JPS5844512A - 教示・再生型ロボツトの制御方法 - 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】 この発明は産業用ロボット特に教示・再生型ロボットの
制御方法に関し、詳しくは搬送手段により搬送されてく
る作業対象に対し、ロボットを追従制御させるための方
法に関する。

教示・再生型ロボット（以下、「ロボット」゛と略称す
る）のティーチング（教示）方式には、ＣＰ　（Ｃｏｎ
ｔｉｎｕｏｕｓ　Ｐａｔｈ）７−イーチングと、　　Ｐ
ＴＰ　（Ｐｏ１ｎｔ　ｔｏ　Ｐｏ１ｎｔ）　ティーチン
グがある。ＣＰ方式はティーチング時に溶接や塗装作業
等の具体向な動作をおこない、この動作をそのまま連続
的に記憶しプレイバック（再生）時にティーチング時と
同じ動きをさせる方式である。ＰＴＰ方式は動作経路の
主要点のみを教示し、プレイバック時は補間演算により
ＣＰ制御する方式でおる。

ところで、たとえば溶接ロボットにおいて、ＰＴＰ方式
をとる場合にはポイントを正確に位置決めする必要があ
ること、また狭い領域の位置決めにはオペレータがアー
ム先端を誘導し難いことから遠隔操作盤を用いてロポツ
ｌｒ遠隔操縦しながら教示する。これらの理由から、ポ
イント教示には大変時間がかかることとなる。そこで、
教示時は溶接対象を静止させて教示するのが一般的であ
る。また、溶接ロボットの可動範囲に比べて大きいもの
を溶接しようとする場合、溶接対象を複数位置に移動さ
せて教示するようにする。このようなことから、再生時
には溶接対象を静止したままにしておき、溶接トーチを
運動させる態様となる。

これは、移動している溶接対象に追従する態様でロボッ
トを動作させるように制御しようとすると種々困難な問
題点に遭遇するからである。

このことを少しく具体的に、ｃｐ制御方式の多関節構造
溶接ロボットを例に説明すると、教示時にはオペレータ
がロボット先端をもち、教示したい経路に従って動かす
。このとき、再生時に溶接対象が搬送手段たとえばコン
ベアに乗って移動しているときには教示時においても溶
接対象をコンベアに乗せて動かしながらかつオペレータ
がコンベアに追従しながら経路を教示する。この場合、
Ｔｔ　　（秒）毎に各関節角度を入力し、記憶するもの
とし、コンベア移動速度をＶｔ　　（ｍｌ）と想定する
。再生時、コンベアに乗って来る溶接対象に追従してロ
ボットを動かさねばならないが、このときのコンベア速
度をＶｐとすると、教示時に記憶した各関節角をある時
間ＴＰ毎にサーボ制御のための目標値として設定する。

そうすると、コンベアに追従して教示、再生するために
次式がなりたつことが必要となる。

Ｖｔ　　−Ｔｔ　＝Ｖｐ　−Ｔｐ すなわち、 Ｔｐ　＝Ｖｔ　・Ｔｔ　／Ｖｐ　　（秒）後者の式から
明らかなようにＶｐが著しく変動したりすると実質的に
溶接ができなくなる。すなわち、Ｖｐが大きくなるとＴ
ｐが小さくなり、制御演算が間に合わなくなってしまう
。反面、Ｖｐが小さくなるとＴＰはサーボ系の時定数よ
りずつと大きくなり精度が著しく劣化してしまう。第２
の欠点は、溶接速度（移動する溶接対象とロボット先端
の溶接トーチとの相対速度）が教示時と異なった速度と
なり、溶接不良の発生原因となることである。さらに第
３の欠点は、コンベアを停止したときには、必然的に再
生動作を中断することとなるため、溶接を中止する結果
となりビードが乱れてしまうことである。

以上のことは、ＦＴＰ制御方式の溶接ロボットにおいて
も概ね同様である。

そこで、この発明の目的とするところは、教示時には搬
送されうる作業対象を静止した状態で教示し、再生時に
は作業対象が搬送手段に乗って移動しているときでも、
この移動している作業対象に追従するように教示した経
路を補正しながら再生作業を行なえるようにすること、
換言すれば、教示時は固定位置で教示を行ない再生時は
ロボットを搬送手段に同期して作業させるようにするこ
とである。

この発明を要約すれば、教示・再生型ロボットにおいて
、教示時には固定位置で教示を行なうとともに作業対象
の教示位置情報を得て、教示データ修正のための再生時
には教示時と同じ固定位置で所望の正しい経路に修正し
、再生時には作業対象を搬送手段に乗せて移動させなが
ら、教示経路を記憶手段から取り出すとともに、この取
り出したデータに作業対象の位置情報と教示位置情報と
の位置ずれ情報を加算し、この加算結果としての位置補
正データに従う経路を真の再生経路として追従するよう
にサーボ制御することを特徴とする。

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

なお、一実施例は、第１図、第２図で示すように多関節
型構造をした教示・再生（ティーチング・プレイバック
）溶接ロボットのうち、経路上の重要なポイントのみ教
示し、再生時はポイント間を等速でかつ直線又は円弧で
動かすＰＴＰ式のもので説明する。また、教示にはロボ
ット先端をオペレータがもってする教示方法と、遠隔操
作盤を用いて遠隔操縦しながら行なう教示方法のニ種あ
るが、この実施例では後者の方法による。

ロボット１は、第１図に示すように、アクチュエータの
駆動手段を含む基台２から延びる第１７−ム３と、第１
アーム３と連結された第２アーム４と、第２アーム４の
先端に設けられた手首５と。

手首５の先端部に設けられ禿溶接トーチ６とからなる周
知の溶接ロボットである。座標系は、第１図（ｂ）の平
面図に示すように、基台２を原点として溶接対象に垂直
に向かう方向をＸ軸、平面内でこＯＸ軸と直交する方向
がγ軸、そしてｘｙ平面と垂直方向（鉛直方向）が２軸
である。ロボット１の位置を規定するのは角度（θ１．
θ２．θ８．θ４θ　）の５つのパラメータである。角
度θ１はｙ軸と第１アーム３とがなす角、θ２はＸ軸と
第１アーム３とがなす角、θ３は第１アーム３と第２ア
ーム４とがなす角、θ４は第２アーム４の長手方向と垂
直な方向に対して手首５が上下になす角、０５は０４と
同様で手首５が左右になす角である。

このように規定されるロボットの溶接トーチ６は、第２
図で示すように例えば教示ポイン）Ａ、Ｂ間を適当な補
間間隔△Ｌ（０，１６ｍ＋〜１．６Ｎｍ）をもって移動
速度ＶＣ０，１ｍ／分〜ｌ、Ｑｍ／分）により等速制御
される。なお、Ｘ印は補間点、Ｌは教示ポイント間距離
で１〜２ｍであり、これは−例を示す。

このようなロボット１に対し、■教示工程、［Ｆ］修正
のためのチェック再生工程、および［相］再生工程の各
工程を順次に説１明する。

■教示工程（第８図、第５図、第７図参照。）■　まず
、搬送手段としてのコンベアＩＯＫ乗ってくる溶接対象
としての自動車フレーム１１をコンベアｌＯを停止して
ロボット可動範囲内の固定した位置にセットする。

■　オペレータは、遠隔操作盤２ｏの直交／各軸切換ヌ
イッチ２１をたとえば直交に設定して。

次にＸ方向、Ｙ方向、２方向の移動指示釦２２を操作す
る。この指令信号は制御装置に入力される。

他方、制御装置はロボット１の現在の姿勢位置を知るた
めに位置検出器１２で検出されたロボット各軸の関節角
度（０１〜θ５）を鼓り込む。この位置検出器１２は当
業者に周知のもので、たとえばレゾルバ、ポテンショメ
ータ、フォトエンコーダ等のいずれかを用いている。

■　■で得た関節角度（θ、〜θ５　）から、順座標変
換器１８によってアーム先端７（第２アーム４と手首５
との取付部）の直交座標（ｘｔ　γ。

２）および手首５の方向余弦（／、ｍ、ｎ）を計算する
。そして、このアーム先端７の直交座標（ｘ＋Ｙ＋１と
手首５の方向余弦（／、ｍ、ｎ）から手首先端すなわち
溶接トーチ先端８の直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）を求める。

■　■と同時的に、遠隔操作盤２０から入力した指令信
号を処理して、移動量演算器１４によりＴｃ秒間の移動
量を求める。そして、加算器１５により手首先端座標（
ｘ、ｙ、ｚ）に移動量（△ｘ′、△γ′、△ｚ′）を加
えＴ（秒後の手首先端座標（”＋　ＹＺ　ｚ）と手首方
向余弦（／、ｍ、ｎ）を求める。なお、ＴｃＨ教示時に
おける周期である。

■　求めた移動先の手首先端座標（ｘ、ｙ。

χ′２）と手首方向余弦（ｊ、ｍ、ｎ）からアーム先端
の直交座標（ｘ、ｙ、りを求める。そしてこの座標（Ｘ
、ｙ、ｚ）および手首方向余弦（ｊ。

ｍ、ｎ）から逆座標変換器１６により、ロボット各軸の
関節角度（θ、〜ｅ５　　）を求める。このとき、Ｎ点
分（Ｎ　＝　Ｔ　ｃ　／Ｔ　ｓで、なおＴｓは再生時の
周期である。）の目標位置を一次補関してバッファメモ
リ１７へ記憶する。バッファメモリ１７は領域Ａと領域
Ｂの２つに区分されてデュアル構成としており、どちら
か一方この例では領域Ａに記憶する。

■　移動先の関節角度（θ、〜１３５　＞をサーボ系の
目標値として、現姿勢での各軸の関節角度（θ、〜ｅ５
）との差（△θ、〜△θ５）が零となるように制御演算
器１８を作動させサーボ制御を行なう。

■　上記■から■の小工程を繰返すことにより、ロボッ
ト１を溶接経路上の重要なポイントへ′位置決めする。

■　位置決めした後、遠隔操作盤２ｏのポイント記録釦
２３を押し、手首先端座標（ｘ′＋　Ｙ’＋Ｚ′）と手
首の方向余弦（ｊ、ｍ、ｎ−）をメモリ３゜へ記憶する
。これと同時に溶接対象１１の位置を教示位置検出器１
９により検出し教示位置情報として入力して同じくメモ
リ３０へ記憶する。また、ファンクションおよび溶接経
路上の１つ前のポイント間における溶接トーチの移動速
度をも記憶する。これら一群の情報のデータ形式を模式
的に第６図に示す。

■　以上の■から■の小工程を反復して溶接すべき全経
路上の重要ポイントおよび移動速度等の情報を次々にメ
モリ８０に記憶してゆく。第６図で示した情報は１つの
プログラムの１ステツプに相当する。７テツプの番号は
遠隔操作盤２０のステップ番号設定部２４によって定義
される。また、ステップ群からなる１つのプログラムは
プロダラム番号設定器２５によりプログラム番号が定義
される。ここでは溶接対象の−の固定位置に対応する一
連のポイントデータからなるステップ群のデータを「ブ
ロックデータ」と呼称する。

［Ｆ］　次に、コンベア１０上の溶接対象としての自動
車フレーム１１を移動させ、ロボットと相対的に先とは
別の位置に固定する。

■　前記した■から■の小工程を実施し、次の「ブロッ
クデータ」を記憶する。

０　［Ｆ］と■の工程により、複数のブロックデータを
得て、教示工程を終了する。もつとも、溶接対象がロボ
ット可動範囲に比べて小さければ、［Ｆ］、■の工程は
不要である。

■チェック再生工程 ■　溶接対象１１を教示したときの位置へ置く。もつと
も、置かなくても済む場合は省略できるが、置いた方が
ロボットとの相対関係が分かり易くチェックしやすい利
点がある。なお、再生はＴｃ周期で処理される。

■　教示位置検出器１９から溶接対象１１の置いた位置
情報を入力して、メモリ３ｏがらは同一教示位置におけ
る先頭のポイントデータを取り出す（ブロックデータの
最初のデータを読み出す）。

■　現ロボット位置と、とり出したポイントデータより
直線（又は曲線）補間を行ない、ブロック先頭へ移動す
るための補間位置Ｃｘ＋Ｙ＋　　ｚ＋／’、　ｍ’、　
ｎ’）を求める。

■　逆座標変換を施すことにより各軸の関節角度を述め
るが、Ｎ点分の目標位置を一次補間してバッファメモリ
１７へ記憶し、この目標位置に対してＴｓ周期でサーボ
制御を行なう。

■　遠隔操作盤２０からのヌテップ前進／後退指令に応
じてブロックデータ内のポイントデータをとり出し、前
記■、■の小工程を実行し、教示した通りに再生するか
否か、経路および溶接トーチ６の移動速度等のチェック
を実行する。

■　不良なポイントデータを見出せば、前述した教示工
程■と同じ操作により、正しいポイントデータを再教示
する。もちろん、不良ポイントについてのみ再教示すれ
ばよい。このように、教示した位置において、修正のた
めのチェック再生を施すことにより教示の不具合が認識
しやすぐなるとともに、修正もやりやすい利点がある。

なお、このチェック再生工程は、次に述べる再生工程と
ほぼ同じプロセスで再生するものであり、再生のより具
体的な経過については再生工程で示される。

［相］再生工程（第４図、第５図、第８図参照。）では
、溶接対象１１は、コンベア１０にのって移動している
。

■　メモリ３０から記憶している２点のポイントデータ
Ｐ１．−１．Ｐｉを読みだす。ファンクションおよび教
示位置データも同時に読み出される。

■　とり出したポイントデータ、すなわち手首先端座標
（”１１．ｙｉ　　ｌ、ｚｉ　　’ｔ）＋手首の方向余
弦（／　ｉ−１，ｍｌ−１，ｎ　ｉ　−１）と（ｘｉ、
　ｙｉ、　ｚｉ）及び（１５ｍｉ、　ｎｉ　）とポイン
ト間移動速度から９次に示すように前ポイントＰｌｉ−
１から１秒の手首先端座標（ｘ、ｙ、ｚ）および手首の
方向余弦（ｌ、ｍ、ｎ）が求められる。

ｘ＝ｘｉ−１−１−ｔ　−Ｖｐｘ ｙ’＝　ｙｉ−１＋ｔ　−Ｖｐｙ ｚ　＝　ｚ　１−１−）−ｔ　・Ｖｐｚただし、Ｖｐｘ
、Ｖｐｙ、Ｖｐｚｉそれぞしｖｐ　（７）　Ｘ　。

Ｙ＋　　ｚ方向の分速度であり、たとえばＶ　ｐ　ｘで
は。

ｎ）も同様にして求めることができる。これらの処理は
補間演算器３２が処理する。

■　コンベア位置検出器３３（教示位置検出器１９と同
じ）から溶接対象１１の位置情報を入力し、位置ずれ演
算器８４にょフ教示位置とのずれ（△Ｘ、△ｙ、△２）
を計算する。

■　この教示位置とのずれ（△Ｘ、△ｙ、△２）と１手
首先端座標（、／、　　、／、　　、／）および手首方
向余弦（ｊ、ｍ、ｎ）とによりコンベア位置（溶接対象
の位置と同じ）に追従させるため補正演算器３５によ〕
座標の補正演算、すなわち８−ｘ′十△８ ｙ＝ｙ十△ｙ ”＝”＋ｌｓ□ を行ない、手首先端座標（ン＋　　Ｙ’＋　　”　）を
求める。

■　この座標（ｘｔ、　Ｙ’＋　、＃、及び手首の方向
余弦（／’、　ｍ”、　’ｎ’）とからア、−ム先端座
標（ｘ。

７、ｚ）を求め、逆座標変換器１６にょフ座標変換して
ロボット各軸の関節角度（０１′〜０５′）を求める。

そして、前周期での関節角度と、−次補間したＮ点分の
目標位置とをバッファメモリ１７へ記憶する。

■　バッファメモリ１７からＴＳＩ）ごとに目標位置を
取り出御、位置検出器１２がら待ている位置情報との偏
差（△０１〜へ０５）が零となるよう制御演算器１８を
動作させてサーボ制御する。こうして、教示したポイン
ト間経路を直線（又は円弧）をもって再生してゆく。

引きつづく次のグロックデータに対する再生も前のブロ
ックデータと連続して再生される。もちろんコンベア上
の溶接対象ｌｌも停止することなく移動しており、コン
ベア位置検出器８８からの、位置情報はＩヌテップごと
に入力されている。したがって、溶接トーチ６は溶接対
象に対し１１に対してブロックデータが終了するまで連
続して働きかける。しかし、もしコンベア１ｏを停止さ
せたとしても、再生は中止されず続行することができる
。なぜなら、溶接対象を基準に夷示位置を決□めるよう
にしたからであり、溶接速度もコンベア速度とは無関係
に溶接対象との絶対関係において予め決まっている（ポ
イント間の移動速度に対応）からである。よって、たと
えコンベアを停止させても再生を中止する必要はなく、
また溶接速度はコンベア速度に無関係であるので、溶接
ビードを良好に得ることができる利点がある。

なお、上記実施例では溶接用のロボットについての制御
方法であったが、同様の手法は塗装用のロボットでも、
さら−には多関節ロボットに畝、らン類似の産業用ロボ
ットにも適用できるものである。

以上のように、この発明によれば、教示・再−生型ロボ
ットにおいて搬送手段により移動しうる作業対象に対し
、教示時は固定位置で教示情報を得るとともに作業対象
の位置情報を得ておき、再生時には前記作業対象位置情
報と現在位置との位置ずれ情報を加算しながら補正した
データに基づいて経路をたどるように制御するようにし
たので、再生時には作業対象が搬送手段に乗って移動し
ていても移動する作業対象に追従して教示した正しい経
路をもって作業を行なえる効果があ墨。

さらに、ロボット可動範囲に比べて大きな作業対象に対
しては、教示データのブロック化を行うことにより移動
する作業対象に対し連続的に作業を施しつる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節型のロボットの概略図で（ａ）は側面図
、（ｂ）は平面図である。第２図はロボツ（の動作の説
明図、第８図は教示工程の説明図、第４図は再生工程の
説明図、第５図は遠隔操作盤の詳細図、第６図は一実施
例のデータ形式の模式図、第７図は一実施例のフロー図
で教示時のもの、第８図は一実施例のフロー図で再生時
のものを示す。 ｌ・・・多関節型ロボット、　６・・・溶接トーチ、１
０・・・コンベア、　　１１・・・作業対象としての自
動車フレーム、　　１９・・・教示位置検出器、　　２
０・・・遠隔操作１１１．８０・・・メモリ、　３３・
・・コンベア位置検出器、　８４・・・位置ずれ演算器
、　３５・・・補正演算器。 特　許　出　願　人　株式会社神戸製鋼所代　理　人　
弁理士青白　葆　ほか２名第１図（ｏ）　　　　　　　
　第１図（ｂ）！ 第２図 手続補正書働式） 昭和５７年２月３日 特許庁長官　　殿 １事件の表示 昭和５６年特許願第　１４３．０７１　　　号２発明の
名称 教示・再生型ロボットの制御方法 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 コクペ７デュクオククソ千ツノ飄マチョク住所　　丘庫
県神Ｊ・市中火１ズ脇ｊ：ｌｌＩロ■′ロ３番１８６名
称（１１９）　　　株式会社神戸製鋼所代表者　　　　
　高　　橋　　孝　　替４代理人 ５補正命令の日付　昭和５７年１月２６日（発送日）第
２ｖＡ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業対象に対し予め作業を人間の操作に基いて教
   示することにより、その作業の順序９位置お・よびその
   他の情報を記憶手段に記憶させ、この情報を再生するこ
   とにより当該作業をくり返し行なえる教示・再生型ロボ
   ット°を制御する方法において、 作業対象を静止させて教示を行なうとともに。 作業対象の位置情報を検出して記憶情報の一部とする教
   示工程と、前記作業対象の位置情報に合致する位置に作
   業対象を静止させて不良箇所を再教示する修正のための
   再生工程と、搬送手段によって移動している作業対象の
   位置を検出し、前記教示工程で得た作業対象の位置情報
   とこの位置検出情報との差を演算し、記憶手段から取り
   出した教示経路の情報とこの差の情報を加算して、この
   加算結果に基いてロボットを移動する作業対象に追従し
   てはたらきかけるように制御する再生工程とからなるこ
   とを特徴とする教示・再生型ロボットの制御方法。
2. （２）前記教示工程では、−の作業対象に対して複数の
   静止位置で教示を行ない各静止位置に対応してデータ群
   を得るようにするとともに、前記再生工程では、各デー
   タ群を連続的に再生して、連続的に移動する作業対象に
   追従させるようにした特許請求の範囲第（１）項記載の
   教示・再生型ロボットの制御方法。