特開 2024-100099 ロボット教示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100099

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】ロボット教示システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003839

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金井 嘉毅

(72)【発明者】

【氏名】石川 慎一

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707DS01

3C707ES03

3C707JU08

3C707KS03

3C707KS04

3C707KS05

3C707KS17

3C707KS20

3C707KS30

3C707KT03

3C707KT06

3C707LS05

3C707LS14

(57)【要約】

【課題】教示に用いるエンドエフェクタとロボットに装着されるエンドエフェクタとの間の機差や構造上の差異が存在する場合でも、教示された所定の作業が精度良く再現されるロボット教示システムを提供する。
【解決手段】第１エンドエフェクタおよび第２エンドエフェクタに対する位置姿勢が一意に定まるような被把持構造を有する位置姿勢固定具と、教示動作中の第１エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第１教示データを、第２エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第２教示データに変換する教示データ変換部と、を備え、教示データ変換部は、位置姿勢固定具を把持した時の第１エンドエフェクタと位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第１相対位置姿勢と、位置姿勢固定具を把持した時の第２エンドエフェクタと位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第２相対位置姿勢と、を用いて第１教示データを第２教示データに変換する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

把持構造を有し、教示に用いられる第１エンドエフェクタと、
前記把持構造を有し、ロボットに装着される第２エンドエフェクタと、
を備えるロボット教示システムにおいて、
前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタの前記把持構造により把持されることで、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタに対する位置姿勢が一意に定まるような被把持構造を有する位置姿勢固定具と、
教示動作中の前記第１エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第１教示データを、前記第２エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第２教示データに変換する教示データ変換部と、
前記第２教示データに基づいて前記ロボットを動作させるロボット制御部と、を備え、
前記教示データ変換部は、
前記位置姿勢固定具を把持した時の前記第１エンドエフェクタと前記位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第１相対位置姿勢と、
前記位置姿勢固定具を把持した時の前記第２エンドエフェクタと前記位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第２相対位置姿勢と、
を用いて前記第１教示データを前記第２教示データに変換する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項2】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記第１エンドエフェクタの位置姿勢と、前記第１エンドエフェクタに把持された前記位置姿勢固定具の位置姿勢とを計測する第１計測部と、
前記第２エンドエフェクタの位置姿勢と、前記第２エンドエフェクタに把持された前記位置姿勢固定具の位置姿勢とを計測する第２計測部と、
前記第１エンドエフェクタの位置姿勢と前記第１エンドエフェクタに把持された前記位置姿勢固定具の位置姿勢とに基づいて前記第１相対位置姿勢を算出する第１相対位置姿勢算出部と、
前記第２エンドエフェクタの位置姿勢と前記第２エンドエフェクタに把持された前記位置姿勢固定具の位置姿勢とに基づいて前記第２相対位置姿勢を算出する第２相対位置姿勢算出部と、
を備えることを特徴とするロボット教示システム。

【請求項3】

請求項２に記載のロボット教示システムであって、
前記第１エンドエフェクタ、前記第２エンドエフェクタ及び前記位置姿勢固定具のそれぞれは、被計測物を有し、
前記第１計測部および前記第２計測部は、前記被計測物を計測することで前記第１エンドエフェクタ、前記第２エンドエフェクタ及び前記位置姿勢固定具のそれぞれの位置姿勢を計測する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項4】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記第１相対位置姿勢が記憶される第１記憶部を備え、
前記第１エンドエフェクタは、前記第１エンドエフェクタの識別子である第１識別子を有し、
前記第１記憶部は、前記第１相対位置姿勢を前記第１識別子と紐づけて記憶し、
前記第１教示データは、教示に用いた前記第１エンドエフェクタの位置姿勢情報と、教示に用いた前記第１エンドエフェクタの前記第１識別子とを含み、
前記教示データ変換部は、前記第１教示データに含まれる前記第１識別子に対応する前記第１相対位置姿勢に基づいて前記第１教示データを前記第２教示データに変換する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項5】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記第２相対位置姿勢が記憶される第２記憶部を備え、
前記第２エンドエフェクタは、前記第２エンドエフェクタの識別子である第２識別子を有し、
前記第２記憶部は、前記第２相対位置姿勢を前記第２識別子と紐づけて記憶し、
前記教示データ変換部は、前記ロボットに装着される前記第２エンドエフェクタの前記第２識別子に対応する前記第２相対位置姿勢に基づいて前記第１教示データを前記第２教示データに変換する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項6】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
教示用ロボットと、
前記教示用ロボットを操作する操作部と、を備え、
前記第１エンドエフェクタは、前記教示用ロボットに装着される
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項7】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記教示データ変換部は、前記第１相対位置姿勢を用いて、前記第１教示データを前記位置姿勢固定具の位置姿勢を表す第３教示データに変換し、前記第２相対位置姿勢を用いて、前記第３教示データを前記第２教示データに変換する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項8】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記ロボット制御部が前記第２教示データに基づいて前記ロボットを制御したときの前記第２エンドエフェクタの位置姿勢を実動作データとして計測する第３計測部をさらに有し、
前記ロボット制御部は、前記第２教示データと前記実動作データが一致するように、前記第２教示データを補正する
ことを特徴とするロボット教示システム。

【請求項9】

請求項１に記載のロボット教示システムであって、
前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタのそれぞれは、前記把持構造として、位置姿勢が計測されるベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ、前記位置姿勢固定具および作業対象物を挟持する一対の把持部材と、を有し、
前記一対の把持部材は、前記位置姿勢固定具および前記作業対象物と接触する接触面と、前記接触面に設けられた嵌合部と、を有し、
前記位置姿勢固定具は、前記被把持構造の少なくとも一部として、前記一対の把持部材の前記嵌合部と嵌合する被嵌合部を有することを特徴とするロボット教示システム。

【請求項10】

請求項９に記載のロボット教示システムであって、
前記第１エンドエフェクタの前記ベース部材は、
教示者により操作される操作部と、
前記操作部と前記把持部材が連動するように、前記操作部に加えられた操作動力を伝達し、前記把持部材を動作させる動力伝達部と、
を有することを特徴とするロボット教示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットに所定の作業を教示するためのロボット教示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットに所定の作業を教示するロボット教示システムとして、教示者が教示用デバイスを持ち、実演した作業をロボットに再現させるようなシステムが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１では、教示者が教示用デバイスを持って所定の作業を実演し、そのデバイスの軌道をセンサで取得した後、センサ値に基づいてロボットの動作プログラムを自動で生成するロボット教示システムが開示されている。また、特許文献１の教示用デバイスには様々な道具（「エンドエフェクタ」に対応）が装着可能であり、様々な作業の教示に対応している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１２２５８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１で開示されるロボット教示システムでは、教示用デバイスに装着されたエンドエフェクタとロボットに装着されたエンドエフェクタとの間に生じる機差や構造上の差異により、教示データに位置または姿勢の誤差が発生し、教示された作業の再現精度が低下するという課題があった。

【0006】

本発明では、上記のような課題に鑑み、教示に用いるエンドエフェクタとロボットに装着されるエンドエフェクタとの間の機差や構造上の差異が存在する場合でも、教示された所定の作業が精度良く再現されるロボット教示システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明におけるロボット教示システムは、把持構造を有し、教示に用いられる第１エンドエフェクタと、前記把持構造を有し、ロボットに装着される第２エンドエフェクタと、を備えるロボット教示システムにおいて、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタの前記把持構造により把持されることで、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタに対する位置姿勢が一意に定まるような被把持構造を有する位置姿勢固定具と、教示動作中の前記第１エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第１教示データを、前記第２エンドエフェクタの位置姿勢情報を表す第２教示データに変換する教示データ変換部と、前記第２教示データに基づいて前記ロボットを動作させるロボット制御部と、を備え、前記教示データ変換部は、前記位置姿勢固定具を把持した時の前記第１エンドエフェクタと前記位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第１相対位置姿勢と、前記位置姿勢固定具を把持した時の前記第２エンドエフェクタと前記位置姿勢固定具との間の相対的な位置姿勢を表す第２相対位置姿勢と、を用いて前記第１教示データを前記第２教示データに変換する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、教示に用いるエンドエフェクタとロボットに装着されるエンドエフェクタとの間の機差や構造上の差異が存在する場合でも、教示された所定の作業が精度良く再現されるロボット教示システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施例におけるロボット教示システムの動作を説明する図である。

【図2A】第１の実施例における第１エンドエフェクタおよび位置姿勢固定具の詳細な構成を示す図である。

【図2B】第１の実施例における第１相対位置姿勢算出処理を説明する図である。

【図3A】第１の実施例における第２エンドエフェクタおよび位置姿勢固定具の詳細な構成を示す図である。

【図3B】第１の実施例における第２相対位置姿勢算出処理を説明する図である。

【図4】第１の実施例における教示データ変換部の動作を説明する図である。

【図5A】第１の実施例における第１エンドエフェクタ利用教示処理を説明する図である。

【図5B】第１の実施例に係る第１座標変換部における座標変換のイメージを作業空間上に示した図である。

【図5C】第１の実施例に係る第２座標変換部における座標変換およびロボット動作処理のイメージを作業空間上に示した図である。

【図6】第１の実施例におけるロボット制御部を説明する図である。

【図7A】第２の実施例における教示データ変換部の構成および動作を説明する図である。

【図7B】第２の実施例における教示データ変換部の他の構成の一例を示す図である。

【図7C】第２の実施例における教示データ変換部の他の構成の一例を示す図である。

【図8】第３の実施例における第１エンドエフェクタを説明する図である。

【図9】第４の実施例における第１エンドエフェクタ利用教示処理を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本実施形態について説明する。なお、図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

【0011】

また、以下では当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能である。

【実施例0012】

図１は、第１の実施例におけるロボット教示システムの動作を説明する図である。本ロボット教示システム１では、第２エンドエフェクタ１２が装着された任意のロボット５３に対して教示を行うような状況を想定しており、教示者２３が実際のロボット５３および第２エンドエフェクタ１２ではなく第１エンドエフェクタ１１を用いて所定の作業を実演した時の第１エンドエフェクタ１１の位置および姿勢を、第２エンドエフェクタ１２が装着されたロボット５３に再現させることによって教示を行う。以下では、「位置および姿勢」を「位置姿勢」と略記する。

【0013】

このような教示において、第１エンドエフェクタ１１と第２エンドエフェクタ１２との機差や構造上の差異（以下「機差や構造上の差異」を「機差等」と略記する。）により、第２エンドエフェクタ１２が第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢を完全にトレースするだけでは、所定の作業を高精度に再現できない可能性がある。

【0014】

そこで、本発明による技術は、第１エンドエフェクタ１１と第２エンドエフェクタ１２との機差等を、第１エンドエフェクタ１１および第２エンドエフェクタ１２の両方で把持可能な共通の位置姿勢固定具１３を用いて校正する。

【0015】

図１に示すように、本ロボット教示システム１には大きく５つの処理があり、第１エンドエフェクタ利用教示処理２、第１相対位置姿勢算出処理３、第２相対位置姿勢算出処理４、ロボット動作処理５、教示データ変換処理がある。

【0016】

第１エンドエフェクタ利用教示処理２は、教示者２３が第１エンドエフェクタ１１を持ち、作業対象物２４の把持を含む所定の作業を実演する時の第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢情報を計測部２２（例えば赤外カメラ）によって計測し、第１エンドエフェクタ利用教示部２１により教示動作中の第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢情報を表す第１教示データ２１０を生成する処理である。

【0017】

第１相対位置姿勢算出処理３は、第１エンドエフェクタ１１によって位置姿勢固定具１３を把持した時の、第１エンドエフェクタ１１と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を第１計測部として機能する計測部３２（例えば赤外カメラ）によって計測し、第１相対位置姿勢算出部３１により第１エンドエフェクタ１１と位置姿勢固定具１３との間の相対的な位置姿勢を表す第１相対位置姿勢３１０を算出する処理である。なお、計測部３２は、第１エンドエフェクタ１１と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を計測する代わりに、設計パラメータ等を用いて第１エンドエフェクタ１１と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を算出してもよい。

【0018】

第２相対位置姿勢算出処理４は、第２エンドエフェクタ１２によって位置姿勢固定具１３を把持した時の、第２エンドエフェクタ１２と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を第２計測部として機能する計測部４２（例えば赤外カメラ）によって計測し、第２相対位置姿勢算出部４１により第２エンドエフェクタ１２と位置姿勢固定具１３との間の相対的な位置姿勢を表す第２相対位置姿勢４１０を算出する処理である。なお、計測部４２は、第２エンドエフェクタ１２と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を計測する代わりに、設計パラメータ等を用いて第２エンドエフェクタ１２と位置姿勢固定具１３とのそれぞれの位置姿勢を算出してもよい。

【0019】

なお、本ロボット教示システム１において、上記の処理２、３、４を実行する順番は問わない。

【0020】

教示データ変換処理は、教示データ変換部６が、第１相対位置姿勢３１０と第２相対位置姿勢４１０と用いて、第１教示データ２１０を第２教示データ５１０に変換する処理である。

【0021】

ロボット動作処理５は、ロボット制御部５１が第２教示データ５１０に基づいて、ロボット５３を制御して動作させる処理である。例えば、ロボット制御部５１は、後述するように、教示データ変換部６により生成された第２教示データ５１０に含まれる第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢情報と、実際の第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢とが一致するようにロボット５３を制御し、作業対象物５４の把持を含む所定の作業をロボット５３に再現させる。

【0022】

図２Ａは、第１の実施例における第１エンドエフェクタおよび位置姿勢固定具の詳細な構成を示す図である。

【0023】

第１エンドエフェクタ１１は、把持構造として、位置姿勢が計測されるベース部材１１３と、ベース部材１１３に取り付けられ、位置姿勢固定具１３および作業対象物を挟持する一対の把持部材１１１および１１２と、を有する。また、第１エンドエフェクタ１１の把持部材１１１および１１２は、それぞれ接触面１１１１（把持部材１１２については図示しない）と、嵌合部１１１２、１１２２と、を備える。

【0024】

第１の実施例における第１エンドエフェクタ１１は、第２エンドエフェクタ１２を模擬して作られたツールであり、ロボットに装着せずに、作業者が保持して扱う。そこで、第１エンドエフェクタ１１のベース部材１１３には、作業者が保持する用のハンドル部材１１４が取り付けられる。ハンドル部材１１４は、ベース部材１１３に対して取り外しが可能な図示しない機構を有しており、教示者の作業のしやすさに応じて任意の形状とすることができる。また、第１の実施例では、アクチュエータやバッテリなどの駆動源を内蔵せず、把持部材１１１、１１２をベース部材１１３にねじ止めなどすることによって構成の組み立て変更がなされ、把持状態が実現されるものとする。

【0025】

ベース部材１１３には、被計測物１１６が固定される。被計測物１１６が計測部２２または計測部３２に計測されることで、第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢が計測される。本実施例では、被計測物１１６として、赤外光を反射する反射球１１６ａ～１１６ｄが取り付けられたマーカプレートを用いる例について説明する。

【0026】

ただし、第１エンドエフェクタ利用教示処理２において、例えば第１エンドエフェクタ１１を対象装置の内部に侵入させるような作業を教示する場合、オクルージョン（手前にある物体で背後にある物体が隠れて見えないようになる状態）により計測部２２によって被計測物１１６を正常に計測できない可能性がある。

【0027】

そこで、オクルージョンを防いで計測部２２が被計測物１１６を良好に計測できるように、被計測物１１６とベース部材１１３との間に被計測物固定部材１１５を設ける。被計測物固定部材１１５は、オクルージョンを防げるように工夫して設計される。例えば、被計測物固定部材１１５は、Ｚ型形状等とする。

【0028】

位置姿勢固定具１３は、被把持部材１３１と固定具被計測物１３３とを有する。本実施例では、被計測物１３３として、赤外光を反射する反射球１３３ａ～１３３ｄが取り付けられたマーカプレートを用いる例について説明する。位置姿勢固定具１３は、単体の独立した部材であっても良いし、作業対象物の一部として突出している部材であっても良い。

【0029】

被把持部材１３１は、把持部材１１１の嵌合部１１１２、および把持部材１１２の嵌合部１１２２と嵌合する被嵌合部１３２（嵌合部１１１２に対応する被嵌合部は図示しない）を有する。

【0030】

図２Ｂは、第１の実施例における第１相対位置姿勢算出処理を説明する図である。第１相対位置姿勢算出処理３では、計測カメラである計測部３２を、計測部支柱３２１により作業台３５全体を俯瞰できる位置に設置し、被計測物１１６および１３３からの反射光を光学的に検知することにより、作業台３５に固定された作業台座標系３７Σｗを基準とした被計測物１１６および１３３の位置姿勢を取得する。

【0031】

本実施例における被計測物１１６および１３３の計測手段は、光学式モーションキャプチャシステムを想定している。計測カメラである計測部３２が赤外光を照射し、反射球１１６ａ～１１６ｄおよび１３３ａ～１３３ｄからの反射赤外光と、各反射球の配置パターンを用いて、被計測物１１６および１３３の位置姿勢を計算する。

【0032】

第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢は、被計測物１１６に固定された第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１で表される。

【0033】

位置姿勢固定具１３の位置姿勢は、固定具被計測物１３３に固定された固定具座標系１３４Σｔで表される。

【0034】

計測部３２により、作業台座標系３７Σｗを基準とした第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴ１と、作業台座標系３７Σｗを基準とした固定具座標系１３４Σｔの位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴｔを取得し、上記２つの同次変換行列から、第１相対位置姿勢３１０として同次変換行列１Ｔｔを、式：１Ｔｔ＝（ｗＴ１）^－１・ｗＴｔで算出する。なお、本実施例では、作業台３５の一角を作業台座標系３７Σｗとしたが、作業台座標系３７Σｗの取り方は任意である。

【0035】

第１相対位置姿勢算出処理３における第１エンドエフェクタ１１は、作業者３３に支持されていても良いし、単体で独立して置かれていても良い。

【0036】

なお、本実施例では、第１相対位置姿勢算出処理３により第１相対位置姿勢３１０を算出したが、第１相対位置姿勢３１０は、設計データを元にあらかじめ与えられた数値であっても良い。

【0037】

図３Ａは、第１の実施例における第２エンドエフェクタおよび位置姿勢固定具の詳細な構成を示す図である。

【0038】

第２エンドエフェクタ１２は、把持構造として、位置姿勢が計測されるベース部材１２３と、ベース部材１２３に取り付けられ、位置姿勢固定具１３および作業対象物を挟持する一対の把持部材１２１および１２２と、を有する。また、第２エンドエフェクタ１２の把持部材１２１および１２２は、それぞれ接触面１２１１（把持部材１２２については図示しない）と、嵌合部１２１２、１２２２と、を備える。

【0039】

把持部材１２１、１２２は、それぞれ相対する開閉方向１２０に直動可能である。

【0040】

第２エンドエフェクタ１２は、把持部材１２１および１２２によって作業対象物を挟み込むことにより把持動作を実現し、ベース部材１２３が任意のロボットに固定される。

【0041】

第２エンドエフェクタ１２は、ロボットまたは外部の制御器からの信号によって駆動する電動または流体圧作動のアクチュエータと、アクチュエータの動力を把持部材１２１および／または１２２に伝達する動力伝達機構を内蔵する。

【0042】

図３Ａに示す被把持部材１３１は、図２Ａに示す被把持部材１３１と同一であり、被嵌合部１３２（嵌合部１２１２に対応する被嵌合部は図示しない）は、把持部材１２１の嵌合部１２１２、および把持部材１２２の嵌合部１２２２と嵌合する。

【0043】

第１エンドエフェクタ１１の嵌合部１１１２および１１２２と、第２エンドエフェクタ１２の嵌合部１２１２および１２２２は、同一の位置姿勢固定具１３の被嵌合部１３２と嵌合するため、同一形状、同一寸法である必要がある。一方で、嵌合部以外の形状（例えば、把持部材１１１、１１２の長さ、大きさ、ベース部材１１３の長さ、大きさ）は異なっていても良い。

【0044】

位置姿勢固定具１３は、第１相対位置姿勢算出処理３において、嵌合部１１１２および１１２２と被嵌合部１３２とが嵌合するように把持部材１１１および１１２に挟まれることにより、第１エンドエフェクタ１１に対する位置姿勢が幾何学的に拘束されて一意に定まる。

【0045】

また、位置姿勢固定具１３は、第２相対位置姿勢算出処理４において、嵌合部１２１２および１２２２と被嵌合部１３２とが嵌合するように把持部材１２１および１２２に挟まれることにより、第２エンドエフェクタ１２に対する位置姿勢が幾何学的に拘束されて一意に定まる。

【0046】

図３Ｂは、第１の実施例における第２相対位置姿勢算出処理を説明する図である。第２相対位置姿勢算出処理４では、計測カメラである計測部４２を、計測部支柱４２１により作業台４５全体を俯瞰できる位置に設置し、被計測物１２６および１３３からの反射光を光学的に検知することにより、作業台４５に固定された作業台座標系４７Σｗを基準とした被計測物１２６および１３３の位置姿勢を取得する。

【0047】

被計測物１２６の計測手段は、前述の被計測物１１６および１３３と同様であり、被計測物１２６上に備えた反射球（符号については図示しない）を用いて、位置姿勢を取得する。

【0048】

本実施例における第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢は、被計測物１２６に固定された第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２で判断する。

【0049】

計測部４２により、作業台座標系４７Σｗを基準とした第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴ２と、作業台座標系４７Σｗを基準とした固定具座標系１３４Σｔの位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴｔを取得し、上記２つの同次変換行列から、第２相対位置姿勢４１０として、同次変換行列２Ｔｔを、式：２Ｔｔ＝（ｗＴ２）^－１・ｗＴｔで算出する。なお、本実施例では、作業台４５の一角を作業台座標系４７Σｗとしたが、作業台座標系４７Σｗの取り方は任意である。

【0050】

第２相対位置姿勢算出処理４における第２エンドエフェクタ１２は、図３Ｂのようにロボット４３に支持されていても良いし、ロボットから独立して単体で置かれていても良い。

【0051】

なお、本実施例では、第２相対位置姿勢算出処理４により第２相対位置姿勢４１０を算出したが、第２相対位置姿勢４１０は、設計データを元にあらかじめ与えられた数値であっても良い。

【0052】

第２相対位置姿勢算出処理４における第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢は、前述したように、被計測物固定部材１２５に固定された被計測物１２６の位置姿勢として計測部４２により計測される。ただし、第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢は、被計測物１２６の位置姿勢を用いずに、ロボット４３の設計パラメータと関節角度情報とを用いた運動学計算の解として取得することもできる。この場合、教示の精度向上のためには、作業台座標系４７Σｗから見たロボット４３に固定された図示しない座標系Σｒの位置姿勢が既知である必要がある。

【0053】

上記計測部３２および４２では、第１相対位置姿勢３１０と第２相対位置姿勢４１０の算出において、ある任意の瞬間、ある任意の条件下で計測された１組の位置姿勢情報のみを用いて算出しても良いし、少なくとも２組以上の位置姿勢情報を計測して各組毎に第１相対位置姿勢３１０と第２相対位置姿勢４１０とを算出し、第１相対位置姿勢３１０と第２相対位置姿勢４１０とでそれぞれ平均を取っても良い。計測部３２および４２の出力にノイズが含まれる場合、複数点の平均を取る方がより正確な計測結果が得られる。

【0054】

図４は、第１の実施例における教示データ変換部の動作を説明する図である。図５Ａは、第１の実施例における第１エンドエフェクタ利用教示処理を説明する図である。具体的には、図５Ａは、第１エンドエフェクタ利用教示処理２において、教示者２３が第１エンドエフェクタ１１を用いて、作業対象物２４の把持状態を含む作業を教示する様子を示している。また、図５Ａでは、作業の一例として、作業台２５上の作業環境構造物２６の内部に作業対象物２４を入れるような作業を例示している。

【0055】

図５Ａの例では、教示者２３が持つ第１エンドエフェクタ１１に固定された被計測物１１６を計測部２２で一定周期時間ごとに計測し、第１エンドエフェクタ利用教示部２１は、被計測物１１６に固定された第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢と計測時刻とを第１教示データ２１０として生成する。なお、被計測物１１６に固定された第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢は、作業台２５に固定された作業台座標系２７Σｗを基準とした位置姿勢であり、同次変換行列ｗＴ１で表される。

【0056】

計測部２２に対して、第１エンドエフェクタ１１および作業対象物２４が作業環境構造物２６の影に隠れてしまうこと（オクルージョン）が想定される場合でも、前述したように、被計測物１１６が計測部２２の測定範囲内に収まるように被計測物固定部材１１５を設計することで、計測部２２が被計測物１１６を計測することができる。

【0057】

教示データ変換部６は、図４に示すように、第１エンドエフェクタ利用教示部２１により生成された第１エンドエフェクタ１１の位置姿勢を表す第１教示データ２１０を、第１相対位置姿勢算出部３１により算出された第１相対位置姿勢３１０と、第２相対位置姿勢算出部４１により算出された第２相対位置姿勢４１０とを用いて、第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢である第２教示データ５１０に変換して、ロボット制御部５１に送る。

【0058】

例えば、教示データ変換部６は、第１座標変換部６１と第２座標変換部６２とを有する。第１座標変換部６１は、第１相対位置姿勢３１０を表す同次変換行列１Ｔｔと、式：ｗＴｔ＝ｗＴ１・１Ｔｔとを用いて、第１教示データ２１０として生成された計測時刻毎の同次変換行列ｗＴ１を、固定具座標系１３４Σｔの位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴｔ（第３教示データ６１０）に変換する。

【0059】

そして、第２座標変換部６２は、第２相対位置姿勢４１０を表す同次変換行列２Ｔｔと、式：ｗＴ２＝ｗＴｔ・（２Ｔｔ）^－１とを用いて、第３教示データ６１０として変換された同次変換行列ｗＴｔを、第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴ２（第２教示データ５１０）に変換する。

【0060】

図５Ｂは、第１の実施例に係る第１座標変換部６１における座標変換のイメージを作業空間上に示した図である。図５Ｂに示すように、第１教示データ２１０は作業台座標系２７Σｗから見て複数の教示点（例えば、異なる時刻ｔ１からｔ７までの７点）の軌跡で表現される。

【0061】

前述したように、作業台座標系２７Σｗから見た第１教示データ２１０の各教示点（図５Ｂでは、ｔ１～ｔ７の各教示点）の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴ１に対して、第１相対位置姿勢算出部３１であらかじめ算出した第１相対位置姿勢３１０の同次変換行列１Ｔｔを乗じることで、第１教示データ２１０の全教示点が、作業台座標系２７Σｗから見た固定具座標系１３４Σｔの位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴｔ（第３教示データ６１０）に変換される。

【0062】

図５Ｃは、第１の実施例に係る第２座標変換部における座標変換およびロボット動作処理のイメージを作業空間上に示した図である。第１エンドエフェクタ利用教示処理２と同様、作業台５５上の作業環境構造物５６の内部に作業対象物５４を入れるような作業を例示している。

【0063】

前述したように、作業台座標系５７Σｗから見た第３教示データ６１０の各教示点（図５Ｃでは、ｔ１～ｔ７の各教示点）の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴｔに対し、第２相対位置姿勢算出部４１であらかじめ算出した第２相対位置姿勢４１０の同次変換行列２Ｔｔの逆行列を乗じることで、第３教示データ６１０の全教示点が、作業台座標系５７Σｗから見た第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢を表す同次変換行列ｗＴ２（第２教示データ５１０）に変換される。

【0064】

図６は、第１の実施例におけるロボット制御部を説明する図である。ロボット動作処理５では、ロボット制御部５１が第２教示データ５１０に基づいてロボット５３を動作させる。具体的には、ロボット制御部５１は、第２教示データ５１０に含まれる第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢と、ロボット５３に装着された第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢とが一致するようにロボット５３を制御することにより、第１エンドエフェクタ１１を用いて行われた作業対象物５４の把持を含む所定の作業をロボット５３に再現させる。

【0065】

ロボット制御部５１は、例えば、教示データ補正部５１１と、逆運動学計算部５１２と、ロボット動作指令部５１３とを備える。

【0066】

教示データ補正部５１１では、作業台座標系５７Σｗを基準とした第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢情報である第２教示データ５１０を、ロボット５３に固定された図示しない座標系Σｒを基準とした第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢情報に変換する。

【0067】

逆運動学計算部５１２では、教示データ補正部５１１による変換後の第２教示データ５１０およびロボット５３の設計パラメータを用いて、第２教示データ５１０を再現するようなロボット５３の関節の角度を逆運動学の解として算出する。

【0068】

ロボット動作指令部５１３では、逆運動学計算部５１２の結果をもとに、動作指令５１４をロボット５３に送信する。逆運動学計算部５１２の解が得られなかった場合は、実行不可としてエラーコードを出力する。

【0069】

第１の実施例におけるロボット動作処理５では、ロボット制御部５１が第２教示データ５１０に基づいてロボット５３を制御したときの第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢を実動作データ５２０として計測部５２（第３計測部）により計測して、第２教示データ５１０と実動作データ５２０が一致するように、第２教示データ５１０を補正する。例えば、教示データ補正部５１１は、第２教示データ５１０における第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢と、実動作データ５２０における第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢とを比較して、位置姿勢のずれを検出し、検出した位置姿勢のずれを補正するためのオフセットを算出する。そして、ロボット５３に固定された図示しない座標系Σｒを基準とした第２エンドエフェクタ１２の位置姿勢（変換後の第２教示データ５１０）にオフセットを加えることで、第２教示データ５１０と実動作データ５２０が一致するように、第２教示データ５１０を補正する。

【0070】

なお、計測部５２を用いた補正をせずに、ロボット５３の設計パラメータと関節角度情報を用いた運動学計算の解を真値として第２教示データ５１０を補正しても良い。この場合、教示された所定の作業の精度向上のためには、作業台座標系５７Σｗから見たロボット５３に固定された図示しない座標系Σｒの位置姿勢が既知であることと、ロボット５３の設計パラメータと関節角度情報が高精度である必要がある。

【0071】

また、本実施例では、計測部２２、３２、４２および５２は、それぞれ別のものとして記載しているが、同一のものを用いても良い。

【0072】

なお、ロボット動作処理５におけるロボット５３は、第２相対位置姿勢算出処理４におけるロボット４３と同一のロボットであっても良いし、別のロボットであっても良い。

【0073】

もし仮に、ロボット制御部５１が、第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢を表す第１教示データ２１０に従ってロボット５３を制御した場合、ロボット制御部５１は、図３Ｂに示す第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２が、図２Ｂに示す第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢をトレースするようにロボット５３を制御する。このような場合において、例えば、ベース部材１１３（第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１）に対する把持部材１１１および１１２の相対的な位置姿勢が、ベース部材１２３（第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２）に対する把持部材１２１および１２２の相対的な位置姿勢と異なる場合、すなわち、第１エンドエフェクタ１１と第２エンドエフェクタ１２との間で機差等がある場合、第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２が第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１の位置姿勢を正確にトレースしたとしても、第２エンドエフェクタ１２の把持部材１２１および１２２は第１エンドエフェクタ１１の把持部材１１１および１１２の位置姿勢を正確にはトレースできない。

【0074】

本実施例に係る第１相対位置姿勢算出処理３では、位置姿勢固定具１３と把持部材１１１および１１２との相対的な位置姿勢が一意に定まるので、把持構造の正確な位置姿勢（ツールセンターポイント）が実質的に固定具座標系１３４Σｔから定まる。そのため、本実施例では、第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１と、固定具座標系１３４Σｔとの間の相対的な位置姿勢を第１相対位置姿勢３１０として算出する。

【0075】

また、本実施例に係る第２相対位置姿勢算出処理４では、同様に、位置姿勢固定具１３と把持部材１２１および１２２との相対的な位置姿勢が一意に定まるので、把持構造の正確な位置姿勢（ツールセンターポイント）が実質的に固定具座標系１３４Σｔから定まる。そのため、本実施例では、第２エンドエフェクタ座標系１２７Σ２と、固定具座標系１３４Σｔとの間の相対的な位置姿勢を第２相対位置姿勢４１０として算出する。

【0076】

そして、第１相対位置姿勢３１０および第２相対位置姿勢４１０を用いて、第１教示データ２１０を第２教示データ５１０に変換することで、第１エンドエフェクタ１１と第２エンドエフェクタ１２の機差等が存在する場合でも、教示された所定の作業が精度良く再現される。

【0077】

上記の例では、被計測物１１６、１２６および１３３の位置姿勢を、上述した光学式モーションキャプチャシステムによって計測する例を示したが、これに代えて、把持された作業対象物の動きをホール素子等を用いて磁気式に検知するモーションキャプチャシステムを採用することもできる。あるいは、被計測物を用いず、作業対象物や教示者２３の動作をカメラで撮影し、その映像を解析するシステムを採用することもできる。

【0078】

また、第１エンドエフェクタ座標系１１７Σ１と設計データとから把持部材１１１および１１２の位置姿勢（ツールセンターポイント）を算出することも可能であるが、被計測物固定部材１１５、ベース部材１１３、把持部材１１１、１１２などの寸法誤差、組み立て誤差が含まれるため、把持部材１１１および１１２の位置姿勢（ツールセンターポイント）を高精度に算出することが困難な場合もある。このような場合でも、本実施例によれば、実際の計測に基づいて、把持部材１１１および１１２の位置姿勢が位置姿勢固定具１３の位置姿勢から定まるので、上記のような誤差の影響を受けにくい。

【0079】

また、ロボットに装着されている第２エンドエフェクタを取り外しそのまま教示に用いることも考えられるが、大きさや重さなどの理由によりロボットに装着されている第２エンドエフェクタを教示者が容易に扱うことができないケースもある。このようなケースでは、第２エンドエフェクタに対して機差等がある第１エンドエフェクタを用いざるを得ない。本発明によれば、第１エンドエフェクタと第２エンドエフェクタとの間に機差等が存在していても問題がないため、第２エンドエフェクタの大きさや重さによらず教示が可能である。したがって、本発明のロボット教示システムはより汎用的に使用することができる。

【実施例0080】

本発明における第２の実施例によるロボット教示システム１の構成を説明する。本実施例では、第１の実施例と異なる点を中心に説明し、説明を省略している構成については第１の実施例と同様である。

【0081】

図７Ａは、第２の実施例における教示データ変換部の構成および動作を説明する図である。第２の実施例におけるロボット教示システム１は、少なくとも２つ以上の第１エンドエフェクタ１１と、少なくとも２つ以上の第２エンドエフェクタ１２とを有する。本実施例では、一例として、２つの第１エンドエフェクタ（１１ａ、１１ｂ）と、２つの第２エンドエフェクタ（１２ａ、１２ｂ）と、を備えるロボット教示システム１について説明する。なお、本実施例では、数字とアルファベットで構成される符号については、数字部分が第１の実施例における符号に対応し、アルファベット部分がどのエンドエフェクタに係るものかを表す。例えば、図７Ａに示す第１エンドエフェクタ利用教示部２１ａは、第１の実施例における第１エンドエフェクタ利用教示部２１に対応し、本実施例の第１エンドエフェクタ１１ａに係るものであることを表す。

【0082】

第１エンドエフェクタ１１ａおよび１１ｂ、ならびに第２エンドエフェクタ１２ａおよび１２ｂのすべては、実施例１と同様に、位置姿勢固定具１３の被嵌合部１３２に嵌合する嵌合部が設けられた把持部材を有する。ただし、寸法、駆動方式は限定しない。

【0083】

図７Ａでは、第１エンドエフェクタ１１ａを用いた教示により作成された第１教示データ２１０ａに基づき、第２エンドエフェクタ１２ｂが装着されたロボット５３を動作させる一例を示す。

【0084】

教示データ変換部６は、第１座標変換部６１と第２座標変換部６２とのほかに、第１相対位置姿勢記憶部６３と、第２相対位置姿勢記憶部６４と、教示データ記憶部６５とをさらに有する。

【0085】

第１相対位置姿勢記憶部６３は、第１エンドエフェクタ１１ａを用いた第１相対位置姿勢算出処理３により生成された第１エンドエフェクタ１１ａの位置姿勢情報と、第１エンドエフェクタ１１ａに関する情報であることを識別するための識別子（第１識別子）とを紐づけて第１相対位置姿勢３１０ａとして記憶するとともに、第１エンドエフェクタ１１ｂを用いた第１相対位置姿勢算出処理３により生成された第１エンドエフェクタ１１ｂの位置姿勢情報と、第１エンドエフェクタ１１ｂに関する情報であることを識別するための識別子（第１識別子）とを紐づけて第１相対位置姿勢３１０ｂとして記憶する。

【0086】

第２相対位置姿勢記憶部６４は、第２エンドエフェクタ１２ａを用いた第２相対位置姿勢算出処理４により生成された第２エンドエフェクタ１２ａの位置姿勢情報と、第２エンドエフェクタ１２ａに関する情報であることを識別するための識別子（第２識別子）とを紐づけて第２相対位置姿勢４１０ａとして記憶するとともに、第２エンドエフェクタ１２ｂを用いた第２相対位置姿勢算出処理４により生成された第２エンドエフェクタ１２ｂの位置姿勢情報と、第２エンドエフェクタ１２ｂに関する情報であることを識別するための識別子（第２識別子）とを紐づけて第２相対位置姿勢４１０ｂとして記憶する。

【0087】

第１エンドエフェクタ利用教示部２１ａは、第１エンドエフェクタ１１ａを用いた第１エンドエフェクタ利用教示処理２により、教示動作中の第１エンドエフェクタ１１ａの位置姿勢情報と、第１エンドエフェクタ１１ａに関する情報であることを識別するための識別子とを含む第１教示データ２１０ａを生成する。

【0088】

第１座標変換部６１は、第１教示データ２１０ａが入力されたとき、第１教示データ２１０ａに含まれる識別子を用いて、その識別子に対応する第１相対位置姿勢３１０ａを第１相対位置姿勢記憶部６３より参照し、第３教示データ６１０ａを生成して、教示データ記憶部６５に格納する。

【0089】

同様に、第１エンドエフェクタ利用教示部２１ｂ（図示しない）は、第１エンドエフェクタ１１ｂを用いた第１エンドエフェクタ利用教示処理２により、第１教示データ２１０ｂを生成する。そして、第１座標変換部６１は、第１教示データ２１０ｂが入力されたとき、第１教示データ２１０ｂに含まれる識別子を用いて、その識別子に対応する第１相対位置姿勢３１０ｂを第１相対位置姿勢記憶部６３より参照し、第３教示データ６１０ｂを生成して、教示データ記憶部６５に格納する。

【0090】

教示データ記憶部６５は、第３教示データ６１０ａおよび第３教示データ６１０ｂを記憶する。

【0091】

第２座標変換部６２は、ロボット制御部５１ｂより、どの第２エンドエフェクタを制御するかの情報（例えば、第２エンドエフェクタ１２ｂの識別子）と、どの教示データを再現するかの情報（例えば、第３教示データ６１０ａを再現する）とを含むロボット制御条件データ５１５ｂを受け取り、第２相対位置姿勢記憶部６４より該当する識別子に対応する第２相対位置姿勢４１０ｂと、教示データ記憶部６５より該当する第３教示データ６１０ａをそれぞれ参照して、第２教示データ５１０ｂを生成する。

【0092】

ただし、教示データ記憶部６５は、第１教示データ２１０、第２教示データ５１０、および第３教示データ６１０のうち少なくともいずれかを記憶していれば良く、それぞれに対応する第１相対位置姿勢３１０および第２相対位置姿勢４１０によって、変換または逆変換して適切な教示データ情報として扱われる。例えば、図７Ｂに、第２の実施例における教示データ変換部の他の構成の一例を示す。この場合、教示データ記憶部６５は、第１教示データ２１０ａおよび第１教示データ２１０ｂを記憶する。そして、第１座標変換部６１は、ロボット制御条件データ５１５ｂ（本実施例では、第１教示データ２１０ａを再現する）に基づき、教示データ記憶部６５より該当する第１教示データ２１０ａを参照する。

【0093】

また、図７Ｃに、第２の実施例における教示データ変換部の他の構成の一例を示す。この場合、教示データ記憶部６５は、第２教示データ５１０ａおよび第２教示データ５１０ｂを記憶する。そして、ロボット制御部５１ｂは、ロボット制御条件データ５１５ｂ（本実施例では、第２エンドエフェクタ１２ｂが装着されたロボット５３に第２教示データ５１０ｂを再現させる）に基づき、教示データ記憶部６５より該当する第２教示データ５１０ｂを参照する。

【0094】

本実施例によれば、異なる第１エンドエフェクタ１１を用いて生成された複数の第１教示データ２１０の中から任意の第１教示データ２１０を選択してロボットに再現させる場合においても、教示された所定の作業が精度良く再現される。