を算出する。この位置指令を関節座標系に逆変換し、各関節の関節角度指令を求める。この関節角度指令とロボットの各駆動部分又は各関節部分に設けられた関節角度検出器３０５により検出された関節角度及び関節速度に基づいて位置速度サーボ系３０２内でモータの発生トルクを算出し、サーボアンプによりロボットのサーボモータが駆動される。オペレータは作業対象物の作業点にロボットのツール部分を誘導し、簡易教示装置上に設けられた入力スイッチを押すことで、作業対象物に対する作業点の教示が行われる。
【００１１】
図４及び図５は本発明のロボットの直接教示方法の溶接作業の実施例を示す。オペレータ４１はロボット４２の手首部分の溶接トーチ上その他に教示用ハンドル４３を取り付け固定した後、簡易教示装置４４上のサーボ電源保持スイッチ（図６では６４）を把持しサーボ電源を投入する。この時、ハンドル認識スイッチによる信号の変化がない場合には、サーボ電源が投入されない。オペレータは図４に示すように力検出器に固定された教示用ハンドルを把持し操作可能ボタンを押すことで、ロボットを任意の方向に誘導して溶接を行う作業対象物４５のポイントの教示を行う。この時、溶接トーチや教示用ハンドルを作業対象物などに接触させた場合には、ロボットの手首部分と溶接トーチとの間に配置されたコンプライアンス機構が変形することで、溶接トーチや教示用ハンドルの変形を防ぐことができ、同時にコンプライアンス機構が一定量動作することで出力される信号により、ロボットの動作を停止させる。また、対象物の形状が複雑で溶接トーチ上に教示用ハンドルを取り付けたまま教示を行うとオペレータの腕が接触する危険性がある場合には、教示用ハンドルを溶接トーチ上のハンドル取付治具から外し、簡易教示装置と共にリモート操作治具に取り付ける（図５）。オペレータは片方の手でリモート操作治具上の簡易入力装置を持ち、反対側の手で教示用ハンドルを把持し遠隔操作を行うことで、ロボットを誘導して作業点の教示を行う。なお、力検出器５１からの情報、簡易教示装置５２からの指令、ロボット５３の各駆動軸に取り付けられた関節角度検出器からの情報は、ロボット制御装置５４に取り込まれ、そこで演算処理され、ロボットを駆動する。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、オペレータが教示用ツールと簡易教示装置を把持し誘導して作業点の直接教示を行う場合に、力検出器に出力が生じても教示用ハンドル上の操作可能ボタンを押さない限りロボットがオペレータの意志に反して動作することがない。また、教示用ハンドルの取り付け忘れがあった場合でも、取付認識スイッチの信号が入力されていない場合にはロボットが動作しない。また、ハンドルや作業ツールをワークなどに接触させた場合にでも、コンプライアンス機構部のスイッチからの信号が入力されロボットの動作が緊急停止する。さらに、狭隘部の教示を行う場合にでも、教示用ハンドルを簡易教示装置に取り付けることで、遠隔操作が可能となる。また、緊急停止時にオペレータがロボットに挟み込まれるという最悪の状況が生じても機械的ブレーキを作動させないことにより、脱出が可能になる。したがって、オペレータがきわめて安全に直接教示を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的構成を示す斜視図
【図２】本発明のリモート操作を示す斜視図
【図３】本発明の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施例を示す溶接作業の斜視図
【図５】本発明の別の実施例を示す溶接作業の斜視図
【図６】本発明の一実施例を示す簡易教示装置とリモート操作治具の図
【符号の説明】
１１…オペレータ
１２…ロボット
１３…コントローラ
１４…教示用ハンドル
１５…力検出器
１６…ハンドル部
１７…簡易教示装置
１８…コンプライアンス機構
１９…コンプライアンス部変位時動作スイッチ
２１…リモート教示治具
３０１…運動モデル演算部
３０２…位置速度サーボ系
３０３…サーボアンプ
３０４…モータ
３０５…関節角度検出器
３０６…操作可能ボタン
３０７…ハンドル取付治具
３０８…ハンドル取付認識スイッチ
３０９…力センサ
３１０…コンプライアンス機構
３１１…コンプライアンス部変位時動作スイッチ
４１…オペレータ
４２…ロボット
４３…教示用ハンドル
４４…簡易教示装置
４５…溶接作業対象物
５１…力検出器
５２…簡易教示装置
５３…ロボット
５４…コントローラ
６１…簡易教示装置
６２…リモート操作治具
６３…教示用ハンドル
６４…サーボ電源保持スイッチ
６５…非常停止ボタン
６６…入力スイッチ
６７…記憶情報編集キー
６８…状態表示灯
【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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