JP2025094575A - 教示装置、ロボットシステム、教示装置の制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザがロボットの動作領域を把握しやすくなる。
【解決手段】ロボットシステム１は、ロボットアーム２と、ロボットアーム２を撮影する撮影カメラ４と、教示装置５を備えている。教示装置５は、ロボットアーム２を含むその周辺領域の画像を表示する表示部５３と、制御部５８とを備えている。制御部５８は、ロボットアーム２の動作領域を取得し、表示部５３に表示されたロボットアーム２の画像上に動作領域を重ねて表示させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットの教示を行う教示装置、ロボットシステム、教示装置の制御方法及び制御プログラムに関する。

作業を行うロボットに対してその動作を教えて記憶させる教示（ティーチング）を行う教示装置が知られている。
特許文献１に記載の教示装置では、ロボットの動作シミュレーションを作成した後に動作範囲を編集等した場合、編集後の動作範囲を仮想空間に画像表示している。

特開２０２１－１４２５９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ロボットの動作範囲（動作領域）をデジタル画像上でしか確認できない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ユーザがロボットの動作領域を把握しやすくなることを目的とする。

本発明に係る教示装置は、
ロボットを含むその周辺領域の画像を表示する表示部と、
前記ロボットの動作領域を取得する取得部と、
前記表示部に表示された前記ロボットの画像上に前記動作領域を重ねて表示させる表示制御部と、
を備える。

本発明によれば、ユーザがロボットの動作領域を把握しやすくなる。

実施形態に係るロボットシステムを示す図である。 実施形態に係るロボットシステムの概略の制御構成を示すブロック図である。 実施形態に係る教示制御処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る教示制御処理における表示部の表示例を示す図である。 実施形態に係る教示制御処理における表示部の表示例を示す図である。 実施形態に係る教示制御処理における表示部の表示例を示す図である。 ２台のロボットアームを運用する場合での表示部の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［ロボットシステムの構成］
図１は、本実施形態に係るロボットシステム１を示す図である。
この図に示すように、ロボットシステム１は、ロボットアーム２と、撮影カメラ４と、教示装置５とを備えている。

ロボットアーム２は、本発明に係るロボットの一例に相当し、本実施形態では垂直多関節ロボットである。具体的に、ロボットアーム２は、ベース部２１と、複数のアーム２２と、エンドエフェクタ２３と、複数の関節部２４と、コントローラ２８（図２参照）とを有している。
ただし、本発明に係るロボットは垂直多関節ロボットに限定されない。

複数のアーム２２は、図示しない環境（例えば、工場の床、アーム保持台等）に固定されたベース部２１を基端部として、互いに直列に連結されている。
エンドエフェクタ２３は、複数のアーム２２の先端に連結されている。エンドエフェクタ２３には、当該エンドエフェクタ２３を駆動するモータ２３１と、このモータ２３１の位置（速度）を検出してコントローラ２８に出力するエンコーダ２３２とが設けられている（図２参照）。
複数の関節部２４は、ベース部２１と、複数のアーム２２と、エンドエフェクタ２３とを、回動可能に連結している。各関節部２４には、当該関節部２４の先端側に連結されたアーム２２（又はエンドエフェクタ２３）を駆動するモータ２４１と、このモータ２４１の位置（速度）を検出してコントローラ２８に出力するエンコーダ２４２とが設けられている（図２参照）。
コントローラ２８は、教示装置５からの制御指令に基づいて、ロボットアーム２の各部の動作を制御する。具体的に、コントローラ２８は、各モータ２４１を駆動したり、各エンコーダ２４２が検出した情報を教示装置５に出力したりする。

撮影カメラ４は、本発明に係る撮影部の一例であり、ロボットアーム２とその周辺の様子を撮影する。撮影された画像（映像）は、教示装置５に出力されて表示部５３に表示される。本実施形態の撮影カメラ４は、所定のフレームレートで動画撮影可能なカメラである。ただし、撮影カメラ４は、ロボットアーム２を含むその周辺領域の画像を取得できるものであれば、特に限定されない。

図２は、ロボットシステム１の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、教示装置５は、ロボットアーム２の教示を含むロボットシステム１全体の制御を行うコンピュータである。具体的に、教示装置５は、操作部５２、表示部５３、記憶部５６、制御部５８を備える。

操作部５２は、ユーザ（ロボットアーム２の操作者）が教示装置５を動作させるための各種操作を行う操作手段であり、例えばマウス等のポインティングデバイスやキーボードを含む。

表示部５３は、例えば液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイその他のディスプレイであり、制御部５８からの表示信号に基づいて各種情報を表示する。本実施形態では、撮影カメラ４が取得したロボットアーム２の撮影画像等を表示する。なお、表示部５３は、操作部５２の一部を兼ねるタッチパネルであってもよいし、音声出力を行ってもよい。また、表示部５３は、タブレットＰＣやスマートフォン等の携帯可能なものであってもよいし、身体に装着するＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等であってもよい。

記憶部５６は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成されるメモリであり、各種のプログラム及びデータを記憶するとともに、制御部５８の作業領域としても機能する。
本実施形態の記憶部５６には、後述の教示制御処理（図３参照）を実行するための教示制御プログラム５６１が予め記憶されている。また、記憶部５６は、撮影カメラ４で撮影した画像を記憶する画像記憶領域５６２を有している。

制御部５８は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えて構成され、教示装置５各部の動作を制御する。具体的に、制御部５８は、操作部５２の操作内容に基づいて、表示部５３に各種情報を表示させたり、記憶部５６に予め記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
なお、教示装置５は、タブレットＰＣやスマートフォンであってもよい。その場合、撮影カメラ４は、本体に搭載されたカメラであってもよい。

［教示制御処理］
続いて、ロボットアーム２への動作教示時に実行される教示制御処理について説明する。
図３は、教示制御処理の手順を示すフローチャートであり、図４～図６は、教示制御処理における表示部５３の表示例を示す図である。

教示制御処理は、ロボットアーム２に動作を教示する動作教示時に、表示部５３の表示制御を含む所定の制御を行う処理である。この教示制御処理は、教示装置５へのユーザ操作に基づく作業の開始に伴って、教示装置５の制御部５８が記憶部５６から教示制御プログラム５６１を読み出して展開することで実行される。

図３に示すように、教示制御処理が実行されると、まず作業者（ユーザ）により、ロボットアーム２に対して動作の教示が行われる（ステップＳ１）。
ここでは、所定の作業における一連の動作（例えば対象物のピック＆プレース）が教示される。ユーザは、例えばティーチングペンダント操作やダイレクトティーチにより、エンドエフェクタ２３のポイント（例えば始点と終点）を指示することで、ロボットアーム２に動作を教示する。ユーザが指示するポイントはエンドエフェクタ２３の代表点であればよく、例えばＴＣＰ（ツールセンターポイント）である。
またこのとき、ロボットアーム２を含むその周辺領域が撮影カメラ４により撮影され、その画像が教示装置５に出力されて表示部５３に表示される。本実施形態では、ロボットアーム２の画像がリアルタイム表示される。

次に、制御部５８は、ステップＳ１の教示内容に基づいて、ロボットアーム２の動作領域を算出する（ステップＳ２）。
ここでは、制御部５８は、ステップＳ１で入力されたエンドエフェクタ２３のポイントに基づいてエンドエフェクタ２３の（移動）経路を算出する。そして、制御部５８は、エンドエフェクタ２３の経路に基づいて、これを実現するためのロボットアーム２各部の動作を算出し、その動作領域（動作範囲）を求める。
なお、このステップの演算では、ロボットアーム２のモデルとして、例えば直方体等の単純形状要素を組み合わせた簡易モデルを用いてもよい。

次に、制御部５８は、ステップＳ２で算出された動作領域を表示部５３に表示する（ステップＳ３）。
ここでは、例えば図４に示すように、ステップＳ２で算出した動作領域６１をＣＧ化し、表示部５３に表示されたロボットアーム２の画像６０上に重ねて表示する。このように、動作領域６１が実際のロボットアーム２の画像上に重畳されるため、例えばＣＧモデル上に表示される場合に比べ、ユーザはロボットアーム２の動作領域を感覚的に把握しやすい。
なお、動作領域の表示態様は特に限定されず、ユーザが視認してロボットアーム２の動作領域を示していると認識できるものであればよい。具体的に、動作領域の表示態様は、例えば、領域内及び／又はその外縁を、色や模様，線種等により、それ以外の画像部分に対して強調表示するものであればよい。この表示態様は予め設定されていてもよいし、ユーザが適宜変更できてもよい。
なお、動作領域と併せて、例えばエンドエフェクタ２３のポイントや経路を表示部５３に表示してもよい（図５参照）。当該表示は上記ステップＳ１、Ｓ２の時点でされていてもよい。

次に、制御部５８は、ロボットアーム２の動作を修正（変更）する修正モードを実行するか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部５８は、例えばユーザにより修正モードの実行操作が行われた場合に、修正モードを実行する。ユーザは、例えば、表示部５３に表示された動作領域６１を確認（視認）し、ロボットアーム２が動作中に周辺物体Ｂと接触するおそれがあると判断した場合に、修正モードの実行操作を行う。
そして、修正モードを実行しないと判定した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御部５８は、教示制御処理を終了する。

一方、ステップＳ４において、修正モードを実行すると判定した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、制御部５８は、ユーザ操作に基づいて、ロボットアーム２の動作を変更する（ステップＳ５）。
ここでは、ユーザは、例えばジョグ操作やダイレクトティーチにより、ロボットアーム２の動作におけるエンドエフェクタ２３のポイントや経路を変更する。
本実施形態では、例えば図５に示すように、エンドエフェクタ２３が第１始点Ｓ１から第１終点Ｌ１まで第１経路Ｐ１を移動すると設定されていた場合に、これを第２始点Ｓ２から第２終点Ｌ２まで移動するように動作変更する。制御部５８は、入力された第２始点Ｓ２と第２終点Ｌ２を表示部５３に表示してもよい。

次に、制御部５８は、ステップＳ５での変更を反映したロボットアーム２の動作領域を算出する（ステップＳ６）。
ここでは、制御部５８は、ステップＳ２と同様に、変更されたエンドエフェクタ２３のポイントや経路に基づいてロボットアーム２各部の動作を算出し、その動作領域を求める。このとき、制御部５８は、算出された変更後の第２経路Ｐ２を表示部５３に表示してもよい。

次に、制御部５８は、ステップＳ２で算出した変更後のロボットアーム２の動作領域を、変更前の動作領域とは異なる表示態様で、表示部５３に表示する（ステップＳ７）。
本実施形態では、例えば図５に示すように、予め設定されていた動作領域６１から変更された動作領域６２が、動作領域６１とは異なる色（例えば、より濃い色）で表示される。そして、例えばユーザの承認操作により、変更後の動作領域６２が規定のものとして更新されると、当該動作領域６２のみが表示部５３に表示される。

なお、変更前後で異ならせる動作領域の表示態様は、色に限定されず、ユーザが違いを視認できるものであればよい。
例えば図６に示すように、動作領域の外縁の線種を異ならせてもよい。図６の例では、ロボットアーム２が専ら平面上で動作するスカラロボットであり、上方からの平面（二次元）画像が表示部５３に表示されている。表示部５３上では、エンドエフェクタを始点Ｓから終点Ｌまで移動させる元の経路Ｐ１が、周辺物体Ｂを回避する新たな経路Ｐ２に変更される場合に、動作領域６１が新たな動作領域６２に変更される。元の動作領域６１は破線で表示され、新たな動作領域６２は実線で表示される。このように、例えば二次元的な表示で足りる場合等には、動作領域の外縁の線種を異ならせる等のシンプルな表示態様でもよい。
また、変更前後で異ならせる動作領域の表示態様は、色や線種以外のもの、例えば領域内の模様、点滅（の有無）等であってもよい。ただし、変更後の動作領域が変更前のものよりも強調されていた方がよい（例えば、より濃い色、密度の高い模様、太い線等）。

次に、制御部５８は、修正モードを終了するか否かを判定する（ステップＳ８）。制御部５８は、例えばユーザにより修正モードの終了操作が行われた場合に、修正モードを終了する。
ステップＳ８において、修正モードを終了しないと判定した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、制御部５８は、上述のステップＳ５へ処理を移行し、修正モードの処理を続ける。
一方、修正モードを終了すると判定した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部５８は、修正モードを終了させ、教示制御処理を終了させる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、表示部５３に表示された実際のロボットアーム２の画像６０上に、当該ロボットアーム２の動作領域が重ねて表示される。
これにより、ロボットの動作領域をデジタル画像上でしか確認できなかった従来に比べ、ユーザは動作領域の空間範囲を感覚的に把握しやすくなる。ひいては、ロボットアーム２と周辺物体Ｂとの接触を好適に回避できる。

また、本実施形態によれば、ロボットアーム２の動作領域が変更された場合に、変更後の動作領域６２が変更前のものとは異なる表示態様で表示部５３に表示される。
これにより、ユーザは、動作領域の変更によるその空間範囲の変化を感覚的に把握しやすくなる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、教示装置５が１台のロボットアーム２を運用する場合を例示したが、教示装置５は複数台のロボットアーム２を運用してもよい。
具体的には、例えば図７に示すように、２台のロボットアーム２（２ａ、２ｂ）を運用する場合、制御部５８は、２台のロボットアーム２の画像６０を表示部５３に表示させ、各ロボットアーム２の動作領域６１（６１ａ、６１ｂ）を当該画像６０上に表示する。
このとき、制御部５８は、２台のロボットアーム２の動作領域６１のうち互いに重なる重複部分６４を、各動作領域６１とは異なる表示態様で表示部５３に表示させる。さらに、制御部５８は、重複部分６４のうち、２台のロボットアーム２の動作タイミングを加味して互いに干渉する干渉部分６５を、各動作領域６１及び重複部分６４のいずれとも異なる表示態様で表示部５３に表示させる。この場合の表示態様の違いは特に限定はされないが、本実施形態では、各動作領域６１、重複部分６４、干渉部分６５の順番で、より強調した表示態様としている。
これにより、ユーザは２台のロボットアーム２が干渉（衝突）し得る空間範囲を感覚的に把握することができる。
なお、２台のロボットアーム２の動作領域６１ａ、６１ｂを異なる表示態様で表示してもよい。また、２台以上のロボットアーム２に対しても同様に、各動作領域６１、重複部分６４及び干渉部分６５を表示してもよい。

また、上記実施形態では、ロボットアーム２の動作が変更された場合に、その変更後の動作領域が計算されて、変更前の動作領域と併せて表示されることとした。しかし、動作は変更しないものの、動作領域が変化する可能性がある設定変更がされた場合にも、同様に動作領域の（再）計算とその表示を行ってもよい。このような設定変更としては、例えば、ワークの変更等によりエンドエフェクタ２３に保持させる物体（例えばツール）が交換された場合等が挙げられる。

１ ロボットシステム
２、２ａ、２ｂ ロボットアーム（ロボット）
４ 撮影カメラ（撮影部）
５ 教示装置
２３ エンドエフェクタ
２８ コントローラ
５２ 操作部
５３ 表示部
５８ 制御部（取得部、表示制御部、変更部）
６０ ロボットの画像
６１ 動作領域（動作変更前の）
６２ 動作領域（動作変更後の）
６４ 重複部分
６５ 干渉部分
５６１ 教示制御プログラム

Claims (7)

1. ロボットを含むその周辺領域の画像を表示する表示部と、
   前記ロボットの動作領域を取得する取得部と、
   前記表示部に表示された前記ロボットの画像上に前記動作領域を重ねて表示させる表示制御部と、
   を備える教示装置。
2. ユーザ操作に基づいて、前記動作領域を変更する変更部を備え、
   前記表示制御部は、変更後の前記動作領域を変更前のものとは異なる表示態様で前記表示部に表示させる、
   請求項１に記載の教示装置。
3. 前記表示部は、複数の前記ロボットの画像を表示し、
   前記表示制御部は、前記複数のロボットの動作領域のうち互いに重なる重複部分を、各動作領域とは異なる表示態様で前記表示部に表示させる、
   請求項１に記載の教示装置。
4. 前記表示制御部は、前記重複部分のうち、前記複数のロボットの動作タイミングを加味して互いに干渉する干渉部分を、各動作領域及び前記重複部分のいずれとも異なる表示態様で前記表示部に表示させる、
   請求項３に記載の教示装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の教示装置と、
   前記ロボットの画像を取得する撮影部と、
   を備えるロボットシステム。
6. ロボットを含むその周辺領域の画像を表示する表示部を備える教示装置の制御方法であって、
   制御部が、
   前記ロボットの動作領域を取得する取得工程と、
   前記表示部に表示された前記ロボットの画像上に前記動作領域を重ねて表示させる表示制御工程と、
   を実行する教示装置の制御方法。
7. ロボットを含むその周辺領域の画像を表示する表示部を備える教示装置の制御プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記ロボットの動作領域を取得する取得部、
   前記表示部に表示された前記ロボットの画像上に前記動作領域を重ねて表示させる表示制御部、
   として機能させる教示装置の制御プログラム。

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