JPS60217406A - 溶接ロボツトのト−チ保持姿勢決定方式 - Google Patents
溶接ロボツトのト−チ保持姿勢決定方式Info
- Publication number
- JPS60217406A JPS60217406A JP7276584A JP7276584A JPS60217406A JP S60217406 A JPS60217406 A JP S60217406A JP 7276584 A JP7276584 A JP 7276584A JP 7276584 A JP7276584 A JP 7276584A JP S60217406 A JPS60217406 A JP S60217406A
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- JP
- Japan
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- axis
- robot
- torch
- coordinate system
- posture
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50353—Tool, probe inclination, orientation to surface, posture, attitude
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
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。
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、ワークのＣＡＤデータから溶接ロボットのト
ーチ保持姿勢を゛決定する方式に係り、特に、取り得る
姿勢に□制約のある５自由度の溶接ロボットに好適な、
トーチ保持姿勢決定方式に関する。
ーチ保持姿勢を゛決定する方式に係り、特に、取り得る
姿勢に□制約のある５自由度の溶接ロボットに好適な、
トーチ保持姿勢決定方式に関する。
作業範囲内において、ロボットが任意の位置で任意の姿
勢を取るためには、６自由度必要である。
勢を取るためには、６自由度必要である。
従って、ワークのＣＡＤデータから決めたトーチ位置、
姿勢を取る上で、６自由度のロボットであれば、トーチ
保持姿勢決定上で特に問題は生じな（）。
姿勢を取る上で、６自由度のロボットであれば、トーチ
保持姿勢決定上で特に問題は生じな（）。
しかし、多くの溶接ロボットばは５自由度であり、取り
得るトーチの保持姿勢に制限がある。このため、機構上
の制約を考えて、トーチ保持姿勢を決める方法が必要と
なる。本発明では、走行型ポータプルロボット（日経産
業新聞５９年１月１２日参照）について説明する。
得るトーチの保持姿勢に制限がある。このため、機構上
の制約を考えて、トーチ保持姿勢を決める方法が必要と
なる。本発明では、走行型ポータプルロボット（日経産
業新聞５９年１月１２日参照）について説明する。
従来は、オペレータが実際にロボットを試行錯誤的に動
かして、ワークとの相対位置関係を児ながら、トーチ保
持姿勢を決定していた。このため次の欠点があった。
かして、ワークとの相対位置関係を児ながら、トーチ保
持姿勢を決定していた。このため次の欠点があった。
（１）トーチ保持姿勢の教示に時間がかかる。
（２）ワークに対しである角度をなすトーチ保持姿勢を
取らせようとして、うまく教示できなかった場合、教示
がまずかったのか、それとも、もともと無理な要求をし
ていたのか、決定が困難な場合がある。
取らせようとして、うまく教示できなかった場合、教示
がまずかったのか、それとも、もともと無理な要求をし
ていたのか、決定が困難な場合がある。
（３）試行錯誤的な教示方法では、ワークが完成するま
で、トーチ保持姿勢を決定することが難しい。
で、トーチ保持姿勢を決定することが難しい。
本発明の目的は、ロボットの自由度の不足から生じる姿
勢上の制約を考慮して、ワークのＣＡＤデータから、ト
ーチ保持姿勢の決定方式を提供することにある。
勢上の制約を考慮して、ワークのＣＡＤデータから、ト
ーチ保持姿勢の決定方式を提供することにある。
ロボットのトーチ保持姿勢は、トーチに設定した直交座
標系Ｔのうちの２軸の単位ベクトルを決定することにあ
る。２軸の単位ベクトルが決まれば、それらの外積によ
り、残りの１軸の単位ベクトルは一意的に決まる。本発
明の基本的考え方は次の通りである。
標系Ｔのうちの２軸の単位ベクトルを決定することにあ
る。２軸の単位ベクトルが決まれば、それらの外積によ
り、残りの１軸の単位ベクトルは一意的に決まる。本発
明の基本的考え方は次の通りである。
（１）ワークの溶接線の各点におけるトーチ方向からＴ
ＦＭ椋系のうちの１軸の単位ベクトルｔ、を決定する。
ＦＭ椋系のうちの１軸の単位ベクトルｔ、を決定する。
（２）Ｔ座標系のうちの他の軸の単位ベクトル「；゛を
、下記の条件からめる。
、下記の条件からめる。
（ａ）弓は、酬に垂直な平面内にある。
（ｂ）機構上の制°約からｔ２の取り得る範囲を請求め
る。
る。
（３）Ｔ座標系の残りの軸は次式よりめる。
ｔ ３ ＝ｔ 東 ｘｔ２
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図により説明す
る。本実施例は、次の６要素、すなわち、溶接作業にお
けるワークの形状および溶接位置を示すＣＡＤデータ格
納装置１と、溶接線の各点においてロボットのトーチ保
持姿勢を該ＣＡ Ｄ データから決定するトーチ保持姿
勢決定装置２と、該トーチ保持姿勢からロボットの姿勢
（各関節角度）を計算する姿勢計算装置３と、該姿勢デ
ータを時系列的に記憶する記憶装置４と、該データを用
いてロボットの動作を実現するロボット制御装置５と、
５自由度の走行型ポータプルロボット６より成る。
る。本実施例は、次の６要素、すなわち、溶接作業にお
けるワークの形状および溶接位置を示すＣＡＤデータ格
納装置１と、溶接線の各点においてロボットのトーチ保
持姿勢を該ＣＡ Ｄ データから決定するトーチ保持姿
勢決定装置２と、該トーチ保持姿勢からロボットの姿勢
（各関節角度）を計算する姿勢計算装置３と、該姿勢デ
ータを時系列的に記憶する記憶装置４と、該データを用
いてロボットの動作を実現するロボット制御装置５と、
５自由度の走行型ポータプルロボット６より成る。
さて、本発明は走行型ポータプルロボット６に関するト
ーチ保持姿勢決定装置２に関するもので。
ーチ保持姿勢決定装置２に関するもので。
以下にその説明を詳しく行なう。なお、姿勢計算装置３
の方式に関しては文献（例えば、Ｒ，Ｐ。
の方式に関しては文献（例えば、Ｒ，Ｐ。
Ｐａｕｌ、 ”Ｒｏｂｏｔ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｅｒ″
ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ、 １９８１）に詳しいので、ここ
では説明を省略する。また、記憶装置４およびロボット
制御装置５は公知の技術なので、同様に説明を省略する
。
ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ、 １９８１）に詳しいので、ここ
では説明を省略する。また、記憶装置４およびロボット
制御装置５は公知の技術なので、同様に説明を省略する
。
第２図には、手首振り２１２手首曲げ２２．前腕回転２
３．上腕回転２４．および走行２５からなる。
３．上腕回転２４．および走行２５からなる。
５自由度の走行型ポータプルロボット６の機構を示す。
基準座標系Ｒｏ、ロボット各軸の座標系Ｒｆ （ｉ＝２
〜５）、及びトーチの座標系Ｔを第３図に示す。同図に
おいて、トーチの先端位置は座標系Ｔの原点であり、ト
ーチの方向は座標系ＴのＸ軸に一致する。また、Ｚ軸は
手首の振り軸に一致する。
〜５）、及びトーチの座標系Ｔを第３図に示す。同図に
おいて、トーチの先端位置は座標系Ｔの原点であり、ト
ーチの方向は座標系ＴのＸ軸に一致する。また、Ｚ軸は
手首の振り軸に一致する。
トーチの保持姿勢を決定することは、基準座標系Ｒｏに
対して、トーチ座標系Ｔの位置と姿勢を決定することで
ある。トーチ保持姿勢決定法を第４図に従って説明する
。
対して、トーチ座標系Ｔの位置と姿勢を決定することで
ある。トーチ保持姿勢決定法を第４図に従って説明する
。
（１）トーチの向きからＸ軸の向き決定走行型ポータプ
ルロボット６では、座標系ＴのＸ軸とトーチの向きが一
致するので、トーチの向きを決めれば、Ｘ軸は決まる。
ルロボット６では、座標系ＴのＸ軸とトーチの向きが一
致するので、トーチの向きを決めれば、Ｘ軸は決まる。
トーチの向きは、ワーク形状とワーク座標系Ｒｗにより
容易にまる。例えば、ワークの一例として、第５図に示
す半球を考え、ある経度線上を溶接するものとする。簡
単のために、トーチ向きをワークの法線ペクトプレ５１
と反対向きとする。溶接線の各点における法線ベクトル
は、装置１のＣＡＤデータからまる。すなわち、ある溶
接点Ｐにおける法線ベクトルは、半球の中心点Ｏと溶接
点Ｐを結ぶベクトルＯＰとして得られる。ＯＰはワーク
座標系ＲＷに対して記述されるが、これを基準座標系Ｒ
０に対するベクトルとして記述するためには、Ｒｏから
Ｒｗへの変換行列ＱをＯＰに乗じればよい（詳しくは、
前述のＰａｕｌの文献を参照願いたい）。
容易にまる。例えば、ワークの一例として、第５図に示
す半球を考え、ある経度線上を溶接するものとする。簡
単のために、トーチ向きをワークの法線ペクトプレ５１
と反対向きとする。溶接線の各点における法線ベクトル
は、装置１のＣＡＤデータからまる。すなわち、ある溶
接点Ｐにおける法線ベクトルは、半球の中心点Ｏと溶接
点Ｐを結ぶベクトルＯＰとして得られる。ＯＰはワーク
座標系ＲＷに対して記述されるが、これを基準座標系Ｒ
０に対するベクトルとして記述するためには、Ｒｏから
Ｒｗへの変換行列ＱをＯＰに乗じればよい（詳しくは、
前述のＰａｕｌの文献を参照願いたい）。
このようにして、基準座標系Ｒ０に対するトーチの向き
が決まり、その結果、座標系ＴのＸ軸が決まる。
が決まり、その結果、座標系ＴのＸ軸が決まる。
（２）ロボットの機構的制約から２軸方向決定Ｔ座標系
における２軸は、次の条件を満たす。
における２軸は、次の条件を満たす。
（１）ｚ軸は、Ｘ軸に垂直な平面内にある。
（ｉｉ）ｚ軸は、機構的制約から、走行軸に垂直な平面
Ｑ内にある。
Ｑ内にある。
上記（＋）（ｉｉ）を満たす平面の交線として、２軸の
方向が決まる。二通りの２軸の向きｉ、貸から、一意的
に２軸の向きを決めるために、次の方法を取る。
方向が決まる。二通りの２軸の向きｉ、貸から、一意的
に２軸の向きを決めるために、次の方法を取る。
（３）ｚ軸の向きの決定
ロボットの姿勢は連続的にゆっくり変わることを考慮し
、一時刻前の２軸の向きＺ ｔ−１を記憶する。Ｚ ｔ
−１と、時刻ｔにおけるｚ軸の向きＺｔｔｌｙＺｔｔ２
を比較し、変化の少ない方のベクトルを時刻ｔにおける
ｚ軸の向きとする。
、一時刻前の２軸の向きＺ ｔ−１を記憶する。Ｚ ｔ
−１と、時刻ｔにおけるｚ軸の向きＺｔｔｌｙＺｔｔ２
を比較し、変化の少ない方のベクトルを時刻ｔにおける
ｚ軸の向きとする。
上述の２軸の向きの決め方の代替案として、ｚ軸の回転
範囲（手首振りの角度制限）を利用することもできる。
範囲（手首振りの角度制限）を利用することもできる。
すなわち、第６図に示すように、ｚ軸は他の関節がどの
ように回転しようとも、走行軸に垂直な平面Ｑ内にある
。
ように回転しようとも、走行軸に垂直な平面Ｑ内にある
。
また、ｚ軸の回転範囲を一９０°≦θ≦９０゜とすると
、ｚ軸が平面Ｑ内にあれば、どの位置にあろうとも、ｚ
軸の回転範囲内では、ｙ軸はＱ平面を境にして片側の空
間内に存在する。換言すれば、Ｔ座標系のｙ軸は、基準
座標系Ｒ８における２軸の方向の空間に存在する（Ｔ座
標系のｙ軸の単位ベクトルを、基準座標系Ｒ０のｘ、ｙ
、ｚ成分に分解したとき、Ｘ成分は正の値を取ることが
ない）。このことから、賛、倉に対応して作成したパ。
、ｚ軸が平面Ｑ内にあれば、どの位置にあろうとも、ｚ
軸の回転範囲内では、ｙ軸はＱ平面を境にして片側の空
間内に存在する。換言すれば、Ｔ座標系のｙ軸は、基準
座標系Ｒ８における２軸の方向の空間に存在する（Ｔ座
標系のｙ軸の単位ベクトルを、基準座標系Ｒ０のｘ、ｙ
、ｚ成分に分解したとき、Ｘ成分は正の値を取ることが
ない）。このことから、賛、倉に対応して作成したパ。
臀のうち、ｙ軸の取るべき条件を満たすｚ軸の向きを選
ぶことができる。
ぶことができる。
（４）残りの軸の決定
Ｔ座標系におけるＸ軸と２軸の向きを決定すれば、残り
のｙ軸の向きを一意的に決めることができる。
のｙ軸の向きを一意的に決めることができる。
以上のようにして、ロボ゛ットのトーチ保持姿勢すなわ
ち座標系Ｔを、機構的制約を考慮して、決定することが
できる。
ち座標系Ｔを、機構的制約を考慮して、決定することが
できる。
本発明によれば、以下に述べる効果がある。
（１）ＣＡＤデータとのリンクによりロボット保持姿勢
を決定できるので、オペレータによる教示時間を大幅に
削減できる。
を決定できるので、オペレータによる教示時間を大幅に
削減できる。
（２）機構上の制約を考えてロボット保持姿勢を決定し
ているので、本方式で決定した姿勢をロボットが取り得
ない場合には、ロボットの作業範囲外の要求をしている
ことが明らかとなる。
ているので、本方式で決定した姿勢をロボットが取り得
ない場合には、ロボットの作業範囲外の要求をしている
ことが明らかとなる。
従って、試行錯誤的に教示をする場合の問題、すなわち
、教示の方法が悪いのか、もともと無理な要求をしてい
るのか決定困難な問題は生じない。
、教示の方法が悪いのか、もともと無理な要求をしてい
るのか決定困難な問題は生じない。
（３）ＣＡＤデータとリンクしているので、実際にワー
クが実存していなくても、トーチ保持姿勢を決定するこ
とができる。
クが実存していなくても、トーチ保持姿勢を決定するこ
とができる。
第１図はＣＡＤデータを含むロボットシステムの説明図
、第２図は実施例におけるロボット機構の説明図、第３
図はロボットに設定した座標系の説明図、第４図はトー
チ保持姿勢を決定する手順を示す図、第５図はトーチの
向きを決める説明図、第６図は機構的制約から２軸の向
きをきめる説明図である。 １・・・ワーク形状及び溶接位置のＣＡＤデータ格納装
置、２・・・ロボットのトーチ保持姿勢決定装置、３・
・・ロボットの姿勢計算装置、４・・・時系列姿勢デー
タの記憶装置、５・・・ロボットの制御装置、６・・・
走行型ポータプルロボット、７・・・ワーク。
、第２図は実施例におけるロボット機構の説明図、第３
図はロボットに設定した座標系の説明図、第４図はトー
チ保持姿勢を決定する手順を示す図、第５図はトーチの
向きを決める説明図、第６図は機構的制約から２軸の向
きをきめる説明図である。 １・・・ワーク形状及び溶接位置のＣＡＤデータ格納装
置、２・・・ロボットのトーチ保持姿勢決定装置、３・
・・ロボットの姿勢計算装置、４・・・時系列姿勢デー
タの記憶装置、５・・・ロボットの制御装置、６・・・
走行型ポータプルロボット、７・・・ワーク。
Claims (1)
- 溶接作業におけるワーク形状および溶接位置を示すＣＡ
Ｄデータ格納手段と、溶接線の各点においてロボットの
トーチ保持姿勢を上記ＣＡＤデータから決定するトーチ
保持姿勢決定手段と、決定されたトーチ保持姿勢からロ
ボットの姿勢データを計算する姿勢計算手段と、計算さ
れた姿勢データを時系列的に記憶する記憶手段と、刻時
系列的に記憶された姿勢データを用いてロボットの動作
を実現するロボット制御手段と、５自由度の多関節ロボ
ットより成るロボットシステムにおいて、上記格納手段
中のＣＡＤデータから決まるトーチの向きと、機構的制
約を考慮した旋回軸の向きとから・ トーチ保持姿勢を
決もする３とを特徴とする溶接ロボットのトーチ保持決
定方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276584A JPS60217406A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 溶接ロボツトのト−チ保持姿勢決定方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276584A JPS60217406A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 溶接ロボツトのト−チ保持姿勢決定方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217406A true JPS60217406A (ja) | 1985-10-31 |
Family
ID=13498790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7276584A Pending JPS60217406A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 溶接ロボツトのト−チ保持姿勢決定方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217406A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62156703A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Hitachi Zosen Corp | 数値制御溶接ロボツトの数値制御デ−タ作成装置 |
| JPS62274311A (ja) * | 1986-05-23 | 1987-11-28 | Hitachi Ltd | ロボツト用オフラインプログラム教示方式 |
| JPH01102604A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Fanuc Ltd | Ｎｃデータ作成方式 |
| JP2008161917A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Honda Motor Co Ltd | 溶接ロボットの姿勢決定方法 |
| CN109048847A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-21 | 杜巧虹 | 一种机械手 |
| CN115145316A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-04 | 易麦斯智能科技(无锡)有限公司 | 基于向量与角度确定喷枪姿态方法 |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP7276584A patent/JPS60217406A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62156703A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Hitachi Zosen Corp | 数値制御溶接ロボツトの数値制御デ−タ作成装置 |
| JPS62274311A (ja) * | 1986-05-23 | 1987-11-28 | Hitachi Ltd | ロボツト用オフラインプログラム教示方式 |
| JPH01102604A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Fanuc Ltd | Ｎｃデータ作成方式 |
| JP2008161917A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Honda Motor Co Ltd | 溶接ロボットの姿勢決定方法 |
| CN109048847A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-21 | 杜巧虹 | 一种机械手 |
| CN115145316A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-04 | 易麦斯智能科技(无锡)有限公司 | 基于向量与角度确定喷枪姿态方法 |
| CN115145316B (zh) * | 2022-07-22 | 2023-09-08 | 易麦斯智能科技(无锡)有限公司 | 基于向量与角度确定喷枪姿态方法 |
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