JPS60230207A - 工業用ロボツトとポジシヨナの連動制御システム - 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】 この発明は、工業ロボットとポジショナの連動制御シス
テムに係り、特に工業ロボットとボジシ４＋＾をｌ；？
ｌＢ　４乍勤六丑プ通望め４ケ素ネ寡鰭１１乎わぜる制
御システムに関する。

一般に工業用ロボットは複数の自由度を有して構成され
ており、この自由度によって手首先端に取り付けた溶接
トーチ、塗装ガンその他の工具に任意の位置及び姿勢を
与えることが出来るが、一般には各作業の特殊性により
工具等の最適な姿勢が存在する。

例えば溶接に関しては溶接トーチを下向きにして行う作
業姿勢が最適で、次に通しているのは水平方向の隅肉溶
接である。つまり、いかにロボ／トが論理的には十分な
自由度を持っているとはいっても、作業対象に応じてと
りうる作業姿勢に制限がある。

そこで逆にワークの位置及び姿勢を変えることによりロ
ボットのとりうる作業姿勢にワークを合わせることが必
要となるが、このための装置がポジショナである。

このようなポジショナの一つの使い方は、たとえば回転
式ポジショナの場合、ポジショナの回転テーブル上にワ
ークを固定し、この回転テーブルを回転させてワークの
位置決めを行い、次にロボットがワークに対して溶接な
どの作業を行い、ロボットの姿勢制御に都合の良いある
部分の溶接等の作業が完了すると、その時点で一度ロボ
ットが退避し、その後再びポジショナがワークを他の角
度に位置決めし、再度ロボットによる溶接等の作業を行
うという動作を繰り返すものである。

しかし、この使い方によれば、ロボットの作動とボジン
ヨナの作動とが交互に行われる為に、それぞれの作動時
間を加算しただけの作動時間が必要で、作業時間が長く
なる欠点がある。またポジショナの作動時間中にはロボ
ットの作動が行われない為に作業が中断し、たとえば溶
接や塗装作業では仕−ヒがりにむらを生じるおそれがあ
る。

このためロボットとポジショナとを相互に連動させるこ
とが提案されているが、従来提案されているものは、例
えば溶接線が円弧状のワークに限られるとか、教示点を
かなり多くしなければならないとかの種々の制限があり
、一般的なワークに対して不十分なものである。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、一般的なワークに対する作業を
、工業用ロボットとポジショナとを実質的に同時に作動
させて行わせうるような連動制御システムを提供するこ
とにある。

而して、この発明によれば、ポジショナによりワークを
移動させかつ工業用ロボットにより作業工具を移動させ
て所望の作業を行う制御システムにおいて、ポジショナ
を基準としたワークの移Ｗｄｊ点データと工業用ロボッ
トを基準とした作業工具の移動点データとに基づいて、
前記工業用ロボットを基準とした作業工具の移動点デー
タをワークを基準とした作業工具の移動点データに変換
する第１のデータ変換手段、その第１のデータ変換手段
でめたワークを基準とした作業工具の移動点データに基
づいて、それら移動点間のワークを基準とした補間点デ
ータを算出する補間演算手段、その補間演算手段でめた
補間点と同数の点で前記ワークの移動点間を等分し、ポ
ジショナを基準とした等分点データを得る等分演算手段
、その等分演算手段でめたポジショナを基準とした等分
点データと前記ワークを基準とした作業工具の補間点デ
ータとに基づいて、前記ワークを基準とした補間点デー
タを工業用ロボットを基準とした補間点データにそれぞ
れ変換する第２のデータ変換手段、前記ポジショナを基
準とした等分点データをトレースしてワークをポジショ
ナにより移動させるポジショナ制御手段、および前記ポ
ジショナ制御手段と連動して前記工業用ロボットを基準
とした補間点データをトレースし、作業工具を工業用ロ
ボットにより移動さセる工業用ロボットの制御手段を具
備した点を構成上の要旨とする工業用ロボットとポジシ
ョナの連動制御システムが提供される。

上記構成の個々の手段はコンピュータ又は個別回路等を
用いることにより構成することができる。

以下、図面に示す実施例に基づいて、この発明をさらに
詳説する。なお、これによりこの発明が限定されるもの
ではない。

図面において、第１図はこの発明の工業用ロボットとポ
ジショナの連動制御システムの一実施例の模式的な構成
説明図、第２図は第１図に示すシステムにおけるロボッ
ト、ポジショナおよびワークを各々基準とした各座標系
の相互関係を示す説明図、第３図は第１図に示すシステ
ムの制御手順の主要部を示すフローチャートである。

第１図に示すように、システム１は、工業用ロボット２
と、回転式ポジショナ３と、それらの工業用ロボット２
およびポジショナ３を制御する制御部４と、操作盤５と
から基本的に構成されている。ポジショナ３の回転テー
ブル６上に設置されたワーク７（第２図参照）を回転移
動させ、かつ工業ロボット２によってその先端に保持さ
せた作業工具２８を移動させてワーク７に所望の作業（
たとえば溶接や塗装など）を施す。

工業用ロボット２は、自由度５の従来公知のロボットで
あり、各軸に関する角度データ（θ鵞。

θ９．θ３．θ１．θ５）を制御部４から入力されて駆
動される。また、固有の基準点Ｐを原点とする直角座標
系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有している。

回転式ポジショナ３は、自由度２の従来公知のポジショ
ナであり、回転テーブル６の回転角度αと傾斜角度βと
を制御部４から入力されて駆動される。したがって回転
テーブル６に設置されたワーク７の位置は、ポジショナ
３に固有の回転座標系（α、β）で示される。

一方、ワーク７もまたそれ自身に固有の直角座標系（Ｕ
、Ｖ、Ｗ＞を有している。この座標系（Ｕ、Ｖ、Ｗ＞は
ワーク７の移動と共に移動する。

上記各座標系の相互の関係は、説明の都合上、第２図に
示すように、ポジショナ３の傾斜の回転軸ＢがＸ軸に平
行で、回転テーブル６の回転軸Ａがβ−〇すなわち傾斜
ゼロのときＺ軸に平行であるとし、また回転軸Ａ、Ｂの
交点と座標系（Ｕ。

Ｖ、Ｗ）の原点とが点Ｑで一致しているものとし、さら
にα−０，β＝０のときＵ軸と回転軸Ｂが一致しかつＷ
軸と回転軸Ａが一致するものとする。

また工業用ロボット２を基準とした座標系（Ｘ。

ｙ、ｚ＞での点Ｑの座標を（Ｘｏ　、　Ｙｏ　、Ｚｏ　
）とする。

これらの座標系は、あらかじめ操作盤５から制御部４に
入力される。

システム１の作動に際して教示すべきデータは、少なく
とも２つの教示点における工業用ロボット２の角度デー
タ（θ、８．θ２ａｌ　０３８１　０４□、θ５□）、
（θＩＩ、、θ２し、θ３ｂ、θ４し、θ５Ｉ、）およ
びポジショナ３の角度データ（α８．βａ）、　（αト
、βｂ）と、再生時の位置決め時間間隔Δｔと、再生速
度Ｒと、補間の方式（たとえば直線補間）の指示とであ
る。

制御部４は、コンピュータを内蔵しており、上記教示デ
ータに基づいて以下のステップ５１〜Ｓ９に従って工業
用ロボット２およびポジショナ３を制御する。なお、こ
れらのステップ番号は第３図のフローチャートの参照番
号と対応している。゛（Ｓｌ）教示点データ（θＩａｌ
　θ２８．θ３ａ、θ令ａ、θ５ａ）、　（θ＋ｂ＋　
θ２Ｉ、、θ３Ｉ１、θ４し、θ５＆）を読み出し、工
業用ロボット２の角度データ（θｈ　θｔ、θ３．θ令
・　θ５）を座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のデータに変換する
。

この変換は公知の処理手順により行うことができるもの
で、これにより２つの教示点における作業工具２ｍの位
置データ（Ｘａ、Ｙａ、ｚｌｌ）、（ｘＩ、、Ｙｂ＋　
Ｚｂ）を得る。

（Ｓ２）作業工具２．の位置データ（Ｘａ　、　Ｙａ、
Ｚ、）とそのときのポジショナ３の角度データ（α８．
βａ）に基づいて、位置データ（Ｘ、。

Ｙａ、Ｚ、）を、ワーク７を基準とした座標系〈Ｕ、Ｖ
、Ｗ）の位置データに変換する。この変換は０式の演算
処理においてＸ＝Ｘ、、ＹａＹ、。

Ｚ　＝Ｚ　＋ｔ　、α−α８．β−β８とすることによ
り行うことができるもので、位置データ（Ｕａ、Ｖａ、
Ｗ８）を得る。

（Ｓ３）作業工具２ａの位置データ（Ｘ６．Ｙ６、ＺＩ
、）とそのときのポジショナ３の角度データ（αト、β
Ｉ、）に基いて、位置データ（Ｘｂ、Ｙｂ、ＺＩ、）を
、ワーク７を基準とした座標系（Ｕ、Ｖ、Ｗ＞の位置デ
ータに変換する。この変換は０式においてＸ＝Ｘｂ　、
Ｙ＝ＹＩ、、Ｚ＝ＺＩ、。

α−αｂ、β＝βトとすることにより行うことができる
もので、位置データ（Ｕｂ　、Ｖ６　、　Ｗｂ　）を得
る。

（Ｓ４）得られた位置データ（Ｕａ　、Ｖａ　、　Ｗａ
　）、（Ｕｂ　、Ｖ６．Ｗ６　）の間の補間点データ（
Ｕ□１　■□、Ｗｍ）を算出する。ただし１≦ｍ≦Ｎで
、Ｎの値は、両位置データ間の長さしを算出し、そのＬ
をＲ・Δｔで除し、その商を整数化した値Ｍより１少な
い値となる。

補間点データを算出する処理は、従来公知の補間法を用
いることができる。

（Ｓ５）ポジショナ３の角度データ（α□、βａ）、　
（αｈ、βト）の間を上記Ｍで等分し、上記補間点デー
タ数Ｎと同数の等分点データ（α０．β□）を算出する
。これは０式より算出される。

（Ｓ６）、−ｈ記補間点データ（Ｕ、、Ｖイ、Ｗｌ）と
それに対応する等分点データ（α、、βｍ）に基づいて
、各補間点データ（ＵＩＩｌ、Ｖ、ｎ、　ＷＩｌｌ）を
、工業用ロボット２を基準とした座標系（Ｘ。

Ｙ、Ｚ）の位置データに変換する。この変換は０式の演
算処理においてＵ＝Ｕ、、Ｖ＝Ｖ３．ｗ−Ｗ□、α−α
、、β−β□とすることにより行うことができるもので
、各補間点位置データ（ＸｎＩ、ｙ、、１．ｚ、）を得
る。

（Ｓ７）得られた各補間点位置データ（Ｘ□、Ｙ。

、２つ）を工業用ロボット２の角度データ（θ１□、０
２６，０３　ｍ　＋　０４　ｍ　＋　θ５□）に変換す
る。

この変換は公知の処理手順により行うことができる。

（Ｓ８）Δを間隔で、（α８．β３）、　（α、。

β１）、・・・、　（α□、β。）、・・・１　（αし
、βＩ、）を順次ポジショナ３に出力し、ポジショナ３
によってワーク７を移動させる。

（Ｓ９）−上記ポジショナ３への出力と同期して、（θ
１８．θ２８．θ３８．θ斗□、θ’＋＋＋）。

（β１１．　θ２１．θ］ｌ　、θ４１．θ５１）、・
・・、　（β１１．１、θ２ｍ＋　θ３ｍ＋　０４　ｍ
　＋　０５ヨ）、・・・、　（β１１１．θ２ト、θ３
に、θ、シ、θ５ト）を順次ロボット２に出力し、ロボ
ット２によって作業工具２ａを移動させる。

上記（Ｓｌ）〜（Ｓ９）のステップにより、２つの教示
点間における所望の作業が、工業用ロボットとポジショ
ナとを同時に作動させて行われることとなる。３つ以−
ヒの教示点につ１）でも上記（３１）〜（Ｓ９）のステ
ップを繰り返せばよい。

なお、ステップ３２．３３が第１のデータ変換手段に対
応し、ステップＳ４が補間演算手段に対応し、ステップ
Ｓ５が等分演算手段に対応し、ステップＳ６が第２のデ
ータ変換手段に対応し、ステップＳ８がポジショナ制御
手段に対応し、ステップＳ９が工業用ロボット制御手段
に対応する。

上記実施例では、工業用ロボット２が自由度５の多関節
型ロボットでありかつポジショナ３が回転・傾斜運動の
みを行う回転式ポジショナである場合について説明した
が、工業用ロボットが他の種類のたとえば直角座標型ロ
ボットや円筒座標型ロボットであったり、ポジショナが
立体的なボジショニングを行うポジショナであっても、
同様に工業用ロボットとポジショナの連動制御が可能で
ある。

他の実施例としては、３以上の教示点間ついて前記演算
をまとめて行ってそのデータをメモリに記憶しておき、
そのデータに基づいて連続して作業を行うものや、更に
小区間分先行するデータについて工業用ロボットの作業
に先立って処理を先行させるものなどが挙げられる。

以−トの説明から理解されるように、この発明の工業用
ロボットとポジショナの連動制御システムは、ポジショ
ナによりワークを移動させかつ工業用ロボットにより作
業工具を移動させて所望の作業を行う制御システムにお
いて、ポジショナを基準としたワークの移動点データと
工業用ロボットを基準とした作業工具の移動点データと
に基づいて、前記工業用ロボットを基準とした作業工具
の移動点データをワークを基準とした作業工具の移動点
データに変換する第１のデータ変換手段、その第１のデ
ータ変換手段でめたワークを基準とした作業工具の移動
点データに基づいて、それら移動点間のワークを基準と
した補間点データを算出する補間演算手段、その補間演
算手段でめた補間点と同数の点で前記ワークの移動点間
を等分し、ポジショナを基準とした等分点データを得る
等分演算手段、その等分演算手段でめたポジショナを基
準とした等分点データと前記ワークを基準とした作業工
具の補間点データとに基づいて、前記ワークを基準とし
た補間点データを工業用ロボットを基準とした補間点デ
ータにそれぞれ変換する第２のデータ変換手段、前記ポ
ジショナを基準とした等分点データをトレースしてワー
クをポジショナにより移動させるポジショナ制御手段、
および前記ボジシゴナ制御手段と連動して前記工業用ロ
ボットを基準とした補間点データをトレースし、作業工
具を工業用ロボットにより移動させる工業用ロボットの
制御手段を具備したことを特徴とするものであり、これ
によって次のような効果が得られる。

ａ、工業用ロボットとボジシ目すの同時並行運転が可能
になり、作業時間が短縮され、生産性が向上する。また
、作業の中断が抑制されるから、製品の品質も向上する
。また作業精度も向上する。

ｂ０作業線が円弧に限定されないから用途が広く、はと
んどの形状のワークに適用可能である。また作業の種類
についても、溶接用や塗装用やグラインダ作業用、シー
リング作業用など幅広く適用可能である。

Ｃ０教示ためのオペレータの負担を大幅に軽減できる。

ｄ、ロボットを定位置に置き、ワークをポジショナによ
り移動させるものであるから、ポジショナによって移動
しうる比較的小物のワークに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の工業用ロボットとポジショナの連動
制御システムの一実施例の模式的な構成説明図、第２図
は第１図に示すシステムにおけるロボットポジショナお
よびワークを各々基準とした各座標系の相互関係を示す
説明図、第３図は第１図に示すシステムの制御手順の主
要部を示すフローチャートである。 （符号の説明） １・・・工業用ロボットと ポジショナの連動制御システム ２・・・工業用ロボット　２．・・・作業工具３・・・
回転式ポジショナ　４・・・制御部５・・・操作盤 Ｓ２，３３・・・第１の変換手段に対応するステップＳ
４・・・補間演算手段に対応するステップＳ５・・・等
分演算手段に対応するステップＳ６・・・第２の変換手
段に対応するステップＳ８・・・ポジショナ制御手段に
対応するステップＳ９・・・工業用ロボット制御手段に 対応するステップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポジショナによりワークを移動させかつ工業用ロボ
   ットにより作業工具を移動させて所望の作業を行う制御
   システムにおいて、 （ｉ）ポジショナを基準としたワークの移動点データと
   工業用ロボ一・トを基準とした作業工具の移動点データ
   とに基づいて、前記工業用ロボットを基準とした作業工
   具の移動点データをワークを基準とした作業工具の移動
   点データに変換する第１のデータ変換手段、 （１１）その第１−のデータ変換手段でめたワークを基
   準とした作業工具の移動点データに基づいて、それら移
   動点間のワークを基準とした補間点データを算出する補
   間演算手段、 （ｉｉｉ　）その補間演算手段でめた補間点と同数の占
   −７？葡やり一カ小政胞占聞尤竺ム１　ギ、′５．・ノ
   ーネを基準と・した等分点データを得る等分演算手段、
   （ｉｖ　）その等分演算手段でめたポジショナを基準と
   した等分点データと前記ワークを基準とした作業工具の
   補間点データとに基づいて、前記ワークを基準とした補
   間点データを工業用ロボットを基準とした補間点データ
   にそれぞれ変換する第２のデータ変換手段、 （ｖ）前記ポジショナを基準とした等分点データをトレ
   ースしてワークをポジショナにより移動させるポジショ
   ナ制御手段、および （ｖｉ　）前記ポジショナ制御手段と連動して前記工業
   用ロボットを基準とした補間点データをトレースし、作
   業工具を工業用ロボットにより移動さゼる工業用ロボッ
   トの制御手段、 を具備したことを特徴とする工業用ロボットとポジショ
   ナの連動制御システム。