特許 6292108 ロボットシステムに用いられる教示用治具、及び教示用治具を用いたロボット教示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6292108

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】ロボットシステムに用いられる教示用治具、及び教示用治具を用いたロボット教示方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20180305BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/22 A

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-244436(P2014-244436)

(22)【出願日】2014年12月2日

(65)【公開番号】特開2016-107350(P2016-107350A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木崎 遼

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−７５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０５１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−５４３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２４３５１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ｇ０５Ｂ １９／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動先端部の位置及び姿勢を３次元に変更可能なロボットと、上記移動先端部に取り付けられ、ソケットが装着されるソケット装着部を回転させて、ワークの表面に突出して設けられた被締付具に対して、上記ソケットに保持する締付具の締付又は緩めを行う締付工具と、該締付工具及び上記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備えたロボットシステムに用いられ、
上記被締付具に対する上記ソケットの位置及び姿勢を教示する際に、上記ソケット装着部に、上記ソケットの代わりに取り付けられる教示用治具であって、
該教示用治具は、該教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認するための光、磁気、電界又は電磁波を、上記被締付具に照射するよう構成されていることを特徴とするロボットシステムに用いられる教示用治具。

【請求項2】

上記教示用治具は、可視光を照射するライトの機能を備えており、
該ライトによる可視光が上記被締付具に照射されたときに、該被締付具の周囲に形成される影の状態によって、上記教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステムに用いられる教示用治具。

【請求項3】

上記請求項１に記載の教示用治具を用いたロボット教示方法であって、
上記教示用治具は、可視光を照射するライトの機能を備えており、
該ライトによる可視光が上記被締付具に照射されたときに、該被締付具の周囲に形成される影の状態を目視して、上記教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認することを特徴とする教示用治具を用いたロボット教示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットシステムに用いられる教示用治具、及び教示用治具を用いたロボットの教示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の生産工場においては、ロボット（産業用ロボット）を用いたボルト又はナットの締付によって、種々のワークの組付が行われている。特に、ワークの表面にボルトが突出し、このボルトに対してナットを締め付ける場合等には、作業者は、ワークの表面に突出するボルトの位置及び姿勢に対して、ロボットの移動先端部に取り付けられた締付工具のソケットの位置及び姿勢が一致するように、ロボットの教示（オンラインティーチング）を行っている。このロボットの教示を行う際には、作業者は、少なくとも２つの方向から締付工具のソケットを目視して、このソケットの姿勢を調整している。

【0003】

例えば、特許文献１の溶接ロボットのティーチング装置においては、溶接チップの代わりに溶接トーチに投光用チップを取り付け、投光用チップを用いてロボットのティーチングを行うことが開示されている。このティーチング装置においては、投光用チップから投光される２本のスポット光の交差位置と、溶接すべきワークの溶接線とが合致するように、溶接個所をロボットにティーチングしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平２−２２２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１等のティーチング装置においては、ロボットを用いてボルト又はナットの締付又は緩めを行う場合についての特別なティーチング方法については示されていない。この場合には、ロボットのティーチングを行う際に、スポット溶接を行う場合等と比べて、締付工具のソケットの姿勢がワークにおけるボルト又はナットの姿勢と、少ない誤差範囲で一致している必要がある。また、ワークの表面にボルト等が突出している場合には、この状態を活用してティーチングを簡単に行うことができる方法が望まれる。

【0006】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ワークの表面に突出する被締付具に対する、ソケットの位置及び姿勢の教示を簡単に行うことができる、ロボットシステムに用いられる教示用治具、及び教示用治具を用いたロボットの教示方法を提供しようとして得られたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、移動先端部の位置及び姿勢を３次元に変更可能なロボットと、上記移動先端部に取り付けられ、ソケットが装着されるソケット装着部を回転させて、ワークの表面に突出して設けられた被締付具に対して、上記ソケットに保持する締付具の締付又は緩めを行う締付工具と、該締付工具及び上記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備えたロボットシステムに用いられ、
上記被締付具に対する上記ソケットの位置及び姿勢を教示する際に、上記ソケット装着部に、上記ソケットの代わりに取り付けられる教示用治具であって、
該教示用治具は、該教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認するための光、磁気又は電磁波を、上記被締付具に照射するよう構成されていることを特徴とするロボットシステムに用いられる教示用治具にある。

【0008】

本発明の他の態様は、上記教示用治具を用いたロボット教示方法であって、
上記教示用治具は、可視光を照射するライトの機能を備えており、
該ライトによる可視光が上記被締付具に照射されたときに、該被締付具の周囲に形成される影の状態を目視して、上記教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認することを特徴とする教示用治具を用いたロボット教示方法にある。

【発明の効果】

【0009】

上記一態様のロボットシステムに用いられる教示用治具は、ワークの表面に突出して設けられた被締付具の姿勢に対して、締付工具のソケットの姿勢が一致する状態を、模擬的に簡単に形成することができるものである。
ロボットの教示（被締付具に対するソケットの位置及び姿勢の教示）を行う際には、締付工具のソケット装着部に、ソケットの代わりに教示用治具を装着する。そして、ロボットの移動先端部を移動させることにより、教示用治具を、ワークに設けられた被締付具に近づける。このとき、教示用治具から発せられる光、磁気又は電磁波が被締付具に照射され、教示用治具の中心軸線の姿勢が、ワークにおける被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認することができる。

【0010】

これにより、ワークにおける被締付具の中心軸線の姿勢に対して、教示用治具の中心軸線の姿勢を簡単に一致させることができる。そのため、ソケットと教示用治具との寸法関係に基づいて、ソケットの位置を適宜調整し、ワークにおける被締付具に対するソケットの位置及び姿勢の教示を簡単に行うことができる。
それ故、上記一態様のロボットシステムに用いられる教示用治具によれば、ワークの表面に突出する被締付具に対する、ソケットの位置及び姿勢の教示を簡単に行うことができる。
なお、教示用治具の中心軸線の姿勢と、被締付具の中心軸線の姿勢とは、被締付具に対する締付具の締付が可能な所定の誤差範囲を含んで一致していればよい。

【0011】

上記他の態様の教示用治具を用いたロボット教示方法においても、ワークの表面に突出して設けられた被締付具の姿勢に対して、締付工具のソケットの姿勢が一致する状態を、模擬的に簡単に形成することができる。また、ロボット教示方法においては、可視光を照射するライトの機能を備えた教示用治具を用い、被締付具の周囲に形成される影の状態を作業者が目視する。これにより、極めて簡単な方法によって、ワークの表面に突出する被締付具に対する、ソケットの位置及び姿勢の教示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例にかかる、ロボットシステムを示す説明図。

【図2】実施例にかかる、教示用治具を示す説明図。

【図3】実施例にかかる、教示用治具の中心軸線が、被締付具の中心軸線に対して傾斜している場合を示す説明図。

【図4】実施例にかかる、教示用治具の中心軸線が、被締付具の中心軸線とほぼ一致している場合を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

上述したロボットシステムに用いられる教示用治具における好ましい実施の形態について説明する。
上記教示用治具において、上記教示用治具は、可視光を照射するライトを備えており、該ライトによる可視光が上記被締付具に照射されたときに、該被締付具の周囲に形成される影の状態によって、上記教示用治具の中心軸線の姿勢が、上記被締付具の中心軸線の姿勢と一致しているか否かを確認するよう構成されていてもよい。
この場合には、教示用治具の構成を極めて簡単にすることができる。また、被締付具の周囲に形成される影の状態は、作業者又はカメラ等によって検知することができる。

【0014】

また、上記教示用治具は、可視光を照射するライト（照明器具）を備えるものとする以外にも、例えば、光、磁気、電界又は電磁波を利用する近接センサを備えるものとすることもできる。この場合には、教示用治具の先端面と、被締付具の先端面とが略平行に対面したときに、教示用治具の中心軸線の姿勢が、被締付具の中心軸線の姿勢と一致していることを検出して、この検出状態を種々の表示等によって作業者に知らせる構成にすることができる。また、教示用治具は、光、磁気、電界又は電磁波を利用する種々のセンサを備えるものとすることができる。

【0015】

上記被締付具はボルトとし、上記締付具は、ボルトに締め付けられるナットとすることができる。また、締付具をボルトとし、被締付具を、ボルトに締め付けられるナットとすることもできる。

【実施例】

【0016】

以下に、ロボットシステムに用いられる教示用治具、及び教示用治具を用いたロボット教示方法にかかる実施例について、図面を参照して説明する。
本例のロボットシステム１に用いられる教示用治具５は、図１、図２に示すように、ロボット２、締付工具３及び制御装置１１を備えたロボットシステム１に用いられるものである。ロボット２は、移動先端部２１の位置及び姿勢を３次元に変更可能である。締付工具３は、移動先端部２１に取り付けられており、ソケット４が装着されるソケット装着部３１を有している。締付工具３は、ソケット装着部３１を回転させて、ワーク８の表面８０１に突出して設けられた被締付具８１に対して、ソケット４に保持する締付具８２の締付又は緩めを行うよう構成されている。制御装置１１は、締付工具３及びロボット２の動作を制御するものである。

【0017】

教示用治具５は、被締付具８１に対するソケット４の位置及び姿勢を教示する際に、ソケット装着部３１に、ソケット４の代わりに取り付けられるものである。教示用治具５は、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢（向き）が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢（向き）と一致しているか否かを確認するための可視光Ｘを、被締付具８１に照射するよう構成されている。

【0018】

以下に、本例のロボットシステム１に用いられる教示用治具５、及び教示用治具５を用いたロボット教示方法について、図１〜図４を参照して詳説する。
本例のロボットシステム１は、自動車のボディに対してドア（バックドア）を組み付ける工程において用いられる。より具体的には、ボディに設けられたワーク８としてのヒンジ部の表面８０１には、被締付具８１としてのボルトが突出して設けられている。このボルトは、おねじが設けられた軸部として形成されている。そして、ヒンジ部にドアを合わせ、ボルトに対して締付具８２としてのナットを締め付けることによって、ボディのヒンジ部にドアが取り付けられる。

【0019】

ロボットシステム１においては、移動先端部に設けられた保持部にドアを保持して、移動先端部を移動させるロボット（図示略）と、移動先端部２１に設けられた締付工具３によって締付具８２としてのナットの締付を行うロボット２とを用いる。ロボット２は、５軸以上の関節部をサーボモータによって回動させる多関節ロボットである。

【0020】

図１に示すように、制御装置１１には、ロボット２の位置及び姿勢の教示（オンラインティーチング）を行う際に、作業者が操作可能な教示ペンダント１２が設けられている。作業者は、教示ペンダント１２を操作して、ロボット２を動作させ、締付工具３のソケット装着部３１に取り付けられた教示用治具５を移動させることができる。また、作業者は、教示ペンダント１２を操作して、複数の教示箇所における教示用治具５の位置及び姿勢のデータを、教示プログラムとして制御装置１１に記憶させることができる。

【0021】

締付工具３は、モータによってソケット装着部３１を回転させるよう構成されている。ソケット装着部３１の先端部は、断面形状が多角形である軸形状に形成されている。ソケット４の一端には、ソケット装着部３１に嵌合される嵌合凹部４２が形成されており、ソケット４の他端には、ナットを保持するための保持凹部４１が形成されている。

【0022】

図２に示すように、教示用治具５の一端側には、可視光Ｘを照射するライト５１が設けられている。このライト５１は、ロボット２又は締付工具３に設けられた電源、又は教示用治具５に配置された電池によって可視光Ｘを発する構造とすることができる。教示用治具５の他端には、ソケット４と同様に、締付工具３のソケット装着部３１に嵌合される嵌合凹部５２が形成されている。教示用治具５は、ソケット４の形状及び大きさと類似する形状及び大きさに形成されている。
締付工具３のソケット装着部３１とソケット４の嵌合凹部４２とは、回転トルクを伝達できる種々の形状にすることができる。

【0023】

図３、図４に示すように、教示用治具５は、ライト５１による可視光Ｘが被締付具８１に照射されたときに、被締付具８１の周囲に形成される影Ｙの状態によって、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢と一致しているか否かを確認するよう構成されている。本例においては、ライト５１による可視光Ｘが被締付具８１に照射されたときに、作業者が、被締付具８１の周囲に形成される影Ｙの状態を目視して、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢と一致しているか否かを確認する。

【0024】

図３に示すように、教示用治具５のライト５１によって被締付具８１に可視光Ｘを照射するときに、教示用治具５の中心軸線Ｃ２が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１に対して傾斜している場合には、被締付具８１の影Ｙが、被締付具８１の中心から一方側に偏って形成される。この場合、作業者は、この被締付具８１の影Ｙの偏りがなくなるように、教示ペンダント１２を操作して教示用治具５の位置及び姿勢を変化させることができる。

【0025】

一方、図４に示すように、教示用治具５のライト５１によって被締付具８１に可視光Ｘを照射するときに、教示用治具５の中心軸線Ｃ２が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１とほぼ一致している場合には、被締付具８１の影Ｙが、ほとんど形成されないか、被締付具８１の中心にほぼ集まって形成される。この場合、作業者は、被締付具８１の影Ｙの状態を確認することによって、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢が、被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢に対してほぼ一致していることを確認することができる。

【0026】

本例の教示用治具５は、ワーク８の表面８０１に突出して設けられた被締付具８１の姿勢に対して、締付工具３のソケット４の姿勢が一致する状態を、模擬的に簡単に形成することができるものである。
ロボット教示方法として、ロボット２の教示（被締付具８１に対するソケット４の位置及び姿勢の教示）を行う際には、締付工具３のソケット装着部３１に、ソケット４の代わりに教示用治具５を装着する。そして、作業者は、教示ペンダント１２を操作してロボット２の移動先端部２１を移動させることにより、教示用治具５を、ワーク８に設けられた被締付具８１に近づける。

【0027】

このとき、図３、図４に示すように、教示用治具５のライト５１から発せられる可視光Ｘが被締付具８１に照射される。そして、作業者は、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢が、ワーク８における被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢と一致しているか否かを、被締付具８１の周囲に形成される影Ｙの状態を目視して確認することができる。これにより、ワーク８における被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢に対して、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢を簡単に一致させることができる。
なお、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢と、被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢とは、被締付具８１に対する締付具８２の締付が可能な所定の誤差範囲を含んで一致していればよい。

【0028】

また、図２に示すように、作業者は、教示ペンダント１２を操作して、教示用治具５の中心軸線Ｃ２の姿勢をワーク８における被締付具８１の中心軸線Ｃ１の姿勢に合わせるときには、教示用治具５の先端面５０１が被締付具８１の先端面８１１に対面するよう、教示用治具５の位置を調整する。そして、作業者は、教示用治具５の位置及び姿勢を決定して、この位置及び姿勢を、教示プログラムにおける位置及び姿勢のデータとして、制御装置１１に記憶させることができる。

【0029】

教示用治具５の位置は、教示用治具５の先端面５０１が被締付具８１の先端面８１１から所定の距離離れた状態において教示することができる。そして、教示用治具５の位置は、ロボット２における機能を利用して、教示用治具５の姿勢が変化しない状態で、教示用治具５をその中心軸線Ｃ１の方向に移動させて変化させることができる。
また、教示用治具５を用いて、位置及び姿勢の仮の状態をロボット２に教示し、その後、ソケット４を用いて、最終的な位置及び姿勢をロボット２に教示することもできる。

【0030】

それ故、本例のロボットシステム１に用いられる教示用治具５、及び教示用治具５を用いたロボット教示方法によれば、ワーク８の表面８０１に突出する被締付具８１に対する、ソケット４の位置及び姿勢の教示を簡単に行うことができる。

【符号の説明】

【0031】

１ ロボットシステム
１１ 制御装置
２ ロボット
２１ 移動先端部
３ 締付工具
３１ ソケット装着部
４ ソケット
５ 教示用治具
５１ ライト
８ ワーク
８１ 被締付具（ボルト）
８２ 締付具（ナット）
Ｘ 可視光
Ｙ 影

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】