JPS5828024B2 - 倣い方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動溶接機、自動溶断機等のテーチング時にお
ける面、隅、角の倣い及び探索の方法及び装置に関する
。

自動鼎接機等においては、溶接を行う前に先ずテーチン
グすなわち、ロボット装置のアームを溶接箇所に沿って
移行させてその軌跡を検出し、この軌跡をコンピュータ
に記憶させ、次いで、溶接時に該アームを前記コンピュ
ータに記憶した軌跡に基いて駆動移行させる機制御を行
っている。

しかしながら、従来上記テーチングは人間がアームを手
動操作で移行させてその軌跡を得るようにしていた。

このため、オペレータは非常に熟練を要し、且つ極めて
困難な作業である。

特に、隅（二面の交線）、角（三面の交点）におけるテ
ーチングにおいては一層困難である。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、自動溶接機
等における三次元空間の任意の方向に移動可能なロボッ
ト装置のアーム先端に面の傾きを検出する検出器を取付
け、該検出器が面の傾きを検出していないときには所定
方向にのみアームを移動させ、面の傾きを検出するとそ
の面に垂直方向に予め設定した一定距離だけ当該面から
離隔させ、その後更に前記所定方向へ移動させることを
繰り返して面、隅等を自動的に倣わせるようにした倣い
方法及び装置を提供するものである。

以下本発明を添付図面の一実施例に基いて詳述゛する。

第１図において、直線ＰＱは一端Ｐが次式（１）で表わ
される平面■上にあり、且つ該直線ＰＱは第２図ａ、ｂ
に示すようにＹ−Ｚ平面に正投影した場合Ｚ軸に対して
Ｕ、Ｑを通りＹ−Ｚ面に平行な面と、ＰＱを通りＹ−Ｚ
面に垂直な面との交線に対してＶなる角度をなしている
ものとする。

ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄ ・−−・ （１）いま、線
分ＰＱをＺ方向に△＝ＱＱ’だけ平行移動させたとき、
接触点Ｐが平面■上をＰからｙへ移動し線分Ｐ／Ｑ／に
なったとする。

尚、線分ＰＱは移動した場合該線分の方向に伸長し一端
Ｐが常に面■に当接しているものとする。

このときの線分ＰＱの長さの変化量に３（＝ＰＱ−Ｐ’
Ｑ’）は次式％式％ 同様に、Ｘ、Ｙ軸方向に△だけ平行移動させたときの線
分ＰＱの長さの変化量に１． Ｋ２は次式で表わされる
。

従って、前記式（ＩＨ４）から平面１（７）Ｘ、Ｙ、Ｚ
方向に対する傾きを定める係数（ａ、ｂ、ｃ）と変化量
（Ｋ１．に２．に３）との間には次の関係が成立する。

ａ ： ｂ ： ｃ＝Ｋ ： Ｋ ：Ｋ ・・・
”−” （５）１ ２ ３ この式（５）で表わされる関係式は任意の面及び任意の
方向の線分に対しても成立する。

従って、上記変化量に１．に２．に３を検出することに
より対象面の傾きを検知することができる。

第３図は本発明に係る面の傾き検出装置の検出器の一実
施例を示すもので、検出棒１はホルダ２内に該ホルダ２
に対して摺動自在に嵌装されている。

バネ４は検出棒１の端部１ｂとホルダ２の端部２ｂ間に
介装されており、検出棒１の端部１ａ側をホルダ２の端
部２ａから外方へ常に突出させるようになっている。

従って、該検出棒１は端部１ａを前記バネ４に抗して押
圧すればホルダ２内に押し込められる。

検出素子３はホルダ２内所定位置に配設されており、検
出棒１のホルダ２に対する移行量を検出し対応する信号
を出力する。

この検出素子３は例えば差動トランス等である。

そして、検出棒１のホルダ２に対する位置と検出素子３
０出力ｅとの関係は第５図に示すように、検出棒１がホ
ルダ２内に一定の長さ例えば全ストロークｌの／２だけ
押込められたときｅ ＝ Ｏとなるようになっている。

従って、このストロークＺ’位置を基準として検出棒１
の伸縮量に応じた信号を得ることができる。

このようにして検出器５が構成されている。この検出器
５は取付部材６を介して例えば自動溶接機のロボット装
置（図示せず）のアーム７の先端部７ａに回動自在に取
付けられている（第２゜３．４図）。

このアーム７はアーム駆動用アクチュエータ３６（第８
図）によりロボット装置のベースの座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ各
軸に対する空間内の任意の方向へ移行制御される。

この検出器５の出力ｅは第７図に示す信号処理回路８の
ゲート回路１０〜１３を介してホールド回路１４〜１７
に加えられる。

該ゲート回路１０〜１３はタイミング回路９から出力さ
れるタイミングパルスＰ□〜Ｐ４により順次開放され前
記信号ｅをホールド回路１４〜１７に加える。

さて、第６図に示すように、検出棒１が所定方向（矢印
Ｚ方向）を向くように検出器５を設定し、ロボット装置
によりアーム７を矢印Ｚ方向へ移行する。

そして、検出棒１の先端１ａが面Ｉに当接し、該検出棒
１がホルダ２内に押込まれて前記ストローク７２７１近
傍となると該アーム７がその位置に停止される。

尚、この面■は方程式％式％ このときの検出棒１のホルダ２に対する相対位置を４０
とし、該１４に対する前記検出器３０出力ｅ、をタイミ
ングパルスＰ１により開放されるゲート回路１０を介し
てホールド回路１４へ加えてホールドする。

次いで、アーム７をロボット装置の制御部によりｘ、ｙ
、ｚ方向に順次微小量△（例えば１パルス分の変位程度
）ずつ変化させる。

従って、検出棒１は伸長或は短縮しながらこの面■上を
滑動移行する。

このときの該検出棒１の上記各方向の移行に対する位置
を１２〜１４とし、該１２〜１４に対応する検出器３の
出力信号０２〜ｅ４を前述と同様にタイミングパルスＰ
２〜Ｐ４により順次ホールド回路１５〜１７へ印加して
ホールドする。

該ホールド回路１４〜１７の出力ｅ１〜ｅ４は減算器１
８〜２０に加えられる。

減算器１８〜２０は信号ｅ１〜ｅ４に基いて夫々信号に
にｅ□ｅ２ ＊ Ｋ２：＝ｅ２ ｅ３ ｔ Ｋ３＝＝
ｅ３ ｅ４を出力する。

この各信号に２〜に３は規格化回路２１の割算器２２〜
２４及び二乗器２５〜２７に各別に加えられる。

該二乗器２５〜２７は信号に□〜に２を二乗演算して信
号に７〜朗を出力し加算器２８に加える。

尚、二乗器２５〜２７はに１〜に３の絶対値がどのよう
な形になるか分らないのでノーマライズするためのもの
である。

加算器２８は入力信号ＫＦ〜に！を加算し加算出力信号
Ｋｉｆ 朗十Ｋｇを開平器２９に加える。

該開平器２９は入力信号Ｋｉ＋に≦十に！を開平演算し
、信号 Ｋ１’ ＋ Ｋ７ ＋ Ｋ：を前記割算器２２
〜２４に加える。

該割算器２２〜２４は前記各入力信号に□〜に３及び該
信号ｘ； ＋ ｘ： ＋玉Ｉとに基いて夫々アナログ演
算に１／ ｘｐ＋ｘ：＋ｇＨ，に２７ ｘ７＋ｘ：
＋ｘ％。

Ｋ３／ Ｋ１’＋Ｋｉ＋未丁を行い該演算値に比例し
た信号ＥＸ−Ｅ２を出力し出力端子Ｔ１〜Ｔ３に加える
。

一方、面■の傾きを定める係数（ａ、ｂ、ｃ）と出力信
号（ＥＸ ｔ Ｅｙ ＋ Ｅｚ ）との間には前述した
ように任意の面及び任意の検出棒の傾き（第６図におけ
る矢印ｇ方向）に対して、 ａ：ｂ：ｃ−ＥＸ：ＥＹ：Ｅ２ となる。

従って、該信号Ｅｘ、ＥＹ、Ｅ２により面■の傾を検出
することができる。

これらの信号ＥＸ、ＥＹ、Ｅ２は夫々増幅器３０、ゲー
ト回路３１を介してパルス分配器３２に加えられる（第
８図）。

方向検出器３３は前記面の傾き検出器５の検出棒１ａの
方向を検出し、Ｘ 、 Ｙ。

Ｚ軸方向成分に比例した信号ｖＸ、ｖＹ、ｖ２を出力す
る。

この信号ｖＸ、ＶＹ、ｖ２は夫々ゲート回路３４を介し
て前記パルス分配器３２に加えられる。

該方向検出器３３は前記検出器５０所定位置に取付けら
れている。

タイミング回路３５は所定のタイミングで前記ゲート回
路３１．３４を交互に開放し、前記面の傾き検出器５、
方向検出器３３からの出力信号へ、ＥＹ、Ｅ２：ｖＸ、
ｖＹ。

Ｖ２をパルス分配器３２へ加える。

パルス分配器３２は入力信号ＥＸ−Ｅ２．ＶＸ−Ｖ２を
夫々順次アーム駆動用アクチュエータ３６のＸ軸アクチ
ュエータ３７、Ｙ軸アクチュエータ３８、Ｚ軸アクチュ
エータ３９へ加える。

これらの各アクチュエータ３７〜３９は入力信号ＥＸ−
Ｅ２．ｖＸ−ｖ２に応じて１駆動し前記アーム７を移行
制御する。

すなわち、パルス分配器３２に例えば信号ｆＸ、ｆＹ。

ｆ２が加えられたとき、第９図に示すように矢印Ｆ方向
へアーム７を移行制御させる。

従って、ゲート回路３１がタイ□ング回路３５により開
放され、信号Ｅｘ ＋ Ｅｙ 、Ｅ ｚがパルス分配器
３２へ加えられると、アーム７が面■に垂直方向（第６
図の矢印に方向）へ一定距離移行制御される。

また、該アーム７はゲート回路３４が開放され信号ｖＸ
。

Ｖ Ｖが加えられると矢印ｇ方向（第６図）に移行制御
され、前述したように検出棒１の先端１ａが面■に当接
しホルダ２内にストローク、ｌ近傍まで押込まれると停
止する。

尚、前記増幅器３０はアーム７が面■に対して垂直方向
へ移行するときの速度を決定するためのものである。

従って、第６図に示すように検出棒１の方向（矢印ｇ方
向）へ進んできたアーム７は前述したように検出棒１の
先端１ａが面■に当接しホルダ２内にストローク、ｌ近
傍まで押込まれると停止する。

そして、誂向■の傾きを検出し相応せる信号ＥＸ、ＥＹ
、Ｅ２を出力する。

該アーム７ばこの信号Ｅｘ−Ｅ２に基いて前述したよう
に誂向■に対して垂直方向（矢印に方向）へ一定距離隔
制御される。

その後再びアーム７は前記矢印ｇ方向へ移行し、検出棒
１の先端１ａが面Ｉに尚接しストローク１／２１近くま
でホルダ２内に押込まれると停止する。

このようなサイクルを繰返しながらアーム７が面■に沿
って、且つ誂向■に垂直で検出棒１の軸を含む面内をあ
たかもジャンプするようにして移動する。

アーム７の移動する様子を概念的に描（と第１０図に示
すようになる。

さて、上述したようにアーム７と検出棒１が面■上を直
線ｌに沿ってジャンプしながら移動し、第１１図に示す
ように平面■が成る平面■と交差していた場合には、直
線ｌ上を進んできた検出棒１はこの面■を検出し該面■
上を前述したように倣おうとする。

この場合、面Ｉ、Ｉ［及びベクトルｇとの相互位置関係
が、第１２図に示すように、ベクトルｇの面■への投影
〆がこの〆の矢印方向の延長上で面■と交わるという条
件を満足すれば、アーム１及び検出棒１は面■と面■と
の交線Ｌ（第１１図におけるベクトルＭ）上を移動する
。

すなわち、自動的に隅を検知しこの隅に倣って移動する
。

かかる条件は検出棒１の方向を最初に設定する場合、第
６，１０図に示すように面■と面■に対して適当に傾斜
させることにより満足させることができる。

従って、アーム７及び検出棒１ばこの交線りで表わされ
る隅に沿って前述と同様に移行する。

この場合、前記増幅器３０（第８図［の増幅率を小さく
するか或はタイミング回路３５による検出面から垂直方
向へのジャンプ時間を小さくすることにより、このジャ
ンプ量を次第に減少させて行けば、検出棒１の先端１ａ
の位置を向上の任意の点に収束させることができる。

また、第１３図に示すように面Ｉ、ＩＩ、ｍが互に交差
しておりこれらの面が隅Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３及び角点Ｏを
作り、検出棒１が前述したように隅Ｌ１上を角点Ｏに向
って移行しているとする。

アーム７及び検出棒１はベクトルＭに沿って前述のよう
に移行し、該検出棒１が面■を検出すると、再び隅Ｌ２
或ばＬ３を倣ってベクトルＭ或はＭ′に沿って移行する
か或は角点０の近傍で振動を続ける。

そして、検出棒１が隅Ｌ２．Ｌ３を倣いベクトルＭ′。

Ｗに沿って移行するか角点０近傍で振動するかは前述し
たように検出棒１の面■、■に対する傾斜の条件による
。

そして、検出棒１が角点Ｏで振動を続ける場合には前述
したようにジャンプ量を次第に小さくしていけば該検出
棒１の先端１ａを角点Ｏに収束させることができる。

かくして、アーム７及び検出棒１を面、隅、角に自動的
に倣わせることができる。

従って、このアーム７の移行時の軌跡を検出してコンピ
ュータ（図示せず）に記憶させ、次いでアーム７に前記
検出器５の替りにトーチを取付け、前記コンピュータに
記憶させた軌跡に基いて該アーム７を移行させて倣制御
を行うことにより自動溶接作業等を行なわせることがで
きる。

以上面Ｉ、面■、面■は平面として説明してきたが、曲
面であっても差しつかえない。

以上説明したように本発明によれば、倣制御におけるテ
ーチング操作を自動化することができ、特に手動では困
難な隅、角等を含む部分のテーチングを簡単且つ迅速に
行うことができ作業能率を向上させることができる。

また、従来の自動溶接機等のロボット装置に簡単に附加
することができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明に係る倣い方法及び装置の倣制
御の原理を示す図、第３図〜第４図は本発明装置に使用
する面の傾き検出器の一実施例を示す図、第５図は第４
図に示す検出器の特性を示すグラフ、第６図は該検出器
の動作説明図、第７図は該検出器の回路の一実施例を示
すブロック図、第８図は本発明装置の制御回路の一実施
例を示すブロック図、第９図は本装置の動作原理を示す
グラフ、第１０図〜１３図は本装置の動作説明図である
。 １・・・検出棒、２・・・ホルダ、３・・・検出素子、
４・・・バネ、７・・・アーム、８・・・信号処理回路
、２１・・・規格化回路、３０・・・増幅器、３１．３
４・・・ゲート回路、３２・・・パルス分配器、３３・
・・方向検出器、３５・・・タイミング回路、３６・・
・アーム駆動用アクチュエータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伸縮自在な検出棒を有し該検出棒の伸縮長を検出す
   る検出器を第１の対象面に対して適当な傾斜角で設定し
   、該検出器が第１の対象面の傾きを検出した後該面に対
   して垂直方向へ所定距離移行させ、次いで所定の方向に
   前進させながら該第１の面に向けて移行させ再び該第１
   の面の傾きを検出させ、かかる動作を繰返して行わせて
   第１の面上を所定方向ヘジャンプさせながら移行させ、
   該第１の面が第２の面と交わったときには該検出器を該
   第１、第２の面で形成する隅に沿って移行させ、更に、
   該隅が第３の面と交わって形成する角点に到したときに
   は、該検出器の第３の面に対する傾斜の具合により該第
   ３の面と第１、又は第２の面で形成する隅に沿って当該
   検出器を移行させるか又は該角点に当該検出器を停止さ
   せて面、隅、角点を倣わせるようにした倣い方法。 ２ 伸縮自在の検出棒を有し該検出棒の変位に応じた信
   号を出力する検出器と、該検出棒の最初の長さをホール
   ドするホールド回路と、該検出棒をＸ、Ｙ、Ｚ方向へ順
   次移行させたときの該検出棒の長さを順次ホールドする
   複数のホールド回路と、前記各ホールド回路の出力に基
   いて前記検出棒のｘ、ｙ、ｚ方向への長さの変位を各別
   に演算出力する複数の減算器と、該各派算器からの出力
   信号を規格化し長さ信号を出力する規格化回路と、前記
   検出器の検出棒の傾きを検出しＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分に
   比例した方向信号を各別に出力する方向検出器と、前記
   長さ信号と方向信号とを所定のタイミングで交互に出力
   させるタイミング回路と、順次入力する長さ信号或は方
   向信号に応じたパルス信号を出力するパルス分配器と、
   長さ信号に応じたパルス信号が加えられたときには前記
   検出器を保持するアームを対象面に対して垂直方向に、
   方向信号に応じたパルス信号が加えられたときには該ア
   ームを方向信号に応じた所定の方向に前記検出器が対象
   面に当接するまで駆動させるアーム駆動用アクチュエー
   タとを具え、第１の対象面或は該第１の面が第２、第３
   の面と交わって形成する隅、角点を倣わせるようにした
   倣い装置。