JPH03105404A - ダイレクトティーチ方式 - 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〕 本発明はスカラロボットにかかり、さらに詳しくはロボ
ットに移動の情報を入力するダイレクトティーチ方式に
関する。

３．発明の詳細な説明 〔概　　用〕 ロボットに移動情報入力するダイレクトティーチ方式に
関し、 〔従来の技術］ ロボットの発展により、工場などにおいては生産性の向
上を高めるため、このロボットを多く用いている。一般
的にロボットはあらかじめ定められた制御データによっ
て、どのように動くかを決定されており、ユーザすなわ
ちロボット管理者はこのデータを作業が変わる度に人力
しなくてはならない。特に新しく作業を開始する場合に
おいては、ロボッ１・に入力すべきデータを計算して求
めたり、あるいは予めロボットに設けられているセンサ
を用いてそのロボットの移動を手で行って入力する方式
、すなわちダイレクトティーチ方式がある。

スカラロボットの駆動形は、サーボモー夕に減速機を取
り付けた方式とＤＤドライブモータで直接駆動する方式
がある．サーボモータに減速機を取り付けた方式では、
減速機のＷ！擦が大きく、モーターの電流を流さずにロ
ボットの先端を手で押して任意の位置に動かすには、か
なりの力を必要どする。

前述のダイレクトティーチ方式は、換言するならば人間
がロボットの先端を手で持ち、所定の位置に動かしてそ
の位置を人力させる方式であり、ロボッｉ・の先端を小
さな力で押せば先端が押された方向に動くことが必要で
ある。そのため従来においては、ロボットの先端に例え
ば６軸カセンザを取りつけ、ハイブリッド制御やインビ
ダンス制御を用いたノＪ制御をすることにより、先端が
押された方向に動くことを実現してきた。

さらに詳細に説明すると、ロボットの先端を小さな力で
押すことにより、その押した方向を６軸カセンサが感知
し、そのセンサの出力によってその方向へのモータを回
転させ、押された方向にロボットの先端が移動するよう
にしている。

〔発明が解決しようとする課理〕

前述した方式においては、移動速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ
以下と遅く、さらにはロボットの振動を増幅するように
力制御が作用するので、ロボットが振動しやすくなると
いう問題を有していた。

例えば少ない力で押したことにより、モータが回転し、
ロボットの先端はそのモータの回転に対応した方向に移
動する。しかしながこの移動したことによって、例えば
センサをおす力が弱くなり、あるいは押している位置が
手から離れたりして圧力が低下し移動しなくて良いとい
う判断となり停止し、手が再度その移動に追従したとき
に圧力が加わり、また加わったことによってモータが回
転し、というようにその繰り返しによって振動してしま
うことがある。またモータが移動させるため、例えば停
止状態においても先端が揺れる等がありこの移動を検出
するエンコーダ等がその振動をも検知し、ダイレクトテ
ィーチ方式によって入力した移動データを再現する場合
、その振動と同しような制御をも行ってし７まうことか
あった。

本発明は、小さい力で入力すべきロボットの先端を移動
でき、また振動も少なく移動速度も早いダイレクトティ
ーチ方式を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理ブロック図である。本発明は外部
からの力によるロボットの先端の移動をエンコーダ等の
検出手段１で検出し、前記検出データをもとにモータ駆
動回路５がモータ２を駆動して移動を再現するロボット
におけるものである。

センサ３は前記外部からの力を検出するセンサであり、
例えば６軸カセンサである。制御装置４は前記センサ３
の検出結果から、前記ロボットの静止摩擦を打ち消すよ
う前記モーク２の駆動データを発生する． （作　　　用〕 ロボットに対しロボットの移動データを入力ずる時、ロ
ボッ１・の先端に手等によって力を加え移動する方向に
対し力を加える。この手等の外部からの力をセンサ３は
検出し制御装置４はそのセンサに加わった力の方向に対
応ずるモータをドライブすべき駆動データを発生する。

この駆動データによりモータ駆動回路５はモータ２をド
ライブする。制御装置４が発生する駆動データは外部か
ら加わった力と同一方向にロボットの先端を移動するも
のであり、且つロボットの静止摩擦を打ち消すドライブ
であるので、加わった力に対応して先端は移動すること
となる。

小さな力を加えてその力方向に対応してロボットの先端
を移動させるのではなく、力の加わった方向に対応する
静止摩擦力を打ち消すようモータをドライブするので、
その移動においてはあくまでも加えた力によって移動す
るものであり、その力を強くすれば高速に移動させるこ
とができ、さらにはロボットが振動しにくくなり安定し
た移動データを入力することができる。

〔実　　施　　例〕 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する．第２図は本
発明の実施例の構成図である。主軸１０の上端部に第１
アーム１ｌが設けられ、また第ｌアーム１１の他端には
第２アームｌ２の一端が設けられている．そして第２ア
ーム１２の他端には上下アーム１３が設けられている．
土軸１０、第１アームｌ１、第２アーム１２、上下アー
ム１３にはそれぞれ自由度が設けられており、この自由
度によって上下アーム１３の下方に設けられたハンドｌ
４を目的の位置にさらに目的の方向にセフトすることが
できる。第３図はカロボットの軸の説明図である。主軸
１０の円筒よりなる中心軸に１軸を中心とし第１アーム
１１が回転する。また第１アームの他端には第２アーム
１２と２軸を中心に回転する構造となっている。そして
第２アーム１２の他端には上下アーム１３が上下方向に
可動となる３軸がありさらに上下アームｌ３の円筒形の
中心軸に４軸が設けられ、ハンド１４はこの４軸を中心
に回転することができる．図示しないが各軸（ｌ軸，２
軸，３軸．４軸）にはロータリエンコーダが設けられお
り、このロータリエンコーダによって現在の軸の位置が
わかる。

一方ハンド１４の中心軸４軸にはモータ１５がもけられ
ており、このモータｌ５によってハンド１４が回転する
。さらには１軸．２軸，３軸においても同様にモータが
設けられれ、このモータの駆動によってアームが運動す
る。

まとめると本発明の実施例においては回転する！．２．
４軸と上下方向に直進する３軸で構威されている。この
自由度は空間ＸＹＺ座標の３直線自由度と２軸上の１回
転自由度の計４自由度を備えている。この自由度とロボ
ットの軸間には、（１）ロボットの４軸はＺ軸回りの回
転自由度（２）ロボットの３軸はＺ方向の自由度（３）
ロボットの１．２軸は連動してい＜ＸＹ方向の直進２自
由度 である。このスカラロボットの先端部、例えば第２図に
おけるハンドｌ４と上下アームｌ３の中間部にカセンサ
１６を設けている。カセンサ１６は６自由度のセンサで
あり、ハンドｌ４を目的の方向に手等によって力を加え
た場合、その加えた力に対応した信号がカセンサ信号処
理装置１７に加わる．カセンサ信号処理装置ｌ７はカセ
ンサｌ６から加わる信号を処理し、目的の方向に対する
静止摩擦に対応して、例えばこの摩擦を打ち消すようモ
ータｌ５等を制御する制御信号をロボット制御装置１８
に出力する。ロボット制御装置１８はカセンサ信号処理
装置１７から加わる信号によりダイレクトティーチ時に
はモータをドライブする．ロボット制御装置１８内には
各モータ第１アーム１１用モータ、第２アーム１２用モ
ータ、上下アーム１３用モータ、ハンドセット回転用モ
ータｌ５をドライブするパワーアンプＩ９を有しており
、それぞれのモータをこのパワーアンプ１９によって制
御する。パワーアンブｌ９は電圧が加わった時にその電
圧に対応する電流を流す電圧電流変換回路であり、カセ
ンサ信号処理装置１７から加わるデジタルデータをロボ
ット制御回路１８内において電圧に変換しパワーアンプ
に加える。パワーアンプは電流を流すアンプであり、そ
の電圧に対応した電流を流す。この流す電流は例えばモ
ータ１５がその方向に回転や移動する時に静止摩擦を打
ち消す駆動であり、ハンド１４をある方向に押し出した
場合、それぞれのモータが静止摩擦を打ち消しているの
で、小さい力でハンドｌ４を目的の位置に移動させるこ
とができる。

前述ではシステムの基本動作について説明したが、以下
ではさらに第３図に表す４自由度の場合のそれぞれの各
モータの制御について説明する。

本発明の実施例を動作させる場合、その前にま？ロボッ
トの各軸のモータの摩擦による消費する電流を計測する
（それぞれの電流値を工軸〜４軸に対しＩ■＋　　’　
ｒ２＋　　Ｉ　ｒ３＋　　Ｉ　ｒ４とする）。

次に先端の重力に対抗するため３軸のモータが消費する
電流を計測しＩ９３とする。そして動作させる場合まず
ロボットの３軸に、重力に対抗する方向に電流１ｅ３を
流す。この状態でロボットは静止しており、この時のカ
センサ１６の出力をＸ，Ｙ，　　Ｚ方向とＺ軸回りの回
転についてＦ■＋Ｆｌ’！／＋Ｍ　ｒ　ｔとする。この
後ロボットの先端を人間が手で押した時のカセンサの出
力をそれぞれＦ．，Ｆ，，Ｍ．とする。

前述の電流並びにカセンサの出力に対し、以下のように
行いそれぞれの方向に対し小さい力で回転や移動をさせ
ることができる。

（１）ロボットの４軸はＺ軸回りの回転自由度のＭ．−
Ｍ，ｚ＞Ｏの場合 この時Ｚ軸回りに十方向に回転することを指示している
ので、４軸のモータに電流Ｉｆ４を流す。

これにより先端は小さいほうで十方向に回転でき？。

■Ｍ，−Ｍ，，＜Ｏの場合 これはＺ軸回りに一方向に回転すること指示しているの
で、４軸のモータに電流一Ｉ■を流す。

これにより先端は小さい力で一方向に回転することがで
きる。

（２）ロボットの３軸はＺ軸方向の自由度■Ｆ，−Ｆ，
，ｔ＞Ｏの場合 これはＺ軸上方向に移動することを指示しているので、
３軸のモータに電流Ｉ，ｆｆ＋−１ｆ３を流す。

これにより先端は小さい力でＺ軸上方向に移動すること
ができる。

■Ｆ，−Ｆ，，＜Ｏの場合 これはＺ軸下方向に移動することを指示しているので、
３軸のモータに電流１．３〜■ｆ３を流す。

これにより先端は小さい力でＺ軸方向に移動することが
できる。

（３）ロボットの１．２軸は連動してＸ，Ｙ方向の直進
２自由度 第４図はロボットを上から見た角度の説明図である。

θａ，θｄを指定すると一時的には１軸を十方向に回転
すれば先端はθａ＋π／２の方向に移動し、１軸を１方
向に回転すれば先端はθａ一π／２の方向に移動する。

同様に２軸を十方向に回転すれば先端はθｂ＋π／２の
方向に移動し、１軸を１方向に回転させれば先端はθｂ
一π／２の方向に移動する。またセンサの出力を次によ
うに分割し角度を指定する。

イ　Ｘ軸＋方向だけ　　　　　角度Ｏ 口　Ｘ軸十方向とＹ軸士方向　角度π／４ハ　Ｙ軸十方
向だけ　　　　　角度π／２二　Ｘ軸一方向とＹ軸」一
方向　角度３π／４ホ　Ｘ軸一方向だけ　　　　　角度
π へ　Ｘ軸一方向とＹ軸一方向　角度５π／４ト　Ｙ軸一
方向だけ　　　　　角度３π／２チ　Ｘ軸＋方向とＹ軸
一方向　角度７π／４これらの角度で指示されたものと
、θａ十π／２、θａ　−　π／　２、θｂ　十π／　
２、θｂ　−　ｘ　／　２を比較し、最も近い角度に対
応したモータ電流を流す。その電流値は θａ　＋　ｘ　／　２のとき　１軸に　Ｉｆｆθａ一π
／２のとき　ｌ軸に−ｉｒ＋ θｂ＋π／２のとき　２軸に　Ｉｆ２ θｂ一π／２のとき　２軸にーＩｆ２ とする。

これによりロボットの先端は小さい力でＸ，Ｙ平面内を
移動することができる。

前述した動作により小さい力でロボットの先端を移動さ
せることができる。

Ｘ軸に対し４軸の中心点Ｐと原点Ｏを引いた直線をθａ
、 Ｘ軸に平行で２軸の中心Ｑと４軸の中心Ｐとの角度θｂ
とする。

またＸ軸とアーム１１（ａ）の挟む角をθ１、アーム１
１とアーム１２い）の挾む角をθ２とする。この時、移
動方向をＭとするならばＸ軸と平行の線Ｘ′とアーム中
）が移動する方向Ｍならびに相互的に移動する方向Ｎと
の角度はそれぞれＸ′とＮがθａ　−　ｘ　／　２、Ｘ
′とＭがθｂ−ｒｃ／？、その反対方向がＸ′とＭがθ
ｂ＋π／２、Ｘ′とＮがθａ＋π／２となる。

すなわち、前述した動作をさらにまとめると、まず先端
にカセンサ１６を備えたカロボットを準備し、所定のハ
ンドを取り付けた段階で前述のＩｎ，Ｔｒｚ，Ｉｔ■．
ｒｒ４を計測する．ロボットの１軸，２軸のエンコーダ
から第４図のθ．．θ２は容易に計測される．そして θａ＝θ，　＋ＦＬＡＧ　　（θ２）×（ＣＯＳ　″′
（　（ａ２＋ｃ”−ｂ２）／（２ｘａ　ｘｃ））］・・
・（１） θｂ一θ１＋θ２−π　　　　　　・・・（２）ここで
、 ａ，ｂ＝アーム１１、１２の長さ ｃ＝　（ａ”　＋ｂ”　）’／ｚ ＦＬＡＧ　　（θ２　）　＝１（＜θ２〈π）、−１（
π〈θ２〈２π） によってθａ，θｂを求める． これによりθａ＋π／２、θａ一π／２、θｂ十π／２
、θｂ一π／２を求め、カセンサのＸ．Ｙ方向の入力か
ら前述した（３）の条件に従って角度を計算しこれらの
値と比較する。そして、対応する電流値を１，２軸に出
力する。

３．４軸は対応した力がカセンサの人力により判明する
ので、対応した電流を出力する．また教示した点の位置
は各軸のエンコーダの値を読み込み、ｘ，ｙ，ｚ座標に
変換して記憶する。

前述したように各軸１軸，２軸，４軸にはそれぞれエン
コーダが設けられており、ハンド１４を移動させる時に
各軸で計測されるエンコーダの値から、以後に移動させ
るべきデータを求める．すなわちエンコーダの値を直接
記憶する．エンコーダの値が記憶されていれば、その値
から各軸の角度を計算し、その角度から先端のＸＹＺ座
標とＺ軸まわりの回転角度θを求める（順変換）ことは
できるので、記憶した点の間を直線で移動することは可
能である．そのため、ティーチング時すなわちハンドを
移動した時とほぼ同じ動作を再現することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、力制御を用いないの
でロボットの振動を増幅することなく、振動を低減でき
る．また移動速度に制限がないので力制御時より高速に
移動できる． また計算が三角関数と座標変換だけであり、計算量が少
なくてすむ．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の実施例の構或図、 第３図はカロボットの軸の説明図、 第４図はロボットを上から見た角度の説明図である． エンコーダ、 モータ、 カセンサ、 制御装置、 モータ駆動回路． 本楚８月の厚理ブロック団 第１図 ／ 埠２′７−ム１２ １４！’−ｑ［１，Ｑ　Ｑ＄，，ｋ４クｉｎ？Ａ戒図ス
カラロボ：、７１の軸の説Ｂ月図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部からの力によるロボットの先端の移動を検出手段（
   １）で検出し、該検出データをもとにモータ駆動回路（
   ５）がモータ（２）を駆動して移動を再現するロボット
   において、前記外部からの力を検出するセンサ（３）と
   、該センサ（３）の検出結果から、前記ロボットの摩擦
   に対応して前記モータ（２）の駆動データを発生する制
   御装置（４）とよりなることを特徴とするダイレクトテ
   ィーチ方式。