JPS5976793A

JPS5976793A - 工業用ロボツトのねらい角制御方式

Info

Publication number: JPS5976793A
Application number: JP18794182A
Authority: JP
Inventors: 伸介榊原; 孝幸伊藤
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1982-10-26
Filing date: 1982-10-26
Publication date: 1984-05-01

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、複数の動作軸を有する工業用ロボットの手首
に取付けられた作業部材の被作業面に対するねらい角を
制御するための工業用ロボットのねらい角制御方式に関
し、特にロボット教示時のねらい角の変更を容易にした
工業用ロボットのねらい角制御方式に関する。

工業用ロボットは近年層・んに利用されており、その動
作も年々複雑化している。この工業用ロボットはその手
首先端ζこ取付けられた作業部材の種類によって様々な
作業が出来、この作業によってロボットの制御も異なっ
てくる。第１図、は一般的な工業用ロボットの構成図で
あり、５軸の動作軸をもつ関節ロボットを示している。

図中、ＢＳはベースであり％Ｅ軸を中心に回転するもの
、ＢＤはボディであり、ベースＢＳに対しＤ軸を中心に
回転するもの、ＡＲＭはアームであり、ベースＢＳに対
しＣ軸を中心に回転するもの、ＨＤは手首であり、アー
ムＡＲＭに対しＢ軸を中心に回転し、それ自身もＡ軸を
中心に回転するものであり。

全体として基本３軸、手首２軸の５軸の関節ロボットを
示している。この様な工業用ロボットでは、この５軸を
制御して手首ＨＤの位置、移動速度を制御し、所望の作
業を行なうものであるが、手首ＨＤに取付けた作業部材
、例えばハンド、トーチ、の種類によって作業の種類が
異なり、七の制御も異なってくる。例えば、アーク溶接
用の工業用ロボットは、手首ＨＤの先端に作業部材とし
てトーチが設けられ、トーチにより、被作業面（ワーク
）に対し溶接を行ない、しかもロボットの位置制御によ
ってワークを所望の通路に沿ってアーク溶接するもので
ある。この様なアーク溶接やガス切断等においては、ト
ーチ等の作業部材のワーク面に対する角度（ねらい角）
を最適な角度に設定しないと、溶接や切断が均一に行な
えないおそれがあり、ワーク面の傾きに応じてトーチの
絶対角度を手首ＨＤによって制御する必要がある。この
様なねらい角の設定は作業開始前に一度教示すれば、以
降そのねらい角に制御されて作業するので、その教示が
必要となる。しかしながら、従来の教示方式では、教示
盤のジョグボタンを押下し、各軸を回転させ、各軸の位
置を教示するため、係るトーチのねらい角変更のたぬの
教示作業が難しく。

しかも前述の作業部材の先端の作業位置がずれて、溶接
等の作業位置がずれるおそれがあった。

従って、本発明の目的は、ねらい角の変更が容易であり
、しかも作業位置のずれることのない工業用ロボットの
ねらい角制御方式を提供するにある。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第２図は、本発明の原理説明図である。第２図（Ａ）に
示す如く、アームＡＲＭに対する手首ＨＤの回転軸をＢ
軸、手首ＨＤ自身の回転軸をＡ軸とし、第２　図（Ｂ）
　、　（Ｃ）Ｒ：示す如く、手首ＨＤＲ：）−チＴＣを
取付けたものとする。そして、トーチＴＣ先端の作業位
置をＰとする。先づ、第２図（Ｂ）の如く、トーチＴＣ
のねらい角をＢ軸を中心にβ１からβ工に変更するには
、Ａ軸は固定し、Ｂ軸を可変とする。

このため、、Ｂ軸のジョグボタンを押下すると、押下時
間に応じて手首ＨＤがＢ軸を中心に回転するが、Ａ軸以
外の他の軸が動作しないと、トーチＴＣの先端の座標は
大巾に変化することになる。このため、本発明は１作業
位置Ｐの座標とＢ軸の回転量に応じて、他の軸（第１図
、Ｃ，Ｄ、Ｂ軸）の回転量を算出し、第２図（Ｂ）の如
＜、トーチＴＣの先端が作業位置Ｐに望む機制御する。

同様に−ねらい角をβ２からβ３へ、β３からｆ’ｓへ
、β２からβ１へ変更するときも同様に制御する。又、
第２図（Ｃ）の如く。

トーチＴＣのねらい角をＡ軸を中心にαｌからα２へ変
更するときは、Ｂ軸は固定し、Ａ軸を可変とし、Ａ軸の
ジョグボタンを押下する。この押下時間に応じ手首ＨＤ
はＡ軸を中心に回転するが１作業位置Ｐの座標が与えら
れているので、前述と同様他の軸の回転量を算出し、第
２図伸）の如くトーチＴＣの先端が作業位置Ｐに望む機
制御する。ねらい角をα３からα３へ、α３からα鵞へ
、α鵞からα１へ変更するときも同様である。

この様に、手首の１軸を固定し、手帖の他の軸をジョグ
送り制御するだけで、手首以外の他の軸が同時制御され
、作業位置Ｐを変えずにねらい角のみを容易に変更する
ことが可能となる。この作業位置Ｐの座標は教示時に入
力しても良いが、変更前の手首の座標は既知であり、手
首各軸の回転角度も既知であり、更に１・−チの長さも
既知であるからこれにより１作業位置Ｐは算出出来るの
で特に入力しなくても良い。

第３図は、本発明の一実施例ブロック図であり、図中１
０ＯＡ、１００Ｂ、１００Ｃ，１００Ｄ、１００Ｅは各
軸Ａ−Ｅの回転用のモータであり、１０１Ａ〜１０１Ｅ
は各軸Ａ−４に対応したパルス分配部であり、各軸の移
動指令に応じた数の分配パルスＰ５を出力するパルス分
配器１１０Ａ〜１１０Ｅと、分配パルスを加減速制御し
て指令パルスＰ１を出力する加減速回路１１１Ａ〜１１
１Ｅとから構成されるもの、１０２Ａ〜１０２Ｅは各軸
Ａ−Ｅに対応した駆動回路であり、指令パルスｐｉと　
モータ１００Ａ−１００Ｅの位置検出器（図示せず）か
ら与えられるフィードバックパルスＦＰとの差（誤差）
を演算し記憶する誤差演算記憶部（エラーカウンタ）１
１２Ａ〜１１２Ｅと、エラーカウンタの誤差Ｅ、をアナ
ログ量に変換して速度指令Ｖｃを発するデジタル・アナ
ログ（ＤＡ）変換器１１３Ａ〜１１３Ｅと、速度指令Ｖ
ｃとモータ１００Ａ〜１００Ｅの速度検出器（図示せず
）から与えられた実速度ＴＳＡとの差を出力する速度制
御回路１１４Ａ〜１１４Ｅで構成されるものである。尚
、簡単のためパルス分配部１０１Ｂ〜１０１Ｅ１　駆動
回路１０２Ｂ〜１ｏ２Ｅには図では係るパルス分配器等
を図示していない。１０３はロボット制御部であり、マ
イクロコンピュータで構成され、後述する制御プログラ
ムに基いて演算処理する演算回路（プロセッサ）１０４
と、制御プログラム及びその他必要なパラメータを格納
するプログラムメモリ１０５と、制御データや演算デー
タを格納するデータメモリ１０６と、教示ボタンやその
他操作ボタン、状態表示器を有する操作盤１０７と、各
軸のパルス分配部１０１Ａ〜１０１Ｅとデータのやりと
りを行なう入出力ボート１０８Ａ〜１０８Ｅと、これら
を接線するアドレス・データバス１０９とから構成され
ている。プログラムメモリ１０５に格納される制御プロ
グラムとしては。

制御データを実行して各軸のモータを位置制御するため
の位置制御グログラムと、教示モード指令に応じてジョ
グボタンの送りに応じて各軸を移動制御するとともに教
示された制御データを作成する教示制御プログラムを含
む。父、操作盤１０７には通常の教示モードを指令する
ノーマルモードボタンＮＭと、トーチのねらい角のため
の教示モードを指令するトーチモードボタンＴＭと、Ａ
軸を中心に＋α、−α　・ジョグ送りするＡ軸ジョグホ
タン＋α、−αと、Ｂ軸を中心ζζ＋β、−βジョブ送
りするＢ軸ジョグボタン＋β、−βとが少なくとも設け
られている。

次に、第３図実施例構成の動作を説明すると。

通常の運転モードでは、即に教示又は他の主制御装置か
ら与えられ、データメモ’ＪＩＣ１６に格納された制御
データをプロセッサ１０４はグログラム　′メモリ１０
５の位置制御プログラムに従い順次読出し、各軸Ａ−Ｈ
の移動量（回転量）を算出し、各入出力ポート１０８Ａ
〜１０８Ｅにバス１０９を介し送り込む。例えば、Ａ軸
の移動量がα１と算出されると、プロセッサ１０４は移
動量α１の内規定量Δαだけ出力し、パルス分配器１１
０ＡがΔα分の分配パルスを出力し終ると出力する分配
完了信号ＤＥＮを入出カポ−）１０８Ａバス１０９から
受け５次の規定量Δαを出力する。

以下同様に分配完了信号ＤＥＮの受信、Δαの出力を繰
返し、全体きしてα１の指令を行なう。他の軸Ｂ−Ｅに
対しても同様である。パルス分配器１１０ＡはΔαが指
令され＼ば直ちにパルス分配演算を行ない分配パルスＰ
ｓを出力する。この分配パルスＰｓは加減速回路゛１１
１Ａを介して指令パルスＰ１となり、エラーカウンタ１
１２Ａに入力され、エラーカウンタ１１２Ａの内容を正
方向（−又は負方向）に１ずつ更新する。これにより、
１ラーカウンタ１１２Ａの内容は零でなくなるから、Ｄ
Ａ変換器１１３Ａはこれをアナログ電圧に変換し、速度
制御回路１１４Ａを介してモータ１００Ａを回転し、手
首ＨＤをＡ軸を中心に回転せしめる。モータ１００Ａが
回転すれば、位置検出器からモータ１ｏＯＡの所定回転
毎に１個のフィードバックパルスＦＰが発生する。この
フィードバックパルスＦＰが発生する毎にエラーカウン
タ１１２Ａの内容は−１ずつ減算されて更新される。又
、モータ１００Ａの実速度ＴＳＡは速度検出器から考え
られ、速度制御回路１１４Ａで速度指令ＶＣとの差が取
られ、モータ１００Ａは速度制御される。この様にして
モータ１００Ａは速度及び位置制御され、目標位置に回
転移動する。他軸Ｂ、Ｈに対しても同様にモータ１００
Ｂ〜１００Ｅが制御され、プロセッサ１０４は位置制御
プログラムに従い上述の動作を繰返し工業用ロボットを
制御データに従って移動させ、工業用ロボットをワーク
に対し所定の作業を実行させる。

さて、次に教示モードの場合について説明すると、通常
の教示モードでは、操作盤１０７のノーマルモードボタ
ンＮＭｉ押下し、ノーマルモードをバス１０９を介しプ
ロセッサ１０４に指示する。

これによりプロセッサ１０４はグログラムメモリ１０５
のノーマル教示モードグロダラムの制御の下に動作し、
操作盤１０７の各軸Ａ−Ｅに対応して設けられた、ジョ
グボタン＋α〜−〇の押下に応じ、前述と同様各軸の移
動量を算出し、各軸のパルス分配部、駆動回路を動作せ
しめ、モータを回転させる。ジョグボタンの押下時間が
移動量に対応し、オペル−タはジョブボタンの送りによ
る各軸の動作（手首の位置）を確認しながら、位置を教
示し、プロセッサ１０４は、このジョブボタンの押下時
間による移動量に応じて各軸の座標を其出し、制御デー
タを作成して、データメモリ１０６に格納する。オペレ
ータはこれを順次行えば、工業用ロボットの制御データ
がプロセッサ１０４により作成され、教示は終了し、以
降運転モードでは、データメモリ１０６に格納された制
御データに従い各軸が制御され、工業用ロボットが作業
を行うことになる。

次に本発明に係るねらい角教示モードについて第４図の
フローチャートとともに説明する。オペレータは操作盤
１０７のトーチモードボタンＴＭを押下し、′トーチモ
ードをバス１０９を介しプロセッサ１０４に指令する。

これによりプロセッサ１０４はプログラムメモリ１０５
のねらい角教示モードグログラムの制御の下に動作する
。

先ず、プロセッサ１０４は、データメモリ１０６の現在
位置エリア１０６ａに記憶されている各軸Ａ〜Ｅの現在
の回転角Ａｏ、Ｂｏ、ｃｏ、Ｄｏ、Ｅｏから手首ＨＤの
トーチ取付面の中心Ｎ、の座標（Ｘ　ｎ　、　Ｙｎ　ｐ
Ｚｎ）を求める。これはボディーＢＤ、アームＡＲＭ。

ハンドＨＤの長さは既知であるので、これにより中心Ｎ
ｏの座標は容易に算出出来る。次にプロセッサ１０４は
、既知のトーチＴＣの長さｔと中心Ｎ。

の座標を用いて１作業位置Ｐの絶対座標（Ｘｐ　ｙＹｐ
、Ｚｐ）を算出する（作業位置座標演算ステツブ）。

次に、オペレータは操作、盤１０７のＡ軸又Ｂ軸ジョグ
ボタンを押下し、ねらい角を変更する。第２図但）の如
くＢ軸を中心に回転させるには、Ｂ軸ジョグボタン＋β
又は−βを押下する・。プロセッサ１０４は一定のサン
プリング周期毎に操作盤１０７のジョグボタンの押下の
有無を検出し、押下を検知する毎にΔβ（ジョグボタン
−βを押下した時は一Δβ）を出力し、バス１０９％介
し入出カポ−）１０８Ｂへ送り、Ｂ軸のパルス分配部１
０１Ｂ、駆動回路１０２Ｂを介しモータ１００Ｂを回転
し、手首ＨＤ　ｉ　Ｂ軸を中心に回転せしめる。

これとともにデータメモリ１ｏ６の現在位置エリア１０
６ａのＢ軸の現在回転角Ｂｏに対しΔβを加え、現在回
転角ＢＯを更新する。即ち、Ｂ、十Δβ→Ｂ、　　　　　　　（１）の更新を行なう
。一方ＪＡ軸の現在巷曇回転角ＡＯはそのままとしてお
く。

又、第２図（Ｃ）の如＜Ａ＠を中心に回転させるには、
Ａ軸ジョグボタン＋α又は−αを押下する。

プロセッサ１０４は前述と同様にこのジョグボタンの押
下を検知し、Δα（ジョグボタン−αを押下した時は一
Δα）を出力し、バス１０９を介し入出カポ−）　１０
８Ａへ送り、Ａ軸のパルス分配部１０１Ａ、駆動回路１
０２Ａを介しモータ１００Ａを回転し１手首ＨＤをＡ軸
を中心に回転せしめる。これととも２とデータメモリ１
０６の現在位置エリア１０６ａの現在回転角Ａｏに対し
Δαを加え、現在回転角を更新する。即ち、ＡＯ＋Δα→Ａ　ｏ　　　　　　（２）の更新を行ない
、一方、Ｂ軸の現在回転角Ｂｏはそのままとしておく。

（ジョグ指令ステップ）。

次に、プロセッサ１０４は更新されたＡ軸及びＢ軸の現
在回転角Ａｏ、Ｂｏと前述の作業位置座標演算ステップ
で求められた作業位置Ｐの絶対座標（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ
）　　と、ト−ｆＴＣ（１）長さｔとから、公知の座標
変換によりトーチＴＣ先端が作業位置Ｐに望むため必要
なり軸の回転中心の絶対座標Ｍｏ（Ｘｍ、ＹｍｍＺｍ）
を求める。

（回転中心算出ステップ）６次に、プロセッサ１０４は、Ｂ軸の回転中心が前述の絶
対座標Ｍ、に移動せしめるのに必要な他の３軸Ｃ，Ｄ、
Ｅ軸の回転量ΔＵ、ΔＶ、Δθを公知の座標変換により
算出する。

（軸補正量算出ステップ）。

更に、プロセッサ１０４は求められた回転量ΔＵ、ΔＷ
、Δθをパス１０９を介し各軸の入出力ボート１０８Ｃ
，１０８Ｄ、１０８Ｅに送り、各々のパルス分配部１０
１Ｃ，１０１Ｄ、１０１Ｅ、　　駆動回路１０２Ｃ，１
０２Ｄ、１０２Ｅを介し各軸のモータ１００Ｃ，１０Ｄ
Ｄ、１００Ｅを駆動して、ベースＢＳ。

ボディＢＤ、アームＡＲＭを回転し、Ｂ軸の中心を絶対
座標Ｍ□へ移動せしめる。これとともにプロセッサ１０
４はデータメモリ１０６の現在位置エリア１０６ａのＯ
，Ｄ、Ｅ軸の現在回転角Ｃｏ。

Ｄ、、Ｅ、を次式により更新する。

（補正量実行ステップ）。

前述のジョグ指令ステップから補正量実行ステ・ソゲは
、Ａ軸又はＢ軸のジョグボタンが押下されている限り、
プロセッサ１０４がサンプリング周期で検知し、繰返し
実行されるから、ジョグボタンの押下が解除されるまで
、各軸Ａ−Ｈの回転、現在回転角Ａｏ＝Ｅｏの更新が実
行される。

そして、′ジョグボタンの押下が解除され、トーチＴＣ
のねらい角が位置決めされると、プロセッサ１０４は、
現在位置エリア１０６ａの各軸の現在回転角ＡＯ−ＥＯ
を教示された制御データきしてデータメモリ１０６の制
御データ毛リアに格給する。

前述の説明では、Δβ又はΔαの出力によるモータ１０
０Ｂ又は１００Ａの動作を、ΔＵ、ΔＷ、Δθの算出前
に行ったが、Δβ又はΔαによるモータ１００Ｂ又は１
００Ａの動作をΔＵ、ΔＷ、Δθの算出後、ΔＵ、ΔＷ
、Δθによるモータ１００Ｃ，１００Ｄ、１００Ｅの動
作と同時に行なうようにしても艮い。

以上説明した様に１本発明によれば、複数の動作軸を有
するとともに先端に２軸制御される手首を備える工業用
ロボットのワークに対するねらい角を変更するに際し、
手首の１軸の移動指令を与えるステップと、この移動指
令と作業位置の座標とから作業位置と手首との距離を一
定に保つための手首の軸以外の動作軸の移動指令を算出
するステップと、これら移動指令により動作軸を動作せ
しめるステップとを有しているので、手首の１軸の移動
指令を与えるだけで、作業位置と手首との距離を一定に
したまま手首（作業部材）のねらい角を変更しつるとい
う効果を萎する。又、作業位置の座標を用いているので
、任意の作業位置を中心にねらい角を変更できるという
効果も奏する。

更に、ねらい角を変更しても作業位置と手首との距離が
一定となる機制御しているのでこの距離が変わることな
く、作業部材の作業位置との関係が変更することなく、
特にアー′り溶接等では均一な溶接作業が実行できると
いう効果も奏している。

尚、本発明を一実施例により説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されることなく本発明の主旨に従い種々
の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、工業用ロボットの構成図、第２図は本発明の
原理説明図、第３図は本発明による一実施例ブロック図
、第４図は第３図プロ・ンク図における処理フロー図で
ある。図中、ＨＤ・・・手首、ＡＲＭ・・・アーム、ＢＤ・・
・ボディ、ＢＳ・・・ベース、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ・・
・動作軸。１００Ａ〜１００Ｅ・・・モータ、１０３・・・ロボ・
ント制御装置、１０４・・・プロセッサ。特許出願人　　　ファナ・ンク株式会社代理人　弁理士
　　　辻　　　　　實外２名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の動作軸を有するとともに先端に少なくとも
２軸制御される手首を備える工業用ロボットの該手首に
取付けられた作業部材のワークに対するねらい角を変更
する工業用ロボットのねらい角制御方式において、該手
首の１軸の移動指令を与えるステップと、該移動指令と
該作業部材先端の作業位置の座標とから該作業位置と該
手首との距離を一定に保つための該手首の軸以外の動作
軸の移動指令を算出するステップと、該与えられた移動
指令と該算出された移動指令により該動作軸を動作せし
めるステップとを有することを特徴とする工業用ロボッ
トのねらい角制御方式。
（２）　　前記与えられた移動指令と前記算出された移
動指令により教示データを作成するステップを更に有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の工
業用ロボットの制御方式。
（３）　　前記移動指令を与えるステップは、操作盤の
ジョグボタンを押下することにより行なわれるステップ
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は
第（２）項記載の工業用ロボットの制御方式。