JPH0734164B2

JPH0734164B2 - 産業用ロボットにおける制御方法

Info

Publication number: JPH0734164B2
Application number: JP59050226A
Authority: JP
Inventors: 久博福岡; 喜之上野; 茂生丸山; 節上村
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1984-03-17
Filing date: 1984-03-17
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPS60195610A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は特にプレイバック方式の産業用ロボットにおけ
る制御方法の改良に係り、特にセンシング精度の向上お
よびセンシングミスを無くすることを目的としたものに
関する。

前述産業用ロボットでは、ワークの加工線の位置情報が
その個体差のため、あるいは取付誤差のため、ワーク毎
に修正をする必要がある場合がほとんどで、初めにティ
ーチングした指令位置情報をセンシングによって修正す
る必要が生じる。この修正は少くとも１次元方向のセン
シングを要する。しかし、ワークの位置ずれが前・後，
左・右上・下に生じる恐れのある場合には２次元あるい
は３次元方向のセンシングも要し、さらにはセンシング
の開始点およびセンシング方向自体も修正する必要が生
じる。例えば、第５図に示すようなワークWKにおいて、
水平板WK1の長手方向に沿って垂直板WK2に仮付けし、直
角隅部の左端ａから右端ｂに延びる水平隅肉容接線WKL
を連続溶接する場合を想定してみる。このワークWKは取
付誤差のため、第５図紙面で左・右，前・後に平行移動
あるいは回転方向に位置ずれし、紙面に対し垂直の上下
方向の位置ずれは無いものとする。この場合、溶接線WK
Lを探るためには、少くとも左・右２個所のセンシング
が必要である。従ってセンサＳは、左・右２個所のセン
シング開始点S1・S2から垂直部材WK2の表面に向って移
動し該表面faを検出し、これにより溶接線WKLの位置が
求まる。また溶接開始点ａと溶接終了点ｂを検出するた
めにはワークWKの左右方向の位置ずれを検出する必要が
ある。そこで、垂直部材WK2の左端面fbに対面する適宜
位置を第３のセンシング開始点S3として定め、センサＳ
は前記左端面fbに向って移動し、該表面fbを検出する。
前述３点のセンシングのうち、左端面fbのセンシングに
ついては、この左端面fbの幅、即ち垂直部材WK2の肉厚
ｔが十分に厚い場合には適用できるが、この肉厚が極く
薄い場合は、第５図二点鎖線で示すように、特に回転方
向の僅かな位置ずれでも左端面fbが第３点目のセンシン
グ範囲から外れる恐れがある。しかも回転方向の位置ず
れの場合、センシング方向が表面に対し直角にならず、
センシング誤差を生じる。勿論、前述左端面fbの幅方向
にも２点でセンシングすればよいが、薄肉の場合はこれ
も実施できない。

本発明は、前述事情に鑑み、少くともセンシング対象部
材の一の方向に対して直角方向の２点でセンシングした
位置情報の補正値を記憶し、該補正値によって前記セン
シング対象部材の前記一の方向での第３点目のセンシン
グ開始点の位置情報およびセンシング方向を修正するご
とくしたことを特徴とし、センシング精度の向上および
センシングミスを皆無とした産業用ロボットにおける制
御方法を提供せんとするものである。

以下、第１〜第４図に示す実施例に基づき詳述する。第
１図は本発明の背景となる産業用ロボットとして採用し
た直角座標形溶接ロボットROの全体概要図である。

１は公知の直角座標（X,Y,Z）ロボットRO（詳細は図示
せず）の端末に構成した垂直軸で、該軸１まわり（矢印
α）に旋回可能に第１腕２を支承してある。

３は腕２の先端に斜軸3aまわり（矢印β）に旋回可能に
支承した第２腕である。第２腕３先端にはエンドエフェ
クタとしての溶接トーチ４（この実施例ではMIG溶接ト
ーチ）を取着している。

そして軸１、軸3aおよびトーチ４の中心軸線Ｍは一点Ｐ
において交差するように構成してある。さらにトーチ４
はその溶接作動点が点Ｐと一致しうるように設定してあ
る。かくして、矢印αおよびβ方向への回転角を制御す
ることにより、トーチ４の垂直軸１に対する姿勢角θお
よび旋回角ψ（いわゆるオイラ角）を点Ｐを固定して制
御可能となっている。

５は溶接電源装置である。装置５はトーチ４の消耗電極
4aを巻き取ったスプール６を具備し、詳細は図示しない
が送りローラを回転して電極4aをくり出し可能であり、
さらに電極4aとワークＷ間に溶接用電源5aを接続しうる
ように構成してある。装置５はまた、検出用電源5bを備
えている。電源5bは、例えば電圧約100ないし2,000V、
電流は小電流に制限されたものを使用する。電源5bには
電流センサ5cを直列に接続し、さらに電源5bおよび電流
センサ5cは電源5aに対して切換手段5dを介して並列に接
続してある。

７はこの実施例全体の制御装置としての公知のコンピュ
ータである。コンピュータ７には、CPUおよびメモリを
含む。

そしてコンピュータ７のバスラインＢには、電源5a,電
流センサ5cおよび切換手段5dが接続してある。

バスラインＢにはさらに、ロボットROのＸ軸のサーボ系
SXが接続してあり、このサーボ系SXはＸ軸の動力MX、並
びにその位置情報を出力するエンコーダEXを含んでい
る。同様にしてバスラインＢには同様に構成したＹ軸の
サーボ系SY、Ｚ軸のサーボ系SZ、α軸のサーボ系Ｓαお
よびβ軸のサーボ系Ｓβを接続してある。

８は遠隔操作盤であり、トーチ４を手動で移動させるた
めのマニュアル操作スナップスイッチ群SW,溶接時以外
の速度を指令するための速度指令ロータリスイッチSV,3
種類のモード（マニュアルモードM,テストモードTE,お
よびモードＡ）に切換えるためのモード切換スイッチS
M,テンキーTK,テンキーTKの操作により後述の各切換位
置で種々の条件を設定するための条件設定用切換スイッ
チSE,並びに各モードにおいて動作を開始したりティー
チング内容をメモリに取込む際に使用するスタートスイ
ッチSTA等を備えている。

前記切換スイッチSEは以下に示す４つの切換位置SE₁〜S
E₄を有する。

（１）切換位置SE₁…直線補間「Ｌ」，円補管「Ｃ」，
センシング「Ｓ」の３つの表示ランプを備え，それぞれ
テンキーTKのキー番号「１」〜「３」を押すことにより
各表示ランプを点燈させて選択することができる。

（２）切換位置SE₂…溶接条件番号W No.の表示部を有
し、コンピュータ７のメモリには予めNo.ごとに溶接電
圧E,溶接電流I,および溶接速度Vwをセットとして記憶さ
れており、所望のセットに対応するテンキーTKのキー番
号を押すことにより呼び出せるようになっている。

（３）切換位置SE₃…センサメニュー番号SEM No.の表示
部を有し、コンピュータ７のメモリにはNo.ごとにトー
チ４の電極4a自体でワークＷの溶接線WLをセンシングす
るのに必要なサブルーチンがセットとして記憶されてお
り、テンキーTKの操作で随時呼び出せるようになってい
る。

（４）切換位置SE₄…補正方式番号AUX No.の表示部を有
し、本実施例ではテンキーTKのキー番号「00」，「01」
の押動により、それぞれ第１点目および第２点目のセン
シングを選択するようになっている。今、センシング対
象部材としてのワークＷは第１図に示すように、細長い
水平部材W1の左側上面に薄板の垂直部材W2を載置して仮
付けしてあり、これらの部材W1・W2で形成される直角隅
部を一端の溶接開始点P₈から他端の溶接終了点P₉まで連
続溶接せんとするものである。しかも、ワークＷは個体
差または取付誤差によりX,Y軸平面で平行移動していた
り、あるいは回転方向に位置ずれしている恐れがあるも
のとする。

以下オペレータのティーチング操作、およびこれに伴い
コンピュータ７が実行する処理につき説明する。

（T1）スイッチSMを操作して、図示のようにマニュアル
モードＭを選択する。そしてスイッチSVを操作して、マ
ニュアルモード時のトーチ４の移動速度Vmをコンピュー
タ７に記憶させると共に、オートモード時の移動速度Vo
を設定する。次にスイッチSEおよびテンキーTKを操作し
て、直線補間「Ｌ」を選択し、またスイッチSWを操作し
て、トーチ４の電極4a出口端をある定められた導電体の
面Ｇに対して、ｌの寸法の位置（第１図における１点鎖
線のPo位置）に移動させる。そのうえでスイッチSTAを
操作すれば、コンピュータ７は、点Poの位置情報、直線
補間「Ｌ」および速度「Vo」の各情報をユーザプログラ
ムの最初のステップの内容として取り込む。なおトーチ
４の点Poへの移動は、点Poの位置情報をあらかじめコン
ピュータ７に記憶させておき、これを呼び出して自動的
に位置制御するようにしてもよい。

（T2）次にスイッチSEおよびテンキーTKを操作して、セ
ンサメニュー番号SEM No.に「99」を選択し、さらにセ
ンシング指令「Ｓ」を設定する。そしてスイッチSTAを
操作すれば、点Poの位置情報、センシング「Ｓ」および
SEM No.「99」が次のステップとして取り込まれる。

それと共に、コンピュータ７はSEM No.「99」によって
指令を出力して、切換手段5dを検出用電源5b側に切り換
え（図示破線）、電極4aをくり出す。くり出された電極
4aの先端が面Ｇと電気的に接触すれば、回路が閉じてセ
ンサ5cから出力し、コンピュータ７はこれを受けて電極
4aのくり出しを停止する（この処理をエクステンション
合わせと称する）。この状態で、トーチ４に対してその
溶接作動点がその電極4aの先端位置となるものである。
そして切換手段5dは元に戻される。

（T3）次にスイッチSWを操作して、トーチ４を溶接開始
点P₈に近い第１点目のセンシング開始点P₁の位置および
姿勢（第１図の２点鎖線で示す位置姿勢）に移動させ
る。そしてメニュー番号SEM No.「99」をクリヤし、直
線補間「Ｌ」を設定する。そしてスイッチSTAを操作す
れば、点P₁の位置情報、直線補間「Ｌ」、および速度Vo
が次のステップの情報として取り込まれる。

（T4）次にスイッチSEおよびテンキーTKによって、セン
シング指令「Ｓ」,SM No.として「01」,AUX No.として
「00」（「第１点目のセンシング」指令）を設定する。
そしてスイッチSTAを操作すれば、コンピュータ７はSEM
No.「01」によってこの番号に相当する水平隅肉溶接線
用センシングを実行する。即ち、トーチ４の電極4a先端
Ｐは先ず垂直部材W2の表面f₂に向うように移動し、該表
面をセンシングしてこの点P₁aの位置情報を取り入れ
る。トーチ４は再び点P₁から水平部材W1の表面f₁に向っ
て下降し該表面をセンシングしてこの点P₁bの位置情報
を取り入れる。コンピュータ７はこれら２つの点P₁a・P
₁bの位置情報から溶接線WLの点P₂の位置を演算して求
め、この点P₂の位置情報、センシング「Ｓ」,SEM No.
「01」,AUX No.「00」を次のステップとして取り込む。

（T5）スイッチSWを操作して、溶接終了点P₉に近い第２
点目のセンシング開始点P₃の位置に移動させる。そして
スイッチSEとテンキーTKの操作により直線補間「Ｌ」を
設定した上でスイッチSTAを操作すれば、点P₃の位置情
報、直線補間「Ｌ」、および速度Voが次のステップとし
て取り込まれる。

（T6）次にスイッチSEおよびテンキーTKによって、セン
シング指令「Ｓ」、SEM No.「01」,AUX No.「01」
（「第２点目のセンシング」指令）を設定する。そして
スイッチSTAを操作すれば、コンピュータ７はSEM No.
「01」によって前記（T4）と同様に水平隅肉溶接線用セ
ンシングを実行し、溶接線WLの点P₄の位置情報，センシ
ング「Ｓ」,SEM No.「01」を次のステップとして取り込
む。

（T7）次にスイッチSWを操作して、トーチ４を溶接開始
点P₈の前方上方において垂直部材W2の端面f₃に対面する
第３番目のセンシング開始点P₅の位置に移動させるとと
もにセンシング動作に適する姿勢とする。そしてスイッ
チSEおよびテンキーTKの操作により、直線補間「Ｌ」お
よびSEM No.「01」を設定する。このSEM No.「01」は処
理実行時に点P₅が前述点P₁・P₃における第１点目おび第
２点目のセンシングによって求めた溶接線WLの位置補正
量を加えて位置修正した上でセンシングを行うことを意
味する（これを便宜上「多重センサー」と呼称する）。
そしてスイッチSTAを操作すれば、点P₅の位置情報、直
線補間「Ｌ」、SEM No.「01」、および速度Voを次のス
テップとして取り込まれる。

（T8）次にスイッチSEおよびテンキーTKによって、セン
シング指令「Ｓ」およびSEM No.「02」を設定する。こ
のSEM No.「02」は処理実行時に前述多重センサーを行
う際第１点目および第２点目センシングで得られた溶接
線WLの回転補正量を加えてセンシング方向を修正し、下
記の一軸方向センシングを行うことを意味する。そして
スイッチSTAを操作すれば、コンピュータ７はSEM No.
「02」に相当する一軸方向センシングを実行する。即
ち、トーチ4a先端Ｐは前記端面f₃に向って移動し、該表
面をセンシングしてこの点P₆の位置情報を取り入れる。
こうしてコンピュータ７は、点P₆の位置情報、センシン
グ「Ｓ」、およびTEM No.「02」を次のステップとして
取り込む。

（T9）スイッチSWの操作によりトーチ４を溶接開始点P₃
に近い任意の点位置P₇に位置決めする。次いでスイッチ
SEおよびテンキーTKの操作により位置補間「Ｌ」を設定
した上でスイッチSTAを操作すれば、点P₇の位置情報直
線補間「Ｌ」、および速度Voが次のステップとして取り
込まれる。

（T10）スイッチSWの操作によりトーチ４を溶接開始点P
₈に溶接に適した姿勢に位置決めする。次いでスイッチS
EおよびテンキーTKの操作により直線補間「Ｌ」およびS
EM No.「02」を設定する。このSEM No.「02」は処理実
行時に前述第１点目，第２点目，第３点目センシング結
果による補正量で点P₈を修正することを意味する。そし
てスイッチSTAを操作すれば、点P₈の位置情報、直線補
間「Ｌ」、SEM No.「02」が次のステップとして取り込
まれる。

（T11）次にスイッチSWの操作によりトーチ４を溶接終
了点P₉に溶接に適した姿勢に位置決めする。次いでスイ
ッチSEおよびテンキーTKの操作により直線補間「Ｌ」、
SEM No.「02」、W No.「01」を設定する。このSEM No.
「02」は前記（T10）で述べた通りである。またW No.
「01」はこの溶接に適した溶接条件を備えたメニュー番
号である。これでスイッチSTAを操作すれば、点P₉の位
置情報、直線補間「Ｌ」、SEM No.「01」、W No.「01」
を次のステップとして取り込まれる。

（T12）スイッチSWの操作によりトーチ４を溶接終了点P
₉から直線的に移行できる任意の退避点P₁₀に位置決めす
る。次いでスイッチSEおよびテンキーTKの操作により直
線補間「Ｌ」を設定した上でスイッチSTAを操作すれ
ば、点P₁₀の位置情報、直線補間「Ｌ」、を最終のステ
ップとして取り込まれる。

以上でティーチングを終了する。第２図に前述一連のユ
ーザプログラムの内容を示す。

次にオペレータがスイッチSMをテストモードTEに切換
え、スイッチSTAを操作すれば、前述プログラムの１ス
テップずつが実行（但し溶接は実行されずに）され、誤
りがあれば修正する。

そしてさらにスイッチSMをオートモードＡとし、スイッ
チSTAを操作すれば、前述プログラムが連続して実行さ
れる。このときコンピュータ７が実行する処理の流れを
以下説明する。第３図も参照されたい。

（A1）コンピュータ７はューザプログラムのそのステッ
プ中に指令「Ｓ」があるか、否か判断する（処理P
R₁）。

（A2）指令「Ｓ」があれば、さらにSEM No.が「99」か
否か判断する（処理PR₂）。

（A3）「99」であれば、エクステンション合わせを実行
する（処理PR₃）。

（A4）処理PR₂で、SEM No.が「99」でなければ、「多重
センサー」であるか否か判断する（処理PR₄）。

（A5）「多重センサー」でなければ、そのSEM No.で記
憶されたセンシングメニューを呼び出し、実行し、求め
た点位置情報Pnを記憶すると共に、ティーチング時の値
との差△Pnを演算記憶する（処理PR₅）。

（A6）処理PR₄で前ステップにSEM No.があれば「多重セ
ンサー」と判断する。そして現ステップのSEM No.で記
憶されたメニュー内容を路び出し実行する。即ち、セン
シング開始点にそれまでのセンシングから得られた補正
を施すと共にセンシング方向自体も回転させて実行す
る。このとき求めたPnを記憶すると共に、ティーチング
時の値との差△Pnを演算記憶する（処理PR₆）。

（A5）処理PR₁で、指令Ｓが無ければ、さらにSEM No.が
あるか否か判断する（処理PR₇）。

（A6）SEM No.があれば、そのSEM No.で記憶されたメニ
ュー内容を呼び出し実行する。例えばSEM No.が01の場
合は、SEM No.01で実行したセシングによる結果の△Pn
の値で、そのステップにおける指令位置情報を修正す
る。そしてこれらの位置情報の修正後、他の指令と共に
このステップの内容が実行される（処理PR₈）。

（A7）処理PR₆でSEM No.が無い場合は、そのステップの
内容を従来同様に実行する（処理PR₉）。

（A8）処理PR₅,PR₆,PR₈,PR₉のいずれにおいてもそれぞ
れの処理が終了したなれば、そのステップがエンドであ
ったか否か判断する（処理PR₁₀）。

（A9）エンドであればオートモードにおける一連の実行
を終了するが、そうでないならば、処理PR₁₁に移行して
ステップを更新し、処理PR₁の手前に戻る。

しかして、溶接ロボットRO本体はコンピュータ７からの
指令出力に基づき以下の動作を行う（第４図参照）。先
ずトーチ４を第１点目センシング開始点P₁に位置決め
し、SEM No.「01」のセンシングを実行する。コンピュ
ータ７はこのセシング結果として溶接線WLの点P₂′の位
置情報を記憶し、ティーチング時の点P₂の位置情報との
差△P₂を演算記憶する。次いでトーチ４を第２点目セン
シング開始点P₃に位置決めし、SEM No.「01」のセンシ
ングを実行する。そしてコンピュータ７は先と同様にし
て溶接線WLの線P₄′を求め、ティーチング時の点P₄の位
置情報との差△P₄を演算記憶する。続いて、コンピュー
タ７はティーチング時の点P₅の位置情報を前記差△P₂,
△P₄で補正し位置修正後の点P₅′を演算して記憶する。

次にトーチ４を前記点P₅′に移動位置決めする。コンピ
ュータ７は先の補正内容△P₂,△P₄より得た回転補正値
によりセンシング方向も修正して指令する。それにより
トーチ４はワークW2の端面f₃に対し直角方向に向って移
動し、センシングし、コンピュータ７はこの表面の点
P₅′の位置情報を取り込み、ティーチング時の点P₆の位
置情報との差△P₆を演算記憶する。

次にトーチ４を点P₇に位置決めする。コンピュータ７は
次の目標点P₈を前記補正値△P₂,△P₄,△P₆によって位置
修正し、修正した点P₈′の位置情報を指令する。これに
よりトーチ４は新たな溶接開始点P₈′に向って移動す
る。トーチ４が点P₅′に達すると、コンピュータ７は次
の目標点P₉を前記補正値△P₂,△P₄,△P₆によって先と同
様に位置修正し、修正した点P₉′の位置情報を指令す
る。従って、トーチ４は点P₈′から溶接条件W No.「0
1」に基づき水平隅肉溶接を実行しがら点P₉′に向って
移動する。

最後に、トーチ４は溶接終了点P₉′に達すると溶接を終
了し、直線補間で退避点P₁₀に移動する。

本発明は前述実施例以外に下記する変形もまた可能であ
る。

（１）ロボットは前述実施例のような、直角座標溶接ロ
ボット以外に、他のメカ構成のロボットでもよく、また
加工線は溶接線以外に、切断線、塗装線等の他の形態で
あってもよい。もっともロボットのエンドエフエクタは
これらの加工線に対応したものが使用されることもちろ
んである。

（II）加工線のセンシングは、前述実施例にあっては、
溶接トーチ自身をセンサとして使用したが、公知の接触
式、非接触式のセンサを使用してもよい。

（III）前述実施例では、プレイバック方式のロボット
で説明したが、NC入力方式のものでも適用できる。

以上詳述せるごとく、本発明の制御方法によるときは、
先のセンシングによる補正値を用いてその後のセンシン
グ開始点の位置情報の修正と，センシング方向の修正を
行うようにしたため、センシング範囲が極く限定されセ
ンシング自体が困難な場合でも、対象とする面に対し直
角方向にセンシングすることができ、センシングミスが
皆無となるばかりでなく、常に面に対して直角方向のセ
ンシングが保証されることよりセンシング精度も向上
し、その後における加工仕上具合にも好結果をもたらす
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の実施例、第５図は従来例を示すも
ので、第１図は本発明を採用した溶接ロボットの全体概
要図、第２図は本発明におけるプログラムのステップ
図、第３図は本発明のフローチャート、第４図はセンシ
ング動作を説明するための説明図である。第５図は従来
例におけるセンシング動作を説明するための説明図であ
る。図中、ROはロボット、４は溶接トーチ、７はコンピュー
タ、８は遠隔操作盤、Ｗはワークである。

フロントページの続き (72)発明者丸山茂生兵庫県宝塚市新明和町１番１号新明和工業株式会社産業機械事業部内 (72)発明者上村節兵庫県宝塚市新明和町１番１号新明和工業株式会社産業機械事業部内 (56)参考文献特開昭58−225408（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−156183（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−115064（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ティーチングした位置情報をセンサによる
センシングによって修正するべくしたものにおいて、少
なくともセンシング対象部材の一の方向に対して直角方
向の２点でセンシングした位置情報の補正値を記憶し、
該補正値によって前記センシング対象部材の前記一の方
向での第３点目のセンシング開始点の位置情報およびセ
ンシング方向を修正するごとくしたことを特徴とする産
業用ロボットにおける制御方法。