テクニカルレポート 2022 No.8
熟練技能者の動きと力加減をロボットで忠実に再現
～実演教示パッケージMOTOMAN-Craftの開発～

生産現場では、３Ｋ職場の敬遠や少子化による人手不足が進むなか、更なる生産性や競争力の向上に向けて産業用ロボットの活用が進んでいます。しかし、全ての生産現場において、産業用ロボットの活用が進んでいるわけではありません。例えば、高いスキルを有する熟練技能者が支える工程などでは、ロボット導入への期待に反し、ロボット化は進んでいません。当社はこのようなロボット活用が困難な工程へのロボット化にも挑戦しています。
今回、樹脂や金属面の研磨工程におけるロボット化として、実演教示の取組みを紹介します。

開発機種のシステム構成

開発機種　実演教示パッケージMOTOMAN-Craftのシステム構成を図1に示します。

図1 MOTOMAN-Craftシステム構成

開発機種で実現できること

開発機種の技術特長

研磨作業はまだまだ人手に頼っている工程であり、ワークの曲面形状に合わせた3次元的な軌道と力加減をロボットに教示することが困難です。そこで、操作者の動きと力加減をセンシングし、その動作をロボットで再現する機能を開発しました。

2．キャリブレーション技術～専用ツールで簡単にキャリブレーション可能

教示デバイスでセンシングした動きを忠実にロボットで再現するためには、教示デバイスとロボットと研磨機のそれぞれの位置関係を正確に求めておく必要があります。これをキャリブレーションと呼びます。通常、キャリブレーション作業では、先端が尖ったツールを使用し、プログラミングペンダントを使用してロボットの位置を微修正しながら目視でツール先端同士を合わせることで実施されていました。その場合位置合せに時間がかかる、ロボットの習熟度によってばらつきがあるという課題がありました。今回、キャリブレーションツールを実演教示パッケージに含め、誰でも簡単にキャリブレーションできるようにしました。キャリブレーションツールは、図5のように一方が球体、もう一方が丸くへこんだ部分に磁石が付いたツールとなっています。これらの先端同士を合わせると、一意に位置が決まります。教示デバイス側とロボット側でワークとキャリブレーションツールの位置関係が同じとなるようにエンドエフェクタに取り付けます (図6)。手順通りに教示デバイスとロボットのキャリブレーションツール同士をくっつける、教示デバイスで研磨機のホイール部に当てて計測することで、ロボットに対する教示デバイスと研磨機の位置関係を正確に求めておくことができます。

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  図5 キャリブレーションツール

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  図6 キャリブレーションツールの取付け例

3．繰返し制御技術～繰返し学習制御で微細な誤差を補正。精度の高い教示動作を実現

実演したデータを元に作成したプログラムをそのまま再生しても、配置の微小な位置誤差やロボットの力制御の応答遅れなどの要因により、操作者実演時とロボット再生時で力加減に微細な誤差が生じます。その場合に、繰返し学習制御では、図７のように作業1回ごとに力誤差を減少させるための修正量を位置指令に加算し、それを繰返し実行させることでロボットの力加減を実演時に近づけることが可能です。

図7 繰返し学習制御

システムインテグレータ様やお客様にご使用いただき、いただいたフィードバックを機能に生かすことで、更なるロボット導入障壁の低減につながるように今後も改善に努めていきます。また、研磨作業以外への展開も検討しておりますので、ご要望ありましたらぜひお知らせください。
当社は引続き、生産現場における更なる生産性や競争力の向上に向けた、産業用ロボットの活用に取り組んでいきます。