JPS6384884A - ロボツトの走査制御方法 - 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） この発明は、ワークの被走査領域をエンドエフェクタで
面走査する際に利用されるロボットの走査制御方法に関
するもので、特に、被走査領域が平面的な形状を有する
場合の走査制御方法に関する。

（従来の技術とその問題点） 航空機などの製造工程においては、ハニカムパネルなど
の部品の表面またはその内部に存在する（益を発見する
目的で超音波探傷が行なわれる。このような場合、ハニ
カムパネルなどは面状に広がった形状を有しているため
、超音波プローブを縦横に走査させつつ、被走査領域全
体を漏れなく探傷して行く必要がある。そして、このよ
うな事情が存在するために探傷にはある程度の熟練が必
要であり、従来は作業員がマニュアルで探傷走査を行な
ってきた。

これに対して、このような作業をロボットを用いて効率
的かつ均質に行なおうという試みがある。

ところが、このような試みは従来のロボットの制御方法
をほとんどそのまま用いて走査を行なわせようとするも
のであるために、種々の問題が生じる。たとえば、従来
の切断ロボットや溶接ロボットにおけるティーチング方
法をそのまま適用すると、被検査領域における縦横の走
査の経路をすべて教示せねばならない。このため、この
ような方法ではティーチング操作が複雑になってしまう
。

また、ティーチング点の選択が適当でない場合には所望
の面走査が行なわれないという問題もある。

そして、このような問題は、ロボットを用いて超音波探
傷を行なう場合に限らず、塗装や溶射など、所望の面状
領域をエンドエフェクタで面走査しなければならない用
途にロボットを使用した場合に共通の問題となっている
。

（発明の目的） この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、被走査領域が平面的な形状を有する場合を対象
として、データ入力が容易であり、かつ面走査が適切に
行なわれるようなロボットの走査制御方法を提供するこ
とを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明は、ワークの表面
に設定された平面的な被走査領域にロボットのエンドエ
フェクタを対向させた状態で、前記エンドエフェクタの
走査と送りとを交互に繰返し、それによって前記エンド
エフェクタによる前記被走査領域の面走査を行なわせる
ための走査制御方法として、■前記被走査領域を多角形
で表現して、前記多角形の各頂点の座標を与え、■前記
多角形の各頂点の座標と、指定された送りピッチとに応
じて、各走査の各端点の座標を演算して求め、■前記走
査端点を順次つないで得られる経路に沿って前記エンド
エフェクタの走査と送りとを交互に繰返して、前記被走
査領域の面走査を行なわせるという方法を提供する。

（実施例） Ａ、実施例の機構内構　の概。

第１図は、この発明の一実施例によって走査制御される
ロボットの一例としての、直角座標型超音波探傷ロボッ
トの機構的構成を示す概略斜視図である。同図において
、この超音波探傷ロボットＲＢは、基台１の上に、図示
しないモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に移動自
在な移動台２を有しており、この移動台２の上にワーク
（図示せず）を載置する。基台１の両側方に垂直に立設
されたコラム３の頂部にはビーム４が架設され、このビ
ーム４には、図のＺ方向（垂直方向）に延びるとともに
モータＭ２によってＹ方向に移動自在な移動コラム５が
設けられている。

移動コラム５の下端には、モータＭ３によってＺ方向に
上下するモータＭ４が設けられている。

これによって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置
に設けられているアーム６が図のα方向に回転する。ま
た、このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設けられ
ており、これによって超音波探信用のエンドエフェクタ
１００が図のβ方向に回動する。

これらのうち、エンドエフェクタ１００は、第２図に示
すように、二股管１０１を備えている。

この二股管１０１の端部開口１０２ａ、１０２ｂは互い
に対向する向きに屈曲しており、一方の端部開口１０２
ａの中央部には超音波発信子（プローブ）１０３が設け
られている。また、他方の端部開口１０２ｂの中央部に
は超音波受信子１０４が設けられている。これらの発信
子１０３および受信子１０４は、二股管１０１の内部と
第１図のガイドパイプ８の内部とを通る配線（図示せず
）によって、第１図の超音波探傷袋＠７に接続されてい
る。

また、この超音波探傷袋＠７には水供給装置（図示せず
）が内蔵されており、この水供給装置からの水は、ガイ
ドバイブ８内の配管と、第２図の水供給ホース１０５ａ
、１０５ｂとを通して、端部間口１０２ａ、１０２ｂの
空隙部１０６ａ。

１０６ｂから噴出するようになっている。そして、超音
波探傷を行なう際には、第３図に示すように、端部開口
１０２ａ、１０２ｂ間にワークＷを介挿させて水１０７
ａ、１０７ｂをワークＷの表面に噴射する。この状態で
超音波発信子１０３から超音波ＵＳを発信し、ワークＷ
を透過して来る超音波ＵＳを超音波受信子１０４によっ
て受信す′る。

このようにして受信された超音波ＵＳの時間的な遅れや
強度変化などに基いてワークＷの傷が検出されるが、こ
の超音波探傷そのものの原理は周知であるため、その詳
細な説明は省略する。

また、第１図のロボットＲＢには、マイクロコンピュー
タなどを内蔵した制御装置９のほか、操作盤１０や外部
コンピューター１が設けられている。これらのうち、制
＠装置９は、後述する走査制御などの種々の制御を行な
う。また、操作盤１０には、キーボードやディスプレイ
等が設けられている。さらに、外部コンピューター１は
種々の指令入力や表示などを行なうためのものである。

Ｂ、　　　　　　の　　　　　　　　　の第４図は、第
１図に示したロボットＲＢの電気的構成の概略図である
。第４図において、制御装置９に内蔵されたマイクロコ
ンピュータ２１には、バスＢＬを介して、以下の各機器
などが接続されている。

■上記モータＭ　　−Ｍ５や、これらのモータＭ１〜Ｍ
５の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第１図
中には図示せず）を含んだ機構駆動系２３、 ■超音波探傷装置７、 ■操作！！１１０、 ■外部コンピューター１゜ 、　　　　制　　の 次に、この実施例における走査制御の原理を具体例に即
して説明する。第５図は、ロボットＲＢの基台１に固定
された絶対座標系Ｓ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるワークＷ
の配置位置を示す図である。このワークＷの表面形状は
、頂点Ｐ１〜Ｐ４を竺する不等辺四角形となっている。

ここではまず、この不等辺四角形の全面を被走査領域へ
として、この平面的な被走査領域Ａに、前述したエンド
エフェクタ１００を対向させつつ、被走査領域Ａの面走
査を行なわせる場合を考える。

後述するように、ワークＷの形状および位置に関するテ
ィーチング情報としては、絶対座標系Ｓにおける４頂点
Ｐ　　−Ｐ４の位置情報が与えられす る。また、これらの点Ｐ１〜Ｐ４におけるエンドエフェ
クタ１００の姿勢情報も与えられる。したがって、ティ
ーチングが行なわれた復には、Ｐ・−（×・、Ｙ・、Ｚ
・、θ・、φｉ）＋１１１１ （ｉ−１〜４）・・・（１） が既知となる。この（１）式のうち、θ・、φｉはエン
ドエフェクタ１００の姿勢をオイラー角で表現したもの
である。また、以下では、位置ベクトル（×・、Ｙ、、
ｚ、）をり、と書くことにする。

なお、走査速度は頂点Ｐ１のティーチング時に入力され
ている。

一方、この実施例では、頂点Ｐ１〜Ｐ４のうち、最初に
入力された２つの頂点ｐ、ｐ２を結ぶ線分に平行な方向
Ｘ′を走査方向とし、被走査領域Ａ内でこの方向Ｘ′に
直角な方向Ｙ′を送り方向とする。そして、Ｙ′方向へ
の送りピッチΔＰを外部から指定し、Ｘ′力方向の走査
とＹ′方向への送りとを交互に繰返すことによって被走
査領域Ａの面走査を行なう。このような面走査の動きが
、第５図中に矢印り、で示されている。

このような面走査においては、Ｘ′力方向各走査の端点
： Ｑ　　　Ｑ　　　　（ｊ＝ｏ、１，２．・・・）１・ｊ
・　２ｊ におけるエンドエフェクタの位置および姿勢情報が必要
となる。この情報は、上記ティーチング点Ｐ１〜Ｐ４の
情報と送りピッチΔＰとによって、次のように求めるこ
とができる。

まず、第６図に示すような、辺長Ｐ１Ｐ３の送り方向Ｙ
′への成分Ｌ１を求める。この成分Ｌ１は次のように書
ける。

Ｌ　　＝　ｐ　３１　ｓｔｎθ１ １　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）た
だし、 ｐｉｊ＝１０＋−Ｊｊｌ　　（ｉ、ｊ−１〜４）・・・
（３）であり、θ１（ｉ−１〜４）は、頂点Ｐｉにおけ
る頂角である。

一方、ベクトルの内積の定義によって、次の（４）式が
成立する。

ｒ３２１”３１＝　ｐ２１ｐ３１　”ＳＯ２°−（４）
ただし、 口・・＝ｐ・−口・　（ｉ、ｊ−１〜４）　　　・・・
（５）ＩＪ　　　Ｉ　　　Ｊ である。

このため、（２）式を、 のように変形して（４）式を代入すると、次の（７）式
が得られる。

Ｌ１＝ｐ３１Ｆ＝石刀「　・・・（７）ただし、ａ、・
はＰ、からＰ・へ向う単位ベクトルＩＪ　　　　　Ｊ　
　　　　　　　１ であって、 ａ・・＝（０・−口・）／１０・−ＥｊｊＩＩＪ　　　
　Ｉ　　　Ｊ　　　　　１ ・・・（８） のように書ける。また、第７図に示すよう・に、Ｙ方向
の送りピッチΔＰに対応するＰ１Ｐ３方向への送りピッ
チΔＰ１は、上記と同様にして次のよ　。

うに求まる。

さらに、（７）式および（９）式に対応するものとして
、辺長ＰＰ　　の送り方向Ｙ′への成分Ｌ２と、Ｐ２Ｐ
４方向への送りピッチΔＰ２とが、それぞれ次の（１０
）、　（１１）式のように求まる。

次に、被走査領域Ａの面走査に必要な送り回数（走査分
割回数）を求める。この送り回数Ｎとしては、上記のよ
うにして求まったし　およびＬ２のうちの大きい方、を
Ｌと書いたとき、■第５図の頂点Ｐ４側で最終走査が完
了し、かつ■Ｙ′方向の送り量の累算値が上記り以上と
なるような最小の整数を選択する。これらのうち、■の
条件は、走査完了後にエンドエフェクタ１００が次の作
業位置に動き易いようにするための条件である。また、
■の条件は、走査領域Ａのすべてをカバーするように走
査を行なうための条件である。したがって、たとえば第
８図（ａ）、（ｂ）に示す点Ｐ。が全走査終了点となる
。

そして、このような点で全走査を終了させるために必要
とされる送り回数Ｎは、整数化に関するガウスの記号を
［］と書いたとき、次のように表現することができる。

■　（［Ｌ／ΔＰ］＋１　）が偶数のとき。

Ｎ−［Ｌ／ΔＰ］＋１　　　　　　・・・（１２）■　
（［Ｌ／ΔＰ］　＋１　＞が奇数のとき。

Ｎ＝　［Ｌ／ΔＰ］＋２　　　　　　・・・（１３）こ
れらの式が導かれる理由は次の通りである。

まず、第８図（ａ）のように、Ｌ／ΔＰ−５，６ｔ’あ
る場合を例にとって考える。すると、［Ｌ／ΔＰ］−５
であり、送り方向にΔＰの５．６倍の長さを持つ領域を
走査するには、 ［Ｌ／ΔＰ］＋１−６回（偶数回） の送りを必要とする。

そして、送りの前後で走査を行なうと走査回数が送り回
数より１回だけ多くなるという関係を考慮すると、この
６回の送りに伴って７回の走査が行なわれる。この７回
という数は奇数であって、全走査終了点Ｐ　が頂点Ｐ４
側にあるという条件に合致する。このため、（１２）式
によって走査回数Ｎを定めればよいわけである。

次に、第８図（ｂ）のように、Ｌ／ΔＰ−４，７である
場合を考える。すると［１／ΔＰＩ　−４であり、４．
７ΔＰの区間を走査するには、［Ｌ／ΔＰ］＋１−５回
（奇数回） の送りを必要とする。そして、５回の送りに伴う走査回
数は６回である。

ところが、６回の走査では頂点Ｐ３側で全走査が終了し
てしまう。したがって、頂点Ｐ４側で全走査を終えるよ
うにするには、さらに１回の送りを加えて、 ［Ｌ／ΔＰ］＋２＝６回 の送りとするわけである。

このようにして（１２）式および（１３）式が得られた
わけであるが、この（１２）、　（１３）式をまとめる
と、次の（１４）式のように書くことができる。

Ｎ−２［（［Ｌ／ΔＰ］＋２）／２］・・・（１４）こ
の（１４）式が（１２）、　（１３）式と同等のもので
あることは、次のようにして証明できる。

まず、（［Ｌ／ΔＰ］　＋１　）が偶数のときには、ｍ
をＯまたは正の整数として、 ［Ｌ／ΔＰ］＋１−２ｍ と書けるが、これを（１４）式に代入すると、Ｎ＝２　
［（２ｍ＋１　）／２］ ＝２ｍ −［Ｌ／ΔＰ］＋１ となり、（１２）式と一致する。

また、（［Ｌ／ΔＰ］＋１）が奇数であるときには、 ［Ｌ／ΔＰ］＋１−２ｍ＋１ と書けるが、これを（１４）式に代入すると、Ｎ−２［
（２ｍ＋２）／２］ 一２ｍ＋２ ＝［Ｌ／ΔＰ］＋２ となり、（１３）式と一致する。。

このように、（１４）式は、（１２）、　（１３）式と
同等の式となっていることがわかる。

ところで、長さしが送りピッチΔＰの倍数になっている
ときには、 Ｌ／ΔＰ−［Ｌ／ΔＰ］ であり、［Ｌ／ΔＰ１回の送りによって被走査領域Ａの
全体をカバーすることができる。したがって、このとき
には特別に、次のようにすることができる。

■　（Ｌ／ΔＰ）が奇数、 つまり、（Ｌ／ΔＰ＋１）が偶数のとき。

Ｎ−（Ｌ／ΔＰ　”）　＋　１　　　　　　　・”（１
５）■　（Ｌ／ΔＰ）が偶数、 つまり、（Ｌ／ΔＰ＋１）が奇数のとき。

Ｎ−（Ｌ／ΔＰ）　　　　　　　　・・・（１６）これ
は、第８図（ａ）、　（ｂ）　Ｆ　Ｌ　ｅそれぞれ５Δ
Ｐ。

４ΔＰとしてみると容易に理解できる。ただし、（１２
）、　（ｔ３）式と（１５）、　（１Ｇ）式との相違は
、（Ｌ／ΔＰ）が偶数であるときに送り回数が２回はど
違うのみである。このため、実用上は、（１２）、　（
１３）式またはそれと等価な（１４）式を利用して送り
回数Ｎを定めればよい。

以上のようにして送り回数Ｎが求まると、第５図の各走
査端点Ｑ　１ｊ、Ｑ　２ｊ（ｊ＝０．１．・・・）のそ
れぞれの位置座標０　　　？ｊ　・および姿勢θ１ｊ、
φ１ｊ。

１ｊ・　　２Ｊ θ２ｊ、φ２ｊ（ｊ−０，１，・・・）を、次のように
定めることができる。

Ｑｌｊ−０１＋ｊ　ΔＰ１Ｌ７３１　　　　　・（１７
）θ１ｊ−θ１＋ｊθ３．／　Ｎ　　　　　　−（１８
）φ１ｊ−φ１＋ｊφ３１／Ｎ　　　　　　　・・−（
１９）Ｑ２ｊ−ｒ３２＋　ｊ　ΔＰ２Ｃ１４□−（２０
）θ　＝θ　＋ｊθ４２／Ｎ　　　　　　・−（２１）
ｊ　　　２ φ２ｊ−φ２＋ｊφ４□／Ｎ　　　　　　・・・（２２
）（ｊ−ｏ、１，２．・・・、Ｎ） ただし、 θ　　ミθ　　−θ　　、θ　　ヨθ　　−θφ３１５
φ３−φ１・φ４２Ｎφ４−φ２・・・（２３） であり、走査回数Ｍは、 Ｍ−Ｎ＋１ によって与えられる。

さらに、ここで考えているような平面的な形状を有する
被走査領域Ａにおいては、エンドエフェクタ１００の姿
勢は各頂点Ｐ、〜Ｐ４の間で同一とするのが通例である
が、ティーチング誤差や各頂点間で姿勢を変えなければ
ならない格別の事情が存在する場合を考慮して、上記（
１８）、　（１９）、　（２１）、　（２２）式のよう
に、姿勢についても補間を行なうようにしている。

このような原理によって、第５図の頂点Ｐ、〜Ｐ４の位
置・姿勢情報と送りピッチΔＰに関する情報とから、被
走査領域Ａの面走査に必要なデータを得ることができる
。

次に、被走査領域がワークＷの平面部の一部分である場
合の制御原理について説明する。第９図はこのような場
合を例示する図であり、矩形の被走査領域Ａ′が想定さ
れている。この被走査領域Ａ′は、走査方向Ｘ′に平行
な２辺Ｒ１Ｒ２、ＲＲ２Ｒ４とによって形成されており
、その頂点がＲ１へＲ４となっている。

、したがって、これらの頂点Ｒ１〜Ｒ４におけるエンド
エフェクタ１００の位置・姿勢情報がわかれば、走査経
路等についてのデータは、既述した各式におけるＲ１へ
Ｐ４をＲ１へＲ４に読替えることによって得ることがで
きる。

この頂点Ｒ−Ｒ４に関する情報は、直接、ティーチング
を行なって与えることもできるが、ここでは他の方法を
用いる。すなわち、まず、第１０図に示すように、ワー
クＷそのものの頂点Ｐ１を原点とし、走査方向Ｘ′およ
び送り方向Ｙ′を座標軸として、ワークＷの平面部に固
定された局所座標系Ｓ′を考える。この座標系Ｓ′は、
第５図に示した座標系（Ｘ’　、Ｙ’　）と同様のもの
であり、第１０図では、その原点位置が頂点Ｐ１の位置
にあることを明確に示しただけである。そして、この座
標系Ｓ′における頂点Ｒ１の２次元位置座標（ａ、ｂ）
と、Ｘ’　、Ｙ’力方向辺の長さΔａ、Δｂとを指定し
、それに基いて、第９図の絶対座標系Ｓにおける頂点Ｒ
〜Ｒ４の３次元塵標を求める。これは、具体的には次の
ようにして求めることができる。

まず、被走査領域Ａ′を形成する辺Ｒ１Ｒ２゜ＰＰ　　
と交わる点を、それぞれに１〜に４　（第１０図参照）
とし、絶対座標系Ｓにおけるそれらの位置座標をに１〜
１１２４とする。すると、これらは、（１７）、　（２
Ｇ）式においてｊ＝１とし、かつこの（１７）、　（２
０）式中に現れるΔＰ　、ΔＰ２として、（９）、　（
１１）式のΔＰをｂに置換した値を用いることによって
、次のように書くことができる。

Ｒ＝Ｅ５　　＋ｂＦ１ｔ１３．　　　　　　　・（２４
）ｋ　　−Ｅ５．、　＋　ｂ　Ｆ２ｃ１４２−（２５）
ｋ　−口　＋（ｂ＋Δｂ）Ｆ１Ｕ１３１　・・・（２６
）１２　−ｒ３２＋　（ｂ＋Δｂ）Ｆ２Ｌ１４２　・（
２７）次に、絶対座標系Ｓにおける頂点Ｒ１の座標を、
■座標系Ｓ′における点０１　＝　（ａ、Ｏ）を通り、
かつ座標軸Ｘ′に直角な平面π（第１０因参照）と、■
直線に１に２との交点の座標として求める。

まず、平面πは、絶対座標系Ｓにおけるベクトル０２１
の方向余弦： １１＝　（Ｘ２−Ｘｌ）　／ｐ２１　　　　　・（３Ｇ
）ｍ　　−（Ｙ２−Ｙｌ）／ｐ２１　　　−（３１）ｎ
　　−（Ｚ２−Ｚｌ）／ｐ２１　　　　　・（３２）を
用いて、 Ｉ　　Ｘ＋ｍ１Ｙ＋ｎ１Ｚ＋Ｄ−０・（３３）と書ける
。ただし、Ｄは定数である。

一方、絶対座標系Ｓにおける点ｇ１の３次元座標： （ｇＩＸ”　ＩＹ−ｇＩＺ） は、次のように書くことができる。

Ｑ　ＩＸ＝　ａ　１１　＋　Ｘ　１−　（３４）ｇ１ｙ
＝ａｍ１＋Ｙ１　　　　　　　　　・（３５）ｏ　　−
ａｎｌ　＋２１　　　　　　　　　　＝・（３６）ｚ したがって、（３３）式の平面πが（３４）〜（３６）
式の座標値を有する点ｑ１を通ることから、（３３）式
の定数りは、 ｎ＝−（ｊ！１　ｇＩＸ＋　ｍＩ　Ｑ１ｙ＋　ｎＩ　Ｑ
１２）・・・（３７） となることがわかる。

一方、直線に１に２の式は次にようにして求める。まず
、絶対座標系Ｓにおける点に、Ｉ；＜２の３次元座標を
、それぞれ、 ｋ＝（ｋｌＸ、に１１．に１□）　　　　　・・・（３
８）１１２　　＝（ｋ　　、ｋ　　、ｋ　　”）　　　
　　・・・（３９）２２Ｘ２Ｙ２Ｚ とすると、線分ＫＫ　　の方向余弦１　　、ｍ　　。

ｎ２は、 １　　＝（ｋ２ｘ−に１ｘ）／に２ｌ−（４０）ｍ　　
＝（ｋ２Ｙ　　ｋＩＹ）／に２１　　　　　”’（４１
）ｎ＝（ｋ２Ｚ−に１１）／に２１・・・（４２）とな
る。ただし、ｋ２１は、 ｋ　ミ１１１２　１：Ｅｌｋ−１２１・・・（４３）で
定義される。

そして、直線に１に２の方程式は、ｔをパラメータとし
て、連立方程式： ％式％（４４） で表現することができる。

したがって、絶対座標系Ｓにおける頂点Ｒ１の位置座標
を求めるために、（４４）〜（４６）式を（３３）式に
代入すると、 １１（ｋ１ｘ＋１２ｔ）十ｍ　（ｋ１Ｙ＋ｍ２ｔ）＋ｎ
１　　（ｋ１ｚ＋ｎ２ｔ）−０・（４７）となり、この
（４７）式がらｔを定めると、ｔ＝−Ｈ１２／Ｇ１２　
　　　　　　　　・・・（４８）Ｈ１２５ｆ１に１Ｘ＋
ｍ１に１Ｙ＋ｎ１に１１＋ＤＧ　１２＝　１１１２　＋
　ｍ１ｍ２　＋　ｎ１°２・・・（４９） となる。ただし、ここで考えている場合のように、辺Ｐ
Ｐ　　と直線に１に２とが平行である場合には、’１　
＝’２１ｍ１　”ｍ２　、・・・であるため、Ｇ　−１
十ｍ１２　１２＝１ １２　　１　　　　　　　” となる。

したがって、（４８）、　（４９）式によって定まるｔ
の値を（４４）〜（４６）式に代入して得られる（Ｘ、
Ｙ。

Ｚ）が、頂点Ｒの座標（ｒＩＸ、ＩＹ−’１２）となる
。具体的には、（４８）式で定まるｔの値をｔ。

と書けば、 ｒｌｘ−１２ｔｏ十に１Ｘ　　　　　　　・・・（５０
）ｒ１Ｙ零ｍ２ｔｏ十に１Ｙ　　　　　　　…（５１）
ｒｌｚ−ｎ２ｔｏ十に１Ｚ　　　　　　　・・・（５２
）である。

一方、頂点Ｒ１におけるエンドエフェクタ１゜Ｏの姿勢
は次のようにして求まる。まず、ワークＷの頂点Ｐ１〜
Ｐ４における姿勢を内挿することによって、点に１．に
２における姿勢（θ、１．φに１）、（θ　　φ　）は
、 に２・　　に２ θに１コθ１＋　（ｂ　／　Ｌ　１　）θ３１　　　　
・・・（５３）φに１−φ、＋　（ｂ／Ｌ１）φ３１　
　　　・・・（５４）θに２自θ２＋（ｂ／Ｌ２）θ４
２　　　　・・・（５５）φ、２−φ２　＋　（ｂ　／
　Ｌ　２　）φ４２　　　　・・・（５６）のように定
まる。そして、点に、に２での姿勢を内挿することによ
って、頂点Ｒ１における姿勢（θＲ１，φＲ１）が、 θ　＝θ　＋Ｃ（θ　−θ　　）　　　・・・（５７）
Ｒ１Ｋ１　　　１　　　　　Ｋ２　　　　ＫｌφＲ１”
φ１１１＋Ｃ１（φ、２−φ、１）　　　・・・（５８
）のように定まる。ただし、 ｃ１＝　ｌ　ｒｌ−１２１１／Ｉ　ｋ２−１２１１・・
・（５９） である。

他の頂点Ｒ−Ｒ４における位置や姿勢も、上記と同様に
して求めることができる。

ところで、ａ、ｂ、Δａ、Δｂの値は任意に与えるもの
であるため、場合によっては、これらの値によって定ま
る被走査領域Ａ′がワークＷの外部にはみ出してしまう
こともある。このときには、はみ出した部分について無
用の走査を行なうことになるため、このような「はみ出
し部分」を除いて走査を行なうことが望ましい。そこで
、この実施例では、下記の基準に基いて走査範囲を限定
する。ただし、ａ、ｂ、Δａ、Δｂはすべて正の値であ
るとする。

■　ｂ≧Ｌのとき。

このときには、第１１図（ａ）に示すように被走査領域
Ａ′がワークＷの外部に出てしまうため、走査を行なわ
ない。

■　ｂ＜ｌ−、（ｂ＋Δｂ）≧Ｌのとき。

このときには、第１１図（ｂ）のような状態となるため
、Δｂを Δｂ−Ｌ−ｂ によって再定義し、それによ゛って定まる斜線領域を走
査する。

■　頂点Ｒ１と点に１との関係において、（ｒｌｘ−に
１ｘ）／１２ ”　（ｒ　ＩＹ−ｋ　ＩＹ）　／　ｍ　２＝　（ｒ　１
ｚ　　Ｊｚ）　／　Ｒ２−ｉ　１　　　　　・・１６０
）によってｔｌを定義したとき、 （イ）　ｔ１≦０ならば、第１１図（Ｃ）のように頂点
Ｒ１が点に１よりも外側に出ていることになるため、点
に１の座標を用いて、頂点Ｒの座標ｒ１１を ｒ”１−１１２１−（６１） のように再定義する。

（ロ）　　ｔｌ＞Ｏならば、さらに、頂点Ｒ１と点に２
との関係において、 （ｋ２ｘ−ｒｌｘ）／１２ ＝（ｋ２Ｙ−ｒ′１Ｙ）７ｍ２ ＝　　（ｋ　　　−ｒ　　　）　　／ｎ　　　−ｔ　　
　　　　−（６２）２Ｚ　　　　ＩＺ　　　　　　２　
　　　２のようにｔｌを定義する。そして、ｔ２≦０な
らば、第１１図（ｄ）のようになっているため、点Ｒ１
の座標として前述した式（（５０）〜（５２）式）で求
まった座標をそのまま使用する。逆に、ｔｌ〉０ならば
第１１図（ｅ）のようになっているため、走査は行なわ
ない。なお、この■の基準は頂点Ｒ３と点に３．に４と
の関係にも適用される。

■　頂点Ｒと点に２との関係において、（ｒ２ｘ−に２
ｘ）／１２ −（ｒ２Ｙ−に２Ｙ）７ｍ２ −　（ｒ２１−に２１）　／ｎ２＝ｔ３−（６３）によ
ってｔ３を定義したとき、 （イ）　　ｔ３≦０ならば第１１図（ｆ）のようになっ
ているため、頂点Ｒ２の座標として、既に求まっている
座標値をそのまま用いる。

（ロ）　ｔ３〉０ならば第１１図（ａ）のようになって
いるため、点に２の座標に２を用いて頂点Ｒ２の座標ｒ
２を、 ｒ２＝　ｋ２　　　　　　　　　・（６４）のように再
定義する。なお、この■の基準は、頂点Ｒ４と点に４と
の関係においても適用される。

Ｕ立 以上の原理のもとで、第１図ないし第４図に示したロボ
ットの制御を行なう際の動作を、第１２図に示した７０
−ヂャートを参照しつつ説明する。

まず、第１２図のステップＳ１では、ティーチングを行
なう。このティーチング操作のうち、面走査を行なう部
分についてのティーチング順序などが第１３図に示され
ている。すなわち、図中、白丸で示した位置がティーチ
ング点であり、記号Ｔを付した数字がティーチング順序
を示している。

また、“”Ｍｏｄ”は、補間モードを示すデータである
。ただし、ここではすべて直線補間を行なうため、各テ
ィーチング点でＭｏｄ−“１”（直線補間、モード）と
されている。また、走査領域Ａを規定する４つの頂点Ｐ
１〜Ｐ４についてのティーチングを行なう際には、“Ｐ
ＬＳ”で示すように、走査領ｔｄＡの頂点である旨を指
示するデータをあわせて入力しておく。

第１２図の次のステップＳ２では、操作ｌ１１０や外部
コンピュータ１１のキーボードなどから、送りピッチΔ
Ｐの値を入力してメモリ（図示せず）中にストアしてお
く。また、実際に走査を行なわせたい領域がワークＷの
一部分のみであるときには、第１３図のａ、ｂ、Δａ、
Δｂの値も入力する。次のステップＳ３では、被走査領
域として領域Ａ’　　（つまり、ワークＷの平面部の一
部分）が指定されたかどうかを判断し、そうであれば、
ステップＳ４に移って、頂点Ｒ１〜Ｒ４に関する位置姿
勢などを求め、それによって被走査領域Ａ′の位置やサ
イズを確定する。ただし、このステップＳ４では、第１
１図を参照して説明したような判断やデータ修正も行な
われる。そして、ステップＳ５では、（１２）、　（１
３）式などに基いて、送り回数Ｎ（ないしは走査回数Ｍ
）を演算して求める。

その後のステップＳ６においては、オペレータがモード
スイッチおよびスタートボタン（ともに図示せず。）を
用いて、再生動作を開始させる。

この再生動作のうち、面走査に関係する部分のみを説明
すると、まず、ステップＳ７において、次の走査線につ
いての走査端点Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊの位置や、これらにおけ
るエンドエフェクタ１００の姿勢を、（１７）〜（２２
）式などに基いて計算する。そして、これらの端点Ｑ１
ｊ、Ｑ２ｊの間について直線補間などの補間演算を行な
う（ステップ８８）。

このようにしてエンドエフェクタ１００が移動すべき位
置や姿勢が定まると、次のステップＳ９においてエンド
エフェクタ１００の位置・姿勢制御を行なってＸ′右方
向の走査を実行するとともに、超音波探傷による探傷デ
ータを取込む。そして、１回の走査が完了すると、ステ
ップＳ１０において、それが最終の走査線であったか否
かが判断される。

最終走査線でないときには、ステップＳ１１において、
辺ＰＰ　　またはＰ２Ｐ４方向への、ΔＰ　またはΔＰ
２だけの送りを行ない、次のステツブＳ１２で走査線を
更新した後にステップＳ７へと戻る。これによって、走
査と送りとが交互に行なわれつつ、超音波探傷が進んで
行く。

そして、送り回数Ｎだけの送りを行なうとステップ８１
０の判断が“ＹＥＳ”となって、被走査１ｉ［Ａ　（ま
たはＡ’　）の面走査が完了する。

このようなルーチンに基くエンドエフェクタ１００の軌
跡を第１４図に太線で示す。このうち、第１４図（ａ）
はワークＷの平面部の全面走査の場合である。また同図
（ｂ）は部分走査の場合である。

第１２図のフローチャートには示さなかったが、部分走
査の場合には、第１４図（ｂ）に示すように、エンドエ
フェクタ１ｂＯが頂点Ｒ１および点に１を経由した後に
被走査領域Ａ′に入るようにする。

走査後も辺Ｐ２Ｐ４に沿って頂点Ｒ４へ移動した後にこ
のワークＷから通過するようにしておく。

Ｌ−１旦１ 以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次
のような変形も可能である。

■　上記実施例では、ワークＷの全体が平面状である場
合である場合を考えたが、第１５図（ａ）に示すように
、ワークＷ自身は平面部５１．５２と曲面部５３とを含
んでおり、そのうちの平面部５１．５２のみを対象にし
てこの発明の面走査を行なうこともできる。なお、曲面
部５３についての面走査方法はこの発明の発明者によっ
て開発されており、別の発明として特許出願されている
。

■　この発明は四角形の被走査領域のみならず、第１５
図（ｂ）、　（ｃ）に示すような五角形や、三角形など
の他の多角形にも′適用可能である。五角形以上の多角
形の場合には、第１５図（ｂ）のように−度に全走査を
行なってもよく、同図（Ｃ）のように複数の四角形に分
割して別個に面走査を行なってもよい。また、同図（ｄ
）に示すような曲線的輪郭を有するワークＷでもよく、
この場合には、被走査領域を内包するような多角形５４
で被走査領域を表現し、その頂点位置をティーチングす
ればよい。

■　上記実施例では、被走査領域を表現する多角形のひ
とつの辺に平行な方向を走査方向としているが、他の方
向を選択することも可能である。

■　ロボットの機構的構成も特に限定するものではない
が、被走査領域が平面であるという関係上、直角座標型
ロボットが最も適している。また、多角形の頂点のデー
タを数値的に入力してもよい。

この発明は、超音波探傷ロボットのみならず、塗装ロボ
ットや溶射ロボットなど、面走査を必要とするすべての
ロボットの＠御に適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、被走査領域を
表現する多角形の各頂点の座標を与えるとともに、送り
ピッチを指定すると、被走査領域の面走査が行なわれる
ことになるため、データ入力が容易であり、かつ被走査
領域の面走査を適切に行なうことができるロボットの走
査制御方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を適用するのに適したロボッ
トの概略斜視図、 第２図および第３図は実施例におけるエンドエフェクタ
の説明図、 第４図は第１図のロボットの電気的構成を示すブロック
図、 第５図ないし第８図は全面走査の説明図、第９図ないし
第１１図は部分走査の説明図、第１２図は実施例の動作
を示すフローチャート、第１３図は実施例にお【プるテ
ィーチングの説明図、 第１４図は実施例によるエンドエフェクタの軌跡を例示
する図、 第１５図はこの発明の詳細な説明図である。 ＲＢ・・・超音波探傷ロボット、 ７・・・超音波探傷装置、　　　　９・・・制御装置、
１００・・・エンドエフェクタ、　Ｗ・・・ワーク、Ａ
、Ａ’・・・被走査領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークの表面に設定された平面的な被走査領域に
   ロボットのエンドエフェクタを対向させた状態で、前記
   エンドエフェクタの走査と送りとを交互に繰返し、それ
   によつて前記エンドエフェクタによる前記被走査領域の
   面走査を行なわせるための走査制御方法であつて、 前記被走査領域を多角形で表現して、前記多角形の各頂
   点の座標を与え、 前記多角形の各頂点の座標と、指定された送りピッチと
   に応じて、各走査の端点の座標を演算して求め、 前記走査端点を順次つないで得られる経路に沿つて前記
   エンドエフェクタの走査と送りとを交互に繰返して、前
   記被走査領域の面走査を行なわせることを特徴とする、
   ロボットの走査制御方法。
2. （２）前記被走査領域を表現する多角形の各頂点の座標
   は、ティーチングによつて与えられる、特許請求の範囲
   第１項記載のロボットの走査制御方法。
3. （３）前記被走査領域はワークの平面部の一部分であり
   、 前記平面部を表現する第１の多角形の各頂点の座標がテ
   ィーチングによって与えられ、 前記被走査領域を表現する第２の多角形の各頂点の座標
   は、 （ａ）前記第１の多角形の各頂点の座標、および、（ｂ
   ）前記第１の多角形に固定された座標系において指定さ
   れる前記被走査領域の位置情報、に基づいて与えられる
   、特許請求の範囲第１項記載のロボットの走査制御方法
   。