JPS59160210A - 誤差補正方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は工業用ロボットの位置決め方式に係り、特に大
貫かにワークに関する位置情報が与えられている場合に
、ロホットの精密な位置情報を全自動で求めるのに好適
がロボットの位置決め方式に関する。

〔従来技術〕

従来の工業用ロボットは、きっちり位置決めさｊ７たワ
ークに対し、前もって教示されている作業全行なってい
る。しかし、造船における溶接作業等のような大型のワ
ークに対する作業全ロボットに行なわせるためには、従
来とは逆にワークの作業全行なわせる位置にロボット全
人手によりあるいは自走式で移動せしめ、作業させる必
要がある。

この場合、移動後固定されたロホットの位置の精度およ
びワークの形状の精度は、あまり期待できイ ない。そのため、従来のティーチングプ７ノ（ツク方式
全そのまま適用することはできない。

上記の問題点により具体的な例を用いて説明する。第１
図は、造船業などで発生する大型ワークの溶接作業に行
なう移動式溶接ロボットの作業環境を示したものである
。Ａ、Ｂ、Ｃの３つの鉄板より構成されており、ａ−ｂ
、　　ａ−ｃ、　　ａ−ｄ間全連続的に、Ａ面の０点全
中心とする位置に置かｆｌ、るロボットにより溶接する
ものとする。ｅ点はロボット位置決め用に前もって設定
されている。

ロボットの位置決め誤差、０点設定の誤差は、±１０ｍ
ｙｎ程度である。捷た、大型のワークでは、ワークその
ものの設計値からのズレも大きく、±３０胴程度である
。従って、正確に位置付けられたロボット全便って、正
確に設計データ通り作られたワーク金円い、且つ教示し
たプログラムに用いて、その−！ま作業７行なわせるこ
とは、不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、十分に正確に位置決め出来ないワーク
に対し、概略値として与えられているロボットの動作項
境テータ？用いて、正確な誤差の補正全自動的に行なう
方式全提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、ロボットに与えられているワークある
いは動作環境のデータおよび生じる誤差の許容値全利用
し、ロボットが検出した物体の識別を行なわせることに
より、自動的に誤差の補正２行なう点にある。本発明の
考え方全、前述の移動式溶接ロボットの例に使って説明
する。

移動式溶接ロボットの例の場合、所定の溶接作業全行な
わせるためには、ワークの正確な位置情報を検出する必
要がある。このため、ロボットの腕の先に接触センザ全
付け、ロボットの腕を動かして、接触センサが働く点に
見つけていくことにより、溶接すべき作業線に見つけて
いくことが、基本的には可能である。これ全効率的にす
るためワークの形状に対するデータ全使用すること全考
える。たとえば、第１図に示したような３つの面に囲ま
れた領域で作業する、ということと、ロボットの基準軸
はＢ面に向って噴かれる、ということが分っている場合
には、ロボットの腕全３つの面の方向にそれぞれ３点づ
つ接触させ面上の点全検出し、面の方程式全求め、２つ
の面の交線として、作業線全求めることができる。第２
図は、本方式による作業線検出の様子全示したものであ
る。

１は溶接ロボット、２は接触センサである。ロボット１
の接触センサ２’ｋＢ面にｔ、ｍ、ｎと接触させること
により、８面上の３点、ｌ、ｍ、Ｈのロボット１の固有
座標系における位置座標全それぞれ（ｘＩ　＋　ｙ＋　
＋　ｚＩ　）、（Ｘ２　＋　ｙ２１　ｚ、　）　（Ｘ３
’ｙ、　＋　ｚａ　）と求めることができる。この際、
３点は、確実に８面上にあるためには、０面およびＡ面
より十分に離れている必要がある。この３つの座標管用
いて、Ｂ面の方程式、 ａ、　ｘＩｂ、　ｙ＋ｃ、　ｚ　＝　ｔ　　　　　　　
　−（１）の各係数は、次式で与えられる。

他の２つの面も同様にして、それぞれの面の方程式衾求
めることができる。このようにして求まるＡ面Ｃ面の方
程式全そｆぞｎ ａ、Ｘ＋　ｂ、Ｙ　＋　Ｃ，Ｚ　＝　１　　　　　　　
　　　・（３）”ｓＸ＋　ｂ３ｙ＋　Ｃ３Ｚ　＝　１　
　　　　　　　　　・・・（４）とする。３本め交線の
方程式は（１）と（２）、（２）と（３）、（３）と（
１）の連立方程式の解として求まり、３本の交線の交点
ａ点（Ｘａ　＋　Ｙａ　＋　ｚａ　）はで求まる。これ
らの座標データにもとづいて、所定の長さの溶接作業を
行なうことは、従来技術で容易に行なえる。

この方法は、ワークが大面積の平面のみで構成されてい
る場合には有効であるが、ワークの面が小さかったり、
曲面であった場合には適用できない。曲面の場合でも、
面と面との交線に近い部分のみ全取れば近似的に平面と
見なし、上述の方法が使えるが、面と面の境界に近い点
奢センサで検出した場合との面上の点全検出したのか判
断できないという問題がある。このため、これらの場合
には、実際に交線上の点全検出することが必要である。

ワークの形状についての位置データが大まかに与えられ
ている場合、第３図に示すごとく、あらかじめ推定さ扛
る２つの面（第３図では点線で示している）と実際の面
上の点の距離全順次求め、その値が大きく変化する点全
、面の境界すなわち交線上の点とすることが可能である
。第４図（ａ）は、面Ｂからの距離の変化デポし、（ｂ
）は面Ｃからの距離の変化デポしたものである。点ｇに
おいて面と検出された点の距離が大きく変化しており、
点ｇが実際に存在するワーク上の交線上にあることがわ
かる。

また、ワークの位置データが与えられていない場合でも
対象の面が平面に近い曲面の場合には、先に述べた３点
から面金平面近似しまた場合の面の方程式？求め、それ
全ワークの推定位置データの代りに用いることもできる
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例全、造船業などで発生する大型
ワークの溶接作業全行なう移動式ロボットの場合金側と
して、説明する。

第５図は、実施例の全体構成図で、１はロボット、２は
接触センサ、３は位置制御部、４けセンサ先端座標計算
部、５は平面検出制御部、６は作業線計算部、７は溶接
作業実施制御部、８は平面検出動作用メモリ、９は溶接
作業指示メモリである。

ロボット１は、先に第２図に示したごとく、あらかじめ
定められた基準点に移動後固定される。

位置制御部３け、平面検出制御部５が平面検出動作用メ
モリ８から読み出した平面検出のためのロボット動作信
号全骨は堆り（矢印１０３）ロボット１全動かす。接触
センサ２がワーク上の面に接触すると、接触センサ２よ
り位置制御部３へ信号が送られ、位撒制＠１部３はロボ
ット１全停止させる（矢印１０１）。この時の接触セン
サ２の位置すなわちワークの面上の点の座標は、ロボッ
トの関節角および腕の長さ等より容易に計算することが
できる（たとえば、白井編６０ボット”ＰＰ９８−１０
９．共立出版昭５１）。センサ先端座標計算部４は、位
置制御部３より接触センサ２がＯＮした時のロボットの
関節角データを受は取り（矢印１０２）、ワーク上の点
の座標全計算し、平面検出制御部５へ送る（矢印１０４
）。平面検出制御部５では、このようにして得たワーク
の同一面上の３点の座標を使って（２）弐全計算シフ、
面の方程式奢求める。他の面についても同様にして、面
の方程式が求められる。求１つた面の方程式は、作業線
計算部６へ送られる（矢印１０６）。なお、平面検出動
作用メモリ８には、各面に対しほぼ垂直にロボット金移
動し、３点の面上の点全求める動作２行なわせるための
制御データと、次に述べる面と面との交線上京めるため
のロボット移動データとが入っている。

ロボットが対象としているワークが平面のみの組み合わ
せで構成される場合には、作業線計算部６において、平
面の交線（以下、これ全単に交線と呼ぶ）の方程式管面
の方程式全２つづつ連立に解くことにより求め、さらに
（５）式で求まる３つの面の交点を計算する。そして、
溶接作業指示メモ（９） ＋１９に記憶されている溶接すべき位置（たとえば３つ
の面の交点から各交線上の位置）および溶接の方法全貌
み出しく矢印１０９）、ロボット動作プログラムを作成
し、溶接作業実施制御部７へ送る（矢印１０８）・ 溶接作業実施制御部７ば、従来のロボット制御装置と同
様で、作業線計算部６によって作成されたプログラムに
従って、位置制御部３へ信号全送り（矢印１１０）、ロ
ボット１に所望の溶接動作全行なわせる。

しかし、対象のワークが曲面を含んでいる場合や、ワー
クの面の大きさが小さく、交線より離扛た他の面と明ら
かに区別できる点全得ることが難しい場合には、上記の
動作だけでは十分でない。

この場合の、作業線計算部６の動作１以下説明する。第
６図は作業線計算部６の構成図デポしたもので、６１は
交線算出部、６２はロボット動作プログラム作成部、６
３は面データ取込部、６４はメモリ読出部、６５は点デ
ータ取込部、６６は移動データ作成部、６７は交線判断
部、６８は面デ（ｌＯ） −タテ−プル、６９は点データテーブルである。

面データ取込部６３は、平面検出制御部５が先に述べた
方法により決定した面の方程式の情報全骨け（矢印１０
６）、面チータテープル６８に格納する（矢印１２４）
。もし、ＣＡＤデータ等でロボットに対する大まかなワ
ークの位置、形状データが分っている場合には、平面検
出制御部５等で面の方程式全計算する代りに、その情報
！溶接作業指示メモリ９からメモリ読出部６４１通じ読
み出しく矢印１０９１、面データテーブル６８に格納す
る（矢印１２６）。

第７図に、交線判断部６７の動作フロー全売す。

捷ず、ワーク上の検出すべき作業線上に以下の方法によ
り座標全車める点（以下、検出点と呼ぶ）全いくつか設
定する（ボックス７１）。検出点の数は、ワークの形状
、溶接すべき線の長さ等により変化するが、溶接作業の
許容精度内でロボット動作プログラムに作成できるよう
に決定する必要がある。座標が求められていない検出点
全取り出し、以下の処理を行なう。

（１１） １ず、該検出点の大寸かな位置情報全移動データ作成部
６６に指示する（矢印１２２）（ボックス７２）。゛た
とえば、第１図のｄ点のようにほぼ垂直な交線上の点の
場合では、ｄ点の想定位置座標（Ｘａ　＋　ｙａ　＋　
ｚａ　）を知らせる。移動データ作成部６６ではこれら
の情報全もとに、実際にロボット１１動かせる信号？作
成するが、こ扛については後で説明する。ロボット１に
動かした結果得られる検出点近傍のワーク上の点（以下
、測定点と呼ぶ）の座標データは、順次点データ取込部
６５により、点データテーブル６９にセットさｎ、る。

交線判断部６７は、この点チータテープル６９上の測定
点のデータ全貌み出しく矢印１２１．ボックス７３）、
測定点と各想定面からの最短距離（以下、誤差距離と呼
ぶ）全計算する（ボックス７４）。次に、隣接する測定
点に対する誤差距離が急激に変化する測定点奢求める（
ボックス７６）５仮に隣接する３つの測定点ａ、ｂ、Ｃ
のある面に対する誤差距離をそれぞれｄＩ＋　ｄ２＋　
ｄ８とする。

（１２） 上記（６）式で求まる偏差ｈｙ３つの測定点の中央の測
定点の偏差とする。この偏差の絶対値が最大の測定点金
、交線上の求めるべき検出点と見なし、その座標を記憶
しておく。

もし、まだ座標が求甘っていない検出点が残っていれば
、再度、上記の一連の動作にくりかえす（ボックス７６
）。すべての検出点の座標が求まれば、得られた検出点
の座標データより、交線の位置データ１０ホツト動作プ
ログラム作成部６２へ送る（矢印１３０．ブロック７７
）。

交線の位置データは、検出点全端点とする折れ線データ
である。ロボット動作プログラム作成部６２では、溶接
作業指示メモリ９で指定されている交線上の部分管メモ
リ読出部６６全通じ読み出しく矢印１０９，１２９）、
その部分について溶接全行なうためのロボットの動作プ
ログラム全文線の位置データに基に作成し、溶接作業実
施制御部７へ送る（矢印１０８）。

また、先に説明全省略した移動データ作成部６６の動作
フローは、第８図に示すごとくである。交（１３） 線列断部６７から移動データ作成部６６に渡されるデー
タは、検出点の想定座標である。まず、面データテ」プ
ル６８より、検出点が存在する交線および面の想定位置
データ全貌み出しく矢印１２３）ワークに対し接触セン
サ２に近づける際の方向を決定する（ボックス８１）。

まず、接触センサ２の動く平面全、検出点が存在する交
線とできるだけ直交する検出点１含む平面として決める
。これ全検査平面と名付ける。この検査平面がワークの
面と交わる２本の交線が作る角度全２等分するような検
査平面内の方向？、接触センサ２全ワークに近づける一
際の方向（基本検査方向と呼ぶ）とする。（第９図参照
） 次に、検出点の想定座標全中心とし、最大予測誤差とシ
フト量全加えたもの全半径とする円を検査平面上に構成
する。なお、シフト量は、検査方向？ずらせていくとき
の移動量である。この円と接する基本検査方向と平行な
方向の１つを最初の測定点全車めるための検査方向とし
、これ奢初期検査方向と呼ぶ（ボックス８２）。接触セ
ンサ２（１４） 全検査方向にセンサがＯＮになるまで動かすためのロボ
ットの動作信号全作成する。（ボックス８３）次に検査
力向全シフト量だけ先の円と交わる方向に平行移動し、
再び、ボックス８３に実行する（ボックス８４，８５）
。なお、検査方向のシフトの方向は最後壕で同じである
。検査方向のシフトは、検査方向が先に決めた円と交わ
らなくなるところで打ち切る。

本実施例によれば、ロボットの位置に対しずれて置かれ
たワークや変形したワーク全溶接する際人間の補助位置
決めデータ入力なしで、教示プログラム全ワークに合わ
せて補正することができる。

なお、本実施例では、ワークの面上の点の座標？求める
ため接触七ンサ奢用いたが、他にも超音波センサ等を用
いてもよい。その場合には、ロボット本体衾動かす必要
はなく超音波センサの方向のみ全順次変化させることで
実現できる。

！、た、本実施例では、ロボツＩｆ動かしワーク上の一
連の点の座標全車める部分と、それ全分析する部分音別
々にしているが、これ衾組み合わせ（１５） て、偏差全１目新しい測定点のデータが得られる毎に計
算し、偏差の値が急激に変化した点で検出点が見つかっ
たものとして動作全打切るようにし検出の効率？上げる
こともできる。さらに、検出全多段階にし、最初は大き
いシフト量で粗く調べ、順々に検索すべき範囲をしぼり
シフト量に少なくしていく方法も考えられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大型のワークでロボットの万全移動さ
せるため、正確な位置決め精度が得られない場合や、ワ
ークの形状が対象ごとに少しづつ異なり教示データ全そ
のまま使えない場合、等に、ワークに関する位置、形状
に関する補正を、人間による補助入力なしで行なうこと
ができる。このため、人間が容易に近づけないような場
所（たとえば高放射能の原子炉の中）にロボット１移動
せしめ作業させる場合などの位置検出、補正などにも利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は大型ワーク上のロボット作業猥境の概（１６） 略図、第２図はロボットによる平面検出方法の説明図、
第３図は面の交線奢求める方法の説明図、第４図は交線
検出用グラフ、第５図は本発明の全体構成図、第６図は
作業線計算部の構成図、第７図は交線判断部の動作フロ
ー図、第８図は整軸データ作成部の動作フロー図、第９
図は接触センサ衾動かす方向の決定法の説明図である。 １・・・ロボット、２・・・接触センサ、３・・・位置
制御部、４・・・センサ先端座標計算部、訃・・平面検
出制御部、６・・・作業線計算部、７・・・溶接作業実
施制御部、６１・・・作業線算出部、６６・・・移動デ
ータ作成部、６７（１７） 第　　１　　国 ′ｆＪＺ　　　図 １ １　　　　　　　　　　　　ド ら　　　　　　　　　　λ ■　　ｔ　　回 第　５　　図 拓　７　　図 烹　と　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物体上の点の位置座標奢得る手段全有するロボ
   ットにおいて、対象物体の形状、位置に関する誤差全含
   む情報をもとに対象物体の同一面上の少なくても３点の
   座標７得、該面の近似平面の方程式全決定し、隣接する
   面の近似平面の方程式全連立して解くことにより、面と
   面との交線の位１ｔ’Ｔｈ求めることに％徴とする誤差
   補正方式。 ２、特許請求の範囲第１項において面と面との交線の位
   置１求める際に、該交線の近傍のワーク上の点の座標全
   断続的に検出し、近似平面と検出された点との距離が急
   激に変化する点全もって該交線上の点と見なし、該交線
   の位置の決定精度１上げること全特徴とした誤差補正方
   式。 ３、特許請求の範囲第２項において、交線上の点を決定
   する際に、近似平面の方程式を用いる代りに、対象物体
   の形状、位置データ全利用すること全特徴とする誤差補
   正方式。