JPH0241843A - 作業軌跡の倣い教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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をとる産業川口
ボットや作業機械の作業軌跡の倣い教示方法に係わり、
特に教示作業に要するオペレータの負担軽減に好適な作
業軌跡の倣い教示方法に関する。

〔従来の技術〕

−ｉＤにティーチングプレイバック方式の基本は、ロボ
ットにやってもらいたい作業の手順を何らかの方法で予
めロボットに教え込むことにある。その教示内容の１つ
に、ロボｙ　ｌ・の手首部に収り付けられている１ヤ業
工具の位置及び姿勢を決定する各軸の位置制御情報があ
る。この位置情報を教示する方法として、ワーク表面上
の作業軌跡に沿って作業工具を移動させる倣い制御方法
があり、これには、ロボットアーム先端にティーチング
ハンドル等の操作手段を収り付け、人間かこのハンドル
を持って直接ロボット本体を動かしながら教え込む方式
と、ティーチングボックス等によりロボｙ　ｈ本体をリ
モーｌ〜コントロールする方式がある。

またＣＡＤデご夕等を利用するオフラインティーチ方式
や、三次元形状測定機等を利用し、ワーク形状のデータ
情報を得て教示を行う方法もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の倣い教示方法は、いずれの方式にせよ、人間
の視覚をたよりに目標位置を教示するため、ロボットの
微動操作に多大の労力と時間を要するという問題かあっ
た。またオフラインティーチ方式はＣＡＤデータ等を利
用することにより教示時間を短縮することはできるが、
ワーク形状のデータか既知の情報でなくてはならず、さ
らにその既知の情報と実際のワーク形状の誤差等は避け
ることができない。

二次元形状測定機等を利用してワーク形状のデータ情報
を得る場合も、そのままの測定情報を入力すると、教示
データが過剰となる。

本発明の目的は、教示作業に要するオペレータの負担を
軽減し、作業効率の向上を図ることのできる作業軌跡の
倣い教示方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、作業工具にかかる反力を検出する多軸力セ
ンサを設け、作業工具がワーク表面に最初に接触した点
を最初の基準点として、そのときに作業工具にかかる反
力を前記多軸力センサにより検出し、その力信号から該
基準点でのワーク表面法線ベクトルを演算すると共に、
該基準点を教示始点として教示データを記憶装置に格納
し、作業工具を作業軌跡上の倣い方向にある址たけ移動
してそのときの接触点におけるワーク表面ベクトルを同
様に演算した後、前記基準点のワーク表面ベクトル方向
と現接触点でのワーク表面法線ベクトル方向との角度差
を演算し、その値が予め設定した角度以下の場合は再び
作業工具を移動して同様にワーク表面法線ベクトル方向
の角度差を演算し、ワーク表面法線ベクトル方向の角度
差か前記設定角度を越えた場合は現接触点を新たな基準
点として、少なくともその新基準点を教示点として教示
データを記憶装置に格納することを特徴とする作業軌跡
の倣い教示方法によって達成される。

ここで、前記ワーク表面法線ベクＩ−ル方向の角度差か
前記設定角度を越えた場合、前記新基準点より１つ前の
接触点が前記最初の基準点でなければ、当該ｔつ前の接
触点と新基準点の両方を教示点として教示データを記憶
装置に格納し、新見ｉシ：点より１つ前の接触点か前記
最初の基準点である場合は新基準点のみを教示点として
教示データを記憶装置に格納することができる。

また、前記ワーク表面法線ベクトル方向の角度差が前記
設定角度を越えた場合、前記新店Ｈ（ｒ点より１つ前の
接触点が前記最初の基準点でなくかつ該１つ前の接触点
のワーク表面ベクトル方向と新基準点のワーク表面法線
ベクトル方向との角度差が予め設定した角度を越えた場
合は、当該１つ前の接触点と新基準点の両方を教示点と
して教示データを記憶装置に格納し、それ以外の場合は
新基準点のみを教示点として教示データを記憶装置に格
納することができる。

〔作用〕

このように構成された本発明においては、最初の基準点
のワーク表面ベクトル方向と現接触点でのワーク表面法
線ベクトル方向との角度差が予め設定した角度を越えた
場合は、現接触点を新たな基準点として、少なくともそ
の新基準点を教示点として教示データを記憶装置に格納
することにより、作業工具を作業軌跡に沿って移動させ
るだけで教示点か自動的に生成され、教示操作が行える
。

従って、人間の視覚にたより目標位置を教示する必要か
なく、また教示データを格納する操作も必要としないの
で、オペレータの労力を著しく軽減でき、かつ教示にか
かる時間を短縮できる。

また、新基準点より１つ前の接触点と新基準点の両方を
教示点として教示データを記憶装置に格納することによ
り、最初の基準点と新基準点より１つ前の接触点との間
の接触点は教示点とせす、教示データを格納しないので
、教示データ数を減らすことかできる。また、最初の基
準点から新基準点より１つ前の接触点までが直線又はほ
ぼ直線の作業軌跡については、新基準点だけでなく１つ
前の接触点をも教示点として生成するので、直線または
ほぼ直線の作業軌跡を正確に教示できる。

なお、新基準点のみを教示点とした場合には、教示デー
タ数をさらに減らすことができる。

さらに、新基準点より１つ前の接触点のワーク表面ベク
トル方向と新基準点のワーク表面法線ベクトル方向との
角度差が予め設定した角度を越えたかどうかも判断する
ことにより、最初の基準点から新基準点より１つ前の接
触点までが直線又はほぼ直線の作業軌跡か、曲率か連続
的に変化する作業軌跡かを自動的に判断することができ
、前者の場合は、新基準点より１つ前の接触点と新基準
点の両方を教示点として教示データを記憶装置に格納す
る上述した教示方法を実施し、新基準点より１つ前の接
触点までの直線の作業軌跡を正確に教示でき、後者の場
合は、新基準点のみを教示点として教示データを記憶装
置に格納することにより、教示データ数を減らずことか
でき、それぞれの作業軌跡に適した教示方法を実論でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図において、ロボット１は、任意の曲面形状を持つ
作業対象物であるワーク２上を移動する作業工具３を有
し、作業工具３には作業工具３にかかる力を検出する多
軸力センサ４か装着されている。ロボット１はコントロ
ーラ５から出力される制御信号により動作する。コント
ローラ５は外部メモリとして記憶装置６を有し、かつロ
ボット１を制御するためにコント１７−ラ５にオペレー
タにより操作されるティーチングボックス７から情報が
伝送される。コントローラ５は、このティーチングボッ
クス７から得られる情報と多軸力センサ４及びロボ・ソ
ト１から得られる情報をもとに予め設定されたプログラ
ムにしたかってロボット１に出力する制御信号を作成し
かつ教示データを演算する。その教示データは記憶装Ｗ
６に格納される。またコントローラ５は内部メモリに、
第２図に示すように基準点データメモリ領域５ａ、第１
データメモリ領域５ｂ、第２データメモリ領域５Ｃを有
している。

次に、以上の装置を用いて行われる本発明の一実施例に
よる作業軌跡の倣い教示方法をさらに第３図及び第４図
を参照して説明する。第３図は、コントローラ５に設定
されているプログラムの制御手順を示すフローチャート
であり、第４図は、本実施例により教示される作業軌跡
の断面を示し、作業軌跡の倣い方向をＸ軸と平行に、作
業工具の押付は方向を２軸に平行にとっている。

まず、教示作業を開始するに当ってはコントローラ５の
メモリ領域５ａ、５ｂ、５ｃ及び記憶装置６のメモリを
初期化しておく（ステップ１０）。

ワーク表面上の点ＰＯに作業工具３を移動し、ワーク２
に接触させ（ステップ１１）、作業工具３にかかる力を
多軸力センサ４により検出し、その力信号から点ＰＯで
のワーク表面法線ベクトルＮＯを演算する（ステップ１
２）。この演算は、力センサ４で検出された力の方向は
ほぼワーク表面法線ベクトルＮＯの方向に一致するので
、例えばその力ベクトルを単位化することによって行わ
れる。そして点ＰＯを教示始点として教示データを記憶
袋！６に格納すると共に、点ＰＯを最初の基準点として
Ｎｏのデータを基準点データメモリ領域５ａに記憶する
（ステップ１３）。

次に、作業工具３を作業軌跡上の倣い方向に予め設定さ
れている址Δ」たけ移動して（ステップ１４）、次の接
触点Ｐ１におけるワーク表面法線ベクトルＮ１を演算し
、基準点ＰＯにおけるワーク表面法線ベクトルＮｏとの
方向角度差αを計算する（ステップ１５）。次いで角度
差αが予め設定された角度を越えるか否かが判断される
（ステップ１６）。ここで角度差αが設定角度以下であ
ると仮定すると、接触点Ｐ１における教示データを第１
テータメモリ領」或５ｂに記憶しくステップ１７）、再
び次の接触点Ｐ２までΔまたけ移動する（ステップ１４
）。以後角度差αが設定角度を越えるまで作業工具３を
作業軌跡上を移動させる。

この際、第１データメモリ領域５ｂに記憶されたデータ
は次にデータが取り込まれるときに第２データ顧域５ｃ
に移され、第２データ領域５Ｃに記憶されていたデータ
は逐次消去される（ステップ１７）。

接触点Ｐｌにおいて、ワーク表面法線ベクトルＮｎ＋と
Ｎｏの方向角度差αが設定角度を越えた場合、作業軌跡
上の接触点ＰＯからＰ　ｎ−１が直線又はほぼ直線であ
ると見做し、接触点Ｐ　ｌ−１が最初の基準点ＰＯと一
致するかどうかを判断しな後（ステップ１８）、一致し
ていない場合は点Ｐｎ＋−１を教示点とする（ステップ
１９）、そして第１データメモリ領域５ｂに記憶されて
いる教示データを教示データ記憶装置６に格納する（ス
テップ１つ）、接触点Ｐ　ｎ−１が基準点ＰＯと一致し
ている場合は、点Ｐ　ｎ−１における教示データは既に
記憶装置６に格納されているので、この時点では格納し
ない、そして接触点Ｐｍを教示点として生成して教示デ
ータを教示データ記憶装置６に格納しくステップ１９．
２０）、接触点Ｐｍを新基準点としてワーク表面法線ベ
クトルＮｎのデータを基準点データメモリ領域５ａに記
憶する（ステップ２１）。このとき、最初の基準点ＰＯ
のワーク表面法線力ベクトルＮＯのデータは基準点デー
タメモリ領１５ａから消去する。

以上の操作を作業軌跡の終点まで繰返（ステップ２２）
、終点における接触点を倣い教示終点とし、教示データ
を格納して（ステップ２３）倣い教示操作を終了する。

このように本実施例においては、作業工具３を作業軌跡
に沿って移動させるたけで、最初の基準点ＰＯのワーク
表面ベクトルＮＯと接触点ＰＩのワーク表面ベクトルＮ
ｒａどの方向角度差αが設定角度を越えると、教示点Ｐ
　ｎ−１及びＰｉ又は教示点ＰＩを自動的に生成し、教
示データを格納するので、人間の視覚にたより目標位置
を教示する必要かなく、また教示データを格納する操作
も必要とせず、オペレータの労力を著しく軽減できる。

また教示にかかる時間を短縮できる。また、最初の基準
点ＰＯとそのワーク表面法線ベクトルＮ０との方向角度
差αが設定角度を越えない最後の接触点Ｐ　ｎ−１との
間の接触点は教示点とせず、教示データを格納しないの
で、教示データ数を最少にできる。

また、本実施例では、最初の基準点ＰＯと接触点Ｐ　ｎ
−１との間の直線またはほぼ直線の作業軌跡については
、新基準点Ｐｌたけでなく１つ前の接触点Ｐｍ−１をも
教示点として生成するので、点ＰＯと点Ｐ　ｎ−１との
間の直線又はほぼ直線を正確に教示することができる。

以上の説明は二次元的なものであったが、ワーク表面が
三次元的な形状を有していても本実施例は同様に適用で
きる。それを第５図を参照して説明する。

第５図において、破線で示される作業軌跡はＸ軸に平行
な直線であるか、途中でワーク表面か作業軌跡の軸回り
に傾斜している。この場合、接触点Ｐｍにおけるワーク
表面法線ベクトルＮｒｇと最初の接触点ＰＯにおけるワ
ーク表面法線ベクトルＮＯをｘ−ｚ平面に投影すると方
向角度差は０となるか、ｙ−ｚ平面に投影すると方向角
度差を持つことになる。従って、方向角度差としてワー
ク表面法線ベクトルＮＯとＮｌの立体角度差を演算する
ことにより、上記と同様に点Ｐｍを新基準点として教示
データを記憶装置６に格納することができる。

本発明の他の実施例を第６図及び第７図を参照して説明
する。

Ｌ記実艙例では、点ＰＯと点Ｐｎ−１との間の直線又は
ほぼ直線の作業軌跡を正確に教示するため、上述したよ
うに新基準点Ｐｎ＋とその１つ前の接触点Ｐ　ｎ−１の
両方を教示点として生成した。しかしながら、ワーク表
面形状が作業軌跡にそのような直線又はほぼ直線部分の
ない、比較的連続的に曲率が変（ヒする曲面の場合は、
新基準点Ｐ１の１つ前の接触点Ｐ　ｌ−１を教示点とし
て生成する必要がなく、新基準点Ｐｍのみを教示点とす
ればよい。

第６図及び第７図はこのような考えを収り入れた実施例
を示すものである。

即ち、本実施例の倣い教示方法の対象となるワーク表面
形状は、第６図に示すように連続的に曲率が変化してい
る。このようなワーク表面の倣い教示を行う場合、本実
施例においては第７図に示すように、接触点Ｐｌにおい
てワーク表面法線ベクトルＮｌとＮｏの方向角度差αが
設定角度を越えた場合には、直接、接触点Ｐｌｉのみを
教示点として生成して教示データを教示データ記憶装置
６に格納しくステップ１９）、接触点Ｐ１を新基準点Ｐ
Ｏとしてワーク表面法線ベクトルＮｒｍのデータを基準
点データメモリ領域５ａに記憶する（ステップ２１）、
これ以外の教示操作は第１図の実施例と同じである。

本実施例によれば、第１図の実施例より少ない教示点数
で倣い教示することができるので、教示データ数をさら
に減少することができるという効果かある。

本発明のさらに池の実施例を第８図及び第９図を参照し
て説明する。

上述したように、第７図の実施例は、ワーク表面の曲率
が連続的に変化する場合に適用できるが、そのためには
ワーク表面形状が予め分っている必要かある。またワー
クによっては、直線又はほぼ直線の作業軌跡と曲率が連
続的に変化する作業軌跡の両方を持つ場合もある。従っ
て、ワーク表面形状かいずれに属するかを自動的に判別
しながら教示操作を行えれば都合がよい。第８図及び第
９図はこのような実施例を示すものである。

即ち、第８図（ａ）及び第９図において、接触点Ｐｍで
ワーク表面法線ベクトルＮｌｌ１とＮＯの方向角度差α
が設定角度を越えたと判断された場合には（ステップ１
６）、さらに接触点Ｐｒａの１つ前の接触点Ｐｌ−１の
ワーク表面法線ベクｊ・ルＮ　ｌ−１を演算し、第８図
（ｂ）に示す接触点Ｐｌのワーク表面法線ベクトルＮ１
１と接触点Ｐ　ｌ−１のワーク表面ベクトルＮ　ｔ−１
の方向角度差α゛を演算しくステップ１８Ａ１次いで角
度差α°か予め設定した角度を越えるかどうかを判断す
る（ステップ１８Ｂ）、ここで、角度差α°が設定角度
以下の場合は、最初の基準点ＰＯと接触点Ｐ１ｍのワー
ク表面法線ベクトルＮＯ、Ｎｎの設定角度を越えた角度
差αは、接触点Ｐｎ−１とＰｍの間で生じたのではない
と考え、点ＰＯと点Ｐｎとの間は曲率が連続的に変化し
ていると見做し、点ＰＩのみを教示点として教示データ
を記憶装置６に格納する（ステップ２０）、角度差α゛
が設定角度を越えた場合は、最初の基準点ＰＯと接触点
Ｐｍのワーク表面法線ベクトルＮｏ　、Ｎｌの設定角度
を越えた角度差αは、接触点Ｐ　ｎ−１とＰＩの間で生
じたと考え、点ＰＯから点Ｐ　ｌ−１までが直線又はほ
ぼ直線であると見做し、接触点Ｐ　ｌ−１が最初の基ヤ
点ＰＯと一致するかどうかを判断しな後（ステップ１８
）、一致していない場合は点Ｐ　Ｉ−１と点Ｐｌの両方
を教示点として教示データを記憶装置６に格納する（ス
テップ１つ）。以後の手順は第１図の実施例と同じであ
る。

このように本実施例においては、ワーク表面形状が予め
分らなくても、また作業軌跡が直線と曲線の混在するワ
ーク表面形状であっても、作業軌跡の形状を自動的に判
別し、第１図の実施例及び第７図の実施例のいずれかの
作業軌跡に適した教示方法を実施することができる。

なお第５図を参照して説明したのと同様に、第６図及び
第７図に示す実施例及び第８図及び第９図に示す実施例
においても、ワーク表面が三次元的な形状を有していて
も適用できるものである。

また以りの実施例においては、ワーク表面法線ベクトル
ＮＯの演算を・、力センサ４で検出された力の方向がワ
ーク表面法線ベクトルＮＯの方向にほぼ一致するとして
、その力ベクトルを単位化することによって行ったが、
作業工具がワークに接触したとき摩擦力の影響か出て、
力センサ４で検出された力の方向はワーク表面法線ベク
トルＮＯの方向に厳密には一致しない場合があるので、
より正確なワーク表面法線ベクトルＮＯを演算するため
には摩擦力の影響を除去するようにしてもよい。例えば
、一定の動摩擦係数を仮定して力センサで検出された力
の方向を修正する等の方法がある。なお作業工具自体を
摩擦の少ないグローブで作ることにより、摩擦力の影響
を除去することもできる。

〔効果〕

本発明によれば、作業工具を作業軌跡に沿って移動させ
るだけで教示点が自動的に生成され、教示操作が行える
ので、オペレータの労力を箸しく軽減し、かつ教示にが
がる時間を短縮できる。

また、新基準点より１つ前の接触点と新基準点の両方を
教示点として教示データを記憶装置に格納した場合は、
教示データ数を減らずことができると共に、直線又はほ
ぼ直線の作業軌跡を正確に教示できる。

さらに、新基準点より１つ前の接触点のワーク表面ベク
トル方向と新基準点のワーク表面法線ベクトル方向との
角度差が予め設定した角度を越えたかどうかも判断する
場合は、直線又はほぼ直線の作業軌跡か、曲率が連続的
に変化する作業軌跡かを自動的に判断し、それぞれに適
した教示操作を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による作業軌跡の倣い教示
方法を実施するための装置を示すｗ１略図であり、第２
図はその装置のコントローラのメモリ領域及び教示デー
タ記憶装置を示す概略図であり、第３図はその倣い教示
方法を示すフローチャートであり、第４図は同倣い教示
方法を説明するための作業軌跡の断面図であり、第５図
は同倣い教示方法を三次元的に変化するワーク表面に適
用した場合の説明図であり、第６図は本発明の池の実施
例によるｆｌＥ業軌跡の倣い教示方法を説明するための
作業軌跡の断面図であり、第７図はその倣い教示方法を
示すフローチャートであり、第８図（ａ）及び第８図（
ｂ）は本発明のさらに他の実施例による作業軌跡の倣い
教示方法を説明するためのｆヤ業軌跡の断面図であり、
第９図はその倣い教示方法を示すフローチャートである
。 符号の説明 ■・・・ロボット　　　　　２・・・ワーク３・・・作
業工具　　　　　４・・・多軸力センサ５・・・コント
ローラ　　　６・・・記憶装置第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業工具にかかる反力を検出する多軸力センサを
   設け、作業工具がワーク表面に最初に接触した点を最初
   の基準点として、そのときに作業工具にかかる反力を前
   記多軸力センサにより検出し、その力信号から該基準点
   でのワーク表面法線ベクトルを演算すると共に、該基準
   点を教示始点として教示データを記憶装置に格納し、作
   業工具を作業軌跡上の倣い方向にある量だけ移動してそ
   のときの接触点におけるワーク表面ベクトルを同様に演
   算した後、前記基準点のワーク表面ベクトル方向と現接
   触点でのワーク表面法線ベクトル方向との角度差を演算
   し、その値が予め設定した角度以下の場合は再び作業工
   具を移動して同様にワーク表面法線ベクトル方向の角度
   差を演算し、ワーク表面法線ベクトル方向の角度差が前
   記設定角度を越えた場合は現接触点を新たな基準点とし
   て、少なくともその新基準点を教示点として教示データ
   を記憶装置に格納することを特徴とする作業軌跡の倣い
   教示方法。
2. （２）前記ワーク表面法線ベクトル方向の角度差が前記
   設定角度を越えた場合、前記新基準点より１つ前の接触
   点が前記最初の基準点でなければ、当該１つ前の接触点
   と新基準点の両方を教示点として教示データを記憶装置
   に格納し、新基準点より１つ前の接触点が前記最初の基
   準点である場合は新基準点のみを教示点として教示デー
   タを記憶装置に格納することを特徴とする請求項１記載
   の作業軌跡の倣い教示方法。
3. （３）前記ワーク表面法線ベクトル方向の角度差が前記
   設定角度を越えた場合、前記新基準点より１つ前の接触
   点が前記最初の基準点でなくかつ該１つ前の接触点のワ
   ーク表面ベクトル方向と新基準点のワーク表面法線ベク
   トル方向との角度差が予め設定した角度を越えた場合は
   、当該１つ前の接触点と新基準点の両方を教示点として
   教示データを記憶装置に格納し、それ以外の場合は新基
   準点のみを教示点として教示データを記憶装置に格納す
   ることを特徴とする請求項１記載の作業軌跡の倣い教示
   方法。