JPH0566610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔目次〕 概 要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段（第１図） 作 用 実施例 (a) 一実施例の構成の説明（第２図、第３図） (b) テイーチングボツクス及び教示データの説明
（第４図、第５図） (c) 教示モードの説明（第６図、第７図、第８
図、第９図） (d) プレイバツクモードの説明（第１０図） (e) 他の実施例の説明（第１１図） (f) 別の実施例の説明 発明の効果 〔概要〕 物体移動装置に動作を教示するための教示制御
方式において、移動指令と力検出手段からの力指
令との合成を合成移動指令として物体の移動手段
を移動制御する制御手段と、教示のための移動を
指示するための第１の指示を発する手段と→移動
を指示しないための第２の指示を発する手段を有
する操作手段を設け、操作手段の移動指示に応じ
て対応する移動指令を作成することによつて、遠
隔教示と直接教示との両方を容易に行なえるよう
にするものである。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボツト等の物体移動装置の動作を
教示する物体移動装置の教示制御方式に関し、特
に遠隔教示と直接教示との両方が可能な物体移動
装置の教示制御方式に関する。 物体を移動する物体移動装置は広く利用されて
おり、その代表的なものがロボツトと称されるも
のであり、物体としてのハンドを所望の位置に位
置決めし、これによつて所望の作業を可能として
いる。 この種のロボツトにおいては、ハンドの通過す
べき位置やハンドの姿勢あるいは動作等の作業に
必要な動作指令及び位置・姿勢データを教示によ
つてロボツトの記憶装置（メモリ）に記憶させて
おき、一方プレイバツク（再生）時には、当該記
憶装置中から動作指令及び位置・姿勢データを順
次読み出してアームやハンドを制御して教示され
た通りの動作を再現している。この様なロボツト
の制御方式をテイーチングプレイバツク方式と称
している。 〔従来の技術〕 係るハンドの位置等を教示する方式として、従
来次の２つのものが知られている。一つはダイレ
クトテイーチ（直接教示）と称されるものであ
り、ロボツトのハンドを操作者がつかんでその動
きを直接教示するものである。他の一つは、リモ
ートテイーチ（遠隔教示）と称されるものであり
操作者がテイーチングペンダントと呼ばれる操作
盤を操作し、ロボツトを動作せしめ、リモートコ
ントロールによつて教示するものである。 このダイレクトテイーチ法は、手でハンドを持
つてハンドを自在に導くことができるので、人間
にとつて直観的であり、教示が楽に速くできると
いう利点があり、例えば特許出願公開昭56−
85106号公報に示されるように、ロボツトの先端
に力検出器を設け、この力検出器から発生する信
号に基づいてロボツトの移動方向を演算し、この
演算された指令値に基づいて、ロボツトの各腕を
駆動する駆動装置を駆動せしめることにより、教
示を行なう操作者の労力の負担を軽減しせめるよ
うにしたものが提案されている。 一方、リモートテイーチ法は、ロボツトに直接
触れないため安全に教示ができ、また人間の手が
とどかない巨大ロボツトや、逆に手が入り込めな
い小さなロボツト等においても、教示ができると
いうダイレクトテイーチ法にない利点があり、例
えば特許出願公開昭59−116806号公報に示される
ように、ロボツトの先端に力検出器を設け、この
力検出器から発生する信号をサーボループ内に帰
還させ、操作盤からの操作指示に対しハンドの対
象物体に対する位置ずれを補正しながら教示を行
なうものが提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、近年複雑で高度な作業をロボツ
トに行なわせる傾向にあり、従来の構成では、ダ
イレクトテイーチ法又はリモートテイーチ法のい
ずれか一方しかできないため、教示作業に適した
テイーチングを実現できず、従つて係る高度作業
の教示が大変面倒であるという問題点があつた。 又、近年の大量生産の要求に従い、ロボツト制
御系自体にも、ダイレクトテイーチとリモートテ
イーチの両方ができるようにしておくことが望ま
しいが、従来の構成では、教示法の違いにより２
つの制御系の装置を設計用意しておく必要があ
り、利用者の要求、ロボツトの種類に応じて選択
する必要があるという問題点も生じていた。 本発明は、ダイレクトテイーチ（直接教示）と
リモートテイーチ（遠隔教示）との両方ができし
かも１つの制御系で実現できる物体移動装置の教
示制御方式を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理説明図である。 第１図Ａ中、５は物体（ハンドと称す）であ
り、例えば物品を吸着する吸着ハンドであり、３
は力センサ（力検出手段）であり、物体に加わる
外力を検出するもの、MTは移動手段であり、モ
ータで構成され、力センサ３及びハンド５を移動
させるためのもの、８は制御部（制御手段）であ
り、移動指令Vcと力センサ３の力計測値Fγとの
合成をとる合成部８５を有し、合成した移動指令
V′c（＝Vc−Fγ）で移動手段MTを制御するもの
であり、８６は操作手段であり、教示のため操作
され、教示のための移動指示RTを発するもので
ある。 従つて、本発明では基本的には制御系として移
動指令Vcと力計測値Fγの合成を移動指令とする
系が組まれている。 尚、教示手段８６には、図示省略しているが、
移動の指示をしないための第２の指示を発する手
段、即ち零の移動指示値DTを発する手段（例え
ばスイツチ等）と、移動の指示するための第１の
指示を発する手段、即ち所定の大きさの移動（例
えば速度）指示値RTを発する手段（同様にスイ
ツチ等）が設けられている。 即ち、本発明は、物体を移動する移動手段と、
該物体に加わる力を検出する力検出手段と、間接
教示のための移動を指示する第１の指示手段と、
直接教示を指示する第２の指示手段とを有する操
作手段とを備え、該力検出手段の出力による直接
教示と、移動指令による間接教示の可能な物体移
動装置の教示制御方式において、該力検出手段の
検出出力を不感帯を付与する非線型要素を介し力
指令に変換し、移動指令と該力指令とを合成した
合成移動指令により該移動手段を移動制御する制
御部を設け、該制御部は、該第１の指示手段の操
作に応じて、教示のための移動指示に対応した移
動指令を作成し、該合成移動指令による外力適応
制御を伴う間接教示を行うとともに、該第２の指
示手段の操作に応じて、該物体の手動操作により
発生する該力指令による直接教示をを行うことを
特徴としている。 又、本発明の実施態様では、前記制御部は、前
記移動指令として、速度指令を作成することを特
徴としている。 〔作用〕 本発明では、前述の如く制御系が組まれている
ので、操作手段８６から移動指示RTが与えられ
ると、対応する速度指令Vcを作成し、第１図Ｄ
の如く移動指示に応じてハンド５を点P₀から点
P₁まで移動し、リモートテイーチを可能とする。
この時、ハンド５に外力が加わつておらず、従つ
て、力計測値Fγが零なら、速度指令Vcが合成速
度指令V′cとなり、速度指令Vcで移動手段が速度
制御される。又、ハンド５に外力が加わり、力セ
ンサ３の出力である力計測値Fγが零でなければ
速度指令Vcと力計測値Fγとの合成（差）が合成
速度指令V′cとなつて外力適応制御が実行され
る。 従つて、ハンド５の移動中に何等かの物体に触
れると自律的に外力適応制御に移行し、即ち速度
指令Vcが力計測値Fγ分減少し、減速し、外部か
らの拘束力に応じた制御が実行される。 一方、移動指示が操作手段８６から出力されな
いと、速度指令Vcは零であるから、合成速度指
令V′cは力計測値Fγとなり、外力による制御モー
ドが実行できる。従つて、手HDによつてハンド
５に触れ、外力を与えると、力センサ３からの合
成速度指令V′c＝（−Fγ）によつて、外力が零と
なる方向に移動手段MTが駆動され、ハンド５は
移動する。 例えば、第１図Ｂの如く位置P₀にあるハンド
５を手HDで持つて矢印方向に引つぱつて外力を
付与すると、第１図Ｃの如く力計測値Fγ、即ち
合成指令速度V′cが出力され、これによつて外力
を零とする方向、即ち外力が与えられた矢印方向
に移動手段MTがハンド５を移動する。 位置P₁で手HDを停止し、外力を解除すると、
力計算値Fγも第１図Ｃの如く落ち、従つて合成
指令V′cも落ち、ハンド５は停止する。従つて速
度制御系を変更せずに外力による物体の移動がで
き、ダイレクトテイーチを可能とする。 〔実施例〕 (a) 一実施例の構成の説明 第２図は、本発明の一実施例構成図であり、
直交型ロボツトを例にしたものである。 図中、第１図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、１ａ，１ｂはＸ軸モジ
ユールであり、ロボツトの２つのＸ軸位置決め
機構を構成し、各々Ｘ軸モータ１０ａ，１０ｂ
により搬送パレツト１１ａ，１１ｂをＸ軸方向
へ搬送位置決めするもの、２は門型ロボツトで
あり、Ｘ軸モジユール１ａ，１ｂの両側に用け
られた一対の支持ベース２０，２１と、Ｙ軸方
向に移動するＺ軸ブロツク２２と、Ｚ軸方向に
移動するＺ軸可動部（アーム）２３と、Ｚ軸ブ
ロツク２２を送り、ボールネジ２４ａを回転さ
せガイド２５ａ，２５ｂに沿つてＹ軸方向に駆
動するＹ軸モータ２４と、Ｚ軸ブロツク２２に
設けられ、Ｚ軸アーム２３を図示しないボール
ネジ送り機構を介しＺ軸方向に駆動するＺ軸モ
ータ２６とを有している。３は前述の力センサ
であり、板バネ機構と歪ゲージとから成り、外
力による板バネの変位を歪ゲージで電子信号に
変換するものであり、Ｘ、Ｙ、Ｚ、γ軸の４自
由度力センサで構成されるもの、４はγ軸モー
タであり、Ｚ軸アーム２３に支持され、力セン
サ３及びハンド５をγ軸を中心に回転させるも
の、５は真空吸着バンドであり、後述する第６
図に示す如く筒状本体の先端に吸着面が設けら
れるとともに、吸気ポンプに接続された吸気チ
ユーブを有するもの、６は治具であり、パレツ
ト１１ａ上で円板（磁気デイスク板）９を保持
するもの、７はベースであり、パレツト１１ｂ
に搭載され、円板９が取付けられるものであ
る。 ８０は操作パネルであり、オペレータが操作
したコマンド・データを入力するもの、８１は
メモリであり、教示データ等を格納するもの、
８２はプロセツサ（以下CPUと称す）であり、
マイクロプロセツサ等で構成され、プレイバツ
ク時にメモリ８１の内容を読出して各部へ指令
を与えるもの、８３はサーボ制御部であり、Ｘ
軸モジユール１ａ，１ｂのＸ軸モータ１０ａ，
１０ｂ及びＹ軸モータ２４、Ｚ軸モータ２６及
びγ軸モータ４を位置、速度制御するため、
CPU８２からの指令位置CX₂、CX₁、CY、
CZ、Cγが入力され、後述するハンド位置検出
回路からの現在位置PX₂、PX₁、PY、PZ、Pγ
がフイードバツクされ、更に合成部８５から指
示速度Vcx〜Vcγが入力され、これらによつて
サーボ制御するもの、８４はパワーアンプであ
り、入力を増幅してＸ、Ｙ、Ｚ、γ軸モータ１
０ａ，１０ｂ，２４，２６，４に電流を供給す
るもの、８５は前述の合成部であり、第３図に
て後述する如く、各軸の指令速度VX₁〜Vγと
後述する力制御部の力制御出力PFX〜PFγと
の差をとり、サーボ制御部８３へ与えるもの、
８６はテイーチングボツクスであり、教示を行
うために操作されるものであり、第４図にて後
述する如くダイレクトテイーチを指示するキ
ー、各軸の移動を指示するキー、速度を指示す
るキー及び教示終了を指示するキーを有するも
の、８７は力制御部であり、第３図にて後述す
る様に力センサ３の検出出力FX〜Fγを受け、
これをデイジタル値FX〜Fγに変換するととも
に不感帯を設定して制御出力PFX〜PFγを出
力するもの、８８はハンド位置検出部であり各
軸のモータ１０ａ，１０ｂ，２４，２６，４に
設けられたアロータリーエンコーダの出力から
各軸の現在位置PX₁、PX₂、PY、PZ、Pγを求
め、ハンド５の現在位置を得るもの、８９はバ
スであり、CPU８２とメモリ８１、操作パネ
ル８０、テイーチングボツクス８６、サーボ制
御部８３、合成部８５、力制御部８７及びハン
ド位置検出回路８８とを接続し、データ、コマ
ンドのやりとりを行なうものである。 第３図は力制御部８７、合成部８５、サーボ
制御部８３及びパワーアンプ８４の詳細回路で
ある。 図中、第２図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、８００〜８０３は各軸
の合成回路であり、力制御部８７からの力制御
指令PFX〜PFγとCPU８２からの速度指令VX
〜VZとの差を出力するもの、８０４〜８０７
は不感帯部であり、CPU８２からの不感帯幅
WX〜Wγが設定され、力計測値FX〜Fγに対
して不感帯を与えるもの、８０８はスイツチで
あり、力計測値FX〜Fγの入力の許可／不許可
をするものであり、力フイードバツクオン／オ
フをCPU８２の制御により行うもの、８０９
はアナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコン
バータと称す）であり、力センサ３からのアナ
ログの力計測値FX、FY、FZ、Fγをデジタル
値に変換して、スイツチ８０８に出力するも
の、８３ａ〜８３ｄは各々サーボ回路であり、
位置検出器８８からの現在位置と指令位置CX、
CY、CZ、Cγとの差に基いて位置制御し、且
つ指令速度V′X〜V′γと実速度との差に基いて
速度制御するもの、８４ａ〜８４ｄはパワーア
ンプであり、各々サーボ回路８３ａ〜８３ｄの
出力に基いで各軸のモータに駆動電流を供給す
るものである。 従つて、CPU８２によつてスイツチ部８０
８がオフの時には、力センサ３の出力（即ち
Ａ／Ｄコンバータ８０９の出力）は不感帯部８
０４，８０５，８０６，８０７へ入力されず、
力フイードバツクオフとなり、CPU８２から
の指令位置CX、CY、CZ、Cγ及び指令速度
VX、VY、VZ、Vγがそのまま各軸のサーボ
回路８３ａ〜８３ｄに入力され、位置、速度制
御される。 一方、CPU８２によつてスイツチ部８０８
がオンの時には、力フイードバツクオンとな
り、力センサ３の出力は不感帯部８０４〜８０
７を介し制御出力PFX、PFY、PFZ、PFγと
なつて合成部８００〜８０３に入力し、指令速
度VX、VY、VZ、Vγとの合成出力VX′、
VY′、VZ′、V′γがサーボ回路８３ａ〜８３ｄ
に速度指令として与えられる。 尚、Ｘ軸はX1軸とX2軸の２つがあるが、１
つのＸ軸サーボ回路８３ａ、アンプ８４ａで示
してあり実際には２つある。 (b) テイーチングボツクス及び教示データの説明 第４図は第２図構成におけるテイーチングボ
ツクス８６の構成図である。 図中、８６０は速度切替スイツチであり、ス
イツチの回転によつて高速(H)、中速(M)、低速(L)
を指示するもの、８６１ａ〜８６５ｂは各々各
軸の移動方向指示キーであり、８６１ａ，８６
１ｂは各々X1軸の方向、方向の移動を指
示するもの、８６２ａ，８６２ｂは各々X2軸
の方向、方向の移動を指示するもの、８６
３ａ，８６３ｂは各々Ｙ軸の方向、方向の
移動を指示するもの、８６４ａ，８６４ｂは
各々Ｚ軸の方向、方向の移動を指示するも
の、８６５ａ，８６５ｂは各々γ軸の方向、
方向の移動を指示するものである。８６６は
ダイレクトテイーチ指示キー（DT指示キーと
称す）であり、押下によつてダイレクトテイー
チを指示するもの、８６７はEXIT（終了）キ
ーであり、１つの教示終了を指示するためのも
のである。 係るテイーチングボツクス８６のスイツチ８
６０、各キー８６１ａ〜８６５及びDTキー８
６６の指示とCPU８２の対応処理を下表に示
す。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、次の効果
を奏する。 力検出手段の検出出力を不感帯を付与する非
線型要素を介し力指令に変換し、移動指令と該
力指令とを合成した合成移動指令により該移動
手段を移動制御する制御部を設けているので、
１つの制御系により、間接教示と直接教示との
両方が可能となり、構成が簡素化できる。 第１の指示手段の操作に応じて、教示のため
の移動指示に対応した移動指令を作成し、該合
成移動指令による外力適応制御を伴う関節表示
を行うので、外力適応制御による間接教示が可
能となり、円滑な間接教示が可能となる。 力検出手段の検出出力を不感帯を付与する非
線型要素を介し力指令に変換し、移動指令と該
力指令とを合成した合成移動指令により該移動
手段を移動制御するので、間接教示時に、振動
等の微小な外力、ノイズ、温度ドリフトによ
り、力検出手段が外力検出出力を発生しても、
物体が振動し、対象物の教示が困難となること
を防止できる。 力検出手段の検出出力を不感帯を付与する非
線型要素を介し力指令に変換し、移動指令と該
力指令とを合成した合成移動指令により該移動
手段を移動制御するので、直接教示時にも、適
当な抵抗力を人手に与えることができ、直接教
示を容易に実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明
の一実施例構成図、第３図は第２図構成の要部回
路図、第４図は第２図構成のテイーチングボツク
スの構成図、第５図は第２図構成のメモリの構成
図、第６図は作業例の動作説明図、第７図は教示
モードの動作フロー図、第８図は速度制御モード
の動作説明図、第９図は相対位置誤差補正の動作
説明図、第１０図はプレイバツクモードにおける
吸着動作フロー図、第１１図は本発明の他の実施
例の説明図である。 図中、３……力検出手段、５……ハンド（物
体）、MT……移動手段、８……制御部、８６…
…操作手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体を移動する移動手段と、 該物体に加わる力を検出する力検出手段と、 間接教示のための移動を指示する第１の指示手
   段と、直接教示を指示する第２の指示手段とを有
   する操作手段とを備え、 該力検出手段の出力による直接教示と、移動指
   令による間接教示の可能な物体移動装置の教示制
   御方式において、 該力検出手段の検出出力を不感帯を付与する非
   線型要素を介し力指令に変換し、移動指令と該力
   指令とを合成した合成移動指令により該移動手段
   を移動制御する制御部を設け、 該制御部は、該第１の指示手段の操作に応じ
   て、教示のための移動指示に対応した移動指令を
   作成し、該合成移動指令による外力適応制御を伴
   う間接教示を行うとともに、 該第２の指示手段の操作に応じて、該物体の手
   動操作により発生する該力指令による直接教示を
   行うことを特徴とする物体移動装置の教示制御方
   式。 ２ 前記制御部は、前記移動指令として、速度指
   令を作成することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の物体移動装置の教示制御方式。