JPS63271506A - ロボツトの座標変換方法 - 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１ 本発明はロボットの座標変換方法に関し、一層詳細には
、ティーチングボックスを使用して求めたロボットの動
作基準点データに係るプログラムに本発明方法に係る編
集装置で作成した前記動作基準点に関連するプログラム
を編集合成してロボットの動作プログラムを作成する際
、前記プログラム編集装置のディスプレイ上の座標から
ロボットのエンドイフエククの作動に係る手首パラメー
タを規定する円柱座標へ変換するロボットの座標変換方
法に関する。

［発明の背景］ 従来、ティーチング／プレイバック方式のアーク溶接ロ
ボットにおいてはティーチングボックスからのリモート
コントロールにより実際にロボットマニピュレータのエ
ンドイフェクタを所望の位置まで移動させ、このエンド
イフェクタの全ての作用点・、例えば、ウィービングス
ポット溶接においてはその全てのウィービングスポット
溶接点と停止点および移動速度等をロボットコントロー
ラ内のメモリにロボット動作データと゛じ゛て記憶させ
ている。

この方法はワークに対して実際にロボットを動作させて
ティーチングを行うために、プレイバック時の作業加工
精度が極めてよいという利点がある。

然しなから、このような利点が存在するにも拘らず、従
来のティーチング／プレイバック方式のロボットの動作
教示方法は以下のような種゛々の不都合を露呈している
。

すなわち、 ■　全ての゛動作点を教示する必要があるため、通常、
教示点が非常に多くなる。その上、同′じ動作パターン
を繰り返して動作させる場合であってもティーチングボ
ックスにより繰り返して動作を教示しなければならない
、■　同じ動作パターンを精度よく繰り返させるために
は精度の高いティーチングが必要とされる、 ■　ティーチングオペレータのティーチング技術の個人
差、すなわち、知識や経験の差等、途ロボットの動作精
度の差として顕れ、このロボットを用いてワークに対し
て加工を行った場合、仕上がり状態に差が露呈するごと
になる、 ■　ティーチング結果が適当であるかどうかを確認する
ためには逐一プレイバック動作を必要とし、その際、若
し不適当な個所があることが確認された場合、当該不適
当な個所を補正するための再ティーチングを必要とし、
さらに当該再ティーチング個所に対してプレイバックを
行う必要となる等である。

上記の理由により従来のティーチングだけによるティー
チングプレイバック方式のロボット動作教示方法は所望
のロボット動作データを得るまでに全体として非常に長
い時間がかかる上、ティーチング自体に精度が要求され
頗る煩雑なものとなっている。

一方、この方法の改善を目的としてグラフィックディス
プレイを含む画像処理装置にワーク・の形状モデルデー
タとロボットのモデルデータとを入力して前記グラフィ
ックディスプレイ上で動作のシミュレーションをしなが
らロボットの動作データを得るようにした方法も存在し
ている。

然しながら、この方法で得られたロボット動作データを
活用するためには、ワークを実際の加工に供する前に予
め実物のワークの位置、寸法等の値と設計上の値（前記
形状モデルデータに対応する値）との間に誤差等が存在
しないように調整しておかなければならない。例えば、
この種の誤差には自動車の車体加工の際のプレス溶接等
で生じる加工誤差や、ロボットそのものの組み立て精度
の誤差並びにロボットのバックラッシュ、その他ワーク
の位置決め精度に基づく誤差等が存在している− そこで、画像処理装置内でティーチングしたロボット動
作データが実物のワークに正確に適合しているか否かを
判定するために、必ずｌステップ毎にプレイバック動作
させ確認しなければならない。その際、通常は全ティー
チング点が不適当であることが多く、この確認の段階で
修正ティーチングを行うと共に全動作データの補正をし
なければならない。従って、作業時間が多くかかるとい
う欠点はこの方法においても回避することが出来ない。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ティーチングボックスを使用して求めたロボッ
トの動作基準点データに係るプログラムに本発明方法に
係る少なくともグラフィックディスプレイとコンピュー
タとを含む編集装置で、作成した前記動作基準点データ
に関連するプログラムを編集合成してロボットの動作プ
ログラムを作成する過程において、前記プログラム編集
装置のディスプレイ上の座標からローポットのエンドイ
フェクタの作動に係る手首パラメータを規定する円柱座
標へ変換することにより、実質的にロボットの動作プロ
グラムを作成することを可能とするロボットの座標変換
方法を提供することを目的とする。

［目的を達成するだめの手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はディスプレイ上
に二次元表示された座標系からロボットコントロ−ラ 手首パラメータに係る円柱座標系へ変換するロボットの
座標変換方法であって、ディスプレイ上に二次元表示さ
れた座標から二次元直交座標に変換する第１の工程と、
二次元直交座標からロボットの三次元直交座標に変換す
る第２の工程と、エンドイフェクタの先端部の傾きを補
正する座標変換に係る第３の工程と、エンドイフェクタ
の方向角を補正する座標変換に係る第４の工程と、エン
ドイフェクタのオフセットを補正する座標変換に係る第
５の工程と、前記第５の工程で得た座標を円柱座標に変
換する第６の工程とからなることを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るロボットの座標変換方法についてこ
れを実力缶するための装置との関係において好適な実施
態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図は本発明を実施するための装置の概略構成図であ
って、その中、参照符号１０は本発明に係るロボットの
動作教示システムを示す。当該ｔ′ｌボットの動作教示
システム１０は、基本的にはプログラム編集装置１２と
、ティーチングボックス１４を付属する操作パネル１６
と、ロボットコントローラ１８および実際にワークの溶
接作業等を実行するロボット２０とからなる。

ここで、プログラム編集装置１２は、第２図に示す機能
ブロック図からも諒解されるように、カラーＣＲＴ等の
表示手段からなるカラーディスプレイ２２とＣＰＵを含
む演算装置２４と図形情報等を記憶する記憶手段、例え
ば、フロッピィディスクドライブ装置２６（ＦＤＤ）お
よび指示手段であるマウス２８と前記マウス２８の移動
テーブル２９とを含む指示装置３０とからなる。

次に、前記プログラム編集装置１２は光フプイバを利用
した接続ケーブル３１を介して操作パネル１６に組み込
まれている中継器３２の一方の端子に接続され、当該中
継器３２の他方の端子には光ファイバを利用した接続ケ
ーブル３４を通じて前記ロボットコントローラ１８に接
続されている。

この場合、前記ティーチングボックス１４は接続ケーブ
ル３６を介し前記ロボットコントローラ１８に接続され
ている。そして、当該ロボットコントローラ１８は接続
ケーブル４０を介してロボット２０に接続されると共に
、当該ロボット２０のアーム部の先端には所望の作業を
遂行するエンドイフェクタ、例えば、溶接トーチ４２が
取り付けられ、当該溶接トーチ４２がワークに対し溶接
等の加工処理を行う。ロボット２０および溶接トーチ４
２が実際にアークを発生して溶接作業を実行する動作は
前記ロボットコントローラ１８により制御される。

本実施態様に係るロボットの座標変換方法を実施するた
めの装置は基本的には以上のように構成されるものであ
って、次にその作用並びに効果についてミグウィービン
グスポット溶接を例として以下詳細に説明する。

先ず、操作パネル１６内の図示しない切換キーをティー
チングボックス１４によりロボットコントローラ１Ｂを
介してロボット２ｏを実際に動作させて教示する、所謂
、スタンドアロンモードに設定する。この場合、溶接ト
ーチ４２の先端を第３図に示すワーク４６ａ，４６ｂの
中、溶接面であるワーク４６ａに対して垂直になるよう
に初期設定する。そして、溶接トーチ４２の芯線（図示
せず）の先端を第３図に示す所望のミグスポット点ａ６
、ｂｏおよびＣ。の中心に合わせる。そこで、ミグスポ
ット点ａ。、ｂｏおよびｃｏの中心に溶接開始指令（Ｆ
ＯＯｌｏ）の教示をする。これらの溶接開始教示基準点
、すなわち、ミグスポット点ａｏ、ｂｏお″よびＣ。の
中心位置の教示はティーチングボックス１４を用いてロ
ボット２０を実際に操作してティーチングする。

このようにして得た溶接開始教示基準点の位置の教示に
係るジョブを親ジョブと称する。

次に、前記溶接開始教示基準点に係る親ジョブに対して
、本発明に係るプログラム編集装置１２ヲ用いてウィー
ビングスポットパターンに係るジョブ等の子ジョブを挿
入するために繰作パネル１６の前記図示しないモード切
換キーをプログラム１ｇ９Ａ装置１２側に切り換える。

この動作モードをスレーブモードと称する。

このスレーブモードにおいて、プログラム編集装置１２
の指令により前記溶接開始教示基準点に係る親ジョブは
ロボットコントローラ１８から・中継器３２を介してプ
ログラム編集装置１２のＦＤＤ２６に記憶格納される。

次いで、子ジョブに係るウィービングスポットパターン
の親ジョブへの編集挿入手順について説明する。なお、
本発明に係るプログラム編集装置１２はウィービングパ
ターンあるいはウィービングスポットパターンを作成す
ることが可能であり、前記親ジョブへの子ジョブ編集挿
入工程を説明する前にウィービングスポットパターンの
作成工程について説明する。

この場合、先ず、プログラム編集装置１２のカラーディ
スプレイ２２上に第４図に示すウィービングスポットパ
ターン設定のための基本パターンを表示させる。ここで
、矢印カーソル５０は第５図にその概略形状を示すマウ
ス２８の操作により移動し、本発明に係るプログラム編
集装置１２のオペレージジンは全て当該マウス２８で実
行される。マウス２８を移動テーブル２９上において図
の矢印ＵＳＬ、ＲおよびＤ方向に移動させることによっ
て第４図に示す矢印カーソル５０が同期して夫々の方向
に移動する。この場合、カラーディスプレイ２２の右側
部に表示された動作状態、すなわち、アークを飛ばしな
がら移動する場合の溶接開始（ＷＥＬＤＩＮＧ　ＯＮ）
、空走する場合の溶接停止（ＷＥＬＤＩＮＧ　０ＦＦ）
およびパターン作成を終了する場合の教示終了（ＥＮＤ
　ＴＥＡＣｌｌ）のメニューはマウス２８のライトボタ
ンＲＢを押すことにより選択出来、一方、その動作状態
を左側の同心円パターンの中にヒツトするためには所望
の点に矢印カーソル５０をマウス２８によって移動させ
レフトボタンＬＢを押せばよい。第４図に示すカラーデ
ィスプレイ２２上の同心円Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４
はウィービングスポットの揺動パターンの基準半径に係
る同心円である。このように、マウス２８と矢印カーソ
ル５０とを用いてウィービングスポットパターンを設定
出来る。

上述の動作の実行により前記記憶手段であるＦＤＤ２６
に記憶されたウィービングスポットに係る加工データの
例を第６図に示す。

第６図はミグスポット溶接におけるウィービングスポッ
トパターンの例であって、第６図ａ乃至Ｃの夫々が１個
のウィービングスポットパターンを表し、夫々の図中の
微小円間、例えば、第６図ａにあっては丁で、でり、Ｄ
Ｅ間がアークを飛ばしながらの実際の溶接個所を示して
いる。なお、第６図ａにおいて、点線で示すＡ点からＢ
点に係る区間ＡＢは空走期間である。また、第６図中、
夫々のウィービングパターンに付された符号Ａは夫々の
ウィービングスポットパターンの溶接開始基準点を示す
。

そこで、次に、前記ティーチングボックス１４で得た溶
接開始教示基準点ａＯ１ｂ６およびｃｏの中心座標値に
係る親ジョブと上記のステップで作成したウィービング
スポットパターンデータの子ジョブの中、最適とされる
ものをワークの位置や厚み等に基づいて選択し、前記溶
接開始教示基準点ａｏ、ｂｏおよびｃｏの中心座標値と
、当該選択したウィービングスポットパターン溶接開始
基準点Ａの座標値とを対応付けながら編集する。この場
合、若し適切なウィービングスポットパターンがない場
合には、その場でマウス２８を使って所望のウィービン
グスポットパターンを作成し、その後、この新しいウィ
ービングスポットパターンの溶接開始基準点Ａと前記テ
ィーチングボックス１４を利用して作成した溶接開始教
示基準点ａ、乃至ｃ０の中心座標値とを対応させ、ロボ
ット動作データを得ることが出来る。以上がウィービン
グスポットパターンの作成および親ジョブへの子ジョブ
の編集方法に係る説明である。この場合、編集の終了し
た前記プログラムデータをプログラム編集装置１２の座
標変数から実際に溶接ロボットを動作させるためのロボ
ット座標変数に変換し、これをロボット動作データさし
てロボットコントローラ１８のメモリ内に中継器３２を
経由して記憶させる。その後、操作パネル１６上の切換
キー（図示せず）をスレーブモードからスタンドアロン
モードに切り換えておく。

そこで、次に、前記したプログラム編集装置１２の座標
変数から実際に溶接ロボットを動作させるロボット座標
変数、所謂、手首パラメータに変換する本発明方法の要
部に係る工程について第７図のフローチャートに基づい
て詳述する。

先ず、第１ステツプにおいて、カラーディスプレイ２２
上のＣＲＴ座標［ｘ＋　、Ｙ＋　］から一般の二次元直
交座標へ変換する（ＳＴＰｌ）。

ここで、記号［コは座標系を意味し、記号［コの中の英
字の大文字は特定の座標点を示すものではなく、便宜上
、座標軸を示すものとする。なお、この記号に対し後述
する記号Ｐ（）中の英字の小文字は座標点を示すものと
する。今、前記ＣＲＴ座標［Ｘ、　、Ｙ、］は、第８図
に示すように、二次元の直交座標ではあるが、横軸座標
Ｘ、に対して縦軸座標ＹＩが下方が正方向となる座標で
設定されて　いる。一方、−ｉの二次元直交座標［Ｘｚ
　、Ｙｚ　］とは、第９図に示すように、横軸座標Ｘ２
および縦軸座標Ｙ２が夫々右方および上方に対して正方
向となるように規定された座標である。従って、第８図
中のＣＲＴ座標点Ｐ（ｘ＋　、ｙ＋　）から一般座標点
Ｐ（Ｘ２　、ｙｚ　）への座標変換は、次の第（１）式
に示すようにＹ軸に関してのみ符号を変更すればよい。

次に、第９図に示した一般座標［ｘ２、Ｙ２］から第１
０図に示すロボット直交座標［ｘ３、Ｙ３　、Ｚ３　］
への座標変換を行う（ＳＴＰ２）。

この場合、第９図におけるウィービングパターンの位置
方向と第１０図におけるウィービングパターンの位置方
向を比較することにより、その変換は座標を−π／２だ
け回転すればよいことが容易に諒解される。この変換工
程を第（２）式に示す。

・・・（２） 次に、第３ステツプでは溶接トーチ４２の先端の傾き角
θ、を補正する（ＳＴＰ３）。この場合、傾き角θ、と
は、第１１図に示す溶接トーチ４２の先端がロボット座
標［Ｘ３　、Ｙ３　、Ｚ’ａ　］の原点Ｐ０に対して、
図中θ、傾いている角をいう。今、第１１図に示すオフ
セットｒｏが零であって手首の中心Ｈ０からの長さｄｏ
の溶接トーチ４２がロボット座標［Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３］
の原点Ｐ。にあると仮定すれば、溶接トーチ４２の先端
の中心に直角にウィービング動作を実現するにはＹ３軸
回りにθ１だけ回転しなければならない（第１２図参照
）。第１２図において、座標軸Ｘ４、Ｚ４はＹ３軸回り
にθ、たけ回転した座標系である。この場合、ロボット
座標［Ｘ、、Ｙ３、Ｚ、］から見た回転後のウィービン
グ点の座標Ｐ（ｘ４、ｙ４、ｚ４）は第（３）弐によっ
て与えられる。

次に、溶接トーチの方向偏角θアの補正を行う（ＳＴＰ
４）。この場合、第１０図に示すように、トーチが角度
θ７だけ回転しているとすれば、トーチ先端とウィービ
ング動作との関係を保つためにはウィービングパターン
をＺ、軸回りにθアだけ回転させる必要がある（第１３
図参照）。ここで、座標［Ｘ６、Ｙ６、Ｚ、］は座標［
Ｘ４　、Ｙ４　、ｚａ　］を２３軸回りにθ、角度だけ
回転させた座標系であり、座標点Ｐ（ｘＳ、ｙ５、ｚｓ
）はロボット座標［Ｘ３、Ｙｌ、Ｚ３　］から見た回転
後のウィービング点の座標値である。この変換は第（４
）式によって与えられる。

次に、溶接トーチ４２のオフセットｒ０が実際には零で
ないことによるオフセット分子ｏの補正を行う（ＳｒＦ
２）。この場合、溶接トーチ４２の先端はロボット座標
原点Ｐ０からｒｅの距離にある。従うで、ウィービング
パターンを変更させるために座標［ｘａ　、Ｙ＆　、Ｚ
ｂ　］を導入する。この座標［Ｘｂ　、Ｙｌ、　、ｚｂ
　コは座標［Ｘｓ　、　Ｙｓ　、Ｚｓ　］をＹ、軸方向
にｒｏだけ平行移動した座標系であり、座標点Ｐ　（ｘ
ｌ、’ｊｂ、Ｚｂ）は、ロボット座標［Ｘ３　、Ｙｓ　
、Ｚ３］から見た平行移動後のウィービング点の座標値
を示す。なお、この座標点Ｐ（ｘＳ　、１％　、ｚｓ）
から座標点Ｐ　（ｘａ　、ｙ６　、Ｚｂ　）への座標変
換は第（５）弐によって行われる。

次に、第６ステツプではロボットの実際の動作を規定す
る手首パラメータに係る円柱座標への変換が行われる。

この場合、座標点を半径ｒ？、角度θ１、長さｄ７の円
柱座標で表すと、前記ロボット座標［Ｘ３　、Ｙｚ　、
Ｌ　］から見た平行移動後のウィービング点の座標点Ｐ
（ｘ６、Ｖｈ、Ｚｈ）の座標からの変換は次の第（６）
式に示す円柱座標変換式によって行われる。

ここで、角度θ。は第１１図における溶接トーチ４２を
正面下向きにしたときのＡ０軸（第１１図参照）の現在
値である。

以上の工程によりカラーディスプレイ２２上の座標値Ｐ
（ｘ＋　、）’＋　）からロボットの仮想の手首パラメ
ータに係る円柱座標値Ｐ（ｒ、、θ７、ａｔ）への座標
変換が可能となる。そこで、これら変換後の手首パラメ
ータに係る座標データはプログラム編集装置１２からロ
ボットコントローラ１８に転送され、これらのデータを
用いて仮装トーチを考え、仮装トーチ先端の位置をロボ
ット座標で表したものがウィービング点への動作命令の
ロボット動作データとなる。

このようにして得られた溶接開始教示基準点を含むロボ
ット動作データは、実際のワークに対して正確に規定さ
れた前記溶接開始教示基準点に基づき作成されているの
で全体として非常に正確なデータとなることは容易に諒
解されよう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明方法によれば、ティーチン
グ作業に熟練を要し且つ繁忙を極めるウィービングスポ
ットパターンに係るプログラムの作成をティーチングボ
ックスによって全点を教示することなしに、すなわち、
座標変換を工夫することによりプログラム編集装置にお
　−いて作成することを可能としている。このため、プ
ログラム編集装置を用いることによって、ウィービング
動作の指示、ウィービングパターンの位置指定およびロ
ボットの姿勢の計算が極めて容易に且つ正確に実行出来
る。この結果、プログラム編集装置の汎用性および計算
速度が著しく向上する。しかも、ロボットの機構に固有
の座標変換プログラムをプログラム編集装置に内蔵する
必要性がなくなると共にロボット各軸の減速比等の情報
を与える必要もない。従って、本発明に係る座標変換方
法を用いることによって一般的な立体シフト座標変換方
法を用いることなくウィービング動作データが作成出来
る。

さらには、ロボット固有の順逆変換、減衰比等を知得す
る必要がないため、編集装置の汎用性と精度の著しい向
上が可能である。

その上、本発明方法を用いることにより、ティーチング
作業によって得られる少数の教示基卓データとプログラ
ム編集装置から得られるウィービングスポットプログラ
ムとをプログラム編集装置を利用してロボットを実際に
動作することの出来るロボット動作データに変換するこ
とが可能であるため、結果として、従来技術に比べて大
幅に短い時間でロボット動作データを得ることが出来る
。この場合、万一作業の改廃が生じた場合であっても、
編集装置のディスプレイ上を利用した処理として簡単に
ロボ・ント動作の修正が可能となり、従って、全体とし
てティーチング時間を大幅に低減出来る効果を奏する。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸゛脱しない範囲において種々の改良並
びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムの概略構成説明図、第２図は本発明方法を実施
するためのロボット動作教示システムの概略ブロックダ
イアグラム、 第３図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムが適用されるワークのウィービングスボッ１〜
点の説明図、 第４図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムに係るウィービングスポットパターンを作成す
るためのディスプレイ上の表示図、 第５図は本発明方法を実力毎するためのロボット動作教
示システムのオペレーシヨンに係るマウスの模式図、 第６図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムによって得られるウィービングスボソ１−パタ
ーンの例を示す説明図、第７図は本発明方法を実施する
ためのロボット動作教示システムに係る座標変換のため
のフローチャー１・、 第８図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムに係るディスプレイ座標上のウィービングパタ
ーンの説明図、 第９図は本発明方法を実施するためのロボット動作教示
システムに係る一般座標上のウィービングパターンの説
明図、 第１０図は本発明方法を実施するだめのロボット動作教
示システムに係るロボット座標上のウィービングパター
ンの説明図、 第１１図は本発明方法を実施するためのロボット動作教
示システムに係るロボットの溶接トーチの手首部分の説
明図、 第１２図および第１３図は本発明方法を実施するための
ロボット動作教示システムに係る溶接トーチの傾きに係
る座標変換説明図である。 ＩＯ・・・ロボットの動作教示システム１２・・・プロ
グラム編集装置 １４・・・ティーチングボックス　１６・・・操作パネ
ル１８・・・ロボットコントローラ　２０・・・ロボッ
ト２２・・・カラーディスプレイ　　２４・・・演算装
置２６・・・Ｆ　Ｄ　Ｄ　　　　　　　　　２８・・・
マウス２９・・・移動テーブル　　　　　３ｏ・・・指
示装置３１・・・接続ケーブル　　　　　３２・・・中
継器３４．３６．４０・・・接続ケーブル　４２・・・
溶接１・−チ４６ａ　、　４６ｂ−・・ワーク ＦＩＧ、１３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディスプレイ上に二次元表示された座標系からロ
   ボットコントローラによって作動するロボットの手首パ
   ラメータに係る円柱座標系へ変換するロボットの座標変
   換方法であって、ディスプレイ上に二次元表示された座
   標から二次元直交座標に変換する第１の工程と、二次元
   直交座標からロボットの三次元直交座標に変換する第２
   の工程と、エンドイフェクタの先端部の傾きを補正する
   座標変換に係る第３の工程と、エンドイフェクタの方向
   角を補正する座標変換に係る第４の工程と、エンドイフ
   ェクタのオフセットを補正する座標変換に係る第５の工
   程と、前記第５の工程で得た座標を円柱座標に変換する
   第６の工程とからなることを特徴とするロボットの座標
   変換方法。