JPH0126829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は産業用ロボツトの位置制御装置の改
良に係り、特に限定するものではないが例えば切
断トーチでワークを切断する場合の、指令位置情
報の修正を容易としたものに関する。

従来産業用ロボツトを使用し、例えば切断トー
チでワークを切断する場合はその切断線上のトー
チの適宜位置をテイーチングし、オートモードに
おいてプレイバツクして自動切断を実行させる。
この場合、切断線をもう少し移動させたいとき
（例えばテイーチング時においてあらかじめ見込
んだ切断幅がちがつていた場合とか、端部を折り
曲げる場合折り曲げ代の見込みがちがつていた場
合など）は前述テイーチングをやりなおさねばな
らず、初めのチイーチングを充分慎重に行なう必
要があつた。

そこでこの発明においては、例えば切断トーチ
自身の方向と、このトーチの進行方向とに関連し
た修正方向および修正量を指令すれば、テイーチ
ングした点位置情報はこれに従つて自動的に修正
されるようにした、位置制御装置を提供し、前述
問題点を解消せんとするものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は図面を参照して行う以下の詳細な説明から一
層明らかとなろう。

第１図はこの発明の背景となるかつこの発明が
適用される切断ロボツトの一例を示す図である。

この切断ロボツト１００は、水平方向すなわち
Ｘ軸方向に延長された基台１０１を含み、この基
台１０１上には、第１の移動体１０２がこのＸ軸
方向に移動自在に搭載されている。移動体１０２
には、一体的に、コラム１０３が立設され、この
コラム１０３によつて垂直方向すなわちＺ軸方向
に移動自在に第２の移動体１０４が嵌装される。
さらに、この移動体１０４には、Ｘ軸方向および
Ｚ軸方向と直角の方向すなわちＹ軸方向に移動自
在に、ビーム１０５が支承される。このビーム１
０５の先端には、Ｚ軸方向と同方向の軸１０６ａ
回りに軸１０６が支承され、この軸１０６の回動
角はΨで表わされている。さらに、この軸１０６
の下端には、平行リンク装置１０７を介して、切
断トーチ（例えばプラズマ切断トーチ）１０９の
取付金具１０８が支持されている。この平行リン
ク装置１０７は、トーチ１０９の姿勢角θを可変
に、さらにいかなる角度θにおいても、トーチ１
０９の作業点１０９ａの位置が、軸１０６ａ上の
一定点に存在するように構成されている。すなわ
ち、この第１図に示す切断ロボツト１００は、
Ｘ，Ｙ，Ｚ，θおよびΨの５つの自由度を有し、
さらに、その位置角度制御のための駆動系や、制
御手段たとえば操作卓３００やコンピユータ４０
０などが付属的に設けられる。そして、トーチ１
０９によつてワーク（例えばプレス成形品）２０
０の切断線２０１に沿つて、このワーク２００を
切断する。

第２図は第１図に示すロボツト１００の位置角
度制御のための概略ブロツク図を示す。この第２
図において、共通バス５００には、操作卓３０
０、コンピユータ４００および各軸の位置決め装
置６００_x，６００_y，６００_z，６００〓、および
６００〓が連結されている。

操作卓３００は、第３図に詳細に示すが、モー
ド切換スイツチ３０１が設けられる。このモード
切換スイツチ３０１は、「Ｍ」の位置でマニユア
ルモードを設定し、「TE」の位置でテストモー
ド、「Ａ」の位置でオートモードを、それぞれ設
定し得る。そして、このようなモード切換スイツ
チ３０１からは、バス５００に各モードに相当す
る信号が導出される。この操作卓３００は、さら
に、切断速さ指令スイツチ３０２、スタートボタ
ンスイツチ３０３を含む。さらに、操作卓３００
は、各軸のマニユアル操作スイツチ３０４_x，３
０４_y，３０４_z，３０４〓、および３０４〓を有す
る。これらスイツチ３０４_x，３０４_yおよび３０
４_zは、それぞれ、「Ｕ」側に倒すことにより各制
御軸に沿つて原点により遠ざかる方向にトーチ１
０９を移動させ、「Ｄ」側へ倒すことによりトー
チ１０９を原点に接近させる方向に移動させる。
さらに、スイツチ３０４〓、および３０４〓は、
「Ｃ」側へ倒すことにより、各軸回りに時計方向
に回動制御させ、「CC」側へ倒すことにより反時
計方向に回動制御させるものである。

さらに操作卓３００は、修正指令スイツチ３０
５を備える。３０５ａは修正量表示手段であり、
スイツチ３０５をＵ側へ倒す毎にその修正量を１
mm飛びに手段３０５ａに増加表示する。またスイ
ツチ３０５をＤ側へ倒すと修正量は１mm飛びに減
少し、零以下は負の表示がなされる。これら修正
量の正、負は例えば今の場合トーチ１０９の進行
方向右側への修正を正、左側への修正を負とする
こととする。またスイツチ３０４_xないし３０４〓
および３０５は、図において上側へ倒されている
状態を示すが、これは中立位置、および下側へも
倒しうるものであると理解されたい。

なお、コンピユータ４００は、周知のように、
入出力インタフエース回路４０１、算術論理ユニ
ツト（ALU）４０２、リードオンリメモリ
（ROM）４０３およびランダムアクセスメモリ
（RAM）４０４を含む。

そして、第３図に示す操作卓３００の操作にし
たがつて、第２図に示すコンピユータ４００から
各軸位置決め装置６００_xないし６００〓に、指令
位置情報を与える。

第４図には、各軸の位置決め装置６００_xない
し６００〓のうち、代表的にＸ軸の位置決め装置
６００_xのブロツク図が示される。残余の位置決
め装置６００_yないし６００〓は、この第４図に示
す構成とほぼ同様であるので、ここではＸ軸の位
置決め装置６００_xについて説明し、その他の軸
については説明を省略する。位置決め装置６００
_ｘには、バス５００すなわちコンピユータ４００
からの指令位置情報を受取るためのバツフアレジ
スタ６０１_xが設けられる。このバツフア６０１_x
には、コンピユータ４００から送り出される指令
位置情報がロードされ、その出力は差動アンプ６
０２_xの一方の入力となり、アンプ６０２_xの出力
はＤ／Ａ変換器６０３_xに与えられる。さらに６
０３_xの出力は差動アンプ６０４_xの一方入力に与
えられる。この差動アンプ６０４_xの他方入力に
は、駆動モータ６０５_xに接続されたタコゼネレ
ータ６０６_xからの出力を受ける。そして、差動
アンプ６０４_xの出力は移動体１０２のＸ軸方向
の位置を強制する駆動モータ６０５_xの駆動入力
として与えられる。またモータ６０５_xに接続さ
れたインクレメンタルエンコーダ６０７_xからの
出力パルスはカウンタ６０８_xに入力し、その出
力はアンプ６０２_xの他方の入力として与えられ
ると共に、バス５００を介してコンピユータ４０
０に接続される。

このようにして、オペレータはスイツチ３０１
を操作してオートモードを選択し、スイツチ３０
４_xないし３０４〓を操作して、トーチ１０９を移
動してその作業点１０９ａを切断線２０１上の点
Pn上に一致させ、かつオイラ角（θおよびΨ）
を制御してトーチ１０９の姿勢中心線１０９ｂを
ワーク２００とほぼ面直にもつてくる。すなわ
ち、トーチ中心線１０９ｂはワーク２００表面に
立てた法線とほぼ一致する（第１図２点鎖線図
示）。そのうえでさらにスイツチ３０２を操作し
て指令速さを選択し、スイツチ３０３を操作すれ
ば、そのときのＸないしΨの各制御軸の位置情報
および速さ情報がコンピユータ４００のRAM４
０４にユーザプログラムの１ステツプとして記憶
される。

この操作をP_o+1、P_o+2…とくり返すことによ
り、ワーク２００を図において左回りに一周して
切断線２０１上のある間隔のテイーチング点毎の
ステツプのユーザプログラムを記録しうるもので
ある。

そしてオペレータはスイツチ３０１を操作して
テストモードを選択し、スイツチ３０３を操作す
れば、その操作毎にユーザプログラムの各ステツ
プ毎に（但しトーチ１０９は作動せずに）その内
容が実行され、もし修正を要すれば修正すること
もできる。

そしてさらにオペレータはスイツチ３０１を操
作してオートモードを選択し、スイツチ３０３を
操作すれば、コンピユータ４０４は前述テイーチ
ングされたユーザプログラムの切めのステツプか
ら逐次実行指令を出力する。

その結果テイーチングしたところに従つて、ロ
ボツト１００はトーチ１０９を切断線２０１に沿
つて図において左回りにかつワーク２００の表面
とほぼ直角姿勢を保ちながら移動させ、トーチ１
０９の作動により自動切断が実行される。

その仕上りをオペレータは観察し、良好であれ
ばよいが、例えば、実際の切断線をもう少し外側
へ、または内側へよせたい場合は、前述テイーチ
ングしたプログラムを修正する。

このために、オペレータは次にワーク２００を
切断する場合、オートモードにおいてスイツチ３
０３を操作する前にスイツチ３０５を操作して修
正量およびその修正方向をセツトする。今実際の
切断線より３mmだけ外側へよせたいとすれば、そ
の修正方向は進行方向右側であるから、オペレー
タはスイツチ３０５をＵ側へ３回倒すことにより
手段３０５ａに「３」をセツトさせる。そしてオ
ペレータはスイツチ３０３を操作する。以下の作
用の説明については第５図のフローチヤートも参
照されたい。

すなわちコンピユータ４００は以下のステツプ
を実行する。

(1) コンピユータ４００は修正指令があるか否か
判断する（ステツプS₁）。

(2) もしなければ、前述したように、Pnの指令
位置情報〓_o（X_o，Y_o，Z_o，θ_o，Ψ_o）をそのま
ま出力して逐次実行する（ステツプS₂）。

(3) 修正指令があれば以下の演算を実行する（ス
テツプS₃）。

すなわち、今Pn点における位置ベクトル〓
は 〓〓 ＝Xn Yn Zn また、Pn点におけるワーク２００表面の法線
方向ベクトルNlnは、 Nln ＝sinθn cosφn sinθn sinφn cosθn トーチ１０９の進向方向ベクトルは、 〓ｎ＋１−〓ｎ であつて、Pn点におけるワーク２００表面の法
線方向とトーチ１０９の中心線１０９ｂは一致す
るから、 修正する方向のベクトルは、トーチの進行方向
ベクトル〓ｎ＋１−〓ｎと法線方向ベクトルNln
の外積として、（〓ｎ＋１−〓ｎ）×〓ｎであらわ
される。

これを単位ベクトル化すれば （〓_o+1−〓_o）×〓_o／｜（〓_o+1−〓_o）×
〓_o｜ 今修正量（今の場合３mm）をｅとすれば修正
量のベクトルは、 ｅ×（〓_o+1−〓_o×〓_o／｜（〓_o+1−〓_o）×
〓_o｜ 従つて修正された点P′_oの位置ベクトル〓′_o
は 〓′_o＝〓_o＋ｅ×（〓_o+1−〓_o）×〓_o／｜（〓_o+1−〓
_o）×〓_o｜ (4) そしてこの演算して求めた〓′_oを指令位置情
報として出力する（ステツプS₄）。もつともト
ーチ１０９のオイラ角（θ、Ψ）はそのままと
して出力する。

(5) そしてコンピユータ４００における「ｎ」の
数に「１」加えておく（ステツプS₅）。

(6) 「ｎ」の数が最終値か、すなわちテイーチン
グされたプログラムのステツプが総て終了した
か否か判断する（ステツプS₆）。

(7) もし総て終了したならばエンドとし、そうで
なければステツプS₁に戻る。

かくして、トーチ１０９が切断線２０１を一周
する間、スイツチ３０５を操作せず、手段３０５
ａの表示を「３」のままとすることにより、実際
の切断線を初めのテイーチングより３mmだけ外側
へふくらませることができる。そしてこの３mmだ
け修正した位置情報を元のテイーチングした位置
情報に代えて記憶するようにすれば、この次のワ
ーク２００を切断するときは、スイツチ３０５を
操作して手段３０５ａの表示を零としておけば、
前述修正記憶した位置情報によりオートモードが
実行されうるものである。

前述説明では、修正量を正の値としたが、これ
を負の値とすれば、切断線は内側へ修正されるも
のであることは理解されよう。

この発明は前述実施例にかぎることはないので
あつて、下記する変形もまた可能である。

() 前述実施例では、トーチ１０９の進行方向
を定めるのに、ｎ＋１、およびｎ番目の位置情
報を使用した。この他ｎおよびｎ−１番目すな
わち現在位置から１個前の位置との関連で進行
方向を定めるようにしてもよい。

() また進行方向を定めるのに、３点以上を使
用して平均的進行方向を演算するようにしても
よい。同様にして、法線方向の決定も２点以上
の平均的法線方向を求めるようにしてもよい。
点の数が多い程演算は面倒となるが、より正確
に修正しうるであろう。

() ロボツトは直角座標系以外の座標系で制御
するものであつても、同様に実施しうる。また
ワーク側も位置姿勢を制御しうるようにしたも
のであつてもよく、この場合はトーチとの相対
位置および姿勢の情報を用いることとなる。

() その他この発明の技術的思想の範囲内にお
ける各構成の均等物との置換えも可能である。

この発明は前述したとおりロボツトのエンドエ
フエクタの移動方向とその姿勢方向に関連して修
正方向および修正量を指令するようにし、それに
従つて位置指令情報が自動的に修正されるように
したので、一但テイーチングした位置情報を一定
方向にかつ一定量だけ修正するのに、容易に実施
しうるという、特有かつ顕著な効果を奏しうるも
のである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明一実施例を示し、第１
図は全体斜視図、第２図および第４図はブロツク
図、第３図は操作卓の平面図、第５図はフローチ
ヤートである。 １００……切断ロボツト（産業用ロボツト）、
１０９……切断トーチ（エンドエフエクタ）、２
００……ワーク、３００……操作卓、３０５……
修正指令スイツチ、４００……コンピユータ、S₃
……修正指令位置演算手段、S₄……修正指令位置
情報出力手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御手段によつてワークと、このワークの表
   面に対してほぼ同一姿勢をとるエンドエフエクタ
   との相対的位置決めが行なわれる産業用ロボツト
   の、位置制御装置であつて、前記制御手段には下
   記する手段を含んでいる、前記位置制御装置。 (イ) 前記エンドエフエクタの相対移動方向とその
   姿勢方向に関連した修正方向および修正量を指
   令する修正指令手段。 (ロ) 前記修正指令手段による指令内容により、修
   正された指令位置を演算する手段。 (ハ) 前記修正された指令位置情報を出力する手
   段。 ２ 前記エンドエフエクタは切断トーチである、
   特許請求の範囲第１項記載の位置制御装置。