(57)【要約】【課題】任意の移動経路をマニピュレータに教示することができるロボット教示装置およびロボットの教示方法を提供する。【解決手段】ガイド線１１と、マニピュレータに取り付けられ、複数の近接センサ２２を備えたセンサ部１２と、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置を記憶させた記憶部１３と、各近接センサより信号を受ける演算部１４とを有するロボット教示装置１０。この演算部１４は、センサ部１２をガイド線１１に沿って移動させている状態において、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置が一定となるようにセンサ部１２の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド線を用いてマニピュレータの移動経路を教示するロボット教示装置であって、
前記マニピュレータに取り付けられ、複数の近接センサを備えたセンサ部と、
各近接センサより信号を受ける演算部とを有し、
前記演算部は、前記ガイド線に対するセンサ部の相対的な位置が一定となるようにマニピュレータの動作を制御する、
ロボット教示装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記ガイド線に対する近接センサの距離が一定となるように前記マニピュレータの動作を制御する、
請求項１記載のロボット教示装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記センサ部が平行移動するようにマニピュレータの動作を制御する、
請求項１記載のロボット教示装置。
【請求項４】
前記近接センサが、静電容量型の近接センサである、
請求項１または２記載のロボット教示装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか記載のロボット教示装置を用いたロボットの教示方法であって、
ガイド線を配線する配線工程と、
前記ガイド線に対するセンサ部の相対的な位置が一定となるようにマニピュレータの動作を制御する教示工程とを有する、
ロボットの教示方法。
【請求項６】
前記教示工程が、前記ガイド線に対する各近接センサの距離が一定となるようにマニピュレータの動作を制御する工程である、
請求項５記載のロボット教示方法。
【請求項７】
前記教示工程が、前記センサ部が平行移動するようにマニピュレータを動かす工程である、
請求項５記載のロボット教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット教示装置およびロボットの教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの教示方法としては、操作者が遠隔操作ツールを用いてロボットのアームを間接的に動かしてその動作を教示する間接教示方法および操作者がロボットのアームを直接的に動かしてその動作を教示する直接教示方法が知られている。
間接教示方法は、例えば、特許文献１に示すように、ティーチングペンダント等の遠隔操作ツールのボタン等を操作し、ロボットのアームを所定の位置まで移動させ、その一連の動作を記憶させる。
直接教示方法は、例えば、特許文献２に示すように、力覚センサを取り付けたロボットのアームに外力を加え、力覚サンサの信号に応じて力の加えられた方向にアームを動かしながら所定の位置まで移動させ、その一連の動作を記憶させる。
【０００３】
一方、操作者が操作を行うことなくロボットの移動を制御する倣い制御装置が知られている。例えば、特許文献３には、ワークを加工する工具と、その工具と併進するように設けられ、光学式センサを備えたトレーサヘッドとを有し、トレーサヘッドでモデルの形状を非接触で倣わせ、工具をそれと共に併進させながらワークを加工する非接触倣い制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１８５５８６号公報
【特許文献２】特開平１−２３４１８５号公報
【特許文献３】特開平３−６０９５６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、特許文献１のような間接教示方法の場合、操作パネルを中心とした操作方向と、ロボットまたはロボットのアームを中心とした方向とを一致させる必要があるため、ロボットを移動させてロボットの位置や向きが変わることによって、操作方向が分からなくなってしまうことがある。またその操作は非常に複雑であり、熟練が必要である。
また特許文献２のような直接教示方法の場合、力覚センサの感度を高くしすぎると、ロボットのゆらぎや振動等にも反応してしまうため、安全性の面から所定量以上の力でないと動かないように制御されている。そのため、ロボット教示には相当な力を必要とする。特に大型ロボットの場合には負担が大きい。
さらに特許文献３のような非接触倣い制御装置は、ワークと同じ大きさのモデルを用いて経路を教示するため、一度経路を決定した後は、経路の変更は困難である。また光学式センサを用いる場合、反射波を受信する受信部を発信部に対して所定の場所に配置させなければならないため、例えば、大きく曲がっている、あるいは、受信部の死角の方向に曲がっている場合、反射波を受信できないことが想定され、３次元的に配設された経路を追随させることには適していない。
【０００６】
本発明は、任意の移動経路をマニピュレータに教示することができるロボット教示装置およびロボットの教示方法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】
【０００７】
本発明のロボット教示装置は、ガイド線を用いてマニピュレータの移動経路を教示するロボット教示装置であって、前記マニピュレータに取り付けられ、複数の近接センサを備えたセンサ部と、各近接センサより信号を受ける演算部とを有し、前記演算部は、前記ガイド線に対するセンサ部の相対的な位置が一定となるようにマニピュレータの動作を制御することを特徴としている。
【０００８】
本発明のロボット教示装置は、複数の近接センサを備えたセンサ部が非接触方式でガイド線に沿うようにマニピュレータの動作を制御するため、自動でマニピュレータの移動経路を教示することができる。特に、ガイド線を用いてマニピュレータの移動経路を教示するため、マニピュレータの移動経路を自由に選択することができ、その変更も簡単である。また、初期作業は、ガイド線を配設するだけでよく簡単である。さらに、移動経路の教示後、ガイド線を取り払うことにより通常のロボットとして使用することができる。
【０００９】
このようなロボット教示装置であって、前記演算部は、前記ガイド線に対する各近接センサの距離が一定となるように前記マニピュレータの動作を制御するものが好ましい。
この場合、ガイド線の曲がり部に対して、センサ部はその角度に応じて回転しながら移動する。
【００１０】
このようなロボット教示装置であって、前記演算部は、前記センサ部が平行移動するように前記マニピュレータの動作を制御するものが好ましい。
【００１１】
このようなロボット教示装置であって、前記近接センサが静電容量型の近接センサであるものが好ましい。
静電容量型の近接センサを用いることにより、広角度でガイド線を検出することができ、三次元的に配線されるガイド線を検出させることができる。
【００１２】
本発明のロボットの教示方法は、本発明のロボット教示装置を用いたロボットの教示方法であって、ガイド線を配設する配設工程と、前記ガイド線に対するセンサ部の相対的な位置が一定となるようにマニピュレータの動作を制御する教示工程とを有することを特徴としている。
本発明のロボット教示方法は、ガイド線を配設するだけでマニピュレータに任意の移動経路を教示することができ、操作者の作業が簡単である。またマニピュレータの移動経路の変更も簡単である。ガイド線を取り払うだけで通常のロボット操作ができる。
【００１３】
本発明のロボットの教示方法であって、前記教示工程が、前記ガイド線に対する各近接センサの距離が一定となるようにマニピュレータの動作を制御する工程である方法が好ましい。
本発明のロボット教示方法であって、前記教示工程が、前記センサ部が平行移動するようにマニピュレータの動作を制御する工程である方法が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のロボット教示装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図２ａ、図２ｂは、それぞれガイド線とセンサ部の位置関係を示す側面図、平面図である。
【図３】図３ａ〜図３ｆは、センサ部の制御工程を示す概略図である。
【図４】図１のロボット教示装置を取り付けたロボット装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図５】本発明のロボット教示の動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１のロボット教示装置１０は、ガイド線１１と、マニピュレータに取り付けられ、複数の近接センサを備えたセンサ部１２と、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置を記憶させた記憶部１３と、各近接センサより信号を受ける演算部１４とを有する。このロボット教示装置１０は、センサ部１２をガイド線１１に沿って動くように制御することによりマニピュレータの移動経路を教示する装置である。
【００１６】
ガイド線１１は、フレキシブルな線状体である。ここでフレキシブルとは、任意の方向に曲げることが可能であり、かつ、その状態を保持することができることを言う。
図１においてガイド線１１のハッチング部は、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置において、４つの近接センサ２２に同時に検出されている領域である。センサ部１２は、この位置からガイド線１１の先端方向（矢印方向）に移動する。ロボット教示装置１０は、このガイド線１１とセンサ部１２との相対的な位置関係を記憶し、この位置関係を維持するようにガイド線１１の形状に応じてセンサ部１２は移動する。
ガイド線１１は、折り曲げ可能であるため、操作者は、作業空間内で、装置等の配置状況に応じた任意の形状とすることができる。つまり、マニピュレータの移動経路を自在に選択することができる。
ガイド線１１としては、例えば、公知のフレキシブルアームや、銅線や鉄線等の金属線に合成樹脂を被覆したもの等が挙げられる。しかし、近接センサが検出できるものであれば、特に限定されない。
【００１７】
センサ部１２は、本体２１と、その表面に設けられ、ガイド線１１を検出する複数の近接センサ２２とを備えている。このセンサ部１２は、軸周りに回転し、かつ、基部側の関節を中心に旋回するマニピュレータのアーム１０６と、マニピュレータのハンド（エンドエフェクタ）１０７との間に取り付けられ、センサ部１２はハンド１０７と一体となって移動または回転する。このようにセンサ部１２はハンド１０７と一体となるように取り付けるのが好ましい。
【００１８】
本体２１は、円柱状としている。しかし、その形状は、断面正多角形の柱体または球体であってもよく、特に限定されない。特に、円柱体または球体が好ましい。
本体２１の上面には、マニピュレータと係合する上部係合部２１ａが設けられており、下面にはマニピュレータと係合する下部係合部２１ｂが設けられている。この実施形態では、上部係合部２１ａは、筒状であり、アーム１０６の係合部を挿入して固定する。下部係合部２１ｂは、柱状であり、ハンド１０７の係合部に挿入して固定する。しかし、本体２１とアーム１０６、および、本体２１とハンド１０７との固定手段は特に限定されない。
【００１９】
近接センサ２２は、ケーブル２３等によって演算部１４と接続されている。そして、近接センサ２２は、検出信号を演算部１４に送る。
ガイド線１１を検出させる近接センサ２２は、３つ以上あればよく、４つが好ましい。
４つの近接センサ２２は、本体２１（センサ部１２）の上下方向に隣り合う２つの近接センサ２２ａ、２２ｂと、それぞれの近接センサと本体２１（センサ部１２）の周方向に隣り合い、かつ、本体２１の上下方向に隣り合う２つの近接センサ２２ｃ、２２ｄとに配置するのが好ましい。また図２ａに示すように、上下方向に隣り合う近接センサ２２ａ、２２ｂを結ぶ線分ａ１と、近接センサ２２ｃ、２２ｄを結ぶ線分ａ２とを本体２１（センサ部１２）の軸Ｚと平行とし、また周方向に隣り合う近接センサ２２ａ、２２ｃを結ぶ線分ｂ１と、近接センサ２２ｂ、２２ｄを結ぶ線分ｂ２とは本体２１の軸Ｚと垂直とするのが好ましい。図２における矢印は、センサ部１２（本体２１）から見た方向である。
なお、センサ部１２は、１６個の近接センサ２２を本体２１に設けている。詳しくは、互いに上下に並んだ２つの近接センサ２２を一組とし、その組を円柱状の本体２１の側面に円周方向で等間隔（中心軸から９０度間隔）に４箇所に配置し、かつ、本体２１の上面および下面に、円周方向で等間隔（中心軸から９０度間隔）に４つずつ、円周方向において側面に設けられたものの間となるように配置している。上記４つの近接センサ２２以外は、マニピュレータに移動経路を教示させる前後で使用する。しかし、いずれか３つ以上の近接センサ２２を用いるようにしてもよい。
【００２０】
近接センサ２２としては、静電容量型、誘導型などの公知ものが用いられる。特に、静電容量型の近接センサが好ましい。また、コイル状炭素繊維を誘電体からなる母材内に分散させたものを用いた近接センサ、例えば、特開２００７−２０１６４１号公報の近接センサが好ましい。これらは、対象物の表面の電荷を検出するため、比較的検出領域が広く、三次元的に延びているガイド線の検出に適している。そして、検出物との距離に応じた強度の信号を出す。
【００２１】
記憶部１３は、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置を記憶する。具体的には、基本位置におけるガイド線１１と４つの近接センサ２２ａ〜２２ｄとの信号値（距離）を記憶する。
ガイド線１１とセンサ部１２の相対的な位置関係としては、センサ部１２に対してガイド線１１が、周方向に隣り合う２つの近接センサを結ぶ線分ｂ１、線分ｂ２との間を通るようにした位置関係が挙げられる。特に、図２ａ、ｂに示すように、ガイド線１１が、線分ｂ１、ｂ２と平行であり、かつ、本体２１の上下方向の中間を通るようにするのが好ましい。このような位置関係とすることにより、ガイド線１１に対するセンサ部１２の動作制御の計算を簡素化できる。
しかし、ガイド線１１とセンサ部１２との相対的な位置関係は、特に限定されるものではない。
【００２２】
演算部１４は、センサ部１２をガイド線１１に沿って移動させている状態において、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置が記憶部１３に記憶させた位置関係となるようにマニピュレータの動作を制御する。詳しくは、ガイド線１１に対する各近接センサ２２ａ〜２２ｄの距離が記憶部１３に記憶させた距離となるようにマニピュレータの動作を制御する。
図２ａ、ｂのようなガイド線１１とセンサ部１２の位置関係とした場合において、ガイド線１１の曲がり部１１ａに対するセンサ部の動作の制御の一例を次に示す。
演算部１４は、ガイド線１１の曲がり部１１ａに対してマニピュレータの動作を制御するとき、センサ部１２の上下方向の移動成分を制御し、次いで、センサ部１２の左右方向の移動成分を制御して、各近接センサ２２ａ〜２２ｄの距離が記憶部１３に記憶させた距離となるようにマニピュレータの動作を制御する。
【００２３】
センサ部１２の上下方向の移動成分の制御は、上下隣り合う近接センサ２２ａの信号値と近接センサ２２ｂの信号値が同じ値となるように、かつ、近接センサ２２ｃの信号値と近接センサ２２ｄの信号値が同じ値となるように、センサ部１２を、センサ部１２の中心周りに上下方向に回転させる。これによりセンサ部１２はガイド線１１に沿って回転し、ガイド線１１の位置は上下方向において線分ｂ１および線分ｂ２の中間となる。
図３ａ〜図３ｃは、センサ部１２の側面に対して垂直な位置から見た状態図であり、センサ部１２が相対的に上側に曲がっているガイド線１１に沿って実質的に回転しながら進行している状態を示す。矢印は、センサ部１２を中心とした方向を示す。
【００２４】
次いで、センサ部１２の左右方向の移動成分の制御は、４つの近接センサ２２ａ〜２２ｄの信号値（距離）が記憶部１３に記憶させた信号値（距離）となるように、センサ部１２を、センサ部１２の中心周りに左右方向に回転させる。これによりセンサ部１２はガイド線１１に沿って回転し、ガイド線１１とセンサ部１２の相対的な位置関係が保たれる。
図３ｄ〜図３ｆは、センサ部１２の上面に対して垂直な位置から見た状態図である。図３ｄ〜図３ｆのように、ガイド線１１とセンサ部１２の左右方向の成分の距離Ｘが保たれるようにセンサ部１２を左方向に回転させる。これによりセンサ部１２は、相対的に左側に曲がっているガイド線１１に沿って実質的に回転しながら移動する。矢印は、センサ部１２を中心とした方向を示す。
【００２５】
このように演算部１４は、ガイド線１１に対する相対的な位置が一定となるようにセンサ部１２を移動させる。特に、ガイド線１１の曲がり部に対して、その角度に応じてセンサ部１２を回転させながら移動させる。
なおガイド線１１に対する近接センサ２２の距離が一定となるような演算部１４の制御は、上述の手段に限定されない。
【００２６】
このようにロボット教示装置１０は、４つの近接センサ２２ａ〜２２ｄとガイド線１１の距離が一定となるようにセンサ部１２の動作を制御するため、センサ部１２をガイド線１１と衝突させることなく、センサ部１２をガイド線１１に沿って自動に進行させることができる。また、ガイド線１１に対するセンサ部１２の向き（角度）が常時同じとなるため、センサ部１２とエンドエフェクタとを一体化する場合、エンドエフェクタの向きも同時に制御することができる。
さらに、センサ部１２の移動経路は、ガイド線によって選択することができ、操作者にとって簡単にできる。
【００２７】
この実施形態では、近接センサ２２を本体２１に設けたセンサ部１２をマニピュレータに取り付けているが、近接センサ２２を直接マニピュレータの外周面に取り付けてもよい。この場合、特許請求の範囲のセンサ部は、近接センサ２２と、その近接センサが取り付けられたマニピュレータの外周面とから構成される。
この実施形態では、センサ部１２をエンドエフェクタと一体となるように取り付けているが、センサ部１２の取付箇所は特に限定されない。
【００２８】
この実施形態では、ガイド線１１の曲がり部に対してセンサ部１２を回転させながらガイド線１１に沿って進行させているが、ガイド線１１の形状にかかわらずセンサ部１２をガイド線１１に沿って平行移動させてもよい。
この場合、記憶部１３は、センサ部１２の中心とガイド線１１との距離を記憶する。
そして、演算部１４は、センサ部１２をガイド線１１に沿って移動させている状態において、センサ部１２が平行移動するようにマニピュレータの動作を制御する。
具体的には、ガイド線１１を検出する複数の近接センサ２２のセンサ部１２における位置、および、各近接センサ２２のガイド線１１に対する距離からガイド線１１の向きを算出する。そして、センサ部１２の向きを一定とした状態で、ガイド線１１とセンサ部１２との距離が記憶部１３に記憶させた距離となるように、センサ部１２を算出したガイド線１１の向きと平行な方向に動かす。
しかし、ガイド線１１に対してセンサ部１２を平行移動させる演算部１４の制御は、上述の手段に限定されない。例えば、各近接センサ２２とガイド線１１との距離の平均値が一定となるように平行移動させてもよく、各近接センサ２２とガイド線１１との距離のうち一番小さい値が一定となるように平行移動させてもよい。
さらなる他の実施形態としては、センサ部１２の上下方向の動きを平行移動とし、左右方向の動きを回転としてもよい。さらに、センサ部１２の上下方向の動きを回転とし、左右方向の動きを平行移動としてもよい。
【００２９】
次に、ロボット教示装置１０を取り付けたロボット装置１００を図４に示す。
ロボット装置１００は、ベース１０１と、そのベースから延びるマニピュレータ１０２と、マニピュレータに動きを指示する制御部１０３とを有する。このマニピュレータ１０２にロボット教示装置のセンサ部１２が取り付けられ、制御部１０３にロボット教示装置の記憶部１３および演算部１４が組み込まれている。そして、センサ部１２と制御部１０３とはケーブル等によって接続されている。なお、ロボット教示装置の記憶部１３と演算部１４を別の装置として制御部１０３と接続してもよい。
【００３０】
マニピュレータ１０２は、公知の多関節アーム１０６と、その先端に設けられた公知のハンド１０７とを備えている。
センサ部１２は、アーム１０６とハンド１０７との間に、ハンド１０７と一体に取り付けられている。
制御部１０３は、記憶部１３と、演算部１４と、主記憶部１０３ａ、主演算部１０３ｂと、通信部１０３ｃとを有する。また制御部１０３には、入力装置（図示せず）と、出力装置（図示せず）とが接続されている。
【００３１】
主記憶部１０３ａは、マニピュレータ１０２に教示した動作を記憶する。
主演算部１０３ｂは、アームおよびハンドの位置・姿勢の演算処理を行う。また、主演算部１０３ｂは、センサ部１２の作業空間中の位置・姿勢も同時に算出する。
通信部１０３ｃは、主演算部１０３ｂおよび演算部１４の結果に基づいてアーム１０６およびハンド１０７に必要な指示を送信する。また、入力装置に入力される操作者の指示を送信する。
【００３２】
ロボットの教示方法について説明する。
初めに、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置を記憶する（工程Ｓ１）。
具体的には、ガイド線１１と各近接センサ２２ａ〜２２ｄとの距離を記憶させる。これにより、ガイド線１１に対するセンサ部１２の向きが決定される。そのため、センサ部１２は、ガイド線１１に対して一定の向きを維持するようにガイド線１１に沿って移動する。
【００３３】
次に、任意の形状に曲げたガイド線１１を作業空間に配設する（工程Ｓ２）。
操作者は、作業空間内の装置等の配置状況に応じてマニピュレータの移動経路を想定し、それに基づいてガイド線１１を任意の形状に曲げ、その曲げたガイド線１１を作業空間内に配設する。
【００３４】
センサ部１２をガイド線１１に沿って移動させて、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置が記憶された相対的な位置となるようにマニピュレータ１０２の動作を制御する（工程Ｓ３）。
詳しくは、ガイド線１１と各近接センサ２２ａ〜２２ｄの距離が記憶された距離となるようにマニピュレータ１０２の動作を制御する。
センサ部１２を、ガイド線１１に沿って移動させる方法としては、図２のような相対的な位置関係の場合、入力装置を介してセンサ部１２が前方向に移動するようにマニピュレータ１０２を外部から操作することによって行う。しかし、例えば、制御部１０３に、センサ部１２をガイド線１１に配置させた初期位置からガイド線１１の両（前後）方向に移動させ、近接センサ２２の信号値（例えば、信号値がゼロとなる）によりガイド線１１の基端を探知させ、その反対方向をセンサ部１２の進行方向として、求めさせてもよい。
【００３５】
このように本発明のロボット教示方法は、ガイド線を配設するだけでマニピュレータに任意の移動経路を教示することができる。また、マニピュレータの移動経路を作業空間の状況に応じて自由に選択することができる。そのため、作業空間の状況が変わるたびに簡単に移動経路を変更することができる。
【００３６】
なお工程Ｓ１は、工程Ｓ２の後に行ってもよい。例えば、工程Ｓ２においてガイド線１１を配設し、そのガイド線１１に対してセンサ部１２を配置させ、その状態で各近接センサ２２ａ〜２２ｄの信号値（距離）を記憶してもよい。このように工程Ｓ２の後に、ガイド線１１に対するセンサ部１２の相対的な位置を記憶させることにより、センサ部１２への初期作業が簡単となる。
【００３７】
またロボットの教示方法の他の実施形態として、センサ部１２をガイド線１１に沿って平行移動させてもよい。この場合、工程Ｓ１では、ガイド線に対するセンサ部の距離を記憶させる。そして、工程Ｓ３では、ガイド線１１に対するセンサ部１２の距離が一定となるように、センサ部が平行移動するようにマニピュレータの動作を制御する。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ロボット教示装置
１１  ガイド線
１１ａ  曲がり部
１２  センサ部
１３  記憶部
１４  演算部
２１  本体
２１ａ  上部係合部
２１ｂ  下部係合部
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  近接センサ
２３  ケーブル
１００  ロボット装置
１０１  ベース
１０２  マニピュレータ
１０３  制御部
１０３ａ  主記憶部
１０３ｂ  主演算部
１０３ｃ  通信部
１０６  多関節アーム
１０７  ハンド
【図１】
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【図２】
2018114591.tif 000004
【図３】
2018114591.tif 000005
【図４】
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【図５】
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