JPH0614285B2 - 産業用ロボットの自動教示方式 - Google Patents

産業用ロボットの自動教示方式

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JPH0614285B2
JPH0614285B2 JP58147367A JP14736783A JPH0614285B2 JP H0614285 B2 JPH0614285 B2 JP H0614285B2 JP 58147367 A JP58147367 A JP 58147367A JP 14736783 A JP14736783 A JP 14736783A JP H0614285 B2 JPH0614285 B2 JP H0614285B2
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伊藤  隆
多加夫 和田
澄広 上田
孝夫 金丸
真明 平山
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/42Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/423Teaching successive positions by walk-through, i.e. the tool head or end effector being grasped and guided directly, with or without servo-assistance, to follow a path
    • GPHYSICS
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/36Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36441Follow contour, line with sensor and record points
    • GPHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、記憶再生方式の産業用ロボットにおいて、そ
の教示作業を自動的に行う自動教示方式に関する。
〔従来技術〕
周知のように、記憶再生方式の産業用ロボットにおいて
は、あらかじめロボットの手を制御すべき位置と姿勢に
逐一誘導して覚え込ます(記憶する)必要がある。これ
が教示作業と呼ばれているものである。この教示作業を
行うことにより、以後、ロボットは該教示作業で覚え込
まされた通りの作業を繰り返し何回でも実行することが
可能になる。
上記教示作業の自動化には、センサを用いて自動的にロ
ボット手先を加工対象物の稜線等(目標軌跡)に倣わせ
ながら誘導し、その位置データを記憶する方式が考えら
れる。このセンサでロボット手先を誘導する場合には、
センサおよびロボットからなるサーボ系が構成される。
このとき、目標軌軌跡(ここでは稜線とする)からのず
れがセンサの検出値に対応し、この値を用いてサーボ系
としての誤差がゼロとなるように制御が行なわれる。
ところで、教示作業の自動化では、稜線方向に沿って一
定の偏差(ランプ(速度)入力に相当)を与えることに
よって、ロボットを一定の速度で移動させながら教示を
行なうことになるが、この場合、必ずサーボ系としての
定常偏差(オフセット)が発生し、センサとロボットと
を含めたトータルなサーボ系としてもオフセットが発生
する。従来は、サーボ系としてのゲインをなるべく大き
くとることにより、このオフセットを抑え込み、ロボッ
トの手先位置データを直線教示データとして記憶してい
た。しかし、ゲインを上げるとロボットの動作が震動的
になるため、ゲインは必要以上に大きくできず、オフセ
ットを抑え込むには限界があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記従来の自動教示方式の問題点を除
去し、ゲインを上げることなく、見掛け上、ゲインを大
きくしたと同等の作用効果を達成して、オフセットの減
少がもたらされる教示データを得ることにある。
〔発明の概要〕
本発明では、ロボットの手先に取り付けたセンサで該ロ
ボット手先の現在値と目標軌跡との偏差を検出し、該セ
ンサの出力値に目標軌跡方向の一定の偏差値を加えたも
のを偏差 とし、該偏差 に一定の係数(ゲイン)を乗じ、これにロボット手先の
現在値 を加えたものを指令値 とし、該指令値によりロボット手先を目標軌跡に沿って
自動的に誘導しながら、一定時間間隔で、逐次、上記指
令値 と偏差 を加算した値を教示データとしてメモリに記憶するよう
にしたことである。
上記指令値 と偏差 を加算した値を教示データとすることにより、後述する
ように、再生動作時、見掛掛上、ゲインを大きくしたと
同等の効果が得られ、オフセットを減少させることが可
能になる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例を説明するための全体構成図
である。第1図において、1は産業用ロボットであり、
再生動作時、その手6にツールを把持し、制御装置10
の指示に従い手6の位置と姿勢を制御して加工対象物
(以下、ワークと呼ぶ)2に対し所定の作業を行う。7
は教示作業のときロボット1の手6に把持して用いられ
るセンサ、8は再生動作のとき同じく手6に把持して用
いられるツールであり、通常、これらのセンサ7とツー
ル8は待機スタンド9に収容されている。ここで、セン
サ7は距離/姿勢検出部と稜線位置検出部からなり、ワ
ーク2の表面に対する距離と姿勢および該ワーク2の稜
線5の位置を光電手段により検出するもので、簡単に云
えば、距離/姿勢検出部は、3個以上の点光源からの光
をワーク2の表面に順次照射し、その反射光を2次元光
検出器で受光する構成とすることにより、ワーク2の表
面(反射点)に対する距離と姿勢を検出することがで
き、また、稜線位置検出部は稜線5の斜め上方からスリ
ット光を稜線5に交差するように照射し、その反射光を
1次元検出器で受光する構成とすることにより、ワーク
2の稜線5の位置を検出することができる。なお、かか
るセンサは本出願人により特開昭58−11919号と
して既に提案しているので、これ以上の具体的構成の説
明は省略する。
以下、本実施例においては、産業用ロボット1の作業内
容はワーク2の点3(以下、始点と呼ぶ)から他の点4
(以下、終点と呼ぶ)までの稜線5に沿って溶接を行う
ものとする。したがって、以下ではツール8をトーチと
して説明する。第2図は、この場合に自動教示作業の手
順を説明する図で、(イ)図はワーク2とセンサ7の関
係の平面図、(ロ)図は同側面図である。自動教示は次
の手順で行われる。
(1)制御装置10の制御下で、ロボット1の手6が待機
スタンド9からセンサ7を把持する。
(2)センサ7をあらかじめ設定した点11(ワーク2を
設置するとき、ワーク2が基準位置からずれても、ワー
ク2の上方にセンサ7が位置する点であって、かつ始点
3に近い点とする)に移動させる。
(3)センサ7の距離/姿勢検出部15の出力が所定の値
になるようにワーク2の表面に対するセンサ7の距離と
姿勢を制御し、該センサ7を点12へ移動させる(距離
/姿勢制御モード)。
(4)距離と姿勢を制御しながらセンサ7をあらかじめ設
定した方向(稜線5が存在する方向)へ移動させ、セン
サ7の稜線位置検出部16の出力が所定の値になる点1
3を探索する(稜線探索モード)。
(5)センサ7の距離/姿勢検出部15の出力値を所定の
値に保ちながら線14に沿って、センサ7をあらかじめ
設定した方向(始点3が存在する方向)へ移動し、稜線
位置検出部16の検出値が急変する点を始点3とみなす
(始点探索モード)。
(6)センサ7を始点3からあらかじめ設定した方向(終
点4が存在する方向)へ、距離/姿勢検出部15の出力
値を所定の値に保ちながら線14に沿って移動する。こ
の時、一定時間間隔で教示データを生成し、逐次、制御
装置10内の記憶部に記憶させる(誘導・記憶モー
ド)。
(7)センサ7の稜線位置検出部16の検出値が急変する
点を終点4とみなし、誘導・教示モードを終了する。
以上のようにして自動教示作業が終了した後、産業用ロ
ボット1はセンサ7を待機スタンド9にもどし、代って
トーチ8を把持することにより、制御装置10に記憶さ
れた教示データを読出して実作業(再生動作)を行う。
第3図は本発明の一実施例の産業用ロボットの制御系の
ブロック図を示したもので、これによりロボットの制御
法及び教示データの生成法を説明する。なお、ロボット
1は各動作軸の位置決め制御系を含んでいるが、第3図
では省略されている。
教示作業時、産業用ロボット1の手6に把持されたセン
サ7からは、該センサ7に固定した座標系(センサ座標
系Xs−Ys−Z)において、稜線の位置の偏差Δys
ワーク2までの距離の偏差ΔZsおよび姿勢の偏差Δ
αs,Δβs(それぞれXs,Ys軸まわりの回転角)が出
力される。これらのセンサ出力値は座標変換演算器17
によって空間上に固定された座標系(絶対座標系X−Y
−Z)の値(偏差) に変換される。なお、この演算器17には、センサ出力
値の他に、センサ7をセンサ座標系のXs軸方向に移動
するための一定の偏差信号、即ち、ランプ(速度)入力
に相当する信号ΔXsが入力される。この信号ΔXsは距
離/姿勢制御モードおよび稜線探索モードでは“0”、
始点探索モードでは所定値 誘導/教示モードでは所定値 の値とする。また、この演算器17には、稜線探索モー
ドの時、センサ7の検出範囲内に稜線5が入るまではΔ
sのかわりに所定値Δysを入力して、稜線5の方向へ
センサ7を移動させる。
座標変換演算器17の出力値(偏差) は、係数器18によって所定の係数(kとする)が乗せ
ぜられた後、加算器19に入力され、ロボット1の各動
作軸の現在値 (これはエンコーダ等で検出する)を座標変換演算器2
0に入力して演算された絶対座標系におけるセンサ7の
位置姿勢の現在値 と加算され、指令値 が出力される。したがって、指令値 は(1)式で表わされる。
ロボットは、いわゆるサーボ系であり、積分要素を1つ
もつI型の制御対象である。このような制御対象に積分
制御を用いると、理論的には定常偏差(オフセット)を
ゼロにできるが、過度特性の遅い系となり、これを避け
るために比例制御を用いる。(1)式中の係数kは、この
比例制御における、いわゆる比例定数である。
加算器19から出力される指令値 は、再生モード以外では座標変換演算器21に入力さ
れ、ロボット1の各動作軸の位置指令値 に変換されて出力され、自動教示作業が逐行される。こ
の時、比例制御を用いてロボットを誘導するため、セン
サおよびロボットからなるサーボ系としてのオフセット
が発生する。(1)式の係数kを大きくとれば、オフセッ
トは小さくできるが、系が振動的となり、係数kは必要
以上に大きくできない。したがって、教示データとして
指令値を をそのまま取得すると、再生動作時、目標軌跡(第1図
の例では稜線4)との間に誤差が生じる。
そこで、第3図では、上記オフセットを減少させるた
め、自動教示作業において、加算器19から出力される
指令値 と座標変換演算器17から出力される偏差 とを加算器22に入力し、該加算器22の出力値 を教示データとして、 で記憶部23に記憶する。即ち、記憶データ は(2)式で表わされる。
再生モードにおいては、記憶部23に記憶された値 が順次補間演算器24に入力されて、再生時の指令値が
作成され、演算器21を介してロボット1の各動作軸の
位置指令値 となる。
なお、第3図の座標変換演算器17、係数器18、加算
器19、座標変換演算器20、21、加算器22、記憶
部23、補間演算器24などは第1図における制御装置
10に具備されるものである。その場合、各部をそれぞ
れハードロジックで個別に構成してもよいし、全体をコ
ンピュータで代替えさせてもよい。
また、以上の実施例の説明では、教示データを一定時間
間隔で逐次メモリに記憶させるとしたが、メモリの節約
のため、第4図に示すように、一旦バッファメモリ2
5、26に交互に取り込みながら、教示データ編集部2
7によって直線または円弧で補間できる部分はそれぞれ
直線部を2点、円弧部を3点程度のみに編集し、記憶部
23に記憶させてもよい。
次に、(2)式に表わされるところの、教示データとして
指令値Xrを加算することにより、オフセットを減らすことができ
ることを具体例で示す。ここでは、簡単のため第3図の
ブロック図で、係数器18の係数をk=2とし、センサ
7の出力値のうちΔysについて示す。
第5図は目標値に達する前の状態(目標値100に対し
て現在値90)であり、この場合は第7図に示すよう
に、教示データ は120で指令値yrの110より大きくなり、より誤
差を減少させる方に効く値となっている。一方、第6図
は目標値に達した後の状態(目標値100に対して現在
値110)あるが、この場合は第7図に示すように、教
示データ は80で指令値yr90よりも小さくなり、やはり、よ
り誤差を減少させる方に効く値となっている。
このように、 を加算することにより、教示データはいずれの場合もオ
フセットを減少させることができる。すなわち、見掛け
上、ゲインを大きくしたと同等の効果が得られる(単純
にゲインkを大きくすると系は振動する)。
以上、アーク溶接作業の教示を例にとって説明したが、
本発明は充填剤をワークの隙間に塗装するシーリング作
業の教示、その他に適用できるとは云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上の説明のごとく、本発明によれば、ロボットの手先
にセンサを取り付け、該ロボットを目標軌跡に沿って一
定速度で誘導させながら教示データを自動的に得る自動
教示方式において、センサとロボットを含むサーボ系の
ゲインを必要以上に大きくすることなく、再生動作時に
オフセットを減少できる教示データの自動取得が可能に
なり、産業用ロボットによる高精度作業に寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の全体構成図、第2図は自動
教示の手順を説明する図、第3図は本発明の一実施例の
産業用ロボットの制御系のブロック図、第4図は教示デ
ータの記憶方法の他の実施例を説明する図、第5図乃至
第7図は本発明の作用・効果を説明する図である。 1…ロボット、2…加工対象物(ワーク)、 6…手、7…センサ、 8…トーチ、10…制御装置、 17,20,21…座標変換演算器、 18…係数器、19,20…加算器、 23…記憶部、24…補間演算器。
フロントページの続き (72)発明者 上田 澄広 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 金丸 孝夫 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 平山 真明 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭52−75763(JP,A) 特開 昭56−33175(JP,A) 実開 昭57−71788(JP,U) 特公 昭58−28024(JP,B1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】記憶再生方式の産業用ロボットにおいて、 ロボットの手先を指令値により目標軌跡に沿って自動的
    に誘導しながら、逐次、一定時間間隔で教示データをメ
    モリに記憶する自動教示方式であって、 前記ロボットの手先に取り付けて、該ロボット手先の現
    在値と目標軌跡との偏差を出力するセンサ手段と、 前記センサ手段の出力値に目標軌跡方向の一定の偏差値
    を加えて偏差 を出力する手段と、 前記偏差 に定数kを乗じ、 を出力する手段と、 前記ロボット手先の現在値 と前記 とを加算し、その値 を前記ロボットの手先を目標軌跡に沿って誘導する指令
    とする手段と、 前記指令値 と前記偏差 とを加算し、その値 を教示データとする手段と、 を有することを特徴とする産業用ロボットの自動教示方
    式。
JP58147367A 1983-08-12 1983-08-12 産業用ロボットの自動教示方式 Expired - Lifetime JPH0614285B2 (ja)

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JPS6039207A JPS6039207A (ja) 1985-03-01
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