JP2892404B2 - 産業用ロボットの三次元経路補正方法 - Google Patents
産業用ロボットの三次元経路補正方法Info
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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、自由曲面上の線に沿って、切断加工するた
めの教示・再生方式の産業用ロボットにおいて、特に、
その加工中心経路の補正方法に関する。
めの教示・再生方式の産業用ロボットにおいて、特に、
その加工中心経路の補正方法に関する。
自由曲面上の切断線を不連続な複数の点として教示
し、それらの区間をロボット制御装置内の補間機能によ
って補間し、補間後の曲線あるいは直線の経路に沿って
トーチなどの工具を移動させて、切断加工をする産業用
ロボットにおいて、切断加工時に発生する切断幅を考慮
し、教示経路に対してトーチ進行方向に直角な右または
左側の方向に経路を補正しなければならない。
し、それらの区間をロボット制御装置内の補間機能によ
って補間し、補間後の曲線あるいは直線の経路に沿って
トーチなどの工具を移動させて、切断加工をする産業用
ロボットにおいて、切断加工時に発生する切断幅を考慮
し、教示経路に対してトーチ進行方向に直角な右または
左側の方向に経路を補正しなければならない。
この補間時に、従来の技術によると、次のような問題
点があった。
点があった。
まず、各教示点毎に、その点での補正方向を工具姿勢
との関連で教示する必要があるため、その作業が煩雑と
なる。また、補正平面をXY、YZ、ZX平面に限定する方法
があるが、複雑な曲面では、誤差が大きくなること、教
示点ごとに、平面切り換え等を意識する必要があり、教
示作業が複雑で困難である。
との関連で教示する必要があるため、その作業が煩雑と
なる。また、補正平面をXY、YZ、ZX平面に限定する方法
があるが、複雑な曲面では、誤差が大きくなること、教
示点ごとに、平面切り換え等を意識する必要があり、教
示作業が複雑で困難である。
また、自動的に補正後の教示点を計算して、元の教示
点座標を書き替える手法もあるが、この場合、元の教示
データが残らず、再度補正の必要なときは、不都合があ
った。
点座標を書き替える手法もあるが、この場合、元の教示
データが残らず、再度補正の必要なときは、不都合があ
った。
したがって、本発明の目的は、教示時に、補正方向の
データを作成することなく、また元の教示点座標を教示
データ上で変更することなく、経路補正を容易に行える
ようにすることである。
データを作成することなく、また元の教示点座標を教示
データ上で変更することなく、経路補正を容易に行える
ようにすることである。
そこで、本発明は、教示点を三次元空間内で教示する
ことにより、トーチの姿勢と経路より、既に設定された
補正量を自動的に考慮し、再生時にトーチの方向を制御
装置内で計算し、補正量と右または左側の補正方向とに
より経路補正を容易にできるようにしている。
ことにより、トーチの姿勢と経路より、既に設定された
補正量を自動的に考慮し、再生時にトーチの方向を制御
装置内で計算し、補正量と右または左側の補正方向とに
より経路補正を容易にできるようにしている。
教示点でのトーチ方向ベクトルをNi、教示点での接線
方向ベクトルをSi、教示点をPi、補正量をhiとする。こ
こでNi、Siについては、単位方向ベクトル（|Ni|＝|Si|
＝１）であり、hiについては右側補正の場合は、プラ
ス、左側補正の場合は、マイナスのスカラ量とする。こ
れらの変数にいて補正前の経路とともに第１図に示す。
方向ベクトルをSi、教示点をPi、補正量をhiとする。こ
こでNi、Siについては、単位方向ベクトル（|Ni|＝|Si|
＝１）であり、hiについては右側補正の場合は、プラ
ス、左側補正の場合は、マイナスのスカラ量とする。こ
れらの変数にいて補正前の経路とともに第１図に示す。
経路補正後の、教示点に相当する点をＰ′ｉとする
と、それは次のように計算できる。
と、それは次のように計算できる。
Ｐ′ｉ＝hi（Ni×Si）＋Pi （式１） ここで、NiとSiとの外積を（Ni×Si）と表現する。第
２図に、Ｐ′ｉについて他の変数とともに示す。同図で
Ｐ′ｉは補正量プラス、つまり進行方向右側の補正に対
応し、（Ｐ′ｉ）は補正量マイナス、つまり進行方向左
側の補正に対応する。ここで、補正量hiは、教示時に与
えられる。また、接線方向ベクトルSiは、教示点Piより
補正前の経路計算時に予め計算されている。
２図に、Ｐ′ｉについて他の変数とともに示す。同図で
Ｐ′ｉは補正量プラス、つまり進行方向右側の補正に対
応し、（Ｐ′ｉ）は補正量マイナス、つまり進行方向左
側の補正に対応する。ここで、補正量hiは、教示時に与
えられる。また、接線方向ベクトルSiは、教示点Piより
補正前の経路計算時に予め計算されている。
本制御装置では、直線補間、円・円弧補間、およびス
プライン補間が可能であり、各補間経路は、始点、終点
を含めて、複数の教示点によって決定される。
プライン補間が可能であり、各補間経路は、始点、終点
を含めて、複数の教示点によって決定される。
始点、終点を含め、各補間の三次元での経路補正前の
経路計算を行い、接線方向ベクトルを求め（式１）によ
って、経路補正後の教示点に相当する点を計算する。こ
れらの経路補正後の教示点に相当する点をもとに、各補
間ごとに経路を再計算することとなる。第３図は、以上
述べた過程を整理して示す。
経路計算を行い、接線方向ベクトルを求め（式１）によ
って、経路補正後の教示点に相当する点を計算する。こ
れらの経路補正後の教示点に相当する点をもとに、各補
間ごとに経路を再計算することとなる。第３図は、以上
述べた過程を整理して示す。
次に、連続した経路補正後の経路を求めるために、以
下の判定を行う。この判定結果により、補間経路の一部
を削除する交点処理、またはつなぎ円弧を追加するつな
ぎ処理を行って、連続した経路を作成する。
下の判定を行う。この判定結果により、補間経路の一部
を削除する交点処理、またはつなぎ円弧を追加するつな
ぎ処理を行って、連続した経路を作成する。
ある１つの補間の終点で、補正前の経路の接線方向ベ
クトルをSEi、逆方向ベクトルをSEiとし、次補間の始点
で、補正前の接線方向ベクトルをSiとする。また、補
正前の教示点Piから経路補正後の教示点に相当する点
Ｐ′Si、Ｐ′EiまでのベクトルをＰ″Ei、Ｐ″Siとす
る。これらの変数について第４図に示す。
クトルをSEi、逆方向ベクトルをSEiとし、次補間の始点
で、補正前の接線方向ベクトルをSiとする。また、補
正前の教示点Piから経路補正後の教示点に相当する点
Ｐ′Si、Ｐ′EiまでのベクトルをＰ″Ei、Ｐ″Siとす
る。これらの変数について第４図に示す。
そして、逆方向ベクトルEi、接線方向ベクトルSSi
によって決定される平面上で、ベクトルＰ″Ei、Ｐ″Si
を上記の平面に投影したときの投影ベクトルを″Ei、
″Siとし、″EiとSSiとのなす角度をφＳ、″Si
とSEiとのなす角度をφＥとし、Ei、とSSiとのなす角
度をΦとする。これらの関係を第５図に示す。
によって決定される平面上で、ベクトルＰ″Ei、Ｐ″Si
を上記の平面に投影したときの投影ベクトルを″Ei、
″Siとし、″EiとSSiとのなす角度をφＳ、″Si
とSEiとのなす角度をφＥとし、Ei、とSSiとのなす角
度をΦとする。これらの関係を第５図に示す。
必要な交点処理・つなぎ処理は、上記Φ、φＳ、φＥ
によって次の判定条件から判断される。
によって次の判定条件から判断される。
（１） ０゜＜Φ＜180゜かつφＳ＜90゜かつφＥ＜90
゜・・・交点処理 （２） （１）以外・・・つなぎ処理 なお、上記大小比較にあたって、所定の角度（180
゜、90゜）は、予め与えられ、Φ、φＳ、φＥについて
は、180゜以下の角度を採用する。
゜・・・交点処理 （２） （１）以外・・・つなぎ処理 なお、上記大小比較にあたって、所定の角度（180
゜、90゜）は、予め与えられ、Φ、φＳ、φＥについて
は、180゜以下の角度を採用する。
交点・つなぎ判定によって、つなぎ処理と判断された
場合のつなぎ経路を作成する過程について説明する。
場合のつなぎ経路を作成する過程について説明する。
第４図に示されているＰ′Ei、Ｐ′Si、Ｐ′ｉ、SEi
をＰ′Ei、Ｐ′Si、Piによって決定される面に投影され
たベクトルEiとの関係を第６図に示す。
をＰ′Ei、Ｐ′Si、Piによって決定される面に投影され
たベクトルEiとの関係を第６図に示す。
この第６図においては|P′Ei−Pi|＝|P′Si−Pi|＝
（補正量）である。したがって、Piを中心として、Ｐ′
Eiを始点、Ｐ′Siを終点とし、中心角が180゜以下の円
弧をつなぎ経路とする。中心角が180゜の場合は、Ei
の方向にある円弧をつなぎ経路とする。
（補正量）である。したがって、Piを中心として、Ｐ′
Eiを始点、Ｐ′Siを終点とし、中心角が180゜以下の円
弧をつなぎ経路とする。中心角が180゜の場合は、Ei
の方向にある円弧をつなぎ経路とする。
次に、交点・つなぎ判定によって、交点処理と判断さ
れた場合の交点の求め方は、補間の組み合わせによって
次に示す５通りに分類できる。
れた場合の交点の求め方は、補間の組み合わせによって
次に示す５通りに分類できる。
（ａ） 直線補間と直線補間 （ｂ） 円・円弧補間と直線補間 （ｃ） 円・円弧補間と円・円弧補間 （ｄ） スプライン補間と直線補間 （ｅ） 円・円弧補間とスプライン補間 以下各々の場合について説明する。
（ａ） 直線補間と直線補間 経路補正前の直線補間をLE、LS、補正後の直線補間を
Ｌ′Ｅ、Ｌ′Ｓ、LEとLSによって決定される平面（τ）
にＬ′Ｅ、Ｌ′Ｓを投影したものを、′Ｅ、′Ｓ。
′Ｅ′Ｓとの交点をPPi、PPiからＬ′Ｅへの垂線と
の交点をＰ′CEi、PPiからＬ′Ｓへの垂線との交点を
Ｐ′CSiとし、第７図に示す。
Ｌ′Ｅ、Ｌ′Ｓ、LEとLSによって決定される平面（τ）
にＬ′Ｅ、Ｌ′Ｓを投影したものを、′Ｅ、′Ｓ。
′Ｅ′Ｓとの交点をPPi、PPiからＬ′Ｅへの垂線と
の交点をＰ′CEi、PPiからＬ′Ｓへの垂線との交点を
Ｐ′CSiとし、第７図に示す。
Ｐ′CEi、Ｐ′CSiを交点と定義し、Ｌ′Ｅに対する経
路の終点をＰ′CEi、Ｌ′Ｓに対する経路の始点をＰ′
CSiとする。さらにＰ′CEiとＰ′CSiを直線で結ぶ経路
を追加することにより連続した経路を作成する。
路の終点をＰ′CEi、Ｌ′Ｓに対する経路の始点をＰ′
CSiとする。さらにＰ′CEiとＰ′CSiを直線で結ぶ経路
を追加することにより連続した経路を作成する。
（ｂ） 円・円弧補間と直線補間 経路補正後の直線補間をＬ′ｉ、経路補正後の円・円
弧補間をＣ′ｉ、Ｃ′ｉを赤道とする球を考え、Ｌ′ｉ
との交点をＰ′CLi、球の北極と、Ｐ′CLi、球の南極の
３点を通る大円とＣ′ｉとの交点をＰ′CCiとして第８
図に示す。
弧補間をＣ′ｉ、Ｃ′ｉを赤道とする球を考え、Ｌ′ｉ
との交点をＰ′CLi、球の北極と、Ｐ′CLi、球の南極の
３点を通る大円とＣ′ｉとの交点をＰ′CCiとして第８
図に示す。
ここで、Ｐ′CLi、Ｐ′CCiを交点と定義し、Ｌ′ｉに
対する経路の終点または始点をＰ′CLiとして、Ｃ′ｉ
に対する始点または終点をＰ′CCiとする。さらにＰ′
CLiとＰ′CCiを直線で結ぶ経路を追加することによって
連続した経路を作成する。
対する経路の終点または始点をＰ′CLiとして、Ｃ′ｉ
に対する始点または終点をＰ′CCiとする。さらにＰ′
CLiとＰ′CCiを直線で結ぶ経路を追加することによって
連続した経路を作成する。
（ｃ） 円・円弧補間と円・円弧補間 経路補正後の円・円弧補間の点をそれぞれＣ′1i、
Ｃ′2iとし、Ｃ′2iを赤道とする球を考え、Ｃ′1iとの
交点をＰ′C1i、球の北極と、Ｐ′C1iと、球の南極との
３点を通る大円とＣ′2iとの交点をＰ′C2iとして第９
図に示す。
Ｃ′2iとし、Ｃ′2iを赤道とする球を考え、Ｃ′1iとの
交点をＰ′C1i、球の北極と、Ｐ′C1iと、球の南極との
３点を通る大円とＣ′2iとの交点をＰ′C2iとして第９
図に示す。
ここで、Ｐ′C1i、Ｐ′C2iを交点と定義し、Ｃ′1iに
対する経路の終点をＰ′C1i、Ｃ′2iに対する経路の始
点をＰ′C2iとする。さらにＰ′C1i、Ｐ′C2iを直線で
結ぶ経路を追加することによって連続した経路を作成す
る。
対する経路の終点をＰ′C1i、Ｃ′2iに対する経路の始
点をＰ′C2iとする。さらにＰ′C1i、Ｐ′C2iを直線で
結ぶ経路を追加することによって連続した経路を作成す
る。
（ｄ） スプライン補間と直線補間 経路補正後の直線補間をＬ′ｉ、補正後のスプライン
補間をＡ′ｉ、Ｌ′ｉとＡ′ｉの距離が最小となるＬ′
ｉ上の点をＰ′Li、Ａ′ｉ上の点をＰ′Aiとして、第10
図に示す。
補間をＡ′ｉ、Ｌ′ｉとＡ′ｉの距離が最小となるＬ′
ｉ上の点をＰ′Li、Ａ′ｉ上の点をＰ′Aiとして、第10
図に示す。
ここで、Ｐ′1i、Ｐ′Aiを交点と定義し、Ｌ′ｉに対
する経路の終点または始点をＰ′Liとし、Ａ′ｉに対す
る経路の始点または終点をＰ′Aiとする。さらにＰ′Li
とＰ′Aiを直線で結ぶ経路を追加することにより連続し
た経路を作成する。
する経路の終点または始点をＰ′Liとし、Ａ′ｉに対す
る経路の始点または終点をＰ′Aiとする。さらにＰ′Li
とＰ′Aiを直線で結ぶ経路を追加することにより連続し
た経路を作成する。
（ｅ） 円・円弧とスプライン補間 経路補正後のスプライン補間をＡ′ｉ、補正後の円・
円弧補間をＣ′ｉ、Ｃ′ｉを赤道とする球と考え、Ｃ′
ｉとの交点をＰ′Aiとし、球の北極、Ｐ′Ai、球の南極
の３点を通る円とＣ′ｉとの交点をＰ′Ciとして、第11
図に示す。
円弧補間をＣ′ｉ、Ｃ′ｉを赤道とする球と考え、Ｃ′
ｉとの交点をＰ′Aiとし、球の北極、Ｐ′Ai、球の南極
の３点を通る円とＣ′ｉとの交点をＰ′Ciとして、第11
図に示す。
ここで、Ｐ′Ai、Ｐ′Ciを交点と定義し、Ａ′ｉに対
する経路の終点または始点をＰ′Aiとし、Ｃ′ｉに対す
る経路の始点または終点をＰ′Ciとする。さらにＰ′Ai
とＰ′Ciとを直線で結ぶ経路を追加することによって連
続した経路を作成する。
する経路の終点または始点をＰ′Aiとし、Ｃ′ｉに対す
る経路の始点または終点をＰ′Ciとする。さらにＰ′Ai
とＰ′Ciとを直線で結ぶ経路を追加することによって連
続した経路を作成する。
第12図は、以上の経路補正の順序過程をまとめて示
す。
す。
なお、交点処理において、計算上必ずしも交点が求ま
るとは限らず、例えば（ａ）直線と直線においては交点
PPi、（ｂ）円・円弧と直線においては交点Ｐ′CLi、
（ｃ）円・円弧と円・円弧においては交点Ｐ′CLi、
（ｅ）円・円弧とスプラインにおいては交点Ｐ′Ai等が
実際に求まらない場合がある。
るとは限らず、例えば（ａ）直線と直線においては交点
PPi、（ｂ）円・円弧と直線においては交点Ｐ′CLi、
（ｃ）円・円弧と円・円弧においては交点Ｐ′CLi、
（ｅ）円・円弧とスプラインにおいては交点Ｐ′Ai等が
実際に求まらない場合がある。
このような場合には、第12図のフローから第13図のフ
ローへ移行し、つなぎ処理、すなわち補正後の補間の終
点と始点とを、補正量を半径とする円弧でつなぐ経路を
求めることによって連続した経路を作成する。これによ
り、経路補正を確実に成し遂げることができる。
ローへ移行し、つなぎ処理、すなわち補正後の補間の終
点と始点とを、補正量を半径とする円弧でつなぐ経路を
求めることによって連続した経路を作成する。これによ
り、経路補正を確実に成し遂げることができる。
また、他の方法としては第12図のフローから第14図の
フローへ移行し、この時点でエラーとし、エラーメッセ
ージと同時に経路作成の処理を中止するようにしてもよ
い。これによりオペレータは補正量を変更するなどの手
段により経路補正を再開できる。
フローへ移行し、この時点でエラーとし、エラーメッセ
ージと同時に経路作成の処理を中止するようにしてもよ
い。これによりオペレータは補正量を変更するなどの手
段により経路補正を再開できる。
以上のように、教示時に補正量とトーチの進行方向に
対する補正方向（左右）を適宜教示することにより、補
正のための教示点の修正や、補正方向ベクトルを教示点
毎に教示することなく、切断幅の補正を容易に短時間に
行うことができる。
対する補正方向（左右）を適宜教示することにより、補
正のための教示点の修正や、補正方向ベクトルを教示点
毎に教示することなく、切断幅の補正を容易に短時間に
行うことができる。
しかも、元の教示点座標を教示データ上で変更するこ
となく補正経路データを作成できるので、元の教示デー
タが書き替えられず元のまま残るため、再度補正の必要
なときは元の教示データを再び使って経路補正ができ、
複数種の経路補正が容易に行える。
となく補正経路データを作成できるので、元の教示デー
タが書き替えられず元のまま残るため、再度補正の必要
なときは元の教示データを再び使って経路補正ができ、
複数種の経路補正が容易に行える。
特に、三次元空間において、教示経路を補正すると、
必ずといってよいほど、補正後の経路間で、交点がなく
なり、つなぎ処理が必要となるが、本発明によればその
ときのつなぎ処理について具体的な手法によって対応し
ているから、教示経路の補正によって、補正後の経路間
で、交点がなくなったとしても、適切な対応が可能とな
る。
必ずといってよいほど、補正後の経路間で、交点がなく
なり、つなぎ処理が必要となるが、本発明によればその
ときのつなぎ処理について具体的な手法によって対応し
ているから、教示経路の補正によって、補正後の経路間
で、交点がなくなったとしても、適切な対応が可能とな
る。
第１図は教示点の経路の説明図、第２図は補正後の教示
点の説明図、第３図は経路補正後の教示点の説明図、第
４図はベクトルの説明図、第５図はベクトルの相関図、
第６図はベクトル説明図、第７図は直線補間の説明図、
第８図は円・円弧直線補間の説明図、第９図は円・円弧
補間の説明図、第10図はスプライン直線補間の説明図、
第11図は円・円弧スプライン補間の説明図、第12図およ
び第13図は経路補正過程のフローチャート、第14図は第
12図に続く他の方法を示すフローチャートである。
点の説明図、第３図は経路補正後の教示点の説明図、第
４図はベクトルの説明図、第５図はベクトルの相関図、
第６図はベクトル説明図、第７図は直線補間の説明図、
第８図は円・円弧直線補間の説明図、第９図は円・円弧
補間の説明図、第10図はスプライン直線補間の説明図、
第11図は円・円弧スプライン補間の説明図、第12図およ
び第13図は経路補正過程のフローチャート、第14図は第
12図に続く他の方法を示すフローチャートである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−262214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−102302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/4103
Claims (2)
- 【請求項１】教示時に教示された各教示点での接線方向
ベクトルとトーチ方向ベクトルにより経路補正後の教示
点に相当する点を求める過程、 経路補正後の教示点に相当する点より各補間ごとに経路
補正後の経路を求める過程、 上記各補間ごとの経路より連続した経路を求めるために
交点処理が必要か、つなぎ処理が必要かを、ある補間の
終点での補正前の経路の接線の逆方向ベクトルと次補間
の始点での補正前の接線方向ベクトルで決定される面上
で、上記逆方向ベクトルと接線方向ベクトルとのなす角
度と、上記逆方向ベクトルと補正前の教示点から補正後
の教示点に相当する点までのベクトルの上記面上の投影
ベクトルとの角度と、上記接線方向ベクトルと補正前の
教示点から補正後の教示点に相当する点までのベクトル
の上記面上の投影ベクトルとの角度と所定の角度との大
小比較から、判定する過程、 上記判定の過程によりつなぎ処理が必要と判断された場
合に教示点を中心とした補正量を半径とする円弧により
経路補正後の補間の終点と始点とをつないでつなぎ経路
を作成する過程、 上記判定の過程により交点処理が必要と判断された場合
に、補間の種類に応じた面で、補正後の経路上に各々の
交点を求め、求められた２交点を結んで連結した経路を
作成し、２交点が求まらないときに補正量を半径とする
円弧により経路補正後の補間の終点と始点とをつないで
つなぎ経路を作成すること、および２つの経路間の最短
距離を結んでつなぎ経路を作成することのいずれかを含
む過程、 以上の５つの過程からなる産業用ロボットの三次元経路
補正方法。 - 【請求項２】交点処理が必要と判断された場合に交点を
求め、連続した経路を作成する過程で、交点が求まらな
いときにエラーメッセージとともに経路作成を中止する
過程を有する特許請求の範囲第１項記載の産業用ロボッ
トの三次元経路補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30971889A JP2892404B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-11-29 | 産業用ロボットの三次元経路補正方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-247656 | 1989-09-22 | ||
| JP24765689 | 1989-09-22 | ||
| JP30971889A JP2892404B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-11-29 | 産業用ロボットの三次元経路補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03188508A JPH03188508A (ja) | 1991-08-16 |
| JP2892404B2 true JP2892404B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=26538358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30971889A Expired - Lifetime JP2892404B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-11-29 | 産業用ロボットの三次元経路補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2892404B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103616849B (zh) * | 2013-12-06 | 2018-10-09 | 北京配天技术有限公司 | 一种刀具轨迹规划方法、装置，工件加工方法、装置 |
-
1989
- 1989-11-29 JP JP30971889A patent/JP2892404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03188508A (ja) | 1991-08-16 |
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