JPH09193064A - ロボットの教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ダイレクトティーチングにおいては、作業者
がアームの先端を手でもって工具の位置，姿勢を教示す
るため、大型のロボットにおいては、この教示作業中に
作業者がアームに加えた力方向にアームが移動するよう
に力制御機能を付加する必要がある。 【解決手段】 ダミー工具Ｔの３次元方向の姿勢検出手
段と、ダミー工具に一端が取り付けられた運動伝達部材
と、この運動伝達部材の動きに追従して動作すると共
に、運動伝達部材の３次元方向の動きを検出して、ダミ
ー工具の３次元空間における座標位置を検出する３次元
座標位置検出手段と、姿勢検出手段と３次元座標位置検
出手段の出力から、この３次元座標位置検出手段が取り
付けられた座標系におけるダミー工具の教示データを求
め、この教示データをロボットＲが設置されたロボット
座標系における教示データに変換する変換手段８０を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに取り付
けられた工具の加工位置を教示する作業に用いる教示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このように作業者が工具の加工位
置（以下、教示点という）を教示するには、対象ワー
ク，治具，ロボットの３次元形状データに基づいて、コ
ンピュータ上で３次元シュミレーションして教示点を決
定するオフラインティーチングと、作業者自らロボット
のアームの先端を手で移動させ、このアームの先端に取
り付けられた工具の姿勢を手で変更し、この時のロボッ
トの各軸の位置検出器の出力をオペレーティングボック
スを操作することによりロボット制御装置に入力し、こ
の入力した各軸の位置検出器の出力から教示点を求め記
憶するダイレクトティーチングがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オフラ
インティーチングにおいては、各３次元データから教示
点を決定するため、各３次元形状データが十分でないと
正確に教示点を求めることができない。また、このよう
なオフラインティーチングを行うためのシステムは３次
元的なシュミレーションが高速で行えることが要求され
るため高価である。

【０００４】ダイレクトティーチングにおいては、作業
者がアームの先端を持って工具の位置，姿勢を教示する
ため、比較的軽量なアームを備えたロボットの場合には
有効であるが、垂直多関節型や大型のロボットではアー
ムの重量が重くなるため、作業者がアームに力を加えた
方向にアームが移動するような補助力を発生する機能を
付加する必要がある。また、このような機能を付加した
としても、教示作業の際にロボットのアームが教示作業
の邪魔となる場合があり、このような状態での教示作業
は大変である。特に、バリ取りロボットの教示作業は教
示点が数百ポイントにもなるため大変である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のロボットの教示装置では、ロボットに取り
付けられた工具の加工位置を記憶するため、工具の位置
とその姿勢を教示するロボットの教示装置において、工
具と同形状で、工具とは別に設けられたダミー工具と、
ダミー工具に設けられ、このダミー工具の３次元方向の
姿勢を検出する姿勢検出手段と、ダミー工具に一端が取
り付けられた運動伝達部材と、運動伝達部材の他端が接
続され、この運動伝達部材の動きに追従して動作すると
共に、運動伝達部材の３次元方向の動きを検出して、ダ
ミー工具の３次元空間における座標位置を検出する３次
元座標位置検出手段と、姿勢検出手段と３次元座標位置
検出手段の出力から、この３次元座標位置検出手段が取
り付けられた座標系におけるダミー工具の教示データを
求め、この教示データを前記ロボットが設置されたロボ
ット座標系における教示データに変換する変換手段を設
けたことを特徴とするものである。

【０００６】請求項２のものにおいては、３次元座標位
置検出手段が、運動伝達部材を巻き取る巻取手段と、運
動伝達部材の送りを案内する案内手段と、この案内手段
を支持すると共に運動伝達部材の送り方向に延びるアー
ム部材を備えたことを特徴とするものである。 （作用）請求項１においては、作業者がダミー工具を把
持して加工位置に移動させると、姿勢検出手段により、
ダミー工具の３次元方向の姿勢が検出される。このダミ
ー工具と３次元座標位置検出手段は運動伝達部材により
接続されており、作業者がダミー工具を移動させるとダ
ミー工具の動きに連動して運動伝達部材が３次元方向に
動く。

【０００７】この３次元座標位置検出手段により、この
運動伝達部材の３次元方向の動きを検出し、ダミー工具
の３次元空間における位置を検出する。変換手段によ
り、この３次元座標位置検出手段の出力は３次元座標位
置検出手段が取り付けられた位置を基準とした座標系に
おけるダミー工具の教示データ（位置）であるので、ロ
ボットが設置された座標系におけるダミー工具の教示デ
ータを求める。

【０００８】請求項２においては、巻取手段により、運
動伝達部材の巻き取り，送り出しを行うことができる。
アーム部材により、３次元座標位置検出手段の回転する
回転半径を大きくでき、運動伝達部材の移動方向とアー
ム部材間に大きなモーメント力を発生することができ
る。これにより、３次元座標位置検出手段が運動伝達部
材の微小な動きにも追従した検出が行える。また、この
アーム部材に設けられた案内手段により、アーム部材の
先端から運動伝達部材を撓ませることなく送り出すこと
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基いて説明する。図１は本発明の実施の形態におけるロ
ボット教示装置の全体図である。図１において、１０は
実際の加工に使用する工具と同じ形状のダミー工具Ｔが
取り付けられたティーチングペンであり、このティーチ
ングペン１０には、ダミー工具Ｔの他に、このダミー工
具Ｔの姿勢を検出する後述のセンサが取り付けられてい
る。教示する際には、作業者がこのティーチングペン１
０を持ち、ダミー工具Ｔを工作物Ｗに当接させて教示作
業を行う。

【００１０】３０はティーチングペン１０の３次元空間
における座標位置の検出を行うティーチングコンパス
で、ティーチングペン１０とはワイヤ６０により連結さ
れている。このティーチングコンパスは、例えば、ワー
クを載置するテーブル付近のベッド上またはロボットの
作業エリア内への作業者の進入を防止する防護柵のロボ
ット上方の位置に固定される。

【００１１】前記ティーチングペン１０の詳細を図２に
示す。１１は作業者が把持する把持部材であり、この把
持部材１１の一端の開口部１１ａは、旋回支持部材１２
と傾斜センサＧを内部に保持する傾斜センサ支持部材１
３の接合部に取り付けられたベアリング１４により支持
され、また、他端の開口部１１ｂは、この開口部１１ｂ
に取り付けられた回転支持部材１５を介して、傾斜セン
サ支持部材１３に取り付けられたベアリング１５により
支持されている。これにより、この把持部材１１は回転
軸線Ｓ１回りに回転可能に支持されている。この把持部
材１１と傾斜センサ支持部材１３間の回転軸線Ｓ１回り
の相対角度はポテンションメータＰ１により検出できる
ようになっている。また、前記傾斜センサＧはダミー工
具Ｔの図中Ｌ−Ｒ方向の傾きを検出できるようになって
いる。

【００１２】なお、前記ポテンションメータＰ１による
角度の検出について、図２のように、使用する工具の回
転軸線と回転軸線Ｓ１が一致する場合には、把持部材１
１を回転させても工具の位置が変わらないため角度の検
出は必要がない。しかし、使用する工具の回転軸線と回
転軸線Ｓ１が一致しない場合（把持部材１１に取り付け
るダミー工具Ｔの回転軸線と回転軸線Ｓ１が一致しな
い）には、把持部材１１を回転させるとダミー工具Ｔの
回転軸線の位置も変わってしまうため、ダミー工具の位
置を把握する必要がある。この位置を把握をするため
に、ポテンションメータＰ１による角度の検出が必要と
なる。

【００１３】前記回転支持部材１５の一端には、ダミー
工具Ｔが着脱可能なチャック１７を備えるダミー工具支
持部材１８が取り付けられている。前記旋回支持部材１
２上には、円板１９がベアリング２０を介して前記回転
軸線Ｓ１に対して直交する回転軸線Ｓ２回りに回転可能
に支持されている。この円板１９にはティーチングコン
パス３０とワイヤ６０と連結されており、例えば図２の
点線で示すように把持部材１１を移動させると、円板１
９はワイヤ６０により引っ張られ回転が規制された状態
で、把持部材１１が回転軸線Ｓ２回りに回転する。この
時の把持部材１１と円板１９間の回転軸線Ｓ２回りに生
じる相対角度、すなわちダミー工具Ｔの姿勢がポテンシ
ョンメータＰ２により検出できるようになっている。

【００１４】次に、前記ティーチングコンパス３０の詳
細を図４，図５に示す。３１はベースで、このベース３
１はワークを載置するテーブル付近または作業エリア内
への進入を防止するために設けられた防護柵のロボット
上方に取り付けられる。この取り付ける位置は通常の作
業に支障のない位置にボルト３２ａ，３２ｂにより固定
される。

【００１５】このベース３１上にはベアリング３３を介
して回転台３４が回転軸線Ｓ３の回りに回転可能に支持
されている。この回転台３４の回転は、図略のボルトに
より回転台３４と一体的に取り付けられたギヤー３５
と、このギャー３５に平行な軸線回りに回転可能なギヤ
ー３６を介してポテンションメータＰ３に伝えられるよ
うになっている。これによりポテンションメータＰ３に
より回転台３４の回転位置が検出できるようになってい
る。

【００１６】前記回転台３４上には、この回転台３４の
回転軸線Ｓ３方向に延びる延出部材３７が図略のボルト
により取り付けられている。この延出部材３７には旋回
台３８がベアリング３９を介して前記回転軸線Ｓ３に直
交する回転軸線Ｓ４回りに回転可能に取り付けられ、こ
の旋回台３８の回転は図略のボルトによりこの旋回台３
８と一体的に取り付けられたギヤー４０，ギヤー４１を
介してポテンションメータＰ４により検出できるように
なっている。

【００１７】この旋回台３８上には、前記回転軸線Ｓ４
と平行な回転軸線Ｓ５と同心となるように、軸部４２が
ボルト４３により固定されている。この軸部４２には、
内部にスプリング４３を収納するスプリング収納室４４
を構成する巻取部材４５ａと蓋部材４５ｂからなる巻取
リール４５がベアリング４６，ベアリング４７により回
転軸線Ｓ５回りに回転可能に支持されている。このスプ
リング収納室４４に収納されたつる巻状のスプリング４
３は、軸部４２を取り巻くように設けられており、一端
は軸部４２に取り付けられ、他端は巻取リール４５に取
り付けられている。この構成により、巻取リール４５に
巻き付けられたワイヤ６０が引っ張られると、巻取リー
ル４５がスプリング４３の力に抗してワイヤ６０を送り
出す方向に回転し、巻取リール４５からワイヤ６０が送
出される。また、ワイヤ６０を引っ張る力が弱まると、
巻取リール４５がスプリング４３の力により巻き取るよ
うに作用し、ワイヤ６０が巻取リール４５に巻き取られ
る。

【００１８】この巻取リール４５の回転量はポテンショ
ンメータＰ５により検出できるようになっている。この
ポテンションメータＰ５の出力は巻取リール４５から送
り出されるワイヤ６０の長さに比例しており、この出力
からワイヤ６０の一端が連結されたティーチングペン１
０とティーチングコンパス３０間の直線距離を求めるこ
とができる。

【００１９】前記旋回台３８上にはワイヤ押圧部材５０
が設けられている。このワイヤ押圧部材５０は、一端が
旋回台３８上に突出して設けられた旋回軸４８に揺動可
能に取り付けられ、他端には巻取リール４５に巻き付け
られたワイヤ６０と当接するローラ４９が設けられてい
る。また、このワイヤ押圧部材５０の押圧力は押圧スプ
リング５１により調整できるようになっている。

【００２０】更に、前記旋回台３８には、ワイヤ６０を
上下，左右から挟んで案内する一対の左右案内ローラ５
２ａ，５２ｂ，上下案内ローラ５３ａ，５３ｂが設けら
れたアーム部材５４がボルト５５，５６により取り付け
られている。このアーム部材５４により回転軸線Ｓ３回
りの回転台３４の旋回半径と回転軸線Ｓ５回りの旋回台
３８の旋回半径がなるようにしている。これによりワイ
ヤ６０が弱い力で引っ張られた場合でも、アーム部材５
４とワイヤ６０の間に大きいモーメント力を発生させる
ことができ、ワイヤ６０の微小な動きに対しても回転台
３４と旋回台３８が追従できるようにしている。

【００２１】５７はバランスウェイトで、旋回台３８に
図略のボルトにより取り付けられている。このバランス
ウェイト５７により、重心アンバランストルクによるワ
イヤ６０の折れ等を防止して測定誤差を無くすと共に、
旋回台３８の回転軸線Ｓ４回りの回転の追従性を向上さ
せるために設けられている。以下、再び図１を参照して
説明する。

【００２２】７０は、前記ポテンションメータＰ１〜Ｐ
５と前記傾斜センサＧにより検出されたアナログ値をデ
ジタルのデータに変換するＡ／Ｄ変換器である。このＡ
／Ｄ変換器７０の出力は座標変換装置８０に入力される
ようになっている。この座標変換装置８０には、ティー
チングペンダント８１が接続されており、このティーチ
ングペンダント８１上には教示ボタン８２が設けられて
いる。この教示ボタン８２が押されると、この動作に同
期して、各ポテンションメータＰ１〜Ｐ５と傾斜センサ
Ｇの出力が座標変換装置８０によりサンプリングされる
ようになっている。

【００２３】この教示ボタン８２が押されると、座標変
換装置８０は、サンプリングされた各ポテンションメー
タＰ１〜Ｐ５と傾斜センサＧの出力に基づき、ティーチ
ングコンパス３０が設置された位置を基準とするティー
チングコンパス座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）におけるテ
ィーチングペン１０の教示点を求める。次に、この教示
点を、公知のキャリブレーション演算により、ロボット
Ｒが設置された位置を基準とするロボット座標系（Ｘ
ｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）から見たティーチングコンパス座標系
（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）をベクトル定義することにより、
ティーチングコンパス座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）に基
づいて作成した教示データをロボット座標系（Ｘｒ，Ｙ
ｒ，Ｚｒ）における教示点のデータに変換する処理を行
う。

【００２４】このようにして全ての教示点についてロボ
ット座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）に変換する処理が行わ
れた後、座標変換装置８０を操作することより、ロボッ
ト制御装置９０に転送され、教示データとして記憶され
る。このロボット制御装置９０には、制御対象であるロ
ボットＲと図略のオペレーティングボックスが接続され
ている。このオペレーティングボックスを操作すること
により、ロボットＲを制御するプログラムの入力，プロ
グラムの実行等の指示が行える。

【００２５】以上の構成において、バリ取り位置の教示
を行う場合について、図１に基づいて説明する。まず、
ロボット制御装置９０に接続されたオペレーティングボ
ックスを操作して教示モードに設定する。次に、作業者
によりティーチングペン１０にバリ取りを行う際に使用
する工具と同じ形状のダミー工具Ｔを取り付ける。

【００２６】次に、一方の手でティーチングペン１０を
把持し、他方の手でティーチングペンダント８１を把持
する。そして、ティーチングペン１０を操作してダミー
工具Ｔをワーク上の教示したいバリ取り位置Ｂに所望の
姿勢で位置決めした後、教示ボタン８２を押すことによ
り、この教示ボタン８２を押した時のポテンションメー
タＰ１〜Ｐ５と傾斜センサＧの出力がＡ／Ｄ変換器７０
を介して座標変換装置８０に入力される。この座標変換
装置８０では入力されたポテンションメータＰ１〜Ｐ５
と傾斜センサＧの出力から、ティーチングコンパス座標
系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の教示データを求め、この教示
データを更にロボット座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）の教
示データに変換する処理を行う。この処理により変換さ
れたロボット座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）の教示データ
は座標変換装置８０内の図略のメモリに記憶される。

【００２７】以上の操作を繰り返すことにより、ロボッ
トＲのバリ取り位置Ｂの教示が行われる。なお、このメ
モリに記憶されたロボット座標系の教示データは、全教
示点の教示が終了した時点で、座標変換装置８０を操作
することにより、ロボット制御装置９０に転送され、オ
ペレーティングボックスで設定した教示モードが自動的
に終了するようになっている。

【００２８】この実施の形態においては、各回転位置の
検出にポテンションメータを使用した例について述べた
が、このポテンションメータに変わってロータリエンコ
ーダ等の回転位置検出器を使用しても良い。また、ティ
ーチングペン１０とティーチングコンパス３０間の連結
をワイヤ６０により行っているが、帯状の線材やチェー
ンを用いても良い。

【００２９】また、ティーチングコンパス座標系（Ｘ
ｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の教示データをロボット座標系（Ｘ
ｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）の教示データに変換する処理は、全て
の教示点におけるポテンションメータＰ１〜Ｐ５と傾斜
センサＧのサンプリングが終了した後に一括して行って
も良い。以上のように、教示の際に、作業者がロボット
のアームを直接手で持って移動させなくても良く、小型
のティーチングペン１０のみを把持して教示作業が行え
るので、教示作業効率が大幅に向上する。

【００３０】また、教示作業の際にアームが邪魔するこ
とがないので、ダミー工具Ｔを所望の加工位置に容易に
移動させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、加工
位置の教示作業の際に、ロボットのアームを直接手で持
って移動することなく、作業者が把持部材を把持してダ
ミー工具を加工位置に位置決めするのみで、加工位置の
教示作業が行えるので、教示する教示点数が数百になる
場合でも作業者の教示作業時の負荷を軽減でき作業効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のロボット教示装置を説明
する全体図である。

【図２】本発明のティーチングペンの詳細を説明する図
である。

【図３】本発明の傾斜センサの検出角を説明する図であ
る。

【図４】本発明のティーチングコンパスの詳細を説明す
る図である。

【図５】図４のティーチングコンパスのＡ−Ａ断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ ティーチングペン ３０ ティーチングコンパス ４５ 巻取リール ５１ スプリング ５４ アーム部材 ５２ａ，５２ｂ 左右案内ローラ ５３ａ，５３ｂ 上下案内ローラ ６０ ワイヤ ７０ Ａ／Ｄ変換器 ８０ 座標変換装置 ８１ ティーチングペンダント ８２ 教示ボタン ９０ ロボット制御装置 Ｒ ロボット Ｔ ダミー工具 Ｐ１〜Ｐ５ ポテンションメータ Ｇ 傾斜センサ Ｂ バリ取り位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットに取り付けられた工具の加工位
   置を記憶するため、工具の位置とその姿勢を教示するロ
   ボットの教示装置において、 前記工具と同形状で、前記工具とは別に設けられたダミ
   ー工具と、 このダミー工具に設けられ、このダミー工具の３次元方
   向の姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記ダミー工具に一端が取り付けられた運動伝達部材
   と、 前記運動伝達部材の他端が接続され、この運動伝達部材
   の動きに追従して動作すると共に、運動伝達部材の３次
   元方向の動きを検出して、ダミー工具の３次元空間にお
   ける座標位置を検出する３次元座標位置検出手段と、 前記姿勢検出手段と前記３次元座標位置検出手段の出力
   から、この３次元座標位置検出手段が取り付けられた座
   標系における前記ダミー工具の教示データを求め、この
   教示データを前記ロボットが設置されたロボット座標系
   における教示データに変換する変換手段を設けたことを
   特徴とするロボットの教示装置。
2. 【請求項２】 前記３次元座標位置検出手段は、前記運
   動伝達部材を巻き取る巻取手段と、前記運動伝達部材の
   送りを案内する案内手段と、この案内手段を支持すると
   共に前記運動伝達部材の送り方向に延びるアーム部材を
   備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボットの教
   示装置。