JP2759278B2

JP2759278B2 - ロボットのティーチングデータ作成装置

Info

Publication number: JP2759278B2
Application number: JP1077870A
Authority: JP
Inventors: 武夫小林; 久博福岡
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JPH02254505A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ワーク上の作業線に沿ってロボットを動
作させるためのロボットのティーチングデータの作成装
置に関する。

（従来の技術）ロボットのエンドエフェクタをワーク上の作業線に沿
って動作させるためには、ロボットの動作を指示するた
めのティーチングデータを予め作成しておく必要があ
る。ティーチングデータの作成は、例えば作業線上に複
数の教示点を設定し、各教示点におけるエンドエフェク
タの位置と姿勢とを調整して、その時のロボットの各軸
の座標値を記憶していくこと（以下、このような手順を
単に「教示手順」と呼ぶ。）により行われる。

ところで、ワークの種類によっては一対のワークが互
いに鏡面対称（面対称）の関係にあるものがある。この
ような１対のワークでは、作業線も互いに鏡面対称とな
る。従って、そのティーチングデータを得るには、まず
１対のワークのうちの第１のワークについて、上記のよ
うな教示手順に従って第１のティーチングデータを作成
する。そして、コンピュータなどを用いて、第１のティ
ーチングデータの座標値を所定の対称面に関して鏡面対
称な座標値に変換する座標変換（以下、単に「ミラー変
換」と呼ぶ。）を施すことにより、第２のワークについ
ての第２のティーチングデータを作成する。このように
すれば、第２のティーチングデータは単にコンピュータ
を用いたミラー変換の演算処理によって作成できる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、ロボットの軸構成が、360°以上の作動範囲
を有する回転軸を含むような場合に次のような不具合が
生じる。すなわち、第１のティーチングデータデータに
おいて、隣接する２つの教示点の回転軸の座標値の差が
Δａであるとき、これをミラー変換して求めた第２のテ
ィーチングデータでは、その差がΔａ＋360°（又はΔ
ａ−360°）になってしまうことがある。このような第
２のティーチングデータに従ってロボットを動作させる
と、本来は回転軸がΔａ（たとえば５°）だけ回転すれ
ばよいものが、実際には360°近く回転してしまうとい
う問題がある。

従来は、このような問題が生じたときに、手動でエン
ドエフェクタの動きを手直しして第２のティーチングデ
ータを修正していたので、その修正に手間と時間を要し
ていた。

（発明の目的）この発明は従来技術における上述の課題を解決するた
めになされたものであり、隣接する２つの教示点につい
ての回転軸の座標値の差分が、ミラー変換前とミラー変
換後とで等しくなるようなティーチングデータを作成す
ることのできるティーチングデータ作成装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）上述の課題を解決するため、この発明では、360°以
上の回転が可能なことにより多価性のある可動範囲を有
する回転軸を備えたロボットに対して、その動作を教示
するティーチングデータを作成するためのティーチング
データ作成装置において、次の４つの手段を備えてい
る。

第１のワーク上の複数の教示点における前記ロボット
の座標データを含むように予め作成された第１のティー
チングデータに対して座標変換を施すことにより、所定
の対称面に対して前記第１のワークと鏡面対称な第２の
ワークのための第２のティーチングデータを作成する座
標変換手段。

前記第１のワーク上で互いに隣接する２つの教示点に
おける前記回転軸の座標値の差分を、前記第１と第２の
ティーチングデータのそれぞれについて算出するととも
に、これらの差分を互いに比較する比較手段。

前記第２のティーチングデータについて、前記２つの
回転軸座標値の少なくとも一方が、前記多価性のある可
動範囲内にあるか否かを判定する判定手段。

前記第１と第２のティーチングデータにおける前記差
分が互いに異なり、かつ、前記第２のティーチングデー
タについて前記２つの回転軸座標値の少なくとも一方が
前記多価性のある可動範囲にある場合に、前記２つの回
転軸座標値の一方を、これと等価な他の回転軸座標値で
あって、前記差分が互いに等しくなる回転軸座標値に修
正することにより、前記第２のティーチングデータを修
正するデータ修正手段。

（作用）座標変換手段によって第１のワークの第１のティーチ
ングデータを鏡面対称な第２のティーチングデータを得
た後、互いに隣接する２つの教示点同士の回転軸座標値
の差分が第１と第２のティーチングデータで異なる場合
に、データ修正手段によって第２のティーチングデータ
における回転軸座標値をこれと等価な他の回転軸座標値
に修正し、前記回転軸座標値の差分が第１と第２のティ
ーチングデータで互いに等しくなるようにする。従っ
て、鏡面対称の座標変換の結果として、前記回転軸座標
値の差分が異なってしまう場合にもこれらが互いに等し
くなるように修正できる。

（実施例）第１図は、この発明の実施例であるティーチングデー
タ作成装置を備えた溶接ロボットシステムの構成を示す
図である。図に示す溶接ロボットシステムは、ロボット
本体10と、制御装置20と、ティーチングデータ作成装置
としてのパーソナルコンピュータ30と、ロボットの動作
等をオペレータが指示するためのリモコンボックス40と
を備えている。

ロボット本体10は、ベース１とアーム２〜5,およびア
ーム５の先端に設けられた溶接トーチ（エンドエフェク
タ）６から構成されている。このうち、アーム２〜５は
それぞれ図示しないモータによって回転軸α_１〜α_４ま
わりに回動自在に順次連結され、また、溶接トーチ６は
アーム５に対して回転軸α_５のまわりに回転自在に連結
されている。なお、回転軸α_５は−225°〜＋225°の範
囲、すなわち450°の範囲で回転可能である。

第4A図は、互いに鏡面対称な一対のワークを示す斜視
図である。第１のワーク51は、上部ピース51aと下部ピ
ース51bとから構成されており、それらが互いに接する
部分の線が作業線（溶接線）L₁となっている。第２のワ
ーク52は第１のワーク51と鏡面対称の形状を有している
ので、その作業線L₂も作業線L₁と鏡面対称である。

第4B図はワーク51,52の平面図である。図には、対称
の中心となる仮想的な対称面Ｓを示す線も併せて描かれ
ている。

これらのワーク51,52の作業線L₁，L₂に関するティー
チングデータの作成手順を第３図のフローチャートに沿
って説明する。

まず、ステップS1では、第１のワーク51を溶接ロボッ
ト10の作業位置に据付ける。

ステップS2では、作業線L₁に沿って溶接トーチ６の動
作を教示するティーチングが行われる。このティーチン
グは、作業線L₁上の各教示点P_1a〜P_1f（第4B図参照）に
おける溶接トーチ６の位置と姿勢とをオペレータが手動
で調整し、そのときの溶接トーチ６の位置と姿勢とを示
す座標データを、第１のティーチングデータとして制御
装置20に記憶することによって行われる。

座標データには、ロボットの各関節軸α_１〜α_５の座
標値α_１〜α_５で構成されるα座標系の座標（α1,α
2,α3,α4,α５）と、直交座標系の座標（x,y,z,φ，
θ）とがある。第５図は直交座標系の座標構成を示す図
である。この多関節型溶接ロボットでは、溶接トーチ６
の先端の作業点WPの位置を示す３次元座標（x,y,z）
と、溶接トーチ６の姿勢を示すロール角φおよびピッチ
角θとの５つの座標値によって、直交座標系の座標が
構成されている。この実施例では、この座標が第１の
ティーチングデータとして制御装置20に記憶される。

ステップS3では、第１のワーク51に関する第１のティ
ーチングデータが、制御装置20からパーソナルコンピュ
ータ30に伝送される。以下のステップS4,S5はパーソナ
ルコンピュータ30によって実行される。

第２図は、ティーチングデータ作成装置としてのパー
ソナルコンピュータ30の機能構成を示すブロック図であ
る。パーソナルコンピュータ30は、本体部31とCRT32と
キーボード33とを備えている。さらに、本体部31は、テ
ィーチングデータなどを記憶する記憶手段31aと、ミラ
ー変換を行う座標変換手段31bと、２つの隣接する教示
点についてのロール角の差分を算出してミラー変換前後
の差分を比較する比較手段31cと、ミラー変換後のロー
ル角の座標値が多価性（「多価性」については後述す
る。）のある可動範囲内であるか否かを判定する判定手
段31dと、比較手段31cおよび判定手段31dの結果に基づ
いてミラー変換後のティーチングデータを修正するデー
タ修正手段31eと、ティーチングデータ等を外部の制御
装置20などに出力する出力手段31fと、これらの手段31a
〜31fを制御するための制御手段31gとを備えている。

第１のティーチングデータD₁がステップS3で制御装置
20からマイクロコンピュータ30に伝送されてくると、ま
ず記憶手段31aに記憶される。

ステップS4では、座標変換手段31bによって第１のテ
ィーチングデータD₁に対してミラー変換が実行される。
ミラー変換は、例えば、対称面Ｓが第4B図に示すよう
に、xz平面上にある場合（以下、このような場合を「ｘ
軸対称」と呼ぶ。）には、以下の式で表わされる。

x_m＝x₁ …（１） y_m＝−y₁ …（２） z_m＝z₁ …（３）０≦φ_１のとき、φ_ｍ＝180−φ_１ …（4a） φ_１＜０のとき、φ_ｍ＝−180−φ_１ …（4b） θ_ｍ＝θ_１ …（５）ここで、x₁〜θ_１：ミラー変換前の座標値 x_m〜θ_ｍ：ミラー変換後の座標値なお、対称面Ｓの位置を示すデータは、キーボード33か
らオペレータによって入力される。

第6A図は、ロール角φに関するミラー変換を示す説明
図である。いま、ロール角φは、第6A図に示すようにxy
平面上においてｙ座標軸から反時計回りの方向をプラス
側であると定義している。第6A図にも示すように、ミラ
ー変換前のロール角φ_１（図中のφ_1aまたはφ_1b）の正
負に従って、ミラー変換後のロール角φ_ｍ（図中のφ_ma
またはφ_mb）は（4a）式または（4b）式によって算出さ
れる。

ところが、このように直角座標系のティーチングデー
タにミラー変換を施した後、これをα座標に変換する
と、次のような問題を生ずる場合がある。第6B図は第6A
図のロール角φを次式によってα_５軸の座標値α_５に変
換した場合の対応を示す図である。

α５＝φ−α１ …（６）ここで、α１はα_１軸の座標値を示す。

第6B図の例は簡単のため、ロール角φ_1a、φ_maなどが
そのままα_５軸の座標値α5_1a、α5_maなどに変換される
場合（α１＝０の場合）を示している。なお、α_５軸
は、前述のように−225°〜＋225°の可動範囲を有して
おり、多価性を有している。ここで、「多価性」とは第
6B図に示すように、ミラー変換前の１つの座標値α5_1b
に対して、ミラー変換後の座標値として等価な値（α5
_mb，α5_2b）が２つ以上ある場合を言う。

ミラー変換前の２つの座標値の差分Δα5₁とミラー変
換後の差分Δα5_mは次式で与えられる。

Δα5₁＝α5_1a−α5_1b …（７） Δα5_m＝α5_ma−α5_mb ＝（180−α5_1a）−（−180−α5_1b）＝360°−（α5_1a−α5_1b） …（８）このとき、例えば差分Δα5₁が小さな値であるとき
は、ミラー変換した差分Δα5_mが360°近い値となって
しまい、溶接トーチ６が不必要に大きな角度で回ってし
まうという問題が生じる。そこで、このような場合に
は、第１のティーチングデータを作成する際に後から指
定されてた教示点P_1bについて、そのミラー変換後の座
標値（第6B図の例ではα5_mb）を、これと等価な座標値
α5_2b（＝180−α5_1b）に修正するようにすればよい。
第３図のステップS5は、このようなデータ修正の手順を
示している。

ステップS5の手順中、最初のステップS51では、第１
のティーチングデータにおいて、隣接する２つの教示点
（例えば第4B図の教示点P_1a，P_1b）のロール角φ_1a，φ
_1bの符号が反転しているか否かが判断される。これは、
ロール角φの正負によって、それぞれ（4a）式と（4b）
式とに従った異なるミラー変換がなされているので、ロ
ール角φの符号が反転している場合にのみ上述のような
データ修正が必要となるからである。

ロール角φ_1a，φ_1bの符号が同じ場合には、上述のよ
うな問題は生じないので、これらの教示点P_1a，P_1bにつ
いてはデータ修正を行う必要がない。そして、ミラー変
換されたロール角φ_ma，φ_mbがそのまま第２のワーク52
のための第２のティーチングデータとして採用される。

一方、ロール角φ_1a，φ_1bの符号が異なる場合には、
比較手段31cによって、ステップS52においてミラー変換
前のロール角の差分Δφ_１とミラー変換後の差分Δφ_ｍ
とが比較される。ここで、差分Δφ_１，Δφ_ｍは次式で
与えられる。

Δφ_１＝φ_1a−φ_1b …（９） Δφ_ｍ＝φ_ma−φ_mb …（10）差分Δφ_１とΔφ_ｍが等しいときは、データ修正の必要
が無いのでステップS53、S54が省略され、ステップS55
が実行される。ステップS55において次の教示点P_1cがあ
る場合にはステップS51に戻り、その教示点P_1cと１つ手
前の教示点P_1bとについてステップS51〜S54が実行され
る。

一方、ステップS52において差分Δφ_１とΔφ_ｍとが
異なるときは、次のステップS53において、２番目の教
示点P_1bのミラー変換後のロール角φ_mbに対して、α_５
軸の等価な座標値が２つあるか否かが判定手段31dによ
って判断される。第6B図のように、ロール角φ_mbに対し
て２つの等価な座標値α5_mb，α5_2bがあるときは、ミラ
ー変換後のロール角φ_mbを、次式で与えられるロール角
φ_2bに修正する（ステップS54）。この修正はデータ修
正手段31eによって行われる。

φ_2b＝φ_mb＋360 …（11）この修正後のロール角φ_2bはα_５軸の座標値α5_2bに対
応した値であり、このロール角φ_2bが第２のティーチン
グデータとして採用される。

なお、以上の場合とは逆に、作業線L₁上の経路におい
て教示点P_1aがP_1bよりも後に来るように教示されている
ときは、教示点P_1aのロール角φ_maが次の値φ_2aに修正
される。

φ_2a＝φ_ma−360 …（12）すなわち、ステップS54では後から教示されている教
示点のロール角が修正される。

以上の手順にしたがって、作業線L₁上の全教示点P_1a
〜P_1fについてステップS51〜S55を繰り返して実行する
ことにより、第２のワーク52に関する第２のティーチン
グデータが作成される。

座標データの修正が終ると、ステップS6において第２
のティーチングデータD₂がパーソナルコンピュータ30の
出力手段31fからロボットの制御装置20に伝送される。
このようにして、第１のワーク51の第１のティーチング
データD₁に基づいて、これと鏡面対称な第２のワーク52
の第２のティーチングデータD₂が作成される。

以上のように、２つの隣接する教示点の間のロール角
の差分を、ミラー変換前とミラー変換後とで等しくなる
ようにミラー変換後の座標データを修正すれば、ロボッ
トの関節軸が不必要に大きな角度で回転するという不具
合を防止することができる。

なお、この発明は上記実施例に限らず、次のような変
形も可能である。

ロボットとしては上記のような多関節ロボットに限ら
ず、他の軸構成を有するロボットにも適用できる。この
場合、少なくとも１つの関節軸が360°以上の可動範囲
を有し、多価性を有していればよい。

ミラー変換の対称面Ｓは、xz平面上の面に限らず、任
意の面であってもよい。なお、予め数種類の対称面をパ
ーソナルコンピュータ30に記憶させておき、オペレータ
がそのうちのいずれかを選択するようにすれば、オペレ
ータの手間が少なくてすむという利点がある。また、各
対称面に関するミラー変換の式を予め求めておくことが
できるので、計算時間も短縮できる。

ティーチングデータは、ロボットの関節軸座標αとし
て記憶していてもよい。この場合には、ティーチングデ
ータを直角座標系座標に変換した後にミラー変換を実行
するようにしてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、データ修正
手段によって、隣接する２つの教示点における回転軸座
標値の差分が第１と第２のティーチングデータで互いに
等しくなるように、第２のティーチングデータにおける
回転軸座標値をこれと等価な他の回転軸座標値に修正す
るので、隣接する２つの教示点についての回転軸座標値
の差分がミラー変換前後で等しいティーチングデータを
容易に作成できるという効果がある。

【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溶接ロボットシス
テムの構成を示す斜視図、第２図はティーチングデータ作成装置の内部構成を示す
ブロック図、第３図は実施例の手順を示すフローチャート、第4A図は鏡面対称な２つのワークを示す斜視図、第4B図はその平面図、第５図はエンドエフェクタに関する直交座標系の座標構
成を示す説明図、第6A図および第6B図はミラー変換の例を示す説明図であ
る。 10……溶接ロボット本体、20……制御装置、30……パー
ソナルコンピュータ、51,52……ワーク、L₁，L₂……作
業線、P_1a〜P_1f……教示点、Ｓ……対称面、φ……ロー
ル角、α_５……回転軸、α5_1a，α5_1b，α5_ma，α5_mb…
…回転軸座標

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4093 B25J 9/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】360°以上の回転が可能なことにより多価
性のある可動範囲を有する回転軸を備えたロボットに対
して、その動作を教示するティーチングデータを作成す
るためのティーチングデータ作成装置であって、第１のワーク上の複数の教示点における前記ロボットの
座標データを含むように予め作成された第１のティーチ
ングデータに対して座標変換を施すことにより、所定の
対称面に対して前記第１のワークと鏡面対称な第２のワ
ークのための第２のティーチングデータを作成する座標
変換手段と、前記第１のワーク上で互いに隣接する２つの教示点にお
ける前記回転軸の座標値の差分を、前記第１と第２のテ
ィーチングデータのそれぞれについて算出するととも
に、これらの差分を互いに比較する比較手段と、前記第２のティーチングデータについて、前記２つの回
転軸座標値の少なくとも一方が、前記多価性のある可動
範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、前記第１と第２のティーチングデータにおける前記差分
が互いに異なり、かつ、前記第２のティーチングデータ
について前記２つの回転軸座標値の少なくとも一方が前
記多価性のある可動範囲にある場合に、前記２つの回転
軸座標値の一方を、これと等価な他の回転軸座標値であ
って、前記差分が互いに等しくなる回転軸座標値に修正
することにより、前記第２のティーチングデータを修正
するデータ修正手段とを備えたことを特徴とするロボッ
トのティーチングデータ作成装置。