JPS59189415A

JPS59189415A - 工業用ロボツトの動作教示方法および装置

Info

Publication number: JPS59189415A
Application number: JP58063593A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Miyake; 徳久三宅; Akira Dobashi; 土橋　亮; Kiroku Fujiwara; 藤原　紀六; Yasuhiro Hashimoto; 安弘橋本; Yutaka Maruyama; 裕丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1984-10-27
Also published as: US4613943A; KR840008601A; CA1213923A; DE3462289D1; KR890005032B1; EP0123214B1; EP0123214A1

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動作教示方法に係り、特に
同一の作業対象位置に対応する位置に移動されてその個
所の作業を行なう工業用ロボットに好適な動作教示方法
に関する。

〔発明の背景〕

工業用ロボットは一般的に固定設置されており、このロ
ボットの動作範囲内にセットされた作業対象物に対して
作業を行なっている。作業対象物が同一形状の複数個の
対象物でおる場合には、ロボットの作業効率および省力
効果の観点から、１つのワークに対して教示したロボッ
トの動作内容を記憶し、この記憶内容を再生してロボッ
トに同一作業を行なわせる制御方式所謂教示再生制御方
式が採用されている。

一方、近年では工業用ロボットの多様化に伴ない、例え
ば移動の困難な大形構造物や箱形構造物分の内側喫どの作業対象の作業内容を工業用ロボットで実
行することが要求されている。この要求を満すためには
、前述した作業対象における作業個所に、ロボットを移
動し固定する必要がある。

このように作業対象における作業個所にロボットを適宜
移動させる作業形式において、このロボットを前述した
据置形の工業用ロボットと同様に教示再生による作業を
実行しようとする場合、他の作業個所にロボットを移動
配置したときのロボットと作業個所との相対位置関係が
、この移動前に配置した作業個所におけるロボットとそ
の作業個所との相対位置関係に常に概同−となるように
、ロボットを設置することは極めて困難であるので、前
述した第１の位置で教示した作業内容を、第２の位置で
再生して作業を行なうことができない。

このため、第２の位置でロボットを再度教示操作しなけ
ればならないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、ロボ
ットと作業対象個所との相対的な位置関係が異っても、
予め教示した作業内容を実行させることができるロボッ
トの動作教示方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の１つの特徴とするところは、同一のイ業対象個
所にそれぞれ移動されてその個所の作業を行う工業用ロ
ボットにおいて、第２以降の作業対象個所に対して作業
の再生を行う際に、この第２以降の作業対象個所上にお
ける第１の作業対象個所上の基準参照情報に対応する比
較参照情報を教示し、この教示によって得られた第２以
降の作業対象個所とロボットとの位置関係を演算し、こ
の演算値によって第１の作業対象個所゛における作業内
容を、第２以降の作業対象個所の作業に適応するように
補正することを特徴とする工業用ロボットの動作教示方
法にある。

また、本発明の他の特徴とするところは、同一の作業対
象個所にそれぞれ移動させてその個所の作業を行う工業
用ロボットにおいて、ロボットによる作業対象個所の作
業内容を記憶する第１の記憶装置と、第１の作業対象個
所とロボットとの相対的な位置関係を与える基準参照情
報によ゛つて第１の作業対象個所とロボットとの間の座
標系の変換行列を演算する第１の演算装置と、第２およ
びそれ以降の作業対象個所とロボットとの相対的な位置
関係を与える比較参照情報によって第２およびそれ以降
の作業対象個所とロボットとの間の座標系の変換行列を
演算する第２の演算装置と、この第２の演算装置および
前記第１の演算装置からの変換行列によってロボットの
設置位置間の位置誤差の修正のための変換行列を演算す
る第３の演算装置と、この第３の演算装置からの変換行
列によって第１の作業対象個所の作業内容を補正して第
２およびそれ以降の作業対象個所に適応した作業内容を
ロボットに出力する第４の演算装置を備えたことを特徴
とする工業用ロボットの動作教示装置にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の方法を適用した工業用ロボットによる
作業対象の一例を示すもので、図において、作業対象１
はこの例では箱形構造物を示してあシ、その高部には同
一形状を有する複数個の作業対象個所Ｗ１　ａ　〜Ｗ１
ｃ　＊　Ｗ２　Ａ　〜Ｗ２　ＣＩ　Ｗｓ　Ａ　−Ｗ３　
Ｃを備えている。ロボットＲは点線九枠で示すように作
業対象個所ＷＩ　Ａ　ｍ　Ｗｔ　Ｂ　、　ＷＩｃ近傍の
位置Ｐ、Ｑ、Ｖにそれぞれ移動設置される。このロボッ
トＲの一例と口ては、第２図に示すように旋回台２、旋
回台２に揺動可能に設けた上腕３、上腕３の先端に揺動
可能に設けた前腕４および前腕４の先端に揺動可能に設
けた手首部５、さらに手首部５に設けた溶接トーチ６か
ら構成されている。

このロボットＲによる作業対象１への作業は次のように
行われる。すなわち、第１図に示すように、ロボットＲ
が作業対象個所Ｗｌの近傍の位置Ｐに設置されている状
態において、ロボツ）Ｒには作業対象個所ＷＩＡの作業
の教示が行われる。この教示内容により、ロボツ）ＦＬ
は作業対象個所：Ｗｌの作業を実行する。作業終了後、
ロボットＲは第１図に示すように作業対象個所ＷＩ　Ｂ
の近傍の位置Ｑに設置され、前述した位置Ｐにおける作
業対象個所Ｗｌムと同一の作業個所ＷＩＢを作業する。

このような繰返し動作により、ロボットＲは作業対象１
０作業対象個所Ｗｉ　Ａ　〜Ｗ１ｃ　＋　Ｗ２Ａ〜Ｗ２
ｃ　＊　Ｗ３Ａ〜Ｗ３　ｃの作業を実行する。

上述のロボット作業において、ロボッ）Ｒが教示された
場所とは別の作業個所に設置された場合にも、本発明は
同一作業条件の他の作業個所においてロボツ）Ｒと作業
対象個所Ｗ２　、Ｗｓとの相対位置に伴なう再教示操作
を行うことなくごく少数のいくつかの点の教示を行うこ
とによって、最初に教示した作業内容を補正し、この補
正した作業教示内容によって作業を実行させるようにし
たものである。

上記の本発明の動作教示方法を説明するに、先立って本
発明の動作教示の原理を第３図によって説明する。

いま、第１図に示す位置Ｐに設置したロボットＲによっ
て作業される作業対象個所ＷＩＡ上に固定した座標系を
、第３図に示すようにＯＡ、　ＸＡ　、　ＹＡ。

２人とし、この座標系に対応するロボッ）Ｒ上の座標系
をｏｐ　Ｉ　ｘｐ　ｓ　３’Ｐ　ｈ　ｚＰ　Ｌ／、また
同様に位置Ｑに設置したロポッ）Ｒによって作業される
作業対象個所ＷＥＢ上に固定した座標系を、Ｏｎ、Ｘｎ
＊Ｙ＋ｚＺＢとし、この座標系に対応するロボットＲ上
の座標系をｏＱ　Ｉ　ｘＱ　ａ　ｙＱ　＋　”Ｑとする
。これらのロボッ）Ｒ上の座標系は第２図に示すロボッ
）Ｒの座標系Ｏｈ　　Ｘｓ　’ｆｒ　　ｚに対応してい
るものとする。

まず、作業内容の教示は第１図に示すように位置Ｐに設
置したロボットＨにより作業対象個所ＷＩＡに対して行
われるので、この教示によって得られる魚群データは、
位置Ｐにおけるロボッ）Ｒ上の座標系’Ｐ　＋　ｘｐ　
Ｉ　’ｊＰ　＋　ｚＰが基準となる。

次にロボッ）Ｒを位置Ｑに移動し作業対象個所ＷＩＡと
同一の作業対象個所Ｗ１ｍの作業を実行するためには、
上述し九ロボツ）Ｒの位置Ｐで得た教示点群データを、
位置ＱにおけるロボットＲの座標系ｏＱ　ｓ　ＸＱ　ａ
　ＹＱ　＊　ｚＱを基準として表現する必要がある。

前述したように、作業対象個所ＷＩＡと作業対象個所Ｗ
ＩＢとにおけるロボツ）Ｒの作業内容は同一であるから
、作業対象個所ＷＩＡ上の任意の作業点をＡとし、これ
に対応する作業対象個所Ｗ１！１上の点をＢとした場合
、点Ａの座標系ＯＡ　、　ＸＡ　、　ＹＡ。

２人における座標値（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）と、点Ｂの座
標系ＯＢ　ａ　ＸＢ　＋　Ｙｍ　＊　ＺＢＫおける座標
値（Ｘｂ、Ｙｂ。

Ｚｂ）とは一致する。

ここで、ロボツ）Ｈの位置Ｐの座標系Ｏｐ。

Ｘｐ　ｈ　）’ｐ　＊　ｚｐにおける点Ａの座標値を（
Ｘｐ＋Ｙｐ＋ｚ、）、また位置Ｑの座標系ＯＱ　ｓ　Ｘ
Ｑ　＊　ＹＱ　＊　ｚＱにおける点Ｂの座標値を（ｘｌ
、Ｙｑｈ　ｚＪとすれば、この点Ａの座標値（Ｘｐ、　
Ｙ　ｐ＋　ｚｐ）と点Ｂの座標値（Ｙｑｈ　Ｙｑｈ　ｚ
ｑ）との間に、その変換を行う関係式を与え、これによ
υ教示されたデータを補正することによって、ロボット
Ｒの設置位置にかかわらず、教示内容を再生し、ロボッ
トにその内容の作業を行わせることができる。

そこで、上述の座標変換関係を説明する。いま、第３図
に示す任意の点Ａの座標を座標系ＯＡ＊　ＸＡ　ｒＹ＾
、２人で表わすと、（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）となシ、座標
系。Ｐ　＊　ｘＰ　１３’Ｐ　、　Ｚｐで表わすと、（
Ｘｙ＋Ｙｐ＋ｚｐ）となるとする。この間の変換行列を
Ｔｗｌとすれば、の関係が成シ立つ。同様に、上記の点
Ａに対応する点Ｂの座標を、座標系ＯＲ、Ｘｓ　、　Ｙ
Ｂ　、　ＺＢで表わすと（Ｘｂ、　Ｙｂ、　Ｚｂ　）　
　と７ｚＤ、また座標系ＯＱ。

ＸＱ　＊　ＹＱ　＊　ｚＱで表わすと、（Ｘ　ｑ　＋　
Ｙ　Ｑ　ｈ　ｚＱ　）　　となるとする。この間の変換
行列をＴｗ２とすれば、の関係が成シ立つ。

また座標系ＯＡ　、　ＸＡ　、　Ｙ人、　ＺＡにおける
点Ａが、座標系Ｏｎ　、　ＸＩ　、　Ｙｌ、　ＺＢにお
ける点ＢＫ対応することから、この点Ａと点Ｂとの座標
間には、の関係が成り立つ。

従って、座標系ＯＰ　＋　ＸＰ　＋　ＹＰ　＊　ｚＰに
おける点Ａの座標と座標系ＯＱ　＊　ｘＱ　＋　’ＩＱ
　ｓ　ｚＱにおける点Ｂの座標との関係は、（１）、　
＋２１．　（３１式よシ次のようになる。

ここでＴｗｚ−１は変換行列ＴＷ２の逆変換行列を示し
ている。

変換行列ＴＷｌ　、　Ｔｗｚ　は、座標系ＯＡ　１　Ｘ
Ａ　ｈ　ＹＡ　＊Ｚ人の各座標軸における座標系ｏｐ　
Ｉ　ｘｐ　Ｉ　ｙＰ　＋　ｚＰの各座標軸に関する方向
余弦を、それぞれ（４１１ｍｌ　１　ｈ　ｎ１１）　＋
　（４２＋　”１２　＊　ｎ１２　）＋　（４ａ＋　ｒ
ｎ１３１　ｎ１３　）とし、また座標系ＯＢ、　Ｘ＋＋
　、　Ｙｎ　、　ＺＢの各座標軸における座標系ＯＱ　
ｈ　ｘＱ　Ｉ　ＹＱ　＊　ｚＱの各座標軸に関する方向
余弦をそれぞれ（＋２１・ｍ２１・ｎ２１）・（＋２２
・ｍ２２　＊　ｎ２２　）　＋　（７２３＋　”２３　
＊　”２３　）　　とすれば、次のように表わされる。

また、このとき・・・・・・・・・（６Ａ）となる。

ここで、（５）式、（６）式における（ＸＩ。＋Ｙｓ。

、ｚｌ。）は座標系Ｏａ、Ｘ＾、Ｙａ、Ｚ人の原点の座
標系ｏｐ。

ＸＰ　ｍ　ＹＰ　＊　ｚＰでの位置を示し、また（Ｘ２
０　＃　ｙｚｏ　５Ｚ２０　）は座標系０１．ＸＩ、Ｙ
Ｂ、Ｚｌ（Ｄ原点ｏｒ標系ＯＱ　＋　ＸＱ　＋　ｙＱ　
＊　ｚＱでの位置を示すものである。

なお、（５；式、（６）式において、方向余弦の性質か
ら明らかなようにｔｔｔ”＋ｍｕ２＋ｎｔｓ”＝１．　ｔｔｔ”＋Ａｔｚ
２＋１１３２＝１ｔＨ”＋ｍ５ｚ２−１−ｎ　Ｉ？”　
＝ｌ　、　ｍｌｌ　”＋ｍ＋２２十ｍ＋３２＝　１ｔＩ
３”＋ｍｔａ２＋ｎ＋ａ２＝１．　ｎｕ”＋ｎ＋２２＋
１１２”＝１ｔｔｔ・ｔｔｚ＋ｍｕ　’ｍ１２＋ｎ　１
１６Ｊ２：Ｑ、Ｚｌｌ　４　・ｍｔ　３＝ＯＪ、ｌＬ１２　＋７１３−）−ｍ１２°ｍｔａ＋ｎ　１２１ｎ
　１３＝ｏｌΣｍＢ−ｎＩＪ＝Ｏ−１を亀３　′ｔｉｌ＋（１１１３ｊｍｕ＋ｎＩ３　′ｎ　
ｌ１＝ＯＩ　　Σ　ｎｔ＋　°ｔｔ３＝ＯＪｓｌ　　　
　　　・・・（７ンただしｉ＝１．２である。

以上の説明から、変換行列Ｔ　ｗｌおよびＴｗｚを与え
ることにより、座標系ｏｐ　ｌ　ｘｐ　Ｉ　ｙｉ’　Ｉ
　ｚ、で表現される座標系０人、　ＸＡ　、　ＹＡ　、
　Ｚム上の点を、座標系ｏＱ　＃　ＸＱ　Ｉ　ＹＱ　＊
　ｚＱの表現に変換することができる。

上述した座標系の変換が可能なことをより理解し得るよ
うにするために、表現を変えて説明する。

いま、座標系Ｏａ　、　ＸＡ　、　ＹＡＩＺＡ上に任意
の１点Ａ＊を設定し、この点Ａを原点とする座標系０ム
＊。

ＸＡ”　＋　ＹＡ”　、　ｚＡ＊を考え、その間の変換
をＴＨとする。また、座標系Ｏｎ　、　ＸＢ　、　Ｙｉ
　、　ＺＢ上におイテ、上述と同様な座標系ＯＢ　”　
＋　ＸＢ　”　＊　￥ｍ　”　＋　Ｚｌｌ　”を考えれ
ば、これらの間の変換も同様にＴＨとなる。

この場合、座標系ＯＦ　＃　ＸＰ　＃　Ｙ’　＊　ｚＰ
から座標系０ＡＩＩＸＡ＊ＩＹＡ＊、ｚＡ＊ヘノ変換を
ＴＲ１とすれば、変換行列Ｔｗ１は次のようになる。

７ｗ１＝ＴＲ１・ＴＲ・・・・・・・・・・・・・・・
（８）また、座標系ｏＱ　＃　ｘＱ　ｓ　ｙＱ　ｈ　ｚ
Ｑから座標系０！ｌ　”　ａＸｓ　”　、　Ｙｓ　”　
、　Ｚ−ヘ（Ｄ変換ヲＴｘｚ　トすれば、変換行列Ｔｗ
２は次のようになる。

ＴＷ２　＝　Ｔ　Ｒ２・ＴＨ・・・・・・・・・・・・
・・・（９）従って、（４）式におけるＴＷ２−”　Ｔ
ｗｘ　　Ｉ′１（８）式、（９）式より次のようになる
。

Ｔｗ２”１・ＴＷ１＝ＴＨ−１・Ｔｉ２−’　・Ｔ＋ｕ
　・Ｔｕ＝ＴＲ２−”・ＴＲＩ　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（１０）上記の００１式は作業対象個所
に設定する座標系を任意にとシ得ることを示している。

すなわち、作業対象個所ＷＩＡ上に任意の座標系ＯＡ　
”　ＨＭＡ　”　＋Ｙ＾”、ＺＡ”を設定し、この座標
系と位置Ｐに置かれたロボツ）Ｒの座標系ｏｐ　ｊ　ｘ
ｐ　１　’ＩＰ　＋　ｚｐとの変換ＴＲ１を求めると共
に、別の作業対象個所ＷｉＢにおいて前記座標系ＯＡ　
、　ＸＡ　、　ＹＡ　、　ＺＡに対応した座標系ＯＢ＊
ｒ　ＸＢ”　ｒ　ＹＢ　＊、　ＺＢ　”　全設定し、こ
ｉ、！：位置Ｑにおかれたロボッ）Ｒの座標系ＯＱ　＋
　ｘＱ　Ｉ　ＹＱ　ｈＺｑとの変換Ｔ　Ｒ２を求めるこ
とによって、座標系ＯＦ　ｒ　ｘＰ　＋　Ｙｐ　Ｉ　ｚ
ｐでの表現を、座標系ＯＱ　ｈ　ｘＱ　ＩＹＱ　＊　ｚ
Ｑの表現に変換することができる。

次に上述した本発明の動作教示の原理にもとづいて、本
発明の動作教示装置の一実施例を第４図によって説明す
る。この図において１０１は動作経路記憶装置で、この
装置１０１は例えば第３図の位置Ｐに示す特定の基本設
置位置にロボッ）Ｒが設置された状態でのロボッ）Ｒの
作業動作経路を示す基本的な作業データが記憶されてい
る。この基本的な作業データはロボットＲの教示動作あ
るいは設計データにもとづいて計算機等により求めた数
値データなどの形で与えられている。１０２は基準参照
点データ記憶装置で、この装置１０２は前述した特定の
基本設置位置において作業対象個所とロボツ）Ｒとの相
対的な関係を与えるだめの基準参照点データを教示動作
等にょシ得て晦憶している。基準参照点データは後述す
るロボットＲの設置誤差において補正が必要な内容に応
じて、そのデータ数を増減することができる。この基準
参照点データは例えば第３図に示す点Ａとの関係で得ら
ね、る。１０３は比較参照点データ記憶装置で、この装
置１０３は例えば第３図の位置Ｑに示すようにロボット
Ｒを他の各個所（補正設置位置と呼ぶ）に設置したとき
の作業対象個所とロボットＲとの相対的な関係を与える
ための比較参照点データを記憶している。この比較参照
点データは例えば第３図に示す点Ｂとの関係で得られる
。

１０４は装置１０２からの基準参照点データによって変
換行列’Ｊ”ｗｌを演算する装置で、この装置１０４は
前述した（１）式にもとづいて変換行列ＴＷ。

を演算する。１０５は装置１０３からの比較参照点デー
タによって変換行列ＴＷ２を演算する装置で、この装置
１０５は前述した（２）式にもとづいて変換行列Ｔｗ２
を演算する。１０６は装置１０４，１０５からの演算結
果によって設置位置誤差の修正のための変換行列ＴＷ２
−　”　Ｔｗｉを演算する装置で、この装置１０６は前
述した（４）式にもとづいて変換行列ＴＷ２−　’−Ｔ
ｗｌを演算する。１０７は装置１０６からの設置位置誤
差修正変換行列Ｔｗ２’″１・Ｔｗｌを用いて装置１０
１からのロボットＲの作業動作経路を修正しそのデータ
を演算する装置である。この演算装置１０７によって得
られるロボツ）Ｒの修正作業動作経路データは、補正設
置位置におけるロボツ１４の必要な作業動作経路データ
を表わしている。このデータは記憶装置１０８に格納さ
れ、ロポツ１４の動作指令発生回路１０９へ順次送出さ
れる。量の動作指令発生回路１０９は前述したデータに
よシロボットＲを駆動し、補正設置位置での作業対象個
所への作業を実行させる。

なお、演算装置１０４〜１０６はロポツ）Ｒを移動設置
する毎に１回だけ演算作業を行なうことになる。また、
演算装置１０７はロボットＲの作業動作経路上の各点に
対して修正演算を行なうものでおる。このため、この演
算装置１０７の演算速度がロボツ）Ｒの動作速度に比較
して十分に高速でおる場合には、この演算をロボットＲ
の動作中にリアルタイムで行うことができるので、記憶
装置１０８を省略することができる。

次に本発明の動作教示方法の第１の実施例を第５図を用
いて説明する。第５図において第３図と同符号のものは
同一部分である。この第５図において、点ＡＩ　、　Ａ
２　、　Ａｌｌは位置Ｐに設置されたロボツ）Ｒに対応
する作業対象１の作業対象個所Ｗ１上の任意の位置に設
定された参照点である。

この参照点Ａｌ、Ａ２　、Ａ３を以下基準参照点と呼ぶ
ことにする。点Ｂ’ｌ　、　Ｂ２　、　Ｂ３は位置Ｑに
設定されたロボツ）Ｒに対応する作業対象１の作業対象
個所Ｗ２上の任意の位置に設定された参照点である。こ
の参照点Ｂｓ　ｒ　Ｂ２１　Ｂｇを以下比較参照点と呼
ぶことにする。この比較参照点Ｂｌ　。

Ｂ２　、Ｂｓの座標系ＯＢ、　ＸＢ、　ＹＢ、　ＺＢに
おける座標値と、基準参照点Ａ１ｈ　Ａ２　＋　Ａ３の
座標系ＯＡ、Ｘ人、ＹＡ、ＺＡにおける座標値とは、そ
れぞれ一致している。

まず、ロボットＲ９を一方の作業対象個所Ｗ！に対応す
る位置Ｐに設置する。この位置Ｐに設置したロポツ）Ｒ
によって、作業対象１の作業対象個所Ｗｌ上の基準参照
点ＡＩ　ｈ　Ａ２　ｍ　Ａｇの３点を教示し、かつ作業
対象個所Ｗｌ上の作業動作の軌跡を教示する。この基準
参照点ＡＩ　、　Ａ２　、　Ａ３のデータは第４図に示
す基準参照点データ記憶装置１０２に記憶される。また
教示された作業対象個所Ｗｌ上の作業動作の軌跡データ
は、動作経路記憶装置１０１に記憶される。前述した基
準参照点ＡＩ　、Ａ２　、Ａ３は作業対象個所Ｗｌ上の
任意の点に設定したが、教示作業動作軌跡上に設定して
もよい。この場合、比較参照点Ｂｌ　＋　Ｂ２　ｍＢ３
も同様に作業動作軌跡上に設定されることは言うまでも
ない。演算装置１０４は記憶装置１０２からの基準参照
点データにもとづいて次の演算処理を実行する。すなわ
ち、ロボットＲの座標系る。

また、作業対象個所Ｗｌ上に設定した座標系０ム＊Ｉ　
ＸＡ”　＊　ＹＡ”　ｈ　ＺＡ＊における基準参照点Ａ
ｌ１Ａ２　、Ａ３の座標値は次のように表わされる。

上記の（１１１式および０２式に示す座標値は、前述し
た（１）式および（５）式よシ次のように表わされる。

ただし、ｉ＝ｘ、２．３ここで（［３）式における未知数はＸＡＩ　、　Ｙム１
＋ｌＺム１、ＸＡ２１　　ＹＡ２１　　ＺＡ２１　　Ｘ
Ａ３１　　ＹＡ３１　　ＺＡ３＃　　Ａｘ　　＃　　ｔ
ｚ　　ｈ　　！−３１ｍｘ　　＋ｍ２ａ　ｔｎ３　ｍ　
”１　ｌｎ２　ｈ　Ｂ３　＊　ｘｌＱ　＃　Ｙｔｏ　１
　ｚｌｏの２１個となるが、（力式よシこのうち独立な
ものは、ＸＡ１１ＹＡＩ　　ｍ　　ＺＡＩ　　Ｉ　ＸＡ
２　　＊　　ＹＡ２　　＋　　ＺＡ２　　＋　　ＸＡ３
　、　　ＹＡ３　　Ｉ　ＺＡ３　　＊　　ｌｘ　　Ａ７
２　＊　ｍｌ　＋　、ｘｌｏ　Ｉ　ＭＩＯ＊　ｚｌＯの
１５個となる・いま、さらに（２）式で示す座標系０人
”　ｈ　ＸＡ　”　ｔＹ＾＊、Ｚム＊上の基準参照点Ａ
ｔ　、　Ａ２．Ａ３の座標値において、Ｘ人１＝Ｙム１＝Ｚ＾　＝ＯＹ人２＝Ｚ人２＝Ｏ２人３＝０と選べば、未知数は９個にすることができる。これによ
り、（Ｌ３＋式における方程式の数は９個であり、これ
らは互いに独立であることから、連立方程式を解くこと
ができる。すなわち、変換行列Ｔｗｌを得ることができ
る。

次にロポツ１４を第５図に示す位置Ｑに移動して設置し
、前述した比較参照点Ｂ１．Ｂ２　、Ｂｓを教示する。

この教示データは第３図に示す記憶装置１０３に記憶さ
れる。演算装置１０５は記憶装置１０３からの比較参照
点Ｂｌ　、Ｂ２　、Ｂ３の教示データにもとづいて上述
と同様に連立方程式を解き、変換行列Ｔｗ２を得る。こ
の変換行列Ｔｗ２および前述した装置１０４からの変換
行列Ｔｗ１は第３図に示す演算装置１０６において変換
行列Ｔｗ　２　””・Ｔｗｌに演算される。この変換行
列Ｔｗ２−１・Ｔｗｌと第３図に示す記憶装置１０１か
らのロボット凡の位置Ｐにおける動作経路とにもとづい
て、装置１０７はロボット凡の位置Ｑにおける修正動作
経路を演算する。この修正動作経路の情報にもとづいて
ロボットＲは位置Ｑに対応した作業対象個所Ｗ上の所望
の個所を作業する。

以上述べたように、２番目以後の作業対象個所への作業
は、その作業対象個所での作業動作軌跡を教示する必要
がなく比較参照点Ｂｌ　ｈ　Ｂ２　ｈＢ３の教示操作を
実行するのみで、ロボッ）Ｒは位置Ｐにおける作業対象
個所と同一形状の他の作業対象個所の作業を行なうこと
ができる。

次に本発明の動作教示方法の第２の実施例を第６図を用
いて説明する。

本発明の対象となるロボッ）Ｒは、多くの場合、水平面
上に設置されることになる。また、このような条件が確
保されなくとも、複数個の同一形状の作業対象個所に対
して、ロボッ）Ｒの姿勢が概一定であることが多い。特
に、溶接ロボット等の場合においては、溶接姿勢が作業
内容を左右するため、各作業対象個所において、作業対
象の姿勢、ロボット凡の設置姿勢には、一定の制限条件
を付加することが可能である。い才、第２図に示すロボ
ッ）Ｒにおいては、旋回台２の旋回軸２ｏの方向は、ロ
ボッ）Ｒが移動されて別の作業個所に再設置されても常
に平行が保たれることになる。この場合、第６図に示す
ように、基準参照点ＡＩ。

Ａ２は位置Ｐに設置したロボッ）Ｒに対応する作業対象
個所Ｗ１における作業対象上にあシ、かつ点ＡＩと点Ａ
２とを結ぶ直線がロボッ）Ｒの旋回軸２０と平行でない
任意の２点に設定することができる。また、比較参照点
Ｂｌ　、Ｂ２は位置。に設置したロボッ）Ｒに対応する
・作業対象個所ｗ２における作業対象上において、前記
の基準参照点Ａｌ、Ａ２と対応する２点に設定される。

この基準参照点ＡＩ　、Ａ２および基準参照点Ｂｌ　、
　Ｂ２によって、ロポッ）Ｒを位置Ｐがら位置Ｑに移動
しても、位置Ｐにおいて教示した作業動作軌跡が修正さ
れ、これによシ、ロボッ）Ｒはロボット位置Ｑに対応す
る作業対象個所を位置Ｐにおけるそれと同様に作業する
ことができる。その理由を以下に述べる。

基準参照点ＡＩ　、Ａ２に関して、前述したａυ式およ
び０２式と同様の関係が成り立つ。ここで、点Ａ、を原
点とし、Ｚｐ軸（すなわち旋回軸（ｉｏ）をＺＡ”軸に
平行とし、ＸＡ”軸とＺＡ”軸との平面内に点Ａ２を含
むように、座標系ＯＡ　”　Ｉ　ＸＡ　”　＠　ＹＡ　
”　ｈＺＡ”を選ぶと、Ｘ人ｔ＝Ｙ人ｔ＝ＺＡｘ＝ＯＹＡ２＝０となり、さらにｔ１３：ｍ１３：ｎｌｌ：ｎ１２″Ｏ０１３””　１となる。

このとき％　　４＋２＋ｍｏ２＝１．ｔｕ２＋１１２２
＝１゜ｍｌ　１　”　＋ｍｌ　２２＝　ｌ　　などから
、独立未知数は、４１＋Ｘ１０１３’ｔｏ　＋　ｚｔｏ
　＋　ＸＡ２　ｒ　ＺＡ２の６個となり、また方程式は
前述した０３）式のｉ＝１．２として６個となシ、方程
式を解くことができる。これにより、前述した変換行列
Ｔｗ１を得ることができる。

また、ロボツ）Ｒを位置Ｑに移動して、基準参照点ＡＩ
　、Ａ２に対応する比較参照点Ｂｌ、Ｂ２の２点を教示
することによシ、前述の実施例と同様に、ロボッ）Ｒの
座標系と作業対象上の比較参照点Ｂ１．Ｂ２の座標との
間の変換行列Ｔｗ２を得ることができる。この変換行列
Ｔｗ２および前述した変換行列Ｔｗ１にもとづいて、位
置ＱにおけるロボットＲの動作経路を修正するための変
換行列Ｔｗ２’″１・Ｔｗｌを得ることができる。この
第２の実施例によれば、前述した第１の実施例に比べて
参照点の数を少くすることができるという利点がある。

次に本発明の動作教示方法の第３の実施例を説明する。

この本発明の動作教示方法の第３の実施例は、前述した
第２の実施例を更に簡単化したものである。す彦わち、
ロポッ）Ｒの座標系とこれに対応する作業対象個所の座
標系との２軸が平行である場合には、２軸の平行移動の
座標変換が可能であるので、ロボットＲによる一方の作
業対象上の教示のだめの基準参照点は任意の１点でよく
、これにともなって他方の作業対象上の比較参照点も基
準参照点に対応する位置に設定すれば足シるものである
。その妥当性は前述した実施例の説明から明らかである
ので、その詳細な説明は省略する。

次に本発明の動作教示方法の第４の実施例を説明する。

基準参照点とこれに対応する比較参照点とへの教示操作
においては、これらの参照点への正確な位置決めが必要
となる。すなわち、参照点への教示誤差が、修正動作経
路の精度に影響を及ぼすことになる。この誤差を低減す
るためには、教示する参照点間の距離をできる限シ大き
くすること、あるいは教示参照点の数を増して統計的な
処理を行うことが有効である。しかし、この誤差を低減
するもう１つの方法として、教示する点において必要と
する精度を、特定の方向成分に限定するということが有
効である。すなわち、３次元空間内においてロボットの
手先を特定の１点に正確に位置決めする場合に比べて、
特定の線上に位置決めすること（線に沿った方向の位置
を問わない）、さらには特定の面上に位置決めすること
の方が、よシ容易である。この考え方にもとづく本発明
の方法の第４の実施例の内容を第７図を用いて説明する
。この第４の実施例は第６図に示す実施例における２つ
の参照点の代シに、１つの参照点と１つの参照面とを用
いる方法である。この場合、基準参照点ＡＩおよび比較
参照点Ｂ１を設定することは、第６図に示す実施例と同
様であるが、基準参照点Ａ２、比較参照点Ｂ２に相当す
るものとして、それぞれ座標系ＯＡ”、Ｘλ＊、Ｙ人＊
、７．Ａ＊におけるＸＡ　＊軸と２人＊軸との平面およ
び座標系ＯＲ”　ｍＸｉ”　、　Ｙｎ”　＋　ＺＢ”に
おけるＸＢ＊軸とＺｎ”軸との平面を与える。これらの
平面上の教示点をそれぞれん　＊　Ｂ２　’とすれば、
この教示点ん′の座標系ＯＡ”、ＸＡ＊、Ｙ人＊、２Ａ
＊上での座標値および教示点Ｂ２′の座標系ＯＲ”　、
　Ｘｎ”　＋　Ｙｎ”　＋　ＺＢ”上での座標値は次の
ように表わされる。

Ａ２’　＝　（ｋｘ　、　Ｏ、ａｘ　）Ｂｚ　’　””
　（ｈｘ　＊　０　＊β２）ここで、ｌ（Ｘ、ｈＸ、α
Ｚ、β２の値は、ｋＸ＝）Ｏ，ｈｘ’＝０なる任意の値
である。

この場合における変換行列Ｔｗ＋は、ｉ＝ｌ、ｚとして
ｔＩ３＝ｍ＋ｓ　＝ｎ　１１　＝ｎ　１２　＝Ｏ１ｎ　
１３　＝１であるから、となるが、Ｌ　ｔ　１”　＋ｍ　ｕ”’４１２２−１−
ｍ　１２”　＝ｘｉ＞つｔ　ｉｓ２＋１１２”＝ｍ　１
１２十ｍ　１２２＝１よシ、独立な未知数は４個となる
。ここで、座標系ＯＡＩＸ　Ａ　Ｉ　Ｙ　Ａ　ＩｚＡ上
の点Ａ１の座標値は、前述した（１３）式より次のよう
゛に表わされる。

ＸＡＩ　＝ｔｘｔ　・Ｘ　ｐｔ　＋ｍｔｘ　・Ｙ　ｐｔ
　−Ｘ１Ｇ＝Ｑ　Ｈ＋＋　（１５，１）ＹＡｔ＝４２・
Ｘ　ｐ１＋ｍ１２　・Ｙ　ｐｔ　Ｙｔｏ＝０　・・’　
（１５，２）ＺＡ１＝Ｚ１１−２ｔｏ＝０　　　　　　
　＝ｉ１５３）また座標系ＯＡ”　＃　ＸＡ　”　ｈ　
Ｙ人”、ＺＡ”上の点Ａ２’の座標値は、前述した０式
よシ次のように表わされる。

Ｘｉｚ’＝４ｔ・Ｘｐｚ＋ｍｔｘ・ｙｐｚ　　ｘｌＯ”
”ｋＸ　　　・−（ｉｓ、４）’ｆｘ’＝ｔｓｚ２Ｘｐ
ｚ＋ｍ１２°Ｙ１１２　　Ｙｔｏ＝０　　　°°（１５
，５）ＺＡ２’：Ｚｎ２　　Ｚ１６＝αｚ　　　　　　
　　　・−・（１５Ｂ）従ツ”ｔｃ、ＺＩＱは（１５３
）式よりｚｌｏ　＝”　ｐｉ　となるので、（１５Ｂ）
式におけるＺＩＯをα２にかからす決定することができ
る。また、（１５，２）式および（１５，５）式よシ、
ｍｘ２（Ｙ　１１２−３’　ｐｔ　）＝ｔ１ｚ　（Ｘ１
１２−ｘ、１）が得られ、ｍｌ　２　ｅ　ｔｔ　２は互
いに独立ではないことから、ｔ１２．ｍ１２更に４１　
、　ｍｌ　１を求めることができる。よって、（１５，
１）式によ’り　Ｘｔｏカニ、また（１５２　）式によ
υｙＯが求まυ、（１５４）式のｋｘにかかわらず全て
の未知数の決定が可能である。

変換行列ＴＷ２についても上述と同様のこと７５二成立
する。これによυ、１つの参照点と１つの参照面とを与
えるだけで目的とするロボットの設置位置の誤差補正が
可能でおる。

また、この説明により明らかなごとく、参照面を与える
にあたっては、その面上の１点のみを与えればよいから
、作業対象物の形状に応じて、ｆＩｌえは上記参照面と
他面との交線を考え、この線上の任意の１点を与えるこ
とも可能である。この場合は１′）の参照点と１つの参
照線とを用いる方法とも言うことができる。

溶接作業等においては、一般に溶接線はおる部材の接合
部と彦る。このため、この溶接線そのものを参照線とし
て利用すれば、参照線の教示に要する工数は増加しない
という利点を有する。

壕だ第５図に示す例に対応する他の教示方法としては、
１つの参照点、１つの参照線および１つの参照面を与え
ることによっても可能である。この方法においても、変
換行列の各要素を決定できることは、上述の説明から類
推して明らかなものである。

ここで述べた参照線、参照面の、考え方は、変換行列Ｔ
ＷＩ、ＴＷ２を決定するために用いる参照点座標成分の
うち必要なものだけを規定し、それ以外の座標成分は任
意として参照点の教示を行うものでおる。これによシ、
教示における工数低減を図ることかで・きるものである
。

力お、上述の実施例においては、ロボツ）Ｒとして多関
節形式のものを例にとシ溶接作業を行なう場合について
説明したが、本発明はロボットの機構あるいは作業の内
容そのものには全く依存することなく適用することがで
きる。

また、以上の説明では、ロボツ）Ｒを第１の設置個所に
おいて作業軌跡の教示を行うものについて説明したが、
作業軌跡が対象物の設計データにもとづき、予め数値に
よって与えられている場合、すなわち設置個所において
作業軌跡の教示を行わない場合においては、参照点（線
、面）の位置を、対象物上の％做にあわせて、例えば隅
部等に設定すればよい。

さらに、参照点への具体的な教示操作としては、作業者
によりロボットの手先を当該の参照点（線、面）に位置
決めすることにより行う方法だけではなく、視覚、触覚
などのセンサを用いて、参照点を求めるための情報を検
出し、この検出値によって参照点を自動的に演算する方
法も用いることができることは勿論である。

なお、以上の説明においては、ロボットの動作経路情報
に関して、複数の作業対象個所での設置位置の相異によ
る修正が可能なことを示したが、作業対象物に対するロ
ボットの手先工具の姿勢に一関しても同様な方法により
必要に応じて修正が可能である。たとえば、第２図の場
合では、ロボットが位置Ｐにおかれたときの手先工具の
姿勢を座標系ＯＡ　ＸＡ　ＹＡ　ＺＡ系に対する角度成
分（オイラー用）あるいは工具主軸と該座標系との方向
余弦などを用いて表現し、ロボットが位置Ｑにおかれた
ときの座標系０ＢＸＢＹＢ　ＺＢに対する上記角度成分
あるいは方向余弦が等しくなるように制御すればよい。

この場合の方向余弦の各成分に対する座標系ＯＡ　ＸＡ
　ＹＡ　２人からＯＢ　ＸＢ　ＹＢ　ＺＢへの変換も、
変換行列Ｔｗｌ＋　Ｔｗ２　　を用いて表わすことがで
きる。

すなわち、本発明はロボットを複数の作業対象個所に移
動して作業を行わせる場合、手先の位置のみならず作業
対象物に対する手先の姿勢をも正確に制御する必要のあ
る場合に対しても適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の方法によれば、ロボットの
移動先での作業動作において、移動先での数点の比較参
照点を教示するだけで、移動先での作業対象個所に応じ
た作業動作軌跡を得ることができるので、教示操作のた
めの作業時間を著しく低減することができる。

また、本発明の装置によれば、同一の作業対象個所をそ
れぞれ正確に作業させるための動作教示が可能であり、
その作業適用範囲を拡大することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作業対象の一例を一部断面にて示す斜
視図、第２図は本発明に用いられるロボットの一例を示
す斜視図、第３図は本発明の動作教示方法の原理を説明
するための図、第４図は本発明の動作教示装置の一例の
構成を示す図、第５図〜第７図は本発明の動作教示方法
の各実施例を示す説明図である。１・・・作業対象、Ｒ・・・ロボット、２・・・旋回台
、３・・・上腕、４・・・前腕、５・・・手首部、１０
１・・・動作経路記憶装置、１０２・・・基準参照点デ
ータ記憶装置、１０３・・・比較参照点データ記憶装置
、１０４゜１０５．１０６，１０７・・・演算装置、１
０８・・・記′ｆ３Ｚ図 −７７− ■　５　　図第　６　図Ｚ７図

Claims

【特許請求の範囲】１、同一の作業対象個所にそれぞれ移動されてその個所
の作業を行う工業用ロボットにおいて、第２以降の作業
対象個所に対して作業の再生を行う際に、この第２以降
の作業対象個所上おける第１の作業対象個所上の基準参
照情報に対応する比較参照情報を教示し、この教示によ
って得られた第２以降の作業対象個所とロボットとの位
置関係を演算し、この演算値によって第１の作業対象個
所における作業内容を、第２以降の作業対象個所の作業
に適応するように補正することを特徴とする工業用ロボ
ットの動作教示方法。２、基準参照情報および比較参照情報は、作業対象個所
とロボットとの位置関係を補正するための参照情報とし
て、それぞれ互いに異なる３つの参照情報で構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工業用ロボ
ットの動作教示方法。３、各３つの参照情報は、作業対象個所上に設定した第
１の点と、この第１の点を通る作業対象個所上の直線上
に存在し、かつ第１の点と異なる位置に設定した第２の
点と、前記直線を含む作業対象個所上の平面内にあシ、
かつ前記直線上に存在しない第３の点で構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の工業用ロボット
の動作教示方法。４、基準参照情報および比較参照情報は、作業対象個所
とロボットとの位置関係を補正するための参照点として
、それぞれ互いに異なる２つの参照情報で構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工業用ロボッ
トの動作教示方法。５、各２つの参照情報は、作業対象物上に設定した第１
の点と、この第１の点を通る作業対象上の直線上に存在
し、かつ第１の点と異なる位置に設定した第２の点とで
構成したことを特門とする特許請求の範囲第４項記載の
工業用ロボットの動作教示方法。６、各２つの参照情報は、ロボットの座標系のある１つ
の軸と平行関係にある作業対象物上の座標系の特定の軸
を通る１つの参照面と、この１つの参照面上に設定した
１つの参照点とで構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第４項記載の工業用ロボットの動作教示方法。７、作業対象個所とロボットとの位置関係の補正は、３
次元空間内での平行移動および鉛直軸まわシの回転移動
成分による座標変換の補正であることを特徴とする特許
請求の範囲第３項、第５項および第６項のいずれかに記
載の工業用ロボットの動作教示方法。８、同一の作業対象個所にそれぞれ移動されてその個所
の作業を行う工業用ロボットにおいて、ロボ゛ットによ
る作業対象個所の作業内容を記憶する第１の記憶装置と
、第１の作業対象個所とロボットとの相対的な位置関係
を与える基準参照情報によって第１の作業対象個所とロ
ボットとの間の座標系の変換行列を演算する第１の演算
装置と、第２およびそれ以降の作業対象個所とロボット
との相対的な位置関係を与える比較参照情報によって第
２およびそれ以降の作業対象個所とロボットとの間の座
標系の変換行列を演算する第２の演算装置と、この第２
の演算装置および前記第１の演算装置からの変換行列に
よってロボットの設置位置間の位置誤差の修正のための
変換行列を演算する第３の演算装置と、この第３の演算
装置からの変換行列によって第１の作業対象個所の作業
内容を補正して第２およびそれ以降の作業対象個所に適
応した作業内容をロボットに出力する第４の演算装置と
を備えたことを特徴とする工業用ロボットの動作教示装
置。９、基準参照情報および比較参照情報は、作業対象個所
とロボットとの位置関係を補正するだめの参照情報とし
て、それぞれ互いに異なる３つの参照情報を備えている
ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の工業用ロ
ボットの動作教示装置。１０、各３つの参照情報は、作業対象個所上に設定した
第１の点と、この第１の点を通る作業対象個所上に存在
し、かつ第１の点と異なる位置に設定した第２の点と、
前記直線を含む作業対象個所上の平面内にあシ、かつ前
記直線上に存在しない第３の点とを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第９項記載の工業用ロボットの
動作教示装置。１１、基準参照情報および比較参照情報は、作業対象個
所とロボットとの位置関係を補正するだめの参照点とし
て、それぞれ互いに異なる２つの参照情報を備えている
ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の工業用ロ
ボットの動作教示装置。１２、各２つの参照情報は、作業対象物上に設定した第
１の点と、この第１の点を通る作業対象上の直線上に存
在し、かつ第１の点と異なる位置に設定した第２の点と
を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載
の工業用ロボットの動作教示装置。１３、各２つの参照情報は、ロボットの座標系のある１
つの軸と平行関係にある作業対象物上の座標系の特定の
軸を通る１つの参照面と、この１つの参照面上に設けた
１つの参照点とを備えだことを特徴とする特許請求の範
囲第１１項記載の工業用ロボットの動作教示装置。