JP2537469Y2 - 回転外部軸を有する産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は回転外部軸を有する産業
用ロボットの制御装置に関する。さらに詳しくは、先端
軸が当初の姿勢をロボット座標系に対して一定に維持し
たままで、回転外部軸の回転動作に追従せしめられる回
転外部軸を有する産業用ロボットの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より溶接ロボット等においては、溶
接等の加工を容易にするために、ワークが載置・固定さ
れているテーブルを回転外部軸により回転することが行
われている。

【０００３】このような回転外部軸を有する溶接ロボッ
ト等の教示においては、ロボットのアームを動かすため
の操作と、回転外部軸を動かす操作とを別々のキーにて
行わなければならないために、テーブルに載置・固定さ
れているワークの同一位置もしくは近傍の位置にアーム
の先端部を教示するのが困難である。

【０００４】かかる回転外部軸を有する溶接ロボット等
における教示を容易にすべく、特開平３ー１９６９８１
号には、付加軸に追従してロボットの工具先端点を制御
するロボットの付加軸追従制御方式において、付加軸を
手動で送り、前記付加軸の座標位置を読み取り、前記付
加軸とロボットの前記工具先端点との相対位置および姿
勢が同一になるような、前記工具先端点の座標と姿勢を
求め、前記工具先端点を移動させることを特徴とするロ
ボットの制御方法が開示されている。この制御方法によ
れば、付加軸（回転外部軸）が回転されても、図１０〜
１１に示すように、工具先端軸とワークとの相対的関係
を回転前と同様に維持できる。なお、図において、φは
先端軸のワークに対するなす角を示す。

【０００５】しかしながら、図１０〜１１から明らかな
ように、工具先端軸はワークとの相対的関係を回転前と
同様に維持しながら移動するため、ロボット座標系に対
しては同一の姿勢を維持することはできない。したがっ
て、かかる制御方法を溶接ロボットに適用した場合、溶
接姿勢を教示しなおす必要がある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】本考案はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、回転外部軸用
キーの操作のみにより回転後においてもワークの同一位
置にロボットのアームの教示がなし得るとともに、ロボ
ットのアームの先端軸をロボット座標系に対して一定に
維持しながら移動することができることにより溶接姿勢
を教示しなおす必要がない回転外部軸を有する産業用ロ
ボットの制御装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は、回転外部軸を
有する産業用ロボットの制御装置であって、前記制御装
置が、ツールを保持しているアームの先端軸の姿勢を算
出する姿勢算出部と、回転外部軸用制御部からの信号に
より前記回転外部軸に保持されているワークの回転前お
よび回転後の位置を算出するワーク位置算出部と、前記
ワーク位置算出部の信号により前記アームの先端軸を、
前記姿勢算出部により算出された姿勢をロボット座標系
に対して一定に維持しながら前記ワークの回転前の位置
から回転後の位置まで移動せしめる追従制御部とを有し
てなることを特徴とする産業用ロボットの制御装置に関
する。

【０００８】本考案においては、前記ツールが溶接用ト
ーチであるのが好ましく、前記溶接用トーチがアーク溶
接用トーチであるのがさらに好ましい。

【０００９】

【作用】本考案の産業用ロボットの制御装置は前記の如
く構成されているので、回転外部軸用キーを操作して、
この回転外部軸により回転させられるテーブルに載置さ
れているワークを回転せしめると、ロボットのアームは
自動的にワークの回転後においてもワーク上の同一位置
まで、ツールの姿勢をワークの回転前とロボット座標系
に対して同一に維持しながら追従せしめられるので、回
転外部軸を有するロボットのアームの教示が簡易になし
得る。また、ツールの姿勢を重力方向に対して同一、例
えば下向き姿勢に保ちながらロボットのアームが移動す
るので、ツールとして溶接用トーチが用いられた場合、
溶接姿勢に変更を生じさせないので、最適な姿勢で溶接
がなされる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本考案を実施
例に基づいて説明するが、本考案はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１１】図１は本考案の一実施例の制御装置の概略
図である。図２は同実施例の電気的構成の概略図であ
る。図３〜４は本考案の制御装置による制御動作の説明
図であって、図３はワークが回転される前の状態を示
し、図４はワークが回転された後の状態を示している。
図５はロボット座標系、回転外部軸座標系およびワーク
座標系の関係を示す説明図である。図６は回転外部軸を
α回転させた場合の座標変換行列の説明図である。図６
において´を付したものが回転後のものを示している。
図７は準備手続きのフローチャートである。図８〜９は
回転外部軸がα回転された後の教示手続きのフローチャ
ートである。

【００１２】本実施例においては、図１に示すように、
制御装置１は回転外部軸制御部１２と、この回転外部軸
制御部１２により制御されて回転する回転外部軸２によ
り回転されるテーブル３上に載置・固定されているワー
ク４に、先端軸の姿勢をロボット座標系に対して一定に
維持したままロボットのアーム５を追従させるための姿
勢算出部１２、ワーク位置算出部１３および追従制御部
１４とを有している。

【００１３】回転外部軸制御部１２は、図２に示すよう
に、演算処理装置（ＣＰＵ）と、同制御用プログラムを
格納しているＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡ
Ｍと、信号の受渡しの同期をとるクロックと、回転外部
軸用サーボ制御部Ｓ１と、入出力インターフェースとを
主要構成要素としてなる。

【００１４】姿勢算出部１２、ワーク位置算出部１３お
よび追従制御部１４は、同じく図２に示すように、演算
処理装置（ＣＰＵ）と、同制御用プログラムを格納して
いるＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、信
号の受渡しの同期をとるクロックと、ロボットのアーム
用サーボ制御部Ｓ２と、入出力インターフェースとを主
要構成要素としてなる。

【００１５】なお、これらの各構成要素としては、従来
よりロボットコントローラに用いられているものが好適
に用いられる。

【００１６】図３〜４は、この様に構成された制御装置
によりロボットのアームをワークの回転動作に追従せし
めた状態を説明しているものであるが、図３〜４より明
らかなように、ロボットのアームの先端部がロボット座
標系に対する先端軸の姿勢が一定に保たれている。な
お、図において、θは先端軸とロボット座標系とのなす
角である。

【００１７】次に、この様に構成された制御装置１によ
る回転外部軸２を有するロボットの教示について説明す
る。

【００１８】準備手続き（図５および図７参照） この準備手続きにおいては、回転外部軸座標系からワー
ク座標系への座標変換行列Ｗが求められる。

【００１９】ステップ１：回転外部軸上の基準位置（こ
の基準位置は任意に設定できる）をティーチングする。
その基準位置のロボット座標系の座標原点からの座標変
換行列をＡとする。

【００２０】ステップ２：ロボット座標系から回転外部
軸座標系への座標変換行列Ｐを求める。これは両者の初
期位置が既知であるから、通常の演算処理により容易に
求められる。

【００２１】ステップ３：ロボット座標系からワーク座
標系への座標変換行列Ｗ_Rを算出する。これは、ロボッ
トの各軸の位置およびロボットにとりつけられているツ
ールの登録寸法より通常の演算処理により容易に求めら
れる。

【００２２】ステップ４：回転外部軸座標系からワーク
座標系への座標変換行列をＷとすれば、図５より明らか
なごとく、下記式が成立する。 Ｗ_R＝ＡＰＷ したがって、Ｗは Ｗ＝（ＡＰ）^-1Ｗ_R より求められる。

【００２３】回転外部軸がα回転された後の教示手続
き（図６および図８〜９参照） ステップ１：回転前のロボットのアームの先端部が指示
している点に関するロボット座標系とワーク座標系の相
互関係を求める。ここで、ロボット座標系における座標
変換行列をＲとし、ワーク座標系における座標変換行列
をＬとすると、下記式が成立する（図６参照）。 Ｒ＝ＡＰＷＬ

【００２４】ステップ２：回転外部軸の回転角を初期化
する。

【００２５】ステップ３：回転外部軸をα回転させる。
そして、そのときの回転外部座標軸の座標変換行列をＰ
´とする。

【００２６】ステップ４：回転前にロボットのアームの
先端部が指示していたワーク上の点の回転後におけるロ
ボットの座標系における座標変換行列Ｒ´を求める。こ
の座標変換行列Ｒ´は下記式により表わされる（図６参
照）。 Ｒ´＝ＡＰ´ＷＬ

【００２７】ステップ５：この座標変換行列Ｒ´の回転
成分を座標変換行列Ｒのものに一致させ、それを座標変
換行列Ｒ´´とする。

【００２８】ステップ６：回転を終らせるか否か判断す
る。そして、回転を終わらせない場合には、ステップ７
に行き、回転を終わらせる場合には、ステップ８に行
く。

【００２９】ステップ７：回転を終らせない場合は、α
を増加させて、ステップ３に戻る。

【００３０】ステップ８：回転を終らせる場合は、そこ
で終了する。

【００３１】しかして、ステップ４で求められた座標変
換行列Ｒ´´によりロボットのアームを移動すれば、回
転成分が等しいので、ロボット座標系に対して同一姿勢
を維持しながらアームを回転後の位置に移動させること
ができる。

【００３２】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
回転外部軸用キーを操作するのみで、ロボットのアーム
の姿勢をロボット座標系に対して同一に維持しながら、
ワークの回転後においてもワーク上の同一点を教示する
ことができる。また、ツールの姿勢を重力方向に対して
同一に保ちながらロボットのアームが移動するので、ツ
ールとして溶接用トーチが用いられた場合、溶接姿勢に
変更を生じさせないので、最適な姿勢で溶接がなされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の制御装置の概略図である。

【図２】図２は同実施例の電気的構成の概略図である。

【図３】本考案の制御装置による制御動作の説明図であ
って、ワークが回転される前の状態を示したものであ
る。

【図４】本考案の制御装置による制御動作の説明図であ
って、ワークが回転された後の状態を示したものであ
る。

【図５】ロボット座標系、回転外部軸座標系およびワー
ク座標系の関係を示す説明図である。

【図６】回転外部軸をα回転させた場合の座標変換行列
の説明図である。

【図７】準備手続きのフローチャートである。

【図８】回転外部軸がα回転された後の教示手続きのフ
ローチャートの一部である。

【図９】回転外部軸がα回転された後の教示手続きのフ
ローチャートの一部である。

【図１０】従来の制御装置による制御動作の説明図であ
って、ワークが回転される前の状態を示したものであ
る。

【図１１】従来の制御装置による制御動作の説明図であ
って、ワークが回転された後の状態を示したものであ
る。

【符号の説明】

１ 制御装置 １１ 回転外部軸制御部 １２ 姿勢算出部 １３ ワーク位置算出部 １４ 追従制御部 ２ 回転外部軸 ３ テーブル ４ ワーク ５ ロボットのアーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−42004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194513（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転外部軸を有する産業用ロボットの制
   御装置であって、 前記制御装置が、ツールを保持しているアームの先端軸
   の姿勢を算出する姿勢算出部と、回転外部軸用制御部か
   らの信号により前記回転外部軸に保持されているワーク
   の回転前および回転後の位置を算出するワーク位置算出
   部と、前記ワーク位置算出部からの信号により前記アー
   ムの先端軸を、前記姿勢算出部により算出された姿勢を
   ロボット座標系に対して一定に維持しながら前記ワーク
   の回転前の位置から回転後の位置まで追従せしめる追従
   制御部とを有してなることを特徴とする回転外部軸を有
   する産業用ロボットの制御装置。
2. 【請求項２】 前記ツールが溶接用トーチであることを
   特徴とする請求項１記載の回転外部軸を有する産業用ロ
   ボットの制御装置。
3. 【請求項３】 前記溶接用トーチがアーク溶接用トーチ
   であることを特徴とする請求項２記載の回転外部軸を有
   する産業用ロボットの制御装置。