JPH0947989A

JPH0947989A - ロボット作業教示装置

Info

Publication number: JPH0947989A
Application number: JP22261995A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hasunuma; 仁志蓮沼; Toshiyuki Idoko; 利之井床; Kiyoshi Ioi; 清五百井; Takashi Katsuragawa; 敬史桂川; Jun Fujimori; 潤藤森; Kenichi Murai; 謙一村井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2015-08-08
Also published as: JP2665897B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットの作業教示のため、ロボットの腕を
動かさずに、ワークあるいはそのモデルの表面を倣いな
がら操作して、作業工具の経路と姿勢およびワーク表面
にかける力を純粋に指示するロボット作業教示装置。【構成】作業教示装置を対象物に押し付ける力を測定
して出力する力センサを有する力覚センサ部と、作業教
示装置の位置と姿勢を測定して出力する姿勢センサを備
える姿勢センサ部と、力センサと姿勢センサからの測定
信号を出力する時点を指示するスイッチ部とを備えるこ
とを特徴とするロボット作業教示装置。姿勢センサは互
いに直交する方向に巻いた３個の検出コイルからなり、
外の一定位置に据えられる磁場発生装置から発生する磁
場の変化に応じてそれぞれの検出コイルに誘導される電
流を独立に検出できるようになものであってよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、力作業ロボットに
動作経路と接圧を教示する作業教示装置に関し、特にロ
ボットの腕と共に動かすことなくワークの被加工面で直
接的に作業の教示をすることができる教示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットにその動作を教示するた
めに用いられる方法には、作業者がティーチングボック
スを用いてロボットを作業に必要な位置と姿勢に動かし
て各関節の目標データを記憶させるようにするか、ＣＡ
Ｄ等を利用してシミュレーションにより動作プログラム
を作成する間接的な教示方法があった。このような間接
法では、操作ボタンの操作ミスやモデルの誤差等により
ロボット自体やロボットに取り付けられるエンドエフェ
クタ等を周囲の物体に衝突させ破損させることが多く危
険である。モデルの誤差を補償するために実環境でのキ
ャリブレーションを必要としたり、教示にはロボット操
作の知識と技能が必要とされ、特に曲面のなぞりなどは
困難で、作業者の熟練が要求され作業者が限定されると
いう欠点があった。

【０００３】このような欠点を克服して誰が教示しても
他の物体との衝突を避けることができるような方法とし
て、直接的に教示する方法が提案されている。直接法の
一例として、作業者がロボット先端のエンドエフェクタ
を持って動かす方向に力を加えると、エンドエフェクタ
の根元側に設けた力覚センサがその力の方向を検知して
その方向にロボットを移動し、その軌跡を記憶すること
により経路を教示する方法がある。このような目的に用
いる力覚センサは、エンドエフェクタや把持対象物の荷
重に耐えしかも作業者の加える力を検出する感度を有す
る必要がある。特開平４−３７２３８４号公報はエンド
エフェクタやワークの荷重を受けずに作業者の加える力
のみを検出する能力を持つ力覚センサを利用したロボッ
トの経路教示装置を開示している。しかし、この方法に
おいても作業者がロボットの腕を直接動かして教示する
ため、ロボット制御の異常により暴走して思わぬ事故に
なる可能性が絶無ではなかった。

【０００４】また、ロボットに研削や研磨、バリ取りな
ど作業工具を用いたワークの加工や組立てなどの力作業
を行わせる場合に、上記の経路教示方法では、ロボット
のエンドエフェクタの移動経路を教示することはできて
も、ワークの被加工面に力作業を施す力制御ロボットに
対して所望の力がワークに作用するように教示すること
はできない。このような力制御ロボットに対する教示装
置について、特開平７−６０６０６号公報が、ロボット
機構部の手首部に力センサを介して作業工具を取り付け
力制御に基づき該作業工具で力作業を行う力制御ロボッ
トにおいて、作業工具に対して一定の位置関係に固定さ
れたローラ付きプローブを備えたものを開示している。
該発明によれば、ワークの各教示点においてグラインダ
など作業工具が所定の姿勢を取る必要があるときにも、
このプローブで被加工面を倣わせて工具の姿勢を設定す
ることができるため、容易に経路を直接教示できるとさ
れている。しかし、この方法においても、ロボットに教
示するのはロボットに取り付けた作業工具の経路、すな
わち位置と姿勢であって、ワークの被加工面に対する接
圧あるいは荷重については予めプログラムされた値と力
センサの出力を比較することで別途に制御するものであ
る。

【０００５】作業工具の作用力を教示するためには、ロ
ボットの手先に力覚センサを設けておき、作業者がその
手先を手にとって被加工面を倣いつつその局面局面で必
要とされる力を加えて見せて、これを力覚センサで検出
して記憶させる方法が考えられる。しかし、この方法も
大型ロボットや大きい負荷を扱うロボットでは人が工具
の作用力として印加しようとした力だけを精度よく抽出
して検出することは困難である。例えば表面研磨をする
場合のように、ロボットの手先が単に決められた経路を
辿ればよいのではなく、対象物の位置に対応した適切な
力を必要とするような場合には、正確にその力を教示す
ることは極めて困難であった。すなわち、ロボットの手
を取ってワークの表面を倣うようにしたときに同時に表
面を擦る力を教えようとしても、ロボットの腕を引きず
り回すのに必要な力がそれに重畳するため、真に表面処
理のために必要となる力を分離して教示することになら
ないからである。したがって、実際には作業者が直接手
先を操作できる大きさのロボットの手先を単純な平面に
一定の力で押し付ける場合に限られていた。

【０００６】また、実際のロボットの腕を持って教える
方法でなく、経路・軌道を空間座標として与えたプログ
ラムに基づいて腕・手先を動かすように構成される間接
的なロボット作業教示装置の場合においても、作業工具
の作用力についてはその姿勢毎の力の按配が作業者の経
験に左右される場合も多く定量的に数値として指示する
ことが困難であった。結局、適切な作用力をロボットに
教えるためには、人間がロボットから分離した作業工具
を手に持って実際のワークの表面を押しつけながらロボ
ットにそれを再現させるようにすることが最も単純でか
つ妥当であることは明らかである。しかしこのためには
ロボットの手先と教示装置の対応関係が確立されている
必要があり、先に説明したとおり実際にそのような教示
方法はなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、ロ
ボットの手先の経路を教示すると共に、教示のためにロ
ボットの腕を動かさず、ワーク表面にかける力を純粋に
指示するロボット作業教示装置を提供することを目的と
する。また、本発明は、ロボットの腕と物理的に分離し
てワークのモデルあるいは実物の表面を倣い、かつその
間に表面に押しつける押圧を検知して教示装置の経路と
姿勢およびその位置における押しつけ力をロボットに再
現させることを特徴とするロボット作業教示装置を提供
することを目的とする。さらに、ロボットを実環境下で
直接操作することなく、ロボットが力制御のために有す
る力覚センサを利用せずに、別体の教示装置をワークに
押し付けてロボットに作業教示をすることにより、どの
ようなサイズのロボットに対しても使用できるロボット
作業教示装置を提供することを目的とする。また、ロボ
ット自体の操作を必要としないことにより、ロボット操
作の技能を要求しない教示装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のロボットの作業教示装置は、力覚センサ部
と姿勢センサ部とスイッチ部とを備え、力覚センサ部が
作業教示装置を対象物に押し付ける力を測定して出力す
る力センサを有し、姿勢センサ部が位置と姿勢を測定し
て出力する３次元センサを備え、スイッチ部が力センサ
と３次元センサからの測定信号を出力する時点を指示す
ることを特徴とする。また、力覚センサ部はさらに先端
に回転自在のボールを有する力伝達棒を備えてもよい。
さらに、３次元センサが直交するように配置された３個
の検出コイルからなり、作業教示装置の外部に備える複
数の励磁コイルにより個々の検出コイルに誘導される電
流から位置と姿勢を算出するものであるとよい。また、
作業教示装置の外形が手で握ることができるように形成
されていることが好ましい。３次元センサが位置測定器
とジャイロを含み、位置測定器により作業教示装置の位
置を測定しジャイロによりその姿勢を測定するものであ
ってよい。

【０００９】上記課題を解決するため、本発明のロボッ
トの作業教示方法は、力覚センサ部と姿勢センサ部とス
イッチ部とを備え、力覚センサ部が作業教示装置を対象
物に押し付ける力を測定して出力する力センサを有し、
姿勢センサ部が位置と姿勢を測定して出力する３次元セ
ンサを備え、スイッチ部が力センサと３次元センサから
の測定信号を出力する時点を指示することを特徴とする
ロボット作業教示装置を、ロボットに取り付ける作業工
具が対象物の被加工面における経路をたどりながら、そ
の位置における前記作業工具の姿勢と前記作業工具の押
し付け力を有するように押し付けつつ教示することを特
徴とする。また、さらに、作業教示装置をロボット手先
の作業工具位置に当ててその位置における位置・姿勢を
測定することにより、作業教示装置の出力と作業工具位
置との対応関係を校正することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のロボットの作業教示装置
は、作業教示装置を対象物に押し付ける力を測定して出
力する力センサを有する力覚センサ部と、位置と姿勢を
測定して出力する３次元センサを備える姿勢センサ部
と、力センサと３次元センサからの測定信号を出力する
時点を指示するスイッチ部とを備えるもので、ロボット
の手先に拘束されていない。ロボットの作業教示を行う
ときには、ロボットが作業しようとするワークからロボ
ットの手をどけてワークの表面上にアクセスしないよう
にした上で、作業者が作業教示装置を握ってワークの被
加工面上に当て、ロボットが辿るべき経路に沿って作業
教示装置を動かしながら、要所要所で作業工具が取るべ
き姿勢と工具がワーク表面を押し付ける力を発生させ
る。すると、３次元センサがその作業教示装置の位置と
姿勢を検出し、力センサが押し付け力を検出して、それ
ら情報を制御装置に伝達する。この情報取得点は作業者
がスイッチ部を操作することで指示することができる。

【００１１】ロボットの制御装置は、ロボットの手先と
は独立した位置等の情報として取得する作業教示装置の
移動経路に沿った位置・姿勢・力の情報を手先に付ける
作業工具の位置・姿勢・力に対応する経時的情報に変成
して、これに従ってプレーバックする。作業教示装置か
ら取得される位置・姿勢・力の情報は、ロボットの手先
に付けられる作業工具の位置・姿勢・力と正しく対応が
取れなければ、作業教示装置で教えた作業をロボットが
期待した通り繰り返すことができない。このため、作業
教示装置の位置測定基準点とロボット手先の位置制御基
準点を正確に対応させる必要がある。これらの対応関係
をより精度よく把握するためには、作業教示装置をロボ
ットの作業工具取り付け位置に置いてキャリブレーショ
ンを行うことが好ましい。

【００１２】作業教示装置を用いて実作業空間内で作業
者が作業を再現してロボットに位置・姿勢・加える力を
教示する方法として、上記のように手元スイッチの操作
によりその時点における作業教示装置の位置・姿勢・加
えている力を測定し入力して作業目標点・印加力とする
以外に、作業者が作業教示装置を移動させて操作するの
に従って、連続的にその位置・姿勢・力を測定して、こ
れらデータを逐次、時系列的に取り込んで記憶する方法
もある。この場合には、教示作業中を表すスイッチを押
圧している間、データの連続取り込み保存をするように
する。また、ロボット手先に装着した工具を連続的に動
作させるのではなく、状況に応じて休止したり動作させ
たりする必要がある場合には、その位置やタイミングを
指示するための手元スイッチを装備するようにする。な
お、ロボットの手先にロボットハンドを装備する場合に
は、手元スイッチを操作することにより、ロボットハン
ドを開閉するタイミングや位置を教示するようにするこ
とができる。上記スイッチ類の操作を音声で指示するよ
うにすることも可能であって、この場合は別に音声認識
機能を起動するための手元スイッチを備えるようにす
る。また作業内容を工程に沿って逐次音声で指示して作
業工程を定めたプログラムとすることも可能である。な
お、音声による指示を可能とするためには、音声認識機
能には入力音声とロボット機能を予め対応付けておく必
要がある。

【００１３】なお、上記のようにして取り込まれる位置
・姿勢・力のデータは数値入力装置を介してより正確な
値に修正することができる。また、値が正しくない場合
には、その部分について作業教示装置を操作してデータ
を再入力することにより訂正する機能を付与することも
できる。さらに、例えばＸ軸に沿ったデータを取得する
場合に不要となるＹ軸成分など、入力したデータの成分
のうち不合理な部分があるときにそれを削除したり、影
響を軽減するために圧縮したりする機能を付属させるこ
とができる。また、ある動作を教示するときに教示作業
に必要な時間とロボットの作業実行時間は同じでないこ
とは勿論、単なる比例関係にあるわけでもない。例え
ば、作業工具の姿勢変化がある部分では位置・姿勢を慎
重に確定する必要があり作業教示に時間がかかるが、平
坦部を等速で同じ力で研磨する場合などは作業教示は実
作業時間と同じ時間かける必要はない。このような場合
に、ロボット手先の位置・姿勢毎に適応する実作業時間
を指示するため、教示内容を編集することができる。

【００１４】時系列的に連続したデータを記憶する場合
には、取得したデータから作業プログラムに必要な目標
位置および目標とする力のデータを抽出し、これらを用
いてプログラムを作製するように構成することができ
る。また、入力データが不必要な動揺を示す場合や、ロ
ボットハンドが動作する軌道上の作業目標点として入力
されている点同士を連結するために、データ変化を滑ら
かに加工して追従性を高める機能を備えることができ
る。さらに、作業の必要に応じて力制御方式と位置制御
方式を切り替える場合には、作業教示装置のスイッチを
介してその時期を指定することができる。このように、
本発明の作業教示装置によれば、ロボットの手先の位置
検出機構や力検出機構を用いないで別の装置を用いるた
め、ロボットの操作をする必要がない。したがって、ロ
ボット操縦に馴れていない者でも何の困難もなく経路を
教示することができ、またロボットの大きさに関係な
く、工具自体に必要とされる力そのものを教示すること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明のロボット作業教示装置を実施
例に基づいて図面を用いて説明する。図１は、本発明の
ロボットの作業教示装置の一実施例を示す略図である。
図１において、本発明実施例の作業教示装置１は力覚セ
ンサ部２と姿勢センサ部３とスイッチ部４とからなる。
力覚センサ部２は、抵抗線歪みゲージ、圧電素子、磁歪
素子等を利用して力を測定する力センサ２１と、このセ
ンサと結合し先端にボール２２を有する力伝達棒２３を
備え、ワーク５の被加工面へ教示装置１を押し付ける力
を測定して力測定信号を出力する。

【００１６】姿勢センサ部３は、作業者が手で握りやす
い太さを有し表面には滑り止めの凹凸が付いていて、内
部に作業教示装置１の位置と姿勢を検出する３次元セン
サ３１を備えている。本実施例では３次元センサ３１と
して、マクダネル・ダグラス社の３ＳＰＡＣＥディジタ
イザー（商品名）を用いた。この３次元センサ３１は互
いに直交する方向に巻いた３個の検出コイルからなり、
外の一定位置に据えられる磁場発生装置６から発生する
磁場の変化に応じてそれぞれの検出コイルに誘導される
電流を独立に検出できるようになっている。磁場発生装
置６はやはり互いに直交する方向に巻いた３個の励磁コ
イル６１を備え、各コイルに時分割的に所定の電流を流
すことにより３個の励磁コイル６１が順次励起されると
きにそれぞれ異なる磁場を３次元センサ３１の位置に発
生するため、３次元センサ３１の各検出コイルにはその
変化に応じて異なる誘導電流が生じる。その誘導電流は
磁場発生装置６の励磁コイル６１と姿勢センサ部３の検
出コイル３１の相対的位置関係により決まり、逆に各検
出コイル３１の誘導電流の値から両者間の距離とコイル
面の間の角度が求められる。すなわち、磁場発生装置６
に対するセンサコイル３１の相対的位置、ひいては作業
教示装置１の位置と姿勢が求められることになる。

【００１７】スイッチ部４は、押しボタンスイッチがい
くつか設けられている。第１のボタン４１は、作業者が
教示を開始するときに押すと教示の開始を報知するため
のボタンである。第２のボタン４２は、作業者がワーク
５の被加工面を倣いながら適当な位置で押すと、その位
置における教示装置１の姿勢と被加工面に対する押圧を
入力してこれらデータを出力するためのボタンである。
第３のスイッチ４３は、教示工程を終了することを報知
するためのボタンである。

【００１８】次に、上に説明した本発明の実施例におけ
るロボットの作業教示装置の使用方法を図２と図３を用
いて説明する。図２は、例えば研磨作業をするロボット
に作業を教示するときの状態を示す図面である。ロボッ
ト７は、制御装置７１と多関節腕７２、及び腕の先端に
設けた手先７３を備え、手先７３に作業工具７４をセッ
トしてワーク５に対する作業を施すものである。手先７
３には作業工具７４がワーク５に作用する力を検出する
ための力覚センサ７５が設置されている。

【００１９】ロボット７に研磨作業をさせる場合は、研
磨材を固着した研磨工具７４をロボットの手先７３にセ
ットし、定盤上に固定したワーク５の加工面を予め決め
られた経路に従って研磨する。研磨作業において、ワー
ク５の被加工面から研磨工具７４に加わる反力は力覚セ
ンサ７５で検出してフィードバックし、工具の押し付け
力の制御に利用される。ワーク５の被加工面が平坦で工
具の押し付け力を変化させる必要がない場合にはロボッ
トの手先７３の動きや工具７４の押し付け力の制御はさ
ほど困難はない。しかし、ワーク５の形状が複雑である
ときは、研磨工具７４の位置ばかりでなく姿勢も被加工
面に適合して絶えず変化させる必要があり、また押し付
け力も位置姿勢に対応して適切な値が変化する。こうし
た値をロボットの制御装置７１に教示するには、ワーク
５の被加工面を実際になぞりながら各位置における工具
の姿勢と適合する力を教えるのが最も適している。しか
し、ロボットの手先７３を作業者が手で導いて教示する
のでは、ロボット手先を移動させるための負荷が加わ
り、研磨工具７４が被加工面に及ぼすべき力を純粋に抽
出して指示することが困難である。

【００２０】本発明の作業教示装置１は、ロボットの腕
７２をワーク５の部分から逸らして空いた被加工面上を
経路に従ってなぞりながら、適当な位置毎に作業工具７
４のあるべき姿勢と押し付け力を指示するものである。
これらの指示データはＣＡＤデータベース化した後に、
あるいは直接に、ロボットの制御装置７１に送られて、
ロボット７のプレイバック制御に用いられる。

【００２１】図３は、教示手順の例を示すブロック図で
ある。実際に取りうる手順の１例を説明すると、まず、
作業者が作業教示をする前にロボット７を操作してワー
ク位置から腕をどかしロボットを待機状態に待避させ
て、ロボット７の制御装置７１に制御動作を停止させる
（Ｓ１）。教示装置１を握って第１ボタン４１を押し教
示作業の開始を告知すると、ロボット７の制御装置７１
は教示データを取り込む体制を作る（Ｓ２）。作業者が
教示装置１をワーク５の被加工面上で作業工具７４が初
めにとるべき位置に当てて第２ボタン４２を押すと、教
示装置１はその位置における作業工具７４のあるべき位
置、姿勢、押圧を測定して出力する。これらデータはＣ
ＡＤ用コンピュータあるいは制御装置７１に供給され
る。続いて教示装置を次の位置に動かし、適当な姿勢を
取らせて被加工面に押し付け第２ボタン４２を押すと、
教示装置１は再び位置、姿勢、押圧を測定して出力す
る。こうして必要な経路を辿り終わるまで、次々と教示
装置１をワーク５の被加工面に沿って移動しながら作業
工具７４のあるべき位置、姿勢、押圧を測定して出力す
る（Ｓ３）。ロボット７はこれらの位置における姿勢と
押圧を入力して、ロボットの手先７２がその姿勢と押圧
をもってその位置を通過するようにするプレーバックプ
ログラムを制御装置７１内に構築して記憶する。教示す
べき経路の最後の位置で第３ボタン４３を押すと作業教
示工程は終了する（Ｓ４）。

【００２２】次に、第４ボタン４４を押して位置校正工
程の開始を告知し、作業教示装置１をロボット手先７３
の作業工具７４の位置に置いて第２ボタン４２を押す。
すると、その時の作業教示装置１の位置情報信号が、ロ
ボットの制御装置７１からの制御信号に基づいて実際に
その位置・姿勢を取っている作業工具７４の位置・姿勢
に対応することになるから、ふたつの情報信号間の校正
が行われる（Ｓ５）。こうして、ロボット作業教示工程
が終了する。本発明の作業教示装置１でロボット７の作
業手順を決めるとそのデータはロボットが実施できるよ
うな命令語群としてロボットに指示する機構が、ロボッ
トの制御装置７１あるいは別のＣＡＤ装置（図示しな
い）に備えられている。ここで、作業教示時のワーク５
に関する基準点とワーク５をロボット７にセットしたと
きの基準位置と対応させて作業を繰り返させるプログラ
ムが作成される。あとは、ロボット制御装置７１が、こ
のキャリブレーション情報に基づき、ロボットの手先７
３が新たに教示された通りの経路をたどり、手先に付け
た作業工具７４がそれぞれの位置において決められた姿
勢を取って指示された通りの押し付け力を発生するよう
にプレーバックすることができる。

【００２３】作業工具７４の位置と姿勢は、一定位置に
据えられた磁場発生装置６と姿勢センサ部３のセンサコ
イル３１の働きにより測定される。磁場発生装置６では
直交する３個のコイル６１のそれぞれに順次一定の交流
電流を印加する。第１のコイルに電流が流れるときに発
生する電磁場により直交する３個のセンサコイル３１に
誘導される電流はセンサコイルの面を交差する磁束に比
例するから、発生する電磁場の分布と、磁場発生装置６
と姿勢センサ部３の距離と、センサコイル３１の向きの
関数になる。これを磁場発生装置６の直交する３個のコ
イル６１について繰り返すことにより、センサコイル３
１の位置・姿勢が有する６自由度を確定することができ
る。このように、姿勢センサ部３のセンサコイル３１と
磁場発生装置６のコイル６１は作業教示装置１の３次元
位置測定装置を構成している。上記では発生電磁場は同
じ場所から時間的に向きを変えて発生させるものである
が、２個以上の発生装置を異なる場所に設置してそれぞ
れの場所から発生するのでもよい。ただしこの場合も励
磁コイルを同時に励起しないようにする必要がある。検
出コイルが複合された磁場の効果を測定することになる
からである。なお、磁場発生装置６の位置は作業教示装
置１の位置を定めるための基準点となるので、磁場発生
装置６は例えばロボットの制御装置内に配置することが
好ましい。しかし、姿勢センサ部３と磁場発生装置６の
間に磁束分布に影響を与えるような物体が介在すると発
生する電磁界が乱れて正確な測定ができなくなるため、
鉄板で保護された筐体の中に磁場発生装置６を収納する
ことはできない。このような場合は、磁場発生装置６の
位置を基準とした位置・姿勢のデータをロボット７の中
に設けた基準位置に座標変換して使用する。

【００２４】また、作業者が作業教示装置１をワーク５
の被加工面に押し付けることにより指示する作業工具の
押し付け力は、力検出棒２３を介して力覚センサ部２の
力センサ２１により測定される。力検出棒２３の先端に
はボール２２が回転可能に埋め込まれているため、力セ
ンサ２１は表面摩擦により生ずるずれ方向のモーメント
を受けず被加工面への垂直方向の力を直接に測定するこ
とができる。このため、作業教示装置１をワーク５の被
加工面に押し付けて移動しながら、連続的に押し付け力
の指示をすることも可能となる。作業教示装置の移動方
向を決めておけば、ボール２２の代わりに移動方向に回
転する車輪を用いてもよい。

【００２５】なお、作業者が手押しで作業教示装置１を
移動するため、意図する軌道を正確に辿ることができな
いおそれがあるが、作業教示装置１からの位置・姿勢デ
ータを制御装置側で加工することにより、必要な軌道上
のデータに変換することもできる。例えば、Ｘ軸に沿っ
た位置データを求める場合に、手動操作した結果実際に
測定される左右に動揺した位置データからＹ軸成分を除
去してＸ軸方向のみのデータにすることは演算機能を備
えた制御装置等にとって何の困難もない簡単な作業であ
る。また、作業者が作業教示装置１を被加工面に押し付
ける力を一定の倍率で増減して、実際のロボットの作業
に使用することは、力センサや力変換器の感度を調整し
たり、制御装置７１などで測定値に所定の倍率を掛ける
ことにより容易に実施することができる。

【００２６】上記実施例では作業教示の後でキャリブレ
ーションを行うものとしたが、作業教示前にあるいは随
時に、作業教示装置１をロボット手先７３の作業工具７
４の位置に置いてキャリブレーションを行って、ロボッ
トの手先７３と作業教示装置２との対応関係を確定する
ものであってもよいことはいうまでもない。さらに、作
業教示装置１が設置されたロボット手先７３を適当に動
かして作業教示装置１の出力を検査し、作業工具７４の
位置・姿勢・押し付け力と、作業教示装置１の位置・姿
勢・押し付け力との対応関係を確定することができるよ
うに構成すれば、プレーバックの精度を向上させるため
に大きな効果がある。

【００２７】作業教示装置１の位置及び姿勢を測定する
方法には、上記実施例の磁気センサを用いるほかにも、
作業教示装置に定めた２カ所の特定部分の３次元位置を
光学的な視覚センサにより測定する方法や超音波による
位置センサを利用する方法、あるいは作業教示装置内の
１カ所について３次元位置を測定するものとジャイロを
内蔵して作業教示装置の姿勢を検出するものと併用して
測定する方法などがある。

【００２８】なお、上記実施例では、筒状をした作業教
示装置１の姿勢センサ部３を作業者が片手で握って縦方
向に押し付けながら作業教示をする構成になっている
が、塗り鏝のように横から握って横方向に押し付けるよ
うになっていてもよい。また、図４および図５に示した
ように、ループ状に形成した把持部８を設け、把持部８
を握った手の手のひらで作業教示装置１を矢指する方向
に強く押し付けて力覚センサ部２に備える力覚センサに
より押し付け力を測定するようにしてもよい。この場
合、スイッチ類４５は握った手で操作できるように配置
することも可能である。磁気センサは作業教示装置１の
位置・姿勢をより正しく反映するため把持部８内に装着
することが好ましい。なお、大型で力を要する作業工具
を対象とする場合には、図６のように本体の両脇に握り
部分８を取り付け、これを両手で握って体重をかけなが
ら矢指方向に押しつけるようにすることができる構造で
ある方が好ましい。この場合、磁気センサは本体部に装
備し、力覚センサは本体から突起した力覚センサ部２に
装備される。さらに、ワークの狭い凹み部分を加工する
工具を用いた作業を行うロボットに対しては握り棒の先
端に小さいセンサ部を設けてセンサ部を狭所に差し込ん
で使用するような作業教示装置が必要となる。このよう
に作業教示装置の形状は実際に使用される作業工具に対
応して種々の形態をとりうるが、その機能と作用には変
わりがない。

【００２９】また、ロボットの手先が通過する経路を指
示するために、要所要所の通過点のデータで指示する方
法と連続的な経路として教示する方法があるが、これら
をスイッチ部４に設けたボタンで選択できるようにして
もよい。なお、スイッチ部４は教示装置１と一体に構成
して片方の手だけでも操作できるようになっているが、
スイッチ部４を教示装置１と別体とすることにより、教
示装置１を握る手と反対の手で教示位置を指示するよう
にすることも可能である。また、上記実施例ではボタン
型のスイッチを利用しているが、設計上の工夫により引
き金型のスイッチなど種々の形式のスイッチが利用でき
る。スイッチ部４のボタン類は機能を複合することによ
り省略することができる。たとえば、作業教示の開始と
終了は作業教示していない時に押せば開始を意味し、教
示中に押せば終了を意味するものとすれば独立させる必
要はなく１個のスイッチで機能を達成する。また、スイ
ッチを押すことで音声認識装置を稼働させて言葉により
指示するようにすることも、さらには物理的なスイッチ
の代わりに音声認識装置をもってスイッチに代えること
も可能である。本実施例では、本発明の作業教示装置を
多関節型ロボットに用いた場合について図示し説明して
いるが、その他の任意の形式のロボットに適用できるこ
とはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】本発明のロボット作業教示装置は、ロボ
ットの腕と物理的に分離しておりロボットの腕と共に動
かすことなく、ワークのモデルあるいは実物の被加工面
を倣いつつ、直接的にロボットの手先の経路と姿勢を教
示すると共に、作業工具がワーク表面にかける力自体を
純粋に指示することができる。さらに、ロボットを実環
境下で直接操作することなく、ロボットの力覚センサを
利用せずに教示装置をワークに押し付けてロボットに作
業教示をすることができるから、どのようなサイズのロ
ボットに対しても使用でき、かつ、ロボットの異常作動
による事故のおそれがない。また、ロボットの操作を必
要としないから、教示を行う作業者にロボット操作の技
能を要求しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットの作業教示装置の一実施例を
示す略図である。

【図２】本発明の作業教示装置により、ロボットに作業
を教示するときの状態を示す図面である。

【図３】図３は、教示手順の例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１作業教示装置２力覚センサ部３姿勢センサ部４スイッチ部５ワーク６磁場発生装置７ロボット２１力センサ２２ボール２３力伝達棒３１３次元センサ４１、４２、４３、４４押しボタンスイッチ６１励磁コイル７１制御装置７２多関節腕７３手先７４作業工具７５力覚センサ

【手続補正書】

【提出日】平成７年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】本発明の教示手順の例を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明のロボットの作業教示装置の第２の実施
例を示す略図である。

【図５】本発明のロボットの作業教示装置の第３の実施
例を示す略図である。

【図６】本発明のロボットの作業教示装置の第４の実施
例を示す略図である。

【符号の説明】１作業教示装置２力覚センサ部３姿勢センサ部４スイッチ部５ワーク６磁場発生装置７ロボット８握り部分２１力センサ２２ボール２３力伝達棒３１３次元センサ４１、４２、４３、４４押しボタンスイッチ４５スイッチ６１励磁コイル７１制御装置７２多関節腕７３手先７４作業工具７５力覚センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五百井清千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者桂川敬史千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者藤森潤千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者村井謙一千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】力覚センサ部と姿勢センサ部とスイッチ
部とを備えロボットの手先から分離して使用する作業教
示装置であって、前記力覚センサ部が該作業教示装置を
対象物に押し付ける力を測定して出力する力センサを有
し、前記姿勢センサ部が位置と姿勢を測定して出力する
３次元センサを備え、前記スイッチ部が前記力センサと
前記３次元センサからの測定信号を出力する時点を指示
することを特徴とするロボット作業教示装置。
【請求項２】請求項１記載のロボット作業教示装置で
あって、前記力覚センサ部はさらに先端に回転自在のボ
ールを有する力伝達棒を備えることを特徴とするロボッ
ト作業教示装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のロボット作業
教示装置であって、前記３次元センサが直交するように
配置された３個の検出コイルからなり、作業教示装置の
外部に備える複数の励磁コイルにより個々の検出コイル
に誘導される電流から位置と姿勢を算出するものである
ことを特徴とするロボット作業教示装置。
【請求項４】請求項１または２に記載のロボット作業
教示装置であって、前記３次元センサが位置測定器とジ
ャイロを有し、前記位置測定器により該作業教示装置の
位置を測定し前記ジャイロによりその姿勢を測定するも
のであることを特徴とするロボット作業教示装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のロ
ボット作業教示装置であって、該作業教示装置の外形が
手で握ることができるように形成されていることを特徴
とするロボット作業教示装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のロ
ボット作業教示装置を前記ロボットに取り付ける作業工
具が前記対象物の被加工面における経路をたどりなが
ら、その位置における前記作業工具の姿勢と前記作業工
具の押し付け力を有するように押し付けつつ教示するこ
とを特徴とするロボット作業教示方法。
【請求項７】請求項６記載のロボット作業教示方法で
あって、さらに、該作業教示装置を該ロボット手先の作
業工具位置に当ててその位置における位置・姿勢を測定
することにより、該作業教示装置の出力と該作業工具位
置との対応関係を校正することを特徴とするロボット作
業教示方法。