JPS6320176A - 位置決め制御方法 - 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〕 本発明は第１辺と第２辺との間の角部の位置を、近接あ
るいは接触センサを用いて求め、この角部に自動作業装
置の位置決め対象部を位置決めする制御方法ｔｉｃ関す
るものであり、例えはロボットを用いて隅肉アーク溶接
を行う場合に実施して好適な制御方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第１辺、第２辺上の、角部から遠近方向に見た、夫々２
点の位置座標をセンサで検出し、夫々２点を結ぶ２つの
直線を求め、次いで、これ等２つの内線の交点を角部の
位置として求める方法が特公昭５３−４２４５１号公報
に示されている。

１だ、第１辺と第２辺上の夫々１点の位に座標をセンサ
で検出し、これ等２点の座標位置から角部位置を求める
方法も判開昭５５−２７４５８号公報に示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特公昭５３−４２４５１号公報に示しである方法では角
部を求めるのＩ／Ｃ第１辺、第２辺上の夫々２点、合計
４点のセンシング動作が必要である。

センシング動作中は自動作業装置は一般には、それ本来
の仕事を行うことが出来ないのでセンシンク動作を４点
も行わなければならないのは作業能率から云って不経済
である。

この点特開昭５５−２７４５８号公報に示しであるもの
は角部を求めるのに第１辺、第２辺上のλ 夫々１点、合計４点のセンシング動作で良い。しかし、
この場合には第１辺、第２辺の地面に対する姿勢（つま
択第１辺は地面に対して平行に設置し第２辺は地面に対
して垂直に設置する等）を規定しないと、求めた角部の
位置が、実際の角部の位置と大きく違ってし１う。ワー
クによっては第１辺と第２辺の地面に対する姿勢が規定
できない場合がある。

特公昭５３−４２４５１号公報に示しであるものの場合
の、もう一つの大きな欠点は、第１辺。

あるいは第２辺の一方の、角部から遠近方向に見た寸法
が小さい場合には、角部を見つけることが不可能な点で
ある。つ筐す角部から遠近方向に見た寸法があ１りにも
小さいと、遠近方向に離れた２点でセンシング動作を行
うことができない。

本発明はこのような点に鑑み成されたものであ、　３　
。

って、その目的とするところは第１辺、第２辺の姿勢が
地面に対して規定されていなくても、３点のセンシング
動作で、自動作業装置の位置決め対象点を角部あるいは
その近傍に位置決めできる位置決め制御方法を提供する
ことにある。

合でも、自動作業装置の位置決め対象点を、角部あるい
はその近傍に位置決めできる位置決め制御方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明では、第１辺と第２辺との間の角部の位
置を、近接あるいは接触センサを用いて求め、この角部
に自動作業装置の位置決め対象部を位置決めする方法に
於いて、第１検出工程と、傾き演算工程と、セット工程
と、第２検出工程と、角部データ算出工程と、位置決め
工程とを有している。

第１検出工程では、第１辺上の、第２辺から見て遠近方
向に離れた２点の座標データを、センサ、　４　。

を用いて検出する。

傾き演算工程では、２点の座標データから、第１辺の、
第２辺から見た遠近方向の傾きを求める。

ハ セット工程では、第１検出工程の後、第１辺の面の凹凸
を考慮して、傾き演算工程で求めた傾きに平行に沿って
、第２辺の位置する方にセンサを移動しても、とのセン
サが第１辺に衝突する心配のない第１辺から最小距離離
れた位置にセンサをセットする。

第２検出工程では、セット工程の後、セット工程でセッ
トしたセンサを、第２辺の位置する方に、傾き算出工程
で求めた傾きに対して平行に移動させ、センサで第２辺
上の点の座標データを検出する。

角部データ算出工程では、第２検出工程で求めたル標デ
ータから一定距離第１辺に近刊いた点を角部座標データ
として求める。

そして位置決め工程では、Ａｕ記位置決め対象部を角部
座標データ位置に位置決めする。

第１辺に対する第２辺が直角を成す仕様である場合は角
部データ算出工程に於いて、第１辺にたいして直角を成
す方向に一定距離近付いた点を角部座標データとして求
めることが望ましい。

自動作業装置でアーク溶接を行う場合には、センサとし
てトーチそのものを使用することができる。

また、第１検出工程、第２検出工程で使用するセンサは
同じ物であっても、異なる物であっても良い。

〔作用〕

本発明によれば第１検出工程と傾き演算工程とを実行す
るので、第１辺が地面に対して特定の姿勢状］１１！Ｉ
Ｃなくても、第２辺から見た第１辺の遠近方向の傾きを
検出できる。第１検出工程の後センサは第１辺から一定
距離離れた位置に退避し位置決めされるが、これは続く
第２検出工程でセンサを傾に対して平行を保ちながら第
２辺の位置する方に移動させる際にセンサが第１辺に衝
突しないようにするためである。従ってこの第１辺から
センサまでの距離はほんのわずかで良い。従ってセンサ
で第２辺を検出したときは、角部に非常に近い位置で第
２辺の位置を検出することになる。このため角部の位置
をかなシの精度で検知することができ、従って続く角部
データ算出工程で、角部データをかなジの精度で把握で
きる。

そして本発明に依れば第１辺上で２点の座標データを、
第２辺上で１点の座標データを検出すれば良すので、角
部を検出するために要する時間を従来提案された４点の
データから求めるものよりも短縮でき、その分自動作業
装置の本来の稼動率を向上させることができる。

更に第２辺上の点は角部に非常に近い１点の座標データ
を求めれば良いから第２辺の角部から遠近方向に見た寸
法が小さくても自動作業装置の位置決め対象点を、角部
あるいはその近傍に位置決めできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を用いて説明
する。

第３図は本発明方法を実施する自動作業装置の・　７　
・ 全体図である。１は制御装置であり、可動部２の各サー
ボモータの制御を行い、９のセンサユニットと組合され
て本発明による制御方法を実現する。

可動ｓ２は旋回部３．上腕部４．前腕部５９曲は部６．
振り部７とを備え、各移動部は各々サーボモータによっ
て駆動される。溶接系統は電力供給手段としての電源装
置１０＃　　ワイヤ送給装置ＨＨｘ。

浴接トーチ１２とを備えている。８はティーチングボッ
クスである。また１３は被溶接物（ワーク）であ択　】
４はワークを置（為の台である。

次に、第４図、第５図を用いて内部の様子を説明する。

第４図は、センサ制御部のブロック図である。

１５はセンサ用ＣＰＵ部、１６はインターフェース部で
あり、これらは第３図の９の内部に格納されている。１
ず１５のセンサ用ＣＰＵ部は次のような構成ｒ（なって
いる。１７はＣＰＵであり、センサ制御用の全ての処理
を行っている。］８は・ＲＯＭ″″Ｃあり、処理手順を
記述したプログラムが格納されている。Ｊ９はＲＡＭで
あＪ）ＣＰＵでの・　８　・ 処理の途中結果などが格納されている。２ｏはＤＰＲＡ
Ｍ（デュアルポートＲＡＭ）であり、１７のｃｐｔｒか
らも、ロボット制御用のｃＰＵからもアクセス可能な構
成になっており、ロボット制御部とセンサ制御部との情
報の伝達に用いられる。

２】はタイマであり、０ＰＵ１７より初期設定を行うこ
とにより、一定時間間隔で０ＰＵ１７に対し割込をかけ
る。２２は工１０ボートであシ、外部との入出力を行う
。１７〜２２まではバス２３によって結合されている。

１６はインターフェース部である。２４及び２５はフォ
トカプラであり、外部との電気的な絶縁を行っている。

２４は入力、２５は出力用である。

９はセンサユニットである。２６は電圧発生装置であり
、タッチセンサ起動中、電圧を印加する。

２７は検出装置であシ、溶接トーチがワークに接触し、
（電源装ｆｔ）→（トーチ）→（ワーク）→（作業台）
→（′電源装置）の閉回路か完成した時に、閉回路に電
流が流れたことを検出し、フォトカブラへ信号を送る。

フォトカブラ２４で電気的絶縁が行われた後、工１０ボ
ート２２を介してＣＰＵ１７へ送られる。

０ＰＵＩ　７で各種の処理か行われ、位置信号に変換さ
れてＤＰＲＡＭ２０に送られ、ロボットの動きに反映さ
ｈる。

次に第５図は、ロボット本体の制御ブロック図である。

２９はロボット制御部であり、第３図１の内部に格納さ
れている。３０はＣＰＵ−Ａであり、ロボットの動作制
御を主に行っている。３１はｃｐＵ−Ｂでアリ、マンマ
シンインターフェース関係の処理を主に行っている。３
２は共通ＲＡＭであり、ＣＰＵ−Ａ３０．ＣＰＵ−３１
両方の情報交換や計算用のワークとして用いられる。３
３はＲＡＭ−Ａであり、ＣＰＵ−Ａの処理手順を記述し
たプログラムが格納さねでいる。３４はＲＡＭ−Ｂであ
り、０ＰＵ−Ｂの処理手順を記述したプログラムが格納
されている。３５はＲＯＭであり、電源投入時バブルメ
モリ３６よりプログラムをＲＡＭ−Ａ、ＲＡＭ−ＤＫロ
ーディングする為の処理プログラムが格納されている。

バブルメモリ３６は不揮発性の外部記憶装置であり、電
源切断時において消えてほしくないプログラムやデータ
が格納されている。３７は溶接機インターフェースであ
り、溶接機に対するワイヤ送給量や電圧、アークオンな
どの指令の受渡しを行っている。３８は通信用のＬＳＩ
であり、ＣＰＵ−Ｂとティーチングボックス８．操作盤
４０．ＣＲＴコントローラ３９との通信インターフェー
スを行っている。８のティーチングボックスでは、ロホ
ットの動作教示を行うことができる。４０の操作盤では
、ロボットの起動、停止、及び教示、プレイバックなど
のモード切替等の操作を行う。３９のＣＲＴコントロー
ラでは、通信ＬＳＩ３８がら送られた情報に基づいて、
ＣＲＴ４１に各種の情報を表示する。

４２のサーボ制御部では、ＣＰＵ−Ａ３０がら送られた
データに従って、サーボモータＭ】〜Ｍ５（４３〜４７
）を制御していく。

本実施例では、ロボットはティーチング、プレイバック
方式ｒ（なっており、ティーチングによつ、１１　。

てタッチセンサを指定した時に、センサ関係の制御プロ
グラムか動作する様になっている。

第２図（ａｌ及び第２図（ｂｌの溶接トーチの移動流れ
図を用いて、詳細な処理手順を示す。

第１図において、ＴＯ〜Ｔ３及びＴ６はティーチ点であ
る。つ１すＷｌはティーチ時に於けるワーク１２の第１
辺、Ｗ２はティーチ時に於けるワークの第２辺、Ｔθは
同じくティーチ時に於けるワークの隅角部である。Ｗｌ
’、Ｗ２’はプレイバック時に於ける実際のワークの第
１辺及び第２辺である。

タッチセンサ部が起動されると１ず、Ｔｏの座標（ＸＯ
，ＹＯ，ｚＯ）をＲＡＭ１９に記憶しておき、タッチセ
ンサの検出点ＴＩ’　　（ＸＩ’、Ｙｌ’。

２１′　）と共に、第一方向単位ベクトルをＣＰＵ１７
で算出する。

第一方向単位ベクトルは上式で表される。以下、１２　
。

の計算のため、以下とする。

第一方向単位ベクトル＝（ＸＩ　Ｕ、　’ＹＩ　Ｕ。

ＺＩＵ） このステップが第２図（ａｌのＢ１〜Ｂ６に示しである
。

次にＴ２からＴ３方向へのタッチセンスを行う。

このタッチセンスで検出した点をＴ３’（Ｘ３’。

ｙ３’、Ｘ３’　　）とすると、この座標点と先のタッ
チセンス点ＴＩ’から、第二方向単位ベクトルを算出す
る。

第二方向単位ベクトル 第二方向単位ベクトルは上式で表される。以下の計算の
ため、以下と定義する。

第二方向単位ペクト＃＝　（Ｘ２ｔＴ、　Ｙ２１１．　
Ｚ２Ｕ）以上のステップが第２図（ａｌのＢ１２’ｉで
である。

第二方向単位ベクトルの算出が終了すると、トーチ移動
点Ｔａの座標を算出する。トーチ移動距離は可変である
のでｔｌとすると、以下の座標を得る。

Ｔａの座標 ＝（Ｔ３’の座標）　＋ｔ１・（第一方向単位ベクトル
成分） ＝　（Ｘ３’　＋ｔ１−ＸＩＵ、　Ｙ３’　＋ｔ１＠Ｙ
ＩＴＩ　Ｚ３’　＋ｔｌ−ＺＩ　Ｕ） 以下の計算のため、以下と定義する。

Ｔａの座標＝（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ） 以上のステップがＢ１３までである。

溶接トーチをＴａへ移動させてから、タッチセンス方向
点Ｔｔ）の座標をＢ１５で算出する。

Ｔ’ｌでの距離は可変であるのでｔ２とすると、以下の
座標を得る。

Ｔｂの座標 ＝　（Ｔ　ａの座標）＋ｔ２・（第二方向単位ベクトル
成分） ＝　（Ｘａ＋４２＠Ｘ２Ｕ、Ｙａ＋ｔ２＊Ｙ２Ｕ、Ｚａ
＋ｔ２ｅＺ２Ｕ）以下の計算のため、以下と定義する。

Ｔｂの座標＝（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ） ＴＩ）の座標の算出が終了すると、ＴａからＴｂの方向
へタッチセンスで検出した点をＴｂ’　　（ｘｂ’、ｙ
ｂ’、ｚｂ’　　）とする。このステップがＢ１８箇で
である。このセンサシステムが検出する溶接開始点Ｔｃ
の座標は以下の様に表される。

Ｔｃの座標＝（Ｔｂ’の座標）−ｚｌ、（第一方向単位
ベクトル成分） とのＴｃの座標と、ティーチされた溶接開始点Ｔ８の座
標から、ズレ量を算出して、センサ部は終了する。この
ステップがＢ１９である。Ｂ２０では溶接点としてＴｃ
をねらえる位置へ溶接トーチ１２を位置決めする。

なお以下の方式を用いることにより、第１図に示すＴｃ
の方向を、ワークに対して変化させることが可能である
。

第６図において、第一方向単位ベクトルをＶｌ。

第二方向単位ベクトルをＶ２．Ｔａの方向を示す第三方
向単位ベクトルをＶ３（Ｘ３Ｕ、Ｘ３Ｕ。

、１５゜ Ｚ３Ｕ）とする。

１ずＶｌとマゴは（＃−＃１）の角を成すので下式が成
り立つ。

ｃｏｅ（ｅ−ａｔ　）＝ｘｌｕ＠ｘ３ｕ＋ｙｌｕ＠ｙ３
ｕ＋ｚｌｕｓ３ｕ 次に７７と７Ｔは＃１の角を成すので下式が成り立つ。

ｃｏｓ＃］＝ｘ２ｕｅｘ３ｕ＋ｙ２ｕｅｙ３ｕ＋ｇ２ｕ
ｓｚ３ｕまた、ＶｌはＶｌとｖｌの外積のベクトルｎ×
７７と直行であるので下式が成り立つ。

０＝（ｙｌｕ＠ｚ２ｕ−ｚｌｕｓｙ２ｕ）ｅｘ３ｕ＋（
ｚｌｕ＊ｘ２ｕ−ｘｌ　ｕ”Ｘ　　′２ｕ）ｙ３ｕ＋（
ｘｌｕ＠ｙ２ｕ−ｙｌｕ＠ｘ２ｕ）・ｚ３ｕ ±３式を計算のため以下とする。

但し、ａ＝ｘ２ｕ、ｂ＝＝ｙ２ｕ、ｃ＝ｚ２ｕ。

ｄ＝＝ｚｌｕ、ｅ＝ｙｌｕ、ｆ＝ｚｌｕ、ｇ＝（ｙ、１
６゜ １ｕ＊ｚ２ｕ−ｚｌｕ＊ｙ２ｕ）、ｈ＝（ｚｌｕ＊ｘ２
ｕ−ｘｌｕ＠ｚ２ｕ）、１＝（ｘｌｕｓｙ２ｕ−ｙｌｕ
＊ｚ２ｕ）。

上の３式を解くと、以下の方向成分を得る。

ここで、Ｖｌと７１の成す角θは以下である。

ｅ＝ｃｏｏ−’　（ｘｌｕ＠ｘ２ｕ＋ｙｌｕ＊ｙ２ｕ＋
ｚｌｕｅｚ２ｕ）また、０１け指定の角度であるので、
変数がず−べて概知となり、ｆｆｆが求まることが判る
。

つ筐シ第１辺と第２辺との成す角が０１であるときにｖ
３と逆の方向にｔｌだけ移動してやればＴｃ点が見つか
る。第２図（ｂ）のＢ１９に代えて第７図Ｂ１９′を実
行すれば０１＝π／２に於けるよシ正確なＴｃ位ｔＩｔ
を計算できる。

第１辺と第２辺との成す角０が仕様によって大きく変る
場合θの値を設定できるようにすれは０の夫々の仕様に
対応できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば第１辺が地面に対して特定の姿勢状態に
なくても、第２辺から見た第１辺の遠近方向の傾きを検
出できる。また、センサで第２辺を検出したときは、角
部に非常に近い位置で第２辺の位置を検出することにな
るため角部の位置をかなりの精度で検知することができ
、従って続く角部データ算出工程で、角部データをかな
りの精度で把撫できる。

更に本発明に依れば第１辺上で２点の座標データを、第
２辺上で１点の座標データを検出すれは良いので角部を
検出するために要する時間を従来提案された４点のデー
タから求めるものよりも短縮でき、その分自動作業装置
の本来の稼動率を向上させることができる。

史に第２辺上の点は角部に非常に近い１点の座標データ
をふめれば良いから第２辺の角部から遠近方向に見た寸
法が小さくても自動作業装置の位置決め対象点を、角部
あるいはその近傍に位重決、１９　。

めできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例を説明するために用いるワ
ークに対するセンサの動きを示す図、第２図（ａｔ第２
図（ｂｌは本発明方法の実施例を示すフローチャート、
第３図は本発明を方法を実施するのに用いる溶接ロボッ
トの系統図、第４図、第５図は夫々制御部のブロック図
、第６図は本発明の異なる実施例を説明するために用い
るベクトル図、第７図は第６図を用いて説明しようとし
ている異なる実施例のフローチャートの一部である。 、２０　。 第　３　目 烙按トーナヘ　　　　　　　　　　　　　作喋右へ第　
５　図 ↓ ＄　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１辺と第２辺との間の角部の位置を、近接あるい
   は接触センサを用いて求め、該角部に自動作業装置の位
   置決め対象部を位置決めする方法に於いて、 前記第１辺上の、前記第２辺から見て遠近方向に離れた
   ２点の座標データを、前記センサを用いて検出する第１
   検出工程、 前記２点の座標データから、前記第１辺の、前記第２辺
   から見た遠近方向の傾きを求める傾き演算工程、 第１検出工程の後、前記第１辺の面の凹凸を考慮して、
   前記傾き演算工程で求めた前記傾きに平行に沿つて、前
   記第２辺の位置する方にセンサを移動しても、このセン
   サが前記第１辺に衝突する心配のない前記第１辺から最
   小距離離れた位置にセンサをセットするセット工程、該
   セット工程の後、前記セット工程でセットしたセンサを
   、前記第２辺の位置する方に、前記傾き算出工程で求め
   た傾きに対して平行に移動させ、センサで前記第２辺土
   の点の座標データを検出する第２検出工程、 該第２検出工程で求めた座標データから一定距離前記第
   １辺に近付いた点を角部座標データとして求める角部デ
   ータ算出工程、 前記位置決め対象部を角部座標データ位置に位置決めす
   る位置決め工程とを有することを特徴とする位置決め制
   御方法。 ２、前記角部データ算出工程では、前記第１辺にたいし
   て直角を成す方向に一定距離近付いた点を角部座標デー
   タとして求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の位置決め制御方法。