JPH0562366B2

JPH0562366B2 -

Info

Publication number: JPH0562366B2
Application number: JP60177835A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Suzuki; Yasuo Ishiguro; Hajime Amano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1993-09-08
Also published as: JPS6237706A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ロボツト性能計測装置に関するもの
で、詳しくは、動作中のロボツト作業部位の２次
元的位置を連続的に検出、記録して、軌跡精度、
速度、加速度変動を求める装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ロボツトの動作性能を計測する手段として、従
来、ロボツトの手先にボールペンを持たせ、製図
板上の基準パターンが描かれたグラフ用紙上で、
ロボツトを基準パターンに応じて教示し、再生時
に同一のグラフ用紙上に描いた軌跡を、基準パタ
ーンと比較し軌跡精度を求めている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、上記従来の技術では、次に述べるよう
な問題点があつた。

(1) ボールペンで紙上に実際にパターンを描かせ
るため、線の太さの影響で微少なずれ量を精度
よく測定できない。

(2) 基準パターン上に幾種類もの軌跡を描かせる
と各軌跡間の区別がしにくくなり、グラフ用紙
もすり減り、破れる可能性がある。

(3) 各時刻におけるボールペンの位置の情報はな
いので、再現速度、再現加速度は求められな
い。

本発明は、上記問題点を解決するためになされ
たもので、ロボツトの動作軌跡を高精度に、反復
再現性をもつて計測でき、しかも、動作軌跡だけ
でなく、速度および加速度も計測できるロボツト
性能計測装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するためになされた本発明は、
第１図において、少なくとも２次元動作をするロボツトＡの作業
部位Ｂに装着された位置発信源Ｃと、この位置発信源Ｃとの間に生じる物理作用によ
り位置発信源Ｃの位置を検出し、位置発信源Ｃの
２次元座標を出力するデジタイザＤと、このデジタイザＤから出力された上記位置発信
源Ｃの座標信号を設定時間毎にサンプリングする
サンプリング手段Ｅと、このサンプリング手段Ｅによりサンプリングし
た結果に基づいて位置発信源Ｃの軌跡、速度また
は加速度の少なくとも１つを演算する演算手段Ｆ
と、この演算手段Ｆの演算結果を表示する表示手段
Ｇと、を具備したことを特徴とするものである。

ここで、上記ロボツトは、多次元的動作を行な
うものを含み、少なくとも平面的な動作を行なう
ものであり、特に軌跡精度を重視する切削ロボツ
トや組立ロボツト等に有効で、教示に従つて再現
可能に作動させる制御駆動手段を有するものであ
る。

上記作業部位Ｂは、例えば、切削用ロボツトで
は、切削工具を装着した位置、およびこれに等価
の位置をいい、つまり、教示に従つて、目標位置
に動作させたい部分およびこれと等価の部位をい
う。

位置発信源Ｃと、デジタイザＤとは対となつて
おり、デジタイザＤは、位置発信源Ｃとの間に生
じる物理作用により位置発信源Ｃの位置を検出
し、位置発信源Ｃの座標位置を出力するもので、
デジタル方式またはアナログ方式あるいは混合方
法でもよく、電磁力を利用したものや、光を利用
したものなどの非接触タイプ、圧電効果を利用し
た接触タイプのものであつてもよい。

サンプリング手段Ｅは、予め設定した時間毎
に、デジタイザに信号を送り、座標信号を読み取
り、これを記憶する手段で、その結果を演算手段
Ｆに送るものである。

演算手段Ｆは、位置発信源Ｃの位置をXY座標
系の座標として求め、またはサンプリング手段Ｅ
で設定した時間と座標信号とにより速度または加
速度を求めるものである。

表示手段Ｇとしては、ブラウン管等の画像出力
装置の他、プリンタ等の出力装置を含むものであ
る。

［作用］本発明によれば、ロボツトの作業部位に装着さ
れた位置発信源ＣとデジタイザＤとの間に生じる
物理作用、例えば電磁誘導型であれば位置発信源
Ｃから発生した磁界をデジタイザＤが電圧変化と
して捉えることにより位置発信源Ｃの位置を検出
し、位置発信源Ｃの２次元座標を出力する。そし
て、このデジタイザＤから出力された位置発信源
Ｃの座標信号をサンプリング手段Ｅによりサンプ
リングした結果に基づいて位置発信源Ｃの軌跡を
演算すれば、ロボツトの軌跡、速度、加速度を精
度よく検出することができる。従つて、教示動作
に対応した基準パターンを予め設定し、この基準
パターンと軌跡とのずれを計測でき、そのうえ、
軌跡を設定時間毎の座標として検出することによ
り、軌跡の速度または加速度を計測できる。

［実施例］第２図において、１ａは性能試験されるロボツ
ト本体、１ｂは教示操作部で、作業者の教示で制
御装置１ｃによりロボツト本体１ａを３次元動作
させる。２は上記ロボツト本体１ａの手先に取り
付けられた位置発信源Ｃとしてのカーソルで、デ
ジタイザ３上から約0.5〜1.0mmの間隙を保つて動
作するように教示（テイーチング）される。上記
デジタイザ３は、カーソル２のＸ，Ｙ座標を設定
時間（例えば10ｍsec）毎にサンプリングするも
ので、一般に、その原理により電磁誘導型、磁気
検出型、磁歪型の３つのタイプに分類され、動作
中のカーソル２のＸ，Ｙ座標を高精度（±0.1mm
の絶対精度）で一定のサンプリング時間（10ｍ
sec程度）で検出できるものならいずれのタイプ
でもよい。ここでは、電磁誘導型のデジタイザを
使用している。すなわち、デジタイザ３の板内に
縦、横それぞれ２mm間隔で検出線が埋め込まれ、
カーソル２への通電により発生した磁界を上記検
出線の電圧の振幅の大小から電圧ピーク位置を
0.02mmの分解能で計算し、カーソル２のＸ，Ｙ座
標信号を求め、さらにＸ，Ｙ座標信号を各桁１バ
イトのアスキーコードに変換するものである。こ
の信号は、計測制御装置４の入出力ポート４ａを
介してCPU４ｂに送られる。CPU４ｂでは、シ
ステム全体の制御およびプログラムを記憶してい
るROM４ｃ、さらに位置データを一時的記憶す
るRAM４ｄに従つてデジタイザ２の座標信号が
処理される。上記CPU４ｂへの入出力信号は、
入出力ポート４ｅを介して外部装置と交信され
る。外部装置として、キーボード６、CRT７、
プリンタ８、プロツタ９およびデイスクドライブ
１０が設けられている。

つぎに、動作について説明する。

第３図は本実施例の全体的なフローチヤートを
示し、まず、基準パターンの入力には（ステツプ
11）、教示操作部１ｂへの教示で制御装置１Ｃに
よつてロボツト本体１をデジタイザ３上で２次元
動作させる。ロボツト本体１のカーソル２からの
電磁力は、デジタイザ３でＸ，Ｙ座標信号とな
り、計測制御装置４へ入力される。これにより、
教示点に対応する基準パターンのＸ，Ｙ座標を
CPU４ｂが読み取り、これを入出力ポート４ｅ
を介してCRT７へ表示する（ステツプ12）。そし
て、この各基準パターンの各点を直線補間または
円弧補間として基準パターンをCRT７へ表示さ
せる。

一方、ステツプ13の軌跡データの処理にあつて
は、教示後のロボツトを再生動作させ、デジタイ
ザ３からの位置データを所定のサンプリング時間
毎にCPU４ｂにて読み込み（ステツプ13）、軌跡
をCRTへ表示する（ステツプ14）。

そして、CRT７上に表示された基準パターン
と再生後のカーソルの軌跡とに基づいて、キーボ
ード６から、基準パターンと軌跡との２点を指定
し、両者のずれを算出することにより、軌跡精度
を測定する（ステツプ15）。さらに、軌跡データ
とサンプリング時間とに基づいて、カーソル２の
速度および加速度変動を求める（ステツプ16）。

つぎに第３図にて説明した各ステツプにおける
処理を第４図ないし第８図にて詳説する。

第４図は第３図のステツプ11，12を表わしたフ
ローチヤートで、まず、ステツプ41にて、基準パ
ターンを作成する各点間を円弧補間かあるいは直
線補間するかについてキーボード６からの入力に
より判定し、直線補間するのであれば、ステツプ
42へ進む。ここで、ロボツト本体１ａの教示動作
に従つて、教示した２点をデジタイザ３から出力
させてCPU４ｂにて読み込む。この読み込んだ
基準パターン点のＸ，Ｙ座標をRAM４ｄに格納
し（ステツプ43）、基準パターンの点を直線補間
計算し、CRT７に表示する（ステツプ44）。一
方、ステツプ41にて、円弧補間を選択した場合に
は、教示した３点をデジタイザ３から読み込み
（ステツプ45）、３点をRAM４ｄに格納し（ステ
ツプ46）、３点を円弧間計算し、CRT７に表示
する（ステツプ47）。ついで、ステツプ48にて、
基準パターンのデータの処理を繰り返すべくステ
ツプ41へ戻るか否かの判断をし、全てのデータの
入力が終了したとき、基準パターンの作成が完了
する。この基準パターンを、第９図でＡ，Ｂ，Ｃ
…の各点を補間した２点鎖線にて示す。

なお、上記ステツプ42，45において、基準パタ
ーンのデータの入力として、デジタイザ３からの
入力を用いたが、この代わりに、キーボード６に
てＸ，Ｙ座標を入力して基準パターンを作成し、
この基準パターンに一致させるように、ロボツト
本体１ａを移動させ、CRT７上にてカーソル２
の動きで一致した点を教示点として指令してもよ
い。

一方、第３図のステツプ13のフローチヤート
は、第５図にて表わされる。すなわち、ステツプ
51にて、取込み点数カウンタを０にセツトし、つ
いでステツプ52にて、取込む点数Ｎをキーボード
６から入力する。つぎのステツプ53にて、CPU
４ｂから入出力ポート４ａを介してデジタイザ３
へＸ，Ｙ座標読み取り指令を出して、ステツプ53
にて、デジタイザ３によるカーソル２のＸ，Ｙ座
標を読み取る。この後、ステツプ55にて、読み取
りが完了したか否かを判定し、完了したと判定し
たときには、読み取つたＸ，Ｙ座標をメモリ
（RAM４ｃ）に格納する（ステツプ56）。そし
て、つぎに、読み込み点数を１つ加算し（ステツ
プ57）、読み込み点数ＩがＮに達しているか否か、
つまり全ての読み込みが終了したか否かを判定し
（ステツプ58）、終了していないときには、前回の
点の座標の読み込みから10ｍsec経過するまで待
ち（ステツプ59）、次の点の座標読み込みの為に、
ステツプ53に戻る。そして、ステツプ53からステ
ツプ59までの処理を繰り返し実行し、読み取り点
数がＮに達したとき、デジタイザからの座標読み
取りは終了する。

上記処理による軌跡データは、第６図に示すフ
ローチヤートに示す処理で、CRTに表示される。
RAM４ｄに格納された軌跡データのうち、最初
の軌跡データにアドレスを設定して（ステツプ
61）、設定したアドレスの座標値xi，yiをCPU４
ｂで読み込み（ステツプ62）、その読取座標を
CRT７上の座標系に換算してプロツトの指示を
行なう（ステツプ63）。そして、つぎのステツプ
64にて、軌跡データのプロツトがすべて終了した
か否かの判定を行ない、終了していないときに
は、次の軌跡点のデータのアドレスを設定したの
ち（ステツプ65）、ステツプ62へ戻り、読み込み
データの処理を繰り返し、すべてのデータ処理を
実行する。この軌跡データのCRT７上への表示
例を第９図の２実線（ａ，ｂ，ｃ…）にて示す。

第３図のステツプ15の処理は、第７図のフロー
チヤートにて実行される。ステツプ71にて、
CRT７上で第９図のように、基準パターン（２
点鎖線）と軌跡（２実線）を拡大する。そして、
軌跡と基準パターン上の２点をキーボード６から
の入力により指示する。ここでは、例えば、基準
パターンとしてＢ点、軌跡としてｂを指示し（ス
テツプ72）、この間のずれを測定する。すなわち、
ステツプ72にて、指示した２点をデジタイザ３上
でのＸ，Ｙ座標値に換算し、RAM４ｄに格納
し、ついで、ステツプ74にて、２点間の距離を計
算し、CRT７上に表示する。つぎに、ステツプ
75に進み、測定が全て終了した場合には、作業を
終し、再開を要すれば、ステツプ71に戻る。

第３図のステツプ16における速度、加速度変動
の計算処理は、第８図のフローチヤートにより実
行される。同図において、最初に、軌跡を表示し
たCRT７上で変動測定領域の開始点と終了点を
指示し（ステツプ81）、つぎに、開始点のデータ
にRAM４ｄのアドレスを設定し（ステツプ82）、
その設定アドレスから順次２点のデータ、xi，yi
とxi＋１、yi＋１をCPU４ｂに取込む（ステツプ
83）。そして、上記２点間の速度を計算し、速度
用のメモリに格納する。上記速度の計算は、次式
で示すように、２点間の距離をサンプリング時間
（ここでは10ｍsec）で除すことにより求められる
（ステツプ84）。

Vi＋１＝｛（xi＋１−xi）²＋（yi＋１−yi）²｝^1／2／10（
ｍsec）つぎに、ステツプ85にて、１回前の速度データ
viがメモリに格納されているか否かを判断し、格
納されていなければ、xi，yiが開始点であるの
で、viが求められず、ステツプ86に進み、xi，yi
だけをCRT７上に表示する。一方、ステツプ85
にて、viのデータがあると判断されたとき、ステ
ツプ87へ進み、速度変化（vi＋１−vi）をサンプ
リング時間（10ｍsec）で割り、加速度ai＋１を
求めて加速度用メモリに格納する。つぎに、ステ
ツプ88が実行され、aiの加速度データがメモリに
格納されているか否かを判断し、格納されていな
ければ、xi，yiは開始点から２点目であるので、
aiは求められず、ステツプ89へ進み、xi，ｙ，vi
をCRT７に表示する。一方、ステツプ88にてai
のデータがあれば、ステツプ90に進み、xi，yi，
vi，aiをCRT７に表示する。そして、ステツプ
91にて、xi＋ｙ，yi＋１が終了点であれば、作業
を終了させ、終了点でなければ、作業を続けるた
めに、次のステツプ92で次の軌跡点データのアド
レスを設定した後、ステツプ83へ戻る。

従つて、上記実施例によれば、従来のグラフ用
紙に軌跡を描かせる方式に比べ、電気的にデジタ
イザ上のカーソルの位置を絶対精度±0.1mmで検
出するので、精度の高い軌跡精度評価が行える。

しかも、デジタイザ３を用いているので、従来
技術のように、軌跡の区別も不明瞭になることが
なく、グラフ用紙等も破れず、再現性に優れてい
る。

さらに、カーソルの位置を10ｍsecの一定サン
プリング間隔で測定することにより、ロボツトの
速度変動、加速度変動の測定結果も得られる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、ロボツ
ト軌跡の計測を精度よく行なうことができ、ま
た、繰り返し計測も容易である。また、軌跡の速
度および加速度変動も容易に求めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す概略構成図、第２
図は本発明の一実施例を示す構成図、第３図ない
し第８図は同実施例のフローチヤート、第９図は
同実施例を説明する説明図である。１ａ…ロボツト本体、１ｂ…教示操作部、１ｃ
…制御装置、２…カーソル（位置発信源Ｃ）、３
…デジタイザ(D)、４…計測制御装置、７…CRT
（表示手段Ｇ）。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも２次元動作するロボツトの作業部
位に装着された位置発信源と、この位置発信源との間に生じる物理作用により
位置発信源の位置を検出し、位置発信源の２次元
座標を出力するデジタイザと、このデジタイザから出力された上記位置発信源
の座標信号を設定時間毎にサンプリングするサン
プリング手段と、このサンプリング手段によりサンプリングした
結果に基づいて位置発信源の軌跡、速度または加
速度の少なくとも一つを演算する演算手段と、この演算手段の演算結果を表示する表示手段
と、を具備したことを特徴とするロボツト性能計測装
置。