JPH01185704A - ロボットのティーチングデータ修正方法 - 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］ 本発明はロボットのティーチングデータ修正方法に関し
、−層詳細には、ワークに対するロボットの作業点の移
動量を求め、この移動量からティーチングデータを容易
に修正可能としたロボットのティーチングデータ修正方
法に関する。

［発明の背景］ 例えば、産業用ロボットを用いてワークに対し所定の作
業を行う場合、当該ロボットの先端部に取着されたエン
ドエフェクタを所定の経路に沿って移動させる必要があ
る。この場合、前記経路は一般にティーチングボックス
によって教示される。ここで、ロボットのティーチング
を行うティーチングボックスには、ロボットの各関節を
駆動するための指令値やティーチングの基準とする座標
系を選択する入力手段あるいはロボットの動作速度を設
定する設定手段等が備えられており、オペレータはこれ
らの手段を所定の仕様に従って操作することでロボット
に対するティーチングを行っている。

ところで、このようにしてティーチングされた産業用ロ
ボットを用いてライン上のワークに対し所定の作業を行
う場合において、例えば、作業中に前記ワークのロンド
が替わるとワークに対するロボットの作業点の位置がず
れてしまうことがある。この場合、従来はラインを一旦
停止させロボットに対し再度ティーチングを行うことに
より当該作業点の位置ずれを修正して作業を継続するよ
うにしている。然しなから、このようなティーチング作
業は修正ステップ数が僅かであってもその作業に相当の
時間を要するためラインが長時間にわたって停止され、
この結果、生産性が著しく低下する不都合が指摘されて
いる。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ワークに対する作業点の移動量を求め、この移
動量からロボットを構成する各関節の状態データを修正
することにより、ティーチングデータの修正を迅速且つ
容易に行うことが出来、ロボットの稼動率の向上に寄与
することの出来るロボットのティ−チングデータ修正方
法を提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はティーチングデ
ータに従って駆動される多関節ロボットにおけるエンド
エフェクタの作業点の位置を修正する際、当該多関節ロ
ボットを構成する各関節の状態データから前記各関節間
の座標変換行列を求め、前記座標変換行列に基づいて修
正前のエンドエフェクタによる作業点の位置を算出する
一方、ワークに対する前記作業点の移動量を求め、当該
修正前のエンドエフェクタによる作業点の位置と前記移
動量とから修正後のエンドエフェクタによる作業点の位
置を算出し、次いで、当該修正後の作業点の位置から各
関節間の新たな座標変換行列を求め、当該新たな座標変
換行列から各関節の新たな状態データを算出することを
特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るロボットのティーチングデータ修正
方法について好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照
しながら以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は本実施態様に係るロボ
ットのティーチングデータ修正方法が適用される溶接シ
ステムを示し、この溶接システム１０ではシーケンサ１
２によるシーケンス制御に基づきアーク溶接ロボット１
４が駆動され、クヘランプ装置１６によって治具台１７
上に位置決めされたワーク１５に対し所定の溶接作業が
行われる。

この場合、アーク溶接ロボット１４はティーチングボッ
クス１８によりその動作が教示され、ロボットコントロ
ーラ２０を介して油圧ユニット２２および溶接コントロ
ーラ２４によって駆動制御される。

アーク溶接ロボット１４は基台２６上に設置されており
、移動部２８が油圧モータ３０により前記基台２６に対
して矢印方向に移動すると共に、旋回部３２が油圧モー
タ３４により前記移動部２８に対し矢印方向に旋回可能
に構成される。また、旋回部３２にはアーム部材３６の
一端部が軸着し、このアーム部材３６は前記旋回部３２
に取着された油圧シリンダ３８により矢印方向に昇降可
能に構成される。一方、アーム部材３６の他端部には油
圧モータ４０を有する取付部材４２が取着され、前記取
付部材４２には油圧モータ４４を介してエンドエフェク
タとしての溶接トーチ４６が連結される。この場合、溶
接トーチ４６は油圧モータ４４を中心とし油圧モータ４
０によって矢印方向に旋回すると共に、油圧モータ４４
により矢印方向に回動可能に構成される。なお、前述し
た油圧ユニット２２はアーク溶接ロボット１４を構成す
る油圧モータ３０．３４．４０および４４と油圧シリン
ダ３８を駆動制御する。また、溶接コントローラ２４は
溶接トーチ４６とワーク１５との間の溶接電流制御を達
成する。

ここで、アーク溶接ロボット１４に対して基台２６に固
定したベース座標系Ｏ０と、溶接トーチ４６のワーク１
５に対する作業点ＴＣＰに固定したハンド座標系Ｏ０と
を定義すると共に、アーク溶接ロボット１４の各関節に
対して座標系ＯＩ乃至ｏ６を定義する。

ベース座標系ｏ０はＸｏ　、Ｙｏ　、Ｚｏの直交３軸か
らなり、各軸回りの回動方向を夫々Ａ０、Ｂｏ、Ｃｏと
する。ハンド座標系Ｏ１はＸ、、Ｙ、　、Ｚ、の直交３
軸からなり、各軸回りの回動方向を夫々Ａ、　、Ｂ、　
、Ｃ，とする。座標系０、は油圧モータ３０によりベー
ス座標系０゜に対して変位する座標系であり、座標系０
２は油圧モータ３４により座標系０１に対して回動する
座標系であり、座標系０３は油圧シリンダ３８により座
標系０□に対して回動する座標系である。

また、座標系０４は座標系０３に対して固、定された座
標系であり、アーク溶接ロボット１４を６軸ロボツトと
して説明するために付加したものである。さらに、座標
系ＯＳは油圧モータ４０により座標系０４に対して回動
する座標系であり、座標系Ｏ４は油圧モータ４４により
座標系Ｏ３に対して回動する座標系である。

一方、ティーチングボックス１８は第２図に示すように
構成される。すなわち、ティーチングボックス１８はア
ーク溶接ロボット１４に対してティーチング等を行う本
体部５２と、当該ティーチングボックス１８の操作方法
等を表示する表示部５４とから基本的に構成される。

本体部５２は接続ケーブル５５を介してロボットコント
ローラ２０に接続されており、その上面部には後述する
ティーチモード、プレイモード等の切り換えを行うモー
ド切換スイッチ５６と、アーク溶接ロボット１４をマニ
ュアルで動作させるジョイスティック５８と、機能選択
、データ入力等を行うテンキー６０と、アーク溶接ロボ
ット１４の動作を非常停止させるための非常停止ボタン
６２とが設けられる。この場合、ジョイスティック５８
は矢印αおよびβ方向に傾動可能であると共に矢印Ｔ方
向に回動可能に構成されており、その傾動方向あるいは
回動方向とアーク溶接ロボット１４の駆動方向との対応
関係はテンキー６０によって設定される。また、アーク
溶接ロボット１４の動作速度はジョイスティック５８の
傾斜角度あるいは回動角度によって設定される。なお、
ジョイスティック５８の先端部には動作スイッチ６４が
設けられており、この動作スイッチ６４を押圧すること
によってアーク溶接ロボット１４が動作可能となる。

本体部５２は斜め上方向に突出する一対のアーム部材６
６ａ、６６ｂを有しており、これらのアーム部材６６ａ
、６６ｂの先端部間には取付ねじ６８ａ、６８ｂを介し
て表示部５４が矢印β方向に回動可能に軸着する。この
場合、表示部５４はＬＣＤデイスプレィ７０を有してお
り、このＬＣＤデイスプレィ７０にはモード切換スイッ
チ５６およびテンキー６０によって選択されたティーチ
ングボックス１８の操作方法等が表示される。

本実施態様に係るロボットのティーチングデータ修正方
法が適用される溶接システムは基本的には以上のように
構成されるものであり、次にこのシステムを用いたティ
ーチング方法について説明する。

先ず、ティーチングボックス１８の電源を投入する。こ
の場合、ティーチングボックス１８のしＣＤデイスプレ
ィ７０には第３図に示すメインメニュー画面８０が表示
される。このメインメニュー画面８０において、ｒＴＥ
ＡｃＨＪはジョイスティック５８を用いてアーク溶接ロ
ボット１４のティーチングを行うティーチモードであり
、「ＰＬＡＹ、はロボットコントローラ２０の図示しな
いキーボード等を用いて所望のティーチングデータを呼
び出しアーク溶接ロボット１４を動作させるプレイモー
ドである。また、ｒＡＵＴＯＪは前記のプレイモードを
シーケンサ１２等の要求に基づいて自動的に実行するオ
ートモードであり、アーク溶接ロボット１４によるワー
ク１５の実際の溶接作業はこのオートモードで行われる
。

ｒＥＤＩＴＪはティーチングボックス１８に格納されて
いるティーチングデータを編集（立体シフト、コピー等
）する編集モードであり、「ＰＡＲＡ、はアーク溶接ロ
ボット１４における溶接トーチ４６の寸法等のパラメー
タを設定するパラメータ設定モードである。

次に、オペレータがメインメニュー画面８０からティー
チモードを選択しモード切換スイッチ５６を［１］の位
置に設定すると、ＬＣＤデイスプレィ７０には第４図に
示すティーチモードメニュー画面８２が表示される。

この場合、ｒＪＯｒＮＴ　　１２３Ｊはジョイスティッ
ク５８の矢印α、βおよびγ方向への動作に対してアー
ク溶接ロボット１４を構成する油圧モータ３０．３４お
よび油圧シリンダ３８が駆動されるモードである。また
、ｒＪＯＩＮＴ　　４５６」はジョイスティック５８の
矢印αおよびβ方向への動作に対して油圧モータ４０お
よび４４が駆動されるモードである。ｒＢＡＳＥ　　Ｘ
ＹＺ。

はジョイスティック５８の動作に対して溶接トーチ４６
の作業点ＴＣＰが基台２６を基準とするベース座標系０
゜のＸｏ　、Ｙｏ　、Ｚｏ力方向夫々移動するモードで
ある。さらに、ｒＢＡＳＥ　　ＡＢＣ，はジョイスティ
ック５８の動作に対して溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰ
が前記ベース座標系０゜の直交３軸Ｘ０、Ｙｏ、Ｚｏの
回りＡｏ、Ｂｏ、Ｃｏ方向に回動するモードである。一
方、ｒＨＡＮＤ　　ＸＹＺＪはジョイスティック５８の
動作に対して溶接トーチ４５の作業点ＴＣＰが当該作業
点ＴＣＰを基準とするハンド座標系ｏ８の直交３軸Ｘ、
、Ｙｏ、Ｚ８方向に移動するモードである。同様に、ｒ
ＨＡＮＤ　　ＡＢＣＪは溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰ
がハンド座標系０゜の直交３軸Ｘ、　、Ｙ、　、Ｚ、の
回りＡ＠、Ｂ、、Ｃ，方向に回動するモードである。ｒ
ＢＡＳＥＭＤＩＪおよびｒＨＡＮＤ　　ＭＤＩ、は夫々
溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰの位置をベース座標系０
゜またはハンド座標系Ｏ，，を基準として入力される修
正データに基づいて修正するモードである。そして、ｒ
ＭＥＭＯＲＩ　ＺＥＪはアーク溶接ロボット１４の現在
の状態をティーチングデータとしてロボットコントロー
ラ２０の図示しない記憶手段に取り込むためのモードを
示す。

そこで、例えば、テンキー６０から［３コを入力すると
ティーチモードよりｒＢＡＳＥ　　ＸＹＺ」のモードが
選択される。次いで、オペレータは動作スイッチ６４を
押圧した状態でジョイスティック５８を矢印α、βおよ
びγ方向に所定量傾動あるいは回動させる。この場合、
ジョイスティック５８の傾斜方向、回動方向、傾斜角お
よび回動角の各データは接続ケーブル５５を介してロボ
ットコントローラ２０に転送される。ロボットコントロ
ーラ２０は選択されたｒＢＡＳＥ　　ＸＹＺＪのモード
に基づき前記各データからアーク溶接ロボット１４の各
座標系０１乃至０６の移動量に対応するパルス信号を生
成し油圧ユニット２２に出力する。油圧ユニット２２は
前記パルス信号に基づきアーク溶接ロボット１４におけ
る溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰをベース座標系０゜に
従いワーク１５の所望の溶接位置まで移動させる。この
場合、前記作業点ＴＣＰはジョイスティック５８を矢印
α方向に傾動させることでＺ０方向に移動し、矢印β方
向に傾動させることでＸ０方向に移動し、矢印γ方向に
回動させることでＹ０方向に夫々移動する。

一方、オペレータは溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰがワ
ーク１５の所望の溶接位置まで移動し且つ後述する操作
により前記溶接トーチ４６がワーク１５に対して所望の
姿勢となったことを確認すると、ティーチングボックス
１８のテンキー６ｏを用いてティーチングデータの記憶
指令を入力す′る。この場合、第４図に示すティーチモ
ードメニュー画面８２に従いテンキー６０の０とＩとを
押圧すると、アーク溶接ロボット１４の現在状態にオケ
る各軸のパル不データが図示しないポテンショメータ等
で読み取られロボットコントローラ２０に記憶される。

以上の作業を所望の溶接位置毎に繰り返すことによりア
ーク溶接ロボット１４のティーチング作業が完了する。

、アーク溶接ロボット１４のティーチング作業が完了す
ると、オペレータはティーチングボックス１８のり、、
ＣＤデイスプレィ７０の画面を第３図に示すメインメニ
ュー画面８０に戻す。次に、モード切換スイッチ５６を
［２］のプレイモードに設定し、アーク溶接ロボット１
４に対しプレイバック動作を行わせティーチングデータ
の確認を行う。

次に、ティーチングデータによるアーク溶接ロボット１
４の動作確認が終了すると、オペレータはＬＣＤデイス
プレィ７０の画面を再びメインメニュー画面８０に戻し
た後、テンキー６０の［３］を選択しオートモードとす
る。この場合、アーク溶接ロボット１４はシーケンサ１
２の制御下にロボットコントローラ２０より出力される
ティーチングデータに基づいてワーク１５に対し所望の
溶接作業を遂行する。

ところで、アーク溶接ロボット１４による溶接作業の遂
行中においてワーク１５のロッドを交換した場合、溶接
トーチ４６の作業点ＴＣＰが交換後のワーク１５の所望
の位置に設定されなくなる場合が生じる。このような場
合、本実施態様ではティーチモードメニュー画面８２に
おける［ＢＡＳＥ　　ＭＤＩ、あるいはｒＨＡＮＤＭＤ
ＩＪのモードを選択することでティーチングデータの修
正を行っている。そこで、第５図に示すフローチャート
に基づきティーチングデータの修正方法を説明する。

先ず、オペレータはティーチングボックス１８のＬＣＤ
デイスプレィ７０に第４図に示すティーチモードメニュ
ー画面８２を表示させ、例えば、ｒＢＡＳＥ　　ＭＤ　
Ｉ　Ｊのモードを選択した後、修正すべきティーチング
ポイントのステップ数を指定してテンキー６０よりベー
ス座標系Ｏ０を基準とする作業点ＴＣＰのワーク１５に
対する移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを入力する。

一方、ロボットコントローラ２０はアーク溶接ロボット
１４を構成する各油圧モータ３０．３４．４０．４４お
よび油圧シリンダ３８に装着された図示しないポテンシ
ョメータから現在のパルスＰ＝　（ｉ＝１．２、・・・
６）を取り込み、このパルスＰ、から隣接する座標系０
１乃至ｏ６に対する各関節の現在の角度ｒ、を （ｉ＝１．２、・・・６） として求める（ＳＴＰＩ）。ここで、ｋｌｉは座標系０
．におけるポテンショメータの分解能および減速比に係
るパラメータである。ｋ□は座標系Ｏ８における関節の
可動範囲に対して基準中間点を設定した場合、ポテンシ
ョメータによって得られたパルスＰ、を前記基準中間点
に対する増減量として表すためのオフセット量である。

また、ｉ＋は角度（ｄｅｇ）をラジアンに変換するため
のパラメータである。なお、本実施態様では座標系０４
が座標系Ｏ１に対して固定されているためパルスＰ４を
Ｏに設定しておく。

次に、（１）式に基づいて算出された現在の角度ｒ、か
ら変換行列Ｔを算出する（ＳｒＦ２）。

この場合、変換行列Ｔはベース座標系Ｏ０に対する座標
系０１の位置および姿勢を設定するものであり、変換行
列Ｔの各成分をＬｍｎ（ｍ＝１．２．３、ｎ＝１．２．
３．４）として、（ｉ＝１．２、・・・６） のように設定される。ここで、変換行列ＴをＴ’：（Ａ
ｉｂ）　　　　　　　　　　・・・（３）と定義した場
合、作業点ＴＣＰの現在の位置Ｃは変換行列Ｔを用いて
、 ｃ　＝　’ｒ　−ｈ　＝　Ａ−ｈ　０＋　ｂ・・・（４
） として算出される（ＳｒＦ２）。なお、Ａは変換行列Ｔ
の左側４行３列の成分を示し、ｂは変換行列Ｔの右側４
行１列の成分を示す。

また、ｈは座標系０６に対する作業点ＴＣＰのオフセッ
ト量を示すベクトルであり、ベース座標系Ｏ０を基準と
したＸｏ　、Ｙｏ　、Ｚｏ力方向成分をｈ＋　、ｈｚ、
ｈ：＋として、のように定義される。

次に、ロボットコントローラ２０はオペレータにより入
力された作業点ＴＣＰの移動量ΔＸ１ΔＹ１ΔＺをティ
ーチングデータの修正データとして取り込み（ＳｒＦ２
）、この移動量ΔＸ、ΔＹ３ΔＺを用いて作業点ＴＣＰ
の新たな位置Ｃ′を求める（ＳｒＦ２）、すなわち、修
正された作業点ＴＣＰの新たな位置Ｃ′は現在の位置Ｃ
のベース座標系Ｏ０におけるＸｏ、Ｙｏ　、Ｚｏの方向
に対する各成分をＣＸ、Ｃアおよびｃ、、新たな位置Ｃ
′の各成分をＣ′χ、Ｃ’ｌｌ、Ｃ’ｌｌとして、 ｃ’　、”ｃｘ−ΔＸ　　　　　　　　　　＝（６ａ）
ｃ’　、＝ｃ、−ΔＹ　　　　　　　　　・・・（６ｂ
）ｃ’　、＝ｃ、−ΔＺ　　　　　　　　　　−（６ｃ
）求まる。

ここで、作業点ＴＣＰを新たな位置Ｃパに移動させた場
合の変換行列Ｔ′を Ｔ”　＝　［Ａ’　　ｉ　　’ｂ　’　）　　　　　　
　・・・（７）とすると、作業点ＴＣＰが位置ＣからＣ
′に移動する際にその姿勢が固定されるためには、（３
）式の関係から、 Ａ＝　Ａ、・′　　　　　　　　　　　　　　・・・（
８）であることを要する。従って、作業点ＴＣＰの新た
な位置Ｃ′は、 Ｃ’　＝　Ａ−ｈ　ｏ　＋　ｂ　’　　　　　　　・・
・（９）となり、変換行列Ｔ′が　。

として求まる（ＳｒＦ２）。

そこで、この変換行列Ｔ′を逆変換すれば、各座標系Ｏ
１乃至０６が設定される関節における次の角度ｒｉ’（
ｔ＝１．２、・・・６）を求めることが出来る（ＳｒＦ
７）。この結果、前記角度ｒ　、　ｌからティーチング
データの修正後における次のパルスＰユ′は、 （ｉ＝１．２、・・・６） のようにして求まる（ＳｒＦ２）。

次いで、ロボットコントローラ２０はステップ８で求め
たパルスＰ、′を図示しない記憶手段に修正されたティ
ーチングデータとして格納する（ＳｒＦ２）。以上の処
理を修正の必要な全てのティーチングポイントに対して
繰り返すことにより所望の位置および姿勢に修正された
ティーチングデータが得られる。

なお、上述した実施態様ではベース座標系０゜を基準と
して作業点ＴＣＰの位置を修正する場合について説明し
たが、前記作業点ＴＣＰに設定されるハンド座標系Ｏ０
を基準として当該作業点ＴＣＰの位置および姿勢を修正
することも可能である。そこで、オペレータはＬＣＤデ
イスプレィ７０に表示されたティーチモードメニュー画
面８２よりｒ）ＩＡＮＤ　　ＭＤＩＪのモードを選択し
、テンキー６０よりハンド座標系０１１からみた作業点
ＴＣＰの移動量を入力する。この場合、作業点ＴＣＰの
移動量は当該作業点ＴＣＰに固定したハンド座標系０．
を基準として測定されるため、オペレータはベース座標
系０゜を用いた場合よりも一層容易に移動量の設定を行
うことが可能となる。なお、この場合の処理手順では、
第５図に示すステップ４においてハンド座標系０．の各
軸Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、方向の移動量を設定した後、当該移
動量をベース座標系Ｏ０からみた移動量ΔＸ、ΔＹ、Δ
Ｚに変換してステップ５以下の処理を遂行すれば、各関
節に対する所望のパルスを得ることが出来る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ロボットのティーチン
グデータを修正する際、ワークに対する修正前のエンド
エフェクタの作業点の移動量を求め、前記移動量に基づ
いてティーチングデータを修正している。この場合、デ
ータ修正のために再度ティーチングを行う必要がなく、
従って、作業力１軽減化されると共にデータの修正も極
めて容易となる。また、データの作成に長時間を要しな
いため、当該ロボットの適用される製造ラインに対する
影響は極めて少なく、稼動率の向上にも寄与することが
出来る。さらに、ティーチングデータはエンドエフェク
タの姿勢を加味して修正されるため、−層高精度な作業
が可能となる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットのティーチングデータ修
正方法が適用される溶接システムの概略構成図、 第２図は第１図に示す溶接システムにおけるティーチン
グボックスの構成斜視図、 第３図および第４図は第２図に示すティーチングボック
スに表示される各メニュー画面の説明図、 第５図は本発明に係るロボットのティーチングデータ修
正方法の手順を示すフローチャートである。 １０・・・溶接システム　　　１２・・・シーケンサ１
４・・・アーク溶接ロボット １８・・・ティーチングボックス ２０・・・ロボットコントローラ ２２・・・油圧ユニット　　　２４・・・溶接コントロ
ーラ５２・・・本体部　　　　　　５４・・・表示部５
６・・・モード切換スイッチ ５８・・・ジョイスティック　６０・・・テンキー６２
・・・非常停止ボタン　　６４・・・動作スイッチ７０
・・・ＬＣＤディスプレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ティーチングデータに従って駆動される多関節ロ
   ボットにおけるエンドエフェクタの作業点の位置を修正
   する際、当該多関節ロボットを構成する各関節の状態デ
   ータから前記各関節間の座標変換行列を求め、前記座標
   変換行列に基づいて修正前のエンドエフェクタによる作
   業点の位置を算出する一方、ワークに対する前記作業点
   の移動量を求め、当該修正前のエンドエフェクタによる
   作業点の位置と前記移動量とから修正後のエンドエフェ
   クタによる作業点の位置を算出し、次いで、当該修正後
   の作業点の位置から各関節間の新たな座標変換行列を求
   め、当該新たな座標変換行列から各関節の新たな状態デ
   ータを算出することを特徴とするロボットのティーチン
   グデータ修正方法。