JP3175419B2 - 加工経路追従装置 - Google Patents

加工経路追従装置

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JP3175419B2
JP3175419B2 JP21410093A JP21410093A JP3175419B2 JP 3175419 B2 JP3175419 B2 JP 3175419B2 JP 21410093 A JP21410093 A JP 21410093A JP 21410093 A JP21410093 A JP 21410093A JP 3175419 B2 JP3175419 B2 JP 3175419B2
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眞一 目黒
潔 野中
忠 毛利
透 金子
幸司 大谷
直樹 武川
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、センサによって加工経
路を検出し、その情報に基づいて工具を高精度に経路に
追従させるための加工経路追従装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来この種の加工経路追従装置として
は、例えば、特開昭63−114853号公報に開示さ
れている、センサによる自動加工ならいを行う自動加工
装置がある。
【0003】この例では、図3に示した溶接ロボット装
置に適用する場合について説明している。すなわち、図
4(a)は、ロボット11の視覚センサ15が画像処理
装置16で捕捉した溶接線WL上の検出点P1 、P2
3 …Pj …Pn を示しており、これら検出点は座標変
換装置17により、ロボット座標系上の位置データ(改
めてP1 、P2 、P3 …Pj …Pn とする)に座標変換
されて図3で説明するFIFO装置(先入先出方式の記
憶装置)18に図4(b)に示すように格納されてい
る。この格納に際しては移動経路補間情報が付加され
る。今、溶接トーチ13は検出点P1 に到着したところ
であるとし、この時刻をt1 、溶接トーチ13の移動速
度をv(mm/sec)とする。溶接トーチ13が検出
点P1 に到着すると、 [1] ロボット制御装置19は、次の検出点の位置デ
ータP2 をFIFO装置18から読み込み、検出点P1
−P2 間の溶接トーチ13の移動経路L12を所定の補間
式に基づき図4(c)に示すように特定する。
【0004】[2] 上記移動経路L12が特定される
と、該移動経路L12を図4(c)に示すように1、2、
3…NのN個の移動目標点にN分割する。各分割点の座
標をP1 、P2 、P3 …Pn とする。
【0005】[3] 移動経路L12上の移動目標点
1 、P2 、P3 …PN (=P)の設定が終わると、1
制御周期T0 毎に次に溶接トーチ13が進むべき分割経
路(以下、移動ベクトルという)
【数1】 即ち、移動ベクトル
【数2】 を演算する。
【0006】[4] 上記移動ベクトル
【数3】 の演算が終わると、現在位置P=P1 に移動ベクトル
【数4】 を加算した位置ベクトル
【数5】 を次の移動目標点として関節角変換置20に送出する。
関節角変換装置20は位置ベクトル
【数6】 を関節角変換マトリクス
【数7】 によって関節角ベクトル
【数8】 に変換する。
【0007】[5] このようにして、溶接トーチ13
が検出点P2 に到着すると、次の溶接線位置データP3
をFIFO装置18から読み込み、上記[1]〜[4]
の演算を実行する。以後、この動作が繰り返される。
【0008】以上説明したように、この装置は、相隣な
る2つのセンサ検出点間の工具経路を演算により特定し
て、これに基づいて移動目標値を設定することにより、
工具を位置制御しようとするものである。このような方
法では、相隣なる2つのセンサ検出点を用いるという性
質上、たとえどちらか1点の検出データに誤りがあった
り、あるいは大きな検出誤差がある場合には、特定され
た経路そのものが本来の加工線とは大きく異なったもの
となるため、結果的に誤った目標に工具を制御すること
になる。したがって、信頼性に一定の限界のあるセンサ
によって検出された位置を確定情報として用いるこのよ
うな方法は、装置としても十分な信頼性を確保できない
という本質的な欠点を有する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、従来の技術では、センシングの
信頼性低下やセンサ誤動作に対応して確からしい経路を
信頼度高く推定する手段を何ら提供していないために、
マニピュレータを経路に高精度に追従させることが困難
であったという点を解決し、工具を高精度に加工経路に
追従させることが可能な加工経路追従装置を提供するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために本発明の加工経路追従装置は、対象を加工す
るための工具と、前記工具に先立ち加工経路を検出する
レーザセンサと、前記の工具およびレーザセンサを保持
するマニピュレータとを具備し、前記レーザセンサによ
って検出した情報に基づいて加工経路に工具を追従させ
るようにマニピュレータを移動させる加工経路追従装置
であって、前記レーザセンサによって検出した情報を処
理して得られる加工経路断面データから、加工経路上の
検出点座標を表す位置ベクトルと加工経路断面形状を特
徴付ける方向ベクトルとの両者で構成される観測点ベク
トル、ならびにレーザパワ変動や信号レベル変動あるい
は算出された観測点ベクトルの前サンプルからの変動の
大小などからセンサ情報の確からしさを表す信頼度のそ
れぞれを、マニピュレータの移動に対応して逐次算出
る手段と、前記算出された複数の観測点ベクトル群を
記同時に算出されたそれぞれの信頼度で重み付けするこ
とにより、直前に生成された区間の経路関数との間での
所定の接続条件を満足するような次区間の経路関数を生
成する手段と、前記生成された経路関数および予め与え
られた工具の経路追従条件に基づいて工具の位置姿勢軌
道を決定し、これらの手順を逐次行うことによ加工経
路に工具が連続的に追従し得るようマニピュレータを動
作させる手段を有することを特徴とするものである。
【0011】
【0012】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
【0013】図1は本発明の第1の実施例を示す図であ
って、図1中、1はマニピュレータ先端に装着されたセ
ンサヘッド101よりなるセンサ部で、例えば光切断形
のレーザレンジセンサとする。2は信号処理部、3は形
状識別部、4は経路生成部、5はメモリ部、6は運動制
御部、7はマニピュレータであり、8は溶接トーチなど
の加工工具、9は重ね断面などで代表される識別可能な
加工経路、10は加工ワークである。
【0014】次に、マニピュレータ初期動作について説
明する。
【0015】加工経路9上の作業点の位置と姿勢がそれ
ぞれ経路関数で表現可能な作業を考える。このときマニ
ピュレータ7は、経路パラメータs=si-1 からs=s
i までの区分的な経路を表すi番目の任意の経路関数P
(si )および姿勢の経路関数Q(si )に基づいて与
えられる所定の軌道に沿って、ワーク上の加工経路9に
所定の相対位置姿勢で工具8を位置づけるように制御さ
れている。
【0016】センサ部1では、このとき、工具8に先立
ち進行するようにマニピュレータ7の手先に保持される
センサヘッド101が加工経路9を走査することによっ
てセンサデータを取得する。光切断形のレーザセンサな
どのセンサ部1を用いることにより、加工経路9の断面
データを高精度に検出できる。
【0017】信号処理部2では、センサデータをフィル
タ処理することにより、高精度な2次元断面データを算
出する。この時同時に、レーザパワ変動、信号レベル変
動などの主要な情報に基づいてセンサデータの信頼度を
算出する。
【0018】形状識別部3では、断面データから、セン
サ座標系における経路特徴点の位置ベクトルおよびその
点の方向ベクトルを算出し、それぞれ観測点ベクトルu
i+mおよびvi+m とする。例えば経路の断面形状の溝部
がV形パタンと近似されるような溝加工作業では、溝部
を構成する2つの稜線の交点を特徴点とみなすことがで
き、したがってこの交点の位置ベクトル、さらに一方の
稜線を基準とすれば、断面を特徴づける方向ベクトルを
決定できる(図2参照)。なお形状識別部3でも、例え
ば算出した観測点ベクトルの前サンプルからの変動の大
小などを監視することにより、信頼度を算出することが
できる。
【0019】経路生成部4では、マニピュレータ7の位
置情報を用いて、観測点ベクトルを基準点座標へと変換
する。例えば、観測点の位置ベクトルuは基準座標系の
ベクトルUへと変換する。このようにして、既に同様な
手順で観測・計算・変換されてメモリ部5に格納されて
いる観測点ベクトルと合わせた観測点ベクトル群U
i+1,…, i+m を、例えば最小自乗法を用いた多項式
関数などで適合する。このとき、経路関数P(Si )の
s=si における終端条件、例えば位置ベクトルあるい
は接線ベクトルなどと連続になるようにするとともに、
各観測点ベクトルは同時に付与される信頼度で重み付け
する。このようにして生成した経路関数について、s=
i からs=si+1 までの区間について、区分的な経路
関数を改めて(i+1)番目の経路関数P(si+1 )と
して採用する。観測点の方向ベクトルvについても同様
に経路関数Q(si+1 )を作成する。
【0020】以上の手順によって、生成された加工経路
9上の任意点において、経路方向の接線ベクトル、およ
びこの接線ベクトルに垂直でかつ経路断面内で溝形状を
特定できる方向ベクトルが改めて決定される。
【0021】メモリ部5は生成された区分的な経路関数
パラメータを、経路パラメータsに対応するマニピュレ
ータ7の動作情報とともに順次記憶しておき、指令に基
づいてマニピュレータ7の運動制御部6に順次送り込
む。
【0022】最後の運動制御部6では、生成された経路
関数を用いて求めた経路9上の任意の点における接線と
法線を参照しつつ、加工経路9と加工工具8の相対的な
位置および速度などを規定する作業条件に基づいて、マ
ニピュレータ7に装着された加工工具8の連続的な位置
姿勢軌道を決定し、これを目標値としてマニピュレータ
7を動作させる。
【0023】以上の手順を順次繰り返すことにより、生
成経路は逐次的に接続され、その結果、加工工具8は所
定の加工経路9に滑らかに追従することになる。
【0024】なお追従開始点については、加工経路9の
開始近傍に予め1つ以上の経路関数を設定しておき、こ
れに対してセンサ部1によって生成された経路を接続す
るようにすればよい。また、仮に検出されたセンサ情報
の信頼度が0に等しい場合には、それを用いた経路生成
を行なわず、その区間は前区間の経路関数をそのまま用
いることもできる。
【0025】このような構造になっていることから、セ
ンサ部1が間欠点に誤ったデータを検出した場合でも、
データと同時に算出される信頼度に基づいて確からしい
経路が推定され、この結果として常に高精度なマニピュ
レータ軌道が決定されるという効果が生じる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、セン
サが間欠的に誤ったデータを検出した場合でも、データ
と同時に算出される信頼度に基づいて確からしい経路が
推定され、この結果として常に高精度なマニピュレータ
軌道が決定されることから、従来のように信頼性の高い
経路生成手段を何ら提供していないために工具の高精度
な経路追従が阻害されるということがなく、高信頼かつ
高精度な加工経路追従装置が実現されるという効果が生
じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図2】本発明に係るセンシングによる観測点ベクトル
の一例を示す概念図である。
【図3】従来の溶接ロボット装置を示す構成説明図であ
る。
【図4】図3の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1…センサ部、2…信号処理部、3…形状識別部、4…
経路生成部、5…メモリ部、6…運動制御部、7…マニ
ピュレータ、8…加工工具、9…加工経路、10…加工
ワーク、11…ロボット、13…溶接トーチ、15…視
覚センサ、16…画像処理装置、17…座標変換装置、
18…FIFO装置、19…ロボット制御装置、20…
関節角変換装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 忠 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 金子 透 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 大谷 幸司 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 武川 直樹 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59−177609(JP,A) 特開 平2−294015(JP,A) 特開 平5−324036(JP,A) 特開 昭60−262214(JP,A) 特開 昭63−114853(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/10 B25J 13/08 B23K 9/127 509 G05B 19/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象を加工するための工具と、前記工具
    に先立ち加工経路を検出するレーザセンサと、前記の工
    具およびレーザセンサを保持するマニピュレータとを具
    備し、前記レーザセンサによって検出した情報に基づい
    て加工経路に工具を追従させるようにマニピュレータを
    移動させる加工経路追従装置であって、前記レーザセンサによって検出した 情報を処理して得ら
    れる加工経路断面データから、加工経路上の検出点座標
    を表す位置ベクトルと加工経路断面形状を特徴付ける方
    向ベクトルとの両者で構成される観測点ベクトル、なら
    びにレーザパワ変動や信号レベル変動あるいは算出され
    た観測点ベクトルの前サンプルからの変動の大小などか
    らセンサ情報の確からしさを表す信頼度のそれぞれを、
    マニピュレータの移動に対応して逐次算出する手段と、
    前記算出された複数の観測点ベクトル群を前記同時に算
    出されたそれぞれの信頼度で重み付けすることにより、
    直前に生成された区間の経路関数との間での所定の接続
    条件を満足するような次区間の経路関数を生成する手段
    と、前記生成された経路関数および予め与えられた工具
    の経路追従条件に基づいて工具の位置姿勢軌道を決定
    し、これらの手順を逐次行うことによ加工経路に工具
    が連続的に追従し得るようマニピュレータを動作させる
    手段を有することを特徴とする加工経路追従装置。
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