JP5565503B2 - Motion trajectory generation device, motion trajectory generation method, robot control device, and robot control method - Google Patents

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Description

本発明は、複数の対象ワークの組立作業を行う組立ロボットに好適な対象ワークの位置姿勢よりロボット保持部の軌道を演算する動作軌道生成装置及び動作軌道生成方法並びにこれらを使用したロボット制御装置及びロボット制御方法に関する。   The present invention relates to an operation trajectory generation apparatus, an operation trajectory generation method for calculating a trajectory of a robot holding unit from the position and orientation of a target work suitable for an assembly robot that performs assembly work of a plurality of target works, and a robot control apparatus using these. The present invention relates to a robot control method.

組立ロボットは、一般的にロボットハンドが一つの対象ワークを正確に保持して、正確に位置決めしたもう一つの対象ワークに対して組立を行う。この組立作業において、組立直前のロボットハンドの位置姿勢と組立した後のロボットハンドの位置姿勢をロボットに教示・入力して、ロボット制御装置によって組立前後の位置姿勢との間の経路の補間演算を行い、ロボットハンドの移動軌道を生成するようにしている。   In general, an assembly robot generally holds one target workpiece accurately by a robot hand and assembles another target workpiece accurately positioned. In this assembling operation, the robot hand position and orientation immediately before assembly and the position and orientation of the robot hand after assembly are taught and input to the robot, and the robot controller calculates the path between the position and orientation before and after assembly. The movement trajectory of the robot hand is generated.

このようなロボット制御装置として、従来、アーク溶接ロボットの経路補間演算技術として、例えば、重力方向Gに一致したZ軸座軸を有したロボット座標系Σrで教示データの入力を受け付ける教示データ入力処理と、ワークの位置姿勢に対して一定の位置関係を有するワーク座標系Σpにロボット座標系Σrの教示データを座標変換する第1変換処理と、ワーク座標系Σpに座標変換された教示データからワーク座標系Σpにおける動作データを求める動作データ作成処理と、ワーク座標系Σpの動作データをロボット座標系Σrの動作データに座標変換する第2変換処理とを処理ステップとして有した教示データ処理ルーチンを備えたロボット制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As such a robot control device, conventionally, as a path interpolation calculation technique for an arc welding robot, for example, a teaching data input process for receiving teaching data input in a robot coordinate system Σr having a Z-axis seat axis coincident with the gravity direction G A first conversion process for converting the teaching data of the robot coordinate system Σr into a workpiece coordinate system Σp having a fixed positional relationship with the position and orientation of the workpiece, and the teaching data coordinate-converted into the workpiece coordinate system Σp There is provided a teaching data processing routine having, as processing steps, an operation data creating process for obtaining operation data in the coordinate system Σp and a second conversion process for converting the operation data of the work coordinate system Σp into the operation data of the robot coordinate system Σr. A known robot controller is known (for example, see Patent Document 1).

特開2000−153483号公報JP 2000-153383 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、ロボット座標系でデータを教示し、ワーク座標系へ座標変換して、ロボット座標系の溶接条件(重力等)を考慮して経路の補間演算を行ってから、再びロボット座標系へ座標変換するようにしている。溶接ロボットでは、ロボット座標系における溶接条件、例えば、溶接方向と重力方向との関係が重要であり、上記従来例は有効であるが、組立ロボットでは、必ずしも有効ではない。   However, in the conventional example described in Patent Document 1, data is taught in the robot coordinate system, the coordinate is converted to the work coordinate system, and the path of the path is considered in consideration of the welding conditions (gravity and the like) of the robot coordinate system. After performing the interpolation calculation, the coordinate transformation is again performed on the robot coordinate system. In the welding robot, the welding condition in the robot coordinate system, for example, the relationship between the welding direction and the gravity direction is important, and the above conventional example is effective, but the assembly robot is not necessarily effective.

組立ロボットでは、組立作業を実現するために、二つの対象ワーク間の相対位置関係及びワーク間の拘束条件が重要である。例えば、図2(a)に示すように、第2対象ワークであるコイルばね14のフック部13を第1対象ワークである板12の穴11に通してかける作業を行う場合を想定する。この場合には、組立作業を行う際に、図2(b)及び(c)に示すように、組立前後及び組立の中間姿勢では、板12のY軸姿勢とコイルばね14のフック部13のY軸姿勢とを平行に保つことが重要な拘束条件であり、溶接ロボットのようなロボット座標系での重力等の条件を全く考慮する必要が無い。   In an assembly robot, in order to realize an assembly operation, the relative positional relationship between two target workpieces and the constraint condition between the workpieces are important. For example, as shown to Fig.2 (a), the case where the operation | work which puts the hook part 13 of the coil spring 14 which is a 2nd object workpiece through the hole 11 of the board 12 which is a 1st object workpiece is performed is assumed. In this case, when performing the assembly work, as shown in FIGS. 2B and 2C, the Y-axis posture of the plate 12 and the hook portion 13 of the coil spring 14 are before and after the assembly and in the intermediate posture of the assembly. Keeping the Y-axis posture in parallel is an important constraint condition, and there is no need to consider conditions such as gravity in a robot coordinate system such as a welding robot.

このように、図2のような組立作業では、ロボット座標系で作業するためのロボットハンドの位置姿勢を教示・入力し、ロボットハンドの中間位置姿勢をロボット座標系で補間演算できる。演算したロボットハンドの位置姿勢とワークの位置姿勢と一対一の座標変換であるが、その座標変換は線形変換ではないので、前記板12のY軸姿勢とコイルばね14のフック部13のY軸姿勢とが平行であるという拘束条件を保つことができないという未解決の課題がある。   As described above, in the assembly work as shown in FIG. 2, the position and orientation of the robot hand for working in the robot coordinate system can be taught and input, and the intermediate position and orientation of the robot hand can be interpolated in the robot coordinate system. The calculated robot hand position / posture and workpiece position / posture have a one-to-one coordinate transformation. However, since the coordinate transformation is not a linear transformation, the Y-axis posture of the plate 12 and the Y-axis of the hook portion 13 of the coil spring 14 are used. There is an unsolved problem that the constraint condition that the posture is parallel cannot be maintained.

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、組立対象ワークの組立作業を行うために、ワーク座標系での拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワークの位置及び姿勢を用いて、ロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道を演算する動作軌道生成装置及び動作軌道生成方法並びにこれらを使用したロボット制御装置及びロボット制御方法を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and in order to perform the assembly work of the workpiece to be assembled, relative between workpieces based on the constraint conditions in the workpiece coordinate system. An operation trajectory generation apparatus and an operation trajectory generation method for generating an operation trajectory based on a positional relationship and calculating an operation trajectory of a work holding unit in a robot coordinate system using the position and orientation of the work, and a robot control apparatus and a robot using the same It aims to provide a control method.

上記目的を達成するために、請求項1に係る軌道生成装置は、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系において、所定の動作軌道で移動している第1対象ワークと、前記ワーク保持部が保持している第2対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成装置であって、前記第1対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第2対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成部と、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道を用いて、前記ワーク座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道へ変換する第座標変換部と、前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第2座標変換部とを備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a trajectory generating apparatus according to a first aspect of the present invention uses a robot having a work holding unit, and a first target work moving along a predetermined motion trajectory in a robot coordinate system, and the work An operation trajectory generating apparatus used when assembling with a second target workpiece held by a holding unit, wherein the constraint condition for assembly is a workpiece coordinate system based on the position and orientation of the first target workpiece. The motion trajectory generating unit that generates the motion trajectory of the second target workpiece based on the motion trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system, and the motion of the second target workpiece in the workpiece coordinate system a first coordinate conversion unit for converting the track into operation trajectory of the second objective workpiece in the robot coordinate system, wherein the second target workpiece workpiece holding portion holds the said workpiece holder A second coordinate conversion unit that converts the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system into the motion trajectory of the workpiece holding unit in the robot coordinate system using the relative positional relationship and the relative posture relationship of And generating an operation trajectory of the workpiece holding unit in the robot coordinate system based on the constraint condition in the workpiece coordinate system.

また、請求項2に係る動作軌道生成装置は、請求項1に係る発明において、前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第2対象ワーク位置姿勢計測部を備え、前記第2座標変換部は、前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第2対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴としている。   The motion trajectory generating apparatus according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the relative position relationship and the relative posture relationship between the second target workpiece held by the workpiece holding unit and the workpiece holding unit are determined. A second target workpiece position / orientation measurement unit for measuring, wherein the second coordinate conversion unit measures the second target workpiece position / orientation as a relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holding unit; A relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holding unit measured by a section are used.

さらにまた、請求項3に係る動作軌道生成装置は、請求項1または2に係る発明において、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの位置姿勢を計測する第1対象ワーク位置姿勢計測部を備え、前記第3座標変換部は、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道として、前記第1対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの移動中の位置姿勢を用いることを特徴としている。   Furthermore, the motion trajectory generating apparatus according to claim 3 is provided with a first target work position / orientation measurement unit that measures the position / orientation of the first target work in the robot coordinate system according to claim 1 or 2. The third coordinate conversion unit is moving the first target workpiece in the robot coordinate system measured by the first target workpiece position / orientation measurement unit as an operation trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system. It is characterized by using position and orientation.

また、請求項4に係る動作軌道生成方法は、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系において、所定の動作軌道で移動している第1対象ワークと、前記ワーク保持部が保持している第2対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成方法であって、前記第1対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第2対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成ステップと、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道を用いて、前記ワーク座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道へ変換する第3座標変換ステップと、前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第2座標変換ステップと、を備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a motion trajectory generation method using a robot having a work holding unit, a first target work moving along a predetermined motion trajectory in a robot coordinate system, and the work holding unit holding the first target work. A motion trajectory generation method used when an assembly operation with a second target workpiece is performed, wherein the first method is based on an assembly constraint condition in a workpiece coordinate system based on the position and orientation of the first target workpiece. Using the motion trajectory generating step for generating the motion trajectory of the two target workpieces and the motion trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system, the motion trajectory of the second target workpiece in the workpiece coordinate system is determined by the robot coordinates. A third coordinate conversion step for converting the movement trajectory of the second target workpiece in the system, and the second target workpiece held by the workpiece holder and the workpiece holder A second coordinate conversion step of converting an operation trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system into an operation trajectory of the workpiece holding unit in the robot coordinate system using a pair position relationship and a relative posture relationship; And generating an operation trajectory of the workpiece holding unit in the robot coordinate system based on the constraint condition in the workpiece coordinate system.

さらにまた、請求項5に係る動作軌道生成方法は、請求項4に係る発明において、前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第2対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、前記第2座標変換ステップは、前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第2対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴としている。   Furthermore, the motion trajectory generation method according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the relative position relationship and the relative posture relationship between the second target workpiece held by the workpiece holding unit and the workpiece holding unit. A second target work position / orientation measuring step for measuring the second target work position as a relative position relationship and a relative posture relationship between the second target work and the work holding unit. A relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holder measured in the posture measuring step are used.

なおさらに、請求項6に係る動作軌道生成方法は、請求項4または5に係る発明において、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの位置姿勢を計測する第1対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、前記第座標変換ステップは、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道として、前記第1対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの移動中の位置姿勢を用いることを特徴としている。 Still further, the motion trajectory generation method according to claim 6 is the invention according to claim 4 or 5, further comprising a first target workpiece position and orientation measurement step for measuring the position and orientation of the first target workpiece in the robot coordinate system. In the first coordinate conversion step, the movement of the first target work in the robot coordinate system measured in the first target work position / orientation measurement step is performed as an operation trajectory of the first target work in the robot coordinate system. It is characterized by using the position and orientation.

さらに、請求項7に係るロボット制御装置は、前記請求項1乃至3の何れか1項に記載の動作軌道生成装置と、該動作軌道生成装置で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御部とを備えたことを特徴としている。   Furthermore, a robot control device according to a seventh aspect of the present invention includes the motion trajectory generation device according to any one of the first to third aspects, and the work holding unit in the robot coordinate system generated by the motion trajectory generation device. And a robot controller that drives and controls the assembly robot based on the motion trajectory.

さらにまた、請求項8に係るロボット制御方法は、前記請求項4乃至6の何れか1項に記載の動作軌道生成方法で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御ステップを備えたことを特徴としている。   Furthermore, a robot control method according to an eighth aspect is based on the motion trajectory of the work holding unit in the robot coordinate system generated by the motion trajectory generation method according to any one of the fourth to sixth aspects. A robot control step for driving and controlling the assembly robot is provided.

請求項1または4に係る発明によれば、ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系にある第1対象ワークと前記ワーク保持部が保持している第2の対象ワークとの組立作業を行う際に、拘束条件設定部で設定した組立の拘束条件に基づいて第1対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、前記第2の対象ワークの動作軌道を生成するので、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができるという効果が得られる。また、動作軌道の生成では、ワークとワークとの相対位置関係のみを考慮し、ロボットの構造や動作範囲などを考慮する必要ない。つまり、組立作業の動作軌道の生成と特定なロボットとを完全に切り離して、工場の生産ライン以外に、ロボット装置を使用せずに、別のフィールドで組立作業の作業者の知恵を反映した動作軌道を生成することができる効果がある。   According to the invention which concerns on Claim 1 or 4, the assembly operation | work of the 1st target workpiece | work in the robot coordinate system and the 2nd target workpiece | work which the said workpiece holding part hold | maintains using the robot which has a workpiece holding part. Since the motion trajectory of the second target workpiece is generated in the workpiece coordinate system based on the position and orientation of the first target workpiece based on the assembly constraint conditions set by the constraint condition setting unit, The intermediate position / posture can always obtain the effect that the constraint condition between the workpieces can be maintained. In generating the motion trajectory, it is not necessary to consider the structure of the robot, the motion range, etc., considering only the relative positional relationship between the workpieces. In other words, it completely separates the generation of the assembly operation motion trajectory from the specific robot and reflects the wisdom of the assembly operator in another field without using a robot device other than the factory production line. There is an effect that a trajectory can be generated.

また、複数の対象ワークを組立する場合に、ワーク座標系でワークとワークとの間の拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワーク保持部の動作軌道へ座標変換するので、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができるという効果が得られる。   Also, when assembling multiple target workpieces, an operation trajectory is generated based on the relative positional relationship between the workpieces based on the constraint condition between the workpieces in the workpiece coordinate system, and the coordinates are moved to the operation trajectory of the workpiece holder. Since the conversion is performed, each intermediate position / posture always has an effect that the constraint condition between the workpieces can be maintained.

また、請求項2,3,5及び6に係る発明によれば、第1および/または第2対象ワーク位置姿勢計測部又は第1および/または第2対象ワーク位置姿勢計測ステップで前記ロボット座標系における前記第1および/または第2対象ワークの位置姿勢を計測し、その計測結果を用いて、前記第および第2座標変換部又は第および第2座標変換ステップによって、前記ワーク座標系での第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での第2対象ワークの動作軌道へ変換するので、組立作業を行う前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、動作軌道生成装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができる。 According to the invention according to claims 2, 3, 5 and 6, the robot coordinate system in the first and / or second target work position / orientation measuring unit or the first and / or second target work position / orientation measuring step. In the workpiece coordinate system, the position and orientation of the first and / or second target workpiece is measured by the first and second coordinate transformation units or the first and second coordinate transformation steps using the measurement result. Since the motion trajectory of the second target workpiece is converted to the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system, there is no need to accurately position the target workpiece before assembly work, and the motion trajectory generating apparatus and assembly Can be easily combined with a robot.

さらに、請求項7及び8に係る発明によれば、動作軌道生成装置で生成したロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するので、高精度な組立を実現することができるとういう効果が得られる。また、組立作業する前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、位置姿勢計測装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができるという効果が得られる。また、移動している対象ワークの位置姿勢の軌道データ(又は計測データ)を用いて、ワーク座標系で生成した動作軌道をロボット座標系へ変換する。そこで、組立作業する場合に、対象ワークを静止する必要がなく、ワーク保持部が移動中の対象ワークを追跡しながら組立を行うことが実現できる。   Further, according to the inventions according to claims 7 and 8, the assembly robot is driven and controlled based on the motion trajectory of the workpiece holding unit in the robot coordinate system generated by the motion trajectory generation device. The effect that it can be realized is obtained. Further, there is no need to accurately position the target work before assembling work, and the effect that the position / orientation measuring apparatus and the assembling robot can be easily combined is obtained. Also, using the trajectory data (or measurement data) of the position and orientation of the moving target workpiece, the motion trajectory generated in the workpiece coordinate system is converted into the robot coordinate system. Therefore, when the assembly work is performed, it is not necessary to stop the target workpiece, and it is possible to realize the assembly while tracking the target workpiece while the workpiece holding unit is moving.

参考例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a reference example. 本発明の動作の説明に供する組立工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the assembly process with which it uses for description of operation | movement of this invention. 本発明の第1の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は参考例を示すブロック図であって、図中、1は組立ロボットである。この組立ロボット1は、基部2に複数の関節3を介して先端にワーク保持部としてのロボットハンド4を備えた垂直多関節ロボットの構成とされている。ここで、組立ロボット1としては垂直多関節ロボットの構成とする場合に限らず、水平多関節ロボットや、XYステージのようなロボット装置等も適用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a reference example, in which 1 is an assembly robot. This assembly robot 1 is configured as a vertical articulated robot having a base 2 provided with a robot hand 4 as a work holding unit at a tip thereof via a plurality of joints 3. Here, the assembly robot 1 is not limited to the configuration of a vertical articulated robot, and a horizontal articulated robot, a robot apparatus such as an XY stage, and the like can also be applied.

この組立ロボット1によって、図1に示すように、例えば取付孔11を有する板材で構成される第1対象ワーク12に、一端にフック部13を有するコイルばねで構成される第2対象ワーク14を、その取付孔11内にフック部13を挿通して組み立てる。   As shown in FIG. 1, by the assembly robot 1, for example, a second target workpiece 14 configured by a coil spring having a hook portion 13 at one end is applied to a first target workpiece 12 configured by a plate material having a mounting hole 11. The hook portion 13 is inserted into the mounting hole 11 and assembled.

このとき、座標系の定義として、ロボット座標系を、組立ロボット1の基部2に連結された第1関節の中心点を原点orとするorrrrの三次元座標系で表し、第1対象ワークを基準としたワーク座標系を、第1対象ワーク12の取付孔11の中心を原点owとす
るowwwwの三次元座標系で表し、ロボットハンド4を基準としたハンド座標系を、ロボットハンド4の中心点を原点ohとするohhhhの三次元座標系で表す。
At this time, as the definition of the coordinate system, a robot coordinate system, a three-dimensional coordinate system o r x r y r z r to the center point of the first joint which is connected to the base 2 of the assembly robot 1 as the origin o r represents, a workpiece coordinate system based on the first target work, expressed in the three-dimensional coordinate system o w x w y w z w of the center of the mounting hole 11 of the first target workpiece 12 as the origin o w, the robot hand the hand coordinate system based on the 4, represented by three-dimensional coordinate system o h x h y h z h to the center point of the robot hand 4 as the origin o h.

また、第1対象ワーク12の取付孔11に、第2対象ワーク14のフック部13を挿通させるには、先ず、図2(a)に示すように、第1対象ワーク12の取付孔11の近傍に第2対象ワーク14のフック部13を近接させ、次いで、図2(b)に示すように、第2対象ワーク14を反時計方向に90度回動させてフック部13の先端と第1対象ワーク12の取付孔11とを対向させる。次いで、フック部13の先端を第1対象ワーク12の取付孔11内に挿通し、挿通が完了した時点で第2対象ワーク14をフック部13の中心を中心として時計方向に90度回転させることにより、図2(c)に示すように、第1対象ワーク12への第2対象ワーク14の組立を完了する。   In order to insert the hook portion 13 of the second target work 14 into the mounting hole 11 of the first target work 12, first, as shown in FIG. The hook portion 13 of the second target workpiece 14 is brought close to the vicinity, and then, as shown in FIG. 2B, the second target workpiece 14 is turned 90 degrees counterclockwise to the tip of the hook portion 13 and the first tip. The mounting hole 11 of the 1 object workpiece | work 12 is made to oppose. Next, the tip of the hook portion 13 is inserted into the mounting hole 11 of the first target workpiece 12, and when the insertion is completed, the second target workpiece 14 is rotated 90 degrees clockwise around the center of the hook portion 13. Thus, as shown in FIG. 2C, the assembly of the second target workpiece 14 to the first target workpiece 12 is completed.

このような組立作業を実現するには、図2(a)に示す組立直前の姿勢、図2(b)に示す中間姿勢及び図2(c)に示す組立完了後の姿勢の各姿勢について一つの拘束条件がある。つまり、各姿勢とも、第1対象ワーク12のY軸姿勢とコイルばね14のY軸姿勢とが平行関係にあり、これが拘束条件として設定される。   In order to realize such assembling work, the posture immediately before the assembly shown in FIG. 2 (a), the intermediate posture shown in FIG. 2 (b), and the posture after completion of the assembly shown in FIG. There are two constraints. That is, in each posture, the Y-axis posture of the first target workpiece 12 and the Y-axis posture of the coil spring 14 are in a parallel relationship, and this is set as a constraint condition.

また、A座標系から見たB座標系の姿勢を下記(1)式のように記述することにする。   Further, the posture of the B coordinate system viewed from the A coordinate system is described as the following equation (1).

そして、組立ロボット1はロボット制御装置10によって駆動制御される。このロボット制御装置10は、組立拘束条件設定部31、第2対象ワーク動作軌道生成部32、第1対象ワーク位置姿勢計測部33、第2対象ワーク位置姿勢計測部34、第1座標変換部35、第2座標変換部36で構成される動作軌道生成装置20と、関節角度座標変換部37及び関節位置制御部38とを備えている。   The assembly robot 1 is driven and controlled by the robot controller 10. The robot control apparatus 10 includes an assembly constraint condition setting unit 31, a second target workpiece motion trajectory generation unit 32, a first target workpiece position and orientation measurement unit 33, a second target workpiece position and orientation measurement unit 34, and a first coordinate conversion unit 35. The motion trajectory generating device 20 configured by the second coordinate conversion unit 36, a joint angle coordinate conversion unit 37, and a joint position control unit 38 are provided.

動作軌道生成装置20の組立拘束条件設定部31は、前出した組立時の組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件すなわち第1対象ワーク12のY軸姿勢と第2対象ワーク14のY軸姿勢とが平行関係であることが拘束条件Cとして設定される。   The assembly constraint condition setting unit 31 of the motion trajectory generating device 20 includes the constraint conditions for the posture immediately before assembly, the intermediate posture, and the post-assembly completion posture, that is, the Y-axis posture of the first target workpiece 12 and the second target workpiece. The constraint condition C is that the 14 Y-axis posture is in a parallel relationship.

第2対象ワーク動作軌道生成部32では、組立拘束条件設定部31で設定された拘束条件Cが入力され、この拘束条件Cに基づいて第2対象ワーク14の動作軌道を生成する。
この動作軌道は、ワーク座標系owwwwの拘束条件Cを考慮した第1対象ワーク12から見た第2対象ワーク14の位置と姿勢の時系列方程式である。その軌道を下記(2)式のように表す。
In the second target workpiece motion trajectory generation unit 32, the constraint condition C set by the assembly constraint condition setting unit 31 is input, and the motion trajectory of the second target workpiece 14 is generated based on the constraint condition C.
This operation trajectory is a time series equation of the position and orientation of the workpiece coordinate system o w x w y w z w second objective workpiece 14 as viewed from the first object work 12 considering the constraint condition C of. The trajectory is expressed by the following equation (2).

第1対象ワーク位置姿勢計測部33は、位置姿勢計測装置5で計測されたロボット座標系orrrrにおける第1対象ワーク12の位置と姿勢を、ロボット座標系orrr
rにおけるワーク座標系owwwwの位置姿勢行列で表現する。その位置姿勢行列を
The first target workpiece position and orientation measurement unit 33, the position and orientation of the first object work 12 in the robot coordinate system o r x r y r z r measured by the position and orientation measurement apparatus 5, the robot coordinate system o r x r y r
is represented by the position and orientation matrix of the work coordinate system o w x w y w z w in z r. The position and orientation matrix

とする。
また、第2対象ワーク位置姿勢計測部34は、位置姿勢計測装置5で計測されたロボットハンド4と第2対象ワーク14との相対位置と姿勢を、ハンド座標系ohhhhにおける第2対象ワークの位置姿勢行列で表現する。その位置姿勢行列を
And
The second objective workpiece position and orientation measurement unit 34 includes a robot hand 4 which is measured by the measurement apparatus 5 the relative position and orientation of the second target work 14, the hand coordinate system o h x h y h z h Is expressed by the position and orientation matrix of the second target workpiece. The position and orientation matrix

とする。
第1座標変換部35では、第1対象ワーク位置姿勢計測部33で表現されたワーク座標系owwwwの位置姿勢行列に基づいて第2の対象ワーク動作軌道生成部32で生成した第2対象ワーク14の動作軌道をロボット座標系orrrrへ変換する。この場合の座標変換結果は、下記式(5)で表される。
And
In the first coordinate conversion unit 35, the second target work operation trajectory generating unit 32 based on the position and orientation matrix of the first workpiece coordinate system expressed by the target workpiece position and orientation measurement unit 33 o w x w y w z w the operation trajectory of the second object work 14 generated is converted to the robot coordinate system o r x r y r z r . The coordinate conversion result in this case is expressed by the following formula (5).

第2座標変換部36では、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で計測したハンド座標系ohhhhにおける第2対象ワーク14の位置姿勢行列を用いて、第1座標変換部35で演算したロボット座標系での第2対象ワーク14の動作軌道をロボットハンド4の動作軌道へ変換する。すなわち、第2対象ワーク14から見たロボットハンド4の位置姿勢行列は、ロボットハンド4から見た第2対象ワーク14の位置姿勢行列の逆行列であり、下記式(6)で表される。 In the second coordinate transformation unit 36, using the position and orientation matrix of the second objective workpiece 14 in the second hand coordinate system measured by the target workpiece position and orientation measurement unit 34 o h x h y h z h, the first coordinate conversion unit The motion trajectory of the second target workpiece 14 in the robot coordinate system calculated in 35 is converted into the motion trajectory of the robot hand 4. That is, the position and orientation matrix of the robot hand 4 viewed from the second target work 14 is an inverse matrix of the position and orientation matrix of the second target work 14 viewed from the robot hand 4 and is represented by the following equation (6).

すると、前述した図2の組立作業を実現するために、ロボットハンド4の動作軌道は下記式(7)で求められる。   Then, in order to realize the assembly operation of FIG. 2 described above, the motion trajectory of the robot hand 4 is obtained by the following equation (7).

関節角度座標変換部37は、第2座標変換部36で演算したロボットハンド4の動作軌道を組立ロボット1の各関節3の動作軌道へ変換する。
関節位置制御部38は、関節角度座標変換部37で演算した組立ロボット1の各関節の軌道に基づいて各関節位置を制御する。
The joint angle coordinate conversion unit 37 converts the motion trajectory of the robot hand 4 calculated by the second coordinate conversion unit 36 into the motion trajectory of each joint 3 of the assembly robot 1.
The joint position control unit 38 controls each joint position based on the trajectory of each joint of the assembly robot 1 calculated by the joint angle coordinate conversion unit 37.

次に、上記参考例の動作を説明する。
先ず、組立拘束条件設定部31で、第1対象ワーク12の取付孔11に対して第2対象ワーク14のフック部13を挿通するための、両者の組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件である第1対象ワーク12のY軸姿勢と第2対象ワーク14のY軸姿勢とを平行関係とする拘束条件Cを設定する。
Next, the operation of the reference example will be described.
First, in the assembly constraint condition setting unit 31, the posture immediately before assembly, the intermediate posture, and the post-assembly completion posture for inserting the hook portion 13 of the second target workpiece 14 into the mounting hole 11 of the first target workpiece 12. The constraint condition C is set such that the Y-axis posture of the first target workpiece 12 and the Y-axis posture of the second target workpiece 14 that are the respective constraint conditions are parallel to each other.

次いで、又はその前に、図1に示すように、ロボット座標系orrrrの所望位置に第1対象ワーク12を配置するとともに、組立ロボット1のロボットハンド4に第2対象ワーク14を例えばフック部13が上方となるように保持する。 Then, or before that, as shown in FIG. 1, with disposing the first target workpiece 12 to a desired position of the robot coordinate system o r x r y r z r , the second subject of the robot hand 4 assembly robot 1 For example, the work 14 is held so that the hook portion 13 faces upward.

このときの、第1対象ワーク12の位置及び姿勢と、第2対象ワーク14の位置及び姿勢とが位置姿勢計測装置5で計測され、これらの計測情報が第1対象ワーク位置姿勢計測部33および第2対象ワーク位置姿勢計測部34に入力される。このため、第1対象ワーク位置姿勢計測部33で第1対象ワーク12の位置及び姿勢を前述した(3)式で表される位置姿勢行列で表現するとともに、第2対象ワーク位置姿勢計測部34でロボットハンド4と第2対象ワーク14との相対位置と姿勢を前述した(4)式で表される位置姿勢行列で表現する。   At this time, the position and orientation of the first target workpiece 12 and the position and orientation of the second target workpiece 14 are measured by the position and orientation measurement device 5, and these pieces of measurement information are used as the first target workpiece position and orientation measurement unit 33 and Input to the second target workpiece position and orientation measurement unit 34. Therefore, the first target workpiece position / orientation measurement unit 33 represents the position and orientation of the first target workpiece 12 by the position / orientation matrix expressed by the above-described equation (3), and the second target workpiece position / orientation measurement unit 34. Then, the relative position and posture between the robot hand 4 and the second target workpiece 14 are expressed by the position and posture matrix expressed by the above-described equation (4).

前述したように、組立拘束条件設定部31で、組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の各拘束条件Cが設定されると、第2対象ワーク動作軌道生成部32で、拘束条件Cに基づいて第2対象ワーク14の前述した(2)式で表される動作軌道を演算する。   As described above, when the constraint conditions C of the posture immediately before assembly, the intermediate posture, and the posture after completion of assembly are set by the assembly constraint condition setting unit 31, the second target workpiece motion trajectory generation unit 32 sets the constraint condition C to Based on this, the motion trajectory of the second target workpiece 14 expressed by the above-described equation (2) is calculated.

そして、演算されるワーク座標系での第2対象ワーク14の動作軌道が第1座標変換部35に供給される。この第1座標変換部35には第1対象ワーク位置姿勢計測部33からのロボット座標系orrrrにおける第1対象ワーク12の位置姿勢を表現する前述した(3)式で表される位置姿勢行列が入力されており、この第1対象ワーク12の位置姿勢行列に基づいて第2対象ワーク動作軌道生成部32で生成したワーク座標系での第2対象ワーク14の動作軌道をロボット座標系orrrrへ変換することにより、前述した(5)式で表される変換結果を得る。 Then, the motion trajectory of the second target workpiece 14 in the calculated workpiece coordinate system is supplied to the first coordinate conversion unit 35. This is the first coordinate conversion unit 35 described above to represent the position and orientation of the first object work 12 in the robot coordinate system o r x r y r z r from the first target workpiece position and orientation measurement unit 33 (3) in The expressed position / orientation matrix is input, and the motion trajectory of the second target work 14 in the work coordinate system generated by the second target work motion trajectory generation unit 32 based on the position / posture matrix of the first target work 12. the by converting to the robot coordinate system o r x r y r z r , to obtain the conversion results represented by the aforementioned formula (5).

そして、この(5)式で表されるロボット座標系orrrrでの第2対象ワーク14の動作軌道を第2座標変換部36に供給する。この第2座標変換部36には、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で計測された前述した(4)式で表される第2対象ワーク14とロボットハンド4との相対位置及び姿勢に基づく位置姿勢行列が入力されている。 Then, supplies operating trajectory of the (5) the robot coordinate system represented by the formula o r x r y r z second target workpiece 14 in r the second coordinate conversion unit 36. The second coordinate conversion unit 36 is based on the relative position and posture between the second target workpiece 14 and the robot hand 4 expressed by the above-described equation (4) measured by the second target workpiece position / posture measurement unit 34. A position and orientation matrix is input.

このため、第2座標変換部36で、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で計測した第2対象ワーク14とロボットハンド4との相対位置姿勢を表す位置姿勢行列を用いて、第1座標変換部35で演算したロボット座標系での第2対象ワーク14の動作軌道をロボットハンド4の動作軌道へ変換する。この時の第2対象ワーク14から見たロボットハンド4の位置姿勢行列は前述した(6)式で表されるように、ロボットハンド4から見た第2対象ワーク14の位置姿勢行列の逆行列となる。この位置姿勢行列に基づいてロボットハンド4の前述した(7)式で表される動作軌道が求められ、このロボットハンド4の動作軌道が動作軌道生成装置20の出力として関節角度座標変換部37へ出力される。   Therefore, the second coordinate conversion unit 36 uses the position / orientation matrix representing the relative position / orientation between the second target work 14 and the robot hand 4 measured by the second target work position / orientation measurement unit 34 to perform the first coordinate conversion. The motion trajectory of the second target workpiece 14 in the robot coordinate system calculated by the unit 35 is converted into the motion trajectory of the robot hand 4. The position and orientation matrix of the robot hand 4 viewed from the second target work 14 at this time is an inverse matrix of the position and orientation matrix of the second target work 14 viewed from the robot hand 4 as represented by the above-described equation (6). It becomes. Based on this position / orientation matrix, the motion trajectory of the robot hand 4 represented by the above-described equation (7) is obtained, and the motion trajectory of the robot hand 4 is output to the joint angle coordinate conversion unit 37 as an output of the motion trajectory generation device 20. Is output.

この関節角度座標変換部37では、ロボットハンド4の動作軌道を組立ロボット1の各関節3の動作軌道へ変換し、変換した各関節の動作軌道が関節位置制御部38に供給されて、組立ロボット1の各関節3の位置を制御することにより、前述した図2(a)〜(c)に示すように、ロボットハンド4に保持された第2対象ワーク14の姿勢が制御されて、第1対象ワーク12の取付孔11へ第2対象ワーク14のフック部13が挿通されて、組立作業が完了される。   In this joint angle coordinate conversion unit 37, the motion trajectory of the robot hand 4 is converted into the motion trajectory of each joint 3 of the assembly robot 1, and the converted motion trajectory of each joint is supplied to the joint position control unit 38, and the assembly robot By controlling the position of each joint 3, the posture of the second target work 14 held by the robot hand 4 is controlled as shown in FIGS. The hook portion 13 of the second target workpiece 14 is inserted into the mounting hole 11 of the target workpiece 12, and the assembly work is completed.

このように、上記参考例によると、組立拘束条件設定部31で、組立直前姿勢、中間姿勢及び組立完了後姿勢の夫々について拘束条件Cを設定するので、第1対象ワーク12及び第2対象ワーク14を組立てる場合に、ワーク座標系でワーク間の拘束条件に基づいて、ワーク間の相対位置関係で動作軌道を生成し、ワーク保持部の動作軌道へ座標変換することができ、個々の中間位置姿勢は必ずワークとワークとの間の拘束条件を保つことができる。   As described above, according to the reference example, the assembly constraint condition setting unit 31 sets the constraint condition C for each of the posture immediately before assembly, the intermediate posture, and the post-assembly completion posture, so the first target workpiece 12 and the second target workpiece are set. 14 is assembled, an operation trajectory can be generated based on the relative positional relationship between the workpieces based on the constraint condition between the workpieces in the workpiece coordinate system, and the coordinates can be converted to the operation trajectory of the workpiece holding unit. The posture can always maintain the restraint condition between the workpieces.

さらに、ワーク保持部としてのロボットハンド4の動作軌道の生成では、ワークとワークとの相対位置関係のみを考慮し、ロボットの構造や動作範囲などを考慮する必要ない。つまり、組立作業の動作軌道の生成と特定なロボットとを完全に切り離して、工場の生産ライン以外に、ロボット装置を使用せずに、別のフィールドで組立作業の作業者の知恵を反映した動作軌道を生成することができる。   Furthermore, in generating the motion trajectory of the robot hand 4 as the work holding unit, it is not necessary to consider only the relative positional relationship between the work and the robot structure or motion range. In other words, it completely separates the generation of the assembly operation motion trajectory from the specific robot and reflects the wisdom of the assembly operator in another field without using a robot device other than the factory production line. A trajectory can be generated.

また、第1対象ワーク12の位置及び姿勢と、組立ロボット1のロボットハンド4で保持された第2対象ワーク14の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置5で計測し、第1対象ワーク位置姿勢計測部33および第2対象ワーク位置姿勢計測部34で、位置姿勢行列として表現されて第1座標変換部35及び第2座標変換部36に供給される。このため、第1対象ワーク12の位置及び姿勢が未知である場合でも、第1対象ワーク位置姿勢計測部33で第1対象ワーク12の位置及び姿勢が計測されて位置姿勢行列として表され、この第1対象ワーク12の位置姿勢行列に基づいて第1の座標変換部35で第2対象ワーク14の動作軌道をロボット座標系orrrrでの動作軌道へ変換することができる。さらに、第2対象ワーク14とロボットハンド4との相対位置・姿勢が未知である場合でも、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で第2対象ワーク14とロボットハンド4との相対位置・姿勢が計測されて位置姿勢行列として表され、第2座標変換部36でワーク保持部となるロボットハンド4のロボット座標系orrrrでの動作軌道を正確に生成することができる。このロボットハンド4のロボット座標系orrrrでの動作軌道に基づいて関節角度座標変換部37で各関節の動作軌道を求め、関節位置制御部38で組立ロボット1の各関節3の位置を制御することにより、第1対象ワーク12への第2対象ワーク14の正確な組立を行うことができる。したがって、組立作業する前に対象ワークを正確に位置決めする必要がなく、位置姿勢計測装置と組立ロボットとを簡単に組み合わせることができる。つまり、ワークの位置姿勢が未知の場合に、位置姿勢計測用のセンサを用いてそれぞれのワークの位置及び姿勢を計測し、その計測データを用いて組立作業を行う時に、ロボットハンドの位置及び姿勢は対象ワークの位置及び姿勢によって変わるので、動作軌道を直接教示・入力ができなくなるという未解決の課題を解決している。 Further, the position and orientation of the first target workpiece 12 and the position and orientation of the second target workpiece 14 held by the robot hand 4 of the assembly robot 1 are measured by the position and orientation measurement device 5 to measure the first target workpiece position and orientation. The unit 33 and the second target workpiece position / orientation measurement unit 34 are expressed as a position / orientation matrix and supplied to the first coordinate conversion unit 35 and the second coordinate conversion unit 36. Therefore, even when the position and orientation of the first target workpiece 12 are unknown, the position and orientation of the first target workpiece 12 are measured by the first target workpiece position and orientation measurement unit 33 and represented as a position and orientation matrix. it is possible to convert the operation trajectory of the second object work 14 in the first coordinate conversion section 35 based on the position and orientation matrix of the first object work 12 to operate the track in the robot coordinate system o r x r y r z r . Furthermore, even when the relative position / posture between the second target work 14 and the robot hand 4 is unknown, the relative position / posture between the second target work 14 and the robot hand 4 is determined by the second target work position / posture measurement unit 34. expressed as a position and orientation matrix is measured, the operation trajectory in the second robot coordinate system of the robot hand 4 serving as a workpiece holding portion by the coordinate transformation unit 36 o r x r y r z r can be accurately generated. Seek operation trajectory of each joint in the joint angle coordinate conversion unit 37 based on the operation trajectory in the robot coordinate system of the robot hand 4 o r x r y r z r, each joint assembly robot 1 at the joint position control unit 38 By controlling the position 3, the second target workpiece 14 can be accurately assembled to the first target workpiece 12. Therefore, it is not necessary to accurately position the target work before assembling work, and the position / orientation measuring apparatus and the assembling robot can be easily combined. That is, when the position and orientation of the workpiece are unknown, the position and orientation of each robot are measured using the position and orientation measurement sensor and the assembly data is used to perform assembly work using the measurement data. Changes the position and orientation of the target workpiece, thus solving the unsolved problem that it is impossible to directly teach and input the motion trajectory.

なお、上記参考例においては、第1対象ワーク12の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置5で計測し、第1対象ワーク位置姿勢計測部33で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第1対象ワーク12の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置5及び第1対象ワーク位置姿勢計測部33での第1対象ワーク12の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第1対象ワーク12の位置及び姿勢を直接第1座標変換部35へ入力するようにしてもよい。   In the above reference example, the case where the position and orientation of the first target workpiece 12 is measured by the position and orientation measurement device 5 and measured as a position and orientation matrix by the first target workpiece position and orientation measurement unit 33 has been described. When the position and orientation of the first target workpiece 12 are preliminarily positioned, it is not necessary to measure the position and orientation of the first target workpiece 12 in the position / posture measurement device 5 and the first target workpiece position / posture measurement unit 33. The position and orientation of the positioned first target workpiece 12 may be directly input to the first coordinate conversion unit 35.

さらに、上記参考例においては、第2対象ワーク14の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置5で計測し、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第2対象ワーク14の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置5及び第2対象ワーク位置姿勢計測部34での第2対象ワーク14の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第2対象ワーク14の位置及び姿勢を直接第2座標変換部36へ入力するようにしてもよい。   Further, in the above reference example, the case where the position and orientation of the second target workpiece 14 is measured by the position and orientation measurement device 5 and measured as a position and orientation matrix by the second target workpiece position and orientation measurement unit 34 has been described. When the position and orientation of the two target workpieces 14 are preliminarily positioned, it is not necessary to measure the position and orientation of the second target workpiece 14 in the position / posture measurement device 5 and the second target workpiece position / posture measurement unit 34. The position and orientation of the positioned second target work 14 may be directly input to the second coordinate conversion unit 36.

次に、本発明の第1の実施形態を図3について説明する。
この第1の実施形態では、移動している第1対象ワーク12に対して第2対象ワーク14を組立てるようにしたものである。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the second target workpiece 14 is assembled to the moving first target workpiece 12.

すなわち、第1の実施形態では、図3に示すように、前述した参考例における第1座標変換部35が第座標変換部39に置換され、この第座標変換部39に第1対象ワーク軌道データ入力部40で入力された第1対象ワーク12の動作軌道データが入力されている。 That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the first coordinate conversion unit 35 is replaced with a first coordinate conversion unit 39 in reference example described above, the first target workpiece in the first coordinate conversion unit 39 The motion trajectory data of the first target workpiece 12 input by the trajectory data input unit 40 is input.

第1対象ワーク軌道データ入力部40で入力される第1対象ワーク12のロボット座標系orrrrにおける動作軌道を The operation trajectory in the first robot coordinate system of the target workpiece 12 o r x r y r z r inputted at the first target work trajectory data input unit 40

とする。
そして、第1対象ワーク軌道データ入力部40で入力された第1対象ワーク12の動作軌道が第座標変換部39に供給され、この第3座標変換部39へは前述した参考例と同様に第2対象ワーク動作軌道生成部32から拘束条件Cに基づいて生成された前述した(2)式で表される第2対象ワーク14の動作軌道が入力されている。
And
Then, the motion trajectory of the first target workpiece 12 input by the first target workpiece trajectory data input unit 40 is supplied to the first coordinate conversion unit 39, and the third coordinate conversion unit 39 is supplied to the third coordinate conversion unit 39 in the same manner as the reference example described above. The motion trajectory of the second target work 14 expressed by the above-described equation (2) generated based on the constraint condition C is input from the second target work motion trajectory generation unit 32.

この第座標変換部39では、移動する第1対象ワーク12の位置及び姿勢を追跡しながら、組立作業を実現するために、下記(9)式で表されるロボットハンド4の動作軌道を用いて、第2対象ワーク動作軌道生成部32で生成した第2対象ワーク14の動作軌道をロボット座標系orrrrに変換する。 The first coordinate conversion unit 39 uses the motion trajectory of the robot hand 4 expressed by the following equation (9) in order to realize the assembly work while tracking the position and orientation of the moving first target workpiece 12. Te, it converts the operation trajectory of the second object work 14 generated by the second target work operation locus generation section 32 in the robot coordinate system o r x r y r z r .

そして、この第座標変換部39で変換された第2対象ワーク14の動作軌道が前述した第2座標変換部36に供給されることにより、この第2座標変換部36で、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で計測された第2対象ワーク14とロボットハンド4との相対位置関係の計測結果を表す前述した(5)式の位置姿勢行列を用いて、ロボット座標系or
rrrでの第2対象ワーク14の動作軌道をロボット座標系orrrrでのロボッ
トハンド4の動作軌道へ変換する。
Then, the movement trajectory of the second target workpiece 14 converted by the first coordinate conversion unit 39 is supplied to the second coordinate conversion unit 36 described above, so that the second coordinate conversion unit 36 allows the second target workpiece 14 to move. using the above-mentioned (5) of the position and orientation matrix representing the measurement result of the relative positional relationship between the second target workpiece 14 and the robot hand 4 measured by the position and orientation measurement unit 34, the robot coordinate system o r
converting the operation trajectory of the second target workpiece 14 in x r y r z r to the operation trajectory of the robot hand 4 of the robot coordinate system o r x r y r z r .

この場合のロボットハンド4の動作軌道は、下記(9)式で表すことができる。   The motion trajectory of the robot hand 4 in this case can be expressed by the following equation (9).

そして、この第2座標変換部36で生成されたロボットハンド4の動作軌道が関節角度座標変換部37に供給されて、ロボットハンド4の動作軌道を組立ロボット1の各関節3の動作軌道へ変換し、変換した各関節の動作軌道が関節位置制御部38に供給されて、組立ロボット1の各関節3の位置を制御することにより、移動する第1対象ワーク12に対して第2対象ワーク14を正確に装着して組立てることができる。   Then, the motion trajectory of the robot hand 4 generated by the second coordinate conversion unit 36 is supplied to the joint angle coordinate conversion unit 37 to convert the motion trajectory of the robot hand 4 into the motion trajectory of each joint 3 of the assembly robot 1. Then, the converted motion trajectory of each joint is supplied to the joint position control unit 38, and the position of each joint 3 of the assembly robot 1 is controlled to thereby move the second target work 14 relative to the moving first target work 12. Can be assembled and assembled accurately.

この第1の実施形態によると、所定の動作軌道で移動している第1対象ワーク12に対して組立ロボット1のロボットハンド4に保持した第2対象ワーク14を、拘束条件を守りながら正確に組付ける組み立て作業を実現できる。   According to the first embodiment, the second target workpiece 14 held by the robot hand 4 of the assembly robot 1 is accurately applied to the first target workpiece 12 moving along the predetermined motion trajectory while keeping the constraint conditions. Assembly work can be realized.

なお、上記第1の実施形態においては、第1対象ワーク軌道データ入力部40で移動する第1対象ワーク12の動作軌道データを入力し、この動作軌道データを第座標変換部へ供給するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、移動する第1対象ワーク12の動作軌道を位置姿勢計測装置5で計測し、第1対象ワーク位置姿勢計測部33で、前述した(8)式で表される第1対象ワーク12の動作軌道データを計測し、計測した動作軌道データを第座標変換部39へ入力するようにしてもよい。 In the first embodiment, the motion trajectory data of the first target workpiece 12 moving by the first target workpiece trajectory data input unit 40 is input, and the motion trajectory data is supplied to the first coordinate conversion unit. However, the present invention is not limited to this, and the motion trajectory of the moving first target workpiece 12 is measured by the position / orientation measurement device 5 and the first target workpiece position / orientation measurement unit 33 described above. The motion trajectory data of the first target workpiece 12 expressed by the equation (8) may be measured, and the measured motion trajectory data may be input to the first coordinate conversion unit 39.

また、上記参考例及び第1の実施形態においては、第1対象ワーク12として取付孔11を有する板材を適用し、第2対象ワーク14としてフック部13を有するコイルばねを適用した場合について説明したが、第1対象ワーク12及び第2対象ワーク14は上記構成に限定されるものではなく、任意のワークを適用して、任意の形態で組立作業を行うことができる。さらに、第1対象ワーク12及び第2対象ワーク14の2種類のワークを組み立てる場合に限らず、3以上のワークを組み立てる場合にも本発明を適用することができる。   In the reference example and the first embodiment, the case where a plate material having the attachment hole 11 is applied as the first target work 12 and a coil spring having the hook portion 13 is applied as the second target work 14 has been described. However, the 1st object work 12 and the 2nd object work 14 are not limited to the above-mentioned composition, can apply arbitrary work, and can perform an assembling work in arbitrary forms. Furthermore, the present invention can be applied not only when assembling two types of workpieces, the first target workpiece 12 and the second target workpiece 14, but also when assembling three or more workpieces.

さらに、上記参考例および第1の実施形態においては、ワーク保持部としてロボットハンド4を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第2対象ワーク14を保持できる構成であれば、任意の構成のワーク保持部を適用することができる。   Furthermore, in the reference example and the first embodiment, the case where the robot hand 4 is applied as the work holding unit has been described. However, the present invention is not limited to this, and any configuration that can hold the second target work 14 is possible. For example, a workpiece holding unit having an arbitrary configuration can be applied.

また、第2対象ワーク14の位置及び姿勢を位置姿勢計測装置5で計測し、第2対象ワーク位置姿勢計測部34で位置姿勢行列として計測する場合について説明したが、第2対象ワーク14の位置及び姿勢が予め位置決めされている場合には、位置姿勢計測装置5及び第2対象ワーク位置姿勢計測部34での第2対象ワーク14の位置及び姿勢を計測する必要はなく、位置決めされた第2対象ワーク14の位置及び姿勢を直接第2座標変換部36へ入力するようにしてもよい。   Further, the case where the position and orientation of the second target work 14 is measured by the position and orientation measurement device 5 and is measured as a position and orientation matrix by the second target work position and orientation measurement unit 34 has been described. If the position and orientation of the second target workpiece 14 need not be measured by the position and orientation measurement device 5 and the second target workpiece position and orientation measurement unit 34, the positioning second orientation is determined. The position and orientation of the target work 14 may be directly input to the second coordinate conversion unit 36.

1…組み立てロボット、2…基部、3…関節、4…ロボットハンド、5…位置姿勢計測装置、10…ロボット制御装置、11…取付孔、12…第1対象ワーク、13…フック部、14…第2対象ワーク、20…動作軌道生成装置、31…組立拘束条件設定部、32…第2対象ワーク動作軌道生成部、33…第1対象ワーク位置姿勢計測部、34…第2対象ワーク位置姿勢計測部、35,39…第1座標変換部、36…第2座標変換部、37…関節角度座標変換部、38…関節位置制御部、40…第1対象ワーク軌道データ入力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Assembly robot, 2 ... Base part, 3 ... Joint, 4 ... Robot hand, 5 ... Position and orientation measurement apparatus, 10 ... Robot control apparatus, 11 ... Mounting hole, 12 ... 1st object workpiece, 13 ... Hook part, 14 ... Second target workpiece, 20 ... motion trajectory generation device, 31 ... assembly constraint condition setting unit, 32 ... second target workpiece motion trajectory generation unit, 33 ... first target workpiece position and orientation measurement unit, 34 ... second target workpiece position and orientation Measurement unit, 35 , 39 ... first coordinate conversion unit, 36 ... second coordinate conversion unit, 37 ... joint angle coordinate conversion unit, 38 ... joint position control unit , 40 ... first target work trajectory data input unit

Claims (8)

ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系において、所定の動作軌道で移動している第1対象ワークと、前記ワーク保持部が保持している第2対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成装置であって、
前記第1対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第2対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成部と、
前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道を用いて、前記ワーク座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道へ変換する第座標変換部と、
前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第2座標変換部と
を備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴とする動作軌道生成装置。
When performing assembly work of a first target work moving along a predetermined motion trajectory and a second target work held by the work holding unit in a robot coordinate system using a robot having a work holding unit A motion trajectory generator used in
In a work coordinate system based on the position and orientation of the first target workpiece, an operation trajectory generation unit that generates an operation trajectory of the second target workpiece based on assembly constraint conditions;
Using the motion trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system, the motion trajectory of the second target workpiece in the workpiece coordinate system is converted into the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system. A one- coordinate conversion unit;
Using the relative positional relationship and the relative posture relationship between the second target workpiece held by the workpiece holding unit and the workpiece holding unit, the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system is expressed by the robot coordinates. And a second coordinate conversion unit that converts the motion holding path in the system into an operation trajectory of the work holding unit, and generates an operation trajectory of the work holding unit in the robot coordinate system based on a constraint condition in the work coordinate system. A motion trajectory generator.
前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第2対象ワーク位置姿勢計測部を備え、
前記第2座標変換部は、前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第2対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴とする請求項1に記載の動作軌道生成装置。
A second target workpiece position / orientation measurement unit that measures a relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holding unit held by the workpiece holding unit;
The second coordinate conversion unit includes the second target workpiece and the workpiece holding measured by the second target workpiece position / orientation measurement unit as a relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holding unit. The motion trajectory generating apparatus according to claim 1, wherein a relative positional relationship and a relative posture relationship with the unit are used.
前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの位置姿勢を計測する第1対象ワーク位置姿勢計測部を備え、
前記第座標変換部は、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道として、前記第1対象ワーク位置姿勢計測部で計測した前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの移動中の位置姿勢を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の動作軌道生成装置。
A first target work position / orientation measurement unit that measures the position / posture of the first target work in the robot coordinate system;
The first coordinate conversion unit is a moving position of the first target workpiece in the robot coordinate system measured by the first target workpiece position and orientation measurement unit as an operation trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system. The motion trajectory generating apparatus according to claim 1, wherein a posture is used.
ワーク保持部を有するロボットを用いて、ロボット座標系において、所定の動作軌道で移動している第1対象ワークと、前記ワーク保持部が保持している第2対象ワークとの組立作業を行う際に用いられる動作軌道生成方法であって、
前記第1対象ワークの位置姿勢を基準としたワーク座標系において、組立の拘束条件に基づいた前記第2対象ワークの動作軌道を生成する動作軌道生成ステップと、
前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道を用いて、前記ワーク座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道へ変換する第座標変換ステップと、
前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いて、前記ロボット座標系での前記第2対象ワークの動作軌道を前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道へ変換する第2座標変換ステップと、
を備え、前記ワーク座標系での拘束条件に基づいたロボット座標系におけるワーク保持部の動作軌道の生成を行うことを特徴とする動作軌道生成方法。
When performing assembly work of a first target work moving along a predetermined motion trajectory and a second target work held by the work holding unit in a robot coordinate system using a robot having a work holding unit A motion trajectory generation method used for
An operation trajectory generating step for generating an operation trajectory of the second target workpiece based on an assembly constraint condition in a workpiece coordinate system based on the position and orientation of the first target workpiece;
Using the motion trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system, the motion trajectory of the second target workpiece in the workpiece coordinate system is converted into the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system. One coordinate conversion step;
Using the relative positional relationship and the relative posture relationship between the second target workpiece held by the workpiece holding unit and the workpiece holding unit, the motion trajectory of the second target workpiece in the robot coordinate system is expressed by the robot coordinates. A second coordinate conversion step for converting into an operation trajectory of the work holding unit in the system;
And generating a motion trajectory of the work holding unit in the robot coordinate system based on the constraint condition in the work coordinate system.
前記ワーク保持部が保持している前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を計測する第2対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、
前記第2座標変換ステップは、前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係として、前記第2対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記第2対象ワークと当該ワーク保持部との相対位置関係および相対姿勢関係を用いることを特徴とする請求項4に記載の動作軌道生成方法。
A second target workpiece position / orientation measurement step for measuring a relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece held by the workpiece holding unit and the workpiece holding unit;
In the second coordinate conversion step, the second target workpiece and the workpiece holding measured in the second target workpiece position / orientation measurement step as a relative positional relationship and a relative posture relationship between the second target workpiece and the workpiece holding unit. 5. The motion trajectory generation method according to claim 4, wherein a relative positional relationship and a relative posture relationship with the unit are used.
前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの位置姿勢を計測する第1対象ワーク位置姿勢計測ステップを有し、
前記第座標変換ステップは、前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの動作軌道として、前記第1対象ワーク位置姿勢計測ステップで計測した前記ロボット座標系における前記第1対象ワークの移動中の位置姿勢を用いることを特徴とする請求項4または5に記載の動作軌道生成方法。
A first target work position / orientation measurement step for measuring a position / posture of the first target work in the robot coordinate system;
In the first coordinate conversion step, the movement position of the first target workpiece in the robot coordinate system measured in the first target workpiece position / orientation measurement step as an operation trajectory of the first target workpiece in the robot coordinate system. 6. The motion trajectory generation method according to claim 4, wherein a posture is used.
前記請求項1乃至3の何れか1項に記載の動作軌道生成装置と、
該動作軌道生成装置で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御部と
を備えたことを特徴とするロボット制御装置。
The motion trajectory generating device according to any one of claims 1 to 3,
A robot control device comprising: a robot control unit that drives and controls the assembly robot based on an operation trajectory of the work holding unit in the robot coordinate system generated by the operation trajectory generation device.
前記請求項4乃至6の何れか1項に記載の動作軌道生成方法で生成した前記ロボット座標系での前記ワーク保持部の動作軌道に基づいて前記組立ロボットを駆動制御するロボット制御ステップ
を備えたことを特徴とするロボット制御方法。
A robot control step for driving and controlling the assembly robot based on the motion trajectory of the work holding unit in the robot coordinate system generated by the motion trajectory generation method according to any one of claims 4 to 6. A robot control method characterized by the above.
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