JPH01119806A - ロボットにおける芯ずれ補正方法 - 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〕 本発明はロボットにおける芯ずれ補正方法に係り、特に
産業ロボットの手首に装着された取付治具に対して作業
工具を取付けたとき、その作業工具の作業点と演算装置
による制御上の作業点とに生じる誤差を自動的に補正す
るようにした方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の従来技術としては、特開昭６２−４３７１１号
公報に示す技術がある。

この従来技術は、ロボット手首に取付けられている作業
工具としての溶接トーチを何等かの理由で交換した場合
、溶接トーチ先端の作業点と制御上の作業点との位置が
変わってしまうことがあり、正確な位置制御を行なうこ
とができなくなると云うことから、以下に述べ方法で位
置ずれを解消している。即ち、溶接トーチを交換した場
合、そのロボットを動作させ、溶接トーチの先端を任意
の定点に位置づけし、かつそのときのロボットの各駆動
部における駆動データを記憶させ、その後、溶接トーチ
の姿勢を変えてその先端を前記定点に位置づけし、かつ
そのときのロボットの各駆動部における駆動データを記
憶させ、そして記憶した夫々の駆動データから制御上の
基準点と溶接トーチの先端との間の位置と方向とを示す
ように演算することにより、作業工具の作業点を正確に
制御できるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、従来技術では、制御上の作業点と、ロボ・ノ
ド先端に作業工具用の取付治具を装着したときのロボッ
ト組付上あ作業点とが一致していると云う前提のもとて
の内容であるため、下記の点について配慮されていない
。

即ち、実際に制御される点は、演算装置による制御上の
作業点であり、該制御上の作業点とロボット組立上の作
業点とは一致することが殆んどあり得ない。その理由は
、演算装置による制御上の作業点は、ロボットを組付け
たときに誤差が全く生じていないと云う前提のもとに求
められるからである。

また、ロボット本体の取付治具に作業工具を取付けた場
合に、該作業工具の作業点とロボソＩ・組付上の作業点
とを合わせなくてはならず、そのため、取付治具の位置
を調節しているものの、この調節作業では人為的要因が
大きく、作業工具の作業点とロボット組立上の作業点の
一致精度に誤差が生じる。

従って、作業工具を取付けた取付治具を調節しても、作
業工具の作業点とロボット組付上の作業点とをおおよそ
合わせているだけであり、結局のところ作業工具の作業
点と制御上の作業点とは正確に一致せず、作業工具を高
精度に制御できない問題が生じる。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点に鑑み、作業工
具を交換したとき、作業工具の作業点とロボット組付上
の作業点と制御上の作業点とが一致しなくとも、作業工
具を正確に制御し得るロボットにおける芯ずれ補正方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明方法では、（ｉ）ロボット本体に装着された取付
治具の特定部を空間上の任意の定点に位置づけしたまま
で取付治具の姿勢を複数に変え、かつ該取付治具の夫々
の姿勢におけるロボット本体の各駆動部の駆動データを
読取り、（ｉｉ）夫々の姿勢における駆動データからロ
ボット組付上の作業点を演算し、（ｉｉｉ　）該演算後
、ロボット組付上の作業点と制御上の作業点との誤差を
演算してその補正量をオフセット補正量として記憶し、
（ｉｖ）前記ロボット本体の取付治具に取付けられた−
　ら　− 作業工具の特定部を空間上の定点に位置づげしたままで
作業工具の姿勢を複数に変え、かつ該作業工具の夫々の
姿勢におけるロボット本体の各駆動部の駆動データを読
取り、（ｖ）該夫々の姿勢における駆動データから作業
工具の作業点を演算し、（ｖｉ　）作業工具の作業点と
前記オフセット補正量との誤差をオフセットとして演算
し、該オフセットに基づき作業工具の作業点と制御上の
作業点とを一致し得るようにしている。

Ｃ作業〕 本発明方法では、前述の如く、作業工具の作業点と前記
オフセット補正量との誤差をオフセットとして演算し、
該オフセットを吸収する方向に作業工具の作業点をずら
すようにしているので、制御上の作業点に対して作業工
具の作業点がずれていても、また作業工具用の取付治具
を含むロボット組立上の作業点がずれていても、それに
拘わることなく、そのずれ量を吸収する方向に作業工具
がずれ、作業工具の作業点が制御上の作業点と−致し、
文字通りの制御点となる。その結果、作業工具の制御上
の芯ずれを防止し得る効果がある。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を添付図面により説明する。第
１図は本発明方法を実施する為のロボットの一実施例を
示す概略構成図、第２図は制御部の概略機能を示す説明
図、第３図は６つの駆動部を有するロボットの作業点を
求め説明図、第４図はオフセットを表わす説明図、第５
図は取付治具及び溶接トーチの夫々を同一点にして姿勢
を変えた場合の説明図、第６図はオフセット補正量を表
わす説明図、第７図は溶接トーチの作業点及びオフセッ
ト量を表わす説明図、第８図は制御部の制御動作を示す
フローチャートである。

本発明方法を実施するロボットは、第１図に示すように
、ロボット本体１０に徊紮ｔ＃≠取付治具１１が装着さ
れ、該取付治具１１に作業工具としての溶接トーチ１２
が取付げられている。前記ロボット本体１０は６つの駆
動部（間接部）１〜６を有し、各駆動部１〜６が矢印の
方向に回転するようにしている。

そして、ロボット本体１０にはこれを制御するための制
御部１３が接続され、該制御部１３は、前記各駆動部１
〜６の駆動データ（回転角度）θ１〜θ６を記憶する記
憶装置１４と、該記憶装置１４の駆動データ等から制御
上の作業点ＰＳに対するロボット組付上の作業点ＰＭと
作業工具の作業点ＰＴとのずれを求めるアルゴリズムを
有する演算装置１５とをもっている。

作業点Ｐの中で、前記ロボット組付上の作業点ＰＭとは
ロボット本体１０に取付治具１１のみを実際に装着し、
またそれに溶接トーチ１２を正確に取付けたと想定され
た場合の溶接トーチ１２の先端であり、作業工具の作業
点ＰＴとはロボット本体１０の取付治具１１に溶接トー
チ１２を実際に取付けたときの溶接トーチ１２の先端で
あり、制御上の作業点ＰＳとは、取付治具１１、溶接ト
ーチ１２を正確に取付けたと想定された場合の溶接トー
チの先端であり、位置Ｏを基準位置として予め設定され
ている。

前記演算装置１５の概略機能を述べると、第２図に示す
ように、ロボット組付上の作業点ＰＭと制−７＝ 郷土の作業点ＰＳとの誤差Ｖ□−２，を演算し、その補
正量をオフセット補正量Ｐ　Ｓ　＋ｖＰＭ−ＰＳ　−Ｐ
Ｓ’として求め、また作業工具の作業点ＰＴと制御上の
作業点ＰＳとから求めた差ｖＰＨＶ　ｐｓ　−■ＰＨ−
ＰＳに前記オフセット補正量ＰＳ’を加算して得られた
オフセットＰ　Ｓ　″がロボット本体１０の実際の作業
点、即ち制御点となるようにしている。ただし、第２図
においては演算装置１５の概略機能を示すため、一方向
のみからのオフセットを求めているが、実際にはｙ軸、
ｙ軸、Ｚ軸の３方向からオフセットを求めなければなら
ないので、ｘ、ｙ、ｚ軸の３方向を考慮した演算装置１
５におけるオフセット（演算Ａ）の求め方を以下に述べ
る。

まず、オフセットを求めるに際し、第３図に示すように
、駆動部３に対してｙ軸方向にずれｊ２４ｙをもつ作業
点Ｐを、手先ベクトルＦとオフセットベクトルＶを用い
て表現すると、次式（１）になる。

Ｐ＝ｌＲ−（θ＋　）　（ｊ２ｚＵｚｌＲｙ　（θｚ　
）　＋ｊ２ａＵＸＩＲｙ　（θ３）　＋Ｆ）　”（１）
ただし、 Ｆ＝ｌＲｙ　（θ４　）　　（ｆ！ａｙ１３ｙ＋４４ｙ
’Ｊｙ　＋［Ｒ−（θ５）ｉｚ（θ６）■）なお、θ１
〜θ６は各駆動部１〜６の駆動データ（回転角度）を表
わし、ＩＪＸ、１３ｙ、　　じ２はＸ。

ｙ、Ｚ軸上の単位方向ベクトルを、［ＲＸ　（θ１）Ｉ
Ｒｙ（θｔ）＋［Ｒｚ（θｉ）はＸ＋　Ｙｒ　　Ｚ軸ま
わりの回転方向を夫々を表わし、それ以外のものについ
ては下記のとおりとなる。

ただし、θｉ　　（ｉ＝１〜６）、Ｓｉ、Ｃ４ば５ｉｎ
ｉ。

Ｃｏｓ　ｉであって各駆動部１〜６の駆動データに対応
している。

また式（１）のＶはオフセットを表わし、以上のことか
ら手先ベクトルＦを関数として表わすと、次の式（３）
から求められる。

Ｆ＝ＬｙＩ５ｙ＃ｙ（θ４）＋　ｆＪｙ［Ｒｙ（θ４）
＋　Ｒｙ（Ｌ）［Ｒｘ（θ５）ＩＲ，（θ６）■　・・
イ２）式（１）と（３）より作業点Ｐは となる。ここでθｉ　　（ｉ＝１〜６）が既知とすると
作業点Ｐは■の関数（オフセットを表わす３つのベクト
ル）と考える事ができ式、（４）を次式（５）に示す式
で表現できる。

ここで、第５図に示すように作業点Ｐ　（ｘ、ｙ。

２）を空間上の任意の定点に位置づけして、ロボット本
体１が３通りの姿勢θヶ、θ８．θ。をなすようにする
。そして、第１の姿勢θ４．第２．の姿勢θ６゜第３の
θ。に伴なう各駆動部１〜６の駆動データをθＡ（ｉ）
＋　　θＢ（ｉ）＋　　θＣ１１ｐ（ただしｉ−１〜６
）とすると、これを式（６）〜（９）に代入することに
より、−１２〜 に八（ｉ）、ＬＡ　（ｉ）、ＭＡ　（ｉＬ　ＮＡ（＋）
、　Ｋ８（ｉ）、ｌ、Ｂ（ｉ）、ＭＢ（ｉ）、ＮＢ（ｉ
）。

およびＫＣ（ｉ）、ＬＣ（ｉ）、ＭＣ（ｆ）、［ＪＣ（
ｉ）が求められ、それぞれの値を式（５）に代入し表現
することにより、それぞれ３通りの姿勢のティーチポイ
ントが同一定点という条件から、次の式が成り立つ。

［ＫＡ＋（ＬＡＩＭａＮＡ）・ｖ＝［Ｋ＋＋＋（ＬｎＭ
ＢＮＩｌ）ｖ・・４０）ＩＫＢ　＋（Ｌｍ　ＩＭＢ　［
Ｎｌ　）　−Ｖ＝ＫＣ＋（Ｌｃ　Ｍ、　［ＮＣ）　Ｖ　
　・（Ｉｆ）弐〇〇）、θ１）をまとめると、次式が成
り立つ。

従って、弐〇２）、　０３）よりオフセットＶが求めら
れる。

即ち、演算装置６は、第６図に示すように、ロボット本
体１に取付治具のみを装着した場合におけるロボッ［村
上の作業点をベクトル■４で求め、このベクトルＶ１４
と制御上の作業点のベクトルＶ、との誤差に応じた補正
量をオフセット補正景Ｖ−Ｖｓ””￥イーＳとして求め
、さらに第７図に示すように、ロボット本体１の取付治
具に取付けられた溶接トーチ１２における作業工具の作
業点をベクトル■７で求め、このベクトルＶ７と前記オ
フセット補正量’Ｖｓ−５との差をオフセｙｌ□Ｖ−Ｃ
Ｖｒ　　ＶＭ−ｓ　）と求めるようにしている。

次に、実施例のロボットの作用に関連して本発明方法の
一実施例を第８図により説明する。

第８図において、まず、運用フローでは、ロボット本体
の先端にロボット組付上の作業点を求めるため取付治具
のみを取付け（１０１）　、この状態で第５図に示すよ
うに取付治具の特定部としての先端Ｐ。を空間上の任意
の定点に位置づけしたままで３通りの姿勢θヶ、θお、
θ、をティーチする（１０２）。

その際内部フローでは、夫々の姿勢における各駆動部（
１〜６）のデータ（θＡ１〜θＡ６＋　　θ６．〜θＲ
６＋　　θｃ１〜θＣ６）を読取って記憶装置Ｉ４に記
憶する（１０３）。

そして、前記駆動データの記憶後、演算装置１５が演算
Ａの指令を受ける（１０４）と、該演算装置１５はその
駆動データからロボット組付上の作業点をベクトル■イ
として求める（１０５）。

ここで、ロボット組付上の誤差がないとすれば、ベクト
ル■９と制御上の作業点としてのベクトル■５と等しく
なり、下式が成立する。

’ＶＭ　　ＶＳ＝Ｏ・・・・・・（１４１ところが、ロ
ボット組付１必らず誤差が生じるので、次式のとおりな
る。

ＶＭ　　’Ｖｓ　＝Ｖ、ｌ−ｓ　≠０　・・・・・・α
つ弐α５）より、ベクトルＶＭ−Ｓの差が、ロボット組
付上の作業点と制御上の作業点の差となるので、この差
を求め（１０６）　、この差に応じた補正量をオフセッ
ト補正量Ｖｓ−ｓとして記憶装置１４に記憶する（１０
７，１０８）。

次に、ロボット本体ｌの取付治具に溶接トーチ１２を取
付け（１０９）　、前記１０２，１０３の処理と同様に
、溶接トーチの特定部としての先端を定点Ｚに位置づけ
したままで３通りの姿勢θ、′、θＢ’＋　　θＣ′を
ティーチしく１１０）　、夫々の姿勢における各駆動部
のデータ（θ４′、〜θＡ’６＋ｌＺ　〜θ８′６゜θ θ。′１〜θｃ′６）を読取って記憶装置１４に記憶す
る（１１１） そして、該駆動データの記憶後、演算装置１５が演算Ａ
′の指令を受ける（１１２）と、該演算装置１５はその
駆動データから作業工具の作業点をベクトル■７として
求め（１１３）る。

この場合、求められたベクトル■アば、制御ｎ上の作業
点とロボット組付上の作業点とが一致している、即ちベ
クトルＶ、と■４とが等しいと仮定している値であるた
め、これらベクトルの差の補正をかける必要がある。即
ち、作業工具の作業点と制御上の作業点との誤差ＶＲ（
−Ｖ、−Ｖ、、　）をオフセットとして演算しく１１４
）　、そのオフセット値■９を記憶装置１４に記憶する
（１１５，１１６）。このようにして求めたベクトルＶ
Ｒは、第７図から見てもわかるように、オフセット定義
源点Ｏからのロボット組付上の作業点に対するオフセッ
トであり、このオフセットを式（１１に代入してやれば
、作業工具の作業点がそのオフセットを吸収する方向に
ずれるので、作業工具の作業点が制御上の作業点と一致
し、文字通りの制御点となる。

〔発明の効果〕

以上の述べたように、本発明方法では、ロボット本体に
取付治具を装着した際にロボット組付上の作業点を求め
、該ロボット組付上の作業点と制御上の作業点との誤差
を補正するオフセット補正量を求め、また求められた作
業工具の作業点と前記オフセット補正量との誤差をオフ
セットとして演算し、該オフセットに基づいて作業工具
の作業点と制御上の作業点とを一致し得るようにしたの
で、作業工具を交換した場合、制御上の作業点に対して
作業工具の作業点がずれていても、また作業工具用の取
付治具を含むロボット組付上の作業点がずれていても、
そのずれ量を吸収する方向にずれ、作業工具の作業点が
制御上の作業点と一致し、文字通りの制御点となる結果
、作業工具の制御上の芯ずれを防止し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為のロボットの一実施例
を示す概略構成図、第２図は制御部の概−１８＝ オフセットを表わす説明図、第５図は取付治具及び溶接
トーチの夫々を同一点にして姿勢を変え場合の説明図、
第６図はオフセット補正量を表わす説明図、第７図は溶
接トーチの作業点及びオフセット量を表わす説明図、第
８図は制御部の制御動作を示すフローチャートである。 ′、１０・・・ロボット本体、１１・・・取付治具、１
２・・・作業工具（溶接トーチ）、１３・・・制御部、
１４・・・記憶装置、１５・・・演算装置、ＰＳ・・・
制御上の作業点、ＰＭ・・・ロボット組付上の作業点、
ＰＴ・・・作業工具の作業点、■□、・・・オフセット
補正量、ＶＲ・・・オフセット。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第４図 第５図 第６図 円　　　　　　のΣト＝区 易　　　　　　　＞＞＞＞＞ ボ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット本体に装着された取付治具に作業工具を取
   付け、該作業工具の作業点を演算装置による制御上の作
   業点に一致すべくなしたロボットにおいて、 （ｉ）ロボット本体に装着された取付治具の特定部を空
   間上の任意の定点に位置づけしたままで取付治具の姿勢
   を複数に変え、かつ該取付治具の夫々の姿勢におけるロ
   ボット本体の各駆動部の駆動データを読取り、 （ｉｉ）夫々の姿勢における駆動データからロボット組
   付上の作業点を演算し、 （ｉｉｉ）該演算後、ロボット組付上の作業点と制御上
   の作業点との誤差を演算してその補正量をオフセット補
   正量として記憶し、 （ｉｖ）前記ロボット本体の取付治具に取付けられた作
   業工具の特定部を空間上の定点に位置づけしたままで作
   業工具の姿勢を複数に変え、かつ該作業工具の夫々の姿
   勢におけるロボット本体の各駆動部の駆動データを読取
   り、 （ｖ）該夫々の姿勢における駆動データから作業工具の
   作業点を演算し、 （ｖｉ）作業工具の作業点と前記オフセット補正量との
   誤差をオフセットとして演算し、該オフセットを吸収す
   る方向に作業工具の作業点をずらすようにする、ことを
   特徴とするロボットにおける芯ずれ補正方法。