JP5577157B2

JP5577157B2 - ロボット制御システム

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Publication number: JP5577157B2
Application number: JP2010126079A
Authority: JP
Inventors: 英知阪下; 泰宏神品
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: JP2011253300A

Description

本発明はロボット制御システムに関するものである。

従来から、レーザセンサ及び溶接トーチをマニピュレータの先端に持つアーク溶接ロボット制御システムでは、センシングのための教示を行う際には、ワークに対して前記レーザセンサによりレーザを照射する。このとき、検出対象の開先が前記レーザセンサのセンサ視野範囲内に裕度を持って入るように、前記レーザセンサの位置・姿勢を手動修正することを繰り返すようにしている。

このとき、前記レーザセンサのカメラ座標系が前記溶接トーチのツール座標系のＸＹ，ＹＺ，ＺＸ平面のいずれかと平行になるようにレーザセンサが取付けられている場合、ツール座標系に沿って溶接トーチ先端を移動すると、センサ視野範囲も視野範囲面または視野範囲面と垂直な方向に平行に移動することができる。そのため、レーザを照射する位置の調整がやりやすい。

なお、特許文献１及び特許文献２は、本件の出願時の技術水準を表すものである。特許文献１では、レーザセンサを用いたロボットの自動位置教示方法に関している。特許文献２は、レーザセンサを用いたロボットの位置教示方法に関する。

特開平７−１０４８３１号公報特開平７−６８４８１号公報

しかし、レーザセンサを上記のように取り付けできない場合は少なからずある。この場合、レーザを照射する位置や姿勢を手動で調整するのに手間がかかる。
例えば、図１０に示すように、視野範囲ＦＯＶを含む平面の高さ方向がロボット固有の座標系（図１０では、ツール座標系）のＺ軸と平行でない場合がある。なお、ツール座標系のＺ軸は、ツールである溶接トーチ１００の軸心と一致させ、ツール座標系のＸ軸は溶接進行方向にすることが一般的である。

この場合、ロボット固有の座標系上で手動運転を行っても、視野範囲ＦＯＶの高さ方向と平行に移動することはできない。
そのため、レーザセンサＬＳの教示に以下のような不都合が生じる。例えば、図１１（ａ）に示すようにワークＷ上の検出したい開先位置Ｋ１にレーザがあたるようにレーザセンサＬＳを移動した後、レーザセンサＬＳの位置・姿勢を調整するために手動運転する場合を考える。レーザセンサＬＳの位置・姿勢を調整する際、位置・姿勢の制御点は、あくまでもマニピュレータに取り付けられた溶接トーチ１００の先端である。このために、溶接トーチ１００の先端からオフセットされた位置に取り付けられているレーザセンサＬＳの位置・姿勢は、容易に所望の位置・姿勢に移動させることができず、例えば、図１１（ｂ）に示すように照射位置が所望の開先位置Ｋ１からずれてしまう。このため、ツール座標系のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返さねばならない。

なお、上記では、レーザセンサＬＳの位置・姿勢を調整する、という表現を用いたが、厳密には、レーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶが所望の位置・姿勢となるように、溶接トーチ１００の先端（制御点）を移動したり姿勢を変更したりすることを意味している。以下においても、特に断りのない限り、レーザセンサＬＳの位置・姿勢を調整するとは、レーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶが所望の位置・姿勢となるように、溶接トーチ１００の先端を基準とした位置・姿勢を手動運転操作によって調整することを意味するものとする。

また、説明の便宜上、図１１（ａ）、図１１（ｂ）ではレーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶをエリア表示しているが、実際にはこのように視野範囲ＦＯＶを可視化することはできない。そのため、レーザの視野範囲ＦＯＶ内（特に高さ方向）にワークＷがあることを目視だけでは１００％判断できない。そのため、この調整の際には、レーザの検出データをパソコンの画面に表示し、ワークＷがレーザの視野範囲ＦＯＶ内にあることを確認しながら高さを調整する必要がある。

一般に、センシング点数は溶接点と同数またはそれ以上に必要となる場合が多いため、手動で行う調整操作の累積によりセンシングための教示工数が大きく増える問題がある。
前記説明では、ツールを溶接トーチとしたが、アーク溶接ロボット制御システム以外におけるロボット制御システム以外のツールとレーザセンサをマニピュレータが備える他のロボット制御システムにおいても手動で教示する場合は同様の問題がある。なお、特許文献１，２では、上記の課題を解決できない。

本発明の目的は、手動運転時において、レーザセンサのセンシング点を教示しやすいロボット制御システムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、各請求項に記載の発明は、ツール及びレーザセンサを備えたマニピュレータと、このマニピュレータを手動操作するための操作手段と、前記マニピュレータを駆動制御するロボット制御手段を備え、前記操作手段の操作により前記ロボット制御手段を介して前記マニピュレータを予め定められたツール座標系を基準として駆動制御するロボット制御システムにおいて、前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点（以下、第１制御点という）を制御対象とする第１モードから、前記カメラ座標系の制御点（以下、第２制御点という）を制御対象とする第２モードに外部操作により切り替える切替手段を備える。

請求項１の発明は、前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、前記カメラ座標系の基準で記憶し、前記ロボット制御手段は、前記第２モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記参照点を前記第２制御点として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、前記レーザセンサが前記視野範囲に含まれる検出対象部位を検出した後に、前記切替手段により前記第２モードに切り替えられた後は、前記ロボット制御手段は、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づいて前記レーザセンサが検出した検出対象部位の点を第２制御点として、前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、カメラ座標系の基準で記憶し、ツール先端が、ワークの検出対象部位に位置している状態で、前記切替手段により前記第２制御点に切り替えられた場合、前記ロボット制御手段は、前記参照点を第２制御点とし、かつ、前記参照点が前記検出対象部位に位置するように前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、手動運転時にカメラ座標系を基準としてマニピュレータ位置姿勢制御を行うようにしたことによって、例えば、カメラ座標系のＹｃ方向やＺｃ方向に操作をしても、レーザセンサは、常に検出対象部位の位置を通る平面内を照射することができる。すなわち、ツール座標系で行う場合に比して、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返す必要が無くなる。

請求項２の発明によれば、前記レーザセンサが検出した検出対象部位の点（検出点）を移動せずにワークに対するレーザセンサの姿勢調整ができるので、ワークの開先角度等に応じたレーザセンサの角度調整がより簡単になる。

請求項３の発明によれば、レーザセンサによる検出点認識を調整する前であっても、ワークに対してほぼ適切な位置にセンシング点の教示を行うことできる。

（ａ）は一実施形態のロボットの制御装置のブロック図、（ｂ）は同じくティーチペンダントＴＰの概略図。ロボット制御装置ＲＣのブロック図。（ａ）、（ｂ）はカメラ座標系と参照点の説明図。ツール座標系、カメラ座標系、メカニカルインターフェース座標系との関係の説明図。（ａ）、（ｂ）はカメラ座標系の基準の手動操作の説明図。ツール座標系とカメラ座標系の制御点の切替の説明図。（ａ）〜（ｃ）はセンシング教示点自動調整時の姿勢変化を示す説明図。（ａ）、（ｂ）は、センシング教示点自動調整の説明図。（ａ）〜（ｃ）はセンシング教示点自動調整時の姿勢変化を示し、（ａ）は調整前の説明図、（ｂ）は姿勢保持を示している説明図、（ｃ）はカメラ座標系の基準の姿勢変化の説明図。ロボット固有の座標系とセンサ視野範囲の説明図。（ａ）、（ｂ）は従来のセンサ位置姿勢の調整の説明図。

以下、本発明をアーク溶接ロボット制御システムに具体化した一実施形態を図１〜５を参照して説明する。
図１（ａ）はアーク溶接ロボット制御システム１０の構成を示すブロック図である。アーク溶接ロボット制御システム１０は、ワーク（作業対象物）Ｗに対してアーク溶接を自動で行うように制御するものである。アーク溶接ロボット制御システム１０は、溶接作業を行うマニピュレータＭ１と、マニピュレータＭ１を制御するロボット制御装置ＲＣと、ワークＷの形状を検出するレーザセンサＬＳとを備える。前記レーザセンサＬＳは、レーザ変位センサであって、ラインレーザセンサからなる。

又、ロボット制御装置ＲＣには、可搬式操作部としてのティーチペンダントＴＰが接続されている。図１（ｂ）に示すようにティーチペンダントＴＰにはキーボード４１を備えている。

キーボード４１は、各種の操作キースイッチ（以下、操作キーという）を備えている。該操作キーの中で、教示操作に使用される操作キーは、例えば、溶接トーチの位置姿勢を教示する教示モード、及びレーザセンサの位置姿勢を教示するセンシング教示モードでロボットの動作又は停止を行うためのキーである。操作キーとしては、例えば、Ｘ軸の移動方向を示す「−Ｘ」キー及び「Ｘ＋」キー、Ｙ軸の移動方向を示す「−Ｙ」キー及び「Ｙ＋」キー及び「−Ｙ」キー、Ｚ軸の移動方向を示す「−Ｚ」キー及び「Ｚ＋」キー、教示結果の確認操作に使用するキー等がある。又、キーボード４１は、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の周りでそれぞれ回転角度（正回転、逆回転を含む）を付与するための操作キーも備えている。これらの操作キーがセンシング教示モードにおいて操作されると、ロボットの位置姿勢を指示し、或いは停止を指示することとなる。又、キーボード４１は、液晶表示装置等からなるディスプレイ４２が設けられている。前記キーボード４１の各種操作キーの操作により各種の教示データがロボット制御装置ＲＣに入力される。本実施形態のティーチペンダントＴＰは操作手段に相当する。

又、ティーチペンダントＴＰには、第１モードのツール座標系の基準から第２モードのカメラ座標系の基準に切り替える場合と、第２モードのカメラ座標系の基準から第１モードのツール座標系基準に切り替える場合に操作される切替キー４３を備えている。前記第１モードが、溶接トーチの位置姿勢を教示する教示モードとなる。又、第２モードがセンシング教示モードとなる。前記切替キー４３は、切替手段に相当する。

マニピュレータＭ１は、フロア等に固定されるベース部材１２と、複数の軸を介して連結された複数のアーム１３とを備える。
最も先端側に位置するアーム１３の先端部には、溶接トーチ１４が設けられる。図４に示すように、溶接トーチ１４はマニピュレータＭ１の先端の出力フランジ４０に対してブラケット５０を介して取付けされている。出力フランジ４０は、ベース部材１２側から数えて第６軸の出力フランジである。溶接トーチ１４は、溶加材としてのワイヤ１５を内装し、図示しない送給装置によって送り出されたワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、その熱でワイヤ１５を溶着させることによりワークＷに対してアーク溶接を施す。アーム１３間には複数のモータ（図示しない）が配設されており、モータの駆動によって溶接トーチ１４を前後左右に自在に移動できるように構成されている。

ロボット制御装置ＲＣは、図２に示すようにコンピュータからなる。すなわち、ロボット制御装置ＲＣはＣＰＵ（中央処理装置）２０、マニピュレータＭ１を制御するための各種プログラムや、各種の開先形状に応じて用意された複数の画像解析プログラムを記憶する書換可能なＥＥＰＲＯＭ２１や、作業メモリとなるＲＡＭ２２、各種データを記憶する書換可能な不揮発性メモリからなる記憶部２３を備える。ＥＥＰＲＯＭ２１には、マニピュレータＭ１に設けられた溶接トーチ１４をツール座標系で作動するための第１プログラム及びレーザセンサＬＳをカメラ座標系で作動するための第２プログラムが格納されている。切替キー４３が切替操作されることにより、前記第１プログラム又は第２プログラムが実行され、実行されたプログラムに従ってマニピュレータＭ１を作動する。以下、第１プログラムが起動された場合を第１モードに設定されたとし、第２プログラムが起動された場合を第２モードに設定されたという。なお、本実施形態ではＥＥＰＲＯＭ２１に各種プログラムを格納したが、限定するものではなく、フラッシュメモリ等の他のメモリ、或いは記憶装置に格納していてもよい。

ＥＥＰＲＯＭ２１には、前記第２プログラムの他に、後述する変換行列及び視野範囲のデータが含まれている。ＣＰＵ２０は、ロボット制御手段に相当する。ＥＥＰＲＯＭ２１は変換行列記憶手段、視野範囲記憶手段に相当する。

記憶部２３は、第１記憶領域２３ａ、及び第２記憶領域２３ｂ等の記憶領域を有する。第１記憶領域２３ａはレーザセンサＬＳにて視野範囲ＦＯＶ（図３（ａ）、（ｂ）及び図４参照）を測定して得られた距離情報（測距データ）を記憶するための領域である。第２記憶領域２３ｂは、教示時にキーボード４１にて入力された狙い角、前進後退角、教示点の位置（教示位置）、及び教示位置において入力された位置決め命令、直線補間命令等の各種命令や、センシング時におけるレーザセンサＬＳの位置姿勢、及び溶接トーチ１４の各教示点における位置姿勢の教示データを記憶する。

ロボット制御装置ＲＣは、前記モータを駆動制御することにより、予め設定された教示データの主軌道に沿って溶接トーチ１４を動作させる。又、ロボット制御装置ＲＣは、溶接電流及び溶接電圧といった溶接条件を溶接電源ＷＰＳに対して出力し、溶接電源ＷＰＳからパワーケーブルＰＫを通じて供給される電力によって溶接作業を行わせる。

レーザセンサＬＳは、レーザの発光及び受光によりワークＷまでの距離を測定する走査型のレーザセンサであり、溶接トーチ１４に搭載される。レーザセンサＬＳは、レーザをワークＷに向けて発光する発光部と、ワークＷで反射したレーザを受光する受光部等（ともに図示しない）を備える。前記発光部で発光されたレーザは、ワークＷで乱反射され、受光部で受光される。受光部は、例えばＣＣＤラインセンサ（ラインレーザセンサ）により構成されており、視野範囲ＦＯＶにおけるレーザセンサＬＳからワークＷまでの距離を測定するようにされている。

又、ロボット制御装置ＲＣは、レーザセンサＬＳを制御し、測定されるレーザセンサＬＳとワークＷ間の距離（距離情報）に基づいて開先位置を検出する。
本実施形態では、取付環境の事情によりレーザ照射方向がツール座標系のいずれかの軸とは平行とはならないようにレーザセンサＬＳが溶接トーチ１４に対して取り付けられている。なお、ツール座標系は、図４に示すように、ツールである溶接トーチ１４の軸心にＺ_Ｔ軸を一致させるとともに、Ｘ_Ｔ軸を溶接進行方向に向けられている。又、カメラ座標系は、レーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶ中に設定された座標系である。視野範囲ＦＯＶの形状は、センサ正面から見ると、一般に図３（ａ）に示すように台形となる場合が多い。なお、視野範囲ＦＯＶの形状は、レーザセンサの照射範囲となるものであって、レーザセンサの仕様によって台形とならないものもあることが知られている。従って、視野範囲ＦＯＶの形状は、台形に限定されるものではない。例えば、視野範囲ＦＯＶの形状は円錐台、三角形、或いは直線等でも良い。

本実施形態の視野範囲ＦＯＶを、説明の便宜上、二等辺台形であるとして、話を進める。この場合、本実施形態では、この台形の範囲を、カメラ座標系の基準での台形の各頂点の座標値で表し、ＥＥＰＲＯＭ２１に格納されている。又、ＥＥＰＲＯＭ２１には、レーザセンサＬＳのカメラ座標系データ（すなわち、キャリブレーションデータ）が格納されている。図３（ａ）では、下辺の中心位置をカメラ座標系原点としており、このカメラ座標系での台形の下辺の両端の座標値、及び、上辺の両端の座標値を一例として数値で具体的に示している。なお、図３（ａ）で示す座標値（数値）は一例であって、限定するものではない。

そして、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにカメラ座標系は、右手直交座標系であって、視野範囲ＦＯＶを含む面の高さ方向をＺｃ軸方向とし、視野範囲ＦＯＶの下辺に直交するとともに溶接進行方向側の軸をＸｃ軸方向とし、下辺に含まれる軸をＹｃ軸としている。又、視野範囲ＦＯＶ内には、カメラ座標系で表される参照点Ｓが設定されている。参照点Ｓは、図３（ｂ）では、視野範囲ＦＯＶの中心に位置しているが、限定するものではなく、視野範囲ＦＯＶに含まれる点であればよい。例えば、参照点Ｓをカメラ座標系の原点としてもよい。参照点Ｓの座標値は、ＥＥＰＲＯＭ２１に格納されている。

前述したように、本実施形態ではレーザ照射方向がツール座標系のいずれの軸とも平行とはならないようにレーザセンサＬＳが溶接トーチ１４に対して取り付けられているため、図３（ｂ）に示すように、視野範囲ＦＯＶは、ツール座標系のＺ_Ｔ軸とは平行になっていない関係となっている。又、レーザセンサＬＳ、溶接トーチ１４の先端から溶接進行方向側に所定距離離間した位置にレーザ照射するようにされている。

（カメラ座標系とツール座標系との関係を表す変換行列）
ここで、カメラ座標系とツール座標系との関係を表す変換行列を説明する。
図４には、溶接トーチ１４に関するツール座標系と、レーザセンサＬＳ、カメラ座標系及びメカニカルインターフェース座標系の関係を示している。

レーザセンサＬＳで得られた開先位置に、指定したレーザセンサＬＳ姿勢で移動できるロボットのポーズ（姿勢）を求めるためには、ツール座標系とカメラ座標系の変換行列_ＴＴ_Ｃが必要となる。

図４において、マニピュレータＭ１が６軸ロボットを構成している場合、ロボットの第６軸の中心である出力フランジ４０を原点とするメカニカルインターフェース座標系（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）から、カメラ座標系（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）への変換行列は、_Ｊ６Ｔ_Ｃである。又、メカニカルインターフェース座標系（Ｘ_Ｍ，Ｙ_Ｍ，Ｚ_Ｍ）から、ツール座標系（Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ，Ｚ_Ｔ）への変換行列は、_Ｊ６Ｔ_Ｔである。ツール座標系からカメラ座標系の変換行列は_ＴＴ_Ｃである。

このとき、ツール座標系から見たカメラ座標系への変換行列_ＴＴ_Ｃは、以下のように、

で求められる。

この変換行列_ＴＴ_Ｃは、前記第２プログラムが実行されたとき使用される。
ロボット制御装置ＲＣには、溶接作業が行われる前に、溶接が行われる際のマニピュレータＭ１の動作及び溶接条件等を示す教示データがティーチペンダントＴＰを介して入力され記憶部２３の第２記憶領域２３ｂに記憶されている。なお、以下では、特に断らない限り、「教示する」とはティーチペンダントＴＰを使用して入力することをいう。

（作用）
さて、上記のように構成されたアーク溶接ロボット制御システム１０の作用を説明する。なお、説明の便宜上、ティーチペンダントＴＰの切替キー４３により、ツール座標系で溶接トーチ１４の位置姿勢を行う側に設定されているものとする。すなわち、切替キー４３により第１モードに設定されて第１プログラムが起動されており、ティーチペンダントＴＰにより教示操作することにより、従来と同様に溶接トーチ１４の位置姿勢を教示する教示モードとなっている。従って、この教示モードでは、溶接トーチ１４の位置姿勢は、ツール座標系で教示される。

ここで、切替キー４３をオペレータが操作することにより第１モードから第２モード（センシング教示モード）に切替する。すると、ロボット制御装置ＲＣのＣＰＵ２０は、第２プログラムを実行する。この第２プログラムでは、ＣＰＵ２０は、ティーチペンダントＴＰからの操作キーの操作、例えば、「−Ｘ」キー及び「Ｘ＋」キー、「−Ｙ」キー及び「Ｙ＋」キー及び「−Ｙ」キー、「−Ｚ」キー及び「Ｚ＋」キーを操作すると、ＣＰＵ２０は、前記変換行列_ＴＴ_Ｃを使用して、カメラ座標系の制御点を基準としてマニピュレータＭ１の位置姿勢制御を行う。すなわち、ＣＰＵ２０は、第１モードではツール座標系の制御点（第１制御点）の位置を制御対象として制御していた代わりに、第２モードでは、カメラ座標系の参照点（第２制御点）の位置を制御対象として制御することになる。

図５（ａ）、図５（ｂ）では、レーザセンサＬＳが、カメラ座標系のＸｃ，Ｙｃ，Ｚｃ軸方向にそれぞれ移動することが図示されている。このため、カメラ座標系のＹｃ方向やＺｃ方向に操作をしても、ワークＷに対するレーザの照射位置は検出したい開先位置（すなわち、検出点）を通る平面を常に照射する。そのため、従来と異なりツール座標系のＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返す必要がなくなる。

本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム１０によれば、下記の特徴がある。
（１）本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム１０は、レーザセンサＬＳのカメラ座標系の視野範囲ＦＯＶ、及びツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶するＥＥＰＲＯＭ２１（視野範囲記憶手段、変換行列記憶手段）を備える。又、ツール座標系の第１制御点を制御対象とする第１モードから、カメラ座標系の第２制御点を制御対象とする第２モードに切り替える切替キー４３（切替手段）を備える。そして、ロボット制御装置ＲＣのＣＰＵ２０（ロボット制御手段）は、第２モードでは、ティーチペンダントＴＰ（操作手段）による操作がされた際、前記変換行列に基づいて第２制御点を、制御対象として、マニピュレータＭ１の位置姿勢制御を行う。この結果、本実施形態によれば、手動運転時において、レーザセンサＬＳのセンシング点（検出点）を教示しやすいロボット制御システムを提供できる。

（２）本実施形態のアーク溶接ロボット制御システム１０では、ＥＥＰＲＯＭ２１（視野範囲記憶手段）は、レーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶに含まれる参照点を、前記カメラ座標系の基準で記憶する。又、ＣＰＵ２０（ロボット制御手段）は、第２モードでは、ティーチペンダントＴＰ（操作手段）により操作がされた際、変換行列に基づいて参照点Ｓを第２制御点として、マニピュレータＭ１の位置姿勢制御を行う。

この結果、本実施形態によれば、カメラ座標系のＹｃ方向やＺｃ方向に操作をしても、ワークＷに対するレーザセンサの照射位置は検出対象部位の位置（開先位置）を通る平面を常に照射する。このため、オペレータは、ティーチペンダントＴＰを操作すると、カメラ座標系でマニピュレータＭ１の位置姿勢制御が行われるため、ツール座標系では、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸上を細かく動かし微調整することを繰り返して行っていた場合と異なり、容易にレーザセンサＬＳの位置・姿勢を調整することができる。

特に、レーザセンサＬＳのカメラ座標系データ（すなわち、キャリブレーションデータ）をロボット制御装置ＲＣで保持することにより、カメラ座標系に沿ってロボットを移動できる。そして、カメラ座標系のＹｃ方向やＺｃ方向に操作をすれば、ワークＷに対して検出したい開先位置を通る平面を常にレーザ照射できるとともに、センシング点（検出点）を教示しやすくなる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図６、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、第２実施形態のアーク溶接ロボット制御システム１０のハード構成は、第１実施形態と同一であるため、前記実施形態と同一構成については、同一符号を付して重複説明を省略し、ソフト的な構成の相違を中心に説明する。

本実施形態の第２プログラムでは、切替キー４３を第１モードから第２モードに切替操作すると、第２モードでは、レーザセンサＬＳがワークＷの開先を検出した際、その開先における検出点Ｋを参照点Ｓの代わりにカメラ座標系の第２制御点とするところが第１実施形態の第２プログラムと異なっている。

具体的に説明すると、第１モードにおいて、視野範囲ＦＯＶにワークＷがあるように溶接トーチ１４先端を移動した上で開先を検出できた場合に、オペレータは、切替キー４３を操作して、第２モードに切り替える。

すると、ＣＰＵ２０は、ツール座標系の第１制御点をカメラ座標系の基準である第２制御点へ切り替えるが、切替後は、この第２制御点として、開先上の検出点Ｋに切り替えられる。

この状態で、キーボード４１の操作キーのうち、Ｘ軸の周りで回転させる操作キーを操作して、例えば、カメラ座標系のＸＣ軸周りで回転させると、カメラ座標系のＸＣ軸上の検出点Ｋを移動することなく、ワークＷに対するレーザセンサＬＳの姿勢調整が行える。なお、この姿勢調整際、ＣＰＵ２０は、前記変換行列を使用して、姿勢調整のための演算を行う。

例えば、図６は、第１モードで、検出対象部位であるワークＷの開先がレーザセンサＬＳにより検出されたところを表している。図７（ａ）〜（ｃ）は、前記姿勢調整によりレーザセンサＬＳがＸｃ軸周りで回転（姿勢調整）が行われているところが示されている。

このように切替キー４３により第２モードに切り替えると、検出点Ｋを移動せずにワークＷに対するレーザセンサＬＳの姿勢調整ができるため、ワークＷに合うレーザセンサＬＳの角度調整がより簡単になる。

なお、上記では、Ｘｃ軸周りのレーザセンサＬＳの姿勢調整を説明したが、Ｙｃ軸周り、及びＺｃ軸周りの調整も、キーボード４１のＹ，Ｚ軸周りでの回転角度を付与する操作キーを操作する。このことにより、上記と同様に検出点Ｋを移動せずにワークＷに対するレーザセンサＬＳの姿勢調整を行うことが可能である。

前記Ｘ（Ｘｃ），Ｙ（Ｙｃ），Ｚ（Ｚｃ）軸の周りで回転する回転指示をＣＰＵ２０に出力するキーボード４１の操作キーは軸周り回転指示手段に相当する。
本実施形態では下記の特徴がある。

（３）本実施形態では、レーザセンサＬＳが視野範囲ＦＯＶに含まれる開先を検出した後、切替キー４３により第２モードに切り替えられると、ＣＰＵ２０はティーチペンダントＴＰによる操作がされた際、変換行列に基づいてレーザセンサＬＳが検出した検出点を第２制御点として、マニピュレータＭ１の位置姿勢制御を行う。従って、本実施形態によれば、レーザセンサＬＳが検出した検出点を移動せずにワークＷに対するレーザセンサＬＳの姿勢調整ができるため、ワークＷに合うレーザセンサＬＳの角度調整が従来より簡単になる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図８（ａ）、（ｂ）及び図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、第３実施形態のアーク溶接ロボット制御システム１０のハード構成は、第１実施形態と略同一であるため、前記実施形態と同一構成については、同一符号を付して重複説明を省略し、ソフト的な構成の相違を中心に説明する。

本実施形態の第２プログラムでは、参照点Ｓを、所望の開先上に移動できるところが、第１実施形態の第２プログラムと異なっている。
具体的に説明すると、従来と同様にしてティーチペンダントＴＰを操作して、第１モードにおいて、図８（ａ）、及び図９（ａ）に示すように検索対象部位であるワークＷの開先に溶接トーチ１４の先端を移動する。この場合、溶接トーチ１４の先端に位置する、検索対象部位としてのワークＷの開先上の点Ａの位置は、ＣＰＵ２０には既知となっている。又、溶接トーチ１４の先端を移動させるにあたり、レーザセンサＬＳから出力されるレーザが開先に当たるように位置させる（必ずしも開先が視野範囲ＦＯＶ内となるように位置させる必要はない）。さらに、溶接トーチ１４の前進後退角が０度又はほぼ０度に近い角度としておく。

この状態で、切替キー４３により第１モードから第２モードに切替操作すると、第３実施形態の第２プログラムでは、ＣＰＵ２０は、既知であるワークＷの開先位置及び既知である式（１）により、操作する直前に溶接トーチ１４先端があった開先上の点Ａに参照点Ｓを移動する（図８（ｂ）、及び図９（ｂ）参照）。

又、キーボード４１には、第２モードになった場合、レーザセンサＬＳの姿勢を、調整前と同じ姿勢を保持（以下、姿勢Ｓ１という）するか、或いは、カメラ座標系で点Ａのツール座標系基準の予め設定された姿勢角度の姿勢（以下、姿勢Ｓ２という）となるように姿勢変化するかを選択する選択キーが設けられている。前記第２モードに切替える前に、この選択キーで予めいずれかを選択することにより、ＣＰＵ２０は、選択された姿勢Ｓ１，又は姿勢Ｓ２で、レーザセンサＬＳの姿勢が所望値となるよう、マニピュレータＭ１を制御する。図９（ｂ）は、姿勢Ｓ１が選択された場合、すなわち、図９（ａ）に示す調整前と同じ姿勢が保持された状態を示している。図９（ｃ）は、姿勢Ｓ２が選択されたレーザセンサＬＳの姿勢を示している。

本実施形態では下記の特徴がある。
（４）本実施形態では、ＥＥＰＲＯＭ２１（視野範囲記憶手段）は、レーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶに含まれる参照点Ｓを、カメラ座標系の基準で記憶する。

又、溶接トーチ１４の先端が、ワークＷの開先（検出対象部位）に位置している状態で、切替キー４３（切替手段）により切り替えると、ＣＰＵ２０は、参照点Ｓを第２制御点とし、かつ、参照点Ｓが前記開先に位置するようにマニピュレータＭ１の位置姿勢制御を行う。この結果、本実施形態によれば、レーザセンサＬＳによる検出点認識を調整する前であっても、ワークＷに対してほぼ適切な位置に教示を行うことできる。

すなわち、溶接トーチ１４（ツール）先端を開先付近に移動後、切替キー４３をワンタッチでレーザセンサＬＳの視野範囲ＦＯＶの参照点Ｓに開先がくるようにロボットを移動できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
・前記実施形態のレーザセンサＬＳは、ラインレーザセンサを使用したが、レーザをミラーに当てて走査するスキャニング型のレーザセンサに代えてもよい。

・前記各実施形態では、アーク溶接ロボット制御システムに具体化したが、他の産業ロボット制御システムにおいて、レーザセンサとツールをマニピュレータの先端に備えたものに具体化することは勿論可能である。

・前記各実施形態では、マニピュレータＭ１は６軸ロボットにより構成したが、軸数は６軸に限定するものではなく、４軸、５軸，７軸等の他の軸数を有するロボットでもよい。

Ｍ１…マニピュレータ、ＬＳ…レーザセンサ、
ＲＣ…ロボット制御装置、
ＴＰ…ティーチペンダント（操作手段）、
１０…アーク溶接ロボット制御システム、
１３…アーム、１４…溶接トーチ（ツール）、
２０…ＣＰＵ（ロボット制御手段）、
２１…ＥＥＰＲＯＭ（変換行列記憶手段、視野範囲記憶手段）、
４３…切替キー（切替手段）。

Claims

ツール及びレーザセンサを備えたマニピュレータと、このマニピュレータを手動操作するための操作手段と、前記マニピュレータを駆動制御するロボット制御手段を備え、前記操作手段の操作により前記ロボット制御手段を介して前記マニピュレータを予め定められたツール座標系を基準として駆動制御するロボット制御システムにおいて、
前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点（以下、第１制御点という）を制御対象とする第１モードから、前記カメラ座標系の制御点（以下、第２制御点という）を制御対象とする第２モードに切り替える切替手段を備え、
前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、前記カメラ座標系の基準で記憶し、
前記ロボット制御手段は、前記第２モードでは、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づき、前記参照点を前記第２制御点として前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボット制御システム。
ツール及びレーザセンサを備えたマニピュレータと、このマニピュレータを手動操作するための操作手段と、前記マニピュレータを駆動制御するロボット制御手段を備え、前記操作手段の操作により前記ロボット制御手段を介して前記マニピュレータを予め定められたツール座標系を基準として駆動制御するロボット制御システムにおいて、
前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点（以下、第１制御点という）を制御対象とする第１モードから、前記カメラ座標系の制御点（以下、第２制御点という）を制御対象とする第２モードに切り替える切替手段を備え、
前記レーザセンサが前記視野範囲に含まれる検出対象部位を検出した後に、前記切替手段により前記第２モードに切り替えられた後は、前記ロボット制御手段は、前記操作手段による操作がされた際、前記変換行列に基づいて前記レーザセンサが検出した検出対象部位の点を第２制御点として、前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボット制御システム。
ツール及びレーザセンサを備えたマニピュレータと、このマニピュレータを手動操作するための操作手段と、前記マニピュレータを駆動制御するロボット制御手段を備え、前記操作手段の操作により前記ロボット制御手段を介して前記マニピュレータを予め定められたツール座標系を基準として駆動制御するロボット制御システムにおいて、
前記レーザセンサのカメラ座標系の視野範囲を記憶する視野範囲記憶手段と、前記ツール座標系とカメラ座標系の変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記ツール座標系の制御点（以下、第１制御点という）を制御対象とする第１モードから、前記カメラ座標系の制御点（以下、第２制御点という）を制御対象とする第２モードに切り替える切替手段を備え、
前記視野範囲記憶手段は、前記レーザセンサの視野範囲に含まれる参照点を、カメラ座標系の基準で記憶し、
ツール先端が、ワークの検出対象部位に位置している状態で、前記切替手段により前記第２モードに切り替えられた場合、
前記ロボット制御手段は、前記参照点を第２制御点とし、かつ、前記参照点が前記検出対象部位に位置するように前記マニピュレータの位置姿勢制御を行うことを特徴とするロボット制御システム。