JPH0876850A - ロボットの位置決め方法および位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力作業を行う力制御ロボットで、位置目標値
でのロボットの位置決めに関し位置到達判定範囲を利用
して支障なく円滑に力作業を行う。 【構成】 位置と力の制御で動作し作業方向に制御上の
ばね要素12が設定されるロボット81に適用され、複数の
教示点で決まる目標経路94に従って再生動作を行うと
き、作業工具85の移動における各位置目標値での位置決
めを位置到達判定範囲13に基づいて判定した方法であ
り、ばね要素のばね定数を作業残量に応じて設定し、位
置到達判定範囲をばね要素のばね定数に応じて設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットの位置決め方法
および位置決め装置に関し、特に、位置と力の制御に基
づいて研削加工、バリ取り、曲面研磨等のそれぞれの作
業に適した作業工具を取付けて力を伴う作業を行う多自
由度の力制御ロボットに適用されるロボットの位置決め
方法および位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの位置決め方法とは、再生動作
（プレイバック動作）で目標経路に従って作業工具を移
動させるときの各教示点での移動の仕方をいう。ロボッ
トの位置決め方法に関し、従来の実用的な方法は、例え
ば溶接作業を行う位置制御ロボット（プロセスロボッ
ト）で提案されたものがある。この位置制御ロボットに
おける位置決め方法では、各教示点ごとに、教示点を通
過するための条件を教示点通過時の位置決め監視幅とし
て設定する方法が採用される。教示点通過時の位置決め
監視幅は、例えば、「ナシ」、「ラフ」、「ファイン」
と３段階に分けてユーザが設定するように構成される。
上記に対して力制御ロボットでは、従来、実用的な位置
決め方法は特に提案されていなかった。

【０００３】図５を参照して「ナシ」、「ラフ」、「フ
ァイン」の位置決め監視幅における再生動作の状態を説
明する。図５でＡは「ナシ」の場合、Ｂは「ラフ」の場
合、Ｃは「ファイン」の場合を示し、７１は通過しよう
とする教示点、７２は通過経路を示している。図５のＡ
〜Ｃのそれぞれでは、作業工具が、前の教示点から教示
点７１に向かって移動し、位置決め監視幅の条件が満た
された後に次の教示点に向かう移動状態が示される。
「ファイン」の場合には、教示点７１を通過する時の監
視幅が狭く設定されるので、通過経路７２では教示点７
１で一端停止してから次の教示点へ移動する。「ラフ」
の場合には、教示点７１を通過する時の監視幅が広く設
定されるので、通過経路７２では教示点７１で停止せ
ず、教示点７１の近傍を減速して通過し、次の教示点へ
向かって移動する。「ナシ」の場合には、位置決めのた
めの監視幅を特別に設定せず、教示点７１の近傍を減速
することなく通過し、次の教示点に向かって移動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】位置（姿勢を含む）と
力の制御に基づいて力を伴う作業を行う力制御ロボット
における位置決め方法として、前述した位置制御ロボッ
トで採用されていた従来の位置決め方法を適用すると、
次のような問題が生じる。

【０００５】問題を説明する前に、まず力制御ロボット
の一例として研削ロボットの構成を説明する。図６に示
すように、研削ロボットは、多自由度機構を含むロボッ
ト本体８１とロボット本体８１の動作を制御するコント
ローラ８２とからなり、ロボット本体８１はアーム先部
の手首部８３に６軸力センサ８４を備え、力センサ８４
の先に作業工具としてグラインダ８５を設けている。グ
ラインダ８５でワークを研削するとき、グラインダ８５
に加わる力およびモーメントは力センサ８４によって検
出される。またロボット本体８１の各関節部には、ロボ
ット本体８１を動作させるモータと、各関節部の動作量
を検出するエンコーダが配設される。各関節部に設けら
れたエンコーダの検出信号によって、作業中のグライン
ダ８５の位置と姿勢を求めることができる。

【０００６】コントローラ８２には位置（姿勢を含む）
と力の制御を実行するアルゴリズムで実現される制御機
能部が含まれる。ロボット本体８１はこの制御機能部に
よる制御に基づいて動作し、グラインダ８５の位置と力
が制御される。グラインダ８５の位置の制御で、グライ
ンダ８５は、複数の教示点のそれぞれを、予め与えられ
た位置データに基づいて教示順序に従って移動する。そ
の際、位置フィードバック制御が行われる。移動の最中
にグラインダ８５はワークに押し付けられ、ワークの各
部で所望の研削が行われるようにグラインダ８５に対し
て力の制御が行われる。グラインダ８５に関する力の制
御では、予め教示された力制御パラメータに基づいて制
御が行われると共に、力センサ８４で得られる実際の力
に基づく力フィードバック制御が行われる。

【０００７】上記の位置と力の制御では、仮想コンプラ
イアンス制御が採用されるものとする。仮想コンプライ
アンス制御は、図７に示すように、グラインダ８５をワ
ーク８６に押し付けた状態において、少なくとも押付け
方向に関し、手首部８３とグラインダ８５との間にあた
かもばね８７とダンパ８８が設けられているようにソフ
トウェアによって実現される制御方式である。以下、ば
ね８７を仮想ばねといい、ダンパ８８を仮想ダンパとい
う。仮想コンプライアンス制御で、グラインダ８５は、
研削作業を行うための目標経路８９が与えられた状態に
おいて、この目標経路８９に接近すべく、仮想ばね８７
に設定されたばね力に応じた押付け力９０でワーク８６
に押し付けられる。このようなことから、研削ロボット
等の力制御ロボットでは、目標経路８９を定める複数の
教示点の位置データ、力制御を行うための仮想ばね８７
等は、研削作業を行うにあたって重要なパラメータであ
り、それらの教示・設定は、力作業の状況を配慮して適
切に行われなければならない。

【０００８】上記特性を有する研削ロボットに前述した
従来の位置決め方法を適用した場合の問題を、図８を参
照して説明する。図８は、凸状の溶接ビード９１で接合
された２つの母材９２，９３において、当該溶接ビード
９１を凹状に研削しようする状態を示す。９４は研削の
目標経路である。目標経路９４は、幾つかの教示点の位
置データを与え、その中間部を円弧補間することにより
決められる。図示例では、説明の便宜上両端と中間部の
３つの教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が示される。グラインダ
８５は、教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順序で目標経路９４
に沿って研削を行いながら移動する。目標経路９４に沿
って研削を行う場合、溶接ビード９１が凸形状であるこ
とから、端部に位置する教示点Ｐ１，Ｐ３の研削では溶
接ビード９１の研削量を少なくし、中央に位置する教示
点Ｐ２の研削では溶接ビード９１の研削量を多くするこ
とが必要である。図８では、各教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
で互いに等しい位置到達判定範囲９５が設定されてい
る。この位置到達判定範囲９５は、前述の監視幅に相当
するもので、研削を行う力制御ロボットでは、再生動作
で停止させることはないので、各教示点で「ラフ」に相
当するレベルでかつ比較的に小さい位置到達判定範囲が
共通に設定される。設定後、作業中に位置到達判定範囲
は一定に保持される。位置到達判定範囲９５は、各教示
点を中心とする球体の範囲として設定される。グライン
ダ８５による一定時間当たりの最大研削量は一定である
ので、以上のように各教示点で等しく設定された位置到
達判定範囲９５に到達するためには、研削しようとする
量に応じてグラインダ８５を移動させる速度を調整する
ことが必要となる。極端な例として、教示点Ｐ２は溶接
ビード９１の盛り量が教示点Ｐ１，Ｐ３に比較して多い
ので、速度を遅くしまたは停止して研削を継続しなけれ
ばならない。

【０００９】しかし、研削しようとする溶接ビード９１
の量に応じてグラインダ８５の移動速度を調整するため
には、グラインダ８５を移動させながら移動先の溶接ビ
ード９１の量を測定しなければならず、測定のための視
覚センサ等の特別な装置が必要となる。従って、装置構
成が複雑となり、かつコストが高くなるという問題を有
する。

【００１０】また研削しようとする溶接ビード量が大き
いときには、グラインダ８５の移動速度を遅くしなけれ
ばならない。グラインダ８５の移動速度を遅くすると、
グラインダによる研削で溶接ビードに焼きが入り、その
後の研削作業において良好な研削を行うことができない
という問題を有する。

【００１１】なお図８では説明を簡単にするため各教示
点で等しい位置到達判定範囲９５が設定された例を示し
たが、本質的な問題として、実際に溶接ビードの盛り量
を事前に知ることは困難であるので、溶接ビードの研削
作業で位置到達判定範囲を適切に設定することは困難で
あるという問題も存在する。

【００１２】本発明の目的は、上記の各問題に解決する
ために、位置と力の制御に基づき力作業を行う力制御ロ
ボットで、目標経路を決める複数の教示点のそれぞれで
のロボットの位置決めに関し、位置到達判定範囲を利用
して支障なく円滑に力作業を行えるようにし、特別な装
置を付加する必要がなく、簡素な構造で安価に実現でき
るロボットの位置決め方法および位置決め装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボットの
位置決め方法は、上記目的を達成するために、位置と力
の制御で動作し作業方向に制御上のばね要素が設定され
るロボットに適用され、教示された複数の位置目標値
（教示点）で決まる目標経路に従って再生動作を行うと
き、作業工具の移動における各位置目標値での位置決め
を位置到達判定範囲に基づいて判定した方法であり、ば
ね要素のばね定数を作業残量に応じて設定し、位置到達
判定範囲をばね要素のばね定数に応じて設定するように
した。

【００１４】前記の方法において、位置到達判定範囲
は、ばね定数が低いときには広く、ばね定数が高いとき
には狭く設定される。

【００１５】前記の方法において、ばね要素のばね定数
と位置到達判定範囲は、位置目標値ごとに設定される。

【００１６】前記の方法において、再生動作を繰返し行
い、各作業工程で、その前の回の作業工程で求められた
作業残量を用いて各位置目標値に共通のばね要素のばね
定数と位置到達判定範囲を設定した。

【００１７】前記の方法において、最初の作業工程での
ばね要素では経験に基づいて低いばね定数が設定され
る。

【００１８】前記の方法において、位置と力の制御は仮
想コンプライアンス制御であり、前記ばね要素は仮想ば
ねである。

【００１９】本発明に係るロボットの位置決め装置は、
作業工具を装備する多自由度のロボット本体と、位置と
力の制御に基づいてロボット本体を動作させ作業工具に
作業を行わせる制御手段とを備え、この制御手段によっ
て、ロボット本体で設定された制御用座標系の少なくと
も作業方向に制御上のばね要素が設定され、教示された
位置目標値で決まる目標経路に沿って作業工具を移動さ
せるロボットにおいて、作業の作業残量を演算する残量
演算手段と、前記作業残量に基づいてばね要素のばね定
数を演算するばね定数演算手段と、前記ばね定数に基づ
いて、位置目標値に到達したか否かを判定する基準とな
る位置到達判定範囲を演算する位置到達判定範囲演算手
段と、位置目標値と位置現在値の差を求め、その差が、
位置到達判定範囲演算手段で演算された位置到達判定範
囲の中に含まれているかを判定する位置到達判定手段と
を備える。

【００２０】前記の構成において、最初の位置到達判定
範囲を設定するための監視レベル設定手段を備える。

【００２１】前記の構成において、制御手段は仮想コン
プライアンス制御を行う。

【００２２】

【作用】本発明によるロボットの位置決め方法および位
置決め装置では、力制御ロボットの位置決めに関し、従
来の位置制御ロボットの位置決めで使用されていた監視
幅を応用した位置到達判定範囲を利用するものである。
位置目標値である複数の教示点のそれぞれで設定される
位置到達判定範囲は、教示点に対応するワーク部分の作
業残量（研削作業の場合は研削残量）に対応させて設定
されるようにする。位置と力の制御に従って動作する力
制御ロボットでは、制御上設定されるばね要素のばね定
数は、作業方向（力によって押し付けられる方向）に、
作業しようとする部分の作業残量に対応して設定される
ので、位置到達判定範囲をばね要素のばね定数に応じて
設定すれば、その位置到達判定範囲は、教示点に対応す
るワーク部分の作業残量に対応させて設定されたことに
なる。こうして、位置決めの監視幅である位置到達判定
範囲をワーク各部の作業状況（作業残量）に応じて設定
することにより、位置到達判定範囲を利用して支障なく
円滑に力作業を行うことが可能となる。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。

【００２４】本発明が適用されるロボットの構成の基本
的な部分は、図６等で説明された従来のロボットの構成
と同じである。本実施例の説明において、「従来の技
術」の箇所で説明した要素と実質的に同一の要素には同
一の符号を付している。仮想コンプライアンス制御に基
づき位置（姿勢を含む）と力を制御して力作業を行う力
制御ロボットであり、一例として、前述した通り多自由
度を有するロボット本体８１と仮想コンプライアンス制
御を実行する制御機能部を内蔵するコントローラ１１
（図３に示す）からなる研削ロボットである。本実施例
でも力制御ロボットの一例として研削ロボットを取り上
げて説明する。研削ロボットでは、ロボット本体８１の
手首部８３に力センサ８４を備え、その先にグラインダ
８５を取り付けている。本発明によるコントローラ１１
は、さらに、後述する本発明に係る位置決め方法を実行
する制御機能部を備える。

【００２５】なお本実施例では、上記の仮想コンプライ
アンス制御の内容について詳述しない。ここでは参考文
献として、例えば、計測自動制御学会論文集、Vol.22,
No.3（昭和６１年３月）p.343-350 、特開平６０−３０
１０号公報、特開平６１−７９０５号公報を挙げる。

【００２６】図１は、研削ロボットが研削しようとする
ワークの一例を示す。ワークは、２つの母材９２，９３
が凸状の溶接ビード９１で接合されたものである。本実
施例の研削作業では、グラインダ８５によって、凸状に
盛られた溶接ビード９１を凹状に研削しようとするもの
である。本実施例によるグラインダ８５は円板状の砥石
を備える。溶接ビード９１を凹状に研削するための研削
作業において、グラインダ８５を移動させるための目標
経路９４は、研削作業開始前の教示作業で与えられた複
数の教示点によって決められる。複数の教示点の位置デ
ータは、例えばユーザにおける作業者の教示作業での入
力行為によって与えられる。この実施例では、説明を簡
単にするために３つの教示点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を示して
いる。教示点Ｐ１，Ｐ３は目標経路９４の両端の教示点
であり、教示点Ｐ２は中間部の教示点である。研削作業
におけるグラインダ８５の位置制御によれば、グライン
ダ８５が目標経路９４に沿って端から端まで減速し過ぎ
ることなく適切な速度で移動し、これを研削工程の単位
として移動を繰り返す。グラインダ８５の位置制御にお
ける移動速度は、グラインダ８５の研削能力に応じて適
切に決定される。上記の移動において、各教示点を通過
するとき、以下に説明する方法で設定された位置到達判
定範囲内に入ることを条件に、位置決めの条件が満たさ
れたものとして次の教示点への移動が行われる。

【００２７】「従来の技術」の箇所で説明したように仮
想コンプライアンス制御で動作するグラインダ８５は、
図１に示されるように、ロボット本体８１の手首部８３
に仮想ばね１２で支持された状態で取り付けられている
と考えられる。仮想ばね１２は、ソフトウェアで実現さ
れた制御上の要素としての仮想的なばね要素である。な
お図１では、力センサ８４の図示は省略されている。グ
ラインダ８５は、仮想ばね１２で決まるばね力（弾性力
または剛性（スティフネス）：例えば柔らかいばねまた
は固いばね等で、ばね定数によって決まる）で溶接ビー
ド９１に押し付けられ、この押付け状態で溶接ビード９
１を研削しながら、目標経路９４に沿って適切な速度で
移動する。上記において仮想ばね１２の設定方向は、押
付け方向（作業方向）に対応して定められる。

【００２８】本発明では、力を伴う作業の一例である研
削作業においてグラインダ８５を目標経路９４に沿うよ
うに適切な速度で繰り返し移動させるとき、目標経路９
４を決める各教示点（位置目標値）での位置決めで、
「従来の技術」の箇所で述べた位置決め監視幅に実質的
に相当する位置到達判定範囲を使用することとし、かつ
この位置到達判定範囲を研削残量（研削しようとする溶
接ビード９１の残量（または盛り量））に応じて設定す
るようにしている。研削が進むにつれ、研削残量は少な
くなっていくので、研削残量の変化に応じて位置到達判
定範囲も変化するように位置決めの制御が行われる。か
かる位置到達判定範囲の設定は、コントローラ１１内に
設けられた本発明に係る位置決め方法のアルゴリズムに
よって自動的に演算することにより行われる。また、仮
想ばね１２のばね力の強度（ばね定数）との関係で述べ
れば、研削残量が多いときにはばね力は柔らかく設定さ
れ、研削残量が少ないときにはばね力は固く設定され
る。

【００２９】以上の位置決め方法は基本的な考え方であ
り、実施例的には、複数の教示点でのその場その場の研
削残量に応じて各教示点ごとに仮想ばねを設定し、これ
に伴って各教示点ごとにその仮想ばねのばね力に応じた
位置到達判定範囲を設定するという考え方（第１実施
例）と、１回の研削工程ごとに平均的な研削残量を求
め、これに応じて次の研削工程を通して一定な仮想ばね
を設定し、この仮想ばねのばね力に応じて各教示点に共
通の一定の位置到達判定範囲を設定するという考え方
（第２実施例）が存在する。

【００３０】図２を参照して、本発明による位置決め方
法の第１実施例を説明する。説明の便宜上、中間の教示
点Ｐ２に着目して説明する。最初の研削工程では、溶接
ビード９１の研削に関し、目標経路９４に関する情報が
与えられている下で、研削すべき量およびグラインダ８
５の研削能力を考慮して、柔らかい仮想ばね１２を適当
に設定する。溶接ビード９１の形状が未知であるため、
目標経路９４に到達するまでの研削残量も未知である。
そこで、最初の研削工程では、経験的に充分な柔らかさ
を有する仮想ばねの値（ばね定数）が使用される。また
教示点に到達したか否かを判定するための位置到達判定
範囲１３は、充分な柔らかさを有する仮想ばねに対応さ
せて経験的に知られる充分に大きな値が設定される。最
初の研削工程の状態を図２Ａに示す。柔らかい仮想ばね
１２、および大きな位置到達判定範囲１３の下で、溶接
ビード９１の研削工程が１回行われる。この研削工程に
よって得られた実際の位置データと予め設定された目標
経路に関する位置データとを用いて各教示点での研削残
量を求めることができる。

【００３１】次いで、各教示点の研削残量に応じて仮想
ばね１２の強度（ばね定数）を設定し、さらに、各教示
点Ｐ１〜Ｐ３で設定された仮想ばね１２の強度に応じて
各教示点ごとに位置到達判定範囲１３，１３ａ，１３ｂ
を設定する。端部の教示点Ｐ１，Ｐ３では研削残量が少
ないため仮想ばねを固くし、教示点Ｐ２では研削残量が
多いため仮想ばねを柔らかくする。また位置到達判定範
囲については、教示点Ｐ１，Ｐ３では小さく設定し、教
示点Ｐ２では大きく設定する。この設定状態で、図２Ｂ
に示すように２回目の研削工程を行う。２回目の研削工
程により新たな研削残量が自動的に求められ、次の回の
研削工程のためのパラメータの設定に使用される。こう
して研削工程を繰り返す。

【００３２】図２ＣはＮ回目の研削工程を示す。２回目
以降の研削工程は同じ条件で繰り返される。図２Ａから
図２Ｃへの変化で明らかなように、教示点Ｐ２に関して
は研削残量の減少に応じて仮想ばね１２のばね定数が大
きくなる共に位置到達判定範囲１３が小さくなり、グラ
インダの移動が円滑に行われるように、研削残量に応じ
てその都度最適な位置到達判定範囲が設定される。

【００３３】研削作業の終了条件としては、第１に研削
作業の研削工程繰返し回数を指定すること、第２に位置
到達判定範囲が一定値以下になること、第３に仮想ばね
のばね定数が一定値以上になること等の条件、またはこ
れらを組合せた条件を用いることができる。

【００３４】上記位置決め方法を実施する制御機能部の
構成を、図３を参照して説明する。この制御機能部はコ
ントローラ１１の中に含まれる。コントローラ１１に
は、他に、仮想コンプライアンス制御を実行する力制御
演算部１４と、力制御演算前処理部１５が含まれる。

【００３５】位置目標値格納部１６には教示点Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の位置データが格納される。位置目標値格納部
１６の位置データは、力制御演算部１４で位置目標値と
して使用される。力制御パラメータ格納部１７には各教
示点での研削における力目標値、仮想ダンパ、仮想ばね
等の力制御パラメータが格納される。位置データや力制
御パラメータの格納は作業者（ユーザ）の教示作業によ
って行われる。

【００３６】位置目標値として使用される各教示点Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３の位置データは、位置目標値転送部１８
によって下記の特定条件の下で順次に読み込まれ、力制
御演算前処理部１５を経由して力制御演算部１４に設定
される。力制御演算部１４では、設定された教示点の位
置データを位置目標値として、グラインダ８５を移動さ
せるための位置制御信号が生成される。位置目標として
設定された教示点に到達したことを条件に、次の教示点
に移動すべく、位置目標値転送部１８は次の教示点の位
置データを位置目標値として読み込む。各教示点の間の
移動すべき経路は、直線補間や円弧補間によって演算さ
れる。力制御パラメータ格納部１７に格納される各種の
パラメータは力制御演算前処理部１５を経由して力制御
演算部１４に設定される。

【００３７】力制御演算前処理部１５は、位置制御に必
要な位置データや力制御のための各種の力制御パラメー
タを、力制御演算部１４と同期をとりながら力制御演算
部１４に対して送給する機能を有する。力制御演算部１
４は、仮想コンプライアンス制御方式に従って必要な位
置と力の制御の演算を行い、生成された制御信号（速度
信号やトルク信号）をサーボ回路１９を介してロボット
本体８１のモータに与える。制御信号を与えられたロボ
ット本体８１は所定の研削作業のための動作を行う。ロ
ボット本体８１が動作するとき、各関節部に設けられた
エンコーダによって実際の位置の情報が得られ、また力
センサ８４によってグラインダ８５に加わる力（モーメ
ントを含む）の情報が得られる。位置の情報と力の情報
は、力制御演算部１４に取り込まれる。力制御演算部１
４および力制御演算前処理部１５は既に知られた内容で
あり、本実施例では詳細な説明を省略する。

【００３８】次に位置決め方法を実施するための特徴的
構成部分を説明する。監視レベル設定部２０には、最初
の研削工程で使用される大きな範囲の位置到達判定範囲
が設定される。この位置到達判定範囲の設定は作業者の
教示作業によって行われる。監視レベル設定部１０での
設定については、最初の研削工程に必要な位置到達判定
範囲の他に、通常の位置制御ロボットの場合と同様に一
般的に「ファイン」や「ラフ」等を設定することができ
る。監視レベル設定部２０に設定された位置到達判定範
囲は、例えば位置到達判定範囲演算部２１に取り込まれ
る。なお監視レベル設定部２０に設定された位置到達判
定範囲を直接に位置監視判定部２２に与えるように構成
することもできる。

【００３９】位置監視判定部２２は、位置目標値格納部
１６から位置目標値を取り込むと共に、実際に動作する
ロボット本体８１のエンコーダから力制御演算部１４お
よび力制御演算前処理部１５を通して取り出された位置
の現在値（ロボット本体に関する実際の位置データ）を
取り込む。また位置監視判定部２２は位置到達判定範囲
演算部２１に用意された位置到達判定範囲を参照する。
以上の構成によって、位置監視判定部２２では、位置目
標値と位置の現在値とを比較して差を求め、その差が、
位置到達判定範囲演算部２１から得られる位置到達判定
範囲と比較して当該範囲に含まれるか否かを判定する。
上記差が位置到達判定範囲内に含まれる場合には、教示
点に到達したと判定し、次の位置目標値に基づいて移動
処理を行うべく位置目標値転送部１８に対して次の位置
目標値（次の教示点の位置データ）を転送するように指
示する。位置目標値転送部１８は、位置監視判定部２２
からの指示を受けて次の教示点の位置データを転送す
る。

【００４０】以上のようにして行われる最初の研削工程
において、研削残量演算部２３では、位置目標値転送部
１８から出力される各教示点の位置データと、力制御演
算前処理部１５から位置監視判定部２２へ与えられる位
置の現在値とを比較することにより、各教示点における
研削残量を求め、蓄積する。蓄積された各教示点の研削
残量のデータは、ばね定数演算部２４に転送されここで
使用される。

【００４１】２回目の研削工程では、研削残量演算部２
３で蓄積された各教示点の研削残量を用いて仮想ばねの
ばね定数を演算し、このばね定数に基づいて２回目の研
削工程で使用される各教示点の位置到達判定範囲を演算
する。こうして２回目での研削工程では、各教示点で設
定される位置到達判定範囲が、各教示点の仮想ばねのば
ね定数と関係付けて設定される。

【００４２】ばね定数演算部２４は、力制御パラメータ
格納部１７からグラインダ８５で研削する軸方向に関す
る情報（作業方向の情報）を得ると共に、この軸方向に
関して研削残量演算部２３で蓄積された研削残量を用い
て仮想ばねのばね定数を演算する。具体的に説明する
と、或る教示点に関して、グラインダ８５を溶接ビード
９１に押し付けるときに図４で示す直交座標系のｚ軸方
向に押し付けるとし、かつこのとき力Ｆgrで研削するの
が最大の効率が得られるとする。また最初の研削工程に
おいて研削残量演算部２３で蓄積された研削残量がＺａ
であったとする。この結果、ばね定数演算部２４では、
ばね定数Ｋｚが、Ｋｚ＝Ｆrg／Ｚａの式で求められる。
ばね定数演算部２４で得られたばね定数Ｋｚは、最小値
選択部２５を経由して位置到達判定範囲演算部２１に与
えられる。この場合、ばね定数演算部２４で得られたば
ね定数Ｋｚは最小値として扱われるので最小値選択部２
５は特に機能せず、ばね定数演算部２４から与えられた
ばね定数を最小値として位置到達判定範囲演算部２１に
供給する。

【００４３】位置到達判定範囲演算部２１では、与えら
れたばね定数Ｋｚを用いてこのばね定数に対応する位置
到達判定範囲を演算する。バネ定数Ｋｚを用いて、位置
到達判定範囲演算部２１は次式により位置到達判定範囲
ＰＡを演算する。

【００４４】

【数１】 ＰＡ＝α×ＰＡn ／Ｋｚ …（１）

【００４５】上記において、αは係数であり例えばロボ
ットの機構系がもつ可能性を与える。ＰＡn は通常の位
置制御での監視幅で、例えば「ファイン」では０．５m
m、「ラフ」では１mm程度である。

【００４６】上記のごとくして、２回目の研削工程で
は、各教示点で、その研削残量に基づいてグラインダ８
５の押付け方向（作業方向）に関して仮想ばねのばね定
数が設定され、さらにこのばね定数に対応させて位置到
達判定範囲が設定される。なお新たに設定された仮想ば
ねのばね定数は、力制御演算前処理部１５を通して力制
御演算部１４に送られ力制御パラメータとして使用され
る。こうして、各教示点で新しく設定された仮想ばねと
位置到達判定範囲に基づいて、２回目の研削工程が図２
Ｂに示されるごとく実行される。研削残量は研削工程が
行われると少なくなるので、ばね定数は次第に固くな
り、これに対応して位置到達判定範囲は次第に小さくな
る。ただし、研削残量がもともと少ない教示点では、ば
ね定数や位置到達判定範囲はほとんど変化しない。

【００４７】３回目以降の研削工程の実行においても、
上記と同様にして、前回の研削工程にて研削残量演算部
２３で得られた各教示点の研削残量のデータを用いて、
各教示点ごとに仮想ばねのばね定数および位置到達判定
範囲を設定し、研削工程を繰返す。

【００４８】上記の研削残量の扱いについて、前回の研
削工程で得られた研削残量データの平均値を用いること
もできる。上記実施例では、各教示点ごとに仮想ばねの
ばね定数を設定するようにしているので、例えば、或る
教示点の研削残量と、ばね定数が変更される次の教示点
の研削残量との平均値が用いられる。

【００４９】前記の実施例では、最初の研削工程での位
置到達判定範囲の設定を、監視レベル設定部２０を利用
することにより行うようにしたが、以下のように、力制
御パラメータ格納部１７に最初に設定された仮想ばねの
ばね定数のデータを利用し、このばね定数に対応させて
設定することもできる。

【００５０】ばね定数演算部２４は、力制御パラメータ
格納部１７に格納された現在の制御に使用されている力
制御パラメータの中から仮想ばねのばね定数を取り出
す。ここで仮想ばねは、図４に示す直交座標系を考える
と、６軸の方向に設定され、制御的な観点で、これらは
並進３軸（ｘ，ｙ，ｚの各軸）と回転３軸（ｘ，ｙ，ｚ
の各軸）に分けて考えることができる。上記の最小値選
択部２５は、並進３軸と回転３軸のそれぞれで仮想ばね
のばね定数が最も柔らかい仮想ばねを設定した軸のばね
定数を読取り、並進と回転のそれぞれについて位置到達
判定範囲演算部２１に出力する。

【００５１】位置到達判定範囲演算部２１では、与えら
れたばね定数を用いて、このばね定数に対応する位置到
達判定範囲を算出する。例えば並進ｚ軸方向にＫｚのバ
ネ定数が設定され、これが最も柔らかい方向であるとす
るとき、位置到達判定範囲演算部２１は前述の（１）式
により位置到達判定範囲ＰＡを算出する。こうして得ら
れた位置到達判定範囲ＰＡを用いて、前述の通り最初の
研削工程を行う。２回目以降の研削工程は、前述と同じ
である。

【００５２】本発明の第２実施例では、前記第１実施例
で２回目以降の研削工程で各教示点のばね定数を設定す
るときに、その前の回の研削工程で得られた研削残量に
関する平均値を使用してばね定数を設定し、かつこのば
ね定数に対応する位置到達判定範囲を例えば前記（１）
式を用いて決めるようにする。この場合には、２回目以
降の研削工程の各々で研削工程を通して位置到達判定範
囲が一定となる。研削工程が繰返され、研削作業が進む
につれて、仮想ばねのばね定数は次第に固くなり、位置
到達判定範囲は次第に小さくなる。この実施例によれ
ば、研削工程を通して各教示点で共通のばね定数および
位置到達判定範囲を設定したため、制御を簡素化するこ
とができ、実用性が高いという利点を有する。

【００５３】前記各実施例では、仮想コンプライアンス
制御に基づいて説明したが、位置と力の制御はこれに限
定されず、本発明によるロボットの位置決め方法は他の
方式の位置と力の制御に適用することができる。また前
記各実施例では研削工程を複数回繰返すことにより研削
作業を完了させたが、設定された仮想ばねのばね定数に
応じて位置到達判定範囲を定めるという点に関しては１
回の研削工程で完了する研削作業であっても適用でき
る。前記実施例では研削作業に限定して説明したが、バ
リ取り、曲面研磨等のその他の力作業においても同様に
適用できる。

【００５４】また上記実施例では、仮想ばねのばね定数
に基づいて位置到達判定範囲を計算するように構成した
が、研削残量から直接に位置到達判定範囲を計算するこ
ともできる。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、力制御ロボットの教示された目標経路に沿った再
生動作に基づく作業で、各位置目標値における位置決め
を、各位置目標値で位置到達判定範囲を設定し、かつこ
の位置到達判定範囲を各位置目標値に対応するワーク部
分の作業残量に応じて最適な値に設定することにより行
うようにしたため、支障なく円滑に力作業を行うことが
でき、また溶接ビード等の盛り量を計測するための特別
な装置を付加する必要がなく、簡素な構造で安価に力制
御ロボットの位置決めを行うことができる。

【００５６】作業残量に対応する作業工具の位置決め精
度を自動的に設定することができ、ユーザはワークの仕
上げ形状とばね要素のばね定数と送り速度だけに着目す
ればよいので、教示作業を簡素化することができる。位
置決めを判断する基準となる位置到達判定範囲を最適に
設定できるため、位置到達判定範囲が小さすぎることに
起因する作業工具の破損、作業工具の移動の停止、ワー
クの焼き入れ、あるいは大きすぎることに起因する仕上
精度の不良をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロボットの位置決め方法を概念的
に説明するための図である。

【図２】本発明に係るロボットの位置決め方法を、研削
工程の推移を参照して説明するための図である。

【図３】本発明に係るロボットの位置決め方法を実施す
る装置の一例を示すブロック図である。

【図４】制御のために設定される座標系を示す図であ
る。

【図５】従来の位置制御ロボットにおける位置決め方法
を説明するための図である。

【図６】力制御ロボットの一例である研削ロボットの構
成を示す外観図である。

【図７】仮想コンプライアンス制御の作動状態を説明す
るための図である。

【図８】従来の位置決めを方法を力制御ロボットに適用
した場合の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ コントローラ １２ 仮想ばね １４ 力制御演算部 １５ 力制御演算前処理部 １６ 位置目標値格納部 １７ 力制御パラメータ格納部 ２０ 監視レベル設定部 ２１ 位置到達判定範囲演算部 ２２ 位置監視判定部 ２３ 研削残量演算部 ２４ ばね定数演算部 ８１ ロボット本体 ８５ グラインダ ９１ 溶接ビード ９２，９３ 母材 ９４ 目標経路 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 教示点

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置と力の制御で動作し作業方向に制御
   上のばね要素が設定されるロボットに適用され、教示さ
   れた複数の位置目標値で決まる目標経路に従って再生動
   作を行うとき、作業工具の移動における前記各位置目標
   値での位置決めを位置到達判定範囲に基づいて判定する
   ロボットの位置決め方法において、 前記ばね要素のばね定数を作業残量に応じて設定し、前
   記位置到達判定範囲を前記ばね要素のばね定数に応じて
   設定することを特徴とするロボットの位置決め方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロボットの位置決め方法
   において、前記位置到達判定範囲は、ばね定数が低いと
   きには広く、ばね定数が高いときには狭く設定されるこ
   とを特徴とするロボットの位置決め方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のロボットの位置
   決め方法において、前記ばね要素のばね定数と前記位置
   到達判定範囲は前記位置目標値ごとに設定されることを
   特徴とするロボットの位置決め方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のロボットの位置
   決め方法において、前記再生動作を繰返し行い、各作業
   工程で、その前の回の作業工程で求められた作業残量を
   用いて各位置目標値に共通のばね要素のばね定数と位置
   到達判定範囲を設定したことを特徴とするロボットの位
   置決め方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載のロボ
   ットの位置決め方法において、最初の作業工程での前記
   ばね要素には経験に基づいて低いばね定数が設定される
   ことを特徴とするロボットの位置決め方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載のロボ
   ットの位置決め方法において、前記位置と力の制御は仮
   想コンプライアンス制御であり、前記ばね要素は仮想ば
   ねであることを特徴とするロボットの位置決め方法。
7. 【請求項７】 作業工具を備える多自由度のロボット本
   体と、位置と力の制御に基づき前記ロボット本体を動作
   させ前記作業工具に作業を行わせる制御手段を備え、前
   記制御手段によって、前記ロボット本体で設定された制
   御用座標系の少なくとも作業方向に制御上のばね要素が
   設定され、教示された複数の位置目標値で決まる目標経
   路に沿って前記作業工具を移動させるロボットにおい
   て、 前記作業の作業残量を演算する残量演算手段と、 前記残量演算手段で演算された前記作業残量に基づいて
   前記ばね要素のばね定数を演算するばね定数演算手段
   と、 前記ばね定数演算手段で演算された前記ばね定数に基づ
   いて、前記位置目標値に到達したか否かを判定する基準
   となる位置到達判定範囲を演算する位置到達判定範囲演
   算手段と、 前記位置目標値と位置現在値の差を求め、その差が、前
   記位置到達判定範囲演算手段で演算された前記位置到達
   判定範囲の中に含まれているかを判定する位置到達判定
   手段と、 を備えることを特徴とするロボットの位置決め装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のロボットの位置決め装置
   において、最初の位置到達判定範囲を設定するための監
   視レベル設定手段を備えることを特徴とするロボットの
   位置決め装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８記載のロボットの位置
   決め装置において、前記制御手段は仮想コンプライアン
   ス制御を行うことを特徴とするロボットの位置決め装
   置。