JP2013233650A - Robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のロボットを協調動作させるロボットシステムに関し、特に複数のロボットによって把持されたワークを移動させるロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot system for cooperatively operating a plurality of robots, and more particularly to a robot system for moving a workpiece gripped by a plurality of robots.
ロボットを使ってワークに対する加工作業を行う場合、ロボット先端に溶接トーチなどのエンドエフェクタを取り付け、ロボットを動作させることにより固定されたワークに対してエンドエフェクタを移動させることが一般的である。
一方で、溶接トーチなどのエフェクタをロボット先端に取り付けずにロボットの外部に固定して、ワークをロボットに把持させてロボットの動作によって移動させる方法もある。この場合ロボット先端から見たワーク上の作業点の位置が時々刻々と変化するため、ワーク上の所望の箇所に作業を施すためにはロボットを適切に動作させる必要がある。特許文献１では、ワークをロボットに把持させ、固定された溶接トーチ（エフェクタ）に対して移動させる際のロボットの制御方法が開示されている。
When processing a workpiece using a robot, it is common to attach an end effector such as a welding torch to the tip of the robot and move the end effector relative to the fixed workpiece by operating the robot.
On the other hand, there is a method in which an effector such as a welding torch is fixed to the outside of the robot without being attached to the tip of the robot, and the work is gripped by the robot and moved by the operation of the robot. In this case, since the position of the work point on the work as seen from the tip of the robot changes every moment, it is necessary to operate the robot appropriately in order to perform work on a desired location on the work. Patent Document 1 discloses a robot control method in which a robot grips a workpiece and moves the workpiece relative to a fixed welding torch (effector).
図７を用いて特許文献１の概略を説明する。図において１０１は所定位置に固定された溶接トーチで、１０３、１０４はロボットのアームを示し、アーム先端の図示しないハンドによってワーク１０２が把持されている。作業開始に先立って、ワーク上の溶接開始点ａ1を溶接トーチ１０１の溶接トーチ先端Ｐ0に位置決めし（図７のＷの状態）、その際の基準座標系の原点Ｏからアーム先端までの座標変換行列Ｒ1を求める。
溶接トーチ取付位置に設けられた座標系の基準座標系に対する座標変換行列を[Ｕ]とし、溶接トーチ先端位置の溶接トーチ取付位置に設けられた座標系に対する座標変換行列を[Ｐ]とすると、アーム先端から溶接トーチ先端Ｐ0までの座標変換行列[Ｔ1]は
[Ｔ1] ＝ [Ｒ1]−１ [Ｕ][Ｐ] ・・・式（１）
として求めることができる。[Ｕ]、[Ｐ]は既知かつ一定であり、[Ｒ1]はロボットの各アーム長と各関節角の情報より求めることができる。その結果、溶接開始点における座標変換行列[Ｔ1]を式（１）により求めることができる。
同様に、ワーク１０２を図７のＷ´まで移動させて溶接終了点ａ2を溶接トーチ先端Ｐ0に位置決めし、ロボットの各アーム長と各関節角の情報より基準座標系の原点Ｏからアーム先端までの座標変換行列[Ｒ2]を求めれば、アーム先端から溶接トーチ先端Ｐ0までの座標変換行列[Ｔ2]は
[Ｔ2] ＝ [Ｒ2]−１[Ｕ][Ｐ] ・・・式（２）
として求めることができる。
The outline of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. In the figure, 101 is a welding torch fixed at a predetermined position, 103 and 104 indicate robot arms, and a
When the coordinate transformation matrix for the reference coordinate system of the coordinate system provided at the welding torch attachment position is [U] and the coordinate transformation matrix for the coordinate system provided at the welding torch attachment position at the welding torch tip position is [P], The coordinate transformation matrix [T1] from the arm tip to the welding torch tip P0 is
[T1] = [R1] -1 [U] [P] (1)
Can be obtained as [U] and [P] are known and constant, and [R1] can be obtained from information on each arm length and each joint angle of the robot. As a result, the coordinate transformation matrix [T1] at the welding start point can be obtained by Expression (1).
Similarly, the
[T2] = [R2] -1 [U] [P] (2)
Can be obtained as
再生運転時にａ1からａ2までの間を制御周期ｎ回で移動するものとした場合、ｉ回目におけるアーム先端から溶接トーチ先端Ｐ0までの座標変換行列[Ｔi]は次の式のようにして求められる。
[Ｔi] ＝ [Ｔ1]＋（i/n）（[Ｔ2]-[Ｔ1]） ・・・式（３）
一方、その間のアーム先端位置は
[Ｒi] ＝ [Ｕ][Ｐ][Ｔi]−１ ・・・式（４）
として求めることができるので、この演算によって[Ｔi]に対応する座標変換行列[Ｒｉ]を求め、さらにロボットの各関節角を求めることができる。
こうして求めた関節角に沿ってロボットを動作させることにより、ワーク１０２上に溶接開始点ａ１から溶接終了点ａ２までの作業軌跡を実現することができる。
When moving from a1 to a2 at the control cycle n times during the regeneration operation, the coordinate transformation matrix [Ti] from the arm tip to the welding torch tip P0 at the i-th time is obtained as follows. .
[Ti] = [T1] + (i / n) ([T2]-[T1]) (3)
On the other hand, the arm tip position between them is
[Ri] = [U] [P] [Ti] −1 Formula (4)
Therefore, the coordinate transformation matrix [Ri] corresponding to [Ti] can be obtained by this calculation, and each joint angle of the robot can be obtained.
By operating the robot along the joint angle thus obtained, a work locus from the welding start point a1 to the welding end point a2 can be realized on the
しかしながら特許文献１の発明では、１台のロボットによってワークをハンドリングする場合についてしか考慮されていない。
ロボット先端にエンドエフェクタを取り付け、ロボットを動作させて固定されたワークに対してエンドエフェクタを移動させて作業を行う場合であれば、ワークのサイズや質量について特に考慮する必要はない。
これに対し、エフェクタをロボットの外部に固定して、ワークの方をロボットに把持させてロボットの動作によって移動させる場合は、加工可能なワークのサイズ・質量はロボットのハンドリング能力によることとなるので、より大きなワークに対しても加工作業を行えるようにするための対処としては、より大型のロボットを用いるか、複数のロボットでワークを把持させて各ロボットの動作を適切に処理する必要がある。様々なサイズ・質量のワークに対応することを考えると後者の方法が有利である。すなわち、ワークのサイズ・質量がロボット１台で足りる場合は各ロボットを個別に用いて並列してハンドリングを行い、ワークのサイズ・質量が大きい場合に複数のロボットでワークを把持させることにより多種のワークに対応可能となる。
本発明はこうした状況を踏まえて、複数のロボットによってサイズ・質量が大きいワークをハンドリングする場合においても、ワークに対して意図した作業軌跡に沿った作業を行うことができるロボットシステムを提供することを目的とする。
However, in the invention of Patent Document 1, only the case of handling a workpiece by one robot is considered.
If the end effector is attached to the tip of the robot and the robot is operated to move the end effector relative to the fixed work, there is no need to consider the work size and mass.
On the other hand, when the effector is fixed to the outside of the robot and the workpiece is gripped by the robot and moved by the movement of the robot, the size and mass of the workable workpiece depends on the handling ability of the robot. In order to cope with machining work for larger workpieces, it is necessary to use a larger robot or to handle the robots properly by gripping the workpieces with multiple robots. . The latter method is advantageous in view of dealing with workpieces of various sizes and masses. In other words, when the size and mass of a workpiece is sufficient with one robot, each robot is used individually and handled in parallel, and when the size and mass of the workpiece are large, a plurality of robots can be used to grip the workpiece. It becomes possible to handle workpieces.
In view of such a situation, the present invention provides a robot system capable of performing work along a work locus intended for a work even when a work having a large size and mass is handled by a plurality of robots. Objective.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載のロボットシステムの発明は、ワークに対して加工を行う工具を備え、前記工具がワークに対して相対的に移動することによって前記ワークを加工する加工装置と、前記加工装置を制御する加工制御装置と、前記ワークを把持するためのハンドを各々の先端に設けた複数のロボットと、前記加工制御装置および前記複数のロボットを制御するロボット制御装置と、を備え、前記ハンドで把持された状態にある前記ワークを前記複数のロボットによって移動させ、前記工具により前記ワーク上の目標加工線に沿って加工を行うロボットシステムであって、前記ロボット制御装置は、加工作業中に位置ずれを生じることがない点を基準点として設定し、 前記複数のロボットの各々の前記ハンド先端を原点とする複数のツール座標系における前記目標加工線に対応する前記基準点の移動軌跡を演算周期ごとに求め、前記移動軌跡を実現するための前記複数のロボットの中の第１ロボットの前記ハンド先端位置を、“前記第１ロボットのツール座標系における移動軌跡上の座標値”及び“前記第１ロボットの座標系の原点から前記基準点へのベクトル”から、前記第１ロボットの座標系における座標値として求め、前記第１ロボットの前記ハンド先端位置をその位置へと移動させるとともに、第２ロボットの前記ハンド先端位置を、前記第１ロボットの座標系における移動軌跡上の座標値と、前記第１ロボットのツール座標系から前記第２ロボットのツール座標系への変換行列と、前記第１ロボットの座標系から前記第２ロボットの座標系への変換行列とから、前記第２ロボットの座標系における座標値として求め、前記第２ロボットの前記ハンド先端位置が前記第１ロボットの前記ハンド先端位置と相対的な位置関係を一定に保ったままで前記工具の軌跡が前記目標加工線と一致するように前記ワークを前記工具に対して移動させて前記ワークの加工を行ない、前記工具が前記ワークに加工を施す際の前記工具先端の位置を前記基準点として加工作業中の前記複数のロボットの前記ハンドの位置を制御することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置が、前記工具が前記ワークに加工を施す際の前記工具先端の位置を前記基準点として加工作業中の前記複数のロボットのハンドの位置を制御することを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のロボットシステムにおいて、前記複数のロボットが、垂直多関節型ロボットであることを特徴としている。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention of the robot system according to claim 1 includes a tool for processing a workpiece, the processing device that processes the workpiece by moving the tool relative to the workpiece, and controls the processing device. And a plurality of robots each having a hand for gripping the workpiece, and a robot controller for controlling the processing control device and the plurality of robots. A robot system that moves the workpiece in a state of being moved by the plurality of robots and performs machining along a target machining line on the workpiece by the tool, wherein the robot control device is misaligned during machining operations. Is set as a reference point, and a plurality of tool coordinate systems with the hand tips of each of the plurality of robots as origins are set. A movement trajectory of the reference point corresponding to the target machining line is obtained at each calculation cycle, and the hand tip position of the first robot among the plurality of robots for realizing the movement trajectory is expressed as “the first A coordinate value in the coordinate system of the first robot is obtained from a “coordinate value on the movement locus in the tool coordinate system of the robot” and a “vector from the origin of the coordinate system of the first robot to the reference point”. The position of the hand tip of the robot is moved to that position, and the position of the hand tip of the second robot is determined from the coordinate value on the movement locus in the coordinate system of the first robot and the tool coordinate system of the first robot. From the transformation matrix to the tool coordinate system of the second robot and the transformation matrix from the coordinate system of the first robot to the coordinate system of the second robot, the second robot And the tool trajectory is the target machining line while keeping the relative position of the hand tip position of the second robot relative to the hand tip position of the first robot constant. The workpiece is moved with respect to the tool so as to match, the workpiece is machined, and the position of the tool tip when the tool performs machining on the workpiece is used as the reference point as the reference points. The position of the hand of the robot is controlled.
According to a second aspect of the present invention, in the robot system according to the first aspect, the robot control device performs the plurality of processing operations with the position of the tip of the tool when the tool processes the workpiece as the reference point. It is characterized by controlling the position of the robot hand.
According to a third aspect of the present invention, in the robot system according to the first aspect, the plurality of robots are vertical articulated robots.
請求項１記載の発明によると、複数のロボットによってワークを把持し、ハンド間の相対的な位置関係を一定に保ってハンドリングすることにより、サイズや質量が大きいワークについても安定して目標加工線の通りに加工を行うことができ加工品質向上に寄与する。また加工作業による位置ずれが発生しない基準点を設け、その基準点に基づいて複数のロボットの各ハンドの位置を制御するため、目標加工線の通りに加工を行うことができる。
また、加工作業による位置ずれが発生しない基準点として、工具がワークに対して加工を施す際の工具先端の位置を設定したので、その基準点に基づいて複数のロボットの各ハンドの位置制御が簡単となり、目標加工線の通りに加工を行うことが簡単にできるようになる。
請求項２記載の発明によると、ロボットによるワークのハンドリング動作に合わせて工具を動作させるタイミングを制御できるため、加工品質を向上させることができる。
請求項３載の発明によると、目標加工線の形状に合わせて工具に対するワークの姿勢を最適な状態に保つことができるため、加工品質を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the workpiece is gripped by a plurality of robots and handled with the relative positional relationship between the hands kept constant, so that the workpiece can be stably processed even for workpieces having a large size and mass. Can contribute to the improvement of machining quality. In addition, since a reference point that does not cause misalignment due to the machining operation is provided and the positions of the hands of the plurality of robots are controlled based on the reference point, machining can be performed according to the target machining line.
In addition, since the position of the tool tip when the tool performs machining on the workpiece is set as a reference point that does not cause misalignment due to machining work, position control of each hand of a plurality of robots can be performed based on the reference point. It becomes easy, and it becomes easy to perform processing according to the target processing line.
According to the second aspect of the present invention, since the timing of operating the tool can be controlled in accordance with the workpiece handling operation by the robot, the machining quality can be improved.
According to the third aspect of the invention, since the posture of the workpiece with respect to the tool can be maintained in an optimum state in accordance with the shape of the target machining line, machining quality can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のロボットシステムの構成を示す図である。
本発明では、ロボットが把持するワークの大きさ・質量が大きい場合でも目標軌跡線に沿ってワークを移動させるという目的を達成するため、複数のロボットによってワークをハンドリングして作業中のワークの位置を調整するという構成とした。図１では２台のロボットを用いた構成としている。
図において、１は第１ロボット、２は第２ロボットであり、それぞれ複数の関節軸を備えた多関節ロボットである。２台のロボットはロボット制御装置５に接続され、ロボット制御装置５によってその動作を制御される。また、第１ロボット１、第２ロボット２はそれぞれ先端にハンド３、４を備えており、これらハンドは開閉してワークを把持する。
ワークの位置や姿勢の自由度を確保するためには、各ロボットは垂直多関節型であることが望ましい。
６は加工装置であって、ワークに対して加工を行う。加工装置６は第１ロボット１および第２ロボット２のハンドの到達可能領域内に設置される。また、９は加工装置６の制御を行う加工制御装置である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a robot system according to the present invention.
In the present invention, in order to achieve the purpose of moving a workpiece along a target trajectory line even when the size and mass of the workpiece held by the robot is large, the position of the workpiece being worked by handling the workpiece by a plurality of robots. It was set as the structure which adjusts. In FIG. 1, a configuration using two robots is used.
In the figure, 1 is a first robot and 2 is a second robot, each of which is a multi-joint robot having a plurality of joint axes. The two robots are connected to the robot control device 5 and their operations are controlled by the robot control device 5. The first robot 1 and the second robot 2 have
In order to ensure the freedom of the position and posture of the workpiece, each robot is desirably a vertical articulated type.
6 is a processing apparatus, which processes the workpiece. The processing device 6 is installed in the reachable area of the hands of the first robot 1 and the second robot 2. Reference numeral 9 denotes a machining control device that controls the machining device 6.
本実施例では、加工作業としてアーク溶接を例に挙げて説明する。
アーク溶接の場合、溶接トーチが加工装置に相当し、溶接トーチ先端部のノズルやワイヤが工具に相当する。また、溶接トーチに溶接電流を供給する溶接電源や同じく溶接トーチにワイヤを供給するワイヤ送給装置などが加工制御装置に相当するが、図１ではこれらを加工制御装置９として簡略化して描いている。
加工制御装置９は加工装置６と接続され、さらに加工制御装置９はロボット制御装置５と接続されており、加工制御装置９はロボット制御装置５から入信する信号に従って、溶接トーチへワイヤ送給を行ったり溶接電流の供給を行ったりする。
図１では加工装置６と加工制御装置９は別体となっているが両者は一体に構成されていてもよい。
In the present embodiment, arc welding will be described as an example of the machining operation.
In the case of arc welding, the welding torch corresponds to a processing device, and the nozzle or wire at the tip of the welding torch corresponds to a tool. Further, a welding power source for supplying a welding current to the welding torch and a wire feeding device for supplying a wire to the welding torch correspond to the processing control device, but these are simplified as the processing control device 9 in FIG. Yes.
The machining control device 9 is connected to the machining device 6, and the machining control device 9 is further connected to the robot control device 5. The machining control device 9 sends a wire to the welding torch in accordance with a signal received from the robot control device 5. Or supply welding current.
In FIG. 1, the processing device 6 and the processing control device 9 are separate, but they may be configured integrally.
以下、本発明のロボットシステムによって実際にワークをハンドリングして加工装置による溶接加工を行う際の処理の流れを説明する。
（１）まず、ロボット制御装置５からの指令に従って、第１ロボット１と第２ロボット２がワークの載置台（図示せず）に載置されたワークの両端をそれぞれのハンドで把持する。図２はこのように第１ロボット１および第２ロボット２のハンドによってワークを把持した様子を示している。載置台は加工装置６と同様、第１ロボット１および第２ロボット２のハンドの到達可能領域内に設置されている。
（２）その後、第１ロボット１および第２ロボット２はワークＷを把持した状態を維持したまま協調して、すなわち互いのハンド３、４の相対位置関係を一定に保ったままでワークＷを加工装置６の工具７すなわち溶接トーチ先端部の直下まで搬送する。ワークＷを把持して加工装置６まで搬送する一連の協調動作は、予め教示されロボット制御装置５に記憶されている。また、協調動作を行うため、第１ロボット１と第２ロボット２との位置関係は既知である。
（３）ロボットによるワークＷの搬送が完了すると、ロボット制御装置５（図１）は加工制御装置９（図１）に第１のトリガを送信する。
（４）加工制御装置９はこの第１のトリガを受信すると溶接トーチへのワイヤ送給、溶接電流の供給など所定の作業を開始する。なお、ワークＷと溶接電源のアース線とは予め接続されているものとする。
Hereinafter, the flow of processing when a workpiece is actually handled by the robot system of the present invention and welding is performed by the processing apparatus will be described.
(1) First, according to a command from the robot control device 5, the first robot 1 and the second robot 2 grip both ends of a workpiece placed on a workpiece placement table (not shown) with their respective hands. FIG. 2 shows a state in which the workpiece is gripped by the hands of the first robot 1 and the second robot 2 in this way. Similar to the processing device 6, the mounting table is installed in the reachable area of the hands of the first robot 1 and the second robot 2.
(2) Thereafter, the first robot 1 and the second robot 2 work together while maintaining the state of gripping the workpiece W, that is, while processing the workpiece W while keeping the relative positional relationship between the
(3) When the transfer of the workpiece W by the robot is completed, the robot control device 5 (FIG. 1) transmits a first trigger to the machining control device 9 (FIG. 1).
(4) When receiving the first trigger, the machining control device 9 starts a predetermined operation such as feeding a wire to the welding torch and supplying a welding current. It is assumed that the workpiece W and the ground wire of the welding power source are connected in advance.
（５）ワークＷへの作業開始が加工制御装置９にて確認された時点で、加工制御装置９はロボット制御装置５へ信号を出力する。具体的には溶接電源によるアーク発生の感知などを作業開始とする。
（６）この信号を入信したロボット制御装置５は、工具７の移動軌跡がワークＷ上の目標加工線と一致するよう、第１ロボット１および第２ロボット２の先端のハンド３、４の移動を開始する。
（７）ハンドの移動に伴って把持されたワークＷも工具に対して相対的に移動するので、目標加工線に沿ってワークＷの溶接が行われる。この様子を示したのが図３である。ハンド３、４によってワークＷを白抜き矢印の方向へ移動させることで、目標加工線に沿ってワークの溶接が行われる。
この溶接加工の際も第１ロボット１および第２ロボット２は協調して動作する。この間の動作についても予め教示され、ロボット制御装置５に記憶されている。
なお、図３では目標加工線は直線であるが、第１ロボット１、第２ロボット２にしかるべき教示を行うことにより目標加工線を任意の曲線とすることも可能であることは言うまでもない。
(5) When the machining control device 9 confirms the start of work on the workpiece W, the machining control device 9 outputs a signal to the robot control device 5. Specifically, the operation is started by detecting arc generation by a welding power source.
(6) Upon receiving this signal, the robot controller 5 moves the
(7) Since the workpiece W gripped as the hand moves also moves relative to the tool, the workpiece W is welded along the target machining line. This is shown in FIG. By moving the workpiece W in the direction of the white arrow by the
The first robot 1 and the second robot 2 operate in cooperation during the welding process. The operation during this time is also taught in advance and stored in the robot controller 5.
Although the target machining line is a straight line in FIG. 3, it goes without saying that the target machining line can be an arbitrary curve by giving appropriate teachings to the first robot 1 and the second robot 2.
ここで、ロボット制御装置５は、加工作業の間、単に教示された動作を再現するのではなく工具７の軌跡が目標加工線と一致するよう第１ロボット１および第２ロボット２を制御する。
加工作業中のロボット制御装置５による第１ロボット１および第２ロボット２の制御の詳細については後述する。
Here, during the machining operation, the robot control device 5 controls the first robot 1 and the second robot 2 so that the trajectory of the
Details of the control of the first robot 1 and the second robot 2 by the robot controller 5 during the machining operation will be described later.
（８）第１ロボット１および第２ロボット２によるワーク加工のための移動動作が完了すると、ロボット制御装置５は、加工制御装置９に対して第２のトリガを出力する。
（９）加工制御装置９は、第２のトリガ入信によって溶接トーチに対する溶接電流の供給や溶接ワイヤの送給を停止する。
（１０）アークの停止を感知すると、加工制御装置９はロボット制御装置５へ加工終了の信号を出力する。
（１１) 加工終了の信号を入信したロボット制御装置５は第１ロボット１と第２ロボット２を協調して動作させてワークＷを加工装置６から離脱させ、載置台まで搬送した後、ハンド３、４を開いてワークＷを離す。
以上が本発明のロボットシステムによる一連の加工手順である。
(8) When the movement operation for workpiece machining by the first robot 1 and the second robot 2 is completed, the robot control device 5 outputs a second trigger to the machining control device 9.
(9) The machining control device 9 stops supplying the welding current and feeding the welding wire to the welding torch by the second trigger reception.
(10) When detecting the stop of the arc, the machining control device 9 outputs a machining end signal to the robot control device 5.
(11) The robot control device 5 receiving the processing end signal operates the first robot 1 and the second robot 2 in a coordinated manner to separate the workpiece W from the processing device 6 and conveys it to the mounting table. Open 4 and release work W.
The above is a series of processing procedures by the robot system of the present invention.
以下では、溶接作業中のロボット制御装置５による第１ロボット１および第２ロボット２の制御について図４、図５を用いて説明する。
（１）まず、予め第１ロボット１に基づく座標系ＲＢ１、第２ロボット２に基づく座標系ＲＢ２を設定しておく。
（２）次に、ワークに加工を行う工具の先端位置を基準点Ａとする。本実施例では溶接トーチの先端が基準点Ａとなる。基準点Ａの位置は加工作業中にも変動することはない。
（３）さらに、座標系ＲＢ１の原点から基準点Ａまでのベクトルを求めておき、ＲＢ１Ｔ１とする。
（４）また、座標系ＲＢ１と座標系ＲＢ２との位置関係、すなわち第１ロボット１と第２ロボット２との位置関係を求めておき、座標系ＲＢ１から座標系ＲＢ２への変換行列をＲＢ１Ｍとする。
ベクトルＲＢ１Ｔ１および変換行列ＲＢ１Ｍは、一旦第１ロボット１、第２ロボット２、加工装置６を設置すれば一意に決定され、加工作業中にも変動することはない。
（５）ここで第１ロボット１が予め教示された加工作業のある教示点にあるとき、座標系ＲＢ１における第１ロボット１のツール先端位置の座標値をＲＢ１Ｂ１、座標値ＲＢ１Ｂ１と基準点Ａとを結ぶベクトルをＲＢ１Ｐ１とする。
ツール先端位置は、ハンド先端の把持部に設定されている。本発明でのツール先端位置の例を図１、図２に黒点Ｋ１として示す。
Below, control of the 1st robot 1 and the 2nd robot 2 by the robot control apparatus 5 in welding work is demonstrated using FIG. 4, FIG.
(1) First, a coordinate system RB1 based on the first robot 1 and a coordinate system RB2 based on the second robot 2 are set in advance.
(2) Next, let the tip position of the tool which processes a workpiece be the reference point A. In this embodiment, the tip of the welding torch becomes the reference point A. The position of the reference point A does not change during the machining operation.
(3) Further, a vector from the origin of the coordinate system RB1 to the reference point A is obtained and set as RB1 T1.
(4) Further, the positional relationship between the coordinate system RB1 and the coordinate system RB2, that is, the positional relationship between the first robot 1 and the second robot 2, is obtained, and the conversion matrix from the coordinate system RB1 to the coordinate system RB2 is determined as RB1 M And
The vector RB1 T1 and the transformation matrix RB1 M are uniquely determined once the first robot 1, the second robot 2, and the processing apparatus 6 are installed, and do not change during the processing operation.
(5) Here, when the first robot 1 is at a teaching point at which machining work is taught in advance, the coordinate values of the tool tip position of the first robot 1 in the coordinate system RB1 are RB1 B1, the coordinate value RB1 B1, and the reference point Let RB1 P1 be the vector connecting A.
The tool tip position is set at the grip at the tip of the hand. An example of the tool tip position in the present invention is shown as a black point K1 in FIGS.
（６）まず、第１ロボット１の制御について説明する。
座標値ＲＢ１Ｂ１は、教示の際に記録された第１ロボット１の各軸の関節角度に加え、ロボットの各軸のリンクパラメータ、ロボット先端を基準としたツール先端位置の位置関係を利用してキネマティクスによってロボット制御装置５にて求めることができる。ロボットのリンクパラメータやロボット先端を基準としたツール先端位置の位置関係についても予めロボット制御装置５に記憶されている。
（７）また、第１ロボット１が座標値ＲＢ１Ｂ１から次の教示点へ移動した時の、座標系ＲＢ１における第１ロボット１のツール先端の座標値をＲＢ１Ｂ２、座標値ＲＢ１Ｂ２と基準点Ａとを結ぶベクトルをＲＢ１Ｐ２とする。
（８）続いて、第１ロボット１のツール先端位置を原点とするツール座標系ＴＦ１（図５）を設ける。
（９）第１ロボット１のツール先端が座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２へ移動する間に、ツール座標系ＴＦ１から見た基準点Ａの位置の変化は図５のようになる。すなわち、実際には第１ロボット１の動作に伴いツール座標系ＴＦ１が基準点Ａに対して移動しているのだが、ツール座標系ＴＦ１から見ると基準点Ａの方が移動しているように見える。
(6) First, control of the first robot 1 will be described.
The coordinate value RB1 B1 uses the joint angle of each axis of the first robot 1 recorded at the time of teaching, the link parameter of each axis of the robot, and the positional relationship of the tool tip position with reference to the robot tip. It can be obtained by the robot controller 5 by kinematics. The positional relationship between the robot link parameters and the tool tip position with reference to the robot tip is also stored in the robot controller 5 in advance.
(7) When the first robot 1 moves from the coordinate value RB1 B1 to the next teaching point, the coordinate values of the tool tip of the first robot 1 in the coordinate system RB1 are RB1 B2, the coordinate value RB1 B2, and the reference point Let RB1 P2 be a vector connecting A.
(8) Subsequently, a tool coordinate system TF1 (FIG. 5) having the tool tip position of the first robot 1 as an origin is provided.
(9) While the tool tip of the first robot 1 moves from the coordinate value RB1 B1 to the coordinate value RB1 B2, the change in the position of the reference point A viewed from the tool coordinate system TF1 is as shown in FIG. That is, the tool coordinate system TF1 actually moves with respect to the reference point A along with the operation of the first robot 1, but the reference point A seems to move when viewed from the tool coordinate system TF1. appear.
図４および図５に基づき、第１ロボット１の制御方法について以下に説明する。
前述のように、図４における第１ロボット１のツール先端位置の座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２への移動を第１ロボット１のツール座標系ＴＦ１から見ると、図５に示すように基準点Ａの座標値がＴＦ１Ｐ１からＴＦ１Ｐ２へ変化することに相当する。
座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２への移動は直線補間として教示されているとしてこの間の第１ロボット１の動作の補間を考える。
通常は教示点である座標値ＲＢ１Ｂ１、座標値ＲＢ１Ｂ２を結ぶ直線に沿ってツール先端位置が移動するための演算周期ごとの変位量を演算し、逆キネマティクスによって第１ロボット１各軸への指令を求めて動作させる。
ここで、座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２への実際の移動軌跡が意図した通りの直線となるように本発明では作業中に位置ずれを生じることがない基準点Ａを設定し、ツール座標系ＴＦ１における目標加工線に対応する基準点Ａの移動軌跡（ＴＦ１Ｐ１→ＴＦ１Ｐ２）を演算周期ごとに求める。そしてその移動軌跡を実現するための第１ロボット１のツール先端位置（ハンド先端位置）を演算して、第１ロボット１のツール先端位置をその位置へと移動させる。
Based on FIG. 4 and FIG. 5, the control method of the 1st robot 1 is demonstrated below.
As described above, when the movement from the coordinate value RB1 B1 of the tool tip position of the first robot 1 in FIG. 4 to the coordinate value RB1 B2 is viewed from the tool coordinate system TF1 of the first robot 1, as shown in FIG. This corresponds to the coordinate value of the point A changing from TF1 P1 to TF1 P2.
Assuming that the movement from the coordinate value RB1 B1 to the coordinate value RB1 B2 is taught as linear interpolation, the interpolation of the operation of the first robot 1 during this period is considered.
Usually, the displacement amount for each calculation cycle for moving the tool tip position along the straight line connecting the coordinate values RB1 B1 and the coordinate values RB1 B2 which are teaching points is calculated, and each axis of the first robot 1 is calculated by inverse kinematics. Ask for the command and operate.
Here, in the present invention, a reference point A that does not cause misalignment during the operation is set so that the actual movement locus from the coordinate value RB1 B1 to the coordinate value RB1 B2 is a straight line as intended, and the tool coordinates A movement trajectory ( TF1 P1 → TF1 P2) of the reference point A corresponding to the target machining line in the system TF1 is obtained for each calculation cycle. Then, the tool tip position (hand tip position) of the first robot 1 for realizing the movement locus is calculated, and the tool tip position of the first robot 1 is moved to that position.
座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２への移動が直線補間の場合は、ツール座標系ＴＦ１における座標値ＴＦ１Ｐ１から座標値ＴＦ１Ｐ２への移動軌跡も直線となる。教示された移動速度をＶｐ［ｃｍ／ｓｅｃ］、座標値ＴＦ１Ｐ１から座標値ＴＦ１Ｐ２を結ぶ線分の長さをＬ［ｃｍ］とし、ロボット制御装置の演算周期をｍ［ｓｅｃ］とおくと、座標値ＴＦ１Ｐ１から座標値ＴＦ１Ｐ２へ移動する間の演算周期の回数Ｎは、式（５）となる。
Ｎ ＝ Ｌ／（Ｖｐ・ｍ） ・・・ 式（５）
ここでＮは自然数とし、式（１）の右辺の小数点以下の端数は切り捨てるものとする。
よって、ｉ回目（ｉは自然数、Ｎ≧ｉ）の演算周期でのＴＦ１に基づく基準点Ａの位置ＴＦ１Ｐ（ｉ）は、式（６）で表させる。
ＴＦ１Ｐ（ｉ）＝ ＴＦ１Ｐ１＋（（ ＴＦ１Ｐ２ − ＴＦ１Ｐ１ ）／Ｎ）＊ｉ 式（６）
この位置ＴＦ１Ｐ（ｉ）に対応する、座標系ＲＢ１を基準とするツール先端の座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）は、ＲＢ１Ｔ１を用いると式（７）として求めることができる。
ＲＢ１Ｂ（ｉ）＝ ＲＢ１Ｔ１・（ＴＦ１Ｐ（ｉ））−1 ・・・ 式（７）
このようにして演算周期ごとにツール先端の座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）を求めれば、第１ロボット１のツール先端があるべき位置を求めることができる。逆キネマティクスによりツール先端の座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）から第１ロボット１の各軸への指令を求めて第１ロボット１を動作させる。
If the movement from the coordinate values RB1 B1 to coordinate values RB1 B2 is linear interpolation, the movement locus of the coordinate value TF1 P1 in the tool coordinate system TF1 to coordinate values TF1 P2 becomes a straight line. If the taught moving speed is Vp [cm / sec], the length of the line segment connecting the coordinate value TF1 P1 and the coordinate value TF1 P2 is L [cm], and the operation cycle of the robot controller is m [sec]. The number N of operation cycles during the movement from the coordinate value TF1 P1 to the coordinate value TF1 P2 is expressed by Equation (5).
N = L / (Vp · m) (5)
Here, N is a natural number, and the fractional part of the right side of Expression (1) is rounded down.
Therefore, the position TF1 P (i) of the reference point A based on TF1 in the i-th calculation cycle (i is a natural number, N ≧ i) is expressed by Expression (6).
TF1 P (i) = TF1 P1 + (( TF1 P2− TF1 P1) / N) * i Formula (6)
The coordinate value RB1 B (i) of the tool tip corresponding to the position TF1 P (i) with reference to the coordinate system RB1 can be obtained as Expression (7) using RB1 T1.
RB1 B (i) = RB1 T1 · ( TF1 P (i)) −1 Equation (7)
Thus, if the coordinate value RB1 B (i) of the tool tip is obtained for each calculation cycle, the position where the tool tip of the first robot 1 should be can be obtained. The first robot 1 is operated by obtaining a command to each axis of the first robot 1 from the coordinate value RB1 B (i) of the tool tip by inverse kinematics.
次に、第２ロボット２の制御方法を説明する。
第１ロボット１のツール先端位置が座標値ＲＢ１Ｂ１の時、これに対応する第２ロボット２のツール先端位置の座標系ＲＢ２における座標値をＲＢ２Ｃ１とする。図１および図２に黒点Ｋ１として示すように、第２ロボット２についてもツール先端位置はハンド先端の把持部に設定されている。
また、第１ロボット１のツール先端位置が座標値ＲＢ１Ｂ２の時、これに対応する第２ロボット２のツール先端位置の座標系ＲＢ２における座標値をＲＢ２Ｃ２とする。
さらに、第２ロボット２のツール先端位置を原点とするツール座標系ＴＦ２を設け、ツール座標系ＴＦ１からツール座標系ＴＦ２への変換行列をＴＦ１Ｔ２とする。
第１ロボット１のハンドと第２ロボット２のハンドは協調動作をするので、ハンド間の相対的な位置関係は予め指定されており、加工作業の間も一定である。すなわち変換行列ＴＦ１Ｔ２は既知で加工作業の間も変化することがない。
Next, a method for controlling the second robot 2 will be described.
When the tool tip position of the first robot 1 is the coordinate value RB1 B1, the coordinate value in the coordinate system RB2 of the tool tip position of the second robot 2 corresponding to this is RB2 C1. As shown as black point K1 in FIGS. 1 and 2, the tool tip position of the second robot 2 is also set at the grip at the tip of the hand.
Further, when the tool tip position of the first robot 1 is the coordinate value RB1 B2, the coordinate value in the coordinate system RB2 of the tool tip position of the second robot 2 corresponding to this is set to RB2 C2.
Further, a tool coordinate system TF2 having the tool tip position of the second robot 2 as an origin is provided, and a conversion matrix from the tool coordinate system TF1 to the tool coordinate system TF2 is TF1 T2.
Since the hand of the first robot 1 and the hand of the second robot 2 perform a cooperative operation, the relative positional relationship between the hands is designated in advance and is constant during the machining operation. That is, the transformation matrix TF1 T2 is known and does not change during the machining operation.
そうすると、第１ロボット１のツール先端位置が座標値ＲＢ１Ｂ１の時、座標値ＲＢ２Ｃ１を第１ロボット１の座標系ＲＢ１から見ると、式（８）となる。
ＲＢ１Ｃ１＝ＲＢ１Ｂ１・ＴＦ１Ｔ２ ・・・ 式（８）
また、第１ロボット１のツール先端位置が座標値ＲＢ１Ｂ２に移動するのに伴って第２ロボット２のツール先端位置が座標値ＲＢ２Ｃ２に移動した場合に、座標値ＲＢ２Ｃ２を第１ロボット１の座標系ＲＢ１から見ると、式（９）となる。
ＲＢ１Ｃ２＝ＲＢ１Ｂ２・ＴＦ１Ｔ２ ・・・ 式（９）
ここで、第１ロボット１の座標系ＲＢ１から第２ロボットの座標系ＲＢ２への変換行列ＲＢ１Ｍを利用すると座標値ＲＢ２Ｃ１および座標値ＲＢ２Ｃ２は、それぞれ式（１０）および式（１１）のように表すことができる。
ＲＢ２Ｃ１＝（ＲＢ１Ｍ）−１・ＲＢ１Ｂ１・ＴＦ１Ｔ２ ・・・ 式（１０）
ＲＢ２Ｃ２＝（ＲＢ１Ｍ）−１・ＲＢ１Ｂ２・ＴＦ１Ｔ２ ・・・ 式（１１）
座標値ＲＢ１Ｂ１から座標値ＲＢ１Ｂ２までの移動が演算周期Ｎ回分の時間で行われるのと同様に座標値ＲＢ２Ｃ１から座標値ＲＢ２Ｃ２までの移動も演算周期Ｎ回分の時間で行われるので、ｉ回目の演算周期での座標系ＲＢ２を基準とするツール先端の座標値ＲＢ２Ｃ（ｉ）は、座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）を用いると、式（１２）のように表すことができる。
ＲＢ２Ｃ（ｉ）＝（ＲＢ１Ｍ）−１・ＲＢ１Ｂ（ｉ）・ＴＦ１Ｔ２ ・・・ 式（１２）
前述のように、変換行列ＲＢ１Ｍおよび変換行列ＴＦ１Ｔ２は既知で一定であるので、式（７）によって座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）が決まれば式（１２）によって対応する座標値ＲＢ２Ｃ（ｉ）が一意に決定される。
このようにして、第１ロボット１のツール先端の座標値ＲＢ１Ｂ（ｉ）を求めた後、ｉ回目の演算周期での座標系ＲＢ２を基準とするツール先端の座標値ＲＢ２Ｃ（ｉ）を求めることで、第２ロボット２についてもそのツール先端があるべき位置を求めることができる。
そして逆キネマティクスによりＲＢ２Ｃ（ｉ）から第２ロボット２の各軸への指令を求めて第２ロボットを動作させる。
Then, when the tool tip position of the first robot 1 is the coordinate value RB1 B1, when the coordinate value RB2 C1 is viewed from the coordinate system RB1 of the first robot 1, equation (8) is obtained.
RB1 C1 = RB1 B1 · TF1 T2 (8)
When the first tool tip position of the robot 1 is tool tip position of the second robot 2 with to move to the coordinate value RB1 B2 is moved to the coordinate value RB2 C2, the first robot coordinate value RB2 C2 1 When viewed from the coordinate system RB1, the equation (9) is obtained.
RB1 C2 = RB1 B2 · TF1 T2 (9)
Here, when a transformation matrix RB1 M from the coordinate system RB1 of the first robot 1 to the coordinate system RB2 of the second robot is used, the coordinate value RB2 C1 and the coordinate value RB2 C2 are expressed by the equations (10) and (11), respectively. Can be expressed as:
RB2 C1 = ( RB1 M) −1 · RB1 B1 · TF1 T2 Formula (10)
RB2 C2 = ( RB1 M) −1 · RB1 B2 · TF1 T2 Formula (11)
The movement from the coordinate values RB1 B1 to coordinate RB1 B2 is also performed by the calculation cycle N times time moving from the as well as the coordinate value RB2 C1 is performed by the operation cycle N times the time until the coordinate value RB2 C2, The coordinate value RB2 C (i) of the tool tip with reference to the coordinate system RB2 in the i-th calculation cycle can be expressed as in Expression (12) using the coordinate value RB1 B (i).
RB2 C (i) = ( RB1 M) −1 · RB1 B (i) · TF1 T2 (12)
As described above, since the transformation matrix RB1 M and the transformation matrix TF1 T2 are known and constant, if the coordinate value RB1 B (i) is determined by the equation (7), the corresponding coordinate value RB2 C (i ) Is uniquely determined.
Thus, after obtaining the coordinate value RB1 B (i) of the tool tip of the first robot 1, the coordinate value RB2 C (i) of the tool tip with reference to the coordinate system RB2 in the i-th calculation cycle is obtained. By obtaining, the position where the tool tip should be can be obtained also for the second robot 2.
Then, the second robot is operated by obtaining a command from RB2 C (i) to each axis of the second robot 2 by inverse kinematics.
図３の例ではワークＷは水平を保ったままハンドリングされるが、ワークＷを把持するロボットが垂直多関節型であれば、ワークＷを様々な姿勢にして加工を行うことができる。また、加工作業の途中でワークＷの姿勢を変えることも可能となり、目標加工線が複雑な形状の場合にも対応可能となる。
以上、本発明は、ワークＷに対する加工としてアーク溶接を例にとり説明したが、本発明はワークに対する加工としてシーム溶接やシーリング、切削、切断などを行う場合にも適用可能である。例えばシーム溶接の場合には、図６のようにワークＷは複数の金属板Ｗ１、Ｗ２を重ねたものとなり、重ねた状態でハンド３、４により把持して第１ロボット１および第２ロボット２のハンドの到達可能領域内に設置されたシーム溶接機（図示せず）に対してハンドリングを行う。
また、以上の説明ではロボットを２台としたが、加工装置６と各ロボットの互いの位置関係が既知であれば、３台以上のロボットを用いる場合にも本発明を適用して協調動作を行えることは言うまでもない。３台以上のロボットを用いれば、より重いワークをハンドリングしたりワークを堅固に把持したりすることが可能となる。
In the example of FIG. 3, the workpiece W is handled while being kept horizontal, but if the robot that holds the workpiece W is a vertical articulated type, the workpiece W can be processed in various postures. In addition, the posture of the workpiece W can be changed during the machining operation, and the case where the target machining line has a complicated shape can be handled.
The present invention has been described by taking arc welding as an example of processing on the workpiece W. However, the present invention can also be applied to cases where seam welding, sealing, cutting, cutting, or the like is performed as processing on the workpiece. For example, in the case of seam welding, the workpiece W is formed by stacking a plurality of metal plates W1 and W2 as shown in FIG. 6, and is gripped by the
In the above description, two robots are used. However, if the positional relationship between the processing apparatus 6 and each robot is known, the present invention can be applied to perform cooperative operation even when three or more robots are used. It goes without saying that you can do it. If three or more robots are used, heavier workpieces can be handled or the workpieces can be gripped firmly.
１ 第１ロボット
２ 第２ロボット
３、４ ハンド
５ ロボット制御装置
６ 加工装置
７ 工具
９ 加工制御装置
１０１ 溶接トーチ
１０２ ワーク
１０３、１０４ アーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st robot 2
Claims (3)
前記加工装置を制御する加工制御装置と、
前記ワークを把持するためのハンドを各々の先端に設けた複数のロボットと、
前記加工制御装置および前記複数のロボットを制御するロボット制御装置と、を備え、
前記ハンドで把持された状態にある前記ワークを前記複数のロボットによって移動させ、前記工具により前記ワーク上の目標加工線に沿って加工を行うロボットシステムであって、
前記ロボット制御装置は、加工作業中に位置ずれを生じることがない点を基準点として設定し、
前記複数のロボットの各々のハンド先端を原点とする複数のツール座標系における前記目標加工線に対応する前記基準点の移動軌跡を演算周期ごとに求め、
前記移動軌跡を実現するための前記複数のロボットの中の第１ロボットの前記ハンド先端位置を、“前記第１ロボットのツール座標系における移動軌跡上の座標値”及び“前記第１ロボットの座標系の原点から前記基準点へのベクトル”から、前記第１ロボットの座標系における座標値として求め、
前記第１ロボットの前記ハンド先端位置をその位置へと移動させるとともに、
第２ロボットの前記ハンド先端位置を、前記第１ロボットの座標系における移動軌跡上の座標値と、
前記第１ロボットのツール座標系から前記第２ロボットのツール座標系への変換行列と、
前記第１ロボットの座標系から前記第２ロボットの座標系への変換行列とから、
前記第２ロボットの座標系における座標値として求め、
前記第２ロボットの前記ハンド先端位置が前記第１ロボットの前記ハンド先端位置と相対的な位置関係を一定に保ったままで前記工具の軌跡が前記目標加工線と一致するように前記ワークを前記工具に対して移動させて前記ワークの加工を行ない、
前記工具が前記ワークに加工を施す際の前記工具先端の位置を前記基準点として加工作業中の前記複数のロボットの前記ハンドの位置を制御することを特徴とするロボットシステム。 A tool for machining the workpiece, and a machining device for machining the workpiece by moving the tool relative to the workpiece;
A processing control device for controlling the processing device;
A plurality of robots each provided with a hand for gripping the workpiece;
A robot control device for controlling the processing control device and the plurality of robots,
A robot system that moves the workpiece in a state of being gripped by the hand by the plurality of robots, and performs processing along a target processing line on the workpiece by the tool,
The robot control device sets a point that does not cause a position shift during a machining operation as a reference point,
Obtaining a movement trajectory of the reference point corresponding to the target machining line in a plurality of tool coordinate systems with the respective hand tips of the plurality of robots as the origin, for each calculation cycle;
The hand tip position of the first robot among the plurality of robots for realizing the movement trajectory is expressed as “coordinate values on the movement trajectory in the tool coordinate system of the first robot” and “coordinates of the first robot. From the vector from the origin of the system to the reference point ", obtain the coordinate value in the coordinate system of the first robot,
Moving the hand tip position of the first robot to that position;
The hand tip position of the second robot, the coordinate value on the movement locus in the coordinate system of the first robot,
A transformation matrix from the tool coordinate system of the first robot to the tool coordinate system of the second robot;
From the transformation matrix from the coordinate system of the first robot to the coordinate system of the second robot,
As a coordinate value in the coordinate system of the second robot,
The tool is moved to the tool so that the trajectory of the tool coincides with the target machining line while the relative position of the hand tip position of the second robot is kept constant relative to the hand tip position of the first robot. To move the workpiece to process the workpiece,
A robot system for controlling the positions of the hands of the plurality of robots during a machining operation using the position of the tool tip when the tool is machining the workpiece as the reference point.
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