JPS6054011A - 工業用ロボツトの位置制御方法 - Google Patents

工業用ロボツトの位置制御方法

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JPS6054011A
JPS6054011A JP16214583A JP16214583A JPS6054011A JP S6054011 A JPS6054011 A JP S6054011A JP 16214583 A JP16214583 A JP 16214583A JP 16214583 A JP16214583 A JP 16214583A JP S6054011 A JPS6054011 A JP S6054011A
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JP
Japan
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robot
sensor
workpiece
teaching
coordinate system
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JP16214583A
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Inventor
Seiichiro Nakajima
中島 清一郎
Kenichi Toyoda
豊田 賢一
Shinsuke Sakakibara
伸介 榊原
Toru Mizuno
徹 水野
Ryuichi Hara
龍一 原
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/408Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
    • G05B19/4083Adapting programme, configuration
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/36Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36503Adapt program to real coordinates, software orientation

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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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】 〈産業上の利用分腎〉 本発明は工業用胃ボットの位置制御方法に係り、特に回
転可能な手首に取り付けられた作業部材により作業を施
される被作業部材の蘭設位置が変更しても、位置変更前
に教示した教示データを修正することにより位置変更後
の被作業部材に対し位置変更前と同一の作業を実行させ
ることができる工業用田ポットの位置制御方法にかんす
る。
〈従来技術〉 教示再生方式のロボットは予め教示された通路に沿って
移動し、所定のポイントで同様に予め教示された作業を
実行し、対象物(被作業部材)毎に上記動作を繰り返す
。たとえばロボットによる溶接作業は、予めロボットに
より把持されたトーチの先端を溶接通路に沿つて手動で
移動させ、これによりロボット動作を教示しておき、再
生時適宜該教示されたロボット動作データをメモリから
読みだしてロボット位置を刷部することにより行われる
。従って、溶接が施される被作業部材の配設位置が常時
一定であればロボットは教示データに基いて正確に溶接
作業を実行する。
しかし、被作業部材の配設位置がロボット動作を教示し
たときの配設位置と異なるともはやロボットは該被作業
部材上の所望通路に沿って溶接作業を実行することがで
きなくなる。そこで、一般には被作業部材の配設位置が
異なる毎に、ロボット動作を教示しているが教示作業が
煩雑となっている。このため、教示位置を所定の変換マ
トリクスを用いて変換することにより、被作業部材の配
設位置変更後のロボット位置をめて、該変換により得ら
れた田ボット位習データを用いてロボット位置を制御す
る方法が提案されている。この方法は、第1図を参照す
ると、被作業部材WMが実線位置に存在するときのロボ
ット動作を教示するとともに被作業部材WM上の特定の
3点P、、 P2゜P3の位置を教示しておき、被作業
部材の配設位置が変化しないかぎり該教示により得られ
た教示データに基とずいて再生動作を行う。尚、第1図
において、ARMはロボットのアーム、HDは回転可能
な手首、ATC)−チである。そして、被作業部材WM
の配設位置が第1図点線に示すように変化するときには
、該被作業部材WM上の特定の3点P、、 P、、 P
3の位置のみを教示する。しかる後、配設位置変更前後
の特定点P、、 P、、 P、の位置データを用いて配
設位置変更前の四ボット位置を配設位置変更後のロボッ
ト位置に変換する変換マトリクスMをめる。ついで、教
示されたロボット位置ベクトルQを次の式 により変換して位置ベクトルス′をめれば、この位置ベ
クトルが被作業部材配設位置変更後の田ボット位置ベク
トルになり、Q′により再生時に四ボット位置を制御す
ればトーチ先端は配設位置変更前に教示された通路に沿
って移動して溶接が行われる。
このように、位置変換法によれば被作業部材の配設位置
が変化してもその都度教示し直す必要がない。
〈従来技術の欠点〉 しかし、上記従来の方法においては、被作業部材の配設
位置が教示時の配設位置からずれていることをなんらか
の手段により検出する必要があり、又ずれていればその
都度手動によりトーチ先端を被作業部材上のポイントP
、、 P2. P、に位置決めして配設位置変更後の該
ポイントP、、 P、、 P、の位置を教示しなければ
ならなかった。このため、従来方法では配設位置変更後
のポイントP、、P、。
P、の教示作業が煩雑となるとともに、必ずオペレータ
の介在が必要となり自動的に四ボット位置補正をするこ
とができなっかった。
〈発明の目的〉 本発明の目的は被作業部材の配設位置変更前後の特定点
p、−p、の位置をオペレータの介在なく自動的に検出
することができ、結果的に被作業部材の配設位置が変化
したとき自動的にロボット位置を補正することができる
工業用ロボットの位置#御方法を提供することである。
本発明の別の目的は被作業部材の配設位置が変わっても
、ねらい角度を教示時におけるねらい角度に一致させる
ことができる工業用ロボットの位置制御方法を提供する
こである。
〈発明の概要〉 本発明は教示、再生方式の工業用ロボットの位置制御方
法であり、ロボットに把持された作業部材により作業を
施される被作業部材の配設位置がずれていても自動的に
教示データを修正して、配設位置がずれた被作業部材に
教示通りの作業を実行することができる工業用ロボット
の位置制御処理である。
すなわち、本発明はロボット動作教示時において被作業
部材上の3つの特定点の位置をセンサを用いて検出して
教示し、再生時に被作業部材上の前記各特定点の位置を
同様にセンサを用いて検出し、教示時と再生時における
前記特定点の位置データを用いて教示データを補正し、
該補正したデータに基とずいてロボットの位置制御を行
う工業用ロボットの位置fll!I御方法である。
〈実施例〉 tI42図は本発明を適用できる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1よ、乙の5軸を制御して手首HDの位
置、移動速度を制押し、所望の作業を行うものである。
第3図は本発明方法を実施するためのロボット制御装置
のブロック図、第4図は本発明の処理の流れ図、第5図
及び第6図は被作業部材上の特定点の3次元座標値検出
説明図、第7図はトーチのハンドへの取り付は図、第8
図は変換マトリクス算出の説明図である。
以下、本発明による工業用四ボットの位置制御処理を説
明する。
[1]教示処理 (イ)被作業部材を所定位置に配置するとともに、教示
操作盤101上の切り替えスイッチを教示モードにして
周知の教示操作により、すなわち手動によりロボットを
移動させロボットの移動順に動作ポイント、該動作ポイ
ントへの移動速度、動作ポイントにおける作業の種別を
教示する。
プロセッサ102はこれら教示された位置、移動速度、
作業の種別などが入力されるとROM103に記憶され
ている制御プログラムに基とずいてロボット指令データ
(教示データンを作成し順にRAM104に記憶する。
(四)全ロボット動作の教示が終了すれば、あるいは教
示操作に先だって、各センサ座標系X5l−YSI−Z
SI、X52−YS2−ZS2゜X53−YS3−ZS
3 (第5図参照)の座標値をロボット座標系X r 
−Y r −Z rの座標値にそれぞれ変換するための
変換式の算出に必要なデータを教示操作盤101より入
力する。たとえば、第1センサ座標系X5I−YSI−
ZSIをX軸、Y軸、Z軸方向にそれぞれ!、、 Y、
、 Z、平行移動させ、かつX軸、Y軸、Z軸を回転中
心軸としてそれぞれθ1.θ23、θ0回転させたとき
該第1センサ座標系がロボット座標系に重なるものとす
れば、x、’、 y、 l Z、 # θXI’ θ2
1.θ□を第1センサ座標系に対し入力し、同様に第2
、第3センサ座標系に対してもデータを入力する。
(ハ)これらデータが入力されればプロセッサ102は
ROMI OBに記憶されている制御プログラムの制御
により変換マトリクスTI、T2゜T3を作成して変換
マトリクスメモリ105に格納する。なお、変換マトリ
クスTi (i=1.2゜3)は と表現され、各係数”11−a3mは上記入力されたデ
ータより算出される。但し、各係数を算出する算出式は
周知であるので詳述しない。
(ニ)しかるのち、各センサ106a、106b、10
6c (第5図)により、第1センサ座標系における被
作業部材CB上の第1ポイントP1゜第2センサ座標系
における被作業部材CB上の第2ポイントP2.第3セ
ンサ座揮系における被作業部材上の第3ポイントP3の
座標値を検出する。以下、各座標系におけるポイントP
、 −P、の座標値検出について説明する。
各センサ106 a−106cはそれぞれ視覚センサV
SI−VS3と超音波距離センfUSS1−USS3と
制御部5CI−3C3とで構成されている。各視覚セン
サVSI−VS3はテレビカメラTCと画像処理部IM
Fで構成され、対象物ねらい軸TA(第5図)に垂直な
平面座標系における目標点の座標値を検出できる構成に
なっている。
また、超音波距離センサUSSI−US8gは、発生し
た超音波が対象物により反射されて戻ってくるまでの時
間を検出し、該時間より対象物までの距離を測定で艶る
ようになっている。従って、予め被作業部材上のポイン
トP、−P、にマークを付しておき該マークが視野に入
るように視覚センサVSI−VS3をセットし、かつ該
マークで超音波が反射するように、あるいはねらい軸と
平行に超音波が進むように超音波距離センサUSSI−
USS;Sをセットしておけば、センサ座標系における
各ポイントの座標値が検出される。たとえば被作業部材
CBを白いカーボデー(車体)とし、かつポイントP1
に黒のマークを付しておけば視覚センサvS1の画像メ
モリには視覚画像に応じて1”、”O″が記憶される。
なお、第6図(A)は画像メモリの記憶状態図であり、
斜線部は論理″1″であり、上方の黒部分は背景、中央
の黒部分はマークである。画像処理部IMFは、黒部分
の分離処理を行うとともに、まず背景の黒部分のみをテ
レビ画面に表示して(第6図)、該黒部分がマークかど
うかをオペレータに問う。オペレータは表示部分がマー
クでないから次の黒部分の表示を要求する。これにより
画像処理部は次の黒部分すなわちマークのみをテレビ画
面に表示する(第6図)。オペレータは該マークの表示
により、”マークである”旨を通知すれば、画像処理部
IMFは該マークの面積(黒部分のビット数)、局長(
周囲のビット数)など該マークの特徴を記憶するととも
に、マークの画面上の位置(水平、垂直スキャン位置)
Xm、 y8を記憶して、センサ制御部SCIに出力す
る。センサ制御部SCIはマークの画面上の位置xBy
sをねらい軸TAに垂直な平面座標系X5I−YSIに
おける座標値x s、、 y g、に変換して内蔵のレ
ジスタに記憶する。
一方、ZSl軸のポイントP、の座標値zsIは超音波
距離センサUSSIにより検出され、センサ制御部に入
力されて記憶される。
(ホ)各ポイントP、、 P、、 P、の座標値はプロ
セッサ102により読み取られてワーキングメモリ10
7に格納される。しかる後、プロセッサ102はポイン
トP、の座標値を変換マトリクスT1により、またポイ
ントP2の座標値を変換マトリクスT2により、さらに
ボ”インドP、の座標値を変換マトリクスT3によりそ
れぞれロボット座標系Xr−Yr−Zrの座標値に変換
してRAM104に格納する。なお、センサ座標系の座
標値x si、 ysr、 z giはロボット座標系
の座標値X si、 Y si、 Z sIに次式によ
り (Xsi、Ygi、Zii) = (xgi、y++i
、zti)−T1・・・ (2) 変換される。
(へ)しかる後、ロボットのA軸回転角を零にしたとき
の直交座標系Xa−Ya−Za(第7図参照)における
トーチATCの先端A1とトーチの根元A2の位W(ム
” l、b−Y 4 、6 ” H) # (△x2゜
Δy2.ろzR)をそれぞれ測定し、これらを教示操作
盤101上のキーより入力し、RAM104に格納する
。なお、直交座標系X a −Y a −Z aはハン
ドHD面上の所定点Qtを原点、Qtを通りハンド直に
垂直な軸をXa軸、Qtを通りXa軸に垂直なハンド面
上の軸をYa、Za軸とするように設定されている。そ
して第7図に示すようにトーチが取り付けられている場
合にはトーチ先端A1の位1よ (x、、0,0) トーチ根元の位置は (x2・O,Z、) となる。
以上により、教示操作が終了する。そして再生時には被
作業部材CBの配置位置が教示時における配置位置と一
致している限り、プロセッサ1゜2は刷部プログラムの
制訂下でRAM104がら順にロボット指令データ(教
示データ)te読みだして所定のロボット制御を実行す
る。すなわち、ロボット指令データが位置データであれ
ば周知の位置制御処理を実行し、一定時間ΔTの間に移
動すべき各軸インクリメンタル量を発生し、該インクリ
メンタル量を目標位置に到達するまでパルス分配醪10
8ぼ入力する。パルス分配蕃は入力されたインクリメン
タル量にもとずいて周知のパルス分配演算を実行し、分
配パルスをサーボ回Rj109に入力し、ロボット11
0の各制御軸を駆動する。また、プロセッサ102はロ
ボット指令データがSコード(ロボットの作業を指示す
るもの)であれば該Sコードを強電回路111を介して
ロボット110あるいは溶接機112に出力し所定の動
作を実行させる。すなわち、トーチ先端は教示された通
路に沿って、かつ教示されたねらい角度で溶接しながら
移動し、被作業部材CBにアーク溶接を施す。
以上は、被作業部材の位置が教示時における被作業部材
の位置と一致している場合である。
[11]再生処理 被作業部材の配置位置と異なる場合には、ロボット指令
データがRAM104から読みt!される毎に以下に示
す補正処理が行われ、補正データに用とずいてロボット
の位置制御が行われる。
(イ)各センサ106 a −106cは被作業部材C
Bが到来する毎に、該被作業部材上の3つの特定点PI
−P3の座標値を教示時と同様に検出し、またプロセッ
サ102はこれらセンサ座標系の座標値を同様に変換マ
トリクスT 1− T3を用いてロボット座標系の座標
値に変換する。
(ロ)ついで、プロセッサ102は教示されたロボット
位置を被作業部材の配置位置に応じた位置に補正するた
めの変換マトリクスMをめ、変換マトリクスメモリ10
5に記憶する。なお、かかる変換マトリクスMを教示時
と再生時における3つの特定点の座標値からめる手法は
周知である。たとえば、被作業部材が教示時の配置状態
からX軸、Y軸方向にのみ所定量平行移動し、かつZ軸
を中心軸として所定量回転している場合の変換マトリク
スMは ・ (3) となる。以下に(3)式の導出法を説明する。
すなわち、まず配置位置変更前及び配置位置変更後の各
特定点をX r −Y r平面に投影し、第1の特定点
P1を原点、直線PIP2をX軸とする座標系X1−Y
l、X2−Y2を設定する(第8図)。ついで、四ボッ
ト座標系X r −y rから座標系Xl−X2に変換
する変換マトリクスM1と、座標系X2−Y2からロボ
ット座標系に変換する変換マトリクスM2をそれぞれめ
、M(=M1・M2)を変換マトリクスメモリ105に
記憶する。なお、一般に第1座標系を反時計方向にθ回
転させるとともに、+X軸及び+YY軸方向それぞれX
l’p yp平行移動させたとき、該第コ座標系が第2
座標系に重なるものとすれば第1座標系の位1f(x、
ylは第2座標系の位W(x’、y’)に、次式 により変換される。従って、第8図に示すように各特定
点PI、P2の座標値と回転角を定めればロボット座標
系X r −Y r上のポイントQ(xr。
yr)は座標系X1−Ylにおける座標値に次式%式%
(5) 変換され、また座標系X2−Y2におけろポイントQ′
の座標値(x l # Y + 1は四ポット座標系X
r−Y rにおける座標値(x r’ 、 y 、+ 
1に次式により ・ ・ ・ ・ (6) 変換される。従って、変換マトリクスMは(5)。
(6)式より (3)となる。ただし、ポイントP1、
P2の各軸座標値(xll”’Ill j IxQ、’
YQ、)はロボット座標系のX r −Y r平面に投
影したポイントPi、P2の 座標値である。また、上
記のようにXr、Yr軸方向への平行移動とZ軸を中心
とした回転のみにより配置位置が変化しているときには
第3の特定点P3の座標値は不用となる。さらに、(3
)式中(loJlθ sinθl。
j cosθ、sinθ2は となる。
(ハ)しかる後、プロセッサ−02関節座標系で与えら
れている第1の教示データ(θ、w、u。
β、α)を、座標変換マトリクスJを用いて次式により
直交座標系の位置データ(X、YpZ、a。
b、c)に変換する。ただし、Jは周知の座標変換マト
リクス、x、y、zはロボット座標系でのハンド面上の
所定点Qtの位置、a、b、cはハンド曲の法線ベクト
ルである。
(ニ)ついで、第1の教示ポイントにおけるトーチAT
Cの先端A1及び根元A2の位W(乙KH’p 71Y
冒 az、′)l (ax、’ 6Y2’r 乙t2′
)をめる。なお、第7図の例ではこれらは次式により与
えらる。
(ホ)しかる後(7)式により得られた教示位置ベクト
ルQ、と、f8)−(91式のX a −Y a−Za
座標系における先端A1及び根元A2の位置を用いて被
作業部材の配置位置変更前のトーチ先端位置ベクトルで
、とトーチ根元位置ベクトルQ2を次式により 求める。
(へ)ついで、被作業部材の配置位置変更後のロボット
座標系におけるトーチ先端位置ペクトルーラl Q、、)−チ根元位電ベクトルQ2を次式によりめる。
晧’= M −Q、・・・ (12) ず、′−M−で、・・・ (13) (ト)ハンド面の基準位置ベクトルQtは次式となるか
ら、(14)式より配置位置変更後の位置ベクトルQt
 をめる。
(チ)一方、被作業部材の配置位置変更前のトーチの傾
斜ベクトルfは(101,(11)式J、す →→→ l = Q2 Q+ となるから、被作業部材の配置位置変更後のト−チの傾
斜ベクトル〒′を次式により →5 1 =M ・ 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 請求める
(す)(1’41式より、ハンド面の基準点Q、の位置
ベクトルQ、′がまり、(is)式により傾斜ベクトル
がまれば、直交座標系から関節座標系に逆変換する座標
逆変換マトリクスを用いて関節座標系におけるロボット
位置をめ、ワーキングメモリ107に記憶する。
(ヌ)以上により補正された四ボット位置データがまれ
ばプロセッサ102は該データに基いてロボットを移動
させ、移動完了後法のりポット指令データをRAM10
4から読みだし同様な処理を繰り返せば、配置位置がず
れた被作業部材に教示通りの作業を実行させる乙とがで
きる。
〈発明の効果ン 以上、説明したようにロボット教、示時に被作業部材上
の3つの特定点の位置をセンサを用いて検出して教示す
るとともに、再生時にも該特定点の位置をセンサを用い
て検出し、教示時と再生時における前記各特定点の位置
データを用いて教示データを補正し、補正したデータに
基ずいてロボットの位置制御を行うように構成したから
、被作業部材の配置位置が教示時の配置位置から、ずれ
ていても教示時とまったく同一の状態(同一の教示通路
、同一のねらい角度)で被作業部材に作業を行わせるこ
とができる。
また、センサで特定点の位置を検出するように構成した
からオペレータの介在なくして特定点の位置を検出して
、教示データを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来方法説明図、第2図は工業ロボットの構成
図、第3図は本発明方法を実施するためのロボット制御
装置のブ四ツク図、第4図は本発明の処理の流れ図、第
5図及び第6図は被作業部材上の特定点の3次元座標値
検出説明図、第7図はトーチのハンドへの取り付は図、
第8図は変換マトリクス算出の説明図である。 101・・教示操作盤、102・・プロセッサ103・
・ROM、104・・RAM。 105・ ・変換マトリクス、 106a−106c・−セ:/す、 107・・ワーキングメモリ、 108・・パルス分配斐、109・・サーボ回路、11
0・・ロボット、111・・強電回路、112・・溶接
機 特許出願人・・・ファナック株式会社 代理人・・・・・弁理士 齋藤千幹 竿lift

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の動作軸を有するとともに先端に回転制御さ
    れる手首を備える工業用ロボットの該手首に取り付けら
    れた作業部材の位置を予め教示した教示データを用いて
    制御して被作業部材に対し所定の作業を実行する工業用
    ロボットの位置制御方法において、ロボット動作教示時
    において被作業部材上の3つの特定点の位置をセンサを
    用いて検出して教示し、再生時に被作業部材上の前記各
    特定点の位置を同様にセンサを用いて検出し、教示時に
    めた前記特定点の位置データとの相違を用いて前記教示
    データに対する補正値をめ、該補正したデータに基いて
    ロボットの位置刷部を行うことを特徴とする工業用ロボ
    ットの位置制御方法。
  2. (2)前記センサを視覚センサと超音波距離センサで構
    成し、視覚センサにより特定点のセンサ座標系における
    第1軸と第2軸の座標値(x、ylを検出するとともに
    、超音波距離センサを用いて該特定点を含み前記第1、
    第2軸により形成される平面に平行な平面比の距離をめ
    、該距離をセンサ座標系における第3軸の座標値2とし
    、センサ座標系における座標値(X# yp z)をロ
    ボット座標系における座標値に変換することを特徴とす
    る特許請求の範囲第(1)項記載の工業用四ボットの位
    置制御方法。
  3. (3)前記センサを各特定点に対応してそれぞれ配設す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記載の工
    業用ロボットの位置制御方法。
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Cited By (11)

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