JPS59177609A - ロボット多層溶接の軌跡制御方式 - 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】 本発明は、作業線位置検出センサによる作業線倣い機能
あるいは作業線修正機能と直線補間機能。

円弧補間機能を備えた産業用ロボットにおける軌跡制御
方式に関する。

〔従来技術〕

従来、多層盛溶接ロボットを例にとり「特開昭５０−１
５９４４５Ｊ、ｒ特開昭５７−５０２７９Ｊ等のロボッ
ト軌跡制御方法が提案されている。多層溶接径路を全て
あらかじめ教示しておき、１層目溶接の際の位置検出器
によるワーク（以下、非加工物をいう）溶接線誤差補正
の修正量を全て記憶しておき、その記憶データを他の層
の教示線データに上乗せすることにより多層溶接を行な
う「特開昭５０−１５９４４５Ｊでは、１層目のみなら
ず２層目、３層目・・・と必要な層数だけの径路の教示
を必要とする。２層目以降の教示は前層までの溶接状態
を事前に想定しながら教示せねばならないが、溶接電圧
、電流、速度、板厚、素材質、継手形状。

開先形状等により各層のビード形状が大巾に変化するか
ら予測が難しい。にそのために２層目、３層目、・・・
２の径路を試行錯誤的に修正し直す必要がある。本方式
には、このような非常に時間を要し。

しかも難しい教示作業を強いられるという欠点がある。

またワーク誤差補正修正量を全て記憶するため、複雑な
溶接形状を有し溶接線長が長くしかも誤差のばらつきの
大きなワークの場合には、ぼう犬なメモリ容量を必要と
する結果として高価になるという欠点もある。

溶接ロボットの手首まわシ定数を予設定量だけ変更し、
溶接トーチ先端を１層目教示軌跡からこの予設定量だけ
移動させることによシ、多層溶接を行なう「％開昭５７
．７５０２７９　］では、ワークの寸法、形状のばらつ
き、溶接時の熱歪み、ワークセットのばらつきを補正す
る機能がないため、精度の良いワーク部材の製造工程、
およびワークセットのばらつきと熱□歪みを抑える治具
が、複雑高価なものになり多品種小量生産用に適さない
という欠点がある。

また、多層溶接以外のロボット作業２例えばグラインダ
によるパリと９等を考えた場合、教示された第１パスの
軌跡を基準として所定の切込み量又は仕上代設定分だけ
オフセットした第２パス。

第３パス、・・・の軌跡が、手動操作による教示なしで
自動生成される機能が必要と々る。

この作業の場合、ロボット手首に発着された作業ツール
がロボット側にではなくワーク側に切込でいくため、全
パスの全軌跡をロボット自体の手動操作で教示すること
は一般に困難である。第１パスのみ作業ツールをワーク
に接触させながら、ワークの作業線に沿い手動教示し、
プレイバック時、センサで位置修正された第１パス軌跡
を基準に順次オフセントした軌跡データを第２パス、第
３パス、・・、の軌跡データとする必要がある。そのた
めの産業用ロボット制御技術が末だ確立されていないと
いう問題もある。

〔本発明の要旨〕

本発明は、これらの欠点２間粗点を解決するだめのもの
であり、作業ワークの寸法、形状のばらつき、作業時の
歪み変形、ワークセットのばらつき等に起因する教示線
からの位置ずれを作業線位置検出センサで修正する作業
線倣い機能２または作業線修正機能と直線補間機能２円
弧補間機能を有する産業用ロボットにおいて、教示され
た第１パス軌跡線でのプレイバンク時、作業線位置検出
センサによυ修正されたロボット作業ツール先端の軌跡
位置をサンブリ′ング間隔τごとに記憶し、その記憶さ
れた一般には脈動する軌跡データから最も近似度の良い
所望の直線データを作業ステップ毎に最小二乗法で求め
、この求められた作業ステップ毎の回帰直線データを第
１パスの軌跡データＦとし、第１パスの作業開始近傍で
ロボットの手動操作、キイ′−インプット等の教示手段
で教示された第２パス、第３パス、・・のそれぞれの作
業開始点と第１パスの第１ステツプの教示軌跡との間の
オフセント量だけ前記軌跡データＦをスケーリングシフ
［演算した軌跡を第２パス、第３パス。

・・、の軌跡とすることによシ、マルチパスから構成さ
れたロボット作業を適正に実行することを特長とする産
業用ロボットの軌跡制御方式を提供するものである。

〔本発明の説明〕

以下、図面に従い本発明の詳細な説明する。本詳細説明
では説明の簡略化のため補間機能は直線補間を例にとり
説明する。

第１図は、直線補間付きロボットの教示点とオフセット
量の教示によるスケーリングシフト演算の基本説明図で
ある。Ｗ　ｋはワーク、Ｐ、〜Ｐ４は第１パスの教示点
群、１〜３は第１パスの教示軌へ、−Ｑ＋　、Ｒｑ　ｉ
ｔ：　Ｆ　２　ハス、第３パスのオフセント量教示点、
１１〜１３．２１〜２３ば、スケーリングシフト演算に
より一自動生成された第２．第３パスの軌跡、６，７は
点Ｑ＋　、Ｒ’ｌから直線の軌跡１に立てた垂線の足で
ある。点Ｑ１，６間の偏位８が第２パスの教示オフセッ
ト量１点Ｒ・１，７間の偏位９が第３パスの教示オフセ
ット量となる。第２パスは点４を作業開始点とし、第２
パスの第一ステップ１１の軌跡の終了点Ｑ２は、直線１
を中心軸線とした半径８の円柱と直線２を中心軸線とし
た半径８の円柱との交線と、点Ｑ１を通り直線１と平行
な線との交点で与えられる。またその点Ｑ２は第２パス
の第２ステツプ１２の作業開始点となシ、第２パスの第
２ステツプ１２の軌跡の終了点Ｑ３は、直線２を中心軸
線とした半径８の円柱と直線３を中心軸線とした半径８
の円柱との交線と、点Ｑ２を通シ直線２と平行な線との
交点で寿えられる。第３パスの軌跡も同様のスケーリン
グシフト演算により求められる。スケーリングシフト演
算は後述する。

第２図は、作業対象ワークの精度が悪く、第１バス教示
線から位置がずれているときの、センサによる位置修正
軌跡と最も近似度の良い求めるべき所望の直線の関係を
説明するための図である。

３１はワーク、Ｐ７．Ｐ、は第一１パスの教示点２曲線
３０ば、センサにより位置修正されたロボット手首ソー
ル先端の軌跡、Ｐｌ、Ｐ２は実際のワーク作業線で近似
的には曲線３０のサンプリングデータがら最小二乗法に
より演算された所望の回帰直線※上の点Ｓ、　、　Ｓ２
．・・、Ｓｉ、・・・は、あるサンプリング間隔τでサ
ンプリングされた位置修正後の軌跡データへＰ１．′ｒ
２．・・・２Ｔｌ、・・・は、７−タ、ＳＩ　）　ｓ、
、　＋・＋　’ＩＳｉ、・・・の線Ｐ、　Ｐ２上への投
影点、ｈは投影点間距離ｈ＝Ｔｉ−Ｔｌ−１，３２は線
Ｐ１Ｐ２に対し垂直で点Ｐ１を通る平面３３上の直線で
ある。位置修正軌跡３゜が実際の作業線ｐ’　ｌ）／を
はソ甲心として脈動しているのは、１つはセンサ位置検
出分解能の悪さが原因であり、また１つには作業時の歪
み変形に正確に応答したためでもある。センサ位置ｔ！
検出精度は、ミクロにみると一般にある分解能以下とい
う制約があるため、本曲線３ｏの如く脈動軌跡で表現し
ても一般性を失うものではない。センサ分解能が鼻＜な
ればなる稈、脈動は小さくなり、作業歪み変形がないと
き理想的なセンサでは位置修クロな歪み変形に対応せず
とも歪み変形の平均的脈動に対応すればよく、この点に
おいても本表現は一般性を失うものではない。歪み変形
の沿小二乗法による平均値的処理によって第２パス以降
の軌跡が精度上問題となる場合は、ロボットの第］パス
のステップをその間、細分化してステップを増やすこと
により最小二乗法を適用すれば何ら問題にならない。

直線補間をベースにしツール先端の位置検出センサから
の軌跡修正信号にょシ軌跡修正を行なぺ軌跡修正後、次
のセンサからの軌跡修正信号が与えられる迄は、もとも
との教示直線Ｐ、　Ｐ２に３次元的に平行な直線を移動
させるよう制御すれば、実際のソール先端の移動軌跡゛
と直線ｐ２上の演算上の移動軌跡とを関連づけられる。

即ちソール先端の瞬時瞬時の修正整置を直線Ｐ、　、Ｐ
、、へ投影することが可能であシ、軌跡デニタＳ、　、
　Ｓ２．・・・、Ｓｉ、・・・の〔演算方式について〕 つぎに所望の直線ｐ／、　Ｐ；を最小二乗法を使い求め
る演算方式について説明する。所望の直線Ｗ買上の点の
座標（ｘ、ｙ、ｚ’）は一般的に次式で表らゎされる。

こＸにλ、μ、νは求めるべき直線ｐ’　ｐ、；の方向
余弦、及、Ｙｏ、７−ｏは求めるべき直線ｐ、／ｌ）／
の延長線と面３３との交点０とえばＰｉ）の座標、ｔは
点Ｐｒからｐ、／−ｐ／上の任意の点までの距離である
。サンプリングデータＳｌ、Ｓ２．・・、Ｓｉ、・・・
とＰ、　Ｐ２への投影データＴ、　、　Ｔ２．・・・、
Ｔｉ、・・・から最小二乗法により（１）式％式％ サンプリングデータＳ、、Ｓ２．・・・、Ｓｉ、・・・
Ｓｎの座像をＸｉ、ｙｉ、Ｚｉとし、この座標Ｘ１ｒ　
ｙｌ’　ｌ　Ｚｌから直線７薄に下ろしだｉ線の足の座
標をＸｉ　、Ｙｉ　、Ｚｉとすると、下記の（２）式を
最小にするようなＸｏ　、　Ｙｏ　。

Ｚｏ、λ、μ、νが求められれば（１）式が求まること
になる。

Ｍ＝Σ　ｔ（Ｘｉ−ｘｉ）２＋（Ｙｉ−ｙｉ）２＋（Ｚ
ｉ−ｚｉ）２１　　（２）ｉ＝１ 即ちＭｒ＝Σ（Ｘｉ−ｘｉ）２を最小にするＸｏ、−λ
ｉ＝１ Ｍｙ　−；　（Ｙｉ−ｙｉ）２を最小にすルＹ。、μ”
　ｉ＝１ −１ が求まればよい。

ＭＸを最小にする狗、λは次の正規方程式で与えられる
。

１＝＝１　　　　１＝１ ｉ＝１　　　　　　°ｉ二１　　　　１−１Ｐ（間の距
離である。（３）　、　（４）式で距離ｔｉが既知でな
い限Ｉ）Ｘｏ、λは求まらない。しかし距離ｔｉは求め
るべき直線ｐ：　ｐ／、上の交点Ｐζからの距離である
から、本質的に未知数でおる゛。今ここで、距離ｔｉを
教示線Ｐ、　Ｐ２上の投影点Ｔｉと点Ｐの距離であると
近似的に考えると、距離ｔｉは既知数となる。線ＰζＰ
二と線Ｐ１Ｐ２が平行であれば距離ｔｉを点Ｔｉで求め
ても誤差はなくなる。

ワーク誤差等に起因する教示線からの位置ずれは一般に
あまり大きくはなく、大きくてもせいぜい１０賜程度で
あシ、線Ｐ、’Ｌ）；と線Ｐ、Ｐ２の平行度のずれもそ
れ程大きくないので、この近似で十分に実用性がある。

よってｎヶのサンプリングデータの記憶後、（３）　。

（４）式ヨ５Ｘ。、λは求まる。同様に（Ｙ。’、　／
４）、　、　（Ｚ。、ν）も求められる。よって（１）
式が求められる。Ｐｌと１６間でｎヶのサンプリングか
なされるので、この求めた（１）式のｘ、ｙ、ｚ値は点
Ｐ≦の座標を表わす。

この場合Ｐ（点の座標１は（１）式で１＝０とおきｒ−
’ｒ（ｋｏ。

Ｙｏ、Ｚ、）となる。

第１図では教示された第１パスを基準にしたスケーリン
グシフトについて説明したが、プレイバック時、各作業
ステップごとに第２図で説、明した回帰直線Ｐ（円を求
め、それらをつなぎ合わせた軌跡を基準にスケーリング
シフトを行なわせようとするのが本発明の主旨である。

各作業スゲンプ毎に求めた回帰直線の終点と次のステッ
プの回帰直線の始点は一般に一致せず連続した直線にな
らない。

〔不連続について〕

第３図は不連続直線をつなぐだめの共通垂線の考え方を
示す図でおる。ＰζＰ（は１つの作業ステップにおける
回帰直線の始点と終点、埒、Ｐ４は次の通垂線である。

　　　− の点となる。共通垂線でつないだ直線の群が第１バスの
軌跡となる。例えば第３図ではＰζ−Ｗ　−、Ｗ’→Ｐ
り、第４図ではＰｒ→Ｗ−１−Ｐ’、というようにつな
いでいく。

〔スケーリングシフトについて〕

ここで簡略化のだめ、以降、各作業ステップの終点と次
のステップの始点が一致すると考える。

本発明の主旨から考えて、この仮定は大きく逸脱してい
ないから、あえて説明の簡略化のため省略するに過ぎず
、本事項の詳細説明を省くとしても、本発明の有効性を
何ら阻害するものではない。

第５南は第１図で説明したスケ−】ノングシフトをより
詳細に説明するだめの図である。第１図での教示点ＩＩ
　ｒ　Ｐ２　、　Ｐ３を回帰直線の始点、終点Ｐζ。

ｐ／、　、　Ｊ）二と読みかえ、８を第２パスオフセッ
ト量教示点４から回帰直線Ｉ”Ｊ”へのオフセット量と
読みかえる。

今ここで、第２図で説明した回帰直線Ｐ　ｉ　（Ｘ、　
、Ｙ。

Ｚ、）、　Ｐ４　（Ｘ２．　Ｙ、、　、　Ｚ、、　）、
　Ｐ二へ、、ｙ３．ｚ３）の座標値が求まっている。ま
たＱ、（ｘζ　Ｙ、／　、　７．／　）は教示されてい
るから既知である。ここでオフセットｔ　８　ヲｄとす
る。線１）ｒ　ｐ／と並行で点Ｑ１を通る直線と直線２
を中心軸線とした半径ｄの円柱との♀点Ｑ２（Ｘ’　、
　Ｙ’Ｚｊの座標は ここでＵは点Ｑ１と９２間の長さｅ’ｌｆ１．ｇは直線
（６）〜（８）式のように方向余弦ｅ、ｆ、ｇは求まシ
、ＣＸ１　ｒ　’ＹＨｒ　ＺｒＸ既知であるから、長さ
Ｕが求まれば点Ｑ２の座標は求まる。−即ちスケ−ソン
グシフト演算の問題は、点Ｑ、　、　９２間の長さＵを
求める問題に帰着する。

つぎに長さＵを求めよう。

点Ｑ２から直線２に下した垂線の長さはｄであるから ここで　Ｌ　：　Ｑ２Ｐ：の距離 Ｌｘ、　Ｌｙ、　Ｌｚ；距＠Ｌ　ｃｏＸ　、　Ｙ　’、
　Ｚ成分線Ｐ；馬の方向余弦 （１０）式に（５）式を代入すると、 Ｌｘ　＝　Ｘ’　−Ｘ、、　十ｅ　、Ｕ　　　　　　　
　　　（１４）Ｌｙ　＝　Ｙ’　−Ｙ２＋ｆ　、じ　　
　　　　　　　　（１５）Ｌｚ　：Ｚ’　　Ｚ２　＋ｇ
−Ｕ　　　　　　　　　　（１６）（９）式の平方根中
の第２項に（１４）〜（１６）式を代入すると、 ｅ’Ｌｘ＋ｆ’Ｌｙ＋ｇ’Ｌｚ＝＝ｅ’（Ｘｉ−Ｘ２）
　＋ｆ’（”ｔ７−Ｙ２）十ｇ’　　（Ｚｊ−Ｚ２）＋
（ｅｅ’＋ｆｆ’十ｇｇ’　）［Ｊ　　　　（１υ一つ
　　−号 ここで、＜ＱＩＰ≦Ｐに−Ｗ、＠ＰζＰｆと線ＰざＰに
のなす角をθとする。

点ＰＱ、Ｐ≦ｚ　Ｐ３’＋　Ｏ１群が既知であるから、
角ω、θは既知であり、次式が成り立つ ｃｏｓθ＝　ｅ、ｅ’　＋ｆｆ’　十ｇｇ’　　　（１
８）ここで ＣＯ８ω とする。

式（１８）　、　Ｑ９）を（１７）式に代入すると、ｅ
’Ｌｘ＋ｆ’Ｌｙ＋ｇ’Ｌｚ　　−’Ｍ　　００３　　
ω＋１Ｊｃｏｓ　　θ　（２０）（２０）弐″を（９）
式に代入すえと、Ｌ２＝　（ｆ（ｃｏｓ　ω＋Ｕｃｏｓ
　θ）　２　＋ｄ　２°　　　（２１）ＺＰ’ｒ　Ｐ’
ｉ　Ｑ＋〒ψ　とすると、ψも既知で６Ｄ、次式が成り
立つ。

Ｌ２＝Ｕ２＋Ｈ２−２Ｕ、Ｈｃｏｓ　ψ　　　　　　（
２２）（２１）　、　（２２）式より Ｕ２＋Ｈ２−２Ｕ　、Ｈｃｏｓ　　た（　Ｈｃ　ｏ　ｓ
ω＋ＬＪｃｏｓθ）２　　ｄ２＝　ｏ　　　　　　　　
　　　　　　　　　（２３）が成シ立つ。

ここでＨ，、ｃｏｓψ、ｃｏｓω、　ｃｏｓθは既知で
あシ、オフセット量の長さｄが求まれれは長さＵは（２
３）式２．〃求められる。

点Ｑ１から線１に垂線を下したオフセット量８がｄであ
る故 ここにＬ／、線Ｑ＋Ｐ’ｒの距離 Ｌ’ｘ　、　Ｌ’ｙ　、　Ｌ’　ｚ　；　Ｌ’のｘ’　
、　ｙ　、　ｚ成分方向余弦ｅｚｆ＋ｇは（６）　、　
（７）　、　（８）式で考えられ、（２５）式よシＬ　
ｘ’、　Ｌ　ｙ’、　Ｌ　ｚ　’、　Ｌ’が求まるから
、（２４）式よりオフセント量ｄが求まる。よって（２
３）式より長さしが求められ、（５）式より点Ｑ２（Ｘ
′、Ｙ′、Ｚ′）座標が求められることになる。同様の
演算で点Ｑ３゜゛暢、・・・群は全て求められる。

〔装置例について〕

第６図は、ロボット制御装置のブロック図である。１０
１はロボット制御を統括するマイクロブで、ロボット個
有の座標系に基づくロボット各軸位置を直交演算座標系
へ変換する演算器、１０３は第２の座標変換演算器で、
直交演算座標系で表わされたロボット位置をロボット座
標系に基づくロボット各軸位置へ変換する演算器、１０
４は回帰直線演算器で、第２図で説明したサンプリング
データＳ１〜Ｓｎと教示軌跡Ｐ、Ｐ２．　Ｐ２Ｐ３．・
・・等とから最小二乗法によシ回帰直線ｐｏｐ／　、　
ｐｏｐ；、・・・を順次に求める演算器、１０５はスケ
ーリングシフト演算器で、第５図で説明したｐ；Ｐｔ　
、　、ｐ≦当と点Ｑ１゜Ｐ；Ｐ；、Ｐにｐ／とＱ２　ｒ
・・・等からスケーリングシフト点Ｑ２．　Ｑ３．・・
・を順次に求める演算器、１０６はメモ１／　、　１　
′０７は直線補間器で、直交演算座標系で与えられた直
線の始点との座標値間を、教示された接線速度を保ちな
がら直線を実現するだめの補間器、１１３はティーチボ
ックス、１０８は切替回路で、教示モードのときはティ
ーチボックス１１３よりの指令をサーボに伝達し、プレ
イバックモードのときは、第２の座標変換演算器１０３
の出力をサーボに伝達する切替回路、１０９は図示省略
のロボットの１つの駆動軸のサーボ駆動回路で、他の駆
動軸に対応するサーボ駆動回路は省略しである。１１０
はロボットの１つのサーボメカニズム、１１１はロボッ
トの１つの軸の位置検出器。

１１２はロボット手首ツール先端の位置を検出するセン
サ、１１４は複数のサーボ駆動回路への位置入力指令信
号、１１５はサーボ駆動軸の位置フィードバンク信号、
１１６は軌跡修正信号、１４０はサーボ制御用の基準ク
ロック発生？Ｘ闇期Ｋ）。

１４１は第２図で説明したサンプリング軌跡データの投
影点Ｔ、　、　Ｔ２．・・・Ｔｉ、・・・−１の距離ｈ
（＝ＴＬ−Ｔ１−１）の設定器、１４２は教示時、メモ
リ１０６ＭＵＬＴＩＰＬＩＥＲ，）　　で構成されτ−
ＶＫ彦る周期をもつサンプリング信号１４４を発生させ
る。

直線補間器１０７は、直交演算座（双糸で定義された始
点、終点の座標値（Ｘ＋’　、　Ｙ＋　、　Ｚｌ）、（
Ｘ２　、　’Ｙ２．　ｚ２）と接線速度■が与えられる
と、始点、終点座標［直からその間の距離Ｇを計算する
とともに、基準クロックの発生器１４０により規定され
る既知なる周期にごとの位置増分量δＸ、δＹ、δＺ　
を計算する。

また、基準クロック毎にδＸ、δＹ、δＺを積算し現在
値として保存しておく。セッサ１１２による軌跡修正が
必要な基準クロック時には、ＣＰＵ（１０１）より鳥え
られ、軌跡修正量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを上記の位置増分量
δＸ、δＹ、δＺに加算して積算する。この積算値と前
回基準クロック時の現在値の差δｘ’＝δＸ＋ΔＸ、δ
Ｙ’　＝δＹ＋ΔＹ。

δＺ−δＺ＋ΔＺが座標変換器１０３により、ロボット
座標系に基づくロボット各軸の増分位置に変換され、サ
ーボ１駆動回路１０９への位置入力指令信号１１４とな
る。サーボ駆動回路１０９は、信号１１４とロボット軸
位置検出器１１１の出力１１５との差を、ＰＩＤ補償等
を行なった後、電力増巾し、ロボットサーボメカニズム
１１０ｅ位置制御する。なお、軌跡修正量ΔＸ、ΔＹ、
ΔＺは、−センサ１１２から直接与えられる場合もあり
、ＣＰＵ（１０１）でデータ処理したのち与えられる場
合もある。補間演算中、サンプリング信号１４４が発生
される毎に、ＣＰ　Ｕ（１０Ｉｌ、）はそのときの手首
を含むロポント各駆動軸の合成として与えられる作業ソ
ール先端の位置を座標変換器１０２を通して直交演算座
標系に基づくサンプリング軌跡データＳ＋ｎ＋　８２ｎ
　＋　＝　＋　Ｓｎｎとして読みと９、メモリ１０６へ
格納する。また同時にＣＰＵ（１０１）は、そのときの
教示軌跡上への投影点の距離ｔｌ　ｎ　ｒ　ｔ２ｎ　＋
・・ｔｎｎを、直線補間器１０７よシ絖みと９、メモリ
１０６に格納する。

なお第６図では、サーボ駆動系の残りの軸の駆動系は省
略しているが、位置入力指令信号１１４が各軸に対応し
て与えられる。

演算器１０２．１０−３．．１０４，１０５は、マイク
ロフロセッサ等で構成されており、１つ（Ｄマイクロプ
ロセッサで処理できるが、説明の便ぎ上、４つに分割し
ているに過ぎない。セッサ１１２は、作業ツール先端位
置が作業線そのものを検出できるセンサであれば伺セも
よく、ビジョンセンサ、磁気セフす、アー冬センナ等が
考えられる。

第７図はセンサ１１２の出力１１６による軌跡修正を説
明するための図である。Ｒ、Ｐ２　は直線補間さるべき
教示点、１２ｏはロボット手首ソールの先端がたどるべ
きワークの実際の作業線、１３１〜１３６はセンサ出力
１ｔ６に応答し位置修正を行なう軌跡修正時のソール先
端の動きで、前記したようにΔＸ、ΔＹ、ΔＺがＯでな
いときの軌跡、１２１〜１２６は軌跡修正後の次のセン
サ出力１１６がくるまでのツール先端の動きで、線■１
２　に平行な軌跡をたどる（ΔＸ−０．ΔＹ＝Ｏ，ΔＺ
−０）。

〔メモリについて〕

第８図はメモＩＪ　１０６構成を示す図である。第８図
を説明すると、図中のＰ１〜Ｐｎ　は、ロボット各軸位
置のフィードバンク信号１１５を、第１の座標変換演算
器１０２により直交演算座標系に変換した第１パスのｎ
ステップの教示点データ、■は教示された直線補間の接
線速度データ、Ｑｌ　、　Ｒ，。

・・は第２パス、第３パス、・・・の直交演算座標系に
変換でれたオフセント量教示データ、Ｓ、１〜Ｓｎｌ　
＋ｔｌｌ〜ｔｒｕ　ｔｒｉ　、第１パス第１ステンプの
サンプリングデータ８１〜Ｓｎと投影点データｔ、〜Ｌ
ｎ　＋　８＋２〜５ｎ２１　ｔ１２〜ｔｎ２は、第１パ
ス第２ステツプのサンプリングデータＳ１〜Ｓｎ　と投
影点データＬＩ　”’−ｔｎ＋ＳＩ　Ｉｊ−ｓｎｎ　＋
　ｔＩｎ−ｔｎｌｌ　は第１パス第）ステップのサンプ
リングデータＳ１〜Ｓｎ　と投影点データｔ１〜ｔｎ、
Ｐ１．Ｐ２　はＳｌ、〜Ｓｒｎ、ｔ１．〜ｔｎ１とＰｉ
、Ｐ２とより演算された第１パス第１ステツプの回帰〜
直線データ、Ｐ２　、　ＰｓはＳ１２〜Ｓｎ２．ｔ１２
〜ｔｒ１２とＰ２．Ｐ３　とより演算された第１パス第
２ステツプの回帰直線データ、Ｐｎ　４　ｒ　’　Ｐ　
ｎ’はＳ＋ｎ〜Ｓｎｎ　＋　’ｊｌｎ　〜ｔ＋、。とＦ
’ｎ−１ｉｐｎとよシ演算された第１パス第ｎステツプ
の回帰直線データ、Ｑｌ〜Ｑｎはスケーリングシフト演
算された第２パスの第１ステツプ〜第ｎステツプの軌跡
データ、Ｒ＋　”　ｇ　ｎはスケーリングシフト演算さ
れた第３パスの第１〜第ｎステツプの軌跡データである
。

これらのメモリデータは全て直交座標値Ｘ　、　Ｙ。

Ｚで構成されている。

〔装置例の動作してつ因て〕

つき゛に、第Ｇ図全土にして全体の動作全説明する。

まず最初に、教示モードで切替回路１０８がティーチボ
ックス１１３側に切替わり、ティーチボックス１１３で
ロボット各軸サーボの手動操作を行なう。第１パス軌跡
テータを作るためにＰｌ、Ｐ２゜・・・＋Ｐｎ点を教示
する。教示点のロボット各軸サーボメカニズムの位置信
号１１５か、座標変喫演：鼻器１０２によシ、直交演算
座標系の位置Ｐｌ　＋　Ｐ２　＋・・・＋Ｐｎとしてメ
モリ１０６に格納され−る。ＰＩ　Ｉ　Ｐ２１・・・＋
Ｐｎの教示終了後、第１図の叩く、第２．第３バス、・
・・のオフセット量を定義する作業開始点Ｑ、＋Ｒ１・
・・の教示を行ない、その教示点データが変換演算器１
０２により直交演算座標系の位置Ｑ＋　、Ｒ＋　。

・・・とじてメモリ１０６に格納される。同時に接線速
度Ｖが教示されメモＩＪ　１０６に格納される。ここで
切替回路１０８をプレイバンクモードに切替えた後、Ｃ
Ｐ　Ｕ（１０］、）はメモリ１０６からＰ７．Ｐ２の座
標データと■を読み出し直線補間器１０７にセットする
。直線補間器１０７は基準クロック毎に、センサ１１２
より軌跡修正信号１１６が指令されたときには、δｘ’
＝δＸ＋ΔＸ、δＹ’＝δＹ＋ΔＹ、δＺ′−δＺ＋Δ
Ｚを、ないときはδＸ′−δＸ。

δＹ′−δＹ、δＺ′＝δＺｋ増分位置として座標変換
器１０３に入力する。その出ノＪである位置入力指令信
号１１４によジ、作業ルーツ先端は第７図に示すように
ワーク作業線に沿うようサーボ制御される。その間、−
サンプリング点間の距離設定器１４１で設定されたサン
プリング間隔°で、サンブリンク軌跡データＳｏ’　ｌ
−８２１１・・・、ＳｎＩとその投影点データｔＩＩ　
＋　ｔ２１９・・・ｌ　ｔｒｉｌ　　が、メモリ１０６
に格納される。第１パスの第１ステツプの終点Ｐ２に到
達すると、ＣＰ　Ｕ（１０１）はメモリ１０６から第１
パスの第２ステツプの始点Ｐ２　ｒ終点Ｐ３の座標デー
タ？読み出し、直線補間器１０７にセットする。その後
、前記動作ヲくり返し、第１バス第２ステツプのサンブ
リンク軌跡データＳ１２　＋　８２□、・・＋８１□と
その投影点データｔ＋２　＋　ｔ２２　＋　”’　、＋
　ｔｌ’１２が、メモ１ノ１０６に格納される。同様の
動作で第１パスのｎ個のステップのサンブリンク軌跡デ
ータとその投影点データが、全てメモリ１０６中に格納
されることになる。

そこでＣＰ　’Ｕ（１０］、）はメモリ１０６から、第
１ステツプのサンブリンク軌跡データＳｌｌ〜Ｓ１＋　
＋　その投影点データｔｌｌ〜ｔｎ＋とＰＨ、Ｐ２とを
読み出し、回帰直線の演算器１０４へ入力する。演算器
１０４はｊｉ＋　［Ｘｊ＋　ｒ　ｙｉ、　、　Ｚｌｌ　
）　　とＰ＋　Ｃｘ＋　、Ｙｌ　、Ｚｌ　）より、ＰＨ
ｊｉ＋間の距離ｔｉｋ次式により計算する。

また・、Ｓｉ＋　（ｘ工、　’、　ｙｉ＋’＋　Ｚｉ＋
　）よりＸｉ＋を抽出しＸニーＸｉ＋　　とする。それ
らを式（３）　、　ｆ４）　Ｋ代入し、＆・λを求める
。

同様の演算でＹ。、μ、Ｚ０．γを求めた後、Ｐ、〔Ｘ
ｌ。

Ｙｌ　、’　Ｚｌ　ｌ：］とＰ２　ＣＸ２　、Ｙ２　、
Ｚ２　〕ノ間の距離ヲ求メ近似的な・ｔとする。

これらにより（１）式を解き、Ｐ：点の座標ヲ求め、メ
モリ１０６に第１バス第１ステツプの回帰直線データＰ
＋　ＣＸｏ、Ｙｏ　、Ｚｏ　］とＰ２の座標−ｉａ納す
る。

第２ステツプ、第３ステツプ、・・・、第ｎステラフの
回帰直線データも同様の手順で求めメモ１Ｊ１０６へ格
納する。その後、ＣＰ、Ｕ（１０１）はメモ１ノ１０６
からＰ１′＋　Ｐ２　ｒ　Ｐ’３　ｒ　Ｑｌを読み出し
、スケーリングシフトの演算器１０５へ入力する。

演算器１０５はこれらの座標データからω、θ、ψ全求
める。更にαυ〜０３）式に記したようにｅ’　ｐ　ｆ
’　＋　ｇ’を求め、（１９）式によりＨｋ求める。（
６）〜（８）式でｅ、ｆ。

ｇを求め、ｆ２５）　、　（２４）式でｄを求める。こ
の求めたω。

θ、ψ、Ｈ，ｄ　　ｆｆ１（２３＋式に代入し、Ｕ全求
める０このｅ、ｆ２ｇ＋Ｕと９１点の座−標より、第２
）（ス第１ステップの終点〔第２ステツプの始点〕Ｑ２
の座標を求めるため［（５）式を解く。このＱ２の座標
をメモ１Ｊ１０６へ格納する。

次にＣＰ’　Ｕ（１０１）は第２ノくス第２ステップの
終点Ｑ３［第３ステツプの始点〕の座標を求めるために
、Ｐ；　、　Ｐ３　、　Ｐ包Ｑ２　　ｋ　メモ！Ｊ　１
０６１）・う読み出Ｌ、スケーリ゛ング７フト演算器１
０５ヘセットする。

演算器１０５は同様の演算を行ない、Ｑ３の座標全メモ
リ１０６へ格納する。以下、同様にして第２パスの第ね
ステップＱｎ　の座標データができあがる。

第３パステータは上記の（、ＩＲと読みがえるだけでよ
い。全てのパスの全てのステップ軌跡データが作成完了
後、ｉＭ、線補間の項で説明したのと同じ動作によシ、
作業ツール先端が所望のバス軌跡全たどるよう軌跡制御
される。

〔本発明の効果〕

以上、説明したことより明らかなように、多数の作業ス
テップから成るマルチパス作業の場合、第１パスの軌跡
と他のパスのオフセント量の教示だけで、他のパスの適
正な軌跡が自動的に求まるから、教示が簡略化され教示
作業の操作性が向上した。第２パス、第３パス、・・の
変更も作業開始点の教示修正のみでよいため、数示時間
が短縮される。′＝１．た、ワークに寸法、形状誤差が
ある場合でも、ワークセントのばらつきがちる場合でも
、ロボット作業時の歪み変形がある場合でも、単一パス
作業のみならずマルチパス作業のロボット化が可能とな
るので、精度管理が難しい多品種小量生産ワークの自動
化に大きく貢献する。ワーク精度管理も不要、ワークセ
ントもラフでよくしかも加工歪み変形があってよいため
、治具が簡単になる経済効果は大きい。

検出精度の悪い作業線位置検出センサを使っても、その
ミクロな検出値によるのではなく、平均的検出値により
制御されるので、ロボット作業を適正に行なうことがで
きる。検出精度、分解能の慈いセンサをも併用できると
いう、技術効果、経済効果の意義は大きい。

サンプリング間隔が時間のかわりに距離で設定される場
合には、作業ツールの速度Ｖが大きくなってもサンプリ
ング間隔距離が変わらず、回帰直線精度が下がらないと
いう特長をもっている。

詳細説明ではステップ毎のザンプリング軌跡データとそ
の投影データを全て記憶すると説明したが、これは説明
の容易さのため便ぎ上そうしたに過ぎず、これらのメモ
リを共用にして各ステップのプレイバンク終了後リアル
タイムに（ロボット作業中の意）回帰直線を求めること
によりメモリ効率を上げることも本発明に含まれるは当
然である。いずれにしても時々刻々の修正位置を全てメ
モリに記憶する方式［特開昭５０．−１５９４４．５　
Ｊに比しメモリの減小効果は太きい。

また、本発明の記述は直線補間器をベースにし冬が直線
補間器の代シに円弧補間器、をそのまＸ当てはめれば円
弧補間器きマルチパス作業も簡単に可能であるので、本
発明メへに円弧補間付き軌跡制御も含まれることは当然
である。

また、作業ソール先端位置検出センサ付きで説明したが
、ワーク精度、治具精度の良いロボット作業ではセンサ
は不要であり、第１図で説明したように回帰直線演算器
を省略し第１パスの教示軌跡を基準にしてマルチパス軌
跡を自動作成する機能も当然本発明に含まれる。

および、パリ取り作業の場合、ロボット手首に装着され
た作業ソールがワーク側に切り込んでいくため、ロボッ
ト自体の手動操作で教示すること） は一般に困難である。

その場合、キーインプットによる教示でマルチパスを自
動作成する機能も容易に可能となる。

本発明による軌跡制御方式は多層盛溶接、グラインダに
よるベリと９等に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によ仝スケーリングシフト演算の基本
的な説明図、第２図は他の例を説明する図、第３図なら
びに第４図はそれぞれ不連続直線をつなぐための説明図
、第５図はスケーリングシフトを説明する図、第６図は
本発明の１実施例を説明するブロック回路図、第７図は
軌跡修正を説明するだめの図、第８図はメモリ構成を示
す図である。 第１図・Ｐ、〜Ｐ４：第４：ス教示点 Ｑ７，１％＋　　：オフセント量教示点Ｑ２〜Ｑ４＝求
まった点 Ｒ２−Ｒ４：求まった点 第２図・Ｐ、・Ｐ２：教示点 Ｐ１′・Ｐ２′：求めるべきパス。 特１杵出願人　株式会社安川電機製作所第　　３　　図 第４図 八 第　　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）直線補間、円弧補間機能を備えたテイーチングズ
   レイバック方式の産業用ロボットにおいて、ロボットの
   作業＋÷軌跡のうち第１パスの教示軌跡と教示された第
   ２パス、第３パス、・・・、の作業開始点とか牧第１パ
   スの第１ステツプ教示軌跡と第２パス、第３パス・・・
   、のそれぞれの作業開始点とのオフセット量を演算し、
   そのオフセット量だけ第１パスの軌跡をシフトした軌跡
   を第２パス。 第３パス、・・・、の作業＋蛤軌跡とすることを特徴ま
   たはワークの検出位置情報にもとすいて、作業ツール先
   端の位置の軌跡を修正させ、サンプリング間隔τごとに
   軌跡修正された作業ツール先端の位置とそのサンプリン
   グ位置の教示軌跡上への投影位置とを記憶しておき、第
   １パスの一部のステツプの作業終了毎にその記憶データ
   よシ最小二乗法（よシ近似直線および、または近似曲線
   を求めそれをロボットの第１パスの教示軌跡と入れ替え
   ることを特徴とする特許請求範囲第１項記載のロボット
   軌跡、制御方式。 ３、）サンプリング間隔距離設定器で距離りを設定し、
   作業ツールの教示された速度Ｖとサーボ制御用基準クロ
   ック周期にとよシτ＝七になる演算でサンプリング間隔
   τを求めることを特徴とする特許請求範囲第２項記載の
   ロボット軌跡制御方式。 ４）第２パス、第３）くス、・・、の作業開始点教示を
   ロボットの手動操作で教示することを特徴とする特許請
   求範囲第１項、第２項、第３項記載のロボット軌跡制御
   方式。 ５、）第２パス、第３パス、・・・、の作業開始点教示
   ヲロホットの手動操作によらずキイーインプットのみで
   教示することを特徴とする特許請求範囲第１項、第２項
   、第３項記載のロボット軌跡制御方式。