WO1989001199A1 - Orbit controlling method of robot - Google Patents

Description

明 細 害

ロボッ トの軌跡制御方法

技 術 分 野

本発明は、 ロボッ ト の軌跡制御方法に関し、 特に、 固 定された作業点に対してワークを所定の軌跡に沿って移 動でき、 もって所要の作業を行えるロボッ ト の軌跡制御 方法に関する。

背 景 技 術

従来、 たとえば、 プレ イバック多関節口ボッ ト におい て、 ロボッ ト本体によ り支持された一連のアームの先端 に設けたェン ドエフ エク タ取付部に取り付けたェン ドェ フエク タたとえば溶接 ト ーチを、 静止状態に保持された ワーク に対して所定の軌跡に沿って移動ざせて溶接作業 を行っている。 第 2図はこの種の□ボッ ト の概略図で、 参照符号 X , Y および Z は、 ロボッ ト本体の一点〇を原 点とする三次元直交基準座標系 （本体座標系） を表し、 この基準座標系においてワークが静止状態に保持ざれて いる。 符号 Uは、 ワーク に設定したワーク 座標系の原点 の、 基準座標系における座標位置を表す。

そして、 ロボッ ト によ る実際の作業の実行に先立ち、 エン ドェフ エク タの軌跡における、 たとえば 2つの目標 点が予めロボッ ト に教示ざれる。 符号 P 1 および P 2は ワーク座標系における第 1 , 第 2の目標点の座標位 ¾を それぞれ表す。

先ず、 オペレ ー タは、 エン ドェフエク タの作動位匱 (作業点） たとえば溶接 ト ーチの先端位 gが第 1 の目標 点 P 1 に合致する ように、 各種アームを操作する。 この 操作によ り、 アーム先端のエン ドエフ Xク タ取付部が基 準座標系において座標位置 R 1 をとる。 そして、 ォペレ ータは目標点 P 1 をロボッ ト に教示する。 この教示操作 に応じて、 Dボッ ト に装備された各種センサによ り、 口 ボッ トのアーム間に設けたジョイン ト を含む各種口ボッ ト作動部の、 目標点 P 1 における作動状態 （各軸の作動 位置） が検出ざれ、 これら検出作動状態が制御情報と し て記憶される。

次に、 エン ドェフエク タ取付部に設定したェン ドェフ ェク タ座標系 （メカニカルインタ ーフ ； cイス座標系） に おける該エン ドエフ：！：ク タの作業点の座標位置 Tを一定 に保持した状態で、 ェン ドエフエク夕の作業点が第 2の 目標点 P 2に合致するように、 アームを操作する。 この 結果、 エン ドエフ ：！：ク タ取付部が基準座標系において座 標位箧 R 2をとる。 そして、 この目標点 P 2において上 述と同様の教示操作が行われ、 このときの各軸の作動位 匱が記恡ざれる。

実際の作業時、 ロボッ ト は、 作業点を所定の軌跡に沿 つて移動ざせて所要の作業を行う。

ここで、 基準座標系における作業点の座標位置に着目 すると、 一般に、 センサはこれに関連するロボッ ト作動 部に設定した座標系における当該作動部の作動状態を検 出するもので、 従って、 これら検出状態に基づいてェン ドエフ エク タ取付部の基準座標系における座標位 gを求 めるべ く、 当該検出パラメータ値について一連の座標変 換が行われる。 以下、 この一連の座標変換後のエン ドェ フエク タ取付部の座標位置を [R ] で表す。 ざらに、 基 準座標系におけるエン ドエフ：！：ク タの作業点の座標位 g を求めるため、 エン ドェフエク タについての、 エン ドェ フ エク タ座標系から基準座標系への座標変換が、 換言す れば、 エン ドェフ エク タ取付部に対するエン ドエフ ェク タの姿勢に応じた座標変換が行われる。 以下、 そのため の座標変換行列を [ T ] で表す。

一方、 目標点 P I , P 2はそれぞれワー ク座標系にお ける値が与えられるので、 これら 目標点を基準座標系を 用いて表すために座標変換が行われる。 以下、 ワーク座 標系における目標点の座標位置を [P ] で表し、 ワーク 座標系から基準座標系への座標変換行列を [ U ] で表す。

そして、 作業点と目標点とは互いに一致するので、 次 式が成立する。

[ R ] [ T ] = [ U ] [P ] ♦ ♦ ♦ ( 1 )

第 （ 1 ) 式よ り 次式を得る。

[ Ρ ] = [ υ ] -' [ Κ] [ Τ ] * * * ( 2〉 上述のよ うに、 従来のロボッ ト では、 エン ドエフ ェク タ取付部に対するエン ドエフ ：！：ク タの作業点の位匿は一 定であり、 また、 ワーク は固定ざれているので、 座標変 換行列 [ Τ ] , [ U ] は一定である。 従って、 上述のよ うにして教示された第 1， 第 2の目標点の座標位 g [ Ρ ] (P I, P 2〉 に対応するエン ドェフエク タ取付部の座 標位置 [ R] が求められ、 また、 両該目標点間の各補間 点の座標位置を [ P ] とすれば、 各補間点における座標 位箧 C R ] は次式から求められる。

[ R] = [U ] [P ] [ T] - ¹ ♦ ♦ ♦ ( 3 ) ブレイバック時、 上述のようにし-.て求めた基準座標系 におけるエン ドェフエク タ取付部すなわちアーム先端の 一連の座標位箧に基づいて、 作業点の軌跡が制御ざれる。

しか しながら、 従来法によれば、 アーム先端とエン ド ェフエク タの作業点との位置関係が、 換言すれば、 上記 変換行列 [ T ] が時間の経緯と共に変化するような作業 は行えない。 例えば、 固定された溶接 ト ーチに対してヮ ークを移動させて溶接を行う タイプの溶接作業はなし得 ない。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 固定ざれた作業点に対してワークを 所定の軌跡に沿って移動でき、 もって、 所要の作業を行 えるロボッ ト の軌跡制御方法を提供するこ とにある。

上述の目的を達成するため、 本発明によ るロボッ トの 軌跡制御方法は、 （ a) 基準座標系において作業点を固 定する工程と、 （ b ) 所定のワーク軌跡上の各目標点が 前記作業点に合致するよ うに前記ワークを位 g决めする 工程と、 （ c ) 各該位置決め終了時に、 エン ドエフ ：！：ク タ取付部に対するエン ドエフ ：!： ク タの作動位 gを教示す る工程と、 （ e ) 斯く教示ざれたそれぞれのエン ドエフ ェク タ作動位匿に基づいてロボッ ト を駆動する工程とを f 。

このよ うに、 本発明によれば、 所定のワーク軌跡上の 筏数の目標点において教示したエン ドエフ ヱク タ作動位 gに基づいてロボッ ト を駆動する ようにしたので、 ェン ドエフ エ ク タ作動位箧の変化を伴う、 固定ざれた作業点 に対してワーク を移動させる タイプの作業においても、 ワーク を所定の軌跡に ½、つて移動でき、 所要の作業を達 成でき る。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施例によ るロボッ ト の軌跡制御 方法が適用ざれるロボッ ト を示す概略図、 およひ、 第 2 図は従来のロボッ ト軌跡制御方法を示す概略図である。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図において、 プレ イバック多関節口ホッ ト の本体 の一点〇を原点とする - X — Y — Z三次元直交基準座標系 において、 溶接 ト ーチ 1 は静止状態に配されかつ基準座 檁系の Z軸に^つて延在している。 参照符号 Uは、 溶接 ト ーチ 1 に設定した溶接 ト ーチ座標系の原点の、 基準座 標系における座標位置を表し、 ま た、 符号 P Oは、 溶接 ト ーチ座標系における溶接 ト ーチ 1 の先端の、 すなわち、 作業点の座標位匮を表す。

一部図示を省略する力 ロポッ ト は、 口ボッ ト 本体に 連結された一連のアーム （図示を簡略にするためアーム 3 , 4のみを示す） と、 この一連のアームの先端に設け たェン ドエフエク タ取付部に装着ざれたェン ドエフエク タ と してのハン ド とを備え、 Dボッ ト本体と Dボッ ト本 体側アームおょぴ相隣るアーム同士はジョイン ト によ り 達結されている。 そして、 ロボッ ト は、 ハン ドによ り把 持した平板状のワーク Wを、 第 1 図に破線で示す位置か ら一点鎖線で示す位置に、 すなわち、 溶接 ト ーチ 1 に対 してワーク Wの第 1 の頂点 a 1 と第 2の頂点 a 2 とを結 ぶ所定の軌跡 2に沿つて移動ざせるようになっている。 好ま し く は、 このワーク移動は、 ワーク底面が X— Y平 面と平行である よ うにワーク Wの姿勢を保った状態で行 われる。 また、 ハン ドにはェン ドエフ エク タ取付部に対 するハン ドの作動位箧を表すためのハン ド座標系が設定 ざれている。

図示を省略するが、 ロボッ ト は、 アーム 3および 4 . 各種ジ ョ イン ト ならびにハン ドを含む各種ロボッ ト作動 部を駆動するための駆動手段と、 それぞれの作動部の作. 動状態を検出するための各種センサと、 これらセンサに よる検出結果を記恡するための手段を含みかつ駆動手段 を制御するための制御手段とを備える。 これらの要素は 従来公知の方法で構成できるので説明を省略する。

以下、 上述のよ うに構成ざれる ロボッ ト の作動につい て説明する。

ロボッ ト によ る実際の作業の実行に先立ち、 ロボッ ト への教示が行われる。 先ず、 ワーク Wを、 溶接閲始点に、 すなわち、 該ワーク Wの底面側においてワーク Wの第 1 の頂点 a 1 が溶接 ト ーチ 1 の先端 （作業点〉 に一致する よ うに、 位 g決めする。 このとき、 基準座標系において アーム 4の先端は座標位置 R 1 をと り、 また、 ハン ド座 標系におけるハン ドの作動位 gに対応する、 ハン ド座標 系におけるワーク Wの溶接 ト ーチ先端 （作業点〉 に対向 する部位の座標位！;は T 1 で表される。 次いで、 この状 態で、 教示が行われる。 この教示操作に応じて、 ロボッ 卜 に装備された各種センサによ り、 上記位箧决め時の、 ワークの座標位置 T 1 を含む各種ロボッ ト 作動部の作動 状態が検出され、 これら検出作動状態が制御情報と して 記恡ざれる。

次に、 ワーク Wを溶接終了点に位 g決めする。 このと きワーク Wの第 2の頂点 a 2が溶接 ト ーチ先端に一致し、 基準座標系においてアーム 4の先端は座標位 g R 2をと り、 また、 ハン ド作動位置に対応する、 ワ ーク Wの作業 点に対向する部位の座標位萤は T 2で表される。 次いで、 この状態で教示が行われ、 上記ワ ーク座標位 g T 1 と異 なるワー ク座標位 g T 2 を含む各種ロボッ ト作動部の作 動状態が検出され、 記憶ざれる。

上述の教示操作が終了すると、 ロボッ ト のプレイバッ ク機能を利用 して実際の作業を行う。

ここ で、 上記第 （ 1 〉 式を変形して次式を得る。

[ T ] = [ R ] [ U ] [ P ] ♦ · · ( 4 ) 上述のよ うに、 本実施例では溶接 ト ーチ 】 は固定して 配され、 従って、 ト ーチ座標系から基準座標系への変換 のための座標変換行列 [ U ] および ト ーチ座標系におけ る作動点すなわち溶接 ト ーチ 1 の先端の座標位匱 C P ] は一定かつ既知であり、 また、 溶接開始点および溶接終 了点におけるワーク座標位置 [ T ] は上記教示操作によ り既知である。 そこで、 溶接開始点と溶接終了点とにお ける両ヮーク座標位置間に所要数の補間点を設定し、 次 いで、 補間処理を実行して各補間点における各種口ボッ ト作動部の作動状態を決定する。 たとえば、 各補間点に おけるワーク座標位篋 [ T ] を算出し、 次いで、 各捕間 点におけるエン ドェフエク タ取付部すなわちアーム 4の 先端の基準座標系での座標位匮 [ R ] を上記第 （ 4〉 式 に従い算出する。 '

そして、 溶接閲始点から溶接終了点にわた り、 斯く算 出した座標位置 [ R ] にアーム 4の先端が合致しかつヮ ーク座標位 gが上記算出位置 [ T ] に対応するように、 換言すれば、 ワ ーク W上の所定の軌跡 2 と溶接 ト -チ 1 の先端とが合致するよう に、 ロボッ トの制御手段は駆動 手段を介してアーム 3 , 4およびハン ドを含む各種口ボ ッ ト作動部の位匿. 姿勢および速度ひいてはワーク Wの 位 g, 姿勢および速度を制御する。

Claims

請 求 の 範 囲

( a ) 基準座標系において作業点を固定する工程と、 ( b ) 所定のワ -ク軌跡上の各目標点が前記作業点に 合致するように前記ワークを位箧决めする工程と、

( c ) 各該位 g決め終了時に、 エン ドエフ Xク タ取付 部に対するエン ドエフ Xク タの作動位箧を教示する工程 と、

( e ) 斯く教示されたそれぞれのエン ドェフエク タ作 動位箧に基づいてロボッ ト を駆動する工程とを備え る、 ロボッ ト の軌跡制御方法。