JPH01185706A - ロボットのティーチング方法 - 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〕 この発明は、ワークの表面上におけるエンドエエクタの
位置および姿勢情報を、ロボットに教示するためのロボ
ットのティーチング方法に関する。

〔従来の技術とその課題〕

プレス成形された板金などのような複雑な立体形状を有
するワークを切断して所望の形状とすることのできる切
断ロボットとしては、本件出願人によって出願され、特
開昭５７−９６７９１号公報において開示されたプラズ
マ切断ロボットなど、種々のものが既に提案されて実用
化されている。

そして、このようなロボットにおいては、切断線をロボ
ットに教示するために、あらかじめワークやティーチン
グモデル上の所定の位置の情報をティーチングデータと
してロボットに教示する必要がある。

そして、このようなティーチングデータを作成する方法
として、他のＮＣ工作機械の制御装置等で作成されたＮ
Ｃデータに基づいてロボットのエンドエフェクタを移動
させ、ＮＣデータに含まれていないティーチングデータ
は運転員が調整し、設定する方法がある。

第８図は、このようなＮＣデータを用いたティーチング
データ作成方法を示す説明図である。図において、立体
形状を有するワークＷの表面上には切断線Ｃと教示点Ｐ
ｉ−１〜Ｐ１＋２が仮想的に設けられている。なお、こ
れらの教示点は簡単のため実際よりも相互の距離が大き
くとられている。

ＮＣデータはＸ軸及びＹ軸の２次元データであり、ＮＣ
データにより指定されるＸ−Ｙ表面上のＮＯデータ点Ｑ
、　〜Ｑｉ＋２及びＮＣデータ線りがワ−クＷの上方に
示されている。なお、ＮＣデータ線りはロボットのトー
チＴとワークＷが干渉しないようにするため、ワークＷ
に対して十分高いＺ座標位置におけるＸ−Ｙ平面上に設
定されている。

切断線ＣはＮＯデータ曲線りをワークＷ上に投影したも
のであり、ＮＣデータ点Ｑｉ−１〜Ｑｉ＋２と教示点Ｐ
ｉ−１〜Ｐ１＋２とがそれぞれ対応している。

また、図にはロボットのエンドエフェクタとしてのトー
チＴ及びトーチＴの概略の移動経路Ｒを併せて示してい
る。

従来の方法でティーチングデータを作゛成するには、ま
ずＮＣデータに基づいてトーチ下を最初のＮＣデータ点
Ｑ・　に自動的に移動させる。このとき、トーチＴは一
定のく例えば鉛直下向きの）姿勢をとるようにする。次
に、手動モードに切換えて、トーチＴをワークＷ上の教
示点Ｐ、　に下降させ、教示点Ｐ・　におけるトーチＴ
の７座標！−１ 位置と姿勢とを調整し、教示点情報としてロボットに記
憶させることによってティーチングデータを作成する。

教示点Ｐｉ−１のティーチングデータ作成後は、自動モ
ードに切換え、トーチＴを次のＮＣデータ点Ｑ・の位置
に自動的に移動させる／ともにその姿勢を鉛直下向きに
直す。このときトーチＴを最初の教示点Ｐｉ−１から次
の教示点Ｐ１に直接移動させないのは、この時点におい
てロボットが有しているティーチングデータはＮＣデー
タ点Ｑｉ−１〜Ｑｉ＋２の２次元データのみであり、そ
のＺ座標やトーチＴの姿勢を規定するデータがないから
である。ＮＣデータ点Ｑ、から教示点Ｐ、へのトーチＴ
の移動は、前記と同様に手動モードに切換え、トーチＴ
を手動により教示点Ｐ１に近づけてトーチＴの７座標位
置及び姿勢を調整する、そして、教示点情報としてロボ
ットに記憶させることにより、ティーチングデータの作
成を行なう。

以上のように、従来は教示点Ｐ１−１〜Ｐ１＋２毎に一
旦対応するＮＣデータ点Ｑｉ−１〜Ｑｉ＋２にトーチＴ
を自動的に移動させ、次に手動によりトーチＴを動かし
てＺ座標位置と姿勢とを調整することによりティーチン
グデータの作成を行なっていた。

このときトーチＴの姿勢は、トーチＴまわりの回転軸を
回転させて調整するので、例えば教示点Ｐ　から次のＮ
Ｇデータ点Ｑ・　にトーチＴを自１　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１＋１動的に移動させると、ト
ーチＴまわりの回転軸も自動的にまわってトーチＴを一
定姿勢（鉛直下向き）に戻す。ところが、この移動は自
動的に行なわれるので、トーチＴの回転の仕方や移動経
路及びワークＷの形状によってはトーチ下がワークＷに
衝突する危険性がある。また、教示点Ｐｉ−１〜Ｐｉ＋
２におけるトーチ姿勢によってはトーチＴが鉛直下向き
の姿勢に戻る際に伴って、トーチＴが急激な動きをする
ので特に危険性が高いという問題があった。

また、相互に隣接する教示点く例えばＰｉ−１とＰ、）
はその座標位置及びトーチ姿勢が似通っているので、隣
接する教示点に対してトーチＴを順次移動していけば、
トーチＴの位置及び姿勢を調整するのも容易である。と
ころが、ティーチングデータとして限られたく上記の場
合、Ｘ軸、Ｙ軸のみの）データに基いてトーチＴを移動
させるので、教示点Ｐ・　〜Ｐト、毎にトーチ下を一旦
ＮＣデータ点Ｑｉ−１〜Ｑｉ＋２に戻している。従って
、トーチＴを教示点毎に所望の位置及び姿勢に調整する
ために手間と時間を要し、ティーチングデータを効率的
に作成できないという問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は上記のように課題を解決するためになされた
もので、ＮＧデータ等の、他のデータ作成手段によって
予め作成された所定の自由度のみについての座標データ
に基いてティーチングを行なう際に、エンドエフェクタ
の自動的な動作によって、エンドエフェクタとワークと
が衝突するなどの危険性がなく、また、多数の教示点に
係るティーチングを行なうことができるロボットのティ
ーチング方法を提供することにある。

〔目的を達成するための手段〕

上述の目的を達成するため、この発明は、ワークの表面
上におけるロボットのエンドエフェクタの動作を教示す
るに当たって、所定のデータ作成手段によって予め作成
された一部の自由度のみについての教示点座標データを
用いて前記ロボットのティーチングを行なう方法であっ
て、（ａ）前記ワークの表面と前記エンドエフェクタの
相互の位置関係を、前記ロボットが備える相互位置検出
手段によって検出し、その検出結果に基づいて前記ワー
クの表面と前記エンドエフェクタとの相互の位置関係を
所定の関係に保ちつつ、移動制御手段を用いて前記教示
点座標データが指示する場所へ前記エンドエフェクタを
移動させ、（ｂ）前記移動模または移動中に前記エンド
エフェクタの姿勢を所望の姿勢とした後に、前記エンド
エフェクタの位置情報及び姿勢情報を取込み、（ｃ）以
上の（ａ）および（ｂ）の処理を繰返してティーチング
を進める。

〔実施例〕

Ａ、実施例の構成の概要 第１図は、この発明を適用してティーチングを行なわせ
るべきロボットの一例としての、直角座標型レーザ切断
ロボットの機構的構成を示す概略斜視図である。同図に
おいて、このレーザ切断ロボットＲＢは、基台１の上に
、図示しないモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に
移動自在な移動台２を有しており、この移動台２の上に
ワーク（図示せず）を載置する。基台１の両側方に垂直
に立設されたコラム３の頂部にはビーム４が架設され、
このビーム４には、図のＺ方向（垂直方向）に延びると
ともに、モータＭ２によってＹ方向に移動自在な移動コ
ラム５が設けられている。

また、この移動コラム５の下端には、モータＭ３によっ
て７方向に上下するモータＭ４が設けられている。これ
によって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置に設
けられているアーム６が図のθ方向に回転する。また、
このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設けられてお
り、これによってエンドエフェクタとしてのレーザトー
チＴが図のψ方向に回動する。さらに、このレーザトー
チＴを利用して、レーザトーチＴとワークＷの表面との
距離を検出するハイドセンサＨ８（後述する。）が形成
されている。

レーザトーチＴには、レーザ発成装置７からのレーザビ
ームがレーザガイドバイブ８を通して与えられる。また
、制御装置９には、後述するトーチ距離検出器やマイク
ロコンピュータなどが内臓されており、操作盤１０には
、キーボードやデイスプレィ等が設けられている。さら
に、外部コンピュータ１１は種々のデータの入出力やデ
ータ処理を行なうためのものであり、ＣＲＴ１２やキー
ボード１３などを備えている。

第２図は、第１図に示したロボットＲＢの電気的構成の
概略図である。第２図において、制御装置９に内臓され
たマイクロコンピュータ２１には、バスＢＬを介して、
以下の各機器などが接続されている。

■上記モータＭ　〜Ｍ５や、これらのモータＭ　〜Ｍ　
の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第１図中
には図示せず）を含んだ機構駆動系２３ ■レーザ発振装置７ ■操作盤１０ ■外部コンピュータール −ザトーチＴには、レーザ発成装置７からレーザビーム
が与えられるほか、レーザトーチＴの先端部に設けられ
たハイドセンサＨ８を用いてし−ザトーチＴとワークＷ
との相対的距離がトーチ距離検出装置２２によって検出
され、上記相対的距離を示すデータがマイクロコンピュ
ータ２１に与えられる。なお、このシステムは、上位の
ホストシステム（図示せず）の制御下で動作させること
もできる。

Ｂ、レーザトーチＴの詳細構゛ 第３図は、上述したレーザトーチＴの詳細を示す部分断
面図である。図において、レーザトーチＴの円筒状のハ
ウジング４０の下部は、その下端にあるトーチ孔４３に
向かって円錐状に内外径が減小するノズルチップ４１と
なっている。トーチ孔４３部分におけるノズルチップ４
１の外周部のは、ワークＷと対向する平面積を大きくし
たハイドセンサＨ８とされている。また、ハウジング４
０内にはレンズ４２が設けられており、レーザ発振装置
７から与えられたレーザビームＬＢがレンズ４２で絞ら
れてワークＷに照射される。

ハイドセンサＨ８は、レーザトーチＴがワークＷに向け
られると、ワークＷとノズルチップ４１のクリアランス
ｈの差を静電容量の変化で検知するセンサである。すな
わち、予め設定したレーザトーチＴとワークＷの相対的
距離に対して、両者が互いに近づくと静電容量が増大し
、逆に両者が互いに離れると静電容量が減少する。従っ
て、レーザトーチＴとアーム６とを電気的に絶縁してお
き、第２図に示すトーチ距離検出装置２３によってハイ
ドセンサＨ８の静電容量を検出すれば、レーザトーチＴ
とワークＷとの実際の相対的距離が予め設定された相対
的距離に対して小さいか大きいかを判断することができ
る。

この発明においては、このハイドセンサＨ３による検出
データに基づいてレーザトーチＴとワークＷとの相対的
距離が常に一定となるようにマイクロコンピュータ２１
がレーザトーチＴの動作を制御する。

Ｃ，ティーチングデータの構成 上記のように、レーザ切断ロボットＲＢは自由度として
直角座標系３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　、レーザトーチＴまわ
り回転として２軸（θ、ψ）を有する５軸のロボットで
あるが、ＮＣデータとして得られるのは、このうち直角
座標系の２軸（Ｘ、Ｙ）又は３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）だけで
ある場合が多い。

そこで、まずＮＣデータから最終的なティーチングデー
タを作成する場合のデータ構成について説明する。

第４図はＮＣデータからティーチングデータに至るまで
のデータ構成の違いを示したものである。

図において、ＮＣデータとしては、Ｘ・、ｙｉの■ ２＠データが得られている（第４図（ａ））。ここで添
字のｉは各教示点毎のデータであることを示す。この発
明による実施例においてティーチングデータを作成する
ためのロボットＲＢの動作モードを「倣いモード」と呼
ぶ。第４図（ｂ）は倣いモードにおいてロボットＲＢに
与える倣いモードデータの構成を示すものである。倣い
モードデータはＸ軸、Ｙ軸のデータ（×・、Ｙ・）とし
てＮＣデータ（ｘｌ、ｙ・）をそのまま用いている。

またＺ軸のデータ（Ｚ、）は上述したハイドセンすＨ８
によりレーザトーチＴとワークＷとの相対的距離を一定
に保つことによって決定する。

レーザトーチＴまわりの回転軸データ（θ・。

φｉ）は、各教示点において運転員がレーザトーチＴの
姿勢を適宜調節することによって決定する。

但し、一つの教示点から次の教示点にレーザトーチＴを
自動的に移動させる際には、これらの回転軸データを一
定に保つこととする。そこで、第４図（ｂ）では、θ・
＝θｉ−１およびψｉ＝ψｉ−１（ｉは教示点の順番を
示す。）としている。さらに、ティーチング時における
レーザトーチＴの動作を規定するものとして、その移動
速度データｖ１を指定する必要があるが、倣いモードに
おいては、これを一定の比較的ゆっくりした速度■。

に設定している。

倣いモードでは、以上のように作成する５軸のデータ（
Ｘ、、Ｙ・、Ｚ　、θ・、ψ、）および＋　　　　　　
　１　　　　　　１　　　　　　１　　　　　　１速度
データ■ｉに基づいてレーザトーチＴを自助的に移動さ
せ、各教示点において運転員がレーザトーチＴの姿勢（
すなわち回転軸θ・、ψ・）を調整することにより、各
教示点についての５軸のデータをティーチングデータと
して作成していく。

第４図（ｃ）は最終的なティーチングデータの構成を示
しており、倣いモードで作成された５軸のデータの他に
、再生動作時のための速度データ■、として各教示点毎
に適切な値を改めて設定すす るとともに、レーザのオン／オフ等のデータを含む他の
ティーチングデータＳｉが各教示点毎に設定される。

次に、倣いモードにおけるティーチングデータの作成方
法について説明する。

Ｄ、倣いモードにおけるティーチン　データ作方法 第５図は、この発明の実施例による倣いモードにおける
ティーチングデータ作成方法を示す説明図である。図に
おいてワークＷ１切断線Ｃと切断線Ｃ上の教示点Ｐ・　
〜Ｐ・　、ＮＧデータ点１−１１÷２ Ｑｉ−１〜Ｑｉ＋２およびＮＣデータ線りは第８図に示
す従来のティーチングデータ作成方法におけるものと同
一である。なお、ＮＣデータ（Ｘ・。

ｙｉ）によって規定されるのはＮＣデータ点Ｑｉ−１〜
ｑｉ＋２とこれを結ぶＸＹ平面上のＮＣデータ線りであ
って、教示点Ｐ・　〜Ｐｉ＋２はＮＣ＋−１ データ点Ｑ・　〜Ｑｉ＋２をワークＷの表面上に投＋−
１ 彰したもの、また切断線ＣはＮＣデータ線りをワークＷ
の表面上に投影したものとなっている。

第６図は第５図の状況下においてロボットＲＢの動作を
教示するために、各教示点Ｐｉ−１〜Ｐｉ＋２のティー
チングデータを作成する手順を示すフローチャートであ
る。

まずステップ＄１では各教示点Ｐ・　〜Ｐｉ＋２につき
、ロボットＲＢの一部の自由度についての座標データが
教示される。但し、この発明の実施例においてはＮＣデ
ータによりこの座標データが与えられるものとしており
、従って、ここで与えられる座標データは２軸の座標デ
ータ（ｘＨ。

ｙ・）のみである。

次にステップＳ２で示すテストモードに移行する。テス
トモードは作成された座標データを加工するモードであ
る。テストモードにおけるステップ８２１において、倣
いモードか修正モードかを選択する。この修正モードは
、一応完成したティーチングデータに従ってエンドエフ
ェクタを移動させ、これに修正を加える通常の修正モー
ドであり、本発明の特徴とは関係しないのでその説明は
省略する。

倣いモードを選択すると、次のステップ３２２でレーザ
トーチＴをＮＣデータで指示された始点（第５図の例で
は点Ｑ、−１）に自動的に移動させる。このとき使用さ
れるのはＮＣデータ（Ｘｉ−１゜ｙ、−、）のみであり
、レーザトーチＴがワークＷと干渉しないようにするた
め、Ｚ座標位置は十分高いものとしている。また、レー
ザトーチＴの姿勢は特に規定する必要はないが、ここで
は鉛直下向きとしている。

次に、ステップＳ２３でレーザトーチＴが下向きにゆっ
くり下降し、レーザトーチＴとワークＷの相対的距離が
予め設定された一定値になったところで停止する。これ
は前述したハイドセンサＨ８を用いることにより自動的
に行なわれ、この結果、ワークＷ上の教示点Ｐｉ−１に
対してトーチＴのＸ、Ｙ、Ｚ座標が所望の値に一致する
ようにレーザトーチＴが位置決めされる。

次にステップ８２４では、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標位置を変更す
ることなく、レーザトーチＴの姿勢のみを運転−が手動
で調節してθ軸、φ軸のデータを修正する。

レーザトーチＴの姿勢の修正後、ステップＳ２５におい
て、このようにして設定された５軸のデータをティーチ
ングデータとしてロボットＲＢに教示する。

以上が最初の教示点Ｐ・　についてのティーチングデー
タ作成方法であるが、この発明は、特に２番目の教示点
以降についてのティーチングデータ作成方法に特徴があ
る。すなわち、次の教示点Ｐ、にレーザトーチＴを移動
させるために、第４図（ｂ）に示したように、Ｘ軸、Ｙ
軸の座標データとしてＮＣデータ（ｘ　　、ｙ；　）が
用いられ、またＺ軸はハイドセンサＨ８によりワークＷ
に対して一定距離に設定される。さらに、レーザトーチ
Ｔの回転軸データθ　、ψ、は一つ手前の救示点におけ
る回転軸データθ・　、ψｉ−１が用いら＋−１ れる。またレーザトーチＴの移動速度Ｖｉはゆっくりし
た一定速度■。に設定されている。

ステップＳ２６ではこのように設定された倣いモードデ
ータに基づいて、レーザトーチＴがマイクロコンピュー
タ２１による移動制御により、ワークＷの表面付近に沿
って前の教示点Ｐｉ−１から次の教示点Ｐ・へと移動す
る。なお、ハイドセンすＨ８を用いたＺ座標位置の制御
は第７図に示すように、レーザトーチＴの作業点Ｃ１）
がワークＷの表面に対して所定の深さ位置にくるようレ
ーザトーチＴとワークＷとの距離を一定値りに保ちつつ
、レーザトーチＴの２座標位置のみを変化させることに
より行なわれる。従ってレーザトーチＴの作業点Ｃｐは
ＮＣデータで規定されるＸ軸とＹ軸の座標データを保持
したまま、２軸座標のみがハイドセンサＨ８の働きによ
って設定される。このように、レーザトーチＴとワーク
Ｗとが一定距離りを保ちつつ、ワークＷの表面に沿って
教示点Ｐ１−１から教示点Ｐ、へとレーザトーチＴが速
度■ｏでゆっくりと移動する。

ステップ８２７では教示点ＰｉにおけるレーザトーチＴ
の姿勢を手動で調整し、ステップ８２８では設定された
５軸の座標データをロボットＲＢにティーチングデータ
として教示する。

次のステップＳ２９では全教示点が終了したか否かを判
定し、終了していなければステップ８２６に戻り、次の
教示点におけるティーチングデータの作成を続行する。

以上の繰返しによってティーチングが進み、それによっ
て全教示点が終了すると、ステップＳ３０においてレー
ザトーチＴの速度■ｉ及びその他のティーチングデータ
Ｓ、が設定され、ティーチ■ ングデータの作成が終了する。

こうしてすべてのティーチングデータが作成されると、
実際にワークＷを切断する再生モード（ステップ８３）
へと移行する。

以上のように、この実施例ではハイドセンサＨ８により
レーザトーチＴとワークＷとが常に一定距離を保つよう
にレーザトーチＴが自動的に移動するので、従来のよう
にレーザトーチＴとワークＷとが衝突するようなことが
なく、しかも教示点間の移動が濶単にかつ早く行なえる
。また、通常は、隣り合う教示点におけるレーザトーチ
Ｔの姿勢が似通っているので、これを運転員が手動によ
り調整するのも容易で手間がかからないという利点があ
る。レーザトーチＴの姿勢を所定の姿勢に毎回戻す動作
は存在しないため、レーザトーチＴの無用の回転による
危険もない。

Ｅ、変形例 以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次
のような変形も可能である。

■ハイドセンサＨ８としては、静電容量を検出する方式
のものでなく、磁気や光によるものであってもよい。例
えばアーム６にレーザトーチＴと隣接して光学的センサ
ヘッドを設け、それによって相対位置検出を行なっても
よい。このような目的に使用される光学的センサヘッド
としては、たとえば、特願昭６０−１５３０７２に示さ
れているものを用いることができる。この光学的センサ
ヘッドは、ワークＷに対す距離を一定値に保つとともに
、センサの姿勢を一定方向に制御するために使用できる
ものである。従って相対位置検出手段としてこの光学的
センサヘッドを用いてこの発明を実施すれば、エンドエ
フェクタの座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のみならず、その姿
勢（θ、ψ）もロボットが自動的に調節設定する。従っ
て、運転員による姿勢調整が不要となり、ＮＣデータの
みに基づいてロボットＲＢが教示点を自ら次々に設定し
ていくことも可能である。

■複数の教示点によって動作を教示するＦＴＰ制御のロ
ボットのみでなく、連続した作業線によって動作を教示
するＣＰ制御のロボットにも適用可能である。このとき
ＮＣデータは例えばＸＹ平面上の連続曲線となる。

■予め座標データとして与えられるのは、Ｘ軸とＹ軸の
ＮＣデータである場合に限られず、一般に複数の自由度
の一部の座標データであって、他の自由度のデータにつ
いてはセンサによりエンドエフェクタとワークとの相互
の位置関係を一定に保つことにより決定する方法であれ
ば、この発明が適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、予め準備され
た一部の座標データを用いるとともに、センサによって
エンドエフェクタとワークとの相互の位置関係を自動的
に設定するようにして、エンドエフェクタを動作させる
ので、エンドエフェクタとワークとの衝突などによる危
険もなく、また多量のティーチングデータの作成を効率
良く行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用する産業用ロボットの機構的
構成の概略を示す斜視図、 第２図は、第１図のロボットの電気的構成を示す概略ブ
ロック図、 第３図は、レーザトーチの詳細構成を示す部分断面図、 第４図は、ティーチングデータのデータ構成を示す図、 第５図は、実施例の動作を示す説明図、第６図は、実施
例の動作を示すフローチャート、第７図は、ハイドセン
サの働きを示す説明図、第８図は、従来のティーチング
方法を示す説明図である。 ＲＢ・・・レーザ切断ロボット、 ９・・・制御装置、　　　　１０・・・操作盤、１１・
・・外部コンピュータ、 Ｔ・・・レーザトーチ、　　　Ｗ・・・ワーク、Ｈ３・
・・ハイドセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークの表面上におけるロボットのエンドエフェ
   クタの動作を教示するに当たって、所定のデータ作成手
   段によつて予め作成された一部の自由度のみについての
   教示点座標データを用いて前記ロボットのティーチング
   を行なう方法であって、 （ａ）前記ワークの表面と前記エンドエフェクタの相互
   の位置関係を、前記ロボットが備える相互位置検出手段
   によつて検出し、その検出結果に基づいて前記ワークの
   表面と前記エンドエフェクタとの相互の位置関係を所定
   の関係に保ちつつ、移動制御手段を用いて前記教示点座
   標データが指示する場所へ前記エンドエフェクタを移動
   させ、 （ｂ）前記移動後または移動中に前記エンドエフェクタ
   の姿勢を所望の姿勢とした後に、前記エンドエフェクタ
   の位置情報及び姿勢情報を取込み、 （ｃ）以上の（ａ）および（ｂ）の処理を繰返してティ
   ーチングを進めることを特徴とするロボットのティーチ
   ング方法。