JPH08286726A - ロボットの教示補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作業現場から離れた場所でも簡単にプレイバッ
ク時と同一の動作条件下で教示点の修正及び教示軌跡の
補正が実行でき、教示の修正作業に対する作業者の負担
を軽減するロボットの教示補正装置を提供する。 【構成】作業対象物を撮像する手段９と、撮像した作業
対象物の映像とロボットの教示点位置と現在位置と動作
中のロボットの映像を合成表示する手段１０，１１と、
ロボットの教示点位置と現在位置と指令された修正位置
に基づいて修正動作を演算する手段３と、演算手段３へ
演算を指示する手段６と、演算手段３と従来の教示・再
生手段の切換手段５とを備えてなる。

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
ク方式のロボットの教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットに対する動作の教示は一
般には例えば文献「ロボット工学」（裳華房，広瀬茂男
著）に記載されている、ティーチングプレイバックと言
われる方法で行われている。この教示データの作成手段
として、例えば、特開昭62−269205号公報に開示のよう
な、作業対象物の設計図面に基づいて教示用の形状モデ
ルを作成し、作成した形状モデル上で自動的に教示デー
タを生成する装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ティーチングプレイバ
ック方式のロボットでは教示したデータ通りにプレイバ
ック動作させて作業が遂行できることを前提としてい
る。しかし、実際には組立誤差などによるロボット一台
毎の機構の個別誤差，作業対象物の製造誤差、あるいは
ロボットの設置誤差などが存在するため、作成した教示
データ通りでは作業が遂行できないことがある。このた
め実際の作業現場に合わせて教示データを修正する作業
が必要となる。従来はこの修正作業は作業者が現場で、
ロボットの手動教示モードを利用して教示点の位置を現
物に合わせて微小修正するなどの手段がとられていた。

【０００４】しかし、この方法では作業者が作業現場で
教示装置を操作しなければならないため、作業負担が大
きくなるなどの問題がある。

【０００５】本発明はこの問題点を解決するためになさ
れたものであり、作業現場から離れた場所でも簡単にプ
レイバック時と同一の動作条件下で教示軌跡を修正で
き、教示軌跡の修正作業に対する作業者の負担を軽減す
るロボットの教示補正装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の教示補正装置は
従来の教示・再生手段によってロボットを制御する手段
と、動作中の前記ロボットと作業対象物を撮像する手段
と、前記撮像手段で撮像した映像と動作中の前記ロボッ
トの教示点位置と現在位置を合成表示する手段と、前記
ロボットの教示点位置と現在位置と指令された修正位置
に基づいて、あらかじめ定めた動作アルゴリズムに応じ
てロボットに対する速度指令値を演算する修正動作演算
手段と、前記修正動作演算手段からの指令値と従来の教
示・再生手段からの指令値を切り換える手段と、前記修
正動作演算手段へ修正指令値を入力する手段と、前記修
正動作演算手段の指令による修正動作の動作結果を記憶
する手段とによって構成される。

【０００７】

【作用】上記のように構成された教示装置はまず撮像手
段によって再生動作中のロボットと作業対象物を撮像
し、その撮像映像上へロボットの教示点位置と現在位置
を合成表示する。作業者は表示映像を通じて、ロボット
の教示点位置および教示点間の移動軌跡と、作業対象物
の位置関係を監視し、教示に不備があると判断した場合
には動作切換手段を用いて従来の教示・再生手段による
動作を修正動作演算手段からの動作に切り換える。さら
に、修正動作演算手段に対する修正指令値入力手段を用
いて、再生動作中のロボットの動作へ割り込み、動作軌
跡を修正する。修正動作演算手段はあらかじめ定めた動
作アルゴリズムに応じてロボットに対する速度指令値を
演算し、演算した速度指令値をロボットの制御部へ送
り、ロボットを駆動する。また、演算した速度指令値に
よって定まる修正動作軌跡のデータにより、教示点を置
き換えることで教示点の修正を行う。また、修正動作中
のロボットの現在値を用いて、教示点と教示点の間に修
正動作軌跡データを追加することで、教示軌跡の補正を
行う。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す教示補正装
置のブロック図である。図で、破線で囲ったロボット制
御部はロボットの教示データを作成する教示データ作成
手段１と、教示データを記憶する教示データ記憶手段２
と、ロボットを動作させるための速度指令値を演算する
速度指令値演算手段３と、その指令値に基づいてロボッ
トをサーボ駆動させるサーボ処理手段４を備える。さら
に従来の再生動作と本発明による修正動作を切り換える
切換スイッチ５を備える。切換スイッチ５は動作切換指
示手段６に接続される。動作切換指示手段６は切換スイ
ッチ５のＡとＢの切り換えと修正された教示点を教示デ
ータ記憶手段２へ再記憶する指示を行う。また、教示デ
ータ記憶手段２とサーボ処理手段４はそれぞれ修正動作
生成演算手段７へ接続している。修正動作生成演算手段
７は教示データ記憶手段２を介して教示点位置を受け取
り、またサーボ処理手段４を介して再生動作中のロボッ
トの現在位置を受け取る。また、修正動作生成演算手段
７は映像信号作成手段８に接続しており、映像信号作成
手段８を介して、教示点位置とロボットの現在位置のデ
ータを映像表示する。映像信号作成手段８の出力と、撮
像手段９によって撮像されたロボットと作業対象物の映
像信号が映像信号合成手段１０へ入力され、映像信号合
成手段１０で合成された映像を映像表示手段１１上に表
示する。この映像表示手段１１上の表示結果を受けて、
作業者は修正指令値入力手段１２を介して、ロボットを
修正動作させる指示を修正動作生成演算手段７へ入力す
る。

【００１０】図２はティーチングプレイバック方式のロ
ボットにおける従来の教示・再生動作の概略の流れを示
したブロック図である。ティーチングプレイバック方式
でははじめにティーチングボックスやオフライン教示な
どの教示データ作成手段を用いて動作を教示する。つい
で、その教示データをロボット制御装置内部のメモリや
外部記憶装置などの教示データ記憶手段へ記憶する。再
生動作時には記憶してある教示データに従って、速度指
令値演算手段にて、ロボットの機構を安定に制御するた
めに微小なサンプリング時間間隔毎に速度指令値を演算
する。そして、その指令値をサーボ処理手段へ送りロボ
ットをサーボ駆動する。

【００１１】図１で、切換スイッチＡが選択されると、
ロボット制御部は図２に示した従来の教示・再生動作に
よってロボットを駆動する。スイッチＢが選択される
と、ロボット制御部は修正動作生成演算手段７からの出
力に応じた速度指令値を演算して、ロボットのサーボ処
理を行う。

【００１２】次に図３は図１のブロックのうち、ロボッ
ト制御部を従来の教示・再生機能を備えたロボットコン
トローラで構成し、修正動作生成演算手段７をパソコン
等の外部計算機で構成し、動作切換指示手段６と修正指
令値入力手段１２を外部計算機に接続したマウスやキー
ボードなどの入力手段で構成し、映像信号作成手段８を
外部計算機からのＲＧＢ信号出力部で構成し、撮像手段
９をＣＣＤカメラで構成し、映像信号合成手段１０をＲ
ＧＢ信号とＣＣＤカメラからのＮＴＳＣ信号を合成して
ＲＧＢ信号へ変換して出力する映像合成器で構成し、映
像表示手段１１をＲＧＢ信号で映像表示するモニタで構
成した装置の模式図である。図で、ロボットコントロー
ラと外部計算機はそれぞれのシステムバスから共有メモ
リを介して接続している。また外部計算機はシステムバ
スを介して映像合成器と接続しており、ＲＧＢ信号と同
期信号を映像合成器へ伝達する。また、映像合成器はCC
Dカメラと接続しており、ＣＣＤカメラからＮＴＳＣ信
号を受け取る。さらに、映像合成器はモニタと接続して
おり、ＲＧＢ信号とＮＴＳＣ信号の合成結果をモニタへ
表示する。

【００１３】また、図４は図３の装置における映像信号
合成の様子を示したものである。このうち、４−ａはロ
ボット手先に取り付けたツール先端をＣＣＤカメラで撮
像した映像を示す。また、４−ｂは外部計算機内部で作
成したテキスト及びグラフィックス画像を示し、これは
図１の映像信号作成手段８の出力に対応する。また、４
−ｃは映像合成手段で４−ａと４−ｂを合成して、モニ
タへ表示した合成映像を示す。なお簡単のため、図４は
ＣＣＤカメラの中心がツール先端と一致するように設置
されているものとし、ある教示点Ｐ１における映像であ
るとする。図中、『ｒｅｆ．＝・・・』の表示はコント
ローラから共有メモリを介して外部計算機が受け取った
教示点Ｐ１の位置データ（Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ，Ｐ１ｚ，Ｐ
１α，Ｐ１β，Ｐ１γ）であり、また、『Ｔ．Ｃ．Ｐ．
＝・・・』の表示はコントローラから共有メモリを介し
て外部計算機が受け取ったロボットの現在位置データ
（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ，Ｐα，Ｐβ，Ｐγ）である。図４
の状態で、この教示点Ｐ１の位置データとロボットの現
在位置データはロボットのサーボ精度の範囲内で完全に
一致している。

【００１４】以下、図３と図４で示した例を用いて、図
１に示した本発明の実施例の動作を説明する。ロボット
コントローラと外部計算機を接続する共有メモリ上に図
５に示すようなデータ構造を定義する。ロボットコント
ローラはコントローラ内部のタイマが定めるサーボ制御
のサンプリング時間毎に共有メモリへのアクセスを行
う。共有メモリ上のスイッチＡ／Ｂ切換フラグデータが
Ａならば、共有メモリ上の教示データエリアへ現在の教
示点位置データを書き込み、従来の再生動作フローへ分
岐してサーボ制御する。またスイッチＡ／Ｂ切換フラグ
データがＢならば、共有メモリ上の指令値データエリア
から速度指令値を読み込み、コントローラ内部の速度指
令値演算手段を経由せずに、共有メモリから読み込んだ
指令値でサーボ制御する。また、タイマの立ち上げ・立
ち下げのタイミングに応じて、共有メモリ上のタイミン
グフラグデータを０と１で書き換え、また現在位置デー
タエリアへロボットの現在位置データを書き込む。外部
計算機は、この共有メモリ上のタイミングフラグデータ
によって、ソフトウェア的にコントローラのサンプリン
グ時間と同期をとる。図６に同期のタイミングチャート
を示す。外部計算機はこの同期をとったサンプリング時
間間隔で、共有メモリから現在の教示点位置データとロ
ボットの現在位置データを読み取り、そのデータを４−
ｂのように画像表示する。そして、映像合成手段で４−
ａの撮像映像と合成し、４−ｃの表示映像を得る。

【００１５】作業者は作業現場から離れた場所で、４−
ｃの表示映像により、現在教示データ記憶手段に記憶さ
れている教示データに従ってロボットを再生動作させた
場合の、実際の動作状況を監視する。例えば、目的とす
る作業が、図中斜線で示した作業対象物の輪郭線に沿っ
てロボット手先に取り付けたツールを移動させるもので
あった場合に、現在の教示点Ｐ１では４−ｃのようにツ
ール先端と作業対象物が離れてしまうことを、作業者は
確認する。この動作状況監視の結果、作業者が教示点Ｐ
１の修正が必要であると判断した場合には動作切換指示
手段と修正指令値入力手段を用いてロボットの再生動作
へ割り込み、教示データの修正を実行する。

【００１６】ここで修正動作は次のように実行される。
作業者はマウスやキーボードなどの入力手段を用いて、
ロボットを通常の再生動作で駆動させるか修正動作で駆
動させるかの動作切換指示を与える。外部計算機はこの
入力に応じて、通常の再生動作でロボットを駆動させる
場合には前述した共有メモリ上のスイッチＡ／Ｂ切換フ
ラグエリアへスイッチＡ選択を示すデータを、また修正
動作でロボットを駆動させる場合には共有メモリ上のス
イッチＡ／Ｂ切換フラグエリアへスイッチＢ選択を示す
データを書く。コントローラはスイッチＢが選択される
と一時的にロボットを停止させ、停止した位置から修正
動作による駆動へ移行する。ついで、作業者は同じくマ
ウスやキーボードなどの入力手段を用いて、外部計算機
へロボットの現在位置Ｔ．Ｃ．Ｐ．の値を修正する指示
を与える。

【００１７】図７は４−ｃの表示画像上、修正位置を指
示する手法を示したものである。ここでは簡単のため、
ロボットのＴ．Ｃ．Ｐ．を設定する基準座標系と表示画
像上のＸ−Ｙ座標系が一致しているものとし、また、動
作をＸ−Ｙ平面内に限るものとして説明する。まず、あ
らかじめ、ＣＣＤカメラで撮像した画像に対して、合成
表示した画像上での画素１ピクセルと実際の長さの対応
関係を求めておく。今、その結果がＸ方向，Ｙ方向とも
にＣＬ（mm／ピクセル）であったとする。ここで、図７
で画面中央に見えているツール先端の位置を（Ｐｘ，Ｐ
ｙ）、その画素位置を（Ｏｘ，Ｏｙ）とする。画面上に
画素単位で移動する矢印カーソル等を表示させ、（Ｏ
ｘ，Ｏｙ）から作業者の入力に応じてカーソルを移動さ
せる。作業者は合成表示されている実際の作業対象物を
見ながら、カーソルを修正したい位置まで移動させる。
この修正画素位置を（Ｌｘ，Ｌｙ）とすれば、前述の対
応関係ＣＬ（mm／ピクセル）を用いて、修正位置（Ｐ
ｘ′，Ｐｙ′）は

【００１８】

【数１】 Ｐｘ′＝Ｐｘ＋ＣＬ・（Ｌｘ−Ｏｘ） Ｐｙ′＝Ｐｙ＋ＣＬ・（Ｌｙ−Ｏｙ） …（数１） と求められる。

【００１９】外部計算機は前述のスイッチＢが選択され
ている場合には指示された修正位置に基づいてサンプリ
ング時間毎に速度指令値の生成演算を行い、その結果を
共有メモリ上の指令値データエリアへ書き込む。ここ
で、この速度指令値の生成演算は次のように行う。例え
ばＸsを現在位置、目標修正位置をＸe、とした場合、Ｘ
i＝Ｘsを演算開始時の指令位置、Ｘi+1を１サンプリン
グ時間後の指令位置、ｖを移動速度、Δｔをロボットコ
ントローラ内部のサンプリング時間間隔として、

【００２０】

【数２】 Ｘi+1＝Ｘi＋ｖ・Δｔ …（数２） となるように外部計算機内でサンプリング時間毎の速度
指令値を演算する。外部計算機はこのサンプリング時間
毎の速度指令値演算結果をコントローラへ送り、コント
ローラはこの新たに生成された指令値データによってロ
ボットのサーボ駆動を行う。そして、現在位置Ｘiが目
標修正位置Ｘeに達するまで、この処理を繰り返す。こ
こで、ロボットの動作は４−ｃ′のような表示映像とし
て作業者へ提示される。この時、映像上、ＣＣＤカメラ
からの映像は実際の作業対象物とロボットの動作を提示
し、Ｔ．Ｃ．Ｐ．が順次ロボットの現在位置データを表
示する。また、コントローラはサーボ制御した結果のロ
ボットの現在位置を教示データ記憶手段へ戻す。作業者
はロボットに修正動作をさせながら、その結果を監視
し、必要に応じて教示点の再記憶指示を行う。すなわ
ち、動作切換指示と同様に、マウスやキーボードなどの
入力手段を用いて、再教示指示を与える。外部計算機は
入力された再教示指示に従って共有メモリ上の教示点再
記憶フラグを立てる。コントローラはこの教示点再記憶
フラグが立っていれば、４−ｃ′上ｒｅｆ．で示されて
いる現在の教示点データＰ１を修正動作で駆動している
ロボットの現在位値Ｔ．Ｃ．Ｐ．へ置き換えて、教示点
の再記憶を行う。なお、この教示点修正の例ではｒｅ
ｆ．に現在の教示点Ｐ１を示したが、ここに次の目標教
示点Ｐ２を示し、教示点Ｐ１から教示点Ｐ２へ向かう軌
跡上で修正動作へ切り換えて、次の目標教示点Ｐ２を修
正することも可能である。

【００２１】また図１のブロックではサーボ制御したロ
ボット現在値を修正動作生成演算手段と教示データ記憶
手段へ戻したが、ロボットの機構系のサーボ偏差を無視
するならば、修正動作生成演算手段で生成した速度指令
値をロボットの現在位置と見なしてシステムを構成する
こともできる。この場合には生成した速度指令値を修正
動作生成演算手段と教示データ記憶手段へ戻す。このと
き、４−ｃの画像に対して、修正動作生成演算手段で生
成した速度指令値に従って動作するロボットのグラフィ
ック映像等を合成して作業者へ提示すれば、ロボットを
サーボ駆動させずに、ロボットの修正動作を確認して教
示点を修正することも可能である。

【００２２】以上はあらかじめ与えられた教示点を修正
する方法であるが、さらに、教示点Ｐ１と次の教示点Ｐ
２の間に別の教示軌跡を追加することもできる。すなわ
ち、教示点Ｐ１で修正動作に切り換えて、例えば教示点
Ｐ１の座標値をＸ１，教示点２の座標値をＸ２として、
数２の説明に使用した演算開始時の指令位置Ｘs と目標
修正位置をＸeを順次

【００２３】

【数３】 Ｘs(１)＝Ｘ１，Ｘe(１)＝Ｘ１＋ΔＸ(１) Ｘs(２)＝Ｘe(１)，Ｘe(２)＝Ｘe(１)＋ΔＸ(２) Ｘs(３)＝Ｘe(２)，Ｘe(３)＝Ｘe(２)＋ΔＸ(３) ……… Ｘs(ｎ)＝Ｘe(ｎ−１)，Ｘe(ｎ)＝Ｘ２ …（数３） （ここで、ΔＸ(１)，ΔＸ(２)…は位置の増分値を示
す。）と設定する。各々のＸsからＸeの間は数２に従っ
てサンプリング時間毎に速度指令値が演算され、ロボッ
トはＸ１からＸ２まで、図８に示す軌跡を辿るようにサ
ーボ駆動される。ここで、順次設定したＸe(１)からＸe
(ｎ)までの目標修正位置または目標修正位置にサーボ制
御されたロボットの現在位置を教示データ記憶手段内へ
追加記憶させておけば、教示点間を移動する軌跡の修正
が実行できる。なお、数３におけるΔＸの大きさを変更
することで、修正軌跡のなめらかさを変更できる。例え
ば、ΔＸを数２のｖ・Δｔと一致させれば、追加記憶さ
せる教示データ量は増えるが微妙な軌跡修正を実施で
き、またΔＸを大きくとれば、軌跡のなめらかさは減少
するが追加記憶させる教示データ量は節約できる。さら
に、数２に示した速度指令値生成演算のアルゴリズムを
変更することで、再生動作中に任意の軌跡を生成するこ
とが可能であり、例えば力センサ等の情報を用いてコン
プライアンス制御動作を行った場合の軌跡を生成して、
その軌跡を記憶させておくことも可能である。

【００２４】以上の例のうち、図１のブロックで、修正
動作生成演算手段７を、図９のように二つのブロックに
分割することもできる。図中、７ａはコントローラのサ
ンプリング時間と同期を取って修正動作用の速度指令値
を演算するブロックである。また、７ｂはコントローラ
のサンプリング時間とは非同期またはコントローラのサ
ンプリング時間よりも長い時間間隔で、修正指示手段及
び映像系との入出力を行うブロックである。このように
構成することで、演算処理の負荷を分散させることがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、画面上にロボットの教
示位置と現在位置を示すデータ及び動作中のロボットの
映像を合成表示でき、また再生動作中のロボットの動作
へ修正指示を与えることができる。したがって、作業者
は画面に表示された映像を見ながら再生動作中のロボッ
トの動作を監視し、その場で教示点の修正や教示軌跡の
補正ができるので、教示修正の負担軽減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置のブロック図。

【図２】従来の教示・再生動作のフローチャート。

【図３】教示補正装置のブロック図。

【図４】映像信号合成の説明図。

【図５】共有メモリ上のデータ構造の説明図。

【図６】同期のタイミングチャート。

【図７】修正位置を指示する手法の説明図。

【図８】軌跡追加の説明図。

【図９】修正動作生成演算手段の分割ブロック図。

【符号の説明】

１…教示データ作成手段、２…教示データ記憶手段、３
…速度指令値演算手段、４…サーボ処理手段、５…切換
スイッチ、６…動作切換指示手段、７…修正動作生成手
段、８…映像信号作成手段、９…撮像手段、１０…映像
信号合成手段、１１…映像表示手段、１２…修正指令値
入力手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｇ０５Ｂ 19/42 Ｊ Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】あらかじめ記憶された複数の教示点に従っ
   て制御されるロボットの教示データ補正手段であって、
   教示データ作成手段と、教示データ記憶手段と、前記ロ
   ボットを動作させるための速度指令値を演算する演算手
   段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記ロボット
   をサーボ駆動させるサーボ処理手段を備えたロボットに
   おいて、動作中の前記ロボットと作業対象物を撮像する
   手段と、前記撮像手段で撮像した映像と動作中の前記ロ
   ボットの教示点位置と現在位置を合成表示する手段と、
   前記ロボットの教示点位置と現在位置と指令された修正
   位置に基づいて、あらかじめ定めた動作アルゴリズムに
   応じて前記ロボットに対する速度指令値を演算する修正
   動作演算手段と、前記修正動作演算手段からの指令値と
   従来の教示・再生手段からの指令値を切り換える手段
   と、前記修正動作演算手段へ修正指令値を入力する手段
   と、前記修正動作演算手段の指令による修正動作の動作
   結果を記憶する手段とを備えてなり、前記修正動作演算
   手段に対する修正指令値入力手段を用いて、動作中の前
   記ロボットの教示点の修正及び教示軌跡の修正を行うこ
   とを特徴とするロボットの教示補正装置。