JPH0991027A - ロボットの動作教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 ロボットがワ−クを把持し、定位置のツ
−ルに対してワ−クを移動させ乍ら研磨、仕上げ、バリ
取り等の作業を行う場合における当該ロボットの教示作
業を迅速かつ容易に行うことができる前記ロボットの動
作教示方法を提供すること。 【解決手段】 ワ−クＷを固定しロボットハンドＨを前
記ワ−クＷの加工面に沿って移動させて得られる教示デ
−タから、前記ワ−クＷを把持して定位置のツ−ルに対
して動作する前記ロボットの動作制御のための変換係数
を算出し、前記教示デ−タを、前記で算出した変換係数
にしたがって変換することにより、ワ−クＷを把持して
動作するロボットの動作プログラムを形成するためのデ
−タを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワ−クの表面研
磨，表面仕上げ，バリ取り等の一連の作業について、ワ
−クを保持しツ−ルに対して移動する軌跡を示す数値を
ロボット側の制御装置内に記憶させ、その記憶デ−タを
再生することによって、記憶させた前記軌跡により同じ
作業を自動的に繰し返して行うロボットの教示方法に関
するものであり、特に、ロボットがワ−クを把持し定位
置のツ−ルに対して前記ワ−クの加工部位を当接させる
作業を行うロボットの動作教示方式に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットがワ−クを把持し、定位
置のツ−ルに対して動作する場合における当該ロボット
の動作教示は、把持したワ−クの加工すべき部位を、加
工順に順次ツ−ルに押し当て乃至は接触させながら、前
記押当て乃至は接触位置のデ−タを得ることにより行っ
ている。

【０００３】一般に、ツ−ルもワ−クも、その表面は自
由曲面で構成されているので、ロボットの動作教示デ−
タを得るには、ワ−クをツ−ルに適正に押し当て乃至は
接触させながら、滑らかに連続した複数点の教示デ−タ
を得る必要がある。

【０００４】しかし、ワ−クがツ−ルに適正に押し当て
乃至は接触させられているかどうかの確認は、教示作業
者の目視によっており、さらに互いに自由曲面のワ−ク
とツ−ルとの適正な押し当て乃至は接触関係を保持して
連続的に教示することは極めて困難であるため、再生動
作の確認と修正教示とを繰り返し実施せざるを得ない。
このため、定位置のツ−ルに対しワ−クを保持して動作
をするロボットの動作教示には、多大な労力と時間を要
しているのが現状である。この問題点を検討してみる
と、次のような点に起因していることが判明した。

【０００５】即ち、 ワ−クをロボットハンドに把持した状態での動作教示
は、ワ−クを固定した状態での動作教示より難しいこ
と。 とりわけロボットの姿勢を連続的に変える教示が最も
困難である上に、ロボットハンドの位置を連続的に変え
る教示も難しいこと。（上記を比喩的に換言すると、鉛
筆（ツ−ル）を持って固定した紙（ワ−ク）に字を書く
方が、鉛筆（ツ−ル）を固定して紙（ワ−ク）を動かし
て字を書くより容易であることと同様である。） 次の位置を教示するためにロボットを移動させると、
前の教示位置が解らなくなり、前の教示位置との連続性
を確認することが困難であること。（これは、ツ−ル上
の一箇所（＝加工点）に目印を付け、ワ−クにも前の教
示位置、次の教示位置にそれぞれ目印を付けたとして
も、空間でその位置関係を把握することは困難であり、
さらに、ワ−クの姿勢（＝傾き方）については、連続で
あるかどうかほとんど把握できないことに起因してい
る。） また、ロボットを動作させることによるワ−クの曲面
部の加工は、ロボットの動作点がその曲面部の中心と一
致していない場合、特にロボットの速度を大きくする
と、動作のブレが生じたりして滑らかな曲面動作となら
ないこと。 が主な原因と考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、ロボットがワ−クを把持し、定位
置のツ−ルに対してワ−クを移動させ乍ら研磨、仕上
げ、バリ取り等の作業を行う場合における当該ロボット
の教示作業を迅速かつ容易に行うことができる前記ロボ
ットの動作教示方式を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明教示方式の構成は、ワ−ク
を固定しロボットハンドを前記ワ−クの加工面に沿って
移動させて得られる教示デ−タから、前記ワ−クを把持
して定位置のツ−ルに対して動作する前記ロボットの動
作制御のための変換係数を算出し、前記教示デ−タを、
前記で算出した変換係数にしたがって変換することによ
り、ワ−クを把持して動作するロボットの動作プログラ
ムを形成するためのデ−タを形成することを特徴とする
ものである。この本発明の構成では、教示デ−タおよび
変換係数は、それらを滑らかに連続する値に修正して使
用したり、或は、既知の条件によって教示デ−タおよび
変換係数を修正して使用することもある。

【０００８】また、本発明では、ワ−クの隣接した２つ
の面の面取りのために、ワ−クの２つの面の教示デ−タ
からそれぞれの面の変換係数を算出し、前記２つの面の
教示デ−タおよび変換係数から前記ワ−クの２つの面が
作る稜線を算出し、この稜線に沿ってワ−クを面取り加
工するロボットの動作プログラムを形成する教示方法と
してもよい。更に、ワ−クに曲面がある場合、本発明で
は、この曲面の中心を求め、この中心をロボットの動作
点と一致させるように教示デ−タを作成するようにして
いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、ワ−クを把持し
ツ−ルに対して動作するロボットの教示作業では、まず
そのワ−クを固定して、ロボットに教示位置が良くわか
る教示用ツ−ルを把持させ、このツ−ルの先端をワ−ク
に沿って移動させるとき、その移動時の複数点のデ−タ
を教示点のデ−タとして取出す。これは、このデ−タの
取出態様が効率がよく、また正確な教示が可能だからで
ある。

【００１０】上記の教示デ−タの取出しにおいては、ワ
−クを教示台に固定して教示デ−タの取出しを行ってい
るので、ロボットにワ−クを把持させツ−ルに対してそ
のロボットを動作させるためには、得られた前記教示デ
−タをロボットがツ−ルに対して移動するための動作デ
−タに変換しなければならない。

【００１１】即ち、本発明では上記教示デ−タを得たあ
と、教示台の座標と実際のツ−ルの座標の変換を行う
が、この変換は、ロボット・コントロ−ラへの各動作座
標の登録，選択によって行われるので、ワ−クを教示台
に固定して行った教示作業により得られたデ−タを、ワ
−クを把持して動作させるロボットの動作デ−タに変換
すれば良いのである。

【００１２】ここで、ロボットハンドに把持させたワ−
クをツ−ルに適正に押し当てる乃至は接触させるとは、
ワ−クの面とツ−ルの面を一致させることであるが、ツ
−ルの面は、ロボット・コントロ−ラへのツ−ルの座標
の登録により予め決定されるので、前記のワ−クを固定
して得られた教示デ−タからワ−クの面の方向（向き）
と位置とを計算し、これをツ−ルの座標に一致させれ
ば、ワ−クの面とツ−ルの面とを一致させることができ
る。本発明はこれを利用してワ−クを把持して動作する
ロボットの教示デ−タを形成するものであるので、以下
に詳しく説明する。

【００１３】ロボットがワ−クを把持して動作する場合
の教示動作について、図１〜図３に例示する。図１〜図
３の教示は、ツ−ルＴの加工点の座標ｗ″から見たロボ
ット（又はそのハンド）Ｈの動作点をｐ1，ｐ2，ｐ3と
して、それらの位置と姿勢を教示している。

【００１４】一方、ワ−クＷを固定した場合の教示動作
の例を図４に示す。このときの教示は、教示台ＴＢの座
標ｔから見たワ−クＷ上の加工点を、Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3と
して、それらの位置と姿勢を、ロボット（又はそのハン
ド）Ｈの動作点として教示している。

【００１５】図５，図６は、図４に例示したワ−ク固定
の教示により得られた加工点Ｐについて、ワ−クＷをロ
ボットハンドＨに把持させて動作させる動作点（これを
新教示点ｐという）への変換の考え方を示す。まず、図
５に示した加工点Ｐの近傍の面に原点を接する図６の座
標ｗ′に平行な図５の座標ｗを、教示台ＴＢの座標ｔか
らの回転Ｒ（Ｒは、回転行列）として表すと、座標ｗか
ら見た加工点ｐは、 ｐ＝ＲＰ と表わされる。さらに、図５の座標ｗの原点を、図６の
座標ｗ′に移動させると、 ｐ′＝−ｐ＝−ＲＰ となり、新たな教示点ｐ′を求めることが出来る。本発
明教示方法は、上記の教示形態によりワ−クを把持して
ツ−ルに対して動作するロボットの動作点の制御のため
の教示をするものであるから、以下にその実施例につい
て説明する。

【００１６】

【実施例】本発明教示方法の具体例を、図７〜図11によ
り説明する。 １．基本処理ステップ（図７，図８） １つの面の新たな教示デ−タの作成例 ステップ１ 教示台ＴＢにワ−クＷを固定し、教示用
ツ−ルを把持したロボットを動作させて、ワ−クＷ上の
３点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を１組の加工点として、複数組の加
工点の教示デ−タを得る。 ステップ２ 上記教示デ−タをロボット・コントロ−
ラからパソコン等のコンピュ−タに読み込ませる。以下
は、３点Ｐ1〜Ｐ3についてのみ説明する。 ステップ３ 上記３点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3の位置デ−タに
対し、座標変換行列Ｒを求める。 ステップ４ 前記３点の中の１点Ｐ1とその座標変換
行列Ｒを、前後と比較し滑らかに修正する。 フテップ５ 既知の条件がある場合には既知の条件を
制限条件として、前記Ｐ1およびＲを修正する。 ステップ６ ワ−クＷの角度を変更したい場合には、
前記Ｒを修正する。 ステップ７ 座標変換行列Ｒを使用し、図６における
ロボット側の座標ｗ′上での動作点の姿勢および位置を
求める。 ステップ８ ワ−ク座標の原点がシフトしている場
合、上記動作点の位置を修正する。 ステップ９ 変換後の一連のデ−タを新たなロボット
動作点の教示デ−タとして、前記パソコン等のコンピュ
−タからロボット・コントロ−ラに書込む。

【００１７】２．応用処理ステップ（図９，図10） 面取り（２つの面から成る稜線）の教示デ−タの作成例 ステップ１ 前記１の基本処理ステップと同じ方法に
より、Ａ面の加工点ＰＡ1およびその点の法線ベクトル
ＰAを求める。 ステップ２ 前記１の方法により、Ｂ面の加工点ＰＢ
1およびその点の法線ベクトルＰBを求める。 ステップ３ 前記ベクトルＰAおよびＰBから、面取り
する加工面Ｍの座標変換行列Ｒを求める。 ステップ４ 座標変換行列Ｒおよび加工点ＰＡ1，Ｐ
Ｂ1から加工面Ｍ上の点ＰＭを求める。 フテップ５ 前記Ｒを使用し、ロボット側の座標ｗ′
での動作点の姿勢および位置を求める。 ステップ６ ワ−ク座標の原点がシフトしている場
合、動作点の位置を修正する。 ステップ７ 変換後の一連のデ−タを新たな教示デ−
タとして、パソコン等のコンピュ−タからロボット・コ
ントロ−ラに書込む。

【００１８】３．ワ−クの曲面部の教示デ−タの作成例
（図11） ステップ１ 上記１の基本処理ステップの方法によ
り、一連の加工面の回転行列Ｒおよび、動作点の姿勢，
位置を求める。 ステップ２ ワ−クＷの曲面部を教示した加工点Ｐ
1，Ｐ2，Ｐ3から、この曲面の中心の点Ｐ0を求める。 ステップ３ この中心位置をロボットの新たな動作点
とするように、位置を修正する。

【００１９】４．基本処理ステップの詳細 ステップ１ 図７，図８のように教示台ＴＢにワ−ク
Ｗを取り付け、ワ−ク上の加工点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を教示
する。この時、Ｐ1を加工始点とすると、Ｐ3は加工が進
行する方向に取り、Ｐ2はＰ1からＰ3に向って右側に取
ることとする。同様にして、複数組の加工点を教示す
る。 ステップ２ 何組かの加工点の教示位置を、教示台Ｔ
Ｂの座標ｔ上での教示デ−タとして、パソコン等のコン
ピュ−タに読み込ませる。 ステップ３ 教示台の座標ｔで表される点Ｐ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が、ワ−クの面の座標ｗ′に平行な座標ｗでは
点ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）として表されるとき、 であるから、 となる。ここで、Ｅｘは座標ｗのｘ軸方向の単位ベクト
ル、Ｅｙは座標ｗのｙ軸方向の単位ベクトル、Ｅｚはｚ
軸方向の単位ベクトルである。また、ＥｘＸなどは、座
標ｔから見た単位ベクトルＥｘの成分を示す。一方、１
組の教示位置の座標を、点Ｐ1（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）、点Ｐ
2（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）、点Ｐ3（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）とし、ワ
−クＷの面に平行な座標ｗのｘ軸は面の法線方向、ｙ軸
は加工方向（点Ｐ1から点Ｐ3の方向）として、点Ｐ1，
Ｐ2，Ｐ3が充分近いとすれば、 となり、そうであれば、 であるから、単位ベクトル、即ち、変換行列を求めるこ
とができる。 ステップ４ 教示したＮ組のデ−タの１番目の組の点
Ｐ1をＰ1(i)、ｉ番目の変換行列をＲ(i)とすると、例え
ばスプラインを使用して滑らかにする。滑らかにしたｉ
番目の組の点をＱ1(i)とすると、 Ｑ＝P1 Ｑ＝1／4×P1＋7／12×P2＋1／6×P3 Q(i)＝1／6×P(i−1)＋2／3×P(i)＋1／6×P(i＋1) Q(N−1)＝1／6×P(N−2)＋7／12×P(N−1)＋1／4×P(N) Q(N)＝P(N) となる。 ステップ５ 姿勢についての既知の条件、例えば、ｘ
軸は、Ｙ軸に対して垂直、ｙ軸は、Ｙ軸に対して垂直、
ｚ軸は、Ｘ軸に対して垂直、ｚ軸は、Ｙ軸に対して平行
で、方向が反対、ｚ軸は、Ｚ軸に対して垂直、がある場
合には、 ExY＝R12＝ ０ EyY＝R22＝ ０ EzX＝R31＝ ０ EzY＝R32＝−１ EzZ＝R33＝ ０ と修正する。尚、この修正をした場合には、Ｒの要素で
ある各軸の単位ベクトルが正規直交ではなくなるので、
正規直交となるように補正する。この補正により最初の
既知の条件による修正もされるので、繰り返し修正と補
正を行う。また、位置についての既知の条件、たとえば
Ｙの値は常に０である場合には、 Ｙ＝０ と修正する。 ステップ６ ワ−クＷの面の座標を傾けてツ−ルの面
に座標に一致させたい場合は、もとのＲに回転の行列を
かけて新たなＲを求める。 ステップ７ 教示台の座標ｔでの点Ｐ1（Ｘ1，Ｙ1，
Ｚ1）を、座標ｗから見ると、 と見えるが、さらに、原点を点Ｐ1とした座標ｗ′から
座標ｔの原点みると、 となり、ワ−クＷを把持したときの動作点の位置を求め
ることができる。 ステップ８ ワ−クの座標ｗ′のシフト量を（Ａ，
Ｂ，Ｃ）とすると、 となる。 ステップ９ 変換後の一連のデ−タを新たな教示デ−
タとして、パソコンコンピュ−タからロボット・コント
ロ−ラに書込む。このとき、ロボットの動作座標は、実
際のツ−ルの座標としておく。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上の通りであって、ロボット
にワ−クを把持させ、そのワ−クをツ−ルに対して加工
のために移動させるロボットの動作点を教示するとき、
ワ−クを固定しロボットハンドを前記ワ−クの加工面に
沿って移動させて得られる教示デ−タから、ワ−クを把
持して動作するロボットの固定ツ−ルに対する変換係数
を算出し、前記教示デ−タを、前記で算出した変換係数
にしたがって変換することにより、ワ−クを把持して動
作するロボット動作プログラムを形成するためのデ−タ
を作成するようにしたので、ロボットの教示作業を迅速
かつ容易に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】定位置のツ−ルの加工点に対しロボットハンド
に把持させたワ−クを当接させた姿勢の一例の正面図。

【図２】定位置のツ−ルの加工点に対しロボットハンド
に把持させたワ−クを当接させた姿勢の他の例の正面
図。

【図３】定位置のツ−ルの加工点に対しロボットハンド
に把持させたワ−クを当接させた姿勢の別の例の正面
図。

【図４】教示台にワ−クを固定し、ツ−ルをワ−クに対
して移動させる教示デ−タを得る状態を示す一例の正面
図。

【図５】図４の教示デ−タからロボットの動作点の教示
デ−タを得るために座標を移動させる状態を説明する正
面図。

【図６】図４の教示デ−タからロボットの動作点の教示
デ−タを得るために座標を移動させる状態を説明する正
面図。

【図７】教示台にワ−クを固定した状態の平面図。

【図８】図７の正面図。

【図９】加工面が隣接したワ−クの例の斜視図。

【図10】図９のワ−クの教示点を示す斜視図。

【図11】加工面が曲面であるワ−クの教示点を例示した
斜視図。

【符号の説明】

Ｗ ワ−ク ＴＢ 教示台 Ｈ ロボットハンド ｗ,ｗ′，ｗ″ 座標 Ｐ 加工点 ｐ 教示点

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワ−クを固定しロボットハンドを前記ワ
   −クの加工面に沿って移動させて得られる教示デ−タか
   ら、前記ワ−クを把持して定位置のツ−ルに対して動作
   する前記ロボットの動作制御のための変換係数を算出
   し、前記教示デ−タを、前記で算出した変換係数にした
   がって変換することにより、ワ−クを把持して動作する
   ロボットの動作プログラムを形成するためのデ−タを形
   成することを特徴とするロボットの動作教示方法。
2. 【請求項２】 教示デ−タおよび変換係数は、それらを
   滑らかに連続する値に修正して使用する請求項１のロボ
   ットの動作教示方法。
3. 【請求項３】 既知の条件によって教示デ−タおよび変
   換係数を修正して使用する請求項１又は２のロボットの
   動作教示方法。
4. 【請求項４】 ワ−クの２つの面の教示デ−タからそれ
   ぞれの面の変換係数を算出し、前記２つの面の教示デ−
   タおよび変換係数から前記ワ−クの２つの面が作る稜線
   を算出し、この稜線に沿ってワ−クを面取り加工するロ
   ボットの動作プログラムを形成するためのデ−タを作成
   する請求項１〜３のいずれかのロボットの動作教示方
   法。
5. 【請求項５】 ワ−クに曲面があるとき、この曲面の中
   心を求め、この中心をロボットの動作点と一致させるよ
   うに教示デ−タを作成する請求項１〜４のいずれかのロ
   ホットの動作教示方法。