JPH02304601A - 工業用ロボット - 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」 この発明は、リモート教示作業を容易か、つ高精度に行
い得る工業用ロボットに関する。

「従来の技術」 従来、この種のロボットに作業手順を教示する方式とし
て、オペレータが操作ボックスを使って教示するリモー
ト教示方式が知られている。

このリモート教示方式において、作業点をロボットに教
示するには、ロボットの各運動軸に制御指令を与え、上
記各運動軸を所定の位置、姿勢に移動させる。上記各運
動軸が所定の位置、姿勢に移動すると、オペレータは操
作ボックスの該当キーを押して記憶指令をコントローラ
に送出する。コントローラは記憶指令の供給を受けると
、ロボットの各運動軸の位置・姿勢情報を記憶する。こ
の操作が各作業点毎に繰り返される。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のようなリモート教示は、ある教示点の
位置を決める場合、各回転軸に各々対応した軸移動牛−
を押さなければならず、操作が非常に複雑であった。特
に、作業を行うロボットの手を常にワークから一定距離
を維持して動かすことは非常に繁雑な操作を要した。こ
のため、オペレータの熟練度により教示精度が異なり、
一定の作業品質を得ることができなかった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ロボット
の先端の予め設定した座標系での座標を常に計算し、さ
らに予め設定しておいた空間上の格子点でロボットが停
止するように規制する機能を有する工業用ロボットを提
供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、この発明は、ロボット本体
と該ロボット本体の制御および教示データの記憶・演算
などを行うコントローラとリモート教示する操作ボック
スとを有する教示・再生型の工業用ロボットにおいて、
ロボット座標系からワーク座標系への座標変換およびそ
の逆変換を行う座標系変換手段と、前記ワーク座標系に
、格子間隔を任意に決定できる仮想空間格子を設定する
空間格子設定手段と、前記操作ボックスにより設定され
た教示点を、その教示点から最も近い前記格子点の位置
に修正変更する教示点修正手段とを具ｆ１ｉｉｉするこ
とを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、比較的粗いリモート教示による場合
でも、ワークとロボットの手を一定の距離に保つことが
容易である。したがって、作業品質（塗装品質）の向上
を図ることができる。

また、教示時間を大幅に短縮することができる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

ｉｔ図はこの発明の一実施例である塗装用ロボット（以
下、ロボットと略称する）の概略構成を示す斜視図であ
る。この図において、符号ｌはロボット本体として塗装
作業を行うマ二二ブレーク、２はマニュプレータｌの各
部（回転軸）の位置・姿勢を検知し、演算制御するコン
トローラ、３はロボットをリモート教示する際に用いる
操作ボックスである。

次に、第２図を参照して、マニーブレータ１の機械的構
成について説明する。第２図において、４はベース、５
は柱、６はアーム、７は手首部である。ベース４と柱５
との間の関節部には、旋回アクチュエータ８、柱アクチ
ュエータ９、アーム・アクチュエータｌＯが設けられて
いる。上記旋回アクチュエータ８は柱５やアーム６を水
平旋回させるように取付は固定されている。また、上記
柱アクチュエータ９は柱５を、上記アーム・アクチュエ
ータ１０はアーム６を各々前後、上下に動作させるよう
に取付は固定さ塾ている。また、上記手首部７は、手首
を上下させる手首上下アクチュエータ１１．手首を左右
に振らせる手首水平アクチュエータ１２、および先端部
（以下、手という）１４を回転させる先端回転アクチュ
エータ１３から構成されている。ここで、手首とは、ア
ーム６と手１４との間の関節部を意味する。上述した６
個のアクチュエータ８〜１３の各回転軸は独立して回転
するため、手１４は６自由度の動作が可能となっている
。さらに、この手１４には、塗装ガン１５が取付は固定
され、ワーク（作業対象）１６に向けての塗液の吐出を
可能としている。

上記構成のロボットには、その位置・姿勢を検知したり
、位置制御・姿勢制御に必要な演算を行うために、第２
図に示すように、各種座標系、すなわち、ロボット座標
系Σ□、手首座標系Σ１、およびワーク座標系Σ８が設
定されている。

（１）ロボット座標系Σ□は、互いに直角の方向を向＜
Ｘ、、軸、Ｙ　ｎｌ＋ｈ　：　Ｚ　、軸からなる３次元
直交座標系であって、柱アクチュエータ９の回転軸と旋
回アクチュエータ８の回転軸との交点を原点０３とし、
かつＺＲ軸を鉛直方向に向けて設定固定されている。ロ
ボット座標系Σ３においては、塗装ガン１５の先端点の
位置は、アクチュエータ８〜１３の各回転軸の回転角０
１〜θａ（第２図参照）と、アクチュエータ８〜１３の
各回転軸間の距［ｒ、、ｒ２＋　ｒ　ｆｆｌ＋　’　３
ｔ＋　ｒ　４　（第２図参照）から幾何学的に求められ
る。

（２）手首座標系Σ□は、互いに直角の方向を向くＸ。

軸、Ｙｌ、軸、ＺＴ軸からなる３次元直交座標系であっ
て、塗装ガン１５の先端パを原点ＯＴとして、かつＺ。

軸を鉛直方向に向けて設定固定されている。

（３）また、ワーク座標系Σ８は、互いに直角の方向を
向くｘ。軸、Ｙｗ軸、Ｚｗ軸からなる３次元直交座標系
であって、作業対象であるワークの各点を指定するため
に、任意の代表点Ｐ。を原点として、設定固定されてい
る（第７図参照）。

なお、このワーク座標系Σ８には、格子間隔９の空間格
子が設定されている。そして、ロボットの作業点（スプ
レ一時の塗装ガン１５の先端点の位置）は、必ず、これ
ら空間格子のいずれかの格子点Ｋ（第７図）に位置する
ようになっている。

このことは、これらの格子点に、に、・・・以外の点で
、ロボットは作業しないことを意味するものである。さ
らに、ロボットの作業軌跡は、空間格子の格子点Ｋから
格子点にへ移り進むことにより構成されるようになって
いる（後述）。

また、これらの座標系のうち、−の座標系により記述さ
れる位置、運動は、座標変換マトリックスを用いて、他
の座標系による記述に変換できるようになっている。

次に、上記構成のロボットに塗装作業を教示する教示手
順について説明する。

◇ステ、７ブＳＰｌ まず、ステップ５Ｐｌ（第３図）においては、第４図に
示すサブルーチンが実行され、ワーク座標系が設定され
る。すなわち、第４図に示すように、まず、ステップｓ
ｐＨにおいて、オペレータはワーク空間を記述するため
の代表点として、適当な４つの点（Ｐ　Ｏ＋　Ｐ　、、
　Ｐ　２．　Ｐ　３）を選んで基阜点として、これら４
つの点の位置情報をコントローラ２に入力する。次いで
、ステップ５Ｐ１２において、ロボット座標系Σ３とワ
ーク座標系Σ８間の座標変換マトリックスＲＴ、ｌ、’
Ｔ８を決定する。

ここで、ＲＴｗは、ロボット座標系Σ３からワーク座標
系Σ８への座標変換マトリックスを表し、′Ｔ□は、ワ
ーク座標系Σ８からロボット座標系Σ８への座標変換マ
トリックスを表す。次に、ステップ５Ｐ１３において、
オペレータは、ワーク座標系Σ８におシ１て、ロボット
の作業点（塗装ガン１５の先端点の停止点）を規制する
パラメータである格子間隔９　（記述）を決定し、決定
した格子間隔りの値（たとえば、ｌＱｍｍ）をコントロ
ーラ２に取込ませて、当該コントローラ２内のメモリに
記憶させる。

◇ステップｓｐ２ ステップ５Ｐ１３の処理が終了すると、メインルーチン
（第３図）に戻り、ステップＳＰ、２（ｍ３図）に移る
。ステップＳＰ２においては、第５図に示すサブルーチ
ンが実行され、アクチュエータ８〜１３の回転・移動に
伴って変動した各回転軸の角度データ（以下、関節角デ
ータという）が登録される。すなわち、第５図に示すサ
ブルーチンのステップ５Ｐ２１において、オペレータは
操作ボックス３の対応する各軸移動キーをｔｉ作して、
各回転軸を現在の角度（３（ｉ−１）から所定量Δθ変
動させて目標の角度０（ｉ）へ移動させる。これにより
、ロボットの作業点を現在の位置から目標の位置へ移動
させる。

ここで、各回転軸の現在角度ｆ３　（ｉ−１）、移動量
Δθ、および目標角度（移動後の角度）Ｏ（ｉ）の間に
は、第（１）式の関係式が成立する。

０（ｉ）−θ（ｉ−１）＋Δ０　　　　　（Ｉ）なお、
この段階では、オペレータはワーク１６に対して作業点
を曖昧に設定するだけで良い。言い換、えれば、この段
階では、オペレータは作業点を厳密に設定する必要はな
い。

◇ステｙブＳＰ３ ステップ５Ｐ３（第３図）においては、第６図に示すサ
ブルーチンが実行され、ロボット座標系Σ１１とワーク
座標系Σ８との間で相互の座標変換が行われ、オペレー
タによって粗っぽ（設定された目標点（作業点）を最寄
りの格子点Ｋに変更修正する。すなわら、まず、第６図
に示すサブルーチンのステップ５ｐ３１において、目標
角度θ（ｉ）をロボット座標系Σ８における位置・姿勢
に変換する（第（ＩＩ）式参照）。

ＲＴ　ｔｚ＝　ｆ　（’９　（ｉ））　　　　　　　（
ＩＩ　）ここで、Ｔ　、ｌ、は、回転軸の位置と姿勢を
マトリックスで表したものである。

次に、ステップ５Ｐ３２に進み、ロボット座標系Σ３の
位置・姿勢ＲＴ　、、、をワーク座標系Σ８での位置・
姿勢に変換する（第（Ｉ［Ｉ）式）。

ＡＴ、＋−’Ｔ−ＲＴ＋＋＋　　　　　　（ＩＩＩ）こ
こで、ＡＴ　、、、は、作業点く塗装ガン１５の先端点
）の位置・姿勢を示すマトリックスである。

次のステップ５Ｐ３３において、ワーク座標系Σ８での
位置・姿勢における作業点の位置ａ（Ｘｗ。

Ｙｗ、Ｚｗ）　　（第７図参照）をワーク座標空間の最
も近い格子点ａ”°（第７図参照）に修正変更する（第
（ＩＶ）式）。

６”Ｔ　ｔｔ、−ｆ　（ｇ）・ＡＴい、　　　　（■）
ココテ、ｆ　（ｇ）ハ、作業点の位置（Ｘ　Ｗ＋　Ｙ　
ｗ、　Ｚ　ｗ）に対して、格子間隔９で除算を行い、四
捨五入したものである。

このようにして得られた最も近い格子点ａ　”の位置４
”Ｔ（ｉ）を、ステップｓ　ｐ３４において、再□び、
ロボット座標系Σ８へ変換する（第（Ｖ）式）。

ＲＴ″、、、−”７．ａ’”Ｔｔ＋＋　　　’　　（Ｖ
）次に、ステップ５ｐ３５に進み、各回転軸の角度デー
タ（関節角データ）に逆変換する（第（Ｖ［）図）。

ｅ”（ｉ）＝　ｆ　−’・１″Ｔ　”　ｔ　ｔ　ｌ（Ｖ
ｌ　）逆変換された関節角データ０゛（ｉ）が求められ
ると、コントローラ２は、ステップｓ　ｐ３６へ移り、
関節角データ（Ｅ）”（ｉ）の示す位置にマニュプレー
クｌの各回転軸を移動させる。こうして、塗装が７１５
の先り：ｆ：部は位置ａから作業点の位置ａ　”へ移動
して停止する。

◇ステップｓｒ＞４ ステップ５Ｐ４（第３図）においては、オペレータによ
って、塗装ガンｉ５が現在停止する位置を作業点（教示
ポイント）として記憶すべきか否かが判断され、ｒＮＯ
Ｊのときはステ、プＳＰＩへ戻り、ｒＹＥＳＪのときは
ステップＳＰ５へ移る。

◇ステップＳＰ５ ステップ５ｐ５（第３図）においては、オペレータによ
り操作ボックス３の記憶指令キーが押されると、コント
ローラ２において、教示ポイント記憶処理のサブルーチ
ン（第８図）が実行される。

すなわち、第８図に示すサブルーチンのステップ５ｐ５
１において、コントローラ２は教示ポイントａ”におけ
る各回転軸の関節角データ０″（ｉ）をメモリの関節角
データメモリ・エリアの０（ｉ）の欄に格納する（第９
図参照）。

◇ステップＳＰ６ ステップ５ｐ５１の処理が終了すると、メインルーチン
（第３図）のステップＳＰ６に移り、オペレータは、当
該教示作業が完了したか否かを判断する。ここで、教示
作業が完了したときは（ｒＹＥＳＪのときは）、当該教
示動作は終了し、教示作業を続行するときは（ｒＮＯＪ
のときは）、ステップＳＰｌへ戻り、上述の処理を繰返
して、教示ポイントの設定を先に進める。こうして、全
ての教示ポイントが設定されると、ステップＳ　’Ｐ　
６において、教示作業が終了したと判断され、当該教示
作業を終える。

このように、上記構成によれば、オペレータの熟練度に
左右されることもなく、良好な教示作業を行うことがで
きる。また、教示作業を行うオペレークの負担を軽るく
することができる。

なお、上述の実施例においては、工業用ロボットを塗装
作業に適用した場合について述べたが、これに限るもの
ではなく、もらろん、池の作業、たとえば、溶接作業に
適用しても良いものである。

「発明の効果Ｊ 以上説明したように、この発明は、ロボット座標系から
ワーク座標系への座標変換およびその逆変換を行う座標
系変換手段と、前記ワーク座標系に、格子間隔を任意に
決定できる仮想空間格子を設定する空間格子設定手段と
、前記操作ボックスにより設定された教示点を、その教
示点から最も近い前記格子点の位置に修正変更する教示
点修正手段とを具備するものなので、 （１）比較的粗いリモート教示による場合でも、ワーク
とロボットの手を一定の距離に（♀つことが容易である
。したがって、作業品質（塗装品質）の向上を図ること
ができる。

（２）また、任意にポイント位置の修正を行う場合でも
、ワーク（と対して決まったピッチ（格子間隔一作業点
間隔）でロボットか動作するため、修正前の位置を見失
うことがない。したかって、誤教示を防止する効果かあ
る。

（３）さらに、教示点精度を要求されない場合は、格子
間隔を大きく（たとえば、１００ｍｍに）設定すること
ができるので、位置決めに要する時間を節減できる。し
たがって、全体として、教示時間を大幅に短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である塗装用ロホノトの概
略構成を示す斜視図、第２図は同実施例のマニュブレー
タｌの機械的構成を示す斜視図、第３図は同実施例の教
示動作のメインルーチンを示すフローチャート、第４図
ないし第６図および第８図は同実施例の教示動作のサブ
ルーチンを示すフローチャート、第７図はワーク座標系
を説明するための説明図、第９図は関節角データを記憶
するメモリエリアの概念図である。 ■・・・・・・マニュブレータ（ロボット本体）、２・
・・・・・コントローラ、３・・・・・・操作ボックス
、５・・・・・・柱、６・・・・・・アーム、７・・・
・・・手首部、８〜１３・・・・・・アクチュエータ、
１４・・・・・・手、１６・・・・・・ワーク（作業対
象）、Ｋ、ａ。 ＝＋・・・・・・格子点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボット本体と該ロボット本体の制御および教示データ
   の記憶・演算などを行うコントローラとリモート教示す
   る操作ボックスとを有する教示・再生型の工業用ロボッ
   トにおいて、 ロボット座標系からワーク座標系への座標変換およびそ
   の逆変換を行う座標系変換手段と、前記ワーク座標系に
   、格子間隔を任意に決定できる仮想空間格子を設定する
   空間格子設定手段と、前記操作ボックスにより設定され
   た教示点を、その教示点から最も近い前記格子点の位置
   に修正変更する教示点修正手段とを具備してなることを
   特徴とする工業用ロボット。