JP3171509B2 - ロボットへの教示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットへの教示方法
に係り、例えば鋳造物に発生するばりをロボットによっ
て除去する作業において、操作者の作業負担軽減と、適
確な作業実行を可能にするロボットへの教示方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットを用いた前記のような作
業においては、作業対象物の作業に必要な位置とその位
置におけるエンドイフェクタの姿勢、ならびに力を要す
る作業の場合にはその力の大きさをロボットに正確にか
つ効率よく教示する必要がある。

【０００３】例えば、ばり取り作業をロボットにより実
行するためには、除去すべきばりに倣い、かつ研削に要
する力と工具の方向を適切な値に保持しながら工具を移
動させる必要があるため、これらの位置および方向に関
する情報をロボットに正確に教示する必要がある。

【０００４】しかるに、これらの情報入力がロボットを
用いる作業を行なう上での大きな負担となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、これらの作業
情報をロボットに教示する方法として、ロボットの手先
効果器をその作業すべき経路に沿って作業対象物に直接
位置づけて、その位置を逐一記憶させる直接教示方法が
用いられることが多いが、この教示データ入力作業の操
作者に与える負担が非常に大きい。

【０００６】また、鋳物製品のばり取りを例とした場
合、鋳物製品は寸法や形状のばらつきがばり取りの仕上
げ精度に比べて大きいため、ばり取り加工後の残留ばり
高さを十分小さくするためには、個々の製品ごとにばり
の位置を正確に測定し直すことが必要になるため、教示
作業の負担がさらに増大する。

【０００７】そこで、このばりの経路測定を、視覚セン
サを用いて自動化し、その測定された経路に沿ってロボ
ットを移動させることによって作業を行なうセンサフィ
ードバック方式が用いられるようになった。

【０００８】しかるに、この方法においてはセンサーに
よって作業対象物の作業経路を検出する際に、雑音の影
響により測定値に誤差が含まれ、またばりが存在しない
部分にセンサがさしかかると作業経路を検出することが
できなくなるという問題点があった。

【０００９】また、経路情報から力を加える方向に関す
る情報は直接的には得られず、別途教示するか、経路か
ら力の方向情報を算出する手段を構ずる必要がある。

【００１０】さらに、すべての経路に沿って行なう測定
には時間がかかり、作業効率を低下させるという問題点
があった。

【００１１】そこで、本発明は、以上のような点に鑑み
てなされたもので、上記に述べた経路教示の問題点を解
決するため、例えば鋳造物に発生するばりを除去する作
業において、作業経路が鋳型のあわせ面（パーティング
面）内に含まれる性質を利用し、その面に関する情報を
少ない教示作業で、適確にかつ効率よくロボットに与
え、かつ作業実行時にセンサーによって個々の製品にあ
わせて修正できるようにすることにより、ロボットの移
動に必要な経路情報とばりの削りこみに関する方向情報
を容易にかつ正確にロボットに与えることにより、操作
者の作業負担軽減と、適確な作業実行を可能にするロボ
ットへの教示方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、作業の
全体または一部の区間においてエンドイフェクタ先端が
作業対象物と特定の位置関係にある経路上を移動するこ
とによって加工が行なわれ、かつこの経路の一部もしく
は全部がある平面（以下、拘束面と記す）内にに含まれ
る場合の作業のロボットへの教示方法において、前記拘
束面および作業対象物の位置および方向を示す座標値を
作業対象物から３次元位置測定器を用いて測定する第１
の段階と、この測定結果から前記拘束面の位置および方
向と作業対象物上の点との関係を導き、作業対象物との
位置関係が明確な点もしくは線分を前記拘束面上に形成
する第２の段階と、前記拘束面上の、作業対象物との関
係が得られている点もしくは線分の位置および方向を各
作業対象物ごとにセンサーによって測定し、前記第２の
段階で得られた前記拘束面の位置および方向を修正する
第３の段階と、からなり、これらの手順によって前記作
業の経路を含む拘束面を決定することを特徴とするロボ
ットへの教示方法が提供される。

【００１３】

【作用】先ず、第１の段階では、作業対象物及び拘束面
の位置及び方向の座標値を３次元位置測定器で測定す
る。

【００１４】次に、第２の段階では、拘束面の位置及び
方向と、作業対象物の上の点との位置関係を明確化する
と共に、明確な位置関係を有する作業対象物上の点又は
線分を、拘束面上に形成する。

【００１５】続いて、第３の段階では、各作業対象物毎
に、明確な位置関係を有する作業対象物上の点又は線分
の位置及び方向の座標値をセンサーで測定すると共に、
第１の段階で得られた拘束面の位置及び方向の座標面を
修正する。

【００１６】以上の手順によって、各作業対象毎に作業
経路を含む拘束面が決定される。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００１８】図１は、一例として鋳造によって製造され
る鋳物の、ばりの発生状況の特徴を示したものである。

【００１９】図１において、１は鋳造製品である作業対
象物、２は作業対象物の周辺に発生しているばり、３は
作業対象物１を成形する際に用いた型のあわせ面（パー
ティング面）であり、ばり２は型の間に作業対象物１の
一部が流出して、この平面内に含まれるように発生す
る。

【００２０】４は、ばりが付着する作業対象物１の母材
面であり、パーティング面３に対して垂直である。

【００２１】５はばり２の作業対象物１への結合部であ
り、パーティング面３と母材面４との交線となり、パー
ティングラインとよばれる。

【００２２】６はパーティングライン５の１点における
ばり取り作業の方向性を示す座標系であり、ｘ軸はパー
ティング面３の垂直の方向、ｙ軸はパーティングライン
５の接線方向、ｚ軸はパーティング面３の面内に含ま
れ、母材面４と垂直な方向である。

【００２３】ばり取りのための工具刃面は座標系６のｘ
軸方向に位置決めされ、ばり取りの削り加工は、パーテ
ィング３の面内で、ｚ軸方向に向かって行なわれる。

【００２４】７は、その先端を測定対象物におしつける
ことによってその位置を測定する３次元位置測定器であ
る。

【００２５】１０、１１、１２、１３は、３次元位置測
定器７によって測定可能であり、かつ、頂点あるいは稜
線上の点である、などの理由によって、形状に特徴があ
り、視覚センサを用いた場合に検出が容易である作業対
象物１上の点である。

【００２６】これら各点の位置を３次元位置測定器７あ
るいは視覚センサで測定することにより作業対象物１の
位置と姿勢を決定することができる。

【００２７】２０、２１、２２は、パーティングライン
５に沿った点であり、やはり３次元位置測定器７によっ
て測定することによって、平面としてのパーティング面
３を決定することができる。

【００２８】３０は各点１０、１１、１２、１３および
２０、２１、２２等の、３次元位置測定器７によって測
定された位置情報を蓄積し、必要な座標の計算、修正
と、データの表示を行なう電子処理装置である。

【００２９】本発明においては、まず第１の段階とし
て、３次元位置測定器７を用いることにより、作業対象
物１について各点１０、１１、１２、１３を測定し、そ
の位置情報を電子処理装置３０に入力する。

【００３０】また、ばり２について、パーティングライ
ン５に沿った適当な３点２０、２１、２２を選択し、そ
の位置情報を３次元位置測定器７を用いて電子処理装置
３０に入力する。

【００３１】この３点２０、２１、２２の位置情報によ
りばり２を含む面としてのパーティング面３の位置、方
向値を情報を電子処理装置３０で計算する。

【００３２】このようにして、パーティング面３の方向
が明らかになることによって、座標系６に示す作業の方
向情報が明確になる。

【００３３】次に第２の段階として、電子処理装置３０
において、パーティング面３の位置、方向値と点１０、
１１、１２、１３の位置座標との関係を明らかにする。

【００３４】図１の例では、点１０、１２、１３で決定
される面の方向とパーティング面３の面方向との相対関
係（図の例では平行）および、点２０の、点１０と点１
１を結ぶ直線上の位置からパーティング面３と作業対象
物１の位置の関係を明確化する。

【００３５】この計算により、パーティング面３の方向
を点１０、１２、１３で決定される面の方向として与
え、また作業対象物との位置関係が明確にされた点２０
を拘束面としてのパーティング面３上に形成することに
よってパーティング面３の位置を与える。

【００３６】これらの関係により視覚センサにより測定
可能な、作業対象物１についてのいくつかの特徴点１
０、１１、１２、１３の位置座標を測定することによ
り、この座標値からパーティング面３の位置と方向が求
まり、パーティング面３を決定することが可能となる。

【００３７】この第１、第２の段階はばり取りを行なう
製品の１サンプルのみについて行なえばよい。

【００３８】図２はばりが同一平面上には存在せず、ば
りを含む面が複数の面によって構成される場合を示した
ものである。

【００３９】図２において、９は鋳造製品である作業対
象物、４０、４１、４２は、ばり２の個々の部分が含ま
れるそれぞれの拘束面を示す。

【００４０】５０は拘束面４０と４１の２つの平面の交
線を、５１は拘束面４１と４２の２つの平面の交線を示
す。

【００４１】５２、５３はそれぞれ交線５０、５１が母
材面４と交わる交点を示す。

【００４２】５４、５５、５６は５に沿って存在し、３
次元位置測定器７により測定可能な点である。

【００４３】本例では、交線５０、５１について、例え
ば点５５、５６で形成される直線を３次元位置測定器７
により測定することにより方向を、交点５２、５３につ
いてその位置を３次元位置測定器７により測定すること
によって、位置と方向を決定することができる。

【００４４】これにより、作業対象物９との位置関係が
明確な線分として交線５０、５１が拘束面４０、４１、
４２上に形成される。

【００４５】ここで６１、６２は交点５２の近傍の作業
対象物９の特徴点であり、視覚センサ等によって検出可
能な点である。

【００４６】同様に６３、６４は交点５３の近傍の作業
対象物９の特徴点である。

【００４７】そこで、点６１、６２と交点５２との位置
関係および特徴点６３、６４と交点５３との位置関係を
３次元位置測定器７によって測定しておくことにより、
視覚センサなどによって特徴点６１、６２及び６３、６
４を測定することによって交点５２、５３の位置を求め
ることが可能になる。この交点５２、５３、５４、５５
を交線５０、５１と組み合わせることによって、拘束面
４０、４１、４２の平面を決定することができる。

【００４８】図３は、図２における作業例の第３の段階
として、作業対象物９上の特徴点の位置を視覚センサに
よって測定し、その位置データを用いて第１の段階で測
定した拘束面の位置を製品ごとにそのばらつきに対応し
て修正し、その値に従って工具をばりに位置づけ、ばり
を研削して除去する過程を示している。

【００４９】図３において、３１はばり取り実行に用い
られるロボット、３２はロボット３１に取り付けられ、
作業対象物９の特徴的位置を測定することができる位置
測定器（センサー）である。

【００５０】この位置測定器３２は特徴点６１、６２、
６３、６４などの作業対象物９の特徴点を測定する機能
を有しており、この測定結果を図２の電子処理装置３０
に転送する。

【００５１】３３はばりとりを行なう研削工具であり、
ロボット３１は研削工具３３を位置決めすべき拘束面４
０、４１、４２についての位置、方向データを電子処理
装置３０より受信し、拘束面４０、４１、４２の面内で
図１におけるｚ軸方向に研削工具３３を押しつける力制
御を施すことによって研削工具３３をばり２の位置に位
置づける。

【００５２】本例では交線５０及び５１の方向は図２の
説明で述べた段階ですでに与えてある。

【００５３】ここでは位置測定器３２が動作し、特徴点
６１、６２を検出することによって交点５２を、特徴点
６３、６４を検出することによって、交点５３の位置を
測定する。

【００５４】これによって交線５０と５１が決定され
る。

【００５５】製品の拘束面方向のばらつきが小さい場合
には交線５０、５１とから、第２の段階で求めた拘束面
４０、４１、４２の位置データを平行移動修正するのみ
で求めても誤差は小さい。

【００５６】また製品の拘束面方向のばらつきが大きい
場合には、作業対象物９の６５、６６あるいは６７、６
８などの特徴点測定から点５５、５４などの位置を追加
取得することによって、これらを交線５０、５１に組み
合わせて拘束面４０、４１、４２の各面を確定すること
ができる。

【００５７】このように、本例では位置測定器３２を用
いて個々の製品ごとに、ばりを含むパーティング面の位
置を、代表点のみを再測定することによって効率的に修
正し、拘束面と垂直方向の位置決めを高精度化すること
が可能となり、そのデータに基づいて研削工具３３を移
動させ、ばり取り作業を実行する。

【００５８】図４は以上のような本発明による手順を示
すフローチャートである。

【００５９】すなわち、ステップ１では、作業対象物及
び拘束面の位置及び方向の座標値を３次元位置測定器で
測定する。（上記第１の段階に相当）ステップ２では、
拘束面の位置及び方向と、作業対象物の上の点との位置
関係を明確化する。

【００６０】ステップ３では、明確な位置関係を有する
作業対象物上の点又は線分を、拘束面上に形成する。
（以上、上記第２の段階に相当）ステップ４では、各作
業対象物毎に、明確な位置関係を有する作業対象物上の
点又は線分の位置及び方向の座標値をセンサーで測定す
る。

【００６１】ステップ５では、ステップ１で得られた拘
束面の位置及び方向の座標値を修正する。（以上、上記
第３の段階に相当）ステップ６では、以上の手順によっ
て各作業対象毎に作業経路を含む拘束面が決定される。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のロボットへ
の教示方法によれば、ばり取りを例とした場合、ばりを
含む平面としてとらえ、その有無に関わらずその存在位
置を教示でき、その代表点について個々の製品ごとに位
置修正を施すことによって、簡単かつ正確な教示が可能
となり、またばりを含む面の方向性を明らかにすること
により、研削作業についての力の方向性を明確にするこ
とができる、等の利点が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例として鋳造によって製造される鋳
物の、ばりの発生状況の特徴を示す図。

【図２】本発明の他の例としてばりが同一平面上には存
在せず、ばりを含む面が複数の面によって構成される場
合を示す図。

【図３】本発明の実施例としてばりを研削して除去する
場合の作業を示す図。

【図４】本発明の手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１、９…作業対象物、 ２…ばり ３（４０、４１、４２）…パーティング面（拘束面）、 ４…母材面 ５…パーティングライン、 ６…座標系、 ７…３次元位置測定器、 １０、１１、１２、１３、６１、６２、６３、６４、６
５、６６、６７、６８…特徴点、 ３０…電子処理装置、 ３１…ロボット ３２…位置測定器（センサ）、 ３３…研削工具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 目黒 真一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 岩城 敏 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−208606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−208605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193755（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−270078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−81025（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−134684（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102919（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−99378（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−99377（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−100117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−191562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−286904（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−74982（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−36185（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 31/00 B25J 9/10 B25J 9/22 B25J 13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業の全体または一部の区間においてエ
   ンドイフェクタ先端が作業対象物と特定の位置関係にあ
   る経路上を移動することによって加工が行なわれ、かつ
   この経路の一部もしくは全部がある平面（以下、拘束面
   と記す）内にに含まれる場合の作業のロボットへの教示
   方法において、 前記拘束面および作業対象物の位置および方向を示す座
   標値を作業対象物から３次元位置測定器を用いて測定す
   る第１の段階と、 この測定結果から前記拘束面の位置および方向と作業対
   象物上の点との関係を導き、作業対象物との位置関係が
   明確な点もしくは線分を前記拘束面上に形成する第２の
   段階と、前記 拘束面上の、作業対象物との関係が得られている点
   もしくは線分の位置および方向を各作業対象物ごとにセ
   ンサーによって測定し、前記第２の段階で得られた前記
   拘束面の位置および方向を修正する第３の段階と、 からなり、これらの手順によって前記作業の経路を含む
   拘束面を決定することを特徴とするロボットへの教示方
   法。