JPH06259119A - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 （１）の位置姿勢が連続的に変化しても，
（２）ツールの動作する方向や姿勢が変っても適正なウ
イービングの陽動方向が保持される、協調動作をする産
業用ロボットの制御装置を提供すること。 【構成】 ワーク移動装置とツール移動装置とを備え
た産業用ロボットにおいて、連続する２個の教示点間に
ついての、ワーク座標系Σworkを基準としてツール座標
系Σtoolの座標原点の移動方向（進行ベクトル）を算出
し、ワークに対するツールの移動方向とツール座標系と
によって進行座標系（Ｘseam- Ｙseam- Ｚseam）を形成
し、前記進行座標系でウイービングやアークセンサ倣い
制御の演算を行った後、ワーク移動装置とツール移動装
置の操作量を算出し、両移動装置同時に駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本第１の発明は、溶接トーチ、シ
ーリングガン等のツールの位置および姿勢を変化させる
ことができるツール移動装置と、被作業物であるワーク
の姿勢および位置を変化させることができるワーク移動
装置とを有し、ツールとワークとを協調して同時に移動
させながら作業を行う産業用ロボットの制御装置に関
し、ワークの作業位置に対してツールを被加工線と直角
方向に揺動動作させる、いわゆるウイービング動作をと
もなう産業用ロボットの制御装置に関する。本第２の発
明は、上記産業用ロボットにおいて、前記ツールを溶接
トーチとするとともに溶接時に発生するアークを検出し
てワークの作業位置に溶接トーチを倣わせる、いわゆる
アークセンサによる倣い制御を行なわせる産業用ロボッ
トの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、ワークを搭載してワークの姿
勢を変えるポジショナあるいはポジショナを搭載するス
ライダ等のワーク移動装置と、該ワークに作業を施すツ
ール移動装置とを組み合わせて産業用ロボットを構成
し、（１）ワークを回転させて適正な姿勢に変えながら
溶接作業をすること、（２）産業用ロボットの動作範囲
より大きなワークに対してはスライダを動かしながら溶
接作業をすること等の制御が行なわれている。例えば、
特開平３−２２８５９２号公報には、ワークを動作させ
ながら同時に溶接トーチも動かして協調動作させる制御
法が明らかにされている。さらに、ポジショナの替わり
にロボットを使い、２台のロボットを組み合わせた産業
用ロボットによって作業をすることも公知である。

【０００３】一方、アーク溶接作業において、溶接トー
チをワークの被溶接線、すなわち、被溶接物の開先中心
位置にならわせるための溶接線検出方法として、いわゆ
るアークセンサ倣いに関する多くの提案がなされてい
る。例えば、特開昭５１−９１８５１号公報では、溶接
トーチを溶接幅方向に揺動、すなわちウイービングさせ
ながらアーク溶接を行い、ウイービングの中心位置を制
御することにより溶接トーチを被溶接線に追従させるこ
とが明らかにされている。また、ノイズ等による変動の
影響を少なくするために、検出した溶接電流をそれぞれ
積分し比較するようにしたアークセンサ倣いに関する事
項が特開昭５２−９６５７号公報で明らかににされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ワークの被加工線がロ
ボットの設置基準面に対し固定の関係にある場合には、
ツールのウイービング動作や溶接作業におけるアークセ
ンサの倣い制御は上記従来技術により問題なく実施され
る。ところで、ワーク移動装置とツール移動装置とを組
み合わせた産業用ロボットにおいて、ワークの被加工線
に対してツールをウイービングさせつつロボットを協調
動作させる場合には、加工作業中にワークの被加工線が
ロボットの設置基準面に対し常に変化し、このためツー
ルのウイービング方向が所望の幅方向に対してずれるこ
ととなる。さらにアークセンサの倣い制御をおこない、
溶接トーチをウイービングさせつつ協調動作させる溶接
用ロボットにおいては、溶接作業中に被溶接線がロボッ
トの設置基準面に対し常に変化するため、上記のごとく
溶接トーチのウイービング方向が所望の幅方向に対して
ずれるという不具合の他に、アークセンサによる溶接ト
ーチ先端の補正すべき位置と被溶接線とが一致しなくな
り、したがってトーチの先端が、所望の状態となるよう
に、即ち被溶接線上となるように補正されないという問
題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第１の発明は、ワーク
の位置姿勢を変化させることができるワーク移動装置
と、該ワークに作業を施すツールを取付けて、ウイービ
ングさせつつ該ツールの位置姿勢を変化させることがで
きるツール移動装置とを有し、ツールとワークとを協調
して同時に移動させて作業を行う産業用ロボットの制御
装置に適用される。その特徴とするところは、作業内容
を記憶した作業プログラムから連続した２個の教示デー
タを取り出し、教示点間の軌道として、ワークを基準と
したツールの位置姿勢及び所定の基準座標系を基準とし
たワークの位置姿勢を示す補間点を算出する第１の演算
手段と、ワークを基準としたツールの移動方向を示す進
行ベクトルを算出する第２の演算手段と、ツールを基準
として前記進行ベクトルを使って、進行座標系を算出す
る第３の演算手段と、ウイービングの振幅に係わるツー
ルの変位を、前記進行座標系で演算する第４の演算手段
と、第４の演算手段の結果を反映させてワークを基準と
したツールの位置姿勢を算出する第５の演算手段と、前
記第５の演算結果に基づいて、ツール移動装置とワーク
移動装置の操作量を算出する第６の演算手段と、前記第
６の演算結果に基づいて、ツール移動装置およびワーク
移動装置を同時に駆動する駆動手段とを配設したことで
ある。

【０００６】本第２の発明は、ワークの位置姿勢を変化
させることができるワーク移動装置と、該ワークに作業
を施すツールを取付けて、ウイービングさせつつアーク
センサユニットからの動作補正値を受けて、該ツールの
位置姿勢を変化させることができるツール移動装置とを
有し、ツールとワークとを協調して同時に移動させて作
業を行う産業用ロボットの制御装置に適用される。その
特徴とするところは、作業内容を記憶した作業プログラ
ムから連続した２個の教示データを取り出し、教示点間
の軌道として、ワークを基準としたツールの位置姿勢及
び所定の基準座標系を基準としたワークの位置姿勢を示
す補間点を算出する第１の演算手段と、ワークを基準と
したツールの移動方向を示す進行ベクトルを算出する第
２の演算手段と、ツールを基準として前記進行ベクトル
を使って、進行座標系を算出する第３の演算手段と、ウ
イービングの振幅に係わるツールの変位およびアークセ
ンサによるツール位置補正量を、前記進行座標系で演算
する第４の演算手段と、第５の演算手段の結果を反映さ
せてワークを基準としたツールの位置姿勢を算出する第
５の演算手段と、前記第４の演算結果に基づいて、ツー
ル移動装置とワーク移動装置の操作量を算出する第６の
演算手段と、前記第６の演算結果に基づいて、ツール移
動装置およびワーク移動装置を同時に駆動する駆動手段
とを配設したことである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。例えば、ツールを溶接トーチとした産業用ロボ
ットについて、以下の項目の順序で説明する。 （１）産業用ロボットのシステムの構成 （２）制御装置の構成 （３）制御方法の原理 （３−１）座標系の定義と各構成要素の記号 （３−２）各構成要素の位置姿勢の関係 （３−３）教示作業 （３−４）ウイービングの処理方法およびアークセンサ
の補正方法 （４）再生動作の処理 （５）変形例

【０００８】（１）産業用ロボットのシステムの構成 図３に本発明による産業用ロボット、例えば溶接用ロボ
ットのシステムの全体を模式図で示す。図３に示される
ごとく、本実施例の産業用ロボットのシステムは、被作
業対象物であるワーク１を把持するグリッパ１１を有す
る６自由度のマニピュレータからなるワーク移動装置１
０と、アーク溶接トーチであるツール２を移動するため
のツール移動装置２０とからなる産業用ロボットと、上
記の各移動装置１０、２０を制御するためのロボット制
御装置３と、教示作業のための教示ペンダント４と、教
示作業または自動運転作業の切り替えを行ったり、自動
運転時の起動信号を発生させる操作ボックス５とを備
え、溶接電流を供給する溶接電源６と、前記溶接電流を
計測しながら溶接トーチ、即ちツール２の位置を適正に
するためのセンサ補正信号を出力するアークセンサユニ
ット７とを有し、教示した作業プログラムおよび前記ア
ークセンサユニットからのセンサ補正信号に基づき、前
記ワーク１とツール２とが協調した動作をしながら被溶
接線に倣ってアーク溶接作業を行う自動装置である。

【０００９】（２）制御装置の構成 ロボット制御装置３は、図４に示されるように、基本的
には、１個のマイクロプロセッサであるＣＰＵ３０と、
以降で説明する演算手段を制御プログラムとして記憶す
るためのメモリであるＲＯＭ３１と、演算過程で生じる
計算結果を保存したり、作業プログラムを記憶するため
のメモリであるＲＡＭ３２と、教示ペンダントと操作ボ
ックスと溶接電源とア−クセンサユニットと、制御装置
との間で情報の交換を行うためのＩ／Ｆ３３と、ワーク
移動装置１０およびツール移動装置２０の各々を駆動す
るためのサーボモータヘの指令値を出力するため出力ポ
ートＲＡＭ３４と、前記指令値に従いサーボモータを制
御するサーボ制御回路３６，３７とにより成る。

【００１０】（３）制御方法の原理 （３−１）座標系の定義と各構成要素の記号 図５において、本発明による産業用ロボットのシステム
における座標系をΣの記号を使って示すともに、各要素
に使用する記号を以下に示す。本産業用ロボットのシス
テムの基準となる座標系をワールド座標系と呼び、Σwo
rld の記号を使い、ワールド座標系の座標原点はＯworl
d 、各座標軸は（Ｘworld 、Ｙworld 、Ｚworld ）の記
号で示す。

【００１１】ワーク移動装置１０の設置基準面にワーク
側ベース座標系を設け、Σw-baseの記号を使い、ワーク
側ベース座標系の座標原点はＯw-base、各座標軸は（Ｘ
w-base、Ｙw-base、Ｚw-base）の記号で示す。ワーク移
動装置１０の出力フランジ面にワーク側メカニカルイン
ターフェイス座標系を設け、Σw6の記号を使い、ワーク
側メカニカルインターフェイス座標系の座標原点はＯw
6、各座標軸は（Ｘw6、Ｙw6、Ｚw6）の記号で示す。ワ
ーク移動装置１０の出力フランジ面に取り付けたグリッ
パ１１によって把持したワークの基準となるワーク座標
系はΣworkの記号を使い、ワーク座標系の座標原点はＯ
work、各座標軸は（Ｘwork、Ｙwork、Ｚwork）の記号で
示す。ツール移動装置２０の設置基準面にツール側ベー
ス座標系を設け、Σt-baseの記号を使い、ツール側ベー
ス座標系の座標原点はＯt-base、各座標軸は（Ｘt-bas
e、Ｙt-base、Ｚt-base）の記号で示す。

【００１２】ツール移動装置２０の出力フランジ面にツ
ール側メカニカルインターフェイス座標系を設け、Σt6
の記号を使い、ツール側メカニカルインターフェイス座
標系の座標原点はＯt6、各座標軸は（Ｘt6、Ｙt6、Ｚt
6）の記号で示す。ツール移動装置２０の出力フランジ
面に取り付けたツール２の先端に設けたツール座標系は
Σtoolの記号を使い、ツール座標系の座標原点はＯtoo
l、各座標軸は（Ｘtool、Ｙtool、Ｚtool）の記号で示
す。

【００１３】（３−２）各構成要素の位置姿勢の関係 図６に各構成要素と座標原点及び位置姿勢の関係を示
す。ワーク移動装置１０における、隣接するリンク間の
関係は、公知のデナビット−ハンベルグの表記法によ
る、リンクパラメータを用いて、下記の数１の同次変換
行列Ａwjで表わすことができる。

【００１４】

【数１】

【００１５】そこで、ワーク移動装置１０における、ワ
ーク側ベース座標系Σw-baseを基準としたワーク側メカ
ニカルインターフェイス座標系Σw6の位置姿勢は、下記
のように同次変換行列ＴW で表される。

【００１６】

【数２】

【００１７】なお、リンクパラメータは表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】ツール移動装置２０における、隣接するリ
ンク間の関係は、ワーク移動装置の場合と同様に、下記
数３のように同次変換行列Ａtjで表される。

【００２０】

【数３】

【００２１】ワーク移動装置１０の場合と同様に、ツー
ル移動装置２０における、ツール側ベース座標系Σt-ba
seを基準としたツール側メカニカルインターフェイス座
標系Σt6の位置姿勢は、下記数４のように同次変換行列
Ｔt で表される。

【００２２】

【数４】

【００２３】なお、リンクパラメータは表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】ワールド座標系：Σworld を基準としたワ
ーク側ベース座標系：Σw-baseの設置関係は下式の数５
として同次変換行列Ｚｗで定義する。

【００２６】

【数５】

【００２７】ワールド座標系：Σworld を基準としたツ
ール側ベース座標系：Σt-baseの設置関係、は下記の数
６として同次変換行列Ｚｔで定義する。

【００２８】

【数６】

【００２９】ツール、すなわち、溶接トーチの取付面を
基準としたトーチ先端の位置姿勢：は下式の数７の同次
変換行列Ｅｔで表わせるものとする。

【００３０】

【数７】

【００３１】ワークを把持するグリッパを表す同次変換
行列は次式の数８として設定する。

【００３２】

【数８】

【００３３】なお、各要素のうち上記Ｚt,Ｅt,Ｚw,Ｅw
は、夫々の移動装置１０，２０の構造を特定した場合に
夫々固有の値である。変化するのは、ツール移動装置の
上記位置姿勢Ｔｔおよびワーク移動装置の上記位置姿勢
Ｔｗであり、これらは夫々の移動装置１０，２０の各関
節変数を順変換することにより求めることができる。

【００３４】上記の同次変換行列を使うと、ワールド座
標系に対するツール座標系の位置姿勢は、次式、即ち数
９が成立する。

【００３５】

【数９】

【００３６】ワーク側に関しては次式、即ち数１０が成
立する。

【００３７】

【数１０】

【００３８】ワーク座標系を基準としたツール座標系の
位置姿勢を(work Ｘtool) とすると、次式、即ち数１１
が成立する。

【００３９】

【数１１】

【００４０】ワーク移動装置１０とツール移動装置２０
とを同時に動作させる協調動作の再生においては、ワー
クに対する溶接トーチ、即ちツール２の相対位置姿勢
（work Ｘtool) が所定のものとなるように補間演算に
よって指定する。さらに補間演算によってワールド座標
系に対するワークの動き( world Ｘwork) を指定する
と、その結果、数１１より、ワールド座標系に対するツ
ールの位置姿勢（world Ｘtool) は自動的に定まること
になる。こうした再生動作の処理を行うために、教示時
にはワールド座標系に対するワークの動き( world Ｘwo
rk) と相対位置姿勢（workＸtool）とを演算し、作業プ
ログラムに記憶させておく。

【００４１】（３−３）教示作業 ワークと溶接トーチとが協調した動作をしながら溶接線
に倣ったアーク溶接作業を行わせるには、オペレータは
図７に示す操作ボックス５の教示／再生切換スイッチＳ
Ｗ１を教示側に設定し、図８に示す教示ペンダント４を
用いて、まず作業プログラムを作成する。このオペレー
タによる手順は、教示ペンダント４におけるＳＷ３によ
り移動装置を選択し、動作指示ボタンＳＷ４を押すこと
によってワーク移動装置１０またはツール移動装置２０
を動作させ、所望するワークとツールの相対的な位置姿
勢の状態に設定する。この状態を確認した後、この相対
的な状態を制御装置に記憶させるために、教示ペンダン
トの記憶ボタンＳＷ５を押し、数字入力ボタンＳＷ７に
よって相対速度を入力する。

【００４２】また、前記ウイービング動作の開始位置お
よび終了位置においては、教示ペンダント４のウイービ
ングボタンＳＷ８を押し、数字入力ボタンＳＷ７によっ
てウイービングの全振幅Ｗthと周波数Ｆrqとを入力した
後、記憶ボタンＳＷ５を押すことによって作業プログラ
ムに記憶させる。さらに、アークセンサによる倣い制御
の開始位置および終了位置においては、センシングボタ
ンＳＷ９を押し、記憶ボタンＳＷ５を押すことによって
作業プログラムに記憶させる。こうしたオペレータによ
る操作に対応して、制御装置は下記の処理を行い図９に
示す作業プログラムを作成する。

【００４３】ワークとツールの相対的な位置姿勢の状態
を記憶させるために教示ペンダント４の記憶ボタンＳＷ
５をが押された時には、制御装置はΣworld を基準とし
たΣworkの位置姿勢を数１０によって算出し、Σworkを
基準としたΣtoolの位置姿勢を数１１を変形した次式、
すなわち数１２によって算出する。

【００４４】

【数１２】

【００４５】上記位置姿勢の両データと、教示ペンダン
トの数字キイによって設定されるワークに対するツール
の相対速度である溶接速度とによって、図９の（ａ）部
に一例を示す記憶データを作成する。また、ウイービン
グ動作の開始位置および終了位置においては、図９の
（ｂ）部に一例を示す記憶データを、さらに、アークセ
ンサによる倣い制御の開始位置および終了位置において
は、図９の（ｃ）部に一例を示す記憶データを作成す
る。そして、オペレータが操作ボックス５の教示／再生
切換スイッチＳＷ１を再生側に設定し、起動ボタンＳＷ
２を押すことによって、制御装置は教示された作業プロ
グラムに基づき順次再生する。

【００４６】（３−４）ウイービングの処理方法および
アークセンサの補正方法 作業プログラムに記憶したｊ番目およびｊ−１番目の教
示データを取り出し、教示点間の軌道を作成する。詳細
には、（４）項目の再生動作の処理において説明する
が、ここではｊ−１番目に記憶したロボットシステムの
状態からｊ番目に向かって動作しているときの、ｉ−１
番目の補間からｉ番目の補間に向かって動作する際のウ
イービングおよびアークセンサによるワークを基準とし
たツールの位置の補正方法の原理について説明する。ｉ
−１番目の補間における、ワークを基準としたツールの
位置姿勢（ work Ｘtool）_i-1 およびｉ番目の補間にお
ける、ワークを基準としたツールの位置姿勢（ work Ｘ
tool）_i を次式、即ち数１３および数１４と置く。

【００４７】

【数１３】

【００４８】

【数１４】

【００４９】図１０に示される進行ベクトルν_i は、ワ
ークを基準とした溶接トーチ、即ちツール２の移動方向
とし、数１５によって算出する。

【００５０】

【数１５】

【００５１】進行座標系：Σseamの座標原点は、ツール
座標系：Σtoolの原点と同一とし、進行座標系のＺ座標
軸は、進行ベクトルと平行に設定し、進行座標系のＸ座
標軸は、ツール座標系のＺ軸と進行座標系のＺ座標軸と
によって成す平面上に進行座標系のＺ座標軸と直交して
設定し、進行座標系のＹ座標軸は、前記平面と直交して
設定するものと定義する。そこで、まず、数１４より、
ワーク座標系を基準としたツールの姿勢：w Ｒt は数１
６と表現できる。

【００５２】

【数１６】

【００５３】数式１５で求めたワーク座標系を基にした
進行ベクトルを使って、ツール座標系を基にした進行ベ
クトルのＺ成分：t ａs _i 、Ｙ成分：t ｏs _i 、および
Ｘ成分：t ｎs _i を次式によって算出する。

【００５４】

【数１７】

【００５５】よって、ツール座標系を基準とした進行座
標系の位置姿勢は、次式によって求める。

【００５６】

【数１８】

【００５７】ウイービング変位ΔＷ_i 及びは、センサ累
積補正ＴＳは、進行座標系のＹ軸方向に設定する。そこ
で、進行座標系を基準として、ウイービング変位及びセ
ンサ累積補正ＴＳを加算した修正後のツールの位置姿勢
seam Ｘtool´は次式となる。

【００５８】

【数１９】

【００５９】以上より、ｉ番目におけるワークを基準と
した修正後のツールの位置姿勢workＸtool' _i は次式、
即ち数２０で算出できる。

【００６０】

【数２０】

【００６１】（４）再生動作の処理 図１１乃至図２２は制御装置３によって実行される再生
動作のフローチャートである。

【００６２】オペレータが操作ボックス５の教示／再生
切換スイッチＳＷ１を再生側に設定し、起動ボタンＳＷ
２を押すことによって、当該ルーチンの処理が開始さ
れ、まず、ステップＳ１においてパラメータｊに１を設
定した後、ステップＳ２において、アークセンサによる
倣い制御の実行要否を決めるパラメータである、センサ
制御実行データＳＣをゼロにリセットし、アークセンサ
ユニットからの補正量ΔＳの累積である累積補正量ＴＳ
をゼロにリセットした後、ステップＳ３において、第１
教示点に向かうときか否かが、ｊのパラメータによって
判断され、１のときはステップＳ５に進み２以上であれ
ばステップＳ４に進む。

【００６３】ステップＳ４ではＲＡＭ３２に格納され、
図９に示す作業プログラムにおける第ｊ番目および第
（ｊ−１）番目の教示データから、動作目標ＴＤ（ｊ）
と動作目標ＴＤ（ｊ−１）を取り込んだ後、ステップＳ
８に進む。一方、ステップＳ５においては、再生動作開
始時におけるワークを基準としたツールの位置姿勢 wor
k Ｘtoolと、ワールド座標系を基準としたワークの位置
姿勢world Ｘworkを計算した後、ステップＳ６において
workＸtoolの１行４列、２行４列、３行４列のデータか
ら前回の補間位置ベクトルＰp を作成し、ＲＡＭ３２に
記憶した後、作業プログラムから１番目の教示データＴ
Ｄ（１）を取り込み、ステップＳ８に進む。ステップＳ
８においては、作業プログラムのｊ番目の教示データに
ウィービングの開始又は終了があればステップＳ９に進
み、なければステップＳ１２に進む。

【００６４】ステップＳ９ではウィービング開始か終了
かを判断し，ウィービング開始であればｊ番目の教示デ
ータからウィービング振幅Ｗthとウィービング周波数Ｆ
rqを取り込み、ステップＳ１２に進む。一方ステップＳ
９にてウィービング終了であれば、ステップＳ１１に進
みＷthとＦrqとをゼロにクリアした後、ステップＳ１２
に進む。ステップＳ１２では作業プログラムのｊ番目の
教示データにアークセンサ開始又は終了があるか否かを
判断し、なければステップＳ１８に、あればステップＳ
１３に進む。ステップＳ１３では、アークセンサ開始で
あるか否かを判断し、なければシーケンス１４に進み、
センサ制御実行を示すパラメータＳＣに１をセットした
後インターフェイスＩ／Ｆ３３を通じてアークセンサユ
ニット７にセンサ制御開始を通知する。

【００６５】ステップＳ１３でセンサ制御終了の場合に
は、センサ制御実行データＳＣ及び累積補正量ＴＳをゼ
ロにクリアする。そして、インターフェイスＩ／Ｆ３３
を通じてアークセンサユニット７に検出終了を指示した
上で、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８は動作増
分量を計算し、ステップＳ１９で補間処理を行う。そし
て、ステップＳ２０で目標とする動作の教示データ番号
を１上げる。ステップＳ２１で目標とする動作の教示デ
ータの有無を判断し、教示データがあれば、ステップＳ
３に戻って再度実行する。ステップＳ２１で目標とする
教示データがあればステップＳ３から再度計算する。目
標とする教示データがない場合は終了させる。

【００６６】図１３におけるステップＳ１８の動作増分
量の計算処理を図１５にサブルーチンとして示す。ステ
ップＳ１８０１では、ｊ番目の教示データのうちワーク
を基準としたツールの位置姿勢を表わす同次変換行列
（workＸtool）_j とｊ−１番目の教示したデータ（work
Ｘtool）_j-1 とから、ワークを基準としたツールの位置
のみの増分量を算出し、指定速度Ｖｊで割って所要時間
Ｔｊを得る。そしてステップＳ１８０２では前記Ｔｊを
使って、ワークを基準としたツールの位置姿勢に関する
ｊ番目とｊ−１番目の教示データより単位時間当りのワ
ークを基準としたツールの位置姿勢の増加量ΔＵを、次
式で算出する。

【００６７】

【数２１】

【００６８】さらにステップＳ１８０３においても前記
Ｔｊを使って、ワールド座標系を基準としたワークの位
置姿勢の増加量ΔＷを次式で算出して処理は終る。ΔＵ
及びΔＷは、図１３におけるステップＳ１９の補間処理
において使われる。

【００６９】

【数２２】

【００７０】ステップＳ１９の補間処理は、図１６乃至
図１８のフロ−チャ−トで示す。まずステップＳ１９０
１でパラメータｉをゼロにクリアし、ステップＳ１９０
２でパラメータｉに１を加算した後、ステップＳ１９０
３において、経過時間Ｔpiを下式で算出する。なお、Δ
Ｔは補間周期時間である。

【００７１】

【数２３】

【００７２】次に、ステップＳ１９０４で第ｉ補間にお
けるワールド座標系を基準としたワークの位置姿勢（wo
rld Ｘwork）_i を次式で算出する。

【００７３】

【数２４】

【００７４】同様にステップＳ１９０５で第ｉ補間にお
けるワークを基準としたツールの位置姿勢（ work Ｘto
ol）_i を次式で算出する。

【００７５】

【数２５】

【００７６】ステップＳ１９０６では、センサ制御する
か否かを、パラメータＳＣが１であるか否かで判断し、
１の場合にはステップＳ１９０７にて、センサユニット
７からインターフェイス３３を通じて、補正量：ΔＳを
取り込む。そして、累積補正値ＴＳに加算した後ステッ
プＳ１９０８に進む。ステップＳ１９０６でセンサ制御
しない場合には、次にステップＳ１９０８に進む。

【００７７】ステップＳ１９０８ではウィービングを行
うかどうかを、パラメータＷthで判断する。ウィービン
グを実行する場合には、ステップＳ１９１０からステッ
プＳ１９１３の進行ベクトル算出処理、進行座標系演算
処理、ツール位置補正演算（１）、ツール位置補正演算
（２）を順次実行する。ウィービングを実行しない場合
には、ステップＳ１９０９にて、ワークの基準点を基準
としたツールの位置姿勢（ work Ｘtool）_i の１行、２
行及び３行の各４列目のデータを取り出し、前回の補間
位置ベクトルＰp を作成しＲＡＭ３２に格納する。Ｐp
は数１３におけるｗＰｔ_i-1 に該当する。次にステップ
Ｓ１９１４にて、ワーク移動装置の設置基準面を基準と
したグリッパ取付基準点の位置姿勢を示す同次変換行列
Ｔwiを次式により計算する。

【００７８】

【数２６】

【００７９】さらにステップＳ１９１５ではツール移動
装置の設置基準面を基準としたツール取付基準点の位置
姿勢を示す同次変換行列Ｔtiを次式により計算する。

【００８０】

【数２７】

【００８１】こうして得られた第ｉ補間における両移動
装置の位置姿勢を基に、ステップＳ１９１６で逆変換の
処理を行って、ワーク移動装置の関節変数θw1〜θw6と
ツール移動装置の関節変数θt1〜θt6を計算し、ステッ
プＳ１９１７ではさらに各関節変数を元に各関節に取付
けたモータの指令値を計算し、Ｔpi時間に到達した時点
で、ＣＰＵ３０は出力ポート３４にサーボ指令値として
出力する。ステップＳ１９１８はｊ番目の目標位置姿勢
に到達したか否かを所要時間Ｔｊと比較して判断してい
る。またｊ番目の目標位置姿勢に到達していないときに
は、ステップＳ１９０２から再度実行する。目標のｊ番
目の教示データの位置に到達したときには本サブルーチ
ンは終ってメインルーチンに戻る。

【００８２】図１７のステップＳ１９１０で示す進行ベ
クトル算出処理は、図１９にサブルーチンとして示す。
ステップＳ１９１０１では、ワークを基準としたツール
の位置姿勢を表わす同次変換行列の１行４列、２行４列
および３行４列の３個のデータより、今回の補間位置ベ
クトルw Ｐt _i を算出し、ステップＳ１９１０２では、
前記算出した今回の補間位置ベクトルw Ｐt _i と、ＲＡ
Ｍに記憶させた前回の補間位置ベクトルＰp から進行ベ
クトルνi を下式で算出する。

【００８３】

【数２８】

【００８４】そしてステップＳ１９１０３において、ｉ
補間で算出した今回の補間位置ベクトルを、将来のｉ＋
１補間で使うために、前回の補間位置ベクトルとしてＲ
ＡＭに格納し、サブルーチンを終了する。

【００８５】図１７のステップＳ１９１１で示す進行座
標系演算処理は、図２０にサブルーチンとして示す。ス
テップＳ１９１１１では、ワークを基準としたツールの
位置姿勢を表わす同次変換行列の１行１列乃至３行３列
の９個のデータを取り出し３行３列の姿勢行列ｗＲｔを
作成し、ステップＳ１９１１２では、前記ワークを基準
としたツールの姿勢行列ｗＲｔの逆行列、すなわちツー
ルを基準としたワークの姿勢行列w Ｒｔ^-1とワークを基
準とした進行ベクトルν_i とにより進行座標系Σseamの
Ｚ成分ｔａs _i を次式で算出し

【００８６】

【数２９】

【００８７】ツール座標系のＺ軸成分は［０，０，１］
と示されることより、t ａs _i とで内積を取り進行座標
系のＹ成分は次式で求まり、t ａs _i とt ｏs _i の内積
より進行座標系のＸ成分が算出できる。

【００８８】

【数３０】

【００８９】進行座標系の座標原点はツール座標系の座
標原点と一致させる。そこでツールを基準とした進行座
標系は次式で得られる。

【００９０】

【数３１】

【００９１】以上で本サブルーチンを終了する。図１７
のステップＳ１９１２で示すツ−ル位置補正演算（１）
は、図２１にサブルーチンとして示す。ステップＳ１９
１２１では、次式によって、進行座標系のＹ軸方向に移
動させるウィービングの変位を次式で求める。

【００９２】

【数３２】

【００９３】さらに、ステップＳ１９１２２では、進行
座標系のＹ軸方向に補正させるセンサ補正の累積補正値
ＴＳと、前記ウィービング変位とによって進行座標系を
基準にしたツールの補正位置（seamＸtool´）_i を次式
で算出し、終了する。

【００９４】

【数３３】

【００９５】図１７のステップＳ１９１３で示すツ−ル
位置補正演算（２）は、図２２にサブルーチンとして示
す。ステップＳ１９１３１では、前記（seamＸtool´）
_i を使って、ウィービング及びアークセンサによる補正
後のワークを基準としたツールの位置姿勢（workＸtool
´）_i を次式で算出する。

【００９６】

【数３４】

【００９７】そしてステップＳ１９１３２で、算出した
（workＸtool´）を作業プログラムに基づいて算出した
ワークに対するツールの位置姿勢（workＸtool）_i に代
入し処理は終了する。

【００９８】（５）変形例 以上の実施例において、アークセンサからの倣い補正が
溶接トーチのノズル方向も検出しその累積補正量がＴＳ
ｚとする場合には、

【数１９】を下式に直すだけで本実施例を適用すること
ができる。

【００９９】

【数３５】

【０１００】なお、上記においては、ウィービング動作
とアークセンサによる倣い制御とを行なうものとして説
明したが、アークセンサによる倣いを行わない、即ち、
ウィービング動作飲みとすることができることは勿論で
ある。

【０１０１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る産業
用ロボットの制御装置では、ウィービングの揺動する方
向と必要に応じて付加されるアークセンサでの補正方向
は、ワークの基準点（ワーク座標系）を基準とし、ツー
ルの進行方向とツールの姿勢によって得られる進行座標
系によって決定している。そこでウィービング動作につ
いては次の特徴を有する。 （１）ツールの動作する方向が変ったり、姿勢が変って
も、ウィービングの揺動方向は、常にツールの進行方向
と直交してツールの中心線と直交した面上となる。この
ため、ツールが、例えば溶接トーチの場合には、溶接が
進行する方向と直行し溶接トーチの中心線と直行した面
上で溶接トーチが揺動することになり、好ましい溶接結
果が得られる。 （２）ワーク移動装置が動くことにより、ワークの位置
姿勢が変っても、ワークを基準としてウィービングの揺
動方向を見ると変化は起らない。そこで、図１に示され
る、例えば溶接作業の場合には、ワークの姿勢を変えな
がら溶接を行っても、ワークを基準として見たときのウ
ィービングの揺動方向が変らないことより好ましい溶接
結果が得られる。さらにウィービング動作に、更にアー
クセンサによる倣い制御を行った場合には、上記
（１），（２）の効果のほかに、更に下記の事項が付加
される。 （３）ツールの動作する方向が変ったり姿勢が変って
も、補正方向は作業する溶接トーチの進行方向と直交
し、溶接トーチの中心線と直交した面上において補正さ
れるので効果的な補正ができる。 （４）図２に示すような作業中にワークの姿勢が変って
も、ワークを基準として見たときの補正方向及び補正量
は変らない。よって、適正な補正結果が得られる。 以上に説明したように、本発明による実施例において
は、ワークと溶接トーチ等のツールとを同時に動かし
て、ウィービング動作を行っても、あるいはウィービン
グ動作及びアークセンサによる倣い制御による溶接作業
を行っても、ワークを基準としてみたときのウィービン
グの揺動方向及びセンサ補正による補正方向に変化をき
たすことが無く適正な作業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の対象とする産業用ロボットにおい
て、ツールである溶接トーチのウイービング状態を示す
図

【図２】 本発明の対象とする産業用ロボットにおい
て、ツールのアークセンサ倣いの状態を示す図

【図３】 本発明の実施例の全体を示す模式図である。

【図４】 図３の産業用ロボットシステムにおける制御
装置のブロック図である。

【図５】 図３の産業用ロボットシステムにおける座標
系と構成要素の記号を示す図

【図６】 図３の産業用ロボットシステムにおける各構
成要素と座標系原点及び位置姿勢の関係を示す図

【図７】 図３の産業用ロボットシステムにおける操作
ボックスの１例を示す正面図

【図８】 図３の産業用ロボットシステムにおける教示
ペンダントの１例を示す正面図

【図９】 図４のＲＡＭに格納される作業プログラムの
構成例を示す図

【図１０】 本発明における進行ベクトル及び進行座標
系を示す模式図

【図１１】 図３の制御装置によって実行される再生動
作の処理の一部を示すフローチャートである。

【図１２】 図３の制御装置によって実行される再生動
作の処理の一部を示すフローチャートである。

【図１３】 図３の制御装置によって実行される再生動
作の処理の一部を示すフローチャートである。

【図１４】 図３の制御装置によって実行される再生動
作の処理の一部を示すフローチャートである。

【図１５】 図１３のサブルーチンである動作増分量の
計算処理を示すフローチャートである。

【図１６】 図１３のサブルーチンである補間処理を示
すフローチャートである。

【図１７】 図１３のサブルーチンである補間処理を示
すフローチャートである。

【図１８】 図１３のサブルーチンである補間処理を示
すフローチャートである。

【図１９】 図１７のサブルーチンである進行ベクトル
算出処理を示すフローチャートである。

【図２０】 図１７のサブルーチンである進行ベクトル
座標系の演算処理を示すフローチャートである。

【図２１】 図１７のサブルーチンであるツール位置補
正演算（１）を示すフローチャートである。

【図２２】 図１７のサブルーチンであるツール位置補
正演算（２）を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ワーク、 ２…ツール、 ３…制御装置、
４…教示ペンダント、５…操作ボックス、６…溶接電
源、 ７…アークセンサユニット、１０…ワーク移動装
置、 １１…グリッパ、 ２０…ツール移動装置、
３０…ＣＰＵ、 ３１…ＲＯＭ、 ３２
…ＲＡＭ、３３…Ｉ／Ｆ（インターフェイス）、
３４…出力ポート、３６…サーボ制御回路（ワー
ク移動装置用）、３７…サーボ制御回路（ツール移動装
置用） ３８…分周期、 Ｏworld …ワールド座標系（Σworld ） の座標原点 ＯworK …ワーク座標系（Σwork）の座標原点 Ｏw-base…ワーク側ベース座標系（Σw-base）の座標原
点 Ｏw6 …ワーク側メカニカルインターフェイス座標系
（Σw6）の座標原点 Ｏtool …ツール座標系（Σtool）の座標原点 Ｏt-base…ツール側ベース座標系（Σt-base）の座標原
点 Ｏt6 …ツール側メカニカルインターフェイス座標系
（Σw6）の座標原点 νi …進行ベクトル Ｏseam …進行座標系（Σseam）の座標原点 θw1及至θw6…ワーク移動装置の関節、θt1及至θt6…
ツール移動装置の関節、Ｌw0及至Ｌw1…ワーク移動装置
のリンク、Ｌt0及至Ｌt6…ツール移動装置のリンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/403 Ｍ 9064−3Ｈ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの位置姿勢を変化させることがで
   きるワーク移動装置と、該ワークに作業を施すツールを
   取付けて、ウイービングさせつつ該ツールの位置姿勢を
   変化させることができるツール移動装置とを有し、ツー
   ルとワークとを協調して同時に移動させて作業を行う産
   業用ロボットの制御装置において、作業内容を記憶した
   作業プログラムから連続した２個の教示データを取り出
   し、教示点間の軌道として、ワークを基準としたツール
   の位置姿勢及び所定の基準座標系を基準としたワークの
   位置姿勢を示す補間点を算出する第１の演算手段と、ワ
   ークを基準としたツールの移動方向を示す進行ベクトル
   を算出する第２の演算手段と、ツールを基準として前記
   進行ベクトルを使って、進行座標系を算出する第３の演
   算手段と、ウイービングの振幅に係わるツールの変位
   を、前記進行座標系で演算する第４の演算手段と、第４
   の演算手段の結果を反映させてワークを基準としたツー
   ルの位置姿勢を算出する第５の演算手段と、前記第５の
   演算結果に基づいて、ツール移動装置とワーク移動装置
   の操作量を算出する第６の演算手段と、前記第６の演算
   結果に基づいて、ツール移動装置およびワーク移動装置
   を同時に駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする
   産業用ロボットの制御装置
2. 【請求項２】 ワークの位置姿勢を変化させることがで
   きるワーク移動装置と、該ワークに作業を施すツールを
   取付けて、ウイービングさせつつアークセンサユニット
   からの動作補正値を受けて、該ツールの位置姿勢を変化
   させることができるツール移動装置とを有し、ツールと
   ワークとを協調して同時に移動させて作業を行う産業用
   ロボットの制御装置において、作業内容を記憶した作業
   プログラムから連続した２個の教示データを取り出し、
   教示点間の軌道として、ワークを基準としたツールの位
   置姿勢及び所定の基準座標系を基準としたワークの位置
   姿勢を示す補間点を算出する第１の演算手段と、ワーク
   を基準としたツールの移動方向を示す進行ベクトルを算
   出する第２の演算手段と、ツールを基準として前記進行
   ベクトルを使って、進行座標系を算出する第３の演算手
   段と、ウイービングの振幅に係わるツールの変位および
   アークセンサによるツール位置補正量を、前記進行座標
   系で演算する第４の演算手段と、第４の演算手段の結果
   を反映させてワークを基準としたツールの位置姿勢を算
   出する第５の演算手段と、前記第５の演算結果に基づい
   て、ツール移動装置とワーク移動装置の操作量を算出す
   る第６の演算手段と、前記第６の演算結果に基づいて、
   ツール移動装置およびワーク移動装置を同時に駆動する
   駆動手段とを備えたことを特徴とする産業用ロボットの
   制御装置