JPS6231366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工業用ロボツトにおける作業軌跡デ
ータ作成方法に関する。

一般に、鋳仕上作業（たとえば、グラインダに
よるバリ取り作業）を自動化するには、NC（数
値制御）化する方法とロボツト化する方法が考え
られる。

NC化する方法であれば、ワークの形状・寸法
等を設計図よりデータ入力できるが、そのために
は、加工機械に対してワークを正確に位置決め設
置（取付け）する必要があり、小物が大量に加工
するような作業には適さない。

一方、ロボツト化する方法であれば、ワークの
位置決め設置の精度については、ある程度の融通
がきくが、その代わりに毎回個別にテイーチング
する必要がある。

しかし、同型のものを大量に加工する場合は、
最初のワークに対してテイーチングする際に、そ
の時のデータを記憶させておけば、後のワークに
対しては、記憶されたデータをもとに加工作業を
繰返せばよいけれども、後のワークを初めにテイ
ーチングしたワークと全く同じになるように位置
決め設置する必要がある。

従つて、鋳仕上作業を自動化するにあたつてネ
ツクとなるのは、ワークの取付作業をいかに迅速
かつ正確にするかである。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされた
もので、とくに単純作業で作業環境も悪い鋳仕上
作業の自動化を促進させるために、加工の際のワ
ークの取付作業を迅速に行なうことによつて、作
業効率の向上を図ることを目的とするものであ
る。

かかる目的を達成するために、本発明に係る作
業軌跡作成方法は、基本的には、基準ワークの三
次元作業軌跡座標データ中に、少なくとも３点の
チエツクポイントにおける三次元座標データを設
定する一方、比較的ラフに作業台上にセツトした
新ワークの上記チエツクポイントにおける三次元
座標データを求めて、基準ワークのチエツクポイ
ントを基準にした座標系を新ワークのチエツクポ
イントを基準にした座標系に座標移動して、新ワ
ークの三次元作業軌跡座標データを作成し、当該
作業軌跡データをもとに新ワークの実作業を行う
ようにしたものである。

以下、本発明の実施例を添付図面に従つて詳細
に説明する。

第１図に示すように、門形鋳仕上ロボツトは、
一対の門形フレーム１，１の上部に、Ｙ軸方向に
沿つて移動可能な水平アーム部２を設けると共
に、水平アーム部２に対して、Ｘ軸方向に移動可
能で、Ｚ軸方向に昇降可能な垂直アーム部３を設
ける一方、該垂直アーム部３の下部に、グライン
ダー４を支持し、α軸，β軸を中心に回転可能な
手首部５を設けて成り、床面上にワークの移動手
段（コンベア）６と、ワークの固定手段（電磁チ
ヤツク）７を備えた周知の構成である。なお、８
は制御盤である。

上記水平アーム部２と垂直アーム部３には、移
動量を、手首部５には回転量を夫々検出する位置
検出器１２（第３図参照）を付設する。

一方、垂直アーム部３には、第２図に詳細に示
すように、θ_１，θ_２，θ_３の３自由度を持ち、
アーム長が_１，_２の座標入力用アーム９を取
付ける。

該座標入力用アーム９は、先端が指示針（接触
部）１０となつていて、各関節角θ_１，θ_２，θ
_３の回転量を夫々検出する位置検出器１３（第３
図参照）を付設する。

該座標入力用アーム９には、座標入力スイツチ
１１を設け、該スイツチ１１を押した位置での各
関節角θ_１，θ_２，θ_３の回転量を夫々検出でき
るようにしている。

なお、垂直アーム部３には、座標入力用アーム
９の固定金具９ａを設け、不使用時は該固定金具
９ａに固定する。

座標入力用アーム９は、取外し方式としても良
く、また、水平アーム部２と垂直アーム部３を座
標入力用アームとして利用する構成としても良
く、さらに、床面上に別途設置する構成であつて
も良い。

第３図に示すように、上記位置検出器１２，１
３および座標入力スイツチ１１は、各アーム部
２，３や手首部５等を駆動するロボツト駆動装置
１４を制御する制御回路１５に接続する。

また、制御回路１５には、モード切替スイツチ
１６、起動スイツチ１７および停止スイツチ１８
を有する上記制地盤８を接続すると共に、後述す
るデータ入力部１９、第１メモリ２０、第２メモ
リ２１、演算回路２２を接続する。

上記のように構成した工業用ロボツトによつて
作業軌跡データを作成する方法を、第４図のフロ
ーチヤートを参照しながら説明する。

(1) ワーク上に特徴的なチエツクポイントを３点
以上定める。これは、三次元のワーク（物体）
を一義的に位置決めするために必要なもので、
従つて、チエツクポイントは一直線上に並ばな
いように、また点（ポイント）間は、できるだ
け離れている事が望ましい。これらのチエツク
ポイントには、点１，点２，点３，…というよ
うに順次番号を割り当てる。

(2) 位置検出器１２またはデータ入力部１９よ
り、第１メモリ２０に、基準ワークの三次元作
業軌跡座標データを格納する。このデータは、
従来のCP，PTP，NC制御方式のロボツトの軌
跡教示方法に準じて得る。

(3) データ入力部１９より、第１メモリ２０に、
図面データ等をもとにして、上記データ中に設
定したチエツクポイントにおける三次元座標デ
ータを格納する。このデータは、上記座標入力
用アーム９を利用して得ることも可能である。

(4) 鋳仕上作業すべき新ワークを移動手段６で搬
送して固定手段７でチヤツクする。この場合、
ワークは厳密な位置決めをする必要はなく、加
工の容易さとワークの安定性のみを考慮すれば
良い。

従つて、ワークの取付作業を迅速に行うこと
ができる。

(5) ついで、制御盤８のモード切替スイツチ１６
を＜座標入力モード＞に切替えて、起動スイツ
チ１７を押す。ポイントカウンタに１がセツト
される。ｉ←１。

(6) 座標入力用アーム９を固定金具９ａからはず
し、該アーム９の指示針１０をワーク上にある
上記チエツクポイントｉ（点１）番目に当てて
座標入力スイツチ１１を押す。

(7) 座標入力スイツチ１１が押されることによ
り、そのときのロボツトの各アーム部２，３お
よび座標入力用アーム９の位置検出器１２，１
３からの位置データが入力され、第２メモリ２
１のポイント（ｉ）で指定されるアドレスに格
納される。

座標系を第５図のようにとり、ロボツトの門
形フレーム１，１の高さをｈとすれば、各アー
ム部２，３の偏位量がＸ，Ｙ，Ｚであるときの
アーム部２，３の先端点Ａの座標は、 Ａ（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）＝（Ｘ，Ｙ，ｈ―Ｚ） となる。

また、点Ａと、座標入力アーム９の基準点Ｒ
との距離をａとし、各アーム長を_１，_２と
し、また、各関節角を第６図のようにとれば、
座標入力アーム９の先端点Ｐの座標は、 ｘ_p＝Ｘ＋｛_１・sinθ_２＋_２・cos（θ_２
＋θ_３）｝sinθ_１ ｙ_p＝Ｙ＋_１・cosθ_２−_２・sin（θ_２
＋θ_３） ｚ_p＝ｈ−Ｚ＋ａ−｛_１・sinθ_２ ＋₂cos（θ_２＋θ_３）｝cosθ_１ となる。

点２，３も同様にして位置データを入力す
る。

(8) 座標入力終了スイツチを押すと、予じめ第１
メモリ２０に格納したチエツクポイントにおけ
る座標と、第２メモリ２１に格納したチエツク
ポイントにおける座標とを比較して、第１メモ
リ２０のチエツクポイントを基準にした座標系
Ａから第２メモリ２１のチエツクポイントを基
準にした座標系Ｂへの一次変換式（または変換
行列）を求める。

すなわち、行列であらわしたときのＣ・Ａ＝
ＢであるようなＣを求める。

要素単位で書きおろすと、 とあらわせる。

但し、ｘ_1AはＡ座標系の点１のｘ座標を意味
する。

行列に関する知識から、 Ｃ＝Ｂ・A^-1 と求めることができる。但し、A^-1は行列Ａの
逆行列であり、｜Ａ｜≠０とき、A^-1＝１／｜Ａ｜・ adjAである。

ここで、｜Ａ｜は行列Ａの行列式であり、
adjAは行列Ａの余因子行列である。

(9) ワークの製作誤差により、チエツクポイント
相互間の関係が一致しないことが考えられる。

第７図ａは予じめ格納したチエツクポイント
の位置関係を○印で示し、第７図ｂは今回入力
したチエツクポイントの位置関係を×印で示
し、先の図ａを重ね合わせた例である。この場
合、各点における誤差が全体的に最小になるよ
うにしながら重ね合わせる。

つまり、そのときは、点間距離が一致するよ
うに最小２乗法等を用いて、新たに入力した方
のチエツクポイントの座標値を修正する。

(10) 求まつた一次変換式を用いて基準ワークの三
次元作業軌跡座標データを新ワークの三次元作
業軌跡座標データに変換して、第２メモリ２１
に格納する。

(11) 座標入力用アーム９を固定金具９ａに固定し
た後、モード切替スイツチ１６を＜再生＞にし
て、起動スイツチ１７を押すと、第２メモリ２
１に格納された作業軌跡データをもとにして再
生動作を行う。

すなわち、ロボツトの位置検出器１２からの
データと、第２メモリ２１内の作業軌跡データ
から作成される各位置検出器１２がとるべきデ
ータとを比較し、その差分に対し、たとえばPI
（比例積分）制御を行う。なお、ロボツトの再
生動作は周知であるので詳細な説明は省略す
る。

上記データ作成方法に関し、(1)について補足す
ると、鋳物などのように、上型と下型を重ね合わ
せて製造されるようなものは、各部分（上部と下
部）でずれが生じる場合がある。このような場
合、各部分に各々３点のチエツクポイントを設け
るとよい。また、(2)について補足すると、予じめ
設定する軌跡データ等は、ロボツト本体とその検
出器１２を用いてマニユアルまたは動力使用によ
り、直接ワークに接触させながら入力（教示・記
録）してもよい。

上記した座標入力システムを使用して、例えば
鋳物製品のバリ取り作業とともに、上型と下型の
ずれを考慮して誤差が小さくなるように芯出しケ
ガキを行うようなシステムにすると効率（付加価
値）が高くなる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係
る方法は、基準ワークのチエツクポイントを基準
にした座標系を、新ワークのチエツクポイントを
基準にした座標系に座標移動して、新ワークの作
業軌跡座標データを作成し、この作業軌跡データ
をもとに新ワークの実作業を行うようにしたもの
であるから、加工の際のワークの取付作業に厳密
な位置決めが不要となり、取付作業を迅速に行な
えるようになる。

ロボツト本体に、座標入力用アームを設けると
共に、座標データの第１，第２メモリと、座標移
動の演算回路とを設けたものであるから、ワーク
の取付作業の迅速化と合わせて、新ワークのチエ
ツクポイントにおける座標データの入力が容易に
行え、構造も簡単でコスト安に製作することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は門型鋳仕上ロボツトの斜視図、第２図
は座標入力用アームの斜視図、第３図は第１図の
ロボツトのシステム構成図、第４図はフローチヤ
ート、第５図は各アーム部と座標入力用アームの
座標系を示す図、第６図は座標入力用アームの座
標系を示す図、第７図ａおよび第７図ｂはチエツ
クポイントの位置関係を示す図である。 １…門形フレーム、２…水平アーム部、３…垂
直アーム部、４…グラインダー、５…手首部、６
…移動手段、７…固定手段、９…座標入力用アー
ム、１０…指示針（接触部）、１１…座標入力ス
イツチ、２０…第１メモリ、２１…第２メモリ、
２２…演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準ワークの三次元作業軌跡座標データと、
   該座標データ中に設定した少なくとも３点のチエ
   ツクポイントにおける三次元座標データとを、第
   １メモリに予め格納する一方、セツトした新ワー
   クの上記チエツクポイントにおける三次元座標デ
   ータを第２メモリに格納すると共に、第１メモリ
   のチエツクポイントにおける座標と、第２メモリ
   のチエツクポイントにおける座標とを比較して、
   第１メモリのチエツクポイントを基準にした座標
   系から第２メモリのチエツクポイントを基準にし
   た座標系への一次変換式を求め、該一次変換式を
   用いて基準ワークの三次元作業軌跡座標データを
   新ワークの三次元作業軌跡座標データに変換して
   第２メモリに格納し、第２メモリによつて新ワー
   クの三次元作業軌跡データとしたことを特徴とす
   る工業用ロボツトにおける作業軌跡データ作成方
   法。