JP5358464B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents
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Description
ところで、レーザセンサLSより得られた測距データに基づく開先情報だけでは、開先座標系に対する特徴点の位置・姿勢しか計算できない。そこで、ロボット制御部RCは、ロボット座標系における溶接トーチ50の現在座標をセンサ制御部LUに送信している。
なお、特許文献1では、溶接中にスキャニング式レーザセンサを先行させて、前進・後進角θを保持するように姿勢制御を行うことが開示されている。
一方、図8に示すように、溶接区間の一部で溶接トーチ50がワークWの一部に極めて接近するようなケースでは、その区間は教示姿勢を保持しつつ位置修正のみを行い、その区間の前後では姿勢修正を行う、という運用を望む場合がある。
なお、特許文献1は、倣い区間中は常に姿勢制御を行うようにしており、特許文献1の技術では、上記問題は解決できない。
又、レーザセンサが正しく計測できない溶接区間においては、倣い終了点の位置ずれは保持されることが望まれるが、姿勢ずれは保持しないで教示姿勢をとることが望まれる場合がある。ワークや冶具が複雑で、溶接トーチやレーザセンサのセンサヘッドが干渉してしまうことが想定される場合である。トーチ先端の少量の姿勢変化でもトーチ先端よりはなれたセンサヘッドは回転半径が大きくなるため大きく振られることがあり、ワークや冶具が複雑であると干渉する可能性がある。
なお、特許文献1では、倣い区間中は常に姿勢制御を行う。それに対して、本件請求項2の発明では、倣い区間を、倣い有効区間と倣い無効区間とに区別して、教示プログラム又は自動で姿勢制御の有無を切替える点が異なる。又、特許文献2〜4では、ツールをワークに対して面に対して直角になるように教示するためのものである。それに対して、請求項2の発明では、自動倣い運転中に、リアルタイムに姿勢制御を行う点、さらに、倣い区間中に倣い有効区間と倣い無効区間とに区別してプログラムで姿勢制御の有無を切替える点が異なっている。
請求項5の発明によれば、補間点演算手段は、前記目標位置姿勢演算手段からの前記目標位置及び目標姿勢が得られない場合には、前記目標位置及び目標姿勢が得られない時の直前の補間点演算周期で得られた姿勢修正を保持することができる。
以下、本発明のロボットの制御装置をアーク溶接ロボットの制御装置に具体化した一実施形態を図1〜11を参照して説明する。図1はアーク溶接ロボットの制御装置10(以下、溶接ロボットの制御装置10という)の構成を示すブロック図である。
るワークWの形状検出結果と受信した現在位置姿勢とを照らし合わせて、溶接トーチ14の目標位置及び姿勢を設定(算出)する。そして、センサ制御部LUは、設定(算出)された目標位置及び姿勢を、通信処理部LUaを介してロボット制御部RCの通信処理部27に送信する。なお、通信処理部LUaは、ロボット制御部RCに対して制御情報を送信する際に、その種類を明示するためのコマンドを付して送信したり、或いは通信開始や、通信終了等を示す各種コマンドを送信する。ここで、前記設定(算出)された目標位置及び姿勢を制御情報として通信処理部LUaが送信する場合、例えば、前記制御情報の先頭にはコマンドとして「cc」が付される。
図3は、センサ制御部LUで目標位置等の計算が成功した事例であって、ロボット制御部RCとセンサ制御部LU間の通信において、倣い開始から倣い終了までの通信例が示されている。図3において、ロボット制御部RCから倣い開始コマンドMTが送信され、センサ制御部LUでこのコマンドを受信すると、センサ制御部LUから倣い開始レディコマンドmoが送信される。以後、ロボット制御部RCからコマンドCGが付された現在位置姿勢の送信がされ、センサ制御部LUでこれを受信すると、センサ制御部LUでは、前述したように目標位置姿勢の設定(算出)がされる。そして、センサ制御部LUは目標位置姿勢をロボット制御部RCにコマンドccを付して送信する。以後、同様に繰り返される。ここで、コマンドccは、目標位置等の計算に成功した場合に該目標位置等に付されるコマンドであるため、レーザセンサLSがワークWの形状を認識できた結果を示すことになる。
(修正補間点算出処理)
図5〜7は、補間点算出処理部23が修正補間点算出処理プログラムに従って実行する修正補間点算出処理のフローチャートであり、所定制御周期毎に実行する。本実施形態では、このプログラムは20msec毎に実行するが、制御周期は限定されるものではない。この制御周期は、補間点演算周期に相当する。
次に、姿勢反映処理ルーチンを図6を参照して説明する。
S100では、補間点算出処理部23は、姿勢制限値としての姿勢リミッタRlを第2メモリ29から読み込む。姿勢リミッタRlは、マニピュレータMを作動させるときの最大動作範囲を限定するためのものである。S110では、補間点算出処理部23は、現在の処理がセンサ制御部LUから目標位置姿勢を受信した直後か否かを判定する。本実施形態では、センサ制御部LUからは、通常30〜50msec毎の周期で目標位置姿勢を受信しており、受信直後であれば、その旨を示すステータスフラグがセットされ、受信直後でなくなれば、図示しないタイマにより前記ステータスフラグがリセットされる。S110での判定が、受信直後であれば、S120に移行する。又、受信直後でなければ、S300の姿勢保持処理ルーチンを実行した後、S210に移行する。なお、S300の姿勢保持処理ルーチンは後述する。S120では、補間点算出処理部23は今回の処理が倣い開始直後、すなわち、倣い開始指令(ZT)があった直後か否かを判定する。倣い開始直後であれば、S130において、前補間点姿勢Mpとして、教示データに含まれる教示目標姿勢(すなわち、教示姿勢)を設定して、S150に移行する。
次に、姿勢保持処理ルーチンを図7を参照して説明する。
この姿勢保持処理ルーチンの実行は、マニピュレータMに大きな姿勢変化をさせる場合においても、できる限り姿勢リミッタRlの範囲で、マニピュレータMを動作させるようにするのである。
(1) 本実施形態の溶接ロボットの制御装置は、溶接トーチ14(作業ツール)の作業に先行してワークW(作業対象物)の形状を認識するレーザセンサLS(センサ)を備える。レーザセンサLSを利用する第1区間(S1,S2間)、及び第3区間(S3,S4間)(倣い有効区間)では、前記センサの検出結果に基づく目標位置姿勢に基づいて位置姿勢倣い制御を行うロボット制御部RC(制御手段)を備える。
基準となるポイントである。このように姿勢リミッタRlで制限することにより、急激に動作することがなくなり、滑らかな動作を実現することができる。
次に、第2実施形態を図12及び図13を参照して説明する。第2実施形態は第1実施形態の溶接ロボットの制御装置のハード構成と同一の制御装置であるため、同一構成については、同一符号を付す。第2実施形態では、修正補間点算出処理プログラムが一部異なっているため、異なるところを中心に説明する。又、フローチャートにおいて、第1実施形態のステップ番号と同一ステップについては同一ステップ番号を付す。なお、第2実施形態では、センサ制御部LUは、目標位置姿勢演算手段に相当する。
(1) 本実施形態の溶接ロボットの制御装置は、レーザセンサLS(センサ)の出力に基づき、目標位置姿勢を算出するセンサ制御部LU(目標位置姿勢演算手段)を備えている。センサ制御部LUは、レーザセンサLSの出力に基づく教示点間の補間点演算として、目標位置姿勢に基づいて前記教示点間の補間点演算を行う。又、補間点算出処理部23(補間点演算手段)は、センサ制御部LUからの目標位置姿勢が得られない場合には、目標位置姿勢が得られない時の直前の補間点演算周期で得られた姿勢修正を保持する。この結果、本実施形態の制御装置によれば、補間点算出処理部23は、センサ制御部LUからの目標位置姿勢が得られない場合には、目標位置姿勢が得られない時の直前の補間点演算周期で得られた姿勢修正を保持することができる。
次に、第3実施形態を図14、図15を参照して説明する。本実施形態は第1実施形態の溶接ロボットの制御装置のハード構成と同一の制御装置であるため、同一構成については、同一符号を付す。本実施形態では、補間点算出処理部23は制御手段に相当する。第3実施形態では、第1実施形態とプログラムが一部異なっているため、異なるところを中心に説明するが、説明の便宜上、フローチャートにおいて、第1実施形態のステップ番号と同一ステップについては同一ステップ番号を付す。
S620では、補間点算出処理部23は、前記倣い区間における教示時の終了点の位置(終了点位置)POSetと教示時の該終了点の姿勢POSEetを、当該教示点の教示データから取得する。
S660では、補間点算出処理部23は、教示時の終了点の姿勢POSEetから、倣い時の終了点の姿勢POSEmへの回転中心軸ベクトルVcを求める。
S680では、補間点算出処理部23は、回転中心軸ベクトルVc周りに回転角Rtで回転する同次変換行列Mfaを求める。
又、S700では、補間点算出処理部23は、目標姿勢MTpose1,2…nの位置成分に前記差POSnを代入する。
S710では、補間点算出処理部23は、公知の目標位置反映処理を行う。
S710の処理が終了すると、S720では、補間点算出処理部23は、溶接トーチ14の現在の位置が姿勢量保持区間にあるか否かを判定し、溶接トーチ14の現在の位置が姿勢量保持区間にある場合には、S690にジャンプする。
次に、S610からS730に移行した場合について説明する。
S760では、補間点算出処理部23は、倣い無効区間にある教示点毎に、各教示点毎に設定された教示姿勢勢Mpt1,2…を目標姿勢MTpose1,2…nとする。
S780では、補間点算出処理部23は、補間点算出処理部23は、公知の目標位置反映処理を行う。
上記のように構成された溶接ロボットの制御装置では、下記の場合で使用することが可能である。レーザセンサLSにより倣い有効区間の後にも溶接を続け、倣い有効区間の終了点の位置ずれの保持と姿勢ずれの保持が必要な場合がある。例えば、ワークWの溶接強度を増加させたり、ワークW端まで確実に溶接する角巻き溶接などである。なお、従来の技術では、位置ずれの保持はされるが、姿勢ずれの保持はされていない。ここで位置ずれの保持とは、レーザセンサLSの機能を使用した区間(すなわち、倣い有効区間)の終了点の位置を基準とすることをいう。又、姿勢ずれの保持とは、レーザセンサLSの機能を使用した区間(倣い有効区間)の終了点の姿勢を基準とすることをいう。
(1) 本実施形態の溶接ロボットの制御装置10は、ロボット制御部RC(制御手段)は、教示点間の補間点演算を行う補間点算出処理部23(補間点演算手段)を有する。補間点算出処理部23は、倣い有効区間の終了点であって倣い無効区間の開始点の教示データに姿勢補正がオンとなっていない場合(姿勢補正指令がない場合)、第1位置姿勢制御を行う。又、補間点算出処理部23は、開始点の教示データに姿勢補正がオンとなっている場合(姿勢補正指令がある場合)、倣い有効区間の終了点における実姿勢と、教示データに基づく教示姿勢との差に基づいてロボットの姿勢制御を行う。合わせて補間点算出処理部23は、倣い有効区間の終了点の実位置と、前記終了点の教示位置の差に基づいて位置制御を行う第2位置姿勢制御を行う。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
LU…センサ制御部(目標位置姿勢演算手段)、
LS…レーザセンサ(センサ)、M…マニピュレータ、
14…溶接トーチ(作業ツール)、
23…主軌道補間点算出処理部(補間点演算手段)、
29…第2メモリ(記憶手段)。
Claims (7)
- 作業ツールの作業に先行して作業対象物の形状を認識するセンサを備え、前記センサを利用する倣い有効区間では、前記センサの検出結果に基づく目標位置姿勢に基づいて位置姿勢倣い制御を行う制御手段を備えたロボットの制御装置において、
前記制御手段は、前記倣い有効区間に隣接する前記センサを利用しない倣い無効区間では、前記倣い無効区間の教示点における教示データに含まれる教示姿勢となるように前記ロボットの姿勢制御を行うとともに、前記倣い有効区間の終了点における実位置と、前記目標位置姿勢の位置との差に基づいて位置制御を行う第1位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボットの制御装置。 - 前記制御手段は、教示点間の補間点演算を行う補間点演算手段を有し、
前記補間点演算手段は、教示点でセットされている教示データに姿勢修正指示がある場合は、倣い区間中の倣い有効区間の補間点演算であるとして、前記センサの検出結果に基づいて姿勢修正のための演算を行い、教示点でセットされている教示データに前記姿勢修正指示がない場合には、倣い区間中の倣い無効区間の補間点演算であるとして、倣い無効区間の教示点における教示データに含まれる教示姿勢となるための演算を行うことを特徴とする請求項1に記載のロボットの制御装置。 - 前記教示点の教示データには、倣い開始指令、又は倣い終了指令が含まれており、
最初の倣い開始指令を含む教示データがあった教示点から倣い終了指令を含む教示データがあった教示点までを前記倣い区間とすることを特徴とする請求項2に記載のロボットの制御装置。 - 前記補間点演算手段は、姿勢修正を行う場合、姿勢制限値の範囲内で姿勢修正が行われるように演算を行うことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のロボットの制御装置。
- 前記センサの検出結果に基づき、目標位置姿勢を算出する目標位置姿勢演算手段を備え、
前記補間点演算手段は、前記倣い有効区間では前記センサの検出結果に基づく前記教示点間の補間点演算として、前記目標位置姿勢に基づいて前記教示点間の補間点演算を行い、
又、前記補間点演算手段は、前記目標位置姿勢演算手段からの前記目標位置姿勢が得られない場合には、前記目標位置姿勢が得られない時の直前の補間点演算周期で得られた姿勢修正を保持することを特徴とする請求項2乃至請求項4のうちいずれか1項に記載のロボットの制御装置。 - 前記補間点演算手段は、前記目標位置姿勢演算手段から前記目標位置姿勢が得られない回数を、前記補間点演算周期毎にカウントし、そのカウント値が所定閾値回数を超えたときには、そのカウント値に対応する累積姿勢修正分の姿勢修正を行うようにすることを特徴とする請求項5に記載のロボットの制御装置。
- 前記制御手段は、教示点間の補間点演算を行う補間点演算手段を有し、
前記補間点演算手段は、前記倣い有効区間の終了点であって、前記倣い無効区間の開始点の教示データに姿勢補正指令がない場合、前記第1位置姿勢制御を行い、
前記開始点の教示データに姿勢補正指令がある場合、前記倣い有効区間の終了点における実姿勢と、前記教示データに基づく教示姿勢との差に基づいて前記ロボットの姿勢制御を行うとともに、前記倣い有効区間の終了点の実位置と、前記終了点の教示位置の差に基づいて位置制御を行う第2位置姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のロボットの制御装置。
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