KR890005032B1

KR890005032B1 - 공업용 로보트의 동작교시방법 및 장치

Info

Publication number: KR890005032B1
Application number: KR1019840001910A
Authority: KR
Inventors: 노리히사 미야게; 아끼라 쓰찌하시; 오사무 후지와라; 야스히로 하시모도; 유다까 마루야마
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1989-12-06
Also published as: JPS59189415A; KR840008601A; US4613943A; EP0123214B1; CA1213923A; EP0123214A1; DE3462289D1

Abstract

내용 없음.

Description

공업용 로보트의 동작교시방법 및 장치

제1도는 본원 발명의 작업대상의 일례를 일부 단면으로 나타낸 사시도.

제2도는 본원 발명에 사용되는 로보트의 일례를 나타낸 사시도.

제3도는 본원 발명의 동작교시방법의 원리를 설명하기 위한 도면.

제4도는 본원 발명의 동작교시장치의 일례의 구성을 나타낸 도면.

제5도~제7도는 각기 본원 발명의 동작교시방법의 각 실시예를 나타낸 설명도.

본원 발명은 공업용 로보트의 동작교시방법에 관한 것이며, 특히 동일한 작업대상위치에 대응하는 위치에 이동되어 그 개소의 작업을 하는 공업용 로보트에 적합한 동작교시방법에 관한 것이다.

공업용 로보트는 일반적으로 고정설치되어 있으며, 로보트의 동작범위내에 세트된 작업 대상물에 대해 작업을 행하고 있다. 작업 대상물이 동일형상의 복수개의 대상물일 경우에는 로보트의 작업효율 및 노력절약 효과의 관점에서 하나의 워어크에 대해 교시한 로보트의 동작내용을 기억하고, 이 기억 내용을 재생하여 로보트에 동일한 작업을 시키는 제어방식 이른바 교시재생 제어방식이 채용되고 있다. 그 일례로서 미합중국 특허 제3,920,972호가 있다.

한편, 근래에는 로보트의 다양화에 수반해서 예를들어 이동이 곤란한 대형구조물이나 상자형구조물의 내측부분 등의 작업대상의 작업내용을 공업용 로보트로 실행하는 것이 요구되고 있다. 이 요구를 충족시키기 위해서는 상술한 작업대상에 있어서의 작업 개소에 로보트를 이동하여 고정시킬 필요가 있다. 이처럼 작업대상에 있어서의 작업 개소에 로보트를 적절히 이동시키는 작업 형식에 있어서, 이 로보트를 상술한 거치형의 공업용 로보트와 마찬가지로 교시재생에 의한 작업을 실행하려고 할 경우, 다른 작업 개소에 로보트를 이동 배치했을 때의 로보트와 작업개소와의 상대위치관계가, 이 이동전에 배치한 작업개소에 있어서의 로보트와 그 작업개소와의 상대위치관계에 항상 대략 동일해지도록 로보트를 설치하는 것은 매우 곤란하므로 상술한 제1의 위치에서 교시한 작업내용을, 제2의 위치에서 재생하여 작업을 할 수 없다. 이 때문에 제2의 위치에서 로보트를 재차교시 조작하지 않으면 안되는 것이 현상이다.

본원 발명의 목적은 작업대상개소에 대한 로보트의 상대적인 위치관계가 상이해도 교시조작을 위한 작업시간을 현저하게 단축할 수 있는 공업용 로보트의 동작교시방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 동일형상의 작업대상에의 작업적용범위를 확대할 수 있는 공업용 로보트의 동작교시방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본원 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 그 하나의 특징으로 하는 바는 작업대상물에 있어서의 복수의 동일형상의 작업대상개소에 대한 위치에 각기 로보트를 이용하여, 그 개소의 작업을 하는 공사용 로보트의 동작교시방법에 있어서, 제1의 작업개소상에 존재하는 기준참조를 로보트의 선단에서교시동작하여, 그 기준참조의 위치를, 제1의 작업개소에 대응해서 설치한 로보트의 제1의 좌표계의 좌표치로서 기억하는 스텝과, 상기 제1의 로보트 좌표계에 의해 기억한 기준참조의 위치를, 작업개소에 설정한 작업개소 좌표계에 좌표변환하는 스텝과, 기준 참조의 위치를 상기 제1의 로보트 좌표계와 작업개소 좌료계와의 상관관계 정보로 표현하는 스텝과, 제2의 작업개소에 대응하는 제2의 로보트 위치에 있어서, 이 위치에서의 동일작업 개소상에 존재하며, 또한 상기 기준참조와 대응하는 비교참조를 로보트의 선단에서 교시동작하여, 그 비교참조의 위치를 제2의 로보트 좌표계의 좌표치로서 기억하는 스텝과, 이 기억된 제2의 로보트 좌표계에 있어서의 비교 참조의 좌표치와 상기 상관관계 정보에 의해 제1의 로보트 좌표계에 있어서의 기준참조의 좌표치를, 제2의 로보트 좌표계에 있어서의 비교참조의 좌표치로서 보정하는 스텝을 구비한다.

또한 본원 발명의 그밖의 특징으로 하는 바는 작업 대상물에 있어서의 복수의 동일형상의 작업대상개소에 대응하는 위치에 각기 로보트를 이동하여, 그 개소의 작업을 하는 공업용 로보트의 동작 교시장치에 있어서, 로보트에 의한 작업개소의 교시동작내용을 기억하는 수단과, 상기 기억수단에 기억된 제1의 작업개소에 대응하는 제1의 로보트 위치에서의 제1의 로보트 좌표계에 의해 결정된 제1의 작업개소상의 기준참조와 좌표치를, 작업개소에 설정한 작업개소 좌표계의 좌표치로 환산하며, 이들 상관관계 정보를 연산하는 제1의 연산수단과, 상기 기억수단에 기억된 제2의 작업개소에 대응하는 제2의 위치에서의 제2의 로보트 좌표계에 의한 제2의 작업 개소상의 비교참조의 좌표치와 상관관계 정보에 의해, 제1의 로보트 좌표계에 있어서의 기준 참조의 좌표치를, 제2의 로보트 좌표계에서의 비교참조의 좌표치로서 보정 연산하는 제2의 연산수단을 구비한다.

본원 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 다음에 설명하는 실시예에 의해 더욱 명백해질 것이다.

다음에 본원 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 제1도는 본원 발명의 방법을 적용한 공업용 로보트에 의한 작업대상의 일례를 나타낸 것으로서, 도면에 있어서, 작업 대상(1)은 이 예에서는 상자형 구조물을 나타내고 있으며, 그 내부에는 동일형상을 갖는 복수개의 작업대상개소 W_1A~W_1C, W_2C~W_2C, W_3A~W_3C, 를 구비하고 있다. 로보트 R는 점선 둥근 틀로 나타낸 것처럼 작업대상개소 W_1A, W_1B, W_1C근방의 위치 P,Q,V에 각기 이동 설치된다. 이 로보트 R의 일례로서는 제2도에 나타낸 것처럼 선회대(2), 선회대(2)에 요동 가능하게 설치한 윗팔(3), 윗팔(3)의 선단에 요동 가능하게 설치한 앞팔(4) 및 앞팔(4) 선단에 요동 가능하게 설치한 손목부(5), 다시 손목부(5)에 설치한 용접토오치(6)로 구성되어 있다.

이 로보트 R에 의한 작업대산(1)에의 작업은 다음 처럼 행해진다. 즉, 제1도에 나타낸 것처럼 로보트 R가 작업대상개소 W₁의 근방의 위치 P에 설치되어 있는 상태에 있어서, 로보트 R에는 작업대상개소 W_1A의 작업의 교시가 행해진다. 이 교시내용에 의해 로보트 R는 작업대상개소 W₁의 작업을 실행한다. 작업종료후, 로보트 R는 제1도에 나타낸 것처럼 작업대상개소 W_1B근방의 위치 Q에 설치되며, 상술한 위치 P에 있어서의 작업대상개소 W_1A와 동일한 작업개소 W_1B를 작업한다. 이와같은 반복동작에 의해 로보트 R는 작업대상(1)의 작업대상개소 W_1A~W_1C, W_2A~W_2C, W_3A~W_3C의 작업을 실행한다.

상술한 로보트 작업에 있어서, 로보트 R가 교시된 장소와는 별도의 작업개소에 설치되었을 경우에는, 본원 발명은 동일 작업조건의 다른 작업개소에 있어서 로보트 R와 작업대상개소 W₂, W₃와의 상대위치에 따른 재교시조작을 함이 없이 극히 소수의 몇가지 점의 교시를 함으로써, 최초에 교시한 작업내용을 보정하고, 이 보정한 작업교시내용에 의해 작업을 실행시키도록 한 것이다.

상술한 본원 발명의 동작교시방법을 설명하기에 앞서서 본원 발명의 동작교시의 원리를 제3도에 의거하여 설명한다.

지금 제1도에 나타낸 위치 P에 설치된 로보트 R에 의해 작업되는 작업대상개소 W_1A상에 고정한 좌표계를, 제3도에 나타낸 것 처럼 O_A,X_A,Y_A,Z_A로 하고, 이 좌표계에 대응하는 로보트 R상의 좌표계를 o_p,x_p,y_p,z_p로 하며, 또 마찬가지로 위치 Q에 설치한 로보트 R에 의해 작업되는 작업대상개소 W_1B상에 고정한 좌표계를 O_B,X_B,Y_B,Z_B로 하고, 이 좌표계에 대응하는 로보트 R상의 좌표계를 o_q,x_q,y_q,z_q로 한다. 이들 로보트 R상의 좌표계는 제2도에 나타낸 로보트 R의 좌표계 o,x,y,z에 대응하고 있는 것으로 한다.

먼저, 작업내용의 교시는 제1도에 나타낸 것처럼 위치 P에 설치한 로보트 R에 의해 작업대상개소 W_1A에 대해 행해지므로, 이 교시에 의해 얻어지는 점군데이터는 위치 P에 있어서의 로보트 R상의 좌표계 o_P,x_P,y_P,z_P가 기준으로 된다.

다음에 로보트 R를 위치 Q에 이동하여 작업대상개소 W_1A의 작업을 실행하기 위해서는 상술한 로보트 R의 위치 P에서 얻은 교시점군데이터를 위치 Q에 있어서의 로보트 R의 좌표계 o_q,x_q,y_q,z_q를 기준으로 하여 실현할 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 작업대상개소 W_1A와 작업대상개소 W_1B에 있어서의 로보트 R의 작업내용은 동일하므로, 작업대상개소 W_1A상의 임의의 작업점을 A라고 하고, 이것에 대응하는 작업대상개소 W_1B상의 점을 B라고 했을 경우, 점 A의 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A에 있어서의 좌표치(X_a,Y_a,Z_a)와 점 B의 좌표계 O_B,X_B,Y_C,Z獗^K서의 좌표치(X_b,Y_b,Z_b)는 일치한다.

여기서 로보트 R의 위치 P의 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에 있어서의 점 A의 좌표치를 (x_p,y_p,z_p), 또위치 Q의 좌표계 o_q,x_q,y_q,z_q에 있어서의 점 B의 좌표치를 (x_q,y_q,z_q)라고 하면, 이 점 A의 좌표치(x_p,y_p,z_P)와 점 B의 좌표치(x_q,y_q,z_q)와의 사이에 그 변환을 하는 관계식을 부여하여, 이것에 의해 교시된 데이터를 보정함으로써, 로보트 R의 설치위치에 불구하고 교시내용을 재생하여 로보트에 그 내용의 작업을 시킬 수 있다.

그래서 상술한 좌표 변환관계를 설명한다. 지금 제3도에 나타낸 임의의 점 A의 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A로 나타내면(X_a,Y_a,Z_a)로 되며, 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p로 나타내면(x_p,y_p,z_p)로 되는 것으로 한다. 이 사이의 변환행렬을 T_W1이라고 하면,

의 관계가 성립된다. 마찬가지로 상기 점 A에 대응하는 점 B의 좌표를, 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B로 나타내면(X_b,Y_b,Z_b)로 되며, 또 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q로 나타내면(x_q,y_q,z_q)로 되는 것으로 한다. 이 사이의 변환행렬을 T_W2라고 하면,

의 관계가 성립한다.

또 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A에 있어서의 점 A가 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B에 있어서의 점 B에 대응하는 일에tj 이점 A와 점 B와의 좌표간에는

의 관계가 성립한다. 따라서, 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에 있어서의 점 A의 좌표와 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q에 있어서의 점 B의 좌표와의 관계는 (1),(2),(3)식에 의해 다음 처럼 된다.

여기서 T_w2 ^-1은 변환행렬 T_W2의 역변환행렬을 나타내고 있다.

변환행렬 T_W1, T_W2는 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A의 각 좌표측에 있어서의 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p의 각 좌표축에 관한 방향여현을 각기(l₁₁,m₁₁,n₁₁),(l₁₂,m₁₂,n₁₂),(l₁₃,m₁₃,n₁₃)으로 하며, 또 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B의 각 좌표축에 있어서의 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q의 각 좌표축에 관한 방향여현을 각기(l₂₁,m₂₁,n₂₁),(l₂₂,m₂₂,n₂₂),(l₂₃,m₂₃,n₂₃)이라고 하면 다음처럼 표시된다.

또, 이때

로 된다.

여기서, (5)식, (6)식에 있어서의 (x₁₀,y₁₀,z₁₀)은 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A의 원점의 좌표계 o_p,x_py_pz_p에서의 위치를 나타내며, 또(x₂₀,y₂₀,z₂₀)은 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B의 원점의 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q에서의 위치를 나타내는 것이다. 그리고 (5)식, (6)식에 있어서 방향여현의 성질에서 명백한 것처럼.

l₁₁ ²+m₁₁ ²+n₁₁ ²=1, l₁₁ ²+l₁₂ ²+l₁₃ ²=1

l₁₂ ²+m₁₂ ²+n₁₂ ²=1, m₁₁ ²+m₁₂ ²+m₁₃ ²=1

l₁₃ ²+m₁₃ ²+n₁₃ ²=1, n₁₁ ²+n₁₂ ²+n₁₂ ²=1

l₁₁·l₁₂+m₁₁·m₁₂+n₁₁·n₁₂=0,

l₁₂·l₁₃=m₁₂·m₁₃+n₁₂·n₁₃=0,

l₁₃·l₁₁+m₁₃·m₁₁+n₁₃·n₁₁=0,

……(7)

단, i=1,2이다.

이상의 설명에서 변환행렬 T_W1및 T_W2를 부여함으로써 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에서 표현되는 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A상의 점을 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q의 표현으로 변환할 수 있다.

상술한 좌표계의 변환이 가능한 것을 더욱 이해할 수 있도록 하기 위해, 표현을 바꾸어서 설명한다. 지금, 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A상에 임의의 1점 A^*를 설정하고, 이 점 A를 원점으로 하는 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*를 생각하고, 그 사이의 변환을 T_H라고 한다. 또 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B상에 있어서, 상술한 바와같은 좌표계 O_B ^*,X_B ^*,Y_B ^*,Z_B ^*를 생각하면 이들 사이의 변환도 마찬가지로 T_H로 된다. 이 경우, 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에서 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*에의 변환을 T_R1이라고 하면 변환행렬 T_W1은 다음 처럼 된다.

또, 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q에서 좌표계 O_B ^*,X_B ^*,Y_B ^*,Z_B ^*에의 변환을 T_R2라고 하면 변환행렬 T_W2는 다음 처럼 된다.

따라서, (4)식에 있어서의 T_W1 ^-1·T_W1은 (8)식, (9)식에서 다음 처럼 된다.

상기 (10)식은 작업대상개소에 설정하는 좌표계를 임의로 취할 수 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 작업대상개소 W_1A상에 임의의 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*를 설정하고, 이 좌표계와 위치 P에 놓인 로보트 R의 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p와 변환 T_R1을 구하는 동시에 다른 작업대상개소 W_1B에 있어서 상기 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A에 대응한 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*를 설정하고, 이것과 위치 Q에 놓인 로보트 R의 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q와의 변환 T_R2을 구함으로써, 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에서의 표현을 좌표계 o_Q,x_Q,y_Q,z_Q의 표현으로 변환할 수 있다.

다음에 상술한 본원 발명의 동작교시의 원리에 의거하여 본원 발명의 동작장치의 일실시예를 제4도에 의해 설명한다. 이 도면에 있어서(101)은 동작경로 기억장치이며, 이 장치(101)는 예를들어 제3도의 위치 P에 나타낸 특정의 기본 설치 위치에 로보트 R가 설치된 상태에서의 로로트 R의 작업동작경로를 나타내는 기본적인 작업데이터가 기억되어 있다. 이 기본적인 작업데이터는 로보트 R의 교시 동작 또는 설계데이터에 의거하여 계산기등에 의해 구한 수치데이터등의 형태로 주어지고 있다. (102)는 기준참조점데이터 기억장치이며, 이 장치(102)는 상술한 특정한 기본설치위치에 있어서 작업대상개소와 로보트 R와의 상대적인 관계를 부여하기 위한 기준참조데이터를 교시동작 등에 의해 얻어서 기억하고 있다. 기준참조점데이터는 후술하는 로보트 R의 설치오차에 있어서 보정이 필요한 내용에 응해서, 그 데이터수를 증감할 수 있다. 이 기준참조점데이터는 예를들어 제3도에 나타낸 점 A와의 관계에서 얻어진다. (103)은 비교 참조점데이터 기억장치이며, 이 장치(103)는 예를들어 제3도의 위치 Q에 나타낸 것처럼 로보트 R을 다른 각 개소(보정설치위치라고칭함)에 설치했을 때의 작업대상개소와 로보트 R과의 상대적인 관계를 부여하기 위한 비교참조점데이터를 기억하고 있다. 이 비교참조점데이터는 예를들어 제3도에 나타낸 점 B과의 관계에서 얻어진다. (104)는 장치(102)로부터의 기준참조점데이터에 의해 변환행렬 T_W1을 연산하는 장치이며, 이 장치(104)는 상술한 (1)식에 의거하여 변환행렬 T_W1을 연산한다. (105)는 장치(103)으로부터의 비교참조점데이터에 의해 변환행렬 T_W2을 연산하는 장치이며, 이 장치(105)는 상술한 (2)식에 의거하여 변환행렬 T_W2을 연산한다. (106)은 장치(104),(105)로부터의 연산결과에 의해 설치위치오차의 수정을 위한 변환행렬 T_W1 ^-1·T_W1을 연산하는 장치이며, 이 장치(106)는 상술한(4)식에 의거하여 변환행렬 T_W2 ^-1·T_W1을 연산한다. (107)은 장치(106)로부터의 설치위치오차 수정 변환행렬 T_W2 ^-1·T_W1을 사용하여 장치(101)로부터의 로보트 R의 작업동작경로를 수정하여 그 데이터를 연산하는 장치이다.

이 연산장치(107)에 의해 얻어지는 로보트 R의 수정작업동작경로 데이터는 보정설치위치에 있어서의 로보트 R의 필요한 작업동작경로데이터를 나타내고 있다. 이 데이터는 기억장치(108)에 격납되어, 로보트 R의 동작지령발생회로(109)에 순차 송출된다. 이 동작지령 발생회로(109)는 상술한 데이터에 의해 로보트 R를 구동하여, 보정 설치위치에서의 작업대상개소에의 작업을 실행시킨다.

그리고, 연산장치(104)~(106)은 로보트 R를 이동설치할 때마다 1회만 연산작업을 하게 된다. 또 연산장치(107)는 로보트 R의 작업동작경로상의 각 점에 대해 수정연산을 하는 것이다. 이 때문에 이 연산장치(107)의 연산속도가 로보트 R의 동작속도와 비교하여 충분히 고속일 경우에는 이 연산을 로보트 R의 동작중에 리얼타임으로 할 수 있으므로 기억장치(108)를 생략할 수 있다.

다음에 본원 발명의 동작교시방법이 제1의 실시예를 제5도에 의거하여 설명한다. 제5도에 있어서, 제3도와 동부호의 것은 종일부분이다. 이 제5도에 있어서, 점 A₁,A₂,A₃는 위치 P에 설치된 로보트 R에 대응하는 작업대상(1)의 작업대상개소 W₁상의 임의의 위치에 설정된 참조점이다. 이 참조점 A₁,A₂,A₃를 이하기준 참조점이라고 부르기로 한다. 점 B₁,B₂,B₃는 위치 Q에 설정된 로보트 R에 대응하는 작업대상(1)의 작업대상개소 W₂상의 임의의 위치에 설정된 참조점이다. 이 참조점 B₁,B₂,B₃를 이하 비교참조점이라고 부르기로 한다. 이 비교참조점 B₁,B₂,B₃의 좌표계 O_B,X_B,Y_B,Z_B에 있어서의 좌표치와, 기준 참조점 A₁,A₂,A₃의 좌표계 O_A,X_A,Y_A, Z_A에 있어서의 좌표치와는 각기 일치하고 있다.

먼저, 로보트 R를 한쪽의 작업대상개소 W₁에 대응하는 위치 P에 설치한다. 이 위치 P에 설치한 로보트 R에 의해 작업대상(1)의 작업대상개소 W₁상의 기준참조점 A₁,A₂,A₃의 3점을 교시하며, 또한 작업대상개소 W₁상의 작업동작의 궤적을 교시한다. 이 기준참조점 A₁,A₂,A₃의 데이터는 제4도에 나타낸 기준참조점데이터 기억장치(102)에 기억된다. 또 교시된 작업대상개소 W₁상의 작업동작의 궤적데이터는 동작경로 기억장치(101)에 기억된다. 상술한 기준참조점 A₁,A₂,A₃는 작업대상개소 W₁상의 임의의 점에 설정했지만, 교시작업동작궤적상에 설정해도 좋다. 이 경우, 비교참조점 B₁,B₂,B₃도 마찬가지로 작업동작 궤적상에 설정되는 것은 물론이다. 연산장치(104)는 기억장치(102)로부터의 기준참조점데이터에 의거하여 다음의 연산처리를 실행한다. 즉, 로보트 R의 좌표계 o_p,x_p,y_p,z_p에 있어서의 각 기준참조점 A₁,A₂,A₃의 좌표치를 다음 처럼 표시된다.

또, 작업대상개소 W₁상에 설정한 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*에 있어서의 기준참조점 A₁,A₂,A₃의 좌표치는 다음 처럼 표시된다.

상기(11)식 및 (12)식에 나타낸 좌표치는 상술한(1)식 및 (5)식에 의해 다음 처럼 표시된다.

단 i=1,2,3 여기서(13)식에 있어서의 미지수는 X_A1,Y_A1,Z_A1,X_A2,Y_A2,Z_A2,X_A3,Y_A3,Z_A3,l₁,l₂,l₃,m₁,m₂,m₃,n₁,n₂,n₃,x₁₀,y₁₀,z₁₀의 15개로 된다.

지금 다시(2)식에서 나타낸 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*,Z_A ^*상의 기준참조점 A₁,A₂,A₃의 좌표치에 있어서

X_A1=Y_A1=Z_A=0

Y_A2=Z_A2=0

Z_A3=0

으로 선정하면, 미지수는 9개로 할 수 있다. 이것에 의해(13)식에 있어서의 방정식의 수는 9개이며, 이들은 서로 독립된 것으로 해서 연립방정식을 풀 수 있다. 즉, 변환행렬 T_W1을 풀 수 있다.

다음에 로보트 R를 제5도에 나타낸 위치 Q에 이동하여 설치하고, 상술한 비교참조점 B₁,B₂,B₃를 교시한다. 이 교시데이터는 제3도에 나타낸 기억장치(103)에 기억된다. 연상장치(105)는 기억장치(103)로 부터의 비교참조점 B₁,B₂,B₃의 교시데이터에 의거하여 상술한 바와 마찬가지로 연립방정식을 풀어 변환행렬 T_W2을 얻는다. 이 변환행렬 T_W2및 상술한 장치(104)로부터의 변환행렬 T_W1은 제3도에 나타낸 연산장치(106)에 있어서 변환행렬 T_W2 ^-1·T_W1에 연산된다. 이 변환행렬 T_W2 ^-1·T_W1과 제3도 왜 나타낸 기억장치(101)로부터의 로보트 R의 위치 P에 있어서의 동작경로에 의거하여, 장치(107)는 로보트 R의 위치 Q에 있어서의 수정동작경로를 연산한다. 이 수정동작경로의 정보에 의거하여 로보트 R는 위치 Q에 대응한 작업대상개소 W상의 소망의 개소를 작업한다.

이상 기술한 것처럼 두번째 이후의 작업대상개소에의 작업은 그 작업대상개소에서의 작업동작궤적을 교시할 필요가 없으며 비교참조점 B₁,B₂,B₃의 교시조작을 실행하는 것만으로 로보트 R은 위치 P에 있어서의 작업대상개소와 동일형상의 다른 작업대상개소의 작업을 할 수 있다.

다음에 본원 발명의 동작교시방법의 제2의 실시에를 제6도에 의거하여 설명한다.

본원 발명의 대상으로 되는 로보트 R는 대부분의 경우, 수평면상에 설치되게 된다. 또 이와 같은 조건이 확보되지 않아도 복수개의 동일형상의 작업대상개소에 대해, 로보트 R의 자세가 대략 일정할때가 많다. 특히 용접로보트 등의 경우에 있어서의 용접자세가 작업내용을 좌우하기 때문에, 각 작업대상개소에 있어서, 작업대상의 자세, 로보트 R의 설치자세에는 일정한 제한조건을 부가할 수 있다. 지금 제2도에 나타낸 로보트 R에 있어서는 선회대(2)의 선회축(20)의 방향은 로보트 R가 이동되어 다른 작업개소에 재배치되더라도 항상 평행이 유지되게 된다. 이 경우, 제6도에 나타낸 것처럼 기준참조점 A₁,A₂는 위치 P에 설치한 로보트 R에 대응하는 작업대상개소 W₁에 있어서의 작업대상상에 있으며, 또한 점 A₁과 점 A₂를 있는 직선이 로보트 R의 선회축(20)과 평행이 아닌 임의의 2점에 설정할 수 있다. 또 비교참조점 B₁,B₂는 위치 Q에 설치한 로보트 R에 대응하는 작업대상개소 W₂에 있어서의 작업대상상에 있어서, 상술한 기준참조점 A₁,A₂와 대응하는 2점에 설정된다. 이 기준참조점 A₁,A₂및 기준참조점 B₁,B₂에 의해 로보트 R를 위치 P에서 위치 Q로 이동하더라도 위치 P에 있어서 교시한 작업동작궤적이 수정되고, 이것에 의해 로보트 R는 로보트 위치 Q에 대응하는 작업대상개소를 위치 P에 있어서의 그것과 마찬가지로 작업할 수 있다. 그 이유를 다음에 기술한다.

기준참조점 A₁,A₂에 대해서 상술할(11)식 및 (12)식과 마찬가지의 관계가 성립된다. 여기서, 점 A₁을 원점으로 하고, z_p축(즉 선회축(10))을 A_A ^*축에 평행하게 하며, X_A ^*축과 Z_A ^*축과의 평면내에 점 A₂를 포함하도록 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*, Z_A ^*를 선정하면,

X_A1=Y_A1=Z_A1=0

Y_A2=0

으로 되며, 다시

l₁₃=m₁₃=n₁₁=n₁₂=0

n₁₃=1

로 된다.

이때, l₁₁ ²+m₁₁ ²=1, l₁₁ ²+l₁₂ ²=1, m₁₁ ²+m₁₂ ²=1등에서 독립미지수는 l₁₁,x₁₀,y₁₀,z₁₀,X_A2,Z_A2의 6개로 되고, 또 방정식은 상술한(13)식의 1=1,2로서 6개로 되어, 방정식을 풀 수 있다. 이것에 의해 상술한 변환행렬 T_W1을 얻을 수 있다.

또, 로보트 R를 위치 Q에 이동하여, 기준참조점 A₁,A₂에 대응하는 비교참조점 B₁,B₂의 2점을 교시함으로써, 상술한 실시예와 마찬가지로 로보트 R의 좌표계와 작업대상상의 비교참조점 B₁,B₂의 좌표와의 사이의 변환행렬 T_W1을 얻을 수 있다. 이 변환행렬 T_W2및 상술한 변환행렬 T_W1에 의거하여 위치 Q에 있어서의 로보트 R의 동작경로를 수정하기 위한 변환행렬 T_W1 ^-1·T_W1을 얻을 수 있다. 이 제2실시예에 의하면 상술한 제1의 실시예에 비해 참조점의 수를 적게 할 수 있다고 하는 이점이 있다.

다음에 본원 발명의 동작교시방법의 제3의 실시예를 설명한다. 이 본원 발명의 동작교시방법의 제3의 실시예는 상술한 제2의 실시예를 더욱 간단하게 한 것이다. 즉 로보트 R의 좌표계와 이것에 대응하는 작업대상개소의 좌표계와의 2축의 평행일 경우에는 2축의 평행이동의 좌표변환이 가능하므로, 로보트 R에 의한 한쪽의 작업대상상의 교시를 위한 기준참조점은 임의의 1점으로 되며, 이것에 수반해서 다른쪽 작업대상상의 비교참조점도 기준참조점에 대응하는 위치에 설정하면 족한 것이다. 그 타당성은 상술한 실시예의 설명에서 명백하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 본원 발명의 동작교시방법이 제4의 실시예를 설명한다. 기준참조점과 이것에 대응하는 비교참조점과의 교시조작에 있어서는 이들 참조점에의 정확한 위치결정이 필요해진다. 즉, 참조점에의 교시오차가 수정동작경로의 정도에 영향을 미치게 된다. 이 오차를 저감시키기 위해서는 교시하는 참조점간의 거리를 되로록 크게 하는 일, 또는 교시참조점의 수를 증가시켜 통계적인 처리를 하는 것이 유리하다. 그러나, 이 오차를 저감시키는 또 하나의 방법으로서, 교시하는 점에 있어서 필요로 하는 정도를 특정의 방향성분에 한정한다고 하는 것이 유효하다. 즉, 3차원 공간내에 있어서 로보트의 손끝을 특정한 1점에 정확하게 위치결정할 경우에 비해, 특정선상에 위치결정하는 일(선에 연한 방향의 위치를 불문), 나아가서는 특정면상에 위치결정하는 쪽이 더욱 용이하다. 이 사고 방식에 의거한 본원 발명 방법의 제4의 실시예의 내용을 제7도에 의거하여 설명한다. 이 제4의 실시예는 제6도에 나타낸 실시예에 있어서의 2개의 참조점 대신에 하나의 참조점과 하나의 참조면을 사용하는 방법이다. 이 경우, 기준참조점 A₁및 비교참조점 B₁을 설정하는 것은 제6도에 나타낸 실시예와 마찬가지이지만, 기준참조점 A₂, 비교참조점 B₂에 해당하는 것으로서, 각기 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*, Z_A ^*상에서의 좌표치 및 교시점 B₂'의 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*, Z_A ^*상에서의 좌표치는 다음 처럼 표시된다.

A₂'=(kx, o, αz)

A₂'=(hx, o, βz)

여기서, kx,hx,αz,βz의 값은 kx o,hx O이라는 임의의 값이다.

이 경우에 있어서의 변환행렬 T_W1DMS i=1,2로서 l₁₃=m₁₃=n₁₁=n₁₂=0, n₁₃=1이므로, 이므로,

로 되지만, l₁₁ ²+m₁₁ ²=l₁₂ ²+m₁₂ ²=1 또한 l₁₁ ²+l₁₂ ²=m₁₁ ²+m₁₂ ²=1에서 독립의 미지수는 4개로 된다. 여기서, 좌표계 O_A,X_A,Y_A,Z_A상의 점의 A₁의 좌표치는 상술한(13)식에 의해 다음 처럼 표시된다.

X_A1=l₁₁·x_p1+m₁₁·y_p1-x₁₀=0 ………………(15.1)

Y_A1=l₁₂·x_p1+m₁₂·y_p1-y₁₀=0 ………………(15.2)

Z_A1=x_p1-z₁₀=0…………………………………(15.3)

또 좌표계 O_A ^*,X_A ^*,Y_A ^*, Z_A ^*상의 점 A₂'의 좌표치는 상술한(13)식에 의해 다음 처럼 표시된다.

X_A2'=l₁₁·x_p2+m₁₁·y_p2-x₁₀=k_x………………………(15.4)

Y_A2'=l₁₂·x_p2+m₁₂·y_p2-y₁₀=0 ………………………(15.5)

Z_A2'=z_{p2 -}z₁₀-αx………………………………………(15.6)

따라서, z₁₀는 (15.3)식에 의해 z₁₀=z_p1으로 되므로, (15.6)식에 있어서의 z₁₀을 αz에 불구하고 결정할 수 있다. 또, (15.2)식 및 (15.5)식에 의해 m₁₂(y_p2-y_p1)=l₁₂(x_p2-x_p1)이 얻어지며, m₁₂,l₁₂는 서로 독립이 아닌 일로 해서 l₁₂, m₁₂나아가서 l₁₁,m₁₁을 구할 수 있다. 따라서, (15.1)식에 의해 x₁₀이, 또(15.2)식에 의해 Y₀가 구해지고, (15.4)식의 k_x에 불구하고 모든 미지수의 결정이 가능하다.

변환행렬 T_b2에 대해서도 상술한 바와 같은 일이 성립된다. 이것에 의해 하나의 참조점과 하나의 참조면을 부여하는 것만으로 목적으로 하는 로보트의 설치위치의 오차보정이 가능하다.

또 이 설명에 의해 명백한 것처럼, 참조면을 부여할 때에는 그 면상의 1점만을 부여하면 되므로, 작업대상물의 형상에 응해서, 예를들어 상기 참조면과 타면과의 교선을 생각하고, 이 선상의 임의의 1점을 부여하는 것도 가능하다. 이 경우는 하나의 참조점과 하나의 참조선을 사용하는 방법이라고 할 수 있다.

용접작업등에 있어서는 일반적으로 용접선은 어떤 부재의 접합부로 된다. 이 때문에 이 용접선 그 자체를 참조선으로서 이용하면, 참조선의 교시에 요하는 공수는 증가하지 않는 다고 하는 이점을 갖는다.

또, 제5도에 나타낸예에 대응하는 다른 교시방법으로서는 하나의 참조선, 하나의 참조선 및 하나의 참조면을 부여하는 것에 의해서도 가능하다. 이 방법에 있어서도 변환행렬의 각 요소를 결정할 수 있다는 것은 상술한 설명에서 유추해서 명백한 것이다.

여기서 기술한 참조선, 참조면의 사고방식은 변환행렬 T_W1, T_W2를 결정하기 위해 사용하는 참조점 좌표성분중 필요한 것만을 규정하고, 그 이외의 좌표성분은 임의로 하여 참조점의 교시를 하는 것이다. 이것에 의해, 교시에 있어서의 공수저감을 도모 할 수 있는 것이다.

그리고, 상술한 실시예에 있어서는 로보트 R로서 다관절형식의 것을 예로 들어 용접작업을 할 경우에 대해 설명했지만, 본원 발명은 로보트의 기구 또는 작업의 내용 그 자체에는 전혀 의존함이 없이 적용 할 수 있다.

또 이상의 설명에서는 로보트 R를 제1의 설치개소에 있어서 작업궤적의 교시를 하는 것에 대해 설명했지만, 작업궤적이 대상물의 설계데이터에 의거하여, 미리 수치에 의해 주어져 있을 경우, 즉 설치개소에 있어서 작업궤적의 교시를 하지 않을 경우에 있어서는 참조점(선,면)의 위치를 대상물상의 특징에 맞추어서 예를 들어 모통 이부에 설정하면 된다.

또한 참조점에의 구체적인 교시조작으로서는 작업자에 의해 로보트의 손 끝을 해당 참조점(선,면)에 위치결정함으로써 실시하는 방법 뿐만 아니라, 시각, 촉각 등의 센서를 사용하여 참조점을 구하기 위한 정보를 검출하고, 이 검출치에 의해 참조점을 자동적으로 연산하는 사용할 수 있음을 물론이다.

그리고, 이상의 설명에 있어서는 로보트의 동작경로 정보에 대해서 복수의 작업대상개소에서의 설치위치의 상이에 의한 수정의 가능함을 나타냈지만, 작업대상물에 대한 로보트의 손 끝 공구의 자세에 대해서도 똑 같은 방법에 의해 필요에 응해서 수정이 가능하다. 예를 들면 제2도의 경우에서는 로보트가 위치 P에 놓여졌을 때의 손 끝 공구의 자세를 좌표계 O_AX_AY_AZ_A게에 대한 각도 성분(오일러용) 또는 공구 주축과 이 좌표계와의 방향여현 등을 사용하여 표현하며, 로보트가 위치 Q에 놓였을 때의 좌표계 O_BX_BY_BZ_B에 대한 상기 각도성분 또는 방향여현이 같이지도록 제어하면 된다.

이 경우의 방향여현의 각 성분에 대한 좌표계 O_AX_AY_AZ_A에서 O_BX_BY_BZ_B에의 변환도 변환행렬 T_W2, T_W2를 사용하여 나타낼 수 있다. 즉 본원 발명은 로보트를 복수의 작업대상개소에 이동하여 작업을 시킬 경우, 손끝의 위치뿐만 아니라 작업대상물에 대한 손 끝의 자세도 정확히 제어할 필요가 있을 경우에 대해서도 적용할 수 있다.

이상 기술한 것처럼 본원 발명의 방법에 의하면 로보트가 이동한 곳에서의 작업동작에 있어서, 이동한 곳에서의 작업대상개소에 응한 작업동작 궤적을 얻을 수 있으므로, 교시조작을 위한 자업시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

또 본원 발명의 장치에 의하면 동일한 작업대상개소를 각기 정확하게 작업시키기 위한 동작교시가 가능하며, 그 작업적용범위를 확대할 수 있는 것이다.

Claims

작업대상물상의 복수의 동일형상의 작업대상장소에 대응하는 위치에 각기 로보트를 이동하여, 그 장소의 작업을 하는 공업용 로보트의 동작교시방법에 있어서, 제1의 작업대상장소상에 존재하는 기준참조를 로보트의 선단에서 교시동작하여, 그 기준참조의 위치를 제1의 작업장소에 대응해서 설치한 로보트의 제1의 좌표계의 좌표치로서 기억하는 스텝과, 상기 제1의 로보트 좌표계에 의해서 기억한 기준참조의 위치를 제1의 작업대상장소에 설정하여, 작업장소 좌표계에 좌표변환하는 스텝과, 기준참조의 위치를 상기 제1의 로보트 좌표계와 작업장소 좌표계와의 상관관계 정보로 표현하는 스텝과, 제2의 작업장소에 대응하는 제2의 로보트 위치에 있어서, 이 위치에서는 동일 작업대상장소상에 존재하며 또한 상기 기준참조와 대응하는 비교참조를 로보트선단에서 교시동작하여, 그 비교참조의 위치를 제2의 로보트 좌표계의 좌표치로서 기억하는 스텝과, 이 기억된 제2의 로보트 좌표계에 있어서의 비교참조의 좌표치와 상기 상관관계 정보에 의해 제1의 로보트 좌표계에 있어서의 기준참조치를 제2의 로보트 좌표계에 있어서의 비교참조의 좌표치로서 보정하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 공업용 로보트의 동작교시방법.
상기 상관관계 정보는 제2의 로보트 좌표계에 대한 제1의 로보트 좌표계의 평행 이동량 및 방향여현을 요소로 하는 변환행렬임을 특징으로 하는 특허청구의 범위 1기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
기준참조정보 및 비교참조정보는 작업대상장소와 로보트와의 위치관계를 보정하기 위한 참조정보로서, 각기 서로 다른 3개의 참조정보로 구성한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 2기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
각 3개의 참조정보는 작업대상장소상에 설정한 제1의 점과, 이 제1의 점을 지나는 작업대상소상의 직선상에 존재하며, 또한 제1의 점과 다른 위치에 설정한 제2의 점과, 상기 직선을 포함하는 작업대상장소상의 평면내에 있으며, 또한 상기 직선상에 존재하지 않는 제3의 점으로 구성한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 3기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
기준참조정보 및 비교참조정보는 작업대상장소와 로보트와의 위치관계를 보정하기 위한 참조점으로서, 각기 서로 다른 2개의 참조정보로 구성한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 2기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
각 2개의 참조정보는 작업대상물상에 설정한 제1의 점과, 이 제1의 점을 지나는 작업대상상의 직선상에 존재하며, 또한 제1의 점과 다른 위치에 설정한 제2의 점으로 구성한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 3기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
각 2개의 참조정보는 로보트의 좌표계의 어떤 하나의 축과 평행관계에 작업대상물상의 좌표계의 특정의 축을 지나는 하나의 참조면과, 이 하나의 참조면상에 설정한 하나의 참조점으로 구성한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 5기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
작업대상장소와 로보트와의 위치관계의 보정은 3차원 공간내에서 평행이동 및 연직축 둘레의 회전 이동 성분에 의한 좌표변환의 보정임을 특징으로 하는 특허청구의 범위 4,5 및 7중 하나의 항에 기재의 공업용 로보트의 동작교시방법.
작업대상물상의 복수의 동일형상의 작업대상장소에 대응하는 위치에, 각기 로보트를 이동하여, 그 장소의 작업을 하는 공업용 로보트의 동작교시장치에 있어서, 로보트에 의한 작업장소의 교시동작내용을 기억하는 수단과, 상기 기억수단에 기억된 제1의 작업대상장소에 대응하는 제1의 로보트 위치에서의 제1의 로보트 좌표계에 의해 결정된 제1의 작업대상장소상의 기준참조의 좌표치를, 작업대상장소에 설정한 작업장소 좌표계의 좌표치로 변환하여 이들의 상관관계 정보를 연산하는 제1의 연산수단과, 상기 기억수단에 기억된 제2의 작업장소에 대응하는 제2의 위치에서의 제2의 로보트 좌표계에 의한 제2의 작업대상장소상의 비교참조의 좌표치와 상기 상관관계 정보에 의해 제1의 로보트 좌표계에 있어서의 기준참조의 좌표치를, 제2의 로보트 좌표계에서의 비교참조의 좌표치로서 보정연산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공업용 로보트의 동작교시장치.
상기 제1의 연산수단은 기준참조의 위치를 제1의 로보트 좌표계와 작업장소 좌표계와의 상관관계를 나타내는 제1의 변환행렬을 연산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 9기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
상기 제2의 연산수단은 비교참조의 좌표치를 제2의 로보트좌표계와 작업장소 좌표계와의 상관관계 정보를 나타내는 제2의 변환행렬을 연산하는 수단과, 상기 제2의 변환행렬과 제1의 변환행렬에 의해, 제1의 로보트 위치에 대한 제2의 로보트 위치의 설치오차수정을 위한 제3의 변환행렬을 연산하는 수단과, 제1의 로보트 좌표계의 기준참조의 좌표치를, 이것과 상기 제3의 변환행렬에 의해 제2의 로보트 좌표계에 있어서의 비교참조의 좌표치로 보정연산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 10기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
기준참조정보 및 비교참조정보는 작업대상장소와 로보트와의 위치관계를 보정하기 위한 참조정보로서, 각기 서로 다른 3개의 참조정보를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 11기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
각 3개의 참조정보는 작업대상장소상에 설정한 제1의 점과, 이 제1의 점을 지나는 작업대상장소상에 존재하며, 또한 제1의 점과 다른 위치에 설정한 제2의 점과, 상기 직선을 포함하는 작업대상장소상에 평면내에 있으며, 또한 상기 직선상에 존재하지않는 제3의 점을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 12기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
기준참조정보 및 비교참조정보는 작업대상장소와 로보트와의 위치관계를 보정하기 위한 참조점으로서 각기 서로 다른 2개의 참조정보를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 11기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
각 2개의 참조정보는 작업대상물상에 설정한 제1의 점과, 이 제1의 점을 지나는 작업대상상의 직선상에 존재하며, 또한 제1의 점과 다른 위치에 설정한 제2의 점을 구비한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 14기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.
각 2개의 참조정보는 로보트의 좌표계의 어떤 하나의 축과 평행관계에 있는 작업대상물상의 좌표계의 특정의 축을 지나는 하나의 참조면과, 이 하나의 참조면상에 설치한 하나의 참조점을 구비한 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 14기재의 공업용 로보트의 동작교시장치.