JPS6022765B2 - 工業用ロボツトの姿勢比較表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、とくにＣＰ制御型工業用ロボットの部分動作
修正方法に最適な姿勢比較表示装置に関する。

従来、例えば自動車等の塗装ラインにおいて、スプレー
ガンで塗装を行う作業は、塗りむらが生じやすいために
比較的熟練を要するものであり、このために、塗装作業
を正確に繰返して行うことができる工業用ロボットが採
用されつつある。

ところで、記憶再生型の工業用ロボットには、ＰＴＰ（
ＰＯＩＮＴ ＴＯ ＰＯＩＮＴ）方式と、ＣＰ（ＣＯＮ
ＴＩＮＵＯＵＳＰＡＴＨ）方式とがあり、ＰＴＰ方式は
、一連の作業動作を教示する際に、その途中の点の座標
をいくつか与えると、点間を補助計算して再生駆動する
ものであり、ＣＰ方式は、一連の作業動作を連続して（
１０仇ｈｓ前後のサンプリング周期で）記録し、再生駆
動するものである。ＰＴＰ方式の教示には、一般にコン
トロールボックス等を用いて遠隔操作し、希望の位置・
姿勢になったところで記録ボタンを押すという方法がと
られる。この方法であると、記録すべきデータ数が少な
いためにメモリの節約になり、また、データの修正も本
質的に容易である反面、作業動作の途中の点間を補間計
算しているために、なめらかな動きを得にくく、とくに
、塗装ロボットとして上塗り作業をさせるには不適当で
ある。一方、ＣＰ方式は、教示した通りの作業動作をそ
のまま再生するのでなめらから動きが得られ、熟練者が
教示した通りの動作を繰返すことが可能であるが、教示
の際に、一部分でも不都合な作業箇所があると、教示を
最初からやり直さなければならないという煩わしごがあ
る。

本発明は、上記ＣＰ制御型工業用ロボットで部分動作修
正を行うような場合、元の位置データと修正位置データ
とがなめらかにつながるように、修正の開始時点でロボ
ットの姿勢を元と同じ勢に再現できるようにしたもので
ある。

以下、本発明の実施例を、ＣＰ制御型工業用ロボットの
部分動作修正装置に適応した添附図面に従って詳細に説
明する。

第１図および第２図に示すように、自動車の塗装ライン
に採用したＣＰ制御型工業用ロボット１は、第１図およ
び第２図に示すように、基台２上のターンテーブル３に
対して、垂直アーム４と水平アーム５とを設け、該水平
アーム５の先端部にスプレーガン６と手操作用グリップ
７とを取付けて、各油圧シリンダ８，９，１川こよって
各ア−ム４，５を旋回・揺動させることによりスプレー
ガン６を所定の塗装軌跡で移動させて、コンベア１１で
搬送される自動車ボデー１２に塗料を吹付け塗装するよ
うになっている。

このロボットーは、基本的には、塗装作業の熟練者がス
プレ−ガン６を手動で移動させて作業動作の教示を行い
、このスプレーガン６の位置を位置検出器１３により検
出して、この位置データを、記憶装置１４に作業プログ
ラムとして順次に記憶せしめた後、その記憶された作業
プログラムにしたがってロボット駆動装置（油圧回路等
｝ １５を制御し、スプレーガン６を再生駆動させるも
のである。

つぎに、上記ロボット１のＣＰ制御装置を説明する。

第４図に示すように、操作盤１６に、モードを〔通常〕
と〔部分修正〕、〔再生〕と〔記憶〕とに切替えるモー
ド切替スイッチ１７と、スタートボタン１８およびスト
ップボタン１９と、区間指示スイッチ２０とを配置する
一方、制御回路２１と、記録・再生用記憶装置２２と、
シフトレジスター２３と、ロボツトーに対して位置検出
器１３およびロボット駆動装置１５とを設けている。

上記モード切替スイッチ１７は、〔通常〕〔記憶〕は通
常時の教示、〔通常〕〔再生〕は通常時の再生駆動、〔
部分修正〕〔再生〕は部分修正時の再生駆動、〔部分修
正〕〔記憶〕は部分修正時の教示を夫々行うモードに切
替えるものである通常時の教示に際し、モード切替スイ
ッチを〔通常〕〔記憶〕にしてスタートボタン１８を押
し、ロボット１のスプレーガン６を、該スプレーガン６
をオン・オフするファンクションスイッチ２４を操作し
ながら手動により、例えば第３図の上側に示す如く、自
動車ポデ−１２に対してスタート位置Ａから、位置Ｂ，
Ｃ，Ｄを通り、エンド位置Ｅ（スタート位置Ａ）まで四
角枠状に移動させるとすると、位置検出装置１３でスプ
レーガン６の位置が検出され、この位置データとファン
クションスイッチ２４のオン・オフデータとが、１０仇
ｈｓのサンプリング周期ｔでシフトレジスタ２３に記憶
され、さらに、このデ−夕と、制御周期制御回路２５に
よるコンベア１１の搬送速度の変動等のデータとが制御
回路２１で組合わされて、作業プログラムとして記憶装
置２２に順次記憶されるようになる。

通常時の再生に際し、モード切替スイッチ１７を〔通常
〕〔再生〕にしてスタートボタン１８を押すと、記憶装
置２２に記憶された作業プログラムにしたがって制御回
路２１、シフトレジス夕２３を介してロボット駆動装置
１５により、ロボットーのスプレーガン６が教示された
通り、コンベア１ １の搬送速度と同期して位置Ａから
Ｂ，Ｃ，Ｄを通って位置Ｅまで再生駆動されるようにな
る。

なお、上記した通常時の教示または再生が終了するごと
にストップボタン１９を押して、シフトレジスター２３
のリセットやロボット駆動装置１５の油圧をオフする。

一方、上記ＣＰ制御装置に附加する部分動作修正装置は
、修正区間を指示するブロックと、この修正位置データ
と元の位置データとのつなぎ部分を桶間修正するブロッ
クとで構成される。上記修正区間を指示するブロックは
、修正記録用記憶装置３０に関して、上記区間指示スイ
ッチ２０と、選択回路３１と、データ番号カウンター３
２と、始点用レジスター３３と、終点用レジスター３４
と、比較演算回路３５と、残時間表示・区間指示用の表
示回路３６と、並びに姿勢記憶用レジスター３７と、比
較回路３８と、姿勢表示用の表示回路３９とを設けてい
る。

例えば、第３図の上側に示したスプレーガン６の位置デ
ータに対して、第３図の下側に示すように、位置Ｄ，Ｅ
間を波形状に部分修正したい場合には、部分修正時の再
生に際し、モード切替スイッチ１７を〔通常〕〔再生〕
にしてスタートボタン１８を押すと、上述した“通常時
の再生”と同様にしてロボット１のスプレーガン６が教
示された通りに再生駆動されるようになる。

上記スプレーガン６を再生駆動する過程で、操作者がス
プレーガソ６の移動をみながら作業動作の修正区間Ｄ−
Ｅの始点Ｄと終点Ｅとを、区間指示スイッチ２０を手動
で押して指示する。

区間指示スイッチ２０の１回目の押し（始点○の指示）
を選択回路３１で選択すると、データ番号カウンター３
２によってカウントされるスプレーガン６の位置データ
のサンプリング周期ｔによる始点データ番号が、アンド
回路４０を介して始点用レジスター３３に記憶され、同
時にその時のスプレーガン６の姿勢データが姿勢記憶用
レジスター３７に記憶され、ついで、区間指示スイッチ
２０の２回目の押し（終点Ｅの指示）を選択回路３１で
選択すると、終点データ番号が、アンド回路４１を介し
て終点用レジスター３４に記憶される。

この場合も再生が終了するとストップボタン１９を押す
。部分修正時の教示に際し、モード切替スイッチ１７を
〔部分修正〕〔再生〕にしてスタートボタン１８を押す
と、上述した“通常時の再生”と同様にしてロボットの
スプレーガン６が教示された通りに再生駆動されるよう
になる。

上記スプレーガン６を再生駆動する過程で、スプレーガ
ン６が修正区間Ｄ−Ｅの始点Ｄに達した時、比較演算回
路３５により始点Ｄのデータ番号が元の位置データ番号
と一致すると、スプレーガン６を停止させる信号を制御
回路２１に入力し、記録再生用記憶装置２２を止めて、
スプレーガン６は始点Ｄで停止する。

次に、モード切替スイッチ１７を〔部分修正〕〔記憶〕
にしてスタートスイッチ１８を押すと、姿勢記憶用レジ
スタ３７に記憶されているスプレーガン６の始点Ｄにお
ける姿勢位置データと、操作者によって操作される現在
のスプレーガン６の姿勢位置データとが比較回路３８で
比較されて、姿勢比較表示用回路３９により、そのずれ
が例えばデジタル的に表示され、操作者はそのずれを許
容範囲内にえさえるべくスプレーガン６を操作する。

この状態でコンベア１１を起動すると｛該コンベア１１
の動きに同期するように制御周期制御回路２５によって
制御周期（記憶時のサンプリング周期ｔに相当するもの
）が調整され、その制御周期に従って｝データ番号カウ
ンタ３２はデータ番号を更進していく。上記データ番号
を更進していく過程でデータ番号カウンタ３２のデータ
番号が始点用レジスタ３３に記憶されているデータ番号
と一致すると比較演算回路３５から制御回路２１への信
号によりスプレーガン６の位置データの記憶を開始する
。すなわち、この状態で操作者がロボット１のスプレー
ガン６を、修正区間Ｄ−Ｅに関し、始点Ｄから波形状に
終点Ｅまで移動させて修正作業動作を教示すると、位置
検出器１３でスプレーガン６の位置が検出され、この位
置データがシフトレジスタ２３に記憶され、さらに制御
周期制御回路２５によるコンベア１ １の搬送速度の変
動等のデータとが制御回路２１で組合されて、修正位置
データとして修正記録用の記憶装置３０に記憶されるよ
うになる。上記の修正作業において、修正区間Ｄ−Ｅの
時間ｔが比較演算回路３５で演算されて、表示回路３６
により、例えばデジタル的に表示され、操作者はその時
間の所定の許容範囲内に完了すべく修正作業動作を教示
する。

この許容範囲内で教示が完了しなかった場合には、記憶
装置３川こ記憶されている修正位置データを消去して、
再び修正区間Ｄ−Ｅに関して修正作業動作を教示するよ
うにする。上記ロボット姿勢比較表示装置についてさら
に述べれば、ロボットーの教示を始める時に、予じめ指
定された姿勢から教示を開始したい場合において、操作
者がその指定された姿勢を特に記憶することないこ、容
易に再現可能とするためのもので、とくに、部分動作修
正に際し、修正位置データと元の位置データとがなめら
かにつながる必要があるため、修正を開始する時点でも
とと同じ姿勢であることが望ましいために設けたもので
ある。

このロボット姿勢比較表示装置は、原理的にみれば、第
５図に示すように、記憶指示スイッチ５０等によりゲー
ト回路５１を介してロボット１の姿勢論取り装置６０で
読み取った特定の姿勢のデータを記憶させる指示および
記憶装置５２と、ロボット１の各自由度ごとに指定され
た姿勢からのずれの許容範囲を設定する許容範囲設定装
置５３と、記憶された姿勢と現在とっている姿勢とを比
較装置５４で比較して、その各自由度ごとに許容範囲内
にはいっているかどうか、また、はずれている場合には
どちら側にどの程度ずれているかを表示する表示装置５
５とで構成される。

第７図のフローチャートでその動作を説明する。

‘１’ロボット１を教示する。

■ ロボット１を再生し、この時部分修正を始める必要
があると思われる時点でスイッチ５０を押す。

この時、ロボット１の姿勢に関するデー夕が記憶装置５
２に書きこまれる。｛３’ 次に操作者がロボット１を
動かし、‘２１で記憶した姿勢になるようにする。

この時、表示装置５５（第６図ａ、第６図ｂ参照）には
、各自由度ごとに姿勢がずれているかいないか、またず
れているとすればどちら側へどの程度ずれているかが表
示され、各自由度ごとにずれがなくなる方向に動かすこ
とにより、所定の姿勢にすることができる。‘４）姿勢
のずれの量に関して、各自由度ごとにあらかじめ許容範
囲を設定できるようにし、少しぐらいのずれに関しては
無視できるようにし、操作者の負担を軽減することがで
きる。

上記表示装置５５としては、第６図ａに示す如く、各自
由度ごとにずれ量とその方向（十一）をデジタルで表示
する表示部５６や、第６図ｂに示す如く、各自由度ごと
に許容範囲にはいったとき発光する丸形のＬＥＤ５７の
両側に、ずれ量とその方向（十一）を表示する三角のＬ
ＥＤ５８，…，５８とを設けた表示部５９を採用すれば
便利である。

なお、各自由度ごとに音色を変え、ずれ量に応じて音の
強さを変えるようにした表示部を採用することもできる
。一方、上記部分修正時の教示に際して、修正記録用の
記憶装鷹３０１こ記憶された修正位置データは、上記女
台点Ｄ並びに終点Ｅにおける元の位置データとのつなぎ
部分に、許容範囲の誤差（段差）があり、これをなめら
かに連続させてから記録再生用の記憶装置２２に記憶さ
れている元の位置データの修正区間に入替える必要があ
る。

そこで、修正位置データを元の位置データとなめらかに
連続させるため、修正記録用の記憶装置３０と記録再生
用の記憶装鷹２２との間に、補間計算用の演算部４２を
設けている。

該演算部４２による補間計算としては、リンケージアル
ゴリズムを採用する。

原理的には、第８図に示す始点Ｄの補間計算の場合は、
元の位置データ×と修正位置データＹの境界点○の前後
各４サンプリング周期ｔ分のデータをリンケージの対象
とする。

すなわち、全体で８０皿ｓ（１０伽ｓｘ８）の期間とな
る。まず、元の位置データＸの各点をｏｉ、惨正位置デ
ータの各点をｎｉと表わし、境界点○の前後各４点に（
ｉ＝０〜８）なる番号をつける。

また、リンケージ計算で算出した点はぐ。 〜そ８とす
る。ｏｏのデータと山のデータを４等分し、各々ｏｏ，
ＳＩ’Ｓ２’Ｓ３，〜とする。

〆ｏ ＝〇。

そ，＝（ｏ，×７十ｓ，×１）／８ 〆２ ＝（〇２Ｘ６十Ｓ２×２）／８ そ３＝くりＸ５十Ｓ３×３）／８ そ４ ＝（〇４Ｘ４十ｎ４×４）／８ 夕５＝（巧×３十ｎ５×５）／８ そ６ ＝（〇６Ｘ２十ｎ６×６）／８ 夕７ ＝（〇７Ｘ１十ｎ７×７）／８ そ８＝及 としてリンケージデータＺを計算する。

同様にして、終点Ｅも補間計算をし、なめらかに修正さ
れた修正位置データを元の位置データの修正区間に入替
える。

第９図ａは、上記のりンケージァルゴリズムに塞いて始
点Ｄのつなぎ部分をなめらかに修正した例、第９図ｂは
、同じく終点Ｅのつなぎ部分をなめらかに修正した例で
ある。

第９図ｃは、終点Ｅのつなぎ部分で、修正位置データＹ
の時間が余った場合、即ち、部分動作修正が早く終了し
た場合に、それを待機させながらつなぎ部分をなめらか
に修正した例である。上記のように構成した部分動作修
正装置の作用をつぎに説明する。

実際の塗装作業では、自動者ボデー１２に対する全塗装
軌跡をいくつかのプロッ外こ分割し、修正はそのブロッ
クを単位にして行う。

このブロックは、第１０図ａに示す如く、教示に先だっ
て決めておくものでスタート位置Ａからエンド位置Ｅま
でを■〜■のブロックに分けて、ブロックのつなぎ部分
を上記の始点○および終点Ｅとする方法、または、第１
０図ｂに示す如く、再生動作をみて修正が必要と思われ
る部分をひとつのブロックとみなし、ブロックのつなぎ
部分（塗装をしなし、部分）を上誌の始点○および終点
Ｅとする方法とがある。前者の方法による修正区間の指
示・記憶作業手順■ モード切替スイッチ１７を〔通常
〕〔記憶〕にして上述したように通常の作業動作を教示
する。

■ モード切替スイッチ１７を〔通常〕〔再生〕にし、
ロボット１を再生駆動して塗装状態を調べ、惨正するブ
ロックを決めて、修正区間の始点Ｄと終点Ｅとに対応す
る位置データ番号を始点・終点用レジスター３３，３４
に記憶させる。

後者の方法による修正区間の指示・記憶作業手順■ モ
ード切替スイッチ１７を〔通常〕〔記憶〕にして上述し
たように通常の作業動作を教示した後、モード切替スイ
ッチ１７を〔通常〕〔再生〕にし、ロボット１を再生駆
動して塗装状態を調べ修正するブロックのおよその位置
を覚えておく。

■ モード切替スイッチ１７は〔通常〕〔再生〕のまま
で、ロボット１を再生駆動して修正区間の女合点Ｄと終
点Ｅとで区間指示スイッチ２０を押し、修正区間の始点
Ｄと終点則こ対応する位置データ番号始点、終点用レジ
スター３３，３４に記憶させる。

前・後者の方法による修正作業手順 ■ モード切替スイッチ１７を〔部分修正〕〔再生〕に
し、ロボット１を再生駆動すると、スプレーガン６が始
点Ｄに達した時、比較演算回路３５からスプレーガン６
を停止させる信号を制御回路２１に入力し、記録再生用
記憶装置２２を止めて、スプレーガン６は始点○で停止
される。

つぎに、モード切替スイッチ１７を〔部分修正〕〔記憶
〕にし操作者がロボット１のスプレーガン６を始点Ｄか
ら終点Ｅまで移動させて修正作業動作を教示すると、こ
の位置データが修正位置データとして修正記録用の記憶
装置３０に記憶される。

上記の修正作業において、表示回路３６に疹正区間Ｄ−
Ｅの時間がデジタル的に表示され、その時間の許容範囲
内に完了すべく修正作業動作を教示する一方、姿勢比較
表示用表示回路に、元の位置データの姿勢と、操作者が
修正作業動作を教示している修正位置データの姿勢との
ずれが第６図ａ、第６図ｂで示したような表示部５６，
５９を介して表示され、操作者はそのずれ量を許容範囲
内におさえるべく修正作業動作を教示する。

■ 上記修正記録用の記憶装置３０に記憶された修正位
置データは、上記始点Ｄ並びに終点Ｅにおける元の位置
データとのつなぎ部分が、演算部４２によりリンケージ
アルゴリズムによる補間計算でなめらかに連続するよう
に疹正され、その後、記録再生用の記憶装置２２に記憶
されている元の位置データの修正区間Ｄ−Ｅに入替える
。■ そして、再び■の再生駆動を行って、部分動作修
正が正確になされたかどうかをチェックし、不正確であ
れば再び■〜■の部分動作修正作業を繰返すようにする
。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、記憶装置
で記憶された姿勢と、現在の姿勢とを比較して、各自由
度ごとに、ずれの有無、ずれの方向、ずれの量を外部表
示するようにしたことによって、操作者がロボットの姿
勢を元と同じ姿勢に再現するのがきわめて容易となり、
とくにＣＰ制御型工業用ロボットで部分動作修正を行う
場合に、元の位置データと修正位置データとがなめらか
につながるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＰ制御型工業用ロボットの基本構成図、第２
図はコンベアで搬送される自動車ボデーの斜視図、第３
図は作業動作のパターンとサンプリング周期の関係を示
す図、第４図は部分動作修正装置を組込んだＣＰ制御菱
贋の回路図、第５図表示装置の原理回路図、第６図ａお
よび第６図ｂは表示部の例を夫々示す正面図、第７図は
表示装置に関するフローチャート、第８図はリンケージ
アルゴリズムによる補間計算の原理説明図、第９図ａ、
第９図ｂおよび第９図ｃはリンケージアルゴリズムによ
る補間計算の具体例説明図、第１０図ａおよび第１０図
ｂは塗装軌跡の分割ブロックを示す斜視図である。 １…ロボット、６…スプレーガン、１２…自動者ボデー
、１３位置検出器、１４・・・記憶装置、１５・・・ロ
ボット駆動装置、１６・・・操作盤、１７・・・モ−ド
切替スイッチ、２０・・・区間指示スイッチ、２１・・
・制御回路、２２・・・記録再生用記憶装置、２３・・
・シフトレジスター、２５…制御周期制御回路、３０…
修正記録用記憶装置、３２・・・データ番号力ウンタ、
３３・・・始点用レジスター、３４・・・終点用レジス
ター、３５・・・比較演算回路、３６・・・表示回路、
３９・・・表示回路、５５・・・表示回路、５６，５９
・・・表示部。 第１図 第２図 第５図 第６図 図 の 船 図 寸 縦 第７図 第８図 第９図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 手動により作業動作を教示するロボツトの動作に連
   動する制御対象の位置を、位置検出器により検出して、
   この位置データを、記憶装置に作業プログラムとして順
   次に記憶せしめた後、その記憶された作業プログラムに
   したがつて制御対象を再生駆動するようにした工業用ロ
   ボツトにおいて、 上記制御対象を再生駆動する過程で
   、スイツチ等の手操作に応答して、ロボツトの各自由度
   ごとの姿勢を記憶する記憶装置と、 ロボツトの各自由
   度ごとに指定された姿勢からのずれの量の許容範囲内を
   設定する許容範囲設定装置と、 上記記憶装置で記憶さ
   れた姿勢と、現在の姿勢とを比較回路で比較して、その
   各自由度ごとに、ずれの有無、ずれの方向、ずれの量を
   外部に表示する表示回路とを備えたことを特徴とする工
   業用ロボツトの姿勢比較表示装置。