(57)【要約】【課題】  ロボットアームの重さが大きいときにも、簡易にダイレクトティーチングできるロボットシステム及びロボットの教示装置を提供すること。【解決手段】  ロボットシステム１００において、ロボットアーム１２を教示者の手によって移動することにより、該ロボットアーム１２の移動点が教示され、この教示データをコントローラ２０に供するティーチング手段（教示ボタン３０）を有し、ロボットアーム１２の移動系に作用する該ロボットアーム１２の重さを相殺するバランスウエイト４０を、該ロボットアーム１２の移動系に付加してなるもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、該アクチュエータによって移動されるロボットアームとを備えたロボットと、
アクチュエータを駆動制御してロボットアームの移動を制御するコントローラとを有してなるロボットシステムにおいて、
ロボットアームを教示者の手によって移動することにより、該ロボットアームの移動点が教示され、この教示データをコントローラに供するティーチング手段を有し、
ロボットアームの移動系に作用する該ロボットアームの重さを相殺するバランスウエイトを、該ロボットアームの移動系に付加してなることを特徴するロボットシステム。
【請求項２】
前記バランスウエイトを、アクチュエータによるロボットアームのための駆動力伝達系に付加してなる請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
アクチュエータによって移動されるロボットアームを有し、
ロボットアームを教示者の手によって移動することにより、該ロボットアームの移動点が教示され、この教示データを該ロボットアームの移動の制御に供するロボットの教示装置において、
ロボットアームの移動系に作用する該ロボットアームの重さを相殺するバランスウエイトを、該ロボットアームの移動系に付加してなることを特徴するロボットの教示装置。
【請求項４】
前記バランスウエイトを、アクチュエータによるロボットアームのための駆動力伝達系に付加してなる請求項３に記載のロボットの教示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットシステム及びロボットの教示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットシステムにおいて、モータの励磁を切ってフリーにしたロボットアームを教示者の手によって移動することにより、このロボットアームの移動点を教示するダイレクトティーチングがある。
【０００３】
このダイレクトティーチングでは、教示者がロボットアームを移動し易い反面、ツールやワークが重い場合やロボットアームの自重がかかるときにモータをフリーにすると、ロボットアームが重力によって落ちてしまうため、実用できない。
【０００４】
そこで、従来のロボットシステムとして、特許文献１に記載の如く、ツールやワーク等を重力に逆らい支持するロボットアームと、このロボットアームを移動するモータのモータ軸にかかるトルクを検出するセンサと、このセンサの出力をトルク値として取り込むトルク信号入力部と、このトルク信号入力部に入力されたトルク値を指令トルク値に追従させる制御部とを備え、ティーチング時にアームにかかるツールやワーク等の重力を相殺するトルクをモータ軸に与えてバランスをとる構成としたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平5-192885号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムには、以下の問題点がある。
(1)ダイレクトティーチング中のトルク指令値として、ロボットアームの重さに対抗して該ロボットアームをダイレクトティーチングに切り替わる直前の位置に保持するための必要トルクに、教示者がダイレクトティーチングに伴ってロボットアームを動かす微小トルクを加減算する演算が常に必要になり、モータの駆動制御が複雑になる。
【０００７】
(2)ロボットアームの重さが大きくなるほど、モータを駆動するトルクの制御単位が大きくなるため、小さなトルク入力値に対するモータのレスポンスが低下し、教示者がロボットアームを動かした微小トルクに対応すべきモータの駆動制御が困難になる。
【０００８】
(3)モータは、通常運転中（非ダイレクトティーチング中）も、ダイレクトティーチング中も常にロボットアームの重さに対抗する必要トルクを出力する必要がある。従って、モータによるロボットアームの揚程能力はモータの許容トルク（モータを運転するときに使用できる最大トルク）から上記のロボットアームの重さに対抗するための必要トルクを差し引いた値に低下する。
【０００９】
(4)モータが駆動制御不能になり、又はブレーキ機能を喪失したとき、ロボットアームは落下するおそれがある。
【００１０】
本発明の課題は、ロボットアームの重さが大きいときにも、簡易にダイレクトティーチングできるロボットシステム及びロボットの教示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、アクチュエータと、該アクチュエータによって移動されるロボットアームとを備えたロボットと、アクチュエータを駆動制御してロボットアームの移動を制御するコントローラとを有してなるロボットシステムにおいて、ロボットアームを教示者の手によって移動することにより、該ロボットアームの移動点が教示され、この教示データをコントローラに供するティーチング手段を有し、ロボットアームの移動系に作用する該ロボットアームの重さを相殺するバランスウエイトを、該ロボットアームの移動系に付加してなるようにしたものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記バランスウエイトを、アクチュエータによるロボットアームのための駆動力伝達系に付加してなるようにしたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、アクチュエータによって移動されるロボットアームを有し、ロボットアームを教示者の手によって移動することにより、該ロボットアームの移動点が教示され、この教示データを該ロボットアームの移動の制御に供するロボットの教示装置において、ロボットアームの移動系に作用する該ロボットアームの重さを相殺するバランスウエイトを、該ロボットアームの移動系に付加してなるようにしたものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において更に、前記バランスウエイトを、アクチュエータによるロボットアームのための駆動力伝達系に付加してなるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
（請求項１、３）
(a)ロボットアームの移動系（ロボットアームの移動とともに移動する系）に、ロボットアームの重さ（ハンドやエンドエフェクタの重量を含む）を相殺するバランスウエイトが付加される。従って、ダイレクトティーチング時に、モータ等のアクチュエータを駆動制御することも、ブレーキ操作することも必要なく、ロボットアームの重さに関係なく、該ロボットアームを教示者の手によって任意の位置に楽に移動させ、かつ手を放しても停止できる。
【００１６】
(b)ダイレクトティーチング時には、上述(a)によってモータ等のアクチュエータを駆動制御する必要がなく、モータ等のアクチュエータの位置情報を教示データとして読み取るだけで良く、簡易である。
【００１７】
(c)ロボットアームの重さが大きくなっても、モータ等のアクチュエータの移動系に生じる摺動抵抗等の移動抵抗を十分小さくすることにより、教示者がダイレクトティーチングに伴ってロボットアームを動かす小さな力に対してもモータ等のアクチュエータのレスポンスが低下することなく、教示者の手の微小な力によるダイレクトティーチングが可能になる。
【００１８】
(d)モータ等のアクチュエータは、通常運転時にロボットアームを移動制御するに際し、該ロボットアームの重さに対抗する必要トルクを出力する必要がない。従って、モータ等のアクチュエータによるロボットアームの揚程能力をモータ等のアクチュエータの許容トルク（モータ等のアクチュエータを運転するときに使用できる最大トルク）まで最大限活かすことができる。小容量のモータ等のアクチュエータでもロボットアームを移動制御できる。
【００１９】
(e)モータ等のアクチュエータが通常運転中に駆動制御不能になり、又はブレーキ機能を喪失したとしても、ロボットアームの重さはバランスウエイトによって相殺されており、ロボットアームの落下は起こり得ない。
【００２０】
（請求項２、４）
(f)バランスウエイトは、モータによるロボットアームのための駆動力伝達系（モータの駆動力をロボットアームに伝える系）に付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１はロボットシステムを示す模式図である。
【図２】図２はロボットシステムの変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示したロボットシステム１００は、ロボット１０とコントローラ２０とを有し、部品の加工作業や移載作業を行なう。
【００２３】
ロボット１０は、モータ１１と、モータ１１によって移動されるロボットアーム１２とを備える。ロボット１０は、例えばモータ１１の出力軸に固定した駆動車１３Ａと、駆動車１３Ａから離隔して配置された従動車１３Ｂと、駆動車１３Ａと従動車１３Ｂに巻き掛けられた伝動ベルト１３Ｃからなる、ロボットアーム１２のための駆動力伝達系１３を有し、駆動力伝達系１３を構成している伝動ベルト１３Ｃの中間部にロボットアーム１２の基部１２Ａを連結して備える。
【００２４】
ロボット１０は、ロボットアーム１２の先端部であるフランジ１２Ｂに、ツールやワークを把持するハンドや、視覚検査のために用いるカメラ等のエンドエフェクタが取付けられるようになっている。
【００２５】
ロボット１０は、回転角度検出センサ１１Ａを有し、モータ１１のモータ回転位置信号を出力可能にしている。回転角度検出センサ１１Ａとしては、例えばモータ１１の出力軸に連結されたエンコーダ等を採用できる
【００２６】
コントローラ２０は、モータ１１を駆動制御してロボットアーム１２の移動を制御するモータ駆動制御部２１を備えるとともに、モータ１１の回転角度検出センサ１１Ａが出力するモータ回転位置信号を受信するモータ回転位置検出部２２を備える。また、コントローラ２０は、後述するダイレクトティーチングに用いる制御プログラムを含め、ロボット１０のロボットアーム１２を自動制御するための各種制御プログラムが記録されるメモリ２３を備える。
【００２７】
コントローラ２０は、ロボット操作部２４を付帯して備える。作業者がロボット１０の通常運転時に、ロボット操作部２４を用いて、メモリ２３に記録してあるロボット１０のいずれかの動作プログラムを選択すると、メモリ２３がこの動作プログラムにおいて規定しているロボットアーム１２の各移動点に対応してモータ１１に付与されるべきモータ回転位置指令がモータ駆動制御部２１に設定される。これにより、モータ駆動制御部２１は、モータ回転位置検出部２２から転送されるモータ回転位置信号が、上記モータ回転位置指令に追従するように、モータ１１の回転角度位置をフィードバック制御する。
【００２８】
以下、ロボット１０におけるロボットアーム１２のダイレクトティーチングについて説明する。
【００２９】
ロボットシステム１００は、ティーチング手段としての教示ボタン３０をコントローラ２０に付帯して備えるとともに、ロボットアーム１２の移動系（ロボットアーム１２の移動とともに移動する系）に作用するロボットアーム１２の重さ（ロボットアーム１２の自重に、ロボットアーム１２のフランジ１２Ｂに取付けてあるハンド、エンドエフェクタの重さを加えたもの）を搭載するバランスウエイト４０を、該ロボットアーム１２の移動系に付加して備える。
【００３０】
バランスウエイト４０は、具体的には、モータ１１によるロボットアーム１２のための駆動力伝達系１３を構成している伝動ベルト１３Ｃに付加される。但し、バランスウエイト４０は、モータ１１からロボットアーム１２への該モータ１１の駆動力伝達系１３に直接的に付加されるものに限らず、例えば図２に示す如く、滑車１４に巻き回されてロボットアーム１２の基部１２Ａ等に連結されているワイヤ１５の他端部に連結されるものであっても良い。バランスウエイト４０が連結されるワイヤ１５の他端部は、ロボットアーム１２の移動とともに移動する系（ロボットアーム１２の移動系）を構成する。
【００３１】
しかるに、ロボットシステム１００にあっては、教示者である作業者がロボット１０のダイレクトティーチン時に、教示ボタン３０を用いて、メモリ２３に記録してあるダイレクトティーチングプログラムを選択した状態下で、モータ１１の励磁を切って（ブレーキを解除して）フリー状態にするとともに、教示者の手によってロボットアーム１２を所定の経路に沿うように移動し、このロボットアーム１２の移動過程で教示者が教示ボタン３０をオン操作する度に、このロボットアーム１２の連続する１個以上の移動点が連続的に教示データとして教示される。即ち、教示ボタン３０のオン信号がコントローラ２０のモータ駆動制御部２１に送信されると、モータ駆動制御２１はその時点におけるロボットアーム１２の移動点に対応しているモータ１１のモータ回転位置信号として、モータ回転位置検出部２２から転送されているモータ回転位置信号を教示データとしてメモリ２３に取り込んで記録させる。ロボットアーム１２の上述の所定の移動経路に沿う一連の移動過程が終了し、ロボットアーム１２の全ての移動点についての教示データが取り込まれると、この教示データはロボット１０の通常運転のための新たな動作プログラムを構成するものになって、この動作プログラムにおけるロボットアーム１２の各移動点を規定するものになる。これにより、このダイレクトティーチングプログラムは、教示者がロボット操作部２４に加える操作によって終了するものになる。
【００３２】
従って、本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)ロボットアーム１２の移動系（ロボットアーム１２の移動とともに移動する系）に、ロボットアーム１２の重さ（ハンドやエンドエフェクタの重量を含む）を相殺するバランスウエイト４０が付加される。従って、ダイレクトティーチング時に、モータ１１を駆動制御することも、ブレーキ操作することも必要なく、ロボットアーム１２の重さに関係なく、該ロボットアーム１２を教示者の手によって任意の位置に楽に移動させ、かつ手を放しても停止できる。
【００３３】
(b)ダイレクトティーチング時には、上述(a)によってモータ１１を駆動制御する必要がなく、モータ１１の位置情報を教示データとして読み取るだけで良く、簡易である。
【００３４】
(c)ロボットアーム１２の重さが大きくなっても、モータ１１の移動系に生じる摺動抵抗等の移動抵抗を十分小さくすることにより、教示者がダイレクトティーチングに伴ってロボットアーム１２を動かす小さな力に対してもモータ１１のレスポンスが低下することなく、教示者の手の微小な力によるダイレクトティーチングが可能になる。
【００３５】
(d)モータ１１は、通常運転時にロボットアーム１２を移動制御するに際し、該ロボットアーム１２の重さに対抗する必要トルクを出力する必要がない。従って、モータ１１によるロボットアーム１２の揚程能力をモータ１１の許容トルク（モータ１１を運転するときに使用できる最大トルク）まで最大限活かすことができる。小容量のモータ１１でもロボットアーム１２を移動制御できる。
【００３６】
(e)モータ１１が通常運転中に駆動制御不能になり、又はブレーキ機能を喪失したとしても、ロボットアーム１２の重さはバランスウエイト４０によって相殺されており、ロボットアーム１２の落下は起こり得ない。
【００３７】
尚、本発明は、複数の軸を有し各軸に対応して設けられる複数のモータと、各モータによって移動される複数のロボットアームとを備えた多関節ロボットと、複数のモータを駆動制御して各ロボットアームの移動を制御するコントローラを有してなるロボットシステムに適用できる。このような多関節ロボットの教示装置では、各モータの励磁を切って（ブレーキを解除して）フリーにするとともに、ハンド又はエンドエフェクタが取付けられる最先端に位置するロボットアームを教示者の手によって移動することにより、各ロボットアームの移動点が教示され、この教示データをコントローラに供するティーチング手段を有する。そして、各ロボットアームの移動系に作用する当該ロボットアームの重さを相殺する各バランスウエイトを、各ロボットアームの移動系（モータによる各ロボットアームのための駆動力伝達系を含む）に付加するものになる。
【００３８】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、ティーチング手段としての教示ボタン３０は、手押しスイッチの他、足踏みスイッチ、リミットスイッチ、近接スイッチ、光学スイッチ等を採用できる。また、表示ボタン３０は、モータ１１のモータ回転位置信号を、一定時間毎に、表示データとして取り込みできるタイマーに代えることもできる。これらのティーチング手段は、コントローラ２０に内蔵することもできる。
【００３９】
また、本発明が適用されるロボットのロボットアームを移動するアクチュエータは、回転モータに限らず、リニアモータでも良く、電動モータに限らず、油圧駆動モータでも良く、モータに限らず、流体圧シリンダ等からなるものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、ロボットアームの重さが大きいときにも、簡易にダイレクトティーチングできるロボットシステム及びロボットの教示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ロボット
１１  モータ
１１Ａ  回転角度検出センサ
１２  ロボットアーム
１３  駆動力伝達系
２０  コントローラ
２１  モータ制御部
２２  回転位置検出部
２３  メモリ
３０  教示ボタン（ティーチング手段）
４０  バランスウエイト
１００  ロボットシステム
【図１】
2017087341.tif 000003
【図２】
2017087341.tif 000004