JPH0775986A - 多関節型ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 廉価な補助装置を用いて短時間で高精度の目
標位置のティーチングを実行できるようにする。 【構成】 アーム側（シャフト８）とチャック４との間
に介在されてティーチング時にはアームに対しチャック
４を水平面内で自由運動可能とするフローティング手段
１０と、アームに対するチャック４の位置を検出するチ
ャック位置検出手段２０と、フローティング状態でワー
クを無負荷状態でチャックしたときのチャック位置と移
動目標位置に設置されたワーク２をチャックしたときの
チャック位置とのずれ△ｘを求めこれにアームのジョグ
移動量を加算してロボット座標系上での真のチャック位
置を求めてロボット制御部３３に教示するティーチング
手段３０とから構成されている。このティーチング作業
は、チャック手段を目標位置に厳密に位置合わせをしな
くても、フローティング手段１０によってチャック位置
そのものが真の位置に移動するため、大まかにチャック
を位置合わせするだけで正確な目標位置の設定が可能と
なり、ティーチング作業が容易となり、所用時間が大幅
に短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多関節型ロボットに関
する。更に詳述すると、本発明は、多関節型ロボットに
おいて作業のための移動目標位置をロボットに教えるた
めのティーチング機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットへ被移動物体の移動目標
位置を設定する所謂ティーチングは、チャック部のジョ
グ移動を繰り返し目標位置へ徐々に接近させ、何回も位
置補正を繰り返し正確な位置の選定を行っている。例え
ば、嵌め込み作業のような場合におけるティーチング
は、一般に作業者がロボットアームなどを目標位置まで
動かしてから（ジョグ移動）、ロボットのチャックを開
けた状態で降下させてワークをチャックさせ、外力を加
えない状態でチャックしたときの位置を記憶させるよう
にしている。ティーチングは、外力を加えずにワークを
チャックできるまで何回も位置補正しながら繰り返し行
い、正確な移動目標位置を教示するようにしている。
尚、ティーチングにおける位置補正を容易にするための
補助装置として、従来、ビジュアルセンサ等が用いられ
ることもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロボットでのティーチングは、ジョグ移動と目標位置デ
ータの補正を何回も繰り返し実行しなければならないの
で、長時間を必要とする欠点がある。例えば、ストッカ
ーロボット（棚に物品を挿入して行くロボット）の場
合、１００箇所の棚をティーチングするには熟練者でも
１日半を要していた。

【０００４】また、このティーチング作業を補助するビ
ジュアルセンサ等の補助装置は、高度・高性能の画像処
理が必要なため高価である。また画像を扱う都合上、照
明の調整等は微妙であり、画像的な外乱に弱い欠点があ
る。

【０００５】本発明は、廉価な補助装置を用いて短時間
で高精度の目標位置のティーチングを実行できる多関節
型ロボットを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、チャックを備え水平面内で旋回可能なア
ームを有し、複数位置の間でアームを旋回させてチャッ
クに把持したワークを目標位置へ移動させる多関節型ロ
ボットにおいて、アームとチャックとの間に介在されて
アームに対しチャックをティーチング時には水平面内で
自由運動可能とするフローティング手段と、アームに対
するチャックの位置を検出するチャック位置検出手段
と、フローティング状態でワークを無負荷状態でチャッ
クしたときのチャック位置と移動目標位置に設置された
ワークをチャックしたときのチャック位置とのずれを求
めこれにアームのジョグ移動量を加算してロボット座標
系上での真のチャック位置を求めてロボット制御部に教
示するティーチング手段とかまら構成されている。

【０００７】

【作用】したがって、ティーチング時にはチャックが水
平面内において自由に移動し得るフローティング状態と
なっているので、目標移動位置に設置された状態のワー
クをチャックが把持するのと同時にチャック自体がワー
クの中心位置へ移動してワークを無負荷状態でチャック
した状態、例えば嵌合作業の場合にはチャックによって
把持されたワークが被挿入ワークに対してこじれなどに
因る外力が加わらない状態で嵌め合わされた状態を作り
出す。このときのチャックの移動量、即ちワークをチャ
ックして単に吊り下げている状態でのチャック位置（以
下、これを基準位置という）から目標移動位置に設置さ
れたワークを把持したときのチャック位置との差（ずれ
分）はチャック位置検出手段によって求めることができ
る。そこで、チャックの中心とワークの中心とを一致さ
せるために必要なチャックの移動量・ずれ分をジョグ移
動量に加算するだけでロボット座標系上における真のチ
ャック位置が求められる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【０００９】まず、図１〜図６に本発明の多関節型ロボ
ットの一実施例を示す。

【００１０】図４に本発明を適用した多関節型ロボット
の一例を示す。このロボット１は、チャック４を備え水
平面内で旋回可能なアーム５，６を有し、アーム５，６
を旋回させてチャック４に把持したワーク２を目標位置
へ移動させる多関節型ロボットである。このロボット１
の場合、コラム７を中心に旋回するアーム５と、このア
ーム５の先端を中心にして旋回するアーム６とを有し、
アーム６の先端の上下動するシャフト８にフローティン
グ手段１０を介してチャック４が設けられている。コラ
ム７部分には、通常、ロボットの動きを制御するコント
ローラが備えられている。そして、このコントローラに
アーム先端のチャック４の移動先を教示するティーチン
グ手段３０のデータが入力され記憶される。

【００１１】図１にフローティング手段１０の構成の一
例を示す。フローティング手段１０は、図４に示すロボ
ット１のアーム先端のシャフト８へフローティング方向
が水平となるように取り付けられる。フローティング手
段１０の取付状態が水平であれば、チャック４に加わる
力に対し、水平方向の力に対してのみ移動し、垂直方向
の力に対しては移動しない。

【００１２】フローティング手段１０は、ロボット１の
可動側例えばアーム６に固定される固定体１１と、チャ
ック４を保持しその位置を可動とするフローティング体
１２と、このフローティング体１２を円滑に可動させる
ためのボール１３，…，１３と、フローティング体１２
を移動可能にして尚かつ一定位置に制止させるためのコ
イルスプリング１５，…，１５とで構成されている。

【００１３】固定体１１は、複数のボール１３，１３を
介してフローティング体１２を可動状態に保持する一
方、フローティング手段１０をロボット１のアーム６の
先端へ取り付けるための枠体である。固定体１１の内面
の天井面及び床面はボール１３が転がり易いように平坦
面に加工されている。また、フローティング体１２が所
定の範囲内で移動できるよう、床中央部に移動範囲を定
める大きさの開口１４が設けられている。

【００１４】フローティング体１２は、固定体１１の内
側に収容される上面板１２ａと固定体１１の外にありチ
ャック４が取り付けられる下面板１２ｂとこれらを連結
する支柱１２ｃにて構成されている。上面板１２ａは、
複数のボール１３，…，１３によって保持されており、
水平方向へは自由に移動し得るが、上下方向へは移動が
規制されるように設けられている。また、上面板１２ａ
の４隅は固定体１１の４隅とコイルスプリング１５，
…，１５によって連結されている。この４本のコイルス
プリング１５，…，１５の張力のバランスが保たれる場
所にフローティング体１２は静止する。尚、図３に示す
ように、フローティング手段１０はフローティング体１
２と固定体１１との間に連結ピンのような固定金具１
６，１６を挿入することによって、固定されフローティ
ング機能を失う。

【００１５】また、固定体１１には、フローティング体
１２の位置を測定することに因ってチャック４の位置を
検出するチャック位置検出手段２０が設けられている。
このチャック位置検出手段２０は、フローティング体１
２の水平面内で相直交する２軸（Ｘ，Ｙ）方向において
フローティング体１２の上面板１２ａの側端面までの距
離を測定する２個の位置センサ２１，２２によって構成
されている。即ち、上面板１２ａと下面板１２ｂおよび
チャック４との位置関係は機械的に定まり、上面板１２
ａの位置を測定することによりチャック４の位置、つま
りワーク２を把持した場合にはワーク２の相対的な位置
を知ることができる。この位置センサ２１，２２には、
例えば非接触式のレーザ距離センサ等が用いられる。

【００１６】位置センサ２１，２２の出力はティーチン
グ手段３０に入力される。ティーチング手段３０は、ワ
ーク２をチャックして単純に吊り下げたときの基準位置
Ｓと移動目標位置に設置されたワーク、即ち嵌合作業の
ときには被挿入ワーク３に挿入されたワーク２をチャッ
クしたときのチャック位置（現実のワーク中心位置）Ｔ
とのずれ分（△ｘ，△ｙ）を求め、これにアーム５，６
のジョグ移動量を加算してロボット座標系上での真のチ
ャック位置を求めてロボット制御部（ロボットコントロ
ーラ）３３に教示するものである。本実施例の場合、コ
ンピュータ（ＣＰＵ）と図５〜図６に示すプログラムに
よって構成されている。ティーチング手段３０は、コン
ピュータ（ＣＰＵ）によって構成される演算部３１と、
位置センサ２１，２２の測定値並びに演算結果などを記
憶する記憶部３２とから構成され、チャック４の移動を
制御するための信号（真のチャック位置を示すデータ）
をロボットコントローラ３３へ出力するように設けられ
ている。ロボットコントローラ３３は、演算部３１から
の駆動信号に基づきロボット１を駆動し、チャック４に
よりワーク２を把持し、目標位置へ移動し、被挿入体３
へワーク２を装填させる。

【００１７】本実施例のロボットによるワーク２の目標
位置データのティーチング手順を、図５及び図６のフロ
ーチャートに基づいて説明する。

【００１８】先ず、ロボット１のティーチングを開始す
るにあたり、ロボット１が実際に行う作業例えば嵌合作
業時にチャック４をフローティング状態として使用する
か否かを判断する（ステップ１）。そして、フローティ
ング状態としない場合にはフローティング止め固定金具
１６を用いてフローティング体１２を固定体１１へ固定
し（ステップ２）、その位置を基準位置（ｄｘ，ｄｙ）
として記憶部３２へ記憶させる（ステップ３）。基準位
置（ｄｘ，ｄｙ）の記憶が完了した後はフローティング
止め固定金具１６を取り外してフローティング体１２を
自由にし、チャック４をフローティング状態とする（ス
テップ４）。

【００１９】一方、フローティング状態でチャック４を
使用する場合には、フローティング体１２を自由状態と
したまま無負荷状態でワーク２をチャックする（ステッ
プ５）。そして、そのときの位置を基準位置（ｄｘ，ｄ
ｙ）として記憶部３２へ記憶させる（ステップ６）。無
負荷状態でワーク２をチャックするのはワーク形状など
が異なると実際にワーク２をチャックしたときの位置が
微妙に変わるからである。基準位置（ｄｘ，ｄｙ）を記
憶した後は、被挿入ワーク３がチャック動作の反力で移
動するか否かを判断し（ステップ７）、移動する場合に
は正確な位置を教示できなくなるので、被挿入ワーク３
を固定する（ステップ８）。

【００２０】その後、チャック４でワーク２を把持でき
る位置へジョグ（ＪＯＧ）移動させる（ステップ９）。
ここで、チャック４のジョグ移動は、被挿入ワーク３に
既に嵌合されているワーク２をフローティング体１２の
移動範囲内で掴持することができる程度の大まかな位置
への移動で足り、真にワーク２の位置を求める必要はな
い。チャック４とワーク２との位置を大まかに合わせた
後、ワーク２をチャック４で把持する（ステップ１
０）。ワーク２のチャックによって、チャック４の中心
位置とワーク２の中心位置とにずれがある場合には、フ
ローティング体１２が移動して両者の中心位置が一致す
る。このときのチャック４の位置（ｄｘ’，ｄｙ’）を
距離センサ２１，２２で検出しティーチング手段３０へ
取り込む（ステップ１１）。取り込んだチャック４の現
在位置データ（ｄｘ’，ｄｙ’）と基準位置（ｄｘ，ｄ
ｙ）及びロボット座標系でのジョグ移動量（Ｊｘ，Ｊ
ｙ）を用いて真のチャック位置（Ｘ，Ｙ）を数式１に基
づきティーチング手段３０の演算部３１で算出する（ス
テップ１１）。

【００２１】

【数１】 Ｘ＝Ｊｘ＋（ｄｘ−ｄｘ’） Ｙ＝Ｊｙ＋（ｄｙ−ｄｙ’） 即ち、フローティング体１２を介してチャック４を支持
するアーム５，６のロボット座標系上での移動量たるジ
ョグ移動量にワーク２をチャックしたときのチャック位
置と実際にワーク２を被挿入ワーク３に嵌合させたとき
のワーク２の中心位置とのずれ（△ｘ，△ｙ）分を加算
したものが真のチャック位置（Ｘ，Ｙ）となる。そこ
で、この真のチャック位置（Ｘ，Ｙ）をティーチングポ
イントとする。

【００２２】次いで、ティーチングポイントの確認の有
無を判断し（ステップ１３）、必要とする場合には、チ
ャック位置（Ｘ，Ｙ）へチャック４を実際に移動してみ
る（ステップ１５）。そして、被挿入ワーク３に挿入さ
れているワーク２をチャックする（ステップ１６）。そ
して、チャック位置がそれで良いか否か、即ちティーチ
ングポイントがそれで良いのかを判断する（ステップ１
７）。この判断は、例えば作業者の目視によって、ある
いはワーク２をチャックした時の距離センサ２１，２２
の測定距離値が、ステップＳ１１で求められたチャック
時の位置データ（ｄｘ’，ｄｙ’）と一致しているか否
かによって判別することができる。

【００２３】位置データ（Ｘ，Ｙ）を不良と判断した場
合には（ステップ１７）、ステップ１１の前へジャンプ
する。そして、再びワークチャック時のチャック位置
（ｄｘ’，ｄｙ’）を取り込み（ステップ１１）、新た
な真のチャック位置（Ｘ，Ｙ）を演算し直す（ステップ
１２）。そして、そのチャック位置（Ｘ，Ｙ）を確認す
るか否かを判断し（ステップ１３）、確認の必要があれ
ば再び前述の動作を繰り返す。

【００２４】真のチャック位置（Ｘ，Ｙ）がティーチン
グポイントとして記憶部３２へ記憶された（ステップ１
４）後は、ティーチング作業を終了するか否か判断する
（ステップ１８）。未終了の場合には、ステップ９へ戻
り、第２の位置の設定作業を行う。そして、他の位置を
ロボットに教える必要がある場合には、ステップ９の前
へジャンプし、ステップ９〜ステップ１８までのティー
チング作業を繰り返す。例えば、上述の説明はワーク２
を被挿入ワーク３に嵌合する位置のティーチングについ
て行ったが、ワーク２を受け取る位置などをティーチン
グしても良い。ティーチング作業を終了する場合には、
作業時にチャック４をフローティングさせるか否かを判
断し（ステップ１９）、フローティングさせない場合に
はフローティング体１２を固定金具１６，１６により固
定して（ステップ２０）からティーチング作業を終了す
る。

【００２５】以上の説明では、フローティング体１２の
水平面内における回転は考慮しないで説明した。しかし
フローティング体１２が自由移動する場合には回転が生
じる場合もある。この回転は、例えばチャック４のワー
ク２に対する把持力およびバネ１５，…，１５の張力差
等によってフローティング体１２に回転力が生じた場合
に発生する。上面板１２ａの回転は、位置（ｄｘ，ｄ
ｙ）との係わりにおいて位置センサ２１，２２の測定距
離と実際の位置に誤差を生じる。しかし、この測定誤差
は現実的には小さな値であり影響は実質的に無視でき
る。また、高精度を要求される場合には、ティーチング
作業時に回転の有無に注意し、回転の矯正および位置測
定値の補正（ステップ１１〜ステップ１６）を実行すれ
ばほぼこの発生を防止できる。

【００２６】また、更に高い精度が求められる場合等に
は次の様な手段を講じる。 （１）フローティング体１２に回転計を設ける。回転計
は、例えば、エンコーダ、スプリングとひずみゲージを
用いた回転変位計等を利用する。そして、回転角度によ
って位置の補正を行う。 （２）Ｘ及びＹ方向の距離センサ２１，２２を各２個ず
つ、計４個とする。２個のセンサには所定の間隔をもた
せ、Ｘ及びＹ方向の両センサの測定距離差によって回転
角度を検出し位置データを補正する。 （３）リニアガイド等の機械的構成によりフローティン
グ体１２の回転を防止する。

【００２７】以上のように、ティーチング時にチャック
４に遊びを設け、基準値（ｄｘ，ｄｙ）と実際のチャッ
ク位置（ｄｘ’，ｄｙ’）との変移量を補正することに
より、作業量を大幅に緩和することが出来る。

【００２８】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例ではロボットコントローラ３３と
は別にティーチング手段３０を構成しているが、チャッ
ク位置検出手段２０のセンサ２１，２２の出力をインタ
ーフェースを介してロボットコントローラ３３に直接入
力し、ロボットコントローラ３３内に構成される演算部
及び記憶部で処理される場合もある。即ち、図５及び図
６のフローチャートに示されるティーチング処理のプロ
グラムによって、ロボットコントローラ３３内のＣＰＵ
やメモリーを上述の演算部３１や記憶部３２として機能
させる。また、フローティング手段１０のフローティン
グ機構は、前述のボール１３による支持に特に限定され
ず、流体支持などの他の方式によっても可能である。ま
た、チャック位置の検出は、フローティング体１２の位
置を測定する場合だけではなく、チャック４の端面を直
接測定するようにしても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
多関節型ロボットは、アームとチャックとの間に介在さ
れてアームに対しチャックをティーチング時には水平面
内で自由運動可能とするフローティング手段と、アーム
に対するチャックの位置を検出するチャック位置検出手
段と、フローティング状態でワークを無負荷状態でチャ
ックしたときのチャック位置と移動目標位置に設置され
たワークをチャックしたときのチャック位置とのずれを
求めこれにアームのジョグ移動量を加算してロボット座
標系上での真のチャック位置を求めてロボット制御部に
教示するティーチング手段とから構成しているので、テ
ィーチング作業において、チャック手段を目標位置に厳
密に位置合わせをしなくても、大まかに合わせるだけで
正確な目標位置の設定が可能となる。依って、ティーチ
ング作業が容易となり、所用時間が大幅に短縮できる。
例えば、従来は熟練者によっても１．５日以上もかかっ
ていたティーチング作業を、未熟練者でも２〜３時間で
完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節型ロボットの要部たるフローテ
ィング手段と、チャック位置検出手段及びティーチング
手段とを概念的に示す断面図である。

【図２】図１のフローティング手段部分の構成を概念的
に表した横断面図である。

【図３】固定金具の一例を概念的に表した縦断面図であ
る。

【図４】本発明の多関節型ロボットの全体外観例を表し
た斜視図である。

【図５】ティーチング作業を説明するためのフローチャ
ートの一部である。

【図６】ティーチング作業を説明するためのフローチャ
ートの残部である。

【符号の説明】

１ 多関節型ロボット ２ ワーク ３ 被挿入ワーク ４ チャック ５，６ アーム １０ フローティング手段 １１ 固定体 １２ フローティング体 １６ 固定金具 ２０ チャック位置検出手段 ２１，２２ 距離センサ ３０ ティーチング手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャックを備え水平面内で旋回可能なア
   ームを有し、複数位置の間で前記アームを旋回させて前
   記チャックに把持したワークを目標位置へ移動させる多
   関節型ロボットにおいて、前記アームと前記チャックと
   の間に介在されて前記アームに対し前記チャックをティ
   ーチング時には水平面内で自由運動可能とするフローテ
   ィング手段と、前記アームに対する前記チャックの位置
   を検出するチャック位置検出手段と、フローティング状
   態で前記ワークを無負荷状態でチャックしたときのチャ
   ック位置と移動目標位置に設置された前記ワークをチャ
   ックしたときのチャック位置とのずれを求めこれに前記
   アームのジョグ移動量を加算してロボット座標系上での
   真のチャック位置を求めてロボット制御部に教示するテ
   ィーチング手段とから成ることを特徴とする多関節型ロ
   ボット。