JPS60127987A - ならい制御方法および装置 - 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等の作業機械のならい動作制御
方法および装置に係り、特にならい動作の対象物の形状
に応じて円滑なならい動作を行うに好適なならい動作制
御方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

従来から行われているならい動作制御方法は、ならい動
作の基本として一定の方向に作業機械を動作させるもの
であって（この動作方向を基本動作方向と呼ぶものとす
る）それと直角方向に対象物の凹凸をセンサにより検出
し、この凹凸の形状に応じてセンサもしくは作業機械に
取付けられた作業工具を駆動する方法が一般的である。

すなわち、この方法においては、作業工具ないしセンサ
は対象物の形状に応じて基本動作方向と直角な方向に駆
動されるものである。この場合、対象物の形状が部分的
に基本動作方向と直角ないしは直角に近いような個所を
有する場合にはならい動作が進行しなくなる。あるいは
対象物に対する作業工具やセンサの染勢、および対象物
に沿った動作速度を一定に保つことができないといった
欠点があり、これらが従来方法の適用における大きな問
題点となっていた。

これらの欠点を解消する方散として、出願人は既に特開
昭５５−１８３７６および特開昭５８−３４７８１など
を提案している。これらの方法では、センサの検出結果
として得られる対象物の接線方向情報に着目し、ならい
動作の基本動作方向を時時刻々と上記接線方向に一致さ
せるよう変化させて行くどいつ考え方が基本になってい
る。しかしながら、この方法は対象物の接線方向の変化
、すなわち対象物表面の曲率を検出しながら、ならい動
作の方向を変化させていくものであるため、当然対象′
吻表面の曲率そのものの値に応じて上記曲率の検出を行
うタイミングないしは曲率検出を行う間の移動距離に適
正な値が定まることになる。

すなわち、上記の提案による方法は対象物の表面形状を
折れ線として近似しているわけであり、この折れ−の各
々の長さが上記曲率検出を行う間の移動距離であって、
その距離が一定となっている。

従って、対象物表面の接線方向の変化が激しい部分にお
いてもゆるやかな部分においても一定の移動距離ごとに
曲率検出を行うことになるため、特に接線方向が急激に
変化する個所においてはならい動作そのものの誤差が大
きくなったり、はなはだしい場合にはならい動作中に対
象物がセンサで検出できる範囲を外れ、ならい動作が進
行しなくなり、更には対象物とセンサとの干渉が発生す
るなどの欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の事柄にもとづいてなされたもの
で、対象物表面の接線方向の変化量がならい動作中に大
幅に変化しても、これに対応しながら円滑なならい動作
全継続しつるならい動作制御方法および装置ｉ￥全提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記の目的全達成するために、センサにより対
象物の表面形状を検出し、この接線方向の変化が急激と
なったことを検知してその都度接線方向の演算及びそれ
にもとづくならい動作方向の決定を行おうとするもので
あり、これによって特に対象物表面の曲率半径が小なる
個所においても誤差の少ないならい動作を行いうるよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例ｆ：図面を参照して説明する。

第１図は、本発明のならい動作の対象となる対象物Ｗの
一つの断面形状？示したものであって、両端部における
曲率半径は小さく、中央部における曲率半径は大きくな
っている。このような形状金有する対象物としては、第
２図に示すようなもの、例えば水車のランナブＶ−ドな
どがある。この棟の対象物の表面に沿って、形状計測作
業、塗付作業、グラインダ作業などを行うことが考えら
れる。このような各塊作業を行う作業機械の代表例とし
て、ここでは第３図に示す産業用ロボットをとりあげて
説明する。

第３図において、ロボット１は油圧シリンダ２によし第
１のコラム３の上を水平方向（以下Ｘ軸方向と呼ぶ）に
往復移動する第１の移動体４と、この第１の移動体４上
に直立に設けられた第２のコラム５に沿って油圧シリン
ダ６により上下方向（以下Ｚ軸方向と呼ぶ）に動作する
第２の移動体７と、この第２の移動体７に取付けられ、
油圧シリンダ８によってＸ軸と直交する水平方向（以下
Ｙ軸方向と呼ぶ）に往復動させられる第３の移動体９と
、この第２．の移動体９の先端に固定され、垂直軸まわ
りに回転する振り（以下ＳＷ軸と呼ぶ）手首ブロックＪ
０と、この振り手首ブロック１０に固定され、水平軸ま
わりに回転する曲げ（以下ＢＤ軸と呼ぶ）軸シャフト１
１とを有している。

曲げ軸シャフト１１には作業対象物との近接距離を検出
するためのセンサ１２及び１３が、センサ取付板１４を
介して取付けられている。ここで２つのセンサ１２及び
１３は、互いにその主軸線１２１及び１３１が平行とな
るよう配置されておリ、かつセンサ主軸線１２１，１３
１に水平となるよう曲は軸シャフト１１を回転したとき
、互いに同一の鉛直平面内に上下になるよう距離Ｌｄだ
けへたてた位置に配置されている。このセンサ１２．１
３としては、渦電流により対象物との近撮距離全磁気的
に検出する形式のものが図示されている。

第４図は、ロボット１の制御系のブロック図を示すもの
であり、この図において制御用計算機１５は、マイクロ
コンピュータ等がその具体的す形である。計算機１５か
らの位置指令は、インターフェース１６において所定の
軸にふり分けられ、各１１１１の位置決め装置１７〜２
１に送られる。さらに例えばＸ軸の位置決め装置１７に
送られた位置指令は、減算回路１７１において位置検出
器１７４から込られたロボン）Ｘ軸の現在位置との差を
算出してサーボ回路１７２へ送られ、サーボ回路１７２
の出力はサーボ弁、シリンダ２などを含むロボット本体
Ｘ軸機構１７３を駆動させる。その位置は位置検出器１
７４によってフィードバックされると共に、計算機１５
に読み込むことができる。また、センサ１２，１３から
得られる近接距離情報は、センサ用インターフェース２
２ｆ：経て計Ｘ機１５に取り込まれる。

第５図はセンサ用インターフェース２２の詳細を示した
ものであって、センサ１２，１３の信号はセンサアンプ
１２２，１３２により線形化をもって増幅される。また
、センサアンプ１２２の出力は基準信号発生回路１８１
からの出力と共に、比較回路２０１へ送られる。また、
センサアンプ１２２及び１３２の出力は共に比較回路２
００へ送られ、その出力は絶対値算出回路１９０を介し
て、基準信号発生回路１８２の出力と共に比較回路２０
２へ送られる。更に比較回路２０１，２０２の出力は計
算機１５に取込まれるようになっている。

次に本発明に係るならい動作制御方法を第６図ないし第
９図を用いて説明する。

第６図は本発明のならい動作を示す説明図、第７図およ
び第８図は同じくその縦断面図である。

まず第６図により本発明の基本的考え万全説明する。な
お、ここにおいてロボット１の位置は、ロボットの手先
に取付けられたセンサ１２の主軸１２１上で、センサ１
２の先端から距離Ｓ８だけ離れた点Ｐ’ｒもって表わす
ものとする。ここで距離Ｓ８はセンサ１２の検出可能距
離範囲の上限Ｓ７．、。及び下限ＳｍＨ□のほぼ中間の
値であるとし、これを以下標準検出距離と呼ぶことにす
る。

まず、ロボット１を第６図に示すようにスタート点Ｑｏ
に位置決めする。このためには、センサ１２．１３ｉは
ぼ対象物Ｗの表面に対して直角方向に向け、センサ１２
，１３の出力がともに８８どなるまで、手首曲げ軸全含
むロボットの各軸を移動する。

ここにおいて、対象物Ｗ上の点の位置は、センサ１２の
検出距離及びセンサ１２自身の位置からの河１碧により
めることができる。捷た、対象物Ｗの垂直断面内におけ
る傾きは、センサ１２及びセンサ１３により得た対象物
Ｗ上の２点の位置をもとに、これらの点を結ぶ直線の傾
きとして近似的にめることができる。

ならい動作は、水平面内においてセンサ１２の主軸線１
２１と直角方向にロボット１を距離り。

だけ離れた点Ｒ，に向って移動することにより開始され
る。ここで以下この距離Ｌｏｋ基準サンプリング距離と
呼ぶことにする。このならい動作においては、点Ｑｏと
Ｒｓとの間を直線補間することにより均一速度でかつ円
滑な動作が行われる。

この動作の途中に、対象物Ｗの形状に応じてセンサ１２
．Ｌ３の出力は時々刻々と変化する。もし、ロボット１
が点Ｒ１に到達するまでにセンサ１２゜１３の出力が大
きく変化し、第５図における比較回路２０１，２０２の
出力が変化すれば、その時点でこれらセンサ１２，１３
の出力データをもとに対象物Ｗ上の点Ｑ１の位置をめる
。また点Ｒ１に到達するまでに、もしセンサ１２，１３
の出力が大きく変化せず、比較回路２０１，２０２の出
力が変化しなければ、第９図に示すように点几工におい
て対象物Ｗ上の位置Ｑｌをめる。

これらいずれの場合においても、点Ｑｏ　と点Ｑｌとを
結ぶ直線を点Ｑ１における近似的な接線とする。寸た、
同様にセンサ１２，１３の出力データの双方音用いるこ
とにより点Ｑ１における垂直断面内の近似的な接線をめ
ることができる。

従って、点Ｑｏ　と点Ｑｌ　とを結ぶ直線の延長上に、
点ＱＩから距離Ｌｏだけ離れた点Ｒｚｔ定めることがで
きる。

ならい動作は第６図および第９図に示すように点Ｑ、ｌ
から点Ｒ２へ移動するロボット１の動きとして継続はれ
ることになる。この動作の途中においても、比較回路２
０１，２０２の出力全監視し、いずれかの出力が変化し
た時点もしくはＲ２点へ到達した時点において対象物Ｗ
上の点（λ２の位置をめ、はらに９２点における近似的
な接線方向、接平面金演初、し、同様に点Ｑｌ、Ｑｘを
結ぶ直線の延長上に点Ｑ２からＬｏの距離の点Ｒｓｋ定
め、この点に向かって移動をつづける。このような方法
によってならい動作を行うことができる。

なお、点Ｑ　＋　ｋ検出した位置から点Ｒ１＋１へ向う
間のセンサ主軸１２１，１３１の姿勢の変化量は、水平
面内における変化量がロボット１の振り軸回転角ΔＳＷ
に、また垂直面内、における変化量が同じく曲は軸回転
角ΔＢＤに対応しており、点Ｒ＋　＋　＋において振り
軸回転角ΔＳＷはセンサ主軸１２１が直線Ｑ＋、Ｒ１゜
ｌに直角になるように、また曲は軸回転角ΔＢＤは同じ
くセンサ主軸１２１が点Ｑ、における垂直面内接線に対
して直角になるように駆動するための回転量としてめる
ことができる。なお、ロボット１はその構造上手首振り
あるいは曲げ軸を動作させると、その手先のセンサねら
い位置Ｐが変化するが、これについては手首軸を駆動す
るのに合わせてロボット１の本体Ｘ、Ｙ、Ｚｄｌｌｋ補
正駆動することにより手先位置Ｐが変化しないよう制御
する。

ここで、比較回路２０１，２０２の働きについて詳細に
述べる。まず、比較回路２０１は入力としてセンサ１２
の出力信号すなわち対象物Ｗとセンサ１２との距離を与
え、センサ１２と対象物Ｗとの距離が接近しすぎて設定
下限値Ｓゎｅａｒ以下となった場合ないしは両者の距離
が離れすぎて設定上限値Ｓ、。１以上となった場合に、
これを判定するための回路である。ここで、 Ｓ　、＋ｎ＜Ｓ　ｏ−−ｒ＜Ｓｓ＜Ｓ　Ｉｏ　ｒ＜８　
、、。

なる関係が成立するよう各数値を定めるべきことは商う
までもない。従って、比較回路２０１は、対象物Ｗにお
けるならい動作方向と、実際の対象物Ｗの表面の接線方
向との相異がある程度以上大きくなったことを判定する
回路である。また、比較回路２０２は入力としてセンサ
１２，１３の出力差−１わち、２つのセンサの主軸方向
と、対象物光面の垂直断面内における接線方向との相異
に対応する量ヲ与え、両方のセンサの出力Ｓ１□と８１
３の差ΔＳがΔＳ　１ｎａｌ　より犬となった場合に、
これを判定するための回路である。以上のことカＳら、
これら比較回路２０１，２０２’ｉ＝用いることにより
、実際のならい動作においてセンサ検出結果にもとづい
て想定されている対象物Ｗの接線方向と、実際の対象物
Ｗの接線とが異なっている力）否かを判定することがで
き、従来提案されているならい動作制御方法と比較して
より高精度に、少ない誤差で曲率半径の小さい対象物部
分のならい動作を行うことができるという効果を有する
。

また一方、比較回路２０１，２０２の出力が変化しなく
とも、サンプリング距離Ｌｏの移動ごとに新たに接線を
める計算を行うことは、曲率半径の大きい、ゆるやかな
外形形状を有する対象部個所においても、きめ細かい高
精度な接１１腺近似により、ならい動作性能を向上させ
るのに役立つものである。また、逆に常時微小なサンプ
リング距離ごとに接線をめる方法では、センサの計測誤
差が接線計算の精度に大きく影響を及ぼし、安定したな
らい動作が確保できないのに対し、本発明の方法では常
に安定したならい動作が可能である。

なお、上述の実施例では、２個のセンサ全具備し、水平
方向にならい動作を行う例を示したが、ならい動作とし
ては、水平面内に限定されるものではなく、任意の平面
又は曲面内においてならい動作を行うものであっても本
発明の実施に何ら問題となるものではない。ただし、な
らい動作を行う平面もしくは曲面内に、２本のセンサが
同時に含まれないようにセンサを配置すればよい。更に
ロボッ）１は直交座標形のロボット’ｅｌ＋ｌＪ示して
いるが、多関節形その他任意軸構成のロボットあるいは
走行台車等の作業機械であっても本発明の方法を適用で
きることは明らかである。

また、本発明の実施例に述べたならい動作の機能として
は、（１）ならい動作面内における接線検出、（１１）
ならい動作面と異なる面内（開示例においては垂直面内
）における接線検出の２つが＠まれているが、これらの
うちの一方の機能のみを実現するものであっても本発明
に係る方式を適用可能であることｔ」、馬う寸でもない
。

また、更に加えて、センサ１２，１３はこの実施Ｉ＋１
」に示した近接距離センサのみならず、ポテンショメー
タなどをバネにより伺勢した触針式のもの、超音波方式
の距離センサ、レーザ光線等を用いた距離センサ、史に
はテレビカメラとスポット光を用いて画像処理により距
離を検出するものなどであってもさしつかえない。

また、第９図に示すととくセンサ２２を水平に、センサ
２３を垂直に配置し、センサ２２で直立方向の部材Ｗ１
、センサ２３で水平方向の部材Ｗ２　’を検出し、これ
により部材Ｗ　１．　Ｗ　２の交ｉ’ｉ検出する方法も
考えられる。あるいは第１０図に示すごとく、ならい動
作の方向にセンサ２２，２３全平行に配置し、第５図に
示す実施例における比較回路２０１の代りに、センサ２
２及びセンサ２３の出力差の絶対値と、基準信号発生回
路との比較を行う比較回路をおき、この出力にもとづい
てならい動作の方向を変更する方法を用いてもよい。こ
の場合には、ならい動作の行われる面内における対象物
Ｗの接線方向を、２個のセンサ２２゜２３により検出し
ていることになり、より信頼性の高いならい動作制御が
可能となる。

また、これらの例においてはセンサ出力信号の比較回路
等を具体的な電子回路として具備した例を示したが、計
算機１５におけるソフトウェアとしてこのような信号演
算処理を行うことにより、電子回路を省略することも可
能である。

さらに、上記各実施例においては作業工具を図示してい
ないが、例えば塗イｂ用弾性体、溶接トーチ、グライン
ダその他の作業工具をロボットの手先に配置し、これら
工具の作業点位置をロボット１の手先位置Ｐに一致させ
るか、もしくは点Ｐと一定の位置関係を保つように配置
しておき、工具作業点位置全ロボット１０手先位置とみ
なして演算制御することにより作業工具による自動なら
い作業が可能であることは百つまでもない。

〔発明の効果〕

以」ニ詳述したように、本発明によれば、対象物の表面
形状が複雑に変化し、部分的に曲率が大きく変化するよ
うな場合においても、その曲率に応じた長さの線分で接
線全近似することになり、曲率半径の犬なる個所におい
ては安定したならい動作が、また曲率半径の小なる個所
においては高精度なならい動作を行うことが可能であっ
て、対象物の形状によらず安定かつ円滑なならい動作制
御が可能である。更に、センサの出力すなわち対象物と
センサの距離を常に監視しているため、センサが対象′
吻を見失なったり、あるいはセンサと対象物とが干渉を
生じるといった危険をも回避できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となるならい動作の対象物の一例
金示す断面図、第２図は同じく対象物の一例の外観図、
第３図は本発明に係る作業機械としての一例であるロボ
ットの斜視図、第４図は本発明の装置の制御回路、第５
図は本発明の装置ｆｔを構成するセンサ回路図、第６図
は本発明のならい動作の原理を示す平面図、第７図およ
び第８図は同じくその縦断面図、第９図は本発明のなら
い動作の第６図とは別の条件における原理を示した平面
図、第１０図は本発明の別の実施例におけるセンサ配＋
＋ｔ２具備するロボットの斜視図、第１１図は更に別の
実施列におけるセンサ配置を具備するロボットの斜視図
である。 Ｗ・・・対象物、Ｐ・・・手先の位置、１・・・ロボッ
ト、１２．１３・・・センサ、１５・・・制御用計算機
、２２・・・センサ用インターフェース、１８１，１８
２・・・基準信号発生回路、２００，２０１，２０２・
・・比１咬回路。 ｆ３ｒ　図 ｚ　３　図 第　４　図 第　５　図 ′ｆＪ６　図 Ｚ′／　フ 冨ｌρ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体の先端に設けたセンサを対象物の表面形状に
   沿ってならい動作させるものにおいて、前記センサの対
   象物表面の接線方向移動によって、その接線方向の変化
   量およびならい動作距離量を監視し、これらのいす、れ
   か一方がその設定範囲を越えたときに、センサの対象物
   表面に対する接線方向をめ、この接線方向にセンサをな
   らい動作させることを特徴とするならい制御方法。 ２、移動体の先端に設けたセンサを対象物の表面形状に
   沿ってならい動作させるものにおいて、予め設定をれた
   接線設定変化量を出力する手段と、この手段からの接線
   設定変化量とセンサからの接線変化量とを比較してこれ
   が設定変化範囲を越えたか否かを判断する比較手段と、
   この比較手段からの信号によってこの点における接線の
   方向を演算し、この演算値にもとづいて移動体を制御す
   る制御手段とを備えたことを特徴とするならい動作制御
   装置。