JPH05237784A - 多関節ロボットの直接教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽快に動作でき、かつ微細な位置で止めるこ
とができる多関節ロボットの直接教示装置を提供する。 【構成】 ロボット先端部１１ａに取り付けた力検出器
１２で力を検出し、力検出器１２により力を検出開始し
てから一定時間内に働いた最大力の大きさとその方向を
最大力算出部２２で算出し、最大の力の大きさに応じた
距離を動作距離算出部２３で算出し、ピッチ動作制御部
２４により、動作距離算出部２３で算出された距離だけ
最大力の方向に多関節ロボットの手首先端部を移動させ
るように制御し、その後一定時間停止させて、微小距離
動作を確実にできるピッチ動作モードを実行可能とし、
このピッチ動作モードと、検出器の検出信号に応じた速
度指令により多関節ロボットを連続的に駆動させる連続
動作モードとを切り換え自在に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ティーチングプレイバ
ック方式の多関節ロボットに動作を教示する多関節ロボ
ットの直接教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の多関節ロボット教示方法として
は、教示を行う者がロボットコントローラに接続された
遠隔操作装置のロボット動作キーを操作することで多関
節ロボットを誘導して位置を記憶させる遠隔教示方法
と、多関節ロボットの手首先端部を操作者がつかんで動
作させて教示する直接教示（ダイレクトティーチ）方法
とがある。

【０００３】しかし、上記遠隔教示方法の場合、多関節
ロボットを動作させたい位置や姿勢へ誘導するためには
ロボット動作キーにより操作しなけばならないため、操
作性が悪く、熟練を要するという欠点があった。

【０００４】また、多関節ロボットの先端部を操作者が
つかんで動作させる直接教示方法の場合、古くは水平関
節型において重力により落下しない関節の駆動源を切り
放して、操作者が多関節のロボット先端部をつかんで動
作させる教示方法があったが、この教示方法は重力によ
り落下しない関節を対象とした場合に限られており、操
作性が悪いという欠点があった。

【０００５】最近では、多関節ロボットの先端部に力検
出器を設け、この力検出器から発生する信号、すなわち
先端部への力の大きさに応じた速度を連続的に検出し、
この速度で多関節ロボットの駆動装置を連続的に駆動さ
せて教示を行う直接教示装置がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成の多関節ロボットの直接教示装置では、力検出器
により検出された力信号が急激に変化するが、この変化
に対応して多関節ロボットを軽快に動作させ、かつ微細
な位置で止めることは困難であった。つまり、作業者が
ロボット先端部を持って直接教示を行う時に、力信号に
対して駆動力を大きくするとロボット先端部が敏感に反
応して動き過ぎて発振し、また駆動力を小さくするとロ
ボットを大きく動作させるのに大きな力が必要になって
いた。

【０００７】本発明は上記問題を解決するもので、ロボ
ットを軽快に動作させ、かつ微細な位置で止めることの
できる多関節ロボットの直接教示方法を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図２は本発明の原理構成
を示す図である。図２に示すように、多関節ロボット１
の直接教示装置は、多関節ロボット１の手首先端部にこ
の手首先端部に働く力の方向と大きさとを検出する力検
出器２が取り付けられ、速度指令演算部３により力検出
器が検出した力信号から速度指令を算出して多関節ロボ
ット１の関節駆動モータ１ａを駆動させ、図示しない記
憶装置により多関節ロボットの位置を記憶する構成とさ
れている。そして、このような従来機能に加えて、力検
出器２により力を検出開始してから一定時間内に働いた
最大力の大きさとその方向を算出する最大力算出部４
と、この最大力算出部４により算出された最大の力の大
きさに応じた微小動作距離を算出する動作距離算出部５
と、この動作距離算出部５により算出された距離だけ最
大力の方向に多関節ロボット１の手首先端部を例えば一
定の速度で移動させるように制御するとともに、その後
一定時間停止させて、前記記憶装置に多関節ロボット１
の位置を記憶させるピッチ動作制御部６と、検出器が検
出した力信号に応じて連続的に速度指令を送出して、こ
の速度指令により前記多関節ロボットの関節駆動モータ
１ａを連続的に駆動させる連続動作モードとピッチ動作
制御部６によるピッチ動作モードとを切り換えるモード
切り換えスイッチ７とが備えられている。

【０００９】なお、８は力検出器２によって検出された
力を増幅する信号増幅器、９はロボット先端部の位置と
姿勢を動作させるために先端座標系からロボットの各関
節系へ座標変換する先端関節座標変換部、１０は関節速
度指令に応じて関節駆動モータ１ａを駆動する関節駆動
アンプである。

【００１０】

【作用】上記構成において、操作者が多関節ロボット１
の先端部を持って力を加えると、力検出器２によってこ
の力とその方向が検出される。

【００１１】モード切り換えスイッチ７が連続モードの
時は、速度指令演算部３において力検出器２からの出力
が最大力算出部４、動作距離算出部５、ピッチ動作制御
部６を通ることなく直接、先端関節座標変換部９に連続
的に入力され、検出された力に応じた速度とその方向で
多関節ロボット１が駆動される。これにより、多関節ロ
ボットを軽快に動作させることができる。

【００１２】一方、ピッチモードの時は、力検出器２か
らの出力が最大力算出部４へ送られ、最大力算出部４で
は力検出器２により力を検出開始してから一定時間内に
働いた最大力の大きさとその方向が算出される。そし
て、動作距離算出部５ではこの算出された最大力の方向
と大きさから多関節ロボット１の先端部を動作させる距
離が算出され、ピッチ動作制御部６により算出された距
離だけ動作させるように動作命令が出された後、多関節
ロボット１は一定時間停止される。ここで、動作させる
距離を上述のように微小距離に設定することにより、多
関節ロボット１の先端部を微細な位置で容易に止めるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１において、１１はティーチングプレイバック
方式の多関節ロボットで、この多関節ロボット１１の手
首先端部１１ａにはこの手首先端部に働く力の方向と大
きさとを検出する力検出器１２が取り付けられている。
また、１１ｂは力検出器１２が結合されている多関節ロ
ボット１１の把持部、１１ｃは各関節を駆動させる関節
駆動モータである。

【００１４】この多関節ロボット１１には、直接教示装
置が備えられている。つまり、多関節ロボット１１の力
検出器１２には、力検出器１２の信号を増幅して変換す
る信号増幅器１３，ローパスフィルタ１４，マルチプレ
クサ１５，Ａ／Ｄ変換器１６を介して速度指令演算部と
してのマイクロプロセッサ１７が接続されているととも
に、このマイクロプロセッサ１７にＩ／Ｏポート１８を
介してモード切り換えスイッチ１９が接続されている。
また、マイクロプロセッサ１７に接続された関節駆動ア
ンプ２０を介して関節駆動モータ１１ｃが駆動されるよ
うになっている。

【００１５】マイクロプロセッサ１７には、モード切り
換えスイッチ１９に接続されているモード切り換え部２
１と、力検出器２により力を検出開始してから一定時間
内に働いた最大力の大きさとその方向を算出する最大力
算出部２２と、この最大力算出部２２により算出された
最大の力の大きさに応じた距離を算出する動作距離算出
部２３と、この動作距離算出部２３により算出された距
離だけ最大力の方向に多関節ロボット１１の手首先端部
１１ａを移動させるように制御するとともに、その後一
定時間停止させて、図示しない記憶装置に多関節ロボッ
ト１１の位置を記憶させるピッチ動作制御部２４と、力
検出器１２側からの方向および速度の指令またはピッチ
動作制御部２４による方向および距離の指令からロボッ
ト各関節へ座標変換を行う先端関節座標変換部２５とが
設けられている。なお、２６はタイマ，２７は操作者で
ある。

【００１６】次に、図１を参照して多関節ロボットの動
作を説明する。図１において、操作者２７が多関節ロボ
ット１１の把持部１１ｂを持って力を加えると、把持部
１１ｂに結合されている力検出器１２に力がかかる。力
検出器１２は通常３次元方向ＸＹＺの力（Ｆｘ，Ｆｙ，
Ｆｚ）と３次元方向ＸＹＺ各軸まわりのモーメント（Ｍ
ｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を検出するものを用いる。力検出器１
２の出力が小さいので、Ａ／Ｄ変換器１６が変換し易い
電圧（最大５〜１０Ｖ程度）まで信号増幅器１３で増幅
する。さらに信号のノイズ除去などのために遮断周波数
が１００〜２００Ｈｚ程度のローパスフィルタ１４を通
す。ローパスフィルタ１４を通った上記６種の信号をマ
イクロプロセッサ１７の指示によりマルチプレクサ１５
で一本化し、Ａ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換す
る。

【００１７】また、モード切り換えスイッチ１９で設定
された信号はＩ／Ｏポート１８を経てモード切り換え部
２１へ入る。モード切り換えスイッチ１９が連続モード
に設定されている時は、力検出器１２側からモード切り
換え部２１に入った信号は直接に先端関節座標変換部２
５へ送られ、連続的に関節駆動モータ１１ｃに速度指令
が出力されて、検出された力に応じた速度とその方向で
多関節ロボット１１が駆動される。これにより、多関節
ロボット１１は軽快に動作される。

【００１８】一方、モード切り換えスイッチ１９がピッ
チモードに設定されている時は、力検出器１２側からの
信号が最大力算出部２２へ送られ、最大力算出部２２で
は一定の期間（０．２〜０．４秒）に上記６種の信号
（３次元方向ＸＹＺの力と３次元方向ＸＹＺ各軸まわり
のモーメント）をそれぞれ入力して、各信号ごとにその
期間中の最大値を求める。このときの時間計測にはタイ
マ２６からの時間信号が用いられる。そして、動作距離
算出部２３により、上記６種の最大値の大きさから、力
が働いた方向へ手首先端部１１ａが移動するように多関
節ロボット１１の位置と姿勢を動作させる距離および角
度を算出する。

【００１９】ピッチ動作制御部２４では、入力された距
離および角度だけ手首先端部１１ａが動作するように動
作命令を出した後、一定時間停止するように制御する。
この時の時間計測にもタイマ２６からの時間信号を用い
る。

【００２０】先端関節座標変換部２５では入力された手
首先端部１１ａの動作距離と角度の動作命令からロボッ
トの各関節への座標変換を行い（通常インバースキマネ
ティクスと呼ばれている。）、各関節ごとの速度指令を
作成する。関節駆動アンプ２０はこの速度指令に応じて
関節駆動モータ１１ｃを駆動する。

【００２１】上記のようにして、連続モードの時は力検
出器２の力が働いている方向へ多関節ロボット１１の手
首先端部１１ａの位置と姿勢を連続的かつ軽快に動作さ
せることができ、また、ピッチモードに設定されている
時は、手首先端部１１ａにかかった短時間の力から手首
先端部１１ａをその力の大きさと方向に応じて確実に微
小動作（例えば最大２〜５ｍｍ程度）させることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、検出器が検出した力信号に応じて連続的に速
度指令を送出してこの速度指令により前記多関節ロボッ
トの駆動源を連続的に駆動させる連続動作モードに加え
て、小刻みに手首先端部を動作させることができるピッ
チ動作モードを設けて、これらの両動作モードを切り換
え自在としたので、ロボットの直接教示において軽快に
動作させかつ微小な教示ができ、操作性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る多関節ロボットの直接
教示装置の構成および動作順序を示す図である。

【図２】本発明の多関節ロボットの直接教示装置の原理
構成および動作順序を示す図である。

【符号の説明】

１１ 多関節ロボット １１ａ 手首先端部 １１ｃ 関節駆動モータ １２ 力検出器 １７ マイクロプロセッサ（速度指令演算部） １９ モード切り換えスイッチ ２２ 最大力算出部 ２３ 動作距離算出部 ２４ ピッチ動作制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多関節ロボットの手首先端部にこの手首
   先端部に働く力の方向と大きさとを検出する力検出器が
   取り付けられ、速度指令演算部により前記力検出器が検
   出した力信号から速度指令を算出して前記多関節ロボッ
   トの駆動源を駆動させ、記憶装置により多関節ロボット
   の位置を記憶するティーチングプレイバック方式の多関
   節ロボットの直接教示装置であって、力検出器により力
   を検出開始してから一定時間内に働いた最大力の大きさ
   とその方向を算出する最大力算出部と、この最大力算出
   部により算出された最大の力の大きさに応じた距離を算
   出する動作距離算出部と、この動作距離算出部により算
   出された距離だけ最大力の方向に多関節ロボットの手首
   先端部を移動させるように制御するとともに、その後一
   定時間停止させて、記憶装置に前記多関節ロボットの位
   置を記憶させるピッチ動作制御部と、検出器が検出した
   力信号に応じて連続的に速度指令を送出してこの速度指
   令により前記多関節ロボットの駆動源を連続的に駆動さ
   せる連続動作モードと前記ピッチ動作制御部によるピッ
   チ動作モードとを切り換えるモード切り換えスイッチと
   を備えた多関節ロボットの直接教示装置。