特許 7193207 教示装置及び教示方法

(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】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】教示装置及び教示方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20221213BHJP

   G05B 19/42 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 Z

G05B19/42 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019118865

(22)【出願日】2019-06-26

(65)【公開番号】P2021003766

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2022-03-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101133

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 初音

(74)【代理人】

【識別番号】100199749

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 成

(74)【代理人】

【識別番号】100197767

【弁理士】

【氏名又は名称】辻岡 将昭

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】田邉 志功

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第１０１６６６７６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１６－０４７５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０３６５２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２３１９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｇ０５Ｂ １９／４２ － １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルクを検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた押付力を算出する力算出部と、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、
前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットハンドをサーボロックするハンド制御部と、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
前記ハンド制御部により前記ロボットハンドがサーボロックされた後に前記力算出部により算出された押付力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、前記ロボットハンドに対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録部と
を備えた教示装置。

【請求項2】

前記力算出部により算出された押付力をリアルタイムに通知する通知部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の教示装置。

【請求項3】

前記力算出部は、前記トルクセンサの検出値から初期値を差し引いた差分値及び取付け位置までのハンド長さに基づいて、前記ロボットハンドに加えられた押付力を算出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の教示装置。

【請求項4】

ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた、把持方向とは反対方向の押付力を検出する力センサと、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、
前記ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットハンドをサーボロックするハンド制御部と、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、
前記ハンド制御部により前記ロボットハンドがサーボロックされた後に前記力センサにより検出された押付力のうち、前記決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び逆方向を、前記ロボットハンドに対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録部と
を備えた教示装置。

【請求項5】

前記力センサにより検出された押付力をリアルタイムに通知する通知部を備えた
ことを特徴とする請求項４記載の教示装置。

【請求項6】

ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルクを検出するトルクセンサを備えた教示装置による教示方法であって、
前記トルクセンサにより検出されたトルクから、前記ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた押付力を算出する力算出ステップと、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付ステップと、
前記ロック指示受付ステップにおいてサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットハンドをサーボロックするハンド制御ステップと、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付ステップと、
前記ハンド制御ステップにおいて前記ロボットハンドをサーボロックした後に前記力算出ステップにおいて算出した押付力のうち、前記決定指示受付ステップにおいて決定指示を受付けたタイミングでの押付力の値及び方向を、前記ロボットハンドに対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録ステップとを有する
ことを特徴とする教示方法。

【請求項7】

ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた、把持方向とは反対方向の押付力を検出する力センサを備えた教示装置による教示方法であって、
ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付ステップと、
前記ロック指示受付ステップにおいてサーボロック指示を受付けたタイミングで、前記ロボットハンドをサーボロックするハンド制御ステップと、
ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付ステップと、
前記ハンド制御ステップにおいて前記ロボットハンドをサーボロックした後に前記力センサにより検出された押付力のうち、前記決定指示受付ステップにおいて決定指示を受付けたタイミングでの押付力の値及び逆方向を、前記ロボットハンドに対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録ステップとを有する
ことを特徴とする教示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ロボットハンドに対して把持力をダイレクト教示するための教示装置及び教示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、教示装置は、ユーザによるロボットアームに対する位置及び姿勢のダイレクト教示を可能としている（例えば特許文献１，２参照）。一方、従来の教示装置では、ロボットハンドに対する把持力の教示については、ユーザによる教示ペンダントを用いた数値入力に応じ、把持力の値及び方向を設定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０５－２０４４４１号公報

【文献】特開平０５－２５００２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、従来の教示装置では、ロボットハンドに対する把持力の教示については、ユーザによる教示ペンダントを用いた数値入力を受付けている。しかしながら、この場合、ユーザは、事前に実験を行って、入力する数値を確認する必要がある。そのため、ロボットハンドに対する把持力の教示は、作業工数という観点では煩わしく、改善が求められている。

【0005】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ロボットハンドに対して把持力のダイレクト教示が可能な教示装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る教示装置は、ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサにより検出されたトルクから、ロボットハンドが有するフィンガの先端に加えられた押付力を算出する力算出部と、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部と、ロック指示受付部によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットハンドをサーボロックするハンド制御部と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部と、ハンド制御部によりロボットハンドがサーボロックされた後に力算出部により算出された押付力のうち、決定指示受付部により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットハンドに対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、上記のように構成したので、ロボットハンドに対して把持力のダイレクト教示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】実施の形態２に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。

【図4】実施の形態２に係る教示装置の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
教示装置は、ユーザがロボットハンド１０１に対して把持力のダイレクト教示を実施するための装置である。この教示装置は、把持力のダイレクト教示に関する機能の他に、開度のダイレクト教示に関する機能も有していてもよいが、開度のダイレクト教示に関する機能については従来と同様であるためその説明を省略する。この教示装置は、図１に示すように、トルクセンサ１１、力算出部１２及び力教示部１３を備えている。

【0010】

トルクセンサ１１は、ロボットハンド１０１に取付けられ、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルク（軸（１軸以上）回りのモーメント成分）を検出する検出センサである。トルクセンサ１１は、ロボットハンド１０１におけるフィンガ１０２の関節部分又は根元部分に取付けられている。

【0011】

力算出部１２は、トルクセンサ１１により検出されたトルクから、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた押付力を算出する。この際、力算出部１２は、トルクセンサ１１の検出値から初期値（ロボットハンド１０１に力が加えられていない状態での検出値）を差し引き、その差分値及び取付け位置までのハンド長さに基づいてロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた押付力を算出する。

【0012】

力教示部１３は、力算出部１２により算出された押付力に基づいて、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力を登録する。この力教示部１３は、図２に示すように、ロック指示受付部１４、ハンド制御部１５、通知部１６、決定指示受付部１７、力登録部１８及び記録部１９を有している。

【0013】

なお、力算出部１２及び力教示部１３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。

【0014】

ロック指示受付部１４は、ユーザからサーボロック指示を受付ける。サーボロック指示は、ユーザがロボットハンド１０１をサーボロックする際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットハンド１０１が有する操作ボタン（不図示）又は教示ペンダント（不図示）が有する操作ボタン等を用いて、サーボロック指示の入力を行う。

【0015】

ハンド制御部１５は、ロック指示受付部１４によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットハンド１０１をサーボロックする。

【0016】

通知部１６は、力算出部１２により算出された押付力をリアルタイムに通知する。この通知部１６により通知された押付力を示す情報は、表示装置（不図示）に表示される。
なお、通知部１６は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、把持力のダイレクト教示において、ロボットハンド１０１に加えられている押付力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部１６は不要である。

【0017】

決定指示受付部１７は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、把持力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットハンド１０１に対して教示する把持力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットハンド１０１が有する操作ボタン又は教示ペンダントが有する操作ボタン等を用いて、決定指示の入力を行う。

【0018】

力登録部１８は、ハンド制御部１５によりロボットハンド１０１がサーボロックされた後に力算出部１２により算出された押付力のうち、決定指示受付部１７により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として記録部１９に登録する。

【0019】

なお、記録部１９は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）又はメモリ等によって構成される。
また図２では、記録部１９が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部１９は教示装置の外部に設けられていてもよい。

【0020】

また、教示装置は、把持力のダイレクト教示を、開度のダイレクト教示とは別に実施するものとしてもよいし、開度のダイレクト教示と同時に実施するものとしてもよい。

【0021】

次に、図１，２に示す教示装置を用いた把持力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、図１に示すように、ロボットハンド１０１が物体（不図示）を把持する際の把持力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザがロボットハンド１０１に対して開度をダイレクト教示する場合、開度はユーザにとって視覚的に捉え易く開度の再現は容易である。これに対し、ユーザがロボットハンド１０１に対して把持力をダイレクト教示しようとする場合には、把持力はユーザにとって視覚的に捉え難く把持力の再現は難しい。そこで、実施の形態１に係る教示装置では、ロボットハンド１０１に加えられた押付力によるトルクを検出可能なトルクセンサ１１を用いることで、把持力のダイレクト教示を実現する。
一方、ロボットハンド１０１を自由に動かせる状態でユーザがロボットハンド１０１を物体に押付けると、この押付力が物体からの反発力で相殺されてしまうため、トルクセンサ１１はトルクを検出できない。そのため、この状態ではロボットハンド１０１に対する把持力のダイレクト教示は実施できない。そこで、実施の形態１に係る教示装置では、ロボットハンド１０１が物体から離れた状態でサーボロック状態（静止状態）とする。これにより、この状態でユーザがロボットハンド１０１に押付力を加えると、ロボットハンド１０１には押付力のみが加えられた状態となり、トルクセンサ１１はこの押付力によるトルクを検出可能となる。

【0022】

把持力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、サーボロック指示を教示装置に入力する。
次いで、ハンド制御部１５は、ロボットハンド１０１をサーボロックする。

【0023】

次いで、ユーザは、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端を手で押付ける。この際、トルクセンサ１１はロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた押付力によるトルクを算出し、力算出部１２はこのトルクから当該押付力を算出する。図１において、符号５０１に示す矢印はユーザにより加えられた押付力を示している。

【0024】

また、通知部１６は力算出部１２により算出された押付力をリアルタイムに通知し、表示装置はその押付力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、フィンガ１０２に加えられた押付力をモニタしながらフィンガ１０２に加える押付力を調整することもできる。

【0025】

次いで、ユーザは、フィンガ１０２から自身の指に感じる押付力から最適な把持状態と判断した場合に、決定指示を教示装置に入力する。

【0026】

次いで、力登録部１８は、決定指示が入力されたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として記録部１９に登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットハンド１０１に対して把持力を教示できる。

【0027】

以上のように、この実施の形態１によれば、教示装置は、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルクを検出するトルクセンサ１１と、トルクセンサ１１により検出されたトルクから、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた押付力を算出する力算出部１２と、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部１４と、ロック指示受付部１４によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットハンド１０１をサーボロックするハンド制御部１５と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部１７と、ハンド制御部１５によりロボットハンド１０１がサーボロックされた後に力算出部１２により算出された押付力のうち、決定指示受付部１７により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録部１８とを備えた。これにより、実施の形態１に係る教示装置は、ロボットハンド１０１に対して把持力のダイレクト教示が可能となる。

【0028】

実施の形態２．
実施の形態１に係る教示装置では、ロボットハンド１０１に加えられた、把持方向と同一方向の押付力によるトルクを検出するトルクセンサ１１を用いた場合を示した。それに対し、実施の形態２に係る教示装置では、ロボットハンド１０１に加えられた、把持方向とは反対方向の押付力を検出する力センサ２１を用いた場合を示す。

【0029】

図３は実施の形態２に係る教示装置の構成例及び動作例を示す図である。
教示装置は、ユーザがロボットハンド１０１に対して把持力のダイレクト教示を実施するための装置である。この教示装置は、把持力のダイレクト教示に関する機能の他に、開度のダイレクト教示に関する機能も有していてもよいが、開度のダイレクト教示に関する機能については従来と同様であるためその説明を省略する。この教示装置は、図３に示すように、力センサ２１及び力教示部２２を備えている。

【0030】

力センサ２１は、ロボットハンド１０１に取付けられ、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた、把持方向とは反対方向の押付力を検出するセンサである。力センサ２１としては、一軸以上の方向の力成分を検出する力センサ等が用いられる。
図３では、力センサ２１は、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端部分に取付けられている。しかしながら、これに限らず、力センサ２１は、フィンガ１０２の先端に加えられた押付力を検出可能な箇所に取付けられていればよい。

【0031】

力教示部２２は、力センサ２１により検出された押付力に基づいて、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力を登録する。この力教示部２２は、図４に示すように、ロック指示受付部２３、ハンド制御部２４、通知部２５、決定指示受付部２６、力登録部２７及び記録部２８を有している。なお、力教示部２２は、システムＬＳＩ等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される。

【0032】

ロック指示受付部２３は、ユーザからサーボロック指示を受付ける。サーボロック指示は、ユーザがロボットハンド１０１をサーボロックする際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットハンド１０１が有する操作ボタン又は教示ペンダントが有する操作ボタン等を用いて、サーボロック指示の入力を行う。

【0033】

ハンド制御部２４は、ロック指示受付部２３によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットハンド１０１をサーボロックする。

【0034】

通知部２５は、力センサ２１により検出された押付力をリアルタイムに通知する。この通知部２５により通知された押付力を示す情報は、表示装置に表示される。
なお、通知部２５は、教示装置に必須の構成ではなく、教示装置に設けられていなくてもよい。例えば、ユーザが、把持力のダイレクト教示において、ロボットハンド１０１に加えられている押付力を確認しながら教示を行う必要が無い場合には、通知部２５は不要である。

【0035】

決定指示受付部２６は、ユーザから決定指示を受付ける。決定指示は、ユーザが、把持力のダイレクト教示を実施している最中に、ロボットハンド１０１に対して教示する把持力を決定する際に教示装置に対して入力する指示である。なお、ユーザは、例えばロボットハンド１０１が有する操作ボタン又は教示ペンダントが有する操作ボタン等を用いて、決定指示の入力を行う。

【0036】

力登録部２７は、ハンド制御部２４によりロボットハンド１０１がサーボロックされた後に力センサ２１により検出された押付力のうち、決定指示受付部２６により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び逆方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として記録部２８に登録する。

【0037】

なお、記録部２８は、ＨＤＤ、ＤＶＤ又はメモリ等によって構成される。
また図４では、記録部２８が教示装置の内部に設けられた場合を示しているが、これに限らず、記録部２８は教示装置の外部に設けられていてもよい。

【0038】

次に、図３，４に示す教示装置を用いた把持力のダイレクト教示の一例について説明する。以下では、図３に示すように、ロボットハンド１０１が物体を把持する際の把持力を教示する場合を示す。
ここで、ユーザがロボットハンド１０１に対して開度をダイレクト教示する場合、開度はユーザにとって視覚的に捉え易く開度の再現は容易である。これに対し、ユーザがロボットハンド１０１に対して把持力をダイレクト教示しようとする場合には、把持力はユーザにとって視覚的に捉え難く把持力の再現は難しい。そこで、実施の形態２に係る教示装置では、ロボットハンド１０１に加えられた押付力を検出可能な力センサ２１を用いることで、把持力のダイレクト教示を実現する。

【0039】

把持力のダイレクト教示では、ユーザは、まず、サーボロック指示を教示装置に入力する。
次いで、ハンド制御部２４は、ロボットハンド１０１をサーボロックする。

【0040】

次いで、ユーザは、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端を手で押付ける。この際、力センサ２１は、この押付力を検出する。図３において、符号５０２に示す矢印はユーザにより加えられた押付力を示している。

【0041】

また、通知部２５は力センサ２１により検出された押付力をリアルタイムに通知し、表示装置はその押付力を示す情報を表示する。これにより、ユーザは、フィンガ１０２に加えられた押付力をモニタしながらフィンガ１０２に加える押付力を調整することもできる。

【0042】

次いで、ユーザは、フィンガ１０２から自身の指に感じる押付力から最適な把持状態と判断した場合に、決定指示を教示装置に入力する。

【0043】

次いで、力登録部２７は、決定指示が入力されたタイミングでの押付力の値及び逆方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として記録部２８に登録する。
以上の動作により、ユーザは、ロボットハンド１０１に対して把持力を教示できる。

【0044】

以上のように、この実施の形態２によれば、教示装置は、ロボットハンド１０１が有するフィンガ１０２の先端に加えられた、把持方向とは反対方向の押付力を検出する力センサ２１と、ユーザからサーボロック指示を受付けるロック指示受付部２３と、ロック指示受付部２３によりサーボロック指示を受付けたタイミングで、ロボットハンド１０１をサーボロックするハンド制御部２４と、ユーザから決定指示を受付ける決定指示受付部２６と、ハンド制御部２４によりロボットハンド１０１がサーボロックされた後に力センサ２１により検出された押付力のうち、決定指示受付部２６により決定指示が受付けられたタイミングでの押付力の値及び逆方向を、ロボットハンド１０１に対して教示された把持力の値及び方向として登録する力登録部２７とを備えた。これにより、実施の形態２に係る教示装置は、ロボットハンド１０１に対して把持力のダイレクト教示が可能となる。

【0045】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0046】

１１ トルクセンサ
１２ 力算出部
１３ 力教示部
１４ ロック指示受付部
１５ ハンド制御部
１６ 通知部
１７ 決定指示受付部
１８ 力登録部
１９ 記録部
２１ 力センサ
２２ 力教示部
２３ ロック指示受付部
２４ ハンド制御部
２５ 通知部
２６ 決定指示受付部
２７ 力登録部
２８ 記録部
１０１ ロボットハンド
１０２ フィンガ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】