JPS62282880A - ロボツトの三次元テイ−チング装置 - Google Patents

ロボツトの三次元テイ−チング装置

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JPS62282880A
JPS62282880A JP61121602A JP12160286A JPS62282880A JP S62282880 A JPS62282880 A JP S62282880A JP 61121602 A JP61121602 A JP 61121602A JP 12160286 A JP12160286 A JP 12160286A JP S62282880 A JPS62282880 A JP S62282880A
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Japan
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teaching
head
bright spot
point
distance
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JP61121602A
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小走 利男
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Toshiba Corp
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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】 3、発明の詳細な説明 〔発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はロボットの三次元ティーチング装置に係わり、
特に三次元空間形状を有するワークの表面に描かれた例
えばけがき線で形成された連続する各教示点の位置とそ
の教示点の描かれたワーク表面の傾斜角とを共にロボッ
トに非接触で連続的に教示するロボットの三次元ティー
チング装置に関する。
(従来の技術) 例えば組立てラインに設置されたロボットや材料切断ま
たは加工のための産業用ロボットにおいては、実際に稼
働させる前にロボットに加工ヘッドの移動手順および動
作手順を三次元的なワークの形状に即して枚え込む必要
がある。この三次元的動作を教え込む装置を三次元ティ
ーチング装置という。
ところで、例えばCO2レーザ切所用ロボットにおいて
は加工ヘッドの近傍位置に磁気センサを設置して鉄板等
の被切断体としてのワークに生じた渦電流の大きさを検
出して、その電流値によって加工ヘッドとワーク表面の
距離を算出するようにしていた。
従って、このようなロボットにおいて、実際のティーチ
ング作業を行なうには作業者がティーチングペンダント
を操作しながら加工ヘッドをワーク表面に描かれたけか
き線等の教示点へ接近させる作業と、加工ヘッドのレー
ザ照射角度を教示点におけるワーク表面に対して直角に
なるように加工ヘッドの姿勢を合せる作業と、前述の磁
気センサでもって加工ヘッドとワーク表面上の教示点と
の間に距離を一定直に設定する作業との三つの作業をそ
れぞれ目視により試行錯誤的に実施する必要があった。
しかし上記のように作業者が各教示点毎に目視で三つの
作業からなるティーチング作業を実施することは各教示
点間において加工ヘッドまでの距離とか加工ヘッドの姿
勢角等の設定値に差が生じる問題がある。このため、ワ
ークの切断面が不揃いになったり、一部切断できない場
所が生じたりする虞れがあった。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来のロボットに対するティーチング作業は
教示点への接近作業、加工ヘッドの姿勢合せ作業および
教示点との間の距離を一定値に設定するための作業を目
視により試行錯誤的に行なっていたため、切断面が不揃
いになったり、一部切断できない場所が生じたりする問
題があった。
そこで、上記のような問題を回避するためには前述のテ
ィーチング作業を丁寧に且つ正確に実施すればよいが、
これではティーチング作業時間が増大するため、ロボッ
トが実際に切断作業を実行している時間の割合いを示す
稼動率が低下するという問題があり、しかもロボット操
作に熟達した作業者を必要としていた。
そこで、本発明はロボットのヘッドを連続的なげかき線
に沿って連続して移動させる動作と、教示点においてヘ
ッドとワーク表面との距離を一定に保つと共にワーク表
面に対して垂直な位置にヘッドを自動的に制御してその
時のロボットの各軸の座標値を記憶することにより、熟
達した作業者を必要とせず、しかも短時間で正確なティ
ーチング作業を行なうことができるロボットの三次元テ
ィーチング装置を提供することを目的とする。
[発明の構成コ (発明が解決するための手段) 本発明は上記のような目的を達成するため、ロボットの
ヘッドを三次元的に移動制御すると共にその姿勢を制御
してワーク上に描かれた連続的な教示点をロボットに対
してティーチングするようにしたロボットの三次元ティ
ーチング装置において、前記ロボットのヘッド近傍に設
けられワーク表面を所定の照射角で点照射する3個以上
の点光源と、前記ヘッド近傍に設けられ前記各点光源に
て照射されたワーク上の輝点およびこのワーク上に描か
れた連続的な教示点をI!l徴する搬像装置と、この撮
像装置により撮像された各輝点および教示点を表示する
モニタと、このモニタに表示される各輝点と教示点とを
複数段階に識別可能に設定する両型識別回路と、前記R
像装置によりWi像された前記ヘッドの位置を代表する
輝点と各教示点の情報が入力され前記ヘッドを三次元的
に移動制御するに必要な教示データをロボット制御装置
に出力する演算制御装置とからなり、この演算制m装置
は前記ヘッドの位置を代表する輝点と最初の教示点との
距離を演算してこの輝点を前記最初の教示点に移動させ
る教示データを得る移動距離演算手段、この移動距離演
算手段により前記ヘッドの位置を代表する輝点が最初の
教示点に一致すると前記ヘッドの位置を代表する輝点と
水平位置を代表する輝点との距離を演算してその距離が
基準値に達するまで前記ヘッドの中心を軸として旋回運
動させる教示データを得る旋回動作演算手段。
この旋回り作演算手段によりヘッドの位置を代表する輝
点と水平位置を代表する輝点とが基準値に達すると垂直
位置を代表する輝点と前記ヘッドの位置を代表する輝点
との距離を演算してその距離が基準値に合致するまで前
記ヘッドを垂直面内で回転動作させる教示データを得る
回転姿勢演算手段および前記撮像装置にて撮像された連
続的な教示点に沿って前記ヘッドを予め設定された距離
毎に移動させる手段を備え、前記ヘッドをワーク間との
距離を一定に保ち且つ連続的な教示点に沿って予め設定
された距離を移動しながら各教示データを前記ロボット
制@l装置に記憶させて三次元曲面上の教示点位置と作
業姿勢を教示するようにしたことを特徴としている。
(作用) 従って、このような構成のロボットの三次元ティーチン
グ装置にあっては、まずヘッドの位置を代表する点光源
の輝点が搬像装置の予め設定された位置に来るように調
節しながら、けがき線へ自動的に接近して輝点とけかき
線とが合致した点が最初の教示点となり、またこの教示
点(1点)を中心にして旋回運動が行なわれ、ヘッドの
位置を代表する輝点と水平位置を代表する輝点との距離
が基準値に遅すると旋回位置が固定され、さらにヘッド
を垂直面内で回転して垂直位置を代表する輝点とヘッド
の位置を代表する輝点との距離が合致すると回転姿勢が
固定されるので、これらのことからヘッドの位置とワー
クに対する姿勢を決定してこの時の座標値が最初の教示
点の教示データとしてロボット制御装置に記憶されるこ
とになる。次いでけがき線に沿ってヘッドとワーク間の
距離を一定に保ちながら予め設定された距離だけ移動し
て第2の教示点に自動的に到達すると、最初の教示点と
同じ操作により第2の教示点データがロボット制m装置
に記憶され、以後これらの操作が各教示点に対して自動
的に繰返し行なわれることにより三次元曲面上のけかき
線位置と作業姿勢を教示することができる。
(実施例) 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明によるロボットの三次元ティーチング装
置をCO2レーザ切断装置と組合せた場合の装置全体の
構成例を示すものである。第1図において、1はロボッ
ト本体で、このロボット本体1には鉄板等のワークをセ
ットするためのテーブル2の上方でX、y軸方向へ移動
可能な移動アーム3aとこの移動アーム3aに連結され
たZ軸方向へ移動可能な移動アーム3bが設けられ、ま
た移動アーム3bにはレーザ光を照射する加工ヘッド4
が設けられている。この加工ヘッド4は第2図に示すよ
うに移動アーム3bの先端に取付けられた軸受部5に対
して支持体6に図示A軸回りに回転できるように接続さ
れている。この支持体6の加工ヘッド4とは反対側にテ
ィーチングヘッド7が取付は固定されている。この場合
、移動アーム3bは軸受部5に対して図示C軸回りに回
転できるよ゛うになっており、また加工ヘッド4および
ティーチングヘッド7はテーブル2の上方位置において
三次元的に移動制御されると共にその姿勢も自由に制御
されるようになっている。また図中8はテーブル2上に
セットされる三次元的なワークであり、このワーク8は
その表面に描力1れたけがき線9に沿って切断されるも
のである。
第3図はティーチングヘッド7の構成例を示すもので、
このティーチングヘッド7は円筒容器10内にその円周
方向に沿って41[1の点光源11a、1”lb、11
c、11dが等間隔を存して固定され、これら点光源か
ら下向きに照射された光を所定の角度でワーク8へ反射
してワーク8の表面に輝点St 、82.33.34を
それぞれ形成するミラー12a、12b、12G、12
dが設けられている。また円筒容器1o内の中心位置に
はワーク8の表面に形成された各輝点S1〜S4および
前述のけがき線9からなる各教示点を!!徴するカメラ
14が取付けられている。
−力筒1図において、15はカメラ14で撮像された各
輝点5l−34およびけがき線9を表示するモニタ、1
6は同じく各輝点S1〜S4およびけがき線9の情報が
入力される演算制御装置、17はこのaI算制@lA装
16で処理された情報が入力されるロボット制御装置で
ある。
第4図は三次元ティーチング装置全体の概略構成例を示
すものである。第4図に示すように、カメラ14にて撮
像された各輝点S1〜S4およびけがき線9の情報は演
算制御[l装置16の図示しない画像識別回路に入力さ
れ、ここで2値化処理されてモニタ15と演算i+1j
lB装置16の演算処理部にそれぞれ入力される。上記
画一処理回路はモニタ15に表示される各輝点5l−8
+#よびけがき[19を複数段階に識別可能に設定する
ものである。また、演算1n11110装@16の演算
処理部は移動距離演算手段、旋回動作演算手段1回転姿
勢演算手段および前記搬像装置にて撮像された連続的な
教示点に沿って前記ヘッドを予め設定された距離毎に移
動させる手段を備えており、これら各手段で処理された
情報はロボット制御装置17に出力され、その記憶部に
座標値等を記憶すると共にロボットに対して三次元的な
制御が行なえるようにしである。
次に上記のように構成されたロボットの三次元ティーチ
ング装置の作用について述べる。まず、ワーク8を第1
図のテーブル2上に固定し、カメラ14によりけがき1
19をm像して画1■J装画により2値化されたけかき
線がモニタ15上で明瞭に認められるようにレベル設定
する。次いで、点光源118〜11dを点灯して輝点S
1〜S4をワーク8上に作り、これもモニタ15により
明瞭に認められるようにレベルを設定する。
以上の予備調整をしてから焦光11111 aを点灯し
てレーザ開始点13の近傍にティーチングヘッド7の輝
点S1を持ってくる。この輝点S1はティーチングヘッ
ド7とワーク8間の距離が設定値となった時に加工ヘッ
ド4の中心を代表し、その時のカメラ14のm象位置が
Fo となるように設定されている。したがって、カメ
ラ14で撮影した輝点S1の映IFtの位置によりティ
ーチングヘッド7とワーク8との間の距離、すなわち加
工ヘッド4のワーク8からの高さを知ることができる。
今、輝点S1の映像F1の位置と加工ヘッド4の中心を
代表する@像位置FOとの間に差があれば、この差はワ
ーク8とティーチングヘッド7の距離の差に相当するこ
とから、これを演算制御装置16から電位差として出力
してロボット制御装[16に与える。このロボット制御
装置16では現在のティーチングヘッド7の方向につい
ては既知であるので、受けた電位差に相当する距離だけ
ティーチングヘッド7をその現在方向で修正してワーク
8上の輝点S1とティーチングヘッド7の距離を設定値
に保持する。なお、この機能は焦光[11aが点灯して
いる時は原則として常時作用する。
以上の機能により輝点Srとティーチングヘッド7間の
距離を調整することにより、輝点81をレーザ切断開始
点13に合せることができる。
次いでティーチング開始の指令を与えると、点光源11
Cが点灯して輝点S3が得られ、輝点SIと83の距離
に相当する映像Ft −F3(Fa −F3 )の線分
が得られる。そこで、ロボットのx、y、z軸とC軸(
旋回軸という)を使ってティーチングヘッド7の中心、
(輝点S1)を軸とする手首誘導運動をさせる。つまり
、輝点S1を中心として輝点S3が旋回運動を行なう。
この場合、輝点5l−83の線分がテーブル2に平行(
X、V平面に平行)になった時にロボットの旋回運動を
停止する。すなわち、映像位置F1−F3の距離が設定
値に一致する時であるので((Fl−F3 )−(旋回
の設定値)−α〕を電位差として演算制御装置16より
出力してロボット制御l装置17に与える。したがって
、ティーチングヘッド7は切断開始点13(1点St 
)と輝点S3の線分に対して直角の位置となり、また点
光源11a、11Cは予めA軸(回転軸)に平行に設置
されている。
続いて、点光源11a、llb、11dを点灯するとそ
の輝点S1.S2 、S4が得られ、映像としてF+ 
 (Fo >、F2 、F4が得られる。ここで、点光
源11b−11dは11a−11Cに直角に配設されて
いるので、線分Fr−F2゜Fl−F4が等しくなった
時にティーチングヘッド7はワーク8に対し切断開始点
13で垂直の状態となる。そこで切断開始点13(1点
St)を中心としてこの切断開始点13を含むA軸に垂
直な面でx、y、zおよびA軸を使って回転運動をさせ
、線分(Fl−F2 )と(Ft −F4 )の差を電
位差として演算制御装置16より出力してロボット制御
装M17に与える。
以上によりティーチングヘッド7の姿勢!II 1ll
(旋回および回転)が完了するので、この時の座標デー
タをロボット制御Il装M17に記憶させることにより
、切断開始点13のティーチングが終了する。
今度は切断開始点13よりけがきIi!9へ自動的移動
させるわけであるが、そのためには現在の切断開始点1
3(Fo)はカメラ14の中心にあり、この状態でけが
きWA9をカメラ14にて撮像してその情報を演算制御
装置16に入力する。ここで、FDに対するけがき線の
最短の位置のカメラにおける座標値を求め、この座標値
が(0,0)、っまりFaになるようにティーチングヘ
ッド7を移動する。さらに点光源11aを点灯してティ
ーチングヘッド7の方向で高さ調整のみを行ない、次い
で輝点81(Fi+)かけかき線に重なっていることを
チェックする。
そして、輝点Sr  (Fa )がけがき線に重なって
いることを確認したら、その位置で姿勢制御(旋回9回
転)を行なうことにより、けがき線上の第1の教示点の
データが決り、これをロボット制御装置17に記憶させ
てその点のティーチングを完了する。続いて予め決めら
れた距離だけけがき線上を移動し、第2の教示点として
前述した操作を繰返して行ない、その教示点のデータを
前述同様にロボット制御装置17に記憶させてその点の
ティーチングを完了するわけである。以後同様の操作を
繰返して各教示点のデータを順次ロボット制御装置17
に記憶させて行くわけであるが、ここでけがき線に沿っ
て決められた距離だけ移動させる場合の詳細について第
5図を参照して述べる。
第5図はカメラ14で撮像したけがき!!9を示すもの
である。第5図において、全図示aに示すようにme位
置F (a、O)を起点として矢印方向に走査する。こ
の場合、走査すべき位置は予めaを設定した時に与えら
れているものとする。この走査により最初にけがき線と
交わった位置F (h、 vlが第2の教示点となる。
この場合、カメラ14の中心FO(0,0)は現在の第
1の教示点にある。したがって、ロボットはり、v面に
平行にaだけけがき線に沿って移動する。次にワーク8
とティーチングヘッド7の高さを調節するために焦光1
11aを点灯して輝点S1により前述の方法で高さ調節
を行ない、ざらにけがき線と重なっていることをチェッ
クして移動動作を完了する。なお、切断開始点13より
けがき線9へのR知位置の検索は上記と同様にa−1,
2,3゜4、・・・・・・絨として同心円的にけがき線
を探索して最初にけがき線と交わった位置F (h、V
)をけがき線上の教示点とする。もう一つの旋回姿勢制
御において、旋回軸(C軸)の回転において設定値に一
致する点は2箇所あるため、常にこの2箇所のC軸の回
転角を求め、回転角の小ざい方が設定値に一致する点を
旋回姿勢制御の求める点とする。
第2の教示点のティーチングが完了すると同様な操作を
繰返して第3.4.5.・・・・・・と進める。
このようにしてけがき線上を自動的に順次ティーチング
して一周する。そして終点としたい所でけがき線を終わ
らせ(テープで覆う等)で、この点に着たら警報を出力
してロボットを停止させる。
このように操作者は最初の切断開始点13へ合せてやる
だけで自助的にティーチングが実行されるので、ティー
チング能率を大幅に向上させることが可能となる。
次に本発明の他の実施例について説明する。
前記実施例では切断開始点の教示および緩やかな曲面状
態の教示については容易に実行できるが、曲面の変化が
急な場合には旋回、または回転姿勢制御が不可能になる
。そこで、このような場合または予めワーク形状からこ
のことが予想できる場合は、姿勢制御が不可能となった
時にティーチング装置より警報を発してティーチングを
停止する。
そして、オペレータが手助にて曲面の特異点について、
また切断方式等加工方法より必要と考えられる位置につ
いて旋回および回転姿勢制御を行ない、ティーチングヘ
ッドの高さ制御機能を使って必要とする教示点の位置決
めを行ない、座標情報を記憶させる。
このようにすれば、1鈴ティーチングが不可能な区間対
してのみ手動で教示を行なうことにより、全区間の教示
を行なうことができる。この場合、切断動作時には教示
点間を継いだだけでは切断線がスムーズにならないため
、前後の教示点を使って円弧補間を行なって前後の補間
同士を接線で結ぶことにより滑らかな曲線を形成するこ
とが可能となるので、この曲線に従って切断を行なえば
よい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施するこ
とができるものである。例えば点光源の個数としては4
膿に限定されるものではなく、311以上あればよい。
また上記実施例ではCO2レーザ切断装置に適用する場
合について述べたが、溶接装置やシール剤塗布装置等他
の装置に対しても適用実施することができる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、ロボットのヘッド近
傍に設けられワーク表面を所定の照射角で点照射する3
個以上の点光源と、前記ヘッド近傍に設けられ前記各点
光源にて照射されたワーク上の輝点およびこのワーク上
に描かれた連続的な教示点を撮像する搬像装置と、この
Wlt像装置により撮像された各輝点および教示点を表
示するモニタと、このモニタに表示される各輝点と教示
点とを複数段階に識別可能に設定する画像識別回路と、
前記Ii像装置によりmeされた前記ヘッドの位置を代
表する輝点と各教示点の情報が入力され前記ヘッドを三
次元的に移動制御するに必要な教示データをロボット制
御装置に出力する演算制御装置とを備え、この演算制御
l装置は前記ヘッドの位置を代表する輝点と最初の教示
点との距離を演算してこの輝点を前記最初の教示点に移
動させる教示データを得る移動距離演算手段、この移動
距11を演算手段により前記ヘッドの位置を代表する輝
点が最初の教示点に一致すると前記ヘッドの位置を代表
する輝点と水平位置を代表するn点との距離を演算して
その距離が基準値に達するまで前記ヘッドの中心を軸と
して旋回運動させる教示データを得る旋回動作演算手段
、この旋回動作演算手段によりヘッドの位置を代表する
輝点と水平位置を代表する輝点とが基準値に達すると垂
直位置を代表する輝点と前記ヘッドの位置を代表する輝
点との距離を演算してその距離が基11!値に合致する
まで前記ヘッドを垂直面内で回転動作させる教示データ
を得る回転姿勢演算手段および前記搬像装置にて’fa
@された連続的な教示点に沿って前記ヘッドを予め設定
された距離毎に移動させる手段から構成して、前記ヘッ
ドをワーク間との距離を一定に保ち且つ連続的な教示点
に沿って予め設定された距離を移動しながら各教示デー
タを前記ロボット制御g装置に記憶させて三次元曲面上
の教示点位置と作業姿勢を教示するようにしたものであ
る。
従って、ロボットのヘッドを連続的なけがき線に沿って
連続して移動する動作、移動動作中たえずヘッドのワー
ク表面に対する姿勢角を一定に制御する作業およびヘッ
ドとワーク表面との間の距離を一定に制御する作業を自
動的にロボットにティーチングすることができるので、
熟達したオペレータを必要とせずにロボットに対するテ
ィーチング作業を正確に且つ能率的に実施することがで
き、もってロボットの稼働率の向上と製品の精度の向上
が期待できる。
【図面の簡単な説明】 第1図乃至第5図は本発明によるロボットの三次元ティ
ーチング装置の一実施例を示すもので、第1図はロボッ
トを含む装置全体を示す斜視図、第2図はティーチング
装置の要部を示す斜視図、第3図は同要部を切欠いてそ
の詳細を示す斜視図、第4図はティーチング装置全体の
概略構成図、第5図は同ティーチング装置における動作
原理の説明図である。 1・・・・・・ロボット本体、4・・・・・・加工ヘッ
ド、7・・・・・・ティーチングヘッド、8・・・・・
・ワーク、9・・・・・・けがき線、11a、11b、
11c、 11d−・−・一点光源、13・・・・・・
切断開始点、14・・・・・・カメラ、15・・・・・
・モニタ、16・・・・・・演算制m+装置、17・・
・・・・ロボット制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ロボットのヘッドを三次元的に移動制御すると共にその
    姿勢を制御してワーク上に描かれた連続的な教示点をロ
    ボットに対してティーチングするようにしたロボットの
    三次元ティーチング装置において、前記ロボットのヘッ
    ド近傍に設けられワーク表面を所定の照射角で点照射す
    る3個以上の点光源と、前記ヘッド近傍に設けられ前記
    各点光源にて照射されたワーク上の輝点およびこのワー
    ク上に描かれた連続的な教示点を撮像する撮像装置と、
    この撮像装置により撮像された各輝点および教示点を表
    示するモニタと、このモニタに表示される各輝点と教示
    点とを複数段階に識別可能に設定する画像識別回路と、
    前記撮像装置により撮像された前記ヘッドの位置を代表
    する輝点と各教示点の情報が入力され前記ヘッドを三次
    元的に移動制御するに必要な教示データをロボット制御
    装置に出力する演算制御装置とからなり、この演算制御
    装置は前記ヘッドの位置を代表する輝点と最初の教示点
    との距離を演算してこの輝点を前記最初の教示点に移動
    させる教示データを得る移動距離演算手段、この移動距
    離演算手段により前記ヘッドの位置を代表する輝点が最
    初の教示点に一致すると前記ヘッドの位置を代表する輝
    点と水平位置を代表する輝点との距離を演算してその距
    離が基準値に達するまで前記ヘッドの中心を軸として旋
    回運動させる教示データを得る旋回動作演算手段、この
    旋回動作演算手段によりヘッドの位置を代表する輝点と
    水平位置を代表する輝点とが基準値に達すると垂直位置
    を代表する輝点と前記ヘッドの位置を代表する輝点との
    距離を演算してその距離が基準値に合致するまで前記ヘ
    ッドを垂直面内で回転動作させる教示データを得る回転
    姿勢演算手段および前記撮像装置にて撮像された連続的
    な教示点に沿って前記ヘッドを予め設定された距離毎に
    移動させる手段を備え、前記ヘッドをワーク間との距離
    を一定に保ち且つ連続的な教示点に沿って予め設定され
    た距離を移動しながら各教示データを前記ロボット制御
    装置に記憶させて三次元曲面上の教示点位置と作業姿勢
    を教示するようにしたことを特徴とするロボットの三次
    元ティーチング装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7203601B2 (en) 2003-08-05 2007-04-10 Fanuc Ltd. Work mounting device
WO2019102822A1 (ja) * 2017-11-27 2019-05-31 アズビル株式会社 ポインタ装置

Cited By (2)

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