JP2696135B2 - ロボツトの走査制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ワークの被走査領域をエンドエフェクタ
で面走査する際に利用されるロボットの走査制御方法に
関するもので、特に、被走査領域が平面的な形状を有す
る場合の走査制御方法に関する。 （従来の技術とその問題点） 航空機などの製造工程においては、ハニカムパネルな
どの部品の表面またはその内部に存在する傷を発見する
目的で超音波探傷が行なわれる。このような場合、ハニ
カムパネルなどは面状に広がった形状を有しているた
め、超音波プローブを縦横に走査させつつ、被走査領域
全体を漏れなく探傷して行く必要がある。そして、この
ような事情が存在するために探傷にはある程度の熟練が
必要であり、従来は作業員がマニュアルで探傷走査を行
なってきた。 これに対して、このような作業をロボットを用いて効
率的かつ均質に行なおうという試みがある。ところが、
このような試みは従来のロボットの制御方法をほとんど
そのまま用いて走査を行なわせようとするものであるた
めに、種々の問題が生じる。たとえば、従来の切断ロボ
ットや溶接ロボットにおけるティーチング方法をそのま
ま適用すると、被検査領域における縦横の走査の経路を
すべて教示せねばならない。このため、このような方法
ではティーチング操作が複雑になってしまう。また、テ
ィーチング点の選択が適当でなてい場合には所望の面走
査が行なわれないという問題もある。 そして、このような問題は、ロボットを用いて超音波
探傷を行なう場合に限らず、塗装や溶射など、所望の面
状領域をエンドエフェクタで面走査しなければならない
用途にロボットを使用した場合に共通の問題となってい
る。 （発明の目的） この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図
しており、被走査領域が平面的な形状を有する場合を対
象として、データ入力が容易であり、かつ面走査が適切
に行なわれるようなロボットの走査制御方法を提供する
ことを目的とする。 （目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明は、ワークの表
面に設定された平面的な被走査領域にロボットのエンド
エフェクタを対向させた状態で、前記エンドエフェクタ
の走査と送りとを交互に繰返し、それによって前記エン
ドエフェクタによる前記被走査領域の面走査を行なわせ
るための走査制御方法として、（ａ）前記ワークの平面
部の位置を教示し、（ｂ）前記被走査領域を多角形で表
現するとともに、前記平面部の特定の部位からの相対的
位置関係を指定することによって前記多角形の各頂点の
座標を与え、（ｃ）前記多角形が前記平面部からはみ出
すか否かを判定して、 はみ出さない場合には前記多角形を維持する一方、 はみ出す場合には、前記平面部内にほぼ収まるように
前記多角形を分割してはみ出し部分を縮小し、 （ｄ）前記（ｃ）の工程を経た後の前記多角形の各頂点
の座標と、指定された送りピッチとに応じて、各走査の
端点の座標を演算して求め、（ｅ）前記走査端点を順次
つないで得られる経路に沿って前記エンドエフェクタの
走査と送りとを交互に繰返して、前記被走査領域の面走
査を行なわせるという方法を提供する。 （実施例） A.実施例の機構的構成の概要 第１図は、この発明の一実施例によって走査制御され
るロボットの一例としての、直角座標型超音波探傷ロボ
ットの機構的構成を示す概略斜視図である。同図におい
て、この超音波探傷ロボットRBは、基台１の上に、図示
しないモータM₁によってＸ方向（水平方向）に移動自在
な移動台２を有しており、この移動台２の上にワーク
（図示せず）を載置する。基台１の両側方に垂直に立設
されたコラム３の頂部にはビーム４が架設され、このビ
ーム４には、図のＺ方向（垂直方向）に延びるとともに
モータM₂によってＹ方向に移動自在な移動コラム５が設
けられている。 移動コラム５の下端には、モータM₃によってＺ方向に
上下するモータM₄が設けられている。これによって、移
動コラム５の中心軸から偏心した位置に設けられている
アーム６が図のα方向に回転する。また、このアーム６
の下端側方にはモータM₅が設けられており、これによっ
て超音波探傷用のエンドエフェクタ100が図のβ方向に
回動する。 これらのうち、エンドエフェクタ100は、第２図に示
すように、二股管101を備えている。この二股管101の端
部開口102a,102bは互いに対向する向きに屈曲してお
り、一方の端部開口102aの中央部には超音波発信子（プ
ローブ）103が設けられている。また、他方の端部開口1
02bの中央部には超音波受信子104が設けられている。こ
れらの発信子103および受信子104は、二股管101の内部
と第１図のガイドパイプ８の内部とを通る配線（図示せ
ず）によって、第１図の超音波探傷装置７に接続されて
いる。 また、この超音波探傷装置７には水供給装置（図示せ
ず）が内蔵されており、この水供給装置からの水は、ガ
イドパイプ８内の配管と、第２図の水供給ホース105a,1
05bとを通して、端部開口102a,102bの空隙部106a,106b
から噴出するようになっている。そして、超音波探傷を
行なう際には、第３図に示すように、端部開口102a,102
b間にワークＷを介挿させて水107a,107bをワークＷの表
面に噴射する。この状態で超音波発信子103から超音波U
Sを発信し、ワークＷを透過して来る超音波USを超音波
受信子104によって受信する。 このようにして受信された超音波USの時間的な遅れや
強度変化などに基いてワークＷの傷が検出されるが、こ
の超音波探傷そのものの原理は周知であるため、その詳
細な説明は省略する。 また、第１図のロボットRBには、マイクロコンピュー
タなどを内蔵した制御装置９のほか、操作盤10や外部コ
ンピュータ11が設けられている。これらのうち、制御装
置９は、後述する走査制御などの種々の制御を行なう。
また、走査盤10には、キーボードやディスプレイ等が設
けられている。さらに、外部コンピュータ11は種々の指
令入力や表示などを行なうためのものである。 B.実施例の電気的構成の概略 第４図は、第１図に示したロボットRBの電気的構成の
概略図である。第４図において、制御装置９に内蔵され
たマイクロコンピュータ21には、バスBLを介して、以下
の各機器などが接続されている。 上記モータM₁〜M₅や、これらのモータM₁〜M₅の回転角
を検知するエンコーダE₁〜E₅（第１図中には図示せず）
を含んだ機構駆動系23、 超音波探傷装置７、 操作盤10、 外部コンピュータ11。 C.走査制御の原理 次に、この実施例における走査制御の原理を具体例に
即して説明する。第５図は、ロボットRBの基台１に固定
された絶対座標系Ｓ（X,Y,Z）におけるワークＷの配置
位置を示す図である。このワークＷの表面形状は、頂点
P₁〜P₄を有する不等辺四角形となっている。ここではま
ず、この不等辺四角形の全面を被走査領域Ａとして、こ
の平面的な被走査領域Ａに、前述したエンドエフェクタ
100を対向させつつ、被走査領域Ａの面走査を行なわせ
る場合を考える。なお、この第５図および後述する第６
図〜第８図は、ワークＷの平面部全体が被走査領域とな
っており、この発明における「平面部の特定の部位から
の相対的位置関係を指定することによって（被走査領域
を表現する）多角形の各頂点の座標を与える」という処
理は不要である。このため、これらの図で表現された状
況はこの発明の適用対象そのものではないが、ここで説
明する処理はこの発明の実施例である第９図以降につい
ての処理において利用されるため、まずこれらについて
説明しておく。 後述するように、ワークＷの形状および位置に関する
ティーチング情報としては、絶対座標系Ｓにおける４頂
点P₁〜P₄の位置情報が与えられる。また、これらの点P₁
〜P₄におけるエンドエフェクタ100の姿勢情報も与えら
れる。したがって、ティーチングが行なわれた後には、 P_i＝（X_i，Y_i，Z_i，θ_ｉ，φ_ｉ） （ｉ＝１〜４） …（１） が既知となる。この（１）式のうち、θ_ｉ，φ_ｉはエン
ドエフェクタ100の姿勢をオイラー角で表現したもので
ある。また、以下では、位置ベクトル（X_i，Y_i，Z_i）を
_ｉと書くことにする。なお、走査速度は頂点P₁のティ
ーチング時に入力されている。 一方、この例では、頂点P₁〜P₄のうち、最初に入力さ
れた２つの頂点P₁，P₂を結ぶ線分に平行な方向Ｘ′を走
査方向とし、被走査領域Ａ内でこの方向Ｘ′に直角な方
向Ｙ′を送り方向とする。そして、Ｙ′方向への送りピ
ッチΔＰを外部から指定し、Ｘ′方向への走査とＹ′方
向への送りとを交互に繰返すすとによって被走査領域Ａ
の面走査を行なう。このような面走査の動きが、第５図
中に矢印D₁で示されている。 このような面走査においては、Ｘ′方向の各走査の端
点： Q_1j，Q_2j （ｊ＝0,1,2,…） におけるエンドエフェクタの位置および姿勢情報が必要
となる。この情報は、上記ティーチング点P₁〜P₄の情報
と送りピッチΔＰとによって、次のように求めることが
できる。 まず、第６図に示すような、辺長▲▼の送り
方向Ｙ′への成分L₁を求める。この成分L₁は次のように
書ける。 L₁＝p₃₁sinθ_１ …（２） ただし、 p_ij≡｜_ｉ−_ｊ｜ （i,j＝１〜４） …（３） であり、θ_ｉ（ｉ＝１〜４）は、頂点P_iにおける頂角で
ある。 一方、ベクトルの内積の定義によって、次の（４）式
が成立する。_{21 31} ＝p₂₁p₃₁cosθ_１ …（４） ただし、_ij ≡_ｉ−_ｊ （i,j＝１〜４） …（５） である。 このため、（２）式を、 のように変形して（４）式を代入すると、次の（７）式
が得られる。 ただし、_ijはP_jからP_iへ向かう単位ベクトルであっ
て、_ij ≡（_ｉ−_ｊ）/|_ｉ−_ｊ｜ …（８） のように書ける。また、第７図に示すように、Ｙ方向の
送りピッチΔＰに対応する▲▼方向への送りピ
ッチΔP₁は、上記と同様にして次のように求まる。 さらに、（７）式および（９）式に対応するものとし
て、辺長▲▼の送り方向Ｙ′への成分L₂と、▲
▼方向への送りピッチΔP₂とが、それぞれ次の
（10），（11）式のように求まる。 次に、被走査領域Ａの面走査に必要な送り回数（走査
分割回数）を求める。この送り回数Ｎとしては、上記の
ようにして求まったL₁およびL₂のうちの大きい方をＬと
書いたとき、第５図の頂点P₄側で最終走査が完了し、
かつＹ′方向の送り量の累算値が上記Ｌ以上となるよ
うな最小の整数を選択する。これらのうち、の条件
は、走査完了後にエンドエフェクタ100が次の作業位置
に動き易いようにするための条件である。また、の条
件は、走査領域Ａのすべてをカバーするように走査を行
なうための条件である。したがって、たとえば第８図
（ａ），（ｂ）に示す点P_eが全走査終了点となる。 そして、このような点で全走査を終了させるために必
要とされる送り回数Ｎは、整数化に関するガウスの記号
を［ ］と書いたとき、次のように表現することができ
る。 （［L/ΔＰ］＋１）が偶数のとき。 Ｎ＝［L/ΔＰ］＋１ …（12） （［L/ΔＰ］＋１）が奇数のとき。 Ｎ＝［L/ΔＰ］＋２ …（13） これらの式が導かれる理由は次の通りである。まず、
第８図（ａ）のように、L/ΔＰ＝5.6である場合を例に
とって考える。すると、［L/ΔＰ］＝５であり、送り方
向にΔＰの5.6倍の長さを持つ領域を走査するには、 ［L/ΔＰ］＋１＝６回（偶数回） の送りを必要とする。 そして、送りの前後で走査を行なうと走査回数が送り
回数より１回だけ多くなるという関係を考慮すると、こ
の６回の送りに伴って７回の走査が行なわれる。この７
回という数は奇数であって、全走査終了点P_eが頂点P₄側
にあるという条件に合致する。このため、（12）式によ
って走査回数Ｎを定めればよいわけである。 次に、第８図（ｂ）のように、L/ΔＰ＝4.8である場
合を考える。すると［L/ΔＰ］＝４であり、4.8ΔＰの
区間を走査するには、 ［L/ΔＰ］＋１＝５回（奇数回） の送りを必要とする。そして、５回の送りに伴う走査回
数は６回である。 ところが、６回の走査では頂点P₃側で全走査が終了し
てしまう。したがって、頂点P₄側で全走査を終えるよう
にするには、さらに１回の送りを加えて、 ［L/ΔＰ］＋２＝６回 の送りとするわけである。 このようにして（12）式および（13）式が得られたわ
けであるが、この（12），（13）式をまとめると、次の
（14）式のように書くことができる。 Ｎ＝２［（［L/ΔＰ］＋２）/2］ …（14） この（14）式が（12），（13）式と同等のものである
ことは、次のようにして証明できる。 まず、（［L/ΔＰ］＋１）が偶数のときには、ｍを０
または正の整数として、 ［L/ΔＰ］＋１＝2m と書けるが、これを（14）式に代入すると、 Ｎ＝２［（2m＋１）/2］ ＝2m ＝［L/ΔＰ］＋１ となり、（12）式と一致する。 また、（［L/ΔＰ］＋１）が奇数であるときには、 ［L/ΔＰ］＋１＝2m＋１ と書けるが、これを（14）式に代入すると、 Ｎ＝２［（2m＋２）/2］ ＝2m＋２ ＝［L/ΔＰ］＋２ となり、（13）式と一致する。 このように、（14）式は、（12），（13）式と同等の
式となっていることがわかる。 ところで、長さＬが送りピッチΔＰの倍数になってい
るときには、 L/ΔＰ＝［L/ΔＰ］ であり、［L/ΔＰ］回の贈りによって被走査領域Ａの全
体をカバーすることができる。したがって、このときに
は特別に、次のようにすることができる。 （L/ΔＰ）が奇数、 つまり、（L/ΔＰ＋１）が偶数のとき。 Ｎ＝（L/ΔＰ）＋１ …（15） （L/ΔＰ）が偶数、 つまり、（L/ΔＰ＋１）が奇数のとき。 Ｎ＝（L/ΔＰ） …（16） これは、第８図（ａ），（ｂ）でＬをそれぞれ５ΔP,
4ΔＰとしてみると容易に理解できる。ただし、（1
2），（13）式と（15），（16）式との相違は、（L/Δ
Ｐ）が偶数であるときに送り回数が２回ほど違うのみで
ある。このため、実用上は、（12），（13）式またはそ
れと等価な（14）式を利用して送り回数Ｎを定めればよ
い。 以上のようにして送り回数Ｎが求まると、第５図の各
走査端点Q_1j，Q_2j（ｊ＝0,1,…）のそれぞれの位置座標
_1j，_2jおよび姿勢θ_1j，φ_1j，θ_2j，φ_2j（ｊ＝0,
1,…）を、次のように定めることができる。_1j ＝_１＋ｊΔP_{1 31} …（17） θ_1j＝θ_１＋ｊθ₃₁/N …（18） φ_1j＝φ_１＋ｊφ₃₁/N …（19）_2j ＝_２＋ｊΔP_{2 42} …（20） θ_2j＝θ_２＋ｊθ₄₂/N …（21） φ_2j＝φ_２＋ｊφ₄₂/N …（22） （ｊ＝0,1,2,…,N） ただし、 θ₃₁≡θ_３−θ_１，θ₄₂≡θ_４−θ_２ φ₃₁≡φ_３−φ_１，φ₄₂≡φ_４−φ_２ …（23） であり、走査回数Ｍは、 Ｍ＝Ｎ＋１ によって与えられる。 さらに、ここで考えているような平面的な形状を有す
る被走査領域Ａにおいては、エンドエフェクタ100の姿
勢は各頂点P₁〜P₄の間で同一とするのが通例であるが、
ティーチング誤差や各頂点間で姿勢を変えなければなら
ない格別の事情が存在する場合を考慮して、上記（1
8），（19），（21），（22）式のように、姿勢につい
ても補間を行なうようにしている。 このような原理によって、第５図の頂点P₁〜P₄の位置
・姿勢情報と送りピッチΔＰに関する情報とから、被走
査領域Ａの面走査に必要なデータを得ることができる。 次に、被走査領域がワークＷの平面部の一部分である
場合の制限原理について説明する。第９図はこのような
場合を例示する図であり、矩形の被走査領域Ａ′が想定
されており、このような場合がこの発明の代表的適用対
象例となる。特に、後述する第11図には、多角形の縮小
補正例が図示されている。既述したように、第５図〜第
８図を参照して説明した処理がこの例に組み込まれて利
用される。 第９図の被走査領域Ａ′は、走査方向Ｘ′に平行な２
辺▲▼，▲▼と、送り方向Ｙ′に平行
な２辺▲▼，▲▼とによって形成され
ており、その頂点がR₁〜R₄となっている。 したがって、これらの頂点R₁〜R₄におけるエンドエフ
ェクタ100の位置・姿勢情報がわかれば、走査経路等に
ついてのデータは、既述した各式におけるP₁〜P₄をR₁〜
R₄に読替えることによって得ることができる。 この頂点R₁〜R₄に関する情報は、直接、ティーチング
を行なって与えることもできるが、ここでは他の方法を
用いる。すなわち、まず、第10図に示すように、ワーク
Ｗそのものの頂点P₁を原点とし、走査方向Ｘ′および送
り方向Ｙ′を座標軸として、ワークＷの平面部に固定さ
れた局所座標系Ｓ′を考える。この座標系Ｓ′は、第５
図に示した座標系（Ｘ′,Y′）と同様のものであり、第
10図では、その原点位置が頂点P₁の位置にあることを明
確に示しただけである。そして、この座標系Ｓ′におけ
る頂点R₁の２次元位置座標（a,b）と、Ｘ′,Y′方向の
辺の長さΔa,Δｂとを指定し、それに基いて、第９図の
絶対座標系Ｓにおける頂点R₁〜R₄の３次元座標を求め
る。これは、具体的には次のようにして求めることがで
きる。 まず、被走査領域Ａ′を形成する辺▲▼_２，▲
▼_４の延長線が、ワークＷ自体の辺▲
▼，▲▼_４と交わる点を、それぞれK₁〜K₄（第10
図参照）とし、絶対座標系Ｓにおけるそれらの位置座標
を_１〜_４とする。すると、これらは、（17），（2
0）式においてｊ＝１とし、かつこの（17），（20）式
中に現れるΔP₁，ΔP₂として、（９），（11）式のΔＰ
をｂに置換した値を用いることによって、次のように書
くことができる。_１ ＝_１＋bF_{1 31} …（24）_２ ＝_２＋bF_{2 42} …（25）_３ ＝_１＋（ｂ＋Δｂ）F_{1 31} …（26）_４ ＝_２＋（ｂ＋Δｂ）F_{2 42} …（27） ただし、F₁，F₂は次のように定義される。 次に、絶対座標系Ｓにおける頂点R₁の座標を、座標
系Ｓ′における点g₁＝（a,0）を通り、かつ座標軸Ｘ′
に直角な平面π（第10図参照）と、直線▲▼_２
との交点の座標として求める。まず、平面πは、絶対座
標系Ｓにおけるベクトル₂₁の方向余弦： l₁＝（X₂−X₁）／p₂₁ …（30） m₁＝（Y₂−Y₁）／p₂₁ …（31） n₁＝（Z₂−Z₁）／p₂₁ …（32） を用いて、 l₁X＋m₁Y＋n₁Z＋Ｄ＝０ …（33） と書ける。ただし、Ｄは定数である。 一方、絶対座標系Ｓにおける点g₁の３次元座標： （g_1x，g_1Y，g_1Z） は、次のように書くことができる。 g_1X＝al₁＋X₁ …（34） g_1Y＝am₁＋Y₁ …（35） g_1Z＝an₁＋Z₁ …（36） したがって、（33）式の平面πが（34）〜（36）式の
座標値を有する点g₁を通ることから、（33）式の定数Ｄ
は、 Ｄ＝−（l₁g_1X＋m₁g_1Y＋n₁g_1Z） …（37） となることがわかる。 一方、直線▲▼_２の式は次のようにして求め
る。まず、絶対座標系Ｓにおける点_１，_２の３次元
座標を、それぞれ、_１ ＝（k_1X，k_1Y，k_1Z） …（38）_２ ＝（k_2X，k_2Y，k_2Z） …（30） とすると、線分K₁K₂の方向余弦l₂，m₂，n₂は、 l₂＝（k_2X−k_1X）／k₂₁ …（40） m₂＝（k_2Y−k_1Y）／k₂₁ …（41） n₂＝（k_2Z−k_1Z）／k₂₁ …（42） となる。ただし、k₂₁は、 k₂₁≡｜₂₁｜≡｜_１−_１｜ …（43） で定義される。 そして、直線▲▼_２の方程式は、ｔをパラメー
タとして、連立方程式： （Ｘ−k_1X）／l₂＝ｔ …（44） （Ｙ−k_1Y）／m₂＝ｔ …（45） （Ｚ−k_1Z）／n₂＝ｔ …（46） で表現することができる。 したがって、絶対座標系Ｓにおける頂点R₁の位置座標
を求めるために、（44）〜（46）式を（33）式に代入す
ると、 l₁（k_1X＋l₂t）＋m₁（k_1Y＋m₂t）＋n₁（k_1Z＋n₂t）＝０
…（47） となり、この（47）式からｔを定めると、 ｔ＝−H₁₂／G₁₂ …（48） H₁₂≡l₁k_1X＋m₁k_1Y＋n₁k_1Z＋Ｄ G₁₂≡l₁l₂＋m₁m₂＋n₁n₂ …（49） となる。ただし、ここで考えている場合のように、辺▲
▼_２と直線▲▼_２とが平行である場合に
は、l₁＝l₂，m₁＝m₂，…であるため、 G₁₂＝l₁ ²＋m₁ ²＋n₁ ²＝１ となる。 したがって、（48），（49）式によって定まるｔの値
を（44）〜（46）式に代入して得られる（X,Y,Z）が、
頂点R₁の座標（r_1X，r_1Y，r_1Z）となる。具体的には、
（48）式で定まるｔの値をt₀と書けば、 r_1X＝l₂t₀＋k_1X …（50） r_1Y＝m₂t₀＋k_1Y …（51） r_1Z＝n₂t₀＋k_1Z …（52） である。 一方、頂点R₁におけるエンドエフェクタ100の姿勢は
次のようにして求まる。まず、ワークＷの頂点P₁〜₄に
おける姿勢を内挿することによって、点K₁，K₂における
姿勢（θ_K1，φ_K1），（θ_K2，φ_K2）は、 θ_K1＝θ_１＋（b/L₁）θ₃₁ …（53） φ_K1＝φ_１＋（b/L₁）θ₃₁ …（54） θ_K2＝θ_２＋（b/L₂）θ₄₂ …（55） φ_K2＝φ_２＋（b/L₂）θ₄₂ …（56） のように定まる。そして、点K₁，K₂での姿勢を内挿する
ことによって、頂点R₁における姿勢（θ_R1，φ_R1）が、 θ_R1＝θ_K1＋C₁（θ_K2−θ_K1） …（57） φ_R1＝φ_R1＋C₁（φ_K2−φ_K1） …（58） のように定まる。ただし、 C₁＝｜_１−_１|/|_２−_１｜ …（59） である。 他の頂点R₂〜R₄における位置や姿勢も、上記と同様に
して求めることができる。 ところで、a,b,Δa,Δｂの値は任意に与えるものであ
るため、場合によっては、これらの値によって定まる被
走査領域Ａ′がワークＷの外部にはみ出してしまうこと
もある。このときには、はみ出した部分について無用の
走査を行なうことになるため、このような「はみ出し部
分」を除いて走査を行なうことが望ましい。そこで、こ
の実施例では、下記の基準に基づいて走査範囲を限定す
る。ただし、a,b,Δa,Δｂはすべて正の値であるとす
る。 ｂ≧Ｌのとき。 このときには、第11図（ａ）に示すように被走査領域
Ａ′がワークＷの外部に出てしまうため、走査を行なわ
ない。 ｂ＜L,（ｂ＋Δｂ）≧Ｌのとき。 このときには、第11図（ｂ）のような状態となるた
め、Δｂを Δｂ＝Ｌ−ｂ によって再定義し、それによって定まる斜線領域を走査
する。 頂点R₁と点K₁との関係において、 （r_1X−k_1X）／l₂ ＝（r_1Y−k_1Y）／m₂ ＝（r_1Z−k_1Z）／n₂＝t₁ …（60） によってt₁を定義したとき、 （イ）t₁≦０ならば、第11図（ｃ）のように頂点R₁が点
K₁よりも外側に出ていることになるため、点K₁の座標を
用いて、頂点R₁の座標_１を_１ ＝_１ …（61） のように再定義する。 （ロ）t₁＞０ならば、さらに、頂点R₁と点K₂との関係に
おいて、 （k_2X−r_1X）／l₂ ＝（k_2Y−r_1Y）／m₂ ＝（k_2Z−r_1Z）／n₂＝t₂ …（62） のようにt₂を定義する。そして、t₂≦０ならば、第11図
（ｄ）のようになっているため、点R₁の座標として前述
した式（（50）〜（52）式）で求まった座標をそのまま
使用する。逆に、t₂＞０ならば第11図（ｅ）のようにな
っているため、走査は行なわない。なお、このの基準
は頂点R₃と点K₃，K₄との関係にも適用される。 頂点R₂と点K₂との関係において、 （r_2X−k_2X）／l₂ ＝（r_2Y−k_2Y）／m₂ ＝（r_2Z−k_2Z）／n₂＝t₃ …（63） によってt₃を定義したとき、 （イ）t₃≦０ならば第11図（ｆ）のようになっているた
め、頂点R₂の座標として、既に求まっている座標値をそ
のまま用いる。 （ロ）t₃＞０ならば第11図（ｇ）のようになっているた
め、点K₂の座標_２を用いて頂点R₂の座標_２を、_２ ＝_２ …（64） のように再定義する。なお、このの基準は、頂点R₄と
点K₄との関係においても適用される。 D.制御動作 以上の原理のもとで、第１図ないし第４図に示したロ
ボットの制御を行なう際の動作を、第12図に示したフロ
ーチャートを参照しつつ説明する。 まず、第12図のステップS1では、ティーチングを行な
う。このティーチング操作のうち、面走査を行なう部分
についてのティーチング順序などが第13図に示されてい
る。すなわち、図中、白丸で示した位置がティーチング
点であり、記号Ｔを付した数字がティーチング順序を示
している。また、“Mod"は、補間モードを示すデータで
ある。ただし、ここではすべて直線補間を行なうため、
各ティーチング点でMod＝“1"（直線補間モード）とさ
れている。また、走査領域Ａを規定する４つの頂点P₁〜
P₄についてティーチングを行なう際には、“PLS"で示す
ように、走査領域Ａの頂点である棟を指示するデータを
あわせて入力しておく。 第12図の次のステップS2では、操作盤10や外部コンピ
ュータ11のキーボードなどから、送りピッチΔＰ値を入
力してメモリ（図示せず）中にストアしておく。また、
実際に走査を行なわせたい領域がワークＷの一部分のみ
であるときには、第13図のa,b,Δa,Δｂの値も入力す
る。次のステップS3では、被走査領域として領域Ａ′
（つまり、ワークＷの平面部の一部分）が指定されたか
どうかを判断し、そうであれば、ステップS4に移って、
頂点R₁〜R₄に関する位置姿勢などを求め、それによって
被走査領域Ａ′の位置やサイズを確定する。ただし、こ
のステップS4では、第11図を参照して説明したような判
断やデータ修正も行なわれる。そして、ステップS5で
は、（12），（13）式などに基いて、送り回数Ｎ（ない
しは走査回数Ｍ）を演算して求める。 その後のステップS6においては、オペレータがモード
スイッチおよびスタートボタン（ともに図示せず。）を
用いて、再生動作を開始させる。この再生動作のうち、
面走査に関係する部分のみを説明すると、まず、ステッ
プS7において、次の走査線についての走査端点Q_1j，Q_2j
の位置や、これらにおけるエンドエフェクタ100の姿勢
を、（17）〜（22）式などに基いて計算する。そして、
これらの端点Q_1j，Q_2jの間について直線補間などの補間
演算を行なう（ステップS8）。 このようにしてエンドエフェクタ100が移動すべき位
置や姿勢が定まると、次のステップS9においてエンドエ
フェクタ100の位置・姿勢制御を行なってＸ′方向への
走査を実行するとともに、超音波探傷による探傷データ
を取込む。そして、１回の走査が完了すると、ステップ
S10において、それが最終の走査線であったか否かが判
断される。 最終走査線でないときには、ステップS11において、
辺P₁P₃またはP₂P₄方向への、ΔP₁またはΔP₂だけの送り
を行ない、次のステップS12で走査線を更新した後にス
テップS7へと戻る。これによって、走査と送りとが交互
に行なわれつつ、超音波探傷が進んで行く。 そして、送り回数Ｎだけの送りを行なうとステップS1
0の判断が“YES"となって、被走査領域Ａ（または
Ａ′）の面走査が完了する。 このようなルーチンに基くエンドエフェクタ100の軌
跡を第14図に太線で示す。このうち、第14図（ａ）はワ
ークＷの平面部の全面走査の場合である。また同図
（ｂ）は部分走査の場合である。第12図のフローチャー
トには示さなかったが、部分走査の場合には、第14図
（ｂ）に示すように、エンドエフェクタ100が頂点R₁お
よび点K₁を経由した後に被走査領域Ａ′に入るようにす
る。走査後も辺▲▼_４に沿って頂点R₄へ移動した
後にこのワークＷから通過するようにしておく。 E.変形例 以上、この発明の一実施例について説明したが、この
発明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば
次のような変形も可能である。 この発明は四角形の被走査領域のみならず、五角形
や三角形などの他の多角形にも適用可能である。それら
の走査にあたっては、一度に全走査を行ってもよく、ま
た複数の四角形に分割して別個に面走査を行ってもよ
い。 上記実施例では、被走査領域を表現する多角形のひ
とつの辺に平行な方向を走査方向としているが、他の方
向を選択することも可能である。 ロボットの機構的構成も特に限定するものではない
が、被走査領域が平面であるという関係上、直角座標型
ロボットが最も適している。また、多角形の頂点のデー
タを数値的に入力してもよい。この発明は、超音波探傷
ロボットのみならず、塗装ロボットや溶射ロボットな
ど、面走査を必要とするすべてのロボットの制御に適用
可能である。 （発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、被走査領域
を表現する多角形の各頂点の座標を与えるとともに、送
りピッチを指定すると、被走査領域の面走査が行なわれ
ることになるため、データ入力が容易であり、かつ被走
査領域の面走査を適切に行うことができるロボットの走
査制御方法を得ることができる。 また、この発明では、被走査領域を表現する多角形は
ワークの平面部からの相対的位置関係を指定することに
よって特定されるとともに、この多角形が平面部からは
み出す場合には、平面部内に収まるように多角形を縮小
する。このため、平面部からのはみ出し部分まで無用な
面走査を行ってしまうことが防止され、ワークへの処理
走査の際に必要な領域のみについての面走査を行うこと
により効率の高い面走査が可能である。 さらに、この発明では平面部の特定の部位（実施例で
言えば第10図の辺P₁P₂）からの相対的位置関係だけを指
定するだけで足りるため、被走査領域を特定するための
演算量が少なくて済むという利点もある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例を適用するのに適したロボッ
トの概略斜視図、 第２図および第３図は実施例におけるエンドエフェクタ
の説明図、 第４図は第１図のロボットの電気的構成を示すブロック
図、 第５図ないし第８図は全面走査の説明図、 第９図ないし第11図は部分走査の説明図、 第12図は実施例の動作を示すフローチャート、 第13図は実施例におけるティーチングの説明図、 第14図は実施例によるエンドエフェクタの軌跡を例示す
る図である。 RB……超音波探傷ロボット、７……超音波探傷装置、９
……流制御装置、100……エンドエフェクタ、Ｗ……ワ
ーク、A,A′……被走査領域

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ワークの表面に設定された平面的な被走査領域にロ
   ボットのエンドエフェクタを対向させた状態で、前記エ
   ンドエフェクタの走査と送りとを交互に繰返し、それに
   よって前記エンドエフェクタによる前記被走査領域の面
   走査を行なわせるための走査制御方法であって、 （ａ）前記ワークの平面部の位置を教示し、 （ｂ）前記被走査領域を多角形で表現するとともに、前
   記平面部の特定の部位からの相対的位置関係を指定する
   ことによって前記多角形の各頂点の座標を与え、 （ｃ）前記多角形が前記平面部からはみ出すか否かを判
   定して、 はみ出さない場合には前記多角形を維持する一方、 はみ出す場合には、前記平面部内にほぼ収まるように前
   記多角形を分割してはみ出し部分を縮小し、 （ｄ）前記（ｃ）の工程を経た後の前記多角形の各頂点
   の座標と、指定された送りピッチとに応じて、各走査の
   端点の座標を演算して求め、 （ｅ）前記走査端点を順次つないで得られる経路に沿っ
   て前記エンドエフェクタの走査と送りとを交互に繰返し
   て、前記被走査領域の面走査を行なわせることを特徴と
   する、ロボットの走査制御方法。