JPH0146273B2 - - Google Patents

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JPH0146273B2
JPH0146273B2 JP13008981A JP13008981A JPH0146273B2 JP H0146273 B2 JPH0146273 B2 JP H0146273B2 JP 13008981 A JP13008981 A JP 13008981A JP 13008981 A JP13008981 A JP 13008981A JP H0146273 B2 JPH0146273 B2 JP H0146273B2
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JP
Japan
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sensor
shape
robot
plane
blade
Prior art date
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JP13008981A
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English (en)
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JPS5834781A (ja
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Moritomo Ando
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPS5834781A publication Critical patent/JPS5834781A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、センサによる位置情報からワークの
形状を予測しながら、複雑な形状のワークを自動
計測するロボツトによる形状ならい制御方法に関
するものである。
〔従来の技術〕
3次元的に複雑な形状を有するワークの形状を
正確に計測するには、センサを常にワークの測定
点に対してワーク接平面の法線にできるだけ近い
方向から向けることが必要である。
2個のセンサを用い、これらセンサの検出距離
が等しくなるように手首の姿勢を制御し、センサ
を常にワーク接平面の法線方向に向ける方法は、
出願人が特開昭55−18376号としてすでに提案し
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
この方法によつて3次元的形状のワークを計測
する場合、任意の面内でならい制御するには、セ
ンサを並べてある面をならい制御面に一致させな
ければならない。それには、センサの設定面を制
御することになる。従来のセンサ制御方法では、
複数のセンサの出力により接平面に含まれる接線
の方向を検知し、対象物に沿つて一定速度および
一定姿勢でならい動作し、ならい動作方向が対象
物の接線方向に刻々変化する方式であつたため
に、一つの接線方向について複数のセンサが必要
となる欠点があつた。
また、曲率が急激に変化する部分例えばコーナ
部では、その曲率半径が小さすぎて、2個のセン
サではそのコーナ部の形状を正確には測定できな
い等の問題があつた。
本発明の目的は、曲率が急激に変化する部分も
含めて3次元的に複雑な形状を有する物体の形状
を自動的かつ正確に計測できるロボツトによる形
状ならい制御方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、ロボツ
トの手首の先端に取付けられ対象物との相対距離
を検出するセンサを対象物近傍で指定方向に所定
微小距離だけ移動させ、センサと対象物との相対
距離およびロボツトの手首の3次元空間内の位置
に基づき対象物の位置およびこの対象物の位置に
おける指定面内の接線を求め、その接線の指定方
向の延長上で前記微小距離だけ離れた点に次の動
作目標点を設定し、センサをその動作目標点に移
動させ前記指定面内の接線に垂直な方向にセンサ
の方向を規制し、センサと対象物との相対距離お
よびその対象物の位置における指定面内の接線を
求め、上記動作目標点設定以降の段階を繰り返す
ロボツトによる形状ならい制御方法を提案するも
のである。
本発明は、また、前記指定面と交わる面内にセ
ンサを複数個設け、これらセンサの出力に基づき
3次元形状の対象物の前記交わる面内における法
線方向を演算し、前記3次元形状の対象物上の点
における接平面の法線を求め、この法線に対して
一定の角度以内となるように前記センサの方向を
規制するロボツトによる形状ならい制御方法を提
案するものである。
〔作用〕
本発明においては、指定面内方向ではセンサの
移動前後の出力から接線方向を検出するので、セ
ンサがひとつで済む。
その結果、予想される最小曲率半径が小さくて
も、センサを移動させる所定微小距離を短く設定
すれば、曲率が急激に変化する部分を含めて、複
雑な3次元形状を有する対象物を正確にならい制
御できる。
また、対象物の最初の微小部分についてならい
動作を行なわせれば、そのならい動作で得られた
対象物の形状に関する情報に基づいて形状を予測
しながら測定するので、ロボツトに対象物の形状
を予め教えておかなくてもよい。
〔実施例〕
次に、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。
第1図は本発明の形状ならい制御方法により、
水車ランナの形状を計測するロボツトを示す斜視
図ある。ロボツト1は、X、Y、Z軸方向に移動
できる腕2と、の腕2の先端において振り軸3と
曲げ軸4の回りに2自由度で揺動する手首5とを
備えている。手首5の先端にはセンサ6,7が曲
げ方向断面内に沿つて固定されている。なお、R
は計測対象の水車ランナ、Bはそのブレードを示
す。
ロボツト1の制御装置は、第2図に示すよう
に、マイクロコンピユータ等の計算機8を中心に
構成されている。計算機8の計算結果による動作
指令すなわちロボツト1のX軸方向駆動信号X、
Y軸方向駆動信号Y、Z軸方向駆動信号Z、振り
軸駆動信号SW、および曲げ軸駆動信号BDは、
サーボインタフエース9および各増幅器10を通
してロボツト1に出力される。ロボツト1の各軸
は電圧−油圧サーボによつて駆動され、位置決め
される。ロボツト1の各軸の位置信号およびセン
サ6,7の出力は、各増幅器11およびセンサイ
ンタフエース12を通して、計算機8に読込まれ
る。また、制御装置は、高速で乗除算を実行する
ために、演算回路13やサインテーブル14をも
つているので、ロボツト1の各軸およびセンサ
6,7からの出力信号に基づいて、ロボツト1の
手首の位置や姿勢を容易に求めることができる。
次に、第3図に示すような3次元的に形状が複
雑に変化している水車ランナRのブレードBにつ
いて指定したいくつかの平面15における形状を
本発明により測定する場合を説明する。
まず、水平断面内でのブレードBの形状ならい
制御は、第4図に示すような方法で行なう。
手首5の先端に取付けた1個のセンサ6を、指
定した探索方向Cから角度φをもつ矢印D方向に
ブレードBに向つて移動させ、センサ6とブレー
ドBとの距離がS0になるまでブレードBに近づけ
る。このときブレードBのQ0点の位置が求めら
れる。距離がS0になつたところで、まず、指定し
た方向に対して角度θ0をもつて微少距離Lだけ離
れた点に動作目標点R1を設定する。次に、その
動作目標点R1に対して、距離S0だけ離して、線
分Q0R1に対する法線方向すなわち角度α1=θ0
π/2の方向からセンサ6がブレードBに向くよう に、ロボツト1を駆動する。その点でセンサ6と
ブレードBとの距離S0+ΔS1を測定すると、セン
サ6がねらうブレードBの点Q1の位置が求めら
れる。実測点Q0と実測点Q1の位置がわかると、
ブレードBの接線Q0Q1が得られる。この接線
Q0Q1の延長上に、微少距離Lだけ離れた点を次
の動作目標点R2として選ぶ。この動作目標点R2
に対して、センサ6との距離をS0だけ離し、しか
も接線Q0Q1に対する法線方向からセンサ6がブ
レードBをねらうようにロボツト1を誘導する。
その点に位置決めしたときのブレードBとセンサ
6との距離を測定すると、S0+ΔS2が得られる。
したがつて、ブレードBの実測点Q2の位置が求
められる。
点Q2が求められると、ブレードBの実際の接
線Q1Q2が得られる。ロボツト1は接線Q1Q2がわ
からなかつたので、ブレードBの接線をQ0Q1
みなして、センサ6を誘導したが、Q2の点の測
定の結果、実際のブレードBの接線Q1Q2が明ら
かになつたので、次の動作は実際に測定された接
線Q1Q2を用いて、次の動作目標点を設定し、上
述の方法でセンサ6を誘導する。
すなわち、ブレードBがどのような形状をして
いるかがわからないので、これまでの形状から予
測して次の動作目標を設定し、その動作目標点に
達したところで、あらためて測定し直し、実際の
ブレードBの形状を求め直す。そして次の動作目
標は実際に得られたデータに基づいて設定する。
ブレードBの形状測定のために予めなされる動
作は、1ステツプ前のデータを基にして行なうの
で、その時に用いる形状は実際のブレードBの形
状とは異なるが、動作目標点に到達した時点で改
めて測定し直すので、ブレードBの形状を正確に
測定できることになる。しかも、次の動作は実際
に測定されたデータに基づいてなされるから、な
らい動作に大きな誤差は生じない。また、次の動
作目標点までの微少距離Lを小さくすれば、予測
動作のための形状と実際のブレードBの形状との
誤差が少なくなり、ブレード形状を正確に測定で
きる。
以上述べた実施例は、1つのセンサを用いてブ
レードBの水平断面内でならい動作を行なう方法
であるが、ブレードBが3次元的に複雑な形状で
ある場合は、垂直断面内においても、センサを向
ける方向を制御する必要がある。このならい動作
を第5図により説明する。まずセンサ6をブレー
ドBに近づけ、センサ6とブレードBとの距離が
S0になるように制御する。その距離がS0になつた
ら、センサ6とブレードBとの距離S0およびねら
い位置を保つたままで、センサ7とブレードBと
の距離がS0になるように、ロボツト1の手首5お
よび腕2を駆動する。センサ6およびセンサ7と
ブレードBとの距離がともにS0になれば、センサ
6はほぼブレードBの法線方向に向いたことにな
る。常にこの状態を保つように、センサ6,7を
ブレードBに沿つて誘導すれば、第5図に示すよ
うなならい動作を実行できる。
水平方向のならい制御は1つのセンサを用いて
第4図の方法で行ない、垂直断面内でのセンサの
法線方向制御は第5図の方法で行なえば、任意の
形状の3次元物体に対してセンサを自由自在に追
従させてならい制御できる。
3次元物体の形状を測定するとき、通常は水平
断面などある指定した断面について測定する。
本発明においては、1ステツプ前のならい動作
によつて得られたワークの形状から次の動作を決
めるので、この動作をある関数関係で指定すれ
ば、ロボツトの動きをその関数に拘束できること
利用して、指定した断面内での形状ならい制御を
実行できる。すなわち、ある平面でワークを切断
したときの形状を計測するのは、その平面の式は AX+BY+CZ=D ……(1) で与えられるので、ロボツトの各軸X、Y、Zへ
の動作指令を(1)式の関係によつて与えればよい。
X軸とY軸の動作指令はセンサのならい動作か
ら、第4図に示す方法によつて与えられるので、
Z軸の動作指令だけを(1)式から求めて、ロボツト
1を駆動すれば、ロボツトの動きを(1)式によつて
拘束し、その平面内でならい制御を実行できる。
(1)式において、A,B,C,Dは定数である。例
えば、A=B=0とすれば、Z=D/Cの水平断面 におけるならい制御になる。
式が与えられると、平面だけでなく球などの曲
面についても同様にならい動作を拘束できるの
で、3次元物体を球などの曲面で切断した断面形
状も測定可能である。
以上の実施例においては、まず、ワークの微少
部分について、距離センサにならい動作を行なわ
せ、次の動作からはそのならい動作で得られたワ
ークの形状に関する情報に基づいて形状を予測し
ながら測定するので、ロボツトにワークの形状を
予め教えておかなくても、ロボツト自身で探索
し、ワークの形状に合せてならい動作を実行でき
る。したがつて、ワークが3次元的に複雑な形状
であつても計測可能である。
3次元的に複雑なワークの形状を計測するの
は、任意の断面について行うが、本発明により、
ロボツトの動作をその断面を表現する数式によつ
て拘束すれば、その断面内でのワークの形状をセ
ンサにより検出できるので、従来のように平面状
のゲージを用いなくとも、ロボツトの制御プログ
ラムの中に仮想的な断面として指定するだけでよ
い。したがつて、ある指定された狭い部分につい
ても、任意の断面についても形状を容易に計測で
きる。
また、センサを法線方向からワークに向けて形
状を計測するから、ワークの形状を正確に測定で
き、ワークの接線および法線方向についてのデー
タが得られるので、曲率が急激に変化する部分に
ついても計測が容易である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、指定面内方向ではセンサの移
動前後の出力から接線方向を検出するので、セン
サがひとつで済み、曲率が急激に変化する部分を
含めて、複雑な3次形形状を有する対象物を正確
にならい制御でき、対象物の最初の微小部分につ
いてならい動作を行なわせれば、そのならい動作
で得られた対象物の形状に関する情報に基づいて
形状を予測しながら自動的に測定するロボツトに
よる形状ならい制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の形状ならい制御方法を実行す
るロボツトの構成の一例とこのロボツトが形状を
計測する水車ランナの形状とを示す斜視図、第2
図は本発明の形状ならい制御方法に用いられるロ
ボツトの制御装置のブロツク図、第3図は本発明
の形状ならい制御方法による計測対象としての水
車ランナのブレードを仮想的な測定断面で切断し
たときの形状を示す図、第4図は本発明の形状な
らい制御方法による水平断面内でのならい制御動
作を説明する図、第5図は本発明の形状ならい制
御方法による垂直断面内でのならい制御動作を説
明する図である。 1……ロボツト、2……ロボツト1の腕、3…
…振り軸、4……曲げ軸、5……手首、6……セ
ンサ、7……センサ、8……計算機、9……サー
ボインタフエース、12……センサインタフエー
ス、13……演算回路、14……サインテーブ
ル、R……水車ランナ、B……水車ランナRのブ
レード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ロボツトの手首の先端に取付けられ対象物表
    面との相対距離を検出するセンサを対象物近傍で
    指定面内における指定方向に所定微小距離だけ移
    動させ、 センサと対象物表面との相対距離およびロボツ
    トの手首の3次元空間内の位置に基づき対象物表
    面の位置を求め、 前記所定微小距離両端に対応する対象物表面の
    位置から前記指定面内における当該対象物表面の
    接線を求め、 当該接線の指定方向の延長上で前記微小距離だ
    け離れた点に次の動作目標点を設定し、 センサを当該動作目標点に移動させ前記接線に
    垂直な方向にセンサの方向を規制し、 当該動作目標点に対応する対象物表面の位置お
    よび当該対象物表面の指定面内における接線を求
    め、 上記動作目標点設定以降の段階を繰り返すこと
    を特徴とするロボツトによる形状ならい制御方
    法。 2 特許請求の範囲第1項に記載のロボツトによ
    る形状ならい制御方法において、 前記指定面と交わる面内に前記センサを複数個
    設け、当該センサの出力に基づき3次元形状の対
    象物表面の前記交わる面内における法線方向を演
    算し、前記3次元形状の対象物表面の法線に対し
    て一定の角度以内となるように前記センサの方向
    を規制することを特徴とするロボツトによる形状
    ならい制御方法。
JP13008981A 1981-08-21 1981-08-21 ロボツトによる形状ならい制御方法 Granted JPS5834781A (ja)

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JPS5834781A JPS5834781A (ja) 1983-03-01
JPH0146273B2 true JPH0146273B2 (ja) 1989-10-06

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ID=15025701

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59154308A (ja) * 1983-02-23 1984-09-03 Hitachi Ltd 物体形状の自動測定方法
JPS60205202A (ja) * 1984-03-29 1985-10-16 Mitsubishi Electric Corp 三次元座標計測システム
JPS60205203A (ja) * 1984-03-29 1985-10-16 Mitsubishi Electric Corp 非接触式三次元座標計測システム
JPS61103763A (ja) * 1984-10-24 1986-05-22 Hitachi Constr Mach Co Ltd 倣い装置
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JP2002107141A (ja) * 2000-09-28 2002-04-10 Komatsu Machinery Corp ねじれ羽根付きシャフトの形状測定方法およびその装置

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