JP5418915B2 - ロボット、状態呈示装置及び状態呈示方法並びにロボットの教示方法 - Google Patents
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特許文献1の方法は、基準点を照準する照準手段の照準軸に沿ってロボットを作業スペースに近接させ、ロボットと作業スペースの距離、及びロボットの位置から基準点の位置を検知するので、その基準点を基にして基準姿勢を教示することができる。
ロボットの作業者(オペレータ)は操作ツール等を用いてロボットに動作の教示作業を行う際に、通常、ロボットの先端部にある作業ツールあるいは制御点の位置を目視しながらロボットを操作するため、教示の際に先端部以外の駆動部の可動残量までも考慮するには、教示作業者がより熟練された者である必要があるが、作業ツールに近接する位置に状態呈示装置が配置されることで、教示作業者がロボットの先端部に視線を向けていても、先端部以外の駆動部の可動残量を視認することができるので、ロボットの各駆動部に対して可動残量に余裕のある動作を教示することがより容易になる。
また、動作教示時には可動残量を視認しやすいため、より精度の良い動作を教示することができる上、作業時(プレイバック時)には、本装置を取り外す事により、ロボットアームがよりコンパクトになり本装置が外部環境と接触することを防止する事が出来る。
図1〜図3に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るロボット10は、可動範囲が予め設定された駆動部(本実施の形態では回動部)11〜17を備えるロボットアーム18、18aと、ロボットアーム18、18aにそれぞれ装着され、作業対象物19(図4、図5参照)に対して作業を行う作業ツールの一例であるグリッパ20、20aとを有している。
ロボットアーム18、18aには、それぞれグリッパ20、20aに近接する位置に、可動範囲に対する駆動部11〜17の可動残量を表示する状態呈示装置21が配置されている。以下、これらについて詳細に説明する。
ロボットアーム18(ロボットアーム18aについても同じ)は、先部に作業対象物19を把持(作業)するグリッパ20(20a)が装着されている(図4、図5参照)。グリッパ20には、グリッパ20に対する作業対象物19の位置を計測する位置検出センサ(位置検出手段の一例)25が固定されている。位置検出センサ25は、レーザ変異計、近接センサ、又はCCDカメラ等からなり、CCDカメラ等の場合、その配置場所は胴体部22等でもよい。
ロボットアーム18の先端部、即ちグリッパ20に近接する位置に取り付けられている状態呈示装置21は、ロボットアーム18に対して着脱可能であり、可動残量を表示する必要がない場合、ロボットアーム18から取り外しておくことができる。
駆動部11〜17の駆動位置(本実施の形態では角度位置)は、図4、図5に示すように、グリッパ20の任意の位置及び姿勢(向き)に対して、一意に決まらない。駆動部11〜17は、グリッパ20の位置及び姿勢を固定した状態で、それぞれ駆動位置を変化することができる。駆動部11、12は人の肩に相当する部分に配置され、駆動部13は上腕に相当する部分に配置され、駆動部14は肘に相当する部分に配置され、駆動部15は前腕に相当する部分に配置され、駆動部16、17は手首に相当する部分に配置されているが、駆動部11〜17の配置位置はこれらに限定されない。
制御装置24は、記憶デバイス、電子演算器及び入力デバイス等を有し、記憶デバイスには、アーム制御部27及び走行制御部35等を構成するプログラムが搭載されている。
アーム制御部27は、グリッパ20に対する作業対象物19の位置と駆動部11〜17の駆動位置等から、駆動部11〜17の駆動させるべき次の駆動位置を決定する。アーム制御部27は、この決定した駆動位置に従って、駆動部11〜17をそれぞれの可動範囲内で駆動して、ロボットアーム18の動作を制御する。
オペレータは、操作ツール45(図2参照)を操作してロボットアーム18を動かし、グリッパ20が作業台37に載せられた作業対象物19(図4、図5参照)を把持できる位置及び姿勢になるように、ロボットアーム18の姿勢を変化させる。操作ツール45は、例えば、プログラミングペンダント等の入力装置である。グリッパ20が作業対象物19を把持できる状態になったとき、オペレータは、ロボットアーム18が基準姿勢になっていることを、アーム制御部27に検知させる。アーム制御部27は、ロボットアーム18の基準姿勢と、ロボットアーム18が基準姿勢になるまで、オペレータによって動かされたロボットアーム18の動作(以下、「基準アーム動作」ともいう)とを記憶する。
しかし、ロボットアーム18の基準姿勢を決めた後、作業台37に対する作業対象物19の位置がずれた場合、あるいは、作業台37に対する胴体部22の位置がずれた場合、グリッパ20は、ロボットアーム18が基準姿勢になっても作業対象物19を把持できなくなる。
なお、負荷検出センサ38〜44に替えてサーボモータに対する電流指令値(トルク指令値)等から負荷状態を検出するようにしてもよい。
アーム制御部27には、駆動部11〜17に掛けることが可能な負荷許容量が予め設定されている。アーム制御部27は、センサ信号処理部36から駆動部11〜18に生じている負荷量を取得して、駆動部11〜17に生じている負荷が負荷許容量以下の範囲で、駆動部11〜17を駆動して、ロボットアーム18、18aの動作を制御する。
状態呈示装置21は、センサ信号処理部36を介して負荷検出センサ38〜44から駆動部11〜17に生じている負荷量を取得し、駆動部11〜17それぞれについて、負荷許容量に対する実際に生じている負荷量の差分を負荷残量として表示する。
固定部46は、ねじ部材等によってロボットアーム18、18aに固定されており、ロボットアーム18、18aから取り外すことができる。
本実施の形態のように、表示部47は、1つの発光体で駆動部の可動残量及び負荷残量の大きさを示すものに限定されず、駆動部の可動残量のみを示す発光体Aと負荷残量のみを示す発光体Bを別個に有するものでもよい。あるいは、アクチュエータの数と同数の発光体だけでなく表示部47に同様の表示を描画させてもよい。
発光体48は、駆動部11の負荷許容量に対する負荷残量の割合が、20%以上のとき、10%以上20%未満のとき、及び10%未満のときに、負荷残量を表示する部分を青色、黄色、及び赤色にそれぞれ発光させる。
オペレータは、状態呈示装置21をロボットアーム18(ロボットアーム18aについても同じ)に配置準備する。次にオペレータは、操作ツール45の操作によってロボット10の移動体23を駆動してロボット10を作業台37近くまで移動させ、その位置を作業基準位置として走行制御部35に記憶させる(ステップS1)。
このとき、駆動部11〜17の各可動残量が予め定めた値(例えば15°)以上の場合、オペレータは、アーム制御部27にロボットアーム18の基準姿勢及び基準アーム動作を記憶させる(ステップS4)。この基準アーム動作が、ロボット10の再生時の動作となる。
ステップS3で、駆動部11〜17の各可動残量が15°未満になっているのが確認された場合、オペレータは、駆動部11〜17の各可動残量が15°以上になるように駆動部11〜17の各駆動位置を調整する。オペレータは、駆動部11〜17の各可動残量が15°以上になった状態のロボットアーム18の姿勢を操作ツール45等に記憶させた後に、その記憶させたロボットアーム18の姿勢を基にして、ステップS2のロボットアーム18の基準アーム動作を再度行う。
本実施の形態では、ロボット10が7軸のロボットアーム18、18aを有しているが、6軸以下のロボットアームを有していてもよい。6軸以下のロボットアームの場合、胴体部と作業対象物の位置関係を変えることによって、グリッパの位置及び姿勢を固定した状態で、駆動部の可動残量を予め定められた値以上に調整することができる。
このステップS1からステップS5までが、アーム制御部27にロボットアーム18の基準姿勢及び基準アーム動作を記憶させる準備工程(即ち、ロボットに動作を教示するロボットの教示方法)になる。
アーム制御部27は、記憶している基準アーム動作に従ってロボットアーム18を動かし、ロボットアーム18が基準姿勢になった後、ロボットアーム18の動作完了の信号をセンサ信号処理部36に送信する(ステップS7)。
本実施の形態では、ステップS6及びステップS7で、ロボット10が作業基準位置まで移動した後にロボットアーム18の動作が開始されているが、ロボット10が作業基準位置まで移動が完了する前にロボットアーム18の動作が開始されてもよい。ロボット10が作業基準位置に到着する前にロボットアーム18の動作を開始する場合、オペレータは、準備工程でロボットアーム18が作業台37等に接触しないことを確認する必要がある。
アーム制御部27は、センサ信号処理部36から取得した算出結果を基にして、グリッパ20が作業対象物19を把持できるロボットアーム18の姿勢を求め、基準姿勢に対するロボットアーム18の姿勢補正量を導出する(ステップS9)。
アーム制御部27は、姿勢補正量を基に、ロボットアーム18の姿勢補正を行い、グリッパ20が作業対象物19を把持できるようにする(ステップS10)。
仮に、ロボットアーム18が基準姿勢のとき駆動部11〜17のいずれかに駆動残量がない場合、作業対象物19の位置によっては、グリッパ20により作業対象物19を把持できないことが起こり得る。
例えば、駆動部は回動するものに限定されず、伸縮するものであってもよい。ロボットアームに装着されるのは、グリッパ以外の作業ツール、例えば溶接用アーク等にすることができる。
Claims (4)
- 胴体部と、
前記胴体部を移動させる移動体と、
前記胴体部に取り付けられ、可動範囲が予め設定された7つの駆動部を有するロボットアームと、
前記ロボットアームに装着され、作業対象物に対して作業を行う作業ツールと、
前記ロボットアームの、前記作業ツールに近接する位置に着脱可能に配置され、前記可動範囲に対する前記駆動部の可動残量を表示するとともに、予め設定された前記駆動部の負荷許容量に対する、負荷検出手段から取得した該駆動部に生じている負荷量の差分を負荷残量として表示する状態呈示装置と、
前記作業ツールに対する前記作業対象物の位置を検知する位置検出手段と、
前記胴体部に搭載された制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記位置検出手段に接続され、該位置検出手段によって計測された前記作業対象物の位置と予め記憶された前記作業対象物の位置との差異を算出結果として出力するセンサ信号処理部と、
前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業を行える位置及び姿勢となる前記ロボットアームの基準姿勢を記憶し、該基準姿勢及び前記算出結果に基づいて、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業できる前記ロボットアームの姿勢を求め、前記駆動部の前記可動範囲内で、前記駆動部を駆動して前記ロボットアームの動作を制御するアーム制御部と、を有し、
前記状態呈示装置は、前記各駆動部にそれぞれ対応し、前記可動残量の段階的大きさによって異なる色を発光する複数の発光体Aと、
前記各駆動部にそれぞれ対応し、前記負荷残量の段階的大きさによって異なる色を発光する複数の発光体Bと、を有することを特徴とするロボット。 - 胴体部と、前記胴体部を移動させる移動体と、前記胴体部に取り付けられ、可動範囲が予め設定された7つの駆動部を有するロボットアームと、前記ロボットアームに装着され、作業対象物に対して作業を行う作業ツールと、前記作業ツールに対する前記作業対象物の位置を検知する位置検出手段と、前記胴体部に搭載された制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記位置検出手段に接続され、該位置検出手段によって計測された前記作業対象物の位置と予め記憶された前記作業対象物の位置との差異を算出結果として出力するセンサ信号処理部と、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業を行える位置及び姿勢となる前記ロボットアームの基準姿勢を記憶し、該基準姿勢及び前記算出結果に基づいて、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業できる前記ロボットアームの姿勢を求め、前記駆動部の前記可動範囲内で、前記駆動部を駆動して前記ロボットアームの動作を制御するアーム制御部と、を有するロボットに取り付けられる状態呈示装置であって、
前記ロボットアームの、前記作業ツールに近接する位置に着脱可能に取り付けられる固定部と、
前記固定部に設けられ、前記ロボットアームが備える駆動部の、予め設定された可動範囲に対する、該駆動部の可動残量を表示するとともに、予め設定された前記駆動部の負荷許容量に対する、負荷検出手段から取得した該駆動部に生じている負荷量の差分を負荷残量として表示する表示部とを備え、
前記表示部は、前記各駆動部にそれぞれ対応し、前記可動残量の段階的大きさによって異なる色を発光する複数の発光体Aと、
前記各駆動部にそれぞれ対応し、前記負荷残量の段階的大きさによって異なる色を発光する複数の発光体Bと、を有することを特徴とする状態呈示装置。 - 胴体部と、前記胴体部を移動させる移動体と、前記胴体部に取り付けられ、可動範囲が予め設定された7つの駆動部を有するロボットアームと、前記ロボットアームに装着され、作業対象物に対して作業を行う作業ツールと、前記作業ツールに対する前記作業対象物の位置を検知する位置検出手段と、前記胴体部に搭載された制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記位置検出手段に接続され、該位置検出手段によって計測された前記作業対象物の位置と予め記憶された前記作業対象物の位置との差異を算出結果として出力するセンサ信号処理部と、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業を行える位置及び姿勢となる前記ロボットアームの基準姿勢を記憶し、該基準姿勢及び前記算出結果に基づいて、前記作業ツールが前記作業対象物に対して作業できる前記ロボットアームの姿勢を求め、前記駆動部の前記可動範囲内で、前記駆動部を駆動して前記ロボットアームの動作を制御するアーム制御部と、を有するロボットの状態呈示方法であって、
前記ロボットアームに設けられた複数の駆動部の駆動位置を取得し、予め設定された該各駆動部の可動範囲に対する該各駆動部の可動残量を検知する工程と、
前記ロボットアームの、前記作業ツールに近接する位置に配置された複数の発光体Aを、前記各駆動部の前記可動残量の段階的大きさによって、それぞれ異なる色に発光させる工程と、
前記各駆動部に生じている負荷量を取得し、予め設定された該各駆動部の負荷許容量に対する、該駆動部に生じている負荷量の差分を検知する工程と、
前記ロボットアームの、前記作業ツールに近接する位置に配置された複数の発光体Bを、前記各駆動部の前記許容量に対する前記負荷量の差分の段階的大きさによって、それぞれ異なる色に発光させる工程と、を有することを特徴とする状態呈示方法。 - 可動範囲が予め設定された駆動部を備えるロボットアームを有するロボットに動作を教示するロボットの教示方法であって、
請求項2記載の状態呈示装置を前記ロボットアームに配置する工程と、
前記状態呈示装置の表示を参照しながら操作ツールにより前記ロボットアームを動作させる工程と、
前工程においてした前記ロボットアームの前記動作を、前記ロボットの再生時の動作として該ロボットを制御する制御装置に記憶させる工程と、を有することを特徴とするロボットの教示方法。
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