(57)【要約】【課題】ロボットの教示に慣れていない教示作業者が、挿入作業を教示する場合であっても、簡単に教示ができるロボットの部品挿入動作の教示方法、及びそれを用いたロボットの動作方法を提供すること。【解決手段】パラレルリンクロボット１０のエンドエフェクタ１８で把持した挿入部品を被挿入部材に挿入する軌跡を教示する方法において、前記被挿入部材に挿入された前記挿入部品の抜き動作の軌跡を教示し、教示された前記挿入部品の抜き動作の軌跡の逆方向の軌跡を、部品挿入動作の軌跡として設定する、ロボットの部品挿入動作の教示方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクタで把持した挿入部品を被挿入部材に挿入する軌跡を教示する方法において、
前記被挿入部材に挿入された前記挿入部品の抜き動作の軌跡を教示し、
教示された前記挿入部品の抜き動作の軌跡の逆方向の軌跡を、部品挿入動作の軌跡として設定する、
ロボットの部品挿入動作の教示方法。
【請求項２】
前記挿入部品が、前記被挿入部材の被挿入部の底まで挿入されていない状態から教示を開始する場合、
前記被挿入部の底の深さ及び前記挿入部品の挿入深さに基づいて前記挿入部品と前記被挿入部の底とのズレを検出し、教示を開始する位置から前記ズレ分だけ前記挿入部品の抜き動作と逆方向に軌跡を延長させる、
請求項１に記載のロボットの部品挿入動作の教示方法。
【請求項３】
前記挿入部品と前記被挿入部材とのクリアランスに対応する厚みのスペーサを、前記挿入部品または前記被挿入部材に予め装着して前記抜き動作を行う、
請求項１又は２に記載のロボットの部品挿入動作の教示方法。
【請求項４】
前記ロボットは、電磁モータにギヤのないダイレクトドライブモータを使用した６軸駆動のパラレルリンクロボットであると共に、前記エンドエフェクタが設けられた可動プレートと固定プレートから構成された、
請求項１乃至３の何れか一つに記載のロボットの部品挿入動作の教示方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載のロボットの部品挿入動作の教示方法により教示された軌跡を用いて、前記挿入部品の部品挿入動作を行う、
ロボットの動作方法。
【請求項６】
前記エンドエフェクタは、把持した挿入部品にかかる接触力を検出可能な力検出部を備えており、
前記軌跡を用いた前記挿入部品の挿入動作に際し、前記力検出部で検出された接触力に基づく弾性中心を前記挿入部品の先端中央に設定する、
請求項５に記載のロボットの動作方法。
【請求項７】
前記軌跡を用いた前記挿入部品の挿入動作に際し、前記被挿入部材への前記挿入部品の接触による変位を検知し、目標位置からの前記変位のズレに応じて弾性定数及び前記弾性中心の位置を制御する、
請求項６に記載のロボットの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用途を主とするロボットの部品挿入動作の教示方法、及びそれを用いたロボットの動作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアーム先端に取り付けたエンドエフェクタに保持されたワークを対象物に挿入作業を行う部品挿入用ロボットシステムに用いられる教示方法としては、力表示手段を用いるものがある。（特許文献１参照）
特許文献１では、図１２に示すように、教示作業者が、作用力表示手段５６に表示される押し圧力と探索移動量表示手段５７に表示される偏差とに基づいて、押し圧設定手段５５を操作することで、探索動作中に押し圧の調整が可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９０１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の教示方法では、ロボットの教示作業者が、押し圧力や探索移動量に基づいて圧設定手段を操作する必要があり、また、熟練の作業が必要となるという課題を有している。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、例えばロボットの教示に慣れていない教示作業者が挿入作業を教示する場合であっても、簡単に教示ができるロボットの部品挿入動作の教示方法、及びそれを用いたロボットの動作方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のロボットの部品挿入動作の教示方法は、ロボットの可動プレートに設けられたエンドエフェクタで把持した挿入部品を被挿入部材に挿入する軌跡を教示する方法において、前記被挿入部材に挿入された前記挿入部品の抜き動作の軌跡を教示し、教示された前記挿入部品の抜き動作の軌跡の逆方向の軌跡を、部品挿入動作の軌跡として設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えばロボットの教示に慣れていない教示作業者が挿入作業を教示する場合であっても、簡単にロボットの教示をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるパラレルリンクロボットの概略図
【図２】本発明の実施の形態１における手づたえ教示を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における手づたえによる教示方法を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における手づたえによる教示方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１におけるロボットによる挿入を示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるロボットによる挿入を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２におけるコンプライアンス制御の説明図
【図８】弾性中心を挿入部品先端中央に配置した場合の挿入モデルを示す図
【図９】本発明の実施の形態２における弾性中心を挿入部品先端中央に配置した場合の挿入モデルを示す図
【図１０】本発明の実施の形態２および３におけるロボットによる挿入を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態３におけるコンプライアンス制御のブロック図
【図１２】特許文献１の実施例の図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボット１０の概略構成図である。
【００１１】
図１において、パラレルリンクロボット１０は、固定プレート１２と可動プレート１３とを、複数のアーム１４及びリンク１７で連結している。このパラレルリンクロボット１０は、アーム１４及びリンク１７の位置または姿勢を制御することで、可動プレート１３の動作を制御することができる。
【００１２】
本実施の形態１のパラレルリンクロボット１０の可動プレート１３は、それ自体の駆動源等の重量物が無く極めて軽量な構造であるため、可動プレート１３を高速に動作させる高速動作または手づたえ教示などに有用である。なお、「手づたえ教示」とは、モータ１５の電源を切った状態で、可動プレート１３をユーザ（教示作業者）が直接手に取って直接移動させ、このユーザの手による教示の動作軌跡をエンコーダ１５ａにより記録することにより、可動プレート１３の動作軌跡をダイレクトにパラレルリンクロボット１０に教示する方法である。可動プレート１３には、例えば、対象物（挿入部品）を把持するためのエンドエフェクタ１８が取り付けられる。
【００１３】
アーム１４は、固定プレート１２に内蔵されたモータ１５の主軸に接続されている。モータ１５は、関節角度検出手段としてのエンコーダ１５ａを備えている。エンコーダ１５ａを用いることで、アーム１４の角度を検出することができる。モータ１５は、パラレルリンクロボット１０の動力源の一例である。図１では、図を簡略化するためにモータ１５を１つだけ図示しているが、本実施の形態１のパラレルリンクロボット１０は、６つのアーム１４それぞれにモータ１５が接続されている。すなわち、本実施の形態１のパラレルリンクロボット１０の固定プレート１２には、モータ１５およびエンコーダ１５ａが６つ内蔵されている。
【００１４】
ここで、所定の空間内に設定される固定座標系において、パラレルリンクロボット１０の可動プレート１３の位置および姿勢を自在に設定するためには、可動プレート１３が６つの自由度（可動軸）を有することが必要である。本実施の形態１のパラレルリンクロボット１０は、１つのアーム１４および１つのリンク１７および１つのモータ１５から構成される組を６組用いると共に、モータ１５の回転を１組毎に独立に制御することによって、６つの自由度を実現している。つまり、可動プレート１３は、３組６つのアーム１４及び３組６つのリンク１７により固定プレート１２に対して姿勢変更自在に接続され、６つのアーム１４の回転角度に応じてその位置および姿勢が変化する。すなわち、可動プレート１３の位置および姿勢は、アーム１４およびリンク１７によって連結および拘束されることにより、アーム１４の回転角度をモータ１５などの駆動源で制御することによって、アーム１４およびリンク１７の位置および姿勢に応じて、空間内で変化することができる。
【００１５】
アーム１４は、その一端が固定プレート１２に取り付けられており、所定の１軸周りに所定の面内を旋回するように構成されている。リンク１７の両端は、空間内を自由旋回することが可能なジョイント部１１で接続されている。ジョイント部１１は、軸受の一例である。リンク１７の一端はジョイント部１１によりアーム１４の他端に接続され、リンク１７の他端はユニバーサルジョイント２１により可動プレート１３に接続されている。ユニバーサルジョイント２１は、交差した２つのジョイントにより構成されるものである。
【００１６】
次に、本実施の形態１のパラレルリンクロボット１０における部品挿入動作の教示方法について説明する。
【００１７】
図２に示すように、教示は手で可動プレートを持って、動かしたい軌跡を覚えさせることで実現する。
【００１８】
ここで、部品挿入動作とは、挿入部品を被挿入部材のホール（被挿入部）に入れる挿入動作である。ここでは、図３の工程図と図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図３（１）に示す様に、予め挿入部品を被挿入部材のホールに入れておく（図４のＳ０１参照）。なお、この状態が組立完了状態である。
【００２０】
次に、図３（２）に示す様に、可動プレート１３に設けられたエンドエフェクタ１８のチャックを開いた状態で可動プレート１３を挿入部品に対して近づけ、図３（３）に示す様に、エンドエフェクタ１８のチェックで挿入部品を掴む。次に、図３（４）に示す様に、人の手により、ホールから挿入部品を引き抜く。次に、図３（５）に示す様に、人の手により、挿入部品を部品の供給位置まで移動させる。そして、図３（６）に示す様に、チャックを外すことで挿入部品を離す。最後に、図３（７）に示す様に、挿入部品および部品の供給位置から可動プレート１３を離すことで、可動プレート１３を退避させる。これら、この人の手により教示された一連の抜き動作の軌跡を、パラレルリンクロボット１０の記憶部に記憶させる（図４のＳ０２参照）。
【００２１】
そして、抜き動作の逆方向の軌跡を、挿入動作の軌跡として設定する（図４のＳ０３参照）。
【００２２】
本実施の形態１のロボットの部品挿入動作の教示方法は、このようにして、抜き動作の逆方向の軌跡を挿入動作の軌跡として教示することで、ロボットの教示に慣れていない教示作業者が挿入作業を教示する場合であっても、簡単にロボットの教示をすることを可能とする。
【００２３】
さらに、このように教示した動作の軌跡を利用することにより、パラレルリンクロボット１０による部品挿入動作とそれに伴う一連の動作（図５を参照）を、繰返し実現できる。図６に、この動作のフローチャートを示す。なお、これらの動作は、図示しないパラレルリンクロボット１０の制御部での制御により行われる。
【００２４】
まず、図５（１）に示す様に、可動プレート１３を、エンドエフェクタ１８のチャックを開いた状態で、挿入部品に接近させ（図６のＳ１１参照）、図５（２）に示す様に、挿入部品を掴む位置で可動プレート１３を停止させる（図６のＳ１２参照）。
【００２５】
次に、図５（３）に示す様に、挿入部品をエンドエフェクタ１８のチャックで掴んで（図６のＳ１３参照）、図５（４）に示す様に、可動プレート１３を被挿入部材のホールの近くまで移動させる（図６のＳ１４参照）。
【００２６】
次に、図５（５）に示す様に、可動プレート１３をホールに接近させて（図６のＳ１５参照）、図５（６）に示す様に、前述の抜き動作の逆再生（抜き動作の逆方向の動作）である挿入動作を開始し（図６のＳ１６参照）、図５（７）に示す様に、挿入動作を完了させる（図６のＳ１７参照）。
【００２７】
最後に、図５（８）に示す様に、エンドエフェクタ１８のチャックを挿入部品から外し、可動プレート１３をホールから退避させる（図６のＳ１８参照）。
【００２８】
尚、本発明の一実施の形態である、図５（１）から図５（８）に示すパラレルリンクロボット１０による部品挿入動作とそれに伴う一連の動作の内、特に、図５（５）から図５（７）に示す動作が、図３乃至図４で説明した本実施の形態の教示方法により教示された部品挿入用の軌跡を利用する効果の高い動作である。また、図５（１）から図５（４）に示す動作、及び、図５（８）に示す動作についての教示方法は、従来の手づたえ教示でも良いし、或いは軌跡の座標を直接指定する教示等、他の教示方法を用いても良いが、動作の連続性を考えると、図３（５）に示すように部品の供給位置まで本実施の形態の教示方法により教示しておくのが望ましい。
【００２９】
このように挿入部品を抜く軌跡を記憶させ、そのまま逆方向に動作する軌跡を教示することで、クリアランスの小さい嵌め合い挿入であっても、挿入入口付近に衝突することもなく、位置制御のみでスムーズに挿入できる。これは、既に挿入されている挿入部品を抜くときの動作が、抜くときゆえのブレがないためであると考えられる。
【００３０】
なお、挿入部品を直接手で把持して教示する場合、ホール（被挿入部）の底まで挿入部品が届いていない状態から教示が開始される可能性がある。この場合、ホール（被挿入部）が円柱形状の穴であれば、予めホール（被挿入部）の底の高さ（深さ）を設定しておくと共に、挿入部品の挿入深さを読み取ることで、これらの情報に基づいて挿入部品とホール（被挿入部）の底の位置のズレを検出することができる。そして、教示開始位置からこの位置のズレ分だけ下方向（抜き動作の逆方向）に軌跡を延長させることで、ホール（被挿入部）の底に挿入部品が届いていない状態でも、より正確に軌跡を教示することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、上記実施の形態１で説明した教示方法により教示された部品挿入用の軌跡を用いて、パラレルリンクロボット１０に部品挿入の一連の動作を行わせる際に、挿入部品やホールに加工誤差や組立誤差やチャック時の把持誤差などが微妙に存在するときであっても、スムーズに挿入できるように、コンプライアンス制御を加える場合について説明する。
【００３２】
本実施の形態では、パラレルリンクロボット１０のコンプライアンス制御を、図７に示すように、先端に弾性中心を設置し、その位置を基準にｘｙｚ各軸方向の弾性定数や粘性係数、各軸周りのθｘ、θｙ、θｚに関する弾性定数や粘性係数を、計６軸それぞれに対して設定することと定義している。
【００３３】
本実施の形態のパラレルリンクロボット１０は、可動プレート１３とエンドエフェクタ１８の間に力センサ２０を設け、弾性中心の位置を挿入部品の先端中央に設定することで、コンプライアンス制御を可能としている。
【００３４】
図８（ａ）、図８（ｂ）にコンプライアンス制御をした場合の一般的な挿入例を示す。
【００３５】
図８（ａ）は可動プレート１３に設けたエンドエフェクタ１８で挿入部品を掴んだ状態で、ホールに挿入するモデルである。ここで、挿入動作における弾性中心を挿入部品の先端中央に設定している。この状態で可動プレート１３をホールに近づける（図８（ａ）の（１）「接近」を参照）。そして、挿入部品がホールに接触し、力センサ２０のセンシング結果に基づいて、挿入部品又はホールの面取り部（この図ではホールの面取り）に沿って、並進誤差分を横に移動しながらホールに挿入されていく（図８（ａ）の（２）「並進」を参照）。一旦ホールに挿入され始めると引っ掛かりが生じてしまいそうになるが、弾性中心が先端にあるため、引っ掛かりを生じさせずに挿入できる（図８（ａ）の（３）「挿入」を参照）。図８（ｂ）は挿入部品に筒を挿入する場合のモデルである。
【００３６】
本発明の一実施の形態における、パラレルリンクロボット１０の部品挿入の一連の動作にコンプライアンス制御を加えた例を、図９と図１０のフローチャートで説明する。
【００３７】
尚、教示方法は実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００３８】
まず、図９（１）に示す様に、可動プレート１３のエンドエフェクタ１８のチャックを開いた状態で、可動プレート１３を挿入部品に近づけ（図１０のＳ２１参照）、図９（２）に示す様に、可動プレート１３を停止させる（図１０のＳ２２参照）。
【００３９】
次に、図９（３）に示す様に、エンドエフェクタ１８で挿入部品をで掴んで（図１０のＳ２３参照）、図９（４）に示す様に、可動プレート１３をホールの近くまで移動させる（図１０のＳ２４参照）。
【００４０】
次に、図９（５）に示す様に、コンプライアンス制御に切り替え、弾性中心の位置を挿入部品の先端中央にセッティングした状態で、前述の抜き動作の逆方向の動作である挿入動作を開始させる（図１０のＳ２５参照）。挿入時にコンプライアンス制御を行うことで、図９（６）、（７）に示す様に、ホールの位置がずれていたとしても、挿入動作を自動的に修正しながら、挿入することができる（図１０のＳ２６参照）。
【００４１】
最後に、図９（８）に示す様に、エンドエフェクタ１８を挿入部品から外し、可動プレート１３をホールから退避させる（図１０のＳ２７参照）。
【００４２】
この様に、挿入時にコンプライアンス制御を行うことで、挿入部品を被挿入部材のホールに挿入させる過程において、力センサ２０が被挿入部材への挿入部品の接触による力変位を検知し、目標位置からの変位のズレに応じて弾性定数と弾性中心の位置を制御することが出来る。
【００４３】
即ち、挿入部品やホールに加工誤差や組立誤差、チャック時の把持誤差などあっても、教示された軌跡と逆方向の動作の軌跡においてコンプライアンス制御することで、それら誤差が自動的に修正されて挿入できる。なお、実施の形態１の手づたえ教示の軌跡の逆の動作をした上での、コンプライアンス制御なので、少しの面取りだけで精密な挿入が可能となる。
【００４４】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、上記実施の形態１で説明した教示方法により教示された部品挿入用の軌跡を用いて、パラレルリンクロボット１０に部品挿入の一連の動作を行わせる際に、上記実施の形態２で説明した力センサを用いないコンプライアンス制御について説明する。
【００４５】
力センサ２０（図９（１）参照）は歪みを力に変換しているため、衝撃に弱く壊れやすい。これをエンドエフェクタ１８や可動プレート１３周辺に装着して動作させた場合、何らかのミスにより周囲に衝突すると力センサ２０が壊れることがある。よって、力センサを用いないコンプライアンス制御は、簡易な構成であると共に耐久性に優れたものである。図１１にブロック図を示す。目標の弾性中心を設定し、その設定した位置からの変位量および差分から、粘弾性を計算し、目標とする発生力が求まる。位置制御を用いて力制御のように動作させるため、次に位置制御の計算が入る。目標とする発生力から、実際の発生力の差分を取る。実際の発生力はモータ１５の電流値から推定できる。これにより、高価でかつ衝撃に弱い力センサを用いなくてもコンプライアンス制御が可能となる。
【００４６】
挿入例は、力センサ２０の存在しない図９と同様であり、教示方法は前述の実施の形態１と同様である。また、フローチャートも図１０と同様である。
【００４７】
尚、以上説明した実施の形態では、予めホールに挿入された挿入部品をホールから抜く動作（図３（３）から図３（４）参照）の軌跡を記憶し、その記憶した抜き動作の逆向きの動作を部品挿入動作用の軌跡として教示する構成が、本発明の部品挿入用ロボットの教示方法の一例に該当する場合について説明した。しかしこれに限らず例えば、図３（３）から図３（７）までの一連の動作の軌跡（但し、エンドエフェクタ１８の開閉動作は除く）を記憶し、その記憶した一連の動作（抜き動作を含む）の逆向きの動作の軌跡を、部品挿入の一連の動作の前半部分（図５（１）から図５（７）の動作に対応）の教示とし、且つ、記憶した図３（３）から図３（６）までの一連の動作の軌跡（但し、エンドエフェクタ１８の開閉動作は除く）を、部品挿入の一連の動作の後半部分（図５（８）及び、それ以降の動作に対応）の教示として、両者の軌跡を滑らかに繋いで利用する構成であっても良い。
【００４８】
また、上記実施の形態では、クリアランスの小さいはめあい挿入動作において、挿入部品を抜く動作の軌跡を記憶し、その記憶した抜き動作の軌跡の逆向きの動作を部品挿入用の軌跡として教示する場合について説明した。しかし、例えば、クリアランスの大きなはめあい挿入動作において、抜くときにブレが生じる場合には、ブレ防止を目的として、挿入部品と被挿入部材とのクリアランスに対応する厚みのスペーサを挿入部品又は被挿入部材に予め装着した後、抜き動作を行いその軌跡を記憶し、その記憶した抜き動作の軌跡の逆向きの動作を部品挿入用の軌跡として教示する構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、ロボットの部品挿入動作の教示が容易であるので、例えば精密な挿入作業の教示などの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    パラレルリンクロボット
１１    ジョイント部
１２    固定プレート
１３    可動プレート
１４    アーム
１５    モータ
１５ａ    エンコーダ
１７    リンク
１８    エンドエフェクタ
２１    ユニバーサルジョイント
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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