JPS58169017A - きり穴ロボットの教習方法 - Google Patents

きり穴ロボットの教習方法

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JPS58169017A
JPS58169017A JP58039316A JP3931683A JPS58169017A JP S58169017 A JPS58169017 A JP S58169017A JP 58039316 A JP58039316 A JP 58039316A JP 3931683 A JP3931683 A JP 3931683A JP S58169017 A JPS58169017 A JP S58169017A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマスク部品中のきり穴を倹べる事によって、ロ
ボットにきり穴０）中心線の位置及び方向を教え、こθ
ノマスタ部品に対心丁る製造部品を製造部る様にロボッ
トが追加の加工片中にきりもみ動作ノーダンスを遂行出
来る様に丁る装置に関する。
数値制御情報に基づいてきりもみシーケンスを遂行させ
る様にロボット’＞プログラム丁る技法ハ周知であるが
、特にマスク部品に関連するきり穴σ）位置及び方向が
計算機読暇り９牝な形で利用９牝ではない時には、この
様な制御情報馨数学的に開発丁ろには専門家でも時間を
費し、若干困難を伴つ。マスク部品上での手動の一連の
プローブ動作に基づいてロボットにきり穴の構造を教示
丁るための技法が開発された。人間のオペンータ。Ｊｉ
ｌｌ御の下にきりもみシーケンスを行なう１回の工程中
に、ロボノｉ＆Ｘこのシーケンス乞学習して、ソの後こ
（ｈンーケンスを繰返丁。この手順の欠点は適切なきり
もみ／−ケンスを行なう（７Ｊには熟練したオペレータ
でもかなりの時間を要する点にある。
成る状況の下では、オペノー夕はマスタ部品を適切に眺
める事かできず、きり穴に適切に位置付けるＱ）に必要
とされる制御上Ｑ）器用さを持たず、特に、マスク部品
中におけるきり穴と一致させるため適切な縦ゆれもしく
は首揺れ座標Ｙ６えるｑ目力乞有さない。
多くＱ〕きり穴はけかぎ交点と呼はれ得る導入点におい
てきり穴の接平面に垂直もしくは略垂直に穿孔される、 代表的ロホツ１の穿孔旧用にお（・ては、ロボットはド
リルケきり穴の所望σ］中心線に沿って配向し、きり穴
を穿孔ｊる間ドリルケ中心線に沿って移動させる事が重
要である。ドリルの刃の不適切な位置付けは間違った場
所にきり穴を穿孔し、きり穴の中心線に関連してドリル
の方向が一致しない時にはきり穴σノ方回か違う事にな
り、穿孔される表面に関連するドリルの刃の誤配向は形
のゆがんだきり穴馨生ずる。ドリルの刃は工作物に関連
して決定ＯＪ牝なＸＸＹ、Ｚ座標乞有する予定０）けか
き交点で工作物９２表面と接触しなければならず、ドリ
ルの刃は所望の中心線方向に従う様に縦ゆれ、及び首揺
れが制御されなげればならなし・。多くのきりもみ動作
においては、きり穴の深さは厳密である必要はな℃・。
ロボノｐＯ）ぎりもみ装置ケ使用するためにはデータか
げかき交点の表面位置及び各穿孔されろべききり穴の中
心線の方向を決定する必要がある。
もしこのデータが設計のデータ馨基にして得る事が出来
ない時はデータは成る教示される形で訪専されなければ
ならない。さらに、設計データがオリ用町ｑヒである場
合でも、ロボット自体の位置σ〕不正確さを補償するた
めに教示が必要である。
精巧にプログラムされ得るロボットは穿孔されるべき工
作物の座標系に関連してきり穴の座標ケ使用し得る。従
って加工片乞位置付け、加工片と　　　　　　１ドリル
σ）刃の適切な並置を与えるためにロボットＱ】節点を
どの様に位置付けるかを計算するのに感知データ及び計
測ノットウェアが使用され得る。
この様なロボットぎりもみ装置θノ教示プロセスは仄の
段階乞含む。
（１）　　ロポソｉＪりもみステー７ヨンにマスク部品
ケ設定する。
（２）　　マスク部品の座標系を計測する。
（３）　　マスク部品に関連する各きり穴＋７Ｊ座標ケ
教込み、将来のブＶイバソクのためにこれ等σ）座標を
記憶させる。
きり穴Ｑ）座標を教示する標準の方法は、ドリフレフ士
動で穿孔されるべき各ぎり穴に位置付ける様にしてロボ
ノｉケ遠隔オペＶ−夕として動作させる事である。この
手順シエ久の悼な多くαノ欠点を有する〜 （１）　　この手順は面倒で時間を要する。
（２）特にぎり穴の中心線の方向乞決定するためにその
精度が制限される。
（３）　　ドリルＱ】刃σノマスタ部品中におけるきり
穴に対する正確な位置関係？知るために教示する人は彼
の頭をロボットの作業包絡線内に突っ込む必要がある。
手動制御によって初期の近似配回がなされた後に、計算
機の制御の下に多事プローブと多点接触させる事によっ
て、所望のさり穴の軸の座標ケ確かめる様に、特定のク
ーケツｉｙ使用する従来技法か開発されている。これに
つ℃・では、１９８２年６月２日乃至４日に開催された
Ｒｏｂｏｔ　　■Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｘ５ｏｃｉｅ
ｔｙ　ｏｆ　ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅ
ｅｒｓ　　（ＭＳ　８２−１２０　）において発表され
たり、Ｍ、Ｌａｍｂｅ’ｔｈ　（ｂ論父”Ａｎ　Ａｐｐ
ｒｏａｃｈｔｏ　ＴａｃＬｉｌｅ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　
Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｆｏｒＲｏｂｏｔｉｃ　Ｄｒ
ｉｌｌｉｎｇ　　”ｌ参照されたい。
〔本発明の概要〕 本発明はポケットを有するきり穴中心線決定用インター
ポーザ、並びに実際にマスク部品と接触させる事なくイ
ンターポーザで探食する事によりロボットにきり穴の中
心線の位置及び配向乞比較的高速且つ効率的に教示する
ためにきり穴の中心線決定用インターポーザ乞便用する
方法を与える。
本発明の利点はインターポーザ中の中心ボケノ［に対し
て粗な位置付けがなされ雨、ポケットに関連するプロー
ブ（ＩＩＪ正しい位置付けが従来の方法よりも高速で正
羅に且つオペノー夕に対して危険を与える事なく又プロ
ーブとの接触によってマスク部品に対して損傷を与える
事なくなされ得る点にある。
ｆｉ　１７）　利点はドリルの刃がプローブとして使用
され得、同一のプロピング作用が部品の計測ときり穴の
位置の探知及び方向付けの両方に使用される点にある。
〔好ましい実施例の説明〕
不発明に従うきり穴中心線決定用インターポーザσ〕構
造及び方法は教示ｏＴクヒなロボットぎりもみ装置のた
めの簡単で安価な多次元位置決定技法を与える。　　　
　　　　　　　□・ 本発明の技法は簡単なセンサとプログラム９程じなロポ
ツ［制御装置ケ組合せ、各ぎり穴中心線決定用インター
ポーザ中の中心ボケラミｙ使用してきり穴の座標の教示
の改良を与える。同一位置決定技法は部品（マスク部品
もしくは工作物）の座標を計測し、又きり穴の位置を定
め及び配向させるのに使用可能である。
第１図はきり穴の応用のためのぎり穴の座標を教示する
ための代表的装置を示す。第１図において、マスク部品
１は第１図に示された如く支持脚６上に固定されるか、
もしくは可変であるがロボットに教示ｏＴ＃ｅな方向で
作業包絡線２中に位置付けられる。本発明で説明される
位置決定技法は同様に部品の位置決めに使用され得ろ８
マスク恥品１が定位置に位置付けられる事により（もし
くはロボット計算機に仰られた座標によって空間が決定
される事によって）、ロポツＨ，−訓練する事が望でれ
る。ロボットは計算機４、位置付は機構５及びプローブ
６を含んでいる。教示動作の前に本発明に従うきり穴中
心線決定用インターポーザ７はマスタ部品１中のいくつ
かのきり穴の各々に置かれろ。これ等のマスク部品１の
きり穴位置及び配向情報がロボットに対して教示される
事が望１れている。もしくは１つのきり穴についての情
報がロボットに教示される前に単一のインターポーザが
各きり穴に順次位置付けられ得る。インターポーザ７は
プローブ６が実際にマスク部品１に接触する必要がない
様にプローブ６に丁べての必要な情報乞与えろ。プロー
ブの条件に従って、インターポーザ７は機械的プローブ
のための固定的物体を与え、電気的プローブの場合には
、インターポーザ７は計算機４への接続線８の如き適切
な電気的接続が与えられる。インターポーザ７はピン９
によって定位置に保持され、ポケット１１の軸でもある
きり穴σ〕軸に垂直であるプラットホーム（台）１０を
提示している。
第２図はさらに詳細にきり穴中心線決定用インターポー
ザ７を示す。インターポーザ７は一般にマツシュルーム
σ）形状をなしており、そσ）頭部は平面決用的ブラッ
トホーム１０を形成し、七Ｑ）茎はピン９（／こよって
形成されている。ピン９は平面決定用フラットホーム１
０の上部表面と垂直に位置付けらイ１７−１゜平面決定
用プラットホーム１０はボケソｉｙ形成する中心窒洞１
１を有し、１度ピン９がマスク部品のきり穴へ具合いよ
く挿入されろとポケット１１の中心はピン９の中心線を
一致する。きり穴の中心線の軸（破線１２によって示さ
れる）はインターポーザ７σ〕平面決定用プラットホー
ム１００表面に垂直であり、こσノブラットホーム緊面
は破線１６によって示されている。プラットホーム平面
１３に平行な第２の平面が破線１４によって示されてい
る。平面１４はプラットホーム平面１６と平行であり、
マスク部品１０表面上に存在する如く平面１６の下σノ
既知の距離に存在する。平面１４は接触平面と呼ばれる
、ポケノｔの底部はプラットホーム平面に平行であり　
、マスク部品に関連してインターポーザのプラットホー
ム平面１３を同定する座標及びマスク部品の平面に関連
するインターポーザ、ポケットの中心（７Ｊ位置乞同定
する座標は完全にきり穴のＸＹＺ位置及び縦ゆれ（第１
図のＰｉで示される）及び首揺れて第１図α〕Ｙａ）方
向を決定する。適切な動作のためには必ずしも必要とさ
れないコンブライアント材料１５はインターポーザ乞定
位置に昧持し、マスク部品及びブローブケ損失から防護
する助けをする。マスク部品中のマスクのきり穴がイン
ターポーザのピン９ケきり穴の中心線１２と正確に整列
させるに十分深い場合には穴中ＣＯピンの接触は惨めで
良好な中心線の決定乞与える。薄い材料の場合、もしく
は浅い穴の場合には、コンブライアント材料による接触
が接触平面を決定する。
成る情況Ｑ〕下には、接着剤もしくは磁気的な固定法を
使用するビンケ使用しないインターポーザが使用され得
る。
第６図はマスク部品１中σ）ぎり穴開孔中に、教示動作
のために位置付けられたインターポーザ７の断面図ヲ概
略的に示している。ロホノ［のグローブ６は影線で示さ
れている。ビン９はマスク部品中σ〕穴に適合して位置
付けられ、所望のきり穴σ）位會乞厳密に決定する様に
コンブライアント材料１５によって裏打ちされている。
インターポーザ７の平面決定用プラットホーム１０がブ
ラットホーム平面１６を完全に決定している。重要な事
はポケットの中心がきり穴の中心線１２と一致し、接触
平面１４が中心線の軸１２に垂直である様にインターポ
ーザを位置付ける事にある一層６図に示された如き、側
面のアンダーカットｙ提示する如くポケソＦ１１は円錐
台をなしている。多くσ〕動作Ｑ）場合に、円錐台であ
る事は重要でない。ポケットは円筒状もしくは先細りα
ノも（ｈであってよいが、倒立円錐台が好ましい。倒立
円錐台の場合、グローブ６が挿入され、横方向に探索す
る時、プローブはブラットホーム平面１３の面でポケッ
トの側面とあいまいに接触する。第３図に示された如く
位置付けられる時インターポーザ７はきり穴の中心線及
び表面の咋がき交点位置Ｑ）厳密な位置馨与える。ブラ
ットホーム平面１６に対し垂直な表面ベクトルはきり穴
の中心線軸に＋行である。
従ってこの方向ベクトルは、たとえこれかぎり穴中心線
σ〕軸のＸＹ位置から有限の距離離れていて　　　　　
　。
もぎり穴の方向ベクトルと平行である。
コンブライアント材料１５はきり穴の中心線軸の計測へ
の誤りの導入を最小にするために急速な回復時間及び低
いヒステリシスを示すゴム若シクは類似のバッド材料か
ら選択される。
電王入力回路１６が接触情報乞計掬−機４に与える。
〔互換実施例Ｊ〕
きり穴Ｑ〕中心線決定用インターポーザはｆｆ、！ρノ
特定の感知方法が使用される事乞要求しない、接触もし
くは近接感知手段は歪ゲージ、超音波プローブ、電気的
抵抗器、コンデンサ等であり得る。
叩解を容易にするために、インターポーザ７はリード８
を升してロボット制御製置十の電気的接触感知ディジタ
ル入力点に接続されている。他の入力はロホットαノフ
ローブ・リードに接続され接地されている。プローブ６
及びインターポーザ７の表面間の接触が回路乞完結する
。即ちロボット制御装置はプローブ６及びインターポー
ザ７０〕ブラツトホーム１０間の接触ケ感知し、こσ〕
感知情報ど位置座標に変換下る。
インターポーザは接着剤もしくは磁石によってマスク部
品十のしかるべき位置ｒ（＠付ける事が出来、マスク部
品中に穴があけられていない場合でも、きり穴を決定す
る事が出来る。この場合は、きり穴σ）方向は接触平面
１４によって決定される。
接触感知機構はプローブもしくはインターポーザ中に存
在し得（例えば、フラットボーム表面と接触表面間σ）
Ｅ電気歪ゲージ、及び計算機への電気的リート°による
）もしくはプローブ及びインターポーザの両者に存在し
侍る。
ポケット１１以外の（例えば平面決定用ブラットホーム
の頂上の台形の如き）プローブを感知町ｑ目な力埋的構
造体がこれと相補的なプローブ動作と共にポケットに置
換され得るが一層の注意？要し、ポケソｔの方が好まし
い。プローブ感％Ｏ”Ｔ　絽構造体はその周辺ケ確かめ
るためのプローブ動作から誘導され得る中心点？含葦な
ければならない。
〔不発明の使用方法〕
本発明はプログラム可能なロボットがきり穴の座標を学
習し得、工作力の座標系に関連してこれ等の座標を記惚
する装置を与える。次に感知データ及び泪測ノフトウエ
了が工作物σ）位置を探索し、ドリルを位置付けろため
にロボットの節点をどの様にして位置付けるか乞計算す
る。教示フロセスは次の段階乞含む。
（１）　　ロホ７ｉの作業包絡線内にマスタ部品乞設定
する・ （２）　　マスク部品の座標系ケ計測する。
（３）　　各きり穴をロボットに教示する。
（４）　　マスク部品に関連する各きり穴の座標乞計算
し、マスク部品と一致する様に加工片を穿孔する際のブ
Ｖイバノクのために該座標ケ記憶する。
各プローブ動作中座標及びベクトルが自動的に読取られ
、適切なデータはすべてのプローブ動作ケ決定する４＞
Ｒに保存される。
第４１図乃至第４４図は本発明のきり穴中心線決定イン
ターポーザ及び本発明の方法を使用して各キり穴乞ロボ
ットに教示する方法ン示す。
段階１　準備段階 マスク部品が教込み町＠目なロボットの作業包絡線中に
置かれ、１乃至複数のきり穴中心線決定インターポーザ
が適切に位置付けられろ。さらにマスク部品の座標系が
決定されろ。本発明の教示方法はマスク部品上もしくは
マスク部品を保持する取付具上の選択的穴を位置決めす
る事によってマスク部品σ）座標系ケ決定するのに使用
され得ろ。
段階２　初期軸の選択 マスク部品の座標系が決定されると、オベンータは成る
初期軸を選択する。この軸方向でプローブは選択された
きり穴の中心線決定用インターポーザの中心線軸と略整
列され、プローブの先端；を選択されたきり穴の中心線
決定用インターポーザのポケット中もしくは上に位置付
けられる。この動作は所望のきり穴の中心線の位置及び
方向の近くに初期プローブ位置を確立する。
段階６　平面決定 初期軸の１わりの６つのプローブ動作が平面１３を決定
する。この様なプローブ動作０】各々むま次θ）小段階
より成る。
（ａ）１本σ）接近線が計算されろ。こＱ）接近線（工
初期軸に平行であり、平面決定用のプラットホーム１０
σ）上部表面とあい１い［交り、ポケノ［０〕内部とは
交わらない様に選択される。好捷い・実施例は接近線馨
ダｊ期軸からポケットσ】半径（ｒ）＆）２５倍力位置
に選択し、ポケツ１σ）半径σ）５倍に等しい半径Ｑ】
ブラットホームを使用する（第４１図参照）。この特定
の比及び幾何学形状は予想される最大Ｑ〕初期整列誤差
、マスク部品σ〕幾何学形状及びロボットの精度に従っ
て選択される。
（ｂ）　　プローブ６θ〕先端はプローブ６が初期軸σ
〕方向を保ったま丑で平面決定用プラットホーム１０と
あい１いながら丁き間を保つに十分高（・接近線上の一
点に向って移動される。
（ｃ）　　プローブ６は、方向乞保ちつつ平面決定用フ
“ラットホーム１０に接触する迄接近線に沿って下方に
移動される。
（ｄ）　　プローブ６は方向を保ちつつ短い距離だけ逆
方向に移動され、欠いて第２のより正確な接触のために
接近線に沿って低速で移動される。これに代ってグロー
ブは接触が破れる迄徐々に段退されても、よい。もし実
際の接触とし谷間の遅れが極めて短い時にはこσ）小段
階は省略され得る。
（ｅ）　　きり穴の中心線の決定用インターポーザ７の
ブラットホーム１０の＋面ヲ満足に決定するために、小
段１階（ａ）乃至（ｄ）が十分な（ロ）数繰返される。
６点がこの平面ケ決定するが、追加α・プローブ動作の
繰返しは統計学的パラメータ推定技法を使用する事によ
って精度ケ改良する。
段階４　方向ベタ１ルの計算 インターポーザの平面決定用プラットホーム１０に垂直
な方向ベクトルの方向は段階６０ノブロ一プ動作によっ
て決定された６乃至それＵ上の接触点から計算される。
こ０ノベクトル（ｖ）はぎり穴の中心軸に平行であり、
ポケットへの導入ヲ確実にするために初期軸がプラット
ホームの平面と交わる点でブラットホーム平面を通過し
ている（第４２図参照）。
段階５　再配向 プローブは未決定のきり穴の中心線の軸に平行な方向ベ
クトルに再配向さねる。もし望まれるならば正確な方向
が決定された事を確実にするために新しい配向暑使用し
て段階３−５が繰返され得る。
もしこの再配向が方向０）大きな変更ケ含む場合には、
段階２−５が繰返されろ。この繰返し手順は３もしくは
それ以上の新しい接触壱の発見ケ生じ、表面σ】決定が
繰返されろ。この繰返し手順はプローブ先端θ】不完全
性が誤った読取りを生ずる確率ヲ減少する。この事はド
ＩＪ　、しの刃がプローブ□ として使用される時には特に重要である。
プローブは方向ベクトルの方向に配向さね、それ自身の
軸に沿ってきり穴σ）中心線の決定用インターポーザ７
のポケット１１内σンあい丑いな一点に向って移動され
る。
段階７　ポケット内のプローブ動作 次いでプローブはプローブの側面とポケットの肩部間の
接触点を探すプローブ動作を行なう。この探索パターン
は次σ〕小段階を含む。
（ａ）　　プローブはその方向乞保ちつつ、プローブが
ポケットの＠部に触る迄、きり穴の中心軸に垂直な平面
中乞移動される。
（ｂ）　　プローブはポケットの＠部に接触する迄そＱ
ノ軸方向を保ちつつ反対方向に移動される。これ等の２
つの動作（段階７ａ、７ｂ）は平面決定用ブラットホー
ム１００表面のプラットホーム平面中　　　　　　。
のポケットの肩部によって形成される円Ｑ〕１つの弦を
決定する（第４２図参照）。
（Ｃ）プローブは方向を保ちつつ、上記弦に沿って該弦
の中心布移動され、次いで同一平面内で弦に垂直な方向
に２つの探索が繰返される。これ等の動作がポケットの
＠部によって形成される円の直径を決定する。この直径
０＞中点はきり穴の中心線軸上にある。
（ｄ）　　精度ケ上げたい場合には（ａｌ、（ｂ）、（
ｃ）を繰返す、段階８　底部の発見 プローブはポケットの底部と接触する迄、方向？保ちつ
つきり穴の中心線軸に沿って移動し、探索する。この点
はマスク部品の表面上既知の距離隔ったきり穴中心線軸
上に存在する。これに代って、より穴の表面７７ノけが
き交点の座標は段階１−７において決定されたきり穴Ｑ
】中心線軸及び段階３−４で探知された接触平面から計
算され得る。
これ等のプローブ動作から誘導され得る計算はドリルの
刃が工作物と接触するＸＹＺ位置？厳密に決定し、同様
に方向ン再現するＱ〕に必要とされる縦ゆれ、首揺れ座
標を厳密に決定する。
【図面の簡単な説明】
第１図はきりもみの四周に使用されるぎり穴σ〕座座標
クロボット教示するために使用される代表的な装置の等
角投影図である。第２図は代表的ぎり穴の中心線決定用
インターポーザの図である。 第６図は所望のきり穴の位置及び方向ケロホノトに教示
すろためマスク部品上に位置付けられたきり穴中心組決
定用インターポーザの立断面及び計測用関連回路ケ示し
た図である。第４１図、第４２図、第４３図及び第４４
図はロボットに教爪する際にきり穴の中心線決定用イン
ターボーザケ使用１ろ方法ン示した図である。 １・・・・マスク部品、２・・・・作業包絡線、ろ・・
・・支持柱、４・・・・計算機、５・・・・位置付は機
構、６・・・・プローブ、７・・・・きり穴中心線決定
用イン゛ターポーザ、９・・・・ビン、１０・・・・プ
ラットホーム、１１・・・・ポケット、１５・・・・コ
ンブライアント材料、１６・・・・電子入力回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）マスク部品の座標に関連してきり穴の軸の位置及
    び方向を決定するロボットのプローブと共に使用される
    きり穴Ｑ）中心線決定用インターポーザであって、 （ａ）　　プラットホーム平面を決定する連続的フラッ
    トフオーム表面及び内在する一点乞決定し得る形状の中
    央部の物理的特徴を有する平面決定用プラットフォーム
    と、 （ｂ）　　上記平面決定用プラットフォームの表面が所
    望のきり穴の軸に直交し、上記内在する一点が上記きり
    穴の軸上に存在する様に上記平面決定用プラットフォー
    ムの表面を上記マスク部品に固定する取付は手段とを有
    するきり穴の中心線決定用インターポーザ。
  2. （２）　　上記物理的特徴はポケットである事を特徴と
    する特許 心線決定用インターポーザ。
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