JPS63260775A

JPS63260775A - 産業用ロボツトの動作方法

Info

Publication number: JPS63260775A
Application number: JP9315187A
Authority: JP
Inventors: 伸村上; 正宗像
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1987-04-17
Publication date: 1988-10-27

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は産業用ロボットに係り、特に産業用ロボットの
動作方法に関する。

（従来の技術）周知のように、産業用ロボットはレーザ加工。

ウォータジェット加工１等さまざまな分野で利用され、
形状も二次元や三次元と多様だが、ある平面上に小さい
丸穴の加工をおこなう場合もある。

ところで、産業用ロボットの先端部の工具を所望の速度
で所望の経路を移動させる場合には、工具の所望の位置
、姿勢、速度から、ロボットの各関節を駆動するモータ
の目標回転角や目標回転速度を変換式で求め、サーボド
ライバでモータをこの目標回転角や目標速度にて追従さ
せている。これにより例えば６自由度の産業用ロボット
では、工具の方向を一定にしたまま工具の方向に垂直な
平面を移動させることができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしく特に多関節形ロボットの場合）、ロボットアー
ムは一般に片持ち構造で根元の軸まわりの慣性モーメン
トは大きく、固有振動数は低い。

一方、先端部の軸まわりの慣性モーメントは小さく、固
有振動数は高い。そして、これは、動作領域が広いほど
顕著となる。

そして、固有振動数が低いと応答も遅く、目標速度の変
化に対する応答も制約される。例えば、小さい円の穴あ
けするときには、目標速度の変化が速くなりやすいので
、応答の遅い軸がその変化に追従できるまで速度を下げ
ないと、ロボットアームが振動し精度が下がる。

しかし、速度を下げると作業時間がかかり、加工速度の
変動はレーザ加工などの均一性を落とす。

そこで本発明の目的は、例えば小さい円のような曲率半
径の小さい経路でも高速かつ高精度に移動できる産業用
ロボットの動作方法を得ることである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の産業用
ロボットの動作方法は、そのアーム先端部の手首部に直
角に交差する２本の軸まわりの二つの回転自由度を備え
、上記手首に取付けた手先効果器の目Ｍ！動作の経路が
所定の大きさ以下のときには、２自由度だけの回転軸の
動作で手先効果器を上記の所望の経路上を移動させるこ
とを特徴としている。

（実　施　例）以下１本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図において、産業用ロボット１は台板２に第１軸（旋
回軸）０１Ｍ３りの旋回を自在に取付けられたベース３
と、このベース３に第２軸（前後軸）θ、廻りの回動を
自在に取付けられ、上腕４を前後に揺動させる前腕５と
、ベース３に第３軸（上下軸）θ、廻りの回動を自在に
取付けられ、後腕６を介して上腕４を上下方向に揺動さ
せるリンク７と、上腕４の端部に第４轄（回転軸）θ、
まわりの回動を自在に取付けられた手首８と、この手首
８に第５軸（曲げ軸）θ、廻りの回動および第５軸θ５
に点Ｐで直交する第６軸（回転軸）０６Ｍ１りの回動を
自在に取付けられたフランジ９と、フランジ９に取付け
られるとともにウォータージェット加工やプラズマ加工
等のノズル等に相当する工具１０をその軸心である工具
軸Ｑが点Ｐで第６軸θ。

に直交するように取付けたツールアーム１１とで構成さ
れている。

次に、本発明の産業用ロボットの動作方法の一実施例を
第２図で説明する１本図において制御手段２０は、ロボ
ットアームが所望の経路を所望の速度で通るように、各
軸のモータを駆動するための目標位置や目標速度を演算
する目標位置発生手段２１と、この目標位置に産業用の
ロボット１の各軸の関節の駆動用モータ２２〜２７が追
従するように制御する各軸の駆動用モータ制御手段２８
〜３３と、第１＃から第４軸までの動作を止めて、第５
軸と第６軸の２自由度だけで産業用ロボット１が動作す
るように、目標位置を発生手段２１が作用することを任
意に指定できるとともに工具１０で加工する形状の指定
、例えば小円の半径等の指定とその加工速度の指定がで
きる２自由度動作指定手段３４とで構成されている。

次に１以上のように構成された実施例の作用を説明する
。

第３図は第１図の産業用ロボット１の手首部の拡大図で
、フランジ９がロボットの正面を、工具１０が下を向い
ている状態を示し、点Ｐは既に述べた第５軸θ５、第６
軸θい工具軸ａが交差している点で点Ｑは工具１０の先
端である。

まず、加工しようとする゛小円の法線ｎが工具軸Ｑと一
致するとともに、第５軸θ、にも直交しかつ点Ｐが上記
小円と所定の距離になるような産業用ロボット１の位置
を教示し、さらに第５軸と第６軸だけで所望の動作をお
こなうことと上記小円の半径とその加工速度を２自由度
動作指定手段３４により設定しておく。

動作時には、目標位置発生手段２１は上記の教示位置に
産業用ロボット１が位置決めするように６自由度の各軸
の駆動用モータ２２〜２７を制御する。

この教示点への位置決めが完了したときに、２自由度動
作指定手段３４が目標位置発生手段２１に作用し、第１
軸から第４軸までの駆動用上〜り２２〜２５はその位置
を保持するとともに、第５軸と第６軸の２自由度だけで
工具１ｏの先端が点Ｐを頂点とする円錐の底面となる設
定された所望の半径の円を設定された所望の速度で通る
ように第５軸と第６軸の駆動用モータ２６．２７を制御
する。

第５軸、第６軸の動作をおこなうと、工具の先端Ｑは点
Ｐを中心とする球面上を動くことになる。

以下、点Ｐを原点とし、第５軸θ３を工軸、小円の法線
ｎをＺ軸、工具軸ＱがＺ軸と一致した時の第６軸θ、を
ν軸とした場合の上記小円の座標と、第５軸と第６軸の
関節の変位との関係を第３図を説明する。工具軸Ｑの上
記小円の法線ｎからの第５軸θ、まわりの角度をβ、工
具軸ｎの上記小円の法線ｎからの第６軸θ、まわりの角
度をν１点Ｐと点Ｑの距離をａとすると、点Ｑの座標（
ＩＱ。

＃Ｑ９　Ｚｏ）　　は次のように表わすことができる。

一方、第４図は上記小円を点Ｐ側から見た投影図で、こ
の小円の半径をρ、小円上にあるＱと小円の中心Ｃを結
んだ線とＩ軸とのなす角をθとすルト小円上（７）　点
Ｑ　ノ座’！！４　（ｘ　ｏ　、　Ｖ　Ｑ　、　Ｚ　ｅ
　）は以下のようにも表わされる。

ω、■、■式と（イ）、■、■式はそれぞれ等しいこと
から、以上よりβ、γとθとの関係は以下のように表わされる
。

したがって工具１０の先端Ｑの小円上での移動速度が所
望のものになるようにθの時間的変化を設定し、そのθ
に対して第５軸、第６軸の関節角β。

γが（１０）、　（１１）式を満たすように追従制御す
れば、工具ｌＯの先端Ｑは第５軸、第６軸だけの動作で
小円の円周を移動でき、穴あけ加工ができる。

以上説明したように本発明の実施例には以下の効果があ
る。

■　産業用ロボットの第１軸から第４軸までの動作を止
めて手首の第５軸と第６軸の動作で、工具の先端が小円
の経路をとることができるので、慣性の大きいロボット
全体を小円の経路に合わせて動作させる必要がなくなり
、振動を抑えて加工精度と速度を向上できる。

■　任意に指定することで上記の２自由度のみの動作が
実現できる構成としたので、上記小円上の点を細かく教
示する必要がない。

■　工具先端が小円の経路を通るための補間動作が第５
軸、第６軸の２自由度だけでおこなえるので、経路生成
のための駆動用モータの回転角の補完演算が簡単になる
。

他の実施例以上の実施例では、小円を加工する場合に、まず工具軸
ａが小円の法線ｎに一致するように産業用ロボット１が
位置決めしてから、２自由度のみの動作を開始したが、
最初から工具の先端Ｑを小円の円周上の点に合わせ、か
つ小円の法線ｎが第５軸θ、に点Ｐで直交する位置に位
置決めしてから２自由度のみの動作を始めてもよい。

また、上記実施例では、工具軸ａは点Ｐで第６軸θ６に
直交する構成としたが、点Ｐにおいて直角でなくても第
５軸と第６軸の２自由度の動作により工具の先端は小円
の経路を移動できる。以下、第５図で説明する。第５軸
θ５と第６軸０゜が直交する交点Ｐ１において工具軸ａ
□も交差している。小円の法線ｎ１が工具軸Ｑ１に一致
するとともに第５軸θ、に直交するように位置決めし、
　その時の第５軸θ、を工軸、第６軸θ６をＶ軸、工軸
とν軸のいずれにも直交する軸をＺ軸とし、工具軸ａ、
の２軸からの角度をψ、工具軸ｇｉの小円の法ａｎ１か
らの第５軸θ、まわりの角度をβ、工具軸Ｑ１の小円の
法線ｎ０からの第６軸θ６まわりの角度をγ１１点Ｐ１
と工具先端Ｑ１との距離をａ、とすると、点Ｑ、の座標
（工Ｑ＊　Ｙｅｔ　ＺＱ）は次のように表わすことがで
きる。

ところで第６図は上記小円を点Ｐ０側から見たものであ
り、χ軸の投影を工′軸、ソ軸の投影をＹ′軸とし、こ
の小円の半径をρ、小円上にある点Ｑ１と小円の中心Ｃ
１を結んだ線と工′軸とのなす角を０１とすると、Ｑｌ
の座標は（ｘ、ソ、Ｚ）座標においては以下のようにも
表わされる。

（１２）　、　（１３）　、　（１４）式と（１５）　
、　（１６）　、　（１７）式はそれぞれ等しいことか
ら、β１とγ□と０１との関係は以下のようになる。

したがって前記実施例の場合と同様にθ、の時間的変化
が所望のものになるように設定し、そのθ１に対して（
１８）、　（１９）式を満たすように第５軸、第６軸の
関節の角度β１．γ、を制御すれば、工具の先端Ｑ工は
２自由度のみの動作で小円の円周を移動できる。

また１以上の二つの実施例ではいずれも工具軸が第５軸
θ、と第６軸θ、の交点を通る構成としたが、工具軸は
必ずしも上記交点を通らなくてもよい。工具軸が上記交
点を通らない場合でも、第５軸と第６軸の２自由度の動
作で工具の先端は上記交点を中心とする動作範囲内の球
面上を任意に移動できるためであり、所望の経−路を生
成するための２自由度の補完演算が多少？！［雑になる
が、実施例の効果は同じである。

また、本発明によれば既に述べたように工具先端が小円
の円周上の経路をとる場合には、第５軸と第６軸の２自
由度のみの補間動作となるので。

経路生成のための補完演算が簡単になるので、この２自
由度動作においては、経路生成の補完演算のサンプリン
グタイムを６自由度の動作時よりも短かくしてもよい、
これによりより滑らかな補完動作ができ、精度が上がる
。

さらに、上記２自由度動作で実現する工具先端の経路は
小円に限定されるものではなく、その他の図形や文字等
としても実施例の効果は同じである。

ところで以上の説明の中で使用した幾何学的な位置及び
形状の表現、例えば、直交、法線２円の中心９円周上、
法線に一致２等は数学的に厳密ではなく、ある所定の誤
差を許容するものである。

〔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は、工具先
端が小円等の曲率半径の小さい経路を高速でかつ高精度
に移動できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボットの動作方法を適用する
産業用ロボットの一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の産業用ロボットの動作方法の一実施例を示すブロッ
ク図、第３図は本発明を適用する産業用ロボットの手首
部の拡大図、第４図は第３図の動作説明図、第５図は他
の実施例を示す手首部の拡大図、第６図は第５図の動作
説明図である。３・・・ベース　　　　　　４・・・上腕５・・・前腕
　　　　　　　６・・・後腕８・・・手首　　　　　　
　９・・・フランジ１０・・・工具　　　　　　　２１
・・・目標位置発生手段３４・・・２自由度動作指定手
段代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】揺動軸と、前記揺動軸から直角な軸を軸心として回転す
る回転軸と、この回転軸に加工部が偏心して取付けられ
た工具と、前記揺動軸部を少なくとも３軸以上で移動さ
せる工業用ロボットで、前記揺動軸と前記回転軸の交点
から前記工具先端の加工点を結ぶ線に垂直な加工物を加
工する産業用ロボットの動作方法において、前記揺動軸の前記加工面からの位置を前記揺動軸から前
記加工点までの距離に移動させる手段と、前記移動され
た前記揺動軸と前記回転軸を動かして前記工具で前記加
工物を加工する手段と、よりなることを特徴とする産業
用ロボットの動作方法。