JPS61204705A

JPS61204705A - ロボツトの直交座標系設定方式

Info

Publication number: JPS61204705A
Application number: JP60034113A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kishi; 甫岸; Shinsuke Sakakibara; 伸介榊原; Tatsuo Karakama; 立男唐鎌
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-09-10
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2684359B2; US4700118A; EP0216930A1; EP0216930A4; DE3686539D1; WO1986005010A1; DE3686539T2; EP0216930B1

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】（産業上の利用分野）本発明は、関節形ロボットの手首に取付けられた作業部
材（ツール）の先端位置（ＴＣＰ）の教示にあたってロ
ボットの基準座標系と一定の関係を有する複数のツール
座標系を設定することが可能なロボットの直交座標系設
定方式に関する。

（従来の技術）工業用ロボットは、極座標ロボット、関節・形ロボット
など、各種の動作形態のものが開発されている。このう
ち、アーク溶接に多く使用されている関節形ロボットは
、リンク機構を腕駆動系の構成とした一般的な５〜６自
由度のロボットが主流を占めており、たとえばその６自
由度のものの構成は、腕の旋回（θ軸）、下腕の前後傾
動（Ｗ軸）、上院の上下傾動（Ｕ軸）および手首（ｌ＼
ンド）の回転（α軸）、ふり（β軸）、ひねり動作（γ
軸）の各軸からなっている。これら各軸はおのおの独立
に制御され、ハンドに取り付けたツールを指令データに
従って運動させ、ロボットに一連の溶接作業を行なわせ
る。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、ロボット指令データの基本要素であるブロッ
クは、Ｇコード、Ｆコード、位置データ、Ｓコードなど
から構成されるが、ツール制御の精度を高くするために
は、とりわけ位置データが正確に入力されることが必要
である。また、指令データの作成を容易にするため、ロ
ボットが複数の作業位置で同一作業を繰り返す時には、
ロボットの基準座標系と一定の関係を有する複数のツー
ル座標系を設定できるようにしている。ところが、この
各作業位置におけるツールの直交座標系の設定は、ハン
ドに装着されるツールの長さや方向が各種ツールで異な
るため、各動作軸のメトリック値をセツティングに入カ
レ、ハンドのＴＣＰを原点にして基本３軸ｘＹＺをハン
ドベクトルで定義する従来の設定方式では、たとえば５
軸のロボットでハンドを所定方向に向けることができな
い場合には、ロボットの基準座標系との間に一定の回転
角を持つツール座標系を定義することができず、またハ
ンドベクトルを指定したい直交座標空間に一致させる作
業が容易ではなかった。

本発明の目的は、簡単な手法でツール位置の設定を行な
い、かつ高精度のロボットコントロールを可能にするロ
ボットの直交座標系設定方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明のロボットの直交座標系設定方式では、複数動作
軸を有する関節形ロボットを教示し運転するにあたって
手動送りのための複数のツール座標系が設定可能なロボ
ットの直交座標系設定方式において、ハンドを手動送り
しかつ位置データを教示する教示操作手段と、教示され
た工具先端位置（ＴＣＰ）の位置データを記憶する記憶
手段と、教示された原点と所定軸上の任意の１点とこれ
ら２点とともに１平面をなす第３の点とを記憶する位置
データから前記ツール座標系での各軸方向の単位ベクト
ルを決定する演算手段と、この決定されたツール座標系
での単位ベクトルにもとずいて設定されるロボットの基
準座標系での各動作軸のメトリック値をセツティングデ
ータとして前記ロボットを駆動する制御手段とを具備し
ている。

（作用）本発明は、第１図に示すように、ハンドに取り付けたツ
ールを動かして、原点と所定軸上の任意の１点とこれら
２点とともに１平面をなす第３の点とをユーザが教示す
ると、これら３点ＰＩ、Ｐ２、Ｐ５の位置データから１
つの座標系が特定されることから、その各軸方向の単位
ベクトルによって任意の直交座標系を定義することがで
きるようにしたものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例について説明する。

第２図は６軸制御の関節形゛ロポッ・トの斜視図であり
、図において、１は関節形ロボットを支える基台である
。基台１の上部には、各軸を垂直軸（２０軸）に対して
旋回させるθ軸サーボモータ３がａｍされている。θ軸
サーボモータ３の上には、これによって回転されるθ軸
ユニット５が設けられている。このθ軸ユニット５はθ
軸サーボモータ３によって回転される。θ軸ユニット５
の上には、Ｗ軸ユニット７が固定的に設けられ、これに
Ｗ軸腕９が軸承９ａによって回転自在に軸承されている
。１１はＷ軸駆動機構で、Ｗ軸サーボモータ、Ｗ軸ボー
ルねじ、Ｗ軸ナツトよりなる。

Ｗ軸腕９の先端には、Ｕ軸腕１２が軸承１２ａによって
１回転自在に軸承されている。Ｕ軸腕１２の後端には、
Ｕ軸中間リンク１４の上端が回転自在に軸承されている
。Ｗ軸の軸承９ａと同軸に、Ｕ軸下リンクが回転自在に
軸承され、上記Ｕ軸中間リンク１４の下端とＵ軸下リン
クの端部は互いに回転自在に軸承されている。そして、
Ｗ軸腕９とＵ軸中間リンク１４とが並行に配置され、Ｕ
軸１２とＵ軸下リンクとが並行に配置されており、これ
らは互いにリンク機構を形成している。

１８はＵ軸駆動機構で、このＵ軸駆動機構１Ｂは、Ｕ軸
サーボモータ１８ａ、Ｕ軸ボールねじ、Ｕ軸ナツトより
なる。Ｕ軸すニボモータ１８ａはＷ軸ユニット７から伸
びる支持部７ｂに回転自在に軸承されている。

Ｕ軸腕１２の先端には、手首機構（ハンド）２０が設け
られている。この手首機構２０は、α軸サーボモータ２
２により回転され、β軸サーボモータ２４により上下方
向に振られ、γ軸サーボモータ２６によりひねられる。

これらの詳細な構造と動作は周知のものであるので、詳
しい説明は省略するが、第１図に示すように、アーク溶
接トーチなどのツール２２が取り付けられる。

第３図は、上記関節形ロボットを溶接ロボットに適用さ
せた実施例を示すブロック図である。第３図において、
一点鎖線左側が数値制御装置Ｉ（以下ＮＣ装置という）
であり、そのうち３０は、中央処理装置を含む制御部で
ある。この制御部３０には、ＲＯＭからなるメモリ３１
．ＲＡＭからなるメモリ３２、教示操作盤３３、ＭＤＩ
／ＣＲＴパネルを有する操作盤３４、テープリーダ３５
が付属されている。

メモリ３１には、制御部３０が実行すべき各種の制御プ
ログラムが格納されている。メモリ３２には、教示操作
盤３３、操作盤３４、テープリーグ３５などから入力さ
れた教示データ、操作盤３４から入力した位置データ、
制御部３０が行った演算の結果やデータが格納される。

教示操作盤３３は関節形ロボットの操作に必要な数値表
示器、ランプおよび操作ボタンを有する。操作盤３４は
ＣＲＴを有する表示装置の外、テンキーやファンクショ
ンキーなど、各種のキーを有し、外部から各種のデータ
をＮＣ装置に入力する。３６は複数軸の軸制御を行う補
間器を含む軸制御器、３７は関節形ロボット３９の駆動
源を制御するサーボ回路、４０は入出力回路で、リレー
ユニット４２を介して溶接機４１との間の信号の入出力
動作を行う、４３は入出力回路で、オーバートラベル信
号やストロークリミット信号などのフィードバック信号
をＮＣ装置に入力する。４７は溶接機４１とのインター
フェースを取る溶接機インターフェース、４８はパスラ
インである。

次に、第４図に示すフローチャートを参照しながら、ツ
ール座標系の設定のための演算手順を説明する。

まず、操作盤３４のパワースイッチを投入してロボット
を起動し、つぎに教示操作盤３３からの操作を可能な状
態にして、その座標系選択キーによって手動送りのため
に座標系を選択すると、直交座標系の設定処理がスター
トする。ｎ＝０の状態から（ステップ３１）、教示点Ｐ
ｎをｎ＝３まで教示しくステップＳ２〜Ｓ４）、それぞ
れハンド座標系のベース座標に変換し、メモリ３２に記
憶させる。メモリ３２に、次式で表現される位置ベクト
ルＰ、、Ｆ２．Ｐ５の位置データが記憶されると、つぎ
にそれら位置ベクトルＰｌ、Ｐ２、Ｐ３が１平面を成し
ているか否かが判断される（ステップＳ５）。

Ｐ、＝　（ＦＩＸ、ＦＬＹ、ＦＩＺ）Ｐ２　＝　（Ｐ２Ｘ、Ｐ２Ｙ、Ｐ２Ｚ）Ｐ、＝　（Ｐ３
Ｘ、Ｐ３Ｙ、Ｐ３Ｚ）上記位置データから位置ベクトルＰｉ　、Ｐ２、Ｐ３が
１平面を成していないと判断された場合には、教示エラ
ーの処理がされて、ＣＲＴ画面によって表示される（ス
テップ３６）、１千面を成しているときには、次式にも
とすきツール座標系での各軸方向の単位ベクトルが演算
される（ステップＳ７）。

Ｕｘ＝　（Ｐ２−Ｐｔ　）　／　Ｉ　Ｐ２−［ＰＩ　Ｉ
Ｕ　Ｚ　ｗＵｘ＊（Ｐ３−　Ｐｔ　）／ｌ　Ｕｘ＊ＣＰ
５−ＰＩ　）　　１ｌＵｙ＝［Ｊｚ＊、ｌＵｘこれらＵｘ　、ｌＵｙ　、ｌＵｚは、互いに直交する単
位ベクトルで、右手系を成している。

このように決定された単位ベクトルは、上記位置ベクト
ルＰ１とともにセツティングデータとしてメモリ３２に
格納され、ひとつの直交座標系が定義される（ステップ
Ｓ８）。

次に、直交座標系を設定するための操作方法の一例につ
いて説明する。第５図には、上述の直交座標系の設定に
使用される教示操作盤の一例を示している。

５１は座標系選択ランプ、５２はモードキー、５３はス
イッチである。ツールをロボットのハンド取り付は面に
固定して正しいつかみ点（ＴＣＰ）の位置をセツティン
グデータ番号９及び４３〜５１に設定し、ＣＲＴ画面に
ＵＳＥＲＦＲＡＭＥ　　ＤＥＦＩＮＩＴＩＯＮと表示さ
レタページを指定すると、次に述べる操作１〜７を指示
する操作画面が表示され、モードキー５２によって教示
モードを選択する。そのうえで、指定したい直交座標の
作業空間を例えばユーザ座標系の３番に設定する時には
、ＭＤＩパネルでｒ３Ｊ、ＦＩＮＰＵＴＪをキー人力す
る（操作１）。

ＴＣＰつまりアーク溶接トーチのワイヤ先端座標をハン
ドアイで設定しているか、あるいは外部固定カメラで設
定（外部固定座標）しているかを入力しく操作２）、手
動送りキー５４でＴＣＰを座標系の原点となる位置に動
かし、ケースシフトキー５５とＰ教示キー５６とで原点
位置Ｐ１を教示する（操作３）。

次に、操作３と同様にして、設定しようとする座標系の
Ｘ軸上の１点Ｐ２を教示しく操作４）、さらに設定しよ
うとする座標系のｘ−Ｙ平面上で、Ｙ座標値が正になる
ような点Ｐ３を教示する（操作５）。

次に、上記操作２でハンドアイとの入力操作をした場合
に、センサ側でのキャリブレーションを行なうため、位
置ベクトルＰＬ、Ｐ２．Ｐ！を教示したときのハンドの
姿勢を教示する（操作６）、ＴＣＰを外部固定カメラで
設定しているときには、この操作は不要である０以上の
操作でメモリ３２に入力されているデータにもとすき、
定義しようとする座標系の計算開始の起動操作が。

ＭＤＩパネルでｒＧＪ　　、ｒｏｊ　、ｒＩＮＰＵＴｊ
とキー人力することにより行なわれる（操作７）。

これらの操作１〜７で、３点の位置データとそれをもと
にした座標系とが設定されると、直交座標系の情報は自
動的にセツティングデータとして記憶されるが、３点が
一直線上にあったり、２点が同一点であると判断された
場合などには、ＣＲＴ画面上にＲＥＦＥＲＥＮＣＥ　　
ＰＯＩＮＴ　　ＥＲＲＯＲと表示がでて、メモリ３２の
セツティングは書き替わらない、また、この操作画面を
消去シタイ場合ニハ、ｒｃＪ　　、ｒＡＪ　、ｒＮＪ　
　、ｒＩＮ　Ｐ　Ｕ　ＴＪとキー人力すればよい、また
、入力した情報を訂正するには、カーソルを訂正すべき
操作位置に当てて再入力することができ、その後に、操
作７を行なうことで座標系は再設定される。

このように３点教示による座標系の設定は、ハンドのＴ
ＣＰを原点にして基本３軸ｘＹＺをハンドベクトルで定
義する従来の設定方式と共存する形式を有するので、従
来装置に上記実施例の機能を追加することができる。ま
た、ユーザにとっては、定義しようとする直交座標系が
ハンドベクトルを無視して設定できるから、教示時間を
短縮でき、しかも高精度のツール制御が可能となる。

なお、上記実施例ではアーク溶接トーチのコントロール
を行なうロボットについて説明したが、本発明はこの実
施例に限定されるものではなく、ロボットの手首に取付
ける作業部材（ツール）はグリッパなど種々の場合に対
応でき、先端位置（ＴＣＰ）の教示にあたってロボット
の基準座標系と一定の関係を有する複数のツール座標系
を設定することが可能なロボットの直交座標系の設定に
広く適用できるものである。

（発明の効果）以上、本発明のロボットの直交座標系設定方式によれば
、簡単な手法でツール位置の設定を行ない、かつ高精度
のロボットコントロールを可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の３点教示の一例を示す説明図、第２
図は、６軸の関節形ロボットを示す構成説明図、第３図
は、本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図、第
４図は、同実施例での座標系の設定処理を示す流れ図、
第５図は、ロボットの教示操作盤を示す平面図である。２０・・・ハンド、２１・・・トーチ、ｐｌ、ｐ２、Ｐ
３・・・教示点、３２・・・メモリ、３３・・・教示操
作盤。３９・・・ロボット、４１・・・溶接機。第５ｗＡ手続補正書（自発）昭和６１年　４月　２日特許庁長官　宇　賀　道　部　殿２、発明の名称ロボットのワーク直交座標系設定方式３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名称　ファナック株式会社４、代理人住所　〒１０１東京都千代田区神田小川町３−１４６、
補正の対象明細書及び−書の「発明の名称Ｊの欄、明細書の（１）
願書と明細書の発明の名称を「ロボットの（３）明細書
第２頁第２行〜６行のｒ本発明は、・・・関する。」を
次のように補正する。ｒ本発明は、関節形ロボットの手首に取付けられた作業
部材（ツール）の先端位置（ＴＣＰ）を設定することが
可能なロボットのワーク直交座標系設定方式に関する。」（４）明細書第３頁第１０行の「ツール座標系」を「ワ
ーク直交座標系」と補正する。（５）明細書第３頁第１１行〜１３行の「この各作業位
置における・・・異なるため、」を削除する。（６）明細書第４頁第４行の「ロボットの」の後に「ワ
ーク」を加入する。（７）明細書第４頁第８行〜１２行の「複数動作軸を・
・・教示操作手段と、」を次のように補正する。「複数動作軸を有する関節形ロボットを教示し運転する
ときに、ロボットのワーク直交座標系設定方式において
、前記ロボットのハンドの手に取付けられる作業部材と
、ハンドを手動送りしかつ位置データを教示する教示操
作手段と、」（８）明細書第４頁第１６行の「前記ツー
ル座標系」を「ロボットの基準座標系」と補正する。（９）明細書第４頁第１８行〜第２０頁の「ツール座標
系・・・データとして」を次のように補正する。「ツール座標系の単位ベクトルにもとずいてワーク座標
系−をセツティングデータに設定して」（１０）明細書
第５頁第１０行、第１４頁第３行、第１４頁第６行の「
直交座標系」の前に「ワーク」を加入する。２、特許請求の範囲複数動作軸を有する関節形ロボットを教示し運転する　
きにロポ・トのワーク　　　　、　設定±（ロボットの
ワーク直交座標系設定方式において、１“ロポ・ト　ハ
ンドの　　に　　け　れる′作ｍエハンドを手動送りし
かつ位置データを教示する教示操作手段と、教示された
工具先端位置（ＴＣＰ）の位置データを記憶する記憶手
段と、教示された原点と所定軸上の任意の１点とこれら
２点とともに１平面をなす第３の点とを記憶する位置デ
ータから王並二上ｆｆｌ座標系での各軸方向の単位ベク
トルを決定する演算手段と、この決定されたツール座標
系の単位ベクトルにもとずいてワーク座標系をセツティ
ングデータｉ孟１して前記ロボットを駆動する制御手段
とを具備することを特徴とするロボットのワーク直交座
標系設定方式。

Claims

【特許請求の範囲】

複数動作軸を有する関節形ロボットを教示し運転するに
あたって手動送りのための複数のツール座標系が設定可
能なロボットの直交座標系設定方式において、ハンドを
手動送りしかつ位置データを教示する教示操作手段と、
教示された工具先端位置（ＴＣＰ）の位置データを記憶
する記憶手段と、教示された原点と所定軸上の任意の１
点とこれら２点とともに１平面をなす第３の点とを記憶
する位置データから前記ツール座標系での各軸方向の単
位ベクトルを決定する演算手段と、この決定されたツー
ル座標系での単位ベクトルにもとずいて設定されるロボ
ットの基準座標系での各動作軸のメトリック値をセッテ
ィングデータとして前記ロボットを駆動する制御手段と
を具備することを特徴とするロボットの直交座標系設定
方式。