JPH01118907A - 産業用ロボットにおけるティーチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直交３軸と腕先端部の角度を制御する回転２
軸とからなり、位置情報および姿勢情報によって同時５
軸制御される産業用ロボットにおいて、その位置情報お
よび姿勢情報をティーチングする方法に関し、特にその
ティーチング方法を簡易化したものに関する。

（従来技術とその問題点） 従来、この種の産業用ロボットとして、例えば特開昭５
９−２１４９１号に示すように、レーザの照射位置ＩＮ
：１点に固定したまま、ノズルの角度を任意に変更でき
る一点指向型の５軸レ一ザ加工機は既に公知である。こ
の５軸レ一ザ加工機は、ロボットの位置を決定するＸ、
Ｙ、Ｚの直交３軸と、ノズルの角度を決定するα、βの
回転２軸とからなる少なくとも５軸の制御系を有する。

すなわち、位置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ’）と回転姿勢情報（
α、β）によってロボットのノズルから照射されるレー
ザの照射位置および角度を自由に制御している。

そして、平板または立体ワーク上の任意な図形をトレー
スして加工する場合、例えばワーク上に予め描かれた罫
書き線に倣ってティーチング棒を動かし、その罫書き線
上の各教示ポイントでの位置情報および回転姿勢情報を
教示することにより、ロボットの運動制御のティーチン
グを行っていた。

このようなティーチングでは、作業者は普通、加工形状
が円の場合は最低５ポイント、トラック形状の場合は１
０ポイント、四角形の場合は８ポイント、コーナＲ付四
角形の場合は１６ポイント、その地図形が複雑になるに
従い多数の教示ポイントを必要としていた。例えば、テ
ィーチング時間が１ポイント当り３０秒かかるとすれば
、円の場合１５０秒、トラック形状の場合３００秒・・
・・・・と図形が複雑になるに従ってティーチング作業
に非常に多くの時間がかかつていた。

また、これら同一形状の図形をワーク上の複数箇所に繰
り返し加工するような場合であっても、個々の同−形状
図形に対しそれぞれ罫書き線上の全ての位置に同数の教
示ポイントをティーチングしなければならず、これのテ
ィーチング作業に膨大な時間を要していた。

しかも、１ポイント毎のティーチング時の誤差がそのま
まプレイパックされたロボットの加工に影響するため、
加工形状精度にばらつきが生じ、その後の各種データの
修正に多くの時間を要し、加工効率を低下させる原因と
なるなど多くの問題点を有していた。

そこで、本発明は、各種の定形図形や任意の自由曲線図
形に対するティーチング作業を簡易化することで、ティ
ーチング時間の短縮および作業を容易にし、上記問題点
を解決しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、予め複数種の図形データを登録しておき、テ
ィーチング時、この登録されている図形データを指定し
、複写平面上すなわちワーク上の２点をティーチングす
るだけで、図形のティーチング作業を完了でき、これに
よりティーチング時間を大幅に短縮できるとともに、特
に立体ワーク上の任意平面への同一図形の繰り返し複写
或は各種図形の複数個の複写を短時間でかつ容易に行え
るようにしたものである。

すなわち、本発明は、ロボットに特有な固有座標系によ
り複数種の図形データを予め登録しておき、ティーチン
グ時に登録図形のうち指定した図形位置を決定する第１
点と図形の方向を決定する第２点とをティーチングする
ことにより、指定した図形データをワーク上すなわち複
写座標系からロボット固有座標系に最終的に変換してロ
ボットの制御位置情報を得るようにしたものである。

（実施例）　、 次に、本発明の一実施例１！：５軸レ一ザ加工機につい
て図面に基づき説明する。

第１図において、レーザ加工機の本体コントローラ１は
、ＣＩ’ｔＴ装置２など外部コントローラから人力され
るティーチングデータや各種加工データに基づいて、ロ
ボット本体の運動を決定する位置と姿勢データＸ％Ｙ％
Ｚ、α、βを出力し、ロボットの５軸間時制御を行う。

第２図は、ロボットの先端部に設けられたレーザ加工ヘ
ッド３を示し、ロボット固有座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸の座
標で決まるレーザ照射位置Ｅを固定にしたまま、α軸と
β軸の回転制御により、ノズル４の姿勢を任意に変更で
きる一点指向型のヘッド構成となっている。

上記ＣＲＴ装置２には、例えば大容量メモリのハードデ
ィスクが接続され、　このハードディスクに、各種基本
パターンおよび任意形状の複数種の図形デー　タを予め
登録することができる。これらの図形データは、位置情
報となるロボット固、有座標系の直交Ｘ％Ｙ％Ｚ軸上の
座標データとして登録される。

この図形データの登録方法は、ダイレクトティーチング
入力、ＣＦｔＴからの座標指定入力、図形パターン入力
、あるいはＮＣテースによる入力など任意の入力方法が
可能である。

ここでは、図形パターン入力について説明する。

第３図で示すような頻繁に使用される図形パターン、例
えば円、トラック、四角、コーナＲ付四角の入力につい
て説明する。これらの各図形パターンに対応してロボッ
トを制御するそれぞれのパターン動作制御プログラムが
予め上記ハードディスクに組ガ込まれ、半径や長さの寸
法を人力するのみで各種図形データが自動作成されるよ
うになっている。

円においては、半径Ｒと切込み量Ｓを、トラックにおい
ては、半径Ｒと直線部分の長さＵと切込み量Ｓを、四角
においては、２辺の長さＵおよび■と切込み量Ｓを、コ
ーナＲ付四角においては、半径Ｒと直線部分の２辺の長
さＵおよびＶと切込み量Ｓをそれぞれ入力することによ
り、各種寸法形状の図形データが登録される。また、こ
れらの図形パターンについて、基準点Ｐ１と基準軸りが
それぞれ設定されている。

また他に、ダイレクトティーチング入力、ＣＲ１人力、
ＮＣテープ入力等により、上記図形パターン以外の任意
形状の自由曲線図形データを登録することも可能である
。

このようにして、各種寸法の図形パターンおよび任意形
状の各種図形データを登録しておくことにより、ワーク
上にティーチングする場合において、立体任意平面上に
２点くただし円の場合は１点だけ）をティーチングする
のみで、指定した図形データと同一の図形軌跡を三次元
的に複写できるようになっている。

次に、登録された図形を立体ワーク上にティーチングす
るティーチング方法を説明する。

第４図に示すように、例えば指定パターンが円の場合は
、その基準点Ｐ１に対応する１点■のみ、他のパターン
の場合は、それぞれの基準点Ｐ１に対応する点■とこの
点■を通る基準軸りに対応する図形長手方向のラインＬ
′上の１点■との２点を教示する。

最初の第１点■のティーチング時にはノズルの姿勢を示
すティーチング棒の教示姿勢を複写平面Ｗａに対し法線
方向に略一致させる。すなわち、第１点■のティーチン
グによって、パターンの複写基準位置情報が教示入力さ
れるとともに、このときのティーチング棒の教示姿勢か
ら複写平面情報が教示され、かつティーチング棒の姿勢
がそのままノズルの姿勢情報（α、β）として教示され
る。

このとき、第１点■のティーチングと同時に、登録され
ている図形データを指定することにより、例えば円の場
合は、パターンに方向性がないためすぐに教示される複
写平面Ｗａ上の位置情報に自動変換されるが、他のパタ
ーンの場合は、図形データの指定後第２点■をティーチ
ングすることにより、図形基準軸り方向すなわちパター
ン方向が教示され、同時に後述する複写座標系が決定さ
れる。

したがって、指定図形データは一旦複写座標系に複写さ
れた後、ロボットに特有な固有座標系の情報（Ｘ、Ｙ、
Ｚ、α、β）に自動変換される。

このように、ワーク上に登録図形をティーチングする場
合には、第５図のようにワーク面Ｗａ上の第１点のと第
２点■を教示するのみでよい。

そして、加工時にはこのティーチングにより記録された
情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β）によって、第６図に示すよ
うに、登録時にＳで指定された切込み点■から指定図形
軌跡の全周を移動し、再び切込み点■へ帰還し、登録さ
れた図形の加工を終了する。これが、レーザ加工時の三
次元複写加工軌跡である。

以上は、次のような演算処理で行なわれる。

第７図において、ロボット固有座標系（Ｘ、Ｙ。

Ｚ軸）に教示用座標系（Ｘ％　’ｌｓ　Ｚ軸）を一致さ
せる。

次に、ワークの立体面上の各位置に各種図形をティーチ
ングする時に決定される複写座標系（ｙ′、ｙ′、２′
軸）の原点Ｑ′を教示用座標系の原点Ｏに一致させるよ
うに平行移動させ、ｙ′、’／’、Ｚ’軸に対応する座
標軸Ｘ％　７％　Ｚ軸を得る。

各種登録された図形データは、例えば第８図のように、
教示用座標系（ロボット固有座標系）のｘ　−ｙ平面上
において、その基準点Ｐ１を原点０に、基準軸り方向を
Ｘ軸方向に一致させてそれぞれ登録されている。

複写平面上にティーチングされる上記基準点Ｐ１に対応
する点■と上記図形基準軸りに対応する基準軸り線上の
点■の各座標を 点■”　（Ｘｏ＋　’ｆｏｒ　Ｚ　ｏ　）点■”（Ｘｐ
＋　ｙｐ＋　ＺＣ＋） とし、かつＸ軸、ｙ軸、Ｚ軸の単位ベクトルｅ、、”ｙ
ｓ　　ｅＺは、 ａｘ　　”（ｌｘ　　ｍｘ　　ｎｘ） ｍｙ　　＝（ｌｙ　　ｍｙ　　ｎｙ） ｅｘ　　＝＝（ｔｚ　　ｍｔ　　ｎｚ）となる、ここで
、 ｌ　ｘｓ　ｍｘ、ｎ３ｃは、複写面のＸ′軸の方向余弦
ｌｙ、ｍｙ、ｎｚは、複写面のｙ′軸の方向余弦ｌ工、
ｍ２、ｎＬは、複写面の２′軸の方向余弦とする。

次に、登録図形の複写時の複写座標系からロボット固有
座標系への座標変換は、次式により行なわれる。

・・・・・・・・・［１１ 点のを教示したときのティーチング棒の方向でｚ’（ｚ
”）軸方向が決まり、同時にノズルの姿勢情報（α、β
）も決定される。すなわち、点■を含みかつｚ’（ｚ”
）軸と垂直な平面すなわちｘ’−ｙ（ｘ−ｙ）平面が決
定される。

つまり、点■教示時の姿勢情報（α、β）より、十ｚ’
（ｚ”）軸方向の方向余弦は、次のようになる。

ここで、第１０図に示すように、Ｕはティーチング棒方
向のベクトルであり、また、α軸とβ軸の交角を４５°
とすると、 である。　ただし、ｎｌ、ｎｚ、ｎ３は、とする。

次に、点■の教示により、基準軸Ｌ′方向が決まるため
、ｘ’　（ｘ″）軸方向およびｙ’（ｙ’ｊ軸方向が決
まる。

すなわち、＋　ｙ’（ｙ”）軸方向の方向余弦は、次式
により求まる。

よって、 ・・・・・・・・・［ＩＩ［］ ここで、 このように、ｅ工、ｅ、が求まったので、＋ｘ’（ｘ″
）軸方向の方向余弦は、次式で求まる。

ｅｘ　　＝ｅ、Ｘｅヱ ・・・・・・・・・［ｒＶ］ したがって、これら［ＩＩ］［ＩＩＩ］［ＩＶ］式を上
記［１］式に代入することにより、第９図に示すように
登録図形データは回転と平行移動で複写座標系に一旦移
され、引続き教示用座標系すなわちロボット固有座標系
に変換されてその位置情報（Ｘ、Ｙ。

Ｚ、α、β）が得られる。

また、自由曲線でなる任意形状の場合においても、複写
平面に対しノズル４を一定姿勢で複写加工するような場
合に、例えばティーチング等により図形データを登録し
、上記図形パターンの場合と同様に、複写時の第１魚目
のティーチング時のロボット姿勢をそのまま姿勢情報（
ａｔβ）として得、第２黒目のティーチングによって基
準軸方向を教示し、複写座標系を決定することにより位
置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を容易に得ることができる。

さらに、このようなティーチング方法によれば、例えば
第１１図に示すように、立体ワークＷ上の複数箇所の任
意面に同一図形の複写を連続して行うことも受きる。

この場合、第１２図で示すように各複写位置において図
形データの指定と１点或は２点をそれぞれ教示しながら
、それらを連続した加ニブログラム（第１３図）に作成
することにより、第１４図で示すような連続加工のロボ
ット位置情報を得ることができる。

また、同様にしてそれぞれ異種の図形データを加ニブロ
グラム内に組み込むことにより、立体ワークＷ上の複数
箇所の任意面に異種図形の複写を連続して行うことも可
能である。

この場合も、ティーチングはそれぞれの図形軌跡上の全
数のポイントを教示する必要がなく、−図形につき１点
或は２点のティーチングで行えるため、ティーチング時
間が短かくてよく、加ニブログラムの作成も非常に短時
間で容易に行えるものである。

さらに、この加ニブログラムを上記ハードディスクに登
録しておくことにより、同一形状ワークの同一複写加工
をプログラム指定だけで簡単に繰り返し加工することが
でき、生産効率も大幅に向上される。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、予め複数種の図
形データを登録し、この登録した図形データを指定し複
写したい任意面上の２点をティーチングするだけで、指
定図形データの複写位置情報、複写方向情報および複写
平面情報を容易に教示でき、これにより複写座標系が決
定されるため、指定した図形データを上記複写座標系に
より座標変換演算処理を介してロボット固有座標系の位
置情報および姿勢情報が簡単に得られる。

つまり、２点のティーチングで、全ポイントティーチン
グと同様な位置情報および姿勢情報が自動作成されるた
め、複写時ごとに全数ポイントをティーチングする必要
がなくなり、ティーチング作業が簡易化でき、ティーチ
ング時間を大幅に短縮できるものである。

また、全数ポイントのティーチングに比べ、ティーチン
グ誤差の加工への影響も少なく、複写座標系が決まれば
登録図形データそのままの図形軌跡が指定位置に複写さ
れるため、加工形状精度が向上される。

特に、立体ワーク上の任意面への同一図形の繰り返し複
写或は各種図形の複数個の複写を短時間でかつ高精度に
行え、ロボットによる生産効率が大幅に向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によるレーザ加工機の制御系を示す
図、第２図はレーザ加工ヘッドおよびロボット固有座標
系を示す図、第３図は各種図形パターンの登録方法を示
す図、第４図は各種図形パターンのティーチング方法を
示す図、第５図はティーチング軌跡を示す図、第６図は
変換後の位置情報によるロボット軌跡を示す図、第７図
ないし第１０図は座標変換演算のための説明図、第１１
図は複数個の複写例を示す図、第１２図は同上ティーチ
ング軌跡を示す図、第１３図は同上加工プログラムを示
す図、第１４図は同上変換後の位置情報によるロボット
軌跡を示す図である。 Ｘ、Ｙ％Ｚ・・・ロボット固有座標系を構成する直交３
軸、Ｘｏ、ｙｏ、２′・・・複写座標系を構成する直交
３軸、α、β・・・ロボット固有座標系を構成する回転
２軸、Ｐｌ・・・基準点、Ｌ・・・基準軸、Ｐ′１、Ｐ
２・・・教示点。 特許出願人　　株式会社　日干トヤマ 第１図 ■ 第２図 区　　　　　　　○ 手続補正書（自発） １．事件の表示　昭和６２年特許願第２７６４１０号３
、補正をする者 事件と甥謳　特許出願人 正、０３−４３５−４７０１ な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）明細書第１頁の特許請求の範囲を別紙の通り訂正
する。 （２）明細書第２頁第１行の「同時５軸」を「少なくと
も同時５軸」と訂正する。 （３）明細書第２頁第１８行の「例えばワーク上に」を
下記のように訂正する。 「例えば、まず加工面情報を得るために、加工面上の任
意の少なくとも３点をティーチングする。 これによって、上記回転姿勢情報が決まる０次に、ワー
ク上に」 （４）明細書第３頁第１行の「および回転姿勢情報」を
削除する。 （５）明細書第３頁第３行の「作業者は」を「面情報を
得るための少なくとも３ポイントのティーチングの他、
」と訂正する゛。 （６）明細書第４頁第１４行ないし第１５行の「図形の
ティーチング作業を」を「図形の複写位置、複写方向お
よび複写面のティーチング作業を全て」と訂正する。 （７）　　明細書第５頁第４行の「ティーチングするこ
とにより、」を「ティーチングするとともに上記第１点
ティーチング時のティーチング棒の方向により、」と訂
正する。 （８）明細書第１７頁第８行ないし第１０行の「２点を
・・容易に教示」を下記のように訂正する。 「２点のティーチングおよび第１点ティーチング時のテ
ィーチング欅の方向によって、指定図形データの複写位
置情報、複写方向情報および複写平面情報を同時に教示
」 （９）明細書第１７頁第１５行の「つまり、２点」を下
記のように訂正する。 「つまり、第１点のティーチングによって、図形の複写
位置情報が教示入力されると同時に、このときのティー
チング棒の教示姿勢から複写平面情報が教示されるため
、予め複写平面上の任意の少なくとも３ポイントを教示
して複写平面のティーチングを行う必要がなく、さらに
指定した図形の基準軸の方向を決める第２点をティーチ
ングすることによって複写方向情報が教示されるため、
たつた２点のみのティーチングでティーチング作業が完
了する。 そして、この２点」 以上 ２、特許請求の範囲 （１）　　ロボット固有座標系の誠コクＸ２【塵−直交
３軸と回転２軸とで同時５軸制御される産業用ロボット
において、複数種の図形データのそれぞれの基準点と基
準軸を予め登録し、この図形データを任意辺旦人元玉面
上へ複写する際に、指定した図形データの上記基準点に
対応する第１点、この第１点とともに上記基準軸に対応
する方向を決定する第２点および上記面の方向を上　第
１１、ティーチングＲ（７）ティーチング棒の方向によ
り教示することにより、複写座標系が決定され、上記指
定した図形データを複写座標系を介してロボット固有座
標系の位置情報に変換することを特徴とする産業用ロボ
ットにおけるティーチング方法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボット固有座標系の直交３軸と回転２軸とで同
   時５軸制御される産業用ロボットにおいて、複数種の図
   形データのそれぞれの基準点と基準軸を予め登録し、こ
   の図形データを任意面上へ複写する際に、指定した図形
   データの上記基準点に対応する第１点、この第１点とと
   もに上記基準軸に対応する方向を決定する第２点および
   上記面の方向をティーチング棒の方向により教示するこ
   とにより、複写座標系が決定され、上記指定した図形デ
   ータを複写座標系を介してロボット固有座標系の位置情
   報に変換することを特徴とする産業用ロボットにおける
   ティーチング方法。