JP2664476B2 - 工業用ロボット - Google Patents

工業用ロボット

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、リモート教示作業を容易かつ高精度に行
い得る工業用ロボットに関する。
「従来の技術」 従来、この種のロボットに作業手順を教示する方式と
して、オペレータが操作ボックスを使って教示するリモ
ート教示方式が知られている。
このリモート教示方式において、作業点をロボットに
教示するには、ロボットの各運動軸に制御指令を与え、
上記各運動軸を所定の位置、姿勢に移動させる。上記各
運動軸が所定の位置、姿勢に移動すると、オペレータは
操作ボックスの該当キーを押して記憶指令をコントロー
ラに送出する。コントローラは記憶指令の供給を受ける
と、ロボットの各運動軸の位置・姿勢情報を記憶する。
この操作が各作業点毎に繰り返される。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のようなリモート教示は、ある教示点
の位置を決める場合、各回転軸に各々対応した軸移動キ
ーを押さなければならず、操作が非常に複雑であった。
特に、作業を行うロボットの手を常にワークから一定距
離を維持して動かすことは非常に繁雑な操作を要した。
このため、オペレータの熟練度により教示精度が異な
り、一定の作業品質を得ることができなかった。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ロボツ
トの先端の予め設定した座標系での座標を常に計算し、
さらに予め設定しておいた空間上の格子点でロボツトが
停止するように規制する機能を有する工業用ロボットを
提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 上記解題を解決するために、この発明は、ロボット本
体と該ロボット本体の制御および教示データの記憶・演
算などを行うコントローラとリモート教示する操作ボッ
クスとを有する教示・再生型の工業用ロボットにおい
て、ロボット座標系からワーク座標系への座標変換およ
びその逆変換を行う座標系変換手段と、前記ワーク座標
系に、格子間隔を任意に決定できる仮想空間格子を設定
する空間格子設定手段と、前記操作ボックスにより設定
された教示点を、その教示点から最も近い前記格子点の
位置に修正変更する教示点修正手段とを具備することを
特徴としている。
「作用」 上記構成によれば、比較的粗いリモート教示による場
合でも、ワークとロボットの手を一定の距離に保つこと
が容易である。したがって、作業品質(塗装品質)の向
上を図ることができる。
また、教示時間を大幅に短縮することができる。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。
第1図はこの発明の一実施例である塗装用ロボット
(以下、ロボットと略称する)の概略構成を示す斜視図
である。この図において、符号1はロボット本体として
塗装作業を行うマニュプレータ、2はマニュプレータ1
の各部(回転軸)の位置・姿勢を検知し、演算制御する
コントローラ、3はロボットをリモート教示する際に用
いる操作ボックスである。
次に、第2図を参照して、マニュプレータ1の機械的
構成について説明する。第2図において、4はベース、
5は柱、6はアーム、7は手首部である。ベース4と柱
5との間の関節部には、旋回アクチュエータ8、柱アク
チュエータ9、アーム・アクチュエータ10が設けられて
いる。上記旋回アクチュエータ8は柱5やアーム6を水
平旋回させるように取付け固定されている。また、上記
柱アクチュエータ9は柱5を、上記アーム・アクチュエ
ータ10はアーム6を各々前後、上下に動作させるように
取付け固定されている。また、上記手首部7は、手首を
上下させる手首上下アクチュエータ11、手首を左右に振
らせる手首水平アクチュエータ12、および先端部(以
下、手という)14を回転させる先端回転アクチュエータ
13から構成されている。ここで、手首とは、アーム6と
手14との間の関節部を意味する。上述した6個のアクチ
ュエータ8〜13の各回転軸は独立して回転するため、手
14は6自由度の動作が可能となっている。さらに、この
手14には、塗装ガン15が取付け固定され、ワーク(作業
対象)16に向けての塗液の吐出を可能としている。
上記構成のロボットには、その位置・姿勢を検知した
り、位置制御・姿勢制御に必要な演算を行うために、第
2図に示すように、各種座標系、すなわち、ロボット座
標系 手首座標系 およびワーク座標系 が設定されている。
(1)ロボット座標系 互いに直角の方向を向くXR軸,YR軸,ZR軸からなる3次元
直交座標系であって、柱アクチュエータ9の回転軸と旋
回アクチュエータ8の回転軸との交点を原点0Rとし、か
つZR軸を鉛直方向に向けて設定固定されている。ロボッ
ト座標系 においては、塗装ガン15の先端点の位置は、アクチュエ
ータ8〜13の各回転軸の回転角θ〜θ(第2図参
照)と、アクチュエータ8〜13の各回転軸間の距離r1,r
2,r31,r32,r4(第2図参照)から幾何学的に求められ
る。
(2)手首座標系 互いに直角の方向を向くXT軸,YT軸,ZT軸からなる3次元
直交座標系であって、塗装ガン15の先端点を原点0Tとし
て、かつZT軸を鉛直方向に向けて設定固定されている。
(3)また、ワーク座標系 互いに直角の方向を向くXW軸,YW軸,ZW軸からなる3次元
直交座標系であって、作業対象であるワークの各点を指
定するために、任意の代表点P0を原点として、設定固定
されている(第7図参照)。
なお、このワーク座標系 格子間隔gの空間格子が設定されている。そして、ロボ
ツトの作業点(スプレー時の塗装ガン15の先端点の位
置)は、必ず、これら空間格子のいずれかの格子点K
(第7図)に位置するようになっている。このことは、
これらの格子点K,K,…以外の点で、ロボツトは作業しな
いことを意味するものである。さらに、ロボツトの作業
軌跡は、空間格子の格子点Kから格子点Kへ移り進むこ
とにより構成されるようになっている(後述)。
また、これらの座標系のうち、一の座標系により記述
される位置、運動は、座標変換マトリックスを用いて、
他の座標系による記述に変換できるようになっている。
次に、上記構成のロボットに塗装作業を教示する教示
手順について説明する。
◇ステップSP1 まず、ステップSP1(第3図)においては、第4図に
示すサブルーチンが実行され、ワーク座標系が設定され
る。すなわち、第4図に示すように、まず、ステップSP
11において、オペレータはワーク空間を記述するための
代表点として、適当な4つの点(P0,P1,P2,P3)を選ん
で基準点として、これら4つの点の位置情報をコントロ
ーラ2に入力する。次いで、ステップSP12において、ロ
ボット座標系 とワーク座標系 間の座標変換マトリックス を決定する。ここで、 ロボツト座標系 からワーク座標系 への座標変換マトリックスを表し、 ワーク座標系 からロボツト座標系 への座標変換マトリックスを表す。次に、ステップSP13
において、オペレータは、ワーク座標系 において、ロボツトの作業点(塗装ガン15の先端点の停
止点)を規制するパラメータである格子間隔g(記述)
を決定し、決定した格子間隔gの値(たとえば、10mm)
をコントローラ2に取込ませて、当該コントローラ2内
のメモリに記憶させる。
◇ステップSP2 ステップSP13の処理が終了すると、メインルーチン
(第3図)に戻り、ステップSP2(第3図)に移る。ス
テップSP2においては、第5図に示すサブルーチンが実
行され、アクチュエータ8〜13の回転・移動に伴って変
動した各回転軸の角度データ(以下、関節角データとい
う)が登録される。すなわち、第5図に示すサブルーチ
ンのステップSP21において、オペレータは操作ボックス
3の対応する各軸移動キーを操作して、各回転軸を現在
の角度 から所定量 変動させて目標の角度 へ移動させる。これにより、ロボットの作業点を現在の
位置から目標の位置へ移動させる。
ここで、各回転軸の現在角度 移動量 および目標角度(移動後の角度) の間には、第(I)式の関係式が成立する。
なお、この段階では、オペレータはワーク16に対して
作業点を曖昧に設定するだけで良い。言い換えれば、こ
の段階では、オペレータは作業点を厳密に設定する必要
はない。
◇ステップSP3 ステップSP3(第3図)においては、第6図に示すサ
ブルーチンが実行され、ロボット座標系 とワーク座標系 との間で相互の座標変換が行われ、オペレータによって
粗っぽく設定された目標点(作業点)を最寄りの格子点
Kに変更修正する。すなわち、まず、第6図に示すサブ
ルーチンのステップSP31において、目標角度 をロボット座標系 における位置・姿勢に変換する(第(II)式参照)。
ここで、 回転軸の位置と姿勢をマトリックスで表したものであ
る。
次に、ステップSP32に進み、ロボット座標系 の位置・姿勢 をワーク座標系 での位置・姿勢に変換する(第(III)式)。
ここで、 作業点(塗装ガン15の先端点)の位置・姿勢を示すマト
リックスである。
次のステップSP33において、ワーク座標系 での位置・姿勢における作業点の位置a(XW,YW,ZW
(第7図参照)をワーク座標空間の最も近い格子点a″
(第7図参照)に修正変更する(第(IV)式)。
ここで、 作業点の位置(XW,YW,ZW)に対して、格子間隔gで除算
を行い、四捨五入したものである。
このようにして得られた最も近い格子点a″の位置 ステップSP34において、再び、ロボツト座標系 へ変換する(第(V)式)。
次に、ステップSP35に進み、各回転軸の角度データ
(関節角データ)に逆変換する(第(VI)図)。
逆変換された関節角データ が求められると、コントローラ2は、ステップSP36へ移
り、関節角データ の示す位置にマニュプレータ1の各回転軸を移動させ
る。こうして、塗装ガン15の先端部は位置aから作業点
の位置a″へ移動して停止する。
◇ステップSP4 ステップSP4(第3図)においては、オペレータによ
って、塗装ガン15が現在停止する位置を作業点(教示ポ
イント)として記憶すべきか否かが判断され、「NO」の
ときはステップSP1へ戻り、「YES」のときはステップSP
5へ移る。
◇ステップSP5 ステップSP5(第3図)においては、オペレータによ
り操作ボックス3の記憶指令キーが押されると、コント
ローラ2において、教示ポイント記憶処理のサブルーチ
ン(第8図)が実行される。すなわち、第8図に示すサ
ブルーチンのステップSP51において、コントローラ2は
教示ポイントa″における各回転軸の関節角データ をメモリの関節角データメモリ・エリアの の欄に格納する(第9図参照)。
◇ステップSP6 ステップSP51の処理が終了すると、メインルーチン
(第3図)のステップSP6に移り、オペレータは、当該
教示作業が完了したか否かを判断する。ここで、教示作
業が完了したときは(「YES」のときは)、当該教示動
作は終了し、教示作業を続行するときは(「NO」のとき
は)、ステップSP1へ戻り、上述の処理を繰返して、教
示ポイントの設定を先に進める。こうして、全ての教示
ポイントが設定されると、ステップSP6において、教示
作業が終了したと判断され、当該教示作業を終える。
このように、上記構成によれば、オペレータの熟練度
に左右されることもなく、良好な教示作業を行うことが
できる。また、教示作業を行うオペレータの負担を軽る
くすることができる。
なお、上述の実施例においては、工業用ロボットを塗
装作業に適用した場合について述べたが、これに限るも
のではなく、もちろん、他の作業、たとえば、熔接作業
に適用しても良いものである。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明は、ロボット座標系か
らワーク座標系への座標変換およびその逆変換を行う座
標系変換手段と、前記ワーク座標系に、格子間隔を任意
に決定できる仮想空間格子を設定する空間格子設定手段
と、前記操作ボックスにより設定された教示点を、その
教示点から最も近い前記格子点の位置に修正変更する教
示点修正手段とを具備するものなので、 (1)比較的粗いリモート教示による場合でも、ワーク
とロボットの手を一定の距離に保つことが容易である。
したがって、作業品質(塗装品質)の向上を図ることが
できる。
(2)また、任意にポイント位置の修正を行う場合で
も、ワークに対して決まったピッチ(格子間隔。=作業
点間隔)でロボットが動作するため、修正前の位置を見
失うことがない。したがって、誤教示を防止する効果が
ある。
(3)さらに、教示点精度を要求されない場合は、格子
間隔を大きく(たとえば、100mmに)設定することがで
きるので、位置決めに要する時間を節減できる。したが
って、全体として、教示時間を大幅に短縮することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例である塗装用ロボットの概
略構成を示す斜視図、第2図は同実施例のマニュプレー
タ1の機械的構成を示す斜視図、第3図は同実施例の教
示動作のメインルーチンを示すフローチャート、第4図
ないし第6図および第8図は同実施例の教示動作のサブ
ルーチンを示すフローチャート、第7図はワーク座標系
を説明するための説明図、第9図は関節角データを記憶
するメモリエリアの概念図である。 1……マニュプレータ(ロボット本体)、2……コント
ローラ、3……操作ボックス、5……柱、6……アー
ム、7……手首部、8〜13……アクチュエータ、14……
手、16……ワーク(作業対象)、K,a,a″……格子点。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロボット本体と該ロボット本体の制御およ
    び教示データの記憶・演算などを行うコントローラとリ
    モート教示する操作ボックスとを有する教示・再生型の
    工業用ロボットにおいて、 ロボット座標系からワーク座標系への座標変換およびそ
    の逆変換を行う座標系変換手段と、 前記ワーク座標系に、格子間隔を任意に決定できる仮想
    空間格子を設定する空間格子設定手段と、 前記操作ボックスにより設定された教示点を、その教示
    点から最も近い前記格子点の位置に修正変更する教示点
    修正手段とを具備してなることを特徴とする工業用ロボ
    ット。
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