(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台に旋回可能に設けられた旋回台と、この旋回台に基端側が揺動可能に支持された第１のアームと、この第１のアームの先端側に基端側が揺動可能に支持された第２のアームと、この第２のアームの先端側に回転可能に支持された手首と、この手首に取り付けられたツールと、該旋回台、該第１のアーム、該第２のアーム、該手首および該ツールをそれぞれ駆動させる複数のアクチュエータと、教示内容を記憶し、この教示内容に従って該複数のアクチュエータを制御する制御装置とを備えたロボットの教示方法において、
前記旋回台、前記第１および第２のアームをリモート操作により動かして前記手首の位置を前記ツールの先端が塗装開始する位置に一致するよう教示し、
前記手首をダイレクト操作により動かして前記ツールの姿勢を教示し、
前記ダイレクト操作により前記手首を駆動した際の回転角度を検出し、
前記制御装置は、前記ツールの姿勢が教示されると、前記手首の回転角度および予め設定されたツールの長さに基づいて前記ツールの移動方向と移動距離とを演算し、前記ツールの先端の位置が、前記手首の位置を教示したときに示していた塗装開始位置に戻るように前記旋回台、前記第１のアームおよび前記第２のアームのアクチュエータを制御し、これにより前記手首の教示位置を決めることを特徴とする産業用ロボットの教示方法。
【請求項２】
基台と、この基台に旋回可能に設けられた旋回台と、この旋回台に基端側が揺動可能に支持された第１のアームと、この第１のアームの先端側に基端側が揺動可能に支持された第２のアームと、この第２のアームの先端側に回転可能に支持された手首と、この手首に取り付けられたツールと、該旋回台、該第１のアーム、該第２のアーム、該手首および該ツールをそれぞれ駆動させる複数のアクチュエータと、教示内容を記憶し、この教示内容に従って該複数のアクチュエータを制御する制御装置とを備えた産業用ロボットの教示装置において、
前記制御装置は、前記第１および第２のアームをリモート操作により動かして前記手首の位置を前記ツールの先端が塗装開始する位置に一致するよう教示した時のリモート教示内容と、前記手首をダイレクト操作により動かして前記ツールの姿勢を教示した時の前記手首の回転角度を表すダイレクト教示内容とを記憶する記憶手段と、
前記ツールの姿勢が教示されると、前記手首の回転角度および予め設定されたツールの長さに基づいて前記ツールの移動方向と移動距離とを演算し、このツールの先端の位置が、前記手首の位置を教示したときに示していた塗装開始位置に戻るように前記旋回台、前記第１のアームおよび前記第２のアームのアクチュエータを制御し、これにより前記リモート教示内容を決める手段とを備えたことを特徴とする産業用ロボットの教示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば塗装用ロボットなどの産業用ロボットの教示方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な分野で産業用ロボットが導入されている。産業用ロボットはアームの先端部に例えば塗装ガンなどのツールを取り付け、アームを駆動させてツールの位置を移動させることで様々な作業を行う。この時、ロボットの作業手順は作業者が予め教示する必要がある。
【０００３】
従来の産業用ロボットの教示方法としては、作業者がロボットのアームを手で持って動かし、アームの通過点をティーチングポイントとして得るダイレクト教示方法と、操作スイッチボックス等によりアームを操作し、駆動したアームの通過点をティーチングポイントとして得るリモート教示方法とが知られている。
【０００４】
ダイレクト教示方法は、作業現場で教示を行う必要があり、また高精度の位置決めが難しい反面、アームの動作を視覚的にとらえて教示することができるため、それほど高い位置決め精度を必要としない塗装用ロボットなどに適している。
【０００５】
一方、リモート教示方法は、アームを動作させる方向、すなわちアームの座標系を作業者が常に把握する必要があり、ロボットの手首およびツールを任意の姿勢にすることが難しいという反面、高精度の位置決めを行うことができるので、比較的高精度の位置決めを必要とするロボット、例えば工作機械と連動して動作するロボット等で用いられている。
【０００６】
リモート教示方法において教示を容易にする方法は、幾つか考え出されている。
例えば、図６に示されるロボットの教示方法（特開平２−２７９２８９号）は、基台１０１、旋回台１０３、第１のアーム１０４、第２のアーム１０５、作業用手首１０６および制御装置１１３からなるロボットを教示する時に、第２のアーム１０５の先端側に設けられた例えば図７に示すような操作スイッチボックス１１２を操作することで、旋回台１０３、第１のアーム１０４、第２のアーム１０５および作業用手首１０６を駆動させるアクチュエータ１０２，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１を動かして、作業者がダイレクト教示の感覚でリモート教示を行えるようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ダイレクト教示方法は、作業者がロボットのアームを直接手で動かすために、アームの慣性重量および駆動系の摩擦抵抗に逆らって一定の力を出す必要がある。特に、重量がおよび慣性重量が大きい部品は、人力で動かすためには大きな機械的トルクが必要となる。しかし、一般に産業用ロボットの用いられるような場所は、足場に様々な機器が配置されて力を出しにくいことが多く、正確に教示を行うことは困難である。しかも、アームを直接手で動かすためには、各駆動系に機械的なクラッチ等を設け、さら回転軸を中心にアームの重量バランスをとる必要があり、構成が複雑になってコスト高になるという問題がある。
【０００８】
一方、リモート教示では、手首に取り付けたツールの姿勢を変える場合、絶対座標系、ツール座標系といった日常的でない座標系において多数のアームを制御する必要があるため、希望する姿勢を教示するには複数回の修正が必要で、作業性が低下するという問題が生じる。また、図６で示した例のように、リモート教示方法において教示を容易にするために、特別の操作スイッチボックスを設けるようにした場合、構成が複雑になりコスト高になるという問題がある。
本発明は、簡易な構成で容易に教示を行うことができるロボットの教示方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の産業用ロボットの教示方法は、基台と、この基台に旋回可能に設けられた旋回台と、この旋回台に基端側が揺動可能に支持された第１のアームと、この第１のアームの先端側に基端側が揺動可能に支持された第２のアームと、この第２のアームの先端側に回転可能に支持された手首と、この手首に取り付けられたツールと、旋回台、第１のアーム、第２のアーム、手首およびツールをそれぞれ駆動させる複数のアクチュエータと、教示内容を記憶し、この教示内容に従って複数のアクチュエータを制御する制御装置とを備えたロボットの教示方法において、旋回台、第１および第２のアームをリモート操作により動かして手首の位置を教示し、手首をダイレクト操作により動かしてツールの姿勢を教示する。
【００１０】
本発明の産業用ロボットの教示装置は、基台と、基台に旋回可能に設けられた旋回台と、この旋回台に基端側が揺動可能に支持された第１のアームと、この第１のアームの先端側に基端側が揺動可能に支持された第２のアームと、この第２のアームの先端側に回転可能に支持された手首と、この手首に取り付けられたツールと、旋回台、第１のアーム、第２のアーム、手首およびツールをそれぞれ駆動させる複数のアクチュエータと、教示内容を記憶し、この教示内容に従って複数のアクチュエータを制御する制御装置とを備えた産業用ロボットの教示装置において、制御装置は、第１および第２のアームをリモート操作により動かして手首の位置を教示した時のリモート教示内容と、手首をダイレクト操作により動かしてツールの姿勢を教示した時のダイレクト教示内容とを記憶する記憶手段を備えている。
【００１１】
本発明では、重量のある旋回台と第１および第２のアームはリモート操作によって教示するため、ダイレクト教示で動かすための機械的なクラッチを駆動系に設ける必要がなく、製造コストを低下させることができる。しかも、リモート教示するのは手首の位置のみで、従来のように絶対座標系、ツール座標系といった日常的でない座標系を考慮する必要がないので、作業性を高めることができる。
【００１２】
手首およびツールはダイレクト操作により教示するため、容易に希望する位置に教示することができる。また、これら手首およびツールは重量が比較的軽く、動かすのに大きなトルクが必要でないことから、人の力で動かすためには安価な部品を付加するだけでよく、コスト的にも問題が生じない。
【００１３】
さらに、制御装置はダイレクト操作によってツールの姿勢を教示する時、このツールの先端の位置が動かないように旋回台、第１のアームおよび第２のアームを制御するようにすると、ダイレクト操作によるツールの先端の位置のずれが常に補正されるので、教示に必要な時間が短縮され、作業効率をさらに高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る塗装用ロボットの構成を示す図である。この塗装用ロボットは、基台１、旋回台２、第１のアーム３、第２のアーム４、手首５、ツールとしての塗装ガン６、制御装置７、操作スイッチボックス８、治具９、モータ１１，１２，１３，１４、塗料供給配管１５および圧縮空気配管１６により構成されている。
【００１５】
基台１の上部には、旋回台２が回転可能に設けられている。この旋回台２は、基台１の内部に設けられているモータ１１により駆動される。第１のアーム３は、基部が旋回台２に一体化して設けられたブランケットに揺動可能に軸支され、モータ１２により駆動される。第２のアーム４は、基部が第１のアーム３の先端部に揺動可能に軸支され、モータ１３により駆動される。ここで、旋回台２、第１のアーム３および第２のアーム４は、操作スイッチボックス８によるリモート操作によって矢印で示したｘ，ｙ，ｚ方向に任意に移動し、その時の各部の位置を教示内容とするリモート教示が可能となるように構成されている。モータ１１，１２，１３には、それぞれ図示しないエンコーダが取り付けられており、各エンコーダはそれぞれ各モータ１１，１２，１３の回転角度を検出して、回転角度を示す情報を制御装置７に出力する。
【００１６】
手首５は、第２のアーム４の先端に回転可能に取り付けられ、モータ１４によって回転して破線で示した矢印のように上下にスイングする。手首５には、塗装ガン６が回転可能に取り付けられる。ここで、手首５および塗装ガン６は、作業者が実際に手で持って動かすダイレクト操作によるダイレクト教示が可能となるように構成されている。
【００１７】
図２は、これら手首５および塗装ガン６を拡大して示す図である。手首５の内部には、図示されていないエンコーダ付きモータが設けられており、このモータの軸に塗装ガン６が取り付けられることで、塗装ガン６は図１において実線で示した矢印のように水平にスイングする。また、このとき手首５の内部のモータの出力軸の基準位置からの回転角度がエンコーダによって検出され、その回転角度を示す情報が制御装置７に出力される。また、塗装ガン6 には、塗料および塗料を噴出させるための圧縮空気をそれぞれ供給する塗料供給配管１５および圧縮空気配管１６が接続されている。
【００１８】
治具９は、この塗装ロボットの動作を教示する際に塗装ガン６の先端、例えばノズルに取り付けられるものであり、この治具９の長さによって塗装対象までの距離を調節し、治具先端１０によって塗装面の中心を決める。
【００１９】
制御装置７には、リモート教示を行うための操作スイッチボックス８が接続されている。この制御装置８は、後述するリモート教示内容およびダイレクト教示内容を記憶するメモリ１７を内部に備えている。
【００２０】
以下、この塗装ロボットの教示動作について詳細に説明する。ここでは、図３に示されるように塗装ガン６をワーク対象３０のポイント３０ａから３０ｆまで移動させながら塗装を行う場合の教示動作について説明する。
【００２１】
まず、教示を行う前に、塗装ガン６とワーク対象３０との距離を一定に保ち、最適な塗装範囲３１で塗装が行われるように、予め設定された長さの治具９を塗装ガン６の先端に取り付ける。
【００２２】
この後、実際にロボットを動作させて教示を行う。以下では、図４に示した教示によるロボットの位置の変化を参照しながら説明を行う。まず、操作スイッチボックス８により旋回台２、第１および第２のアーム３，４をリモート操作し、治具先端１０を塗装開始する位置であるポイント３０ａに一致させる（リモート教示）。この結果、第１のアーム３，第２のアーム４，手首５，塗装ガン６および治具９は、実線で示した位置３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，９ａにそれぞれ移動したものとする。
【００２３】
ここで、治具先端１０とポイント３０ａとは一致しているが、治具９は位置９ａにあるため、塗装ガン６のノズルがワーク対象３０の表面に対して面直になっていない。従って、この状態で塗装を行うとワーク対象３０に対して均等に塗料を噴射することができない。そこで、手首５を位置５ａに固定したまま、塗装ガン６および治具９を手でつかんで二点鎖線で示した矢印Ｓの方向に動かし、治具９がワーク対象３０の表面に面直となるようにする（ダイレクト教示）。この結果、塗装ガン６、治具９および治具先端１０は、二点鎖線で示した位置６ｂ，９ｂ，１０ｂにそれぞれ移動し、治具先端１０はポイント３０ａから離れる。なお、塗装ガン６の姿勢をワーク対象３０に対して一定の角度をつけるようにしてもよい。
【００２４】
次に、治具９を注視しながら、再び操作スイッチボックス８によるリモート操作を行い、破線で示した矢印Ｔの方向に第１および第２のアーム３，４を移動させて、治具先端１０をポイント１０ａに戻し、治具９の姿勢、すなわち塗装ガン６の姿勢をワーク対象３０に対して面直となるように修正する。この結果、第１のアーム３，第２のアーム４，手首５，塗装ガン６および治具９は、破線で示した位置３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｃ，９ｃにそれぞれ移動する。この際、手首５を回転させるモータ１４のエンコーダおよび塗装ガンを駆動させるモータのエンコーダにおいてそれぞれ回転角度を検出し、これら回転角度の値および予め設定された治具９の長さに基づいて、制御装置７で治具先端１０の移動方向と移動距離を演算し、治具先端１０が位置１０ａに戻るように第１および第２のアーム３，４を自動的に駆動制御させるようにすれば、操作スイッチボックス８による再度のリモート教示を行う必要がなくなる。
【００２５】
このようにして、治具６の位置６ｃおよび治具先端１０の位置１０ａとがそれぞれ決まった状態で、モータ１１，１２，１３，１４および手首５に設けられているモータの回転角度をそれぞれ検出し、モータ１１，１２，１３の回転角度を示す情報をリモート教示内容、モータ１４および手首５に設けられているモータの回転角度をダイレクト教示内容として、それぞれ制御装置７内のメモリに記憶する。そして、ワーク対象３０における他のポイント３０ｂ〜３０ｆについても同様に教示を行う。
【００２６】
このようにしてロボットの教示を行った後、塗装ガン６から治具９を取り外して塗装を開始する。この結果、塗料供給配管１５から塗料が供給され、かつ圧縮空気配管１６から圧縮空気が供給されて塗装ガン６から塗料が噴出されると共に、制御装置７内のメモリ１７に記憶されているリモート教示内容およびダイレクト教示内容に基づいて旋回台２、第１のアーム３、第２のアーム４、手首５、塗装ガン６がそれぞれ動作することで、ワーク対象３０のポイント３０ａからポイント３０ｆまで所定速度で塗装ガン９が移動して塗装が行われる。
【００２７】
このように本実施形態の塗装ロボットでは、重量のある旋回台２と第１および第２のアーム３，４とをそれぞれリモート教示するため、これらの駆動系にはダイレクト教示で動かすための機械的なクラッチを設ける必要がなく、製造コストを低下させることができる。しかも、このリモート教示は手首５の位置のみを決めるためのもので、モータ１２，１３，１４への教示はすべてｘ，ｙ，ｚ座標系において行われる。すなわち、上下、左右、前後と人間の感覚と合った方法で教示を行うことができるため、従来のようにロボットの駆動系全てをダイレクト教示する場合と異なり作業性が損なわれることがない。
【００２８】
さらに、塗装ガン６の姿勢は、手首５および塗装ガン６をダイレクト教示して設定しているため、従来のように絶対座標系、ツール座標系といった日常的でない座標系上でリモート教示する場合と異なり、作業性を高めることができる。また、手首５および塗装ガン６といった部分は、重量が比較的軽く、動かすのに大きなトルクが必要でないことから、人力で動すためには安価な部品を付加するだけでよく、コスト的にも問題が生じない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、旋回台とアームをそれぞれリモート教示し、手首およびツールをダイレクト教示することで、教示の際に絶対座標系、ツール座標系といった日常的でない座標系を考慮する必要がなくなり、簡易な構成で容易に教示を行うことができる産業用ロボットの教示方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る塗装ロボットの概略構成を示す図
【図２】図１中の手首および治具を拡大して示す図
【図３】本実施形態における教示動作を説明するための図
【図４】本実施形態において教示を行った際の各部の位置を示す図
【図５】従来の産業用ロボットの概略構成を示す図
【図６】図５中の操作スイッチボックスの例を示す図
【符号の説明】
１…基台
２…旋回台
３…第１のアーム
４…第２のアーム
５…手首
６…塗装ガン
７…制御装置
８…操作スイッチボックス
９…治具
１０…治具先端
１１，１２，１３，１４…モータ
１５…塗料供給配管
１６…圧縮空気配管
１７…メモリ
３０…ワーク対象
３１…塗装範囲
１０１…基台
１０３…旋回台
１０４…第１のアーム
１０５…第２のアーム
１０６…作業用手首
１１２…操作スイッチボックス
１０２，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１…アクチュエータ
【図１】
0003801264.tif 000002
【図２】
0003801264.tif 000003
【図３】
0003801264.tif 000004
【図４】
0003801264.tif 000005
【図５】
0003801264.tif 000006
【図６】
0003801264.tif 000007