JPS6249405A

JPS6249405A - ロボツトの教示方法

Info

Publication number: JPS6249405A
Application number: JP18920285A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ishibashi; 研二石橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1987-03-04

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）この発明は、ロボットの教示方法、とくにはロボットに
、簡単に、かつ短時間で、高い精度にて教示を行う方法
に関するものである。

（従来の技術）例えば、昨今の自動車車体の組立ラインには多種類のロ
ボットが導入されており、それらのロボットに所要の作
業を行わせるためには、予じめその作業に関する手順、
内容、作動等をロボットに教示する必要がある。

ところで、ロボットに、所要の作業に関する上述したよ
うな各事項を教示する従来方法としては、例えば、ティ
ーチングペンダント等の手動操作装置を用い、目測によ
りロボットのハンドをワークに対して所定の姿勢で位置
決めするとともに、その位置決め完了時点でのロボット
の各軸の動作量を記憶させる直接形教示方法がある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の直接形教示方法にあっ
ては、ティーチングペンダント等により、目測によって
ロボットのハンドのワークに対する位置および姿勢決め
を行っているため、例えば、それによってスポット溶接
を行う場合のように、ロボットの作業時におけるそのハ
ンドひいてはそこに設けた溶接用電極とワークとの距離
およびワークに対するその溶接用電極の角度（面直度）
に高い精度が要求される場合には、ハンドの位置および
姿勢決めに多大の時間と労力が必要になるという問題が
あった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たものであり、簡単かつ短時間で、ロボットハンドのワ
ークに対する高精度の位置および姿勢決めをもたらし得
るロボソ１トの教示方法を提供することを目的とするも
のである。

（問題点を解決するための手段および作用）上記目的を
達成するため、この発明では、ロボットのハンド先端部
分に、少な（とも３個の距離センサを有する距離検出ユ
ニットを装着した後、前記ハンド先端部分をワークの所
定位置に対して任意の姿勢で位置決めし、その位置決め
状態で、ロボット座標系からみたハンド先端部分の位置
データと、距離検出ユニットからワークまでの距離デー
タとを求める。そして、前記位置データから、前記ハン
ド先端部分を基準とする座標系と前記ロボット座標系と
の相関関係を求めると共に、前記距離データから、前記
ハンド先端部分を基準とする座標系からみたワークの平
面方程式を求め、この平面方程式および両座標系の前記
相関関係に基いてハンド先端部分がワークに対して所定
の位置および姿勢となるように、前記位置決め状態にお
けるハンド先端部分あ前記ロボット座標系からみた位置
データを補正して教示する。

（実施例）第１図はこの発明の実施に用いるロボットの一例として
のスポット溶接用ロボットを模式的に示す構成図である
。図中１はそのスポット溶接用ロボットを示し、このロ
ボット１は、図中にそれぞれ矢印で示す方向に回動可能
な６個の関節２ａ〜２ｆを具え、その先端部には、スポ
ット溶接ガンとして作用するハンド３を有する。

ここにおける、このハンド３は、その先端部分に、互い
に対向する電極ホルダー３ａ、　３ｂを有するとともに
、それらの電極ホルダー３ａ、　３ｂの先端にそれぞれ
取り付けた溶接用電極３ｃを有しており、溶接作業時に
は、ワークを再溶接用電極３ｃで挾持し、同時にそれら
に通電してワークの接合を行うべく作用する。この実施
例では、ハンド３によるこのような溶接作業を担保する
ため、ロボット１への教示にあたって、その電極ホルダ
ー３ａ、　３ｂの一方、図では上方の電極ホルダー３ａ
に距離検出ユニット４を着脱自在に装着する。

距離検出ユニット４は、第２図（Ａ）にその正面図を、
また第２図（Ｂ）にその底面図を示すように、電極ホル
ダー３ａが貫通する穴を中央部分に有するセンサーホル
ダー５に、例えば渦流センサより成る３個の距離センサ
６ａ〜６ｃを、それらの中心軸線が、電極ホルダー３８
の中心軸線から半径ｒの円周上で互いに１２０゛の間隔
をもち、かつ電極ホルダー３ａの中心軸線に平行に位置
するように埋設するとともに、それらの検出端面を、セ
ンサーホルダー５から溶接用電極３ｃ側へ露出させて成
り、例えば固定用ねじなどの固定手段により電極ホルダ
ー３ａに固定される。

第３図は第１図に示すロボット１の制御系の構成を示す
ブロック図である。ここで、第１図に示すロボット１の
関節２ａ〜２ｆは、入出力インタフェース、中央処理ユ
ニット、メモリー等からなる通常のロボット制御装置１
１により、対応するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換
器１２ａ〜１２「およびサーボアンプ１３ａ〜１３ｆを
介し、アクチュエータ１４ａ〜１４ｆによって夫々独立
に駆動制御される。また、ロボ７）ハンド３がその先端
部分に有する電極ホルダー３ａの位置データとしての、
関節２ａ〜２「の回動角度θ、〜θ６は各関節に設けた
、例えばアブソリュートエンコーダ等の軸位置検出器１
５ａ〜１５「により検出されてロボット制御装置１１に
フィードバンクされる。

そしてこの実施例ではまた、電極ホルダー３ａに取付け
た距離検出ユニット４の３個の距離センサ６ａ〜６ｃを
、それらの出力を数値化するセンサインタフェース１６
を介してロボット制御装置１１に接続すると共に、各関
節を手動操作によって駆動するためのティーチングペン
ダント１７をロボット匍Ｈ卸装置１１に接続する。なお
、ティーチングペンダント１７には、位置決め終了スイ
ッチ１７ａと、補正モードスイッチ１７ｂとを設ける。

ここで、位置決め終了スイッチ１７ａは、そのオン作動
により、軸位置検出器１５ａ〜１５ｆで検出された各関
節の回動角度データθ、〜θ６を、ロボット制御装置１
１内のメモリに記憶させるための信号を出力するものと
し、補正モードスイッチ１７ｂは、後述する補正モード
を選択するか否かの信号を出力するものとする。

以下、第４図に示すフローチャートを参照しながら、ロ
ボット１への教示工程を説明する。

先ず、ステップ２１においてティーチングペンダント１
７によりロボット制御装置１１を介して各関節毎に駆動
指令を与え、これにより各関節を駆動してハンド３を第
５図に示すようにワーク１８の表面の目標位置Ｐ０に対
して位置決めする。なお、ここでの位置決め精度は、ワ
ーク平面に対して電極ホルダー３８がほぼ垂直に位置し
、かつワーク平面上の目標位置Ｐ０からの垂線上に溶接
用電極３ｃの端面の中心Ｐがほぼ位置する程度でよい。

そして、バンド３のこのような位置決めが終了したら、
ステップ２２で、位置決め終了スイッチ１７ａをオンに
して、各関節の回動角度データθ、〜θ。

をロボット制御装置１１のメモリーに記憶させ、ステッ
プ２３において、補正モードスイッチ１７ｂにより、補
正モードを選択するか否かをロボット制御装置１１に入
力する。ここで、補正モードを選択する場合にはステッ
プ２４およびステップ２６に進み、補正モードを選択し
ない場合にはステップ３０に進む。

補正モードを選択した場合には、ステップ２４とステッ
プ２６とを並行して行う。ステップ２４では、位置決め
終了状態での各関節の回動角度データθ、〜θ６を上述
したメモリーから読み出し、ステップ２５においてはそ
れらの、位置データとしての回動角度データθ１〜θ６
から、ロボット１の基部を基準とするロボット座標系Σ
８からみたハンド３の先端部分、ここでは電極ホルダー
３ａの先端の溶接用型！１３ｃの位置を求め、それに基
づいて、ロボット座標系Σ、と、ハンド先端部分を基準
とするハンド座標系Σ、との相関関係を求めるアナリシ
ス処理を行う。

これを詳しく説明すると、ここでは、第１図および第５
図に示すように、ロボット座標系Σ８を、ロボット１の
基部の床上における中心Ｏを原点とし、床面に沿って互
いに直交する方向に向う単位ベクトルｘ、ｙおよび床面
から垂直上方へ向う単位ベクトル２で規定される直交座
標系とし、また、ハンド座標系Σ、を、電極ホルダー３
８が保持する溶接用電極３ｃの先端中心Ｐを原点とし、
ハンド３のワークへの進入方向、すなわちハンド３の付
根から先端部分へ向うその延在方向の単位ベクトルＧ、
電極ホルダー３８の軸線方向で、それに対向する電極ホ
ルダー３ｂから遠ざかる方向へ向う単位ベクトル戯なら
びに、単位ベクトル０．艮の両者に直交する単位ベクト
ルので規定される直交座標系とする。そして、ハンド座
標系Σ６からロボット座標系Σ３への変換（Σ６−ΣＲ
）を行う変換マトリ・ノジスＴすなわち、次式を成立さ
せる変換マトリックスＴを、各関節の回動角度データθ
１〜θ６から決定する。

ΣＲ（０；Ｘ＋　）ｉ＋、ｚ）　＝　ＴΣｈ　（Ｐ；［
、（Ｄ、Ｉｎ　）すなわち、変換マトリックスＴは、ロ
ボット座標系Σ□とハンド座標系Σ、との相関関係を示
し、ハンド３の先端部分の変位とともに変化する。

一方、ステップ２６では、第５図に示すように、距離セ
ンサ６ａ〜６ｃと対向して位置するワーク１の表面上の
それぞれの点Ｐ１〜Ｐ３と、距離センサ６ａ〜６ｃとの
間の距離ｄ１〜ｄ３を、それぞれの距離センサ６ａ〜６
ｃにて測定し、それらをセンサインタフェース１６によ
り数値化する。

また、ステップ２７では、これらの距離ｄ、〜ｄ３と、
あらかじめ定まっている、各距離センサ６ａ〜６ｃと溶
接用電極３ｃの先端Ｐとのベクトル爪方向の距離ｄ。お
よび距離センサ６ａ〜６Ｃの中心軸と電極ホルダー３８
の中心軸との距離ｒとから、ハンド座標系Σ、からみた
ワーク１８の表面を表わす平面方程式％式％）（但し、Ｘ′はベクトルＣ方向、ｙ′はベクトルの方向
、２′はベクトルｍ方向の座標成分を示す）の！。

ｍ、ｎ、ｄを求める。尚これらは、ワーク１８の表面上
の点Ｐ１〜Ｐ３のハンド座標系Σ１での座標を次式％式％）：）から求め、これによって、ハンド座標系Σ５の原点Ｐす
なわち溶接用電極３Ｃの先端中心からこれらの点Ｐ１〜
Ｐ３までのベクトル？、、ＩＦ２．ｕ’：＋を求めて、
次式％式％）に代入することでそれぞれ求めることができる。

ここで、（１）式においてｌ”　＋ｍ２＋ｎ２＝１が成
立する（ヘッセの標準形となる）ように４１ｍ。

ｎ、ｄをさだめると、ベクトル（ｎ、ｍ、ｎ）はハンド
座標系Σゎからみたワーク１８の表面から原点Ｐ側へ向
う単位法線ベクトル、ｄはワーク表面から原点Ｐまでの
距離となる。

ステップ２８では、ステップ２７で求めた法線ベクトル
（Ｒ，ｍ、ｎ）を、ステップ２５で求めた変換マトリッ
クスＴを用いて、次式によりロボット座標系Σ８に座標変換する（Σｈ→Σ、
Ｉ　）。

ここでベクトルｍ′はロボット座標系Σ７におけるワー
ク表面の単位法線ベクトルをあられす。

／　このステップ２８ではさらに、ハンド座標系Σ５の
電極ホルダー３ａの軸方向のベクトルれを上記ベクトル
ｍｌに置換するとともに、ハンド座標系Σｈの単位ベク
トルＧ、Ｏを次式によって変更する。

（Ｄ＝　ｆｆｔｘ（１ｃｒ（＝　ｇ×バこれにより、ハンド座標系Σ、を、Ｃの方向すなわちハ
ンド３のワーク１８に対する進入方向を変化させずに、
電極ホルダー３８がワーク１８の表面に対して垂直とな
る座標系Σｈ　（Ｐ　；ａ’、　ｄ、＊　）に変換する
補正処理を行うことができる。尚、この変換では、ワー
ク１８の表面から原点Ｐすなわち溶接用電極３ｃ先端中
心までの距離は、ｄであって変化しないが、この距離を
、例えばαとしたい場合は、次式％式％）によって、原点Ｐをに方向に点Ｐ′まで移すことによっ
て、それを行うことができる。

そして、ステップ２９では、かかるワーク１８の表面に
対し、電極ホルダー３ａが垂直となる補正後のハンド座
標系Σぐと、ロボット座標系Σ□との相関関係を実現す
る各関節２ａ〜２ｆの回動角度θ′１〜θぐを求めるシ
ンセミス処理を行い、さらに、ステップ３０で、これら
の回動角度θ１〜θ６を前記θ１〜θ６と入れ換えて、
ロボット制御装置１１のメモリーに記憶させる。すなわ
ち、ロボット制御装置１１に、適切なるハンド３の姿勢
および位置を教示する。

以上説明したように、この教示方法によれば、ハンド３
をワーク１８の表面の目標位置Ｐ０に大まかに位置決め
するだけでロボット１に、ワーク１８へのハンド３の進
入方向を変えることなくワーク１８に対してハンド３の
電極ホルダー３ａを極めて正確に垂直に位置させること
ができるので、ティーチング時間を大巾に短縮し得ると
ともに、高精度かつ高品質の溶接作業をもたらすことが
できる。

尚、ハンド３の高い位置決め精度を必要としない場合に
は、ステップ２３において、補正モードを選択しないこ
とにより、ステップ２２で記憶させた、大まかな位置決
めの状態下での各関節の回動角度データθ、〜θ６をそ
のまま用いることができる。

また、上述した実施例では電極ホルダー３ａをワーク１
８の表面に対して垂直としたが、それを所要に応じて任
意の角度に設定し得ることはもちろんである。

さらに、距離検出ユニット４を着脱自在としているので
、教示後に、これを取り外すことにより、通常の作業を
何ら支障なく行い得るとともに他のロボットにもそのユ
ニット４を共用できるという利点がある。

（発明の効果）以上述べたように、この発明によればロボットハンドの
位置決め状態下で、ハンド先端部分の、ロボット座標系
からみた位置データを求めるとともに、ハンド先端部分
を基準としたハンド座標系からみたワークの平面方程式
を、ハンド先端部分に着脱自在に装着した距離検出ユニ
ットからの距離データに基いて求め、この平面方程式と
前記位置データに基いてハンド先端部分がワークに対し
て所定の位置および姿勢となるように前記位置決め状態
でのロボットの位置データを補正して教示するようにし
たので、教示にあたってのワークに対するハンドの位置
決めを大まかに行っても、ロボットに、ハンドの所定の
位置を極めて正確に教示でき、したがって位置決めを極
めて簡単かっ短時間で、正確に行うことができる。また
、距離検出ユニットを着脱可能としであるので、教示後
にこれを取り外すことにより通常のプレイハック動作を
何ら支障なく行うことができるとともに、各種のロボッ
トに共用できるという利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に用いるロボットの構成例を模
式的に示す図、第２図（＾）および（Ｂ）は第１図に示す距離検出ユニ
ットの構成を示す拡大正面図および拡大底面図、第３図はロボットの制御系の構成を示すブロック図、第４図はこの発明の教示方法の一例を示すフローチャー
ト、第５図はハンドのワークに対する位置決め態様を示す図
である。１・・・ロボット　　　　　２８〜２ｆ・・・関節３・
・・ハンド　　　　　　３ａ・・・電極ホルダー４・・
・距離検出ユニット６ａ〜６ｃ・・・距離センサ　　１１・・・ロボット制
御装置１２ａ　〜１２Ｆ　＝−Ｄ／Ａ変換器１３ａ〜１３ｆ・・・サーボアンプ１４ａ〜１４ｆ・・・アクチュエータ１５ａ〜１５ｆ・・・軸位置検出器１６・・・センサインタフェース１７・・・ティーチペンダント１７ａ・・・位置決め終了スイッチ１７ｂ・・・補正モードスイッチ　１８・・・ワーク第
５図

Claims

【特許請求の範囲】

１、ロボットのハンド先端部分に、ワークまでの距離を
検出する少なくとも３個の距離センサを有する距離検出
ユニットを装着した後、前記ハンド先端部分を、ワーク
の所定位置に対して任意の姿勢で位置決めし、その位置
決め状態で、ロボット座標系からみたハンド先端部分の
位置データと、前記距離検出ユニットからワークまでの
距離データとを求め、前記位置データに基いて前記ハン
ド先端部分を基準とするハンド座標系と前記ロボット座
標系との相関関係を求めると共に、前記距離データに基
いて前記ハンド座標系からみた前記ワークの平面方程式
を求め、この平面方程式および前記両座標系の相関関係
に基いて前記ハンド先端部分が、前記ワークに対して所
定の位置および姿勢となるように、前記位置決め状態に
おけるハンド先端部分の、前記ロボット座標系からみた
位置データを補正して教示することを特徴とするロボッ
トの教示方法。