JPS59167713A - ロボツトの手首姿勢テイ−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】 〔発明の利用分野〕 本究明は、移動するアームと、このアーム先端に姿勢の
変更がＵＪ能な手首とをもつロボットの姿勢ティーチン
グに関する。

〔発明の背、景〕

工業用ロボットは一般に手首の取付６′Ｌ（−を規制す
るような３次元の動作をするアームと、曲げ、回転等の
姿勢制御がなされる手首を持っている。

第１図はこのようなロボットの一例を示す直交軸形式の
場合の概略図であシ、ペニス上を長手方向に走行する横
行軸、横行軸上ＶＣ，設けられた支柱を上下する上下ｉ
、上下軸に取り付けられアームを前後させるｉｉｌ後軸
によって本体が構成され、各々の軸に対応するシリンダ
を用いたアクチュエータ１．２．３によって駆動される
。アームの先端には旋回と曲げの２つの自由度を有する
＋釘が、設けられるが、これらの各軸は油圧モータを用
いたアクチュエータ４．５によって駆動される（以下、
コレラ（７）１１３作すをｓ軸、Ｖ軸、ＨｌｌｌｌＩＩ
、Ｔ軸、Ｂ軸と呼ぶ。）。また、これらの各軸の動作に
対応する位置は、それぞれの軸に対応して設けられた位
置検出器で検出される。

第１図（Ａ）は全坏図、（Ｂ）は手首の部分図で、手首
の部分が［Ｆ］）の場合もあることを示している。ここ
で手首先端位置は作業位置あるいは作業点と呼ばれる場
合があシ、第１図の場合には溶接トーチの先端をいう。

すなわち実際にアークが放たれる点を指す。

なお、本発明は溶接のように軌跡潤製を必要とするもの
に有効である。第１図は溶接作業を行なっている状態を
示してお、す、アームの先端に設けられた溶接トーチ１
１の先端、すなわち手首先端位置を所足の軌跡に沿っで
゛多動ざぜ、溶接母材１２の溶接を行なう。

このような工業用ロボットに任意の動作を行竜わせるＫ
は、従来、第２図のブロック図に示すようなプＶイバツ
ク制御方式が用いられていた。

第２図を説明すると１３は記憶装置、１４は位置レジス
タ、１５は位置偏差計算回路、１６はサーボ増幅回路、
１７はサーボ弁、１８は機構部、１９は位置検出器、２
０はタイミング回路である。

この装置で位置レジスタから与えられた位置指令は位置
検出器の出力との間で位置偏差が求められ、これをサー
ボ増幅回路で増幅した操作指令でサーボ弁が励磁される
。サーボ弁によって操作指令に応じた流量の油が第１図
に示すようなアクチュエータを含む機構部に卯えられて
、工業用ロボットが動作し、これと連結した位置検出器
の出力、すなわち位置フィードバック信号−が変化する
ので、機構部は位置指令によって与えられる位置に向っ
て位置決めされる。また、位置レジスタはアップダウン
カウンタによって構成されておシ、外部から与えられる
手動指令によって、その出力を増減させることもできる
。

次に、工業用ロボットとしての動作について説明する。

まず、工業用ロボットに対して実行すべき作業を教示す
る場合には、手動指令によって工業用ロボットを所望の
点に位置決めした後、書込指令によって、この位置を記
憶装置に記憶するという操作を繰シ返す。記憶装置には
、この結果、第３図に示すような形でデータが記憶され
る。すなわち１１位置決めする順序に対応するステップ
番号毎に、Ｓ軸＋　Ｈ’ｌｌ＋、　ｖ軸、Ｔ軸、Ｂ軸の
位置データＸ（＋＋）’（１＋　　ｚｏ＋　δ０．θ０
°旧”ＸａｌＹａｘ”ｍｔ　δ、、θ１と外部機器との
データの受は渡しを表わす制（財）データＣｏ　、・・
・・・・Ｃ１が記憶されている。

このようなデータに基づいて位置決めを行なう場合には
、タイミング回路が位１１偏差を監視し、あるステップ
に対する位置決めが完了したことを検知すると、制御デ
ータに基づいて外部条件をチェックし、条件が成立する
と記憶装置に対して読出し指令を発し、次のステップの
位置データが位置レジスタに移される。このようにして
、位置レジスタの内容が次々に更新され、工業用ロボッ
トは教示されたとおりの作業を実行する。

このような従来の制御方法では、工業用ロボットのＳ、
Ｖ、Ｈ，Ｔ、Ｂの各動作軸についてそれぞれの制御ルー
プで並行して制御を回なっている。

ところが、第１図に示した工業用ロボットでは、Ｂ、Ｔ
の動作軸で決定される手首の姿勢が、Ｓ。

Ｖ、Ｈの動作軸で決定される手首の先端位置に対して影
響を及ぼすことになり、アームの先端位置が同一でも手
首姿勢が変吏されると手首先端位置は変動する。これは
、工業用ロボットにアーク溶接のような作業を行なわせ
る場合に問題となる。

以下これを説明する。

アーク溶接のような作業では、ロボットの手首先端は定
められた軌跡上をトレースさせ、また手首の姿勢は時々
変化させなければならない。手首の姿勢が一定である時
には従来の制御方式でもアームの先端の位置に関するＨ
、Ｖ、Ｓ各＠を公知の補間法を適用して動作させること
により、トレースさせるべき軌跡上の伺点かを教示して
手首先端を軌跡制御することができる。しかし、これに
手首の動作（姿勢の変史）を変えると先にのべたように
手首姿勢の影響により手首先端位置に変化が生じるので
、ティーチングの時、手首姿勢に関するＢ、Ｔの動作軸
を少しずつ動作させ、その都度アームのＳ、Ｈ，Ｖの各
動作軸を修正しながら、位置決めし、データを記憶装置
に簀き込まなけ扛ばならない。したがって、教示に多大
の時間が必９ＶＣなること、さらには手首姿勢の変更を
伴う教示をおこなうときは、教示点数を増加して細かい
ピンチでの教示が必要になるとともに大容量の記憶装置
が必要になるなどの問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は手首姿勢の変更教示があっても→・首先
端位置が変動しないロボットの手首姿勢ティーチング方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の４！１′徴は、アーム先端に取付けられた手首
の、姿勢の変更教示（手首の動作軸Ｂ、ＴＫ関する教示
）において、該手首の姿勢の変更教示に伴う該手首先端
位置の変動を該アーム先端位置でイｆＭ正するためのア
ーム先端位置を求め、該手首先端が当該姿勢の変更にか
かわらず該変更前の手首先端信号を保持した状態で該手
首の姿勢の変更教示ができることにある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第１図に示した工業用ロボットの
例について説明する。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図である。２
０は補間回路で与えられた２点の位置指令を直線補間法
によって細分補間し、位置指令に変換する部分、２１は
教示の際に補間回路を切離す切替接点、２２は位置補正
装置で、後で説明するように手首先端位置の指令に対し
て補正を加えてアーム先端位置に関する各動作軸の位置
指令への変換と、手首姿勢θ、δによる補正をおこなう
部分、２３は駆動装置で第２図におけるサーボ弁と機構
部をまとめたものである。

第４図において、Ｘ、　ｙ、Ｚは第５図に示すようにそ
れぞれＳ、Ｈ，Ｖ軸に関する手首２４の取付位置である
Ｂ軸、Ｔ軸の交点０の座標であり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞ
れＳ、Ｈ，Ｙ＠に関する手首２４の先端位置Ｐの座標で
ある。θはＴ軸に対する姿勢角度で、正確には第５図に
示すようにＳ軸と平行な半直線ＯＡからＯＢまでの回転
角である。

またδは（Ｂ軸の姿勢変位角匿で）、Ｔ軸からの手首Ｏ
Ｆまでの回転角である。

次に、この実施例の動作を教示の場合から説明する。

教示の場合には作業者が手首先端位置に関する情報を記
憶する位置レジスタ１４ａと手首姿勢の姿勢レジスタ１
４ｂにそれぞれ手動指令を加える。

姿勢レジスタ１４ｂの出力はＢ、Ｔ軸に関する姿勢指令
δ、θとして位置偏差計算回路１５に送られ、手首はそ
の指令により動作する。

一方、位置レジスタ１４・ａの出方は手首先端位置の指
令Ｘ＋　’ｌ、Ｚであり、次に説明する位置補正装置２
２の働きによシ手首先端は手動指令に従って動作する。

なお、この際、補間回路は切替接点によって切離されて
いるので動作に関与しない。

第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　、（Ｃ）において、手
首２４の長さＯＰをｔとすると、手首先端の変位が、Ｓ
、Ｉ（。

Ｖ各軸に及ぼす影響はそれぞれｚｓｉｎδ５ｉＩｌθ。

ｔ８ｉｎδ（１）Ｓθ、ｔ（イ）Ｓδとなる。

すなわち、ＯＰのＳＨ平而面の投影長はｔｓｊｎδでる
るから、Ｘ軸すなわちＳ軸への投影長はｔＳｉｌｌδｓ
ｉｎθ、ｙ軸すなわちＨ軸への投影長はｇｉｎδＣ０８
θ、２軸すなわちＶ軸への投影長はｔＣＯ３δ、となる
。いま与えられた手首先端位置Ｐの指令がＸ＋　ｙｌ　
ｚであったとすると、アームの動作で決定すべき手首の
取付位ｍＯＫおけるＳ。

Ｈ２Ｖ軸での動作指令Ｘ’＋　ｙｌ　ｚはこれらによシ
補正したｆｉｉＫＬなければいけない。すなわち手首の
姿勢によって補正された（１）〜（３）式のようにしな
ければいけない。

ｘ　＝　ｘ　−１追δ・８１ｎθ　　　　・・・・・・
・・・（１）Ｙ＝Ｙ−ｔｓ工１）　δ　　１　ｃＯ８θ
　　　　　　　　　　　　　・旧・・・・・（２ンｚ−
Ｚ＋ｔＣｏＳδ　　　　　　　・・・・・・・・・（３
）位置補正装置２２は位置検出器１９より与えられるＢ
、Ｔ軸の変位δ、θを用いて（１）、　（２）、　（３
）式の補正演算を行なうとともに手首の先端位置Ｐの指
令Ｘ＋Ｙ＋　ｚを実際のアームの３軸の指令Ｘ。

ｙ、ｚ（アーム先端位置）に変換するものである。

この演算は三角関数と乗算を言むかなり面倒なものであ
る。もちろんコンピュータを用いれば間単に計算できる
が、溶接機単体の制御だけのためにコンピュータを用い
るのはコストの点で難しい。

しかし、集積回路１個にコンピュータ中央演算部と同じ
機能を持たせたマイクロコンピュータが実用化されつつ
あるので、これを利用すれば問題ない。幸い、溶接用の
ロボットは他のものと比較して動作が極めて遅く、補正
の計算は５９　ｍ　Ｓ程度のサンプリング周期で十分で
あるので、マイクロコンピュータの用途としては最適な
ものである。

ただ、三角関数を数値計算で求めるのは膨大な時間を要
するので、この部分は三角関数を記憶したテーブルを読
出すだけにする。したがって、マイクロコンピュータが
補正計算を行なう際の処理は第６図に示すフローチャー
トのようになる。

さて、第４図の実施例の教示の説明にもどると、手動指
令により手首先端が適切な位置に達し、手首姿勢も犬走
された時の位置レジスタ１４ａ、姿勢レジスタ１４ｂの
出力を記１慧装置１３に書き込む。これを繰シ返すこと
が教示の作業である。すなわち、教示の作業が完了する
と、教示点のデータは従来のように工業用ロボットの全
動作軸についての位置データという形ではな（、Ｂ、’
Ｉ’軸の所謂姿勢データδ、θと手首先端位置のデータ
Ｘ。

ｙ、ｚの形で記憶装置１３に記憶される。

通常の動作では、切替接点２１によって補間回路が接続
され、記憶装置に蓄積さｎたデータを補間しながら、ロ
ボットが教示された動作を再現す□　る。ただし補間回
路による補間は必ずしも必要ではなく、位置補正によっ
て補正された教示点数で充分な精度が得られない場合に
用いられる。補間装置がいわゆる直線補間に用いられる
場合について以下説明する。

ある教示点の位置決めが完了すると、Ｈ，Ｔ軸について
は次の教示点の姿勢データ（δ、θ）が記憶装置から姿
勢レジスタ１４ｂに読出され、ロボットの手首はこの指
令直に向って動作する。一方、手首先端位置Ｘ＋　ｙｌ
　ｚについては、ある教示点の位置決めが完了すると、
次の教示点が位置レジスタに読出されるが、補間回路に
新たに与えられた教示点Ｘｎ　、　ｙ、、ｚ、と前回の
教示点Ｘ　ｍ−１＋　Ｙ　ｎ　−１ｒ　ｚｍ−ｌ　の間
で１１ｉ間計詳？行ない、両教示点を結ぶ直祿上を一定
間隔で細分した補間点についての位置データを一定周期
で唄次恒匝補正装置哩２２に送る。

補間は第７図に示すように教示点（Ｘｏ、ｙｏ。

ｚＯ）ｙ　　（Ｘｌ＋ＶＩ＋ｚｌ　）”””（Ｘｎ　＋
　ｙａ　＋ｚｊ・・・・・・・・・の間をＰ分割して、
細かいピッチでデータを出力する計算である。したがっ
て、たとえば、ような計算を行ないながらデータを出力
すればよい。たとえば、Ｐ　、ａ　ＶＣおけるｘｌｉｌ
ｌｌのデータＸ、とすると ｄ：補間の一つのピッチ しかし、この計算をマイクロコンピュータで行なうと膨
大な計算時間を必要とし、工業用ロボットヲ滑らかに動
作させることはできないので、ある溶接線の浴接を完了
し、次の溶接線を始める前に予備計算を行なっておく。

たとえば、’（’Ｘ０ＩＹｏ　＋　ｚＯ）＋　　（ＸＩ
　＋　ｙｌ　＋　ｚｌ　　）＋　”””＋（Ｘｎ　ｒ　
ｙｌｌ　＋　　ｚｍ　）　＋・・・・・・を一本の溶接
線とすると、 なる計算式で各教示点間の各軸の秒動ピッチを計算し、
第８図のようなテーブルをマイクロコンピュータのメモ
リーの中に準備する。

この後、溶接を開始するが、この時には補間は第９図の
フローチャートに示すような手順で芙行される。すなわ
ち、まずｎ　＝　０のデータを抗み込み、これにｄ工、
ｄ、、ｄ、全２回加えてｎを１つ増すという操作を繰シ
返す。

ここで、以上のようにしてΦｊ飾されるロボットの動作
を、第１０図に示すようなＬ形のパターンの水平隅肉溶
接を行なわせる場合について具体的に説明する。

第１０図において、３５は浴接線、３６は第１図に示す
工業用ロボットの手首に取り付けられた浴接機のトーチ
を示している。上述した実施例によれば、溶接線３５に
沿って、例えば図中のａ。

ｂ、ｃ、ｄ、ｅの５点Ｖこついてトーチ３６の先端位置
とその姿勢を教示すればよい。このティーチ６ングによ
シ通常の動作は次のように行なわれる。

まずトーチ３６の先端がａ点に達した時、ｂ点の位置デ
ータが補間回路２“０に読み出されてａ、ｂ２点間の補
間の計算が行なわれ、トーチ３６はａ点からｂ点まで進
行する。ｂ点にトーチ３６が達するとＣ点の位置データ
が記憶装置１３からレジスタ１４ａ’、１４ｂを経由し
て読み出される。この時、トーチの姿勢を変吏する指令
が位置決め装置ｔ１５に与えられ、トーチ３６は先端が
Ｃ点に達するまでにＢ、Ｔｉ１ｉｌｌｌについて一定速
度で回転してその姿勢を変える。すなわちＣ点の姿勢が
ｂ点と姿勢と異なるとき、Ｃ点の姿勢に向って姿勢の変
更がおこなわれるのである。これに並行してアームも動
作するがＶ、Ｈ，Ｓ軸についての動作指令は上述したよ
うに、その時々のＢ、Ｔ軸の姿勢の変化に伴う変位に基
づき補正がなされているので、トーチ３６の先端はａ点
からｂ点に進行した時と全く同じに等速で直進する。ｃ
、ｄ、’ｅ各・点の間でも同様であυ、トーチ３６はそ
の姿勢を変えながら円滑に浴接線３５をトレースする。

本実施１０によると手首の姿勢変更も並行して行なわせ
ながらロボットの手首の先端を少ない教示点数で所定の
軌跡を辿るようにトレースさせることができる。

従って、ティーチンイブの労力が軽減でき、また記憶装
置も容量の大きなものでなくてよい。まだ補間の例とし
て示した手首先端：位置ＸＰｌ　ｙＰ！ｚｐＶｃついて
は実施例に示した直線補間たけでなく、公知の池の補間
法も適用できる。

〔発明の効果〕

不発明によれば手首の姿勢変更をおこなうティーチング
をおこなっても手首先端位置を姿勢変史前の位置に保持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１．１ｔｉＪ　両対象の例として示す
工業用ロボットが溶接作業を行っているときの斜視図、
第２図は従来の代表的な工業川口ボットの制御方式を示
すブロック図、第３図は第２図に示した従来の制ｉ１方
式によるときの工業用ロボットの記憶装置に記憶される
データを示す表、第４図は本発明の一実施例を示すブロ
ック図、第５図は第１図の工業用ロボットの手首と各動
作軸との位置関係を示す図、第６図は本発明の実施例に
おける補正の’ｇｉ　＞ｔを行うときの処理のフローチ
ャート、第７図は本発明に用、いる補間法を説明する図
、第８図は第７図で説明した補間法をマイクロコンピュ
ータで実施するときのメモリの内容を示す図、第９図は
弔４図に示した実施例の工業用ロボットの作采実行のフ
ローチャート、第１０図は第４図に示した実施例の工業
用ロボットの動作を説明するだめの図で、看）る。 １・・・横イ■軸アクチュエータ、２・・・上下軸アク
チュエータ、３・・・＠後軸アクチュエータ、４・・・
手首旋回アクチュエータ、５・・・手鉦曲げアクチュエ
ータ、６・・・横行軸位置検出器、７・・・上下軸位１
μ検出器、８・・・前後軸位置検出器、９・・・手１旋
回位置検出器、１０・・・手−°曲げ位置検出器、１１
・・・浴嵌トーチ、第１図 第２図 寮４図 第５図 荊ｑ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２次元平面内の任意の位置に位置決めが
   できる動作軸をもつアームと、前記アームの先端には少
   なくとも１つの動作軸をもつ手首とｆ−４Ｈｊｔたプレ
   イバックロボットの前記手首の姿勢ティーチング方法に
   おいて、 前記手首姿勢の変更教示にともなう前記手首先端位置の
   変動分を演算し、φＪ記手首先端位置の変動公金補正す
   る前記アームの先端位置を演算し、前記アームを前記補
   正演算されたアーム先端位置に制御し、前記手首姿勢の
   変更教示があっても前記手首先端位置を前記手首姿勢変
   更前の位置に保持することを特徴とするロボットの手首
   姿勢ティーチング方法。