JP4713030B2 - エンドエフェクタの開度設定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドエフェクタの開度設定方法に関し、特に、多関節ロボットの動作に関連付けてエンドエフェクタの開度を設定するエンドエフェクタの開度設定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、多関節ロボットを動作させるための、動作のティーチング作業の効率化を図るため、あるいは、多関節ロボットが備えられた製造ラインの稼動率を向上させるために、オフラインによるティーチング(オフラインティーチング)が行われている。すなわち、コンピュータ上に多関節ロボット並びに作業対象物であるワークおよび周辺構造物のモデルを構築し、このモデルを用いてティーチングデータを作成した後、前記ティーチングデータを現場の多関節ロボットに供給するようにすれば、ティーチングデータの作成中に製造ラインを停止させる必要がない。
【0003】
製造ラインに備えられた多関節ロボットの代表的なものとして、先端部にガンユニットを備えた溶接ロボットが挙げられる。このガンユニットは、開閉動作を迅速に、かつ高精度な動作を行うことができるように、サーボモータにより動作させるサーボガンが開発されている。
【0004】
サーボガンを採用する場合、溶接ロボットのティーチングまたはオフラインティーチングにおいて、各教示姿勢点毎にガンユニットのガン開度も設定する必要がある。
【0005】
なお、多関節ロボットの基本的な動作は、ロボット基本制御部の制御によって行われる。このロボット基本制御部によれば、ある教示姿勢点から別の教示姿勢点へ移動する場合に、各軸が同時に動作を開始し、終了点で同時に動作を終了する同時開始同時終了のモードが設けられており、通常はこのモードにより動作を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガン開度の設定は動作経路中の各教示姿勢点毎に設定する必要があり、ティーチングまたはオフラインティーングにおいて設定の手間を要する。すなわち、溶接を行うワークの形状を無視した値を設定すれば干渉のおそれがあり、また例えば、溶接ポイント以外を最大開度にするという単純なルールにより設定すれば、ガンユニットの開閉時間が長くなり、多関節ロボットの動作全体としてサイクルタイムの増大を招いて不適切である。
【0007】
また、前記同時開始同時終了のモードによれば、ガンの開閉機構も1つの軸としてみなされることから、ガン開度の開度差が大きく、かつ多関節ロボット本体の移動量が小さいときには、ガンの開閉動作に合わせて多関節ロボットの動作が遅くなる。さらに、同時開始同時終了のモードを使用しない場合であっても、多関節ロボット本体の動作が短時間で終了した後に、ガン開閉動作の終了を待つための無駄な時間が発生する。
【0008】
これらの問題を解決するためにいくつかの手法が提案されている。
【0009】
例えば、空圧サーボガンによりワークの凹凸に合わせた開度を設定する手法(特公平8−2508号公報参照)がある。しかしながら、この手法によれば、空気圧機構の応答遅れや各教示姿勢点でのガン開度設定は可能であるが、各教示姿勢点間を移動する最中の開度設定は行えず、サイクルタイムを顕著に短縮することができない。
【0010】
その他、開閉機構のうち固定側と可動側とを考慮し、移動時に可動側を開くと同時に、多関節ロボット本体を動作させることによって固定側もワークから離反させる手法(特許第2787932号公報参照)がある。しかしながら、この手法によれば、ガンは全閉状態か全開状態の択一的な動作しか行うことができず、必要以上にガンを開放してしまう。また、ワークとの干渉については別途考慮する必要がある。
【0011】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らし、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することを可能にするエンドエフェクタの開度設定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】
本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法は、多関節ロボットに備えられた開閉機構付きエンドエフェクタの開度設定方法において、前記多関節ロボットの動作計画を示す行程のうち、所定の区間を抽出するステップと、前記所定の区間内で前記開閉機構が他の物体と非干渉状態を保つ最小開度を調査するステップと、前記所定区間内での前記開閉機構の開度を前記最小開度に設定するステップとを有することを特徴とする。
【0013】
また、前記行程を構成する教示姿勢に前記開閉機構の開閉速度の設定を行うようにしてもよい。
【0014】
そして、前記所定の区間は、前記行程を構成する教示姿勢間で、前記エンドエフェクタの作業点の移動距離が動作計画のうちで短い区間を抽出するための閾値以下で、1以上の連続する区間とするとよい。
【0015】
さらに、前記所定の区間の始点または終点は、前記エンドエフェクタに作業を行わせる教示姿勢であってもよい。
【0020】
このようにすることにより、開閉機構の開度の設定を多関節ロボットの動作に関連付けて行うので、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らし、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法の第1および第2の実施の形態例を図1〜図14を参照しながら説明する。
【0022】
第1の実施の形態におけるガンユニット(エンドエフェクタ)の開度設定方法は、基本的には、多関節ロボットの動作計画のうち動作距離の短い区間を抽出し、その区間内で非干渉状態を保つ最小開度をガンユニットの開度として設定するものである。
【0023】
また、第2の実施の形態では、教示姿勢間におけるガンユニットの開度を、多関節ロボットの動作時間内に開閉することのできる開度差で、かつ、干渉のない開度に設定するものである。
【0024】
図1に示すように、第1の実施の形態において使用するオフラインティーチング装置10は多関節ロボット50の動作のティーチングを行うものであり、作成されたティーチングデータに基づき作業対象物に対して所望の作業を行うロボット装置12と連係されている。
【0025】
また、ロボット装置12は、多関節ロボット50と、ティーチングデータに基づいて前記多関節ロボット50の動作制御を行うロボット制御部22とを備える。
【0026】
図2に示すように、オフラインティーチング装置10を構成する制御部14は、オフラインティーチング装置10の全体の制御を行う制御手段としてのCPU(コンピュータ)26と、記憶部であるROM28およびRAM29と、ハードディスク34に対してデータのアクセスを行うハードディスクドライブ(HDD)39と、モニタ16の画面上における描画制御を行う描画制御回路30と、入力装置としてのキーボード18およびマウス20が接続されるインタフェース回路32と、外部記録媒体36a(例えば、フレキシブルディスクやコンパクトディスク等)を制御する記録媒体ドライブ36と、ティーチングデータを作成するデータ作成回路38と、ティーチングデータに基づきモニタ16の画面上でシミュレーションを行うシミュレーション回路40とを有する。このシミュレーション回路40は、3次元CADをベースにしており前記モデルを作成し、また該モデル相互の干渉を調査する機能等を有する。
【0027】
ハードディスク34には、多関節ロボット50の動作経路を設定する機能をもつ所定のプログラム35、多関節ロボット50の力学的な特性により基本的な動作制御機能をプログラムしたロボット基本制御部37および図示しないOS等が格納されている。
【0028】
図3に示すように、多関節ロボット50は、取付台である第1ベース54に対して、先端側に向かって順に、第2ベース56、第1リンク58、第2リンク60、第3リンク62、第4リンク64およびガン着脱部66が接続されている。先端のガン着脱部66にはサーボガンであるガンユニット(エンドエフェクタ)68が接続されている。
【0029】
第2ベース56は鉛直軸である軸J1を中心にして第1ベース54に対して旋回可能に軸支されている。第1リンク58の基端部は水平軸である軸J2により第2ベース56に俯仰可能に軸支されている。また、第2リンク60の基端部は水平軸である軸J3により第1リンク58の先端部に揺動可能に軸支されている。そして、第3リンク62は第2リンク60の先端側に軸J4を共通の回転中心軸として接続されている。さらに、第4リンク64の基端部は軸J4に対して直角方向の軸J5により第3リンク62の先端部に揺動可能に軸支されている。ガン着脱部66は第4リンク64の先端側に軸J6を共通の回転中心軸として接続されている。
【0030】
図4に示すように、ガン着脱部66に接続されたガンユニット68はいわゆるC型溶接ガンであり、アーチ状のアーム74の両端部には、軸J6上に沿って開閉動作を行う可動電極72と、可動電極72の対極側に位置する固定電極70を有する。この可動電極70および固定72は閉状態では軸J6上の溶接作業点(以下、TCP(Tool Center Point)という。)でワーク80に接触する。
【0031】
可動電極72は本体側に設けられたベアリング75により軸支されている。また可動電極72は、軸方向の中央部にネジ溝が形成されており、サーボモータ77の駆動力により回転するネジ76により軸方向に進退可能なボールネジ・ナット機構となっており、全体として開閉機構を構成している。可動電極72の進退する進退量によって決定される該可動電極72と固定電極70との間の距離、すなわちガンユニット68の開度(以下、ガン開度という。)はリニアセンサ78により検出されロボット制御部22に伝えられる。
【0032】
ロボット制御部22では、リニアセンサ78の信号によりフィードバックループを構成しており、ガン開度を任意の値に設定可能である。また、サーボモータ77はロボット制御部22により制御されており、電圧制御、界磁制御または速度フィードバック等により回転速度を任意に設定可能であり、従って可動電極72の進退速度が可変である。
【0033】
TCPから本体側の可動電極72の軸心に一致する方向をベクトルZr(図3参照)とし、ベクトルZrに直交しガンユニット68の外側に向く方向をベクトルXrとする。また、ベクトルXr、ベクトルZrに互いに直交する方向をベクトルYrとする。
【0034】
軸J1〜J6の駆動機構並びに可動電極72の開閉機構は、それぞれ図示しないアクチュエータにより駆動され、TCPは軸J1〜J6のそれぞれの回転角θ1〜θ6の値および多関節ロボット50の各部寸法により決定される。
【0035】
また、ガンユニット68はC型溶接ガンに限らず、例えば図5に示すX型溶接ガン(共通の支軸に軸支された開閉する一対のガンアームを備える溶接ガン)68aであってもよい。
【0036】
多関節ロボット50に関する座標計算および制御上の基準点として、軸J1と軸J2とが交差する点を原点Oとして規定し、この原点Oを基準として、鉛直上向き方向を高さZ、回転角θ1がθ1=0であるときの軸J2の方向を奥行Y、高さZと奥行Yに垂直な方向を幅Xとして表す。この高さZ、幅Xおよび奥行Yにより3次元直交座標を示すものとする。
【0037】
多関節ロボット50は、任意の教示姿勢点間を移動するための直線動作モードおよび各軸動作モードを実現するプログラムがロボット基本制御部37に組み込まれている。
【0038】
各軸動作モードは、各軸J1〜J6およびガン開度を最大動作速度に対して[%]の単位で動作速度を設定するものである。
【0039】
これらの動作モードは、任意の教示姿勢点間をTCPで表したとき、両教示姿勢点間を直線状に動作するモードであり、[mm/sec]の単位で速度指定が可能である。この直線動作モードは各軸J1〜J6およびガンユニット68が同時に動作を開始し、終点において同時に動作を終了するモードであり、いずれかの軸またはガンユニット68の動作が指定速度に適応できないときには、その軸またはガンユニット68に応じた速度で動作する。
【0040】
また、ロボット基本制御部37は、多関節ロボット50の力学的な特性により動作開始および動作停止時の加減速度が設定されており、指定動作速度と関連付けられている。すなわち、指定動作速度に応じた適切な加減速度を発生させるように制御するので、指定速度が最大速度であっても加減速度は最大値とは限らないため、その動作時間が最短時間とはならない。
【0041】
第1の実施の形態における多関節ロボット50とロボット基本制御部37の組み合わせでは、図6に示す関係が最も適切であり、移動時間が短いものとする。
【0042】
図7に示すように、多関節ロボット50の動作は、教示姿勢点Q1から出発し、順にQ2、Q3、Q4、P1、Q5、P2、Q6そしてQ7へ移動するものとする。このうちQ1〜Q7は多関節ロボット50の位置および姿勢を示す通常の教示姿勢点であり、P1およびP2はワーク80を溶接する溶接ポイントであるものとする。
【0043】
また、これら動作区間のうち、教示姿勢点Q1〜Q2、教示姿勢点Q4〜Q5、教示姿勢点Q5〜溶接ポイントP2および溶接ポイントP2〜教示姿勢点Q6の区間は比較的に移動距離が大きい区間であり、一方、教示姿勢点Q2〜Q3、教示姿勢点Q3〜溶接ポイントP1、溶接ポイントP1〜教示姿勢点Q4および教示姿勢点Q6〜Q7の区間は比較的に移動距離が小さいものとする。
【0044】
図8に示すように、多関節ロボット50の動作はパステーブル(行程)100によって表されており、このパステーブル100は、「ガンユニットの向き」欄100a、「TCPの位置」欄100b、「各軸角度」欄100c、「ガン開度」欄100d、「動作モード」欄100e、「動作速度」欄100fおよび「溶接指示」欄100gから構成されている。
【0045】
このパステーブル100は、RAM29やハードディスク34内に記録されるが、必要に応じてモニタ16の画面に表示されまたは印刷され得る。
【0046】
「ガンユニットの向き」欄100aは、ガンユニット68の向きをTCPを構成するベクトルXr、YrおよびZrで表す。また、「TCPの位置」欄100bはTCPの位置を原点Oを基準としたX、Y、Z座標で表す。
【0047】
「各軸角度」欄100cは軸J1〜J6の回転角θ1〜θ6から構成されている。「ガン開度」欄100dはガン開度の値を示す。
【0048】
「動作モード」欄100eは、直線動作モードを示す「チョクセン」と各軸動作モードを示す「カクジク」が記録され、動作の区別を表す。
【0049】
「動作速度」欄100fは各軸J1〜J6およびガンユニット68の開閉機構の動作速度を表す。「動作モード」欄100eが「カクジク」であるときには各軸の最大動作速度に対する[%]の値で指定し、また「チョクセン」であるときにはTCPの移動速度を[mm/sec]の値で指定する。
【0050】
直線動作モードおよび各軸動作モードは、いずれも動作速度の設定においては、教示姿勢点間の移動距離および動作時間が最短時間となるように考慮し、図6に示した適切な動作速度を設定する。
【0051】
「溶接指示」欄100gは、溶接の指示を示すもので、溶接作業を1つの教示姿勢点にて表している。また、溶接後のガン開度を指定するために、専用の教示姿勢点BU1およびBU2が溶接ポイントP1およびP2の後に挿入されている。この専用の教示姿勢点BUnは、直前の溶接ポイントPnと各回転角θ1〜θ6およびガン開度が同じ値になっている。
【0052】
なお、パステーブル100に示す多関節ロボット50の動作は、第1リンク58、第2リンク60、第3リンク62、第4リンク64およびガン着脱部66に関しては他の構造物等に対して干渉することなく動作することが予め保証されており、またガンユニット68についても、固定電極70およびアーチ74は干渉がないことが保証されている。
【0053】
次に、このように構成されるオフラインティーチング装置10およびロボット制御部22を用いて、多関節ロボット50の動作経路およびガン開度を設定する第1の実施の形態の手順について図9および図10を参照しながら説明する。
【0054】
図9のステップS1において、パステーブル100で表される多関節ロボット50の動作経路のうち、移動距離の短い区間を抽出する。
【0055】
具体的には、移動距離を「TCPの位置」欄100bで示されるTCPの位置の間隔を算出したうえで、ある閾値以下のものを抽出すればよい。また、この方法以外にも、例えば各回転角θ1〜θ6の回転量から抽出するようにしてもよい。
【0056】
次に、ステップS2において、抽出した区間のうち連続するものをまとめて1つの区間を作る。
【0057】
この時点で、図9に示すパステーブル100の例では、教示姿勢点Q2〜Q4および教示姿勢点Q6〜Q7の区間が作られるものとする(図7参照)。
【0058】
次に、ステップS3において、ステップS2で作られた区間のうち、溶接ポイントPn(n=1、2、3…)を含む区間をその溶接ポイントPnで分割する。すなわち、教示姿勢点Q2〜Q4の例で示せば、教示姿勢点Q2〜溶接ポイントP1と教示姿勢点BU1〜教示姿勢点Q4の2つの区間に分割する。
【0059】
この分割処理は、溶接ポイントPnにおいては、必ず可動電極72を稼動させるので、ガン開度を一定にすることができないことから別に扱うためのものである。
【0060】
このようにして、検証区間として教示姿勢点Q2〜溶接ポイントP1、教示姿勢点BU1〜教示姿勢点Q4および教示姿勢点Q6〜Q7の3つの検証区間が抽出されるので、次のステップS4〜S10において、これらの検証区間について検証を行う。
【0061】
ステップS4において、所定の検証区間内における教示姿勢点で、ガンユニット68の可動電極72とワーク80との最小の離間距離を求める。すなわち、シミュレーション回路40の機能により、各教示姿勢点における多関節ロボット50とワーク80とをモデルとして仮想空間において表現し、可動電極72とワーク80または他の障害物等との間隔を調査する。そして、可動電極72を突出させることができる進退量を計算またはシミュレーションにより求める。
【0062】
この場合における最小の離間距離とは、可動電極72とワーク80との理論上の極値的な数値ではなく、機械的な動作誤差や安全上の余裕を見込んだ実際上の離間距離とする。
【0063】
次に、ステップS5において、ステップS4で求めた最小の離間距離のうち最小開度のものを選択し、その最小開度を同じ検証区間内の他の教示姿勢点に適用したとき、可動電極72がワーク80およびその他の障害物との干渉がないかを調査する。
【0064】
次に、ステップS6において、ステップS5の結果を検証し、いずれかの教示姿勢点において干渉が確認されたときは、その検証区間内ではガン開度を最小に保ったまま動作させることはできないので、次のステップS7を省略し、ステップS8へ移る。干渉がなければステップS7を行う。
【0065】
なお、干渉がある場合、一度ステップS5へ戻り、最小開度から2番目、3番目、と開度の小さいものを順次選択して、そのガン開度において干渉の有無を確認するようにしてもよい。
【0066】
ステップS7において、ステップS5で求めた最小開度を検証区間内の全ての教示姿勢点Qnおよび溶接ポイントPnに対して適用する。例えば、教示姿勢点Q2〜溶接ポイントP1における検証区間内において、教示姿勢点Q3の開度が最小開度θ72であり、しかも検証区間内で干渉がないと確認されたときは、この最小開度θ72を教示姿勢点Q2および溶接ポイントP1にも適用し、パステーブル100を書き替える(図8参照)。
【0067】
次に、ステップS8において、ステップS3で抽出した全ての検証区間に対して検証を行ったか否かを確認して、検証が終了していれば次のステップS9に移り、検証が終了していない検証区間があればステップS4に戻り処理を続ける。
【0068】
ステップS9においては、多関節ロボット50の動作経路における溶接ポイントPnと同じ姿勢の電極動作教示姿勢点Rnを溶接ポイントPnと教示姿勢点BU1の間に挿入する(図10に示す表の第5行および第10行参照)。つまり、「ガンユニットの向き」欄100a、「TCPの位置」欄100bおよび「各軸角度」欄100cの値をコピーした行を挿入すればよい。
【0069】
この電極動作教示姿勢点Rnは、溶接ポイントPnから溶接指令と電極動作を分離し、電極を溶接動作開始位置まで迅速に移行することができるように挿入するものであり、次のステップS10において可動電極72を高速で動作させ、溶接を行う設定を行う。
【0070】
ステップS10において、挿入した電極動作教示姿勢点Rnの動作モードを各軸動作モード「カクジク」に指定し、速度を100[%]に指定し、さらに「ガン開度」欄100dのワーク80を把持する値を「θmin」としたとき、「θmin」よりやや大きい値である「θmin+α」に設定する。その後、溶接ポイントPnに指定されていた「溶接指示」命令を電極動作教示姿勢点Rnに付け替えて溶接ポイントにする。
【0071】
このように設定することにより、ガン開度は「θmin+α」までは高速で動作し、その点から「θmin」まではロボット基本制御部37の機能により、ワーク80に当接しても衝撃を与えない程度の低速で動作する。
【0072】
次に、ステップS11において、パステーブル100に存在する溶接ポイントPnの全てについて電極動作教示姿勢点Rnを設定したかを確認し、設定が終了していれば最後のステップS12の処理へ移る。未設定の溶接ポイントPnがあればステップS9に戻り処理を続ける。
【0073】
最後に、ステップS12において、パステーブル100を前記ロボット基本制御部37とリンクした上で、前記データ作成回路38により実際の多関節ロボット50を動作させるためのプログラムデータに変換し、ロボット制御部22に転送する。
【0074】
なお、第1の実施の形態では、ガン開度をガンユニット68の構造上の最小開度から最大開度まで連続的な値から設定可能であるが、後述する第2の実施の形態と同様に、予め設けられた規定開度から選択的に設定するようにしてもよい。
【0075】
このように、第1の実施の形態によれば、多関節ロボット50の動作計画を示すパステーブル100のうち、教示姿勢点Qnおよび溶接ポイントPn等の間で、動作距離がある閾値以下の区間を抽出して、その区間における可動電極72がワーク80等と非干渉状態を保つ最小開度を調査する。そして、その区間内でのガン開度を最小開度に保つようにして動作させるので、開閉機構の無駄な動作がなくなりサイクルタイムを改善することができる。また、開閉機構は最小開度となっているので、溶接作業に迅速に移行することができる。
【0076】
特に、移動距離が短い区間、すなわち軸J1〜J6の回転動作が短時間で終了する区間で、軸J1〜J6の動作終了後にガンユニット68の開閉動作の終了待ちになることや、また開閉動作に合わせて軸J1〜J6の動作速度を遅くする必要がない。
【0077】
また、検証区間は溶接ポイントPnの点で区切り、溶接ポイントPnを終点とする検証区間と、溶接後のガン開度を指定する専用の教示姿勢点BUnを始点とする検証区間とに分けたので、溶接作業の前後でガン開度を適切に設定することが可能である。
【0078】
さらに、第1の実施の形態では、パステーブル100において、溶接ポイントPnの次に電極動作教示姿勢点Rnを挿入して、溶接命令も溶接ポイントPnから付け替え、溶接ポイントPnと電極動作教示姿勢点Rnとの間をガンユニット68の開閉速度を能力の100[%]で開閉する。これにより、例えば溶接位置においてワーク80を把持するときの速度を制限している前記ロボット基本制御部37を用いる場合であっても、ワーク80を把持する直前の「θmin+α」まで最大速度で開閉動作を行うことができるので迅速にワーク80の把持動作を行うことができる。さらに、電極動作教示姿勢点Rnは把持する直前の位置を教示姿勢点としているので、最大速度のままワーク80を把持することはなく、ロボット基本制御部37の制御により遅い当接速度でワーク80を把持するので、ワーク80に衝撃を与えることがない。
【0079】
次に、第2の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を図11〜図14を参照しながら説明する。
【0080】
第2の実施の形態において用いるオフラインティーチング装置10およびロボット制御部22等は第1の実施の形態において使用するものと同じである。
【0081】
第2の実施の形態においては、図11に示すように、ガン開度はワーク80を把持する開度である「θmin」の他に、5つの規定開度が選択設定可能となっており、開度が小さい状態から大きくなる方向に向かって順に「SS」、「S」、「M」、「L」および「LL」の開度で表される。
【0082】
開度「LL」は構造上の最大開度であるものとする。また、ワーク80を把持する開度である「θmin」は、通常、開度「SS」より小さい値であるが、ワーク80が厚い場合には開度「SS」より大きくなりうる。また、開度「SS」を「θmin」と同じ値にすると設定が容易である。
【0083】
図12に示すように、開度「SS」、「S」、「M」、「L」および「LL」は、パステーブル100において「ガン開度」欄100dに記録されるものである。実際の多関節ロボット50を動作させる際には、ロボット制御部22がリニアセンサ78の信号により可動電極72の進退量を「SS」、「S」、「M」、「L」または「LL」に一致するように制御する。
【0084】
第2の実施の形態の手順は、まず、図13のステップS101において、溶接作業を示す溶接ポイントPnを抽出する。そして、抽出した溶接ポイントPnを終点とする検証区間に区分けする。図12に示すパステーブル100の例では、教示姿勢点Q1〜溶接ポイントP1の検証区間A(図14参照)、溶接後のガン開度指定用の教示姿勢点BU1〜溶接ポイントP2の検証区間Bおよび溶接後のガン開度指定用の教示姿勢点BU2〜教示姿勢点Q7の検証区間Cの3つの検証区間に分ける。
【0085】
次に、ステップS102において、所定の区間内で、区間内の終点側から調査を行い、所定の教示姿勢点Qn(溶接ポイントPnまたは教示姿勢点BUn)とその1つ前の点との間で、可動電極72がワーク80やその他の障害物と干渉を起こすことのないガン開度を前記5つの規定開度の中から選択する。例えば、教示姿勢点BU1〜溶接ポイントP1の間においては、開度「SS」が選択されるものとする(図14参照)。
【0086】
次に、ステップS103において、所定の教示姿勢点間を多関節ロボット50が動作を行うために要する動作時間Trを算出する。この動作時間Trはガンユニット68の開閉動作を除き、軸J1〜J6だけを動作させた場合について算出するものとし、各軸J1〜J6の動作角度および動作速度等から算出する。また、シミュレーション回路40を用いたシミュレーションを行うことによって計測してもよい。
【0087】
次に、ステップS104において、所定の教示姿勢点間でガンユニット68の開閉動作に要する開閉時間Ttを算出する。この開閉時間Ttは、教示姿勢点間のうち終点側のガン開度を基準として、前記ステップS102において求めた、開度「M」等から到達する時間であり、軸J1〜J6の動作は無視してガンユニット68の単体の動作から算出(または計測)する。
【0088】
次に、ステップS105において、ステップS103およびS104で求めた動作時間Trと開閉時間Ttとを比較し、Tr≧Ttとなる開度を抽出する。
【0089】
例えば、溶接ポイントP1〜教示姿勢点Q3の間においては、溶接ポイントP1の開度が「SS」であり、開度「M」および「S」から開度「SS」まで閉じる開閉時間Ttが動作時間Tr以下であった場合、この2つの開度「M」および「S」が開度の候補として抽出される。このうち、開度「S」は前記ステップS102において干渉を起こす開度であると認識されている場合(図7参照)、この開度「S」を除外して開度「M」を開度の候補とする。
【0090】
また、Tr≧Ttの条件を満たす開度が存在しない場合には、ステップS102で抽出した開度のうち、最も開閉時間Ttの小さいものを抽出する。このようにすれば、多関節ロボット50が動作時間Trで動作を終了しても、その後ガンユニット68の開閉時間Ttまで待機する時間を最小限にすることができる。
【0091】
次に、ステップS106において、所定の区間内で、隣り合う教示姿勢点間(または溶接ポイント)の全てについて調査を行ったか、つまり終点側から始点側まで全て調査をしたか確認し、調査が終了していれば次のステップS107に移る。
【0092】
未調査の区間があれば、ステップS102に戻り処理を続ける。このとき、ステップS105において抽出した開度の候補が複数個あるならば、その複数個の開度を基準として、その前段側教示姿勢点Qnの開度を求める(図14の教示姿勢点Q2等参照)。
【0093】
ステップS107において、ステップS101で区分した区間の全てについて調査を行ったか確認し、調査が終了していれば次のステップS108へ移る。未調査の区間があれば、当該区間を調査するための必要な初期化を行った後、ステップS102へ戻り処理を続ける。
【0094】
ステップS108において、所定の評価関数に従って、各教示姿勢点Qn、BUnまたは溶接ポイントPnにおいて求めた開度の候補から最適な候補の組み合わせを選択する。例えば、多関節ロボット50がパステーブル100に示すように教示姿勢点Q1から教示姿勢点Q7まで動作させたときに、その動作時間が最短となる候補の組み合わせを選択する。
【0095】
また、例えばガンユニット68の開閉回数を評価する評価関数により、開閉回数が最小となる候補を選択するようにしてもよい。
【0096】
また、この評価関数による処理は、ステップS101で区分した区間毎に行うことも可能であり、その場合はステップS106の後に行ってもよい。
【0097】
最後に、ステップS109において、選択した候補の組み合わせをパステーブル100に記録し、前記ステップS12と同様に、プログラムデータを作成してロボット制御部22に転送する。
【0098】
なお、第2の実施の形態では、ガン開度を5つの規定開度から選択的に設定するようにしたが、第1の実施の形態と同様に、規定開度によらずに、連続的な値を設定するようにしてもよい。
【0099】
このように、第2の実施の形態によれば、パステーブル100の教示姿勢点間において、一方の教示姿勢点におけるガン開度を他方の教示姿勢点のガン開度に基づいて設定するようにしたので、教示姿勢点間で適切なガン開度を設定することができる。
【0100】
特に、教示姿勢点間で多関節ロボット50が動作する動作時間Trと、ガンユニット68の開閉時間Ttとを求め、Tr≧Ttとなる開度差に設定するので、開閉時間Ttの方が多関節ロボット50の動作時間Trより余裕のある設定となり、ガンユニット68の開閉動作に合わせて多関節ロボット50の動作が遅くなったり、または待機状態になったりするようなことがない。
【0101】
さらに、教示姿勢点間におけるガン開度は、教示姿勢点間でガンユニット68を構成する可動電極72がワーク80または他の障害物等に対して非干渉である値から選択するので干渉のおそれがない。
【0102】
また、ガン開度は5つの規定開度から選択的に設定するようにしているので、設定を容易に行うことができる。
【0103】
なお、上述の実施の形態では、多関節ロボット50は6軸構造として説明したが、7軸構造やリンク機構、伸縮機構等を有する構造であってもよく、さらに溶接ロボット以外にも、エンドエフェクタとして開閉機構を備えた把持装置等を有するものであってもよい。
【0104】
パステーブル100は必ずしも表形式である必要はなく、実質的に多関節ロボット50の動作を表すものであればよい。
【0105】
さらに、この発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法によれば、エンドエフェクタの開閉機構の開度を設定自在にすることにより開閉移動量を最適値とすることができるとともに、エンドエフェクタの開閉機構の開度を多関節ロボットの動作と関連付けて設定するので、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らすことが可能となり、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態で使用するオフラインティーチング装置およびロボット装置を示す説明図である。
【図2】オフラインティーチング装置の構成を示すブロック図である。
【図3】多関節ロボットの構成を示す説明図である。
【図4】ガンユニットの構造を示す説明図である。
【図5】X型溶接ガンを示す説明図である。
【図6】直線動作モードおよび各軸動作モードにおいて、多関節ロボットの移動量に応じた適切な設定値を示す表である。
【図7】多関節ロボットの動作経路を示す説明図である。
【図8】第1の実施の形態におけるパステーブルを示す表である。
【図9】第1の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を示すフローチャートである。
【図10】第1の実施の形態におけるパステーブルに電極動作教示姿勢点を挿入した状態を示す表である。
【図11】ガンユニットの予め設定した5つの規定開度を示す説明図である。
【図12】第2の実施の形態におけるパステーブルを示す表である。
【図13】第2の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を示すフローチャートである。
【図14】第2の実施の形態におけるガン開度を選択する過程を示す説明図である。
【符号の説明】
10…オフラインティーチング装置 12…ロボット装置
14…制御部 22…ロボット制御部
26…CPU 29…RAM
34…ハードディスク 35…プログラム
38…データ作成回路 40…シミュレーション回路
50…多関節ロボット 68…ガンユニット
70…固定電極 72…可動電極
74…アーム 75…ベアリング
76…ネジ 77…サーボモータ
78…リニアセンサ 80…ワーク
100…パステーブル
Claims (3)
- 多関節ロボットに備えられ、互いに接近および離間する方向に開閉可能な一対の把持部材の間でワークを把持可能な開閉機構付きエンドエフェクタにおける前記一対の把持部材間の距離である開度を設定するためのエンドエフェクタの開度設定方法において、
前記多関節ロボットの動作計画を示す行程のうち、所定の区間を抽出するステップと、
前記所定の区間内で前記開閉機構が他の物体と非干渉状態を保つ最小開度を調査するステップと、
前記所定の区間内での前記開閉機構の開度を前記最小開度に設定するステップと、
を有し、
前記所定の区間は、前記行程を構成する教示姿勢間で、前記エンドエフェクタの作業点の移動距離が動作計画のうちで短い区間を抽出するための閾値以下で、1以上の連続する区間とすることを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。 - 請求項1記載のエンドエフェクタの開度設定方法において、
前記行程を構成する教示姿勢に前記開閉機構の開閉速度の設定を行うことを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。 - 請求項1または2記載のエンドエフェクタの開度設定方法において、
前記所定の区間の始点または終点は、前記エンドエフェクタに作業を行わせる教示姿勢であることを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。
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