JP2010082802A - 自動機械システム - Google Patents
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Abstract
【課題】シフト動作を簡単に実現する自動機械システムを提供する。
【解決手段】ワークをクランプする1台のマスタ自動機械と、マスタ自動機械と連動して動作しそれぞれ溶接トーチが取り付けられた1台以上のスレーブ自動機械とから構成されワークに対して多層盛溶接を行う自動機械システムであって、スレーブ自動機械の座標系上におけるワークのセット誤差によるワークのずれ量を検出し、これに追従するように教示位置を反映させるためのスレーブ座標系シフト量を入力するスレーブ座標系シフト量入力部と、スレーブ座標系シフト量をマスタ自動機械の座標系上のシフト量に変換するマスタ座標系シフト量変換部と、を備えて構成する。
【選択図】図1
【解決手段】ワークをクランプする1台のマスタ自動機械と、マスタ自動機械と連動して動作しそれぞれ溶接トーチが取り付けられた1台以上のスレーブ自動機械とから構成されワークに対して多層盛溶接を行う自動機械システムであって、スレーブ自動機械の座標系上におけるワークのセット誤差によるワークのずれ量を検出し、これに追従するように教示位置を反映させるためのスレーブ座標系シフト量を入力するスレーブ座標系シフト量入力部と、スレーブ座標系シフト量をマスタ自動機械の座標系上のシフト量に変換するマスタ座標系シフト量変換部と、を備えて構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットとロボット、ロボットとポジショナを連動運転する自動機械システムに関する。
従来の協調動作を行うロボットシステムの例を図6、図7に示して説明する。図6では、2つのロボットに関する演算を説明する。スレーブロボット101の座標系をΣRとする。マスタロボット100の座標系をΣMとする。マスタロボット100の動作に連動して、スレーブロボット101の動作が実行されるとする。変換行列Tは、ΣRとΣMの変換を表わすものである。ここで、点PcをΣMの座標系上で表わすとMc、ΣRの座標系上で表わすとRcという関係であるとすると、
Rc=T・Mc
が成り立つ(例えば、非特許文献1)。
Rc=T・Mc
が成り立つ(例えば、非特許文献1)。
このような関係を利用して、マスタの動作に連動して、スレーブの目標位置を求めることにより、教示位置の補間演算を実行し、ロボット同士、またはロボットとポジショナなどの自動機械同士を協調動作していた(例えば、特許文献1)。
実際の溶接アプリケーションとして、多層盛溶接に関して説明する。マスタロボット100は、手先部に治具104が取り付けられており、治具104の上に溶接ワーク103をクランプしている。スレーブロボット101は、溶接トーチ102を手先部に備えている。多層盛溶接を行うワークは、大物が多いため、溶接ワークのセット誤差が大きい。このため、外部センサなどにより、ずれ量を検出して、教示位置をシフトする必要がある。図8に基づいて、シフト量と位置の関係について説明する。1層目の1パスの開始点P1を溶接する前には、溶接ワーク103のシフト量Sをタッチセンサなどを用いて演算する。ここで、シフト量は、位置及び回転を伴う変換行列である。以下に説明する座標については、座標系ΣR上の値である。シフト量Sを用いて、P1の位置をフレームPtとし、シフト後の位置P2のフレームPaについて、次式が成り立つ。
実際の溶接アプリケーションとして、多層盛溶接に関して説明する。マスタロボット100は、手先部に治具104が取り付けられており、治具104の上に溶接ワーク103をクランプしている。スレーブロボット101は、溶接トーチ102を手先部に備えている。多層盛溶接を行うワークは、大物が多いため、溶接ワークのセット誤差が大きい。このため、外部センサなどにより、ずれ量を検出して、教示位置をシフトする必要がある。図8に基づいて、シフト量と位置の関係について説明する。1層目の1パスの開始点P1を溶接する前には、溶接ワーク103のシフト量Sをタッチセンサなどを用いて演算する。ここで、シフト量は、位置及び回転を伴う変換行列である。以下に説明する座標については、座標系ΣR上の値である。シフト量Sを用いて、P1の位置をフレームPtとし、シフト後の位置P2のフレームPaについて、次式が成り立つ。
Pa=S・Pt
以上のようにして、従来はシフト量を元に教示位置を演算していた。
これらの従来技術を組合せて、多層盛溶接を行う場合には、1層目のシフト量を2層目、3層目の教示位置に同じようにシフトし、協調動作を行っていた。
以上のようにして、従来はシフト量を元に教示位置を演算していた。
これらの従来技術を組合せて、多層盛溶接を行う場合には、1層目のシフト量を2層目、3層目の教示位置に同じようにシフトし、協調動作を行っていた。
John J.Graig著「ロボティクス」共立出版、1994年4月15日、p.34−35
以上に述べた従来装置の問題点では、1層目で求めたシフト量と、2層目で使用するシフト量が同一にする必要があった。つまり、1層目のシフト量は、2つのロボットの基準となる座標系ΣRに対して同一であるために、2層目でワークを把持しているロボットを動作させ、ワークの位置や姿勢を変化させることができなかった。
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、ロボットとロボット、または、ロボットとポジションを用いて、シフト動作を簡単に実現する自動機械システムを提供する。
本発明の請求項1記載の自動機械システムは、ワークをクランプする1台のマスタ自動機械と、前記マスタ自動機械と連動して動作しそれぞれ溶接トーチが取り付けられた1台以上のスレーブ自動機械とから構成され前記ワークに対して多層盛溶接を行う自動機械システムであって、前記スレーブ自動機械の座標系上におけるワークのセット誤差による前記ワークのずれ量を検出し、これに追従するように前記教示位置を反映させるためのスレーブ座標系シフト量を入力するスレーブ座標系シフト量入力部と、前記スレーブ座標系シフト量を前記マスタ自動機械の座標系上のシフト量に変換するマスタ座標系シフト量変換部と、を備えることを特徴とするものである。
本発明の請求項2記載の自動機械システムは、前記マスタ自動機械は、多関節ロボットまたは駆動する関節を1軸以上持つポジショナであり、予め格納されている命令を解釈して動作することを特徴とするものである。
本発明の請求項3記載の自動機械システムは、前記マスタ座標系シフト量変換部または前記スレーブ座標系シフト量変換部は、前記命令により起動されることを特徴とするものである。
本発明を使用することで、ロボットやポジショナに保持されているワークのずれ量を教示軌跡に反映できるために、教示作業が非常に容易になるという格段の効果を奏するものである。
以下、本発明の実施の形態として図1〜図5に基づいて説明する。
実施例1のロボットシステムの概要を図1に基づいて説明する。マスタロボット100は、手先部に治具104が取り付けられており、治具104の上に溶接ワーク103をクランプしている。スレーブロボット101は、溶接トーチ102を手先部に備えている。スレーブ座標系シフト量入力部は、スレーブ座標でのシフト量を入力するものである。例えば、外部センサなどにより、検出した溶接ワーク103のシフト量を入力する。制御点取得部3は、ロボット100、101の各制御点を取得する処理を行う。各制御点は、直交XYZ軸の3軸、及び各軸の回転量を表わす行列で表現されている。座標系キャリブレーションデータ4は、スレーブの座標系とマスタの座標系の関係を表わすキャリブレーションデータである。マスタ座標系シフト量変換部2は、スレーブ座標系シフト量とロボット100、101の制御点と、座標系キャリブレーションデータ4とから、スレーブ座標系シフト量をマスタ座標系シフト量に変換するものである。
以下に、詳細部分について図2に基づいて説明する。説明を簡単にするために、ワールド座標系をスレーブ座標系と同一に設定する。スレーブの座標系をΣR、マスタの座標系をΣM、座標系キャリブレーションデータを変換行列Tとする。ここで、点PcをΣMの座標系上で表わすとMc、ΣRの座標系上で表わすとRc、スレーブ座標系シフト量Rsと
する。
制御点取得部3では、ロボット100及びロボット101の各々の座標系での現在値から、フレームを作成する。点Pcの位置を(x,y,z)、姿勢データを(α,β,γ)とする。ここで、α、β、γは、X軸、Y軸、Z軸回りの回転角度である。この位置及び姿勢から、フレームRcは、
以下に、詳細部分について図2に基づいて説明する。説明を簡単にするために、ワールド座標系をスレーブ座標系と同一に設定する。スレーブの座標系をΣR、マスタの座標系をΣM、座標系キャリブレーションデータを変換行列Tとする。ここで、点PcをΣMの座標系上で表わすとMc、ΣRの座標系上で表わすとRc、スレーブ座標系シフト量Rsと
する。
制御点取得部3では、ロボット100及びロボット101の各々の座標系での現在値から、フレームを作成する。点Pcの位置を(x,y,z)、姿勢データを(α,β,γ)とする。ここで、α、β、γは、X軸、Y軸、Z軸回りの回転角度である。この位置及び姿勢から、フレームRcは、
となる。
よって、各座標系も同様に表現され、次式がなりたつ。
Ra=Rs・Rc ・・・(1)
Mc=T−1・Rc ・・・(2)
Ma=T−1・Ra ・・・(3)
Ma=Ms・Mc ・・・(4)
(1)、(2)、(3)式より、Ma、Mcを求め、(4)式より、
Ms=Ma・Mc−1 =(T−1・Ra)・(T−1・Rc)−1
=T−1・Rs・Rc・(T−1・Rc)−1 ・・・(5)
を求める。
Ra=Rs・Rc ・・・(1)
Mc=T−1・Rc ・・・(2)
Ma=T−1・Ra ・・・(3)
Ma=Ms・Mc ・・・(4)
(1)、(2)、(3)式より、Ma、Mcを求め、(4)式より、
Ms=Ma・Mc−1 =(T−1・Ra)・(T−1・Rc)−1
=T−1・Rs・Rc・(T−1・Rc)−1 ・・・(5)
を求める。
実施例2では、マスタ座標系シフト量入力部5にマスタ座標系のシフト量が入力される。その後、スレーブ座標系シフト量変換部6にて、スレーブ座標系でのシフト量が演算されるものである。
実施例2の詳細について、図2を元に以下に説明する。
(1)式より、
Rs=Ra・Rc−1 ・・・(6)
(2)、(3)、(4)式より、
Rs=Ra・Rc−1=(T・Ma)・(T・Mc)−1
=T・Ms・Mc・(T・Mc)−1 ・・・(7)
となる。
(1)式より、
Rs=Ra・Rc−1 ・・・(6)
(2)、(3)、(4)式より、
Rs=Ra・Rc−1=(T・Ma)・(T・Mc)−1
=T・Ms・Mc・(T・Mc)−1 ・・・(7)
となる。
このようにして、マスタ座標系のシフト量をスレーブ座標系のシフト量へ変換することができる。
実際のアプリケーションについて、説明する。
図4(a)では、溶接トーチ102を保持しているスレーブロボットで、溶接ワーク103のずれ量を演算する。この演算量は、教示位置に対してシフト量として入力される。入力形態としては、ロボットの位置変数と呼ばれる位置を格納するユーザが使用する変数にセットされる。このセットの方法については、電気的に接触を感知するワイヤタッチによりずれ量を求める方法や、外部センサを取り付けてずれ量を求める方法、または画像処理センサなどによる光学的な検出方法などある。
ロボットプログラムの例を図5に示す。SYNCONは、協調動作の開始命令である。MOVLは、直線動作をさせる命令である。SFTON P000のP000が、スレーブ座標系シフト量入力部1に相当する。SFTONにより、P000の値で、以下のロボットの位置がシフトされる。つまり、SFTOF命令が実行されるまでは、SFTON P000のシフト量でスレーブ側のロボット、つまり、溶接トーチ102を把持しているロボットの軌跡がシフトされる。
図4(b)のように、マスタのロボットが治具104を移動させた場合を考える。図5のロボットプログラムのライン7では、CNVRT命令によって、現在のスレーブ座標系のシフト量をマスタ座標系のシフト量に変換される。その後、ライン8では、マスタのロボットが移動する。例えば、溶接ワーク103の姿勢を変化させたりする。ライン9では、マスタ座標系のシフト量に変換されたシフト量をスレーブ座標系のシフト量に変換する。
以上のようにすれば、マスタがどのように変化しても、スレーブ座標系上のずれ量を確実にワークに追従して、軌跡に反映させることができる。
また、本実施例では、スレーブ座標系でのシフト量を求めたアプリケーションを説明したが、システム構成上、マスタ座標系でのシフト量を求める場合にも、同じように実現できる。さらに、実施例では、ロボットとロボットについて説明したが、ロボットとポジショナなどの組合せにも適用できる。マスタを1台、スレーブを3台、4台と増やしても同じように実現できる。
本発明は、ロボットとロボット、ロボットとポジショナを連動運転する自動機械に関する。
1 スレーブ座標系シフト量入力部
2 マスタ座標系シフト量変換部
3 制御点取得部
4 座標系キャリブレーションデータ
5 マスタ座標系シフト量入力部
6 スレーブ座標系シフト量変換部
2 マスタ座標系シフト量変換部
3 制御点取得部
4 座標系キャリブレーションデータ
5 マスタ座標系シフト量入力部
6 スレーブ座標系シフト量変換部
Claims (3)
- ワークをクランプする1台のマスタ自動機械と、前記マスタ自動機械と連動して動作しそれぞれ溶接トーチが取り付けられた1台以上のスレーブ自動機械とから構成され前記ワークに対して多層盛溶接を行う自動機械システムであって、
前記スレーブ自動機械の座標系上におけるワークのセット誤差による前記ワークのずれ量を検出し、これに追従するように前記教示位置を反映させるためのスレーブ座標系シフト量を入力するスレーブ座標系シフト量入力部と、
前記スレーブ座標系シフト量を前記マスタ自動機械の座標系上のシフト量に変換するマスタ座標系シフト量変換部と、を備える
ことを特徴とする自動機械システム。 - 前記マスタ自動機械は、多関節ロボットまたは駆動する関節を1軸以上持つポジショナであり、予め格納されている命令を解釈して動作する
ことを特徴とする請求項1記載の自動機械システム。 - 前記マスタ座標系シフト量変換部または前記スレーブ座標系シフト量変換部は、前記
命令により起動される
ことを特徴とする請求項2記載の自動機械システム。
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-
2009
- 2009-11-26 JP JP2009269199A patent/JP2010082802A/ja active Pending
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