(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者がアームの先端部を把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設け、アームの先端部に対象物との接触を検知するセンサを設けた操作機構を用い、作業者が操作機構を操作して被加工物の表面にセンサ部を接触させて、操作機構の各軸の位置検出器の信号から接触点での位置・姿勢を計測することにより、被加工物の形状データを生成してオフライン教示装置に逐次入力した後、同じ操作機構を用いて作業者が加工したい経路に沿って被加工物の表面にセンサ部を接触させて、操作機構の各軸の位置検出器の信号から接触点での位置・姿勢を計測することにより、被加工物に対する加工経路データを生成してオフライン教示装置に取り込み、作業者がオフライン教示装置の画面上で、被加工物の形状データ及び加工経路データを用いて、教示点の編集及び／又は加工経路上での作業条件の付加教示等を行うことにより、自動的に加工ロボットの教示データを生成することを特徴とするロボットの作業教示方法。
【請求項２】
作業者が操作機構を用いて加工経路の一部について加工経路データを教示し、このデータをオフライン教示装置に取り込み、オフライン教示装置で残りの経路を含めて全部の加工経路データを生成する請求項１記載のロボットの作業教示方法。
【請求項３】
オフライン教示装置に、加工経路データとともに加工速度データを教示データとして取り込む請求項１又は２記載のロボットの作業教示方法。
【請求項４】
実際に加工に使用する被加工物を用いて加工ロボットの教示データを生成し、加工ロボットの教示と加工ロボットによる加工作業とを同ラインで行う請求項１、２又は３記載のロボットの作業教示方法。
【請求項５】
作業者がアームの先端部を把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設け、アームの先端部に対象物との接触を検知するセンサを設けた操作機構と、
操作機構の各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変換を行うことにより、作業者が操作機構を操作して被加工物の表面に接触させたセンサ部の接触点での位置・姿勢を演算する、被加工物の形状データ及び加工経路データを生成するための位置・姿勢演算装置と、
被加工物の形状データが逐次入力された後、加工経路データが取り込まれ、作業者が画面上で教示点の編集及び／又は加工経路上での作業条件の付加教示等を行うことにより、自動的に加工ロボットの教示データを生成するオフライン教示装置と、
を備えたことを特徴とするロボットの作業教示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接、加工、組立て、仕上げ作業などに用いられるロボットへの作業教示方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットのオフライン教示技術は既に実用化されている技術であるが、ワークのＣＡＤデータやＮＣデータを入力し、画面上で加工パスを教示する方法がほとんどである。ＣＡＤデータがないワークに対しては、ワークの画像を入力し、その画面に対して教示を行う方法が提案されている。例えば、特開平１０−５８３６３号公報には、ロボットのオフライン教示装置として、ワークの形状データを画像で取り込み、画面上に表示されたワークに対して、所定の手順でティーチング作業を行う装置が開示されている。
【０００３】
一方、力制御機能を付加したロボットを用いたダイレクト教示を簡便化する方法として、人間が操作するトレーサロッドの両端位置をカメラで読み取り、ロッドの位置・姿勢に変換することにより、ロボットの作業動作を教示する方法が提案されている。例えば、特開平１０−２６４０５９号公報には、塗装ロボットのティーチング装置として、作業者が持ったトレーサロッドの両端を画像センサで検出し、その位置・姿勢を演算することによりロボットの教示を行う装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のうち、ワークのＣＡＤデータやＮＣデータを入力して加工パスを画面上で教示する方式は、ＣＡＤデータやＮＣデータのないワークには適用できないという問題がある。また、ワークの画像を入力して画面上で加工パスを教示する方式は、カメラを用いているため、ワークのデータを取り込める範囲に制限がある。そして、これらの加工パスを画面上で教示する方式はいずれも、ワークの製造誤差や位置決め誤差がそのままオフライン教示の誤差となる。また、平面画像情報による方法は、特定のワーク、特定の条件でしか適用できない。すなわち、ほぼ平面状のワークしか対象とならない。さらに、これらの方式は、ロボットの据付け誤差による影響を受ける。
【０００５】
ダイレクト教示方式は、ワークの製造誤差やロボットの据付け誤差の影響を受けないが、上記のようにロボットに力制御機能を付加する必要がある。また、全点を教示する必要があるので、効率が悪い。
一方、トレーサロッド等で作業動作を教示する方式は、力制御を行わずに教示できるが、教示できる位置・姿勢に制約がある場合が多く、また、全作業動作を教示する必要があるので、効率が悪い。さらに、この方式では、ロボットの据付け誤差による影響を受ける。
また、トレーサロッド等をカメラで読み取る方法は、空間分解能と輝度識別分解能に限界があるため、位置測定精度が低くなる。
【０００６】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、作業者が先端部を把持して力を加えて動かすことにより、任意の位置・姿勢に位置決めすることができる、各関節部に位置検出器を設けた６以上の自由度を有する操作機構を用意し、これを用いてワーク（被加工物）の形状データを正確に入力するとともに、加工経路データを正確に教示し、動作の確認や教示点の編集、作業条件の付加教示等は画面上で行なう構成とすることにより、精度よく、かつ、短時間で効率的に教示が行える作業教示方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のロボットの作業教示方法は、作業者がアームの先端部を把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設け、アームの先端部に対象物との接触を検知するセンサを設けた操作機構を用い、作業者が操作機構を操作して被加工物の表面にセンサ部を接触させて、操作機構の各軸の位置検出器の信号から接触点での位置・姿勢を計測することにより、被加工物の形状データを生成してオフライン教示装置に逐次入力した後、同じ操作機構を用いて作業者が加工したい経路に沿って被加工物の表面にセンサ部を接触させて、操作機構の各軸の位置検出器の信号から接触点での位置・姿勢を計測することにより、被加工物に対する加工経路データを生成してオフライン教示装置に取り込み、作業者がオフライン教示装置の画面上で、被加工物の形状データ及び加工経路データを用いて、教示点の編集及び／又は加工経路上での作業条件の付加教示等を行うことにより、自動的に加工ロボットの教示データを生成するように構成されている（図１〜図４参照）。
【０００８】
上記の本発明の作業教示方法において、作業者が操作機構を用いて加工経路の一部について加工経路データを教示し、このデータをオフライン教示装置に取り込み、オフライン教示装置で残りの経路を含めて全部の加工経路データを生成するように構成することが好ましい（図３、図４参照）。
また、これらの本発明の作業教示方法において、オフライン教示装置に、加工経路データとともに加工速度データを教示データとして取り込むことができる。
また、これらの本発明の作業教示方法において、実際に加工に使用する被加工物を用いて加工ロボットの教示データを生成し、加工ロボットの教示と加工ロボットによる加工作業とを同ラインで行うことが好ましい。
【０００９】
本発明のロボットの作業教示装置は、作業者がアームの先端部を把持して力を加えて動かすことにより、該先端部を任意の位置・姿勢に位置決めすることができるように、６以上の自由度を有するアームを備え、アームの関節部の各軸に位置検出器を設け、アームの先端部に対象物との接触を検知するセンサを設けた操作機構と、操作機構の各軸の位置検出器からの信号を入力して座標変換を行うことにより、作業者が操作機構を操作して被加工物の表面に接触させたセンサ部の接触点での位置・姿勢を演算する、被加工物の形状データ及び加工経路データを生成するための位置・姿勢演算装置と、被加工物の形状データが逐次入力された後、加工経路データが取り込まれ、作業者が画面上で教示点の編集及び／又は加工経路上での作業条件の付加教示等を行うことにより、自動的に加工ロボットの教示データを生成するオフライン教示装置とを備えたことを特徴としている（図１参照）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
図１は、本発明の実施の形態によるロボットの作業教示装置を示している。図２は、本実施形態でデータ入力のために用いる操作機構の一例を示している。
図２に示すように、操作機構１０は、剛性の高い６以上の自由度を有するアーム１２と、各関節部に高精度の位置検出器１４（例えば、エンコーダ）を有しており、作業者が先端部１６を把持して力を加えて動かすことにより、先端部１６を動作範囲内の任意の位置・姿勢に位置決めすることができるものである。この操作機構１０の先端部１６には、対象物との接触を検知するセンサ部１８が設けられている。
【００１１】
図１に示すように、作業者２０は操作機構１０の先端部１６を手で操作して、ワーク（被加工物）２２の計測したいポイントにセンサ部１８を接触させる。センサ部１８で接触を検知したセンサ信号に同期して、そのときの操作機構１０の各関節の位置検出器１４からの位置データが、入力装置２４を介して位置・姿勢演算装置２６に取り込まれ、これらの位置データに、操作機構の構造によって決定される座標変換行列を乗じることにより、接触点での位置・姿勢データが演算される。この操作・処理を繰り返すことにより、ワーク（被加工物）２２の形状データをオフライン教示装置２８に逐次入力する。すなわち、接触を検知したセンサ信号に同期して、そのときの各関節の位置情報を入力し、これを操作機構系の位置・姿勢データに変換し、さらに、これをワークの座標系に変換してオフライン教示装置２８の画面上に表示する。６自由度以上の自由度を持つ操作機構を用いるメリットは、機構の動作範囲内であれば、任意の位置・姿勢をとることができる、すなわち、任意形状のワークに適用できることにある。
【００１２】
次に、同じ操作機構１０を用いて加工パスの教示を行う。上記と全く同様の手順で、作業者２０は、ワーク２２上の加工したい経路に沿って、任意の間隔を置いてセンサ部１８を接触させていくことにより、加工パスの教示を行うことができる。図１のような操作機構を用いることにより、作業点だけではなく、その時の工具姿勢も同時に教示できるというメリットがある。また、実際の加工に使用するワークに対して教示を行うため、作業者は臨場感を持って実作業に近い教示を行うことができる。この作業パスを全点に渡って教示し、オフライン教示装置２８に取り込んで、加工ロボットの座標系に変換することにより、ロボットの動作プログラムを生成することができる。作業者がリアルタイムで教示を行う場合は、加工速度も教示データとして取り込むことができる。また、加工動作をより効率的に教示するために、本実施形態では、一部教示した作業パスをオフライン教示装置２８に取り込み、ワーク形状データととともに、オフライン教示装置２８の画面上で表示・編集できる構成とすることが好ましい。この詳細については後述する。
【００１３】
オフライン教示の方法は、一例として、以下の通りである。
（１）  オフライン教示装置の画面上で作業領域を指定することにより、教示した作業パスに基づき全加工パスを自動生成する。
（２）  各教示点に対して作業条件（例えば、グラインダを用いた仕上げ作業の場合は、グラインダの押付け量や切込み量など）を付加教示する。
（３）  ロボットの動作シミュレーションを行い、必要に応じて作業の位置・姿勢を変更する。
（４）  加工ロボットの動作プログラムを生成する。
以上の本実施形態の作業の流れと処理の流れをまとめたのが、図４である。
オフライン教示装置２８で作成された動作プログラムは、例えば、図１に示すように、データ通信装置３０を介して、加工ロボット（図示略）に接続されたロボット制御装置３２に送られて、加工ロボットの教示が行われる。なお、加工ロボットの動作プログラムを直接ロボット制御装置に入力することも勿論可能である。
【００１４】
次に、グラインダ３４を用いた仕上げ作業を例にとって、作業パスの自動生成方法について述べる。
図３に示すように、作業者が指定したワーク３６上の領域をＤ、教示パス（一部教示した作業パス）をＰＴとする。ＰＴ上の各教示点の位置データより、仕上げ送り方向のベクトルＶ及び移動方向ｄを求める。作業領域Ｄにおけるワーク３６の形状データは既知であるから、このＶとｄを用いることにより、作業領域Ｄ内の残りの作業パスＰＧを自動的に発生させることができる。この教示データを加工ロボットの座標系に変換し、さらに作業条件として全教示点におけるグラインダ３４の押付け量や切込み量等を与えることにより、仕上げロボットの動作プログラムを生成することができる。
【００１５】
以上述べた手順をとることにより、従来のダイレクト教示より短時間で、かつ、従来のオフライン教示方式より精度良く教示することができる。本発明による精度向上の効果について説明する。一般に、オフライン教示の教示誤差は、ロボットの据付け誤差Ｅｒ、ワークを固定する治具の位置決め誤差Ｅｇ、治具上でのワークの位置決め誤差Ｅｗ、ワークの製造誤差Ｅｃの合計になる。ロボットの据付け誤差Ｅｒとワークを固定する治具の位置決め誤差Ｅｇは、キャリブレーションにより補正することができるが、治具上でのワークの位置決め誤差Ｅｗとワークの製造誤差Ｅｃは補正が困難である。これに対して、本発明では、実ワーク上で教示したパスを、実ワークの形状データに基づいて展開するため、加工ロボットの教示と加工ロボットによる加工作業とを同ラインで行う場合は、上記の教示誤差は一切発生せず、精度向上を実現することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  ＣＡＤデータやＮＣデータのないワーク（被加工物）に対して、精度良く、かつ、短時間で効率的に教示することができる。
（２）  従来のダイレクト教示より短時間で、かつ、従来のオフライン教示方式より精度良く教示することができる。
（３）  ６以上の自由度を有する操作機構を用いているので、任意形状のワークに適用できる。
（４）  実際の加工に使用するワークに対して教示を行うので、作業者は臨場感を持って実作業に近い教示を行うことができる。また、教示誤差が発生せず精度が良い。
（５）  動作の確認や教示点の編集、作業条件の付加教示等は、作業者が画面上で行なうので、効率的で精度の良い教示を行うことができる。
（６）  上記の操作機構を用いて加工経路の一部を教示し、オフライン教示装置で残りの全経路を生成することが可能となり、効率が良い。
（７）  加工ロボットの教示と加工ロボットによる加工作業とを同ラインで行う場合は、教示誤差は一切発生せず、高精度で教示・加工が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるロボットの作業教示装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるデータ入力のために用いる操作機構の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における作業パスの自動生成例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における作業の流れ、処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  操作機構
１２  アーム
１４  位置検出器
１６  先端部
１８  センサ部
２０  作業者
２２、３６  ワーク
２４  入力装置
２６  位置・姿勢演算装置
２８  オフライン教示装置
３０  データ通信装置
３２  ロボット制御装置
３４  グラインダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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