JP3418456B2 - ロボット位置教示具及びロボット位置教示方法 - Google Patents
ロボット位置教示具及びロボット位置教示方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、ロボット位置教示具
を用いて産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と言
う。）に位置教示を行なうための位置教示方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ロボットに位置教示を行なう方法として
最も一般的に利用されているのは、ジョグ送りによって
ロボットを教示希望位置に移動させ、該教示希望位置時
点における現在位置をロボットに記憶させるやり方であ
る。この方法は、通常、図１に示したような手順で実行
される。 【０００３】先ず、ジョグ送り時の準拠座標系を設定
（選択指定または新規設定）し（ステップＳＴ１）、移
動速度をオーバライドを指定する形で設定する（ステッ
プＳＴ２）。例えば、ワークの近距離位置で慎重にジョ
グ送りが要求される場合には低速度を設定する。そし
て、オペレータが希望する送り方向に対応したキーをジ
ョグ送りキーを＋Ｘキー、−Ｘキー、＋Ｙキー・・・等
の中から選んで押下し、教示希望位置にロボットを接近
移動させる（ステップＳＴ３）。一方向への移動のみで
ロボットを教示希望位置に接近させ得ることは稀であ
り、途中で何回かのジョグ送りキーの切換が必要となる
場合が大半である。 【０００４】ロボットが教示希望位置に接近したら、オ
ペレータは更なる移動が必要かどうか目測で判断する
（ステップＳＴ４）。ロボットが教示希望位置に到達し
ていないと判断される場合には、必要に応じて準拠座標
系の再設定（ステップＳＴ）、移動速度の再設定（ステ
ップＳＴ２）を行なった上でジョグ送りを再開する（ス
テップＳ３）。そして、ステップＳＴ４で、ロボットが
教示希望位置に到達したと判断された段階で、ロボット
の現在位置を教示点を決定し、ロボットに記憶させる
（ステップＳＴ５）ことで１つの教示点に関する位置教
示を終了する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このような教
示方法は、ジョグ送りキーの操作が煩雑で熟練を要し、
教示作業全体の工数が非常に大きくなるという問題点が
あった。また、座標系の設定状況を誤認してジョグ送り
を実行した場合には、干渉事故等を起こす恐れもあっ
た。更に、教示時にロボットを正確に教示希望位置に到
達させなければならないことも、教示作業を不能率なも
のとしている一因でものあった。 【０００６】そこで、本願発明の目的は、ロボット位置
教示具を用いて、ロボットの教示作業を大幅に簡素化す
ることが出来ると共に、座標系の誤認等に基づく誤操作
の恐れを回避して位置教示作業を実行することが可能な
ロボット位置教示方法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本願発明は、視覚センサ
によって視認可能な位置指標が設けられた位置指標部
と、ロボットに対して前記位置指標に向かう移動指令を
発令する移動指令発令部と、ロボットに対してロボット
が教示位置に到達または接近したことを報知する為の指
令を発令する接近・到達指令発令部を備えたロボット位
置教示具を用いたロボット位置教示方法によって上記技
術課題を解決する。 【０００８】同ロボット位置教示方法は、本願発明の特
徴に従い、前記ロボット位置教示具から前記ロボットへ
前記移動指令を伝える段階と、視覚センサによって前記
位置指標の位置を求める段階と、該求められた位置指標
位置へ向けて前記ロボットを移動させる段階と、前記ロ
ボットが教示希望位置に接近または到達した時点で前記
ロボット教示具から前記ロボットへ接近・到達指令を伝
える段階と、伝えられた指令が接近指令であった場合
に、該接近・到達指令伝達時における最新の前記視覚セ
ンサ出力に基づいて求められた前記位置指標の位置に基
づいて教示位置をロボットに記憶させる段階とを含んで
いる。 【０００９】 【作用】本願発明は、図１に記した従来技術における教
示作業のステップを、図２に示したように簡略化するも
のである。即ち、本願発明を視覚センサを備えたロボッ
トシステム（以下、「視覚センサ・ロボットシステム」
と言う。）に適用することにより、図１に示したフロー
チャート中のステップＳＴ１〜ステップＳＴ３に相当す
る作業からオペレータを解放し、図２に記したものに代
えるものである。本願発明による位置教示方法では、オ
ペレータによる特別の作業を要することなく、予め設定
された座標系上でシステムが動作し、任意の方向にロボ
ットが移動して教示希望位置に接近・到達する（ステッ
プＳＴ１’）。オペレータは適当な時点でこのロボット
移動動作の継続を判断し（ステップＳＴ２’）、更なる
移動が必要でなくなったと判断された時点で教示位置を
決定し（ステップＳＴ３’）１つの点に関する位置教示
を終了する。 【００１０】このような教示作業の簡素化を実現する為
に、本願発明では、視覚センサによって視認可能な位置
指標を設けたロボット位置指標部を有するロボット位置
教示具が使用される。ロボット位置教示具は、また、ロ
ボットに対して位置指標に向かう移動指令を発令する移
動指令発令部と、ロボットに対してロボットが教示希望
位置に到達または接近したことを報知する為の指令を発
令する接近・到達指令発令部を備えている。これら移動
指令や接近・到達指令は、例えば超音波、赤外線、可視
光等の発信手段を用いたコードレス送信手段によってロ
ボットに伝達される。 【００１１】位置教示実行時には、オペレータがロボッ
ト位置教示具を把持し、視覚センサの視野に入れた状態
でロボット位置教示具からロボットへ移動指令を送る。
そして、ロボット位置教示具を教示希望位置へ向けて移
動させると、視覚センサがロボット位置教示具の位置指
標位置を検出し、それに基づいてロボットはロボット位
置教示具の位置指標を追跡する運動を行なう。 【００１２】ロボットが教示希望位置に接近した時点で
接近指令をロボットに送ると、その時点で視覚認識され
ている位置指標位置がロボットに教示される。また、ロ
ボットが教示希望位置に到達したと判断して到達指令を
ロボットに送ると、その時点におけるロボット現在位置
がロボットに教示される。 【００１３】本願発明では、視覚センサとして、３次元
位置計測を行なう能力を有する３次元視覚センサが使用
されるのが通常であるが、教示点が乗る平面が既知の場
合など特殊なケースにおいては２次元視覚センサの使用
も可能である。また、ロボット位置教示具の形状に特に
制約は無く、オペレータによる把持が可能な把持部、オ
ペレータが把持部を把持した時に視覚センサから隠れな
い位置に位置指標部を設ける為に必要な部分としての延
在部を有する限り、種々の形状が許容される。 【００１４】位置指標は、視覚センサによる位置視認が
可能であれば任意の形態をとることが出来る。例えば、
周囲よりも高光反射率あるいは低光反射率の十字マー
ク、点状マークあるいは発光素子等を用いることも出来
る。発光素子等を用いた場合には、ロボット位置教示具
からロボットへの各種指令の送信手段を兼用させること
も可能である。 【００１５】 【実施例】図３は、本願発明に従った実施例で使用され
るロボット位置教示具の外観を例示した図であり、図４
は、その構成要素を要部ブロックで示したものである。
図３に符号１００で全体を指示されたロボット位置教示
具は、大別すると把持部１０１、位置指標部１０３及び
これらをつなぐ棒状の延在部１０２で構成されている。
把持部１０１は、オペレータの手によって把持される部
分であり、５つのスイッチ、オン／オフスイッチ１０
５、移動スイッチ１０６、接近スイッチ１０７、到達ス
イッチ１０８及びデッドマンスイッチ１０９と、超音波
または赤外線を発信する発信部１３０を備えている。 【００１６】位置指標部１０３には、視覚センサによっ
て視認可能な位置指標１０４が設けられている。この位
置指標は、例えば周囲より光反射率の高い（または低
い）部材で構成した十字マーク、点状のマーク、あるい
は発光ダイオード等を用いた点状または線状の輝光部な
どで構成することが出来る。 【００１７】把持部１０１の内部には、発信部１３０に
スイッチ１０５〜１０９の押下状態に応じて異なるパル
スパターンで超音波または赤外線を発信させる為の電源
／制御部が設けられている。即ち、図４に示されている
ように、スイッチ１０５〜１０９は、電源（電池）及び
マイクロプロセッサを内蔵した電源／制御部１２０に接
続されており、ロボット位置教示具１００はスイッチ１
０５〜１０９の押下状態により次のように制御される。
先ず、オペレータがロボット位置教示具１００の把持部
１０１を把持してデッドマンスイッチ１０９を押下した
状態で、オン／オフスイッチ１０５を押下するとロボッ
ト位置教示具１００が動作状態に入る。この状態で更
に、移動スイッチ１０６を押下すると、押下の継続中に
亙って発信部１３０からロボット移動指令を表わすパル
ス信号がロボット制御装置（後述）に継続的に送信され
る。 【００１８】移動スイッチ１０６の押下を中止して、接
近スイッチ１０７あるいは到達スイッチ１０８のいずれ
かを押下すると、ロボット制御装置にロボットを停止さ
せると共に位置教示を実行させる指令を表わすパルス信
号がロボット制御装置（後述）に継続的に送信される。
このパルス信号には２種類あり、後述するように、接近
スイッチ１０７を押下した場合には視覚センサによって
検出された位置指標１０４の位置をロボットに教示させ
る指令信号が発信され、到達スイッチ１０８を押下した
場合にはロボットの現在位置をロボットに教示させる指
令信号が発信される。なお、いずれの状態においても、
デッドマンスイッチ１０９の押下を中止すると、移動中
のロボットは停止し、また、停止中のロボットの始動は
行なわれない。 【００１９】次に、このようなロボット位置教示具を用
いてロボットに位置教示を行なう際に利用されるロボッ
ト・視覚センサシステムと位置教示の実行手順について
説明する。図５はロボット・視覚センサシステムの構成
を要部ブロック図で示したものであり、図６は位置教示
実行時におけるロボット位置教示具の使用法を説明する
図である。 【００２０】先ず、図５を参照すると、システム全体は
ロボット本体２、カメラ４，５（３次元視覚センサを構
成する為に２台を使用）、画像処理装置１０、ロボット
コントローラ２０、受信部１４０から構成されている。 【００２１】画像処理装置１０は中央演算処理装置（以
下、ＣＰＵという。）１１を有し、該ＣＰＵ１１には、
フレームメモリ（画像メモリ）１２、ＲＯＭで構成され
たコントロールソフト用メモリ１３、ＲＡＭ等で構成さ
れたプログラムメモリ１４、不揮発性ＲＡＭで構成され
たデータメモリ１５、カメラインタフェース１６、画像
処理プロセッサ１７及び汎用信号インタフェース１８が
バス１９を介して接続されている。 【００２２】カメラインタフェース１６には、カメラ
４，５が接続されている。２台のカメラ４，５からの映
像信号は、ＣＰＵ１１がカメラインタフェース１６内の
コネクタ番号を指定することにより、順次取り込まれる
ようになっている。汎用信号インタフェース１８は、ロ
ボットコントローラ２０側の汎用信号インタフェース２
７に接続されており、両者を介して相互にデータや指令
を表す信号が送受信される。 【００２３】カメラ４，５の視野で捉えられた画像は、
グレイスケールによる濃淡画像に変換されてフレームメ
モリ１２に格納される。画像処理プロセッサ１７はフレ
ームメモリ１２に格納された画像をＣＰＵ１１の指令に
従って処理する機能を有している。コントロールソフト
用メモリ１３には、ＣＰＵ１１が視覚センサを制御する
為のコントロールプログラム、治具を用いてセンサ座標
系を設定する為のキャリブレーション用プログラム、画
像処理プロセッサ１７を用いて溶接線位置を検出する為
の画像解析プログラム、適正なタイミングでロボット側
への計測データ送信を指令する為のプログラム等が格納
される。 【００２４】なお、カメラ３０の捉えた画像やフレーム
メモリ１２から呼び出された画像を視認する為のＴＶモ
ニタを図示を省略したモニタインタフェースを介して接
続することも出来る。 【００２５】一方、ロボットコントローラ２０は、中央
演算処理装置（ＣＰＵ）２１を有し、該ＣＰＵ２１に
は、次に述べる位置教示手順に伴う処理を実行する為の
プログラムを含む各種制御プログラムを格納したＲＯＭ
２２、計算データの一時記憶等の為に利用されるＲＡＭ
２３、教示データやキャリブレーション用治具データ等
各種設定値が格納される不揮発性ＲＡＭで構成されたメ
モリ２４、ロボット本体４０の各軸を制御する軸制御器
２５（サーボ回路を含む）、ロボットの手動操作、座標
系設定、位置教示、自動運転（再生動作）指令、センサ
起動指令等の画像処理装置との交信を行う為の教示操作
盤２６及び画像処理装置１０側の汎用信号インタフェー
ス１８に接続された汎用信号インタフェース２７がバス
２８を介して接続されている。 【００２６】汎用信号インタフェース２７は、ロボット
位置教示具１００の発信部１３０から送信された超音波
信号または赤外線信号１３１（図２参照）を受信する受
信部１４０に接続されている。 【００２７】次に、図５に示されたシステムを用いて、
本願発明のロボット位置教示具を用いてロボット位置教
示を実施する実行する手順について述べる。 【００２８】図６には、位置教示実行時におけるロボッ
ト位置教示具の使用状況が描かれている。 【００２９】符号１は作業対象ワークを表わしており、
ここでは溶接線６を有するものが示されている。このワ
ーク１には、通常、同種同寸で同位置に溶接線を有して
いるとみなすことが出来る多数のワークを代表するもの
が選ばれる。２はロボット本体で、手首フランジ部には
溶接トーチ３と共に３次元視覚センサ手段を構成する２
台のカメラ４，５が装着されている（カメラ４，５は、
ロボットに装着せずに、作業空間内の適当な位置に配置
してもよい）。Ｐ0 〜Ｐ3 は、溶接線６に沿って選ばれ
た教示希望点である。 【００３０】本実施例では、教示希望点Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ
2 ，Ｐ3 の順に位置教示を行なう。先ず、オペレータは
ロボットコントローラ１２０の教示操作盤２６を操作し
て３次元視覚センサを起動させる。そして、ロボット位
置教示具１００を手Ｈで把持し、デッドマンスイッチ１
０９を押下しながらオン・オフスイッチ１０５を押下す
る。 【００３１】そして、ロボット位置教示具１００の位置
指標１０４をカメラ４，５の双方の視野範囲に移動さ
せ、移動スイッチ１０６を押下する。すると、発信部１
３０からロボットコントローラ２０の受信部１４０にロ
ボット移動指令信号が伝えられる。ロボットコントロー
ラ２０のＣＰＵ２１は、画像処理装置に位置指標位置検
出信号を送り、位置指標１０４がカメラ４，５によって
撮影され、画像処理装置１０内で位置指標１０４の３次
元位置が計算される。その結果はロボットコントローラ
２０に伝えられ、位置指標１０４へ向かうロボット移動
（矢印ＡＲ２）が開始される。ロボットの移動速度は、
予め設定された比較的低速の値以下に維持される。 【００３２】ロボット位置教示具１００を最初の教示希
望点Ｐ0 に徐々に近づけながら（矢印ＡＲ１）、移動ボ
タン１０６の押下を続行すると、画像処理装置１０では
短い周期で位置指標１０４の位置が繰り返し計算され、
逐次ロボットコントローラ２０へ伝達される。 【００３３】ロボットは、この逐次更新される位置指標
データに基づいて移動目標点を定めながら移動を続け
る。従って、ロボット位置教示具１００を教示希望点Ｐ
0 に接近させ、更に位置Ｐ0 に位置指標１０４を一致さ
せると、これを追跡するようにツール先端点３’（ここ
では、溶接トーチ３の先端）が点Ｐ0 に接近する。 【００３４】もし、ツール先端点３’が点Ｐ0 に到達す
る前に位置教示を行いたい場合（例えば、溶接トーチと
ワークの干渉の防止の為）には、位置Ｐ0 に位置指標１
０４を一致させたまま、ツール先端点３’が点Ｐ0 の近
傍に到達した時点で移動スイッチ１０６の押下を中止し
ロボットを停止させ、更に接近スイッチ１０７を押下す
る。 【００３５】すると、ロボットコントローラ２０のＣＰ
Ｕは画像処理装置１０で計算された最新のデータに対応
した位置指標１０４の３次元位置を教示位置データとし
て記憶する。これにより、点Ｐ0 についての位置教示が
完了する。 【００３６】また、もし、ツール先端点３’が点Ｐ0 に
到達してから位置教示を行いたい場合には、位置Ｐ0 に
位置指標１０４を一致させたまま、ツール先端点３’が
点Ｐ0 、即ち位置指標１０４の位置に到達した時点で移
動スイッチ１０６の押下を中止しロボットを停止させ、
更に到達スイッチ１０８を押下する。 【００３７】すると、ロボットコントローラ２０のＣＰ
Ｕは、最新のロボット現在位置を教示位置データとして
記憶する。これにより、点Ｐ0 についての位置教示が完
了する。なお、このケースで到達スイッチ１０８ではな
く接近スイッチ１０７を押下すると、視覚センサデータ
に基づいて算出された位置データが教示されることにな
る。 【００３８】視覚センサのカメラ４，５をロボットに搭
載せずに、作業空間内の適当な位置に配置した場合に
は、ロボットが教示希望位置に接近してもカメラ４，５
は教示希望位置に接近しない。従って、カメラ４，５の
接近による位置計測精度の向上が期待出来ないので、視
覚センサの計測精度が本来的に高い場合、あるいは、ツ
ール先端点を教示希望位置（位置指標位置）に到達させ
ることを避けたい場合などを除いて、後者の手順による
ことが好ましいとも考えられる。 【００３９】点Ｐ0 に関する位置教示が完了したら、再
び移動スイッチ１０５を押下すると共にロボット位置教
示具１００の位置指標部１０３を点Ｐ0 あるいはその近
傍から離れる方向に移動させる。すると、ツール先端点
３’が再び位置指標１０４を追いかけるようなロボット
移動が生起される。 【００４０】ロボット位置教示具１００を２番目の教示
希望点Ｐ1 に徐々に近づけながら、移動ボタン１０６の
押下を続行すると、ツール先端点３’が点Ｐ1 に接近す
る。最初の教示希望点Ｐ0 の場合と同様に、もし、位置
Ｐ1 に位置指標１０４を一致させたまま、ツール先端点
３’が点Ｐ1 に到達する前あるいは到達後に移動スイッ
チ１０６の押下を中止してロボットを停止させ、更に接
近スイッチ１０７あるいは到達スイッチ１０８を押下す
れば、画像処理装置１０で得られた最新のセンサデータ
に基づいて計算された位置指標１０４の３次元位置ある
いは最新のロボット位置が教示位置データとして記憶さ
れる。これにより、点Ｐ1 についての位置教示が完了す
る。 【００４１】以下、同様の手順を繰り返してＰ2 ，Ｐ3
に関する位置教示を行えば、全教示希望点Ｐ0 〜Ｐ3 の
位置教示作業が完了する。 【００４２】なお、ロボット位置教示具１００の位置指
標部１０３に弱いマグネットを組込んでおけば、位置指
標１０４を教示希望位置で静止させることが容易になる
ので、磁性体ワークに対する位置教示を安定させること
が出来る。また、位置指標１０４自体を発光素子で構成
したり、位置指標１０４の周辺に発光素子を配置し、発
光パターン（幾何学的発光パターンあるいは点滅等の時
間変化パターン）でロボット移動、教示実行等の指令を
カメラ４，５を介してロボット位置教示具１００から画
像処理装置１０に伝達し、これをソフトウェア処理で判
別する構成を採用しても良い。その場合には、ロボット
コントローラ２０に接続された受信部１４０（図５参
照）は不要になる。 【００４３】 【発明の効果】本願発明によれば、ロボットを教示点位
置までジョグ送り移動させる煩雑な操作が不要になり、
ロボットの位置教示作業が大幅に簡素化される。また、
ジョグ送り時の座標系の誤認等に基づく誤操作の恐れが
回避されるので、教示作業の信頼性と安全性が向上す
る。
を用いて産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と言
う。）に位置教示を行なうための位置教示方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ロボットに位置教示を行なう方法として
最も一般的に利用されているのは、ジョグ送りによって
ロボットを教示希望位置に移動させ、該教示希望位置時
点における現在位置をロボットに記憶させるやり方であ
る。この方法は、通常、図１に示したような手順で実行
される。 【０００３】先ず、ジョグ送り時の準拠座標系を設定
（選択指定または新規設定）し（ステップＳＴ１）、移
動速度をオーバライドを指定する形で設定する（ステッ
プＳＴ２）。例えば、ワークの近距離位置で慎重にジョ
グ送りが要求される場合には低速度を設定する。そし
て、オペレータが希望する送り方向に対応したキーをジ
ョグ送りキーを＋Ｘキー、−Ｘキー、＋Ｙキー・・・等
の中から選んで押下し、教示希望位置にロボットを接近
移動させる（ステップＳＴ３）。一方向への移動のみで
ロボットを教示希望位置に接近させ得ることは稀であ
り、途中で何回かのジョグ送りキーの切換が必要となる
場合が大半である。 【０００４】ロボットが教示希望位置に接近したら、オ
ペレータは更なる移動が必要かどうか目測で判断する
（ステップＳＴ４）。ロボットが教示希望位置に到達し
ていないと判断される場合には、必要に応じて準拠座標
系の再設定（ステップＳＴ）、移動速度の再設定（ステ
ップＳＴ２）を行なった上でジョグ送りを再開する（ス
テップＳ３）。そして、ステップＳＴ４で、ロボットが
教示希望位置に到達したと判断された段階で、ロボット
の現在位置を教示点を決定し、ロボットに記憶させる
（ステップＳＴ５）ことで１つの教示点に関する位置教
示を終了する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このような教
示方法は、ジョグ送りキーの操作が煩雑で熟練を要し、
教示作業全体の工数が非常に大きくなるという問題点が
あった。また、座標系の設定状況を誤認してジョグ送り
を実行した場合には、干渉事故等を起こす恐れもあっ
た。更に、教示時にロボットを正確に教示希望位置に到
達させなければならないことも、教示作業を不能率なも
のとしている一因でものあった。 【０００６】そこで、本願発明の目的は、ロボット位置
教示具を用いて、ロボットの教示作業を大幅に簡素化す
ることが出来ると共に、座標系の誤認等に基づく誤操作
の恐れを回避して位置教示作業を実行することが可能な
ロボット位置教示方法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本願発明は、視覚センサ
によって視認可能な位置指標が設けられた位置指標部
と、ロボットに対して前記位置指標に向かう移動指令を
発令する移動指令発令部と、ロボットに対してロボット
が教示位置に到達または接近したことを報知する為の指
令を発令する接近・到達指令発令部を備えたロボット位
置教示具を用いたロボット位置教示方法によって上記技
術課題を解決する。 【０００８】同ロボット位置教示方法は、本願発明の特
徴に従い、前記ロボット位置教示具から前記ロボットへ
前記移動指令を伝える段階と、視覚センサによって前記
位置指標の位置を求める段階と、該求められた位置指標
位置へ向けて前記ロボットを移動させる段階と、前記ロ
ボットが教示希望位置に接近または到達した時点で前記
ロボット教示具から前記ロボットへ接近・到達指令を伝
える段階と、伝えられた指令が接近指令であった場合
に、該接近・到達指令伝達時における最新の前記視覚セ
ンサ出力に基づいて求められた前記位置指標の位置に基
づいて教示位置をロボットに記憶させる段階とを含んで
いる。 【０００９】 【作用】本願発明は、図１に記した従来技術における教
示作業のステップを、図２に示したように簡略化するも
のである。即ち、本願発明を視覚センサを備えたロボッ
トシステム（以下、「視覚センサ・ロボットシステム」
と言う。）に適用することにより、図１に示したフロー
チャート中のステップＳＴ１〜ステップＳＴ３に相当す
る作業からオペレータを解放し、図２に記したものに代
えるものである。本願発明による位置教示方法では、オ
ペレータによる特別の作業を要することなく、予め設定
された座標系上でシステムが動作し、任意の方向にロボ
ットが移動して教示希望位置に接近・到達する（ステッ
プＳＴ１’）。オペレータは適当な時点でこのロボット
移動動作の継続を判断し（ステップＳＴ２’）、更なる
移動が必要でなくなったと判断された時点で教示位置を
決定し（ステップＳＴ３’）１つの点に関する位置教示
を終了する。 【００１０】このような教示作業の簡素化を実現する為
に、本願発明では、視覚センサによって視認可能な位置
指標を設けたロボット位置指標部を有するロボット位置
教示具が使用される。ロボット位置教示具は、また、ロ
ボットに対して位置指標に向かう移動指令を発令する移
動指令発令部と、ロボットに対してロボットが教示希望
位置に到達または接近したことを報知する為の指令を発
令する接近・到達指令発令部を備えている。これら移動
指令や接近・到達指令は、例えば超音波、赤外線、可視
光等の発信手段を用いたコードレス送信手段によってロ
ボットに伝達される。 【００１１】位置教示実行時には、オペレータがロボッ
ト位置教示具を把持し、視覚センサの視野に入れた状態
でロボット位置教示具からロボットへ移動指令を送る。
そして、ロボット位置教示具を教示希望位置へ向けて移
動させると、視覚センサがロボット位置教示具の位置指
標位置を検出し、それに基づいてロボットはロボット位
置教示具の位置指標を追跡する運動を行なう。 【００１２】ロボットが教示希望位置に接近した時点で
接近指令をロボットに送ると、その時点で視覚認識され
ている位置指標位置がロボットに教示される。また、ロ
ボットが教示希望位置に到達したと判断して到達指令を
ロボットに送ると、その時点におけるロボット現在位置
がロボットに教示される。 【００１３】本願発明では、視覚センサとして、３次元
位置計測を行なう能力を有する３次元視覚センサが使用
されるのが通常であるが、教示点が乗る平面が既知の場
合など特殊なケースにおいては２次元視覚センサの使用
も可能である。また、ロボット位置教示具の形状に特に
制約は無く、オペレータによる把持が可能な把持部、オ
ペレータが把持部を把持した時に視覚センサから隠れな
い位置に位置指標部を設ける為に必要な部分としての延
在部を有する限り、種々の形状が許容される。 【００１４】位置指標は、視覚センサによる位置視認が
可能であれば任意の形態をとることが出来る。例えば、
周囲よりも高光反射率あるいは低光反射率の十字マー
ク、点状マークあるいは発光素子等を用いることも出来
る。発光素子等を用いた場合には、ロボット位置教示具
からロボットへの各種指令の送信手段を兼用させること
も可能である。 【００１５】 【実施例】図３は、本願発明に従った実施例で使用され
るロボット位置教示具の外観を例示した図であり、図４
は、その構成要素を要部ブロックで示したものである。
図３に符号１００で全体を指示されたロボット位置教示
具は、大別すると把持部１０１、位置指標部１０３及び
これらをつなぐ棒状の延在部１０２で構成されている。
把持部１０１は、オペレータの手によって把持される部
分であり、５つのスイッチ、オン／オフスイッチ１０
５、移動スイッチ１０６、接近スイッチ１０７、到達ス
イッチ１０８及びデッドマンスイッチ１０９と、超音波
または赤外線を発信する発信部１３０を備えている。 【００１６】位置指標部１０３には、視覚センサによっ
て視認可能な位置指標１０４が設けられている。この位
置指標は、例えば周囲より光反射率の高い（または低
い）部材で構成した十字マーク、点状のマーク、あるい
は発光ダイオード等を用いた点状または線状の輝光部な
どで構成することが出来る。 【００１７】把持部１０１の内部には、発信部１３０に
スイッチ１０５〜１０９の押下状態に応じて異なるパル
スパターンで超音波または赤外線を発信させる為の電源
／制御部が設けられている。即ち、図４に示されている
ように、スイッチ１０５〜１０９は、電源（電池）及び
マイクロプロセッサを内蔵した電源／制御部１２０に接
続されており、ロボット位置教示具１００はスイッチ１
０５〜１０９の押下状態により次のように制御される。
先ず、オペレータがロボット位置教示具１００の把持部
１０１を把持してデッドマンスイッチ１０９を押下した
状態で、オン／オフスイッチ１０５を押下するとロボッ
ト位置教示具１００が動作状態に入る。この状態で更
に、移動スイッチ１０６を押下すると、押下の継続中に
亙って発信部１３０からロボット移動指令を表わすパル
ス信号がロボット制御装置（後述）に継続的に送信され
る。 【００１８】移動スイッチ１０６の押下を中止して、接
近スイッチ１０７あるいは到達スイッチ１０８のいずれ
かを押下すると、ロボット制御装置にロボットを停止さ
せると共に位置教示を実行させる指令を表わすパルス信
号がロボット制御装置（後述）に継続的に送信される。
このパルス信号には２種類あり、後述するように、接近
スイッチ１０７を押下した場合には視覚センサによって
検出された位置指標１０４の位置をロボットに教示させ
る指令信号が発信され、到達スイッチ１０８を押下した
場合にはロボットの現在位置をロボットに教示させる指
令信号が発信される。なお、いずれの状態においても、
デッドマンスイッチ１０９の押下を中止すると、移動中
のロボットは停止し、また、停止中のロボットの始動は
行なわれない。 【００１９】次に、このようなロボット位置教示具を用
いてロボットに位置教示を行なう際に利用されるロボッ
ト・視覚センサシステムと位置教示の実行手順について
説明する。図５はロボット・視覚センサシステムの構成
を要部ブロック図で示したものであり、図６は位置教示
実行時におけるロボット位置教示具の使用法を説明する
図である。 【００２０】先ず、図５を参照すると、システム全体は
ロボット本体２、カメラ４，５（３次元視覚センサを構
成する為に２台を使用）、画像処理装置１０、ロボット
コントローラ２０、受信部１４０から構成されている。 【００２１】画像処理装置１０は中央演算処理装置（以
下、ＣＰＵという。）１１を有し、該ＣＰＵ１１には、
フレームメモリ（画像メモリ）１２、ＲＯＭで構成され
たコントロールソフト用メモリ１３、ＲＡＭ等で構成さ
れたプログラムメモリ１４、不揮発性ＲＡＭで構成され
たデータメモリ１５、カメラインタフェース１６、画像
処理プロセッサ１７及び汎用信号インタフェース１８が
バス１９を介して接続されている。 【００２２】カメラインタフェース１６には、カメラ
４，５が接続されている。２台のカメラ４，５からの映
像信号は、ＣＰＵ１１がカメラインタフェース１６内の
コネクタ番号を指定することにより、順次取り込まれる
ようになっている。汎用信号インタフェース１８は、ロ
ボットコントローラ２０側の汎用信号インタフェース２
７に接続されており、両者を介して相互にデータや指令
を表す信号が送受信される。 【００２３】カメラ４，５の視野で捉えられた画像は、
グレイスケールによる濃淡画像に変換されてフレームメ
モリ１２に格納される。画像処理プロセッサ１７はフレ
ームメモリ１２に格納された画像をＣＰＵ１１の指令に
従って処理する機能を有している。コントロールソフト
用メモリ１３には、ＣＰＵ１１が視覚センサを制御する
為のコントロールプログラム、治具を用いてセンサ座標
系を設定する為のキャリブレーション用プログラム、画
像処理プロセッサ１７を用いて溶接線位置を検出する為
の画像解析プログラム、適正なタイミングでロボット側
への計測データ送信を指令する為のプログラム等が格納
される。 【００２４】なお、カメラ３０の捉えた画像やフレーム
メモリ１２から呼び出された画像を視認する為のＴＶモ
ニタを図示を省略したモニタインタフェースを介して接
続することも出来る。 【００２５】一方、ロボットコントローラ２０は、中央
演算処理装置（ＣＰＵ）２１を有し、該ＣＰＵ２１に
は、次に述べる位置教示手順に伴う処理を実行する為の
プログラムを含む各種制御プログラムを格納したＲＯＭ
２２、計算データの一時記憶等の為に利用されるＲＡＭ
２３、教示データやキャリブレーション用治具データ等
各種設定値が格納される不揮発性ＲＡＭで構成されたメ
モリ２４、ロボット本体４０の各軸を制御する軸制御器
２５（サーボ回路を含む）、ロボットの手動操作、座標
系設定、位置教示、自動運転（再生動作）指令、センサ
起動指令等の画像処理装置との交信を行う為の教示操作
盤２６及び画像処理装置１０側の汎用信号インタフェー
ス１８に接続された汎用信号インタフェース２７がバス
２８を介して接続されている。 【００２６】汎用信号インタフェース２７は、ロボット
位置教示具１００の発信部１３０から送信された超音波
信号または赤外線信号１３１（図２参照）を受信する受
信部１４０に接続されている。 【００２７】次に、図５に示されたシステムを用いて、
本願発明のロボット位置教示具を用いてロボット位置教
示を実施する実行する手順について述べる。 【００２８】図６には、位置教示実行時におけるロボッ
ト位置教示具の使用状況が描かれている。 【００２９】符号１は作業対象ワークを表わしており、
ここでは溶接線６を有するものが示されている。このワ
ーク１には、通常、同種同寸で同位置に溶接線を有して
いるとみなすことが出来る多数のワークを代表するもの
が選ばれる。２はロボット本体で、手首フランジ部には
溶接トーチ３と共に３次元視覚センサ手段を構成する２
台のカメラ４，５が装着されている（カメラ４，５は、
ロボットに装着せずに、作業空間内の適当な位置に配置
してもよい）。Ｐ0 〜Ｐ3 は、溶接線６に沿って選ばれ
た教示希望点である。 【００３０】本実施例では、教示希望点Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ
2 ，Ｐ3 の順に位置教示を行なう。先ず、オペレータは
ロボットコントローラ１２０の教示操作盤２６を操作し
て３次元視覚センサを起動させる。そして、ロボット位
置教示具１００を手Ｈで把持し、デッドマンスイッチ１
０９を押下しながらオン・オフスイッチ１０５を押下す
る。 【００３１】そして、ロボット位置教示具１００の位置
指標１０４をカメラ４，５の双方の視野範囲に移動さ
せ、移動スイッチ１０６を押下する。すると、発信部１
３０からロボットコントローラ２０の受信部１４０にロ
ボット移動指令信号が伝えられる。ロボットコントロー
ラ２０のＣＰＵ２１は、画像処理装置に位置指標位置検
出信号を送り、位置指標１０４がカメラ４，５によって
撮影され、画像処理装置１０内で位置指標１０４の３次
元位置が計算される。その結果はロボットコントローラ
２０に伝えられ、位置指標１０４へ向かうロボット移動
（矢印ＡＲ２）が開始される。ロボットの移動速度は、
予め設定された比較的低速の値以下に維持される。 【００３２】ロボット位置教示具１００を最初の教示希
望点Ｐ0 に徐々に近づけながら（矢印ＡＲ１）、移動ボ
タン１０６の押下を続行すると、画像処理装置１０では
短い周期で位置指標１０４の位置が繰り返し計算され、
逐次ロボットコントローラ２０へ伝達される。 【００３３】ロボットは、この逐次更新される位置指標
データに基づいて移動目標点を定めながら移動を続け
る。従って、ロボット位置教示具１００を教示希望点Ｐ
0 に接近させ、更に位置Ｐ0 に位置指標１０４を一致さ
せると、これを追跡するようにツール先端点３’（ここ
では、溶接トーチ３の先端）が点Ｐ0 に接近する。 【００３４】もし、ツール先端点３’が点Ｐ0 に到達す
る前に位置教示を行いたい場合（例えば、溶接トーチと
ワークの干渉の防止の為）には、位置Ｐ0 に位置指標１
０４を一致させたまま、ツール先端点３’が点Ｐ0 の近
傍に到達した時点で移動スイッチ１０６の押下を中止し
ロボットを停止させ、更に接近スイッチ１０７を押下す
る。 【００３５】すると、ロボットコントローラ２０のＣＰ
Ｕは画像処理装置１０で計算された最新のデータに対応
した位置指標１０４の３次元位置を教示位置データとし
て記憶する。これにより、点Ｐ0 についての位置教示が
完了する。 【００３６】また、もし、ツール先端点３’が点Ｐ0 に
到達してから位置教示を行いたい場合には、位置Ｐ0 に
位置指標１０４を一致させたまま、ツール先端点３’が
点Ｐ0 、即ち位置指標１０４の位置に到達した時点で移
動スイッチ１０６の押下を中止しロボットを停止させ、
更に到達スイッチ１０８を押下する。 【００３７】すると、ロボットコントローラ２０のＣＰ
Ｕは、最新のロボット現在位置を教示位置データとして
記憶する。これにより、点Ｐ0 についての位置教示が完
了する。なお、このケースで到達スイッチ１０８ではな
く接近スイッチ１０７を押下すると、視覚センサデータ
に基づいて算出された位置データが教示されることにな
る。 【００３８】視覚センサのカメラ４，５をロボットに搭
載せずに、作業空間内の適当な位置に配置した場合に
は、ロボットが教示希望位置に接近してもカメラ４，５
は教示希望位置に接近しない。従って、カメラ４，５の
接近による位置計測精度の向上が期待出来ないので、視
覚センサの計測精度が本来的に高い場合、あるいは、ツ
ール先端点を教示希望位置（位置指標位置）に到達させ
ることを避けたい場合などを除いて、後者の手順による
ことが好ましいとも考えられる。 【００３９】点Ｐ0 に関する位置教示が完了したら、再
び移動スイッチ１０５を押下すると共にロボット位置教
示具１００の位置指標部１０３を点Ｐ0 あるいはその近
傍から離れる方向に移動させる。すると、ツール先端点
３’が再び位置指標１０４を追いかけるようなロボット
移動が生起される。 【００４０】ロボット位置教示具１００を２番目の教示
希望点Ｐ1 に徐々に近づけながら、移動ボタン１０６の
押下を続行すると、ツール先端点３’が点Ｐ1 に接近す
る。最初の教示希望点Ｐ0 の場合と同様に、もし、位置
Ｐ1 に位置指標１０４を一致させたまま、ツール先端点
３’が点Ｐ1 に到達する前あるいは到達後に移動スイッ
チ１０６の押下を中止してロボットを停止させ、更に接
近スイッチ１０７あるいは到達スイッチ１０８を押下す
れば、画像処理装置１０で得られた最新のセンサデータ
に基づいて計算された位置指標１０４の３次元位置ある
いは最新のロボット位置が教示位置データとして記憶さ
れる。これにより、点Ｐ1 についての位置教示が完了す
る。 【００４１】以下、同様の手順を繰り返してＰ2 ，Ｐ3
に関する位置教示を行えば、全教示希望点Ｐ0 〜Ｐ3 の
位置教示作業が完了する。 【００４２】なお、ロボット位置教示具１００の位置指
標部１０３に弱いマグネットを組込んでおけば、位置指
標１０４を教示希望位置で静止させることが容易になる
ので、磁性体ワークに対する位置教示を安定させること
が出来る。また、位置指標１０４自体を発光素子で構成
したり、位置指標１０４の周辺に発光素子を配置し、発
光パターン（幾何学的発光パターンあるいは点滅等の時
間変化パターン）でロボット移動、教示実行等の指令を
カメラ４，５を介してロボット位置教示具１００から画
像処理装置１０に伝達し、これをソフトウェア処理で判
別する構成を採用しても良い。その場合には、ロボット
コントローラ２０に接続された受信部１４０（図５参
照）は不要になる。 【００４３】 【発明の効果】本願発明によれば、ロボットを教示点位
置までジョグ送り移動させる煩雑な操作が不要になり、
ロボットの位置教示作業が大幅に簡素化される。また、
ジョグ送り時の座標系の誤認等に基づく誤操作の恐れが
回避されるので、教示作業の信頼性と安全性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のジョグ送りによるロボット位置教示手順
を表わしたフローチャートである。 【図２】本願発明の位置教示方法によるロボット位置教
示手順を概念的に表わしたフローチャートである。 【図３】本願発明に従った実施例で使用されるロボット
位置教示具の外観を例示した図である。 【図４】実施例で使用されるロボット位置教示具の構成
要素を要部ブロックで示したものである。 【図５】ロボット・視覚センサシステムの構成を要部ブ
ロック図で示したものである。 【図６】位置教示実行時におけるロボット位置教示具の
使用法を説明する図である。 【符号の説明】 １ ワーク ２ ロボット本体 ３ 溶接トーチ ３’ツール先端点（溶接トーチ先端） ４，５ カメラ ６ 溶接線 １０ 画像処理装置 １１ ＣＰＵ（画像処理装置） １２ フレームメモリ １３ コントロールソフトメモリ １４ プログラムメモリ １５ データメモリ １６ カメラインタフェース １７ 画像処理プロセッサ １８ 汎用信号インタフェース（画像処理装置） １９ バス（画像処理装置） ２０ ロボットコントローラ ２１ ＣＰＵ（ロボットコントローラ） ２２ メモリ（ＲＯＭ） ２３ メモリ（ＲＡＭ） ２４ 不揮発性メモリ ２５ 軸制御器 ２６ 教示操作盤 ２７ 汎用信号インタフェース（ロボットコントロー
ラ） ２８ バス（ロボットコントローラ） １００ ロボット位置教示具 １０１ 把持部 １０２ 延在部 １０３ 位置指標部 １０４ 位置指標 １０５ オン／オフスイッチ １０６ 移動スイッチ １０７ 接近スイッチ １０８ 到達スイッチ １０９ デッドマンスイッチ １２０ 電源／制御部 １３０ 発信部 １３１ 超音波信号（赤外線信号） １４０ 受信部
を表わしたフローチャートである。 【図２】本願発明の位置教示方法によるロボット位置教
示手順を概念的に表わしたフローチャートである。 【図３】本願発明に従った実施例で使用されるロボット
位置教示具の外観を例示した図である。 【図４】実施例で使用されるロボット位置教示具の構成
要素を要部ブロックで示したものである。 【図５】ロボット・視覚センサシステムの構成を要部ブ
ロック図で示したものである。 【図６】位置教示実行時におけるロボット位置教示具の
使用法を説明する図である。 【符号の説明】 １ ワーク ２ ロボット本体 ３ 溶接トーチ ３’ツール先端点（溶接トーチ先端） ４，５ カメラ ６ 溶接線 １０ 画像処理装置 １１ ＣＰＵ（画像処理装置） １２ フレームメモリ １３ コントロールソフトメモリ １４ プログラムメモリ １５ データメモリ １６ カメラインタフェース １７ 画像処理プロセッサ １８ 汎用信号インタフェース（画像処理装置） １９ バス（画像処理装置） ２０ ロボットコントローラ ２１ ＣＰＵ（ロボットコントローラ） ２２ メモリ（ＲＯＭ） ２３ メモリ（ＲＡＭ） ２４ 不揮発性メモリ ２５ 軸制御器 ２６ 教示操作盤 ２７ 汎用信号インタフェース（ロボットコントロー
ラ） ２８ バス（ロボットコントローラ） １００ ロボット位置教示具 １０１ 把持部 １０２ 延在部 １０３ 位置指標部 １０４ 位置指標 １０５ オン／オフスイッチ １０６ 移動スイッチ １０７ 接近スイッチ １０８ 到達スイッチ １０９ デッドマンスイッチ １２０ 電源／制御部 １３０ 発信部 １３１ 超音波信号（赤外線信号） １４０ 受信部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−243705（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−23983（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−136806（ＪＰ，Ａ)
実開 昭64−46190（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B25J 9/22
G05B 19/427
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 視覚センサによって視認可能な位置指標
が設けられた位置指標部と、ロボットに対して前記位置
指標に向かう移動指令を発令する移動指令発令部と、ロ
ボットに対してロボットが教示位置に到達または接近し
たことを報知する為の指令を発令する接近・到達指令発
令部を備えたロボット位置教示具を用いて前記ロボット
に位置教示を行なうロボット位置教示方法であって、 前記ロボット教示具から前記ロボットへ前記移動指令を
伝える段階と、視覚センサによって前記位置指標の位置
を求める段階と、該求められた位置指標位置へ向けて前
記ロボットを移動させる段階と、前記ロボットが教示希
望位置に接近または到達した時点で前記ロボット教示具
から前記ロボットへ接近・到達指令を伝える段階と、伝
えられた指令が接近指令であった場合に、該接近・到達
指令伝達時における最新の前記視覚センサ出力に基づい
て求められた前記位置指標の位置に基づいて教示位置を
ロボットに記憶させる段階を含むロボット位置教示方
法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP16329594A JP3418456B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | ロボット位置教示具及びロボット位置教示方法 |
| US08/490,761 US5748854A (en) | 1994-06-23 | 1995-06-15 | Robot position teaching system and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16329594A JP3418456B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | ロボット位置教示具及びロボット位置教示方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP16329594A Expired - Fee Related JP3418456B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | ロボット位置教示具及びロボット位置教示方法 |
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|---|---|
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