JPH0519729B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作業線位置検出センサによる作業線
倣い機能あるいは作業線修正機能と直線補間機
能、円弧補間機能を備えた産業用ロボツトにおけ
る軌跡制御方式に関する。

〔従来技術〕

従来、多層盛溶接ロボツトを例にとり「特開昭
50−159445」、「特開昭57−50279」等のロボツト
軌跡制御方式が提案されている。多層溶接径路を
全てあらかじめ教示しておき、１層目溶接の際の
位置検出器によるワーク（以下、非加工物をい
う）溶接線誤差補正の修正量を全て記憶してお
き、その記憶データを他の層の教示線データに上
乗せすることにより多層溶接を行なう「特開昭50
−159445」では、１層目のみならず２層目、３層
目…と必要な層数だけの径路の教示を必要とす
る。２層目以降の教示は前層までの溶接状態を事
前に想定しながら教示せればならないが、溶接電
圧、電流、速度、板厚、素材質、継手形状、開先
形状等により各層のビード形状が大巾に変化する
から予測が難しい。そのために２層目、３層目、
…、の径路を試行錯誤的に修正し直す必要があ
る。本方式には、このような非常に時間を要し、
しかも難しい教示作業を強いられるという欠点が
ある。またワーク誤差補正修正量を全て記憶する
ため、複雑な溶接形状を有し溶接線長が長くしか
も誤差のばらつきの大きなワークの場合には、ぼ
う大なメモリ容量を必要とする結果として高価に
なるという欠点もある。

溶接ロボツトの手首まわり定数を予設定量だけ
変更し、溶接トーチ先端を１層目教示軌跡からこ
の予設定量だけ移動させることにより、多層溶接
を行なう「特開昭57−50279」では、ワークの寸
法、形状のばらつき、溶接時の熱歪み、ワークセ
ツトのばらつきを補正する機能がないため、精度
の良いワーク部材の製造工程、およびワークセツ
トのばらつきと熱歪みを抑える治具が、複雑高価
なものになり多品種小量生産用に適さないという
欠点がある。

また、多層溶接以外のロボツト作業、例えばグ
ラインダによるバリとり等を考えた場合、教示さ
れた第１パスの軌跡を基準として所定の切込み量
又は仕上代設定分だけオフセツトした第２パス、
第３パス、…の軌跡が、手動操作による教示なし
で自動生成される機能が必要となる。

この作業の場合、ロボツト手首に発着された作
業ツールがロボツト側にではなくワーク側に切込
でいくため、全パスの全軌跡をロボツト自体の手
動操作で教示することは一般に困難である。第１
パスのみ作業ツールをワークに接触させながら、
ワークの作業線に沿い手動教示し、プレイバツク
時、センサで位置修正された第１パス軌跡を基準
に順次オフセツトした軌跡データを第２パス、第
３パス、…、の軌跡データとする必要がある。そ
のための産業用ロボツト制御技術が末だ確立され
ていないという問題もある。

〔本発明の要旨〕

本発明は、これらの欠点、問題点を解決するた
めのものであり、作業ワークの寸法、形状のばら
つき、作業時の歪み変形、ワークセツトのばらつ
き等に起因する教示線からの位置ずれを作業線位
置検出センサで修正する作業線倣い機能、または
作業線修正機能と直線補間機能、円弧補間機能を
有する産業用ロボツトにおいて、教示された第１
パス軌跡線でのプレイバツク時、作業線位置検出
センサにより修正されたロボツト作業ツール先端
の軌跡位置をサンプリング間隔τごとに記憶し、
その記憶された一般には脈動する軌跡データから
最も近似度の良い所望の直線データを作業ステツ
プ毎に最小二乗法で求め、この求められた作業ス
テツプ毎の回帰直線データを第１パスの軌跡デー
タＦとし、第１パスの作業開始近傍でロボツトの
手動操作、キイーインプツト等の教示手段で教示
された第２パス、第３パス、…のそれぞれの作業
開始点と第１パスの第１ステツプの教示軌跡との
間のオフセツト量だけ前記軌跡データＦをスケー
リングシフト演算した軌跡を第２パス、第３パ
ス、…、の軌跡とすることにより、マルチパスか
ら構成されたロボツト作業を適正に実行すること
を特長とする産業用ロボツトの軌跡制御方式を提
供するものである。

〔本発明の説明〕

以下、図面に従い本発明の詳細を説明する。本
詳細説明では説明の簡略化のため補間機能は直線
補間を例にとり説明する。

第１図は、直線補間付きロボツトの教示点とオ
フセツト量の教示によるスケーリングシフト演算
の基本説明図である。Wkはワーク、P₁〜P₄は第
１パスの教示点群、１〜３は第１パスの教示軌
跡、Q₁，R₁は第２パス、第３パスのオフセツト
量教示点、１１〜１３，２１〜２３は、スケーリ
ングシフト演算により自動生成された第２、第３
パスの軌跡、６，７は点Q₁，R₁から直線の軌跡
１に立てた垂線の足である。点Q₁、６間の偏位
８が第２パスの教示オフセツト量、点R₁、７間
の偏位９が第３パスの教示オフセツト量となる。
第２パスは点４（点Q₁と同じ）を作業開始点と
し、第２パスの第一ステツプ11の軌跡の終了点
Q₂は、直線１を中心軸線とした半径８の円柱と
直線２を中心軸線とした半径８の円柱との交線
と、点Q₁を通り直線１と平行な線との交点で与
えられる。またその点Q₂は第２パスの第２ステ
ツプ12の作業開始点となり、第２パスの第２ステ
ツプ12の軌跡の終了点Q₃は、直線２を中心軸線
とした半径８の円柱と直線３を中心軸線とした半
径８の円柱との交線と、点Q₂を通り直線２と平
行な線との交点で与えられる。第３パスの軌跡も
同様のスケーリングシフト演算により求められ
る。スケーリングシフト演算は後述する。

第２図は、作業対象ワークの精度が悪く、第１
パス教示線から位置がずれているときの、センサ
による位置修正軌跡と最も近似度の良い求めるべ
き所望の直線の関係を説明するための図である。
３１はワーク、P₁，P₂は第１パスの教示点、曲
線３０は、センサにより位置修正されたロボツト
手首ツール先端の軌跡P₁′，P₂′は実際のワーク作
業線で近似的には曲線３０のサンプリングデータ
から最小二乗法により演算された所望の回帰直線
上の点S₁，S₂，…，Si，…は、あるサンプリング
間隔τでサンプリングされた位置修正後の軌跡デ
ータT₁，T₂，…，Ti，…は、データS₁，S₂，
…，Si，…の線Ｐ_１Ｐ_２―――→上への投影点、ｈは投
影
点間距離ｈ＝Ti−T_i-1、３２は線Ｐ_１Ｐ_２―――→に対
し垂直で点P₁を通る平面３３上の直線である。
位置修正軌跡３０が実際の作業線P₁′P₂′をほゞ中
心として脈動しているのは、１つはセンサ位置検
出分解能の悪さが原因であり、また１つには作業
時の歪み変形に正確に応答したためでもある。セ
ンサ位置検出精度、ミクロにみると一般にある分
解能以下という制約があるため、本曲線３０の如
く脈動軌跡で表現しても一般性を失うものではな
い。センサ分解能が良くなればなる程、脈動は小
さくなり、作業歪み変形がないとき理想的なセン
サでは位置修正軌跡はワーク作業線P₁′P₂′に一致
する。作業中の歪み変形がある場合でも、それが
微小であれば、第２パス以降の軌跡データが必ず
しも瞬時瞬時のミクロな歪み変形に対応せずとも
歪み変形の平均的脈動に対応すればよく、この点
においても本表現は一般性を失うものではない。
歪み変形の最小二乗法による平均値的処理によつ
て第２パス以降の軌跡が精度上問題となる場合
は、ロボツトの第１パスのステツプをその間、細
分化してステツプを増やすことにより最小二乗法
を適用すれば何ら問題にならない。

直線補間をベースにしツール先端の位置検出セ
ンサからの軌跡修正信号により軌跡修正を行な
い、軌跡修正後、次のセンサからの軌跡修正信号
が与えられる迄は、もともとの教示直線P₁P₂に
３次元的に平行な直線を移動させるよう制御すれ
ば、実際のツール先端の移動軌跡と直線P₁P₂上
の演算上の移動軌跡とを関連づけられる。即ちツ
ール先端の瞬時瞬時の修正位置を直線P₁P₂へ投
影することが可能であり、軌跡データS₁，S₂，
…，Si，…の直線P₁P₂への投影点がT₁，T₂，…，
Ti，…となる。

〔演算方式について〕

つぎに所望の直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→を最小二乗
法を
使い求める演算方式について説明する。所望の直
線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→上の点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
は一
般的に次式で表らわされる。

Ｘ＝X₀＋λt Ｙ＝Y₀＋μt Ｚ＝Z₀＋νt …(1) こゝにλ，μ，νは求めるべき直線
Ｐ_１′Ｐ_２′――――→の方向余弦、X₀，Y₀，Z₀は求め
る
べき直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→の延長線と面３３との
交点
（たとえばPi）の座標、ｔは点P₁′から
Ｐ_１′Ｐ_２′――――→上の任意の点までの距離である
。サ
ンプリングデータS₁，S₂，…，Si，…とＰ_１Ｐ_２―――
→
への投影データT₁，T₂，…，Ti，…から最小二
乗乗法により(1)式を求めよう。

サンプリングデータS₁，S₂，…，Si，…Snの
座標をxi，yi，ziとし、この座標xi，yi，ziから
直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→に下ろした垂直の足の座標
を
Xi，Yi，Ziとすると、下記の(2)式を最小にする
ようなX₀，Y₀，Z₀，λ，μ，νが求められれば
(1)式が求まることになる。

Ｍ＝_o 〓ⁱ⁼¹ ｛（Xi−xi）²＋（Yi−yi）²＋（Zi−zi）²｝ (2) 即ち Mx＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Xi−xi）²を最小にするX₀，λ My＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Yi−yi）²を最小にするY₀，μ Mz＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Zi−zi）²を最小にするZ₀，ν が求まればよい。

Mxを最小にするX₀，λは次の正規方程式で与
えられる。

nX₀＋（_o 〓ⁱ⁼¹ ti）λ＝_o 〓ⁱ⁼¹ xi (3) （_o 〓ⁱ⁼¹ ti）X₀＋（_o 〓ⁱ⁼¹ ti）²λ＝_o 〓ⁱ⁼¹ tixi (4) なお、ここでｎはサンプリング個数がある。ま
た、tiは求めるべき線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→上の投影
点と
求めるべき始点P₁′間の距離である。(3)，(4)式で
距離tiが既知でない限りX₀，λは求まらない。し
かし距離tiは求めるべき直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→上
の交
点P₁′からの距離であるから、本質的に未知数で
ある。今ここで、距離tiを教示線Ｐ_１Ｐ_２―――→上の
投
影点Tiと点Ｐの距離であると近似的に考えると、
距離tiは既知数となる。線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→と線
Ｐ_１Ｐ_２―――→が平行であれば距離tiを点Tiで求めて
も
誤差はなくなる。

ワーク誤差等に起因する教示線からの位置ずれ
は一般にあまり大きくはなく、大きくてもせいぜ
い10mm程度であり、線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→と線Ｐ_１
Ｐ_２―――→
の平行度のずれもそれ程大きくないので、この近
似で十分に実用性がある。

よつてｎケのサンプリングデータの記憶後、
(3)，(4)式よりX₀，λは求まる。同様に（Y₀，
μ），（Z₀，ν）も求められる。よつて(1)式が求め
られる。P₁′とP₂′間でｎケのサンプリングがなさ
れるので、この求めた(1)式のＸ，Ｙ，Ｚ値は点
P₂′の座標を表わす。この場合P₁′点の座標は(1)式
でｔ＝０とおきP₁′（X₀，Y₀，Z₀）となる。

第１図では教示された第１パスを基準にしたス
ケーリングシフトについて説明したが、プレイバ
ツク時、各作業ステツプごとに第２図で説明した
回帰直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→を求め、それらをつな
ぎ合
わせた軌跡を基準にスケーリングシフトを行なわ
せようとするのが本発明の主旨である。

各作業ステツプ毎に求めた回帰直線の終点と次
のステツプの回帰直線の始点は一般に一致せず連
続した直線にならない。

〔不連続について〕

第３図は不連続直線をつなぐための共通垂線の
考え方を示す図である。P₁′P₂′は１つの作業ステ
ツプにおける回帰直線の始点と終点、P₂″，P₃′は
次の作業ステツプにおける回帰直線の始点と終
点、AB→は点P₂″を通り線P₁′P₂′と平行な直線、
CD→は線P₂″P₃′と線AB→の外積方向のベクトル、Ｅ
は線P₂″P₃′とCD→の定める平面、Ｗは平面Ｅと線
P₁′P₂′との交点、W′は点Ｗから線Ｐ_２″Ｐ_３′――
―――→に
おろした垂線の足、ＷＷ′――→は共通垂線である。

第４図は線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→と線Ｐ_２″Ｐ_３′
―――――→が同
一平面上にあるときの例である。このとき共通垂
線ＷＷ′――→は線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→上の点とな
る。共通垂
線でつないだ直線の群が第１パスの軌跡となる。
例えば第３図ではP₁′→Ｗ→W′→P₃′、第４図では
P₁′→Ｗ→P₃′というようにつないでいく。

〔スケーリングシフトについて〕

ここで簡略化のため、以降、各作業ステツプの
終点と次のステツプの始点が一致すると考える。

本発明の主旨から考えて、この仮定は大きく逸
脱していないから、あえて説明の簡略化のため省
略するに過ぎず、本事項の詳細説明を省くとして
も、本発明の有効性を何ら阻害するものではな
い。

第５図は第１図で説明したスケーリングシフト
をより詳細に説明するための図である。第１図で
の教示点P₁，P₂，P₃を回帰直線の始点、終点
P₁′，P₂′，P₃′と読みかえ、８を第２パスオフセ
ツト量教示点４から回帰直線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→へ
のオ
フセツト量と読みかえる。

今ここで、第２図で説明した回帰直線Pi（X₁，
Y₁Z₁），P₂′（X₂，Y₂，Z₂），P₃′（X₃，Y₃，Z₃）の
座標値が求まつている。またQ₁（X₁′，Y₁′，Z₁′）
は教示されているから既知である。ここでオフセ
ツト量８をｄとする。線Ｐ_１′Ｐ_２′――――→と並行
で点
Q₁を通る直線と直線２を中心軸線とした半径ｄ
の円柱との交点Q₂（X′，Y′Z′）の座標は X′＝X₁′＋ｅ・Ｕ Y′＝Y₁′＋ｆ・Ｕ Z′＝Z₁′＋ｇ・Ｕ (5) ここでＵは点Q₁とQ₂間の長さｅ，ｆ，ｇは直
線Q₁Q₂、したがつてP₁′P₂′の方向余弦である。

(6)〜(8)式のように方向余弦ｅ，ｆ，ｇは求ま
り、（X₁′，Y₁′，Z₁′）も既知であるから、長さＵ
が求まれば点Q₂の座標は求まる。即ちスケーリ
ングシフト演算の問題は、点Q₁，Q₂間の長さＵ
を求める問題に帰着する。

つぎに長さＵを求めよう。

点Q₂から直線２に下した垂線の長さはｄであ
るから ｄ＝√²−（′・＋′・
＋′・）²(9) ここで Ｌ；_{2 2}′の距離 Lx，Ly，Lz；距離ＬのＸ，Ｙ，Ｚ成
分 e′，f′，g′；線Q₂Q₃の方向余弦、即ち
線P₂′P₃′の方向余弦 (10)式に(5)式を代入すると、 Lx＝X′−X₂＋ｅ・Ｕ (14) Ly＝Y′−Y₂＋ｆ・Ｕ (15) Lz＝Z′−Z₂＋ｇ・Ｕ (16) (9)式の平方根中の第２項に(14)〜(16)式を代入する
と、 e′Lx＋f′Ly＋g′Lz＝e′（Xi−X₂）＋f′（Y₁′−Y
₂）
＋g′（Z₁′−Z₂）＋（ee′＋ff′＋gg′）Ｕ (17) ここで、＜Q₁P₂′P₃′＝ｗ、線P₁′P₂′と線P₂′P₃′
の
なす角をθとする。

点P₁′，P₂′，P₃′，Q₁群が既知であるから、角
ω，θは既知であり、次式が成り立つ cosθ＝ee′＋ff′＋gg′ (18) ここで e′（X₁′−X₂）＋f′（Y₁′−Y₂）
＋g′（Z₁′−Z₂）／cosω＝Ｈ(19) とする。

式(18)，(19)を(17)式に代入すると、 e′Lx＋f′Ly＋g′Lz ＝Hcosω＋Ucosθ (20) (20)式を(9)式に代入すると、 L²＝（Hcosω＋Ucosθ）²＋d² (21) ∠P₁′P₂′Q₁＝とするとも既知であり次式が
成り立つ。

L²＝U²＋H²−2U.H cos (22) （21），（22）式より U²＋H²−2U.Hcos−（Hcosω ＋Ucosθ）²−d₂＝０ (23) が成り立つ。

ここでＨ，cos，cosω，cosθは既知であり、
オフセツト量の長さｄが求まれれば、長さＵは
（23）式2″求められる。

点Q₁から線１に垂線を下したオフセツト量８
がｄである故 ｄ＝√（′）₂−（′＋′＋′）²
(24) ここにL′；線_{1 1}′の距離 L′x，L′y，L′z；L′のｘ，ｙ，ｚ成分 Lx′＝X₁′−x₁ Ly′＝Y₁′−y₁ Lz′＝Z₁′−z₁ Lz′＝Z₁′−z₁ L′＝√（₁′−₁）²＋（₁′−₁）²＋（₁′−
₁）²…(25) 方向余弦ｅ，ｆ，ｇは(6)，(7)，(8)式で与えら
れ、（25）式よりLx′，Ly′，Lz′，L′が求まるか
ら、（24）式よりオフセツト量ｄが求まる。よつ
て（23）式より長さＵが求められ、(5)式より点
Q₂（X′，Y′，Z′）座標が求められることになる。
同様の演算で点Q₃，Q₄，…群は全て求められる。

〔装置例について〕

第６図は、ロボツト制御装置のブロツク図であ
る。１０１はロボツト制御を統括するマイクロプ
ロセツサー（cpu）、１０２は第１の座標変換演
算器で、ロボツト個有の座標系に基づくロボツト
各軸位置を直交演算座標系へ変換する演算器、１
０３は第２の座標変換演算器で、直交演算座標系
で表わされたロボツト位置をロボツト座標系に基
づくロボツト各軸位置へ変換する演算器、１０４
は回帰直線演算器で、第２図で説明したサンプリ
ングデータSi〜Snと教示軌跡Ｐ_１Ｐ_２―――→，_{2 3}
，
…等とから最小二乗法により回帰直線₁′′，
P₂′P₃′…を順次に求める演算器、１０５はスケー
リングシフト演算器で、第５図で説明した
Ｐ_１′Ｐ_２′――――→，₂′₃′と点Q₁，₂′₃
′，₃′₄′と
Q₂，…等からスケーリングシフト点Q₂，Q₃，…
を順次に求める演算器、１０６はメモリ、１０７
は直線補間器で、直交演算座標系で与えられた直
線の始点との座標値間を、教示された接線速度を
保ちながら直線を実現するための補間器、１１３
はテイーチボツクス、１０８は切替回路で、教示
モードのときはテイーチボツクス１１３よりの指
令をサーボに伝達し、プレイバツクモードのとき
は、第２の座標変換演算器１０３の出力をサーボ
に伝達する切替回路、１０９は図示省略のロボツ
トの１つの駆動軸のサーボ駆動回路で、他の駆動
軸に対応するサーボ駆動回路は省略してある。１
１０はロボツトの１つのサーボメカニズム、１１
１はロボツトの１つの軸の位置検出器、１１２は
ロボツト手首ツール先端の位置を検出するセン
サ、１１４は複数のサーボ駆動回路への位置入力
指令信号、１１５はサーボ駆動軸の位置フイード
バツク信号、１１６は軌跡修正信号、１４０はサ
ーボ制御用の基準クロツク発生器（周期Ｋ）、１
４１は第２図で説明したサンプリング軌跡データ
の投影点T₁，T₂，…Ti，…間の距離ｈ（＝Ti−
T_i-1）の設定器、１４２は教示時、メモリ１０６
に検納されている接線速度Ｖの信号、１４３はサ
ンプリング信号発生器で、分周器とBRM
（BINARY RATE MULTIPLIER）で構成され
τ＝ｈ／ＶＫなる周期をもつサンプリング信号１４ ４を発生させる。

直線補間器１０７は、直交演算座標系で定義さ
れた始点、終点の座標値（X₁，Y₁，Z₁），（X₂，
Y₂，Z₂）と接線速度Ｖが与えられると、始点、
終点座標値からその間の距離Ｇを計算するととも
に、基準クロツクの発生器１４０により規定され
る既知なる周期Ｋごとの位置増分量δX，δY，δZ
を計算する。

また、基準クロツク毎にδX，δY，δZを積算し
現在値として保存しておく。センサ１１２による
軌跡修正が必要な基準クロツク時には、CPU
（101）より与えられ、軌跡修正量ΔX，ΔY，ΔZ
を上記の位置増分量δX，δY，δZに加算して積算
する。この積算値と前回基準クロツク時の現在値
の差δX′＝δX＋ΔX，δY′＝δY＋ΔY，δZ′＝δZ＋
ΔZが座標変換器１０３により、ロボツト座標系
に基づくロボツト各軸の増分位置に変換され、サ
ーボ駆動回路１０９への位置入力指令信号１１４
となる。サーボ駆動回路１０９は、信号１１４と
ロボツト軸位置検出器１１の出力１１５との差
を、PID補償等を行なつた後、電力増巾し、ロボ
ツトサーボメカニズム１１０を位置制御する。な
お、軌跡修正量ΔX，ΔY，ΔZは、センサ１１２
から直接与えられる場合もあり、CPU（101）で
データ処理したのち与えられる場合もある。補間
演算中、サンプリング信号１４４が発生される毎
に、CPU（101）はそのときの手首を含むロボツ
ト各駆動軸の合成として与えられる作業ツール先
端の位置を座標変換器１０２を通して直交演算座
標系に基づくサンプリング軌跡データS₁n，S₂n，
…，S_oｎとして読みとり、メモリ１０６へ格納す
る。また同時にCPU（101）は、そのときの教示
軌跡上への投影点の距離t_1o，t_2o，t_ooを、直線補
間器１０７より読みとり、メモリ１０６に格納す
る。

なお第６図では、サーボ駆動系の残りの軸の駆
動系は省略しているが、位置入力指令信号１１４
が各軸に対応して与えられる。

演算器１０２，１０３，１０４，１０５は、マ
イクロプロセツサ等で構成されており、１つのマ
イクロプロセツサで処理できるが、説明の便ぎ
上、４つに分割しているに過ぎない。センサ１１
２は、作業ツール先端位置が作業線そのものを検
出できるセンサであれば何でもよく、ビジヨンセ
ンサ、磁気センサ、アークセンサ等が考えられ
る。

第７図はセンサ１１２の出力１１６による軌跡
修正を説明するための図である。P₁，P₂は直線
補間さるべき教示点、１２０はロボツト手首ツー
ルの先端がたどるべきワークの実際の作業線、１
３１〜１３６はセンサ出力１１６に応答し位置修
正を行なう軌跡修正時のツール先端の動きで、前
記したようにΔX，ΔY，ΔZが０でないときの軌
跡、１２１〜１２６は軌跡修正後の次のセンサ出
力１１６がくるまでのツール先端の動きで、線
Ｐ_１Ｐ_２―――→に平行な軌跡をたどる（ΔX＝０，ΔY
＝０，ΔZ＝０）。

〔メモリについて〕

第８図はメモリ１０６構成を示す図である。第
８図を説明すると、図中のP₁〜P_oは、ロボツト
各軸位置のフイードバツク信号１１５を、第１の
座標変換演算器１０２により直交演算座標系に変
換した第１パスのｎステツプの教示点データ、Ｖ
は教示された直線補間の接線速度データ、Q₁，
R₁，…は第２パス、第３パス，…の直交演算座
標系に変換されたオフセツト量教示データ、S₁₁
〜S_o1，t₁₁〜t_o1は、第１パス第１ステツプのサン
プリングデータS₁〜S_oと投影点データt₁〜t_o，S₁₂
〜S_o2，t₁₂〜t_o2は、第１パス第２ステツプのサン
プリングデータS₁〜S_oと投影点データt₁〜t_o，S_1o
〜S_oo，t_1o〜t_ooは第１パス第ｎステツプのサンプ
リングデータS₁〜S_oと投影点データt₁〜t_o，P₁′，
P₂′はS₁₁〜S_o1，t₁₁〜t_o1とP₁，P₂とより演算され
た第１パス第１ステツプの回帰直線データ、P₂′，
P₃′はS₁₂〜S_o2，t₁₂〜t_o2とP₂，P₃とより演算され
た第１パス第２ステツプの回帰直線データ、
P_o-1′，P_o′はS_1o〜S_oo，t_1o〜t_11oとP_o-1，P_oとよ
り演算された第１パス第ｎステツプの回帰直線デ
ータ、Q₁〜Q_oはスケーリングシフト演算された
第２パスの第１ステツプ〜第ｎステツプの軌跡デ
ータ、R₁〜R_oはスケーリングシフト演算された
第３パスの第１〜第ｎステツプの軌跡データであ
る。

これらのメモリデータは全て直交座標値Ｘ，
Ｙ，Ｚで構成されている。

〔装置例の動作について〕

つぎに、第６図を主にして全体の動作を説明す
る。

まず最初に、教示モードで切替回路１０８がテ
イーチボツクス１１３側に切替わり、テイーチボ
ツクス１１３でロボツト各軸サーボの手動操作を
行なう。第１パス軌跡データを作るためにP₁，
P₂，…，Pn点を教示する。教示点のロボツト各
軸サーボメカニズムの位置信号１１５が、座標変
換演算器１０２により、直交演算座標系の位置
P₁，P₂，…，Pnとしてメモリ１０６に格納され
る。P₁，P₂，…，Pnの教示終了後、第１図の如
く、第２、第３パス、…のオフセツト量を定義す
る作業開始点Q₁，R₁…の教示を行ない、その教
示点データが変換演算器１０２により直交演算座
標系の位置Q₁，R₁，…としてメモリ１０６に格
納される。同時に接線速度Ｖが教示されメモリ１
０６に格納される。ここで切替回路１０８をプレ
イバツクモードに切替えた後、CPU（101）はメ
モリ１０６からP₁，P₂の座標データとＶを読み
出し直線補間器１０７にセツトする。直線補間器
１０７は基準クロツク毎に、センサ１１２より軌
跡修正信号１１６が指令されたときには、δX′＝
δX＋ΔX，δY′＝δY＋ΔY，δZ′＝δZ＋ΔZを、な
いときはδX′＝δX，δY′＝δZ′＝δZを増分位置と
して座標変換器１０３に入力する。その出力であ
る位置入力指令信号１１４により、作業ツール先
端は第７図に示すようにワーク作業線に沿うよう
サーボ制御される。その間、サンプリング点間の
距離設定器１４１で設定されたサンプリング間隔
で、サンプリング軌跡データS₁₁，S₂₁，…，S_o1
とその投影点データt₁₁，t₂₁，…，t_o1が、メモリ
１０６に格納される。第１パスの第１ステツプの
終点P₂に到達すると、CPU（101）はメモリ１０
６から第１パスの第２ステツプの始点P₂、終点
P₃の座標データを読み出し、直線補間器１０７
にセツトする。その後、前記動作をくり返し、第
１パス第２ステツプのサンプリング軌跡データ
S₁₂，S₂₂，…，S_o2とその投影点データt₁₂，t₂₂，
…，t_o2が、メモリ１０６に格納される。同様の
動作で第１パスのｎ個のステツプのサンプリング
軌跡データとその投影点データが、全てメモリ１
０６中に格納されることになる。

そこでCPU（101）はメモリ１０６から、第１
ステツプのサンプリング軌跡データS₁₁〜S_o1、そ
の投影点t₁₁〜t_o1とP₁，P₂とを読み出し、回帰直
線の演算器１０４へ入力する。演算器１０４はt_i1
〔xi₁，yi₁，zi₁〕とP₁〔X₁，Y₁，Z₁〕より、P₁−
t_i1間の距離t_iを次式により計算する。

t_i＝√（₁−_i1）²＋（₁−_i
1）²＋（₁−_i1）²−(27) また（S_i1〔x_i1，y_i1，z_i1〕よりx_i1を抽出しx_i＝
x_i1とする。それらを式(3)，(4)に代入し、X₀，λ
を求める。

同様に演算でY₀，μ，Z₀，γを求めた後、P₁
〔X₁，Y₁，Z₁〕とP₂〔X₂，Y₂，Z₂〕の間の距離を
求め近似的なｔとする。

ｔ＝√（₂−₁）²＋（₂−₁
）²＋（₂−₁）²−(28) これらにより(1)式を解き、P₂′点の座標を求め、
メモリ１０６に第１パス第１ステツプの回帰直線
データP₁′〔X₀，Y₀，Z₀〕とP₂′の座標を格納す
る。

第２ステツプ、第３ステツプ、…，第ｎステツ
プの回帰直線データも同様の手順で求めメモリ１
０６へ格納する。その後、CPU（101）はメモリ
１０６からP₁′，P₂′，P₃′，Q₁を読み出し、スケ
ーリングシフトの演算器１０５へ入力する。

演算器１０５はこれらの座標データからω，
θ，を求める。更に(11)〜(13)式に記したように
e′，f′，g′を求め、(19)式によりＨを求める。(6)〜
(8)式でｅ，ｆ，ｇを求め、（25），（24）式でｄを
求める。この求めたω，θ，，Ｈ，ｄを（23）
式に代入し、Ｕを求める。このｅ，ｆ，ｇ，Ｕと
Q₁点の座標より、第２パス第１ステツプの終点
〔第２ステツプの始点〕Q₂の座標を求めるために
(5)式を解く。このQ₂の座標をメモリ１０６へ格
納する。

次にCPU（101）は第２パス第２ステツプの終
点Q₃〔第３ステツプの始点〕の座標を求めるため
に、P₂′，P₃′，P₄′，Q₂をメモリ１０６から読み
出し、スケーリングシフト演算器１０５へセツト
する。演算器１０５は同様の演算を行ない、Q₃
の座標をメモリ１０６へ格納する。以下、同様に
して第２パスの第ｎステツプQnの座標データが
できあがる。

第３パスデータは上記のＱをＲと読みかえるだ
けでよい。全てのパスの全てのステツプ軌跡デー
タが作成完了後、直線補間の項で説明してのと同
じ動作により、作業ツール先端が所望のパス軌跡
をたどるよう軌跡制御される。

〔本発明の効果〕

以上、説明したことより明らかなように、多数
の作業ステツプから成るマルチパス作業の場合、
特にワークの寸法誤差、形状誤差、ワークセツト
のばらつき誤差等に起因するロボツトとワークの
相対位置誤差（第１パスの教示軌跡とワーク間の
位置誤差）があるマルチパス作業の場合、及びロ
ボツト作業時の歪み（熱歪み変形等）が生じるマ
ルチパス作業の場合、第１パスの軌跡と他のパス
のオフセツト量の教示だけで、位置ずれ検出用位
置検出センサからの位置ずれ情報に基づいて第１
パス教示軌跡を修正し、倣い作業を行つていると
きの各サンプリング時の軌跡修正情報を記憶して
おき、その記憶情報を最小二乗法により近似（回
帰）直線を求め、これを第１パス教示軌跡と入れ
替えこの近似直線をもとに第２パス、第３パス、
…の適正な軌跡を自動生成する。そのため教示軌
跡通りのワークがセツトされていないワークの多
パス作業が可能となる。第２パス、第３パス、…
の変更も作業開始点の教示修正のみでよいため、
教示時間が短縮される。また、ワークに寸法、形
状誤差がある場合でも、ワークセツトのばらつき
がある場合でも、ロボツト作業時の歪み変形があ
る場合でも、単一パス作業のみならずマルチパス
作業のロボツト化が可能となるので、精度管理が
難しい多品種小量生産ワークの自動化に大きく貢
献する。ワーク精度管理も不要、ワークセツトも
ラフでよくしかも加工歪み変形があつてよいた
め、治具が簡単になる経済効果は大きい。

検出精度の悪い作業線位置検出センサを使つて
も、そのミクロな検出値によるのではなく、平均
的検出値により制御されるので、ロボツト作業を
適正に行なうことができる。検出精度、分解能の
悪いセンサをも併用できるという、技術効果、経
済効果の意義は大きい。

サンプリング間隔が時間のかわりに距離で設定
される場合には、作業ツールの速度Ｖが大きくな
つてもサンプリング間隔距離が変わらず、回帰直
線精度が下がらないという特長をもつている。

詳細説明ではステツプ毎のサンプリング軌跡デ
ータとその投影データを全て記憶すると説明した
が、これは説明の容易さのため便ぎ上そうしたに
過ぎず、これらのメモリを共用にして各ステツプ
のプレイバツク終了後リアルタイムに（ロボツト
作業中の意）回帰直線を求めることによりメモリ
効率を上げることも本発明に含まれるには当然で
ある。いずれにしても時々刻々の修正位置を全て
メモリに記憶する方式「特開昭50−159445」に比
しメモリの減小効果は大きい。

また、本発明の記述は直線補間器をベースにし
たが直線補間器の代りに円弧補間器をそのまゝ当
てはめれば円弧補間付きマルチパス作業も簡単に
可能であるので、本発明に円弧補間付き軌跡制御
も含まれることは当然である。

また、作業ツール先端位置検出センサ付きで説
明したが、ワーク精度、治具精度の良いロボツト
作業ではセンサは不要であり、第１図で説明した
ように回帰直線演算器を省略し第１パスの教示軌
跡を基準にしてマルチパス軌跡を自動作成する機
能も当然本発明に含まれる。

および、パリ取り作業の場合、ロボツト手首に
装着された作業ツールがワーク側に切り込んでい
くため、ロボツト自体の手動操作で教示すること
は一般に困難である。

その場合、キーインプツトによる教示でマルチ
パスを自動作成する機能も容易に可能となる。

本発明による軌跡制御方式は多層盛溶接、グラ
インダによるベリとり等に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるスケーリングシフト演
算の基本的な説明図、第２図は他の例を説明する
図、第３図ならびに第４図はそれぞれ不連続直線
をつなぐための説明図、第５図はスケーリングシ
フトを説明する図、第６図は本発明の１実施例を
説明するブロツク回路図、第７図は軌跡修正を説
明するための図、第８図はメモリ構成を示す図で
ある。 第１図…P₁〜P₄：第１パス教示点、Q₁，R₁：
オフセツト量教示点、Q₂〜Q₄：求まつた点、R₂
〜R₄：求まつた点。 第２図…₁・₂：教示点、₁′・₂′：求めるべ
きパス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線補間、円弧補間機能を備えたテイーチン
   グプレイバツク方式の産業用ロボツトで多層溶接
   を行なわせる場合に、ロボツトの作業予定軌跡の
   うち第１パスの作業軌跡と各パス（第２パス、第
   ３パス、…）の開始点を教示し、ロボツト作業ツ
   ール先端に装着された軌跡位置ずれ検出用位置検
   出センサからの位置ずれ情報に基づいて各パスの
   教示作業軌跡を軌跡修正できるロボツトにおい
   て、 サンプリング間隙τごとに軌跡修正された作業
   ツール先端の位置とそのサンプリング位置での第
   １ステツプの教示軌跡上への投影位置とを記憶し
   ておき、第１パスのステツプの作業終了毎にその
   記憶データより最小二乗法により近似直線およ
   び、または近似曲線を求め、それをロボツトの第
   １パスの作業教示軌跡と入れ替え、その入れ替え
   られた前記近似直線及び、または近似曲線と前記
   教示された第２パスの開始点と第１パスの教示作
   業軌跡とのオフセツト量から第２パスの作業予定
   軌跡を生成し、それに基づいて同様の動作を行い
   第２パスの近似直線及び、または近似曲線を求め
   それを第２パスの作業予定軌跡と入れ替え、その
   入れ替えられた近似直線および、または近似曲線
   と前記教示された第３パスの開始点と第１パスの
   教示作業軌跡とのオフセツトから第３パスの作業
   予定軌跡を生成し、それに基づいて同様の動作を
   行い第３パスの近似直線および、または近似曲線
   を求めそれを第３パスの作業予定軌跡と入れ替
   え、順次同様の動作を行わせることにより自動多
   層溶接を行わせることを特徴とするロボツト多層
   溶接の軌跡制御方式。 ２ サンプリング間隔距離設定器で距離ｈを設定
   し、作業ツールの教示された速度Ｖとサーボ制御
   基準クロツク周期Ｋとによりτ＝ｈ／ＶＫなる演算 でサンプリング間隙τを求めることを特徴とした
   特許請求の範囲第１項記載のロボツト多層溶接の
   軌跡制御方式。