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JPH0410567B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0410567B2
JPH0410567B2 JP8328483A JP8328483A JPH0410567B2 JP H0410567 B2 JPH0410567 B2 JP H0410567B2 JP 8328483 A JP8328483 A JP 8328483A JP 8328483 A JP8328483 A JP 8328483A JP H0410567 B2 JPH0410567 B2 JP H0410567B2
Authority
JP
Japan
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robot
rotary table
rotation
point
positioner
Prior art date
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Expired
Application number
JP8328483A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59206708A (ja
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Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP8328483A priority Critical patent/JPS59206708A/ja
Publication of JPS59206708A publication Critical patent/JPS59206708A/ja
Publication of JPH0410567B2 publication Critical patent/JPH0410567B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は独自に回転駆動されるポジシヨナの回
転テーブルと該回転テーブルとは別個の制御系に
よつて駆動制御される教示再生形PTPロボツト
との連動制御方法に関するものである。
一般に工業用ロボツトは複数の自由度を有して
構成されており、この自由度によつて手首先端に
取り付けた溶接トーチ、塗装ガンその他の工具に
任意の位置及び姿勢を与えることが出来るが、一
般には各作業の特殊性により工具等の最適な姿勢
が存在する。
例えば溶接に関しては溶接トーチを下向きにし
て行う作業姿勢が最適で、次に適しているのは水
平方向の隅肉溶接である。そしてこのような工具
等の姿勢はワーク等の作業対象物と溶接トーチ等
の工具との相対的な角度ではなく大地に対する角
度である為、いかにロボツトが理論的には十分な
自由度を持つているとはいつても、作業対象に応
じてあらゆる姿勢をとることは出来ない。
そこで作業対象(以下ワークと称す)をロボツ
トが作業しやすい適切な角度位置に位置決め(ポ
ジシヨニング)するポジシヨナと呼ばれるロボツ
ト周辺装置が必要になる。
このようなポジシヨナの一般的な使い方は、ポ
ジシヨナの回転テーブル上にワークを固定し、こ
の回転テーブルを回転させてワークの位置決めを
行い、次にロボツトがワークに対して溶接等の作
業を行い、ロボツトの姿勢制御に都合の良いある
部分の溶接等の作業が完了すると、その時点で一
度ロボツトが退避し、その後再びポジシヨナがワ
ークを他の角度に位置決めし、再度ロボツトによ
る溶接等の作業を行うという動作を繰り返すもの
である。
例えば第1図に示す箱型のワーク1の底辺を隅
肉溶接2する場合、ロボツトとしてはワーク1の
上部から水平方向の溶接線に沿つて溶接を行うの
が最も自然である為、第1図aに示すようにまず
ワーク1を縦方向に保持した状態で水平方向の溶
接線2に沿つて隅肉溶接を行い、続いてワーク1
を90度回転させて第1図b示すように横方向に保
持し、前記溶接線2に直角な方向の溶接線3に沿
つて溶接を行うのが一般的である。
このようなワーク1の回転及びその姿勢に於け
る保持を行うのがポジシヨナである。
上記のように作業軌跡(第1図の場合溶接線
2,3)が直線の結合より成り立つている場合に
は、上記のようなポジシヨナによる位置決めの繰
り返しがかなり有効であるが、ワークが例えば第
2図に示すシルクハツト型のような円筒状等のワ
ーク4のように溶接線等の作業軌跡が曲線状の場
合、ワークの位置決め(ポジシヨニング)数が少
ないと、補間計算による滑らかな姿勢制御が出来
ず、逆にポジシヨニング数が多いとビード継ぎ部
が増し、溶接欠陥の原因に成り易い等の問題があ
る為、ポジシヨナ5の回転テーブル8を第2図に
矢印Aで示す方向に回転させながらロボツト7を
略固定した状態で溶接を連続的に行いうるように
なす制御方向が望まれていた。
このような連続制御は作業軌跡に沿つて多数の
点を教示するCP制御形ロボツトについては比較
的簡単で、例えば特願昭57−3174号公報に記載さ
れたような方法があるが、作業軌跡上の代表的な
点のみを教示し、その中間点を補間計算によつて
うるPTP制御形ロボツトでは、簡易連動と呼ば
れる手法がある程度である。
この簡易連動制御は、簡単に言えばポジシヨナ
を設定速度で低速運転し、一方ロボツト側は固定
した状態でアークを発生させる方法であり、これ
を第3図に示す円筒体4の隅肉溶接を行う場合に
適用して説明すると、ワーク4の溶接にはまずポ
ジシヨナの回転テーブルの回転軸をワークの中心
と一致させ、溶接線9までの距離(半径)rを求
める。ここで溶接線9を周速vで溶接したい場
合、回転テーブルの回転数NをN(rpm)=v/
(2π×r)によつて求め:ポジシヨナに回転数N
を入力する方法で行われている。
しかしながらこの簡易連動では、上記したよう
に溶接線が完全な円弧状であること、及びワーク
の中心軸をポジシヨナの回転軸芯に一致させるよ
うにセツトすることが条件であり、溶接が任意曲
線であつたり、また円弧と直線との組合せであつ
たり、更にポジシヨナの回転軸とワークの中心線
とを一致させることが困難な対象物の場合には用
いることが出来ない。
このような事情は上記した溶接用ロボツトと被
溶接物を保持するポジシヨナとの関係のみでな
く、塗装ロボツト、バリ取りロボツト、その他の
マニプレータと、これらのロボツトやマニプレー
タが作業しやすい状態に作業対象物を保持する為
の回転テーブルとの間に等しく生じる問題であ
る。
本発明は上記したような事情に鑑み回転テーブ
ルの軸芯とワークの軸芯とが偏心している場合に
も、またロボツトの作業軌跡が任意の曲線や曲線
と直線との結合である場合にも等しく適用するこ
との出来る回転半径、即ち回転テーブルの中心か
ら作業位置までの距離(半径)を自動的に検出し
てロボツトとポジシヨナとを連動させることので
きる制御方法を提供することを目的とし、その要
旨とする処は教示再生形PTPロボツトと該ロボ
ツトに組み合わせられるポジシヨナの連動制御方
法において、前記ポジシヨナの回転テーブルの回
転軸芯と同じ方向の法線ベクトルを、上記回転軸
芯上の任意の2つの中心点を上記ロボツトに教示
若しくは数値入力されたデータ、又は上記ロボツ
トの座標系における上記回転テーブル上の任意の
教示点のデータと該回転テーブルを回転させた際
の上記任意の教示点に対応する点の位置変化後の
複数の教示点データとに基づいて演算することに
より決定する工程と、回転テーブル側に固定され
た任意の測定点の位置座標をロボツトに教示する
工程と、上記回転軸芯上の任意の中心点と上記測
定点の各位置座標により測定点と中心点間の方向
ベクトルを演算する工程と、上記法線ベクトルと
方向ベクトルとの外積の絶対値を法線ベクトルの
絶対値で除する工程とを有する回転半径検出工程
と、前記ロボツトに備えられた工具の先端の前記
回転テーブルの回転軸芯に対する移動角度と、上
記回転テーブルの回転軸の回転角度とを求める工
程とを具備し、前記回転半径検出工程にて検出さ
れた回転半径、前記工具先端の回転軸芯に対する
移動角度、前記回転軸の回転角度及び適宜データ
入力される連動運転時の上記工具先端の前記回転
テーブル上での設定移動速度から前記ロボツトの
制御移動速度及び上記回転テーブルの回転速度を
決定する点に存在する。
続いて第4図以下の添付図面を参照して本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解
に供する。ここに第4図は本発明の連動制御方法
を適用することの出来る回転型ポジシヨナと溶接
用ロボツトとの配置状態の一例を示す斜視図、第
5図は本発明に係る制御方法での回転半径検出の
作業手順を示すフローチヤートであり、これらの
図を用いて本発明に係る制御方法の概略をまず説
明する。
第4図を用いてポジシヨナの一例をまず説明す
る。
第4図において、ポジシヨナPSはベース10
上に垂直に設けた支持フレーム10a及び10b
によつて「コ」の字状の支持枠13を水平方向の
水平軸αを中心として回動自在に支承し、支持枠
13はその中央部に前記水平軸αに対して直角の
回転軸βを中心に旋回可能の回転テーブル14を
保持している。11は支持枠13の駆動源で、回
転テーブル14の駆動源は回転テーブル14の裏
面に存在し図には示されていない。
又第4図にはロボツトの一例として溶接用ロボ
ツト7が示され、この溶接用ロボツト7の水平ア
ーム7aの先端には、溶接トーチTが取り付けら
れている。
従つて回転テーブル14上に取り付けられるワ
ークは、水平軸α周りの旋回と、回転軸β周りの
旋回の2つの自由度により、その回転位置と方向
が制御される。
次に上記のようなロボツト7を用いてポジシヨ
ナPSの回転テーブル14上の任意の点の位置か
ら回転軸βまでの距離、即ち該任意の位置の回転
半径を求める手法につき前記第5図に示したフロ
ーチヤート及び第6図に示したブロツク図を用い
て説明する。
この方法はまず第5図に示すように回転テーブ
ル14の回転軸β上の法線ベクトルを決定する工
程(ステツプa)に始まる。この法線ベクトルを
決定する手法には後述の如く (1) データ入力方法 (2) 治具を用いる方法 (3) 回転テーブルとの連動方法 の3つの方法が考えられるが、夫々については後
に詳しく説明する。
ステツプaにおいて回転テーブル14の法線ベ
クトルが決定されると、回転テーブル14上にワ
ークをセツトし、このワーク上の任意の測定点
(例えば溶接線上の一点)の位置座標をロボツト
7に教示する(ステツプb)。
ロボツト7は第6図に示すようにマイクロコン
ピユータ15によつて制御され、マイクロコンピ
ユータ15は、オペレータによつて操作される操
作盤16からの位置指令信号を入力し、DA変換
器17及びアンプ18を介して上記位置指令信号
をロボツト7を駆動するモータMに送出する。
マイクロコンピユータ15は、上記第5図、第
10図等に示したフローチヤートに従つたプログ
ラムを格納した図示せぬリードオンリーメモリ
ROMと、種々のデータを一時的に記憶する記憶
装置RAMと、上記プログラムの内容を実行する
中央処理装置CPU(不図示)と、更に図示せぬ入
出力インターフエース回路等を有して構成されて
いる。
モータMは上記位置指令信号を受けて所定の方
向に回転し、溶接トーチT等を先端に有するアー
ムを駆動する。
こうして駆動されたアームの位置は、アームの
関節部等に取り付けたロータリーエンコーダーや
レゾルバ、ポテンシヨメータ等よりなる位置検出
器19により検出され、マイクロコンピユータ1
5にアームの位置情報が帰還されることにより、
自動的に位置決め制御される。
この方法に用いるロボツト7は、PTP制御形
のロボツトで上記のようにしてアームを駆動して
その先端の溶接トーチTを作業軌跡に沿つて移動
させ、その作業軌跡上の代表的な点の位置に来た
時にアームを停止させ、その位置におけるアーム
の位置情報を前記位置検出器19によつて検出し
てマイクロコンピユータ15に取込み記憶装置
RAM内に順次格納するもので、ロボツトを再生
させる時、前記記憶装置RAM内に格納された位
置座標をその都度取り出して各測定点間を複数の
点に分割補間し、この補間されたデータに基づい
てロボツト7を連続的に駆動する。
従つて上記のようにステツプa及びbによつて
ロボツト7に固有の座標系に於ける回転テーブル
14の法線ベクトルの位置座標と、ワーク上の任
意の測定点の位置座標とが記憶装置RAM内に格
納される。
こうして得られた法線ベクトルと測定点の位置
座標に基づきマイクロコンピユータ15は上記法
線ベクトル上の任意の点(以下中心点と称す)と
上記測定点とを結ぶ直線上のベクトル(以下方向
ベクトルと称す)を決定する(ステツプc)。
続いてマイクロコンピユータは上記法線ベクト
ルと方向ベクトルとの外積を演算し(ステツプ
d)、更に上記法線ベクトルと方向ベクトルとの
外積の絶対値を法線ベクトルの絶対値で除するこ
とにより(ステツプe)、回転テーブル14の回
転軸βから測定点までの距離、即ち回転テーブル
14を回転軸βの周りに回転させた時のワーク上
の測定点の回転半径を得ると共に、この回転半径
に関するデータを前記記憶装置RAMに格納す
る。
実際の教示操作にあたつてはステツプaに示し
た回転テーブルの法線ベクトルを決定する手順は
最初に一回行えば良く、後は多数の測定点につい
て順次ステツプbからeの手順を繰り返し、各測
定点についての回転半径を前記記憶装置RAMに
順次記憶し、再生操作にあたつてはこれらの各回
転半径を順次取り出して補間計算を行い、測定点
の間の点の半径を得ることによりロボツトアーム
を作業軌跡に沿つて連続的に移動させるものであ
る。
続いて第5図に示したaからeまでの手順につ
いて更に詳しく説明する。
回転テーブルの法線ベクトルを決定する手段と
して前記したように3つの方法があるがこれをま
ず説明する。
「データ入力方法」 これは第7図に示すように回転テーブル14の
水平軸αをある一定角度に固定した状態における
回転軸β上の中心点A及びBのロボツト側の座標
系に於ける位置座標(Xa,Ya,Za)及び(Xb
Yb,Zb)を一般に使用しているスケール等を用
いて測定し、その値をロボツト側の操作盤16か
らテンキー等を用いて記憶装置RAMに入力して
やる方法である。
このような法線ベクトルABの座標データをロ
ボツト7へ直接導入して行う教示方法は、ロボツ
ト7とポジシヨナPSとの位置関係が固定されて
いる場合には設計上このような法線ベクトルが一
個だけ定まり、リードオンリーメモリROM等に
当初より格納しておける為都合が良いが、一般の
ロボツトに置いてはポジシヨナPSとロボツト7
との位置関係は固定されておらず、汎用性のある
ロボツトの据付位置を移動させたり、逆にポジシ
ヨナPSを作業終了と共に移動させたりする場合
が多い為、その都度スケール等によつて法線ベク
トルABの位置座標を検出するのは手間がかか
り、且つ精度が期待出来ない為不利を免れない。
「治具を用いる方法」 この方法は第4図に示したポジシヨナPSの回
転テーブル14の軸芯、即ち回転軸βの軸芯上に
第8図に示す如く治具20を差し込む為の挿入孔
21を穿設しておき、この挿入孔21に治具20
を差し込んで治具20の中心軸上に刻設された中
心線のマーク22の位置(第8図b参照)をロボ
ツト7に教示するものである。即ち治具20は回
転軸βと同軸に穿設された挿入孔21に差し込ま
れる為、その中心に刻設された中心線マーク22
は回転軸βと一致し、回転テーブル14を回転さ
せても中心線マーク22は常に回転軸β上に存在
するものであり、教示にあたつてはロボツト7の
アームを誘導してトーチTの先端(アーク発生
点)を前記中心線マーク22上の任意の位置(中
心点)AとBに誘導し、各中心点A及びBの位置
に於けるロボツトの位置座標A(Xa,Ya,Za)、
B(Xb,Yb,Zb)を記憶装置RAMに記憶させる。
「回転テーブルとの連動方法」 この方法においても前記2つの方法と同様に第
10図に示すようにポジシヨナPSの水平軸αを
ある一定の角度に保持し(ステツプf)、次の作
業を行う。
まず第9図に示すように回転テーブル14上の
任意の教示点M1にトーチTの先端を一致させる
ようにロボツト7をリモートコントロール用の操
作盤16を用いてインチング操作により誘導し、
トーチTの先端が教示点M1に一致した時点で記
憶用のボタンを押して教示点M1の位置座標
(X1,Y1,Z1)をロボツト側の制御回路内の記憶
装置RAMに記憶させる(ステツプg)。この時
記憶される位置の座標系はロボツト7を基準とし
たロボツト7側に固有の座標系における位置座標
で、例えばロボツト7の所定の原点位置を原点と
するX,Y,Z直交座標系である。こうして得ら
れた教示点M1を第1の教示点と呼ぶ。
次にポジシヨナPSの制御系に回転指令信号を
与えて回転軸βを適当な量(θ1)だけ回転させ
(ステツプh)、回転軸βを中心として第1の教示
点M1をM2の位置に移動させ、ロボツトを移動、
誘導させて教示点M2の位置座標(X2,Y2,Z2
を記憶装置RAMに記憶させる。
上記ポジシヨナの回転角度θ1はポジシヨナPS
側の回転軸βに取り付けられたエンコーダ、レゾ
ルバ等の位置検出器23によつて読み取られ(第
6図参照)、マイクロコンピユータ15に送られ
て記憶装置RAM内に格納される(ステツプi)。
更にポジシヨナPS側に回転信号を与えて再度
回転テーブル14を回転させ、その回転によつて
点M2が移動した位置である点M3の位置座標
(X3,Y3,Z3)をロボツト7を誘導させることに
より記憶装置RAMに記憶する(ステツプj)。
続いて教示点M1及びM2から距離12を求
める(ステツプk)。
12=√(212+(2
−Y12+(Z2−Z12 …(1) ここで第9図に明らかの如く(ステツプl) Rsinθ1/2=M1,M2/2 …(2) が成り立つ。
上記(1)及び(2)式で12及びθ1は求まつてい
るので測定点M1のβ軸を中心とする半径Rは R=M1M2/2/sinθ1/2 …(3) で求まる。
次にM1〜M3は回転軸βとの距離が全てRであ
るので (X1−Xa)2+(Y1−Ya)2+(Z1−Za)2=R2 (X2−Xa)2+(Y2−Ya)2+(Z2−Za)2=R2 (X3−Xa)2+(Y3−Ya)2+(Z3−Za)2=R2
…(4) が成り立つ。
この(4)式中の3つの変数Xa,Ya,Zaは式(4)を
連立させることにより求まる。但し計算方法は省
略する。ここに(Xa,Ya,Za)は回転軸β上に
あつて而も点M1,M2,M3の存在する平面上に
存在する中心点Aのロボツト側に固有の座標系に
於ける位置座標である。
又上記測定点M1,M2,M3によつて構成され
た2つのベクトルM2M1―→、M2M3―→(ステツプm)、
の外積をベクトルM2P―→とするとベクトルM2Pは
教示点M1〜M3の3点の含まれる面Nに直角であ
るので、回転軸βを表すベクトルと平行なベクト
ルとなる。そこで点Aを基点としてベクトル
M2Pと同じ成分を持つベクトルをABとすると
(ステツプn)、これは回転軸βに一致する回転テ
ーブル14の回転中心上に存在する法線ベクトル
を表す。即ち AB=M2P=M2M1×M2M3 ={(Y1−Y2)(Z3−Z2)−(Z1−Z2)(Y3−Y2), (Z1−Z2)(X3−X2)−(X1−X2)(Z3−Z2), (X1−X2)(Y3−Y2)−(Y1−Y2)(X3−X2) …(5) こうして回転テーブル14の法線ベクトルAB―→
が得られる。
但し上記した3個の法線ベクトルを演算する手
順においては、このような法線の位置記憶は一般
の作業軌跡の教示とは区別されなければならない
為、制御装置の法線の位置を記憶するモードに切
り換えた状態で行い、記憶装置RAM内に於ける
記憶領域も一般の教示軌跡上の記憶とは別個の領
域を確保する。
以上述べた(1)データ入力方法、(2)治具を用いる
方法、(3)回転テーブルとの連動方法、の何れかの
方法によつて法線ベクトルAB―→が得られると続い
て第5図に示したステツプb以下の手順に移る。
即ち、回転テーブル14上に前記の如くワーク
を乗せて溶接線等の作業軌跡の教示を行う。第1
1図にワークの平面図を示す。このワーク24は
第2図に示したと同様のシルクハツト型のワーク
で、その円周部に隅肉溶接を行う場合について説
明する。
まず第5図のステツプbに示したように溶接線
上の任意の測定点Cのロボツト側の座標系に於け
る位置座標を、その点にロボツトの溶接トーチ先
端を誘導して教示する。尚ワーク24の中心Oが
前記手法で求めた回転軸β上の法線ベクトルAB―→
から偏心している場合について説明する。ここに
第8図cに示すように法線ベクトルAB―→と、中心
点Aと測定点Cとを結ぶベクトルAC―→との外積の
絶対値は両ベクトルを二辺とする平行四辺形の面
積である。この両ベクトルの外積を法線ベクトル
AB―→の絶対値即ち辺ABの長さで割ると高さR、
即ち法線ベクトルAB―→と測定点Cとの距離が求め
られる。これは任意の法線ベクトルAB―→について
成り立つ(ステツプc〜e)。
上記の手法はマイクロコンピユータ15内に於
いて次のように計算処理される。
法線ベクトルAB―→が前記の手順によつて得られ
ている為、その座標(Xa,Ya,Za)、(Xb,Yb
Zb)は既に知られており、更に上記測定点Cの座
標(Xc,Yc,Zc)が知られているのでこれらの
座標より AB―→=(XB−XA,YB−YA,ZB−ZA) AC―→=(XC−XA,YC−YA,ZC−ZA) …(6) こうして得られた法線ベクトルAB―→と方向ベク
トルAC―→との外積は AB―→×AC―→={(YB−YA)(ZC−ZA
−(ZB−ZA)(YC−YA), (ZB−ZA)(XC−XA)−(XB−XA)(ZC−ZA) (XB−XA)(YC−YA)−(YB−YA)(XC−XA)} …(7) でありその絶対値は |AB―→×AC―→|=√{(YB−YA)(ZC
−ZA)−(ZB−ZA)(YC−YA)}2 |AB―→×AC―→|=√{(YB−YA)(ZC
−ZA)−(ZB−ZA)(YC−YA)}2 √+{(ZB−ZA)(XC−XA)−(XB−XA)(ZC−ZA)}
2 |AB―→×AC―→|=√{(YB−YA)(ZC
−ZA)−(ZB−ZA)(YC−YA)}2 √+{(ZB−ZA)(XC−XA)−(XB−XA)(ZC−ZA)}
2 +{(XB−XA)(YC−YA)−(YB−YA)(XC−XA)}2
…(8) で表される。また法線ベクトルABの絶対値は |AB―→|=√(BA2+(B
A2+(BA2…(9) となり上記両絶対値より回転軸βから測定点Cま
での距離rcは rc=|AB/―→×AC/―→|/|AB| …(10) が求められる。
以上述べたようにしてロボツトとは別個に駆動
される任意の位置に設けたポジシヨナPSの回転
テーブル14上で回転するワーク上の任意の測定
点と、ワークの回転軸(即ち回転テーブルの回転
軸β)との間の距離、即ち回転半径が求められ、
しかもこの回転半径はワークの中心Oが回転軸β
から偏心している場合であつてもロボツト側の独
自の座標系内の回転半径として問題無く求ること
が出来る。
上記のようにして求めた回転するワーク上の任
意の点の回転半径はワークを回転させつつ行う
種々の作業に用いることが出来る。
続いてワークを支持する回転テーブル14と任
意の溶接線に沿つて作業を行う溶接用ロボツトと
による自動溶接方法について説明する。
第12図に第11図に示したワークと同様のワ
ーク24について円周隅肉溶接を行う場合につい
ての作動原理を示す。この場合前記したようなの
回転半径検出方法を実施することによつて、既に
測定点Cの回転半径rcが求められているものとす
る。
続いてポジシヨナPSの回転テーブル14をθ〓
分回転軸βの周りに回転させ、測定点Cをθ〓分移
動させた後の点Cの位置を点C′とする。このポジ
シヨナPSの回転量θ〓はロボツト7側のマイクロ
コンピユータ15に伝えられ、その記憶装置
RAM内に記憶される。又オペレータはロボツト
7をPTP制御によつて駆動し、その手首部に取
り付けた溶接トーチTの先端を点Cから溶接線に
沿つて適当量移動させて別の測定点Dの位置座標
を教示し、記憶装置RAMに格納する。
こうして得られた2番目の測定点Dから回転軸
βまでの距離rdは前記と同様に rd=|AB×AD|/|AB| …(11) で求めることが出来る。
次に角度C′AD=θr即ちロボツト7を測定点
C′から測定点Dに移動する前のベクトルAC―→′と、
移動後のベクトルAD―→のなす角度θrを求める。
このθrは sinθr=|AC′×AD|/|AC′|×|AD| …(12) で求めることが出来る。
これは回転軸βの周りにロボツト先端点がどの
程度の角度回転したかを表している。
次にこうして求めたθrとポジシヨナPS側の回
転角度θ〓を加算してポジシヨナ回転後の方向ベク
トルAC―→′と方向ベクトルAD―→とのなす角度θをθ
=θr+θ〓で求める。
尚θrとθ〓との加算の符号(+,−)はθrの方向に
よる。第12図に示したように測定点Dが測定点
C′を中心として測定点Cとは反対側に存在する場
合のθrはプラス側に、又測定点Dを測定点C側に
求めた場合にはθrの符号をマイナスとする。
以上の手順によつて求めたrcとrdを2辺とし、
その挟角をθとする三角形を作りθの対辺の長さ
を求める。この計算は簡単であるから省略する。
θが小さな角度の場合、この対辺の長さは円弧
CDの距離と概略等しくなる為、この対辺の長さ
をロボツトの溶接トーチTの先端とワーク24と
の相対移動距離と見なしても良い。この対辺の長
さをLとする。
こうして求めた測定点D及びCの回転半径、即
ち回転軸βからの距離が分り、而もその間の距離
Lが分かれば、後はワーク24を回転軸βの周り
に回転させつつ溶接トーチTを固定した状態で又
は、半径方向にのみ移動させつつ円弧CDについ
ての溶接を行うことが出来るのであるが、実際の
かかる再生作業においてはPTP制御方式のロボ
ツトの場合、測定点DとCとの間をロボツトの制
御周期に見合つた小区間に補間計算によつて分割
し、各分割点の位置座標を目標位置座標として順
次ロボツトを移動させる。従つて以後の制御手順
ではまずロボツトの設定移動速度vとロボツトの
制御周期Δtから補間計算による分割数nを求め
る。
ここに n=L/V・Δt …(13) によつて分割数nが求められる。
こうして求めた分割数nによつて前記角度θを
割ることにより一分割区分に相当する回転テーブ
ルの回転角度Δθ=θ÷nが得られ、Δt秒ごとに
Δθだけ回転軸βの周りに回転テーブル14を回
転させて、ポジシヨナPSの位置決めを順次行い、
又ロボツト側は回転半径rdとrcとの間の2点間の
距離を分割数nによつて分割補間し、半径方向へ
の直線的な移動のみを行つてDC間の連続的な溶
接作業を行う。
上記説明では円弧DCの距離を角度θの対辺の
直線距離Lによつて置き換えたが、これはrcとrd
との平均径rnを求め、このrnを用いて移動距離
L′を L′=2πrn×(θ/360゜) …(14) によつて求め、これを(13)式によつて求めた分
割数nによつて分割するる如く成しても良い。
又本発明に於ける制御方法は、ワークの中心O
と回転テーブル側の中心及び回転軸βとがずれて
いても適用しうるものであるから、任意の作業軌
跡に沿つた教示再生動作に適用することが可能で
ある。
例えば第13図に示したような直線部分と曲線
部分とが連続的に組み合わされたような形状を有
するワークの場合には、まず直線部分上の点Eと
Fとの各位置座標を教示する。この時ポジシヨナ
PSは回転させる必要がないのでθ〓=0である。
従つてこの部分の補間計算は公知のロボツトの直
線補間と結果的に一致する。
続いて円弧部分の点Gを教示するが、ここでは
回転軸βが回転する。図では曲線部分の中心Oが
回転テーブルの回転軸βと一致しているのでロボ
ツト側の溶接トーチ先端を角度θrだけ移動させる
必要はないが、もし偏心している場合には、第1
2図に示したように溶接トーチ先端を点C′から点
Dまで移動させるロボツトの移動を伴うことによ
り対応することが出来る。
こうしてFG間の教示が終了すると続いて円弧
部分上の点H,I,J,Kについても回転軸βを
回転させながら教示し、それぞれの点についての
回転半径を得ると共に、ロボツトの制御周期に見
合つた分割補間及びそれに対応する回転テーブル
の回転数を計算し記憶して再生動作に備える。
本発明はこのように直線部分と曲線部分の連結
されたワークに於いて特に効果を発揮する。但し
曲線部分についてはある程度細かく区切つて教示
しないと軌跡誤差が生じる。
又ロボツト7がアークセンシング機能(アーク
倣い機能)を有するものであれば、多少教示の区
切りが荒くても倣い機能によつて補うことが可能
である。
上記した方法では水平軸αが全て固定(停止)
している場合のみ示したが、この水平軸αを回転
させた場合、新に法線ベクトルの教示及び回転半
径の検出を行わなければならない。この点下記の
ような手法を用いれば水平軸αをある角度分回転
させた状態に於ける回転軸β上の法線ベクトルを
演算することが出来る。
即ちポジシヨナPSに於ける水平軸α及び回転
軸βにはそれぞれ回転角に対応する位置検出器が
取り付けられているので、水平軸αの角度はそれ
によつて検出できこれをθ〓とする。又あるθ〓の時
の回転テーブル14の回転軸β上の中心点A,B
を前記したような手法に基づいてロボツトを誘導
し、又はデータ入力により教示する。
更に前記水平軸α上に於ける2点P,Qの位置
座標をもロボツトの誘導又はデータ入力により記
憶する。
以上の操作によつて求められた角度θ〓,ベクト
ルAB―→,PQ―→を用いて仮に水平軸αを回転させて
θ〓′とした場合のベクトルA′C′―→、即ち新しい法

ベクトルの求め方について説明する。第14図に
示すように新しい法線ベクトルA′B′―→はベクトル
AB―→を水平軸α、即ちベクトルPQ―→の周りに、即
ちθ〓′の周りに(θ〓′−θ〓)だけ回転させればよ
く、
これは通常のベクトル計算によつて容易に求める
ことが出来るのでその計算式は省略する。
この方法を用いれば上記のような2軸形のポジ
シヨナの場合でもポジシヨナとロボツトを据付た
後、一度教示又はデータ入力によつてベクトル
AB―→及びPQ―→を教示又はデータ入力しておけば、
以後あらゆるθ〓に対する法線ベクトルAB―→が簡単
に求まるのでその都度法線ベクトルAB―→を教示し
たりデータ入力する手間が省ける。
又ポジシヨナとロボツトとの相対位置が固定さ
れている(例えば両者が一つの基盤上に固定され
ているような場合)形式のロボツトでは、ロボツ
ト及びポジシヨナを組み立てた時点で上記ベクト
ルAB―→及びPQを教示又はデータ入力し、この値
をロボツト側のマイクロコンピユータに内蔵した
リードオンリーメモリROM等に記憶させておけ
ば、その後は法線ベクトルAB―→の教示やデータ入
力を一切行わずに、単に水平軸αの回転角度θ〓を
入力するのみで任意の回転半径を求める為の法線
ベクトルの決定が自動的に得られることになる。
本発明は以上述べたように、教示再生形PTP
ロボツトと該ロボツトに組み合わせられるポジシ
ヨナの連動制御方法において、前記ポジシヨナの
回転テーブル14の回転軸芯と同じ方向の法線ベ
クトルを、上記回転軸芯上の任意の2つの中心点
を上記ロボツトに教示若しくは数値入力されたデ
ータ、又は上記ロボツトの座標系における上記回
転テーブル上の任意の教示点のデータと該回転テ
ーブルを回転させた際の上記任意の教示点に対応
する点の位置変化後の教示点データとに基づいて
演算することにより決定する工程と、回転テーブ
ル側に固定された任意の測定点の位置座標をロボ
ツトに教示する工程と、上記回転軸芯上の任意の
中心点と上記測定点の各位置座標により測定点と
中心点間の方向ベクトルを演算する工程と、上記
法線ベクトルと方向ベクトルとの外積の絶対値を
法線ベクトルの絶対値で除する工程とを有する回
転半径検出工程と、前記ロボツトに備えられた工
具の先端の前記回転テーブルの回転軸芯に対する
移動角度と、上記回転テーブルの回転軸の回転角
度とを求める工程とを具備し、前記回転半径検出
工程にて検出された回転半径、前記工具先端の回
転軸芯に対する移動角度、前記回転軸の回転角度
及び適宜データ入力される連動運転時の上記工具
先端の前記回転テーブル上での設定移動速度から
前記ロボツトの制御移動速度及び上記回転テーブ
ルの回転速度を決定するロボツトとポジシヨナの
連動制御方法であるから、ロボツトとは別個に駆
動される回転テーブル上に取り付けたワーク等に
於ける任意の位置と回転テーブルの回転軸との間
の距離、即ち回転半径をロボツト側の座標系に於
ける値として簡単に読み取つてロボツトとポジシ
ヨナとを連動させることが出来る。而もワークの
中心が回転テーブルの回転軸に対してずれている
場合でも何等差し障り無く上記回転半径を求める
ことが出来る為、ワーク上の任意形状の軌跡をロ
ボツトに簡便に教示することが出来、極めて便利
で且つ適用範囲の広い連動制御方法である。特に
当該方法は、例えば汎用性の高い多軸型ポジシヨ
ナと、これを用いる溶接用ロボツトとを連動させ
て任意形状の溶接線に沿つて溶接を行うような場
合に適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図a及びbは直線上の溶接軌跡を有するワ
ークを示す斜視図、第2図は一般的な溶接ロボツ
トの円筒状ワークに対する溶接作業状態を示す斜
視図、第3図は上記円筒状ワークの平面図、第4
図は本発明を適用しうるポジシヨナと溶接用ロボ
ツトとの配置関係を示す斜視図、第5図は本発明
の一実施例である連動制御方法での回転半径検出
の作業手順の全体的流れを示すフローチヤート、
第6図は同制御方法に用いることの出来るマイク
ロコンピユータ、ロボツト及びポジシヨナの相互
の信号授受関係を示すブロツク図、第7図は前記
ポジシヨナと溶接用ロボツトとの位置関係を示す
斜視図、第8図a及びbは回転テーブルに装着す
る治具を示すもので、同図aは治具を回転テーブ
ルに差し込んだ状態を示す側面図で、同図bは上
記治具の部分的平面図、同図cは法線ベクトルと
方向ベクトルとの外積の絶対値と回転半径との関
係を示す概念図、第9図aはポジシヨナとの連動
関係によつて回転テーブルの法線ベクトルを教示
する手法を示す概念図、同図bは同手法に於ける
ベクトルの関係を示す斜視図、第10図はポジシ
ヨナとの連動方式による法線ベクトルを演算する
手順を示すフローチヤート、第11図は溶接線の
教示を行う場合の円筒状ワークの平面図、第12
図は本発明を曲線軌跡の連続溶接方法に用いた場
合の溶接軌跡の算出原理を示すワークの平面図、
第13図は本発明を適用することの出来る直線部
分と曲線部分を組み合わせた溶接軌跡に於ける軌
跡算出方法を示すワークの平面図、第14図は2
軸型ポジシヨナに於ける水平軸を回転した場合の
回転軸方向のベクトルを算出する手順を示す斜視
図である。 (符号の説明) β…回転軸、14…回転テー
ブル、C,D,D′…測定点、7…ロボツト、AB―→
…法線ベクトル、A,B…中心点、AC―→…方向ベ
クトル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 教示再生形PTPロボツトと該ロボツトに組
    み合わせられるポジシヨナの連動制御方法におい
    て、 前記ポジシヨナの回転テーブルの軸芯と同じ方
    向の法線ベクトルを、上記回転軸芯上の任意の2
    つの中心点を上記ロボツトに教示若しくは数値入
    力されたデータ、又は上記ロボツトの座標系にお
    ける上記回転テーブル上の任意の教示点のデータ
    と該回転テーブルを回転させた際の上記任意の教
    示点に対応する点の位置変化後の複数の教示点デ
    ータとに基づいて演算することにより決定する工
    程と、回転テーブル側に固定された任意の測定点
    の位置座標をロボツトに教示する工程と、上記回
    転軸芯上の任意の中心点と上記測定点の各位置座
    標により測定点と中心点間の方向ベクトルを演算
    する工程と、上記法線ベクトルと方向ベクトルと
    の外積の絶対値を法線ベクトルの絶対値で除する
    工程とを有する回転半径検出工程と、 前記ロボツトに備えられた工具の先端の前記回
    転テーブルの回転軸芯に対する移動角度と、上記
    回転テーブルの回転軸の回転角度とを求める工程
    と、 を具備し、 前記回転半径検出工程にて検出された回転半
    径、前記工具先端の回転軸芯に対する移動角度、
    前記回転軸の回転角度及び適宜データ入力される
    連動運転時の上記工具先端の前記回転テーブル上
    での設定移動速度から前記ロボツトの制御移動速
    度及び上記回転テーブルの回転速度を決定するロ
    ボツトとポジシヨナの連動制御方法。
JP8328483A 1983-05-11 1983-05-11 ロボットとポジショナの連動制御方法 Granted JPS59206708A (ja)

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JP3671694B2 (ja) * 1998-09-18 2005-07-13 株式会社デンソー ロボットのティーチング方法およびその装置
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