JPS62231313A - ロボツト制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、所定の態様で与えられたエンドエフェクタ
の軌跡を所望の幅だけ拡大または縮小し、それによって
ワークの溶断における切り代などを確保させることがで
きるロボット制御装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 周知のように、ロボットの制御においては、ＣＡＤなど
によって与えられた数値データや、ティーチングによっ
て与えられたティーチングデータに基いてエンドエフェ
クタの軌跡を特定し、それに沿ってエンドエフェクタを
動作させるような制御を行なう。

ところが、溶断ロボットや線引きロボットなどのように
、ワークに対して何らかの加工を行なうロボットにおい
ては、エンドエフェクタの先端の軌跡通りの直線または
曲線に沿って実際の加工が行なわれているわけではなく
、ある程度の幅を持った帯状の加工線の沿って加工が行
なわれる。この幅は、溶断ロボットにおける溶断幅（す
なわち切り代）や線引きロボットにおける線引き幅に対
応しているが、このような事情を考慮せずに制御を行な
うと、所望の形状やサイズを持った製品が得られないと
いう結果を招いてしまう。

しかしながら、たとえばブ１ノイバック方式のロボット
の場合、切り代等に対応する幅だり所望の溶断線からず
らせた点をティーチング点として教示するといった作業
は、現実の問題として煩雑であるだけでなく、目測によ
る作業となるために切り代を正確に確保することが困難
となる。また、数値制御ロボットの場合には、入力すべ
きデータの変更がさらに煩雑となるという問題がある。

また、既にデータとして入力しである軌跡に対して、こ
れを拡大または縮小した軌跡に沿った加工などを行ない
たい場合において、従来は、改めて新たな軌跡に対応す
るデータを入力しなければならないという問題もあった
。そして、後者の問題は、上記溶断ロボット等のみでな
く、組立ロボットや搬送ロボットにおいても、その解決
が望まれている問題である。

（発明の目的） この発明は、従来技術における上述の問題の克服を意図
しており、所定の態様で与えられたエンドエフェクタの
軌跡を所望の幅だけ自動的に拡大または縮小し、それに
よって、ワークの溶断などにおける切り代の自動的かつ
正確な確保や、互いに拡大または縮小した関係にある軌
跡について、そのデータ入力作業の軽減を行なうことの
できるロボット制御装置を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明におけるロボット
制御装置には、■エンドエフェクタの軌跡を生成するた
めに所定の態様で与えられる第１の点列データを入力す
る入力手段と、■上記第１の点列データに対応する軌跡
の拡大幅または縮小幅を設定する幅設定手段と、■上記
第１の点列データを、上記拡大幅または縮小幅に応じた
距離だけ位置補正して第２の点列データを求める連続位
置補正手段とを設け、上記４１２の点列データに基いて
エンドエフェクタを位置制御するようにしている。

（実施例） Ａ、実施例の機構的構成の慨。

第２図は、この発明の一実施例であるロボット制御装置
によって位置制御されるロボツ１〜の一例としての、直
角座標型レーザ切断ロボットの機構的構成を示す概略斜
視図である。同図において、このレーザ切断ロボットＲ
Ｂは、基台１の上に、図示しないモータＭ１にＪ：つて
Ｘ方向（水平方向）に移動自在な移動台２を有しており
、この移動台２の上にワーク（図示せず）を載置ｊる。

基台１の両側方に垂直に立設されたコラム３の■負部に
ばビーム４が架設され、このビーム４には、図の７方向
（垂直方向）に延びるとともに、モータＭ２によってＹ
方向に移動自在な移動コラム５が設けられている。

移動コラム５の下端には、モータＭ３によって７方向に
上下するモータＭ４が設けられている。

これによって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置
に設けられているアーム６が図のθ方向に回転する。ま
た、このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設けられ
ており、これによってレーザトーチＴが図のψ方向に回
動する。

このうち、レーザトーチＴには、レーザ発振装置７から
のレーザビームがレーザガイドパイプ８を通して与えら
れる。また、制御装置９には、後述するマイクロコンピ
ュータなどが内蔵されており、操作盤１０には、キーボ
ードやディスプレイ等が設けられている。さらに、外部
コンピュータ１１はＣＡＤ入力などを行なうためのもの
である。

Ｂ、実施例の電気的構成の概略 第３図は、第２図に示したロボットＲＢの電気的構成の
概略図である。第３図において、制御装置９に内蔵され
たマイクロコンピュータ２１には、バスＢＬを介して、
以下の各機器などが接続されている。

■上記モータＭ１〜Ｍ５や、これらのモータＭ　−Ｍ５
の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第２図中
には図示せず）を含んだｔａ構駆動系２３、 ■レーザ発振装置７、 ■操作盤１０、 ■外部コンピューター１゜ なお、このロボットＲＢは、第３図に示したワークＷを
、軌跡Ａ（詳細は後述する。）に沿って溶断するもので
あると想定する。

Ｃ０位置補正演算の原理 次に、この実施例における位置補正演算の原理を、具体
例に即して説明する。第４図は、ティーチングやＣＡＤ
入力などによって、点列Ｐ１．Ｐ２、・・・が与えられ
たと想定し、これらの点列から求められるレーザー−−
チＴの軌跡Δ。から、所望の幅ｄだけ拡大または縮小し
た軌跡Δ（第５図参照）を求める場合の説明図である。

このような拡大・縮小演算の原理としては種々のものが
考えられるが、ここでは、拡大・縮小後の軌跡Ａにおい
て、点Ｐ、に対応する点Ｑｉ（第５図）のデータを、こ
の点Ｐ、を中央にして互いに連続する３点Ｐ、　　、Ｐ
、、Ｐ、＋１についてのデータから求める場合を考える
。ただし、点Ｐｉについてのデータは、第４図の直角座
標系（Ｘ。

Ｙ、Ｚ）上における位置ベクトル： Ｄ、　−（Ｘ、、Ｙ、、ｚ、）　　　　　・・・（１）
と、その位置におけるレーザトーチＴの姿勢を表現する
天頂角θ、および方位角ψｉとによって与えられている
ものとする。また、点Ｐ、　　、Ｐ、＋１についても同
様であり、（１）式およびθｉ、ψ、において、添字ｉ
を（ｉ−１）おｊ：び（ｉ４１）に置換■ したデータが与えられている。なお、レーザトーチＴの
移動速度については、点Ｐ、におｔノるデータをそのま
ま点Ｑｉにおけるデータとするため、■ 上記のデータ表示中では省略しである。

また、レーザトーチＴの姿勢θ、、ψｉの方向■ に伸びる単位ベクトルτｉの成分を（τｉｘ、τｉＶ。

τｉｚ）どすると、これらは、 τ１ｘ−３ｉｎθ、−ｃｏｓψｉ　　　　　　　”・（
２）τｉｙ＝　ｓｉｎθ、−５ｉｎψｉ　　　　　・・
・（３）τ・　＝Ｃ０Ｓ　　θ・　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（４）＋２　　　　　　　　　１ によって与えられる。

以上の準備のもとで、まず、軌跡Ａ。が伸びる方向（接
線方向）とトーチ姿勢τｉとの双方に直角な方向にＰｉ
　（ｉ＝１．２．３・・・）を移動させて新たな軌跡Ａ
を求める場合を考える。なお、軌跡の「拡大」と「縮小
」とは、点の移動量を（十）にするか（−）にするかだ
けの相違であり、また、第４図において軌跡Ａ。のどち
らの側がワークＷの中心側かによって変わってくる相対
的な概念であるため、以下では（＋）の移動すなわち拡
大の場合を例にとって説明を進めることにする。また、
ルＰ、　　Ｐ・とベクトルＰｉ　Ｐｉ＋１の双方に直角
な方向にある場合を考える。

とベクトルτ、どの双方に直角な方向に伸びると■ ともに、大きさｄを有するムク１〜ル■１８を考えると
、このベクトル■ｉａは、 マ・−ｄ・τ、ｘ　（ｏ、−１１−１）ｌａ　　　　　
　　　　ｌ　　　　　　　　ｌ／１０・−ｉ５．−１１
　　・・・（５）となる。ただし「×」はベクトル積（
外積）を示す。同様にして、ベクトルＰ、Ｐ、、１とベ
クトルτ、どの双方に直角な方向に伸びるとともに、大
ぎさｄを有するベクトルＶｉｂは、 ｖ−−ｄ　・ｒ−ｘ　（ｉ５；、１−に５１）＋ｂ　　
　　　　　　＋ ／ｌ　Ｋ５．＋１−に５．　　ｌ　　・・・（６）とな
る。このとき、２つのムク１−ル■１８と■ｉｂとのな
す角度αは、 ｃｏｓα−■ｉａ・■ｉｂ／　ｌ　Ｖ　ｔａ　ｌ・ＩＶ
、ｂ＋・・・（７） で与えられる。

同様にして、他の点Ｐ・　、Ｐｉ４１などについでもベ
クトル： などを定義し、■（ｉ−１）ｂの終点と■ｉａの終点の
双方を通る直線Ｌ・や、■ｉｂの終点と■（ｉ＋１）ａ
の終点の双方を通る直線’　ｉ＋１などを考える。する
と、これらの直線し・、し・　、・・・は、それぞれ１
　　　　１＋１ ベクトルｐ−ｐ、、−百＝−心、　　、・・・に平行で
、＋−１＋　　　　　＋　　　　＋＋１ かつこれらのベクトルから距１１１ＩＩｄだけ離れた直
線となっている。

そこで、軌跡Ａ。を拡大した際に、たとえばベクトルＰ
ｉ−Ｉ　Ｐｉ　、Ｐｉ　Ｐｉ＋１に対応するベクトルが
それぞれＱｉ−１Ｑｉ　、Ｑｉ　Ｑし１−となるＪ：う
にするためには、点Ｐ、、Ｑｉの位置ベクトルをそれぞ
れｐ・、Ｑｉ　としたとぎ、 Ｖｉ　＝ｑｉ　−１ｉ ・・・（８） つ ■その終点が直線り、と’　ｉ＋１との交点上に存在す
るようにすればよい。

このうち、■の条件は、ベクトル■、の方向を、ベ クトル （Ｖｔ，＋Ｖ＊ｂ）／ｌ　　ｖｉａ＋ｖｉｂ’　　　　
　・　（９）に平行にすればよいことを意味する。また
、■の条件は、第６図かられかるように、 ｌ　ｖ　、ｌ　ｃｏｓ　　（　α／２）　−ｄ　　　　
　　・（１０）■ と等価である。したがって、上記（９）、　（１０）式
によって、ベクトル■．は、 で与えられることになる。ただし、既述したように、α
は（７）式で与えられる。そして求める点Ｑｉは、（８
）式より、 Ｑ−に５・十■．　　　　　　　　　・・・（１２）で
指定される位置に設けられる。

（Ｃ−２）水平方向への拡大・縮小 法に、レーザトーチＴの姿勢とは無関係に、水平方向（
Ｘ−Ｙ面内の方向）に点列を拡大・縮小することを考え
る。この場合には上記ｖｉ８，ｖｉｂとして、水平面内
のみに成分を持ち、（すなわち用いる。

他の情況は上記と同様であり、■１８，ｖｉｂとしてこ
のようなベクトルを用いる条件の下で、（１１）式およ
び（１２）式から点Ｑ，等が求まる。

また、上記２つの例以外の場合もこれらと同様な演算を
行なうことによって、点列（Ｑ・）およびそれらを補間
した軌跡Ａを得ることができる。

ただし、この例では、軌跡上のすべての場所で幅ｄだけ
の拡大・縮小が行なわれるわけではなく、俊速する例に
おいて示すように、コーナ一部などでは幅ｄとは異なっ
た距離だけの拡大・縮小が行なわれることもある。しか
しながら、これらは、直線部などの拡大・縮小幅をｄと
するために生じる事情であって、補間などの処理を行な
えば、軌跡全体として拡大・縮小幅は、実質的にｄに一
致させることができる。

Ｄ．　　　正′算１１制御の例 次に、以上の原理によって点列（Ｐｌ）から点列（Ｑｉ
　）を求め、これに従って第２図のレーザトーチＴの位
置制御を行なう場合の動作例を、第１図に示したフロー
チャートを参照しつつ説明する。

まず、ステップＳ１で、拡大または縮小幅ｄを設定する
。第２図のレーザ溶断ロボットＲＢの場合には、この幅
ｄとしてレーザビームのスポット径に応じた切り桟幅を
設定する。そして、この設定は、たとえば操作ＷＡ１０
に設けられたテンキー（図示せず）からのキー人力にＪ
：って行うことができる。

次のステップＳ２では、ティーチングまたはＣへ〇等か
らの数値データ入力によって、点列（Ｐ、）に関するデ
ータを入力してストアしておく。

この入力に際しては、切り代等を考慮せず、実際に溶断
を行ないたい経路に沿って位置や姿勢等の入力を行なえ
ばよい。この入力が完了すると、マイクロコンピュータ
２１は、点列（Ｐ，）に含まれるＰ．Ｐ２．・・・のデ
ータを順次読出す。そして、上述した原理に従って、連
続する３点のデータに基いて点列（Ｐ・）を位置補正す
る演算を行なうことにより、点列（Ｑ，）についてのデ
ータを求めて行く（ステップＳ３）。ただし、姿勢およ
び速度に関するデータについては、点Ｐ、についてのデ
ータをそのまま点Ｑｉについてのデータとして使用する
。このようにして点列（Ｑｉ）についてのデータが求ま
ると、このデータをマイクロコンピュータ２１内のメモ
リ（図示せず）にストアする（ステップＳ４）。

そして、適宜、テスト動作やデータ修正を行なった後、
再生動作を開始する（ステップ８５）。

すると、マイクロコンピュータ２１は点列（Ｑｉ）につ
いての各データを順次読出しくステップ８６）、直線補
間や円弧補間などの補間演算を行なう（ステップ８７）
。そして、この補間演緯の結果に応じてレーザトーチＴ
の位置制御を行ないつつレーザビームによる溶断（ステ
ップ８８）を行なう。最終の点に至るまでは、読出すべ
き点を更新しつつ（ステップ８９，５ＩＯ）、上記ステ
ップ８６〜Ｓ８を繰返し、最終点に至ると溶断処理を完
了する。

このような処理を行なうことによって、所望の溶断線Ａ
。が切り代弁だけ拡大された軌跡Ａ（第５図）に沿って
第３図のワークＷの溶断が行なわれる。

Ｅ０位置補正後の軌跡の例 第７図は、このような位置補正を行なった場合の軌跡Ａ
の例を示す図である。このうち、第７図（ａ）ハ３点Ｐ
、　　、Ｐ、、Ｐ、＋１が一直線上にあ１−１　　　　
　す る場合であって、このときには、軌跡Ａは軌跡ベクトル
ＰｉＰｉ＋１とが、トーチ姿勢ベクトルτ１を含む面内
で互いに直角になっている場合であり、この場合も、軌
跡Ａ。から距＠、ｄだけ離れた位置に軌跡Ａが生成され
る。さらに、第７図（Ｃ）は、トーチ姿勢ベクトルτ・
に直交する面内でペクトルＰｉ−１ＰｉとベクトルＰｉ
Ｐｉ＋１とが直角になっている場合である。このときに
は、図の（−Ｘ）方向とＹ方向との双方に距１！ｌｄず
つ軌跡Ａ。が拡大されて新たな軌跡Ａが生じている。第
７図（ｂ）。

はない場合も同様であり、これにＪ二って、所望の拡大
（縮小）処理が行なわれることになる。

一方、第７図（ｄ）は、３点Ｐ、　　、Ｐ、、Ｐ、＋１
を円弧補間して得られる軌跡Δ。を拡大する場合である
。このときには、３点Ｐ・　、Ｐ・、Ｐｌ−１１ ｉ＋１に対応する新たな点としてそれぞれＱｉ−１゜Ｑ
・、Ｑｉ＋１が得られるが、ＬＰ、−、、Ｐ、、Ｐｌ１ ｉ＋１が小さいときには、この３点Ｑｉ−１．Ｑｉ。

Ｑｉ＋１を直接に円弧補間すると、このコーナ部がかな
り大きな円弧となる。このような円弧補間を行なうこと
が想定される場合には、たとえば点Ｐ、から点Ｑｉに向
う方向で、かつ点Ｐ、がら距離ｄだけ離れた位置に改め
てＱ・′をとり、Ｑｉ−１゜■ Ｑ・′、Ｑ１＋１を通る円弧Ｃを生成して、この上を通
る軌跡Ａをとればよい。

Ｆ、４Ｑ１、および終了点の取扱い ところで、上記実施例では、連続する３点Ｐ、−１、Ｐ
・、Ｐ１＋１のデータから、その中間の点Ｐ・に対応す
る点Ｑｉのデータを求めている。した■ がって、点列（Ｐ、）のうちの最初の点Ｐ１　（開始点
）および最後の点Ｐ。（終了点）では、これらに隣接す
る２点が存在しないということになり、上記の方法では
、ＰｌおよびＰ。にそれぞれ対応する点Ｑ１．Ｑｏが求
まらない。しかしながら、たとえば開始点Ｐ１を例にと
れば、第８図に示すように、開始点Ｐ　の手前にダミ一
点Ｐ。をあらかじめ与えておき、それによって０１を求
めればよい。終了点についても同様である。

Ｇ、変形例 以上、説明の一実施例について説明したが、この発明は
上述の実施例に限られるものではなく、たとえば次のよ
うな変形も可能である。

■　上記実施例では、点列（Ｐ・）を位置補正して点列
（Ｑｉ）を求め、それを一旦スドアした後に再生動作を
行なっているが、再生動作の際にこの位置補正を行なっ
てもよい。

■　拡大幅や縮小幅は、具体的な数値で設定しでもよく
、また、あらかじめ準備しておいた数値のうちのいずれ
かを選択する形で設定してもよい。

さらに、単一の目的のみに使用されるロボットでは、こ
れらのように拡大幅や縮小幅を可変にしなくてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、入力された点
列データ（ｐ、）を、設定された幅に応じた距離だけ位
置補正して新たな点列（Ｑｉ）を求める連続位置補正手
段を設けて、この点列（Ｑｉ）に基いてエンドエフェク
タの位置制御を行なうため、所定の態様で与えられたエ
ンドエフェクタの軌跡を所望の幅だけ自動的に拡大また
は縮小することができる。

したがって、ワークの溶断などにおいては、切り代等を
自動的に、かつ正確に確保することができる。また、互
いに拡大または縮小の関係にある軌跡については、拡大
幅または縮小幅を指定するデータを与えられるだ（プで
新たな軌跡が自動的に生成されるため、データ入力作業
を著しく軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の動作を示すフローチャ
ート、 第２図は、実施例の機構的構成を示す概略斜視図、 第３図は、実施例の電気的構成の概略を示すブロック図
、 第４図ないし第６図は、実施例における位置補正原理の
説明図、 第７図は、実施例によって生成されるエンドエフェクタ
の軌跡の例を示す図、 第８図は、開始点の取扱いについての説明図である。 ＲＢ・・・レーザ切断ロボット、 Ｔ・・・レーザトーチ、　　　　９・・・制御装置、（
Ｐ、）・・・第１の点列、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットのエンドエフェクタを所望の軌跡に沿つ
   て位置制御するためのロボット制御装置であって、 前記エンドエフェクタの軌跡を生成するために所定の態
   様で与えられる第１の点列データを入力する入力手段と
   、 前記第１の点列データに対応する軌跡の拡大幅または縮
   小幅を設定する幅設定手段と、 前記第１の点列データを、前記拡大幅または縮小幅に応
   じた距離だけ位置補正して第２の点列データを求める連
   続位置補正手段とを備え、 前記第２の点列データに基いて前記エンドエフェクタを
   位置制御することを特徴とするロボット制御装置。
2. （２）前記連続位置補正手段は、前記第１の点列のうち
   、連続する３点Ｐ＿ｉ＿−＿１・Ｐ＿ｉ、Ｐ＿ｉ＿＋＿
   １のデータに基いて、その中間の点Ｐ＿ｉに対応して第
   ２の点列中に設けられる点Ｑ＿ｉについてのデータを求
   める手段である、特許請求の範囲第１項記載のロボット
   制御装置。