JPH0857780A

JPH0857780A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH0857780A
Application number: JP6219576A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hondo; 清本堂
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1996-03-05
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JP2732034B2

Abstract

(57)【要約】【目的】同一レール上にある移動可能にされた複数台
のロボットの制御装置において、個々のロボットに対し
て個別に位置決め位置を指示することなく、個々のロボ
ットの位置決め位置を算出する。【構成】複数台の移動可能にされたロボットの内の１
台をマスターロボットとし、マスターロボット以外のロ
ボットをスレーブロボットとし、マスターロボットの位
置決め位置を記憶するマスターロボット位置記憶手段
（２５）と、マスターロボットと各スレーブロボットと
の位置関係を示す相対変位ベクトルを計算する相対変位
ベクトル計算手段（２８）と、相対変位ベクトルを格納
する相対変位ベクトル格納手段（２６）と、マスターロ
ボットの位置決め位置と相対変位ベクトルから各スレー
ブロボットの位置決め位置を計算するスレーブロボット
位置計算手段（２７）と、を有するロボット制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】複数台の産業用ロボットを制御す
る制御装置に関するものであり、特に同一レール上にあ
る複数台の移動可能にされたロボットを制御するロボッ
ト制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一つのワークに対して多くの加工を効率
よく行う場合、同一レール上に移動可能にされた異なる
機能を有する複数台のロボットを設置する構成がある。
この構成によるとサイクルタイムを短くするためにはロ
ボットの設置間隔を詰めて配置しなければならず、これ
による隣接するロボットの干渉が大きな問題となり、こ
れを解決するための方法が考えだされている。例えば、
特公平６−６２７９号公報は、同一レール上に設置され
ロボットを搭載可能にされた複数台の走行装置を制御す
るものであり、隣接する走行装置が所定の距離に接近し
たことを検出して両方の走行装置を停止させ、以て走行
装置の干渉を防止する方法が示されている。

【０００３】また、板材であるワークに対して溶接ロボ
ット等により溶接を行う場合には、ワークを同一レール
上に移動可能にされた複数台のクランプ装置で把持し、
ワークの所定の溶接位置の近傍にクランプ装置を移動
し、この溶接位置に溶接ロボットが移動し溶接作業を行
わせる方法がある。特開平６−１５５８５号公報は、同
一レール上に設置されワークを支持可能にされた複数台
のクランプ装置を制御するものであり、クランプ装置が
ワークの加工部の危険領域に侵入する場合における、ク
ランプ装置のワーク把持位置の変更方法が示されてい
る。

【０００４】上述の公報に示されている複数台の走行装
置やクランプ装置の制御においては、隣接する装置の干
渉や共同作業を行う装置との同期性を考慮して、これら
装置の動作を実行させる動作プログラムを作成しなけれ
ばならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、個々の走行装
置やクランプ装置に対して個別に動作プログラムを作成
することは非効率的であり、ワークが変更になった場合
などの動作プログラムの変更における柔軟性がない。例
えば、クランプ装置の間隔を一定に保ちながら設定され
た複数個の位置へ順次クランプ装置を位置決めするよう
な作業の場合、各クランプ装置の位置決め位置をそれぞ
れのクランプ装置の制御装置に対して個別に指示してい
たのでは、クランプ装置の数が多い場合、動作プログラ
ムの変更作業は大変煩雑になる。

【０００６】本発明の目的は、同一レール上にある移動
可能にされた複数台のロボットの制御装置において、個
々のロボットに対して個別に位置決め位置を指示するこ
となく、個々のロボットの位置決め位置を算出できる制
御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、複数
台の移動可能にされたロボットの内の１台をマスターロ
ボットとし、マスターロボット以外のロボットをスレー
ブロボットとし、これらのロボットの位置決め位置を制
御する制御装置において、マスターロボットの位置決め
位置を記憶するマスターロボット位置記憶手段と、マス
ターロボットと各スレーブロボットとの位置関係を示す
相対変位ベクトルを計算する相対変位ベクトル計算手段
と、相対変位ベクトルを格納する相対変位ベクトル格納
手段と、マスターロボット位置記憶手段に記憶されたマ
スターロボットの位置決め位置と相対変位ベクトル格納
手段に格納された相対変位ベクトルから各スレーブロボ
ットの位置決め位置を計算するスレーブロボット位置計
算手段と、を有することを特徴とするロボット制御装置
を提供することにより、上述の従来技術の課題を解決し
た。

【０００８】また、上述のスレーブロボットの代わりに
複数台の移動可能にされたクランプ装置を同一レール上
に配置するようにしてもよい。

【０００９】

【作用】マスターロボットと各スレーブロボットとの位
置関係を示す相対変位ベクトルと、指示されたマスター
ロボットの位置決め位置より、各スレーブロボットの位
置決め位置を算出するようにしたので、各スレーブロボ
ットの位置決め位置を個別に指示することなく、マスタ
ーロボットの位置決め位置を指示するだけで各スレーブ
ロボットの位置決め位置が決定される。

【００１０】また、例えば、上述のマスターロボットを
スポット溶接ロボットとし、スレーブロボットの代わり
に被溶接物であるワークを支持する複数台のクランプ装
置を同一レール上に配置するようにすれば、ワークの複
数の溶接位置に対応してクランプ装置が移動するような
スポット溶接ロボットに適用することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１はロボット１の手首先端にスポットガン２
を取り付けて板材であるワーク１１に対してスポット溶
接を行うシステムの構成を示している。ワーク１１を固
定するためのクランプ装置としてレール３上にワーク１
１を両側から把持する２台のクランプ台４，７が配置さ
れており、この内クランプ台４はワーク１１の寸法によ
り把持位置が変えられるように移動可能にされており、
一方、クランプ台７は固定されている。また、クランプ
台４，７の間には溶接位置を把持する２台の移動可能に
されたクランプ台５，６が配置されており、このクラン
プ台５，６は溶接位置により把持位置が変えられるよう
に移動可能にされている。溶接時はクランプ台５，６が
溶接位置の両側に移動することによりワーク１１の撓み
をなくし、高精度の溶接を行う。

【００１２】ロボット１を制御するロボット制御装置８
はロボット１とケーブル９により接続されており、ま
た、クランプ台４，５，６を制御する位置決め制御装置
１２はクランプ台４，５，６とケーブル１０によりそれ
ぞれ接続されている。ロボット制御装置８はケーブル１
３により接続される位置決め制御装置１２へバス通信や
シリアル通信などによりデータを送信することによっ
て、クランプ台４，５，６を同時に制御することができ
るようにされている。

【００１３】図７はロボット制御装置８の詳細な構成を
示し、データ入力部２２ではオペレータからワーク１１
の寸法、クランプ台４，５，６，７の幅、クランプ台
４，５，６，７の内の隣接するクランプ台の間隔、及び
隣接するクランプ台の中心位置などの設定データを受け
付ける。ロボット動作プログラム２４内の相対変位ベク
トル計算手段２８では、データ入力部２２で受け付けた
設定データを基に相対変位ベクトルを計算し、この相対
変位ベクトルは記憶装置２１内の相対変位ベクトル格納
手段２６により記憶装置２１に記録される。同様に、デ
ータ入力部２２により受け付けたロボット１の溶接位置
はマスターロボット位置記憶手段２５により記憶装置２
１に記録される。

【００１４】これら一連の制御はマイクロコンピュータ
２３により制御され、マイクロコンピュータ２３は記憶
装置２１からロボット１の溶接位置を読みだし、この溶
接位置をロボット１アクチュエータ制御部２９へ送信す
る。また、マイクロコンピュータ２３は記憶装置２１か
ら相対変位ベクトルを読みだし、この相対変位ベクトル
と先に読みだされたロボット１の溶接位置より、ロボッ
ト動作プログラム２４内のスレーブロボット位置計算手
段２７がクランプ台４，５，６の位置決め位置を計算
し、その結果をクランプ台４アクチュエータ制御部３
０、クランプ台５アクチュエータ制御部３１、及びクラ
ンプ台６アクチュエータ制御部３２へそれぞれ送信す
る。アクチュエータ制御部２９，３０，３１，３２は、
送信された溶接位置及び位置決め位置へロボット１及び
各クランプ台４，５，６が移動するように指令を出す。

【００１５】なお、各ブロックはバス通信やシリアル通
信などで接続されており、また、ブロックの内、クラン
プ台を制御するアクチュエータ制御部３０，３１，３２
は位置決め制御装置１２に内蔵されており、これ以外の
ブロックはロボット制御装置８に内蔵されている。

【００１６】次に、クランプ台４，５，６の位置決め位
置の算出方法について述べる。図８に示すようにロボッ
ト１の座標系即ちマスターロボット座標系（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）と、クランプ台４，５，６の座標系即ちスレーブロ
ボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を設定する。図１に示すよ
うに、本実施例ではロボット１とレール３は共に床面に
設置され、各クランプ台はレール上を床面と平行に移動
するものとしているので、便宜上、マスターロボット座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸＹ平面とスレーブロボット座標
系（ｘ，ｙ，ｚ）のｘｙ平面は同一平面であるものと
し、マスターロボット座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ軸とス
レーブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｚ軸は平行軸の
関係にあるものとする。

【００１７】また、スレーブロボット座標系（ｘ，ｙ，
ｚ）のｘ軸は各クランプ台の可動方向と同軸とし、スレ
ーブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の座標原点位置は固
定クランプ台７の位置とする。さらに、マスターロボッ
ト座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）上のスレーブロボット座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）の座標原点位置を（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）
とし、マスターロボット座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）でのレー
ルの傾き、即ちＸ軸とｘ軸のなす角をθとし、これらの
値をロボット制御装置８に予め設定しておく。

【００１８】ロボット制御装置８に対して図２に示すワ
ーク１１の寸法Ｌｗ、及び図５に示すクランプ台４，
５，６，７の幅Ｌｄ、図３に示すクランプ台５，６の間
隔Ｌｐを予め設定しておく。また、マスターロボット座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）でのロボット１の溶接位置（Ｘｎ，
Ｙｎ，Ｚｎ）もロボット制御装置８に予め入力してお
く。この値はマスターロボット位置記憶手段２５により
マスターロボット位置として記憶装置２１に格納され
る。

【００１９】位置決め制御装置１２は送信されたワーク
１１の寸法Ｌｗよりワーク１１の一端を把持するクラン
プ台４の位置決め位置を算出する。上述したようにクラ
ンプ台７のワーク端を原点（０）としたので、クランプ
台４の位置決め位置はワーク１１の寸法Ｌｗと等しくな
る。

【００２０】次に、位置決め制御装置１２はクランプ台
５，６の位置決め位置を算出する。これにはまず、予め
設定されたマスターロボット座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）での
ロボット１の溶接位置（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を、スレー
ブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）での溶接位置（Ｘ
ｎ′，Ｙｎ′，Ｚｎ′）に変換する必要がある。スレー
ブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｘ軸は各クランプ台
の可動方向と同軸としたので、スレーブロボット座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）での溶接位置は（Ｘｎ′，０，０）とな
り、Ｘｎ′はクランプ台７のワーク端を始点とした溶接
位置までの距離となる。マスターロボット座標系（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）のＸ軸とスレーブロボット座標系（ｘ，ｙ，
ｚ）のｘ軸のなす角がθなので、マスターロボット座標
系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からスレーブロボット座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）に変換する変換行列は式（１）に示すようにな
る。

【００２１】

【数１】

【００２２】式（１）の変換行列を用いるとスレーブロ
ボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）での溶接位置（Ｘｎ′，Ｙ
ｎ′，Ｚｎ′）は式（２）に示すようになる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ところが、スレーブロボット座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）のｘ軸は各クランプ台の可動方向と同軸とした
ので、式（２）の内のｘ成分のみ、即ち式（３）に示す
Ｘｎ′についてのみ求めればよい。式（３）により、ス
レーブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）での溶接位置が算
出された。

【００２５】

【数３】

【００２６】したがって、図４に示すクランプ台５の位
置決め位置Ｘａとクランプ台６の位置決め位置Ｘｂは、
式（３）及びクランプ台５とクランプ台６の間隔Ｌｐよ
りそれぞれ式（４）、式（５）に示すようになる。ここ
で、クランプ台５とクランプ台６の間隔Ｌｐはスポット
ガン２が溶接時にクランプ台５とクランプ台６に干渉し
ない値であればよい。

【００２７】

【数４】

【００２８】式（４）及び式（５）によりクランプ台５
の位置決め位置Ｘａとクランプ台６の位置決め位置Ｘｂ
が算出されるわけであるが、式（４）及び式（５）の中
の変数のうち、装置の設置位置により決定されるものを
抽出し、これを予め計算しておけば、位置決め位置の算
出がより簡単になる。即ち、式（４）及び式（５）の中
の変数のうち、マスターロボット座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
上のスレーブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の座標原点
位置（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）及びマスターロボット座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）でのレールの傾きθは、ロボット１とレ
ール３の設置位置により決定されるので、ロボット１と
レール３の配置位置を変えないかぎり不変である。ま
た、クランプ台５とクランプ台６の間隔Ｌｐは、スポッ
トガン２がクランプ台５及びクランプ台６と干渉しない
値であればよいので、この値もスポットガン２を変えな
いかぎり不変である。これによりクランプ台５とクラン
プ台６のロボット１との相対変位を表す相対変位ベクト
ルは、クランプ台５とクランプ台６のそれぞれの相対変
位ベクトルをＸａ′とＸｂ′とすると、式（６）、式
（７）に示すようになる。

【００２９】

【数５】

【００３０】この相対変位ベクトルＸａ′，Ｘｂ′を用
いて式（４）及び式（５）により求められたクランプ台
５の位置決め位置Ｘａとクランプ台６の位置決め位置Ｘ
ｂを表すと、それぞれ式（８）及び式（９）に示すよう
になる。

【００３１】

【数６】

【００３２】以上により、クランプ台４，５，６の位置
決め位置が算出されたので、ロボット制御装置８は位置
決め制御装置１２へ算出されたクランプ台４，５，６の
位置決め位置を送信し、位置決め制御装置１２はクラン
プ台４，５，６に対して算出された位置決め位置へ移動
するようにそれぞれのアクチュエータ制御部３０，３
１，３２へ指示する。クランプ台４，５，６はそれぞれ
のアクチュエータ制御部３０，３１，３２から指示され
た位置決め位置へ移動され、移動完了の後ワーク１１を
クランプするように動作され、クランプ完了後スポット
ガン２を加圧させることによりロボット１は溶接を行
う。

【００３３】さらに、図５に示すように、各クランプ台
の幅Ｌｄを予め設定しておくようにすれば、クランプ台
移動時にロボット制御装置８は図６に示すように各クラ
ンプ台の間隔Ｌａ，Ｌｂ，及びＬｃを計算し、干渉する
ようであれば（Ｌａ，Ｌｂ，及びＬｃの内いずれか一つ
でも零もしくは負の場合）エラーを表示しクランプ台の
移動を停止させることもできる。各クランプ台の間隔Ｌ
ａ，Ｌｂ，及びＬｃは式（１０）乃至式（１２）により
求めることができる。

【００３４】

【数７】

【００３５】本実施例によれば、ワーク１１の一端を把
持するクランプ台４の位置決め位置はオペレータが直接
指示する必要がないので、ワーク１１の寸法が変更にな
ったときはこの寸法だけ入力データを変更すればよい。
また、溶接位置を把持するクランプ台５，６の位置決め
位置もオペレータが直接指示する必要がないので、ロボ
ット１の溶接位置を指示するだけでクランプ台５，６の
位置決め位置が算出される。

【００３６】本実施例ではスポット溶接の場合を示した
が、この用途に限定されず、組立や加工などのあらゆる
用途に適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、マスターロボットと各
スレーブロボットとの位置関係を示す相対変位ベクトル
と、指示されたマスターロボットの位置決め位置より、
各スレーブロボットの位置決め位置を算出するようにし
たので、各スレーブロボットの位置決め位置は個別に指
示されることなく、自動的に決定されるようになった。

【００３８】また、マスターロボットをスポット溶接ロ
ボットとし、スレーブロボットの代わりに被溶接物であ
るワークを支持する複数台のクランプ装置を同一レール
上に配置するような場合は、ワーク寸法や溶接位置から
クランプ装置の位置決め位置を自動的に算出するように
したので、ワーク寸法や溶接位置が異なるワークに対し
ても、同一の設備で、しかも段取り替えなどもせずに柔
軟に対処できるようになり、生産時間の短縮と設備の稼
動効率の向上が実現できた。

【００３９】さらに、ティーチング時の操作性について
も、一台のロボットのティーチングを行うだけでよいの
で、僅かのパラメータを設定するだけでプログラミング
が容易にできるようになり、ティーチング時間を大幅に
短縮することが可能となった。

【００４０】さらにまた、スレーブロボットのプログラ
ミングをなくしたことにより、オペレータのプログラミ
ングミスを大幅に低減することができ、プログラムのデ
バック時間も短縮された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるロボット１の手首先端
にスポットガン２を取り付けてワーク１１に対してスポ
ット溶接を行うシステムの概略を示す図である。

【図２】クランプ台４，５，６，７に把持されたワーク
１１の寸法を示す図である。

【図３】溶接位置を把持するクランプ台５，６の間隔Ｌ
ｐを示す図である。

【図４】算出された溶接位置Ｘｎ′と溶接位置を支持す
るクランプ台５，６の位置決め位置Ｘａ，Ｘｂを示す図
である。

【図５】クランプ台の幅Ｌｄを示す図である。

【図６】算出されたクランプ台の間隔Ｌａ、Ｌｂ及びＬ
ｃを示す図である。

【図７】ロボット制御装置８の詳細な構成を示す図であ
る。

【図８】ロボット１の座標系即ちマスターロボット座標
系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、クランプ台４，５，６の座標系即
ちスレーブロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ロボット３レール４，５，６，７クランプ装置（クランプ台）８マスターとなるロボットの制御装置（ロボット制御
装置）１２スレーブとなるロボットの制御装置（位置決め制
御装置）２５マスターロボット位置記憶手段２６相対変位ベクトル格納手段２７スレーブロボット位置計算手段２８相対変位ベクトル計算手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数台の移動可能にされたロボットの内の
１台をマスターロボットとし、該マスターロボット以外
のロボットをスレーブロボットとし、これらのロボット
の位置決め位置を制御するロボット制御装置において、
前記マスターロボットの位置決め位置を記憶するマスタ
ーロボット位置記憶手段と、前記マスターロボットと各
スレーブロボットとの位置関係を示す相対変位ベクトル
を計算する相対変位ベクトル計算手段と、前記相対変位
ベクトルを格納する相対変位ベクトル格納手段と、前記
マスターロボット位置記憶手段に記憶されたマスターロ
ボットの位置決め位置と前記相対変位ベクトル格納手段
に格納された相対変位ベクトルから各スレーブロボット
の位置決め位置を計算するスレーブロボット位置計算手
段と、を有することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】前記スレーブロボットは同一レール上に配
置された複数台の移動可能にされたクランプ装置である
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。