JP3644551B2

JP3644551B2 - ロボットの制御方法

Info

Publication number: JP3644551B2
Application number: JP27316295A
Authority: JP
Inventors: 裕介赤見; 義範杉山
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: JPH09114511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの制御方法に係わり、特に教示によって入力されたデータに基づいて所定作業を行う工業用ロボットに用いて好適なロボットの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願平６−２８８４７２号及び特願平７−１８４４５６号等に工業用の塗装ロボットの制御方法あるいは制御装置に係わる技術を開示している。これらに記載されている従来の塗装ロボットは、塗料を噴射する塗装ガンを移動させるマニピュレータと該マニピュレータの動作を制御するコントローラ、及び該コントローラにデータあるいは動作指示を入力する手元操作装置によって主に構成されている。このような塗装ロボットは、教示方式のロボットであり、教示時に入力されたワーク（塗装対象物）を包含する４点の座標に基づいて該ロボットの動作を決定し、実際の塗装作業を行うものである。
【０００３】
ここで、図４は、Ｘ−Ｙ平面上に載置された方形状のワークを上方から見た図である。例えば、このワークに対する４点の座標の教示は、該ワークの代表点となる４点すなわち点（１）〜（４）の座標を、塗装ガンを手動にて実際に該４点の位置に移動させることによって塗装ロボットに記憶させることである。また、教示持には、この４点の座標と共に塗装ガンの待機位置Ｐ0、該塗装ガンの移動速度を示す塗装速度、上記４点（１）〜（４）に対してＸ軸方向にどの程度余計に塗装ガンを移動させるかを示すオーバースプレー量、ワーク上における塗装ガンの移動回数を示すパス回数等が手元操作装置等の入力装置から入力される。
【０００４】
そして、コントローラは、これら各入力データ及び上記４点（１）〜（４）の座標に基づいてワーク上で塗装ガンをＸ軸方向に直線的に移動させるパスの幅Ｌ2を算出する。そして、塗装ガンを図示するようにＸ軸方向にパス幅Ｌ2だけ直線移動させると共に、Ｙ軸のマイナス方向にピッチＬ1だけ順次ずらしながら往復させる教示データを生成し、記憶する。
【０００５】
ここで、塗装ガンをＸ軸方向にパス幅Ｌ2だけ直線移動させる軌跡をパスといい、図４の例では第１パス〜第４パスを円弧状に補間して連続させた塗装軌跡が示されている。そして、実際の塗装作業において、この塗装ロボットは、上記教示データに基づいてマニピュレータを動作させることにより、塗装ガンを塗装軌跡に沿って移動させてワークに塗装を施す。
【０００６】
このような塗装軌道の生成方法では、塗装軌道上の各位置における塗装ガンの細かい速度や塗料の吐出量などの設定はできないが、上記４点の座標の教示は、○印で示す全ての通過点Ｐ1〜Ｐ8の座標を教示する方法に比べて教示工数の削減が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような塗装では、４点の座標の教示は単に塗装範囲を教示しているに過ぎないため、上述したようなパスの方向がＸ軸方向となる横塗り、パスの方向がＹ軸方向となる縦塗り、あるいはパスの方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して傾いている斜め塗り（例えば４５゜傾いている）といった塗装パターン（塗装ガンの移動順序の類型）を、教示後あるいは教示前に別途設定する必要があり、教示操作が煩雑であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、教示操作が容易なロボットの制御方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、記憶されるデータに基づいてマニピュレータの移動順路を生成し、第１座標軸および第２座標軸からなる平面座標系に載置されたワークに所定の作業を施すロボットの制御方法において、前記マニピュレータの移動範囲を示す座標データの記憶順序に応じて、前記第１座標軸方向に対して平行となる少なくとも１つのパスからなる移動順路、前記第２座標軸に対して平行となる少なくとも１つのパスからなる移動順路、および前記第１座標軸と前記第２座標軸に対して傾斜する少なくとも１つパスからなる移動順路の類型のうち、いずれか１つの移動順路の類型が決定されるとともに、隣り合う前記パスの方向は互いに反対方向となることを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、マニピュレータの移動範囲を示す座標データの記憶順序に応じてマニピュレータの移動順路の類型が自動的に決定されるので、該移動順路の類型を別途入力する必要がない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図２は、本実施形態の塗装ロボットのシステム構成を示す図である。この図において、符号１はマニピュレータであり、垂直に設けられた壁に対して垂直面内において回動自在に固定された第１アーム１ａ、該第１アーム１ａに対して水平面内において回動自在に取り付けられた第２アーム１ｂ、該第２アーム１ｂに対して同じく水平面内において回動自在に取り付けられた手首部１ｃ、及び該手首部１ｃに対して垂直面内において回動自在に設けられた塗装ガン１ｄから構成されている。
【００１２】
また、このマニピュレータ１の各関節部、すなわち壁と第１アーム１ａとの接続部、該第１アーム１ａと第２アーム１ｂとの接続部、該第２アーム１ｂと手首部１ｃとの接続部、及び手首部１ｃと塗装ガン１ｄとの接続部には、これら各関節部を動作させるサーボモータ（図示略）が設けられている。また、これらサーボモータには該サーボモータの回転位置を検出するエンコーダ（図示略）がそれぞれ設けられている。
【００１３】
符号２は、上記マニピュレータ１の動きを制御するコントローラであり、上記エンコーダの出力の検出信号をフィードバック情報として各サーボモータを制御することにより、マニピュレータ１をコントロールする。
なお、このコントローラ２の詳細構成については後述する。
【００１４】
符号３は手元操作装置であり、上述した教示に必要なデータすなわち塗装ガン１ｄの待機位置Ｐ0、塗装速度、オーバースプレー量、及びピッチＬ1等を入力すると共に、マニピュレータ１を手動操作するための指示をコントローラ２に入力する複数の操作ボタン、及び該操作ボタンによる操作内容やマニピュレータ１の動作情報等を表示する表示部から構成されている。
【００１５】
一般に、コントローラ２は、マニピュレータ１が設置されている塗装作業場から離れた場所に設置されるが、手元操作装置３は塗装作業場に備えられ、教示時に作業員が手動操作によってマニピュレータ１を動作させたり、あるいは上述した教示に必要な各種データを入力するために使用される。
【００１６】
次に、図３は、上記コントローラ２の構成を示すブロック図である。この図において、符号４は教示データ生成装置であり、制御演算装置１０を介して手元操作装置３から入力されるデータに基づいて、実際の塗装作業時における塗装ガン１ｄの移動経路を示す教示データを算出する。５はマニピュレータ１の動作制御を行なう時間（サンプリング時間）を生成して制御演算装置１０に出力するタイマである。
【００１７】
符号６は該ロボットシステムの制御プログラムを記憶するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）であり、７は制御演算装置１０の演算結果や教示データ生成装置４によって生成された教示データ等を記憶するＲＡＭ（書き込み／読み出しメモリ）である。また、８はサーボ制御部であり、制御演算装置１０の指示に従ってサーボモータへのドライブ信号である動作指令信号を生成してサーボモータドライバ９に出力する。
【００１８】
サーボモータドライバ９は、該サーボ制御部８から入力された動作指令信号に基づいて上記各サーボモータを駆動する。また、制御演算装置１０は、上記ＲＯＭ６に記憶された制御プログラムに沿って、かつ手元操作装置３から入力されるデータ及び教示データ生成装置４によって生成される教示データに基づいて、サーボ制御部８及びサーボモータドライバ９を介してマニピュレータ１の動作を制御する。
【００１９】
次に、このように構成された塗装ロボットにおいて、教示データの生成に必要な上記各種データの入力と同時に塗装パターンを指定する教示データの生成方法について、図１に示すフローチャートを参照して詳しく説明する。
【００２０】
まず、作業者は、図４において既に説明したワークの代表点（１）〜（４）の座標を、手元操作装置３に設けられた操作ボタンの操作によって塗装ガン１ｄを実際に該４点（１）〜（４）の位置に移動させることによりコントローラ２に順次記憶させる。また、作業者は、同じく手元操作装置３を操作することによって塗装ガン１ｄの待機位置Ｐ0、該塗装ガン１ｄの移動速度を示す塗装速度、上記４点（１）〜（４）の位置に対してＸ軸方向にどの程度余計に塗装ガン１ｄを移動させるかを示すオーバースプレー量、塗装ガンの折り返し回数（パス回数）、さらに塗装ガン１ｄから噴射される塗料の吐出量、及び再生スタートのタイミング等の塗装条件データをコントローラ２に記憶させる。
【００２１】
これらの各データが入力されると、教示データ生成装置４は、まず図１に示すステップＳ1において該教示データがマニピュレータ１の動作可能な移動範囲内にあるか、及びマニピュレータ１の動作可能な塗装速度か等をチェックし、これらの条件を満足する場合はステップＳ2の処理をこない、条件を満足しない場合はステップＳ3においてアラームを発生して作業者に上記塗装条件データの修正入力を促す。
【００２２】
教示データ生成装置４は、ステップＳ2の処理において、４点（１）〜（４）の教示順序から指定された塗装パターンを判断する。すなわち、図４に示したように、待機位置Ｐ0に対して点（１）からＸ軸方向に移動した点（２）、該点（２）からＹ軸方向に移動した点（３）、該点（３）からＸ軸のマイナス方向に移動した点（４）の順序でこれら４点の位置が入力された場合、制御演算装置１０は、点（１）から点（２）の方向すなわちＸ軸方向を塗装方向とする横塗り塗装が指示されたものと判断する。
【００２３】
そして、教示データ生成装置４は、点（１）から点（２）のＸ軸方向を第１パスとして塗装速度、折り返しのパス数、オーバースプレー幅、塗料の吐出量、及び再生スタートのタイミング等、塗装条件を考慮した横塗り教示データを算出する（ステップＳ4）。
【００２４】
例えば、パス数が４と入力された場合、教示データ生成装置４は、該パス数４に基づいて図４に示す点（１）から点（４）までの距離を３等分してピッチＬ1を算出し、また、点（１）から点（２）までの距離と上記オーバースプレー幅とに基づいてパス幅Ｌ2を算出する。また、このピッチＬ1とパス幅Ｌ2とに基づいて各点Ｐ1〜Ｐ8のＸ−Ｙ座標を算出し、点Ｐ1から点Ｐ2までの第１パス、点Ｐ3から点Ｐ4までの第２パス、点Ｐ5から点Ｐ6までの第３パス、及び点Ｐ7から点Ｐ8までの第４パスを生成する。
【００２５】
そして、教示データ生成装置４は、点Ｐ2と点Ｐ3との間、点Ｐ4と点Ｐ5との間、及び点Ｐ6と点Ｐ7との間を円弧状に補間することにより、点Ｐ1を始点に第１パス〜第４パスを経て点Ｐ8に至る塗装軌道を教示データとして算出し、ＲＡＭ７に記憶する。なお、この教示データには、塗装ガン１ｄの移動経路を示す該塗装軌道の他に、塗装ガン１ｄの移動速度を示す塗装速度、塗料の噴射／噴射停止を指示する塗装ガン１ｄのＯＮ／ＯＦＦ情報等の付随データも含まれている。
【００２６】
制御演算装置１０は、タイマ５の発生するサンプリング時間毎に各位置の教示データに基づいて塗装ガン１ｄの目標軌道を生成してサーボ制御部８に送出する。
【００２７】
サーボ制御部８は、この目標軌道と各部サーボモータのフィードバック値から速度指令信号を生成し、サーボモータドライバ９へ送る。そして、サーボモータドライバ９は、この速度指令信号に基づいてマニピュレータ１の各部サーボモータを駆動し、塗装ガン１ｄを上記横塗り塗装軌道に沿って移動させてワークに塗装を施す。
【００２８】
次に、ステップＳ2において、図５に示すように待機位置に対して点（１）からＹ軸のマイナス方向に移動した点（２）、該点（２）からＸ軸のマイナス方向に移動した点（３）、そして該（３）からＹ軸方向に移動した点（４）の順序で４点の位置が入力された場合、教示データ生成装置４は、Ｙ軸に平行な方向（縦方向）をパス移動方向とし、かつ点（１）から点（２）の方向すなわちＹ軸方向をパス方向とする縦塗り塗装が指示されたものと判断する。そして、以下のように縦塗り教示データを生成する（ステップＳ5）。
【００２９】
例えば、パス数が５と指定された場合、教示データ生成装置４は、該パス数５に基づいて点（１）から点（４）までの距離を４等分してピッチＬ3を算出すると共に、点（１）から点（２）までの距離とオーバースプレー幅とに基づいてパス幅Ｌ4を算出する。そして、このピッチＬ3とパス幅Ｌ4とに基づいて各点Ｐ11〜Ｐ20のＸ−Ｙ座標を算出し、点Ｐ11から点Ｐ12までの第１パス、点Ｐ13から点Ｐ14までの第２パス、点Ｐ15から点Ｐ16までの第３パス、点Ｐ17から点Ｐ18までの第４パス、及び点Ｐ19から点Ｐ20までの第５パスをそれぞれ生成する。
【００３０】
さらに、教示データ生成装置４は、点Ｐ12と点Ｐ13との間、点Ｐ14と点Ｐ15との間、点Ｐ16と点Ｐ17との間、及び点Ｐ18と点Ｐ19との間を円弧状に補間することにより、点Ｐ11から第１パス〜第５パスを経て点Ｐ20に至る教示データを算出してＲＡＭ７に記憶する。
【００３１】
なお、図６に示すように、点（１）からＹ軸に沿って移動した点（２）、該点（２）からＸ軸に沿って移動した点（３）、また該点（３）からＹ軸のマイナス方向に移動した点（４）の順序で４点の位置が入力された場合、教示データ生成装置４は、上記図５の場合と同様に縦塗り塗装が指示されたものと判断する。
【００３２】
例えば、パス数として５が指定されている場合、教示データ生成装置４は、図５の場合と同様にピッチＬ3とパス幅Ｌ4、及び該ピッチＬ3とパス幅Ｌ4とに基づいて各点Ｐ11〜Ｐ20のＸ−Ｙ座標をそれぞれ算出する。
【００３３】
この場合に教示データ生成装置４は、図５の場合とは異なり、点Ｐ20から点Ｐ19までの第１パス、点Ｐ18から点Ｐ17までの第２パス、点Ｐ16から点Ｐ15までの第３パス、点Ｐ14から点Ｐ13までの第４パス、及び点Ｐ12から点Ｐ11までの第５パスをそれぞれ生成する。さらに、点Ｐ12と点Ｐ13との間、点Ｐ14と点Ｐ15との間、点Ｐ16と点Ｐ17との間、及び点Ｐ18と点Ｐ19との間を円弧状に補間し、点Ｐ20から第１パス〜第５パスを経て点Ｐ11に至る縦塗り教示データを算出する。
すなわち、この場合、上述した図５の場合に対して塗装ガン１ｄの移動方向が逆となる教示データが生成される。
【００３４】
さらに、教示データ生成装置４は、ステップＳ2において、図７に示す順序で４点（１）〜（４）の座標が教示された場合は「斜め塗り」塗装パターンであると判断する。すなわち、点（１）からＸ軸かつＹ軸のマイナス方向である斜め方向に移動した点（２）、該点（２）からＹ軸方向に移動した点（３）、また該点（３）からＸ軸のマイナス方向かつＹ軸のマイナス方向である斜め方向に移動した点（４）の順序で４点の位置が入力された場合、教示データ生成装置４は斜め塗りが指示されたものと判断する。
【００３５】
そして、教示データ生成装置４は、ワークの対角線すなわち点（１）と点（２を結ぶ線に対して直角に交わる方向（斜め方向）を塗装方向とし、点（１）から点（２）を臨む向きをピッチ方向とする斜め塗り教示データを生成する（ステップＳ6）。
【００３６】
例えば、パス数が５と指定された場合、教示データ生成装置４は、該パス数５に基づいてワーク上において、ワークの対角線方向すなわち点（１）から点（２）の方向を４等分することによりピッチＬ5を算出する。そして、このピッチＬ5とオーバスプレー幅とに基づいて各点Ｐ21〜Ｐ30のＸ−Ｙ座標を算出し、点Ｐ21から点Ｐ22までの第１パス、点Ｐ23から点Ｐ24までの第２パス、点Ｐ25から点Ｐ26までの第３パス、点Ｐ27から点Ｐ28までの第４パス、及び点Ｐ29から点Ｐ30までの第５パスをそれぞれ生成する。
【００３７】
そして、点Ｐ22と点Ｐ23との間、点Ｐ24と点Ｐ25との間、点Ｐ26と点Ｐ27との間、及び点Ｐ28と点Ｐ29との間を円弧状に補間することにより、点Ｐ21から第１パス〜第５パスを経て点Ｐ30に至る斜め塗り教示データを算出してＲＡＭ７に記憶する。
【００３８】
なお、図８に示すように、点（１）からＹ軸のマイナス方向かつＸ軸のマイナス方向に移動した点（２）、該点（２）からＸ軸方向に移動した点（３）、また該点（３）からＸ軸のマイナス方向かつＹ軸方向に移動した点（４）の順序で４点の位置が入力された場合、教示データ生成装置４は、上記図７の場合と同様に斜め塗りが指示されたものと判断する。
【００３９】
そして、パス数が５と指定された場合、教示データ生成装置４は、上記図７の場合と同様にピッチＬ5を算出する。しかし、この場合、点Ｐ22から点Ｐ21までの第１パス、点Ｐ24から点Ｐ23までの第２パス、点Ｐ26から点Ｐ25までの第３パス、点Ｐ28から点Ｐ27までの第４パス、及び点Ｐ30から点Ｐ29までの第５パスがそれぞれ生成される。すなわち、この場合、上述した図７の場合に対して塗装ガン１ｄの移動方向が逆となる斜め塗り教示データが生成される。
【００４０】
このように、本実施形態の塗装ロボットによれば、ワークの代表点である４点（１）〜（４）の教示順序から「横塗り塗装」、「縦塗り塗装」、「斜め塗り塗装」といった塗装パターンが自動的に設定される。したがって、該塗装パターンを別途指定する必要がないので、教示に要する工数を削減することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような効果を奏する。
（１）マニピュレータの動作範囲を示す座標データの記憶順序に応じて該マニピュレータの移動順路の類型が決定されるので、移動順路を生成する際の操作を簡単化することが可能である。
（２）また、移動順路を生成する際の操作が簡単化されることにより、誤操作を減少させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明における工業用ロボットのシステム構成の一形態を示す斜視図である。
【図３】本発明においてコントローラの一構成形態を示すブロック図である。
【図４】従来の網塗り塗装、及び本発明において塗装軌道の生成、及び横塗り塗装を行う場合の教示順序を説明する図である。
【図５】本発明において縦塗り塗装を行う場合の教示順序を説明する第１の図である。
【図６】本発明において縦塗り塗装を行う場合の教示順序を説明する第２の図である。
【図７】本発明において斜め塗り塗装を行う際の教示順序を説明する第１の図である。
【図８】本発明において斜め塗り塗装を行う際の教示順序を説明する第２の図である。
【符号の説明】
１マニピュレータ
１ａ第１アーム
１ｂ第２アーム
１ｃ手首部
１ｄ塗装ガン
２コントローラ
３手元操作装置
４教示データ生成装置
５タイマ
６ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）
７ＲＡＭ（読み出し／書き込みメモリ）
８サーボ制御部
９サーボモータドライバ
１０制御演算装置

Claims

記憶されるデータに基づいてマニピュレータの移動順路を生成し、第１座標軸および第２座標軸からなる平面座標系に載置されたワークに所定の作業を施すロボットの制御方法において、
前記マニピュレータの移動範囲を示す座標データの記憶順序に応じて、前記第１座標軸方向に対して平行となる少なくとも１つのパスからなる移動順路、前記第２座標軸に対して平行となる少なくとも１つのパスからなる移動順路、および前記第１座標軸と前記第２座標軸に対して傾斜する少なくとも１つパスからなる移動順路の類型のうち、いずれか１つの移動順路の類型が決定されるとともに、隣り合う前記パスの方向は互いに反対方向となることを特徴とするロボットの制御方法。