JP2752784B2 - ロボットの姿勢修正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオフラインでのティーチングに使用されるロ
ボットの姿勢修正方法に関し、特にロボットに特異点を
とらせないようにしたロボットの姿勢修正方法に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、ロボットのティーチングにオフラインプログラ
ミング方式が導入されるようになってきた。

このオフラインプログラミング方式において、教示点
は、主に直交座標系で作成され、その直交座標系におけ
る教示点の位置及び姿勢のデータに基づいて、ロボット
の各軸の値が決まり、その各軸の値に応じてロボットの
姿勢も決まる。

ロボットは、その姿勢によっては特異点をとることも
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ロボットは、特異点にあると無駄な動作を行
ってしまう。

例えば、ロボットのβ軸の０度付近に特異点があり、
ロボットがβ軸０度付近の値をとると、γ軸が微小角度
回ればいいところを、360度回転してしまう。すなわ
ち、ロボットの手首がひっくりかえってしまう。

ロボットがこのような動作を、例えばアーク溶接やス
ポット溶接の作業中に行うと、ケーブルがロボットに巻
きついたり、作業のサイクルタイムが必要以上に長くな
ったりする。このため、ロボットの作業効率が著しく低
下してしまう。

従来の教示作業では、このような問題点が生じるた
め、その教示作業の信頼性が低かった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
ロボットに特異点での無駄な動作を行わせないようにし
たロボットの姿勢修正方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、オフラインで
のロボットの姿勢修正方法において、教示点の位置及び
姿勢のデータから前記ロボットの各軸の値を求め、前記
各軸の値に基づいて、前記ロボットが特異点近傍にある
か否かの特異点判別を行い、前記ロボットが前記特異点
近傍にあるとき、工具が前記教示点へ工具が近づくアプ
ローチ方向軸回りに所定角回転させ、記所定角回転させ
た教示点の位置及び姿勢のデータから前記ロボットの各
軸の値を再度求め、前記再度求められた各軸の値に基づ
いて前記ロボットの姿勢を修正することを特徴とするロ
ボットの姿勢修正方法が提供される。

〔作用〕

ロボットの各軸の値を教示点の位置及び姿勢のデータ
から求める。その各軸の値に基づいて、ロボットが特異
点近傍にあるか否かを判別する。ロボットが特異点近傍
にあるとき、工具をアプローチ方向軸回りに所定角回転
させる。その所定角回転させた教示点の位置及び姿勢の
データからロボットの各軸の値を再度求める。その再度
求められた各軸の値に基づいてロボットの姿勢を修正す
る。すなわち、教示点の姿勢を変更させて、ロボットが
特異点近傍をとらないようにする。このため、ロボット
は決して特異点をとらず、特異点での無駄な動作を行わ
ない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のロボットの姿勢修正方法を説明する
ための図である。図は、CRTの一画面を示す。

右側の画面１には入力手順が示される。先ず、カーソ
ルが画面１の第１行目10に位置する。このとき、キーボ
ードを用いてロボット名を指定する。これによって、対
象とするロボット及びツールが選択される。

次に、カーソルが第２行目11に移動する。このとき、
チェインＣの名称をキーボードを用いて指定する。チェ
インＣは、次式（１）のように、作業点（教示点）W1、
W2、W3のつながりを表す。

チェインＣ＝（W1→W2→W3） ……（１） ところで、作業点Ｗ（W1、W2、W3）は、位置及び姿勢
のデータから成る。

ここで、作業点Ｗの基準座標に対する各ベクトルを次
のように定義する。

ノーマルベクトルＮ ＝（Nx、Ny、Nz） オリエントベクトルＯ ＝（Ox、Oy、Oz） アプローチベクトルＡ ＝（Ax、Ay、Az） ロケーションベクトルＬ＝（Lx、Ly、Lz） このとき、作業点Ｗの位置及び姿勢のデータは次式
（２）の行列式Ｗで表される。

チェインＣ（＝（W1→W2→W3））は、この行列式Ｗで表
される各作業点のデータと、各作業点の順序から構成さ
れている。

チェインＣの指定が終了すると、カーソルは第３行目
12に移動する。このとき、キーボードの実行キーを押
す。

実行キーが押されると、チェインＣの情報に基づい
て、先ず、最初の作業点W1の位置及び姿勢データを得
る。次に、その位置及び姿勢データから、運動学プログ
ラムに基づいて、ロボット２の各軸（例えばα、β、
γ、θ、Ｗ、Ｕの６軸）の値を求める。

この場合、ロボット２は、作業点W1の位置において、
作業点W1のＺ方向からアプローチする。これをアプロー
チ方向という。すなわち、トーチ３がＺ方向になるよう
な姿勢をとる。なお、作業点W1のＺ方向はワーク４の面
に垂直な方向である。

このようにして、ロボット２の姿勢が決まるが、その
ロボット２が特異点近傍にあるか否かの特異点判別を行
う。

ここで、特異点は、例えばβ軸の０度近傍である。こ
の特異点では、γ軸が微小角度回ればいいところを、36
0度回転してしまうという問題点がある。

ロボット２が特異点近傍にあるときは、特異点を外す
ように、作業点W1の座標軸をＺ軸回りに所定角α度回転
させる。すなわち、トーチ３をＺ軸回りにα度回転させ
る。これによって、ロボット２の姿勢は変化するが、ト
ーチ３とワーク４の相対的な関係は変化せず、作業上は
問題がない。トーチ３を所定角α度回転させたときの作
業点W1の位置及び姿勢のデータが求められる。そのデー
タから、ロボット２の各軸の値を再度求める。その各軸
の値に基づいて、ロボット２の姿勢を修正する。なお、
トーチ３は、Ｚ方向（アプローチ方向）は決まっている
が、残り一軸の回転は決まっておらず、回転角度を任意
にとることができる。

さらに、姿勢を修正されたロボット２が周辺装置と干
渉するか否かを判別する。干渉しないときは、所定角α
度回転させた作業点を新作業点とし、次の作業点W2に移
り、同様に特異点判別を行う。

干渉するときは、干渉しなくなるまで作業点の所定角
α度回転によるロボット２の姿勢修正を繰り返し行う。
この繰り返しは、作業点がＺ軸回りに360度回転するま
で行われる。360度回転しても干渉しない姿勢が見つか
らないときは、エラーとして、次の作業点W2に移る。

第２図は本発明を実行するためのフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔S1〕チェインＣ及びロボット２の名称を指定する。

〔S2〕チェインＣの情報に基づいて、作業点Wnの位置及
び姿勢データを得る。

〔S3〕作業点Wnの位置及び姿勢データからロボット２の
各軸の値を求める。

〔S4〕ロボット２が特異点近傍にあるか否かを判別す
る。特異点近傍になければS5に、あればS7に進む。

〔S5〕作業点Wnを次の作業点Wn＋１に移す。

〔S6〕チェインＣの全作業点で特異点判別を実行したか
否かを判別する。実行したならば、そのままプログラム
を終了する。そうでなければ、S2に戻る。

〔S7〕作業点Wnの座標軸を、Ｚ軸回りに所定角α度回転
させる。

〔S8〕作業点Wnの座標軸がＺ軸回りに360度以上回転し
たか否かを判別する。回転したならばS5に、回転してい
ないならばS9に進む。

〔S9〕所定角α度回転させた作業点Wnにおいてロボット
２が周辺装置と干渉しているか否かを判別する。干渉し
ていればS7に戻り、干渉していなければS5に進む。

以上述べたように、ロボット２が特異点近傍にあると
きは、作業点ＷをＺ軸（アプローチ方向）回りに回転さ
せて作業点Ｗの姿勢を変更させ、それに応じてロボット
２の姿勢も修正するようにした。このため、ロボット２
は決して特異点をとらず、特異点での無駄な動作も行わ
ない。したがって、オフラインでの教示作業がより高い
信頼性で行われる。

さらに、姿勢修正後のロボット２が周辺装置と干渉し
ないときの作業点Ｗを新作業点とした。したがって、ロ
ボット２は姿勢を修正しても、周辺装置と干渉せず、こ
の点でも教示作業の信頼性がより高くなる。

第３図は本発明が適用されるオフラインプログラミン
グシステムの概略の構成を示す図である。ロボット制御
装置20はマイクロプロセッサ構成で、アーク溶接ロボッ
ト２に内蔵されたサーボモータを駆動してロボット２を
制御する。

オフラインプログラム装置40はワークステーションが
使用され、ロボット２の動作プログラムをオフラインで
作成することができる。このために、オフラインプログ
ラム装置40には、ロボット２の座標系がロボット制御装
置20からダウンロードされている。さらに、ロボット２
のツール（トーチ）３の先端点の正確な情報が必要であ
り、ツール３の先端点の座標もオフラインプログラム装
置40にダウンロードされている。

ワーク４の作業点W1、W2、W3は、チェインＣを構成し
ている。ロボット２はチェインＣの情報に基づいて、W1
→W2→W3の順に特異点判別を行う。

第４図は本発明を実行するオフラインプログラミング
装置の概略の構成を示す図である。

プロセッサ51は、ROM52に格納された本発明のロボッ
トの姿勢修正方式のプログラム等に従って、装置全体の
動作を制御する。ROM52はEPROMまたはEEROMで構成され
る。RAM53はDRAM等で構成され、ワーク４のチェインＣ
に関するデータを含む各種データや演算処理のためのデ
ータを一時的に格納する。

浮動小数点演算用プロセッサ54は、座標変換等のため
の種々の計算を行う。

グラフィック制御回路55はディジタル信号を表示用の
信号に変換し、CRT56に与える。

ハードディスク58は、各種のデータを格納するために
140Mバイト以上の記憶容量を有し、ハードディスクコン
トローラ57によって制御される。

入出力ポート59は各種のデータの入出力を行うもので
あり、キーボード60及びマウス61が接続されている。こ
れらの構成要素はバス50によって互いに結合されてい
る。

なお、上記の説明ではトーチを使用する作業について
説明したが、その他の工具を使用して作業する場合に適
用できるということはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、ロボットが特異点近
傍にあるときは、工具をアプローチ方向回りに回転さ
せ、それに応じてロボットの姿勢も修正するようにし
た。このため、ロボットは特異点をとらず、特異点での
無駄な動作も行わない。したがって、オフラインでの教
示作業がより高い信頼性で行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボットの姿勢修正方法を説明するた
めの図、 第２図は本発明を実行するためのフローチャート、 第３図は本発明が適用されるオフラインプログラミング
システムの概略の構成を示す図、 第４図は本発明を実行するオフラインプログラミング装
置の概略の構成を示す図である。 ２……ロボット ３……トーチ ４……ワーク 20……ロボット制御装置 40……オフラインプログラム装置 W1、W2、W3……作業点（教示点） Ｃ……チェイン

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オフラインでのロボットの姿勢修正方法に
   おいて、 教示点の位置及び姿勢のデータから前記ロボットの各軸
   の値を求め、 前記各軸の値に基づいて、前記ロボットが特異点近傍に
   あるか否かの特異点判別を行い、 前記ロボットが前記特異点近傍にあるとき、工具が前記
   教示点へ工具が近づくアプローチ方向軸回りに所定角回
   転させ、 前記所定角回転させた教示点の位置及び姿勢のデータか
   ら前記ロボットの各軸の値を再度求め、 前記再度求められた各軸の値に基づいて前記ロボットの
   姿勢を修正することを特徴とするロボットの姿勢修正方
   法。
2. 【請求項２】前記姿勢を修正されたロボットが前記ロボ
   ットの周辺装置と干渉するか否かを判別し、干渉しない
   ときに、前記所定角回転させた教示点を新教示点とする
   ことを特徴とする請求項１記載のロボットの姿勢修正方
   法。
3. 【請求項３】前記姿勢を修正されたロボットが前記ロボ
   ットの周辺装置と干渉するか否かを判別し、干渉すると
   きは、干渉しなくなるまで前記教示点の所定角回転によ
   る前記ロボットの姿勢修正を繰り返し行うことを特徴と
   する請求項１記載のロボットの姿勢修正方法。
4. 【請求項４】前記工具の回転は、アプローチ方向軸回り
   に360度回転するまで行われることを特徴とする請求項
   ３記載のロボットの姿勢修正方法。
5. 【請求項５】前記特異点は前記ロボットのβ軸の０度近
   傍であることを特徴とする請求項１記載のロボットの姿
   勢修正方法。