JP7035555B2

JP7035555B2 - 教示装置、及びシステム

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Publication number: JP7035555B2
Application number: JP2018008603A
Authority: JP
Inventors: 良至岸
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: US20190224842A1; US11123863B2; JP2019126861A

Description

本発明は、教示装置、ロボット制御装置、ロボット、及びロボットシステムに関するものである。

従来、ロボットを任意の位置へ移動させるとき、ＰＣのシミュレーターを用いた方法では実空間とは異なるディスプレイ上の画面を見ながら教示しなければならないため、実空間での位置を正しく指定することが難しかった。

また、ＰＣ上やティーチングペンダントを用いたジョグ動作は、操作が煩雑なため、ロボットを意図した位置へスムーズに移動させるには習熟が必要であった。

さらに、ダイレクトティーチを用いて教示する方法ではロボットに直接触れる必要があるため、ロボットがサーボＯＮ状態で行うダイレクトティーチは、危険な場合があった。

そこで、予め作業データを入力し、プロジェクターでロボットや作業対象物を投影する教示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－２３７９０２号公報

しかしながら、特許文献１では、作業者は、ロボットや作業対象を投影しながら教示するが、教示方法はＰＣから投影画像を操作する。つまり、作業者は、シミュレーション画像を見て操作を行うため、実際にロボットを見ながら教示を行えないという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る教示装置は、ロボットの動作を教示する教示装置であって、前記ロボットの作業空間に含まれる投射面に画像を投射する画像投影部と、前記投射面に対する指示体の位置を検出する指示体位置検出部と、前記指示体位置検出部により検出された前記指示体の位置に基づき前記画像を生成又は更新する画像生成部と、前記指示体の位置に基づいて前記ロボットの動作を教示する教示点を演算する演算部と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、作業領域に入力させる画像を投影し、指示体の位置を検出して入力することができる。これにより、実際のロボットの作業領域で直接教示することができる。その結果、ロボットの動作を直感的に教示することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の教示装置において、前記指示体位置検出部は、前記指示体の位置の変化を表す軌跡を取得し、前記演算部は、前記軌跡に沿って、複数の前記教示点を生成することが好ましい。

本適用例によれば、実際のロボットの作業領域で直接教示することが容易にできる。

［適用例３］上記適用例に記載の教示装置において、前記投射面に対する法線方向の距離であるＺ座標の入力を受け付ける受付部を有し、前記演算部は、前記教示点と前記教示点に対応した前記Ｚ座標に基づいて空間教示点を演算し、前記空間教示点に基づいて前記ロボットの動作を教示することが好ましい。

［適用例４］上記適用例に記載の教示装置において、前記演算部は、複数の前記教示点と、複数の前記空間教示点と、によって囲まれた領域を、前記ロボットの非作業領域として前記ロボットの動作を教示することが好ましい。

［適用例５］上記適用例に記載の教示装置において、前記演算部は、複数の前記教示点と、前記複数の空間教示点と、によって囲まれた領域を、前記ロボットの移動速度制限領域として前記ロボットの動作を教示することが好ましい。

［適用例６］上記適用例に記載の教示装置において、前記画像生成部は、複数の前記教示点によって囲まれた領域に、前記ロボットの操作を示す操作画像が投射されるように画像を生成し、前記演算部は、前記操作画像が示す操作に基づいて前記ロボットの動作を教示することが好ましい。

［適用例７］上記適用例に記載の教示装置において、前記操作画像は、前記ロボットの位置及び姿勢を一定量変化させる操作を示すことが好ましい。

［適用例８］上記適用例に記載の教示装置において、前記操作画像は、前記ロボットのモーターの励磁状態を変更する操作を示すことが好ましい。

［適用例９］本適用例に係るロボット制御装置は、上記のうちいずれか一項に記載の教示装置と接続され、前記教示点若しくは前記空間教示点を受け付けて前記ロボットを制御することを特徴とする。

［適用例１０］本適用例に係るロボットは、上記に記載のロボット制御装置により制御されることを特徴とする。

［適用例１１］本適用例に係るロボットシステムは、ロボットと、上記のうちいずれか一項に記載の教示装置と、上記に記載のロボット制御装置と、を有することを特徴とする。

本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係る教示装置の内部構成を示すブロック図。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係わる軌跡教示を説明するフローチャート。本実施形態に係わるポイント教示を説明するフローチャート。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係わるＪＯＧモードを説明するフローチャート。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。本実施形態に係るロボットシステムの斜視図。変形例のロボットシステムの斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

図１は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
本実施形態に係るロボットシステム２は、教示装置４と、ロボット制御装置８と、ロボット６と、を備えている。

教示装置４は、画像投影部１０と、投射面２２と、指示体２４と、を備えている。投射面２２は、ロボット６の作業領域３０面として利用される。教示装置４は、画像投影部１０により作業領域３０に入力させる画像を投影し、画像投影部１０がホワイトボードモード（後述）の動作により指示体２４の位置を検出して入力をさせる教示装置である。

ロボット制御装置８は、教示装置４と接続され、教示点Ｐ１若しくは空間教示点Ｐ１´を受け付けてロボット６を制御する（図３参照）。

ロボット６は、ロボット制御装置８により制御される。

図２は、本実施形態に係る教示装置４の内部構成を示すブロック図である。
教示装置４は、画像投影部１０と、指示体位置検出部１２と、画像生成部１４と、演算部２０と、を備えている。教示装置４は、ロボット６の動作を教示する教示装置である。

教示装置４は、投射面２２に対する法線方向Ｓの距離であるＺ座標の入力を受け付ける受付部３２を備えている。演算部２０は、教示点Ｐ１と教示点Ｐ１に対応したＺ座標に基づいて空間教示点Ｐ１´を演算する。演算部２０は、空間教示点Ｐ１´に基づいてロボット６の動作を教示する。これによれば、実際のロボット６の作業空間としての作業領域３０で直接教示することが容易にできる。

画像投影部１０は、ロボット６の作業空間に含まれる投射面２２に画像を投射する。なお、図１では投射面２２を水平に配置しているが、投射面２２を鉛直に配置してもよいし、投射面２２が鉛直面から任意の角度をもつ面としてこのロボットシステム２を使用することも可能である。画像投影部１０は、画像生成部１４で生成された投射画像を投射面２２上に投射する機能を備える。

指示体位置検出部１２は、投射面２２に対する指示体２４（図３参照）の位置を検出する。指示体位置検出部１２は、指示体２４の位置の変化を表す軌跡４０（図３参照）を取得する。演算部２０は、軌跡４０に沿って、複数の教示点Ｐｎを生成する（図３参照）。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。指示体位置検出部１２は、指示体２４による、投射面２２に対する位置指示操作を検出する。

指示体２４は、発光可能な先端部と、ユーザーが保持する軸部と、軸部に設けられたボタンスイッチと、を有するペン型の指示体である。このロボットシステム２では、１つ又は複数の指示体２４とともに、１つ又は複数の非発光指示体（非発光のペンや指など）を利用可能である。

画像生成部１４は、指示体位置検出部１２により検出された指示体２４の位置に基づき画像を生成又は更新する。画像生成部１４は、複数の教示点Ｐｎによって囲まれた領域に、ロボット６の操作を示す操作画像としてのツールボックス４４（図７参照）が投射されるように画像を生成する。演算部２０は、ツールボックス４４が示す操作に基づいてロボット６の動作を教示する。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。

ツールボックス４４は、ロボット６の位置及び姿勢を一定量変化させる操作を示す。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。

ツールボックス４４は、ロボット６のモーターの励磁状態を変更する操作を示す。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。

演算部２０は、複数の教示点Ｐｎと、複数の空間教示点Ｐｎ´と、によって囲まれた領域を、ロボット６の非作業領域としてロボット６の動作を教示する（図６参照）。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。演算部２０は、指示体２４の位置に基づいてロボット６の動作を教示する教示点Ｐｎを演算する。

演算部２０は、複数の教示点Ｐｎと、複数の空間教示点Ｐｎ´と、によって囲まれた領域を、ロボット６の移動速度制限領域としてロボット６の動作を教示する。これによれば、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することが容易にできる。

教示装置４で指示体２４の位置を検出して入力させるものとしては、例えば、ジョグ（例えば、ＸＹＺ方向や各軸の回転方向にロボット６を移動させるコマンド）、教示点（を平面に投影した位置）、非作業領域、移動速度制限領域、ハンドの動作、原点復帰、カメラ撮像指示（シャッター）、サーボオン、オフ等がある。以下、具体例を示す。

図３は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
指示体位置検出部１２は、指示体２４の位置の変化を表す軌跡４０を取得する。演算部２０は、軌跡４０に沿って、複数の教示点Ｐｎを生成する。記述した軌跡４０をなぞるような動作教示である。矢印を書くと矢印の軌跡をなぞるようなロボット６の動作軌跡を教示できる。画像投影部１０の作業領域３０に特定の色で点を打つとその点の直上へロボット６が移動する教示が行えるようにしてもよい。

図４は、本実施形態に係わる軌跡教示を説明するフローチャートである。
先ず、ステップＳ１０において、演算部２０は、受付部３２より軌跡教示モードの選択を受け付ける。

次に、ステップＳ１２において、演算部２０は、指示体位置検出部１２によりロボット６が移動する指示体２４の軌跡４０の記述を検出する。

次に、ステップＳ１４において、演算部２０は、受付部３２より始点の高さの指定を受け付ける。

次に、ステップＳ１６において、演算部２０は、受付部３２より終点の高さの指定を受け付ける。

次に、ステップＳ１８において、演算部２０は、軌跡教示モード終了を判断する。ＮＯの場合は、ステップＳ１２に戻る。ＹＥＳの場合は、軌跡教示モードを終了する。

図５は、本実施形態に係わるポイント教示を説明するフローチャートである。
なお、ポイントとは、ロボット６が次に移動する箇所を示している。
先ず、ステップＳ２０において、演算部２０は、受付部３２よりポイント教示モードの選択を受け付ける。

次に、ステップＳ２２において、演算部２０は、指示体位置検出部１２によりロボット６が移動する指示体２４のポイントの記述を検出する。

次に、ステップＳ２４において、演算部２０は、受付部３２より作業空間３０の高さの指定を受け付ける。

次に、ステップＳ２６において、演算部２０は、ポイント教示モード終了を判断する。ＮＯの場合は、ステップＳ２２に戻る。ＹＥＳの場合は、ポイント教示モードを終了する。

図６は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
演算部２０は、複数の教示点Ｐｎと、複数の空間教示点Ｐｎ´と、によって囲まれた領域４２を、ロボット６の非作業領域としてロボット６の動作を教示する。領域４２をロボット６の進入禁止範囲とする。特定の色で領域４２を囲うと、そのエリアは、ロボット６の進入禁止エリアとして教示されるようにしてもよい。

演算部２０は、複数の教示点Ｐｎと、複数の空間教示点Ｐｎ´と、によって囲まれた領域４２を、ロボット６の移動速度制限領域としてロボット６の動作を教示してもよい。領域４２をロボット６の動作速度制限範囲としてもよい。特定の色で領域４２を囲うと、そのエリアにロボット６が進入する場合は、指定した速度でロボット６が移動するように教示されるようにしてもよい。

図７は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
画像生成部１４は、複数の教示点Ｐｎによって囲まれた領域に、ロボット６の操作を示すツールボックス４４が投射されるように画像を生成する。演算部２０は、ツールボックス４４が示す操作に基づいてロボット６の動作を教示する。

ツールボックス４４は、ロボット６の位置及び姿勢を一定量変化させる操作を示す。ツールボックス４４に表示されたボタンをタップするとそのボタンに表記される動作をロボット６が行う（ＪＯＧモード）。画像投影部１０によって投影されるボタンをタップするとその通りにロボット６が動作する。ロボット６の動作とは、一般的なジョグ動作、ハンドを開く・閉じる、アームを初期姿勢に移動する、カメラで撮影する、サーボオフする、サーボオンする、などである。ボタンのタップや特定の文字や記号記入による教示やロボット６の動作は、ユーザーが指定できてもよい。

教示装置４は、画像投影部１０により作業領域３０に入力させる画像を投影し、画像投影部１０がホワイトボードモードの動作により指示体２４の位置を検出して入力をさせる。

ホワイトボードモードとは、指示体２４を用いて投射面２２上にユーザーが任意に描画できるモードである。投射面２２上には、操作画像としてのツールボックス４４を含む投射画像が投射されている。このツールボックス４４は、処理を元に戻す取消ボタンと、マウスポインターを選択するポインターボタンと、描画用のペンツールを選択するペンボタンと、描画された画像を消去する消しゴムツールを選択する消しゴムボタンと、画面を次に進めたり前に戻したりする前方／後方ボタンと、を含んでいる。ユーザーは、指示体２４を用いてこれらのボタンをクリックすることによって、そのボタンに応じた処理を行ったり、ツールを選択したりすることが可能である。なお、ロボットシステム２の起動直後は、マウスポインターがデフォールトツールとして選択されるようにしてもよい。図７の例では、ユーザーがペンツールを選択した後、指示体２４の先端部を投射面２２に接した状態で投射面２２内で移動させることにより、投射画像内に線が描画されてゆく様子が描かれている。この線の描画は、教示装置４の内部の画像生成部１４によって行われる。

なお、画像投影部１０は、ホワイトボードモード以外の他のモードでも動作可能である。例えば、このロボットシステム２は、パーソナルコンピューター（図示せず）から通信回線を介して転送されたデータの画像を投射面２２に表示するＰＣインタラクティブモードでも動作可能である。ＰＣインタラクティブモードにおいては、例えば、表計算ソフトウェアなどのデータの画像が表示され、その画像内に表示された各種のツールやアイコンを利用してデータの入力、作成、修正等を行うことが可能となる。

図８は、本実施形態に係わるＪＯＧモードを説明するフローチャートである。
先ず、ステップＳ３０において、演算部２０は、受付部３２よりＪＯＧモードの選択を受け付ける。

次に、ステップＳ３２において、演算部２０は、指示体位置検出部１２によりロボット６が移動する座標系の選択を検出する。

次に、ステップＳ３４において、演算部２０は、受付部３２より作業空間３０の高さの指定を受け付ける。

次に、ステップＳ３６において、演算部２０は、ＪＯＧモード終了を判断する。ＮＯの場合は、ステップＳ３２に戻る。ＹＥＳの場合は、ＪＯＧモードを終了する。

図９は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
作業領域３０に指示体２４により、例えば、「１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、・・・」と記入していくと、その順にロボット６が移動する教示が行える。記入した記号や文字で動作教示が行えるようにしてもよい。特定の文字列を記述すると予め定めた動作をするようにしてもよい。例えば、一般的なジョグ動作、ハンドを開く・閉じる、アームを初期姿勢に移動する、カメラで撮影する、サーボオフする、サーボオンする、などである。

図１０は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
作業環境を投影して、次回以降の環境再現を用意する。一つのロボット６及び一つの作業領域３０で、複数の作業をさせるような場合（今週は作業Ａ、来週は作業Ｂ、再来週は作業Ａのような・・・）、それぞれの作業で使用する治具４６や部品４８を設置する場所は毎回同じ位置に設置したい。そうした場合、教示時の環境を撮影しておき、次回以降にその映像を投影して、同じ位置に治具４６や部品４８を設置することにより、採寸などの必要がなく、環境を簡単に再現できる。

図１１は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
ロボット６の動作する方向や、次に移動する先、ロボットアームの通過する最外殻５０、画像処理などによる物体の検出結果などを画像投影部１０で投影する。

一見、ロボット６を外から見ているだけではロボット６が次にどのような動作をするかわからない。また、ユーザーの腕とロボットアームは、構造が異なるため、ロボット６が次にどこに移動するのかわかっていても、想像していた経路ではなく思わぬ方向に関節が張り出すようなことがある。予想外の動作をした場合、周辺物とユーザーなどとの衝突を防ぐために緊急停止ボタンなどでロボット６を停止させることがある。しかし、実際はユーザーがロボット６の動作を予測できなかっただけで、ロボット６の動作としては正しい場合もあり、そのような場合にロボット６を停止させていては作業効率が上がらない。これによれば、教示データを元にロボット６を動作させる際には、ロボット６の軌跡や次に移動するポイント等に記号等を表示することができる。

図１２は、本実施形態に係るロボットシステム２の斜視図である。
また、ビジョンの検出結果から物体をロボット６が取りにいくような場合に、それを見ているユーザーが実空間で正しく検出できたのかそうでないのかを、ロボット６が動作する前に判断したい。そこで、図１２に示すように、ロボット６の動作する方向や次に移動する先、ロボットアームの通過する最外殻、画像処理などの物体の検出結果５２などを画像投影部１０で投影することで、ロボット６を見ている人がロボット６の動作や正しい検出が行えているのかを認識することができるようになる。

従来のロボットの教示作業において、１．ティーチングペンダントを使った教示では、操作が煩雑であり、ロボットを意図通りに動かして教示するには習熟が必要であった。２．シミュレーター上で教示する場合において、実空間とは異なるディスプレイ上で教示を行うため、習熟が必要であった。３．ダイレクトティーチングにおいても、ロボットが作業を行わない非作業空間や、ロボットが動作速度を遅くする領域を指定することが困難であった。

本実施形態によれば、作業領域３０に入力させる画像を投影し、指示体２４の位置を検出して入力することができる。これにより、実際のロボット６の作業領域３０で直接教示することができる。その結果、ロボット６の動作を直感的に教示することができる。

なお、実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。

図１３は、変形例のロボットシステム２の斜視図である。
上記した実施形態において、教示装置４の指示体位置検出部１２により指示体２４を検出したが、これに限定されず、例えば、図１１のように教示装置４に指示体位置検出部１２を含まない構成であってもよい。また、図１３に示すように、タッチユニット５４を設けて指示体２４を検出してもよい。タッチユニット５４は、撮像装置であってもよいし、赤外線を投影して、その反射を検出するセンサであってもよく、指示体２４の位置を検出するものであれば、その検出原理を限定するものではない。

また、インタラクティブプロジェクターの機能を用いてロボット６の教示を行ってもよい。インタラクティブプロジェクターのホワイトボード機能（電子黒板機能）を用いてロボット６の教示を行ってもよい。例えば、教示装置４は、投射面２２に対する法線方向Ｓの距離であるＺ座標の入力を、受付部３２の代わりに、画像投影部１０により作業領域３０に入力させる画像を投影し、画像投影部１０がホワイトボードモードの動作により指示体２４の位置を検出して入力をさせ、入力された情報をＺ座標としてもよい。

以上、本発明の教示装置、ロボット、及びロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

２…ロボットシステム４…教示装置６…ロボット８…ロボット制御装置１０…画像投影部１２…指示体位置検出部１４…画像生成部２０…演算部２２…投射面２４…指示体３０…作業領域（作業空間）３２…受付部４０…軌跡４２…領域４４…ツールボックス（操作画像）４６…治具４８…部品５０…最外殻５２…検出結果５４…タッチユニット。

Claims

ロボットの動作を教示する教示装置であって、
前記ロボットの作業空間に含まれる投射面に画像を投射する画像投影部と、
前記投射面に対する指示体の位置を検出する指示体位置検出部と、
前記指示体位置検出部により検出された前記指示体の位置に基づき前記画像を生成又は更新する画像生成部と、
前記指示体の位置に基づいて前記ロボットの動作を教示する教示点を演算する演算部と、
を有し、
前記投射面に対する法線方向の距離であるＺ座標の入力を受け付ける受付部を有し、
前記演算部は、前記教示点と前記教示点に対応した前記Ｚ座標に基づいて空間教示点を演算し、複数の前記教示点と、複数の前記空間教示点と、によって囲まれた領域を、前記ロボットの非作業領域として、前記空間教示点に基づいて前記ロボットの動作を教示することを特徴とする教示装置。
請求項１に記載の教示装置において、
前記指示体位置検出部は、前記指示体の位置の変化を表す軌跡を取得し、
前記演算部は、前記軌跡に沿って、複数の前記教示点を生成することを特徴とする教示装置。
請求項１又は２に記載の教示装置において、
前記画像生成部は、複数の前記教示点によって囲まれた領域に、前記ロボットの操作を示す操作画像が投射されるように画像を生成し、
前記演算部は、前記操作画像が示す操作に基づいて前記ロボットの動作を教示することを特徴とする教示装置。
請求項３に記載の教示装置において、
前記操作画像は、前記ロボットの位置及び姿勢を一定量変化させる操作を示すことを特徴とする教示装置。
請求項３又は４に記載の教示装置において、
前記操作画像は、前記ロボットのモーターの励磁状態を変更する操作を示すことを特徴とする教示装置。
ロボットの動作を教示する教示装置であって、
前記ロボットの作業空間に含まれる投射面に画像を投射する画像投影部と、
前記投射面に対する指示体の位置を検出する指示体位置検出部と、
前記指示体位置検出部により検出された前記指示体の位置に基づき前記画像を生成又は更新する画像生成部と、
前記指示体の位置に基づいて前記ロボットの動作を教示する教示点を演算する演算部と、
を有し、
前記投射面に対する法線方向の距離であるＺ座標の入力を受け付ける受付部を有し、
前記演算部は、前記教示点と前記教示点に対応した前記Ｚ座標に基づいて空間教示点を演算し、複数の前記教示点と、複数の前記空間教示点と、によって囲まれた領域を、前記ロボットの移動速度制限領域として、前記空間教示点に基づいて前記ロボットの動作を教示することを特徴とする教示装置。
請求項１～６のいずれかに記載の教示装置と、
ロボット制御装置と、
を含む、ロボットを制御するためのシステムであって、
前記ロボット制御装置は、当該教示装置に接続されて、前記教示点若しくは前記空間教示点を受け付けて前記ロボットを制御することを特徴とする、システム。