JPS58175005A - 工業用ロボツトのテイ−チング方法 - Google Patents

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】 この発明は工業用ロボットのティーチング方法に関する
。

従来から、たとえば特開昭５１−１３７２６７号公報開
示の技術のように、重力バランス機構を備えた工業用ロ
ボットを人力で動かし、軌跡をティーチングローラ（第
１図）で定距離サンプリングしながらティーチングする
方法が知られている。

しかし、このような技術では、■溶接線をティーチング
する際に、溶接トーチのシールドノズルを取シ外し、テ
ィーチングローラを取シ付ける手間が必要であり、煩雑
であった。また、■ローラ自体に厚さがあるため、ティ
ーチング時のトーチの支え方などによりワイヤのネライ
位置にズレを生じやすい欠点があった。すなわち、第２
図に示すように、母材３に対し、Ａ点はローラ２が垂直
な場合の溶接ワイヤ先端のネライ位置を示すが、溶接ト
ーチの支え方が悪くローラ２が角度αだけ傾いてしまう
と、溶接ワイヤ先端のネライ位置はＢ点のようになシ、
ネライ位置のズレ量ｄを生じてしまう。これでは、プレ
イバック時、良好な溶接が行なえない。さらに、■トー
チに前進角、後退角をもたせる場合には、第３図で示す
ように、Ｘ−Ｘ方向をトーチの向くトーチ角度とすると
、ローラ２と母材３との接触点Ｃと、プレイバック時の
ワイヤ先端のネライ位置りが一致せず、ワイヤ先端がね
らうべき正確な位置がわからないといった欠点もあった
。また、一つの母材内（たとえば一つの継手）でトーチ
の前進角、後退角が連続的に変化するような場合、プレ
イバック時にワイヤ突出し長さｌも変化してしまう。た
とえば、第４図に示す如く、トーチ角度を（イ）→仲）
→ｅつと変化させると、ワイヤ突出し長さは１１→１２
→７Ｉ３　と変化してしまう欠つ、である。更にまだ、
■溶接線が曲線である場合には、第５図で示すように、
（イ）→（２））→ｅ６→と移動させるに従ってＸ−Ｘ
軸を中心としてティーチングローラ１自体を回転しなけ
ればならない。すなわち、ローラ２が密接して転がるよ
うに、溶接線の方向とティーチングローラ１の向く方向
Ｘ−Ｘを一致させながらティーチングせねばならず、テ
ィーチング作業自体に高度な熟練を必要とする問題があ
った。

そこで、この発明は、上記欠点９問題点を解消するため
になされたもので、ティーチングローラを使用しない新
規なティーチング方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明は、ロボットに設けた位置検出手段からの
位置データに基づいてロボット先端の移動量を演算処理
手段で演算して求め、定距離移動する毎にその位置デー
タをデータ記憶手段に取り込むことを特徴とする工業用
ロボットのティーチング方法である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の詳細な説明する
。

第６図は本発明を適用可能な溶接ロボット本体１０（５
自由度）の側面図である。１１は旋回台、１２はアーム
及び手首を駆動する駆動部で複数（４個）の電動機が設
けられている。１３は旋回台１１上方において鉛直面内
で揺動自在な第１アーム、１４は第１アーム１３の先端
部で軸１５で揺動自在に支持された第２アーム、１６は
第２アーム１４の先端部で手首機構部１７を介して設け
た手首部である。手首部１６には、トーチブラケット１
８を介して溶接トーチ１９が固定され、溶接トーチ１９
の後端にはケーブル体２０が連結される。ケーブル体２
０は、コンジットケーブル、パワーケーブルおよびガス
ホースの集合体である。

一方、２１，２２，２３．２４は第２アーム１４を動作
させるリンク機構の構成素である第２アーム用リンクで
ある。特に、２２は次に述べるバネバランス４１ととも
に第２アーム１４０重カモーメントを相殺する作用も兼
ね備えるやや重量体のリンクである。２５は、第２アー
ム１４の他端と第２アーム用リンク２１との間に介設さ
れたバネバランス機構で、第１アーム１３の自重に基づ
く重力モーメントをほぼ完全に相殺することができる。

なお、第２アーム１４のバランスについては、このバネ
バランス機構２５の自重等によって第１アームの揺動ｉ
ｘｓのまわりのモーメントをつり合わせるように設計さ
れている。

図中、ｒｌは第１アーム１３の軸間距離、ｒ２は軸１５
と手首機構部１７の軸間の距離を示す。

そして、点Ｐは手首部１６の軸の軸線と溶接トーチ１９
の向く方向との交点であり、ｒ３は、この点Ｐと手首機
構部１７間の距離である。前記点Ｐが溶接トーチ１９の
先端に相当し、点Ｐの直交座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）はロボッ
ト本体１０の姿勢により一義的に定まる。なお、図中の
座標軸は、鉛直上方がＸ軸、ロボット本体１０が基本姿
勢にあるとき第２アーム１４が延びる方向がＹ軸、ＹＺ
平面に垂直な方向（紙面の表から裏へ向う方向）がＸ軸
である。

各関節の可動角度は、θ１〜θ５で示される。

θ１は旋回台１の旋回角度である。θ２は第１アーム１
３の揺動角度、θ３は第２アーム１４の揺動角度である
。θ４は溶接トーチ１９の傾斜角度、θ５は溶接トーチ
１９のねじり角度である。

旋回台１の旋回（θ１　）については旋回台中にある電
動機（モータ）によるが、他の動き（θ２〜θ５　）に
ついては、すべてアーム・手首駆動部１２中に個別に存
する電動機による。そして、個々の電動機には、それぞ
れ減速機１位置検出器。

速度検出器および電動機の動力を継断するだめのクラッ
チ機構（いずれも図示せず）が設けられている。各関節
の角度θ１〜θ５は、位置検出器によって検出される。

また、マニュアルティーチング（人力操作によるティー
チング作業）は、前記クラッチ機構によシ動力を断って
実施する。

第７図はロボット本体の制御系のブロック図である。１
０は溶接トーチ１９を備えたロボット本体、２６は位置
検出手段、２７はロボット本体を制御する演算処理手段
、２８はプレイバック時に必要な種々のデータを記憶す
るデータ記憶手段である。本実施例においては、位置検
出手段２６より検出された位置データからトーチ１９の
先端（点Ｐ；第６図参照）の移動量を演算処理手段２７
で演算して求め、トーチ１９の先端の移動量が予め設定
した一定の値ｌに達した時点で、そのときのロボット各
自由度に対応する位置データをデータ記憶手段に記憶す
る。すなわち、従来のような定距離サンプリングのため
の補助的手段であるティーチングローラを用いずに、ト
ーチ１９の先端位置Ｐの変位量を演算より求めティーチ
ングを行うものである。

第８図のフローチャートによって具体的に説明する。ま
ず、ティーチングを開始した時点のロボット本体１０の
位置を位置検出手段２６によって検出する。位置検出手
段２６によシ検出されたデータＡｌ−Ａｓ（ｓ自由度分
）はアナログ値であるので、ディジタル処理のためにデ
ィジタルデータＤ１〜Ｄ５に変換する。もっとも、これ
は位置検出手段にレゾルバ等を使用する場合であって、
パルスエンコーダ等を用いる場合にはＡ／Ｄ変換は不要
である。

ディジタル値Ｄ１〜Ｄ５は、演算処理手段２７によって
基準位置からの変位角度θ１〜θ５に変換される。変換
後、このθ１〜θ５の値をもとにしてトーチ先端位置Ｐ
を直交座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換する。すなわち、次の
変換式に従って演算される。

Ｘ＝（ｒ１ｃｏｓθ１＋ｒ２ｃｏｓθａ）−ｃｏｓθｌ
−１−ｒ３ｃｏｓθｉ　−ｃｏｓθ４Ｙ　＝　（ｒ１ｃ
ｏｓθ２＋ｒ２ＣＯ８θａ）−ｓｉｎθ１＋ｒａｓｉｎ
θ１−ｃｏｓθ４Ｚ＝ｒ１ｓｉｎθ２＋ｒｚｓｉｎθ３
−１−ｒ３ｓｉｎθ４この（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は演算処理手
段２７中の置数手段（レジスタ）もしくはバッファメモ
リに一時記憶される。ここで、変位量を計算するための
基準値（Ｘｏ　　、Ｙｏ　　、Ｚｏ　　）が予め存在す
れば次のステップに進むが、存しないときには現在求め
た（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を基準値としてロボット本体１０を動
かして再び位置データをとり込む。

次に、基準値（ＸＯ、Ｙｏ　　、２０　　）と、新だに
とり込んだ別の瞬間におけるトーチ先端位置データ（Ｘ
ｉ、ｙｉ　　、　Ｚｉ　　）から、トーチ先端Ｐの移動
距離Δｌを求める。ΔＥは次の計算式から求めらロボッ
ト本体１０を溶接線に沿って移動させると順次（Ｘｉ　
　、Ｙｉ　　、Ｚｉ　　）が得られ、上記計算式よりト
ーチ先端Ｐが基準点（Ｘｏ　　、Ｙｏ　　、Ｚｏｏ）か
ら移動しだ距離Δｌが演算される。このΔｌが、予め演
算処理手段２７中に設定しである距離データｌに達する
と、演算処理手段２７はデータ記憶手段２８に記憶指令
Ｍを発し、該記憶手段２８にΔｌ−１となった胴間のデ
ィジタルデータθ１〜θ５を記憶させる。このディジタ
ルデータθ１〜θ５は直交座標（Ｘｉ　、Ｙｉ　、Ｚｉ
　）に変換される前の位置検出手段２６からの位置デー
タである。

この記憶処理と同時に、現在までの基準値（ＸＯｌｙｏ
、ｚｏ）を記憶させたディジタルデータθ１〜θ５に対
応する直交座標（Ｘｉ　　、Ｙｉ　　、Ｚｉ　　）に変
更し、新たな基準値とする。

マニュアルでロボット本体１０を動かし、トーチの先端
Ｐが移動するに従って、上述した演算処理が反復され、
データ記憶手段に、順次、位置データ（θ１〜θ５　）
が格納される１１位置データ（θ１〜θ５　）はプレイ
バック時に溶接軌跡をトレースする基礎データとなる。

第９図、第１０図は従来のティーチングローラに代る、
本実施例の方法を実行する場合の具体例を示すものであ
る。第９図では、溶接トーチ１９から溶接ワイヤ２９を
適正な長さｈだけ突出させ、該溶接ワイヤ２９の先端を
溶接線３ｏに沿って移動させてティーチングを行うもの
である。

第１０図の具体例では、ティーチング時は同図（ａ）に
示すように、シールドノズル３１の内方に固定したワイ
ヤ導管３２の先端に、ティーチング用のステック３３を
取シ付け、このステック３３を溶接線３０に接触させな
がら追跡する。もちろん、ステック３３は溶接時のワイ
ヤ突出し長さが一定となるように厳密に長さを選択、し
ている。一方、プレイ゛バック時には、同図申）に示す
ように、ステック３３を取り外し、ワイヤ導管３２の先
端にコンタクトチップ３４を取り付は通常の如く溶接ワ
イヤ２９を適正量突出させて溶接する。尚、ティーチン
グ用のステックとしてノズル状の円筒部ヲ有するととも
に先端部を円錐状とした中空ステックを用いることによ
り、チップを装着したまま溶接線のティーチングを行な
うこともできる。ただし、この場合も、ステックはティ
ーチング時のみ取り付けられ、溶接に際してはノズルと
取り換えられる。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、ロ
ボット先端の移動量を演算処理手段で演算して求め、一
定距離移動する毎にその位置データをデータ記憶手段に
取シ込むようにしだので、従来のティーチングローラを
使用するティーチングの欠点をすべて解消することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はティーチングローラの概略図、第２図、第３図
、第４図および第５図は従来の欠点９問題点を説明する
ための説明図、第６図は本発明の実施例を適用可能なロ
ボット本体の側面図、第７図はロボット本体の制御系の
ブロック図、第８図はフローチャート、第９図、第１０
図はそれぞれ本発明の一実施例を実施する場合の溶接ト
ーチの先端部の説明図である。 １０・・・・・・ロボット本体、１９・・・・・・溶接
トーチ、２６・・・・・・位置検出手段、２７・・・・
・・演算処理手段、２８・・・・・・データ肢憶手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）人力で軽動可能なロボット本体をティーチングす
   る方法であって、ロボット本体の駆動部に設けた位置検
   出手段からの位置データに基づいてロボット本体の先端
   の移動量を演算して求め、この演算して求めた移動量が
   予め設定した一定値に達する毎に、一定随に達した時点
   での前記位置データをデータ記憶手段に記憶するように
   したことを特徴とする工業用ロボットのティーチング方
   法。