JPH07223183A - ロボットへの作業教示装置および作業教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば産業用ロボットに作業を教示する作業
教示装置に関し、作業教示に際してロボットの単位動作
毎にエラーが生じているか否かの判定条件を設定し、エ
ラー判定機能を含む作業シーケンスを自動的に生成する
ことを目的とする。 【構成】 教示される作業の試行時におけるロボットの
位置と力の検出結果に応じて、ロボットに対する動作エ
ラーの判定条件を生成する手段１１と、手段１１の出力
と実行すべき作業に関する教示情報とに基づいて、実行
すべき作業に対するエラー判定機能を含んだ作業シーケ
ンスを生成する手段１２とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットの制御方式に係
り、更に詳しくは例えば産業用ロボットに対して作業教
示を行うロボットへの作業教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば作業用ロボットのように比較的簡
単な繰返し作業を行うロボットに対しては、ロボット独
特の作業教示の方式（ティーチング）が用いられる。ロ
ボットの使用に先立ってオペレータはロボットを教示モ
ードとして、作業プログラム、すなわち作業シーケンス
を作成する。ロボットが行う作業は例えば空間内のいく
つかの点にハンドを動かし、そこで指による操作を行う
ことであり、オペレータは教示ボックスを用いてハンド
を所定の位置に移動させ、記憶指令を送ることにより、
ロボットの各可動部の位置情報が記憶される。この操作
を繰り返すことにより、ロボットのハンドの経路におけ
る複数の点での各可動部の位置が順次記憶される。

【０００３】ロボットに作業を行わせる時には、再生モ
ードとして、ロボットは作業シーケンスに従って記憶さ
れた位置情報に応じて作業を行う。このように作業内容
が再生されながら制御が行われるために、このような制
御方式はプレイバック制御と呼ばれる。

【０００４】このようにロボット独特の作業教示方式を
用いてロボットに作業を行わせる際にも、作業の失敗
や、ロボットの暴走などの動作エラーを検出し、そのエ
ラーの原因に対応して適切な処理を行うことが必要とな
る。特に力制御ロボットを用いる場合には、力覚センサ
の信号を分析することによって、ロボットのハンドに予
定外の力が加わった時や、機構系の耐荷重を超過するよ
うな力を検出してロボットを停止させたり、エラーリカ
バリ動作を実行させることができる。

【０００５】従来力制御型ロボットを用いる作業でロボ
ットの動作の異常を検出しようとする場合には、ロボッ
トに作業を試行させて、ロボットの各単位動作毎にエラ
ー判定条件をオペレータが手動で設定するか、またはロ
ボットやハンドの耐荷重からあらかじめ作業プログラム
内にエラー判定条件を記述する方法を用いていた。図８
はこのようなエラー判定条件の記述方式の説明図であ
る。同図において、１はオペレータの指示に基づく教示
シーケンスを示す。ここでdtc はダイレクトティーチ
（直接教示）を示し、それぞれロボットの１つの単位動
作を教示するものであり、またfollowは倣い動作を指示
するものである。

【０００６】例えばこの倣い動作の直前において、ロボ
ットの動作エラーが起こっていないか否かを確認するた
めのエラー判定が必要な場合には、作業シーケンスの内
部にそのエラー判定条件を埋め込む必要がある。例えば
エラー１が起こった時には処理１を行わせる場合には、
図８のエラー判定文２をオペレータ自身が作業シーケン
ス内に埋め込む必要がある。これによって作業シーケン
ス３の内部に２つのダイレクトティーチdtc に対応する
位置１、および位置２への移動の後に、エラー判定文２
が埋め込まれることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにエラー判定条件をオペレータ自身が作業シーケンス
内に埋め込む方法を取る場合には、例えば同じシーケン
スであっても形状が違う部材を扱う場合には、部材の形
状に応じてエラー判定条件を設定することが必要になる
ことが多く、オペレータはエラー判定条件をその都度再
入力することになり、オペレータの負担が増大するとい
う問題点があった。

【０００８】本発明は、ロボットへの作業の教示を行う
際にロボットの単位動作毎にエラーが生じているか否か
を判定するエラー判定条件を設定し、エラー判定機能を
含む作業シーケンスを自動的に生成することのできるロ
ボットへの作業教示装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
ブロック図である。同図はロボットに対して作業を教示
するロボットへの作業教示装置の原理構成ブロック図で
ある。

【００１０】図１においてエラー判定条件生成手段１１
は、教示される作業の試行時におけるロボットの位置と
力の検出結果に応じて、ロボットに対する動作エラーの
判定条件を生成するものである。

【００１１】また作業シーケンス生成手段１２は、エラ
ー判定条件生成手段１１の出力と実行すべき作業に関す
る教示情報とに基づいて、実行すべき作業に対するエラ
ー判定条件を含んだ作業シーケンスを自動的に生成する
ものである。

【００１２】図１においてエラー判定条件生成手段１１
に与えられるロボットの位置と力は、例えばセンサによ
る検出値として与えられる。また作業シーケンス生成手
段１２に与えられる教示情報は、オペレータの指示に基
づく教示シーケンスに対応して、例えば移動点の位置な
どに関する情報である。

【００１３】

【作用】本発明においてはエラー判定条件生成手段１１
によって、例えば教示される作業の試行時に得られるロ
ボットの位置と力とのセンサによる検出値と、ロボット
システムの仕様からあらかじめ定められる値（ロボット
の可動範囲や力の最大値）とから、動作エラーの判定条
件が自動的に生成される。

【００１４】この動作エラーの判定条件はロボットの単
位動作、例えば移動、押しつけなどのそれぞれに対応し
て生成される場合と、複数の単位動作に対応して１つの
動作エラー判定条件が生成される場合とがある。

【００１５】この生成されたエラー判定条件は、作業シ
ーケンス生成手段１２によって、例えばオペレータの指
示に基づく教示シーケンスに対応する教示情報と組合さ
れて、作業シーケンスが生成される。

【００１６】以上のように本発明によればエラー判定条
件を含む作業シーケンスが自動的に生成されることにな
る。

【００１７】

【実施例】図２は教示モードにおけるロボットシステム
の構成例ブロック図である。同図においてシステムは、
図１のエラー判定条件生成手段１１を構成するエラー判
定条件生成部２１、作業シーケンス生成手段１２を構成
する作業シーケンス生成部２２、ロボットを制御するロ
ボット制御部２３、ロボット２４、およびロボットの位
置と力を検出する位置・力検出部２５から構成されてい
る。なお、エラー判定条件生成部２１と作業シーケンス
生成部２２とは本発明の作業教示装置の主要部を構成す
る。

【００１８】図２において作業シーケンス生成部２２
は、後述する図３で説明される教示情報、すなわちロボ
ットの単位動作、例えば移動、押しつけなどの動作にお
ける目標位置などに関する情報を文字列として受け取
り、仮の作業シーケンスを作成する。そしてこの仮の作
業シーケンスをロボット制御部２３に与え、ロボット２
４はその仮の作業シーケンスに従って動作し、位置・力
検出部２５によって例えばロボット先端の位置と力とが
検出される。その検出結果はエラー判定条件生成部２１
に与えられ、ロボットの動作に対するエラー判定条件が
生成され、作業シーケンス生成部２２に出力される。作
業シーケンス生成部２２は、前述の仮の作業シーケンス
にエラー判定条件を組み込んで、実際の作業シーケンス
を生成してその結果を出力する。

【００１９】図３は、図２において作業シーケンス生成
部２２に与えられる教示情報を生成する際のシステム構
成ブロック図である。同図において、ロボット制御部２
３に対して教示シーケンスが与えられる。教示シーケン
スは教示動作のための動作コマンド群からなり、例えば
オペレータによって与えられる。教示動作が始まると教
示シーケンスとしての動作コマンドがロボット制御部２
３に与えられ、ロボット２４はその動作を行い、動作結
果としての、例えばロボット先端の位置および軌跡が位
置・軌跡検出部２６によって検出され、教示情報として
図２における作業シーケンス生成部に与えられることに
なる。

【００２０】この教示動作ではロボットの全ての制御方
向を目標力０の力制御状態に設定し、オペレータがロボ
ットの先端を持って直接移動させ、目標の位置および軌
跡が教示される。この教示動作で得られた位置・軌跡等
の教示情報は、単位教示動作が終了する毎に、作業シー
ケンス生成部２２に与えられる。またこの位置・軌跡以
外の教示情報は、例えば入力ディバイスによってオペレ
ータから作業シーケンス生成部２２に直接与えられる。

【００２１】図２のエラー判定条件生成部２１によるエ
ラー判定条件生成においては、前述のように、作業シー
ケンス生成部２２に与えられた教示情報を用いて作業を
試行した時に検出されるロボットの位置と力、ロボッ
ト、センサ、ハンド等の機構系の耐荷重性能を考慮し
て、判定条件が生成される。すなわち、教示情報が作業
シーケンス生成部２２に与えられると、その教示情報に
従って目的の動作が実行できるか否かを確認するために
ロボットに実際の動作を行わせる。動作確認は作業シー
ケンス生成部２２から仮の作業シーケンスとしての確認
作業コマンドがロボット制御部２３に指令されることに
よって開始される。

【００２２】この動作確認では、ロボットの単位動作毎
にロボットが移動可能な座標軸方向の位置および力を位
置・力検出部２５によって検出し、その検出結果はエラ
ー判定条件生成部２１に送られる。エラー判定条件生成
部２１は確認動作中のロボットの位置および力の最大
値、最小値と、あらかじめ与えられている機構系の耐荷
重性能からエラー判定条件を決定し、その条件を作業シ
ーケンス生成部２２に出力する。作業シーケンス生成部
２２は、エラー判定コマンドを確認作業コマンドに付加
して、作業シーケンスを作成する。なおエラー判定を頻
繁に行う必要がない場合には、複数の単位動作の結果と
してのロボットの位置及び力を検出して、その検出結果
に対応する１つのエラー判定条件を作成することもでき
る。

【００２３】次に部材に対してロボットの先端を一定の
力で押しつけながら移動させる倣い動作を具体的な例と
して、エラー判定条件および作業シーケンスの生成につ
いて更に詳細に説明する。図４は倣い動作に対する各シ
ーケンスの例を示したものである。同図(a) は教示シー
ケンスを示し、この教示シーケンスではまずオペレータ
が部材に対してロボット先端を押しつける押しつけ力を
入力すると、ロボットは指示された力で部材にその先端
を押しつける力制御動作を行う。これは倣い動作の教示
の特徴であり、力制御動作を行ってから、倣い動作とし
ての位置を教示する。すなわち教示シーケンスでは力制
御動作の次に倣い動作の目標移動位置を教示し、図３の
位置・軌跡検出部２６によって検出された目標位置が記
憶されて、教示シーケンスとしてのコマンド群に対応す
る動作が終了する。

【００２４】図４(b) は作業シーケンス生成部２２によ
って作成される仮の作業シーケンス、すなわち確認作業
コマンド群である。このコマンド群のコマンドを順次実
行し、教示された動作の確認が行われる。この時各単位
動作としての押しつけ（ＰＲＳ）、および移動（ＭＯ
Ｖ）を実行中のロボットの位置および力が位置・力検出
部２５によって検出され、エラー判定条件生成部２１に
与えられる。

【００２５】エラー判定条件生成部２１は、後述する方
法によって押しつけ動作に対するエラー判定条件ＥＲＲ
１と、移動動作に対するエラー判定条件ＥＲＲ２を生成
し、これらの判定条件を作業シーケンス生成部２２に出
力する。

【００２６】作業シーケンス生成部２２は、このエラー
判定条件ＥＲＲ１が成立した時には処理１を実行させる
ためのエラーコマンドと、ＥＲＲ２が成立した時には処
理２を実行させるエラーコマンドとを、図４(b) の仮の
作業シーケンスに埋め込んで実際の作業シーケンスを生
成する。図４(c) はこの実際の作業シーケンスである。

【００２７】次にエラー判定条件生成部２１による判定
条件生成法について更に説明する。エラー判定条件生成
部２１はまず最初に位置・力検出部２５によって検出さ
れたロボットの位置および力の最大値と最小値を求め
る。これらの最大値と最小値は次のように与えられるも
のとする。

【００２８】ＰＲＳ動作に対しては、 位置の最大・最小値〔Ｐ１ｉ_max ，Ｐ１ｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ 力の最大・最小値 〔Ｆ１ｉ_max ，Ｆ１ｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ ＭＯＶ動作に対しては、 位置の最大・最小値〔Ｐ２ｉ_max ，Ｐ２ｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ 力の最大・最小値 〔Ｆ２ｉ_max ，Ｆ２ｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ ｉは、ロボットの座標系の座標軸を表す。すなわち、
ｘ，ｙ，ｚは各軸の座標、α，β，γは各軸のまわりの
角度を示す。

【００２９】また、機構系の可動範囲、耐荷重が次のよ
うに定められているものとする。 可動範囲 〔Ｐｍｉ_max ，Ｐｍｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ 耐荷重 〔Ｆｍｉ_max ，Ｆｍｉ_min 〕ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ この時、例えば、ＰＲＳ動作中のロボットの座標系のＸ
軸方向のエラー判定条件は、次のようにして算出され
る。ＰＲＳ動作中のロボットの先端位置をＰ_x 、力をＦ
_x 、位置の許容上限値、下限値をＰ_Uxlmt ，Ｐ_Lxlmt 、
力の許容上限値、下限値をＦ_Uxlmt ，Ｆ_Lxlmt とする
と、エラー判定条件は、 condlx＝Ｐ_Lxlmt ＜Ｐ_x ＜Ｐ_Uxlmt ∧Ｆ_Lxlmt ＜Ｆ_x ＜Ｆ_Uxlmt となる。位置と力の許容上限値、下限値は Ｐ_Uxlmt ＝min （Ｐ１_{x max} ＋Ｐ_{x const} ，Ｐｍｉ_max ） Ｐ_Lxlmt ＝max （Ｐ１_{x min} −Ｐ_{x const} ，Ｐｍｉ_min ） Ｆ_Uxlmt ＝min （Ｆ１_{x max} ＋Ｆ_{x const} ，Ｆｍｉ_max ） Ｆ_Lxlmt ＝max （Ｆ１_{x min} −Ｆ_{x const} ，Ｆｍｉ_min ） で与えられる。ただし、ｍａｘ（ ），ｍｉｎ（ ）
は、それぞれ括弧内の数値の大きい方、小さい方の値を
選択する関数、Ｐ_{x const} ，Ｆ_{x const} は、あらかじめ
設定されている定数である。

【００３０】例えば力の許容上限値、および下限値につ
いて図５を用いて説明する。図５において横軸は例えば
倣い動作中の時刻を示し、縦軸は各時刻におけるロボッ
ト先端の力Ｆ_x の検出結果を示している。倣い動作が行
われている時間Ｔの間では、検出される力の値は例えば
力の目標値としての 500ｇ前後の値をとるが、前述のよ
うにエラー判定条件生成部２１はまず時間Ｔの間におけ
る力の最大値と最小値を検出する。そしてあらかじめ設
定されている定数としてＦ_{x const} 、例えば50ｇの値を
最大値に加算した結果を力の許容上限値、最小値からこ
の50ｇを減算した結果を力の許容下限値を求めるために
それぞれ使用することになる。

【００３１】Ｘ軸以外の軸に対する判定条件も同様にし
て決定され、押しつけ動作中のエラー判定条件ＥＲＲ１
は次式のように与えられる。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここで例えば 外１ はＸ軸に対するエラ
ー判定条件cond1xの否定を表わす。

【００３４】

【外１】

【００３５】移動動作に対するエラー判定条件ＥＲＲ２
も同様にして求められる。図６はエラー判定条件および
作業シーケンス生成処理のフローチャートである。同図
において、ステップ（Ｓ）３０において教示情報として
のロボット動作の文字列が作業シーケンス生成部２２に
入力される。ここでは押しつけ動作を行わせるためのコ
マンドＰＲＳ Ｆが入力されるものとする。この文字列
の入力に対して、Ｓ３１でエラー判定文の生成が必要か
否かが判定され、生成の必要がない場合にはＳ３２で次
の教示動作が行われる。

【００３６】エラー判定文の生成が必要な場合には、Ｓ
３３でロボット制御部２３とロボット２４とによって教
示済みの動作の確認のためにコマンドＰＲＳ Ｆが実行
され、Ｓ３４で位置・力検出部２５によって動作中のロ
ボットの位置と力が検出され、検出結果はエラー判定条
件生成部２１に与えられる。

【００３７】Ｓ３５からＳ４０まではエラー判定条件生
成部２１による処理である。まずＳ３５で位置と力の最
大値および最小値が算出され、Ｓ３６で位置および力の
許容上限値と許容下限値が算出され、Ｓ３７で各軸に対
するエラー判定条件が生成され、Ｓ３８でこれらの各軸
のエラー判定条件を用いて力に対するエラー条件ＥＲＲ
１が生成され、Ｓ３９でＥＲＲ１が成立した時のジャン
プ先の処理が指定され、Ｓ４０でエラー判定コマンドと
しての文字列が生成される。

【００３８】Ｓ４１は作業シーケンス生成部２２による
最終的な作業シーケンスの生成処理である。この処理で
は、Ｓ３０で作業シーケンス生成部に入力された文字列
ＰＲＳ Ｆと、エラー判定条件生成部によってＳ４０で
生成されたエラー判定コマンドとが組み合わされて、作
業シーケンスが生成される。

【００３９】図７は再生モード、すなわち作成された作
業シーケンスに従って実際の作業が行われる時のロボッ
トシステムの構成ブロック図である。同図において、作
業シーケンスはロボット制御部２３とエラー判定部２７
とに与えられる。ロボット制御部２３は作業シーケンス
としての作業コマンド群を順次実行し、ロボット２４を
制御する。エラー判定部２７は位置・力検出部２５によ
って検出される動作中のロボットの位置と力を作業コマ
ンドに対応するエラー判定条件と比較し、エラーを検出
した時にはロボット制御部２３に信号を送り、ロボット
を停止させ、エラーリカバリ動作を行わせる。ここでエ
ラー判定部２７によるエラー判定は例えば一定時間毎、
すなわち位置・力検出部２５による検出サンプリングタ
イム毎に行うことができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば作業中の部材の位置の変化、把持されている部材の
落下、部材とロボットとの衝突などによって生じるエラ
ーを検出するためのエラー判定条件を作業シーケンスの
内部に自動的に設定可能となり、作業シーケンスの作成
に要するオペレータの負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成ブロック図である。

【図２】教示モードにおけるロボットシステムの構成例
を示すブロック図である。

【図３】教示情報生成時のロボットシステムの構成を示
すブロック図である。

【図４】倣い動作における各シーケンスを示す図であ
る。

【図５】力の許容上限値と許容下限値とを説明する図で
ある。

【図６】エラー判定条件と作業シーケンスの生成処理の
フローチャートである。

【図７】作業実行時のロボットシステムの構成例を示す
ブロック図である。

【図８】エラー判定条件の作業シーケンスへの埋め込み
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 教示シーケンス ２ エラー判定条件 ３ 作業シーケンス １１ エラー判定条件生成手段 １２ 作業シーケンス生成手段 ２１ エラー判定条件生成部 ２２ 作業シーケンス生成部 ２３ ロボット制御部 ２４ ロボット ２５ 位置・力検出部 ２６ 位置・軌跡検出部 ２７ エラー判定部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットに対して作業を教示する作業教
   示装置において、 該教示される作業の試行時におけるロボットの位置と力
   の検出結果に応じて、該ロボットに対する動作エラーの
   判定条件を生成するエラー判定条件生成手段（１１）
   と、 該エラー判定条件生成手段（１１）の出力と、実行すべ
   き作業に関する教示情報とに基づいて、実行すべき作業
   に対するエラー判定機能を含んだ作業シーケンスを生成
   する作業シーケンス生成手段（１２）とを備えたことを
   特徴とするロボットへの作業教示装置。
2. 【請求項２】 前記エラー判定条件生成手段（１１）
   が、前記ロボットに対する動作エラーの判定条件をロボ
   ットの単位動作のそれぞれに対応して生成することを特
   徴とする請求項１記載のロボットへの作業教示装置。
3. 【請求項３】 前記エラー判定条件生成手段（１１）
   が、前記ロボットの複数の単位動作に対応して１つの動
   作エラー判定条件を生成することを特徴とする請求項１
   記載のロボットへの作業教示装置。
4. 【請求項４】 前記エラー判定条件生成手段（１１）
   が、前記教示される作業の試行時に得られるロボットの
   位置と力とのセンサによる検出値と、ロボットシステム
   の仕様からあらかじめ定められる値とから動作エラーの
   判定条件を自動的に生成することを特徴とする請求項１
   記載のロボットへの作業教示装置。
5. 【請求項５】 前記教示装置において、オペレータの指
   示に基づく教示シーケンスに対応して前記実行すべき作
   業に関する教示情報が生成されることを特徴とする請求
   項１記載のロボットへの作業教示装置。
6. 【請求項６】 教示される作業を実行するロボットへの
   作業教示方法において、 教示された作業を該ロボットに試行させ、 該作業試行時におけるロボットの位置と力を検出し、 該位置と力の検出結果に応じて、ロボットに対する動作
   エラーの判定条件を生成し、 該生成されたエラー判定条件と実行すべき作業に関する
   教示情報とに基づいて、エラー判定機能を含んだ作業シ
   ーケンスを生成することを特徴とするロボットへの作業
   教示方法。
7. 【請求項７】 前記作業試行時におけるロボットの位置
   と力の検出結果が作業試行中の位置と力のそれぞれの最
   大値と最小値であり、 該最大値と最小値の検出結果に基づくロボットの位置と
   力のそれぞれの上限値と下限値に対応して、前記エラー
   判定条件が生成されることを特徴とする請求項６記載の
   ロボットへの作業教示方法。
8. 【請求項８】 前記エラー判定機能が前記生成されたエ
   ラー判定条件が成立した時に実行されるべき処理を指定
   するものであることを特徴とする請求項６記載のロボッ
   トへの作業教示方法。