JP4873254B2 - Robot direct teaching device - Google Patents
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Description
本発明は産業用ロボットの教示装置に関し、特に作業者が直接ロボットに力を加えロボットを動作させて教示を行う直接教示装置に関するものである。 The present invention relates to an industrial robot teaching apparatus, and more particularly to a direct teaching apparatus in which an operator directly applies a force to a robot to operate the robot to perform teaching.
従来から、力制御に基づくロボットの直接教示方法が提案されている。この直接教示方法は、教示作業者がロボットのアームの先端部に設けられた手先効果器に力を加え、この加えられた力をリスト部に備えた力センサで検出し、力センサが出力する力信号に基づき予め定められた演算式により力制御を行う制御手段によって、加えられた力に応じて動作するようにロボットのアームを制御し、手先効果器の移動速度と移動方向を決定し、手先効果器を目標位置に誘導して教示データを記憶するものである。
この力制御によるロボットの制御では、前記の演算式の上において手先効果器に仮想質量を設定し、教示作業者が力センサに加えた力に比例した速度又は加速度、又はその代数和で手先効果器を移動させるように構成されている。このように構成される従来のロボットの直接教示装置又は直接教示方法としては、特許文献1や特許文献2等に開示されるものがある。
また、多関節ロボット先端部の制御点の位置を変えずに方向(姿勢)のみを変えたり、ロボット先端部の方向(姿勢)を変えずに3次元位置のみを変えたりする等の操作性の向上に有効なロボットの直接教示装置としては、特許文献3に開示されたものがある。
In the robot control by this force control, a virtual mass is set in the hand effector on the above calculation formula, and the hand effect is obtained by speed or acceleration proportional to the force applied by the teaching worker to the force sensor, or an algebraic sum thereof. Configured to move the vessel. As a conventional direct teaching apparatus or direct teaching method of a robot configured as described above, there are those disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and the like.
In addition, operability such as changing only the direction (posture) without changing the position of the control point of the articulated robot tip or changing only the three-dimensional position without changing the direction (posture) of the robot tip. As a robot direct teaching apparatus effective for improvement, there is one disclosed in Patent Document 3.
以上述べたように、従来の直接教示装置では、予め設定した制御点位置を一定にしたままロボット先端の方向(姿勢)を変えたり、あるいは逆に方向(姿勢)一定のまま位置を変えたりして操作性を向上させていた。
しかし、実際の組み立てラインにおいてロボットの教示を行う場合、ロボット先端の制御点位置を作業途中で変化させなければ作業性が悪くなる場合がある。
例えば、2つ以上のキー溝を合わせて組み立てなければならない部品の組み付け動作を教示する場合、まず、ロボットが把持した部品について1つ目のキー溝に挿入される部分に制御点を設定して対象物側のキー溝に合うよう制御点の位置と姿勢を調整し、1つ目のキー溝に関する調整が完了したら次は2つ目のキー溝に挿入される部分の位置と姿勢を調整しなければならないといった場合が発生しうる。
従来の制御点が固定された状態で教示作業者による直接誘導操作だけで教示する手法では、上記のような動作の教示が非常に困難であり、著しく操作性が低下するといった問題があった。
また、ロボットが把持する部品の寸法に基づいて決定した制御点位置は、組み立て誤差や加工誤差、ハンドによる把持点のズレなどから、教示作業中に変更することが必要となる場合も度々発生した。こうした制御点位置の変更のために教示作業が一時中断され、教示作業に時間がかかるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、制御点位置を誘導操作中に容易に変更することを可能とし、教示作業の操作性を各段に向上させるとともに、教示作業に要する時間を短縮できる実用的な直接教示装置を提供することである。
As described above, in the conventional direct teaching apparatus, the direction (posture) of the robot tip is changed while keeping the preset control point position constant, or conversely, the position is changed while the direction (posture) is constant. Improved operability.
However, when teaching the robot in an actual assembly line, the workability may deteriorate unless the control point position of the robot tip is changed during the work.
For example, when teaching the assembling operation of a part that must be assembled by combining two or more key grooves, first, a control point is set at the part inserted into the first key groove for the part gripped by the robot. Adjust the position and orientation of the control point so that it matches the keyway on the object side. After completing the adjustment for the first keyway, adjust the position and orientation of the part inserted into the second keyway. There may be cases where it is necessary.
In the conventional technique in which teaching is performed only by a direct guidance operation by a teaching worker while the control points are fixed, it is very difficult to teach the operation as described above, and there is a problem that the operability is remarkably lowered.
In addition, the control point position determined based on the dimensions of the parts gripped by the robot often required to be changed during teaching work due to assembly errors, processing errors, misalignment of the grip points by the hand, etc. . There has been a problem that the teaching work is temporarily interrupted due to such a change of the control point position, and the teaching work takes time.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make it possible to easily change the control point position during the guidance operation and to improve the operability of the teaching work in each stage. It is another object of the present invention to provide a practical direct teaching apparatus capable of reducing the time required for teaching work.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1記載のロボットの直接教示装置は、多関節ロボットの先端部に力センサを介して設けられた操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加わる教示作業者の操作力を前記力センサによって検出し、前記操作力に応じて力制御により前記ロボットを移動させる指令を出力する力制御部を備えた制御装置を有するロボットの直接教示装置であって、前記操作ハンドルは、教示中に教示作業者が前記ロボットの制御点の変更量および方向を入力する制御点入力手段を備え、前記制御装置は、前記制御点入力手段にて入力された前記変更量および方向に応じて前記ロボットの制御点設定を更新し前記力制御部へ出力する制御点演算部を備え、前記制御点演算部は、前記制御点入力手段にて入力された前記変更量を予め設定された値と比較する制御点範囲監視部を備えることを特徴とする。
請求項2記載のロボットの直接教示装置は、前記制御点範囲監視部は、前記制御点入力手段にて入力された前記変更量が前記予め設定された値より大きい場合には、前記変更量を前記前記予め設定された値に制限し、前記教示操作者にアラーム表示することを特徴とする。
請求項3記載のロボットの直接教示装置は、前記制御装置は、前記教示作業者の操作によって前記ロボットの各関節の位置を教示点として記録するとともに、前記記録時における制御点設定を記録する記録部を備えることを特徴とする。
請求項4記載のロボットの直接教示装置は、前記制御装置は、前記教示作業者の操作によって前記記録部から直前の前記教示点と直前の前記制御点設定を読み出し、前記ロボットを前記直前の教示点へ移動させる指令を出力するとともに、前記力制御部へ前記直前の制御点設定を出力する復帰位置指令生成部を備えることを特徴とする。
請求項5記載のロボットの直接教示装置は、前記制御点設定は、前記ロボットのエンドエフェクタによって把持した物体に設定された被把持物体座標系に基づいて表現されることを特徴とする。
請求項6記載のロボットの直接教示装置は、前記制御点入力手段は、前記制御点位置の変更量および方向に加え、前記被把持物体座標系の姿勢の変更量および方向を入力することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The robot direct teaching apparatus according to claim 1, wherein an operation handle provided at a tip portion of an articulated robot via a force sensor and an operation force of a teaching worker applied to the operation handle are detected by the force sensor, A direct teaching device for a robot having a control device including a force control unit that outputs a command to move the robot by force control according to the operating force, wherein the operating handle is set by the teaching worker during teaching. Control point input means for inputting the change amount and direction of the control point of the robot is provided, and the control device updates the control point setting of the robot in accordance with the change amount and direction input by the control point input means. and a control point arithmetic unit for outputting to the power control unit, the control point arithmetic unit, a control point to be compared with the preset value of the change amount input by the control point inputting unit Characterized in that it comprises a囲監vision portion.
The robot direct teaching apparatus according to claim 2 , wherein the control point range monitoring unit sets the change amount when the change amount input by the control point input unit is larger than the preset value. It is limited to the preset value, and an alarm is displayed to the teaching operator.
4. The robot direct teaching apparatus according to claim 3 , wherein the control device records the position of each joint of the robot as a teaching point by the operation of the teaching operator, and records the control point setting at the time of the recording. It comprises a part.
5. The direct teaching device for a robot according to claim 4 , wherein the control device reads the immediately preceding teaching point and the immediately preceding control point setting from the recording unit by the operation of the teaching operator, and instructs the robot to perform the immediately preceding teaching. A return position command generation unit is provided that outputs a command to move to a point and outputs the previous control point setting to the force control unit.
The robot direct teaching apparatus according to claim 5 , wherein the control point setting is expressed based on a gripped object coordinate system set for an object gripped by an end effector of the robot.
7. The robot direct teaching apparatus according to claim 6 , wherein the control point input means inputs a change amount and direction of the posture of the grasped object coordinate system in addition to the change amount and direction of the control point position. And
請求項1に記載の発明によると、教示作業者がロボットの誘導操作をしながら操作ハンドルから手を離すことなく制御点の設定変更を行えるため教示作業の操作性が向上するとともに教示作業を効率よく行うことができる。
さらに請求項1、2に記載の発明によると、制御点について予期しない位置や姿勢を設定することがないため教示作業の効率低下を防止でき、安全性も確保できる。
請求項3、4に記載の発明によると、制御点設定を変更した後にロボットを誘導して移動させた場合であっても、ロボットの位置に加えて制御点設定についても直前の状態に戻せるため、誤操作からの復帰が容易に行え、教示作業の効率低下を防止できる。
請求項5に記載の発明によると、教示作業中にエンドエフェクタによって把持した物体の形状に合わせて制御点設定を行うことが容易となり教示作業の操作性を向上することができる。
請求項6に記載の発明によると、教示作業中に制御点の位置のみならず姿勢についても変更を行うことができるため、複雑な形状の物体の組み立て作業の教示も効率的に行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, since the teaching worker can change the setting of the control point without releasing his hand from the operation handle while performing the guidance operation of the robot, the operability of the teaching work is improved and the teaching work is made efficient. Can be done well.
Further , according to the first and second aspects of the present invention, since an unexpected position and posture are not set for the control point, it is possible to prevent the efficiency of teaching work from being lowered and to secure safety.
According to the third and fourth aspects of the invention, even when the robot is guided and moved after changing the control point setting, the control point setting can be returned to the previous state in addition to the position of the robot. Therefore, it is possible to easily recover from an erroneous operation and to prevent a reduction in teaching work efficiency.
According to the fifth aspect of the present invention, it is easy to set the control point according to the shape of the object gripped by the end effector during the teaching work, and the operability of the teaching work can be improved.
According to the sixth aspect of the present invention, since not only the position of the control point but also the posture can be changed during the teaching work, the teaching of assembling work of an object having a complicated shape can also be efficiently performed. .
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例を示すロボットの直接教示装置システム全体の構成図である。図1において、1は多関節ロボットであり、その基準点から各可動軸を順次数えて、第1番目の軸をJ1軸とし、以降J6軸までが軸連節を成している。
ロボット1の先端には、エンドエフェクタ2が取り付けられている。ロボット1の先端とエンドエフェクタ2の間には力センサ3が配置され、さらに力センサ3には教示作業者が直接教示を行う際に把持する操作ハンドル4が固定されている。力センサ3は、操作ハンドル4に加わる力の方向および大きさを検出することができる。また、操作ハンドル4には制御点入力手段5が取り付けられている。
制御点入力手段5はロボット1の制御点の設定を変更するための入力手段であり、制御点入力手段5の一例とともに操作ハンドル4を図3に示す。図3(a)は操作ハンドル4の把持部分の正面図であり、図3(b)は教示作業者が操作ハンドル4を把持した状態を表す図である。本実施例では、制御点入力手段5は方向選択ボタン5Aと変更量入力ボタン5Bの2種類のスイッチによって構成される。
また、操作ハンドル4には非常停止スイッチも併せて設けられている。直接教示時にロボット1が予期しない動作をした場合や、ロボット1の動作範囲内に他の作業者が侵入してきた場合には教示作業者が非常停止スイッチを押下することによりロボット1は即座に緊急停止する。非常停止スイッチを操作ハンドル4上に設けているので教示作業者が危険と判断した際に直ちにロボット1を停止させることができ、直接教示時の安全性を確保している。
60は、ロボット1を制御するための制御装置で、力制御部61と、位置速度サーボ系62と、サーボアンプ63のほか、制御点演算部64と、記録部65と、復帰位置指令生成部66と、切り替え手段67、68で構成される。なお、制御装置60内の構成については本発明に関する部分のみを抜き出して描いており、前述の非常停止スイッチ操作による緊急停止のための構成などは省略されている。
FIG. 1 is a block diagram of the entire robot direct teaching apparatus system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an articulated robot. Each movable axis is sequentially counted from its reference point, the first axis is taken as the J1 axis, and thereafter the axis up to the J6 axis forms an articulated joint.
An end effector 2 is attached to the tip of the robot 1. A force sensor 3 is disposed between the tip of the robot 1 and the end effector 2, and an operation handle 4 is fixed to the force sensor 3 to be gripped when a teaching worker directly teaches. The force sensor 3 can detect the direction and magnitude of the force applied to the operation handle 4. A control point input means 5 is attached to the operation handle 4.
The control point input means 5 is an input means for changing the setting of the control point of the robot 1, and the operation handle 4 is shown in FIG. 3 together with an example of the control point input means 5. FIG. 3A is a front view of a grip portion of the operation handle 4, and FIG. 3B is a diagram illustrating a state in which the teaching operator grips the operation handle 4. In this embodiment, the control point input means 5 is composed of two types of switches, a direction selection button 5A and a change amount input button 5B.
The operation handle 4 is also provided with an emergency stop switch. When the robot 1 performs an unexpected operation during direct teaching, or when another worker enters the operating range of the robot 1, the teaching worker immediately presses the emergency stop switch, and the robot 1 is immediately urgent. Stop. Since the emergency stop switch is provided on the operation handle 4, the robot 1 can be stopped immediately when the teaching operator determines that it is dangerous, and the safety during direct teaching is ensured.
Reference numeral 60 denotes a control device for controlling the robot 1, in addition to the force control unit 61, the position / speed servo system 62, the servo amplifier 63, the control point calculation unit 64, the recording unit 65, and the return position command generation unit. 66 and switching means 67 and 68. In addition, about the structure in the control apparatus 60, only the part regarding this invention is extracted and drawn, The structure for emergency stop by the above-mentioned emergency stop switch operation etc. are abbreviate | omitted.
力制御部61の内部構成を図2に示す。
力制御部61ではまずセンサ座標変換部611において、力センサ3によって検出された操作力をロボット座標系に基づく操作力に変換し、インピーダンスモデル部612に出力する。本実施例ではロボット座標系の基準点はロボット1の基台に設けられているが、用途やロボットの設置方法に合わせて適宜変更可能である。
ここでインピーダンスモデル部612のインピーダンスモデルは次の式(1)のように表現される。
An internal configuration of the force control unit 61 is shown in FIG.
In the force control unit 61, first, the sensor coordinate conversion unit 611 converts the operation force detected by the force sensor 3 into an operation force based on the robot coordinate system and outputs the operation force to the impedance model unit 612. In the present embodiment, the reference point of the robot coordinate system is provided on the base of the robot 1, but can be changed as appropriate according to the application and the installation method of the robot.
Here, the impedance model of the impedance model unit 612 is expressed as the following equation (1).
但し、F:ロボット座標系に基づく操作力
x:ロボット1の制御点位置の変位量
M:慣性係数
B:粘性係数
K:バネ係数
であって、いずれも実数とする。
式(1)の慣性係数Mと粘性係数B、バネ係数Kを調整し、求めたxを出力してロボット1への指令に加算することで、力センサ3にて検出した力に対するロボット1の直接操作時の動作特性を変更することが出来る。インピーダンス制御は公知技術であるので、詳細な説明は割愛する。
ロボット1の各駆動部又は各関節部に設けられた図示しない関節角度検出器によって検出された関節角度(フィードバック位置)を基に順変換614により算出した位置と、後述するロボット1の制御点位置とを加算し、さらに式(1)によって求めたインピーダンスモデル部612の出力を加算して直交座標系であるロボット座標系に基づく位置指令を算出する。この位置指令を逆変換613にてロボット1の関節座標系に逆変換し、J1〜J6の各関節の関節角度指令を求める。
Where F: operating force based on the robot coordinate system x: displacement of the control point position of the robot 1 M: inertia coefficient B: viscosity coefficient K: spring coefficient, both of which are real numbers.
The inertial coefficient M, the viscosity coefficient B, and the spring coefficient K in the equation (1) are adjusted, and the obtained x is output and added to the command to the robot 1, so that the robot 1 with respect to the force detected by the force sensor 3. The operating characteristics during direct operation can be changed. Since impedance control is a known technique, a detailed description thereof is omitted.
A position calculated by forward conversion 614 based on a joint angle (feedback position) detected by a joint angle detector (not shown) provided in each drive unit or each joint unit of the robot 1, and a control point position of the robot 1 to be described later And the output of the impedance model unit 612 obtained by the equation (1) is added to calculate a position command based on the robot coordinate system which is an orthogonal coordinate system. This position command is inversely transformed into the joint coordinate system of the robot 1 by inverse transformation 613 to obtain joint angle commands for the respective joints J1 to J6.
位置速度サーボ系62は、この関節角度指令と、ロボット1のフィードバック位置に基づいてJ1〜J6の駆動源である各サーボモータ(図示せず)の発生トルクを算出し、サーボアンプ63によりサーボモータが駆動される。 The position / velocity servo system 62 calculates the torque generated by each servo motor (not shown), which is a driving source of J1 to J6, based on the joint angle command and the feedback position of the robot 1, and the servo amplifier 63 causes the servo motor Is driven.
次に、教示作業者が操作ハンドル4を把持してロボット1を誘導し直接教示を行う際の制御装置60での制御について図3〜図6に基づいて説明する。
図4に示す組み立て作業は、ロボット1の先端のエンドエフェクタ2によって第1部品100を把持し、ロボット1を適当に動作させて第1部品100の第1凸部100Aと第2凸部100Bを、それぞれ第2部品101の第1穴101Aと第2穴101Bに挿入するというものである。図4において、FTは第1部品100に関して設定された制御点C00の基準となる座標系(以後、被把持物体座標系と呼ぶ)で、制御点C00を被把持物体座標系に基づいて表現するとC00(0、0、Lz)となる。ここでLzは実数とする。
Next, control by the control device 60 when the teaching operator holds the operation handle 4 to guide the robot 1 and directly teaches will be described with reference to FIGS.
4, the first component 100 is gripped by the end effector 2 at the tip of the robot 1, and the robot 1 is operated appropriately so that the first convex portion 100 </ b> A and the second convex portion 100 </ b> B of the first component 100 are moved. These are inserted into the first hole 101A and the second hole 101B of the second component 101, respectively. In FIG. 4, FT is a coordinate system (hereinafter referred to as a gripped object coordinate system) for the control point C00 set for the first component 100, and the control point C00 is expressed based on the gripped object coordinate system. C00 (0, 0, Lz). Here, Lz is a real number.
このとき、教示作業者による挿入動作の教示手順を示したものが図5である。挿入動作は図5(a)から図5(b)、図5(c)の順で行われる。図5(a)は第1部品100の第1凸部100Aを第2部品101に挿入する前、図5(b)は第1部品100の第1凸部100Aを第2部品101の第1穴101Aに挿入した状態、図5(c)は第1凸部100Aに続き、第1部品100の第2凸部100Bを第2部品101の第2穴101Bに挿入した状態である。まず第1凸部100Aを挿入して、その後第2凸部100Bを挿入する。 At this time, FIG. 5 shows the teaching procedure of the insertion operation by the teaching worker. The insertion operation is performed in the order of FIG. 5A to FIG. 5B and FIG. FIG. 5A shows the first part 100A of the first part 100 before the first part 100A is inserted into the second part 101. FIG. 5B shows the first part 100A of the first part 100. FIG. 5C shows a state in which the second convex portion 100B of the first component 100 is inserted into the second hole 101B of the second component 101 after the first convex portion 100A. First, the first convex portion 100A is inserted, and then the second convex portion 100B is inserted.
図5(a)の状態では第1部品100の制御点はC01に設定されている。
C01は前述のC00と同じ位置でも異なった位置でもよいが、説明を簡単にするためC01はC00と同じ位置であるとする。教示作業者はまずC01を制御点とした状態で図3(b)のように操作ハンドル4を把持して力を加え、挿入作業を行いやすいよう第2部品101に対して第1部品100を誘導し大まかな位置決めを行う。
第1部品100の大まかな位置決めが完了したら、教示作業者は操作ハンドル4上の記録スイッチ6を押下する。その信号は制御装置60内の記録部65へ送られる。記録部65にも力制御部61と同様にフィードバック位置が入力されており、記録スイッチ6が押下された信号を受けた記録部65はその時点でのロボット1のフィードバック位置を教示点として記録する。さらに記録部65は制御点演算部64にて生成された制御点位置C01を記録する。制御点演算部64については後述する。
以上の手順によって、挿入動作のうち図5(a)についての教示が完了する。
In the state of FIG. 5A, the control point of the first component 100 is set to C01.
C01 may be the same position as C00 described above or a different position, but C01 is assumed to be the same position as C00 for the sake of simplicity. First, the teaching worker grips the operation handle 4 and applies a force as shown in FIG. 3B with the control point C01 as the control point, so that the first component 100 is attached to the second component 101 so that the insertion operation can be easily performed. Guide and perform rough positioning.
When the rough positioning of the first component 100 is completed, the teaching worker presses the recording switch 6 on the operation handle 4. The signal is sent to the recording unit 65 in the control device 60. Similarly to the force control unit 61, the feedback position is input to the recording unit 65, and the recording unit 65 that receives the signal that the recording switch 6 is pressed records the feedback position of the robot 1 at that time as a teaching point. . Further, the recording unit 65 records the control point position C01 generated by the control point calculation unit 64. The control point calculation unit 64 will be described later.
Through the above procedure, teaching of FIG. 5A in the insertion operation is completed.
続いて制御点位置をC01から図5(b)に示すC02に変更する。教示作業者は操作ハンドル4を図3(b)のように把持したまま、方向選択ボタン5Aを操作して制御点位置の移動方向としてX軸方向を選択する。選択された方向は図6に示す制御点演算部64内の制御点生成部642に入力される。
さらに教示作業者が変更量入力ボタン5Bのマイナス方向のボタンを押下すると、押下した時間に応じてX軸マイナス方向への制御点位置の移動量がアナログ信号として制御点演算部64内のA/D変換器641に入力され、変換されたデジタル信号が制御点生成部642に入力される。
制御点生成部642は、入力された移動方向および移動量から新しい制御点の位置を算出して制御点範囲監視部643へ出力する。具体例としてC01からX軸マイナス方向に移動量Lx(実数)だけ移動した点をC02とすると、その被把持物体座標系に基づく制御点位置は(−Lx、0、Lz)となる。
Subsequently, the control point position is changed from C01 to C02 shown in FIG. The teaching worker selects the X-axis direction as the movement direction of the control point position by operating the direction selection button 5A while holding the operation handle 4 as shown in FIG. The selected direction is input to the control point generator 642 in the control point calculator 64 shown in FIG.
Further, when the teaching worker depresses the minus direction button of the change amount input button 5B, the movement amount of the control point position in the minus direction of the X axis according to the depressing time is converted to an analog signal A / A in the control point calculation unit 64. The digital signal that is input to the D converter 641 and converted is input to the control point generator 642.
The control point generation unit 642 calculates the position of a new control point from the input movement direction and movement amount and outputs it to the control point range monitoring unit 643. As a specific example, if a point moved from the C01 in the X axis minus direction by the movement amount Lx (real number) is C02, the control point position based on the gripped object coordinate system is (−Lx, 0, Lz).
制御点範囲監視部643には予め制御点移動量の各軸方向について最大値が設定されており、変更量入力ボタン5Bによって指定された移動量が最大値をオーバーしていないか監視する。
例えばX軸方向に関する制御点移動量の最大値をMx(正の実数)とし、制御点生成部642が算出した前述の制御点位置(−Lx、0、Lz)について、教示作業者が変更量入力ボタン5Bを長時間押しすぎてしまいMx<|Lx|となったとする。この場合、制御点範囲監視部643はアラーム提示手段として操作ハンドル4上に設けられたLED8を点滅させ教示作業者に移動量が大きすぎる旨を知らせるとともに、力制御部61および記録部65へは(−Mx、0、Lz)を出力する。LEDはアラーム提示手段の一例に過ぎず、スピーカーからブザー音を発することで教示作業者にアラームを提示するようにするなど、適宜変更可能である。
Lx≦Mxの場合には、制御点範囲監視部643は制御点生成部642の出力をそのまま力制御部61および記録部65へと出力する。
In the control point range monitoring unit 643, a maximum value is set in advance for each axis direction of the control point movement amount, and it is monitored whether the movement amount designated by the change amount input button 5B exceeds the maximum value.
For example, the maximum value of the control point movement amount in the X-axis direction is Mx (positive real number), and the teaching worker changes the control point position (−Lx, 0, Lz) calculated by the control point generation unit 642 by the teaching worker. It is assumed that the input button 5B is pressed for a long time and Mx <| Lx |. In this case, the control point range monitoring unit 643 blinks the LED 8 provided on the operation handle 4 as an alarm presenting means to notify the teaching worker that the movement amount is too large, and to the force control unit 61 and the recording unit 65. (-Mx, 0, Lz) is output. The LED is merely an example of an alarm presenting means, and can be changed as appropriate, for example, an alarm is presented to a teaching worker by emitting a buzzer sound from a speaker.
In the case of Lx ≦ Mx, the control point range monitoring unit 643 outputs the output of the control point generation unit 642 to the force control unit 61 and the recording unit 65 as it is.
このようにして制御点位置を第1凸部100Aの先端部のC02へ移動させる。これによって以後教示作業者のハンドル操作は新たな制御点C02に対して作用するため、第1凸部100Aの先端部の位置を調整しやすくなり、第1穴101Aに挿入するために適切な位置へ第1部品100を短時間で移動させることができる。すなわち効率的に教示作業を行うことができる。 In this way, the control point position is moved to C02 at the tip of the first convex portion 100A. As a result, since the steering operation of the teaching worker subsequently acts on the new control point C02, it becomes easy to adjust the position of the tip of the first convex portion 100A, and an appropriate position for insertion into the first hole 101A. The first component 100 can be moved in a short time. That is, teaching work can be performed efficiently.
一方、力制御部61では、制御点更新監視部615にて制御点位置の更新を監視している。制御点位置が更新されると制御点更新監視部615はインピーダンスモデル部に更新を知らせる。制御点位置の更新を感知するとインピーダンスモデル部612は予め設定された時間だけインピーダンスモデル部612の出力を0にする。この時間は制御周期の数回分で、具体的には数ms程度である。
その後、新しい制御点C02(−Lx、0、Lz)に基づいて力制御を行う。
そして前述のようにJ1〜J6の各関節の関節角度指令を算出し、位置速度サーボ系62に出力する。この関節角度指令とロボット1の各駆動部分又は各関節部分に設けられた図示しない関節角度検出器により検出された関節角度(フィードバック位置)に基づいて位置速度サーボ系62内でモータの発生トルクを算出し、サーボアンプ63によりロボット1の各関節のサーボモータが駆動される。
On the other hand, in the force control unit 61, the control point update monitoring unit 615 monitors the update of the control point position. When the control point position is updated, the control point update monitoring unit 615 notifies the impedance model unit of the update. When the update of the control point position is detected, the impedance model unit 612 sets the output of the impedance model unit 612 to 0 for a preset time. This time is several times of the control cycle, specifically about several ms.
Thereafter, force control is performed based on the new control point C02 (-Lx, 0, Lz).
Then, as described above, joint angle commands for the respective joints J1 to J6 are calculated and output to the position / speed servo system 62. Based on this joint angle command and a joint angle (feedback position) detected by a joint angle detector (not shown) provided at each drive part or each joint part of the robot 1, the torque generated by the motor in the position / speed servo system 62 is calculated. Then, the servo amplifier 63 drives the servo motor of each joint of the robot 1.
図5(b)では制御点位置をC02へ移動させた後、第1凸部100Aの先端部を下へ移動させて第1穴101Aへ一部挿入させた状態を示している。
制御点位置を第1凸部100Aの先端部に移動させた後、教示作業者が操作ハンドル4に力を加えることにより第1凸部100Aの先端部を下へ移動させ図5(b)のように第1穴101Aに挿入したら、操作ハンドル4上の記録スイッチ6を再度押下してその時点でのロボット1のフィードバック位置と制御点位置C02を記録部65に記録する。
その後さらに、制御点位置を一定に保ったまま操作ハンドル4の操作によって第1部品100の姿勢を変更し第2部品101に対向させるとともに第2凸部100Bを第2穴101Bへと接近させる。この様子を示したのが図5(c)である。
図5(c)のような状態となったら、操作ハンドル4上の記録スイッチ6を押下してその時点でのロボット1のフィードバック位置と制御点位置C02を記録部65に記録する。
このようにロボットの作業に合わせて直接教示中に制御点位置を適宜変更することによって操作性が向上し、教示作業者の負担を減らすことができる。さらに制御点位置の変更も操作ハンドルから行うことができるため教示作業の中断が発生せず、教示に要する時間を短縮することができる。
FIG. 5B shows a state in which after the control point position is moved to C02, the tip of the first convex portion 100A is moved downward and partially inserted into the first hole 101A.
After the control point position is moved to the distal end portion of the first convex portion 100A, the teaching operator applies a force to the operation handle 4 to move the distal end portion of the first convex portion 100A downward, as shown in FIG. If the recording switch 6 on the operation handle 4 is pressed again, the feedback position of the robot 1 and the control point position C02 at that time are recorded in the recording unit 65.
Thereafter, the posture of the first component 100 is changed by operating the operation handle 4 while keeping the control point position constant, and the second component 101 is made to approach the second hole 101B while being opposed to the second component 101. This state is shown in FIG.
When the state shown in FIG. 5C is reached, the recording switch 6 on the operation handle 4 is pressed, and the feedback position and control point position C02 of the robot 1 at that time are recorded in the recording unit 65.
As described above, by appropriately changing the control point position during direct teaching according to the work of the robot, the operability is improved and the burden on the teaching worker can be reduced. Furthermore, since the control point position can be changed from the operation handle, the teaching work is not interrupted and the time required for teaching can be shortened.
なお、以上では制御点位置の変更についてのみ説明したが、図3のように位置/姿勢切り替えスイッチ9を操作ハンドル4に設けておくことにより、制御点の位置のみならず姿勢についても直接教示中に変更することが可能となる。
位置/姿勢切り替えスイッチ9によって姿勢について変更をするよう指定した場合には、方向選択ボタン5Aによって被把持物体座標系のXYZのどの軸回りに回転させて姿勢を変化させるかを指定し、変更量入力ボタン5Bによって回転量を指定する。
姿勢についても変更を行うことで、例えば図7のように第1部品100´の形状が湾曲している場合にも本発明を適用でき、直接教示の操作性を向上させることができる。図7では第1部品100´の先端の形状にあわせ、被把持物体座標系をそのY軸回りに回転させた座標系(図中のFT´)を設定している。図7の場合において第1部品100´の第1凸部100A´と第2凸部100B´を、それぞれ第2部品101の第1穴101Aと第2穴101Bに挿入するという組み立て作業の動作を教示する際には、第1部品100´をFT´のZ軸方向に沿って移動させることが可能となるため、直接教示時の操作性が向上し教示に要する時間を短縮することができる。
Although only the change of the control point position has been described above, the position / posture changeover switch 9 is provided on the operation handle 4 as shown in FIG. 3 to directly teach not only the position of the control point but also the posture. It becomes possible to change to.
When the position / posture changeover switch 9 is used to specify a change in posture, the direction selection button 5A is used to specify which axis of the XYZ of the gripped object coordinate system is rotated to change the posture. The rotation amount is designated by the input button 5B.
By changing the posture, the present invention can be applied even when the shape of the first component 100 'is curved as shown in FIG. 7, for example, and the operability of direct teaching can be improved. In FIG. 7, in accordance with the shape of the tip of the first component 100 ′, a coordinate system (FT ′ in the figure) obtained by rotating the gripped object coordinate system around its Y axis is set. In the case of FIG. 7, the operation of the assembly work of inserting the first convex portion 100A ′ and the second convex portion 100B ′ of the first component 100 ′ into the first hole 101A and the second hole 101B of the second component 101, respectively. When teaching, the first component 100 ′ can be moved along the Z-axis direction of the FT ′, so that the operability during direct teaching is improved and the time required for teaching can be shortened.
また、図3に示した制御点入力手段5の構成は一例に過ぎず、図8のように方向選択ボタン5Aを廃し、代わって変更量入力ボタン5BをX、Y、Zの軸ごとに設けてもよい。 The configuration of the control point input means 5 shown in FIG. 3 is merely an example, and the direction selection button 5A is eliminated as shown in FIG. 8, and a change amount input button 5B is provided for each of the X, Y, and Z axes instead. May be.
次に、制御装置60内の復帰位置指令生成部66の機能について説明する。操作ハンドル4には記録スイッチ6が付設され、教示作業者が記録スイッチ6を押下すると、その時点でのロボット1のフィードバック位置と制御点位置が記録部65に記録されることは既に述べた。
ここで、教示作業者が制御点位置を変更した後、次の教示点へロボット1を移動させようとした際に、操作ミスによりロボット1が所望の位置から大きくずれてしまうことがある。このような場合、制御点位置を変更しているために教示作業者にとっての操作感覚も変わり、うまく元の位置に戻せなくなってしまうことがある。
このような場合に教示作業者が操作ハンドル4の復帰スイッチ7を押下すると、復帰位置指令生成部66は記録部65に記録された直前の教示位置と直前の制御点位置を読み込むとともに、切り替え手段67により力制御部61に代えて復帰位置指令生成部66からの位置指令を位置速度サーボ系62に出力する。さらに切り替え手段68により力制御部61に直前の制御点位置を出力する。
これによってロボット1の各関節のサーボモータが駆動され復帰位置である直前の教示位置に戻るとともに制御点についても直前の設定に戻る。こうして教示作業者は直前の教示位置から再度教示をやり直すことができるので直接教示の操作性を向上させ、効率的に教示作業を行うことができる。
Next, the function of the return position command generation unit 66 in the control device 60 will be described. As described above, the operation handle 4 is provided with the recording switch 6, and when the teaching operator depresses the recording switch 6, the feedback position and the control point position of the robot 1 at that time are recorded in the recording unit 65.
Here, when the teaching operator changes the control point position and tries to move the robot 1 to the next teaching point, the robot 1 may be greatly deviated from the desired position due to an operation error. In such a case, since the control point position is changed, the operation feeling for the teaching worker also changes, and it may not be possible to return to the original position successfully.
When the teaching worker depresses the return switch 7 of the operation handle 4 in such a case, the return position command generation unit 66 reads the immediately preceding teaching position and the immediately preceding control point position recorded in the recording unit 65 and also switches the switching means. In step 67, the position command from the return position command generation unit 66 is output to the position / speed servo system 62 instead of the force control unit 61. Further, the control unit 68 outputs the immediately preceding control point position to the force control unit 61.
As a result, the servo motors of the joints of the robot 1 are driven to return to the immediately preceding teaching position, which is the return position, and the control point also returns to the immediately preceding setting. In this way, the teaching worker can start teaching again from the immediately preceding teaching position, so the operability of direct teaching can be improved and teaching work can be performed efficiently.
本発明は、直接教示装置の他にも力制御により人手でロボットを直接誘導操作する際にも利用可能である。 The present invention can be used not only for a direct teaching device but also for direct guidance operation of a robot manually by force control.
1 ロボット
2 エンドエフェクタ
3 力センサ
4 操作ハンドル
5 制御点入力手段
5A 方向選択ボタン
5B 変更量入力ボタン
6 記録スイッチ
7 復帰スイッチ
8 LED
9 位置/姿勢切り替えスイッチ
60 制御装置
61 力制御部
62 位置速度サーボ系
63 サーボアンプ
64 制御点演算部
65 記録部
66 復帰位置指令生成部
67、68 切り替え手段
100、100´ 第1部品
100A、100A´ 第1凸部
100B、100B´ 第2凸部
101 第2部品
101A 第1穴
101B 第2穴
611 センサ座標変換部
612 インピーダンスモデル部
613 逆変換
614 順変換
615 制御点更新監視部
641 A/D変換器
642 制御点生成部
643 制御点範囲監視部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 2 End effector 3 Force sensor 4 Operation handle 5 Control point input means 5A Direction selection button 5B Change amount input button 6 Recording switch 7 Return switch 8 LED
9 Position / Attitude Changeover Switch 60 Controller 61 Force Control Unit 62 Position / Speed Servo System 63 Servo Amplifier 64 Control Point Calculation Unit 65 Recording Unit 66 Return Position Command Generation Units 67, 68 Switching Means 100, 100 ′ First Parts 100A, 100A '1st convex part 100B, 100B' 2nd convex part 101 2nd component 101A 1st hole 101B 2nd hole 611 Sensor coordinate transformation part 612 Impedance model part 613 Reverse transformation 614 Forward transformation 615 Control point update monitoring part 641 A / D Converter 642 Control point generator 643 Control point range monitor
Claims (6)
前記操作ハンドルに加わる教示作業者の操作力を前記力センサによって検出し、前記操作力に応じて力制御により前記ロボットを移動させる指令を出力する力制御部を備えた制御装置を有するロボットの直接教示装置であって、
前記操作ハンドルは、教示中に教示作業者が前記ロボットの制御点の変更量および方向を入力する制御点入力手段を備え、
前記制御装置は、前記制御点入力手段にて入力された前記変更量および方向に応じて前記ロボットの制御点設定を更新し前記力制御部へ出力する制御点演算部を備え、
前記制御点演算部は、前記制御点入力手段にて入力された前記変更量を予め設定された値と比較する制御点範囲監視部を備えることを特徴とするロボットの直接教示装置。 An operation handle provided at the tip of the articulated robot via a force sensor;
Directly of a robot having a control device including a force control unit that detects an operation force of a teaching worker applied to the operation handle by the force sensor and outputs a command to move the robot by force control according to the operation force. A teaching device,
The operation handle includes control point input means for a teaching operator to input a change amount and direction of the control point of the robot during teaching,
The control device includes a control point calculation unit that updates the control point setting of the robot and outputs the control point setting to the force control unit according to the change amount and direction input by the control point input unit ,
The robot direct teaching apparatus, wherein the control point calculation unit includes a control point range monitoring unit that compares the amount of change input by the control point input unit with a preset value .
6. The control point input means inputs a change amount and direction of an attitude of the gripped object coordinate system in addition to a change amount and direction of the control point position. The robot direct teaching apparatus as described.
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