JP5273727B2 - 姿勢可変型直接教示モジュール - Google Patents

Description

本発明は、自動車、ＩＴ機器、家電などの製造技術分野において用いられている産業用ロボットに関するものであり、特に、産業用ロボットの直接教示装置に関するものである。

従来、特許文献１〜３に記載されているように、産業用ロボットのアーム先端部分に教示ハンドルと力センサとを取り付け、オペレータが教示ハンドルを直接操作して、その際の力の方向と大きさとを力センサで検出して直接教示を行うようにした産業用ロボットの直接教示装置は知られている。図４は、特許文献２の例を示したものであって、ロボットのアームの先端部に力検出器及び教示用ハンドルが取り付けられている。
また、教示が終了した際には、教示ハンドル部分を取り外し可能とすることも、特許文献２、３に記載されており、さらに、オペレータの操作性を良くするため教示ハンドルのハンドル部分の向きを変更可能とすること（特許文献４参照）も知られていた。

しかし、通常、直接教示は各産業用ロボット１台ごとに行う必要があるため、従来、教示ハンドル、力センサ、力センサの出力に基づいて教示情報を生成する教示情報生成部などを備えた直接教示装置は、各産業用ロボット１台ごとに設けられていた。したがって、例えば、製造ラインに複数の産業用ロボットを設置する場合には、各産業用ロボットごとに直接教示装置が必要となり、初期設備費や維持費などが増大し問題となっていた。

特開昭５８−７１０８６号公報 特開平９−１５０３８２号公報 特開平９−７６１８３号公報 特開平８−２７６３８７号公報

本発明が解決しようとする問題点は、複数の産業用ロボットに対して、一つの直接教示装置で複数の産業用ロボットごとに教示できるようにして、初期設備費や維持費などを削減しようとするものである。さらに、教示ハンドルは着脱式として通常運転時に教示ハンドルが作業の邪魔にならないようにするものであり、また、教示ハンドル装着時の教示ハンドルの向きを調節可能としてオペレータの操作性を向上し、安全性を改善しようとするものである。

本発明では、教示ハンドル部と教示情報生成部から構成され直接教示のための機能をまとめた一つの直接教示モジュールと、複数の産業用ロボットとで直接教示システムを構築し、前記複数の産業用ロボットには、アーム先端部分に、教示ハンドル部を任意の方向から着脱自在に装着できる姿勢調整機構部を設け、前記一つの直接教示モジュールは教示ハンドル部と教示情報生成部とからなり、教示ハンドル部には、前記姿勢調整機構部に着脱自在に係合する連結用板と力検出手段及び姿勢角検出手段とが設けられ、教示情報生成部には、両検出手段の出力から教示情報を生成するコンピュータからなる内部計算機と、内部計算機で生成した教示情報をリアルタイムで産業用ロボットのいずれか一つへ通信するリアルタイム通信手段とを設けることにより、一つの直接教示モジュールで複数の産業用ロボットの直接教示を実現したものである。
本発明は、教示ハンドル部と教示情報生成部から構成され直接教示のための機能をまとめた一つの直接教示モジュールと、複数の産業用ロボットからなる直接教示システムであって、前記複数の産業用ロボットには、各産業用ロボットのアーム先端部分に、教示ハンドル部を任意の方向から着脱自在に装着できる姿勢調整機構部を設け、前記一つの直接教示モジュールは教示ハンドル部と教示情報生成部とからなり、前記教示ハンドル部には、前記姿勢調整機構部に対して着脱自在に係合する被係合部を有する連結用板と力検出手段及び姿勢角検出手段とが設けられ、前記教示情報生成部には、両検出手段の出力から教示情報を生成するコンピュータからなる内部計算機と、内部計算機で生成した教示情報をリアルタイムで産業用ロボットのいずれか一つへ通信するリアルタイム通信手段とを設け、さらに、複数の産業用ロボットには、前記リアルタイム通信手段からの情報を受信する受信手段を設け、直接教示すべき１台の産業用ロボットのアーム先端部分の姿勢調整機構部に教示ハンドル部を装着し、力検出手段及び姿勢角検出手段の出力から教示情報生成部で生成した教示情報をリアルタイム通信手段により、前記直接教示すべき１台の産業用ロボットに通信することにより１台ごとに教示を行えるようにし、前記姿勢調整機構部は、アーチ状のレール（１）と、レール（１）に沿ってスライドしてロール角を調整するスライダ（４）と、スライダ（４）の外円周上を円周に沿ってスライドしてピッチ角を調整するスライダ（３）と、スライダ（３）に設けられ教示ハンドル部の連結用板の被係合部に着脱自在に係合する係合部とからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記教示ハンドル部には、教示許可信号スイッチ（１２）が設けられ、教示許可信号スイッチ（１２）は、直接教示すべき１台の産業用ロボットに教示制御を許可するための教示許可信号を生成することを特徴とする。

本発明の効果は、教示ハンドル部がワンタッチで着脱可能で、教示情報を生成するすべての機能要素が一つのモジュールになっているので、複数の産業用ロボットを１台の直接教示モジュールで各産業用ロボットごとに教示することが可能になり、直接教示システムの導入費用及び維持費用の低減が期待できる。
また、本発明では、必要な時にアクセスしやすい方向から着脱が可能なので作業者の安全性が向上する。
また、本発明では、大きな姿勢変化を伴う教示作業においても、ハンドルの姿勢を自由に調整可能なので長時間の教示作業においてもオペレータの疲労感が軽減でき、作業効率の向上が期待される。

図１は、本発明の一実施例を示す図面である。 図２は、本発明の他の実施例を示す図面である。 図３は、本発明のシステム全体を示すブロック図。 図４は、従来技術を示す図面である。

複数の産業用ロボットのアーム先端部分に、教示ハンドル部を着脱自在に装着できる姿勢調整機構部を設け、力センサ及び姿勢角センサを設けた教示ハンドル部と、両センサからの検出信号を処理し教示情報を生成するとともに生成した教示情報をリアルタイムで複数の産業用ロボットのいずれか一つへ通信するリアルタイム通信部を有する教示情報生成部とからなる一つの直接教示モジュールで複数の産業用ロボットの直接教示を実現可能とした。

図１に、本発明の一実施例を示す。図において、本システムを構成する複数の産業用ロボットのアーム先端部分の取り付け部２には、姿勢調整機構部が取り付けられている。姿勢調整機構部は、取り付け部２に固定されたアーチ状で矩形断面のレール１と、アーチ状のレール１に沿ってレール１上をスライドしてロール角を調整するスライダ４と、スライダ４の外円周上を円周に沿ってスライドしてピッチ角を調整するスライダ３と、所望の姿勢角になったときスライダ３及びスライダ４の位置を拘束する固定用操作レバー７と、スライダ３に設けられ教示ハンドル部の連結用板６に着脱自在に係合する係合部としての爪式ロック機構８とを具備している。教示ハンドル部は、上記姿勢調整機構部のロック爪に係合する被係合部としての係合穴を有する連結用板６と、力検出手段である力センサ１０と、姿勢角検出手段である姿勢角センサ９と、把持部１１と、教示許可信号スイッチ１２とを具備している。
教示ハンドル部をロボットのアーム先端部分に取り付けるときは、連結用板６を姿勢調整機構部の爪式ロック機構８に押し付けることで両方はロックされ、取り外すときは、爪式ロック機構８の下部を押すことでロックは解放され、教示ハンドル部は姿勢調節機構部から取り外される。
教示ハンドル部の取り付け方向を調整するときは、固定用操作レバーを緩めて拘束を解き、アーチ状のレール１に沿ってスライダ４をスライドさせることでロール角を調整し、ピッチ角はスライダ３をスライダ４の外円周上をスライドさせることで調整し、所望の姿勢角に調整後、固定用操作レバー７を締めて拘束する。

図３は、姿勢可変着脱式の教示ハンドル部及び直接教示情報生成部を具備した一つの直接教示モジュールと、複数（図ではＮ台）の産業用ロボットとからなる本発明の直接教示システムの全体構成を示すブロック図である。図において、姿勢可変着脱式の教示ハンドル部の力センサ（６軸操作力）で検出された操作力検出信号１ｂと姿勢角センサ（３軸姿勢角）で検出された教示ハンドル部の姿勢角検出信号１ｃとは、直接教示情報生成部の力センサレシーバボード２ａと姿勢角レシーバボード２ｂへ入力され、内部計算機２ｃにより操作力と初期姿勢角が計算される。内部計算機２ｃは、操作力と初期姿勢角及び直接教示許可信号１ａをリアルタイム通信手段でロボットへ送信する。操作力と初期姿勢角とを受信した産業用ロボットでは、操作力座標変換部４ａは、操作力と初期姿勢角情報を用いてロボットアームの姿勢を考慮した操作力情報を生成して直接教示コントローラ４ｂに入力し、直接教示コントローラ４ｂは入力された操作力情報を基に最終的にロボットの教示追従動作を行う。
なお、教示許可信号スイッチ１２は、直接教示すべき産業用ロボットに教示制御を許可するための教示許可信号を生成する。つまり、教示許可信号により、ロボットは通常運用制御又は制御停止状態から教示制御状態に切り替わる。直接教示情報生成部は、教示許可信号に連動して教示情報（力情報及びハンドル姿勢角情報）をロボット側に伝送するか、教示許可信号に関係なく、常時教示情報を伝送する。

このように構成された、一つの直接教示モジュールと複数の産業用ロボットからなる直接教示システムにおいては、教示すべき１台の産業用ロボットのアーム先端部分の姿勢調整機構部に教示ハンドル部をオペレータが操作しやすい所望の姿勢角で取り付け、直接教示を行う。教示が終了すれば、教示ハンドル部を取り外し、次の他の教示すべき産業用ロボットのところに直接教示モジュールを移動し、同様に当該他の教示すべき産業用ロボットのアーム先端部分の姿勢調整機構部に教示ハンドル部を所望の姿勢角で取り付けて直接教示を行う。このようにして、一つの直接教示モジュールを備えるだけで、システム内の複数のロボットの全てに対して直接教示が行える。

図２は、本発明の他の実施例を示す。
図２の実施例において、上記図１で示した実施例と異なるところは、姿勢調整機構部のピッチ角及びロール角の調整手段と、教示ハンドル部の連結用板を姿勢調整機構部へ着脱自在に装着させるための係合手段とが異なるのみで他の部分は同じである。図において、本システムを構成する複数の産業用ロボットのアーム先端部分の取り付け部２には、姿勢調整機構部が取り付けられている。姿勢調整機構部は、取り付け部２に固定されたアーチ状で円形断面のレール１と、アーチ状のレール１に沿ってレール１上をスライドしてロール角を調整するスライダ４とを具備している。スライダ４は、アーチ状のレール１に沿って、所望のロール角になるようにスライドできるが、アーチ状のレール１に対してピッチ方向には回転できない構造となっている。アーチ状のレール１には、ロール角調整時の位置決め用の溝が複数設けられている。また、スライダ４には、スライダ４の外周部の円周周りにピッチ角調整用の複数のスプリング式ロック機構５が設けられている。教示ハンドル部は、上記姿勢調整機構部のスプリング式ロック機構５に係合する被係合部を有する連結用板６と、力検出手段である力センサ１０と、姿勢角検出手段である姿勢角センサ９と、把持部１１と、教示許可信号スイッチ１２とを具備している。
教示ハンドル部の取り付け方向を調整するときは、所望のロール角になるようにアーチ状のレール１に沿ってスライダ４をスライドさせることで調整し、ピッチ角はスライダ４の外周部の円周周りに設けられたピッチ角調整用の複数のスプリング式ロック機構５のうちの所望のピッチ角に該当するスプリング式ロック機構５に対して、教示ハンドル部の連結用板６の被係合部を挿入することで、姿勢調整機構部に教示ハンドル部が拘束される。なお、スプリング式ロック機構５を開放することで、教示ハンドル部は姿勢調節機構部から取り外される。

なお、姿勢調整機構部の構成は、図１及び図２で示したものに限定されるものではなく、ロール角及びピッチ角が調整できるものであれば他の機構を採用してもよく、連結用板と姿勢調整機構部と連結機構についても、着脱自在に装着できるものであれば他の機構であっても採用できるものである。
また、上記実施例では、姿勢調整機構部は全ての産業用ロボットのアーム先端部分の取り付け部２に取り付けておくこととして説明したが、一つの姿勢調整機構部を、教示すべき産業用ロボットにその都度取り付け固定するようにしてもよい。

産業用ロボットとしては、溶接ロボット、塗装ロボット、組み立てロボットなど、教示作業を必要とする産業用ロボットであれば、本発明の直接教示システムを適用できる。また、産業用ロボット以外の、民生用ロボットなどであっても、教示作業を必要とするロボットであれば、本発明の直接教示システムを適用できるものである。
なお、力センサ及び姿勢角センサは、センサ装置そのものでなくてもよく、オペレータ等の操作力及び姿勢角が推定できる手段であればよい。

１ アーチ状レール
２ 取り付け部
３ スライダ
４ スライダ
５ スプリング式ロック機構
６ 連結用板
７ 固定用操作レバー
８ 爪式ロック機構
９ 姿勢角センサ
１０ 力センサ
１１ 把持部
１２ 教示許可信号スイッチ

Claims (2)

1. 教示ハンドル部と教示情報生成部から構成され直接教示のための機能をまとめた一つの直接教示モジュールと、複数の産業用ロボットからなる直接教示システムであって、
   前記複数の産業用ロボットには、各産業用ロボットのアーム先端部分に、教示ハンドル部を任意の方向から着脱自在に装着できる姿勢調整機構部を設け、
   前記一つの直接教示モジュールは教示ハンドル部と教示情報生成部とからなり、前記教示ハンドル部には、前記姿勢調整機構部に対して着脱自在に係合する被係合部を有する連結用板と力検出手段及び姿勢角検出手段とが設けられ、前記教示情報生成部には、両検出手段の出力から教示情報を生成するコンピュータからなる内部計算機と、内部計算機で生成した教示情報をリアルタイムで産業用ロボットのいずれか一つへ通信するリアルタイム通信手段とを設け、
   さらに、複数の産業用ロボットには、前記リアルタイム通信手段からの情報を受信する受信手段を設け、
   直接教示すべき１台の産業用ロボットのアーム先端部分の姿勢調整機構部に教示ハンドル部を装着し、力検出手段及び姿勢角検出手段の出力から教示情報生成部で生成した教示情報をリアルタイム通信手段により、前記直接教示すべき１台の産業用ロボットに通信することにより１台ごとに教示を行えるようにし、
   前記姿勢調整機構部は、アーチ状のレール（１）と、レール（１）に沿ってスライドしてロール角を調整するスライダ（４）と、スライダ（４）の外円周上を円周に沿ってスライドしてピッチ角を調整するスライダ（３）と、スライダ（３）に設けられ教示ハンドル部の連結用板の被係合部に着脱自在に係合する係合部とからなることを特徴とする直接教示システム。
2. 前記教示ハンドル部には、教示許可信号スイッチ（１２）が設けられ、教示許可信号スイッチ（１２）は、直接教示すべき１台の産業用ロボットに教示制御を許可するための教示許可信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の直接教示システム。