JP2001038660A - 教示用エンドエフェクタと、ロボットの教示方法 - Google Patents
教示用エンドエフェクタと、ロボットの教示方法Info
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Abstract
単化、高精度の自動化、に安全性の向上、教示者の負担
の低減化、教示工数の低減化、生産性の向上、多品種少
量生産への対応が可能である教示用エンドエフェクタ
と、作業用ロボットと、作業用ロボットの教示方法およ
び自動教示点修正システムを提供する。 【解決手段】加工用工具Kとほぼ同等の形状寸法を有
し、前記加工用工具における加工作用点Paに相当する
部位に第1,第2の接触センサ9A,9B型の検知手段
を具備した教示用エンドエフェクタEを備えるととも
に、ワークWに対する接触力を検知する力覚センサ11
を備え、加工用工具のワークに対する位置と姿勢を認識
して作業用ロボットRに教示する。
Description
ェクタと、作業用ロボットと、作業用ロボットの教示方
法および自動教示点修正システムに関する。
産業用ロボットのうちの、作業を行うものをいう。
強いることになる作業を、作業用ロボットに代行させる
ことが頻繁に行われている。そして近時、単純な作業ば
かりでなく、より複雑な作業をこなす作業用ロボットの
開発が盛んである。
のロボットに対して行うべき作業をプログラミングして
記憶させなければならない。このような作業用ロボット
に対する一連の動作を記憶させるための作業を、教示と
呼んでいる。
を手動で操作し、加工に望ましい位置と姿勢を作業者の
目視により判断して教示する第1の方法と、図面などか
ら予め加工姿勢を計画し、その計画にもとづいて作業用
ロボットの教示点を決定する第2の方法とがある。
による教示作業は非常に面倒で時間がかかり、教示作業
者にとって負担が大きい。また、作業用ロボットが動作
可能な状態にあるときに、教示作業者がロボットの動作
域に入って作業しなければならないこともあり、危険性
が大である。
具とワークとの接触状態を正確に把握して教示しなけれ
ばならないし、特に、加工用工具の姿勢の教示は高精度
を要求されていて、神経を使わなければならず工数がか
かる。
ットと、工具と、ワークおよびワーク保持具などを、全
てコンピュータ上にモデル化する必要があるが、仕上が
ったモデルが実加工の環境と少しでもズレがあると良好
な加工ができなくなる。
れたものであり、その目的とするところは、第1の方法
による作業用ロボットに対する教示作業において、加工
用工具の位置と姿勢の教示の簡単化を図り、高精度の自
動化を得るとともに安全性の向上を得られ、教示者によ
る差異を解消して負担の低減を図り、教示工数低減によ
る生産性の向上と多品種少量生産への対応を可能とした
教示用エンドエフェクタと、作業用ロボットと、作業用
ロボットの教示方法および自動教示点修正システムを提
供しようとするものである。
本発明の教示用エンドエフェクタは、請求項1として、
加工用工具とほぼ同等の形状寸法を有し、前記加工用工
具における加工作用点に相当する部位に複数の接触型の
検知手段を具備したことを特徴とする。
クタにおける加工用工具の加工作用点に相当する部位の
コンプライアンスを、上記加工用工具とほぼ同等に設定
したことを特徴とする。
ボットは、請求項3として、請求項1記載もしくは請求
項2記載の教示用エンドエフェクタを備えるとともに、
ワークに対する接触力を検知する手段を具備したことを
特徴とする。
ボットにおいて上記ワークに対する接触力を検知する手
段は、メカニカルインターフェースの近傍に備えられる
力覚センサであることを特徴とする。
ボットの教示方法は、請求項5として、請求項3の作業
用ロボットを備え、教示用エンドエフェクタに備えられ
る複数の接触型検知手段および作業用ロボットに備えら
れる接触力検知手段によって、加工用工具のワークに対
する位置と姿勢を自動的に認識して教示することを特徴
とする。
ボットの教示方法において加工用工具のワークに対する
姿勢を自動的に認識する手段として、複数の接触型検知
手段の検知した時間差から算出することを特徴とする。
ボットの自動教示点修正システムは、請求項7として、
予めラフに教示された加工用ロボットプログラムと、こ
の加工用ロボットプログラムを再教示用ロボットプログ
ラムに変換する手段と、再教示用ロボットプログラムに
よって得られた工具の位置・姿勢によって加工用ロボッ
トプログラムの教示点を更新する手段とを具備したこと
を特徴とする。
ことにより、作業用ロボットに対する教示作業におい
て、加工用工具の位置と姿勢の教示の簡単化を図り、高
精度の自動化を得るとともに安全性の向上を得られ、教
示者による差異を解消して負担の低減を図り、教示工数
の低減による生産性の向上と多品種少量生産への対応を
可能とする。
を、図1ないし図5にもとづいて説明する。図1(A)
(B)に加工用工具Kを示し、図2(A)(B)に教示
用エンドエフェクタEを示す。上記加工用工具Kは、た
とえば木質部材の木地磨きに使用するベルトサンダーと
呼ばれる空圧工具である。この工具本体1の上面にメカ
ニカルインターフェース2が形成され、工具本体1内に
は図示しない駆動源であるエアーモータが収容されてい
る。工具本体1の下部には、上記エアーモータによって
駆動されるドライブホィール3が支持される。
た位置には、加工作用点Paを備えたコンタクトホィー
ル4が支軸4aを介して支持されていて、これらホィー
ル3,4相互間に亘って研磨ベルト5が掛け渡されてい
る。
周面がスポンジ材もしくはゴム材のごとき弾性材から形
成されるなど、加工目的に応じてコンプライアンスの調
整が可能である。
ェクタ本体6として加工用工具Kの工具本体1とほぼ同
一の寸法形状をなしており、この上面がメカニカルイン
ターフェース7として形成される。
加工用工具Kにおけるコンタクトホィール4と同一の寸
法形状をなすセンサ取付け用ドラム8が固着されてい
る。したがって、教示用エンドエフェクタEのメカニカ
ルインターフェース7からセンサ取付け用ドラム8まで
の距離が、加工用工具Kのメカニカルインターフェース
2からコンタクトホィール4までの距離と同一に設定さ
れる。
で、かつ周面に沿って接触型の検知手段であるところの
テープスイッチによる第1の接触センサ9Aおよび第2
の接触センサ9Bを装備している。これら第1,第2の
接触センサ9A,9Bの取付け位置は、上記加工用工具
Kにおける加工作用点Paの左端と右端に相当する部位
となる。
する教示にあたって、このロボットRの手首部10に上
記教示用エンドエフェクタEが装着される。具体的に
は、エフェクタ本体6のメカニカルインターフェース7
が作業用ロボットRの手首部10に接触して取付けられ
ることになる。
は、ワークWに対する接触力を検知する手段である力覚
センサ11が取付けられていて、6軸方向の接触力を検
知できるようになっている。これら力覚センサ11と上
記第1,第2の接触センサ9A,9Bとは、それぞれ作
業用ロボットRを制御する電気回路を備えたロボットコ
ントローラ12に接続されている。
にあたって、図4に示すような、教示用フローチャート
が適用される。
始動して手首部10を作動させ、教示用エンドエフェク
タEをワークWである加工対象面方向へ移動する。ステ
ップS2で教示用エンドエフェクタEがワークWに接触
すると、ロボットコントローラ12は力覚センサ11か
ら教示用エンドエフェクタEのワークWに対する接触力
を読み込む。
ローラ12は、力覚センサ11から送られてくるエフェ
クタEのワークWに対する接触力と、予めコントローラ
12に記憶している閾値とを比較する。接触力が閾値と
等しいか、接触力が閾値よりも大である場合(Yes)
は、ステップS4に移って教示用エンドエフェクタEに
取付けられた第1,第2の接触センサ9A,9Bからの
データを入力する。ステップS3で接触力が閾値よりも
小さい場合(No)はステップS1に戻る。
ラ12が各接触センサ9A,9Bからデータを入力して
評価する。つぎに、ステップS5に移って接触センサ9
A,9Bの出力の評価の結果が良好であるか否かを判断
する。すなわち、第1,第2の接触センサ9A,9Bが
同時にワークWに接触して同時に検知信号を送った場合
に、ワークWに対する教示用エンドエフェクタEの姿勢
が適正であると判断する。
ある場合(Yes)は、ステップS6に移って教示用エ
ンドエフェクタEの位置と姿勢をデーターとしてロボッ
トコントローラ12に記憶する。すなわち、作業用ロボ
ットRに対する教示となる。そのあと、ステップS7に
移って教示用エンドエフェクタEをワークWとの接触点
から離してエンドとなる。
エフェクタEの姿勢が適正でないと判断した場合(N
o)は、一方の接触センサ9Aもしくは9Bのみしかワ
ークWに接触していない状態であるので、このときはス
テップS8に移って教示用エンドエフェクタEをワーク
Wから一旦離す。そのあとステップS9に移って教示用
エンドエフェクタEの姿勢を修正し、ステップS1に戻
って再び上述のフローを繰り返す。
修正動作を示す。はじめに、に示すように、ワークW
面上の教示点Pに対して適宜離間した位置にロボットR
を移動してから、教示用エンドエフェクタEをワークW
である加工対象面方向に向かって降下(移動)する。こ
のときの教示用エンドエフェクタEの降下方向に直交す
る平面内の位置は正確に設定する必要があるが、高さ方
向の位置およびその姿勢は概略でよい。
動し、教示用エンドエフェクタEをワークWの教示点P
に接触させる。この状態で手首部10の力覚センサ11
が接触力を検出する。接触力が閾値を越えるとロボット
Rの動作を停止し、第1,第2の接触センサ9A,9B
の出力を取込む。
ワークに接触しているのでこの出力が得られるが、第2
の接触センサ9BはワークWと離間しているので出力が
ない。そこでに示すように、ロボットRは教示用エン
ドエフェクタEをワークWから一旦離反させる。つぎ
に、に示すように教示用エンドエフェクタEの姿勢を
修正してから、再び教示点Pに向かって移動させる。
サ9Bが教示点Pに接触して出力する。しかしながら、
未だ第1,第2の接触センサ9A,9Bから同時に出力
されておらず、したがって適正な姿勢には至っていな
い。
から離反させ、この姿勢を修正してからワークW面に向
かって移動する。に示すように、再び第1の接触セン
サ9AがワークW面に接触して出力したら、再びの状
態に戻って以下番号順に繰り返す。
接触センサ9A,9Bが同時にワークW面に接触し、同
時に出力した状態で教示用エンドエフェクタEの姿勢が
適正であるとの判断が下され、作業用ロボットRに教示
することとなる。
コンプライアンスが小さい場合に第1,第2の接触セン
サ9A,9Bが同時に出力するのは、エンドエフェクタ
EとワークW面がほぼ平行に接しているときであり、こ
の状態が教示すべき位置・姿勢となる。
か一方の接触センサ9Aもしくは9Bのみが接触して、
教示用エンドエフェクタEのワークW面に対する傾き角
は不明である。
フェクタEの姿勢の修正幅は、修正回数に応じて小さく
なるよう設定する。たとえば、前回の傾き角の2分の1
ずつ小さくなるよう修正していって最終的にゼロとなる
2分法による中間点探索のアルゴリズムを採用する。し
たがって、教示用エンドエフェクタEのワークW面に対
する傾きは斬近的に適正な状態に収束することとなる。
は、コンプライアンスが存在する。上記教示用エンドエ
フェクタEにコンプライアンスを付加した場合は、エン
ドエフェクタEとワークWがほぼ平行にならなくても両
方の接触センサ9A,9Bが出力することがある。
示方法の第2の実施の形態として、第1,第2の接触セ
ンサ9A,9Bの信号がオンするまでの時間差から、ワ
ークW面に対するエンドエフェクタEの傾き角を推定
し、その傾き角がゼロになるようエンドエフェクタEの
姿勢を修正するようにしてもよい。
なわち、第1,第2の接触センサ9A,9Bの接触時間
差からワークW面に対するエンドエフェクタEの傾きを
検出するには、以下の(1)式から求められる。
勢(degree)、t:第1の接触センサ9Aと第2
の接触センサ9Bの接触による出力時間差(sec)、
V:教示用エンドエフェクタEの移動速度(mm/se
c)、L:第1の接触センサ9Aと第2の接触センサ9
Bとの間の距離(mm)。
れており、この山の背にエンドエフェクタEが乗ってし
まうなど、接触センサ9A,9Bのどちらかも信号が出
ない場合や、一定の修正回数でも収束しない場合は、そ
の旨をメッセージしたうえで動作を停止するなどの異状
処理を行う。
具Kaであるディスクグラインダを示し、図8(A)
(B)はその教示用エンドエフェクタEaを示し、図9
は教示用エンドエフェクタEaの教示動作を示す。
20を備えており、作業用ロボットRに取付ける際の基
準となるメカニカルインターフェース21がその上面に
形成される。上記回転研磨ディスク20として、加工対
象物および仕上げ精度に応じて種々の材質が存在する
が、ここではサンドペーパを積層したペーパディスクを
適用している。
の円形状ディスク22を備えていて、上記加工用工具K
aの回転研磨ディスク20と同等の形状寸法およびコン
プライアンスを有する。この上面に形成されるメカニカ
ルインターフェース23からディスク22までの距離が
加工用工具Kaのそれと同等に設定されている。
スク22のワーク接触面には複数の接触センサ23a〜
23fが取付けられている。すなわち、縦中心軸Laを
境にして加工作用点Pa側に5個の接触センサ23aか
ら23eが所定間隔を存して取付けられていて、これら
は全て姿勢角判定用をなす。縦中心軸Laを境にした他
の側の接触センサ23fはほぼ半円状に形成されてい
て、これは異状監視用をなす。
フェクタEaを作業用ロボットRに取付けて教示する。
すなわち、加工用工具Kaの加工作用点Paに相当する
エンドエフェクタEaのディスク22部位をワークWa
面に接触させて教示する。
角とロール角であり、いずれもたとえば接触センサ23
b,23c,23dから出力があり、接触センサ23
a,23eおよび23fからの出力がない場合に、良好
であると判断する。もしくは、接触センサ23b,23
c,23dに対して所定の時間差を設定し、これらセン
サの出力が所定時間差の範囲内であれば良好であると判
断する。
においても、異状監視用の接触センサ23fからの出力
がある場合には、たとえばその旨のメッセージを表示す
るなどの異状処理をなすことは勿論である。
として、再教示システムを使用した自動教示点修正シス
テムを説明する。図10は、自動教示点修正システムの
フローを示す。図の中央部の四角形内事項は人手ないし
コントローラのデータ処理機能によって実行される作業
である。この左右に示すファイル30,40はデータ格
納をなし、太い矢印は処理の流れを、かつ細い矢印はデ
ータの流れを示す。
明。 ロボット言語により加工プログラムを作成して加工ファ
イル30に格納する。この加工プログラムの例を図11
(A)(B)に示す。図11(A)は加工軌道を示し、
図11(B)にロボット言語で記述した加工プログラム
の例を示す。
よく、加工用でもよい)を取付け、工具をワークの教示
点に動作させ、そのときの工具先端の位置・姿勢(座
標)をデータ演算し、加工ファイル30に格納する。
・姿勢データを格納するためのポーズ変数であり、P1
(MOVE)は各軸モードでP1に移動することであ
り、P2(MOVES)は直線補間モードでP2に移動
することであり、P3〜P5(GMOVES)は一定の
押圧力で工具をワークに押付けながら目標点であるP
3,P4,P5に向かって移動することを示す。すなわ
ち、ロボットRに対する教示作業は、上述の変数に位置
・姿勢データを代入する作業であって、これらの点P1
〜P6は図11(A)で示す教示点である。
bに一定の力で押しつけながらP2−P3−P4−P5
の順にワークWbの表面に倣って加工を行う。再教示の
対象となる教示点はP2,P3,P4,P5であり、こ
れらの点では工具とワークWbとが平行に教示されてい
る必要がある。
合せて教示する必要はない。すなわち図11(A)
(B)の加工プログラムの例で説明すれば、工具の上下
方向の位置は教示点の上方で確実に接触している必要は
ない。また、工具の姿勢はワークWbに必ずしも平らに
接触している必要はなく適当な姿勢でよい。通常は、先
に図1で示したコンタクトホィール4の支軸4aは水平
である。
生成する。すなわち、加工ファイル内の加工プログラム
を参照して再教示プログラムを生成し、再教示ファイル
40に格納する。
(B)から生成した再教示プログラムの例である。この
再教示プログラムでは、再教示対象点(P2〜P5)の
上部に中間点(P21,P31,P41,P51)を生
成し、かつこれら中間点を接続する移動軌道とともに再
教示命令(RETEACH)を生成する。なお、再教示
命令(RETEACH)の動作の概略は、先に図4で説
明したフローチャートをそのまま適用できる。
る。この再教示プログラムを実行することによって、図
4で説明したフローチャートと、図5で説明した動作を
行い、加工ファイル中の加工プログラムの教示点を正確
な教示データに書き換えることとなる。
業用ロボットに対する教示作業において、加工用工具の
位置と姿勢の教示の簡単化を図り、高精度の自動化を得
るとともに安全性の向上を得られ、教示者による差異を
解消して負担の低減を図り、教示工数の低減による生産
性の向上と多品種少量生産への対応が可能となるなどの
種々の効果を奏する。
の正面図と側面図。
の正面図と側面図。
を備えた作業用ロボットの概略の構成図。
ト図。
る図。
間差からワークに対するエンドエフェクタの傾きを知る
説明図。
図。
の側面図と、接触センサの配置を説明するディスクの正
面図。
図。
自動教示点修正システムを説明する教示作業の流れ図。
る図と加工プログラム例を説明する図。
説明する図。
Claims (7)
- 【請求項1】加工用工具とほぼ同等の形状寸法を有し、
前記加工用工具における加工作用点に相当する部位に複
数の接触型の検知手段を具備したことを特徴とする教示
用エンドエフェクタ。 - 【請求項2】上記教示用エンドエフェクタにおける加工
用工具の加工作用点に相当する部位のコンプライアンス
を、上記加工用工具とほぼ同等に設定したことを特徴と
する請求項1記載の教示用エンドエフェクタ。 - 【請求項3】請求項1記載もしくは請求項2記載の教示
用エンドエフェクタを備えるとともに、ワークに対する
接触力を検知する手段を具備したことを特徴とする作業
用ロボット。 - 【請求項4】上記ワークに対する接触力を検知する手段
は、メカニカルインターフェースの近傍に備えられる力
覚センサであることを特徴とする請求項3記載の作業用
ロボット。 - 【請求項5】請求項3の作業用ロボットを備え、教示用
エンドエフェクタに備えられる複数の接触型検知手段お
よび作業用ロボットに備えられる接触力検知手段によっ
て、加工用工具のワークに対する位置と姿勢を自動的に
認識して教示することを特徴とする作業用ロボットの教
示方法。 - 【請求項6】加工用工具のワークに対する姿勢を自動的
に認識する手段として、複数の接触型検知手段の検知し
た時間差から算出することを特徴とする請求項5記載の
作業用ロボットの教示方法。 - 【請求項7】予めラフに教示された加工用ロボットプロ
グラムと、この加工用ロボットプログラムを再教示用ロ
ボットプログラムに変換する手段と、再教示用ロボット
プログラムによって得られた工具の位置・姿勢によって
加工用ロボットプログラムの教示点を更新する手段とを
具備したことを特徴とする作業用ロボットの自動教示点
修正システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21126699A JP2001038660A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 教示用エンドエフェクタと、ロボットの教示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21126699A JP2001038660A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 教示用エンドエフェクタと、ロボットの教示方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001038660A true JP2001038660A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16603078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21126699A Pending JP2001038660A (ja) | 1999-07-26 | 1999-07-26 | 教示用エンドエフェクタと、ロボットの教示方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001038660A (ja) |
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-
1999
- 1999-07-26 JP JP21126699A patent/JP2001038660A/ja active Pending
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