JP2011253300A - Robot control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はロボット制御システムに関するものである。 The present invention relates to a robot control system.
従来から、レーザセンサ及び溶接トーチをマニピュレータの先端に持つアーク溶接ロボット制御システムでは、センシングのための教示を行う際には、ワークに対して前記レーザセンサによりレーザを照射する。このとき、検出対象の開先が前記レーザセンサのセンサ視野範囲内に裕度を持って入るように、前記レーザセンサの位置・姿勢を手動修正することを繰り返すようにしている。 Conventionally, in an arc welding robot control system having a laser sensor and a welding torch at the tip of a manipulator, when teaching for sensing is performed, a laser is irradiated to the workpiece by the laser sensor. At this time, manual correction of the position / orientation of the laser sensor is repeated so that the groove to be detected enters within the sensor visual field range of the laser sensor with a margin.
このとき、前記レーザセンサのカメラ座標系が前記溶接トーチのツール座標系のXY,YZ,ZX平面のいずれかと平行になるようにレーザセンサが取付けられている場合、ツール座標系に沿って溶接トーチ先端を移動すると、センサ視野範囲も視野範囲面または視野範囲面と垂直な方向に平行に移動することができる。そのため、レーザを照射する位置の調整がやりやすい。 At this time, when the laser sensor is mounted so that the camera coordinate system of the laser sensor is parallel to any of the XY, YZ, and ZX planes of the tool coordinate system of the welding torch, the welding torch along the tool coordinate system When the tip is moved, the sensor visual field range can also be moved in parallel with the visual field range surface or a direction perpendicular to the visual field range surface. Therefore, it is easy to adjust the position of laser irradiation.
なお、特許文献1及び特許文献2は、本件の出願時の技術水準を表すものである。特許文献1では、レーザセンサを用いたロボットの自動位置教示方法に関している。特許文献2は、レーザセンサを用いたロボットの位置教示方法に関する。
しかし、レーザセンサを上記のように取り付けできない場合は少なからずある。この場合、レーザを照射する位置や姿勢を手動で調整するのに手間がかかる。
例えば、図10に示すように、視野範囲FOVを含む平面の高さ方向がロボット固有の座標系(図10では、ツール座標系)のZ軸と平行でない場合がある。なお、ツール座標系のZ軸は、ツールである溶接トーチ100の軸心と一致させ、ツール座標系のX軸は溶接進行方向にすることが一般的である。
However, there are not a few cases where the laser sensor cannot be mounted as described above. In this case, it takes time to manually adjust the position and orientation of the laser irradiation.
For example, as shown in FIG. 10, the height direction of the plane including the field-of-view range FOV may not be parallel to the Z axis of the robot-specific coordinate system (the tool coordinate system in FIG. 10). In general, the Z axis of the tool coordinate system coincides with the axis of the
この場合、ロボット固有の座標系上で手動運転を行っても、視野範囲FOVの高さ方向と平行に移動することはできない。
そのため、レーザセンサLSの教示に以下のような不都合が生じる。例えば、図11(a)に示すようにワークW上の検出したい開先位置K1にレーザがあたるようにレーザセンサLSを移動した後、レーザセンサLSの位置・姿勢を調整するために手動運転する場合を考える。レーザセンサLSの位置・姿勢を調整する際、位置・姿勢の制御点は、あくまでもマニピュレータに取り付けられた溶接トーチ100の先端である。このために、溶接トーチ100の先端からオフセットされた位置に取り付けられているレーザセンサLSの位置・姿勢は、容易に所望の位置・姿勢に移動させることができず、例えば、図11(b)に示すように照射位置が所望の開先位置K1からずれてしまう。このため、ツール座標系のX軸、Y軸またはZ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返さねばならない。
In this case, even if manual operation is performed on the coordinate system unique to the robot, it cannot move in parallel with the height direction of the visual field range FOV.
Therefore, the following inconvenience occurs in the teaching of the laser sensor LS. For example, as shown in FIG. 11A, after the laser sensor LS is moved so that the laser hits the groove position K1 to be detected on the workpiece W, manual operation is performed to adjust the position / posture of the laser sensor LS. Think about the case. When adjusting the position / orientation of the laser sensor LS, the position / orientation control point is only the tip of the
なお、上記では、レーザセンサLSの位置・姿勢を調整する、という表現を用いたが、厳密には、レーザセンサLSの視野範囲FOVが所望の位置・姿勢となるように、溶接トーチ100の先端(制御点)を移動したり姿勢を変更したりすることを意味している。以下においても、特に断りのない限り、レーザセンサLSの位置・姿勢を調整するとは、レーザセンサLSの視野範囲FOVが所望の位置・姿勢となるように、溶接トーチ100の先端を基準とした位置・姿勢を手動運転操作によって調整することを意味するものとする。
In the above description, the expression of adjusting the position / posture of the laser sensor LS is used. Strictly speaking, the tip of the
また、説明の便宜上、図11(a)、図11(b)ではレーザセンサLSの視野範囲FOVをエリア表示しているが、実際にはこのように視野範囲FOVを可視化することはできない。そのため、レーザの視野範囲FOV内(特に高さ方向)にワークWがあることを目視だけでは100%判断できない。そのため、この調整の際には、レーザの検出データをパソコンの画面に表示し、ワークWがレーザの視野範囲FOV内にあることを確認しながら高さを調整する必要がある。 For convenience of explanation, in FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), the visual field range FOV of the laser sensor LS is area-displayed, but actually, the visual field range FOV cannot be visualized in this way. Therefore, it cannot be determined 100% by visual observation that the workpiece W is within the field-of-view range FOV (particularly in the height direction) of the laser. Therefore, at the time of this adjustment, it is necessary to display the detection data of the laser on the screen of the personal computer and adjust the height while confirming that the work W is within the laser visual field range FOV.
一般に、センシング点数は溶接点と同数またはそれ以上に必要となる場合が多いため、手動で行う調整操作の累積によりセンシングための教示工数が大きく増える問題がある。
前記説明では、ツールを溶接トーチとしたが、アーク溶接ロボット制御システム以外におけるロボット制御システム以外のツールとレーザセンサをマニピュレータが備える他のロボット制御システムにおいても手動で教示する場合は同様の問題がある。なお、特許文献1,2では、上記の課題を解決できない。
In general, since the number of sensing points is often required to be equal to or more than the number of welding points, there is a problem that the teaching man-hours for sensing increase greatly due to the accumulation of manual adjustment operations.
In the above description, the tool is a welding torch. However, there is a similar problem in the case of manually teaching in another robot control system provided with a manipulator and a tool other than the robot control system other than the arc welding robot control system. . In
本発明の目的は、手動運転時において、レーザセンサのセンシング点を教示しやすいロボット制御システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a robot control system that can easily teach a sensing point of a laser sensor during manual operation.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ツール及びレーザセンサを備えたマニピュレータと、このマニピュレータを手動操作するための操作手段と、前記マニピュレータを駆動制御するロボット制御手段を備え、前記操作手段の操作により前記ロボット制御手段を介して前記マニピュレータを予め定められたツール座標系を基準として駆動制御するロボット制御システムにおいて、前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点(以下、第1制御点という)を制御対象とする第1モードから、前記カメラ座標系の制御点(以下、第2制御点という)を制御対象とする第2モードに外部操作により切り替える切替手段を備え、前記ロボット制御手段は、第2モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記第2制御点を制御対象として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボット制御システムを要旨としている。
In order to solve the above problems, the invention described in
請求項2の発明は、請求項1において、前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、前記カメラ座標系の基準で記憶し、前記ロボット制御手段は、前記第2モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記参照点を前記第2制御点として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the field-of-view range storage means stores a reference point included in the field-of-view range of the laser sensor on the basis of the camera coordinate system, and the robot control means In the second mode, when the operation unit is operated, the manipulator position / orientation control is performed based on the conversion matrix with the reference point as the second control point.
請求項3の発明は、請求項1において、前記レーザセンサが前記視野範囲に含まれる検出対象部位を検出した後に、前記切替手段により前記第2モードに切り替えられた後は、前記ロボット制御手段は、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づいて前記レーザセンサが検出した検出対象部位の点を第2制御点として、前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in the first aspect, after the laser sensor detects the detection target portion included in the visual field range, the robot control means is switched to the second mode by the switching means. When the operation means is operated, the position and orientation of the manipulator is controlled using the point of the detection target part detected by the laser sensor based on the conversion matrix as a second control point.
請求項4の発明は、請求項1において、前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、カメラ座標系の基準で記憶し、ツール先端が、ワークの検出対象部位に位置している状態で、前記切替手段により前記第2制御点に切り替えられた場合、前記ロボット制御手段は、前記参照点を第2制御点とし、かつ、前記参照点が前記検出対象部位に位置するように前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the field-of-view range storage means stores a reference point included in the field-of-view range of the laser sensor according to a standard of a camera coordinate system, and the tool tip is a detection target part of the workpiece. And when the switching means switches to the second control point, the robot control means sets the reference point as the second control point, and the reference point becomes the detection target part. The position and orientation of the manipulator is controlled so as to be positioned.
請求項1の発明によれば、手動運転時において、レーザセンサのセンシング点が教示しやすいロボット制御システムを提供できる。
請求項2の発明によれば、手動運転時にカメラ座標系を基準としてマニピュレータ位置姿勢制御を行うようにしたことによって、例えば、カメラ座標系のYc方向やZc方向に操作をしても、レーザセンサは、常に検出対象部位の位置を通る平面内を照射することができる。すなわち、ツール座標系で行う場合に比して、x軸、y軸またはz軸上を細かく動かし微調整することを繰り返す必要が無くなる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a robot control system that can easily teach the sensing points of the laser sensor during manual operation.
According to the second aspect of the present invention, the manipulator position / orientation control is performed based on the camera coordinate system during manual operation, so that, for example, even if the camera coordinate system is operated in the Yc direction or the Zc direction, the laser sensor Can always irradiate a plane passing through the position of the detection target part. That is, it is not necessary to repeat fine adjustments by finely moving on the x-axis, y-axis, or z-axis as compared with the case of using the tool coordinate system.
請求項3の発明によれば、前記レーザセンサが検出した検出対象部位の点(検出点)を移動せずにワークに対するレーザセンサの姿勢調整ができるので、ワークの開先角度等に応じたレーザセンサの角度調整がより簡単になる。 According to the invention of claim 3, since the attitude of the laser sensor relative to the workpiece can be adjusted without moving the point (detection point) of the detection target portion detected by the laser sensor, the laser according to the groove angle of the workpiece, etc. Sensor angle adjustment is easier.
請求項4の発明によれば、レーザセンサによる検出点認識を調整する前であっても、ワークに対してほぼ適切な位置にセンシング点の教示を行うことできる。
According to the invention of
以下、本発明をアーク溶接ロボット制御システムに具体化した一実施形態を図1〜5を参照して説明する。
図1(a)はアーク溶接ロボット制御システム10の構成を示すブロック図である。アーク溶接ロボット制御システム10は、ワーク(作業対象物)Wに対してアーク溶接を自動で行うように制御するものである。アーク溶接ロボット制御システム10は、溶接作業を行うマニピュレータM1と、マニピュレータM1を制御するロボット制御装置RCと、ワークWの形状を検出するレーザセンサLSとを備える。前記レーザセンサLSは、レーザ変位センサであって、ラインレーザセンサからなる。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an arc welding robot control system will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is a block diagram showing the configuration of the arc welding
又、ロボット制御装置RCには、可搬式操作部としてのティーチペンダントTPが接続されている。図1(b)に示すようにティーチペンダントTPにはキーボード41を備えている。
In addition, a teach pendant TP as a portable operation unit is connected to the robot controller RC. As shown in FIG. 1B, the teach pendant TP includes a
キーボード41は、各種の操作キースイッチ(以下、操作キーという)を備えている。該操作キーの中で、教示操作に使用される操作キーは、例えば、溶接トーチの位置姿勢を教示する教示モード、及びレーザセンサの位置姿勢を教示するセンシング教示モードでロボットの動作又は停止を行うためのキーである。操作キーとしては、例えば、X軸の移動方向を示す「−X」キー及び「X+」キー、Y軸の移動方向を示す「−Y」キー及び「Y+」キー及び「−Y」キー、Z軸の移動方向を示す「−Z」キー及び「Z+」キー、教示結果の確認操作に使用するキー等がある。又、キーボード41は、前記X,Y,Z軸の周りでそれぞれ回転角度(正回転、逆回転を含む)を付与するための操作キーも備えている。これらの操作キーがセンシング教示モードにおいて操作されると、ロボットの位置姿勢を指示し、或いは停止を指示することとなる。又、キーボード41は、液晶表示装置等からなるディスプレイ42が設けられている。前記キーボード41の各種操作キーの操作により各種の教示データがロボット制御装置RCに入力される。本実施形態のティーチペンダントTPは操作手段に相当する。
The
又、ティーチペンダントTPには、第1モードのツール座標系の基準から第2モードのカメラ座標系の基準に切り替える場合と、第2モードのカメラ座標系の基準から第1モードのツール座標系基準に切り替える場合に操作される切替キー43を備えている。前記第1モードが、溶接トーチの位置姿勢を教示する教示モードとなる。又、第2モードがセンシング教示モードとなる。前記切替キー43は、切替手段に相当する。
Further, the teach pendant TP includes a case where the reference of the first mode tool coordinate system is switched to the reference of the second mode camera coordinate system, and the case of the second mode camera coordinate system reference to the first mode tool coordinate system reference. A switching
マニピュレータM1は、フロア等に固定されるベース部材12と、複数の軸を介して連結された複数のアーム13とを備える。
最も先端側に位置するアーム13の先端部には、溶接トーチ14が設けられる。図4に示すように、溶接トーチ14はマニピュレータM1の先端の出力フランジ40に対してブラケット50を介して取付けされている。出力フランジ40は、ベース部材12側から数えて第6軸の出力フランジである。溶接トーチ14は、溶加材としてのワイヤ15を内装し、図示しない送給装置によって送り出されたワイヤ15の先端とワークWとの間にアークを発生させ、その熱でワイヤ15を溶着させることによりワークWに対してアーク溶接を施す。アーム13間には複数のモータ(図示しない)が配設されており、モータの駆動によって溶接トーチ14を前後左右に自在に移動できるように構成されている。
The manipulator M1 includes a
A
ロボット制御装置RCは、図2に示すようにコンピュータからなる。すなわち、ロボット制御装置RCはCPU(中央処理装置)20、マニピュレータM1を制御するための各種プログラムや、各種の開先形状に応じて用意された複数の画像解析プログラムを記憶する書換可能なEEPROM21や、作業メモリとなるRAM22、各種データを記憶する書換可能な不揮発性メモリからなる記憶部23を備える。EEPROM21には、マニピュレータM1に設けられた溶接トーチ14をツール座標系で作動するための第1プログラム及びレーザセンサLSをカメラ座標系で作動するための第2プログラムが格納されている。切替キー43が切替操作されることにより、前記第1プログラム又は第2プログラムが実行され、実行されたプログラムに従ってマニピュレータM1を作動する。以下、第1プログラムが起動された場合を第1モードに設定されたとし、第2プログラムが起動された場合を第2モードに設定されたという。なお、本実施形態ではEEPROM21に各種プログラムを格納したが、限定するものではなく、フラッシュメモリ等の他のメモリ、或いは記憶装置に格納していてもよい。
The robot controller RC is composed of a computer as shown in FIG. That is, the robot controller RC is a
EEPROM21には、前記第2プログラムの他に、後述する変換行列及び視野範囲のデータが含まれている。CPU20は、ロボット制御手段に相当する。EEPROM21は変換行列記憶手段、視野範囲記憶手段に相当する。
In addition to the second program, the
記憶部23は、第1記憶領域23a、及び第2記憶領域23b等の記憶領域を有する。第1記憶領域23aはレーザセンサLSにて視野範囲FOV(図3(a)、(b)及び図4参照)を測定して得られた距離情報(測距データ)を記憶するための領域である。第2記憶領域23bは、教示時にキーボード41にて入力された狙い角、前進後退角、教示点の位置(教示位置)、及び教示位置において入力された位置決め命令、直線補間命令等の各種命令や、センシング時におけるレーザセンサLSの位置姿勢、及び溶接トーチ14の各教示点における位置姿勢の教示データを記憶する。
The
ロボット制御装置RCは、前記モータを駆動制御することにより、予め設定された教示データの主軌道に沿って溶接トーチ14を動作させる。又、ロボット制御装置RCは、溶接電流及び溶接電圧といった溶接条件を溶接電源WPSに対して出力し、溶接電源WPSからパワーケーブルPKを通じて供給される電力によって溶接作業を行わせる。
The robot controller RC controls the motor to drive the
レーザセンサLSは、レーザの発光及び受光によりワークWまでの距離を測定する走査型のレーザセンサであり、溶接トーチ14に搭載される。レーザセンサLSは、レーザをワークWに向けて発光する発光部と、ワークWで反射したレーザを受光する受光部等(ともに図示しない)を備える。前記発光部で発光されたレーザは、ワークWで乱反射され、受光部で受光される。受光部は、例えばCCDラインセンサ(ラインレーザセンサ)により構成されており、視野範囲FOVにおけるレーザセンサLSからワークWまでの距離を測定するようにされている。
The laser sensor LS is a scanning laser sensor that measures the distance to the workpiece W by emitting and receiving light from a laser, and is mounted on the
又、ロボット制御装置RCは、レーザセンサLSを制御し、測定されるレーザセンサLSとワークW間の距離(距離情報)に基づいて開先位置を検出する。
本実施形態では、取付環境の事情によりレーザ照射方向がツール座標系のいずれかの軸とは平行とはならないようにレーザセンサLSが溶接トーチ14に対して取り付けられている。なお、ツール座標系は、図4に示すように、ツールである溶接トーチ14の軸心にZT軸を一致させるとともに、XT軸を溶接進行方向に向けられている。又、カメラ座標系は、レーザセンサLSの視野範囲FOV中に設定された座標系である。視野範囲FOVの形状は、センサ正面から見ると、一般に図3(a)に示すように台形となる場合が多い。なお、視野範囲FOVの形状は、レーザセンサの照射範囲となるものであって、レーザセンサの仕様によって台形とならないものもあることが知られている。従って、視野範囲FOVの形状は、台形に限定されるものではない。例えば、視野範囲FOVの形状は円錐台、三角形、或いは直線等でも良い。
The robot controller RC controls the laser sensor LS and detects the groove position based on the distance (distance information) between the laser sensor LS and the workpiece W to be measured.
In the present embodiment, the laser sensor LS is attached to the
本実施形態の視野範囲FOVを、説明の便宜上、二等辺台形であるとして、話を進める。この場合、本実施形態では、この台形の範囲を、カメラ座標系の基準での台形の各頂点の座標値で表し、EEPROM21に格納されている。又、EEPROM21には、レーザセンサLSのカメラ座標系データ(すなわち、キャリブレーションデータ)が格納されている。図3(a)では、下辺の中心位置をカメラ座標系原点としており、このカメラ座標系での台形の下辺の両端の座標値、及び、上辺の両端の座標値を一例として数値で具体的に示している。なお、図3(a)で示す座標値(数値)は一例であって、限定するものではない。
For the sake of convenience of explanation, the visual field range FOV of this embodiment will be described as an isosceles trapezoid. In this case, in this embodiment, the trapezoidal range is represented by the coordinate values of the vertices of the trapezoid on the basis of the camera coordinate system and stored in the
そして、図3(a)、(b)に示すようにカメラ座標系は、右手直交座標系であって、視野範囲FOVを含む面の高さ方向をZc軸方向とし、視野範囲FOVの下辺に直交するとともに溶接進行方向側の軸をXc軸方向とし、下辺に含まれる軸をYc軸としている。又、視野範囲FOV内には、カメラ座標系で表される参照点Sが設定されている。参照点Sは、図3(b)では、視野範囲FOVの中心に位置しているが、限定するものではなく、視野範囲FOVに含まれる点であればよい。例えば、参照点Sをカメラ座標系の原点としてもよい。参照点Sの座標値は、EEPROM21に格納されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the camera coordinate system is a right-handed orthogonal coordinate system, and the height direction of the surface including the field of view range FOV is the Zc-axis direction, and the lower side of the field of view range FOV is An axis that is orthogonal to the welding progress direction is the Xc axis direction, and an axis included in the lower side is the Yc axis. Further, a reference point S represented by a camera coordinate system is set in the visual field range FOV. Although the reference point S is located at the center of the visual field range FOV in FIG. 3B, the reference point S is not limited and may be a point included in the visual field range FOV. For example, the reference point S may be the origin of the camera coordinate system. The coordinate value of the reference point S is stored in the
前述したように、本実施形態ではレーザ照射方向がツール座標系のいずれの軸とも平行とはならないようにレーザセンサLSが溶接トーチ14に対して取り付けられているため、図3(b)に示すように、視野範囲FOVは、ツール座標系のZT軸とは平行になっていない関係となっている。又、レーザセンサLS、溶接トーチ14の先端から溶接進行方向側に所定距離離間した位置にレーザ照射するようにされている。
As described above, in this embodiment, since the laser sensor LS is attached to the
(カメラ座標系とツール座標系との関係を表す変換行列)
ここで、カメラ座標系とツール座標系との関係を表す変換行列を説明する。
図4には、溶接トーチ14に関するツール座標系と、レーザセンサLS、カメラ座標系及びメカニカルインターフェース座標系の関係を示している。
(Transformation matrix representing the relationship between the camera coordinate system and the tool coordinate system)
Here, a transformation matrix representing the relationship between the camera coordinate system and the tool coordinate system will be described.
FIG. 4 shows the relationship between the tool coordinate system related to the
レーザセンサLSで得られた開先位置に、指定したレーザセンサLS姿勢で移動できるロボットのポーズ(姿勢)を求めるためには、ツール座標系とカメラ座標系の変換行列TTCが必要となる。 The groove position obtained by the laser sensor LS, in order to determine the pose of the robot that can move the laser sensor LS posture specified (attitude), the transformation matrix T T C of the tool coordinate system and the camera coordinate system is needed .
図4において、マニピュレータM1が6軸ロボットを構成している場合、ロボットの第6軸の中心である出力フランジ40を原点とするメカニカルインターフェース座標系(XM,YM,ZM)から、カメラ座標系(Xc,Yc,Zc)への変換行列は、J6TCである。又、メカニカルインターフェース座標系(XM,YM,ZM)から、ツール座標系(XT,YT,ZT)への変換行列は、J6TTである。ツール座標系からカメラ座標系の変換行列はTTCである。 In FIG. 4, when the manipulator M1 constitutes a six-axis robot, the camera coordinate system (XM, YM, ZM) is changed from the mechanical interface coordinate system (XM, YM, ZM) with the output flange 40 being the center of the sixth axis of the robot as the origin. xc, Yc, transformation matrix to Zc) is a J6 T C. The transformation matrix from the mechanical interface coordinate system (X M , Y M , Z M ) to the tool coordinate system (X T , Y T , Z T ) is J6 T T. Transformation matrix from the tool coordinate system of the camera coordinate system is a T T C.
このとき、ツール座標系から見たカメラ座標系への変換行列TTCは、以下のように、 In this case, the transformation matrix T T C to the camera coordinate system as viewed from the tool coordinate system, as described below,
この変換行列TTCは、前記第2プログラムが実行されたとき使用される。
ロボット制御装置RCには、溶接作業が行われる前に、溶接が行われる際のマニピュレータM1の動作及び溶接条件等を示す教示データがティーチペンダントTPを介して入力され記憶部23の第2記憶領域23bに記憶されている。なお、以下では、特に断らない限り、「教示する」とはティーチペンダントTPを使用して入力することをいう。
This transformation matrix T T C is used when the second program is executed.
Before the welding operation is performed, the robot controller RC receives teaching data indicating the operation of the manipulator M1 when welding is performed, welding conditions, and the like via the teach pendant TP, and the second storage area of the
(作用)
さて、上記のように構成されたアーク溶接ロボット制御システム10の作用を説明する。なお、説明の便宜上、ティーチペンダントTPの切替キー43により、ツール座標系で溶接トーチ14の位置姿勢を行う側に設定されているものとする。すなわち、切替キー43により第1モードに設定されて第1プログラムが起動されており、ティーチペンダントTPにより教示操作することにより、従来と同様に溶接トーチ14の位置姿勢を教示する教示モードとなっている。従って、この教示モードでは、溶接トーチ14の位置姿勢は、ツール座標系で教示される。
(Function)
Now, the operation of the arc welding
ここで、切替キー43をオペレータが操作することにより第1モードから第2モード(センシング教示モード)に切替する。すると、ロボット制御装置RCのCPU20は、第2プログラムを実行する。この第2プログラムでは、CPU20は、ティーチペンダントTPからの操作キーの操作、例えば、「−X」キー及び「X+」キー、「−Y」キー及び「Y+」キー及び「−Y」キー、「−Z」キー及び「Z+」キーを操作すると、CPU20は、前記変換行列TTCを使用して、カメラ座標系の制御点を基準としてマニピュレータM1の位置姿勢制御を行う。すなわち、CPU20は、第1モードではツール座標系の制御点(第1制御点)の位置を制御対象として制御していた代わりに、第2モードでは、カメラ座標系の参照点(第2制御点)の位置を制御対象として制御することになる。
Here, the operator operates the switch key 43 to switch from the first mode to the second mode (sensing teaching mode). Then, the
図5(a)、図5(b)では、レーザセンサLSが、カメラ座標系のXc,Yc,Zc軸方向にそれぞれ移動することが図示されている。このため、カメラ座標系のYc方向やZc方向に操作をしても、ワークWに対するレーザの照射位置は検出したい開先位置(すなわち、検出点)を通る平面を常に照射する。そのため、従来と異なりツール座標系のX軸、Y軸またはZ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返す必要がなくなる。 5A and 5B illustrate that the laser sensor LS moves in the Xc, Yc, and Zc axis directions of the camera coordinate system, respectively. For this reason, even if an operation is performed in the Yc direction or Zc direction of the camera coordinate system, the irradiation position of the laser on the workpiece W always irradiates a plane passing through the groove position (that is, the detection point) to be detected. Therefore, unlike the prior art, there is no need to repeat fine adjustment by finely moving the tool coordinate system on the X axis, Y axis or Z axis.
本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム10によれば、下記の特徴がある。
(1) 本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム10は、レーザセンサLSのカメラ座標系の視野範囲FOV、及びツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶するEEPROM21(視野範囲記憶手段、変換行列記憶手段)を備える。又、ツール座標系の第1制御点を制御対象とする第1モードから、カメラ座標系の第2制御点を制御対象とする第2モードに切り替える切替キー43(切替手段)を備える。そして、ロボット制御装置RCのCPU20(ロボット制御手段)は、第2モードでは、ティーチペンダントTP(操作手段)による操作がされた際、前記変換行列に基づいて第2制御点を、制御対象として、マニピュレータM1の位置姿勢制御を行う。この結果、本実施形態によれば、手動運転時において、レーザセンサLSのセンシング点(検出点)を教示しやすいロボット制御システムを提供できる。
The arc welding
(1) The arc welding
(2) 本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム10では、EEPROM21(視野範囲記憶手段)は、レーザセンサLSの視野範囲FOVに含まれる参照点を、前記カメラ座標系の基準で記憶する。又、CPU20(ロボット制御手段)は、第2モードでは、ティーチペンダントTP(操作手段)により操作がされた際、変換行列に基づいて参照点Sを第2制御点として、マニピュレータM1の位置姿勢制御を行う。
(2) In the arc welding
この結果、本実施形態によれば、カメラ座標系のYc方向やZc方向に操作をしても、ワークWに対するレーザセンサの照射位置は検出対象部位の位置(開先位置)を通る平面を常に照射する。このため、オペレータは、ティーチペンダントTPを操作すると、カメラ座標系でマニピュレータM1の位置姿勢制御が行われるため、ツール座標系では、X軸、Y軸またはZ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返して行っていた場合と異なり、容易にレーザセンサLSの位置・姿勢を調整することができる。 As a result, according to the present embodiment, even if the camera coordinate system is operated in the Yc direction or the Zc direction, the irradiation position of the laser sensor with respect to the workpiece W is always on a plane passing through the position of the detection target part (groove position). Irradiate. For this reason, when the operator operates the teach pendant TP, the position and orientation control of the manipulator M1 is performed in the camera coordinate system. Therefore, in the tool coordinate system, fine adjustment is performed by finely moving on the X axis, Y axis, or Z axis. Unlike the case where it is repeatedly performed, the position and orientation of the laser sensor LS can be easily adjusted.
特に、レーザセンサLSのカメラ座標系データ(すなわち、キャリブレーションデータ)をロボット制御装置RCで保持することにより、カメラ座標系に沿ってロボットを移動できる。そして、カメラ座標系のYc方向やZc方向に操作をすれば、ワークWに対して検出したい開先位置を通る平面を常にレーザ照射できるとともに、センシング点(検出点)を教示しやすくなる。 In particular, by holding the camera coordinate system data (that is, calibration data) of the laser sensor LS with the robot controller RC, the robot can be moved along the camera coordinate system. If the operation is performed in the Yc direction or the Zc direction of the camera coordinate system, it is possible to always irradiate the plane passing through the groove position to be detected with respect to the workpiece W, and to easily teach the sensing point (detection point).
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図6、図7(a)〜(c)を参照して説明する。なお、第2実施形態のアーク溶接ロボット制御システム10のハード構成は、第1実施形態と同一であるため、前記実施形態と同一構成については、同一符号を付して重複説明を省略し、ソフト的な構成の相違を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7A to 7C. Since the hardware configuration of the arc welding
本実施形態の第2プログラムでは、切替キー43を第1モードから第2モードに切替操作すると、第2モードでは、レーザセンサLSがワークWの開先を検出した際、その開先における検出点Kを参照点Sの代わりにカメラ座標系の第2制御点とするところが第1実施形態の第2プログラムと異なっている。
In the second program of this embodiment, when the switching
具体的に説明すると、第1モードにおいて、視野範囲FOVにワークWがあるように溶接トーチ14先端を移動した上で開先を検出できた場合に、オペレータは、切替キー43を操作して、第2モードに切り替える。
Specifically, in the first mode, when the groove can be detected after moving the tip of the
すると、CPU20は、ツール座標系の第1制御点をカメラ座標系の基準である第2制御点へ切り替えるが、切替後は、この第2制御点として、開先上の検出点Kに切り替えられる。
Then, the
この状態で、キーボード41の操作キーのうち、X軸の周りで回転させる操作キーを操作して、例えば、カメラ座標系のXC軸周りで回転させると、カメラ座標系のXC軸上の検出点Kを移動することなく、ワークWに対するレーザセンサLSの姿勢調整が行える。なお、この姿勢調整際、CPU20は、前記変換行列を使用して、姿勢調整のための演算を行う。
In this state, when an operation key rotated around the X axis among the operation keys of the
例えば、図6は、第1モードで、検出対象部位であるワークWの開先がレーザセンサLSにより検出されたところを表している。図7(a)〜(c)は、前記姿勢調整によりレーザセンサLSがXc軸周りで回転(姿勢調整)が行われているところが示されている。 For example, FIG. 6 shows a state in which the groove of the workpiece W that is the detection target portion is detected by the laser sensor LS in the first mode. 7A to 7C show that the laser sensor LS is rotated around the Xc axis (posture adjustment) by the posture adjustment.
このように切替キー43により第2モードに切り替えると、検出点Kを移動せずにワークWに対するレーザセンサLSの姿勢調整ができるため、ワークWに合うレーザセンサLSの角度調整がより簡単になる。
In this way, when the mode is switched to the second mode by the switching
なお、上記では、Xc軸周りのレーザセンサLSの姿勢調整を説明したが、Yc軸周り、及びZc軸周りの調整も、キーボード41のY,Z軸周りでの回転角度を付与する操作キーを操作する。このことにより、上記と同様に検出点Kを移動せずにワークWに対するレーザセンサLSの姿勢調整を行うことが可能である。
In the above description, the posture adjustment of the laser sensor LS around the Xc axis has been described. However, the adjustment around the Yc axis and the Zc axis is also performed by using the operation keys that give the rotation angles of the
前記X(Xc),Y(Yc),Z(Zc)軸の周りで回転する回転指示をCPU20に出力するキーボード41の操作キーは軸周り回転指示手段に相当する。
本実施形態では下記の特徴がある。
The operation key of the
This embodiment has the following features.
(3) 本実施形態では、レーザセンサLSが視野範囲FOVに含まれる開先を検出した後、切替キー43により第2モードに切り替えられると、CPU20はティーチペンダントTPによる操作がされた際、変換行列に基づいてレーザセンサLSが検出した検出点を第2制御点として、マニピュレータM1の位置姿勢制御を行う。従って、本実施形態によれば、レーザセンサLSが検出した検出点を移動せずにワークWに対するレーザセンサLSの姿勢調整ができるため、ワークWに合うレーザセンサLSの角度調整が従来より簡単になる。
(3) In the present embodiment, when the laser sensor LS detects the groove included in the visual field range FOV and then switched to the second mode by the switching
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図8(a)、(b)及び図9(a)〜(c)を参照して説明する。なお、第3実施形態のアーク溶接ロボット制御システム10のハード構成は、第1実施形態と略同一であるため、前記実施形態と同一構成については、同一符号を付して重複説明を省略し、ソフト的な構成の相違を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 8A and 8B and FIGS. 9A to 9C. In addition, since the hardware configuration of the arc welding
本実施形態の第2プログラムでは、参照点Sを、所望の開先上に移動できるところが、第1実施形態の第2プログラムと異なっている。
具体的に説明すると、従来と同様にしてティーチペンダントTPを操作して、第1モードにおいて、図8(a)、及び図9(a)に示すように検索対象部位であるワークWの開先に溶接トーチ14の先端を移動する。この場合、溶接トーチ14の先端に位置する、検索対象部位としてのワークWの開先上の点Aの位置は、CPU20には既知となっている。又、溶接トーチ14の先端を移動させるにあたり、レーザセンサLSから出力されるレーザが開先に当たるように位置させる(必ずしも開先が視野範囲FOV内となるように位置させる必要はない)。さらに、溶接トーチ14の前進後退角が0度又はほぼ0度に近い角度としておく。
The second program of the present embodiment is different from the second program of the first embodiment in that the reference point S can be moved onto a desired groove.
More specifically, by operating the teach pendant TP in the same manner as in the prior art, in the first mode, as shown in FIG. 8A and FIG. The tip of the
この状態で、切替キー43により第1モードから第2モードに切替操作すると、第3実施形態の第2プログラムでは、CPU20は、既知であるワークWの開先位置及び既知である式(1)により、操作する直前に溶接トーチ14先端があった開先上の点Aに参照点Sを移動する(図8(b)、及び図9(b)参照)。
When the switching
又、キーボード41には、第2モードになった場合、レーザセンサLSの姿勢を、調整前と同じ姿勢を保持(以下、姿勢S1という)するか、或いは、カメラ座標系で点Aのツール座標系基準の予め設定された姿勢角度の姿勢(以下、姿勢S2という)となるように姿勢変化するかを選択する選択キーが設けられている。前記第2モードに切替える前に、この選択キーで予めいずれかを選択することにより、CPU20は、選択された姿勢S1,又は姿勢S2で、レーザセンサLSの姿勢が所望値となるよう、マニピュレータM1を制御する。図9(b)は、姿勢S1が選択された場合、すなわち、図9(a)に示す調整前と同じ姿勢が保持された状態を示している。図9(c)は、姿勢S2が選択されたレーザセンサLSの姿勢を示している。
When the
本実施形態では下記の特徴がある。
(4) 本実施形態では、EEPROM21(視野範囲記憶手段)は、レーザセンサLSの視野範囲FOVに含まれる参照点Sを、カメラ座標系の基準で記憶する。
This embodiment has the following features.
(4) In the present embodiment, the EEPROM 21 (field-of-view range storage means) stores the reference point S included in the field-of-view range FOV of the laser sensor LS based on the camera coordinate system standard.
又、溶接トーチ14の先端が、ワークWの開先(検出対象部位)に位置している状態で、切替キー43(切替手段)により切り替えると、CPU20は、参照点Sを第2制御点とし、かつ、参照点Sが前記開先に位置するようにマニピュレータM1の位置姿勢制御を行う。この結果、本実施形態によれば、レーザセンサLSによる検出点認識を調整する前であっても、ワークWに対してほぼ適切な位置に教示を行うことできる。
In addition, when the tip of the
すなわち、溶接トーチ14(ツール)先端を開先付近に移動後、切替キー43をワンタッチでレーザセンサLSの視野範囲FOVの参照点Sに開先がくるようにロボットを移動できる。
That is, after the tip of the welding torch 14 (tool) is moved to the vicinity of the groove, the robot can be moved so that the groove comes to the reference point S of the visual field range FOV of the laser sensor LS with one touch of the switching
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
・ 前記実施形態のレーザセンサLSは、ラインレーザセンサを使用したが、レーザをミラーに当てて走査するスキャニング型のレーザセンサに代えてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, You may comprise as follows.
-Although the line laser sensor was used for the laser sensor LS of the said embodiment, you may replace with the scanning type laser sensor which irradiates and scans a laser to a mirror.
・ 前記各実施形態では、アーク溶接ロボット制御システムに具体化したが、他の産業ロボット制御システムにおいて、レーザセンサとツールをマニピュレータの先端に備えたものに具体化することは勿論可能である。 In each of the above embodiments, the arc welding robot control system is embodied. However, in other industrial robot control systems, it is of course possible to embody a laser sensor and a tool provided at the tip of a manipulator.
・ 前記各実施形態では、マニピュレータM1は6軸ロボットにより構成したが、軸数は6軸に限定するものではなく、4軸、5軸,7軸等の他の軸数を有するロボットでもよい。 In each of the above embodiments, the manipulator M1 is configured by a six-axis robot, but the number of axes is not limited to six, and a robot having another number of axes such as four axes, five axes, and seven axes may be used.
M1…マニピュレータ、LS…レーザセンサ、
RC…ロボット制御装置、
TP…ティーチペンダント(操作手段)、
10…アーク溶接ロボット制御システム、
13…アーム、14…溶接トーチ(ツール)、
20…CPU(ロボット制御手段)、
21…EEPROM(変換行列記憶手段、視野範囲記憶手段)、
43…切替キー(切替手段)。
M1 ... manipulator, LS ... laser sensor,
RC: Robot controller,
TP ... Teach pendant (operation means),
10 ... arc welding robot control system,
13 ... arm, 14 ... welding torch (tool),
20 ... CPU (robot control means),
21 ... EEPROM (conversion matrix storage means, visual field range storage means),
43 ... Switching key (switching means).
Claims (4)
前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点(以下、第1制御点という)を制御対象とする第1モードから、前記カメラ座標系の制御点(以下、第2制御点という)を制御対象とする第2モードに切り替える切替手段を備え、
前記ロボット制御手段は、第2モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記第2制御点を制御対象として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボット制御システム。 A manipulator provided with a tool and a laser sensor; an operating means for manually operating the manipulator; and a robot control means for driving and controlling the manipulator. The manipulator is operated via the robot control means by the operation of the operating means. In a robot control system that controls driving based on a predetermined tool coordinate system,
Field-of-view range storage means for storing the field-of-view range of the camera coordinate system of the laser sensor, transformation matrix storage means for storing a transformation matrix between the tool coordinate system and the camera coordinate system, and control points of the tool coordinate system (hereinafter referred to as the first Switching means for switching from a first mode having a control target (referred to as one control point) to a second mode having a control point in the camera coordinate system (hereinafter referred to as a second control point) as a control target;
In the second mode, the robot control unit performs position and orientation control of the manipulator with the second control point as a control target based on the conversion matrix when operated by the operation unit. Control system.
前記ロボット制御手段は、前記第2モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記参照点を前記第2制御点として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御システム。 The field-of-view range storage means stores a reference point included in the field-of-view range of the laser sensor according to the standard of the camera coordinate system,
In the second mode, the robot control unit performs position and orientation control of the manipulator using the reference point as the second control point based on the conversion matrix when operated by the operation unit. The robot control system according to claim 1.
ツール先端が、ワークの検出対象部位に位置している状態で、前記切替手段により前記第2制御点に切り替えられた場合、
前記ロボット制御手段は、前記参照点を第2制御点とし、かつ、前記参照点が前記検出対象部位に位置するように前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御システム。 The field-of-view range storage means stores a reference point included in the field-of-view range of the laser sensor according to a camera coordinate system standard,
When the tool tip is located at the detection target part of the workpiece and is switched to the second control point by the switching unit,
The robot control means performs position and orientation control of the manipulator so that the reference point is a second control point and the reference point is positioned at the detection target part. Robot control system.
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