JPS638906A - 教示デ−タ補正ロボツト - 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〕 本発明は、ワークの位置及び姿勢に追従してロボット座
標系の位置ベクトルを補正し、ワークの位置及び姿勢に
対して常に一定の位置及び姿勢になるようにした教示デ
ータ補正ロボットに関する。

〔従来の技術〕

搬入さ−れてくるワークの位置及び姿勢は、一定してい
ないことが多い。即ち、ワークの姿勢は、治具にセット
されたときＫだんだん変化する。どの変化は、平面内（
二次元）でのずれ及びこの平面内でのずれに加えて回転
又は傾き（三次元）を伴ったずれをもって治具に固定さ
れる。

このような状態で搬入されてきたワークの加工等をロボ
ットを用いて行なう九めＫは、ワークの位置及び姿勢だ
追従してロボットの位置及び姿勢を修正してやる必要が
ある。

従来の修正の仕方を第５図に示して説明すると、ロボッ
）Ｋ教示した基準位置にあるべきワーク１（実線）が、
ワーク１′（点線）のようにずれた位置で搬入されてき
たときは、教示点と動作経路との間にずれを生ずること
になり、ロボットによる正確々作業ができなくなる。そ
こで従来は、ロボットにセンサを取付けて、決められた
センサ経路４にならってワーク１′をロボットの座標系
２のｘ、ｙ、ｚ方向の合計３方向より測定点３の位置計
測（以下センシングという）を行い、これによってｘ、
ｙ、ｚ方向の位置情報をとりこみ、教示点のデータをそ
のずれ分だけ平行シフトすることにより、修正するよう
Ｋしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然しなから、ワークの搬入は、必ずしも図に示すように
ｘ、ｙ、ｚ方向に平行にずれるものばかりではなく、例
えば第３図に示すように回転（傾き）を伴って搬入され
てくることが多い。

このよう場合、従来の修正の仕方では、次のような問題
があった。

先ず第一の問題として教示データの補正誤差が大きいこ
とがあげられる。

その理由は、従来のセンシング補正では、ワーク１′を
ロボットの座標系ｘ、ｙ、ｚの三方向から測定点３につ
いてセンシングを行ない、上記ｘ、ｙ、ｚ方向への所定
位置（ワーク１）からのずれ量を計算し、ロボット教示
点のすべてのデータに一様にｘ、ｙ、ｚ方向のずれ分だ
けを加算するようにしているので、ワーク１′のずれは
、ｘ、ｙ、ｚ方向への平行移動としてとらえられること
Ｋなる。

従って、ワークのずれに回転移動が含まれる場合には、
測定点３の近傍では、測定点３にシけるセンシング方向
４　（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）要素についてのみ誤差は小さく
、他方向の要素（ｘ。

Ｙ、Ｚ方向以外）については誤差は大きいという問題が
あった。更には、測定点５から離れた位置においては、
実質上センシングされていないので教示データの補正の
対象にはならず、誤差も大きいものとなる。

第２の問題として、従来の補正の仕方を利用して回転移
動を含んだワークのずれ量の補正をする場合又は、ロボ
ットにて高精度の作業を行なう場合は、次のような問題
がある。

即ち、上記条件に対処するためＫは、会−奔≠旬→福徳
場４疎Ｉワークに対する測定点５を多数設け（教示点を
多数のブロックに分ける）、各測定点３についてｘ、ｙ
、ｚの三方向にセンシングし補正する必要がある。例え
ば測定点を１０ケ所設けたときは、この１０ケ所につい
てそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の三方向くついてセンシング
することＫなり、合計センシング量は、１０ケ所×３方
向であるから３０回のセンシングが必要になる。

従って、ロボットによる作業時間が大巾に増加し、生産
性が低下するという問題があった。

第３にあげられる問題として、三次元におけるロボット
の作業として要求されることは、ワークに対するロボッ
ト工具の位置と姿勢である。

特に、ワークのずれに回転移動を含むときは、ロボット
工具の適正な姿勢が要求される。

そこで従来の補正の仕方は、ｘ、ｙ、ｚ方向の位置ベク
トルのみの補正であるので、ロボット工具の姿勢につい
ての補正は行なわれず、従って、ずれに回転を含んでい
るワークに対する作業は不可能であり、作業性が悪いと
いう問題があった。

本発明は、上記問題を解決した教示データ補正ロボット
を提供せんとするものである。

〔問題を解決するための手段〕

上記問題を解決するために本発明は、ロボットに教示す
る基本座標系とロボット座標系及び測定によって得られ
る計測座標系を用いて補正するようＫしたものであり、
ワークに対して一定距離まで接近したときにタイ、ミン
ク信号を出力するセンサを多軸ロボットのアーム先端に
設この偏差に基づいてロボット座標系の位置ベクトルを
補正演算しロボットの姿勢を修正する指令を主制御装置
より出力するようにしたものである。

〔作　用〕

以上のように構成することにより、ロボット座標系の位
置ベクトルは、基本座標系と計測座標系との間の偏差に
基づいて１補正され、主制御装置からの出力によって、
ロボットの姿勢は修正される。

〔実　施　例〕

以下本発明の一実施例について説明する。

第１図において、１１はロボットのアーム９に取付けら
れたセンサである。このセンサ１１は、ワーク１に一定
距離（設定した距離）接近したときにタイミング信号を
出力する機能を有する。１０はロボット工具、１２はモ
ータである＊ｊ５Ｆｉｓｏポットを手動操作で動作させ
るオペレーティングボックスである。１４は、主制御装
置であり、この主制御装置１４は、センして偏差を求め
、この偏差によってロボット座標系の位置ベクトルを補
正演算し、ロボットの姿勢を修正する指令を出力する機
能を有する。

上記基準座標系は、次のようにして設定する。

第１図において、アーム９をオペレージ璽ンボックス１
３に′より操１作し、基準位蓋くあるワ−り１に対して
ロボット工具１０の動作経路となるべき点と、その点で
とるべきアーム９の姿勢を教示する。

この時のワーク１の位置データは次のよう゛にして与え
られる。

そしてロボット座標系からのデータは次の形で与えられ
る。

Ｎｘ、　ｙ、　ｚニ　ノーマルベクトル０”＊　！／＋
　”　：　　オリエントベクトルＡへＬｚ：　アプロー
チベクトル ｘ、ｙ、ｚ　　：　位置ベクトル 次に、ワークの基準座標系は、次のようＫして定められ
る。第２図において、基準位置に載置されたワーク１の
内部に、ある点０ＲＩＧ点（ワークの座標系を作るため
のワーク内部の点）５〜７０３点を設定する。

、　そして、この３点の座標を用いることにより、基準
座標系８を求める。そこで例えば、この時の０ＲＩＧ点
５を基単座標系８０原点０として定め、コノ原点０（Ｏ
ＲＩＧ点５）と０ＲＩＧ点６とを結ぶ方向をこの基準座
標系８の一１軸となるように設定し、このＪｌ軸と０Ｒ
ＩＧ点７を含む平面が西＋　３’を平面となるように基
準座標系８をワーク１内に定める。

そしてこの基準座標系８は、前に示したワークの位置デ
ータＰ（ｒ＋＋３と同じデータ形式で表わされる。

このようにして、基準位置にあるワーク１の姿勢を表わ
す基準座標系（＝ｔ＋ｆｆ＋　＋　”ｓ　）と、この時
のロボットの姿勢を表わすロボット座標系（Ｘ、　Ｙ、
　Ｚ　’）とをデータ処理により対応させることができ
る。

次にロボット座標系２の補正演算について説明する。第
３図に示すように、基準位置ＶＣあるワーク１（実線）
に対し、ずれに回転を伴って搬入されてきたワーク１′
（点線）を相定し、以下説明する。

このように、ワーク１′がずれた場合は、ワーク１内の
０ＲＩＧ点５〜７も、ワーク１′のずれに応じて０ＲＩ
Ｇ点１５〜１７の位置までずれることＫなる。

そこで新らたに、０ＲＩＧ点１５〜１７について、０Ｒ
ＩＧ点１５を原点とした計測座標系Ｉ　Ｂ　（３：２　
。

３’ｚ、”＊）をワーク１′内に設定する。

そして、ロボット座標系２と基準座標系８と計測座標系
１８との関係を求め、ロボット座標の関係を示し、２０
は教示点（例えば０ＲＩＧ点５）、２１け計測点（例え
ば０ＲＩＧ点１５）である。

図より、教示点２０は、ロボット座標系２で与えられて
いる（Ｐり。又、教示点２ｏのデータは、次式（１）　
Ｋより基準座標系８におけるデータＡＫ変換することが
できる。

Ａ　＝　Ｆｌ’・Ｐｌ　　・・・−・・・・・・−・　
（１）式上記（１）式における変換行列Ｆ１は、基準座
標系８より求めることができる。

このようにして基準座標系８で与えられたデる。つまり
、基準座標系１８からみたＡと計測座標系１８からみた
Ａ′とが等しくなるように対応させる。これＫより、計
測座標系１８から見Ａ冨Ａ／　　・・・・・・・・・−
・・・・・ｆ２１式上記（１）及び（２）式の関係から
、計測座標系１８に変換したデータをロボット座標系２
に変換することにより、教示点２０に対するデータＰ、
は、計測点２１ｉＣ対するデータＰ２に補正される。

この関係を式で表わすと次式の通りである。

Ｐ、　＝　Ｆ、　−Ａ’　＝　Ｆ、　−Ａ　＝　Ｆ、　
・Ｆｌ−’　・ｐ、　−・−・−・（３１式このように
して、フレーム変換（補正演算）を用いてデータ補正す
ることにより、ロボット座標系２の位置ベクトルが補正
され、ワーク１′に対する適正な姿勢と位置で作業が行
なわれる。

以上のように溝底した本実施例の作用について次に説明
する。

先ず、第２図において、基準位置にあるワーク１の０Ｒ
ＩＧ点５〜７をプーム９！ＩＣ設けたセンサ１１にて測
定して出力し、基準座標系８を予め設定する。これによ
り、基準位置く載置されたワーク１に対するロボットの
動作経路４とその動作経路４に対してとるべきロボット
（アーム９）の姿勢が教示される。

そこで、第３図に示すように、ワーク１がワーク１′の
ようにずれているときは、ロボット座標系２０Ｘ、Ｙ、
Ｚ方向から、ｏＲ工Ｇ１５〜１７についてセンシングす
ることにより、センサ端におけるそれぞれの座標値が得
られ、基□重位置にあるワーク１に対するセンサ端の座
標値との偏差が求められる。

この偏差は、基準座標系８と計測座標系１８との間の偏
差に近似され、この偏差分だけ座標値をフレーム変換し
データ補正を行う。

このデータ補正により、ワーク１′に対するロボットの
姿勢が修正される。

上記説明では、センシングする数は、０ＲＩＧ点１５〜
１７について、ロボット座標系Ｘ、Ｙ。

２の三方向より行ったので９ケ所（３点×３方向）Ｋな
る。

然しなから、実際には第２図及び第３図に示すように１
原点となる０ＲＩＧ点１５については、計測座標系（”
２＋　３’ｚ＋　”２）の三方向について、Ｘ、軸とな
る０ＲＩＧ点１６については（３／２．”りの二方向、
及び（”ｘ＋　３’２　）平面上の点である０ＲＩＧ点
１７についてはＺ２方向の合計６ケ所のセンシングを行
なってそれぞれの偏差を求めれば、実質上、上記９ケ所
のセンシングを行って計測座標系１８の偏差を求めたも
のと同じになる。又、センシングを行う数は、ワークの
ずれの特性や、要求される加工精度によってその数を少
くすることも可能であり、場合によっては、２ずれの大
きい方向の要素についてのみの補正も可能である。

〔効　果〕

以上詳述した通り本発明による教示データ補正ロボット
によれば、ロボットのアームにタイミング信号を出力す
るセンサを設け、このセンサのタイミング信号によって
計測座標系を求め、この計測座標系と基準座標系との間
の偏差を基に、ロボット座標系の位置ベクトルを補正す
るようにしたので、ワークが回転ずれを伴って搬入され
てきても、ロボットの位置及び姿勢がそれにならって修
正され、高精度な加工が可能になった。更には、ワーク
の搬入されてくる姿勢は、制限されないので、生産ライ
ンの簡素化が可能になってその効率化が図られ、生産性
を向上することができた。又、これと相俟って、センシ
ングの回数が大巾に減少してロボットの制御時間が短縮
されて更に生産性が向上するなど産業上優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、本発明の一実施例を示す図であり
、第１図は、教示データ補正ロボットの全体を示す斜視
図、第２図は、基準座標系の一例を示す斜視図、第３図
は、回転を伴ってずれを生じたワークについての基準座
標系と計測座標系との関係を示す斜視図、第４図は、ロ
ボット座標系、基準座標系及び計測座標系の関係を示す
図である。 第５図は、従来のロボットの教示データ補正の仕方を示
す斜視図である。 １・・・基準位置にあるワーク、１′・；・ずれを生じ
たワーク、２・・・ロボット座標系、　　　３・・・測
定点、４・・・ロボットの動作経路、　８・・・基準座
標系、９・・・ロボットのアーム、　　１１・・・セン
サ、１４・・・主制御装置、　　１８・・・計測座標系
。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 第１図 １・・・・基準位置にあるワーク １′・・・・ずれを生じｒニワーク ２・・・ロボット座標系 ３・・・・測定点 ４・・・・ロボットの動作経絡 ８・・基準座標系 ９　・・ロボットのアーム １４・・・王制側装置 １８・−・・計測座標 第２図 第３図 第４図 ｚｌ 第Ｓ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多軸ロボットのアーム先端に設けられワークに対して一
   定距離まで接近したときにタイミング信号を出力するセ
   ンサと、このセンサからのタイミング信号を入力して計
   測座標系を創成し予め設定した基準座標系と上記計測座
   標系とを比較して偏差を求めこの偏差に基づいてロボッ
   ト座標系の位置ベクトルを補正演算しロボットの姿勢を
   修正する指令を出力する主制御装置とから成る、教示デ
   ータ補正ロボット。