JP2575308B2

JP2575308B2 - ロボット駆動方法

Info

Publication number: JP2575308B2
Application number: JP62120050A
Authority: JP
Inventors: 伸治荒井; 美夫柴田; 俊二森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPS63285606A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はロボットの制御方法に関し、さらに詳しくは
金型を研磨するロボットの制御方法に関する。

［従来の技術］ロボットは規則的動作や繰り返し動作における精度に
関して人間の手作業を上回る機能を有している。しか
し、金型研磨工程の主要部分を占める磨き工程は熟練し
た技術者の手作業に依存している。これは熟練者による
研磨作業がその視覚と触角をもとに縦、横、斜め方向の
移動や回転移動をおりまぜて、状況に応じて複雑かつ柔
軟に工具を移動させ、金型を高精度に仕上げることがで
きるからである。従って、ロボットによる工具の移動軌
跡を手研磨による工具の移動軌跡に近似させることによ
り、高精度の金型研磨が実現できることになる。

第11図は手研磨による工具の移動軌跡に近似させて金
型を研磨する従来のロボットの制御方法が適用された従
来ロボットの制御装置である。第11図において、（21）
は操作表示部、（22）は制御部、（23）は記憶部、（2
4）は駆動部、（25）はアーム部、（26）は砥石、（2
7）は金型である。

第12図は第11図に示した従来のロボットの制御装置に
よる砥石（26）の移動軌跡を示す図である。第12図に示
すように、移動軌跡は大きな半円LCと小さな半円SCとを
組み合わせた略螺旋状軌跡になっている。このような移
動軌跡をロボットに描かせるには、ロボットの有する円
弧補間機能を用いる。円弧補間機能はロボットに半円LC
の両端点の位置Ａ、Ｂと補間点Ｃ（以下、単に補間点と
いう）を教示して、半円の両端点Ａ、Ｂと補間点Ｃによ
り決まる円弧に沿って砥石（26）を移動させるものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、上述した円弧補間により工具の移動軌跡の
教示は、一つの円弧について３つの補間点を教示する必
要があるので、手研磨による工具の移動軌跡に近づける
のに従って教示すべき点が増え、補間点の教示だけで多
くの時間を費やしてしまい、作業効率が低下してしまう
問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、多くの補間点を教示せずに、工具の移動軌跡が得ら
れるロボットの制御装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係わるロボットの制御方法は、被加工物の
表面を研磨する研磨体を保持する手先を移動させるロボ
ットの駆動方法において、加工開始時における基準点
と、この基準点を起点とする第１ベクトルと、基準点お
よび第１ベクトルにより示される位置の間を起点とし第
１ベクトルと直交する第２ベクトルと、基準点および第
１ベクトルにより示される位置の間を起点とし第１ベク
トルと直交するとともに第２ベクトルと方向が反対方向
の第３ベクトルと、基準点を起点とし第１ベクトルと同
じ方向で大きさが第１ベクトルより小さい第４ベクトル
とを示す情報が入力手段を介して制御手段に入力される
第１段階、基準点により示される位置と、第２ベクトル
により示される位置と、第１ベクトルにより示される位
置と、第３ベクトルにより示される位置と、第４ベクト
ルにより示される位置とを順に結ぶ経路にもとづき手先
を移動させるように制御手段が駆動手段に指令する第２
段階、制御手段による基準点の第４ベクトルにより示さ
れる位置への更新およびこの更新に伴う第１、第２、第
３、および、第４ベクトルの起点の更新がなされた状態
で第２段階を実行する動作を繰り返す第３段階を有する
ようにしたものである。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置と、第２ベクトルにより示される位置と、第１ベ
クトルにより示される位置と、第３ベクトルにより示さ
れる位置と、第４ベクトルにより示される位置とを直線
で順に結んだ経路であるようにしたものである。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルにより示される位置を円弧で結んだ
経路と、第１ベクトルにより示される位置、および、第
３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクトル
により示される位置を円弧を結んだ経路とからなるよう
にしたものである。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルにより示される位置を放物線で結ん
だ経路と、第１ベクトルにより示される位置、および、
第３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクト
ルにより示される位置を放物線で結んだ経路とからなる
ようにしたものである。

また、基準点の更新に伴い第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが乱数発生部より発生された乱数を乗じ
た大きさに横方向振動部により補正されるようにしたも
のである。

また、縦方向振動部により第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが定数発生部より発生された値を乗じた
大きさに補正されるようにしたものである。

また、関数発生部が発生する所定の関数により示され
る軌跡に沿って基準点の位置が更新され第１ベクトルが
この軌跡に沿うように関数追従部により第１ベクトルの
方向が基準点の更新に伴い補正されるようにしたもので
ある。

［作用］この発明におけるロボットの制御方法は、加工開始時
における基準点と、この基準点を起点とする第１ベクト
ルと、基準点および第１ベクトルにより示される位置の
間を起点とし第１ベクトルと直交する第２ベクトルと、
基準点および第１ベクトルにより示される位置の間を起
点とし第１ベクトルと直交するとともに第２ベクトルと
方向が反対方向の第３ベクトルと、基準点を起点とし第
１ベクトルと同じ方向で大きさが第１ベクトルより小さ
い第４ベクトルとを示す情報が入力手段を介して制御手
段に入力され、基準点により示される位置と、第２ベク
トルにより示される位置と、第１ベクトルにより示され
る位置と、第３ベクトルにより示される位置と、第４ベ
クトルにより示される位置とを順に結ぶ経路にもとづき
手先を移動させるように制御手段により駆動手段に指令
が出され、制御手段による基準点の第４ベクトルにより
示される位置への更新およびこの更新に伴う第１、第
２、第３、および、第４ベクトルの起点の更新がなされ
た状態での経路により手先を移動させる動作が繰り返し
実行される。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置と、第２ベクトルにより示される位置と、第１ベ
クトルにより示される位置と、第３ベクトルにより示さ
れる位置と、第４ベクトルにより示される位置とを直線
で順に結んだ経路になる。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルにより示される位置を円弧で結んだ
経路と、第１ベクトルにより示される位置、および、第
３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクトル
により示される位置を円弧で結んだ経路とからなる。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルにより示される位置を放物線で結ん
だ経路と、第１ベクトルにより示される位置、および、
第３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクト
ルにより示される位置を放物線で結んだ経路とからな
る。

また、基準点の更新に伴い第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが乱数発生部より発生された乱数を乗じ
た大きさに横方向振動部により補正される。

また、縦方向振動部により第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが定数発生部より発生された値を乗じた
大きさに補正される。

また、関数発生部が発生する所定の関数により示され
る軌跡に沿って基準点の位置が更新され第１ベクトルが
この軌跡に沿うように関数追従部により第１ベクトルの
方向が基準点の更新に伴い補正される。

［実施例］以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明に係るロボットの制御方法が適用され
たロボットの制御装置のブロック図である。第１図にお
いて、（１）は基本ベクトルを入力するベクトル入力回
路、（２）は基本ベクトルに基づいて補間点を算出する
演算部、（３）は算出した補間部に記憶する記憶回路、
（４）は記憶した補間部に基づいて加工プログラムを作
成するプログラム作成部、（５）は加工プログラムに従
ってロボットを駆動制御する駆動手段、例えば、駆動制
御回路である。（６）は装置全体を制御する制御部、
（７）はロボット、（８）は先端に回転軸が接続されて
いるロボット（７）のアーム部、（９）はスプライン継
手及びフレキシブル継手（図示せず）を介して回転軸に
接続されている研磨体、例えば、砥石である。また、被
加工物、例えば、（10）は金型である。

なお、演算部（２）、プログラム作成部（４）及び制
御部（６）はそれぞれ演算処理、プログラム作成及び制
御のプログラムとプログラムを実行する中央処理装置
（CPU）からなる。

なお、演算部（２）、記憶回路（３）、プログラム作
成部（４）、及び制御部（６）より制御手段が構成され
る。

又、砥石（９）は例えば三つ山磁気吸引砥石が用いら
れる。従って、砥石（９）はスプライン継手及びフレキ
シブル継手と相まって、金型（10）が曲面形状をしてい
ても、金型（10）に倣い制御されることになる。

次に、砥石（９）が上述した略螺旋状軌跡を描きなが
ら第２図に示すように金型（10）上を４〜10mmづつピッ
チをずらしつつ磨きライン上を往復移動する場合におけ
る本発明に係るロボットの制御方法の動作について、第
３図のフローチャートを参照して説明する。

（１）ステップS1 金型（10）の磨きを開始する始点LB₀、金型（10）の
磨きを終了する終点LE、ピッチ回数IP、及び、基本ベク
トルを入力手段、例えば、入力回路（１）により入力す
る。なお、基本ベクトルは基準点を起点とする第１ベク
トルと、基準点および第１ベクトルにより示される位置
の間を起点とし第１ベクトルと直交する第２ベクトル
と、基準点および上記第１ベクトルにより示される位置
の間を起点とし第１ベクトルと直交するとともに第２ベ
クトルと方向が反対方向の第３ベクトルと、基準点を起
点とし第１ベクトルと方向が同じで大きさが第１ベクト
ルより小さい第４ベクトルとからなる。

また、以後、第１ベクトルを方向ベクトルLLDS、第２
ベクトルを第１の補間ベクトルLDR、第３ベクトルを第
２の補間ベクトルLSR、第４ベクトルをピッチベクトルL
Pと称する。なお、方向ベクトルLLDSの方向は基準点の
移動方向であり、加工開始時における基準点は始点LB₀
である。

なお、これらの基本ベクトルの大きさは、例えば方向
ベクトルLLDSが16mm、第１の補間ベクトルLDRが8mm、第
２の補間ベクトルLSRが6mm、ピッチベクトルLPの大きさ
が2mmである。

（２）ステップS2 演算回路（２）は基本ベクトルに基づいて、始点LB₀
から終点LEまで砥石（９）の移動に必要な補間点を算出
する。まず、各円弧、即ち移動軌跡（C1）、（C2）、
（C3）、（C4）、（C5）、（C6）、…、（Cn）に必要な
補間点（LB₀,LD₁,LT₁）、（LT₁,LS₁,LB₁）、（LB₁,LD₂,
LT₂）、（LT₂,LS₂,LB₂）、（LB₂,LD₃,LT₃）、（LT₃,L
S₃,LB₃）、…、（LT_n-1,LS_n,LB_n）、（LB_n,LD₃,LT_n）、
…、を以下の第１式、第２式、第３式、第４式、第５
式、第６式、第７式、第８式、…、第ｐ式、第ｑ式、第
ｒ式、第ｓ式、…により算出し（ステップS2）、記憶回
路（３）に記憶する。なお、補間点LB₀は入力回路
（１）から入力した値を用いる。又、下式における各項
はベクトルを示している。

（３）ステップS4 プログラム作成部（４）は記憶回路（３）に記憶され
た補間点に基づいて、加工プログラムを作成する。加工
プログラムは以下に示すように円弧補間命令PATHRとそ
のパラメータである３つの補間点からなる。

（４）ステップS5 駆動制御部（５）は加工プログラムを実行する。即
ち、駆動制御部（５）は加工プログラムに従ってロボッ
ト（７）のアーム部（８）を駆動制御し、砥石（９）に
より金型（10）を磨く。

なお、本実施例では補間点を第１式〜第ｓ式により算
出したが、以下に示す式によって算出するようにしても
よい。

又、磨きラインを方向転換するときも基本ベクトルに
基づく補間点の算出により行なう。

さらに、本実施例では円弧補間を行うことにより略螺
旋状移動軌跡を描くように砥石（９）を駆動制御する場
合について説明したが、他の軌跡例えば、直線補間によ
り鋸歯状移動軌跡を描くようにする場合も同様に基本ベ
クトルを入力する。

また、放物線による補間を行うようにしてもよい。

次に、第５図は本発明に係るロボットの制御方法の他
の実施例が適用されたロボットの制御装置を示す図であ
る。なお、第５図において、第１図と同様の機能を果た
す部分については同一の符号を付し、その説明は省略す
る。

上述したロボットの制御方法は第４図（ｃ）に示すよ
うに方向ベクトルLLDSの方向に変えて反対方向に進む
と、砥石（９）の描く略螺旋状移動軌跡は部分的に重複
して磨かれることになる。重複部分の幅は一定になるの
で、重複していない部分に比べて余計に磨かれてしまう
ことになる。そこで、本実施例では所定範囲（例えば0.
8から1.2の範囲の数を出力する乱数発生部（11）を設
け、さらに、基本ベクトルに基づいて補間点を算出する
際に、補間ベクトルLDR及びLSRにそれぞれ乱数を乗じて
補間ベクトルLDR及びLSRの大きさをランダムに変化させ
る横方向振動部（12）を設けることにより、ランダムに
変化する補間ベクトルLDR及びLSRに基づく円弧補間を繰
り返して行い略螺旋状移動軌跡を横方向に振動させる。
これにより、第６図に示すように砥石（９）の描く略螺
旋状移動軌跡の重複部分の散らし、金型（10）をまんべ
んなく磨くことができる。

以下第１′式〜第Ｓ′式に各補間点の算出式を示す。
なお、各式中RNDは乱数とする。

なお、本実施例における乱数発生部（11）も上記実施
例と同様に、プログラムにより実現する。

次に、第７図は本発明に係るロボットの制御方法の他
の実施例が適用されたロボットの制御装置を示す図であ
る。なお、第７図において、第１図と同様の機能を果た
す部分については同一の符号を付し、その説明は省略す
る。

第１図及び第５図にそれぞれ示した実施例では、金型
（10）の端面以外の部分を磨くので、砥石（９）を略螺
旋状に移動させた。しかし、金型（10）の端面を略螺旋
状に磨くと角がだれてしまう。

そこで、本実施例では小さい定数（例えば0.2）を出
力する定数発生部（13）を設け、さらに、基本ベクトル
に基づいて補間点を算出する際に、補間ベクトルLDR及
びLSRにそれぞれ定数を乗じて、補間ベクトルLDR及びLS
Rを小さくする横方向振動部（12）を設けることによ
り、小さくした補間ベクトルLDR及びLSRに基づく円弧補
間を行い、略螺旋状軌跡を縦方向に振動させ、進行方向
に往復運動しながら進む移動軌跡を得る。これにより、
第８図に示すように円弧補間によって、砥石（９）の移
動軌跡が略直線状になるようにし、金型（10）の角がだ
れが生じないようにする。

以下、第１″式〜第Ｓ″式に各補間点の算出式を示
す。なお、各式中CONSTは定数とする。

次に、第９図は本発明に係るロボットの制御方法の他
の実施例が適用されたロボットの制御装置を示す図であ
る。なお、第９図において、第１図と同様の機能を果た
す部分については同一の符号を付し、その説明は省略す
る。

第１図及び第５図にそれぞれ示した実施例では、砥石
（９）によって磨くべき面の形状は広い平面として説明
したが、実際に磨くべき面の形状は例えば第10図に示す
ように広い平面でない場合がある。従って、上述した実
施例で第10図に示したような面を磨く場合は、基本ベク
トルを何回か入力して金型（10）の磨くべき面をカバー
る必要があるので効率が悪い。

そこで、本実施例では、磨くべき面の形状に対応する
所定の関数を発生する関数発生部（15）を設け、さら
に、基準点がこの関数軌跡上に沿って移動し、方向ベク
トルLLDSがこの関数軌跡に沿うように方向ベクトルLLDS
の方向を補正する関数追従部（16）を設ける。

［発明の効果］以上説明したように、加工開始時における基準点と、
この基準点を起点とする第１ベクトルと、基準点および
第１ベクトルにより示される位置の間を起点とし第１ベ
クトルと直交する第２ベクトルと、基準点および第１ベ
クトルにより示される位置の間を起点とし第１ベクトル
と直交するとともに第２ベクトルと方向が反対方向の第
３ベクトルと、基準点を起点とし第１ベクトルと同じ方
向で大きさが第１ベクトルより小さい第４ベクトルとを
示す情報が入力手段を介して制御手段に入力されること
により、基準点により示される位置と、第２ベクトルに
より示される位置と、第１ベクトルより示される位置
と、第３ベクトルにより示される位置と、第４ベクトル
により示される位置とを順に結ぶ経路にもとづき手先を
移動させるように制御手段により駆動手段に指令が出さ
れ、制御手段による基準点の第４ベクトルにより示され
る位置への更新およびこの更新に伴う第１、第２、第
３、および、第４ベクトルの起点の更新がなされた状態
での経路により手先を移動させる動作が繰り返し実行さ
れるので、補間点を逐一教示せずに所定の移動軌跡を描
くように研磨体を移動でき作業効率を大幅に向上できる
効果がある。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置と、第２ベクトルにより示される位置と、第１ベ
クトルにより示される位置と、第３ベクトルにより示さ
れる位置と、第４ベクトルにより示される位置とを直線
で順に結んだ経路なので、簡単な構成になり安価に構成
できる効果がある。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルにより示される位置を円弧で結んだ
経路と、第１ベクトルにより示される位置、および、第
３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクトル
により示される位置を円弧で結んだ経路とからなるので
滑らかに補間され補間点での研磨体の速度変動が少なく
より高速かつ一様に研磨できる効果がある。

また、第２段階における経路は、基準点により示され
る位置、および、第２ベクトルにより示される位置、お
よび、第１ベクトルに示される位置を放物線で結んだ経
路と、上記第１ベクトルにより示される位置、および、
第３ベクトルにより示される位置、および、第４ベクト
ルにより示される位置を放物線で結んだ経路とからなる
ので第１ベクトルに比べて第２、第３ベクトルの大きさ
が小さくしたい場合に滑らかに補間でき補間点での研磨
体の速度変動が少なくより高速かつ一様に研磨できる効
果がある。

また、基準点の更新に伴い第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが乱数発生部より発生された乱数を乗じ
た大きさの横方向振動部により補正されるので所定距離
ずらせて並行して軌跡が走るときにこの２つの軌跡によ
り重複して磨かれる部分が局所的に一定されずにより平
均して研磨できる効果がある。

また、縦方向振動部により第２ベクトルおよび第３ベ
クトルの大きさが定数発生部より発生された値を乗じた
大きさに補正されるので定数発生部より発生された値を
零に近い値にすることにより略直線状の軌跡が得られ、
被加工物の端面を磨く場合における角にだれの発生を容
易に防止できる効果がある。

また、関数発生部が発生する所定の関数により示され
る軌跡に沿って基準点の位置が更新され第１ベクトルが
この軌跡に沿うように関数追従部により第１ベクトルの
方向が基準点の更新に伴い補正されるので磨き面の形状
に応じて効率よく研磨できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボット制御方法が適用されたロ
ボットの制御装置のブロック図、第２図は第１図に示し
たロボットの制御装置の動作を示すフローチャート、第
３図は磨きラインの説明図、第４図は基本ベクトル及び
砥石の移動軌跡の説明図、第５図、第７図及び第９図は
本発明に係るロボットの制御方法の他の実施例が適用さ
れたロボットの制御装置を示すブロック図、第６図、第
８図及び第10図は第５図、第７図及び第９図に示したロ
ボットの制御装置による砥石の移動軌跡の説明図、第11
図は従来のロボット制御方法が適用された従来のロボッ
トの制御装置のブロック図、第12図は従来のロボットの
制御方法による砥石の移動軌跡の説明図である。各図中、１は入力回路、２は演算部、３は記憶回路、４
はプログラム作成部、５は駆動制御回路、６は制御部、
７はロボット、８はアーム部、９は砥石、10は金型、11
は乱数発生部、12は横方向振動部、13は定数発生部、14
は縦方向振動部、15は関数発生部、16は関数追従部であ
る。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示すもので
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物の表面を研磨する研磨体を保持す
る手先を移動させるロボットの駆動方法において、加工
開始時における基準点と、この基準点を起点とする第１
ベクトルと、上記基準点および上記第１ベクトルにより
示される位置の間を起点とし上記第１ベクトルと直交す
る第２ベクトルと、上記基準点および上記第１ベクトル
により示される位置の間を起点とし上記第１ベクトルと
直交するとともに上記第２ベクトルと方向の異る第３ベ
クトルと、上記基準点を起点とし上記第１ベクトルと同
じ方向で大きさが上記第１ベクトルより小さい第４ベク
トルとを示す情報が入力手段を介して制御手段に入力さ
れる第１段階、上記基準点により示される位置と、上記
第２ベクトルにより示される位置と、上記第１ベクトル
により示される位置と、上記第３ベクトルにより示され
る位置と、上記第４ベクトルにより示される位置とを順
に結ぶ経路にもとづき上記手先を移動させるように上記
制御手段が駆動手段に指令する第２段階、上記制御手段
による上記基準点の上記第４ベクトルにより示される位
置への更新およびこの更新に伴う上記第１、第２、第
３、および、第４ベクトルの起点の更新がなされた状態
で上記第２段階を実行する動作を繰り返す第３段階を有
することを特徴とするロボットの駆動方法。
【請求項２】第２段階における経路は、基準点により示
される位置と、第２ベクトルにより示される位置と、第
１ベクトルにより示される位置と、第３ベクトルにより
示される位置と、上記第４ベクトルにより示される位置
とを直線で順に結んだ経路であることを特徴とする請求
項１記載のロボットの駆動方法。
【請求項３】第２段階における経路は、基準点により示
される位置、および、第２ベクトルにより示される位
置、および、第１ベクトルにより示される位置を円弧で
結んだ経路と、上記第１ベクトルにより示される位置、
および、第３ベクトルにより示される位置、および、第
４ベクトルにより示される位置を円弧で結んだ経路とか
らなることを特徴とする請求項１記載のロボットの駆動
方法。
【請求項４】第２段階における経路は、基準点により示
される位置、および、第２ベクトルにより示される位
置、および、第１ベクトルにより示される位置を放物線
で結んだ経路と、上記第１ベクトルにより示される位
置、および、第３ベクトルにより示される位置、およ
び、第４ベクトルにより示される位置を放物線で結んだ
経路とからなることを特徴とする請求項１記載のロボッ
トの駆動方法。
【請求項５】基準点の更新に伴い第２ベクトルおよび第
３ベクトルの大きさが乱数発生部より発生された乱数を
乗じた大きさに横方向振動部により補正されることを特
徴とする請求項１乃至請求項４記載ロボットの駆動方
法。
【請求項６】縦方向振動部により第２ベクトルおよび第
３ベクトルの大きさが定数発生部より発生された値を乗
じた大きさに補正されることを特徴とする請求項１乃至
請求項４記載のロボットの駆動方法。
【請求項７】関数発生部が発生する所定の関数により示
される軌跡に沿って基準点の位置が更新され第１ベクト
ルがこの軌跡に沿うように関数追従部により上記第１ベ
クトルの方向が基準点の更新に伴い補正されることを特
徴とする請求項１乃至請求項６記載のロボットの制御方
法。