JP2911211B2

JP2911211B2 - ロボット制御装置

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Publication number: JP2911211B2
Application number: JP30025290A
Authority: JP
Inventors: 康洋中川
Original assignee: SHICHIZUN TOKEI KK
Current assignee: SHICHIZUN TOKEI KK
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH04171503A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、対象ワークや機械装置の破損を防止しつ
つ、正確な位置データを容易かつ短時間に登録するため
の位置決め装置の構成及び教示方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕従来の代表的な機械装置の概要ブロック図を第５図に
示す。この機械装置は、水平多関節形のアーム108を持
ち、アーム108先端に位置及び姿勢計測用のカメラ110を
装着している。アーム108は、位置決め装置501のシステ
ム制御部502に実装されている動作プログラム、または
教示装置506から出た指令値が、サーボモータ制御部503
を経由して、アーム108内の図示しないサーボモータに
よって駆動される。アーム108先端に取り付けられたカ
メラ110から入力された画像は、画像処理装置507の画像
入出力部508でデジタルデータに変換され、システムバ
ス512を介してシステム制御部509に画像データとして送
られる。そこで、画像データは、特徴抽出処理されて、
形状データ（主に重心と慣性主軸の角度）となる。形状
データは、通信ケーブル515を介して、画像処理装置507
から位置決め装置501へ受け渡される。ところで、サー
ボモータ制御部503は、第６図のような構成をとり、そ
の大きな特徴は、位置センサー621や検出器619、622、6
23からの位置、速度、電流等のフィードバックデータ61
3、611、612と、それらに対する各指令値608、614、610
との偏差が０になるようにそれぞれの制御部615、616、
617が働き、外乱、摩擦力などが作用しても静止状態に
おいては、一切の位置誤差が生じない点にある。この特
性は、教示作業や組立作業など、サーボモータの駆動軸
と対象ワークが接触を伴う動作が要求される場合、大き
な問題点となる。また、ここで説明している画像処理装
置507は、代表的な２値画像を取り扱う画像処理装置と
して説明している。なお、取り扱う画像データがカラー
画像や階調画像であっても、最終的に形状データを算出
できれば問題はない。

〔発明が解決しようとしている課題〕

実際にロボットアームやxyテーブルなどを用いて、対
象ワークの位置（ｘ、ｙ、ｚ）、姿勢（c1、c2、c3）を
位置決めし、組み付ける作業を行なう機械装置において
は、その位置や姿勢データを１個所ずつ目視で確認／修
正しながら入力していくのが、一般的な方法である。こ
の場合、作業者は、教示装置の手動操作のキーを操っ
て、ロボットを低速で移動させ、対象ワークを組み付け
位置に接近または接触させることになる。しかし、あく
まで目視による確認しか実施できず、接触による力加減
も目視による推測の域を出ない。そのため、この教示方
法によって入力された位置や姿勢データは、正確な値を
入力できないケースも多く、接触による過負荷状態で、
対象ワークや機械装置自身を破損させてしまうケースも
ある。

また、目視による位置の確認を画像処理装置に代替さ
せても、教示による位置や姿勢データの精度は向上させ
ることができても、一般的には、機械装置の制御部と画
像処理装置との間の座標交換や通信の手間の問題が発生
して、さらには、位置決め装置と画像処理装置との間の
同期及び通信作業のプログラムなど余分なプログラムを
作成する必要が生じたり、いくつものプログラム装置や
教示装置を使い分けしなくてはならず、作業者にかなり
の時間と労力の負担をかける。

このような理由で、本発明の目的は、位置および姿勢
の教示作業において、目視確認にによらずに、位置およ
び姿勢の立体的かつ正確な教示が自動的にできるロボッ
ト制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明によるロボット制御装置は、教示装置を備えた
システム制御部と、このシステム制御部からの指令によって、ロボットの位
置決め制御を行い、かつ前記ロボットの位置データや接
触による外力推定値を前記システム制御部に送出するサ
ーボモータ制御部と、前記システム制御部からの指令によって、前記ロボット
に取り付けたカメラから得た画像をもとに計測を行い、
かつ前記システム制御部に計測データを送出する画像処
理部と、を有し、前記計測データを基にワークのxy平面上での組み付け
の位置データや姿勢データを算出し、ロボットが保持するワークを算出した組み付け位置の
上方に、かつ算出した姿勢になるように移動させ、高さ方向の位置決め軸を力制御あるいはコンプライア
ンス制御が可能な状態にし、このワークを組み付け位置
に下降させ、接触させて、所定の力で押しつけて位置決
めするとともに、ワーク組み付けの高さデータを計測
し、前記xy平面上での組み付けの位置データおよび姿勢デ
ータと、前記組付けの高さデータを合わせてシステム制
御部に登録、位置教示することを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を基に説明する。

＜位置決め装置の実施例＞第１図は、本発明の位置決め装置101の概要を示して
いる。位置決め装置101は、システム制御部102、サーボ
モータ制御部103、画像処理部104の３つの機能ブロック
がシステムバス105によって通信可能な構成になってい
る。また、システム制御部102には教示装置106とプログ
ラミング装置107とが接続され、サーボモータ制御部103
にはアーム108に内蔵された図示しない各サーボモータ
と力センサ109とが接続され、画像処理部104にはカメラ
110とモニタ111とが接続される。

第２図（ａ）は、システム制御部102内の機能ブロッ
クを示している。システム制御部102は、外部的には教
示装置106とプログラミング装置107に接続され、この２
つの装置から、機器駆動部201、タスク管理部202を介し
て、通信制御部203や教示装置操作部206、プログラム言
語コンパイラおよび実行部209などが働き、動作プログ
ラムのアップ／ダウンロード、コンパイル、動作プログ
ラムの実行、教示装置106によるサーボモータ制御部103
や画像処理部104の直接操作、教示装置106による動作プ
ログラム内の予約変数のデータ操作などが可能な構成に
なっている。また、内部的にはシステムバス105を介し
て、サーボモータ制御部103と画像処理部104に対してそ
れぞれ通信が可能で、動作プログラムや教示装置106か
らのサーボモータ制御部103や画像処理部104に対する動
作指令や計測指令の実行に必要なデータの通信を行なう
構成になっている。

予約変数に関するデータの操作を、第２図（ｂ）を使
い説明する。第２図（ｂ）は、システム制御部のメモリ
内容の一部を表わしている。動作プログラムの中で定義
することができる予約変数は、動作プログラムがコンパ
イルされた時点で、第２図（ｂ）のようにメモリ上に各
変数ごとのデータ設定領域が確保される。この予約変数
のデータ設定領域は、ロボットのハンド112中心の位置
および姿勢データである位置変数のデータ領域211、各
座標設定に必要な変換データである座標変数のデータ領
域212、バネ定数、力指令値などのサーボモータ制御に
関する変数のデータ領域213、画像取り込み条件、２値
化のしきい値、処理領域などの画像処理部に関する変数
214からなり、データ領域の設定／削除、データ入力／
変更が、動作プログラムからの操作だけでなく、教示装
置制御部206やメモリ操作部205を介して、教示装置106
からも操作可能な構成になっている。

これまで説明してきたように、システム制御部102の
動作プログラムの作成／実行環境や教示装置の操作とい
ったマン／マシンインターフェイスの機能は、サーボモ
ータ制御部103と画像処理部104に必要なマン／マシンイ
ンターフェイス機能を包含する形になっているので、ロ
ボットの動作に関するプログラムや画像処理を使う計測
プログラムの作成や実行、動作に関する教示と計測に関
する教示が、同一のプログラミング装置107や教示装置1
06で実行できる。

第３図（ａ）は、サーボモータ制御部103の機能ブロ
ックを表わしたもので、各ブロックはデジタル構成をと
っている。このサーボモータ制御部103の特長は、シス
テム制御部102との通信によって位置制御、力制御、コ
ンプライアンス制御のいずれかの動作モードを選択し、
動作することができる点にあり、一般の位置制御のみの
制御部（第６図）と比較すると、力モデル発生部301、
コンプライアンスモデル発生部303、外力推定部304、第
１、第２、及び第３のモード切り換えスイッチ324、30
2、305、外力推定値306のフィードバックなどの機能が
追加されている。各ブロックの機能および動作は、ま
ず、システム制御部102からのモード選択指令307によ
り、第１、第２、及び第３のモード切り換えスイッチ32
4、302、305が切り換わり、位置制御、力制御、コンプ
ライアンス制御が選択される。力制御が選択されると、
外力（例えば、ハンド先端が他の物体に接触して、拘束
力を受ける状態）が加わるまで、システム制御部102か
らの力指令325を力モデル発生部301で速度指令に変換
し、指定された方向に一定速度で動作する。物体に接触
して外力を受けると、速度フィードバックデータ312の
値が変化して、このデータとトルク指令値310が外力推
定部304に送られ、外力推定値306が算出される。次に、
外力推定値306と力指令325との偏差がとられて、その値
は、力モデル発生部301に送られる。力モデル発生部301
では、力／速度変換が行なわれて速度制御部316に速度
指令326の値として送られる。このとき、力指令325の値
は、予め教示装置106（第２図）を使い、システム制御
部102内のメモリに登録しておく。その結果、力モデル
発生部301で生成された速度指令326によって、例えば、
ハンド先端が他の物体と接触した場合、力指令325の値
を保った状態（力指令値325と外力推定値306がつりあっ
た状態）で静止する。このとき、接触した物体が変位し
て、力のバランスが崩れるような事態になっても、外力
推定部304からのフィードバックにより新たな速度指令3
26が発生し、力指令325と外力推定値の値がつりあうよ
うに制御される。

次に、コンプライアンス制御が選択されると、外力
（例えば、ハンド先端が他の物体に接触して、拘束力を
受ける状態）が加わるまで、システム制御部102からの
位置指令308で位置制御されて動作し、外力が加わると
その外力を基に、指定された柔らかさと力の値を満たす
位置の軌道を、コンプライアンスモデル発生部303で生
成する。そして、この値が、位置制御部315にフィード
バックされる。この場合、柔らかさの指定は、予め教示
装置106を使い、システム制御部102にコンプライアンス
定数309として登録しておく。その結果、コンプライア
ンスモデル発生部303で生成された位置データにより、
例えば、アームが他の物体に接触しても、バネのように
柔らかく倣う動作を行ない、位置決めすることができ
る。さらに、外力推定部304でトルク指令値310と速度フ
ィードバック311の値から算出された外力推定値306は、
システム制御部102にフィードバックされて、システム
制御部102でこの外力推定値306を監視することができ
る。

また、位置制御が選択された場合は、一般の位置制御
と同様に、位置、速度、電流のフィードバックデータ31
2、311、313と、それらに対する位置、速度、電流の各
指令値308、314、310の偏差が０になるように位置、速
度、電流の各制御部315、316、317が働き、外力、摩擦
力などが作用しても静止状態においては、一切の位置誤
差が生じないように位置決めされる。

また、上述のサーボモータ制御部103と同様な機能を
持ち、力に関する計測方法が異なる構成をとる例とし
て、第３図（ｂ）に示すものが考えられる。第３図
（ｂ）に示すサーボモータ制御部103は、第３図（ａ）
のサーボモータ制御部103の外力推定部304の代わりに、
第１図のハンド112を上下させる軸（ｚ軸）に取り付け
た力センサー109のデータを利用して、第３図（ａ）の
サーボモータ制御部103と同様の機能を持つことができ
る。

第４図は、画像処理部104の機能ブロックを表わして
いる。画像処理装置としての動作プログラムの環境や教
示装置の操作といったマン／マシンインターフェイスの
機能は、システム制御部102が包含する形になっている
ので、画像処理部104自身は、動作プログラムで記述さ
れた計測指令を実行コードレベルでシステム制御部102
から受取り、その内容に従って、カメラ110から画像を
取り込み、一連の画像処理を行ない、システム制御部10
2に計測データを返すように、システム制御部102の画像
処理部操作部204から制御される。画像処理部104内部で
は、まず、画像入出力制御部404でカメラ110から画像の
取り込みやデジタル画像データへの変換、モニタへの出
力などが実行される。デジタル値に変換された画像デー
タは、画像データ処理部408で画像データの２値化処
理、ヒストグラム作成などの処理が施される。２値化処
理された画像データは、特徴抽出部407で指定された処
理領域内の画像に対する画素カウントや連結解析が行な
われ、そのデータを基に対象物体の形状の特徴や計測デ
ータ（面積、輪郭情報、穴情報、重心位置、慣性主軸の
傾き角度など）が数値データとして算出される。

これらの一連の処理が行なわれるためには、教示装置
106からの直接操作で、事前に画像取り込み条件（カメ
ラの選択やデジタル画像変換のルールなど）、２値化の
しきい値、処理領域、基準物体の形状データなどを設定
しておく必要がある。教示装置106からの直接操作は、
内部的にはシステム制御部102の教示装置制御部206から
画像処理操作部204を介して、画像処理部104が制御され
る形で行なわれる。

＜教示方法の実施例＞次に、上述の位置決め装置101によって構成される機
械装置として、第１図に示すロボットを例にとり、第７
図を用いて本発明で提案している教示方法について説明
する。

（１） xy平面での位置（x,y）データ及び姿勢（ｃ）
データの教示方法を先に述べる。

機械装置の動作プログラム（画像処理部104を使っ
た計測プログラムも含む）をプログラミング装置107
（一般的には、パーソナルコンピュータにエディタソフ
トを走らせた状態）で作成して、それぞれのプログラム
を位置決め装置101にダウンロードする。

ダウンロードされた動作プログラムは、プログラム
言語コンパイラ及び実行部209でコンパイルされて、実
行可能コードに変換される。同時に、動作プログラムの
中で記述された予約変数（位置変数、座標変数、処理領
域変数、２値化のしきい値変数など）に対するデータの
書き込み領域は、メモリ操作部205を介して、メモリ内
に自動的に確保される。

この場合、動作プログラムを作成しなくても（の
手順を踏まなくても）、教示装置106から直接変数の領
域設定作業を行なうこともできる。

教示装置106を使い、直接アーム108の各サーボモー
タに移動指令を与えて、組み付けプレート114上の目的
とする組み付け位置Ａが、アーム108先端のカメラ110の
視野内に入る位置まで、モニタ111を確認しながら低速
で移動させる。この場合、組み付け位置は、その位置と
形状が認識できるようにマーキングされているか、組み
付けプレート114上面と段差を有するようにしておけば
良い。そして、この状態で、教示装置106を使い、画像
処理に関する教示モードに移る。まず、モニタ上の組み
付け位置Ａの形状を囲む形で、処理領域を設定する。こ
の場合、教示装置106から処理領域を設定するための所
定の変数を呼び出し、データを入力する。さらに、画像
データを２値化して、モニタ111に表示し、正確な形状
を撮像できるように、２値化のしきい値を設定する所定
の変数を呼び出し、データを入力する。これで画像処理
部104に関する変数が設定されたことになる。

この状態で、教示装置106から画像処理を利用する
位置教示のモードを指定し、所定の位置変数を呼びだし
てデータの入力作業を行なう。この作業を行なうと、シ
ステム制御部102の教示装置操作部206を介し画像処理部
104に対して、画像データ入力、画像データのデジタル
変換、モニタへの出力、画像データの２値化処理、処理
領域内の物体の特徴抽出などの一連の画像に対するデー
タ処理を実行し、その結果（計測データ）をシステム制
御部102に返すように指令される。この時、画像処理部1
04から送られる計測データは、組み付け位置の形状の画
像原点704からの重心位置707（Xc、Yc）とカメラの座標
701上の組み付け位置の形状の慣性主軸の傾き角度
（α）などである。さらに、それらのデータに対して
は、カメラ中心位置705からハンド中心位置706へのデー
タ変換と姿勢のデータ変換が、座標変換部210の機能を
利用することによって自動的に実行される。その変換さ
れたハンド中心位置706の値（Xc、Yc）と姿勢データ
（ｃ）が、その組み付け位置Ａの位置変数のデータとし
て自動的に登録される。この位置と姿勢データの計測お
よび変換については、作業者が教示用の動作プログラム
の中に作り込むのではなく、システム制御部102内部で
自動的に実行する点が、従来の方法とは違う点である。

ここで、第７図に示したカメラ中心位置705からハン
ド中心位置706へのデータ変換と姿勢のデータ計測処理
について説明する。カメラ中心位置705の値（Xc、Yc）
からハンド中心位置706の値（Xh、Yh）への変換は、ハ
ンド中心位置705からカメラ中心位置706までのオフセッ
ト値ａ、第一関節の角度θ_１、第二関節の角度θ_２、画
像原点704からの位置誤差Δxc、Δycから、次のように
求まる。

Xh＝Xc−ａ＊COS（θ_１＋θ_２）＋Δxr Yh＝Yc−ａ＊SIN（θ_１＋θ_２）＋Δyr 第７図（ａ）はカメラからの入力画像で、ロボットの
座標702に対してカメラの座標701が、アーム108の姿勢
（θ_１＋θ_２）分だけ傾いているところを表わしてい
る。ここで組み付け位置Ａの重心707と画像原点704との
位置誤差Δxc、Δycをアームの姿勢（θ_１＋θ_２）から
ロボットの座標702上に求めると、次のようになる。

Δxr＝Δxc＊COS（θ_１＋θ_２）＋Δyc＊SIN（θ_１＋θ_２） Δyr＝Δxc＊SIN（θ_１＋θ_２） −Δyc＊COS（θ_１＋θ_２）また、組み付け位置Ａでの姿勢データＣは、慣性主軸
の角度（α）とアームの姿勢（θ_１＋θ_２）から、次の
ようになる。

Ｃ＝α−（θ_１＋θ_２）このような手順で、画像処理装置507から送られてく
る計測データを、カメラの座標701からロボットの座標7
02に変換するプログラムを、座標変換部210に備えてお
けば良い。

教示装置106を使い、直接アーム108の各サーボモー
タに移動指令を与えて、組み付けプレート114上の目的
とする次の組み付け位置Ｂが、アーム108先端のカメラ1
10の視野内に入る位置まで、モニタ111を確認しながら
低速で移動させ、モニタ111の画面の処理領域703（ウイ
ンドウ）内に組み付け位置Ｂの形状を入れる。この状態
で、教示装置106から画像処理を利用した位置教示のモ
ードを指定し、所定の位置変数を呼びだしデータの入力
作業を行なう。こうすると前述のように、画像データに
対する一連のデータ処理とカメラ中心位置705からハン
ド中心位置706への位置と姿勢データ変換について、シ
ステム制御部102内部で自動的に実施される。これら一
連の作業を各組み付け位置ごとにつぎつぎと繰り返すこ
とで、位置変数のｘ、ｙ、ｃのデータがハンド中心位置
706の値で設定される。

（２）Ｚデータ（高さ）の教示方法を説明する。

第１図は、対象ワーク113をハンド112に保持し、前述
のｘ、ｙ、ｃのデータを教示した後に、登録された教示
データ（この場合、ハンド中心位置（Xc、Yc））を教示
装置106で呼び出し、そのデータの位置に位置決めされ
た状態を示している。ここまでの動作は、位置制御モー
ド状態で行なう。また、ここではサーボモータ制御部10
3として、力センサの情報を利用するタイプのものでな
く、外力推定部304の情報をもとに、力やコンプライア
ンスモデルのループを構成する形態（第３図ａのサーボ
モータ制御部）のものを用い、まず力制御を利用したｚ
データの教示方法について説明する。

教示装置106によりｚ軸のサーボモータ制御部103を
力制御モードに切り換える。この時、システム制御部10
2からのモード選択指令により、第３図に示すサーボモ
ータ制御部103の第１及び第３のモード切り換えスイッ
チ324、305がOFFとなり、第２のモード切り換えスイッ
チ302がON状態になる。これで位置制御ループ、コンプ
ライアンス制御ループが機能しなくなり、力制御ループ
のみが機能する状態になる。

力制御に移行した後は、システム制御部102からの
力指令325の値が力モデル発生部301に入り、力指令325
の値に応じた速度指令326に変換される。力指令325の値
は、予め教示装置106よりシステム制御部102のメモリ内
のサーボモータ制御部に関する変数のデータ領域212に
登録されていなければならない。力モデル発生部301か
らの速度指令326は、外力が加わらない状態において
は、力指令325の値に比例するが、接触時のショックを
防止するために低速に制限されている。この速度指令32
6によって、速度制御部316以降の処理が行なわれて、最
終的にはサーボモータ320が、指定された方向に低速で
回される。サーボモータの旋回方向も、予め教示装置10
6により、システム制御部102内の変数のデータ領域212
に登録しておく。ｚ軸では、一般に下降する方向が登録
される。

組み付け位置Ａの上方でｘ、ｙ方向に位置決めされ
ていた対象ワーク113は、速度指令326により、その位置
から下に向かって低速で移動し、そのことにより、対象
ワーク113と組み付けプレート114が接触して、指定され
た力の大きさで押しつけられ、位置決めされる。対象ワ
ーク113と組み付けプレート114が接触すると、この影響
をうけて、サーボモータ制御部102の速度フィードバッ
ク311の値が変化する。変化した速度フィードバック311
の値とトルク指令310の値が、外力推定部304に送られ
て、外力推定値306が算出される。外力推定値306は、力
指定325の値と比較されて、この偏差値が力モデル発生
部301に送られて、速度指令326の値が算出される。この
速度指令326によって制御されるサーボモータ320の動き
が、接触面に力として現われる。外力推定値306と力指
令325の値が一致して、その偏差値が０になると速度指
令326も０となり、対象ワーク113は力指令325の大きさ
の力で、組み付けプレート114に押え付けられた状態で
位置決めされて静止する。

のように、設定された力で接触状態が安定する
と、その時点での位置フィードバックデータ312がシス
テム制御部102内の所定の位置変数のデータ領域内に、
自動的に取り込まれる仕組みになっている。また、動作
プログラムの自動実行時は、位置制御状態で動作させる
場合は、このｚの値を使用すると対象ワーク113と組み
付けプレート114が接触する動作を行なう。動作プログ
ラムの自動実行時に接触を嫌う場合は、オフセット量を
同時に数値入力すると、位置制御での動作プログラムの
実行時には、そのオフセット量を加えた位置データで位
置決めされる。

所定の位置変数にデータが登録されると、システム
制御部102からの力指令325が停止され、接触面における
加圧状態が解除される。その後、システム制御部102か
らのモード選択指令により、サーボモータ制御部103の
第２及び第３のモード切り換えスイッチ302、305がoff
となり、第１のモード切り換えスイッチ324がon状態と
なる。これで力制御の状態から、位置制御状態へ移行す
る。

システム制御部102からの位置指令308で、ハンド11
2は、これまでの移動方向とは逆方向（ｚの上方向）に
移動し、力制御状態以前の位置に自動的に復帰する。

各組み付け位置について、〜の作業を順次繰り
返すことによって、各位置変数のデータの教示を行な
う。

これまでは、力制御を利用した教示方法について説明
したが、今度は、コンプライアンス制御を利用した教示
方法について、力制御と同様に第１図に示す教示例で説
明する。力制御とコンプライアンス制御を利用した教示
方法の大きな違いは、力制御は接触している面に対し
て、その接触面が変位しても、絶えず一定の力の大きさ
で押え付けることができるが、コンプライアンス制御
は、接触面の変位に対して、その変位に比例した大きさ
の力で押え付ける点である。一般的には、ワークやハン
ドなどの保護という面から考えると、力制御を利用した
方法のほうが有利である。

前述した力制御を利用した教示方法と同様に、対象ワ
ーク113をハンド112に保持し、前述のｘ、ｙ、ｃのデー
タを教示する。その後、登録された教示データ（この場
合、ハンド中心位置（Xc、Yc））を教示装置106で呼び
出し、そのデータの位置に位置決めされる。尚、ここま
での動作は、位置制御モード状態で行なう。

組み付け位置Ａに位置決めした状態で、教示装置10
6からコンプライアンス制御モードを選択し、位置制御
からコンプライアンス制御へ切り換える。この時、シス
テム制御部102からのモード選択指令307により、サーボ
モータ制御部103の第１及び第３のモード切り換えスイ
ッチ324、305はON、第２のモード切り換えスイッチ302
はOFF状態になり、コンプライアンスモデル発生部303の
構成するループが動作可能状態になる。教示装置106を
使い、予め、システム制御部102のメモリ内のコンプラ
イアンス定数のデータ領域309にデータを入力してお
く。システム制御部102からサーボモータ制御部103のコ
ンプライアンスモデル発生部303に、コンプライアンス
定数309の値が送られ、外力推定部304からの外力推定値
306を合わせることにより、コンプライアンスモデル発
生部303が演算可能状態になる。

教示装置106からサーボモータ制御部103へ、ｚ方向
の手動による下降指令を与えて、対象ワーク113を組み
付けプレート114の組み付け位置115に接触するまで下降
させる。接触による外力の大きさは、速度フィードバッ
ク311の値とトルク指令310の値を基に、外力推定部304
で計算されて、コンプライアンスモデル発生部303とシ
ステム制御部102へ送られる。

コンプライアンスモデル発生部303では、コンプラ
イアンス定数309と外力推定値306により、推定された柔
らかさと力の値を満たす位置データを生成し、位置制御
部315に位置指令をフィードバックする。このことによ
り、ハンド112先端はバネのように柔らかく倣う動作を
行なう。

システム制御部102では、対象ワーク113と組み付け
プレート114の接触によって外力推定部304から送られて
くる外力推定値306を監視して、予め教示装置106でシス
テム制御部102のメモリ内に設定された外力推定値の上
限値に、サーボモータ制御部103から送られて来る外力
推定値306が達した時点で、位置指令を停止し、事故を
防止する。それ以外では、対象ワーク113と組み付けプ
レート114は、ある一定の力の大きさで接触した状態で
位置決めされる。

のように、設定された力で接触状態が安定する
と、その時点での位置フィードバックデータ312が所定
の位置変数のデータ領域内に、自動的に取り込まれる仕
組みになっている。また、動作プログラムの自動実行時
は、位置制御状態で動作させる場合は、このｚの値を使
用すると対象ワーク113と組み付けプレート114が接触す
る動作を行なう。動作プログラムの自動実行時に接触を
嫌う場合は、オフセット量を同時に数値入力すると、位
置制御状態で動作プログラムを実行する時は、そのオフ
セット量を加えた位置データで位置決めされる。

所定の位置変数にデータが登録されると、システム
制御部102からの位置指令308が停止され、接触面におけ
る加圧状態が解除される。その後、システム制御部102
からのモード選択指令により、サーボモータ制御部103
の第２及び第３のモード切り換えスイッチ302、305がof
fとなり、第１のモード切り換えスイッチ324がon状態と
なる。これでコンプライアンス制御の状態から、位置制
御状態へ移行する。

システム制御部102からの位置指令308で、ハンド11
2は、これまでの移動方向とは逆方向（ｚの上方向）に
移動し、コンプライアンス制御状態以前の位置に自動的
に復帰する。

以上のような作業を行い、対象ワークや機械装置自身
に過度の負荷をかけずに、自動的かつ正確に教示作業を
行なう。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、画像処理部から送出さ
れる計測データを基にワークのXY平面上での組み付け位
置データや姿勢データを算出し、ロボットが保持するワ
ークを算出した組み付け位置の上方に、かつ算出した姿
勢になるように移動させ、Ｚ方向の位置決め軸を力制御あるいはコンプライアンス
制御が可能な状態にし、このワークを組み付け位置に接
触させて、所定の力で押しつけて位置決めするととも
に、ワーク組み付けの高さデータを計測し、前記XY平面上での組み付け位置データや姿勢データと
前記組付けの高さデータを合わせてシステム制御部に登
録、位置教示するようにしたので、目視確認によらず
に、位置および姿勢の立体的かつ正確な位置教示が自動
的にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の位置決め装置と、位置決め装置によ
って制御される機械装置の概要を示している。第２図（ａ）は、本発明のシステム制御部の機能ブロッ
クを示し、第２図（ｂ）は、システム制御部のメモリ内
容の一部を表している。第３図（ａ）は、本発明のサーボモータ制御部の機能ブ
ロックを示し、第３図（ｂ）は、その応用例を示してい
る。第４図は、本発明の画像処理部を示している。第５図は、従来の位置決め装置と、位置決め装置によっ
て制御される機械装置の概要を示している。第６図は、従来のサーボモータ制御部の機能ブロックを
示している。第７図（ａ）は、アーム先端に取り付けられたカメラの
モニタ上の画像を表し、第７図（ｂ）は、ロボットの平
面図である。 101、501……位置決め装置、 102、502……システム制御部、 103、503……サーボモータ制御部、 104……画像処理部、 105、504、512……システムバス、 106……教示装置、 107……プログラミング装置、 108……アーム、 109……力センサ、 110……カメラ、 203……通信制御部、 204……画像処理操作部、 205……メモリ操作部、 206……教示装置制御部、 207……サーボモータ制御操作部、 208……動作制御部、 209……プログラム言語コンパイラ及び実行部、 210……座標変換部。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/42 G05B 13/04 G05D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】教示装置を備えたシステム制御部と、このシステム制御部からの指令によって、ロボットの位
置決め制御を行ない、かつ前記ロボットの位置データや
接触による外力推定値を前記システム制御部に送出する
サーボモータ制御部と、前記システム制御部からの指令によって、前記ロボット
に取り付けたカメラから得た画像をもとに計測を行な
い、かつ前記システム制御部に計測データを送出する画
像処理部と、を有するロボット制御装置において、前記計測データを基にワークのxy平面上での組み付けの
位置データや姿勢データを算出し、ロボットが保持するワークを算出した組み付け位置の上
方に、かつ算出した姿勢になるように移動させ、高さ方向の位置決め軸を力制御あるいはコンプライアン
ス制御が可能な状態にし、このワークを組み付け位置に
下降させ、接触させて、所定の力で押しつけて位置決め
するとともに、ワーク組み付けの高さデータを計測し、前記xy平面上での組み付けの位置データおよび姿勢デー
タと、前記組付けの高さデータを合わせてシステム制御
部に登録、位置教示することを特徴とするロボット制御
装置。