JPS6325704A - 工業用ロボツト - 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Ｊ この発明は、手首部が予め教示された教示点に沿って順
次移動するように動作する工業用ロボットに係り、特に
、その教示および手首部の位置修正等を行う際において
、手首部のリモート操作を能率良く行うことができる工
業用ロボットに関する。

「従来の技術」 第５図および第６図は、塗装用または溶接用などに用い
られる工業用ロボットの一構成例を示す平面図および側
面図である。これらの図において、ロボット本体１は支
持台２を有し、支持台２の上面には基台３が旋回可能に
設けられている。また、基台３の上面には、垂直アーム
４の下端部が原点０を中心に回動可能に支持され、この
垂直アーム４の上端部には、水平アーム５の基端部が回
動可能に支持されている。この場合、垂直アーム４およ
び水平アーム５は、基台３上に設けられたシリンダ装置
６および７によって前後および上下に各々揺動されるよ
うになっている。また、水平アーム５の先端には、手首
部８が回動可能に支持され、さらに、この手首部８には
塗装ガン９が旋回可能かつ捻り方向回動可能に取り付け
られている。このように、ロボット本体ｌは、腰回転（
基台３の水平旋回）、腕回転（垂直アーム４の前後揺動
）、肘回転（水平アーム５の上下揺動）の基本３軸の動
作により、手首部８を所望の位置に誘導し、手首曲げ、
手首回転、手首捻りの手首３軸の動作により、塗装ガン
９の作業姿勢を決めるようになっている。

ここで、上記ロボット本体ｌの動作を表現する座標系と
しては、絶対座標とロボット座標がある。

絶対座標は、手首部８の位置と、手首曲げ、手首回転お
よび手首捻りの３つの動作軸の各回転角度とによって、
ロボット本体ｌの動作を表現するもので、手首部８の位
置は、ロボット本体Ｉの左右方向をＸ軸、前後方向をｙ
軸、上下方向をＺ軸とし、原点Ｏを垂直アーム４の回動
中心に取った３次元直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）で示され、
また、手首曲げ、手首回転および手首捻りは、第７図に
示すように（α、β、γ）で示されるようになっている
。これにより、絶対座標においては、ロボット本体１の
動作は（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）の６つの成分によっ
て表現される。

一方、ロボット座標は、腰回転、腕回転、肘回転、手首
曲げ、手首回転および手首捻りの６つの動作軸の各回転
角度によってロボット本体ｌの動作を表現するもので、
第８図に示すようにロボット本体ｌは、上記各動作軸に
各々対応する　（θ１゜θ１．θ３．θ４．θ６．θ６
）の６つの成分によって表現゛される。このロボット座
標（θ８．θ７．θ５．θ４．θ、。

θ。）は座標変換演算処理を行うことにより絶対座標（
ｘ、ｙ、ｚ、α、β。γ）に変換することかでき、また
絶対座標（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）は逆座標変換演算
処理を行うことによりロボット座標（θ１．θ１．θ３
．θ４゜θ６．θ、）に変換することができ、したがっ
て、−方が判れば他方を算出することが可能である。

さて、上述した工業用ロボットの教示方法としては、教
示時に、実際の作業時と全く同じ動きをさせて動作経路
を記憶させる　ＣＰ　（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐａｔｈ
　）教示方式と、動作経路の主要点のみを教示するＰ　
Ｔ　Ｐ　（ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ｐｏｉｎｔ）教示方式と
がある。

このどちらかの方式を採用するかは、ロボットの使用目
的によって異なるが、動作速度が大で、経路か複雑な場
合には、ＰＴＰ方式の方が有利である。

また、ＰＴＰ方式による教示時において、手首部８を所
望の位置に誘導し、塗装ガン９の作業姿勢を決めるリモ
ート操作方法としては、絶対座標により手首部８の移動
方向や塗装ガン９の作業姿勢を指定する方法と、ロボッ
ト座標により直接各動作軸毎に回転角度を指定する方法
の２つの方法がある。

前者の絶対座標によって教示する方法においては、リモ
ートティーチングボックスに第７図に示した絶対座標（
ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）の各６−つの成分の各々Ｊこ
対応した操作スイッチが設けられており、これらの各操
作スイッチを操作することによって、手首部８を所望の
位置まで移動させ、塗装ガン９の姿勢を決める。この場
合、ロボットの制御装置はリモートティーチングボック
スから入力された絶対座標（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）
をロボット座標（θ１゜θ２．θ３．θ４．θ６．θ６
）に変換した上で、各動作軸をそれぞれ動作させる。一
方、後者のロボット座標によって教示する方法において
は、リモートティーチングボックスに第８図に示したロ
ボット座標（θ１．θ４．θ５．θ４．θ６．θＩｌ）
の６つの成分の各々に対応した操作スイッチが設けられ
ており、これらの各操作スイッチを操作することによっ
て、６つの動作軸をそれぞれ動作させ、手首部８を所望
の位置まで移動させ、塗装ガン９の姿勢を決める。

これら両者のリモート操作方法を比較すると、手首部８
の位置をロボット座標によって指定するよりも、絶対座
標によって指定する方が、操作員にとっては手首部８の
位置や移動方向の認識が容易であり、操作がし易い。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上述した絶対座標を指定してリモート操作す
る場合、従来の工業用ロボットにおいては、座標系がロ
ボット本体Ｉに対して固定的に設定されていたため、リ
モート操作が煩雑となる場合があった。

例えば、第９図に示すように、ロボット本体１の前方に
置かれたワーク１０の、Ｋ軸およびｙ軸と平行でない被
塗装面ｌｅａの塗装を行わせる際において、予め、被塗
装面１０ａと所定の距離だけ離間した教示点Ｐ１〜Ｐ、
を順次教示する場合について説明する。この場合、手首
部８の姿勢はロボットの制御装置によって常に一定の方
向を向くように制御され、これにより、手首部８を一度
ワーク！０の被塗装面１０ａに対して直角となるように
設定すれば、以降１手首部８の姿勢を調整する必要がな
いように構成されているものとする。そして、手首部８
の移動方向を指定してリモート操作する場合、手首部８
の移動方向は第７図に示す３次元直交座標のＸ　ＭＮ　
ｙ軸またはＺ軸の３方向に規定され、その動作に制約を
受けているので、操作員はリモートティーチングボック
スを操作し、手首部８をＸ軸方向に移動させる操作と、
Ｘ軸方向に移動させる操作を交互に繰り返さなければな
らない。要するに、手首部８を第９図に点線で示すよう
に階段状に移動させて、教示点Ｐ１〜Ｐ６を順次教示し
なければならない。このように、ワーク１０の塗装面１
０ａがＸ軸またはｙ軸と平行でないような場合において
は、教示時に、手首部８の移動方向を何回も変更しなけ
ればならず、リモート操作が極めて煩雑となる。ここで
、Ｘ軸方向の移動と、Ｘ軸方向に移動を同時に行わせる
ことも可能であるが、この場合においてら、手首部８は
Ｘ軸およびｙ軸に対して４５°の方向に移動するだけで
、その動作に制約を受けていることには何ら変わりない
。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、教示
および手首部の位置修正等を行う際において、手首部を
ロボット本体の基準座標軸と平行でない方向に移動する
場合においても、手首部のリモート操作を極めて容易に
、能率良く行うことができる工業用ロボットを提供する
ことを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、基台上に複数の動作軸を介して支持された
手首部の移動方向として、前記基台を原点とする３次元
直交座標の各座標軸の方向から任意の方向を選択して指
示すると共に、前記手首部の姿勢を指示する操作手段と
、前記操作手段から供給される操作信号に基づいて、前
記手首部の位置および該手首部を構成する各動作軸の回
転角度を成分とする絶対座標を求め、この絶対座標から
前記各動作軸の回転角度を成分とするロボット座標を算
出し、このロボット座標に基づいて前記各動作軸の回転
制御を行う制御手段と、前記制御手段に付加され、前記
操作手段によって前記手首部をワークの作業面に対して
直角に向けた場合の該手首部を構成する各動作軸の回転
角度を、前記３次元直交座標の各座標軸に対する前記ワ
ークの作業面の傾き量として取り込み、この傾き量に基
づいて前記絶対座標から算出されたロボット座標の各成
分を補正する補正手段とを具備することを特徴としてい
る。

「作用」 操作手段によって、手首部をワークの作業面に対して直
角に向けることにより、この手首部を構成する各動作軸
の回転角度が、基台を原点とする３次元直交座標の各座
標軸に対する前記ワークの作業面の傾き量として取り込
まれ、この傾き量に基づいて、絶対座標がワークに対し
て平行な座標に補正され、この補正された絶対座標から
算出されたロボット座標はワークに対して平行な位置デ
ータとして与えられる。さらに、この補正されたロボッ
ト座標に基゛づいて各動作軸の回転制御がなされるので
、操作手段によって手首部の移動方向を指示するだけで
、手首部をワークの作業面に対して平行に移動させるこ
とができる。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例を、第５図および第６図に
示した工業用ロボットに適用した場合の構成を示すブロ
ック図である。

第１図において、１１は制御装置であり、ＣＰＵ（中央
処理装置）、ワークメモリ１２等から構成され、ワーク
メモリ１２には、教示データエリアが確保されている。

１３はフレシキブルディスク等の補助記憶装置であり、
教示データをロボット座標（θ１．θ２．θ５．θ４．
θ６．θ、）の形で記憶する。

１４は制御装置ＩＩの制御の下にロボット本体１の各動
作軸を駆動する駆動装置、１５はロボット本体ｌの各動
作軸に設けられたポテンショメータ等の検出装置であり
、各動作軸の回転角度を検出し、その検出結果をデジタ
ル信号に変換して制御部１１へ供給する。また１６はリ
モートティーチングボックスであり、このリモートティ
ーチングボックス１２には、第２図に示すように、各教
示点毎に、教示データの取り込みを指示するための教示
ボタンＢと、　Ｘ位置設定キーＫ　、、Ｋ　、と、ｙ位
置設定キーＫ　’ｓ　、　Ｋ　４と、Ｚ位置設定キーに
２．に、と、α角度設定キーに７．に、と、β角度設定
キーに、。

ＫＩＯと、γ角度設定キーＫ　Ｉｌ、Ｋ　１２とが各々
設けられている。Ｘ位置設定キーＫ　３．　Ｋ　ｔ、ｙ
位置設定キーに３．に、およびＺ位置設定キーに３．に
、は、手首部８を第７図に示す基準となる３次元直交座
標の各座標軸、Ｘ軸、ｙ軸およびＺ袖と各々平行な方向
に移動させるためのキースイッチであり、またα角度設
定キーに、、、に、、β角度設定キーに、。

Ｋ　１Ｇおよびγ角度設定キーＫ　１　Ｉ、　Ｋ　１２
は手首部８を第７図に示すように手首曲げ方向、手首回
転方向および手首捻り方向へ各々回動させるためのキー
スイッチである。

上述した各キーは従来のりモートチイーチングボックス
にも備えられていたが、この一実施例においては上述し
た各キーに加えて、モード切換スイッチＫ　１３が設け
られている。モード切換スイッチＫＩｆｆは、制御装置
１１の動作モードを基準座標モードから座標可変モード
に、または座標可変モードから基準座標モードに切り換
えるためのキースイッチである。

次に、上述した構成の工業用ロボットにおいて、リモー
ト操作によって教示を行う際の動作について説明する。

まず、この一実施例の基本動作である、基準座標モード
時における動作について説明する。

例えば、ワークＩＯの被塗装面１０ａが第３図（イ）お
よび（ハ）に示すように、ロボット本体１の基準となる
３次元直交座標のＸ軸と平行となっている場合において
は、制御装置１１を基準座標モードで動作させる。この
場合、操作員がリモートティーチングボックス１６のＸ
位置設定キーＫ。

またはに、を押すと、制御装置１１は、リモートティー
チングボックス１６から供給される操作信号に基づいて
、絶対座標（Ｘ、ｙ、Ｚ、α、β、γ）の各位の内、　
Ｘの値のみを増加または減少させ、次いで、このＸの値
のみが変更された絶対座標から、逆変換演算処理によっ
てロボット座標（θ１．θ、。

θ３．θ４．θ６．θ６）を算出する。そして、この逆
変換演算処理によって算出されたロボット座標（θ１゜
θ２．θ１．θ４．θ６．θ、）と、検出装置１５から
供給される検出結果とに基づいて駆動装置Ｉ４を駆動し
、各動作軸を回転させ、手首部８を移動させる。

この場合、操作員がＸ位置設定キーに、またはに、を押
している間、手首部８は第３図（イ）および（ハ）に示
すように、基準となる３次元直交座標のＸ軸と平行に移
動する。そして、この手首部８が平行移動している間、
絶対座標（Ｘ、ＬＺ、α、β、γ）の各成分の内、手首
部８の姿勢に対応した成分である（α、β、γ）は変更
されないので、手首部８のワーク１０の被塗装面１０ａ
に対する姿勢は常に一定方向に維持される。つまり、第
３図（イ）においては、手首部８が常に被塗装面１０ａ
と直交する方向（ｙ軸方向）を向いており、また第３図
（ハ）においては、手首部８が常に被塗装面１０ａと直
交する方向（ｙ軸方向）と角度Δαをなす方向を向いて
いる。したがって、手首部８を一度ワーク１０の被塗装
面１０ａに対して所定角度となるように設定すれば、以
降手首部８の姿勢を調整する必要はない。

ここで、操作員は手首部８を所望の位置、例えばワーク
ｌＯの被塗装面１０ａの塗装開始位置から所定距Ｍ離間
した位置まで移動して教示ボタンＢを押す。すると、こ
の教示点におけるロボット座標（θ、θ、、θ１．θ４
．θ１．θ６）がワークメモリ１２の教示データエリア
内に格納される。次に、Ｘ位置設定キーに１またはに、
を押して手首部８を被塗装面１０ａと平行に移動させ、
次の教示点に達した時点で再び教示ボタンＢを押す。こ
のようにして、被塗装面１０ａと平行な各教示点を順次
教示する。

また、ワーク１０の被塗装面１０ａがロボット本体ｌの
ｙ軸と平行な場合、および第３図（ロ）および（ニ）に
示すように被塗装面１０ａが２軸と平行な場合において
も、上述した動作と同様にして、手首部８を被塗装面１
０ａと平行に移動させて、各教示点を順次教示すること
ができる。

次に、この一実施例の要部である、座標可変モード時に
おける動作について説明する。

例えば、ワークＩＯの被塗装面１０ａが第４図（イ）に
示すように、ロボット本体Ｉの基準となる３次元直交座
標のＸ軸に対して角度Δαの傾きを有している場合につ
いて説明する。このような場合、作業員はモード切換キ
ーＫ１３を押して制御装置１１の動作モードを座標可変
モードとし、次いで、α角度設定キーに７およびに８を
操作して、手首部８をワーク１０の被塗装面１０ａと直
交する方向に向ける。

次に、操作員がＸ位置設定キーに、またはに、を押すと
、制御装置１１は、リモートティーチングボックス１６
から供給される操作信号に基ブいて、絶対座標（Ｘ、ｙ
、Ｚ、α、β、γ）の各位の内Ｘの値のみを増加または
減少させ、次いで、このＸの値のみが変更された絶対座
標から、逆変換演算処理によってロボット座標（θ１θ
、、θ３．θ４．θ６．θ８）を算出し、さらに、この
逆変換演算処理によって算出されたロボット座標の各成
分の内θ１の値をΔα分だけ補正してθ１゛（＝θ１＋
Δα）とする。

この場合、角度Δαは、絶対座標における手首部８の姿
勢に対応した成分（α、β、γ）内のαの値から求めら
る。すなわち、予め手首部８の向きを被塗装面１０ａに
対して直角としたので、この手首部８と　Ｘ軸とがなす
角度、つまりαの値はΔαとなっている。

次いで、制御装置１１は上述した逆変換演算処理および
補正演算処理によって得られたロボット座標（θ１”、
θ３．θ３．θ４．θ６．θｓ）と、検出装置１５から
供給される検出結果とに基づいて駆動装置１４を駆動し
、各動作軸を回転させ、手首部８を移動させる。この場
合、操作員がＸ位置設定キーに１またはに、を押してい
る間、手首部８は第４図（イ）に示すように、ワークＩ
Ｏの被塗装面１０ａと平行に移動する。すなわち、上述
した補正演算処理によりθ１°＝θ１＋Δαとすること
により、基準となる３次元直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）に対
してその原点０を中心としてｘ−ｙ平面に沿って角度Δ
αだけ回転した新たな３次元直交座標（Ｋ’　、ｙ’　
、ｚ’）を設定したと見なすことができ、したがって、
操作員がＸ位置設定キーに、またはに、を押している間
、第３図（イ）の場合と同様に手首部８がＸ”軸と平行
に移動し、これにより、手首部８がｘ′帷と平行な被塗
装面１０ａと平行に移動する。

この手首部８が被塗装面１０ａと平行移動している間、
絶対座標（に、ｙ、ｚ、α、β、γ）の各成分の内、手
首部８の姿勢に対応した成分（α、β、γ）は変更され
ないので、手首部８のワークＩＯの被塗装面１０ａに対
する姿勢は常に一定方向に維持される。

つまり、第４図（イ）においては、手首部８が常に被塗
装面１０ａと直交する方向を向いている。したがって、
手首部８を一度ワーク１０の被塗装面１０ａに対して直
角となるように設定すれば、以降手首部８の姿勢を調整
する必要はない。

ここで、操作員は手首部８を所望の位置まで移動して教
示ボタンＢを押すと、この教示点におけるロボット座標
（θ１．θ、、θ３．θ４．θ６．θ６）がワークメモ
リ１２の教示データエリア内に格納される。次に、Ｘ位
置設定キーに１またはに、を押して手首部８を被塗装面
１０ａと平行に移動させ、次の教示点に達した時点で再
び教示ボタンＢを押す。

このようにして、被塗装面１０ａと平行な各教示点を順
次教示する。

また、第４図（ロ）に示すように、被塗装面ｌＯａがＺ
軸に対して対して角度Δβの傾きを有している場合にお
いても、上述した動作と同様にして、手首部８を被塗装
面１０ａと平行に移動させて、各教示点を順次教示する
ことができる。

なお、上述した一実施例においては、塗装用ロボットに
適用した場合を例にして説明したが、溶接用ロボット等
に適用することも勿論可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、基台上に複数
の動作軸を介して支持された手首部の移動方向として、
前記基台を原点とする３次元直交座標の各座標軸の方向
から任意の方向を選択して指示すると共に、前記手首部
の姿勢を指示する操作手段と、前記操作手段から供給さ
れる操作信号に基づいて、前記手首部の位置および該手
首部を構成する各動作軸の回転角度を成分とする絶対座
標を求め、この絶対座標から前記各動作軸の回転角度を
成分とするロボット座標を算出し、このロボット座標に
基づいて前記各動作軸の回転制御を行う制御手段と、前
記制御手段に付加され、前記操作手段によって前記手首
部をワークの作業面に対して直角に向けた場合の該手首
部を構成する各動作軸の回転角度を、前記３次元直交座
標の各座標軸に対する前記ワークの作業面の傾き量とし
て取り込み、この傾き量に基づいて前記絶対座標から算
出されたロボット座標の各成分を補正する補正手段とを
設けたので、操作手段によって手首部をワークの作業面
に対して直角な方向に向ければ、以降、操作手段によっ
て手首部の移動方向を指示するだけで、手首部をワーク
の作業面に対して平行に移動させることができ、したが
って教示および手首部の位置修正等を行う際に、例えば
、手首部を、ロボット本体の基準となる３次元直交座標
の各座標軸と平行でない方向に移動する場合においても
、手首部のリモート操作を極めて容易に、能率良く行う
ことができ、この結果、教示や位置修正等の操作時間を
大幅に短縮することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例のリモートティーチングボックス１６
の外観構成を示す正面図、第３図および第４図は同実施
例の動作を説明するための概略機構図、第５図および第
６図は同実施例が適用される塗装用ロボットの一構成例
を示す平面図および側面図、第７図は工業用ロボットの
動作を表現するための絶対座標系における各成分を説明
するための図、第８図は同ロボットの動作を表現するた
めのロボット座標系における各成分を説明するための概
略機構図、第９図は従来の工業用ロボットのリモート操
作時における動作を説明するための概略１１！溝図であ
る。 ■・・・・・・ロボット本体、３・・・・・・基台、４
・・・・・・垂直アーム、５・・・・・・水平アーム、
８・・・・・・手首部、９・・・・・・塗装ガン、１０
ａ・・・・・・被塗装面（ワークの作業面）、１１・・
・・・・制御装置（制御手段、補正手段）、１４・・・
・・・駆動装置、１５・・・・・・検出装置、Ｉ６・・
・・・・リモートティーチングボックス、Ｋ　、、Ｋ　
１・・・・・・Ｘ位置設定キー、Ｋ　３．Ｋ　、・・・
・・・ｙ位置設定キー、Ｋ２．に、・・・・・・２位置
設定キー、Ｋ　？　、　Ｋ　ｅ・・・・・・　α角度設
定キー、Ｋ、、に、。・・・・・・　β角度設定キー、
Ｋ　ｌ　ｌ　＋に１．・・・・・・γ角度設定キー（以
上設定手段）、Ｋ　Ｉｆｆ・・・・・・モード切換キー
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基台上に複数の動作軸を介して支持された手首部の移動
   方向として、前記基台を原点とする３次元直交座標の各
   座標軸の方向から任意の方向を選択して指示すると共に
   、前記手首部の姿勢を指示する操作手段と、前記操作手
   段から供給される操作信号に基づいて、前記手首部の位
   置および該手首部を構成する各動作軸の回転角度を成分
   とする絶対座標を求め、この絶対座標から前記各動作軸
   の回転角度を成分とするロボット座標を算出し、このロ
   ボット座標に基づいて前記各動作軸の回転制御を行う制
   御手段と、前記制御手段に付加され、前記操作手段によ
   って前記手首部をワークの作業面に対して直角に向けた
   場合の該手首部を構成する各動作軸の回転角度を、前記
   ３次元直交座標の各座標軸に対する前記ワークの作業面
   の傾き量として取り込み、この傾き量に基づいて前記絶
   対座標から算出されたロボット座標の各成分を補正する
   補正手段とを具備することを特徴とする工業用ロボット
   。