JP2865416B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

ロボット制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、ロボットの手首部に設けた工具を工作物の
境界に沿って移動させ、工作物に溶接等の加工を行うよ
うにしたロボット制御装置に関する。
<従来の技術> 従来、2つの工作物の境界線を溶接するロボットで
は、あらかじめ加工開始点と加工終了点を含めた加工軌
跡をティーチングデータとして記憶させておくことによ
り、ロボットがこのティーチングデータを基にして境界
線上を倣い制御され、工作物の溶接を自動的に行ってい
る。
<発明が解決しようとする課題> かかる従来のものにおいては、工作物の設置の仕方や
工作物自身の歪み等により、工作物の加工開始点と加工
終了点が教示された位置から誤差を生じ、加工不良を起
こすという問題があった。そこで特願平1−46264号で
は、スキャニングセンサにより加工開始点を自動的に検
出する技術を提案し、加工開始点の位置ずれより発生す
る加工不良を減少させているが、加工終了点の位置ずれ
より発生する加工不良については未解決であった。
<課題を解決するための手段> 本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、第1図に示すように、工作物間の境界線をあら
かじめティーチングしておき、このティーチングデータ
に基づいて、ロボットの手首部に取付けた工具をこの境
界線に沿って移動させ、工作物間の加工を行うようにし
たロボット制御装置において、前記工具の進行方向に対
して工具よりも所定量先行した位置に設けられ前記境界
線と交差する方向にスキャニングするスキャニングセン
サ20と、前記スキャニングセンサ20の出力より前記境界
線の末端となる加工終了点を検出したことを判別する終
了点判別手段1と、この終了点判別手段1によって検出
された加工終了点の位置座標を算出する終了点算出手段
2と、前記境界線のティーチングデータを前記終了点算
出手段2によって得た加工終了点を終了端とするティー
チングデータに補正するティーチングデータ補正手段3
と、このティーチングデータ補正手段3によって得たテ
ィーチングデータを基にして加工を実行する加工実行手
段4とを備えたものである。
<作用> スキャニングセンサ20により工作物間の境界線の加工
終了点が検出されたことを終了点判別手段1が確認する
と、終了点算出手段2は、この加工終了点の位置座標を
算出する。この位置座標に基づいてティーチングデータ
補正手段3は教示されたティーチングデータを補正し、
このティーチングデータに基づいて加工実行手段4は前
記加工終了点までの加工を行う。
<実施例> 以下本発明の実施例を第2図,第3図に基づいて説明
する。
第2図は、ロボットの全体構成図を示し、10は6軸型
のロボットであり、支持台39にはロボット座標系Xr,Yr,
Zrが設定されている。
このロボット10の手首部11には、ブラケット12を介し
て炭酸ガスアーク溶接用のトーチTと、オフセットブラ
ケット21を介してトーチTよりも先行した境界線Lを検
出できるように取付けられたスキャニング可能な視覚セ
ンサ20が設けられ、トーチTは可撓管14を介して炭酸ガ
スアーク溶接機15に接続され、電圧が印加された針金状
の溶解剤から成るワイヤ13と炭酸ガスが供給されてい
る。また、ロボット10と対向する位置には、支持テーブ
ル16が設けられ、2枚の板材W1,W2を図略のクランプ装
置により支持するようになっている。
第3図は、ロボット10を制御する制御装置の全体構成
図である。
制御装置30は、主にホストCPU31、センサCPU38および
記憶装置32から成り、ホストCPU31には入出力インター
フェイス34を介して操作盤35およびオペレーティングボ
ックス36が接続され、またロボット10の各軸を駆動する
サーボモータM1〜M6を作動させるサーボユニットSU1〜S
U6が入出力インターフェイス33を介して接続されてい
る。各軸の回転角はエンコーダE1〜E6により検出され、
各サーボユニットSU1〜SU6にフィードバックされてい
る。
ホストCPU31にはセンサCPU38が接続されている。セン
サCPU38には、視覚センサ20がインターフェイス41を介
して接続されている。記憶装置32は、ホストCPU31、セ
ンサCPU38固有のメモリ32a,32bの他に2つのCPUが情報
を共有する共有メモリ32cを有している。ホストCPU31固
有のメモリ32aには、後述する加工開始点P0、第1目標
点P1、第2目標点P2をはじめとする境界線Lのティーチ
ングデータTDA、トーチTと視覚センサ20間の距離すな
わち先行量D、制御プログラム等が記憶されている。
トーチTに電力を供給するアーク溶接機15は、入出力
インターフェイス34およびシーケンサ37を介して接続さ
れている。
視覚センサ20は、第4図に示すように、センサヘッド
22と計測制御部28により構成されている。センサヘッド
22はオフセットブラケット21に固定されたケーシング23
に設けられた半導体レーザ24、ミラー25、受光素子アレ
ー26および受光レンズ27よりなり、各部材24〜26は計測
制御部28に接続されている。計測制御部28により発せら
れた高周波繰返しパルス変調を受けたレーザ光Laは、往
復回動するミラー25により反射された角度αの範囲内で
揺動し、工作物Wの表面に照射される光スポットは境界
線L付近を中心とする所定の振幅で工作物W1,W2上を走
査する。工作物W1,W2表面の光スポットから乱反射され
たレーザ光Lbは、受光レンズ27により、多数のフォトダ
イオードを接近して一列に配列した受光素子アレー26上
に像を結び、受光素子アレー26により検出された結像位
置とミラー25の角度により、計測制御部28は三角測量の
原理に基づき光スポットとセンサヘッド22との距離を演
算する。この距離と光スポットの走査位置の変化をみる
ことによりティーチングデータにより形成される教示加
工軌跡上に設定されたセンサ座標系Xs,Ys,Zsを基準とし
て、教示加工軌跡と境界線Lとの教示加工軌跡に直交す
る方向の誤差Xsiと高さ方向の誤差Zsiが検出される。
以上の構成において、ロボットの制御装置30の動作に
ついて、第5図、第6図、第7図および第8図に基づい
て説明する。
本実施例である加工終了点PEの検出作業の前処理とし
て、境界線L上には、ティーチングデータにより形成さ
れる教示加工軌跡が設定さている。この教示加工軌跡の
先端である加工開始点P0と境界線Lの末端である加工終
了点PE(PEは教示されていない。)の間には、第1目標
点P1と第2目標点P2が教示されている。ここにおいて、
第2目標点P2は境界線L上で最も加工終了点PEに近くに
あり、教示加工軌跡の末端に位置するする教示点であ
る。また、第1目標点P1と第2目標点P2の位置関係は、
第1目標点P1上にトーチTが位置する時、第2目標点P2
上に視覚センサ20が位置するようになっている。さら
に、後述するようにトーチTが第1目標点P1から第2目
標点P2まで移動する間に視覚センサ20が加工終了点PEを
検出できるように第2目標点P2の位置は、推定される第
2目標点P2から加工終了点PEまでの距離がトーチTと視
覚センサ20との距離Dよりも短くなるように設定されて
いる(第5図(a))。
以上を前提としてロボット10は、教示加工軌跡をもと
に加工開始点P0から第1目標点P1へ向かって境界線L上
の溶接を行う。
第7図に示すフローチャートは、ホストCPU31の処理
過程を示したものである。
ステップ100では、トーチTが第1目標点P1に達した
ことを確認すると、視覚センサ20を作動させ、加工終了
点PEの検出を開始するとともに第2目標点P2に向かって
溶接を続行する。
ステップ102では、トーチTが第2目標点P2に達した
かを判断する。トーチTが第2目標点P2に達したならば
(YES)、ステップ104に移行する。第2目標点P2に達し
ていないならば(NO)、このままステップ102で待機す
る。
ステップ104では、トーチTが第2目標点P2に達する
までに視覚センサ20が加工終了点PEを検出したかを判断
する。加工終了点PEを検出したならば(YES)、ステッ
プ106に移行し、検出しないならば(NO)、境界線Lの
教示の仕方や、視覚センサ20に異常があることが考えら
れるので、加工終了点PEを検出する作業を終了する(第
5図(b))。
このステップにおいて、加工終了点PEを検出したかど
うかの判断は、次の様にして行われる。即ち、視覚セン
サ20は、第2目標点P2から加工終了点PEに至るまでの間
は、教示加工軌跡と実際に工作物W1,W2が形成する境界
線Lとの差をセンサデータとして検出しているが、加工
終了点PEに視覚センサ20が到達することによって、境界
線Lは存在しなくなるので視覚センサ20の計測制御部28
は、センサデータ検出不可能を示す信号を出力する。こ
のセンサデータ検出不可能の信号が出力された位置を加
工終了点PEとして判断するのである。
ステップ106では、ステップ104で確認された加工終了
点PEを検出したことを示すセンサデータより加工終了点
PEの位置座標が計算されたかを判断する。これは後述す
るセンサCPU38の処理過程ステップ212において、加工終
了点PEの位置座標の計算終了を示す加工終了点検出フラ
グがセットされていることによって判断される。加工終
了点PEの計算されているならば(YES)、ステップ108に
移行し、計算されていないならば(NO)、センサCPU38
の処理過程に異常があるので加工終了点PE検出作業を終
了する。
ステップ108では、計算された加工終了点PEの位置座
標を境界線Lを形成する最後の教示点として、第2目標
点P2から加工終了点PEまでを直線補間することによって
補間点の計算を行い加工軌跡を作成する。
以上の過程より加工終了点PEを検出し、第2目標点P2
から加工終了点PEまでの加工軌跡を作成することによっ
て適切な溶接を行うことができる。(第5図(c)) 次に第5図および第7図に示すフローチャートに基づ
いて、センサCPU38における加工終了点PEの検出を示す
センサデータより加工終了点PEの位置座標を計算する過
程を説明する。
ステップ200では、視覚センサ20より加工終了点PEを
検出したことを知らせる割り込み信号が存在したかを判
断する。この割り込み信号は、センサCPU38がホストCPU
31と並列処理されているために上述したステップ104に
おける加工終了点PEを検出の判断と同様のものである。
このステップ200において割り込み信号が存在するなら
ば(YES)、ステップ202に移行し、割り込み信号が存在
しないならば(NO)、センサCPU38おける加工終了点PE
の位置座標を計算する過程を終了する。
ステップ202では、視覚センサ20から得たセンサデー
タ、即ち加工終了点PEの教示された境界線Lに対して直
交する方向の誤差Xsiと高さ方向の誤差Zsiより視覚セン
サ20のセンサ座標系Xs,Ys,Zsによって加工終了点PEの位
置座標を表す座標変換行列〔S_SEN〕を以下の様に求め
る。
ステップ204では、エンコーダE1〜E6のの回転角を入
力することによってロボット10の支持台39に設定された
ロボット座標系Xr,Yr,Zrによって手首部11中心の座標系
Xf,Yf,Zfを表すための座標変換行列〔F〕を求める。
ステップ206では、視覚センサ20のセンサ座標系Xs,Y
s,Zsと手首部11中心の座標系Xf,Yf,Zfとの関係は、視覚
センサ20がセンサデータXsiとZsiを検出する基準位置と
手首部11中心とセンサヘッド22との距離Dより知ること
ができる。これらの位置関係を考慮することによって手
首部11中心の座標系Xf,Yf,Zfをセンサ座標系Xs,Ys,Zsで
表す座標変換行列〔FS〕を求め、座標変換行列〔F〕と
〔FS〕のマトリクス積からセンサ座標系Xs,Ys,Zsをロボ
ット座標系Xr,Yr,Zrで表す座標変換行列〔PS〕を求め
る。
〔PS〕=〔F〕〔FS〕 ステップ208では、ステップ202で求めた座標変換行列
〔S_SEN〕とステップ208で求めた座標変換行列〔PS〕と
のマトリクス積よりロボット座標系Xr,Yr,Zrによって加
工終了点PEの位置の座標を表す座標変換行列〔PS_W〕を
求める。
〔PS_W〕=〔PS〕〔S_SEN〕 この座標変換行列〔PS_W〕が求まったことにより、ロ
ボット座標系Xr,Yr,Zrにおける加工終了点PEの位置と方
向が定められたことになる。
ステップ210では、ステップ208で座標変換行列〔PS_
W〕を求まったことをHCPU31に知らせるために加工終了
点検出フラグをセットする。この加工終了点検出フラグ
がセットされていることによって、上述したホストCPU3
1が処理過程ステップ106で加工終了点PEの位置座標が計
算されたかを判断する。
以上の過程によって、加工終了点PEの位置座標を計算
する過程を終了する。
このようにして、第1目標点P1より視覚センサ20を作
動させ、加工終了点PEの存在する方向を第2目標点P2に
よって指示することにより、加工終了点PEを検出し、第
2目標点P2から加工終了点PEまでの補間データを作成
し、工作物W1,W2の最後まで溶接できるようにしたため
に、工作物のクランプ状態、位置ずれ等に影響されるこ
となく適切な溶接を行うことができる。
なお、この実施例においては、第1目標点P1と第2目
標点P2の距離は、トーチTと視覚センサ20との距離Dと
等しくなっているが、第2目標点P2は第1目標点P1に対
して加工終了点PEの存在する方向を指示する役割を果た
すものであるため、必ずしもこのような位置関係に限定
されるものではない。また、本実施例では第1目標点P1
より視覚センサ20を作動させているが、溶接開始時より
作業させるようにしても良い。さらに、本実施例ではア
ーク溶接を行うロボットについて述べたが、シーリング
ロボットについても適用できる。
<発明の効果> 以上述べたように本発明は、境界線に沿って工具を移
動させ、加工終了点を検出し、加工終了点までの補間デ
ータを作成して、検出した加工終了点まで加工を行うよ
うにしたために、テーブル上の工作物のクランプ状態
や、作業者による工作物の置き方、工作物自身の歪みに
よる工作物の位置ずれが生じても、加工の終了位置がず
れることがなく、加工不良を無くすことができる利点が
ある。
また、工作物によって加工終了点が変化しても作業者
が加工終了点を再ティーチングする必要が無いため作業
停止時間を削減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はクレーム対応図である。第2図から第8図は本
考案の実施例を示したもので、第2図は実施例のロボッ
トの全体構成図、第3図は第2図におけるロボットの電
気的構成図、第4図は視覚センサの構造を説明するため
の図、第5図および第6図は本実施例の作用を説明する
ための図、第7図はホストCPUの作用を説明するための
フローチャート、第8図はセンサCPUの作用を説明する
ためのフローチャートである。 1……終了点判別手段、2……終了点算出手段、3……
ティーチングデータ補正手段、4……加工実行手段、10
……ロボット、11……手首部、20……視覚センサ、21…
…オフセットブラケット、22……センサヘッド、30……
制御装置、P1……第1目標点、P2……第2目標点、PE…
…加工終了点、T……トーチ、W1,W2……工作物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 知三夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 審査官 千葉 成就 (56)参考文献 特開 平2−170203(JP,A) 特開 平1−102603(JP,A) 特開 昭60−244480(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 19/18 B25J 9/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】工作物間の境界線をあらかじめティーチン
    グしておき、このティーチングデータに基づいて、ロボ
    ットの手首部に取付けた工具をこの境界線に沿って移動
    させ、工作物間の加工を行うようにしたロボット制御装
    置において、前記工具の進行方向に対して工具よりも所
    定量先行した位置に設けられ前記境界線と交差する方向
    にスキャニングするスキャニングセンサと、前記スキャ
    ニングセンサの出力より前記境界線の末端となる加工終
    了点を検出したことを判別する終了点判別手段と、この
    終了点判別手段によって検出された加工終了点の位置座
    標を算出する終了点算出手段と、前記境界線のティーチ
    ングデータを前記終了点算出手段によって得た加工終了
    点を終了端とするティーチングデータに補正するティー
    チングデータ補正手段と、このティーチングデータ補正
    手段によって得たティーチングデータを基にして加工を
    実行する加工実行手段とを備えたことを特徴とするロボ
    ット制御装置。
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