(57)【要約】  教示内容にリアルタイムに追随するロボットの動作を観察しつつ、直感的かつ人体に負担がかからない方法でロボットの移動を教示する多関節構造体教示装置を提供することを目的とする。多関節構造体の先端関節の移動に伴う隣接する各関節間の角度及び／又は軸回転の変化量を計測し、かつ先端関節における移動に伴うすべての関節間の変化量を合算することにより、多関節構造体の先端関節の移動前の三次元の相対的位置姿勢に対する移動後の三次元の相対的位置姿勢を算出し、算出された位置姿勢情報又は該算出された位置姿勢情報に付加指示情報を加えて処理作成された修正位置姿勢情報を出力することにより、ロボットに基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動させることを特徴とする多関節構造体教示装置が提供される。
2009096408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクタの三次元位置姿勢を教示する教示装置であって、可動部に変化量検出センサを有する関節を含む関節群とセンサ信号を処理する処理部と処理されたデータを伝送する通信部とにより構成される多関節構造体と、伝送されたデータを演算編集する演算編集部と、付加指示情報を入力する入力部と、演算編集部により演算された位置姿勢情報を出力する出力部とを備え、該多関節構造体の１又は複数の先端関節の移動に伴う隣接する各関節間の角度及び／又は軸回転の変化量を計測し、かつ該１又は複数の先端関節における移動に伴うすべての関節間の変化量を合算又は先端関節ごとに合算することにより、多関節構造体の１又は複数の先端関節の移動前の三次元の相対的位置姿勢に対する移動後の三次元の相対的位置姿勢を算出し、算出された位置姿勢情報又は該算出された位置姿勢情報に付加指示情報を加えて処理作成された修正位置姿勢情報を出力することにより、ロボットに基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動させることを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項２】
前記先端関節にロボットのエンドエフェクタの有する機能に対応した指示をなしうるアタッチメントを装着させることにより、前記先端関節の移動によって教示された三次元相対的位置姿勢に基づきロボットのエンドエフェクタが追随移動し、かつアタッチメントによる指示によりエンドエフェクタを移動及び／又は動作させることを特徴とする請求項１に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項３】
前記ロボットの基準原点を固定し、ロボットに固定された基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動及び／又は動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定型多関節構造体教示装置。
【請求項４】
前記ロボットの基準原点を任意の位置に変更し、ロボットに変更後の基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動及び／又は動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の変動型多関節構造体教示装置。
【請求項５】
前記先端関節の一連の移動の過程において、前記ロボットの基準原点の固定及び／又は変動を組合せ、固定基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢の教示と変動基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢の教示とを複合した教示を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド型多関節構造体教示装置。
【請求項６】
前記多関節構造体先端部の位置を微細に補正する微細移動手段を有することにより、多関節構造体先端部の移動を段階的に行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項７】
前記ロボットのエンドエフェクタの初期移動方向を補正する手段を有し、補正された初期移動方向にロボットのエンドエフェクタを移動させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項８】
前記多関節構造体先端部の三次元相対的位置姿勢情報を変換する手段を有し、変換された位置姿勢情報の出力によりロボットのエンドエフェクタの移動距離を延長又は短縮させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項９】
前記多関節構造体先端部の三次元相対的位置姿勢情報を逐次変更する手段を有し、該多関節構造体先端部の移動による三次元相対的位置姿勢情報と対象物の数と逐次変更する三次元相対的位置姿勢情報を教示することによって、ロボットのエンドエフェクタの複数の対象物に対する連続した移動及び／又は動作を実行させることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項１０】
前記多関節構造体先端部についての長方形の領域の斜向する隅部における２の三次元相対的位置姿勢情報の差分を任意の数で均等割り付けした各々の三次元相対的位置姿勢情報を算出する手段を有し、該斜向する隅部に存する最初の対象物と最後の対象物の各々の三次元相対的位置姿勢情報と該対象物間の対象物の数を教示することにより、ロボットのエンドエフェクタの全対象物に対する移動及び／又は動作を逐次連続して実行させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項１１】
前記三次元相対的位置姿勢情報の不連続出力及び／又は出力タイミング繰り延べ手段を有することにより、前記多関節構造体先端部の移動に追随する前記ロボットのエンドエフェクタの移動軌跡及び／又は移動速度の調整をすることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項１２】
前記ロボットのエンドエフェクタの移動停止指示及び移動再開指示をする手段を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の多関節構造体教示装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の多関節構造体教示装置によって算出され及び／又は修正された情報を編集演算部で蓄積し、蓄積された情報にさらに付加指示情報を加えた編集情報を作成し、又は蓄積された複数の情報から選択し及び／又は組合せた１の編集情報を作成し、作成された編集情報を出力することにより、三次元相対的位置姿勢及び動作を教示してロボットのエンドエフェクタを追随移動及び／又は動作させることを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の多関節構造体をＮＣマシンの加工先端軸の移動に用いることを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の多関節構造体教示装置を、人間を含む移動体に装着し、移動体における多関節構造体先端部の取り付け部分の動きによる多関節構造体先端部の移動及びエンドエフェクタの有する機能に対応した指示によってロボットのエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢及び動作を教示することを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の多関節構造体教示装置を用いて、三次元相対的位置姿勢及び動作を教示することを特徴とするロボットのエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢の教示方法。
【請求項１７】
ロボットを構成する１又は複数の部分に対して移動先の三次元位置姿勢を教示する教示装置であって、可動部に変化量検出センサを有する関節を含む関節群とセンサ信号を処理する処理部と処理されたデータを伝送する通信部とにより構成される多関節構造体と、伝送されたデータを演算編集する演算編集部と、演算編集部により演算された位置姿勢情報を出力する出力部とを備え、該多関節構造体を構成する１又は複数の関節の移動に伴う隣接する各関節間の角度及び／又は軸回転の変化量を計測し、かつ該変化量を合算することにより、多関節構造体の１又は複数の関節の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を算出し、該算出された位置姿勢情報の出力を通じて、前記ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示して追随移動させることを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項１８】
付加指示情報を入力する入力部を有し、前記算出された位置姿勢情報に該付加指示情報を加えて処理作成された修正位置姿勢情報を出力することにより、ロボットに１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示して追随移動させることを特徴とする請求項１７に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８のいずれかに記載の多関節構造体教示装置によって算出された位置姿勢情報を編集演算部で保存蓄積し、蓄積された複数の情報から選択し及び／又は組合せた１の編集情報を作成し、作成された編集情報を出力することにより、ロボットに１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置を教示して追随移動させることを特徴とする多関節構造体教示装置。
【請求項２０】
前記多関節構造体を人間の一方又は双方の腕に装着したことを特徴とする請求項１５又は請求項１７ないし１９に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項２１】
前記多関節構造体を人間の一方又は双方の腕に装着し、かつ、前記入力部を一方の手近傍に配置したことを特徴とする請求項１５又は請求項１７ないし１９に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項２２】
ロボットの１又は複数の部分の移動先の三次元位置姿勢教示の実行と停止を切り替える教示オプション切り替え部を有することを特徴とする請求項１５又は請求項１７ないし２１に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項２３】
ロボットの認識するワーク及び/又は周辺情報を検出する検出部を有し、該検出されたワーク及び/又は周辺情報に基づいて、ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置を教示して追随移動させることを特徴とする請求項１５又は請求項１７ないし２２に記載の多関節構造体教示装置。
【請求項２４】
請求項１７ないし２３のいずれかに記載の多関節構造体教示装置を用いて、ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置を教示して追随移動させることを特徴とするロボットの三次元位置の教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットのエンドエフェクタの位置姿勢を教示する技術に関し、特に教示内容にリアルタイムに追随する産業用ロボットの動作を観察しながら適切な教示を与える多関節構造体教示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの教示方法としては、操作者が直接ロボットのエンドエフェクタを動かして教示するダイレクトティーチ法、マニピュレータ等のダミーを用いて教示する方法、ティーチペンダント等の操作盤を用いて教示するリモートティーチ法等がある。【０００３】
ダイレクトティーチ法はエンドエフェクタを直接、正確に作業位置に導くことができるという利点がある。しかし、リーチの長いマニピュレータ等を動かすのには困難が伴う。また、ロボットの作動異常が生じたときに身体が危険にさらされるという問題もある。【０００４】
マニピュレータのダミーを用いて教示する方法は、マニピュレータの構造により操作者の腕の動きが制約されたり操作装置の摩擦等で操作が重くなるという欠点があったが、これを改善した提案もある（特許文献１）。この方法は、ダミーの代わりに把持部を用い磁力を利用して把持部の移動を検出してマニピュレータを操作するものであるが、把持部を把持したまま手を空中で移動させて微妙な教示を長時間行うのは負担が大きく、また、人体の構造から腰部から下方での微妙な調整がしにくいという問題がある。また、把持部の動きとマニピュレータの動きが１対１に固定されているという問題もある。【０００５】
ティーチペンダント（ロボットの動作を教示するために使用される携帯型デバイス）等を用いるリモートティーチ法は極めて一般的に行われている方法である。この方法はロボットの状態を見ながら教示でき、安全な場所で、リーチの長さなどにも容易に対応しつつ教示できるという利点がある。しかし、この方法では操作者がロボットの予想される動作を直感できないことから、効率良く操作するためには熟練が必要であるという問題がある。【０００６】
このような問題を解決するため、ロボットのグラフィック画像をティーチペンダントの操作面に表示し、ロボット画像の周囲にその方向への移動を指示するタッチキーを表示した方法が提案されている（特許文献２）。しかし、平面上の位置表示によって三次元の移動指示をすること及びマニピュレータの手首を把持する代わりにタッチキーを押圧することは、直感的な操作を容易に行うことには至らず、やはりある程度の熟練を要する。【０００７】
また、リモートティーチ法では、操作者が手にデジタイザー等のセンサを有する操作グリップを持ち、腰部に固定した座標原点に対する操作グリップの相対的位置姿勢データを基にロボットの手首を移動させるシステムの提案もある（特許文献３）。このシステムは、ロボットの動きを観察しながら直感的な操作を行うことができかつ移動しながら操作可能であるという利点があり、特許文献１の提案を改善するものである。しかし、操作グリップを空中で把持したまま教示する点、下方への動きの制約という問題は残る。【０００８】
一方、多関節構造体を用いた提案としては走行ロボットの自己位置同定技術に関するものがある（特許文献４）。しかし、この提案は災害救助を主な目的としたもので、産業ロボットのティーチングに関する具体的な提案を行うものではない。【０００９】
【特許文献１】特開平１−１５３２８８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４６７８２号公報
【特許文献３】特開平９−２１６１８３号公報
【特許文献４】特開２００６−３４３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、これらの問題点を解決するために、教示内容にリアルタイムに追随するロボットの動作を観察しつつ、直感的かつ人体に負担がかからない方法でロボットの移動を教示する多関節構造体教示装置を提供することを目的とする。また、操作者の示した行為に基づく原データを修正又は編集して、より適切な教示を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の多関節構造体教示装置は、ロボットのエンドエフェクタの三次元位置姿勢を教示する教示装置であって、可動部に変化量検出センサを有する関節を含む関節群とセンサ信号を処理する処理部と処理されたデータを伝送する通信部とにより構成される多関節構造体と、伝送されたデータを演算編集する演算編集部と、付加指示情報を入力する入力部と、演算編集部により演算された位置姿勢情報を出力する出力部とを備え、該多関節構造体の１又は複数の先端関節の移動に伴う隣接する各関節間の角度及び／又は軸回転の変化量を計測し、かつ該１又は複数の先端関節における移動に伴うすべての関節間の変化量を合算又は先端関節ごとに合算することにより、多関節構造体の１又は複数の先端関節の移動前の三次元の相対的位置姿勢に対する移動後の三次元の相対的位置姿勢を算出し、算出された位置姿勢情報又は該算出された位置姿勢情報に付加指示情報を加えて処理作成された修正位置姿勢情報を出力することにより、ロボットに基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動させることを特徴とする。【００１２】
多関節構造体を構成する関節は隣接する関節との傾斜角の形成及び／又は軸の回転が可変となった可動部を有している。又、各関節可動部には変化量を計測するポテンショメータ等のセンサが備えられている。ロボットにエンドエフェクタの移動先を教示する場合、先ず、操作者は多関節構造体の先端関節と教示するロボットのエンドエフェクタを開始位置に設定する。次に、多関節構造体の先端関節をロボットのエンドエフェクタの到達すべき地点に対応すると思われる地点の付近に移動させる。
このとき、先端関節の三次元の位置の変化量は、センサにより計測されるすべての関節の各々の傾斜角度と回転角度の合算によりたちどころに演算処理され、算出された三次元位置姿勢情報は出力部からロボットの制御部に伝送される。伝送された情報に基づき、ロボットの制御部よりエンドエフェクタの移動指示がなされ、エンドエフェクタは多関節構造体の先端関節にほぼリアルタイムに追随する。操作者はかかるエンドエフェクタの動作を観察し、必要な方向等の修正を加えつつさらに先端関節を移動させる。
このような作業を繰り返すことにより先端関節の移動によって、ロボットのエンドエフェクタを正確な到達すべき地点に導くことができる。【００１３】
なお、エンドエフェクタとは、一般に、ロボットが作業対象に直接働きかける機能を持つ部分をいい、把持具、締め具、溶接ガン等が該当する。又、位置姿勢とは関節を含む中間部分及び/又はエンドエフェクタの三次元位置と傾きの一方又は双方の概念を含む。位置については、先端関節の移動後の三次元位置と移動前の三次元位置との差分を出力して、それをロボットの操作に反映し、姿勢については、先端関節の移動後の傾き（向き）と移動前の傾き（向き）との差分を出力して、それをロボットに反映する。又、ロボットのエンドエフェクタの移動は、ロボット制御部（コントローラ）の指令に基づくドライバの出力によるサーボモータの駆動等によって行われるがそれに限定されるものではない。【００１４】
ここで、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の先端関節にロボットのエンドエフェクタの有する機能に対応した指示をなしうるアタッチメントを装着させることにより、先端関節の移動によって教示された三次元相対的位置姿勢に基づきロボットのエンドエフェクタが追随移動し、かつアタッチメントによる指示によりエンドエフェクタを移動及び／又は動作させることが好ましい態様である。
先端関節の移動の動きをロボットのエンドエフェクタがトレースし、その指示により開閉、把持、解放等の動作を行えるからである。なお、アタッチメントの形状はロボットのエンドエフェクタと同一形状とすることによって、三次元位置姿勢情報をより正確に教示できるが、それに限定されるものではない。エンドエフェクタに開閉、把持、解放等の追随動作を指示しうるものであれば、類似形状又はかなり異なった形状のものも含まれる。【００１５】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記のロボットの基準原点を固定し、ロボットに固定された基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動及び／又は動作させることが好ましい態様である。
多関節構造体の先端関節の教示開始前の三次元位置を固定された基準原点に対応させておくことにより、教示によって移動中のエンドエフェクタの固定基準原点に対する三次元位置姿勢が、移動中の多関節構造体の先端関節の教示開始前の三次元位置姿勢に対する三次元位置姿勢と常に一致する絶対位置バージョンの教示となるからである。また、かかる態様の場合、多関節構造体全体の形状とロボットアームの形状が類似し直感的教示がしやすいといった利点もある。特に、基準原点をロボットアームの台座等基部に設定し、かつ、多関節構造体の先端関節の教示開始前の三次元位置を後端関節近傍位置とする場合は、多関節構造体とロボットアームの移動中の形状が極めて類似するので、直観的な教示が容易である。なお、基準原点とは、ロボットのエンドエフェクタの基準となる初期位置をいう。【００１６】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記のロボットの基準原点を任意の位置に変更し、ロボットに変更後の基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢を教示して追随移動及び／又は動作させることが好ましい態様である。
多関節構造体の先端関節の教示開始前の三次元位置は、変更された基準原点に対応付けられるからである。このため、教示によって移動中のエンドエフェクタの変更された基準原点に対する三次元位置姿勢が、移動中の多関節構造体の先端関節の教示開始前の三次元位置姿勢に対する三次元位置姿勢と一致するといった相対位置バージョンの教示ができるのである。かかる態様の場合、エンドエフェクタの位置を任意の位置に置いて、そこから教示開始可能なので開始前の位置合わせが簡単であるといった利点もある。【００１７】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の先端関節の一連の移動の過程において、ロボットの基準原点の固定及び／又は変動を組合せ、固定基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢の教示と変動基準原点に対するエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢の教示とを複合した教示を行うハイブリッド型の多関節構造体教示装置が提供されることが好ましい態様である。
かかる態様により、変動タイプと固定タイプを教示段階で適宜切替えて使い分けることが可能となる。【００１８】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の多関節構造体先端部の位置を微細に補正する微細移動手段を有することにより、多関節構造体先端部の移動を段階的に行うことが好ましい態様である。
かかる態様により、多関節構造体先端部の移動に基づく出力によりロボットエンドエフェクタを到達地点付近に移動させた後、別系統の入力手段による付加情報を出力させることにより、ロボットエンドエフェクタは、より微細な移動を行って正確な目標地点に到達することができる。【００１９】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記のロボットのエンドエフェクタの初期移動方向を補正する手段を有し、補正された初期移動方向にロボットのエンドエフェクタを移動させることが好ましい態様である。
ロボットの設置方法は、床面据え置きタイプ、壁面取り付けタイプ、天井垂下タイプと様々であり、そのタイプにより作動前のアームの折れ方が異なり、エンドエフェクタの向きも様々である。そのために、多関節構造体教示装置の出力部からの情報によって、ロボット制御部がエンドエフェクタを移動させるとき、エンドエフェクタの向きと移動先の方向が正反対の場合等にはエンドエフェクタは円滑に移動を開始できない。
このような場合には、本態様により、操作者が目視により移動方向の補正情報を付加情報として与えることによってエンドエフェクタを円滑に移動させることができるのである。【００２０】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の多関節構造体先端部の三次元相対的位置姿勢情報を変換する手段を有し、変換された位置姿勢情報の出力によりロボットのエンドエフェクタの移動距離を延長又は短縮させることが好ましい態様である。
かかる態様により、算出された三次元相対的位置姿勢情報を修正して、到達すべきエンドエフェクタの三次元相対的位置を接近させ又は遠ざけることができる。【００２１】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の多関節構造体先端部の三次元相対的位置姿勢情報を逐次変更する手段を有し、該多関節構造体先端部の移動による三次元相対的位置姿勢情報と対象物の数と逐次変更する三次元相対的位置姿勢情報を教示することによって、ロボットのエンドエフェクタの複数の対象物に対する連続した移動及び／又は動作を実行させることが好ましい態様である。
かかる態様によれば、多関節構造体の移動による基本教示に対し、座標値を増減した付加情報を順次加えた修正位置情報を対象物が変わる都度出力することにより、対象物を隣り合った異なる位置へ次々と移動させることができる。なお、付加情報としてはＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸上の位置や傾斜角の変更及びこれらの組合せの変更が可能である。【００２２】
また、本発明の多関節構造体教示装置に関して、上記の多関節構造体先端部についての長方形の領域の斜向する隅部における２つの三次元相対的位置姿勢情報の差分を任意の数で均等割り付けした各々の三次元相対的位置姿勢情報を算出する手段を有し、該斜向する隅部に存する最初の対象物と最後の対象物の各々の三次元相対的位置姿勢情報と該対象物間の対象物の数を教示することにより、ロボットのエンドエフェクタの全対象物に対する移動及び／又は動作を逐次連続して実行させることが好ましい態様である。
先に三次元相対的位置姿勢情報を逐次変更する方法を述べたが、本発明では最初に両端の位置姿勢情報を与え、それらの情報から中間のスペースを配置すべき対象物の数で除した１対象物当たりのスペースを割り出し、その割り出した座標上の数値を対象物が変わるたびに累積付加して対象物を配置していくものである。これは、四角形の領域で実行可能である。【００２３】
ここで、三次元相対的位置姿勢情報の不連続出力及び／又は出力タイミング繰り延べ手段を有することにより、多関節構造体先端部の移動に追随するロボットのエンドエフェクタの移動軌跡及び／又は移動速度の調整をすることを特徴とすることが好ましい。なお、多関節構造体を構成する関節数が多い場合には、エンドエフェクタを先端関節の移動軌跡と同一の移動軌跡を追随させると情報量が過多になって追随が遅れる場合がある。
また、操作者がエンドエフェクタの到達地点に対応する地点を正確に把握している場合等においては、逐次追随させる必要はない。このような場合には、一定時間ごと又は目標地点付近での情報のみ出力させても良い。反対に情報を遅らせて出力してエンドフェクタの動作を緩慢にすることも可能である。【００２４】
また、ロボットのエンドエフェクタの移動停止指示及び移動再開指示をする手段を有することが好ましい。エンドエフェクタの移動において無駄な動作が多くなってきた場合や多くなることが予想される場合、又はロボット作業の禁止領域に接近した場合には、移動停止情報を入力することによりのエンドエフェクタの移動が停止し、本来の動作又は安全領域に復帰したところで移動再開指示を行うことができる。移動禁止地点から移動再開地点までの移動についてはスムージングを行うことが好ましい。【００２５】
また、上述の多関節構造体教示装置によって、算出され及び／又は修正された情報を編集演算部で蓄積し、蓄積された情報にさらに付加指示情報を加えた編集情報を作成し、又は蓄積された複数の情報から選択し及び／又は組合せた１の編集情報を作成し、作成された編集情報を出力することにより、三次元相対的位置姿勢及び動作を教示してロボットのエンドエフェクタを追随移動及び／又は動作させることがより好ましい。
複数回の教示のうちの最短時間の教示を選択したり、教示した情報に別途進入禁止領域をマッピングした情報を付加して安全作業情報を作成したり、複数の教示内容を組合せて１の教示情報を作成することができるからである。【００２６】
また、特に、上述の多関節構造体をＮＣマシンの加工先端軸の移動に用いることができる。ＮＣマシンのプログラミング（ティーチング）も、加工を行う先端軸が加工対象の加工位置に移動する際に、加工対象の他の突起などが軸が移動する際に衝突しないように干渉防止の配慮を行う必要があるが、従来の対話式のティーチングでは手間がかかり、その結果工数や加工コストの上昇につながっていた。そこでＮＣマシンのプログラミング（ティーチング）においても、本発明の装置を使用すれば干渉するポイントを視認しつつ、適切にアームの加工を行う先端軸を加工近辺まで移動させることが出来る。その後、従来方法に基づく加工点への移動加工指示を与えれば速やかに加工作業を行える。つまり、ＮＣマシンのプログラミングを行う上で精度があまり必要なくかつ迅速に作業させたい部分に本装置を適用し、従来同様に高精度の位置移動が必要な箇所は数値入力などの従来方法を適用するハイブリッド構成を取ることで、従来方法だけで行う場合のプログラム作業時間を大幅に削減させることが可能となる。【００２７】
また、上述の多関節構造体教示装置を、人間を含む移動体に装着し、移動体における多関節構造体先端部の取り付け部分の動きによる多関節構造体先端部の移動及び／又はエンドエフェクタの有する機能に対応した指示によってロボットのエンドエフェクタの三次元相対的位置姿勢及び動作を教示することが好ましい。多関節構造体教示装置を装着することにより、教示地点を移動して教示情報を出力することが可能となる。又、手に把持する必要がなく、装着部位も選択できる。【００２８】
また、上述の多関節構造体教示装置によって三次元相対的位置姿勢及び動作を教示する方法が好ましい。【００２９】
又、ロボットを構成する１又は複数の部分に対して移動先の三次元位置姿勢を教示する教示装置であって、可動部に変化量検出センサを有する関節を含む関節群とセンサ信号を処理する処理部と処理されたデータを伝送する通信部とにより構成される多関節構造体と、伝送されたデータを演算編集する演算編集部と、演算編集部により演算された位置情報を出力する出力部とを備え、該多関節構造体を構成する１又は複数の関節の移動に伴う隣接する各関節間の角度及び／又は軸回転の変化量を計測し、かつ該変化量を合算することにより、多関節構造体の１又は複数の関節の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を算出し、該算出された位置姿勢情報の出力を通じて、前記ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示して追随移動させることが好ましい。【００３０】
ロボットのエンドエフェクタ以外の部分の三次元位置姿勢を教示する必要のある場合がある。又、エンドエフェクタの三次元位置が同一の場合であっても、ロボットアームの関節部の三次元位置姿勢は一意に決定されずに複数の位置が可能である場合がある。これらの場合に、多関節構造体の先端関節に限定されない１又は複数の関節の移動情報を、対応するロボットアームの関節部等のロボットを構成する部分に対する移動指令情報とすることによりロボットアームの関節部等を追随移動させることができる。又、ロボットの三次元位置姿勢には、ロボットアームの部分の位置姿勢に限定されず、ロボットの脚、頭を含むロボット全体の形状・動作に基づくロボット全体を構成する部分の位置姿勢が含まれる。さらには、ロボットの歩行距離などの位置姿勢情報も含まれる。なお、位置姿勢とは前述の通り三次元位置と傾きの一方又は双方を含む概念である。【００３１】
又、付加指示情報を入力する入力部を有し、前記算出された位置姿勢情報に該付加指示情報を加えて処理作成された修正位置姿勢情報を出力することにより、ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示して追随移動させることが好ましい。移動距離の拡張・短縮、移動情報出力の一部削除（中抜き）、出力タイミングの繰り延べ調整等の修正が可能である。【００３２】
又、前記記載の多関節構造体教示装置によって算出された位置姿勢情報を編集演算部で保存蓄積し、蓄積された複数の情報から選択し及び／又は組合せた１の編集情報を作成し、作成された編集情報を出力することにより、ロボットに１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示して追随移動させることが好ましい。【００３３】
又、前記多関節構造体を人間の一方又は双方の腕に装着することが好ましい。人体では腕部分が最もすばやくかつ自由な範囲で微妙な運動が可能であるので、腕に装着することによりロボットのエンドエフェクタ又は関節等の部分に、より有効な移動を教示することができる。一方、演算編集部や出力部等は肩や背や腰に保持することが好ましい。なお、双方の腕に装着するとは、左右の腕にそれぞれ１の多関節構造体を装着することをいう。【００３４】
又、前記多関節構造体を人間の一方又は双方の腕に装着し、前記入力部を一方の手近傍に配置することが好ましい。演算編集部や出力部等を入力部と一体に一方の手に配置すること又は入力部を分離して演算編集部や出力部等を肩や背や腰に配置することいずれも可能であるが、分離して入力部を軽量化することが操作性の観点から特に好ましい。その場合、入力部の演算編集部や出力部等との接続は有線又は無線いずれも可能である。【００３５】
又、ロボットの１又は複数の特定の部分の三次元位置姿勢教示の実行と停止を切り替える教示オプション切り替え部を有することが好ましい。ロボットの設定された通常の動作と多関節構造体教示装置の教示に基づく動作を適宜切り替えて動作を行わせることが可能である。【００３６】
又、ロボットの認識するワーク及び/又は周辺情報を検出する検出部を有し、該検出されたワーク及び/又は周辺情報に基づいてロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示することが好ましい。ロボットの有する画像等のワーク情報や周辺情報を検出して、それを多関節構造体の移動操作に反映させる双方向型教示を行うことができる。【００３７】
また、上述の多関節構造体教示装置を用いて、ロボットの１又は複数の部分の移動前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢を教示する方法が好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明により、多関節構造体教示装置はロボットのエンドエフェクタの三次元位置姿勢をリアルタイムに教示する。その結果、ロボットのエンドエフェクタは多関節構造体先端関節の動きをなぞったように追随し、その追随する動作を観察した操作者はエンドエフェクタの動きに適合するように多関節構造体先端関節を移動させ、エンドエフェクタはそれにさらに追随するという共同作業的な効率の良い教示が提供される。多関節構造体はその形状や曲げ等の機能がロボットアームと近似しているため、操作者は直感的な所作によりエンドエフェクタの三次元位置姿勢の教示を行うことができる。多関節構造体にエンドエフェクタの有する機能に対応した指示をなしうるアタッチメントを装着すれば、エンドエフェクタはより操作者の意図する動作を行う。エンドエフェクタの形状によってはアタッチメントの形状を同一形状とすることによって、一層酷似した移動、動作を実行させることが可能となる。【００３９】
また、ロボットの基準原点を固定させると、デジタイザモードとなり、多関節構造体を下方に移動させるとエンドエフェクタも確実に下方に移動するというように直感性に優れた追随移動をなす。そのため正確な作業がしやすいというメリットがある。一方、変動させると、三次元マウスモードとなり、ロボットの初期位置などを考慮することなく操作が簡単である。
また、人間のリーチを超える多関節構造体の移動も、マウスをいったんもとの位置に戻して再度移動させることにより可能となる。デジタイザモードとマウスモードを組合せ、原点復帰や移動距離を拡張したいときはマウスモードにし、正確な教示をしたいときはデジタイザモードにする等、教示段階によって切替えて使用することにより使い勝手の良さと正確な教示を両立させることが可能である。【００４０】
また、微細移動手段によってエンドエフェクタをラフ移動と詳細位置合わせの２段階の移動に区分けすることにより、全体的に効率的かつ正確な教示を実現（実施）できる。ロボットのエンドエフェクタの初期移動方向を補正することにより円滑な移動を実現できる。又三次元位置姿勢情報を変換することにより、拡張又は縮小した移動、変形をさせることができる。【００４１】
また、多数の対象物を移動させたり、多数の対象物に対して作業を行う場合に、すべての対象物に対して逐一教示することは煩雑である。このような場合、Ｘ軸、Ｙ軸等の座標の間隔を付加情報として付与し、間隔を累積的に増加させれば対象物は一定間隔で配置される。このように手間をかけずにリピート移動、動作が可能である。同様に、四角形の箱の中に対象物を収納する場合等には最初の対象物（例えば左下隅）と最後の対象物（例えば右上隅）に関する教示のみを行い、中間の対象物については均等割り付けによる付加情報を付与することにより、都度教示することなくリピート移動、動作が可能である。【００４２】
また、出力情報選択及び／又は出力タイミング調整手段によって、情報量を節約しつつ適切な教示を行ったり、ロボットのエンドエフェクタの動作を緩慢にして安全性を高めたりすることができる。又、多関節構造体先端部の移動による三次元相対的位置姿勢情報を拡大変換して大きなロボットの教示に適合させることができる。さらに、エンドエフェクタの動作を加速させることもできる。又、移動停止指示をする手段によって、エンドエフェクタの移動を一時停止させたり、通路など作業禁止区域への進入をブロックすることができる。【００４３】
編集演算部で蓄積された教示内容が編集されることによって、より正確な教示やより安全な教示等最適と評価される教示内容を作成し決定することができる。又、多関節構造体教示装置を装着することによって、装置の把持等を行うことなく負担の少ない自然な動作による教示を行うことができる。装着部位も選択でき、例えば肩を起点として装着した場合には下方への移動を上方への移動と同様に円滑に行うことができる。多関節構造体教示装置を複数装着することにより、複数のロボットのエンドエフェクタに対して教示したりすることもできる。多関節構造体教示装置自体の移動とロボット全体の移動をリンクさせれば歩行型ロボットに教示をすることも可能である。【００４４】
又、多関節構造体の１又は複数の関節における移動によりロボットの中間関節等特定の部分を移動させることができる。エンドエフェクタの移動に限定されず、中間の部分を含んだロボット全体の移動又は中間の部分のみの移動により、手を振る動作、ダンスのような様々な動作を教示することも可能である。又、多関節構造体の先端関節の位置を変えずに中間関節の位置を変更することにより、ロボットの中間関節が障害物に接触することを防止しつつエンドエフェクタにワーク把持等の動作を適切に行わせることができる。【００４５】
又、付加指示情報の入力により、多関節構造体の移動情報に基づくロボットの１又は複数の部分の移動を調整することができる。ロボットの１又は複数の部分の移動距離を拡張・圧縮することが可能となる。又、多関節構造体が複雑な移動ルートを辿る場合に、移動情報の一部のみを出力することにより、ロボットの１又は複数の部分にショートカットした効率的な移動ルートを辿らせることが可能である。【００４６】
多関節構造体の移動による教示情報を保存蓄積することにより、繰り返して同じ教示情報によりロボットの１又は複数の部分を移動させたり、複数の教示情報を組み合わせてより適切な一連の教示情報を構築することが可能となる。【００４７】
又、人体に装着し、かつ多関節構造体を腕に装着することにより、移動しつつタイムリーな教示を行うことができる。片手で教示し他方の手で非常停止等の操作を行うことにより、より迅速かつ安全な教示を行うことができ、２つの多関節構造体を両腕に装着することにより、ロボット全体に対する動作を教示することが可能となる。装着者の動作をそのままロボットに伝達・教示する直観的な操作が可能になるのである。なお、多関節構造体を腕部、脚部、頭部に装着することにより全身型ロボットに対しても同様に直観的な教示を行うことができる。さらに、人体の動作を計測する計測装置として用いれば、人体の動作に追随しつつ計測するので、計測範囲の制限等の制約を受けることのない広範囲な計測が可能である。【００４８】
教示の実行と停止を常時切り替え可能とすることにより、ロボットの１又は複数の部分の一連の移動の中で多関節構造体の移動情報に基づく教示が必要な移動部分のみを選択して教示することによって迅速な教示を行うことができる。【００４９】
又、ロボットが取得するワークや周辺の情報を教示に利用することにより、双方向情報に基づいたより早く正確な教示を行うことが可能となる。例えば、ロボットがカメラによりワーク画像を取得している場合、ワーク画像を検出部に転送させ、転送されたワーク画像を参考にして多関節構造体の移動を調整すれば、より適切にロボットの１又は複数の部分の移動を教示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の最良の実施形態に係る多関節構造体教示装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。【００５１】
図１Ａは、床置きタイプの多関節構造体教示装置１である。多関節構造体教示装置１は操作テーブル２と多関節構造体３とアタッチメント４より構成されている。操作テーブル２には入力用のインターフェイスとしてタッチパネル５と操作キー６と移動方向切替えレバー７と非常停止ボタン８が組み込まれている。入力用のインターフェイスとしては本実施例に限定されないのは勿論である。例えば操作テーブルを小型化して操作用のボタン等を一切設けず、パソコンに接続してパソコン側から入力するようにしても良い。又、多関節構造体教示装置は人体に装着すると、移動を重ねながら教示することが可能となる。【００５２】
多関節構造体３は多数の関節により構成され、関節の先端部９にはアタッチメント４が取り付けられている。先端関節をアタッチメントの先端まで延長して取り付けることも勿論可能である。また、アタッチメント４には手元操作用として操作テーブル２の入力用インターフェイスと同機能を有したジョイスティック１０及び図示していないボタンが取り付けられている。ロボットへの教示の開始後は先端関節９とほぼ同位置にあるジョイスティック１０を用いて付加情報を入力する方が便宜である。【００５３】
図１Ｂは操作テーブルのタッチパネル５の拡大図である。タッチパネル５には固定・変動切替え表示、距離・時間切替え表示、停止・再開表示、微調整表示、出力切替え表示、編集表示がある。固定・変動切替え表示とは教示対象のロボットの基準原点位置を固定にするか変動にするかのモード切替え表示である。距離切替え表示とは通常１：１にセットされている多関節構造体先端部の移動距離とロボットのエンドエフェクタの移動距離の比率を切替えるための表示である。停止・再開表示とは、ロボットのエンドエフェクタの移動又を停止させたり、停止された後の再開を指令するための表示である。なお、移動等再開させた場合には停止位置から再開位置の間の移動はスムージングされる。微調整表示は、通常の多関節構造体先端部の移動による教示に対して、より精密な移動等教示を行うときに使用される。具体的な位置の調整は右の操作キーを用いて行う。出力切替え表示は、多関節構造体先端部の移動の全データのうち選択されたもののみ出力したり、時間をずらせて出力する出力調整モードの選択・非選択表示である。編集表示は、移動に係る演算されたデータ又は入力情報付加によって修正されたデータを加工、組合せる場合の表示である。【００５４】
図２は多関節構造体の一例である。本多関節構造体関節は先端関節９と後端関節と折り曲げ関節１２と軸回転関節１３とダミー関節により構成されている。関節間にはすべて可動部１１が装着されている。可動部は円滑に運動するように低摩擦樹脂で形成されているが、ベアリング等でも良い。可動部はいずれも１自由度であるが、折り曲げ関節と軸回転関節がバランス良く配置されているため、多関節構造体全体では任意の三次元位置へと容易に進むことができる。勿論２自由度以上であっても良い。又、可動部にはそれぞれポテンショメータ１４が備えられ、いくつかの関節にはＣＰＵ１５が配置されている。【００５５】
次に、多関節構造体の移動に伴う変化量の演算、送信について説明する。多関節構造体の先端部９が移動等したとき、移動に伴い各関節間の角度が変化する。一方、各関節間の長さは変化しない。したがって、角度の変化を合計すれば、移動等前の三次元位置姿勢に対する移動後の三次元位置姿勢が判明する。関節間の角度の変化はポテンショメータ１４で計測され、計測データはＣＰＵ１５に送られる。ＣＰＵはＣＡＮ通信機能を有しており、本多関節構造体全体で１つのＣＡＮネットワークが構築されているので、すべてのＣＰＵから操作テーブル内の演算編集部に直接無線送信されて演算される。先端関節９が分岐している場合には、各々の先端関節について移動に伴う角度変化が計測される。したがって、分岐した先端部９の開閉等の動作についても三次元位置の変化として計測される。操作テーブル内演算編集部で演算された先端関節の三次元位置姿勢情報は操作テーブル２内の出力部よりロボット制御部に出力送信される。
例えば、ロボット制御部では指示されたロボットのエンドエフェクタの三次元位置姿勢情報を実現するために、逆キネマティクスにより関節角度を決定する等の処理を行い、エンドエフェクタを移動・変形させる。エンドエフェクタについては、次に図３を参照して説明する。【００５６】
図３は多関節構造体の先端関節の移動に追随するロボットのエンドエフェクタ１７を示している。操作者は多関節構造体をロボットアーム１６に見立てて直感的に操っている。移動対象物１８はシャンプー、移動元はベルトコンベア１９、移動先は製品２０本用ダンボールケース２６である。エンドエフェクタ１７は操作者の多関節構造体の移動に追随するが、シャンプーを把持する段階では微妙な位置合わせが必要であることから、操作者の先端部移動は揺れ動き、エンドエフェクタ１７も追随してもたついた動きをすることとなる。シャンプーを箱に入れるときも同様である。このような場合には、円滑に移動している領域の最後付近でジョイスティック１０に備えられている入力用の停止ボタンを押す。停止ボタンを押すとメモリ１にそれまでの三次元位置姿勢情報がメモリに記録されると共にエンドエフェクタ１７の追随移動等がストップする。次に、先端部がシャンプーの真上（又はダンボール箱の真上）に対応する位置にきたと判断した場合に、再開ボタンを押してエンドエフェクタ１７の移動等を再開させる。この一連の操作によって、円滑に移動等している部分のみエンドエフェクタ１７に教示できたことになる。なお、停止箇所と再開箇所の接続にしてはスムージング処理を施すことによって容易に解決することができる。【００５７】
図４は多関節構造体先端関節のアタッチメントの拡大図を示す。Ａはジョイスティックタイプである。表面のジョイスティックと裏面のボタンを用いて入力情報を付加指示する。Ｂはグリップセンサタイプである。エンドエフェクタに対して対象物の把持・解放情報を出力することができる。Ｃは電子グローブタイプである。各指の端部まで多関節構造体の先端関節が延長されており、多指型のロボットアームに正確な追随移動及び動作指示をすることができる。さらに、後述するようにエンドエフェクタの形状に類似する特殊な形状のアタッチメントを装着することも可能である。【００５８】
図５はロボットアーム１６の初期位置の相違による初期移動の不具合を補正する入力手段に関する概念図である。図６の左側は多関節構造体と天井吊り下げ型のロボットアーム１６と床据え置き型のロボットアーム１６のそれぞれ初期位置を示している。多関節構造体先端関節が移動を始め教示を開始した場合、天井吊り下げ型ロボットアーム１６は多関節構造体と同様にアームの向きが土台部から放射する向きにセットされている。したがって、多関節構造体先端関節の移動等にスムーズに追随することができる。一方、床据え置き型ロボットアーム１６は土台に接近する向きにセットされている。この場合、ロボットによっては下向きに移動しようとすることがある。そこで、表示テーブルの移動方向切替えレバー７又はジョイスティック１０のボタンで方向を切替え補正することにより、移動等をスムーズに行うことが可能となる。【００５９】
図６Ａは一升瓶２２をケースに収める場合、図６Ｂはシャンプー１８を四角の箱に収める場合の概念図である。図６Ａでは、先ず最初の一升瓶２２の移動等を教示する。次に多関節構造体先端関節９の三次元位置姿勢情報に対して先に収めた一升瓶２２と接触しない程度に右横にずらせた間隔のデータを付加して新たな三次元位置姿勢情報を及びさらに同間隔を付加した情報を作成して、次の一升瓶、さらにその次の一升瓶の移動に適用する。この一連の操作によって、次の一升瓶はスペース１にその次に一升瓶はスペース２に収められる。一度教示した後のリピート動作を自動化することができるのである。【００６０】
図６Ｂはシャンプー１０本入りの箱である。シャンプー容器の移動等の教示では、左下に最初のシャンプー容器２４を納め、右上に最後のシャンプー容器２５を納めている。後は８本分のスペースが空いている。この場合、残り８本について同様の教示をすることなく、下４本分のスペースと上４本分のスペースを８で除する演算を行い、演算結果の１本当たりスペースの１、２、３本分各々右横にずらせたデータを容器中心点の三次元位置姿勢データとし、同様に上部の位置情報も付加して残り８本の容器を自動的に移動することができる。【００６１】
図７はシャンプー搬送システムの固定タイプ教示の概念図である。本図では人間が多関節構造体装置を装着している。多関節構造体のアタッチメントは電子グローブ２１である。対面には左右逆の鏡像位置にロボットが配置されており、人間とロボットの間にベルトコンベアに載せられたシャンプー容器１８が移動している。なお、図示していないが操作テーブル２はタッチパネル式デイスプレイである。【００６２】
先ず、操作者は操作部の電源を入れる。次にロボットアーム１６の原点位置（配置ポジション）を選択する。この操作によりロボットアーム接続が開始され、指定位置にロボットアーム１６が移動する。操作者はここで多関節構造体のジョイスティック１０（図４のＡで示したもの）で固定モードを選択する。そして、多関節構造体の三次元位置情報に基づいて、ロボットアーム１６が追随するか否かを確認する。【００６３】
次に、ティーチングに入る。多関節構造体３を操作してロボットアーム１６を基準原点付近まで移動させる。ここから教示を開始する。ジョイスティック１０（図４のＡを参照）のメモリ１を押す。多関節構造体３を操作して移動先のベルトコンベア１９の位置までロボットアーム１６が移動する。ここでメモリ２を押す。微調整切り替えボタンを押して微調整モードに入る。ジョイスティック１０（図４のＡを参照）のボタンで微調整を行う。シャンプー容器１８を把持したらメモリ３を押す。多関節構造体３を操作して移動先の梱包箱までロボットアーム１６を移動してメモリ４を押す。
次に、再び微調整切替えボタンを押して微調整を行う。操作は上記と同様である。そして、シャンプー容器１８を放して梱包容器２６に収める。ここでメモリ５を押す。その後、教示を続行する場合はロボットアーム１６を移動元の位置に追随移動させ、いったん原点復帰する場合には原点付近まで追随移動させる。一連の教示が完了したら操作テーブル２の編集表示で教示完了及び保存処理を行う。その後、保存された教示内容を実行し、ロボットアーム１６を自動で移動等させてその動作を確認する。動作の不具合等があれば修正する。【００６４】
図８はシャンプー配送システムの変動タイプ教示の概念図である。多関節構造体アタッチメント４は電子グローブ２１であり、操作部（図示していない）はパソコンである。
準備段階では、図７とほぼ同様であるが、ここでは図７と相違して変動モードを選択する。次に教示に入る。操作部でロボットアーム１６を原点に移動させる。多関節構造体３の電子グローブ２１内のボタンを押し続けている時のみロボットに対して教示情報が出力される。固定モードの場合と異なり、多関節構造体３操作者の腕の位置とロボットの位置には相関がない。
多関節構造体３を操作して移動元のベルトコンベア１９の位置までロボットアーム１６移動させてメモリ１を押す。微調整に切換え、操作はハンドグローブ内ボタンで行う。シャンプーを把持したらメモリ２を押す。多関節構造体３を操作して移動先の梱包箱２６まで移動させてメモリ３を押す。微調整に切換えハンド部で操作する。シャンプー容器１８を離して梱包に収めてメモリ４を押す。その後は図７の例と同様である。【００６５】
図９は塗装ロボットの教示である。ロボットの背後から操作を行っている。多関節構造体アタッチメント４は電子グローブ２１に塗装ガンタイプアタッチメント２７を結合したものである。固定、変動選択については、ハイブリッドモードを選択し、両者の利点を組合せて活用する。【００６６】
準備段階については、ハイブリッドモード選択以外は図７，図８と同様である。教示を開始した時点では変動型モードになっている。操作開始時点ですぐメモリを押さず、塗装対象の開始位置までロボットを追随移動させた時点ではじめてメモリ１を押す。次にモードを固定モードに切り替える。ジョイスティック１０あるいはアナログ量検知スイッチを使用して塗装の塗布量を制御しながら多関節構造体３を移動、変形させてロボットアーム１６を追随移動させ、塗装ガン２８により塗装を行わせる。塗装完了後は塗装対象の開始位置に移動又は原点復帰する。【００６７】
なお、一品一様で塗装する場合には都度多関節構造体装置によりロボットを教示して塗装を実行させる。人間が直接行うと芸術品等商品によっては塗装用のエアガンの使用によって危険なガスが発生する場合があるからである。このような場合は本発明による多関節構造体装置を利用することが好ましい。なお、安全面を考慮して本実施例では操作者はロボットから離れた背後から遠隔操作を行っている。【００６８】
人体装着型の多関節構造体教示装置について、図１０、図１１、図１２、図１３に基づいて説明する。【００６９】
図１０は人体装着型多関節構造体教示装置２９に係る概念図である。多関節構造体３を両腕に沿わせて配設することにより双腕型ロボットへの移動教示が可能であるが、現在は左腕に配設した多関節構造体のみを機能させており、左腕に沿わせて配設し先端部には塗料ガンを模したアタッチメント４を取り付けている。人体の背部には多関節構造体３に連結してポータブル制御部３０が配設されている。図１１は図１０と同一の実施形態で人体前面方向より投射した概念図である。右腕に配設した多関節構造体３の先端部には付加情報入力及び非常停止用のポータブル入力部３１が装着されている。なお、多関節構造体の人体への装着については、関節など人体の可動部分にのみ密着固定させて配設すれば、装着する人体（操作者）の動作を多関節構造体が忠実にトレースすることができる。多関節構造体を構成するすべての関節を人体に密着固定させる必要はない。【００７０】
図１２はポータブル制御部３０の内部構成概念図であり、図１３は外形である。ポータブル制御部３０は演算編集用ＣＰＵ３２と出力部３３より構成されている。出力部３３には出力用モジュール３３ａと無線出力用コネクタ３３ｂと有線出力用コネクタ３３ｃが配されており、無線ＬＡＮ又は有線ＬＡＮによる出力の選択が可能である。【００７１】
多関節構造体を構成する関節には可動部を有する折り曲げタイプ及び軸回転タイプと可動部を有さない接続タイプの３種類がある。折り曲げタイプは隣接する関節間を結ぶ線の角度が傾斜可能となっている。折り曲げタイプ関節にはさらに上下のみの折り曲げが可能なタイプと左右のみの折り曲げが可能なタイプがあり、交互に配置されている。いずれも１自由度で折り曲げ可能範囲は±４５度である。軸回転タイプ関節は隣接する関節間を結ぶ線は直線のまま変化せずに関節を貫く軸の直交方向に回転可能となっている。軸回転タイプも１自由度で回転可能範囲は０度ないし１２０度でストップ点がある。接続タイプはポータブル制御部３０とアタッチメント４に接続する多関節構造体３の両端部に配置されている。多関節構造体を構成する関節のタイプ、配置、折り曲げ等の可能範囲は本実施形態に限定されるものではない。【００７２】
可動部を有するタイプの関節にはそれぞれポテンショメータ１４が配設され、数関節よりなるユニット毎にＣＰＵ１５があり、ＣＡＮ通信が配線されている。ポテンショメータにより計測された折り曲げ又は軸回転による関節間の変化量は有線でＣＰＵに伝送され、ＣＰＵで集計された複数の関節間の変化量データはＣＡＮ通信（有線）でポータブル制御部３０の演算編集用ＣＰＵ３２に伝送される。演算編集用ＣＰＵ３２では伝送された計測値を演算し、ロボットの構成に対応させた位置姿勢情報データに変換し、出力部３３よりロボットコントローラに有線又は無線でデータを伝送する。関節間の変化量の計測センサ、ＣＰＵへの伝送やＣＡＮ通信方法は本実施形態に限定されず、ポータブル制御部では変化量データに付加情報を加えて修正した位置姿勢情報データをロボットコントローラに伝送することも可能である。【００７３】
出力部より伝送された位置姿勢情報に基づくロボットの動作の一例を示す。本発明に係る多関節構造体教示装置のロボットコントローラに伝送された位置姿勢情報により、ロボットコントローラの位置決め制御ユニットでモータの駆動パターンが作成され、パルス信号による駆動指令がなされる。コントローラからの指令に基づきドライバは変調した電力をモータに出力する。モータは指令パルスに基づいてロータを回転させ、減速機３７を通じたロボットアームの回転によりエンドエフェクタが塗装対象物に向かい移動することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る多関節構造体教示装置は工場の組立て、搬送ライン等で広く用いることが可能であり、産業上の利用可能性が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】多関節構造体教示装置の概念図
【図２】多関節構造体の概念図
【図３】ロボットの概念図
【図４】アタッチメントの拡大図
【図５】ロボットアームの配置別動作対比概念図
【図６】容器挿入概念図
【図７】固定型多関節構造体教示装置による教示概念図
【図８】変動型多関節構造体教示装置による教示概念図
【図９】ハイブリッド型多関節構造体教示装置による塗装教示概念図
【図１０】人体装着型多関節構造体教示装置（人体背部側）
【図１１】人体装着型多関節構造体教示装置（人体腹部側）
【図１２】多関節構造体教示装置制御部内部構造
【図１３】多関節構造体教示装置制御部外形
【符号の説明】
【００７６】
１    多関節構造体教示装置
２    操作テーブル
３    多関節構造体
４    アタッチメント
５    タッチパネル
６    操作キー
７    移動方向切り替えレバー
８    非常停止ボタン
９    先端関節
１０  ジョイスティック
１１  可動部
１２  折り曲げ関節
１３  軸回転関節
１４  ポテンショメータ
１５  ＣＰＵ
１６  ロボットアーム
１７  エンドエフェクタ
１８  対象物
１９  ベルトコンベア
２０  グリップセンサタイプアタッチメント
２１  電子グローブタイプアタッチメント
２２    一升瓶
２３    スペース
２４    最初のシャンプー容器
２５    最後のシャンプー容器
２６    梱包箱
２７    塗装ガンタイプアタッチメント
２８    塗装ガン
２９    人体装着型多関節構造体教示装置
３０    ポータブル制御部
３１    ポータブル入力部
３２    演算編集用ＣＰＵ
３３    出力部
３３ａ  出力用モジュール
３３ｂ  無線出力用コネクタ
３３ｃ  有線出力用コネクタ
【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】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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