JPH01166105A - ロボット動作教示方法 - 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、鋼管、型鋼などの成品に対するマーキング、
手入れなどの処理を行なうロボットへの動作教示方法に
関する。

ロボットを使用するには、そのロボットが行なう作業を
教える必要があり、これが動作教示である。

〔従来の技術〕

ロボットの動作教示は従来は手作業で行なっている、即
ち実際にワークを置いて、そのワークに対してロボット
を手動で動かし、各動作点を覚えさせる等の記憶、書込
み処理をすることにより行なう。特開昭５８−５０００
６　ｒ教示方法」、特開昭５６−１１４６８５　ｒ移動
体の経路教示方法及び教示位置」、特開昭５９−１３２
９７２　ｒコンクリート等の自動吹き付は方法」などは
この手作業方式である。

鋼管製造の最終工程では立会検査、続いて成品鋼管への
出荷マーク印がある。出荷マークは鋼管１本毎に異なる
ものであり、マーク内容の全てが決まるのは立会検査後
であり、これら及びその他の理由でマーキングは多数の
作業者が、ステンシルを製作して手吹きで、行なってい
る。これを省力化するにはロボット導入が考えられるが
、このロボットの動作教示に従来法を適用すると次のよ
うな問題がある。

■全ての仕様のワーク（上記の例では鋼管）を用意する
のは実際上困難である。■仮に、全ての仕様のワークを
用意することができたとしても、教示量が膨大で、教示
を全て完了するには非常に多くの時間がか−る。■異な
る仕様のワークが発生した場合はそのワークに対する動
作教示をする必要があり、この動作教示の間、製造ライ
ンを停止することになる。■ワーク仕様の個数によって
は、教示データをロボット制御装置に全て記憶させるの
は、メモリ容量上、事実上不可能である。

手作業による動作教示は簡単ではなく、場合によっては
実質上不可能なこともある。そこで他の方法例えば、計
算機でロボットの動きをシミュレーションし、その結果
をもとに、ロボットを実際に動かすことなく教示する方
式も研究開発されている（例えばＳＩＬＭＡ社　ＣＩＭ
ＳＴＡＴ　Ｉ　ＯＮ）。しかしこの方式も、新しいワー
ク仕様が出現した場合は動作教示をその都度行なう必要
がある。また動作教示のたびにワークの３次元幾何形状
を入力する必要があり、その作業負荷もかなり大きい。

更に上記■の問題は、このオフライン教示方式では解決
されない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はか−る点を改善し、ロボットに事前に、人手に
より、動作教示することなく、制御データを入力するだ
けで直ちに動作させることができるようにすること、及
びロボット制御装置の記憶容量は少量でよいようにする
こと、を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図に本発明のロボットシステムの構成を示す。１０
は生産管理用計算機、２０は制御用計算機、３０はロボ
ット制御装置、４０はロボット、そして５０は成品こ−
では鋼管であり、ロボット４０は鋼管５０に対し出荷マ
ークのマーキングを行なう。

生産管理用計算機１０は製造仕様データベース１２を持
ち、上位計算機から送られた及び又は自己の入力装置で
入力した製造仕様（例えば製造すべき鋼管の直径、長さ
、肉厚など）をこのデータベース１２に格納する。

制御用計算機２０は、製造仕様からロボットの運動の位
置データを求める変換プログラム２２を有し、ロボット
制御装置３０へ動作情報および位置情報を出力する。こ
れらは動作プログラム名と位置データからなる。制御用
計算機２０は成品のトラッキングも行なう。

ロボット制御装置３０は各種動作プログラム１〜ｎを持
ち、制御用計算機２０により指定された動作プログラム
を起動してロボット４０の運動制御を行なう。

なお、生産管理用計算機ｌＯと制御用計算機２０は、両
者が一体化した計算機であってもかまわない。

〔作用〕

本発明ではロボットに作業を行なわせるタイミング（こ
れは成品のトラッキングにより検知される）で、生産管
理用計算機１０はデータベース１２から当該成品の製造
仕様を読出し、それを制御用計算機２０へ渡す。

制御用計算機２０ではプログラム２２をスタートさせ、
製造仕様から位置データを求める。例えば出荷マークの
マーキングでは、ロボット前進、次いでアーム先端の円
弧運動を行なう（マーキングはペイント噴射にて行なう
がこの制御は本発明の対象でない）から、前進距離と円
弧を決定する３点（Ａ、Ｂ、Ｃとする）の座標を求める
。これらの位置名Ａ、Ｂ、Ｃとその座標、前進長、鋼管
内／外面いずれのマーキングか及びどの種類の出荷マー
クのマーキングかなどの情報（動作情報、具体的には動
作プログラム名）をロボット制御装置３０へ送る。

ロボット制御装置３０は制御用計算機からの動作、位置
情報により、起動する動作プログラム名を知ってこれを
記憶し、また動作プログラム名と位置名をキーにして各
位置データの格納領域を探し、そこへ位置データを埋め
る。そして外部からのロボット起動要求により、指定さ
れた動作プログラムを逐次起動し、ロボット作業を行な
わせる。

生産管理用計算機１０から送られるデータは当該成品の
製造仕様であり、これが、当該成品への作業時に送られ
、当該作業所で扱う全成品の製造仕様、制御情報などを
予め送っておくのではないから、制御用計算機、ロボッ
ト制御装置などの記憶装置の容量は少なくてよい。

またロボットを予め動作させて、その軌跡上各点の座標
を覚えさせる等の処置は不要で、計算機１０より当該・
成品の製造仕様を送出するだけでロボットに所望動作を
行なわせることができる。

周知のように直線なら２点、円なら３点で当該直線、円
が定まり、ロボットも該２点、３点を与えられて直線、
円指定され−ば当該直線、円を画くようになっている。

唯、この場合■ロボットの座標系とワーク（成品）の座
標系の一致／不一致問題、■ロボットのアームの撓み問
題、などがあるが、■はロボットを設置する段階で処理
できる。

■はロボット設置時の調整では解決されず、ロボットに
よる作業の精度の低下、作業結果の良否の問題を生じる
。

本発明では上記■に対しては、位置データを修正するこ
とで対処する。即ち、撓みにより、アーム先端の軌跡が
予定の円弧からずれるなら、そのずれの量だけ位置デー
タを修正する（ある点Ａで下方にδだけずれるなら、点
Ａの座標をδだけ上方にして、δ＝０にする）ことで上
記■は対処できる。

出荷マークのマーキングではアームの撓みは鋼管径と上
記円弧の３点で異なるので、該３点での修正量（オフセ
ット量）を径別（例えば大径、中径、小径などの区別）
にテーブルにしておき、製造仕様から３点Ａ、Ｂ、Ｃの
座標が求まったら、それを上記テーブルから求めたオフ
セットＭ　ａ　。

ｂ、ｃで修正し、修正後のデータＡ＋ａ、Ｂ＋ｂ。

Ｃ＋ｃを位置データとして制御用計算機２０からロボッ
ト制御装置３０へ渡すようにする。このようにすれば、
撓みが修正された、正確に所望通りのロボット動作（ア
ーム軌跡）が得られる。

上記テーブルは、システムの立上げ時にロボットにテス
ト動作をさせて製作しておく。オフセント量はテーブル
にしておく代りに、動作条件をパラメータとする数式を
作成しておいて、製造仕様−位置データ変換プログラム
２２が該数式を演算して所要オフセント量を算出し、そ
れを用いて位置データを修正する様にしてもよい。

〔実施例〕 第２図で、鋼管印字の例を説明する。鋼管５０はターニ
ングロール５２に乗っており、ターニングロールの回転
軸を通る水平線をＸ軸、鋼管の中心を通り一対のターニ
ングロールの中央を通る垂線をｙ軸とする。内面印字の
場合、ロボットアームの先端に取付けられた印字ヘッド
は例えば鋼管内面からＳだけ内方の円弧ＰＮ１．ＰＮ２
．ＰＮ３上を移動しながら印字データに従うペイント噴
射を行なって出荷マークをマーキングする。外面印字の
場合は印字ヘッドは例えば鋼管外面よりＳだけ外方の円
弧ＰＮ４．ＰＮ５．ＰＮ６上を移動しながらペイント噴
射を行ない、出荷マークをマーキングする。この場合、
製造仕様には下記■〜■が含まれる。

■鋼管の外径りと肉厚ｔ０間隔Ｓなどは所定のものとす
るので、これで上記円弧が決まる。

■印字開始位置（管端からの距離）。この距離だけロボ
ットは印字ヘッドを管端より内方へ進入させる。

■印字面（内面／外面）。これで、前記２つの円弧のう
ちのどちらであるかが定まり、対応する動作プログラム
（内面印字用／外面印字用）が選択される。

内面印字の場合、指定する３点は円弧の両端点ＰＮＩ、
ＰＮ３と、最下点ＰＮ２である。従って第１図の位置名
−１はＰＮｌ、同２はＰＮ２、同３はＰＮ３であり、位
置データはこれら３点の座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と手先方
向のオイラー角（α。

β、γ）である。ロボット動作プログラム（内面印字用
プログラム）の概要は次の如くである。

１００　　　ＭＶＳ　　　ＰＮＩ ＭＶＣＰＮ２．ＰＮ３゜ ＳＥＴ　　　ＰＮＩ　　ＢＹ、、１３８ＳＥＴ　　　Ｐ
Ｎ２　　ＢＹ、、１３８ＳＥＴ　　　ＰＮ３　８Ｙ、、
１３Ｂ ＳＥＴ　　　ＴＥＭＰ＝ＰＮＩ ＳＥＴ　　　ＰＮ１＝ＰＮ３ ＳＥＴ　　　ＰＮ３＝ＴＢＭＰ ＩＦ（印字データ残有り）　ＴＨＥＮ　　１００上記の
１番目はＰＮＩへ直線補間で動作する；２番目はＰＮＩ
を起点、ＰＮ２を経由点、ＰＮ３を終点とする円弧を描
（；３番目はＰＮＩを１３８ｆｌシフト；４番目′はＰ
Ｎ２を１３８ｆｉシフト；５番目はＰＮ３を１３８ｆｉ
シフト；６〜８番目はＰＮＩとＰＮ３を入れ替え（往復
印字）、９番目はラベル１００へ、を意味する。

円弧ＰＮＩ、ＰＮ２．ＰＮ３に沿うマーキングは、角θ
の正方向を時計方向にとって一θ１−πくθくθ１なる
角θの範囲で行なう、とする。鋼管の中心の座標は（０
，＋４不＋ｄ）”−（ａ＋ｄ〒）−で表わす。こ＼でｄ
はターニングロールの直径、ａはターニングロールの間
隔、Ｄは鋼管５０の外径である。従って上記円弧（ロボ
ット先端の画く軌跡）は である。鋼管の中心を通る水平線より突き出る角θ１は
内径の関数である（出荷マークの幅は一定とすると、小
径ならθ１大）ので、θ１＝θｉ　（Ｄ、ｔ）と表せる
。またターニングロールの間隔ａは鋼管外径りの関数と
考えてよい（Ｄ大ならｄ大）ので、ａ＝ａ（Ｄ）と書く
ことができる。これらで修正した（１１式をロボット制
御装置は用意しておき、３点ＰＮＩ〜ＰＮ３の座標（こ
れはオフセット量で修正済みのもの）が与えられると（
１）式よりり、ｔを求め（Ｓは既知）、次いで印字クロ
ックに同期してθを変えて各θにおけるｘ、ｙを算出し
、ロボット駆動機構へ出力する。

ペイント噴射は鋼管面に垂直に行なうから、ロボットの
手先詳しくは印゛字ヘッドの向きは角θの変化に伴なっ
て変える必要がある。ペイント噴射の初期方向をＸ軸方
向と基定すると、手先方向のオイラー角表示はα＝θ、
β＝０．γ＝０、従ってロボット手先軌跡の方程式は ｘ＝（工］）　−ｓ　−ｔ　）　　Ｃｏｓθｚ＝Ｉｌ α＝θ β＝Ｏ′　　−θｌ（Ｄ、　ｔ）−π≦θくθ１（Ｄ、
ｔ）γ＝Ｏ である。外面印字のとき（ＰＮ４〜ＰＮ６のとき）も同
様に考えて、求める軌跡は次のように表わすことができ
る。

ｘ　＝　（−Ｄ　＋　ｓ　）　　Ｃｏｓθｚ＝ｌ α＝θ β＝０　　　（−０２（Ｄ）≦θ≦θ：１（Ｄ））γ＝
０ 本発明はワーク周面に沿ってロボットアームを移動させ
、その移動中に作業させるのに適しており、このような
作業例は鋼管への出荷マークのマーキングに限らず、例
えば形鋼の手入れ（グラインダによる表面研削）がある
。この場合も、形状ははり既知であり、但し大、小様々
であり、アーム先端軌跡の精度はそれ程必要ない、とい
う出荷マークのマーキングと似た特徴がある。Ｈ形鋼の
手入れの例を第３図に示す。

第３図（ａ）はＨ形鋼の端面図または端面図を示し、ｔ
ｌはウェブの厚み、ｔ２はフランジの厚み、Ｂは幅、Ｈ
は高さである。このＨ形鋼の表面手入れの際必要なロボ
ットアーム先端の軌跡は第３図（ｂｌに示すＰＩ、Ｐ２
．Ｐ２’　、Ｐ３・旧・・Ｐ２Ｏである。これらの各点
のｘ、　　ｙ座標およびアーム先端の向きを示すオイラ
ー角は、Ｐ＋をｘ、　　ｙ座標の原点、オイラー角０は
鉛直下向きとすると、次の如くなる。

Ｐ＋　：　　（０，０，９０°） Ｐ２　；　　（０，ｔ２．９０°） Ｐ２’：　　（０，ｔ　２．０’　） Ｐ　５　：　　（ｊＬ−！−Ｌｔ　２　＋ｒ、　　９０
”　）２　　　２’ Ｐ　６：　　（−！−１ＬＨ−ｔ　２−ｒ、　　９０°
）２　　２′ Ｐ２゜：　　（Ｂ、Ｏ，−９０°） 第１図の制御用計算機２０は製造仕様から位置データＰ
１．Ｐ２．・・・・・・を算出し、オフセントテーブル
から各点のオフセット量を求めてそれで修正し、修正位
置データを動作情報と共にロボット制御装置３０に渡す
。

ロボットの手先姿勢は（ｘ、ｙ、ｚ、　　α、β。

γ）で表わされる。オイラー角α、β、Ｔは、■２軸ま
わりにα°回転、■この■の回転の結果新しくできたｙ
軸まわりにβ°何回転■これらの■■の結果新しくでき
た２軸まわりにＴ°回転、を示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ロボットに各成品に対す
る動作を予め教示する必要がない、各成品に対する制御
データはその成品の作業時にその都度計算機よりロボッ
ト側へ送るのでロボット側で大容量記憶装置を用意する
必要がない、位置誤差は移動経路上の複数点の位置デー
タを該複数点のオフセット量で修正するという形で補正
するので正確なロボット移動軌跡が得られる、等の利点
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は鋼管
マーキングへの適用例の説明図、第３図は形鋼手入れへ
の適用例の説明図である。 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　柳　　　　稔 ４０１１ポット 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 成品の面に沿ってロボットアーム先端を移動させ、その
   移動中に作業を行なうロボットの該移動動作の教示方法
   において、 生産管理用計算機（１０）から、成品作業時に当該成品
   の製造仕様を出力し、 これを受けて制御用計算機（２０）は、製造仕様→位置
   データ変換プログラムを起動して、該製造仕様に対する
   位置データを求め、また、移動経路上の複数点の該位置
   データをオフセット量で修正し、修正した位置データを
   含む位置情報と作業種別を示す動作情報を送出し、 これを受けてロボット制御装置（３０）は、該当する動
   作プログラムに位置データを書込み、起動要求で該当プ
   ログラムを逐次動作可能にすることを特徴とするロボッ
   ト動作教示方法。