JPS6362359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、対称形状のワークを加工する産業
用ロボツトに係り、特にそのテイーチング時間を
短縮しうるようにしたものに関する。

プレイバツク方式でワークの加工位置を記憶さ
せるようにした産業用ロボツトは公知である。そ
してこのテイーチングに要する時間を短縮するこ
とは産業界の要望である。

一方例えば自動車のボデーを構成するプレス成
形品のように、左右対称なワークを加工する場合
は、一方のワークにつきプレイバツク方式でテイ
ーチングを実施し、他方はこのテイーチング情報
を座標変換するようにすれば、総合してテイーチ
ングの時間は半分に短縮しうるであろう。

一方、数値制御方式の加工装置においても、同
様に対称加工のためのプログラミングを簡単にす
ることが求められており、特開昭51−10283には、
対称形状に加工するのに際し、NCテープのデー
タによりパルス分配器から駆動装置へ入力する指
令信号を、切換スイツチの操作により極性反転す
ることによつて加工を行い、対称加工に対するプ
ログラミングを省略したものが開示されている。
また、特開昭49−33081には、ミラーイメージ回
路に加えて座標軸を切替えることによつて対称加
工に対するNC加工のプログラムを短かくするも
のが開示されている。そして、産業用ロボツトに
おいても、単に未加工のワークを対称加工する場
合は、こうした手法で簡単化したプログラミング
による加工ができる。しかしながら、対称形状に
加工した相異なるワークを更に対称加工する際に
して、こうした手法を取り入れて一方のワークで
加工位置情報を教示し、他方のワークの加工に転
用しようとするには一方のワークに対し、他方の
ワークを対称な位置に正確に位置決めすることが
必要となるため、位置決め装置が複雑になり、そ
のための作業にも手間がかかる。

それ故にこの発明においては、前述したような
テイーチングを実施しうるようにした、テイーチ
ングに手間のかからない産業用ロボツトを提供す
ることをその目的とする。

この発明では、ワーク位置決め装置は、面対称
形状に加工された相異るワークを、それぞれ相互
の位置関係を規定することなく、また、それぞれ
対応する面を前記産業用ロボツトに向けて一定位
置に固定する構造をもつている。

そして、一方のワークについてだけテイーチン
グを行い、もう一方のワークについては、一方で
のテイーチングによる加工位置情報から演算した
加工位置情報によつて工具を移動させて加工を行
うため、ワークに次のようなマーク付けを行うと
ともに位置制御装置もまた次のように構成してい
る。

相異る二つのワークは、それぞれ対応する面で
ロボツトの工具に向う面に相互に対称な位置にあ
る各３個所にマークを付ける。これら各３個所の
マークは、これらのワークを向い合わせたときに
向い合つて一致する。

また、位置制御装置は、テイーチングの際に、
これらワークのうち一方のワークの３個所のマー
クの位置情報を順次、取込むとともに、これらの
位置情報を取込んだのと同順序で、もう一方のワ
ークの３個所のマークについて位置情報を取込む
取込手段を具備している。そして、一方のワーク
すなわち加工位置情報のテイーチングを行う方の
ワークについて、任意の一つのマークを原点にと
り、この原点と他の一つのマークを結ぶ直線をＸ
１軸とし、原点と他の一つのマークを結ぶ直線Ｘ
１軸とし、原点と残る一つの点とを結ぶ直線とＸ
１軸との外積をもつてＺ１軸とし、更にＸ１軸と
Ｚ１軸の外積をもつてＹ１軸とする座標を設定
し、もう一方のワークすなわち加工位置情報をテ
イーチングしない方のワークについても、同様
に、すなわち一方のワークで位置情報を取込んだ
のと同順序で、位置情報を取込んだ各３個所のマ
ークについて、一方のワークで原点としたマーク
と対応するマークを原点としてＸ２，Ｚ２，Ｙ２
軸からなる座標を設定する座標設定手段を具備し
ている。そして、更に一方のワークについてテイ
ーチングした、加工位置情報を、元々のロボツト
の座標からＸ１，Ｚ１，Ｙ１からなる座標に変換
し、次にこれをＸ２，Ｚ２，Ｙ２からなる座標に
変換し、更に元々のロボツトの座標に変換するこ
とによつてもう一つのワークの加工位置情報を演
算する演算手段を具備している。

以下図面を参照しつゝこの発明一実施例を詳述
する。

１は、左右に長く形成した基台であり、床に固
設される。

２は、基台１上部に左右方向（Ｘ方向）に施設
した２本の平行レールである。

３は、レール２に一端部が支持され、かつＸ方
向に移動自在の腕であり、前後に長く形成されて
いる。４は、基台１に取付けた電動機であり、公
知の動力伝達機構（ボールスクリユー）５を介し
て腕３の移動位置を強制するべくなされている。

６は、腕３に前後方向（Ｙ方向）に施設した２
本の平行レールである。

７は、レール６に支持され、Ｙ方向に移動自在
の移動体である。８は、腕３に取付けた電動機で
あり、公知の動力伝達機構（ボールスクリユー）
９を介して移動体７の移動位置を強制するべくな
されている。

１０は、移動体７に支持され、上下方向（Ｚ方
向）に移動自在のコラムである。１１は、コラム
１０上部に取付けた電動機であり、詳細を図示し
ていないが公知の動力伝達機構（ボールスクリユ
ー）を介してコラム１０の移動位置を強制するべ
くなされている。

１２は、コラム１０下端部に支持され、上下軸
１３まわりに旋回自在の部材であり、コラム１０
に取付けた電動機１４によりその旋回角Φを強制
するべくなされている。

１５は、部材１２に支持され、軸１３に対して
実施例では45度の傾斜軸１６まわりに回動自在に
支承した切断工具（プラズマトーチ）Ｔの保持具
であり、部材１２に取付けた電動機１７によりそ
の回動角Ψを強制するべくなされている。

なおトーチＴは軸１６に対し45度傾斜した姿勢
に保持されている。さらには軸１３，１６は点Ｐ
で交わるようになされ、しかもトーチＴの溶断作
用点は点Ｐに一致するようになされている。かく
してトーチＴはその姿勢角αを可変に構成されて
いる。

１８は、腕３の一端部に取付けた公知のスプリ
ングバランサである。１８ａは、その展張材（ワ
イヤ）である。

１９，２０は、移動体７上部に、別々に左右方
向軸１９ａ，２０ａにより回転自在に支持した第
１および第２滑車である。

２１は、コラム１０下部に、左右方向軸２１ａ
により回転自在に支持した第３滑車である。

２２は、腕３に、かつ移動体７の、腕３一端側
の終端位置よりバランサ１８寄りの位置におい
て、左右方向軸２２ａにより回転自在に支持した
補助滑車である。

なお展張材１８ａは、その先端は腕３の他端部
に固定され、また中間は、バランサ１８側から滑
車２２，１９，２１，２０の順に巻掛けられてい
る。さらにはバランサ１８の展張材１８ａの巻込
力は、コラム１０およびこれに支持された各構成
（部材１２、保持具１５、トーチＴなど）の全重
量のほぼ半分に設定されている。

以上１〜２２によりＸ，Ｙ，Ｚ，Φ，Ψの５制
御軸を有するこの実施例溶断ロボツト本体Ｒが構
成されている。なおロボツト本体Ｒは制御装置Ｃ
により制御される。

２３は、プレス成形ワークＷ１（実施例では超
薄板の乗用車ボデーの左側の一部）の搭載用支持
台であり、腕３下方において床に固設されてる。
なお台２３上部には３本のパイプ２３ａ〜２３ｃ
が適宜間隔をおいて立設されている。

Ａ１は、溶断すべきプレス成形ワークＷ１の型
である。この実施例型Ａ１は、凹面を上にし、か
つその凹面に適宜離型剤を塗布したワークＷ１の
凹部に、時間の経過とともに硬化する耐熱材料
（例えば石こう、セメントなどの水硬性材料）２
４を流し込むとともに、その流し込んだ材料２４
中に補強材２５の一部（パイプ２５ａ）を浸潰さ
せ、そして材料２４が硬化した後、ワークＷ１か
ら離型させて形成される。なおパイプ２５ａには
材料２４から露出して部材２５ｂが計３本突設さ
れている。そして部材２５ｂ先端には略三角形状
の平板２５ｃが固着されている。さらに平板２５
ｃには、３個の突起２５ｄ，２５ｅ，２５ｆが固
設され、これらの突起２５ｄ〜２５ｆはパイプ２
３ａないし２３ｃと係合し得るように前記固設さ
れている。

以上２３〜２５によりワークＷ１の位置決め装
置Ｊ１が構成されている。

そして、ワークＷ１とＷ２とは、「もなか」の
皮を合わせるようにして、突出側を外側にして合
わせれば、外形が同一に合わせうる。このように
して合わせた場合、必らず少なく共３個所で接触
するであろう。そこでこの接触３個所に、ドリル
で小径（例えば１mmφ）の穴を共穴で穿孔する。
そうすれば、この両ワークＷ１とＷ２とに相互に
対称な位置に３個所のマークが付されることとな
る（以下第３図参照）。また、Ａ２はワークＷ２
の型であり、型Ａ１と同様に構成され、この型Ａ
２に対する補強材２５′は、突起２５′ｄ，２５′
ｅおよび２５′ｆをパイプ２３ａないし２３ｃと
係合させて位置決めできる。かくして、２３〜２
５′によりワークＷ２の位置決め装置Ｊ２が構成
されている。

次に制御装置Ｃにつきその構成を述べる。

制御装置Ｃには公知の中央処理装置CPUおよ
びメモリＭを含む。またこのバスラインＢには、
遠隔操作装置Ｌ、各制御軸毎の動力すなわち、電
動機４，８，１１，１４および１７、さらに、各
制御軸毎のエンコーダXE，YE，ZE、ΦEおよび
ΨEが接続される。

メモリＭに記憶されているシステムプログラム
の内容については、後の作用の説明によつて明ら
かにしたい。

遠隔操作装置Ｌには、以下のスイツチ類が設け
られる。すなわち、切換スイツチＳ１はマニユア
ルモードＭ、マニユアル操作によるテイーチング
モードMT、テストモードTE、オートモードＡ
をそれぞれ設定するものであり、いずれかにその
つまみを回動させることによりモードが切換わる
ごとくなされている。スタートボタンスイツチＳ
２はコンピユータＣの動作をスタートさせるもの
であり、切断速さ指令スイツチＳ３は切断トーチ
ＴによつてワークＷを切断するときの速度を設定
するものである。

マニユアル操作スイツチ群Ｓ４はＸ，Ｙおよび
Ｚ軸に沿つてトーチＴを手動的に位置制御するも
のであり、「Ｕ」側または「Ｄ」側へ倒すことに
より、各制御軸に沿つて原点より遠ざかりまたは
接近する向きにトーチＴが移動する。マニユアル
操作スイツチ群Ｓ５はΦおよびΨ角を手動的に角
度制御するものであり、「Ｃ」または「CC」側へ
倒すことにより、トーチＴが時計方向または反時
計方向に回動する。

Ｓ６はトーチＴに対して作動して切断を実行さ
せる指令をプログラムする切断指令スイツチであ
る。

Ｓ７はプレイバツク方式であらかじめテイーチ
ングされたユーザプログラムの位置指令情報を、
直線XWに対して反転して、座標変換すべき指令
をプログラムする、反転指令スイツチである。

以下前述実施例につきその作用を述べる。

まず型Ａ１を台２３上に搭載、すなわち突起２
５ｄ〜２５ｆをパイプ２３ａ〜２３ｃ上部に装着
して、型Ａ１の台２３に対する位置を決定してお
く。

さらにワークＷ１を型Ａ１の材料２４上面に確
実にかぶせて、ワークＷ１の位置を決める。この
とき一般に乗用車のボデーには凹凸部分があるた
め、材料２４の凹凸部分にワークＷの凹凸部分が
係合し、ワークＷ１の位置は、たわみやすい超薄
板であつても正確に位置決めされる。

かくしてワークＷ１を位置決めしたうえで、オ
ペレータは装置ＬのスイツチＳ１を操作して、テ
イーチングモードMTに合せる。

そして、まずワークＷ１について、一連のテイ
ーチングに先立ち、前述３個所のマークＭ１，Ｍ
２，Ｍ３の位置情報をこの順に、スイツチＳ７に
よる反転指令と共に、メモリＭに取り込んでお
く。かくしてワークＷ１の３個所のマークの位置
情報すなわちＭ１（XM１，YM１，ZM１）、Ｍ
２（XM２，YM２，ZM２）、Ｍ３（XM３，
YM３，ZM３）が記録される。

さらにスイツチＳ４およびＳ５を操作して、各
制御軸を手動で遠隔操作し、トーチＴを適当な姿
勢角αおよび旋回角Φに制御し、さらにその作用
点ＰをワークＷ１上にあらかじめ引いた加工線
WL１上になぞる。そして、記憶させるべき各点
においてスイツチＳ２を作用させれば、そのとき
の各エンコーダXE，YE，ZE，ΦEおよびΨEの
出力情報がメモリＭのユーザプログラムの一部と
して記録される。なおトーチＴのその個所におい
てオートモード時に溶断を実行させるべきときは
スイツチＳ６を操作する。さらにこれらテイーチ
ングした各点間をトーチＴがオートモード時に移
動するときの指令速度はスイツチＳ３によつて選
択して指令する。

この際、トーチＴの加工点Ｐに対し、トーチＴ
の軸上後方一定点Ｑを定めておき、先の実施例同
様に点ＰのＸ，Ｙ，Ｚ系の位置情報を取り込むと
同時に、点Ｑの位置情報をも演算により求めて記
憶しておく。この演算は、角ΦおよびΨの情報か
ら立体幾何学の公知の手法により求められるトー
チＴの旋回角β、姿勢角α（すなわちトーチＴの
方向）、ならびに点PQ間の距離により求めうるも
のである。

念のため、角Φ，Ψと角α，βとの関連を次式
に示す。

かくしてPTP方式でトーチＴの移動すべき各
点位置情報を含むユーザープログラムをメモリＭ
に記憶させて、一連のテイーチングを完了する。
そして、スイツチＳ１をテストモード（TE）と
し、スイツチＳ２を操作すれば、トーチＴはテイ
ーチングモードにおいて指令した各点を通り、し
かしながら溶断は実行せず、指令された速さで移
動する。そしてオペレータはテイーチングミスが
あれば、その部分を修正しておく。

次に、ワークＷ２についても、ワークＷ１同様
型Ａ２を台２３上に搭載し、型Ａ２の位置を決め
たうえ、ワークＷ２を型Ａ２上にかぶせてワーク
Ｗ２の位置を決める。この際、ワークＷ２の位置
は、ワークＷ１の位置と対称にするといつた位置
関係を何ら規定されるものではない。そして、オ
ペレータはスイツチＳ１をテイーチングモード
MTとし、ワークＷ２について３個所のマークＫ
１（XK１，YK１，ZK１）、Ｋ２（XK２，YK
２，ZK２）、Ｋ３（XK３，YK３，ZK３）の位
置情報を同様にしてスイツチＳ７による反転指令
と共にメモリＭに取り込む。そして、トーチＴを
ワークＷ１の加工開始位置へ移動させる。

その後スイツチＳ１をオートモードＡとし、ス
イツチＳ１を操作すれば、トーチＴは今度は作動
しながら、ワークＷ１の加工線WL１の切断を実
行する。

ワークＷ２については、点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の
テイーチングおよび反転指令にもとずいてテイー
チングの際、またはそのテストモードもしくはオ
ートモード時に、ワークＷ１について記憶した各
位置情報および角度情報を、ワークＷ２について
のそれに座標変換すべき演算を、装置CPUにお
いて実行する（第３図および第７図参照）。

その詳細を以下説明する。

今ワークＷ１において点Ｍ１を原点、点Ｍ１と
点Ｍ２とを結ぶ直線Ｍ１Ｍ２をＸ１軸とする。

そしてこのＸ１軸と、点Ｍ１と点Ｍ３とを結ぶ
直線Ｍ１Ｍ３との外積（Ｍ１Ｍ２×○Ｍ１Ｍ３）を
Ｚ１軸とする。さらにＺ１軸とＸ１軸との外積
（Ｚ１×○Ｘ１）をＹ１軸とする。

同様にしてワークＷ２においてＫ１Ｋ２をＸ２
軸、Ｋ１Ｋ２×○Ｋ１Ｋ３をＺ２軸、Ｚ２×○Ｘ２を
Ｙ２軸とする。

まず前述加工線WL１上の各点のＸ，Ｙ，Ｚ系
の位置情報およびこれら各点に対応する点Ｑの
Ｘ，Ｙ，Ｚ系の位置情報を、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１系
の位置情報に座標変換する。これは直角座標系同
志の間の公知の座標変換手法によつて演算して実
行される。

次にこれらＸ１，Ｙ１，Ｚ１系の各位置情報を
Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２系の位置情報に座標変換する。
これは、Ｚ１軸についての情報のみ符号を反転す
ればよいことは理解されよう。

さらにＸ２，Ｙ２，Ｚ２系の各位置情報を公知
の手法によつてＸ，Ｙ，Ｚ系の各位置情報に座標
変換する。このとき、各Ｐ点の位置情報とこれに
対応するＱ点の位置情報から、これも前述のよう
な公知の立体幾何学の手法によつて、角Φおよび
Ψを演算する。そしてこれら演算して求めた加工
線WL２上の各位置情報および各角度情報はメモ
リに記憶される。

かくしてワークＷ２についてのテイーチングを
完了したなれば、前述と同様にして、スイツチＳ
１をテストモードTEとし、テストを行ない、さ
らにオートモードＡとして、加工線WL２の切断
を実行する。

なおこの実施例において、点ＱはトーチＴ軸上
後方に定めたが、これを前方に定めてもよいもの
である。また点ＰとＱとの位置情報から角Φおよ
びΨの角度情報への演算も、あらかじめ行なつた
計算結果による表をメモリＭに記憶させておいて
これを読み出すことにより実行してもよい。また
前述各３個所のマークは共穴での穿穴の他、プレ
ス時に型によつて穿孔しておいてもよい。

前述実施例において、ロボツト本体Ｒは、直角
座標系としたが、その他の座標系であつても実施
しうる。その他のこの発明の技術的思想の範囲内
における、各構成の均等物との置換えも、またこ
の発明の技術的範囲に含まれるものである。

この発明は、前述の通りであるから、ワーク位
置決装置をもつた教示再生方式の産業用ロボツト
で、面対称形状に加工した相異なるワークを対称
加工するのに、各ワークを相互に正確に対称位置
に位置決めする必要がない。そこで、このための
複雑な装置や手間を要することかなく、一方のワ
ークについてはテイーチングのための操作を省略
できるので、テイーチング時間を非常に短かくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明実施例を示し、第１図
は全体側面図、第２図は全体平面図、第３図はワ
ークの斜視図、第４図および第５図はワーク位置
決め装置の斜視図、第６図は制御装置を含むブロ
ツク図、第７図はフローチヤートである。 Ｒ……ロボツト本体、Ｊ１およびＪ２……ワー
ク位置決め装置、Ｗ１およびＷ２……ワーク、Ｔ
……工具（プラズマトーチ）、Ｃ……制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワーク位置決め装置およびロボツトに支持さ
   れた工具の位置制御装置を具備してなる教示再生
   方式の産業用ロボツトにおいて、 前記ワーク位置決め装置は、面対称形状に加工
   した相異るワークをそれぞれ相互の位置関係を規
   定することなく、かつ、それぞれ対応する面を前
   記産業用ロボツトに向けて一定位置に固定する構
   造であり、前記各ワークには、前記対応する面に
   相互に対称な位置に少なくとも各３個所のマーク
   が付けられ、 前記工具の位置制御装置は、前記ワークのうち
   一方のワークの前記３個所のマークの位置情報を
   順次取込むとともに、これら３個所のマークにつ
   いて位置情報を取込んだのと同順序で、もう一方
   のワークの前記３個所のマークの位置情報を取込
   む取込手段と、前記一方のワークについての前記
   ３個所のうち１個所を原点とし、この原点と他の
   １個所を結ぶ直線をＸ１軸とし、前記原点と前記
   ３個所のうち残る１個所を結ぶ直線と前記Ｘ１軸
   との外積をＺ１軸とし、更に前記Ｘ１軸とＺ１軸
   との外積をＹ１軸とする座標を設定し、前記もう
   一方のワークについても前記一方のワークで原点
   とした前記マークと対応するマークを原点として
   同様にＸ２，Ｚ２，Ｙ２軸からなる座標を設定す
   る座標設定手段と、前記一方のワークについて教
   示した加工位置情報をロボツトの座標からＸ１，
   Ｙ１，Ｚ１軸からなる座標、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２軸
   からなる座標、ロボツトの座標へと順次座標変換
   することによつて前記もう一つのワークの加工位
   置情報を演算する演算手段を具備してなる。 前記産業用ロボツト。