JPS6244809A - ロボツト教示方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はロボット手首に任意の形状、大きさの制御対象
物を取付け、これを使ってロボット動作用の教示データ
を形成するためのものである。

〔発明の背景〕

ロボット手首に取付けた制御対象物たとえば溶接トーチ
の位置、姿勢をロボット手首を介して自動的に制御する
ためには予め形成され、記憶されたロボット動作用の教
示データを必要とする。

教示の際にはロボット手首をマニアルモードで動かし、
それによって制御対象物の制御対象点たとえば溶接トー
チの目標点を空間上の任意の教示対象点に誘動する。こ
のようにして、制御対象点を教示対象点に適格に位置づ
け、このときの所要の位置情報を教示データの少なくと
も一部として記憶する。これらの点については時分１ｆ
ｉ　５Ｂ　−１５８０１号公報に開示されている。

一般に教示時の制御対象物とロボット動作時の制御対象
物は同じものである。より正確にはロボット手首に対す
る制御対象点の相対位置が教示時と動作時で同一に保た
れるという意味である。以上のような同一性があれば教
示データをそのまま使って再生の動作を実行することに
何の問題もなさそうに思えるが、実際には後に説明する
ような動作軌跡上の難点がともなうことがある。

一方、教示時における制御対象点と動作時におけるそれ
とが不一致であるときは、その間の差異を示す補正ベク
トルを用いて教示データを補正することが考えられる。

この補正はただの一回でよく、また補正実行のタインン
グは動作を予定する制御対象物の制御対象点が明らかと
なった段階である。しかし【、この後者の方式を実用レ
ベルでよく検討してみると、教示とくに再教示の必要上
、後に説明するように、教示データを記憶するための記
憶容量が増大するという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は任意の制御対象物を用いて教示データを形成し
、記憶するためのものである。また、動作軌跡上の問題
を解決するとともに再教示の容易なものを提供する目的
をもつ。

〔発明の概要〕

本発明はロボット手首に取付けられる制御対象物の位置
、姿勢をロボット手首を介して制御するための教示デー
タを形成するものである。

対象となるロボットは関節形のものでも、直交形のもの
でも、その他のものでもよい。ロボット手首は制御対象
物を取付ける部分でありて、ロボットアームの末端に誼
当する。

本発明においては教示のために、任意の制御・３一 対象物を取付ける。この制御対象物の制御対象点の位置
は任意でよい。このため、制御対象点の位置を物理的に
調整する必要がない。しかして、その制御対象点の位置
は既知でなければならない。このため、後の工程に先立
って何らかの方法でこの制御対象点の位置を計測する。

本発明においてはロボット手首上の制御対象点を空間上
の任意の教示対象点に位置づける工程を含む。教示対象
点とはワーク上のたとえば溶接線上の一点である。そこ
に制御対象点をもってくるためには制御対象物を取付け
たロボット手首をマニアルモードで動かせばよい。ある
いは、いわゆるダイレクトティーチの場合は、ロボット
手首を人が手でつかんで動かす方法をとる。

本発明においては制御対象点の位置づけが完了した段階
で、そのときの基準点の位置情報な読出す工程を含む。

この基準点はロボット手首に対する相対位置が常に不変
な一点である。基準点の位置情報はその位置を実質的に
特定する、４　。

に必要な情報が含まれていれば足りる。したがって、ロ
ボット各駆動部における駆動位置データでもよい。

本発明においては前記位置情報と既知のオフセット情報
とから前記制御対象点の位置を特定するに必要な位置デ
ータを演算する工程を備える。オフセット情報とは前記
基準点との間の相対的な位置関係をあらわす情報であっ
て、一般には三次元のベクトルとなる。このベクトルの
いわば基点を定義するのが前記の基準点である。

前記した制御対象点が既知であるという表現はこのオフ
セット情報の既知を意味する。基準点の位置情報はロボ
ット手首の移動とともに変化する変数であるが、オフセ
ット情報はその動きとは無関係な定数となる。しかし【
、教示作業の途中で制御対象物をたとえば取り換えた場
合は定数としてのオフセット情報を更新することが必要
である。

本発明においては前記位置データを教示データの少なく
とも一部として記憶する工程をもつ。

位置データの形式によっては本来の位置データと姿勢の
データを区分できないことがある。したがって、位置デ
ータを姿勢データを含む広義の位置データと理解しても
よい。教示データを形成するその他のデータは速度、補
間形式等のデータ、制御対象物の制御情報（アークオン
。

オフ等）である。教示データは教示作業の進行とともに
豊富になり、また、後からその一部のデータが修正され
ることもある。教示データは記憶されるが、これを長期
にわたっ【保存するためにはたとえばフロッピーデスク
のような補助記憶装置に落しておくのがよい。前記オフ
セット情報を教示データないしは位置データの一部とし
て記憶することは不要である。

本発明のひとつの特徴は次のように理解される。すなわ
ち、位置データとともにオフセット情報を記憶するかわ
りに、オフセット情報によって補正された位置データを
記憶するものである。したがって、この補正はロボット
動作時の制御対象物がまだ判明しない段階で実行される
。

〔発明の実施例〕

まず、実施例の対象となるロボットについて第５図を使
って説明する。これは６自由度の関節形のものであって
、θ、θ−１　’４　’ｌ　’＠に和尚するロボット駆
動部をもつ。θ、Ｉ＊６θ、θ、θ。はロボット駆動部
をあられし、またそれぞれの駆動部における駆動位置デ
ータ（回転角）の記号ともなる。各駆動部０１〜０・の
駆動にともなって一連のアーム１の各要素が作動し、そ
の先端のロボット手首２が６自由度の動きを示す。手首
２に取付けた制御対象物５もまったく同様に動く。

４はロボット制御盤であって、図示はしていないが、所
要の演算手段、記憶手段等を備えている。５はマニアル
操作に便利なように用意されたティーチングボックスで
あって、これを操作（所要のマニアルモード下での操作
）してロボット手首２ひいては制御対象物３の位置（姿
勢も含む）を自由に変えることができる。制御対象物３
は溶接トーチであって、その先端のところが制御対象点
となる。

第６図はロボット手首２の付近を拡大して示したもので
ある。そこに溶接トーチ３が取付けられているが、溶接
トーチ３が異なる場合、あるいは溶接トーチ３が曲がっ
た場合、あるいは溶接トーチ３を着は換えたときに、そ
の先端の制御対象点の位置は変化する。第６図には５ａ
と３ｂの二つの溶接トーチ３が便宜的に重ねて示されて
いる。このそれぞれの制御対象点はＰａとｐｂである。

制御対象点Ｐ（ＰａＰｂ）はロボットの動きにともなり
て変化するが、それでもロボット手首２との相対位置は
不変である。このため、制御対象点Ｐ　（Ｐａ　Ｐｂ　
）の位置をロボット（ロボット手首２）の動きとは無関
係な定数としてあられすことが可能である。それを本明
細書ではオフセット情報という。このオフセット情報は
ロボット手首２上のどこかの基準点Ｑとの比較において
定義される。第６図ではロボット手首２を垂直にしたと
きのその真下方向４０　ａｘ　（Ｌｌの所を基準点Ｑと
して定めている。個々の制御対象点Ｐａ　ｐｂは個々の
溶接トーチ５ａ５ｂに依存する。

しかし、基準点Ｑはそれに依存しない定点であって、ロ
ボット手首２に対する相対位置は不変である。基準点Ｑ
は手首２に拘束された仮想の座標系の原点と考えてよく
、それはオフセット情報の表示に使われる。第６図にお
いては、溶接トーチ３ａのオフセット情報はベクトルＱ
Ｐａとなり、溶接トーチ５ｂのそれはベクトルＱＰｂと
なる。オフセット情報は三次元情報であるが、たとえば
各制御対象点Ｐａ　Ｐｂの高さを無視（高さの変化を無
視すれば二次元の情報となる。第６図の溶接トーチ３ａ
はいわば標準のものであり、溶接トーチ３ｂは標準外の
ものである。＃Ｉ７図の溶接トーチ３Ｃも標準外のもの
である。

ここで、第１図に示す教示方式の一実施例について説明
する。ステップ１１はロボット手首２に取付けられた溶
接トーチ３、たとえば第６図の５ｂに関する制御対象点
Ｐｂを空間上の任意の教示対象点に位置づける工程であ
る。教示対象点としては第６図のよ５１Ｃワ一クｗ、ｗ
’のどこかのポイントが選ばれる。

ステップ１２は制御対象点ｐｂが合目的に位置づけられ
たときの基準点Ｑの位置情報を読出す工程である。この
情報は直交座標系（この系はロボットアーム１の基端に
拘束されている）によるものである。

ステップ１４は位置情報（１２）と溶接トーチ３ｂにつ
いてのオフセット情報（記憶手段１５の情報）とから制
御対象点Ｐｂの位置データ１５を演算する工程である。

ステップ１６は位置データ１５を教示データの少なくと
も一部として記憶手段１６に記憶する工程を示している
。この記憶の対象となる位置データ１５は直交座標系の
ものである。以上の各工程を繰り返すことによって、各
教示対象点（第６図のワークｗ、ｗ’）の位置データ１
５を取込む。

第２図は直交座標系の位置データ１５を含む記憶手段１
６の教示データを使ってロボット動作（再生同作）を行
わせるときの説明用の流れ図である。同図のステップ１
７で、位置データ１５にもとづいた補間な行う。補間点
に関する直交座標、１唯　。

系のデータ１８とオフセット情報１５′とから所要の指
令値を演算する。これがステップ１９であり、次のステ
ップ２０でこの指令値をロボット各駆動部θ、〜θ。に
与え、これを制御する。オフセット情報１３′はそのと
きに用いる溶接トーチ３が前記同様の３ｂであれば前記
のオフセット情報（１５）と同じものである。

次に、第３図の実施例につ（・て説明する。ステップ３
１は制御対象点たとえば３ｂを教示対象点（Ｗ）に位置
づける工程である。

次のステップ３２は位置付は完了後における位置情報（
３２）を読出す工程である。この実施例におけるこの位
置情報（３２）はロボット各駆動部（θ、〜０６）にお
ける駆動位置データθ１θ宜θ、θ４１９１θ６である
。駆動位置データθ、〜θ６が定まればロボットアーム
１の姿勢も特定され、そのロボット手首２との相対位置
が固有な基準点Ｑの位置も特定される。よって、基準点
Ｑの位置ベクトルへは次のようにあられせる。

ヘーＦａ（θ１．θ２．θ８．θ１．θ。、θ、　）　
　　　　（ｔｌこのように、駆動位置データθ、〜θ６
は基準点Ｑをあらわすデータと理解される。

ステップ５４は基準点Ｑの位置情報（５２）とオフセッ
ト情報３５から直交座標系データ３５を演算するプロセ
スである。このデータ５５はベクトルであって、これを
立とすると次のよさになる。

五−Ｆｂ（θｌ　Ｉ　ａ＠　＃θ１．θ４　＃　＃＠　
ｅ　１９ａ　ｔゐ）（２）上記（２）式のゐはオフセッ
ト情報５３に相当するベクトルであり、ｋは制御対象点
ｐｂを示す位置ベクトルである。

ステップ６６は（２）式によって求められた位置ベクト
ルｉから逆にθ１〜０．を求める演算であるが、このと
きにはオフセット情報を示すベクトルゐの絶対値を零と
する。この演算結果（ブロック５８）を０１−０−とす
ると次のようになる。

”ｚ　−Ｆｃ　（Ｒｅ　　Ｓ　　）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｓｌ（３）式
はく２）式の逆変換式であるが、そのベクトルゐとして
ブロック６７の零の定数が代入される。

ベクトル内を零とした（８）式は（１１式の逆変換式と
一致する。すなわち、（２）式のベクトルＡを（１）式
・１２・ のベクトル４に代入したときの０．〜０ｅがθ：〜θ二
となる。（３）式には多数の解がともなうので、実際に
は姿勢のデータを必要とする。たとえばθ’ｌ（’−Ｌ
Ｌ・・・・・・６）のうちの６つは姿勢データによって
既知となれば（８）式によって残りの５つを演算すれば
よい。なお、関節形ロボットに関するこのような逆変換
そのものはすでに知られている。

ステップ５６の演算の物理的な意味について補足する。

第６図の溶接トーチ５ｂが教示時のものであり、その制
御対象点ｐｂが教示対象点（Ｗ）に位置づけられる。ス
テップ３２における駆動位置データθｌ〜０．はこのと
きのアーム１に関するものである。一方、ステップ６８
における演算された駆動位置データ０１〜θ；はロボッ
ト手首２と関連づけられる基準点Ｑ（標準の溶接トーチ
！Ｉａを正しく取付けたと仮定したときのその制御対象
点Ｐａと一致する）をロボット各駆動部０．−〇、を駆
動して教示対象点（Ｗ）にもってきたと仮定した状況下
におけるアーム１の駆動位置データ０Ｉ〜θ・に該当す
る。また、この駆動位置データθ；〜θ；は教示データ
の一部となるものであって、第３図のステップ６９の工
程で記憶手段に記憶される。

第５図の実施例におけるステップ６４〜５８は、オフセ
ット情報（３５）と位置情報（Ｓ２）とから制御対象点
の位置をあらわす位置データを演算する工程となる。

第３図の記憶手段（５９）に記憶された教示データは第
４図のようにして、ロボット動作の際に使用される。以
下、この点について説明する。

ステップ４１では記憶手段（５９）の位置データ（駆動
位置データ）から直交座標系データ４２を演算する。こ
の演算には（２）式のオフセット情報を示すベクトル内
を零と置いた（１）式が使われる。

ブロック３７′は前記ブロック５７同様のものである。

ステップ４５では補間後の直交座標系データ４２により
、各駆動部θ、〜θ・のための指令値を演算する。この
演算はステップ３６のそれと類似するが、この場合に参
照されるオフセット情報はブロック５５′において読み
出されるロボット動作時におけるベクトル内である。こ
のベクトル内は教示時のオフセット情報３５と同じこと
もあり、異なることもある。ステップ４６では上記指令
値を各ロボット駆動部θ、〜０６に与えてこれを駆動す
る。

第４図のフローは直交座標系のデータ（４２）を使って
補間（４５）を行うとぎのものである。このような補間
な行う必要がないのであれば、補間のためのステップ４
５．４４は省略できる。

７’ｏツク１５．３５あるいは１　Ｍ’、　５５’の教
示時あるいは動作時のオフセット情報は制御対象点Ｐの
変化が予想されたとき（たとえば溶接トーチ３を着は変
えたとき）に計測してこれを更新し、その後における教
示時あるいは動作時においては、更新されたオフセット
情報を用いることが必要である。オフセット情報はロボ
ット手首２を所定状況に保持し、そのときの制御対象点
Ｐ（Ｐａあるいはｐｂ　）を測定器で側って求めること
ができる。また、制御対象点たとえばｐｂの位置（たと
えばＷ）を変えずに溶接トーチ６ｂの姿勢・１ｂ を順々変更する手順を踏んで、計算によって求めること
ができる。以上のような１点多姿勢の操作ともなって変
更されるデータは（２）式の＃、〜θ−のみでありて、
位置ベクトル立は変わらない。

このため、姿勢変更にともなって所要の数の等式が得ら
れるが、これをベクトル５について解けば目的とするオ
フセット情報が得られる。これは、１点多姿勢にともな
う駆動位置データ０１〜θｅを取込んでオフセット情報
を演算する方式本発明はオフセット情報を利用したロボ
ット教示方式である。そこで、オフセット情報を使わな
かった場合にどうなるか、第６図を使って説明する。今
、教示対象点ＣＷ＞　（Ｗ’）を溶接トーチｉｂを用い
て教示したとする。それによる教示データを用いて、再
生のロボット動作を行わせると、教示対象点（Ｗ）　（
Ｗ’）では再生上の誤差が生じない。しかし、その間を
たとえば直線補間をした場合に問題が生ずる。このとぎ
に、直線となるのは基準点Ｑの軌跡Ｊであって、制御対
、１６゜ 象点Ｐｂの軌跡Ｊ′は直線になるとは限らない。それは
教示対象点（Ｗ）から闇に至る溶接トーチ５ｂ（ａボッ
ト手首２）の姿勢変化の影響を受けて、その分だけ制御
対象点Ｐｂの軌跡Ｊ’に歪が生ずるためである。

本発明においては、動作時のオフセットがまだわからな
い段階で教示時のオフセット（ブロック１５．５４　）
を用いて補正の演算（ステップ１４゜５４）を行う。こ
の意義について説明する。第６図ではオフセット情報を
ベクトルＱＰｂとした。

第７図のＡ　ｈｔこのベクトルＱＰｂを示したものであ
る。第７図の子は動作時のオフセット情報に相当するベ
クトルであって、動作時に用いる溶接トーチ３Ｃに対応
する。教示時のベクトル凸から動作時のベクトル中を引
いたものをかりに補正ベクトル台とする。この補正ベク
トルＯを利用することも技術的には可能である。この場
合、教示時のベクトル＆を教示後罠も温存しておき、動
作時のベクトル中がわかったときに以上の両者から補正
ベクトル０を演算する運びとなる。

ところが、教示時のベクトル凸を教示後にも温存するこ
とが負担となる。これは次の事情によるものである。教
示データの修正（再教示）かもとの教示時の溶接トーチ
６ｂを使って行われるとは限らない。その溶接トーチ６
ｂをすでに処分していたり、あるいはそれを着は換えた
場合は教示時のベクトルゐの他に再教示時のベクトルゐ
′をも記録に残さなければならない。それはそれに対応
する補正ベクトルαを演算するためである。したがって
、結局は各教示対象点（Ｗ、＋Ｗ′・・・・・・）ごと
にそれぞれのベクトル台、θ′・・・・・・を併記して
記憶する結果となり、記憶容量上の負担が嵩んで良くな
いのである。

〔発明の効果〕

本発明によればロボット手首に任意の制御対象物を取付
け、それで教示が行えるので便利である。また、オフセ
ット情報を参照するので、動作軌跡（補間軌跡）上の問
題も残らない。さらに、再教示も簡単であって、教示デ
ータの記憶容量も少ないので有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボット教示方式の一実施例を示
す説明用の流れ図、第２図はこれに対応する動作時の流
れ図、第５図は他の実施例を示す説明用の流れ図、第４
図はこれに対応する動作時の流れ図、第５図は対象とな
るロボットの一例を示す正面図、第６図はその要部拡大
図、第７図は前記拡大図に対応する別の説明用拡大図で
ある。 図中の１はロボットアーム、２はロボット手首、３と５
ａと３ｂと５Ｃは制御対象物、ＰとＰａとＰｂは制御対
象点、Ｑは基準点、ＷとＷは教示対象点、ステップ１１
と３１は位置づけ工程、ステップ１２と３２は読出し工
程、ステップ１４または５４〜３８は演算工程、ステッ
プ１６と３９は記憶工程を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット手首に取付けられる制御対象物の位置、姿
   勢をロボット手首を介して制御するための教示データを
   形成するものにおいて、ロボット手首に任意の制御対象
   物を取付けるとともに、この制御対象物における制御対
   象点を空間上の任意の教示対象点に位置づける工程と、
   このときのロボット手首に対する相対位置が常に不変な
   基準点の位置情報を読出す工程と、前記任意の制御対象
   物における制御対象点と前記基準点との間の相対的な位
   置関係をあらわすオフセット情報と、前記位置情報とか
   ら、前記制御対象点の位置をあらわす位置データを演算
   する工程と、前記位置データを教示データの少なくとも
   一部として記憶する工程を含むロボット教示方式。 ２、基準点の位置情報をロボット各駆動部における駆動
   位置データとする特許請求の範囲第１項記載のロボット
   教示方式。 ３、制御対象点の位置データを、基準点を前記制御対象
   点に位置づけたと仮定したときのロボット各駆動部にお
   ける駆動位置データとする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のロボット教示方式。