JPH0282302A - ロボット制御装置 - Google Patents

ロボット制御装置

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JPH0282302A
JPH0282302A JP63235738A JP23573888A JPH0282302A JP H0282302 A JPH0282302 A JP H0282302A JP 63235738 A JP63235738 A JP 63235738A JP 23573888 A JP23573888 A JP 23573888A JP H0282302 A JPH0282302 A JP H0282302A
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克己 山本
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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、工具を工具台に固定し、ロボットに工作物を
挟持させ、ロボットの位置及び姿勢をjlill御して
工作物の加工を行うロボット制御装置に関する。
【従来技術】
従来、第9図に示すように、工作物Wを工作台32に固
定して工具Tを多関節、6軸ロボツト(以下「ロボッ1
−」という)30に取り付け、教示された作業位置で作
業姿勢を取った後、加工を行うロボットの制御装置があ
る。この制御装置においては、ロボット30に工具Tが
固定されているので、ロボットのハンドのフランジ中心
位置と工具Tの先端位置との関係が常に一定となる。従
って、工具Tの工作物Wに対する移動速度を一定とする
には、ロボットのハンドのフランジ中心から加工点であ
る工具Tの先端までの方向と距離を固定として、その工
具Tの先端速度を一定に保持するような補間制御を行え
ば良い。 このロボット30における動作経路の補間制御としては
、通常、回転主軸法が採用されている。 この回転主軸法は、次に述べるような方法である。 先ず、工具先端の動作経路上における教示点の位置デー
タとして、工具先端の位置ベクトルと工具の姿勢を表し
た姿勢行列とで構成される4行4列の位置行列(以下、
位置及び姿勢とを表す行列を「位置行列」という)が与
えられる。次に、工具先端が教示点間を移動する時に、
空間の動作経路上の位置の補間と、工具の姿勢変化によ
る姿勢の補間が行われる。この時、工具先端での工具姿
勢の変化は、ある回転主軸を中心とする回転運動として
表されることが知られている。従って、教示点間を移動
する間の工具姿勢の変化を示す回転主軸の周りの回転角
を分割し、その分割された各角度だけ教示点での工具姿
勢を回転させることにより、順次、補間姿勢を得ること
が出来る。結局、位置の補間のための工具先端に固定さ
れた座標系で表された位置の変移列バク1〜ルと、姿勢
の回転を行うための3行3列の回転行列とを併せて、位
置と姿勢の補間を行う演算子である4行4列の姿勢変換
行列が存在する。従って、教示点の位置行列に、この姿
勢変換行列を掛けて補間点での工具先端の位置行列を求
めることが出来る。そして、この補間点での位置行列か
らロボットの各駆動軸の回転角を逆変換して求め、求め
られた回転角になる様に各駆動軸が回転され、動作経路
上の補間点に、位置及び姿勢が決定される。 回転主軸法は、以上のように、姿勢の補間を回転主軸の
周りの回転運動で行うものであり、したがって、補間姿
勢は、1変数の回転主軸の周りの回転角だけで決定され
ると言う特徴がある。このため、最小動作の滑らかな姿
勢の変化が実現出来る。
【発明が解決しようとする課題】
ここで、工具と工作物の相対速度を指定された一定速度
に保持して加工をする必要がある作業、例えばアーク溶
接作業、パリ取り作業等がある。 これらの作業において、搬入装置等により位置決めされ
た工作物をロボットに挟持させ、その挟持状態を保持し
て工具台に固定された工具にて加工した後に、そのまま
搬出装置等に載置するような一連のロホッ1−による動
作を行うことは、マテリアル・ハンドリングにおけるロ
スタイムを少なくし、加工における流れ作業をより促進
させることが期待できる。 しかし、このようなロボットの制御においては、第10
図に示すように、ロボッ1−40に挟持された工作物W
の加工される位置り、、L2によってロボットのハンド
のフランジ中心から加工点である工具の先端までの距離
11.12が変化し、位置り、の加工速度Vに対して位
置L2における加工速度はV′と変化してしまうため、
上述のような補間制御による加工作業ができなかった。 本発明は、上記の課題を解決するために戊されたもので
あり、その目的とするところは、工具と工作物の相対速
度を指定された一定速度に保持して加工をする必要があ
る作業において、工具を工具台に固定し、工作物をロボ
ットに挟持させ、工作物を移動させて加工が可能となる
ロボット制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明の構成は、第1図にその
概念を示すように、工具を工具台に固定し、ロボットに
工作物を挟持させ、前記ロボットの位置及び姿勢を制御
して工作物の加工を行うロボット制御装置において、前
記工具の先端の位置及び姿勢に関連する工具データを記
憶する第1記憶手段と、前記工作物の各教示点に対する
前記ロボットのハンドのフランジ中心の位置及び姿勢を
各教示データとして記憶する第2記憶手段と、前記工作
物の隣接する教示点の内、一方の教示点を始点とし、前
記ロボットのハンドのフランジ中心に固定された座標系
における前記始点の位置及び姿勢を前記第1記憶手段に
記憶された工具データ及び前記第2記憶手段に記憶され
た各教示データから算出する第1演算手段と、前記工作
物の隣接する教示点の内、他方の教示点を終点とし、前
記ロボットのハンドのフランジ中心に固定された座標系
における前記終点の位置及び姿勢を前記第1記憶手段に
記憶された工具データ及び前記第2記憶手段に記憶され
た各教示データから算出する第2演算手段と、前記第1
演算手段にて算出された前記始点の位置及び姿勢と前記
能2演算手段にて算出された前記終点の位置及び姿勢と
の間を所定の補間周期にて前記ロボッ1−のハンドのフ
ランジ中心に固定された座標系における補間点毎の位置
及び姿勢を算出する第1補間手段と、前記第1補聞手段
にて算出された補間点毎の位置及び姿勢と前記第1記憶
手段に記憶された前記工具の先端の位置及び姿勢とから
前記補間点毎の前記ロボットのハンドのフランジ中心の
位置及び姿勢を算出する第2補間手段とを有することを
特徴とする。
【作用】
本発明の作用を理解し易くするため、先ず、第2図を参
照して説明する。 〇−XYZ座標系は、空間に固定された直交座標系であ
る。P点は工具台に固定された工具の先端を表し、Q点
は工作物を挟持するロボットのハンドのフランジ中心(
以下、単に「フランジ中心」ともいう)を表す。工具の
先端Pには、工具の先端の工具姿勢を表すために単位バ
ク1−ルe1e2.e3が工具に固定されて図示するよ
うに採られている。又、フランジ中心Qにおける姿勢を
表すためにフランジ中心に固定された単位ベクトルal
、a2.a3が図示するように採られている。これらの
単位ベクI−ルの成分を次式で定義する。 e  1 =  (T z、T I2.  T 13)
””””””””(i)e 2−(T 2+、  T 
22.  T 23)  ””””””””(2)e 
3−(T s 1.  T 32.  T 33)  
−−−−−−(3)a 1 =  (F z、  F 
12.  F 13)−−−(4)a 2−(F 2□
、  F 22.  F 23)   −””””””
(5)a 3−(F 31.  F 32.  F 3
3)  ”””−””””’(6)又、P点及びQ点の
位置バク1−ル(成分は直交座標を意味する)を次式で
定義する。 OP = (P x、 P v、 P z )−−−−
−−−−−(7)OQ−(QX、QY、QZ )  〜
〜−−−−−−−−−−〜(8)したがって、工具の先
端の位置行列T及びフランジ中心の位置行列Fは、次式
で定義される。 ここで、左上の3行3列の行列が姿勢行列と言われるも
のである。又、変換行列Mが次式で定義される。 この変換行列Mは、フランジ中心の位・回行列Fと工具
の先端の位置行列Tとを関連づけるものである。工具の
先端の位置及び姿勢を、フランジ中心に固定した座標系
Q−ala2a3で表現した行列と言える。即ち、e1
ベクトルのal、a2゜a3ベクトルに対する方向余弦
が(M、、、M、2゜M13)であり、e2ベクトルの
それらが、(M2゜M22. M23)であり、e3ベ
クl−ルのそれらが、(M、、、 M32. M3.)
である。又、QPベクトルの座標系Q−ala2a3で
の座標成分が、(RX。 RV、R2)である。従って、行列T、F、Mの間には
次式の関係がある。 T = F −M   −−−−−−−−−−〜−−−
−−−−−αり又、ロボットの各駆動軸の回転角(6軸
の場合)を、 (θ1.θ2.θ3.θ4.θ5.θG)0■とすると
、回転角(lalと、フランジ中心の位置行列Fとの間
には、ロボット固有の一定の関係が存在し、相互に変換
することが出来る。又、工具の先端の位置行列Tとフラ
ンジ中心の位置行列Fとは、αの式の関係があるから、
結局、駆動軸の回転角0■と、M、Fとは、相互に関連
し、相互に変換することが出来る。 係る配置構成において、工具の先端の工具データは位置
行列Tとして、第1記憶手段1に記憶されている。 工作物の各教示点に対するロボットのハンドのフランジ
中心の各教示データはロボットの各駆動軸の回転角σ■
を変換して位置行列Fとして、第2記憶手段2に記憶さ
れている。 先ず、第1演算手段3は、工作物の隣接する教示点の内
、一方の教示点を始点とし、ロボッl−のハンドのフラ
ンジ中心に固定された座標系における始点の位置及び姿
勢を第1記憶手段1の工具データと第2記憶手段2の教
示データとから算出する。 次に、第2演算手段4は、工作物の隣接する教示点の内
、他方の教示点を終点とし、ロボットのハンドのフラン
ジ中心に固定された座標系における終点の位置及び姿勢
を第1記憶手段1の工具データと第2記憶手段2の教示
データとがら算出する。 次に、第1補聞手段5は、始点と終点との間を定速度加
工となる所定の補間周期でロボットのハンドのフランジ
中心に固定された座標系における補間点毎の位置及び姿
勢を算出する。 そして、第2補間手段6は、補間点毎の位置及び姿勢と
工具の先端の位置及び姿勢とから補間点毎のロボットの
ハンドのフランジ中心の位置及び姿勢を算出する。 上記したように、本発明では、従来はロボットのハンド
のフランジ中心に固定である工具が工具台に固定されて
いる。従って、工作物を指定された一定速度に保持して
加工するには、工作物の各教示点において、工具の位置
行列とロボットのハンドのフランジ中心の位置行列とか
らロボットのハンドのフランジ中心に固定された座標系
における教示点毎の変換行列を算出する。隣接した教示
点における変換行列を指定された一定の補間周期にて補
間して補間点毎の姿勢変換行列を算出する。 この姿勢変換行列と教示点における変換行列とから補間
点毎の変換行列を算出する。この補間点毎の変換行列と
固定されていて一定である工具の位置行列とから補間点
毎のロボットのハンドのフランジ中心の位置行列を算出
する。算出された補間点毎の位置行列をロボットの各駆
動軸の回転角に変換し、制御することにより工具台に固
定された工具に対してロボッ1−が工作物を挟持したま
ま指定された一定速度に保持して加工できる。
【実施例] 以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第3図は6軸多関節ロボットの機構を示した機構図であ
る。10がロボット本体であり、フロアに本体10を固
定するベース12が配設され、ベース12上にはコラム
13が固設されており、コラム13はボディ14を回転
自在に配設している。 ボディ14はアッパーアーム15を回動自在に軸支し、
アッパーアーム15は、フォアアーム16を回動自在に
軸支している。ボディ14、アッパーアーム15、フォ
アアーム16は、それぞれ、サーボモータMl、M2.
M3 (第2図参照)によって、軸a、b、cの回りに
回転駆動される。 この回転角はエンコーダEl、E2.E3によって検出
される。フォアアーム16の先端部にはりスト17がd
軸の周りに回転可能に軸支され、リス1−17にはハン
ド18がe軸の周りに回動自在に軸支されており、さら
にハンド18はf軸の周りに回転可能に軸支されている
。そして、このノ\ンド18に工作物Wが挟持される。 尚、d軸、e軸、f軸はサーボモータM4、M5、M6
によって駆動される。そして、工具台19には工作物を
加工するための工具Tが固定されている。 第4図はロボッ1−の姿勢制御装置の電気的構成を示し
たブロックダイヤクラムである。 20はマイクロコンピュータ等から成る中央処理装置で
ある。この中央処理装置20には、メモリ25、サーボ
モータを駆動するためのサーボCPU22a〜22f、
ジョグ運転の指令、教示点の指示等を行う操作盤26、
更に、例えばレーザ発振器23が接続されている。そし
て、そのレーザ発振器23には工具Tが接続されている
。ロボットに取イマ1けられた各軸a −f駆動用のサ
ーボモタM1〜M6は、それぞれサーボCPU22a〜
22f(こよって耗区動される。 前記サーボCPU22a〜22fのそれぞれは、中央処
理装置20から出力される出力角度データθ1〜θ6と
、サーボモータM1〜M6に連結されたエンコーダE1
〜E6の出力α1〜α6との間の偏差を演算し、この演
算された偏差の大きさに応じた速度で各サーボモータM
1〜M6を回転させるように作動する。 前記メモリ25にはロボットを教示点データに従って動
作させるためのプログラムが記憶されたPA領領域ロボ
ットの位置及び姿勢を表す教示点データを記憶するPD
A領域が設けられており、教示モードにおいて、複数の
教示点における位置データと姿勢データが記憶される。 次に、その作用について説明する。 第5図は同実施例装置において使用されているCPU2
0の教示に関する処理手順を示したフローチャートであ
る。 先ず、第1記憶手段を達成するステップ100で工具台
に固定された工具の先端の位置及び姿勢をロボットのハ
ンドのフランジ中心に教示用アタッチメント(図示路)
を取り付け、操作盤26におけるマニュアル操作により
前述のロボットの各駆動軸の回転角031を変換した位
置行列Tとして教示させる。 次に、第2記憶手段を達成するステップ102に移行し
て、工作物の加工軌跡上の教示点毎にロボットのハンド
のフランジ中心の位置及び姿勢を前述のロボッ1−の各
駆動軸の回転角側を変換した位置行列Fとして教示させ
て、本プログラムを終了する。 そして、次に、指定された補間周期で教示点間を補間す
るためにCPU20は第6図の補間に関する処理手順を
示したフローチャートを実行する。 ステップ200で第5図のステップ102にて教示され
た隣接した教示点の位置行列Fをプログラムが更新され
る毎に読み込む。 次に、第1演算手段及び第2演算手段を達成するステッ
プ202に移行して、第5図のステップ100にて教示
された位置行列Tとステップ200で読み込んだ教示点
における位置行列Fとから前述のαの式より、その教示
点における変換行列Mを算出する。 今、例えば、隣接した2つの教示点をA、Bとして、教
示点Aについて第7図を、教示点8点について第8図を
それぞれ参照して説明する。 工具の先端の位置行列Tは、前述の(9)式で表され、
教示点Aにおけるフランジ中心の位置行列FAは、前述
の00式より、 となり、教示点Aにおける変換行列MAは、前述の00
式より、 となる。 ここで、前述の021式より、 T=FA−MA  〜−−−111■ となる。従って、教示点Aにおける変換行列MAは、 MA−FA−1・T  〜−−−−−−  −・−−−
面にて算出される。 同様にして、教示点Bにおける変換行列MBは、M 1
l−F ’u−” T  ”””””””””−〜〜−
−−−−−−−−α0にて算出され、隣接した2つの教
示点A、BにおけるMAとMnとが求まる。 尚、この変換行列・MAとMBとの間は前述の回転主軸
法により回転主軸の方位及び位置と回転角gが求まり、
それらの間の姿勢変換行列S、は、t=DAB/v である。そして、指定された補間周期で隣接した教示点
A、B間が補間される。ここで指定された補間周期をΔ
tとすると、 t/△t=n となり、補間点毎の回転角りは、 h = g / n となる。従って、補間点C3における姿勢変換行列Sh
lは前述のα[有]式より、 として求まる。 したがって、隣接した2つの教示点A、B間の距離D 
Anは、 D AB= r (D X2+p 、2+[) z2)
となる。 次に、第1補間手段を達成するステップ204に移行し
て、工作物Wの指定された加工速度をVとすると、距離
DA11を加工するだめの所要時間tは、となるので、
補間点C1における4行4列の変換行列M。1が、 M c + = S h l−M A −−−−−−−
−−−−””−”2υとして算出される。 次に、第2補聞手段を達成するステップ206に移行し
て、前述のθの式より、次式 F c+”” T ’ M c が導き出され、補間点C1における4行4列のフランジ
中心の位置行列PCIが算出される。 したがって、指定された補間周期のフランジ中心の位置
及び姿勢がその位置行列PCIからロボットの各駆動軸
の回転角として、前述の回転角α■に示されるように変
換され、位置行列F。1から変換された各駆動軸の回転
角としてロボットのハンドのフランジ中心の位置及び姿
勢が算出される。 次にステップ208に移行して、教示点A、B間の補間
が完了したか否かが判定される。補間が完了していない
場合には、ステップ204に移行して、同様に補間点C
2,Cs、 ”についてロボットの回転主軸の補間点毎
の回転角が求められ、次々とロボットのハンドのフラン
ジ中心の位置及び姿勢が算出される。 そして、ステップ208で補間が完了と判定されると本
プログラムは終了する。 この様にして、工具を工具台に固定し、ロボットに工作
物を挟持させたまま工作物の隣接した教示点間を指定さ
れた一定速度で加工する場合の補間点におけるロボット
のハンドのフランジ中心の位置及び姿勢が次々と算出さ
れる。 【発明の効果】 本発明は、工作物の隣接する教示点の内、一方の教示点
を始点とし、他方の教示点を終点とし、ロボットのハン
ドのフランジ中心に固定された座標系における始点及び
終点の位置及び姿勢を第1記憶手段に記憶された工具デ
ータ及び第2記憶手段に記憶された各教示データから各
々算出する第1演算手段及び第2演算手段と、それらに
て算出された始点及び終点の位置及び姿勢との間を所定
の補間周期にてロボットのハンドのフランジ中心に固定
された座標系における補間点毎の位置及び姿勢を算出す
る第1補聞手段と、その算出された補間点毎の位置及び
姿勢と第1記憶手段に記憶された工具の先端の位置及び
姿勢とから補間点毎のロボットのハンドのフランジ中心
の位置及び姿勢を算出する第2袖間手段とを有している
ので、工具を工具台に固定し、ロボットに工作物を挟持
させたままロボットの位置及び姿勢を制御し、指定され
た一定速度による加工が可能となる。 したがって、加工における流れ作業が、より促進される
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を概念的に示したブロックダイヤ
グラム。第2図は工具の先端及びロボットのハンドのフ
ランジ中心の位置関係等を示した説明図。第3図は実施
例装置で駆動されるロボットの構成及び工具との位置関
係を示した説明図。 第4図は実施例装置の電気的構成を示したブロックダイ
ヤグラム。第5図、第6図は同実施例装置で使用された
CPUの処理手順を示したフローチャー1・。第7図は
教示点Aにおける工具の先端とロボッl−のハンドのフ
ランジ中心と挟持された工作物との関係を示した説明図
。第8図は教示点Bにおける工具の先端とロボッ(・の
ハンドのフランジ中心と挟持された工作物との関係を示
した説明図。第9図は従来のロボッI・に工具を取り付
けて工作物を加工する場合の説明図。第10図は従来の
ロポッI−制御においてロポッ1−のハンドのフランジ
中心に工作物を挟持させた場合の距離による速度変化を
示した説明図である。 ロボット本体 20°°中央処理装置 25 T−工具 W 工作物 ハンド メモリ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 工具を工具台に固定し、ロボットに工作物を挟持させ、
    前記ロボットの位置及び姿勢を制御して工作物の加工を
    行うロボット制御装置において、前記工具の先端の位置
    及び姿勢に関連する工具データを記憶する第1記憶手段
    と、 前記工作物の各教示点に対する前記ロボットのハンドの
    フランジ中心の位置及び姿勢を各教示データとして記憶
    する第2記憶手段と、 前記工作物の隣接する教示点の内、一方の教示点を始点
    とし、前記ロボットのハンドのフランジ中心に固定され
    た座標系における前記始点の位置及び姿勢を前記第1記
    憶手段に記憶された工具データ及び前記第2記憶手段に
    記憶された各教示データから算出する第1演算手段と、 前記工作物の隣接する教示点の内、他方の教示点を終点
    とし、前記ロボットのハンドのフランジ中心に固定され
    た座標系における前記終点の位置及び姿勢を前記第1記
    憶手段に記憶された工具データ及び前記第2記憶手段に
    記憶された各教示データから算出する第2演算手段と、 前記第1演算手段にて算出された前記始点の位置及び姿
    勢と前記第2演算手段にて算出された前記終点の位置及
    び姿勢との間を所定の補間周期にて前記ロボットのハン
    ドのフランジ中心に固定された座標系における補間点毎
    の位置及び姿勢を算出する第1補間手段と、前記第1補
    間手段にて算出された補間点毎の位置及び姿勢と前記第
    1記憶手段に記憶された前記工具の先端の位置及び姿勢
    とから前記補間点毎の前記ロボットのハンドのフランジ
    中心の位置及び姿勢を算出する第2補間手段と を有することを特徴とするロボット制御装置。
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