JP6743723B2

JP6743723B2 - ロボットの教示データ補正方法

Info

Publication number: JP6743723B2
Application number: JP2017027344A
Authority: JP
Inventors: 智大鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: JP2018130808A

Description

本発明は、ロボットの教示データ補正方法に関する。

特許文献１は、工具を用いるロボットによりワークの仕上げ加工を行う自動仕上げ装置を開示している。具体的には、ロボットに実行すべき作業を教える教示方法が従来のマニュアル教示方法であるとその教示作業に相当な熟練が要求されるとした上で、事前にパーソナル・コンピュータ上で工具の位置を示す理論的かつ最適な教示データを作成することで、教示作業の脱技能化を図るとともに、現場での教示時間の短縮を図れるとしている。

また、特許文献１では、理論的に求められた三次元教示データを実環境上で再生した場合、理想環境に対して少なからず位置ずれが生じるので、位置ずれを補正する必要があるとした上で、理論的に求められた三次元教示データを実環境上で再生してみた場合の実際の誤差を計測し、計測した誤差に基いて教示データを補正することとしている。

特開２０１０−０５２０６７号公報

上記特許文献１の構成では、形状の異なる複数種のワークのすべての加工箇所において同じような補正作業が要求されるので、補正作業の作業負担が重かった。

本発明の目的は、形状の異なる複数種のワークに対し、各種毎に複数の加工箇所に所望の加工を施すロボットの教示データを補正する作業負担を軽減する技術を提供することにある。

本願発明によれば、形状の異なる複数種のワークに対し、各種毎に複数の加工箇所に所望の加工を施すロボットの教示データ補正方法であって、各種毎に、前記ワークの三次元形状データに基いて前記ロボットの加工実行部が理論上、前記複数の加工箇所を順に経由するように前記ロボットの前記加工実行部の移動動作を教示する理論教示データであって、複数の三次元位置データを含む前記理論教示データを作成する工程と、前記複数種のワークのうち何れか１つの種に対応する前記理論教示データとしての基準理論教示データに基いて、残りの種に対応する前記理論教示データを平行移動及び回転移動させることで補正する単一の補正情報を生成する工程と、前記単一の補正情報を用いて残りの種に対応する前記理論教示データを補正する工程と、を含み、前記単一の補正情報を生成する工程では、前記単一の補正情報を用いて前記基準理論教示データを補正すると、補正後の前記基準理論教示データを用いて前記ロボットを実際に動作させたときの、各加工箇所毎における前記ロボットの前記加工実行部の位置誤差の二乗和が最小となるような、前記単一の補正情報を生成する、教示データ補正方法が提供される。以上の方法によれば、前記残りの種に対応する補正された前記理論教示データを用いて前記ロボットを実際に動作させたときの、各加工箇所毎の位置誤差が小さくなるので、前記残りの種に対応する補正された前記理論教示データを修正する作業負担が軽減される。

本発明によれば、前記残りの種に対応する補正された前記理論教示データを用いて前記ロボットを実際に動作させたときの、各加工箇所毎の位置誤差が小さくなるので、前記残りの種に対応する補正された前記理論教示データを修正する作業負担が軽減される。

溶接ロボットの斜視図である。教示データの補正に関するフローチャートである。作業者が理論教示データを作成する様子を示す図である。一連の溶接箇所及び通過箇所を示す図である。

以下、図１から図４を参照して、本願発明の好適な実施形態を説明する。本実施形態では、形状の異なる複数種のワークに対し各種毎に複数の加工箇所に所望の加工を施すロボットとして、形状の異なる複数車系分のシャシーに対し各車系毎に複数の溶接箇所に所望のスポット溶接を施す溶接ロボットについて説明する。しかし、これに代えて、ワークは例えば金属フレームであってもよいし、所望の加工は例えば塗装であってもよい。

図１には、溶接ロボット１００を示している。図１に示すように、溶接ロボット１００は、作業床面に設置されるロボット本体１と、ロボット本体１に対して傾動駆動可能なアーム２と、アーム２の先端に設けられたハンド３（加工実行部）と、を備えており、制御装置４によって駆動制御されるものである。ハンド３は、一対の溶接ガン５を有している。そして、一対の溶接ガン５の間にシャシーの加工箇所を挿入した上で一対の溶接ガン５の間に電圧を印加することで、上記溶接箇所においてスポット溶接が行われるようになっている。

制御装置４は、中央演算処理器としてのＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、読み書き自由のＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、読み出し専用のＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を備えている。そして、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、ＣＰＵなどのハードウェアを、教示データ記憶部１０、ロボット制御部１１、教示データ手動補正部１２、補正データ生成部１３、補正データ記憶部１４、補正データ自動補正部１５、として機能させる。

教示データ記憶部１０は、溶接ロボット１００のハンド３の移動動作を教示する教示データを記憶する。教示データ記憶部１０は、複数車系分の教示データを記憶可能に構成されている。各車系毎に、教示データは、溶接ロボット１００のハンド３が順に経由する複数の三次元位置データを含む。複数の三次元位置データは、複数の溶接箇所の他、複数の通過箇所を含む。複数の三次元位置データは、概ね、複数の溶接箇所と複数の通過箇所を交互に含む。

ロボット制御部１１は、教示データ記憶部１０に記憶されている複数車系分の教示データのうち作業者により選択された教示データに基いて、溶接ロボット１００のハンド３の移動動作を制御する。

教示データ手動補正部１２は、作業者による教示データの修正を受け付ける。即ち、溶接ロボット１００の現実の設置位置が所望の設置位置からズレていたり、溶接ロボット１００が有するアーム２が重力の影響により撓んだりすると、溶接ロボット１００のハンド３の移動動作に狂いが生じる。そこで、作業者は、教示データ記憶部１０に記憶されている教示データを用いて溶接ロボット１００を実際に動作させ、ハンド３の移動動作を動作確認し、ハンド３の移動動作に誤差等の問題があれば、教示データ手動補正部１２を介して逐一、現在実行中である教示データを修正する。

補正データ生成部１３は、複数車系分の教示データを一括して補正するための単一の補正データを生成する部分である。補正データ生成部１３は、生成した単一の補正データを補正データ記憶部１４に記憶する。

補正データ自動補正部１５は、補正データ生成部１３が生成した単一の補正データを用いて複数車系分の教示データを一括して補正する。

次に、図２から図４を参照して、溶接ロボット１００の教示データ補正方法を説明する。図２は、溶接ロボット１００の教示データを補正するときのフローチャートである。

先ず、図２及び図３に示すように、作業者Ｐが、各車系毎に、各車系のシャシーの三次元形状データに基いて、溶接ロボット１００のハンド３が理論上、複数の溶接箇所を順に経由するように溶接ロボット１００のハンド３の移動動作を教示する理論教示データをパーソナルコンピュータＱで作成する（Ｓ１００）。各理論教示データは、溶接ロボット１００のハンド３が順に経由する複数の三次元位置データを含んでいる。複数の三次元位置データは、複数の溶接箇所の他、複数の通過箇所を含む。複数の三次元位置データは、概ね、複数の溶接箇所と複数の通過箇所を交互に含む。

次に、作業者Ｐは、各車系毎に作成した理論教示データを制御装置４に入力する（Ｓ１１０）。制御装置４に入力された複数車系分の理論教示データは、教示データ記憶部１０に記憶される。

次に、作業者Ｐは、１車系目の理論教示データの動作確認を実行し、教示データ手動補正部１２を介して１車系目の理論教示データを修正し、１車系目の実用教示データを作成する（Ｓ１２０）。１車系目の実用教示データは、１車系目の理論教示データを修正したものである。

図４には、１車系目の理論教示データと１車系目の実用教示データを示している。１車系目の理論教示データは、順に、通過箇所Ｎ１に関する三次元位置データ、溶接箇所Ｑ１に関する三次元位置データ、通過箇所Ｎ２に関する三次元位置データ、溶接箇所Ｑ２に関する三次元位置データ、通過箇所Ｎ３に関する三次元位置データ、溶接箇所Ｑ３に関する三次元位置データ、溶接箇所Ｑ４に関する三次元位置データ、溶接箇所Ｑ５に関する三次元位置データ、通過箇所Ｎ４に関する三次元位置データから構成されている。実際に１車系目の理論教示データを用いて溶接ロボット１００の動作確認を行うと、溶接ロボット１００のハンド３は、実際には、設置位置の不正確さやアーム２等の予測困難な撓みに起因して、順に、通過箇所Ｍ１、溶接箇所Ｐ１、通過箇所Ｍ２、溶接箇所Ｐ２、通過箇所Ｍ３、溶接箇所Ｐ３、溶接箇所Ｐ４、溶接箇所Ｐ５、通過箇所Ｍ４を経由することがある。そこで、作業者は、溶接ロボット１００のハンド３が実際に通過箇所Ｎ１を経由するように１車系目の理論教示データを修正する。同様に、作業者は、溶接ロボット１００のハンド３が実際に溶接箇所Ｑ１、通過箇所Ｎ２、溶接箇所Ｑ２、通過箇所Ｎ３、溶接箇所Ｑ３、溶接箇所Ｑ４、溶接箇所Ｑ５、通過箇所Ｎ４を経由するように、１車系目の理論教示データを修正する。

次に、補正データ生成部１３は、補正データを生成する（Ｓ１３０）。ここで、補正データとは、理論教示データを補正するためのものである。そして、補正データ生成部１３が生成した補正データで１車系目の理論教示データを補正すると、補正後の１車系目の理論教示データと上記１車系目の実用教示データの差分の二乗和が最小となるように、補正データ生成部１３は補正データを生成し（Ｓ１３０）、補正データ記憶部１４に記憶する。ここで、補正データとは、少なくとも三次元座標を平行移動且つ回転移動させるような補正データであって、平行移動成分であるｔｘ、ｔｙ、ｔｚ、回転移動成分であるθｘ、θｙ、θｚを含んでいる。上記補正データによる三次元座標の変換は、下記式（１）で示すアフィン変換行列を用いた行列計算により効率よく行うことができる。下記式（１）において、Ｘダッシュ、Ｙダッシュ、Ｚダッシュは修正後の三次元座標を、Ｘ、Ｙ、Ｚは修正前の三次元座標を示している。

図１で示すＸ軸回りにθｘだけ三次元座標を回転させる場合のアフィン変換行列は下記式（２）となる。

同様に、Ｙ軸回りにθｙだけ三次元座標を回転させる場合のアフィン変換行列は下記式（３）となる。

同様に、Ｚ軸回りにθｚだけ三次元座標を回転させる場合のアフィン変換行列は下記式（４）となる。

また、Ｘ軸方向にｔｘ、Ｙ軸方向にｔｙ、Ｚ軸方向にｔｚだけ三次元座標を平行移動させる場合のアフィン変換行列は下記式（５）となる。

なお、上記式（２）から（５）までに示す各アフィン変換行列は相互に掛け合わせることで合成することができる。

次に、補正データ自動補正部１５は、残りの車系の理論教示データを上記補正データを用いて補正する（Ｓ１４０）。即ち、補正データ自動補正部１５は、残りの車系の理論教示データを上記補正データを用いて補正することで、残りの車系の補正された理論教示データである補正教示データを生成する。

次に、作業者Ｐは、残りの車系の補正教示データを動作確認し、各車系毎に、補正教示データを更に修正して実用教示データを生成する（Ｓ１５０）。ここで、作業者Ｐが動作確認する補正教示データは、上記補正データによって既に一度補正されているので、補正教示データを更に修正する作業の負担が大幅に軽減されている。また、１車系目の通過箇所における誤差ではなく１車系目の溶接箇所における誤差に基いて補正データを生成しているので、残りの車系の補正教示データを動作確認するときの溶接箇所における誤差が重点的に抑制されている。

以上に、好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有している。

形状の異なる複数車系（種）のシャシー（ワーク）に対し、各車系毎に複数の溶接箇所（加工箇所）にスポット溶接（所望の加工）を施す溶接ロボット１００（ロボット）の教示データ補正方法は、以下の工程を含む。
＜ステップＳ１００＞
各車系毎に、シャシーの三次元形状データに基いて溶接ロボット１００のハンド３（加工実行部）が理論上、複数の溶接箇所を順に経由するように溶接ロボット１００のハンド３の移動動作を教示する理論教示データであって、複数の三次元位置データを含む理論教示データを作成する工程。
＜ステップＳ１３０＞
１車系目（複数車系のシャシーのうち何れか１つの車系）に対応する理論教示データとしての基準理論教示データに基いて、残りの種に対応する理論教示データを平行移動及び回転移動させることで補正する補正データ（単一の補正情報）を生成する工程。
＜ステップＳ１４０＞
補正データを用いて残りの種に対応する理論教示データを補正する工程。

更に、補正データを生成する工程（Ｓ１３０）では、補正データを用いて基準理論教示データを補正すると、補正後の基準理論教示データを用いてロボットを実際に動作させたときの、各溶接箇所毎における溶接ロボット１００のハンド３の位置誤差の二乗和が最小となるような、補正データを生成する。

以上の方法によれば、残りの車系に対応する補正教示データ（補正された理論教示データ）を用いて溶接ロボット１００を実際に動作させたときの、各溶接箇所毎の位置誤差が小さくなるので、残りの種に対応する補正教示データを修正する作業負担が軽減される。

１ロボット本体
２アーム
３ハンド
４制御装置
５溶接ガン
１０教示データ記憶部
１１ロボット制御部
１２教示データ手動補正部
１３補正データ生成部
１４補正データ記憶部
１５補正データ自動補正部
１００溶接ロボット
Ｐ作業者
Ｑパーソナルコンピュータ

Claims

形状の異なる複数種のワークに対し、各種毎に複数の加工箇所に所望の加工を施すロボットの教示データ補正方法であって、
各種毎に、前記ワークの三次元形状データに基いて前記ロボットの加工実行部が理論上、前記複数の加工箇所を順に経由するように前記ロボットの前記加工実行部の移動動作を教示する理論教示データであって、複数の三次元位置データを含む前記理論教示データを作成する工程と、
前記複数種のワークのうち何れか１つの種に対応する前記理論教示データとしての基準理論教示データを補正する補正情報を生成する工程と、
前記補正情報を用いて残りの種に対応する前記理論教示データを補正する工程と、
を含み、
前記補正情報は、前記理論教示データが含む前記複数の三次元位置データを一様に平行移動及び回転移動させるように補正するものであり、
前記補正情報を用いて前記基準理論教示データを補正すると、補正後の前記基準理論教示データを用いて前記ロボットを実際に動作させたときの、各加工箇所毎における前記ロボットの前記加工実行部の位置誤差の二乗和が最小となる、
教示データ補正方法。