80

研究報告 2022

あいち産業科学技術総合センター

研 究 ノート

ロボット教示装置 n-PAWTED の開発
酒 井 昌 夫 * 1 、 木 村 宏樹 *1 、 木 村 和 幸 *2

Develpoment of Robot Teaching Device n-PAWTED
Masao SAKAI *1 , Hiroki KIMURA *1 and Kazuyuki KIMURA *2
Industrial Research Center *1 *2
ロ ボ ッ ト 教 示 法 の 一 つ で あ る パ ラ レ ル ワ イ ヤ 教 示 装 置 (Parallel Wire-type Teaching Device:PAWTED)を利用したロボット設備の製作・維持管理コストの低減のため、ネットワーク技術によるシステムの簡略化 (n-PAWTED 化 )を 行 っ た 。前 報 1 ) の PAWTED 本 体 の ネ ッ ト ワ ー ク 対 応 に 続 き 、本 年 度 は こ の PAWTED
本 体 と 接 続 し て 教 示 作 業 中 の ロ ボ ッ ト 制 御 を 行 う シ ス テ ム を 開 発・実 装 さ せ 、教 示 作 業 の 試 行 を 実 施 し た 。

1. はじめにPAWTED 本体に FPGA とマイコン(CPU)を接続し、教重点研究プロジェクトⅡ期では、PAWTED をバリ取示者の操作により生じる入力情報の処理とネットワークりロボットの教示に適用し、従来法であるティーチング経由で出力する機能を開発した。
本報ではこの PAWTED

ペンダントに比べ作業時間の大幅な削減を実現した 2)。

本体からの情報をネットワーク経由で受け取り、教示作

しかし、図 1(1)に示すように、このシステムでは産業用業時にロボットを制御する PC 側システムを開発した。

ロボット 1 台につき入力装置である PAWTED 本体と制2. 開発ソフトウェアの概要

御用パソコン(PC)が 1 台ずつ必要になり、ロボットを複数使用する製造ラインなどでは設備のコスト増大が課題

2.1 教示用 PC の処理内容となる。そこで、本研究では図 1(2)のように複数のロボPAWTED は教示者とロボットを伸縮可能なワイヤでットがネットワーク上で教示用 PC を共有し、利用する接続し、教示者の動作をワイヤ長の変化として計測するシステム(以後 n-PAWTED と呼ぶ)を開発した。前報ではことで軌道を取得する 3)。
図 2 に教示作業時のロボットのベクトル図を示す。図

PAWTED 本体

中𝑋 は教示者が PAWTED 本体を直接操作して指示する専用回線

教示点で、ロボット本体の位置 XR と PAWTED 本体の測専用ボード(PC 内蔵)

位情報 XP から求められる(式 1)。さらにこの XH と教示者との位置を一定に保つためのオフセット Xd (一定値)からロボットが人に追従する移動先 XT を求める(式 2)。

Ethernet

Robot Controller

PC(常時ロボットを制御)

教示者による(1) 従来の PAWTED

追従軌道

工具軌道

PAWTED 本体
FPGA +CPU

昨年度

教示制御用 PC
Ethernet

Robot Controller

工場内

Ethernet

本年度

LAN※教示の時のみ使用(2) 新方式(n-PAWTED)
図 1 PAWTED のシステム構成*1 産業技術センター加工室)

自動車・機械技術室*2 産業技術センター

図2

教示作業中のロボットのベクトル図

教示軌道 𝑋 = 𝑋 + 𝑋

式1

追従軌道 𝑋 = 𝑋 + 𝑋

式2

再生軌道 𝑋

式3=𝑋 −𝑋

自動車・機械技術室(現尾張繊維技術センター機能81
この XH と XT の移動に伴う履歴が教示軌道と追従軌道の行った。n-PAWTED として開発した部分は、教示者が教情報となる。通常の産業用ロボットは教示点がロボット

示用プローブを動かし、ロボットがこの動作に追従しな本体に固定(XH =XR)され、XR の計算のみで利用できるが、がら軌道情報を取得する機能であるため、この軌道情報

PAWTED は XH ,XR ,XP ,XT の計算が必要なため、教示作の数値化までを行った。

業時の軌道の計算負荷は一般的な産業用ロボットの 4 倍試行した教示の様子と取得した教示軌道を図 5 に示す。になる。PC にはこの計算を遅延なく毎秒数十~百回程度

左図中の黄色の矢印の方向(=ロボットの Y 軸方向)にア処理し、さらにロボットに移動を命令する能力が求めら

ルミ材を水平に固定し、教示用プローブの先端をこれにれるが、n-PAWTED では XP の処理を PAWTED 本体で接触しながら移動させて、その軌道を取得した。右のグ行うことで負担が低減されている。一方、軌道再生は教ラフは取得した軌道情報である。取得した軌道は 3 次元

示した XH と再生時の Xd’ (一定値)から XR’を再計算する空間の位置・姿勢を示す 6 自由度の時系列データである(式 3)。この処理は一般の産業用ロボットと同じである。

が、動作を確認しやすい Z 軸上面から見下ろした状態の2.2 システムの構成軌道である XY 平面(水平面)の成分を抽出して描画した。

教示用 PC と各機器の接続は図 3 のように、ロボット・右図から軌道の取得ができており、PC がネットワーク

PC 間と PAWTED・PC 間を独立した 2 系統の専用回線経由で PAWTED の情報とロボットの情報を取得し、教にして接続先を固定した。これは、1 系統では毎秒数十示作業中のロボットの制御ができていることを確認した。

回以上の軌道計算を行う度に PC が PAWTED とロボッ本研究ではルータ 1 台で各機器を接続しており、通信トの接続先を切替える必要があり、通信遅延や接続先切遅延が発生しにくい通信環境となっている。しかし、実替え失敗のリスクが生じるためである。ルータは工場内際の工場など大規模なネットワーク環境のような場合はLAN を模してロボット、PAWTED 本体、PC の 3 つの通信に要する時間が増えることも予想されるため、今後機器に IP アドレスを割り振るために使用した。教示終検討が必要である。
300済である PAWTED のものを利用した。

200
Y座標(mm)了後にロボットへ教示情報を送信する機能はすでに開発

Z

Y
図3

移動方向

0-100

400

500

600

700

800-200

n-PAWTED の要素間接続線図

DENSO 製ロボット VS-060 に n-PAWTED を実装しロボット

100

X

X座標(mm)
実機でのテストの様子

アルミ材

図5た際の接続状態を図 4 に示す。PC 本体の LAN ポートはロボットへの接続に利用し、PAWTED 用回線には新た4. 結びに USB-LAN アダプタ(BUFFARO 製 LUA4-U3)を追加

PAWTED のシステムを構成する PC と PAWTED 本体した。

をそれぞれネットワーク経由で接続して教示を行うシス
教示用 PC

テムを開発し、正常に動作することを確認した。これにより、ネットワークに接続している複数のロボット、PAWTED 本体を 1 台の PC で教示できるようになり、システムの簡略化と低コスト化を可能にした。

文献
USB-LAN図41) 酒井昌夫, 竹中清人, 木村宏樹: あいち産業科学技術
総合センター研究報告, 4, 50(2015)

機器接続の様子

2) 知の拠点あいち: 重点研究プロジェクト(Ⅱ期)研究開

3. 実験結果

3) 酒井昌夫, 木村宏樹, 木村和幸: あいち産業科学技術

発成果集(次世代ロボット社会形成技術), 35,(2019)
構築したシステムの機能を確認するため、教示作業を

総合センター研究報告, 10, 46(2021)