JPS6219906A - 産業用ロボツトにおけるワ−クのセンシング方法 - 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〕 本発明は、メニューの内容としてセンサの姿勢で特定す
るセンシング方向を含む少くとも１つのセンシングメニ
ューを記憶する手段を具備し、センシング方向へのセン
サとワークの相対的な接近移動によりワークを検出する
ようにし几産業用ロボットにおけるワークのセンシング
方法に関する。

〔従来技術〕

溶接、溶断、ばり取り、塗装などを行う特にプレイバッ
ク方式の産業用ロボットにおいては、はとんどの場合ワ
ークの個体差や取付誤差の友め、ワーク毎に初めにティ
ーチングした指令位置情報をセンシングによって修正す
る必要がある。

このセンシングはワークの形状（溶接の場合は主に開先
形状）や必要なセンシング方向により幾種類もあり、一
般的にこれらのセンシング内容はコンピュータのプログ
ラム中にメニュー化し、オペレータはこれらのセンシン
グメニューの中からワークのセンシング個所ごとに最適
のメニューを選択するようになっている。

また本出願人は、先に特願昭５９−４４５６１、発明の
名称「産業用ロボット」）においてセンシング方向をセ
ンサの姿勢即ちセンサの中心軸線に関連して特定するこ
とを開示した。さらに詳しく述べると、前記センシング
方向の種類としてはセンサＳの中心軸線Ｎを直交、２軸
子面（例えばＸ−Ｙ平面ＰＬｘｙ）に投影した投影中心
軸線Ｎのセンサ先端Ｐ方向Ｔ（第６図）、該投影中心軸
線Ｎに対し直角の方向Ｔｒａ（第６図）、前記２軸のう
ち前記投影中心軸線Ｎがより近い方の軸方向Ｔｘｙ　（
第７図）、前記中心軸線Ｎが水平線Ｈに対しセンサ先端
Ｐが上向きおよび下向きで規定した上下軸方向Ｔｚ（第
８図）がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述４種類のセンシング方向Ｔ　＋　Ｔ　ｒ　ａ　＋　
Ｔｘ’！　＊Ｔｚは、いずれも直交２軸千面に投影した
投影中心軸線Ｎを基準にしており、これらの方向は必然
的に常に直交２軸平面に平行となる。しかし、ワークＷ
の位置ずれ方向は、ワーク取付用面板へのワークＷの取
付方法やセンシング時の該面板の向き、並びにワークＷ
の加工方法に伴う個体差の発生傾向により、必ずしも前
記直交２軸平面に平行になるとは限らない。

前述従来例を第９・１０図を参照しながらさらに詳しく
説明する。

いまセンサＳは溶接トーチ兼用のもので、センサＳ本体
先端から突出する電極がワークに接近してワーク間の放
電によりワークを検出するものとする。

第９図において２つのワーク部材Ｗｏ　１　ｔ　Ｗｏ　
２をほぼ直角に組合せて仮付けした基準ワーク児につい
て、セン？Ｓの電極先端ＰをワークＷｏの開先内の任意
の地点Ｐ１に位置決めし、ワーク部材Ｗｏ　ｚの表面を
検出するべくセンシング方向Ｔｒａをティーチングした
とする。これにより、センサＳはその中心軸線ＮＩＣ）
Ｘ−Ｙ平面への投影中心軸線Ｎに対し直角のワーク部材
Ｗｏｉに向う方向（第９図矢印ＡＩ）Ｋ移動し゛、電極
先端Ｐによりワーク部材Ｗｏ１の点Ｐ２を検出する。次
のワークＷ（ワーク部材当。

Ｗ２から成る）は基準ワークＷｏと同じ形状および寸法
であるが、前記矢印ＡＩのセンシング方向Ｔｒａに対し
斜めに横切る矢印Ｂ１方向に位置ずれしているものとす
れば、前述同様に位置Ｐ１よりセンシング方向Ｔｒａで
センシングを実行すると、センサＳは点Ｐ２でワーク部
材Ｗ１の表面を検出する。そして、ワークＷの位置ずれ
をＰ２　Ｐ２と判断する。しかし。

基準ワークＷｏの検出点Ｐ２に和尚するワークＷの点は
Ｐ２であって、ワークＷの正確な位置ずれはＰ２　Ｐ２
また、第１０図はセンシング動作そのものが不可能とな
る例を示す。即ち、第１０図において。

基準ワークＷ１ｏおよびワークＷ１１は検出すべき開先
が狭小で浅く、センサＳは開先内の点ＰＯＩから矢印Ａ
２で示すセンシング方向Ｔｒａでセンシングするように
ティーチングしたとする。従って、センサＳは点ＰＯ２
で基準ワークＷｔｏを検出する。次にワークｗ１１が前
記矢印Ａ２に対しほぼ直角の矢印Ｂ２下方に位置ずれし
ていたとすると、センサＳが点ｐｏｔから前記センシン
グ方向Ｔｒａでセンシングしても、電極先端Ｐは矢印Ａ
２で示すようにワークｗ１１の上方を素通りし、ワーク
ｗ１１の表面を検出することができない。

〔問題点の解決手段〕

本発明は、前述姿勢をセンサの中心軸線で規定し、前述
センシング方向は前記中心軸線のセンサ先端に向う第１
の方向と、前記中心軸線を含み直交２軸平面に直角な一
平面内で該中心軸線に直角な第２の方向のうち少くとも
一方を含むことを特徴とする。

〔作　用〕

ワークの位置ずれの方向はワーク取付用面板の向き等に
よりおよそ見当がつく。従って、位置ずれの方向を見定
め、センシング動作時のセンサとワークの干渉も考慮し
て、前記第１または第２の方向が位置ずれの予想される
方向にほぼ一致するようにセンサの中心軸線を整え、セ
ンナの姿勢とセンシング方向をティーチングする０この
ようにティーチングしてセンシングを実行すれば、位置
ずれの予想方向とセンシング方向がほぼ一致しているた
め、センシング精度は向上する。

〔実施例〕

以下、第１〜５図に示す本発明の実施例につき詳述する
。

１は公知の直角座標（Ｘ軸、Ｙ軸、２軸）形の産業用ロ
ボットとしての溶接ロボットで、端末に垂直軸２を有し
、該垂直軸２の下端には該垂直軸線りまわり（矢印α）
に旋回可能に第１腕８を支承しである。４は第１腕３の
先端に斜軸線Ｍまわり（矢印β）に旋回可能、に支承し
た第２腕で、先端にはエンドエフェクタとしての溶接ト
ーチ５（この実施例ではＭＩＧ溶接トーチ）を取着して
いる０ そして前記垂直軸線り、斜軸線Ｍ、およびトーチ５の中
心軸線Ｎは一点Ｐで交差するように構成し、トーチ５か
ら延びる電極６の先端の溶接作動点が点Ｐに一致するよ
うに設定してあり、該トーチ５は電極６を含めてセンサ
を兼用している。かくして、矢印αおよびβ方向の旋回
角度を制御することにより、トーチ５の垂直軸線りに対
する姿勢角θおよび旋回角ψ（いわゆるオイラ角）を点
Ｐを固定して制御し得るごとくなっている。

７は溶接電源装置、８は該装置７に付設した電極送給装
置で、適宜送給ローラ（図示せず）の回転によりスプー
ル８ａから電極６を引き出してトープ５に送給制御する
ものである。前記溶接電源装置７は、溶接用電源７ａ（
低電圧高電流）と検出用電源７ｂ（高電圧低電流）を並
列に接続し、該両電源の一端側は切換手段７ｃを介し電
極６に接続可能とし、溶接用電源７ａの他端側は直接に
、ま比検出用電源７ｂの他端側は電流検出器７ｄを介し
いずれもワークＷに接続し得るようになっている。

９は溶接ロボット１全体を制御するコンピュータ内蔵の
制御手段で、ＣＰＵおよびメモリを含む。

そして制御手段のパスラインＢＬには、電源７ａ。

切換手段７ｃ、電流検出器７ｄが接続しである。

パスラインＢＬにはさらに溶接ロボット１のＸ軸のサー
ボ系ＳＸが接続してあり、このサーボ系ＳＸはＸ軸の動
力ＭＸ並びにその位置情報を出力するエンコーダＥＸを
含んでおり、同様にしてＹ軸。

Ｚ軸、α軸、β軸の各サーボ系ｓｙ　、ｓｚ　、ｓα。

ＳβをパスラインＢＬに接続しである。

１０は各スイッチ類をパスラインＢＬに接続した遠隔操
作盤であり、トーチ５を手動で移動させるためのマニュ
アル操作スナップスイッチ群ＳＷ。

溶接待以外の速度を指令するための速度指令用ロータリ
スイッチＳＶ、ａ種類のモード（マニュアルモードＭＭ
、テストモードＴＭ、およびオートモードＡＭ）に切換
えるためのモード切換スイッチＳＭ、テンキーＴＫ、該
テンキーＴＫＯ操作によジ後述の各切換位置で各稽条件
を設定する次めの条件設定用切換スイッチＳＥ、並びに
各モードにおいて動作を開始したりティーチング内容を
メモリに取込む際に使用するスタートスイッチＳＴＡ等
を備えている。

前記切換スイッチＳＥは８つの切換位置ＳＥ１゜ＳＦ３
．ＳＦ３を有し、このうち切換位置Ｓ　Ｅ、では直線補
間「Ｌ」９円補間「Ｃ」、およびセンシング「Ｓ」の８
つの表示ランプを備え、それぞれテンキーＴＫのキ一番
号「１」〜「３」を押すことにより各表示２ンプを点燈
させて選択することができる。また切換位置Ｓ　Ｅ２で
は、センクンダメニュ一番号ＳＥＭＮａの表示部を有し
、制御手段９のメモリには随ごとに電極６自体でワーク
Ｗの表面をセンシングするのに必要な幾種類もの動作手
順がメニューとして記憶されており、テンキーＴＫの操
作で随時呼び出せるようになっている。さらに切換位置
Ｓ　Ｅ３には溶接条件番号ｗＮ［Ｌの表示部を有し、制
御手段９のメモリには予め階ごとに溶接電圧、溶接電流
、および溶接速度をセットとして記憶されており、所望
のセットに対応するテンキーＴＫＯキ一番号を押すこと
により呼び出せるようになっている。

前記制御手段９は、トーチ５の姿勢を該トーチ５の電極
６の中心軸線Ｎの配置で判断し、それを記憶する機能を
もっており、さらに前記トーチ５の姿勢で特定する複数
種のセンシング方向（即ち、トーチ５とワークＷとの相
対的な接近移動方向）をティーチングによる選択に応じ
て指令出方し得る０ 前記センシング方向の種類としては、主に第１の方向Ｔ
ＮＩと第２の方向ＴＮ２の２種類に分けられる。第２図
において、制御手段９は直交８軸（Ｘ軸、Ｙ軸、２軸）
のうち２軸に直角なＸ−Ｙ平面を所定の直交２軸平面Ｐ
　ＬＸＹと規定し、前記第１の方向ＴＮＩを前記中心軸
線Ｎの電極先端Ｐに向う方向とし、前記第２の方向ＴＮ
２を前記中心軸線Ｎを含み且つ前記直交２軸平面Ｐ　Ｌ
ＸＹに直角な一平面Ｐ　Ｌ、における前記第１の方向Ｔ
ＮＩに直角な方向としてそれぞれ演算して求める機能を
もつ。尚、前記第２の方向ＴＮ２はＺ軸の（ト）、（→
の２方向ある。

従って、前記センシングメニュ一番号ＳＥＭＮＩＬとし
ては８種類となる。例えば、ＳＥＭＮＩＩ　、２　。

８は、それぞれ第１の方向ＴＮＩ　、第２の方向ＴＮ２
（→、第２の方向ＴＮ２（→として前記メモリに記憶し
である。

今、第３図に二点鎖線で示すように、基準ワークＷａは
２つのワーク部材ＷａＩ　＠Ｗａ２が互いに直角に組合
せて仮付けしてあり、図示しないワーク取付面板に開先
を上向きにして固定しである。そして、ワークは、面板
への取り付は方および面板の向き等により、おおよそ矢
印ＢＩＯの方向に位置すれしていることが予想されてい
るものとする。最終的には、直角隅部の下向き隅肉溶接
線ＷＬを自動溶接するのであるが、以後の同種ワークＷ
ａの位置ずれを基準ワークＷａに基づいて求めるために
、先ず基準ワークＷａのワーク部材Ｗａ　１開先面ｆａ
を溶接線ＷＬの延びる方向に適宜離間した２位置でセン
シングしてワーク全体のＸ−Ｙ平面での傾きを求める。

そしてその後に、ここでは説明を省略するが、溶接線Ｗ
Ｌのセンシングの友めの各センシング開始点の修正、該
溶接線ＷＬセンシングの実行、このセンシング結果に基
づく溶接の開始点と終了点の演算を行うものである。

以下、前記開先面ｆａの一方のセンシングに関するティ
ーチング操作、およびこれに伴い制御手段９が実行する
処理につき説明する。

（Ｔｌ）　　スイッチＳＭの操作によりマニュアルモー
ドＭＭを選択する。そしてスイッチｓＷの操作によりト
ーチ５の電極６先端Ｐを開先内の適宜地点ＰＩＧに位置
決めし、さらにトーチ５をセンシングに適した姿勢でし
かも電極６の中心、軸線Ｎが前記位置ずれ予想方向ＢＩ
Ｏに対しほぼ直角を成すようにトーチ５の姿勢を整える
。次に切換スイッチＳＥを切換位置ＳＥ１に切換え、テ
ンキーＴＫのキ一番号「１」の押動操作によシ直線補間
ｒＬＪを選択し、スイッチＳＴＡを操作すれば、制御手
段９は直線補間「Ｌ」、地点Ｐｒｏの位置情報（ｘｉ　
ｔ　Ｙｌ　ｙＺｌ）、および中心軸線Ｎの姿勢（θ１．
ψ１）を最初のステップとして取ジ込む。

（Ｔ２）切換スイッチＳＥは切換位置ＳＥ１のままでテ
ンキーＴＫのキ一番号「８」の押動操作によりセンシン
グ「Ｓ」を選択し、次いで切換位置Ｓ　Ｅ２に切換え、
ティ−チング操作によりセンシング方向として前述用２
の方向ＴＮ２（→に相当するＳＥＭＮＩＩ’−８Ｊを選
択する。そしてスイッチＳＴＡを操作することにより、
ロボット１はＳＥＭｍｌ’−８」のセンシング動作を実
行する。

従って、制御手段９は、前記中心軸線Ｎの姿勢（θｌ、
ψｌ）から前記一平面ＰＬｓを求め、さらに該一平面Ｐ
　Ｌｓ内で中心軸線Ｎに直角な第２の方向ＴＭ２　（ハ
）を演算し、ロボット１に対し該第２の方向Ｔｗ２（→
ヘトーチ５を移動させる指令を出方する。

これに応じてロボット１が駆動し、トーチ５は矢印ＡＩ
Ｇで示す前記第２の方向ＴＮ２←）に移動する。

前記トーチ５の移動によりワーク部材Ｗａ　１の表面ｆ
ａをセンシングし、制御手段９はこの位置情報ｐＨ（Ｘ
２ｔＹ２ＰＺ２）　Ｐセフシー＃「Ｓ　Ｊ　Ｔ　ＳＥＭ
Ｎｌｌ「３」を次のステップとして取り込む。

その後、別位置でのワーク部材Ｗａ　１の表面センシン
グ、溶接線ＷＬのセンシング、溶接開始点。

溶接終了点、溶接条件等その他の要件についてもティー
チングを行うのであるが、別位置での表面センシングは
前述同様であり、その他は本発明の要旨でないので説明
を省略する。

第５図は制御手段９が実行する処理の流れを示すフロー
チャートである。オペレータがスイッチＳＭをオート′
モードＡＭとし、スイッチＳＴＡを操作すれば、前記第
５図のフローチャートに従ってプログラムが連続して実
行される。

前記基準ワークＷａについては、前述ティーチング終了
後、自動溶接を実行し、溶接線ＷＬに沿うた下向隅肉溶
接を行う。次にワーク取付面板から溶接済み基準ワーク
Ｗａを取ｖ外し、代って次のワークＷａを面板に取付け
る。そしてスイッチＳＭをオートモードＡＭとし、スイ
ッチＳＴＡを操作すれば、制御手段９の実行処理の流れ
を示す第５図のフローチャートに従ってプログラムが連
続して実行される。

（Ａ１）制御手段９はユーザプログラムのステップ中に
指令「Ｓ」があるか否か判断する（処理ＰＲｔ（Ａ２）
指令ｒｓＪがあればさらにＳＥＭ随が「９９」か否か判
断する（処理ＰＲ２）。

（Ａ３）１９９」であれば、エクステンシラン合わせを
実行する（処理ＰＲ３）。このエクステンション合わせ
は、詳細を省くが、電極６の引込みおよび繰り出しによ
りトーチ５先端からの電極６の突出長さをティーチング
時の突出長さに合わせる。

（Ａ４）処理Ｐ　Ｒ３で、ＳＥＭ随が１９９」でなけれ
ば、そのＳＥＭＮＩで記憶されたセンシングメニューを
呼び出し実行する。即ち、この実施例ではＳＥＭｍｒ　
８　Ｊのセンシングメニューを実行する。

先ず、トーチ５は電極６先端Ｐを前記地点Ｐ１ｏ　（Ｘ
ｘ、Ｙｌｌ　Ｚｌ）に位置決めするとともに中心軸線Ｎ
の姿勢（θｌ、ψ１）を定める。次いで、トーチ５はそ
の姿勢を変えないでティーチングされているセンシング
方向、即ち第２の方向ＴＮ２（→（第３図に矢印ＡＩＯ
で図示）に移動し、ワーク部材Ｗａ１の表面ｆａをセン
シングし、制御手段９はこの位置情報Ｐ１２　（Ｘ３１
　Ｙ３１　Ｚ３）を取り込むとともにティーチング時の
前記位置情報ｐＨ（Ｘ２１　Ｙｚ＋　Ｚ２）との差ΔＰ
ｎを演算し、これをセンサ補正値として記憶する（処理
ＰＲ４）。

（Ａ５）処理Ｐ　Ｒ１で指令「Ｓ」が無ければ、さらに
ＳＥＭＮＩがあるか否か判断する（処理ＰＲｓ）。

（Ａ６）ＳＥＭＩｍがあれば、そ（ＤＳＥＭＩａｌで記
憶された修正メニューを呼び出し実行する。例えばＳＥ
Ｍ麹が「８」の場合は、ＳＥＭＩ低「８」で実行したセ
ンシングによる結果の前記センサ補正値ΔＰｎの値で、
そのステップにおける指令位置情報を修正する。そして
これらの位置情報の修正後、他の指令と共にこのステッ
プの内容が実行される（処理ＰＲ６）。

（Ａ７）処理Ｐ　ＲｓでＳＥＭ随が無い場合は、そのス
テップの内容を従来同様に実行する（処理ＰＲ？）０（
Ａ８）処理Ｐ　Ｒ３＋　Ｐ　Ｒ４１Ｐ　Ｒ６１Ｐ　Ｒ７
のいずれにおいてもそれぞれの処理が終了したならば、
そのステップがエンドであったか否か判断する（処理Ｐ
Ｒｓ）。エンドであればオートモードにおける一連の実
行を終了するが、そうでないならば処理Ｐ　Ｒ９に移行
してステップを更新し、処理Ｐ　Ｒ１の手前に戻る。

本発明は前述実施例以外に下記する変形もまた可能であ
る。

（１）　　第８図に示す実施例はセンシング方向を第２
の方向ＴＮ２（−３とした例であるが、第４図には開先
が狭小で浅いワークにセンシング方向として第１の方向
ＴＮＩを採用した実施例を示す。基準ワークｗｂに対し
、それ以後のワークｗｂは矢印Ｂｌｌで示すほぼ下方に
位置ずれする傾向にあるものとする。この場合、ティー
チング時、トーチ５の電極６先端Ｐを基準ワークｗｂの
開先内の一点Ｐ１００に位置決めし、さらに中心軸線Ｎ
を位置ずれ予想方向（矢印Ｂ１１）にほぼ一致させ、セ
ンシング方向として第１の方向ＴＮＩに相当するＳＥＭ
ｍｒｌ」を選択する。基準ワークｗｂに対するセンシン
グ実行により、トーチ５は矢印Ａｌｌの方向に移動して
ワーク部材Ｗｂ１の表面ｆｂを検出し、その位置情報ｐ
ｔｏｔを記憶する。次にワークｗｂに対し、オートモー
ドにおいて処理を実行すると、処理ＰＲ４においてトー
チ５が前述同様に矢印Ａｌｌの方向その位置情報Ｐ　１
０２を記憶するとともに、前記ティー　チング時の位置
情報Ｐ１ｏｔとの差ΔＰｎを演算記憶する。

伍）　ロボットは前述実施例のような直角座標形溶接ロ
ボット以外に、他のメカ構成のロボットでもよく、また
加工は溶接以外に、切断、ばす取り。

塗装等の他の形態であってもよい。もっともロボットの
エンドエフェクタはこれらの加工に対応し次ものが使用
されることはもちろんである。

（２）前述実施例にあっては、溶接トーチ自身をセンサ
として使用したが、溶接トーチとは別に設ける公知の接
触式、非接触式のセンサを使用してもよい。

（財）前述実施例では、プレイバック方式のロボッー　
トで説明し次が、ＮＣ入力方式のものでも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の産業用ロボットによれば
、センサの中心軸線自体を基準にしてセンシング方向を
三次元に定めることができるので。

ワークの位置ずれ方向がある程度予想されるときはその
位置ずれ予想方向にセンシング方向を合わせることがで
き、センシング精度が大巾に向上し、このセンシング結
果に基づいて行われるその後の加工作業の加工精度も向
上する等、特有且つ顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の実施例を示す図面、で、第１図は
本発明を採用した溶接ロボットの全体図、第２図はセン
シング方向を定める原則を示す説明図、第８・４図はセ
ンシング実行の別々の実施例を示す説明図、第５図はフ
ローチャートである。 第６〜１０図は従来例を示すもので、第６・７・８図は
幾種類ものセンシング方向を定める原則を示す説明図、
第９・１０図はセンシング実行の別々の実施例を示す説
明図である。 図中、１は溶接ロボット、５は溶接トーチ％６は電極、
７は溶接電源装置、７ｂは検出用電源、７ｄは電流検出
器、９は制御手段、１０は遠隔操作盤、Ｐ　ＬＸＹは直
交２軸平面、Ｐ　Ｌａは一平面、ＴＭｌは第１の方向ｓ
　ＴＮ２（→およびＴＮ２　（→は第２の方向、Ｗａは
基準ワーク、Ｗ’ａはワーク、Ｎは中心軸線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）メニューの内容としてセンサの姿勢で特定するセ
   ンシング方向を含む少くとも１つのセンシングメニュー
   を記憶する手段を具備し、該センシング方向へのセンサ
   とワークの相対的な接近移動によりワークを検出するよ
   うにした産業用ロボットにおいて、前記姿勢をセンサの
   中心軸線で規定し、前記センシング方向は前記中心軸線
   のセンサ先端に向う第１の方向と、前記中心軸線を含み
   直交２軸平面に直角な一平面内で該中心軸線に直角な第
   ２の方向のうち少くとも一方を含むことを特徴とする、
   産業用ロボットにおけるワークのセンシング方法。