JPH0342404B2 - - Google Patents

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JPH0342404B2
JPH0342404B2 JP58039316A JP3931683A JPH0342404B2 JP H0342404 B2 JPH0342404 B2 JP H0342404B2 JP 58039316 A JP58039316 A JP 58039316A JP 3931683 A JP3931683 A JP 3931683A JP H0342404 B2 JPH0342404 B2 JP H0342404B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマスタ部品中のきり穴を検べる事によ
つて、ロボツトにきり穴の中心線の位置及び方向
を教え、このマスタ部品に対応する製造部品を製
造する様にロボツトが追加の加工片中にきりもみ
動作シーケンスを遂行出来る様にするロボツト教
習方法に関する。
数値制御情報に基づいてきりもみシーケンスを
遂行させる様にロボツトをプログラムする技法は
周知であるが、特にマスタ部品に関連するきり穴
の位置及び方向が計算機読取り可能な形で利用可
能ではない時には、この様な制御情報を数学的に
開発するには専門家でも時間を費し、若干困難を
伴う。マスタ部品上での手動の一連のプローブ動
作に基づいてロボツトにきり穴の構造を教示する
ための技法が開発された。人間のオペレータの制
御の下にきりもみシーケンスを行なう１回の工程
中に、ロボツトはこのシーケンスを学習して、そ
の後このシーケンスを繰返す。この手順の欠点は
適切なきりもみシーケンスを行なうのには熟練し
たオペレータでもかなりの時間を要する点にあ
る。或る状況の下では、オペレータはマスタ部品
を適切に眺める事ができず、きり穴に適切に位置
付けるのに必要とされる制御上の器用さを持た
ず、特に、マスタ部品中におけるきり穴と一致さ
せるため適切な縦ゆれもしくは首揺れ座標を与え
る能力を有さない。
多くのきり穴はけがき交点と呼ばれ得る導入点
においてきり穴の接平面に垂直もしくは略垂直に
穿孔される。
代表的ロボツトの穿孔応用においては、ロボツ
トはドリルをきり穴の所望の中心線に沿つて配向
し、きり穴を穿孔する間ドリルを中心線に沿つて
移動させる事が重要である。ドリルの刃の不適切
な位置付けは間違つた場所にきり穴を穿孔し、き
り穴の中心線に関連してドリルの方向が一致しな
い時にはきり穴の方向が違う事になり、穿孔され
る表面に関連するドリルの刃の誤配向は形のゆが
んだきり穴を生ずる。ドリルの刃は工作物に関連
して決定可能なＸ、Ｙ、Ｚ座標を有する予定のけ
がき交点で工作物の表面と接触しなければなら
ず、ドリルの刃は所望の中心線方向に従う様に縦
ゆれ、及び首揺れが制御されなければならない。
多くのきりもみ動作においては、きり穴の深さは
厳密である必要はない。
ロボツトのきりもみ装置を使用するためにはデ
ータがけがき交点の表面位置及び各穿孔されるべ
ききり穴の中心線の方向を決定する必要がある。
もしこのデータが設計のデータを基にして得る事
が出来ない時はデータは或る教示される形で誘導
されなければならない。さらに、設計データが利
用可能である場合でも、ロボツト自体の位置の不
正確さを補償するために教示が必要である。
精巧にプログラムされ得るロボツトは穿孔され
るべき工作物の座標系に関連してきり穴の座標を
使用し得る。従つて加工片を位置付け、加工片と
ドリルの刃の適切な並置を与えるためにロボツト
の節点をどの様に位置付けるかを計算するのに感
知データ及び計測ソフトウエアが使用され得る。
この様なロボツトきりもみ装置の教示プロセスは
次の段階を含む。
(1) ロボツトきりもみステーシヨンにマスタ部品
を設定する。
(2) マスタ部品の座標系を計測する。
(3) マスタ部品に関連する各きり穴の座標を教込
み、将来のプレイバツクのためにこれ等の座標
を記憶させる。
きり穴の座標を教示する標準の方法は、ドリル
を手動で穿孔されるべき各きり穴に位置付ける様
にしてロボツトを遠隔オペレータとして動作させ
る事である。この手順は次の様な多くの欠点を有
する。
(1) この手順は面倒で時間を要する。
(2) 特にきり穴の中心線の方向を決定するために
その精度が制限される。
(3) ドリルの刃のマスタ部品中におけるきり穴に
対する正確な位置関係を知るために教示する人
は彼の頭をロボツトの作業包絡線内に突つ込む
必要がある。
手動制御によつて初期の近似配向がなされた後
に、計算機の制御の下に多重プローブと多点接触
させる事によつて、所望のきり穴の軸の座標を確
かめる様に、特定のターゲツトを使用する従来技
法が開発されている。これについては、1982年３
月２日乃至４日に開催されたRobot
Conference、Society of Manufacturing
Engineers （MS82−120）において発表された
D.M.Lambethの論文“An Approach to
Tactile Feedback Programming for Robotic
Drilling”を参照されたい。
〔本発明の概要〕
本発明はポケツトを有するきり穴中心線決定用
インターポーザで探査する事により実際にマスタ
部品と接触させる事なくロボツトにきり穴の中心
線の位置及び配向を比較的高速且つ効率的に教示
するためにきり穴の中心線決定用インターポーザ
を使用する方法を与える。
本発明によるきり穴ロボツトの教習方法は下記
の(A)及び(B)の段階より成る。
(A) マスタ部分のきり穴中心線に垂直な平面及び
きり穴軸と同軸上に中心ポケツトを有する中心
線決定用インターポーザを準備し、該インター
ポーザの中心ポケツトの軸がきり穴軸と一致す
るようにインターポーザをマスター部品上に固
定し、 きり穴ロボツトの作業包絡線中に前記マスタ
部品を位置付けし、 前記ロボツトのプローブを前記インターポー
ザの前記中心ポケツト上の初期設定に位置決め
する段階； (B) 予め指示したプログラムに従つて穴あけ手段
を３次元的に移動させる位置付け機構と、該穴
あけ手段の位置に取付けた３次元位置測定プロ
ーブにより測定されたきり穴の座標の値で前記
プログラムの指示する穴あけ位置を修正しうる
ようにしたプロブラム可能なロボツト制御機能
とを含むロボツトを準備し、該ロボツトの制御
の下に、 前記インターポーザの前記表面を決定し、 前記プローブを前記表面に垂直な方向のベク
トルへ再位置決めし、 前記プローブを前記中心ポケツトの中心線へ
向けて移動させ、前記中心線ポケツトを探査し
てその中心を見出し、 前記中心を通るベクトルに平行なきり穴中心
線に関する座標を計算する段階。本発明の利点
はインターポーザ中の中心ポケツトに対して粗
な位置付けがなされ得、ポケツトに関連するプ
ローブの正しい位置付けが従来の方法よりも高
速で正確に且つオペレータに対して危険を与え
る事なく又プローブとの接触によつてマスタ部
品に対して損傷を与える事なくなされ得る点に
ある。
他の利点はドリルの刃がプローブとして使用
され得、同一のプロビング作用が部品の計測と
きり穴の位置の探知及び方向付けの両方に使用
される点にある。
〔好ましい実施例の説明〕
本発明に従うきり穴中心線決定用インターポー
ザの構造及び方法は教示可能なロボツトきりもみ
装置のための簡単で安価な多次元位置決定技法を
与える。
本発明の技法は簡単なセンサとプログラム可能
なロボツト制御装置を組合せ、各きり穴中心線決
定用インターポーザ中の中心ポケツトを使用して
きり穴の座標の教示の改良を与える。同一位置決
定技法は部品（マスタ部品もしくは工作物）の座
標を計測し、又きり穴の位置を定め及び配向させ
るのに使用可能である。
第１図はきり穴の応用のためのきり穴の座標を
教示するための代表的装置を示す。第１図におい
て、マスタ部品１は第１図に示された如く支持脚
３上に固定されるか、もしくは可変であるがロボ
ツトに教示可能な方向で作業包絡線２中に位置付
けられる。本発明で説明される位置決定技法は同
様に部品の位置決めに使用され得る。マスタ部品
１が定位置に位置付けられる事により（もしくは
ロボツト計算機に知られた座標によつて空間が決
定される事によつて）、ロボツトを訓練する事が
望まれる。ロボツトは計算機４、位置付け機構５
及びプローブ６を含んでいる。教示動作の前に本
発明に従うきり穴中心線決定用インターポーザ７
はマスタ部品１中のいくつかのきり穴の各々に置
かれる。これ等のマスタ部品１のきり穴位置及び
配向情報がロボツトに対して教示される事が望ま
れている。もしくは１つのきり穴についての情報
がロボツトに教示される前に単一のインターポー
ザが各きり穴に順次位置付けられ得る。インター
ポーザ７はプローブ６が実際にマスタ部品１に接
触する必要がない様にプローブ６にすべての必要
な情報を与える。プローブの条件に従つて、イン
ターポーザ７は機械的プローブのための固定的物
体を与え、電気的プローブの場合には、インター
ポーザ７は計算機４への接続線８の如き適切な電
気的接続が与えられる。インターポーザ７はピン
９によつて定位置に保持され、ポケツト１１の軸
でもあるきり穴の軸に垂直であるプラツトホーム
（台）１０を提示している。
第２図はさらに詳細にきり穴中心線決定用イン
ターポーザ７を示す。インターポーザ７は一般に
マツシユルームの形状をなしており、その頭部は
平面決用的プラツトホーム１０を形成し、その茎
はピン９によつて形成されている。ピン９は平面
決定用プラツトホーム１０の上部表面と垂直に位
置付けられる。平面決定用プラツトホーム１０は
ポケツトを形成する中心空洞１１を有し、１度ピ
ン９がマスタ部品のきり穴へ具合いよく挿入され
るとポケツト１１の中心はピン９の中心線を一致
する。きり穴の中心線の軸（破線１２によつて示
される）はインターポーザ７の平面決定用プラツ
トホーム１０の表面に垂直であり、このプラツト
ホーム平面は破線１３によつて示されている。プ
ラツトホーム平面１３に平行な第２の平面が破線
１４によつて示されている。平面１４はプラツト
ホーム平面１３と平行であり、マスタ部品１の表
面上に存在する如く平面１３の下の既知の距離に
存在する。平面１４は接触平面と呼ばれる。ポケ
ツトの底部はプラツトホーム平面に平行であり、
マスタ部品に関連してインターポーザのプラツト
ホーム平面１３を同定する座標及びマスタ部品の
平面に関連するインターポーザ・ポケツトの中心
の位置を同定する座標は完全にきり穴のXYZ位
置及び縦ゆれ（第１図のPiで示される）及び首揺
れ（第１図のYa）方向を決定する。適切な動作
のためには必ずしも必要とされないコンブライア
ント材料１５はインターポーザを定位置に保持
し、マスタ部品及びプローブを損失から防護する
助けをする。マスタ部品中のマスタのきり穴がイ
ンターポーザのピン９をきり穴の中心線１２と正
確に整列させるに十分深い場合には穴中のピンの
接触は極めて良好な中心線の決定を与える。薄い
材料の場合、もしくは浅い穴の場合には、コンブ
ライアント材料による接触が接触平面を決定す
る。或る情況の下には、接着剤もしくは磁気的な
固定法を使用するピンを使用しないインターポー
ザが使用され得る。
第３図はマスタ部品１中のきり穴開孔中に、教
示動作のために位置付けられたインターポーザ７
の断面図を概略的に示している。ロボツトのプロ
ーブ６は影線で示されている。ピン９はマスタ部
品中の穴に適合して位置付けられ、所望のきり穴
の位置を厳密に決定する様にコンブライアント材
料１５によつて裏打ちされている。インターポー
ザ７の平面決定用プラツトホーム１０がプラツト
ホーム平面１３を完全に決定している。重要な事
はポケツトの中心がきり穴の中心線１２と一致
し、接触平面１４が中心線の軸１２に垂直である
様にインターポーザを位置付ける事にある。第３
図に示された如き、側面のアンダーカツトを提示
する如くポケツト１１は円錐台をなしている。多
くの動作の場合に、円錐台である事は重要でな
い。ポケツトは円筒状もしくは先細りのものであ
つてよいが、倒立円錐台が好ましい。倒立円錐台
の場合、プローブ６が挿入され、横方向に探索す
る時、プローブはプラツトホーム平面１３の面で
ポケツトの側面とあいまいに接触する。第３図に
示された如く位置付けられる時インターポーザ７
はきり穴の中心線及び表面のけがき交点位置の厳
密な位置を与える。プラツトホーム平面１３に対
し垂直な表面ベクトルはきり穴の中心線軸に平行
である。従つてこの方向ベクトルは、たとえこれ
がきり穴中心線の軸のXY位置から有限の距離離
れていてもきり穴の方向ベクトルと平行である。
コンブライアント材料１５はきり穴の中心線軸
の計測への誤りの導入を最小にするために急速な
回復時間及び低いヒステリシスを示すゴム若しく
は類似のパツド材料から選択される。
電圧入力回路１６が接触情報を計算機４に与え
る。
〔互換実施例〕
きり穴の中心線決定用インターポーザは任意の
特定の感知方法が使用される事を要求しない。接
触もしくは近接感知手段は歪ゲージ、超音波プロ
ーブ、電気的抵抗器、コンデンサ等であり得る。
理解を容易にするために、インターポーザ７はリ
ード８を介してロボツト制御装置上の電気的接触
感知デイジタル入力点に接続されている。他の入
力はロボツトのプローブ・リードに接続され接地
されている。プローブ６及びインターポーザ７の
表面間の接触が回路を完結する。即ちロボツト制
御装置はプローブ６及びインターポーザ７のプラ
ツトホーム１０間の接触を感知し、この感知情報
を位置座標に変換する。
インターポーザは接着剤もしくは磁石によつて
マスタ部品上のしかるべき位置に取付ける事が出
来、マスタ部品中に穴があけられていない場合で
も、きり穴を決定する事が出来る。この場合は、
きり穴の方向は接触平面１４によつて決定され
る。
接触感知機構はプローブもしくはインターポー
ザ中に存在し得（例えば、プラツトホーム表面と
接触表面間の圧電気歪ゲージ、及び計算機への電
気的リードによる）もしくはプローブ及びインタ
ーポーザの両者に存在し得る。
ポケツト１１以外の（例えば平面決定用プラツ
トホームの頂上の台形の如き）プローブを感知可
能な物理的構造体がこれと相補的なプローブ動作
と共にポケツトに置換され得るが一層の注意を要
し、ポケツトの方が好ましい。プローブ感知可能
構造体はその周辺を確かめるためのプローブ動作
から誘導され得る中心点を含まなければならな
い。
〔本発明の使用方法〕
本発明はプログラム可能なロボツトがきり穴の
座標を学習し得、工作物の座標系に関連してこれ
等の座標を記憶する装置を与える。次に感知デー
タ及び計測ソフトウエアが工作物の位置を探索
し、ドリルを位置付けるためにロボツトの節点を
どの様にして位置付けるかを計算する。教示プロ
セスは次の段階を含む。
(1) ロボツトの作業包絡線内にマスタ部品を設定
する。
(2) マスタ部品の座標系を計測する。
(3) 各きり穴をロボツトに教示する。
(4) マスタ部品に関連する各きり穴の座標を計算
し、マスタ部品と一致する様に加工片を穿孔す
る際のプレイバツクのために該座標を記憶す
る。
各プローブ動作中座標及びベクトルが自動的に
読取られ、適切なデータはすべてのプローブ動作
を決定する様に保存される。
第４．１図乃至第４．４図は本発明のきり穴中
心線決定インターポーザ及び本発明の方法を使用
して各きり穴をロボツトに教示する方法を示す。
段階１ 準備段階 マスタ部品が教込み可能なロボツトの作業包絡
線中に置かれ、１乃至複数のきり穴中心線決定イ
ンターポーザが適切に位置付けられる。さらにマ
スタ部品の座標系が決定される。本発明の教示方
法はマスタ部品上もしくはマスタ部品を保持する
取付具上の選択的穴を位置決めする事によつてマ
スタ部品の座標を決定するのに使用され得る。
段階２ 初期軸の選択 マスタ部品の座標系が決定されると、オペレー
タは或る初期軸を選択する。この軸方向でプロー
ブは選択されたきり穴の中心線決定用インターポ
ーザの中心線軸と略整列され、プローブの先端は
選択されたきり穴の中心線決定用インターポーザ
のポケツト中もしくは上に位置付けられる。この
動作は所望のきり穴の中心線の位置及び方向の近
くに初期プローブ位置を確立する。
段階３ 平面決定 初期軸のまわりの３つのプローブ動作が平面１
３を決定する。この様なプローブ動作の各々は次
の小段階より成る。
(a) １本の接近線が計算される。この接近線は初
期軸に平行であり、平面決定用のプラツトホー
ム１０の上部表面とあいまいに交り、ポケツト
の内部とは交わらない様に選択される。好まし
い実施例は接近線を初期軸からポケツトの半径
（ｒ）の2.5倍の位置に選択し、ポケツトの半径
の５倍に等しい半径のプラツトホームを使用す
る（第４．１図参照）。この特定の比及び幾何
学形状は予想される最大の初期整列誤差、マス
タ部品の幾何学形状及びロボツトの精度に従つ
て選択される。
(b) プローブ６の先端はプローブ６が初期軸の方
向を保つたままで平面決定用プラツトホーム１
０とあいまいながらすき間を保つに十分高い接
近線上の一点に向つて移動される。
(c) プローブ６は、方向を保ちつつ平面決定用プ
ラツトホーム１０に接触する迄接近線に沿つて
下方に移動される。
(d) プローブ６は方向を保ちつつ短い距離だけ逆
方向に移動され、次いで第２のより正確な接触
のために接近線に沿つて低速で移動される。こ
れに代つてプローブは接触が破れる迄徐々に後
退されてもよい。もし実際の接触と応答間の遅
れが極めて短い時にはこの小段階は省略され得
る。
(e) きり穴の中心線の決定用インターポーザ７の
プラツトホーム１０の平面を満足に決定するた
めに、小段階(a)乃至(d)が十分な回数繰返され
る。３点がこの平面を決定するが、追加のプロ
ーブ動作の繰返しは統計学的パラメータ推定技
法を使用する事によつて精度を改良する。
段階４ 方向ベクトルの計算 インターポーザの平面決定用プラツトホーム１
０に垂直な方向ベクトルの方向は段階３のプロー
ブ動作によつて決定された３乃至それ以上の接触
点から計算される。このベクトル（ｖ）はきり穴
の中心軸に平行であり、ポケツトへの導入を確実
にするために初期軸がプラツトホームの平面と交
わる点でプラツトホーム平面を通過している（第
４．２図参照）。
段階５ 再配向 プローブは未決定のきり穴の中心線の軸に平行
な方向ベクトルに再配向される。もし望まれるな
らば正確な方向が決定された事を確実にするため
に新しい配向を使用して段階３−５が繰返され得
る。
もしこの再配向が方向の大きな変更を含む場合
には、段階２−５が繰返される。この繰返し手順
は３もしくはそれ以上の新しい接触点の発見を生
じ、表面の決定が繰返される。この繰返し手順は
プローブ先端の不完全性が誤つた読取りを生ずる
確率を減少する。この事はドリルの刃がプローブ
として使用される時には特に重要である。
段階６ 再位置付け プローブは方向ベクトルの方向に配向され、そ
れ自身の軸に沿つてきり穴の中心線の決定用イン
ターポーザ７のポケツト１１内のあいまいな一点
に向つて移動される。
段階７ ポケツト内のプローブ動作 次いでプローブはプローブの側面とポケツトの
唇部間の接触点を探すプローブ動作を行なう。こ
の探索パターンは次の小段階を含む。
(a) プローブはその方向を保ちつつ、プローブが
ポケツトの唇部に触る迄、きり穴の中心軸に垂
直な平面中を移動される。
(b) プローブはポケツトの唇部に接触する迄その
軸方向を保ちつつ反対方向に移動される。これ
等の２つの動作（段階7a、7b）は平面決定用
プラツトホーム１０の表面のプラツトホーム平
面中のポケツトの唇部によつて形成される円の
１つの弦を決定する（第４．３図を参照）。
(c) プローブは方向を保ちつつ、上記弦に沿つて
該弦の中心迄移動され、次いで同一平面内で弦
に垂直な方向に２つの探索が繰返される。これ
等の動作がポケツトの唇部によつて形成される
円の直径を決定する。この直径の中点はきり穴
の中心線軸上にある。
(d) 精度を上げたい場合には(a)、(b)、(c)を繰返
す。
段階８ 底部の発見 プローブはポケツトの底部と接触する迄、方向
を保ちつつきり穴の中心線軸に沿つて移動し、探
索する。この点はマスタ部品の表面上既知の距離
隔つたきり穴中心線軸上に存在する。これに代つ
て、きり穴の表面のけがき交点の座標は段階１−
７において決定されたきり穴の中心線軸及び段階
３−４で探知された接触平面から計算され得る。
これ等のプローブ動作から誘導され得る計算はド
リルの刃が工作物と接触するXYZ位置を厳密に
決定し、同様に方向を再現するのに必要とされる
縦ゆれ、首揺れ座標を厳密に決定する。
【図面の簡単な説明】
第１図はきりもみの応用に使用されるきり穴の
座標をロボツトに教示するために使用される代表
的な装置の等角投影図である。第２図は代表的き
り穴の中心線決定用インターポーザの図である。
第３図は所望のきり穴の位置及び方向をロボツト
に教示するためマスタ部品上に位置付けられたき
り穴中心線決定用インターポーザの立断面及び計
測用関連回路を示した図である。第４．１図、第
４．２図、第４．３図及び第４．４図はロボツト
に教示する際にきり穴の中心線決定用インターポ
ーザを使用する方法を示した図である。 １……マスタ部品、２……作業包絡線、３……
支持柱、４……計算機、５……位置付け機構、６
……プローブ、７……きり穴中心線決定用インタ
ーポーザ、９……ピン、１０……プラツトホー
ム、１１……ポケツト、１５……コンプライアン
ト材料、１６……電圧入力回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (A) マスタ部分のきり穴中心線に垂直な平面
    及びきり穴軸と同軸上に中心ポケツトを有する
    中心線決定用インターポーザを準備し、該イン
    ターポーザの中心ポケツトの軸がきり穴軸と一
    致するようにインターポーザをマスター部品上
    に固定し、 きり穴ロボツトの作業包絡線中に前記マスタ
    部品を位置付けし、 前記ロボツトのプローブを前記インターポー
    ザの前記中心ポケツトの初期設定に位置決めす
    る段階； (B) 予め指示したプログラムに従つて穴あけ手段
    を３次元的に移動させる位置付け機構と、該穴
    あけ手段の位置に取付けた３次元位置測定プロ
    ーブにより測定されたきり穴の座標の値で前記
    ポログラムの指示する穴あけ位置を修正しうる
    ようにしたプログラム可能なロボツト制御機能
    とを含むロボツトを準備し、該ロボツトの制御
    の下に、 前記インターポーザの前記表面を決定し、 前記プローブを前記表面に垂直な方向のベク
    トルへ再位置決めし、 前記プローブを前記中心ポケツトの中心線へ
    向けて移動させ、前記中心ポケツトを探査して
    その中心を見出し、 前記中心を通るベクトルに平行なきり穴中心
    線に関する座標を計算する段階： 前記(A)及び(B)の段階により成るプローブ使用に
    よりきり穴ロボツトを教習する方法。
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