JP3208722B2 - マニピュレータ用追従装置及び追従制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータに保持
された工具を加工経路に沿って高精度に追従動作させる
ためのマニピュレータ用追従制御方法及びその実施に直
接使用するマニピュレータ用追従装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接や塗装、シーリングなどで
は、対象物（ワーク）の表面にある加工線に沿って工具
を高速度で追従させることにより、所定の作業を達成す
る。このような作業のための追従装置としては、多くの
場合教示再生型のロボットが用いられてきた。

【０００３】このような従来の追従装置では、加工経路
に沿って工具が移動するように、比較的低速な教示速度
条件でロボットを逐次動作させ、作業時に工具が経由す
べき教示点位置を決めていく。

【０００４】図面を用いて従来の技術を説明する。図１
０はマニピュレータ用追従装置の概念図、図１１は従来
の追従装置のシステム構成図である。図中、Ａは従来の
追従装置、１は多関節型マニピュレータ、２はマニピュ
レータ１の手先につけられたレーザ溶接や塗装やシーリ
ング作業等に供せられる工具、３は作業対象物たる作業
ワーク、４は加工経路、５はマニピュレータ１の制御
部、６は制御部５内の軌道生成部、７は制御部５内の教
示データ記憶部、８はティーチングペンダントである。

【０００５】図１０及び図１１に示すような例は、例え
ば、ロボット工学ハンドブック（コロナ社，１９９０，
ｐｐ５２２−５２９）に開示されている。このような追
従装置Ａにおいて、主に用いられている教示法は、多関
節型マニピュレータ１等の動作方向等に対応した押しボ
タン類を備えたティーチングペンダント８等のティーチ
ング装置によるリモートティーチ法である。

【０００６】このリモートティーチ法を用いた教示デー
タ修正方法について図面を参照しながら説明する。追従
装置Ａのオペレータは、ティーチングペンダント８を用
いて工具２を作業ワークの加工経路４に工具２の先端あ
るいは工具２から一定距離離した位置に位置づけ、その
時の多関節型マニピュレータ１の先端の位置・姿勢座標
を入力し、これを教示データとして制御部５内の教示デ
ータ記憶部７へ送る。この処理を加工経路４に沿って所
望の回数だけ多関節型マニピュレータ１を動作させ、取
得する。

【０００７】教示データを全て作成した後、全教示デー
タを制御部５内の教示データ記憶部７から軌道生成部６
へ送る。軌道生成部６では、この教示データに基づき教
示点間をなめらかに動作するように軌道を生成し、生成
した軌道データを多関節型マニピュレータ１へ送って追
従装置Ａを動作させる。

【０００８】この場合、まず最初に適当な教示速度（低
速）で多関節型マニピュレータ１を動作させるととも
に、工具２を作用させて実作業を行い、工具２先端の軌
道が前記で設定した教示点を通過するか否かのチェック
を目視あるいは作業状態から判断する。

【０００９】この結果、作業条件の速度での工具２の軌
跡が、教示速度での軌跡との間に著しく偏差があると判
断した場合は、オペレータはこの偏差を僅少にするた
め、各教示点での修正量を適当にあるいは過去の経験則
から見積もって、ティーチングペンダント８を使って、
教示点データを修正する。

【００１０】そしてこのデータを教示データ記憶部７へ
再度送り、軌道生成部６により軌道データを生成して多
関節型マニピュレータ１を動作させ、修正後の軌道を確
認する。以上の作業を必要回数繰り返して、作業条件で
の速度での多関節型マニピュレータ１の工具２先端軌道
が加工経路４とほぼ一致するまで実行し、作業ワーク３
に対して加工を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の方
法においては、次のような問題点が存在した。すなわ
ち、多関節型マニピュレータ１の目的の動作がアーク溶
接等の、極めて低速な追従動作しか要求しない場合に
は、多関節型マニピュレータ１も教示点をほぼ通過する
ため、大きな問題は生じない。

【００１２】しかし、レーザ溶接や塗装などのように、
実際の作業速度が教示速度よりも顕著に大きな速度で多
関節型マニピュレータ１が動作する必要がある場合に
は、多関節型マニピュレータ１の非線形ダイナミクスの
影響や、制御部５内の軌道生成部６による補間軌道生成
法などの影響によって、一般に工具２は教示時に定めた
経由点すなわち教示点から大きくそれた点を通過するこ
とになる。

【００１３】ここで問題となる工具２の加工経路４から
の軌跡ずれは、実際の作業速度条件下での動作ではじめ
て顕在化するため、作業の能率向上の点からもきわめて
やっかいな問題である。

【００１４】このようなことから、実際には作業前に、
作業速度条件において多関節型マニピュレータ１を試行
動作させ、その時の工具２軌跡をオペレータが目視で確
認し、目標経路（＝加工経路４）からの軌跡ずれを僅少
にするように、予め与えた教示点を修正し、以下この手
順を所定の教示精度が得られるまで繰り返すことにな
る。

【００１５】このように、従来の追従装置Ａでは、一般
に高速追従作業を高精度に行うためには、事前に教示修
正動作に多大な時間と労力がかかり、作業コストを大き
く増大させてしまうという大きな欠点があった。また、
目視で行う修正そのものが精度を確保することが困難で
あるという問題点を有していた。そして、目視による確
認あるいはオペレータの経験則からの教示データ修正で
あるため、オペレータの熟練度で熟練者と非熟練者では
作業能率にも大きな違いが生じるという問題点もある。

【００１６】ここにおいて、本発明の主要な解決すべき
課題を以下に列挙する。本発明の第１の課題は、レーザ
溶接や塗装等における教示時と作業時の速度の違いによ
る軌跡ずれを修正する作業を短時間・高精度で実行する
マニピュレータ用追従装置及び追従制御方法を提供せん
とするものである。

【００１７】本発明の第２の課題は、目視によらない教
示データの自動修正動作を行うことの可能なマニピュレ
ータ用追従装置及び追従制御方法を提供せんとするもの
である。

【００１８】本発明の第３の課題は、オペレータの熟練
度に頼らない教示データの自動修正動作を行うことが可
能なマニピュレータ用追従装置及び追従制御方法を提供
せんとするものである。

【００１９】本発明の第４の課題は、工具走行時の作業
速度条件と教示速度条件下での工具位置の偏差を可及的
に僅少化可能とするマニピュレータ用追従装置及び追従
制御方法を提供せんとするものである。

【００２０】本発明のその他の課題は、明細書及び図
面、特に特許請求の範囲の記載から自ずと明らかになる
であろう。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を採用
することにより達成される。すなわち、本発明装置の第
１の特徴は、１つ以上のマニピュレータと、当該マニピ
ュレータに指令を与えて動作させる制御部と、前記マニ
ピュレータの手先に保持された工具とから構成され、作
業仕様に基づいて当該工具が加工経路に沿って走行動作
する経路追従装置において、前記制御部内に、予め与え
られた作業仕様及び作業対象物上で前記マニピュレータ
を動作させるための教示データを別個の教示データ入力
部を通して入力・作成して記憶する教示データ記憶部
と、当該教示データ記憶部で作成・記憶された教示デー
タに基づいて教示軌道を作成して前記マニピュレータに
指令を与える軌道生成部と、教示速度条件下と作業速度
条件下における当該教示軌道に沿ってその開始点から最
終点のそれぞれの前記工具位置の各教示点位置と各教示
対応点を演算する対応点検出部と、当該対応点検出部か
らの当該教示点位置と各教示対応点位置との偏差量を演
算し、当該偏差量を用いて前記教示データを修正するか
新たな教示データを生成する偏差修正部と、を具備し、
偏差修正部が、対応点検出部からの教示点と教示対応点
の偏差量を演算する偏差量演算部と、当該偏差量を記憶
する偏差量記憶部と、当該記憶された偏差量が一定の収
束幅内に収まっているかどうかを判定する偏差量収束判
定部と、当該収束幅内ならば前記偏差量を用いて前記教
示データを修正し、当該収束幅外ならば新たな教示デー
タを生成する教示データ修正部と、で構成してなるマニ
ピュレータ用追従装置である。

【００２２】本発明装置の第２の特徴は、１つ以上のマ
ニピュレータと、当該マニピュレータに指令を与えて動
作させる制御部と、前記マニピュレータの手先に保持さ
れた工具とから構成され、作業仕様に基づいて当該工具
が加工経路に沿って走行動作する経路追従装置におい
て、前記マニピュレータの前記工具近傍にセンサを設定
し、前記制御部内に、予め与えられた作業仕様及び作業
対象物上で前記マニピュレータを動作させるための教示
データを別個の教示データ入力部を通して入力・作成し
て記憶する教示データ記憶部と、当該教示データ記憶部
で作成・記憶された教示データに基づいて教示軌道を作
成して前記マニピュレータに指令を与える軌道生成部
と、教示速度条件下と作業速度条件下における当該教示
軌道に沿ってその開始点から終了点のそれぞれの前記工
具位置の各教示点と各教示対応点を演算する対応点検出
部と、前記センサにより前記加工経路を検出し前記各教
示点に対する各特徴点として処理・記憶するセンサ処理
部と、前記教示データ記憶部に記憶されている教示デー
タと当該センサ処理部の特徴点データとの偏差１データ
と、前記対応点検出部の教示対応点データと前記センサ
処理部の前記特徴点データとの偏差２データを並行演算
記憶処理する偏差演算・記憶部と、当該偏差演算・記憶
部からの同時並行処理した前記両偏差１，２データを同
時並行入力してその相互差を算出した偏差量を用いて教
示データを修正する偏差修正部と、を具備してなるマニ
ピュレータ用追従装置である。

【００２３】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第２の特徴における前記センサ処理部が、フィルタ
リング等の前処理を行う前処理部と、当該前処理部で処
理されたデータから加工経路上の特徴点座標を検出する
特徴点検出部と、当該特徴点検出部で検出された座標を
センサ独自のセンサ座標系からマニピュレータ全体に共
通するワールド座標系に変換して出力する座標変換部
と、から構成されてなるマニピュレータ用追従装置であ
る。

【００２４】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第２又は第３の特徴における前記対応点検出部が、
教示速度条件下における教示データで与えられる教示時
工具位置の位置に設定された開始点からの工具の教示軌
道に沿った走行距離である教示点距離を演算する教示点
距離演算部と、当該演算結果を記憶する教示点距離記憶
部と、作業速度条件下における前記開始点から前記教示
点距離近傍まで走行した時点での前記工具先端座標を演
算する工具先端座標演算部と、当該演算結果を記憶する
工具先端座標記憶部と、前記教示点距離記憶部と当該工
具先端座標記憶部とからの前記両記憶演算結果を並行同
時入力して、前記各教示点に対する各教示対応点を演算
する対応点演算部と、で構成されてなるマニピュレータ
用追従装置である。

【００２５】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第２，第３又は第４の特徴における前記偏差演算・
記憶部が、センサ処理部からの特徴点データと教示デー
タ記憶部からの教示データとを同時並行入力して相互間
の偏差１データを求める偏差１演算部と、当該偏差１デ
ータを記憶出力する偏差１記憶部と、対応点検出部から
の教示対応点データと前記センサ処理部からの特徴点デ
ータとを同時並行入力して相互間の偏差２データを求め
る偏差２演算部と、当該偏差２データを記憶出力する偏
差２記憶部と、で構成されてなるマニピュレータ用追従
装置である。

【００２６】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第２，第３第，第４又は第５の特徴における前記偏
差修正部が、偏差演算・記憶部からの偏差１データと偏
差２データとを同時並行入力して相互の偏差量を演算す
る偏差量演算部と、当該偏差量を記憶する偏差量記憶部
と、当該記憶された偏差量が一定の収束幅内に収まって
いるかどうかを判断する偏差量収束判定部と、当該収束
幅内ならば前記偏差量を用い教示データを修正し、当該
収束幅外ならば新たな教示データを生成する教示データ
修正部と、で構成してなるマニピュレータ用追従装置で
ある。

【００２７】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第２，第３，第４，第５又は第６の特徴における前
記工具が、レーザ溶接、塗装、シーリングの作業工具で
あるマニピュレータ用追従装置である。

【００２８】本発明方法の第１の特徴は、手先に工具を
保持した１つ以上のマニピュレータに指令を与えて、予
め作業仕様を入力して得られる教示データに基づいて制
御動作させ、当該工具を加工経路に沿って走行動作する
際、教示速度条件下における教示位置の各教示点に対応
する作業速度条件下における作業時工具位置の各教示対
応点を演算・検出した後において、教示点と教示対応点
との偏差量を求め、当該偏差量が収束幅に収まらない場
合には、当該偏差量に修正緩和行列を乗算したデータを
教示データに加えて新たな教示データとすることによ
り、前記予め作業仕様を入力して得られる教示データを
修正して、マニピュレータを制御し所定の作業精度を得
る方法であって、前記各教示対応点の演算・検出が、前
記作業仕様の前記教示速度条件下における前記教示デー
タで与えられる教示点工具位置の任意に開始された開始
点からの工具の教示軌道に沿った走行距離である教示点
距離と、前記作業速度条件下において前記開始点からの
工具先端座標から演算された前記教示対応点の経路距離
とから求められる両経路長を、相互比較演算することに
より得られる収縮率により、前記各教示点に対応する前
記各教示対応点の作業時工具位置を求めてなるマニピュ
レータ用追従制御方法である。

【００２９】本発明方法の第２の特徴は、手先に工具を
保持した１つ以上のマニピュレータに指令を与えて、加
工経路を検出しながら予め作業仕様を入力して得られる
教示データに基づいて制御動作させ、当該工具を前記加
工経路に沿って走行動作するに当り、教示速度条件下に
おける教示位置の各教示点に対応する作業速度条件にお
ける作業時工具位置の各教示対応点を演算検出すると共
に、前記加工経路上の前記各教示点に対する各特徴点を
検出・記憶・変換した後において、特徴点データと教示
データとの偏差１データ、及び特徴点データと教示対応
点データとの偏差２データをそれぞれ同時並行して演算
して、偏差１データと偏差２データとの偏差量を求め、
当該偏差量が許容範囲内に収まっていれば、当該教示デ
ータを確定し、収まっていなければ、当該偏差量に修正
緩和行列を乗算したデータを教示データに加えて新たな
教示データとすることにより、前記予め作業仕様を入力
して得られる教示データを修正して、マニピュレータを
制御し所定の作業精度を得てなるマニピュレータ用追従
制御方法である。

【００３０】本発明方法の第３の特徴は、本発明方法の
第２の特徴における前記各教示対応点の演算・検出が、
作業仕様の教示速度条件下における教示データで与えら
れる当該教示点工具位置の任意に開始された開始点から
の前記工具の教示軌道に沿った走行距離である教示点距
離と、作業速度条件下において前記開始点からの工具先
端座標から演算された前記教示対応点の経路距離とから
求められる両経路長を、相互比較演算することにより得
られる収縮率により、前記各教示点に対応する前記各教
示対応点の作業時工具位置を求めてなるマニピュレータ
用追従制御方法である。

【００３１】本発明方法の第４の特徴は、本発明方法の
第２又は第３の特徴における前記偏差１データと偏差２
データの並行演算が、教示データと特徴点データと教示
点対応データのそれぞれの位置ベクトルの差であるマニ
ピュレータ用追従制御方法である。

【００３２】

【作用】本発明は、前記のような新規な手段及び手法を
講ずるので、従来、オペレータが経験則に頼ってきた作
業速度における教示データと軌道との偏差の修正処理を
コンピュータ上において一定ルール則で実行することに
より、教示の負荷の軽減を図ることが可能であるととも
に作業全体の低コスト化が図れる。

【００３３】

【実施例】（装置例１） 本発明の第１の装置例を図面につき説明する。図１は作
業条件でロボットを動作させたときの教示データとの偏
差を作業時の工具座標データを用いて修正する本装置例
のシステムブロック構成図である。

【００３４】図中、Ｂは本装置例の追従装置、５′は本
装置例の制御部、９は作業速度条件での動作実行時に教
示データとの対応点を検出する対応点検出部、１０は対
応点検出部９内の教示点距離演算部、１１は教示点距離
記憶部、１２は工具先端座標演算部、１３は工具先端座
標記憶部、１４は対応点演算部、１５は偏差修正部、１
６は偏差修正部１５内の偏差量演算部、１７は偏差量記
憶部、１８は偏差量収束判定部、１９は教示データ修正
部である。なお図中、前記従来例と同一の部材には、同
一の符号を付した。

【００３５】本装置例の追従装置Ｂは、多関節型マニピ
ュレータ１と、当該多関節型マニピュレータ１の制御を
行う制御部５′と、作業仕様と対象ワーク３形状に基づ
いて教示データを入力するティーチングペンダント８か
ら構成されている。なお、以後でいう「教示データ」と
は、デカルト空間におけるロボット（本装置例において
は、多関節型マニピュレータ１）の工具２先端での３次
元の位置・姿勢データ及び作業速度等の作業条件を含む
データである。

【００３６】この制御部５′は、工具２を加工経路４に
沿って動作させるために入力された教示データを記憶す
る教示データ記憶部７、当該教示データに基づいて工具
２のデカルト空間での軌道さらにそれを実現するための
各関節の軌道を生成する軌道生成部６、作業速度実行時
に教示データとの対応点を検出する対応点検出部９、当
該対応点検出部９からのデータに基づいて偏差を検出し
教示データを修正する偏差修正部１５とから構成されて
いる。

【００３７】（方法例１） 本装置例は、前記のような具体的実施態様を呈するが、
次に本装置例に適用する本発明の第１の方法例の実行手
順を、図面を参照して説明する。図２及び図３は、教示
データに対する作業時の対応点の演算方法と教示データ
の修正方法の原理をそれぞれ説明する概念図、図４及び
図５は各々処理の手順を示すフローチャートである。

【００３８】まず、教示点の対応点の検出方法について
説明する。最初に、図１において、ティーチングペンダ
ント８を使い入力した教示データに基づいて軌道生成部
６で生成された教示軌道に従って、教示速度で多関節型
マニピュレータ１を動作させる。

【００３９】その際、デカルト空間での工具２軌道に沿
った教示点距離を、教示点距離演算部１０により逐次計
算するとともに、各教示データでの教示点距離を教示点
距離記憶部１１へ記憶する。

【００４０】次に、作業速度条件で、前記教示軌道に従
って多関節型マニピュレータ１を動作させ、作成した教
示データの確認を行う。この時、工具２の先端座標を工
具先端座標演算部１２で計算し、工具先端座標記憶部１
３で記憶する。

【００４１】そして、前記教示点距離記憶部１１及び工
具先端座標記憶部１３からの両データを用いて、対応点
演算部１４で各教示点に対する作業速度条件下での対応
点座標を決定する。この具体的な実行とそのステップを
図２及び図４を用いて説明する。

【００４２】図２において、２０は教示データによって
作成された教示軌道、２１はこの教示データにより作業
速度で多関節型マニピュレータ１を動作させた時の工具
２先端座標の軌跡である。

【００４３】ここで ^jＱ_i は教示点、 ^jＱ_i ' は多関節
型マニピュレータ１を作業速度で動作させた時の教示対
応点、 ^jＰ_i ， ^jＰ_i ' はそれぞれのポイントにおける
位置ベクトル、 ^jＳ_i ， ^jＳ_i ' はそれぞれ教示速度条
件下及び作業速度条件下における作業開始点からの各教
示点 ^jＱ_i ， ^jＱ_i ' の教示点距離及び教示対応点距離
を示す。なお、ｉは教示点番号、ｊは修正教示回数を表
す。

【００４４】

【外１】

【００４５】

【外２】

【００４６】次に、終了点であるかどうかを判断し［図
４のステップIII ］、終了点であるならば、式（１），
（２）より、加工経路４方向の距離の伸縮率αを以下の
式（３）で計算する［図４中のステップIV］。 α ＝ ^jＳ_n’/ ^jＳ_n （３）

【００４７】このαを用いて各教示点までの教示点距離
より、 ^jＳ_n に対応する作業速度条件下での教示対応点
距離 ^jＳ_i ' を、 ^jＳ_i’＝ α ^jＳ_i （４） により算出し、作業速度条件下において教示対応点 ^jＳ
_n ' に最も近接する教示点を ^jＱ_i ' ，その時の位置ベ
クトルを ^jＰ_i ' と対応付ける［図４のステップＶ］。
このような方法で教示対応点を全ての教示点に対して求
める［図４のステップＶＩ］。

【００４８】次に、教示対応点の偏差から教示データを
修正する方法について収束判定法を図３及び図５を参照
して説明する。図１において、偏差修正部１５は対応点
演算部１４から出力された各教示点との各教示対応点の
位置ベクトルから各教示点での偏差ベクトルを偏差量演
算部１６で計算する［図５のステップＩ］とともに、当
該偏差を偏差量記憶部１７に記憶する。

【００４９】そして、各偏差に対して偏差収束判定部１
８において偏差が指定範囲に入ったかどうかの判定を行
う［図５のステップII］。各偏差が全て収束条件を満足
した場合には、最終教示データとする［図５のステップ
III ］。また、収束条件を満足しなければ、教示データ
修正演算部１９により新たな教示データが作成され［図
５のステップIV］、そして教示データ記憶部７に送られ
る。この動作は教示点終了まで続けられる［図５のステ
ップＶ］。

【００５０】

【外３】

【００５１】

【外４】

【００５２】

【外５】

【００５３】

【外６】

【００５４】（装置例２） 次に、本発明の第２の装置例を図面につき説明する。図
６は、多関節型マニピュレータの手先に付けた工具にの
せたセンサを用いて、教示データを教示速度で多関節型
マニピュレータを動作させたときと作業速度で試し動作
させその偏差を修正する、本発明の第２の装置例を説明
するシステムブロック構成図である。

【００５５】図中、Ｃは本装置例の追従装置、５″は制
御部、１６′は偏差演算・記憶部、２２はセンサ処理
部、２３は前処理部、２４は特徴点検出部、２５は座標
変換部、２６は偏差演算部、２７は偏差１演算部、２８
は偏差１記憶部、２９は偏差２演算部、３０は偏差２記
憶部、３１はセンサである。なお、図中、前記従来例及
び本発明の第１装置例と同一部には、同一の符号を付し
て重複説明を避けた。

【００５６】本装置例の追従装置Ｃにおいては、多関節
型マニピュレータ１は制御部５″の制御によって、先端
につけられた工具２及びセンサ３１を加工経路４に沿っ
て動作させ、当該センサ３１からセンサデータを逐次取
りながら作業を実行する。

【００５７】本装置例の追従装置Ｃは、主に教示データ
を入力する手段であるティーチングペンダント８と、多
関節型マニピュレータ１と、制御部５″から構成され、
制御部５″は、教示データ記憶部７，軌道を生成する軌
道生成部６，対応点検出部９，センサ処理部２２，偏差
修正部１５，偏差演算部２６から構成されている。

【００５８】センサ処理部２２では、多関節型マニピュ
レータ１の手先につけたセンサ３１からの検出信号を、
まず前処理部２３においてフィルタリング処理等の前処
理を実行し、次に特徴点検出部２４で加工経路４の特徴
点座標を検出する。

【００５９】この特徴点座標は、センサ３１の持つセン
サ座標系で出力されるため、この座標をワールド座標系
に座標変換部２５で座標変換する。当該座標変換された
特徴点データと予め教示データ記憶部７に記憶されてい
る教示データとを比較することによって、その偏差を偏
差１演算部２７で計算し、偏差１演算部２８に記憶す
る。

【００６０】（方法例２） 本装置例を適用した本発明の第２の方法例の実行手順
を、図面につき説明する。図７，図８及び図９を参照し
て、追従装置Ｃにおいて具体的に教示速度で多関節型マ
ニピュレータ１を動作させた場合の偏差の求め方を説明
する。

【００６１】図７において、 ^jＱ_i は教示点、 ^jＲ_i は
センサ３１のデータ処理により得られた教示点での特徴
点、 ^jＳ_i は各教示点までの教示点距離、 ^jＰ_i ， ^sＰ
_i は教示点の位置ベクトル及び特徴点での位置ベクトル
を表す。図８は教示対応点演算のための概念図、図９は
その手順処理を示すフローチャートである。図８におけ
る各記号は、図７で説明したものと同一である。

【００６２】まず、予め各教示点 ^jＱ_i での教示点距離
^jＳ_i を計算しておく［図９のステップＩ］。次に多関
節型マニピュレータ１を教示速度で動作させ、教示点 ^j
Ｑ_i でのセンサ３１データの値を取得し、特徴点 ^jＲ_i
を算出し記憶する［図９のステップII］。

【００６３】

【外７】

【００６４】次に、多関節型マニピュレータ１を作業速
度で動作させたときのセンサデータから得られる特徴点
と実際の軌道との偏差を計算する方法について説明す
る。図６において、対応点検出部９では前記第１装置実
施例及び第１方法実施例にあるように、各教示点での対
応点位置を計算する［図９のステップＶ］。

【００６５】そして、センサデータ処理部２２で得られ
た特徴点データとの偏差を偏差２計算部２９において計
算し、偏差２記憶部３０に記憶する［図９のステップV
I］。先の偏差１記憶部２８にある教示速度での偏差１
データ量と偏差２記憶部３０にある作業速度での偏差２
データ量の差を偏差量演算・記憶部１６′で演算する
［図９のステップVII ］。

【００６６】この後、前記第１装置実施例及び第１方法
例にあるように、この差が指定幅に収束しているかどう
かの判定を行い［図９のステップVIII］、この動作を教
示点の終了まで行い［図９のステップIX］、収束してい
れば前記データを教示データとし［図９のステップ
Ｘ］、また収束していなければ新たな教示データを修正
緩和行列を用いて作成し、この動作は教示点終了に至る
まで繰り返される［図９のステップXI］。そして、教示
データ記憶部７に記憶する。

【００６７】

【外８】

【００６８】

【外９】

【００６９】なお、６自由度以上の自由度を持つロボッ
トでは、教示データの修正と同時に、センサ視野を最適
に獲得するようセンサ位置を修正することもできる。ま
た、本発明のいずれの実施例においても、１つの多関節
型マニピュレータに本発明を適用した例を説明したが、
複数のマニピュレータ等のロボットについて追従させる
場合にも、本発明が有効に適用可能であることはいうま
でもない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、教示デ
ータと軌道との偏差の修正処理をコンピュータ上におい
て一定ルール則で実行することにより、教示の負荷の軽
減を図ることが可能であるとともに作業全体の低コスト
化を図ることが可能である。

【００７１】そして、作業速度が教示速度とほぼ変わら
ない場合でも、また工具位置のみならず工具の姿勢につ
いても姿勢を表すパラメータを導入することにより、教
示された姿勢に関しても修正することが可能である。ま
た、本発明は、予め与えられた教示データを用いて追従
動作を行う他のいかなる追従装置にも、応用可能である
等、優れた有用性，経済性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の装置例のシステムブロック構成
図である。

【図２】本発明の第１の方法例における、教示データに
対する作業時の教示対応点の演算方法を示すグラフであ
る。

【図３】同上、教示データの修正方法の原理を説明する
概念図である。

【図４】同上、図２の場合における教示データに対する
作業時の教示対応点の演算方法の手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】同上、図３の場合における教示データの修正方
法の手順を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２の装置例のシステムブロック構成
図である。

【図７】本発明の第２の方法例における、教示点データ
と特徴点データに対する作業時の教示対応点の演算方法
を説明する概念図である。

【図８】同上、教示データの修正方法を説明する概念図
である。

【図９】同上、処理手順を示すフローチャートである。

【図１０】従来のマニピュレータ用追従装置の概念図で
ある。

【図１１】同上、システムブロック構成図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ…追従装置 １…多関節型マニピュレータ ２…工具 ３…作業ワーク ４…加工経路 ５，５′，５″…制御部 ６…軌道生成部 ７…教示データ記憶部 ８…ティーチングペンダント ９…対応点検出部 １０…教示点距離演算部 １１…教示点距離記憶部 １２…工具先端座標演算部 １３…工具先端座標記憶部 １４…対応点演算部 １５…偏差修正部 １６，１６′…偏差量演算部 １７…偏差量記憶部 １８…偏差量収束判定部 １９…教示データ修正部 ２０…教示データによって作成された教示軌道 ２１…作業速度条件下での工具先端座標の軌跡 ２２…センサ処理部 ２３…前処理部 ２４…特徴点検出部 ２５…座標変換部 ２６…偏差演算部 ２７…偏差１演算部 ２８…偏差１記憶部 ２９…偏差２演算部 ３０…偏差２記憶部 ３１…センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 賢一 東京都千代田区内幸町１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58−121407（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/42

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つ以上のマニピュレータと、当該マニピ
   ュレータに指令を与えて動作させる制御部と、前記マニ
   ピュレータの手先に保持された工具とから構成され、作
   業仕様に基づいて当該工具が加工経路に沿って走行動作
   する経路追従装置において、 前記制御部内に、 予め与えられた作業仕様及び作業対象物上で前記マニピ
   ュレータを動作させるための教示データを別個の教示デ
   ータ入力部を通して入力・作成して記憶する教示データ
   記憶部と、 当該教示データ記憶部で作成・記憶された教示データに
   基づいて教示軌道を作成して前記マニピュレータに指令
   を与える軌道生成部と、 教示速度条件下と作業速度条件下における当該教示軌道
   に沿ってその開始点から最終点のそれぞれの前記工具位
   置の各教示点位置と各教示対応点を演算する対応点検出
   部と、 当該対応点検出部からの当該教示点位置と各教示対応点
   位置との偏差量を演算し、当該偏差量を用いて前記教示
   データを修正するか新たな教示データを生成する偏差修
   正部と、 を具備し、 当該偏差修正部は、 前記対応点検出部からの教示点と前記教示対応点の偏差
   量を演算する偏差量演算部と、 当該偏差量を記憶する偏差量記憶部と、 当該記憶された偏差量が一定の収束幅内に収まっている
   かどうかを判定する偏差量収束判定部と、 当該収束幅内ならば前記偏差量を用いて前記教示データ
   を修正し、当該収束幅外ならば新たな教示データを生成
   する教示データ修正部と、 で構成することを特徴とするマニピュレータ用追従装
   置。
2. 【請求項２】１つ以上のマニピュレータと、当該マニピ
   ュレータに指令を与えて動作させる制御部と、前記マニ
   ピュレータの手先に保持された工具とから構成され、作
   業仕様に基づいて当該工具が加工経路に沿って走行動作
   する経路追従装置において、 前記マニピュレータの前記工具近傍にセンサを設定し、 前記制御部内に、 予め与えられた作業仕様及び作業対象物上で前記マニピ
   ュレータを動作させるための教示データを別個の教示デ
   ータ入力部を通して入力・作成して記憶する教示データ
   記憶部と、 当該教示データ記憶部で作成・記憶された教示データに
   基づいて教示軌道を作成して前記マニピュレータに指令
   を与える軌道生成部と、 教示速度条件下と作業速度条件下における当該教示軌道
   に沿ってその開始点から終了点のそれぞれの前記工具位
   置の各教示点と各教示対応点を演算する対応点検出部
   と、 前記センサにより前記加工経路を検出し前記各教示点に
   対する各特徴点として処理・記憶するセンサ処理部と、 前記教示データ記憶部に記憶されている教示データと当
   該センサ処理部の特徴点データとの偏差１データと、前
   記対応点検出部の教示対応点データと前記センサ処理部
   の前記特徴点データとの偏差２データを並行演算記憶処
   理する偏差演算・記憶部と、 当該偏差演算・記憶部からの同時並行処理した前記両偏
   差１，２データを同時並行入力してその相互差を算出し
   た偏差量を用いて教示データを修正する偏差修正部と、 を具備することを特徴とするマニピュレータ用追従装
   置。
3. 【請求項３】前記センサ処理部は、 フィルタリング等の前処理を行う前処理部と、 当該前処理部で処理されたデータから加工経路上の特徴
   点座標を検出する特徴点検出部と、 当該特徴点検出部で検出された座標をセンサ独自のセン
   サ座標系からマニピュレータ全体に共通するワールド座
   標系に変換して出力する座標変換部と、 から構成されることを特徴とする請求項２記載のマニピ
   ュレータ用追従装置。
4. 【請求項４】前記対応点検出部は、 教示速度条件下における教示データで与えられる教示時
   工具位置の位置に設定された開始点からの工具の教示軌
   道に沿った走行距離である教示点距離を演算する教示点
   距離演算部と、 当該演算結果を記憶する教示点距離記憶部と、 作業速度条件下における前記開始点から前記教示点距離
   近傍まで走行した時点での前記工具先端座標を演算する
   工具先端座標演算部と、 当該演算結果を記憶する工具先端座標記憶部と、 前記教示点距離記憶部と当該工具先端座標記憶部とから
   の前記両記憶演算結果を並行同時入力して、前記各教示
   点に対する各教示対応点を演算する対応点演算部と、 で構成されることを特徴とする請求項２又は３記載のマ
   ニピュレータ用追従装置。
5. 【請求項５】前記偏差演算・記憶部は、 センサ処理部からの特徴点データと教示データ記憶部か
   らの教示データとを同時並行入力して相互間の偏差１デ
   ータを求める偏差１演算部と、 当該偏差１データを記憶出力する偏差１記憶部と、 対応点検出部からの教示対応点データと前記センサ処理
   部からの特徴点データとを同時並行入力して相互間の偏
   差２データを求める偏差２演算部と、 当該偏差２データを記憶出力する偏差２記憶部と、 で構成されることを特徴とする請求項２、３又は４記載
   のマニピュレータ用追従装置。
6. 【請求項６】前記偏差修正部は、 偏差演算・記憶部からの偏差１データと偏差２データと
   を同時並行入力して相互の偏差量を演算する偏差量演算
   部と、 当該偏差量を記憶する偏差量記憶部と、 当該記憶された偏差量が一定の収束幅内に収まっている
   かどうかを判断する偏差量収束判定部と、 当該収束幅内ならば前記偏差量を用い教示データを修正
   し、当該収束幅外ならば新たな教示データを生成する教
   示データ修正部と、 で構成することを特徴とする請求項２、３、４又は５記
   載のマニピュレータ用追従装置。
7. 【請求項７】前記工具は、レーザ溶接、塗装、シーリン
   グの作業工具であることを特徴とする請求項２、３、
   ４、５又は６記載のマニピュレータ用追従装置。
8. 【請求項８】手先に工具を保持した１つ以上のマニピュ
   レータに指令を与えて、予め作業仕様を入力して得られ
   る教示データに基づいて制御動作させ、当該工具を加工
   経路に沿って走行動作する際、教示速度条件下における
   教示位置の各教示点に対応する作業速度条件下における
   作業時工具位置の各教示対応点を演算・検出した後にお
   いて、教示点と教示対応点との偏差量を求め、当該偏差
   量が収束幅に収まらない場合には、当該偏差量に修正緩
   和行列を乗算したデータを教示データに加えて新たな教
   示データとすることにより、前記予め作業仕様を入力し
   て得られる教示データを修正して、マニピュレータを制
   御し所定の作業精度を得る方法であって、 前記各教示対応点の演算・検出が、 前記作業仕様の前記教示速度条件下における前記教示デ
   ータで与えられる教示点工具位置の任意に開始された開
   始点からの工具の教示軌道に沿った走行距離である教示
   点距離と、 前記作業速度条件下において前記開始点からの工具先端
   座標から演算された前記教示対応点の経路距離とから求
   められる両経路長を、 相互比較演算することにより得られる収縮率により、前
   記各教示点に対応する前記各教示対応点の作業時工具位
   置を求めることを特徴とするマニピュレータ用追従制御
   方法。
9. 【請求項９】手先に工具を保持した１つ以上のマニピュ
   レータに指令を与えて、加工経路を検出しながら予め作
   業仕様を入力して得られる教示データに基づいて制御動
   作させ、当該工具を前記加工経路に沿って走行動作する
   に当り、 教示速度条件下における教示位置の各教示点に対応する
   作業速度条件における作業時工具位置の各教示対応点を
   演算検出すると共に、前記加工経路上の前記各教示点に
   対する各特徴点を検出・記憶・変換した後において、 特徴点データと教示データとの偏差１データ、及び特徴
   点データと教示対応点データとの偏差２データをそれぞ
   れ同時並行して演算して、偏差１データと偏差２データ
   との偏差量を求め、当該偏差量が許容範囲内に収まって
   いれば、当該教示データを確定し、収まっていなけれ
   ば、当該偏差量に修正緩和行列を乗算したデータを教示
   データに加えて新たな教示データとすることにより、 前記予め作業仕様を入力して得られる教示データを修正
   して、マニピュレータを制御し所定の作業精度を得るこ
   とを特徴とするマニピュレータ用追従制御方法。
10. 【請求項１０】前記各教示対応点の演算・検出は、 作業仕様の教示速度条件下における教示データで与えら
    れる当該教示点工具位置の任意に開始された開始点から
    の前記工具の教示軌道に沿った走行距離である教示点距
    離と、 作業速度条件下において前記開始点からの工具先端座標
    から演算された前記教示対応点の経路距離とから求めら
    れる両経路長を、 相互比較演算することにより得られる収縮率により、前
    記各教示点に対応する前記各教示対応点の作業時工具位
    置を求めることを特徴とする請求項９記載のマニピュレ
    ータ用追従制御方法。
11. 【請求項１１】前記偏差１データと偏差２データの並行
    演算は、教示データと特徴点データと教示点対応データ
    のそれぞれの位置ベクトルの差であることを特徴とする
    請求項９又は１０記載のマニピュレータ用追従制御方
    法。