JPS6132113A - ロボツト制御方式 - 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〉 本発明はサーボモータ、サーボ弁等によって駆動され、
コントローラの指示通り動作する複数の可動軸を有する
動作汎用性の高いロボットに関し、特に省力化２作業の
合理化等に威力を発揮するかかるロボットを応用するだ
めの制御方式に関する。

〈従来の技術〉 従来のロボットにおいては、制御方式の面でまだ多くの
問題点をかかえておシ、この動作汎用性の高いロボット
機構の性能を充分に生かしているとは言い難い。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明はかくの如き現状を改革する制御方式を提供する
ものである。

本発明の目的は、ロボットを応用するに当り、周辺装置
の簡略化をはかり、ロボットシステムとしてのコストの
低廉化をはかる事でちる。

、７本発明の他の目的は、ロボットシステムにおける教
示作業を簡単にする事である。

本発明の更に他の目的は教示点を減少させる事である。

組立ロボット等のように、高い位置決め精度を必要とロ
ボットにおいては、動作位置の教示作業は非常に困難で
、時間を要するものである。

一方、被組立部材においては、例えばプリント回路基盤
の様に、その部材の中だけに限っては、数多くの作業点
は非常に高精度にできておシ、教示作業によってではな
く、数値指令の方が適自と思われるものがある。しかし
ながら、ロボットの据え付は基準に対するロボットアー
ムの原点位置を、ロボット間における機差がない様に全
て必要な位置決め精度内に合せ込む事は至難である。

また、ロボットを応用するロボットシステムのテーブル
をはじめ、゛パレット等の給除材機器、被組立部材であ
る基板部材等のロボットの周辺に配置される部材の設置
位置も、ロボットアームと相対的に、必要な位置決め精
度内に全て合せ込む事も至難である。

まだ、概略位置決めされているワークを高精度にハンド
リングするためには、現在の技術ではテレビカメラ等に
よって、ワークの位置を高精度に読みとって、ロボット
に動作させる方法をとっているが、非常にコストが高く
なる欠点を有している。

以上の如く、高精度の組立、ワークのハンドリングを行
なうための教示方法２位置検出方法には多くの課題があ
る。

〈発明の構成〉 そこで本発明においては、プリント回路基板の様に高精
度に出来ている部材内部の座標と、そこに組立てるべき
ワークの方向は、せれぞれ、プリント回路基板の局所直
交座標系における座標と、前記座標系の基準軸に対して
ワークを組付ける際に必要なグリップの方向とを数値入
力するか、または、オフライン教示等の方法によって、
あらかじめ用意しておく。

く作　用〉 その後、回路基板座標系の基準点を簡単々ハードウェア
によって自動的に検出する様にして、ロボットの動作す
べき座標と、ハンドの方向のデータを自動的に作成しよ
うとするものである。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例によって説明する。

第１図は、ロボット絶対座標系（Ｘ　Ｙ）におかれたプ
リント回路基板１００を表わしている。プリント回路基
板１００は、製造方法にもよるが、プリントされた回路
パターンは高精度に出来ているが、外形は回路パターン
程高精度には出来ていない。従って、この様なプリント
回路基板に部品を実装するシステムの場合は、一般に回
路パターンに対して高精度にあけられた位置決め用の穴
を用意し、また、その穴を利用して、高精度に位置決め
するピンをロボットシステムに設けて行なうのが一般的
である。

しかし以上の様なシステムでは実装すべきプリント回路
基板が変ると位置決めピンの位置を変更する必要があり
、フレキシビリティに欠け、かつ、高価なシステムにな
る問題があった。

本発明は第１図の様な実施例の時、次に記す様に、粗い
プリント回路基板の位置決め精度によっても、簡単なセ
ンサーを利用する事により部品を実装するシステムを可
能ならしむるものである。

第１図においては、プリント回路基板１００の基準とな
るものとして、太く描いである直線回路パターン１０を
利用しようとするものである。ハンドには、検出器（共
に図示せず）が装着されており回路パターン１０を検出
できる。この様な検出器としては光検出器、磁気誘導を
利用した近接スイッチ等があり、詳述する必要はないと
思われる。まず、プログラムによシ点Ｔ、からＴ２に向
って検出器から基準パターン検出信号が入っだ時停止す
る様にしたモードでハンドを移動させ、基準パターン上
の点Ｔ、で停止させる。もし点Ｔ２捷で移動しても、パ
ターン検出信号が入力されなかった場合は、プリント回
路基板１００がない等の異常状態であり、その場合には
しかるべき措置をプログラムする。Ｔ３において停止し
た後、Ｔ。

の座標をプログラムにより自己教示してメモリに記憶す
る。移動中に信号入力を受は取った時、ロボットコント
ローラがハンドの移動を停止する事は、現在のＬＳＩ技
術を用いて製造されているＣＰＵ及び工１０　ポート等
の集積回路を用いる事によシ、容易に行なう事ができる
ので、詳述する必要はないと思われる。

才だ、自己教示についてはロボットコントローラが、ハ
ンドの現座位置を常に記憶している事は当然の事であり
、これを位置メモリーに記憶する事は極めて一般的な技
術で行なえる。

基準パターンの近くの他の位置において、前記と全く同
様に、プログラムによシ点Ｔ４からＴ５に向ってハンド
を移動させ、基準パターン１０上の点Ｔ６で停止させ、
Ｔ６の点を自己教示させる。

次に前記自己教示点Ｔ６を原点に点ＴｓをＸ軸上の１点
として、局所直交座標系ｘ　ｙ　１をプリント回路基板
１００の置かれている平面内に定義する。

さらにプログラムによって、前記、局所直交座標系ｘ　
ｙＪにおいて、Ｔ６の座標（ｏ、ｏ）から、パターンが
明らかに存在しなくなる座標（−Ｘ７，０）を有する点
Ｔ７に向って、検出器からのパターン検出信号が入力さ
れなくなった時停止するモードでハンドを直線的に移動
させ、パターン１０の端点Ｔ８で停止させ、Ｔ８の座標
をプログラムによって自己教示さぜる。前記、自己教示
点Ｔ８を原点に、前記自己教示点Ｔ３あるいはＴ６をＸ
軸の１点として、新たガ局所直交座標系ｘｙを定義する
。この局所直交座標系ｘｙは、この状態におけるプリン
ト回路基板１００において固有のものであり、前もって
数値入力、あるいはオフライン教示による座標値を与え
るプリント回路基板座標系となるものである。

前記の如くして得られたプリント回路基板局所座標系ｘ
ｙ上の点Ｐ（”ｌ　＋　ｙＩ　）は、ロボット絶対座標
系ＸＹ上の点（Ｘ、Ｙ）に座標変換する方法は、原点Ｔ
８及び、Ｔｓ　　（あるいはＴａ　　）のＸＹ座標系上
の座標を（ｘＯ＋　ＹＯ）　（Ｘ１１　ＹＩ　）　　と
すると、次の式によって行われる。

局所座標系の角度は、（１）式の角度θによって求める
事ができ、ハンドの方向をθだけ補正して作業させる事
が可能である。

以上の様に、プリント回路基板上の作業点及びハンドの
角度は簡単なセンサーによって、正確にロボット絶対座
標系上の点として座標変換され、そのために正確な位置
決め手段、繁雑な位置教示作業なしで、ロボットを作業
点で動作させる事ができる。

説明は前後するが、点Ｔ、からＴ８を検出する直線移動
において、前記、座標変換を利用している事も付言して
おく。

さらに、本発明の他の実施例を説明する。

第２図は、パレット２００の間仕切シ２０の中にワーク
３０が置かれている図を表わしている。

間仕切シ２０の中においてワーク３０は位置決めされて
いす、自由に動・く事ができる。

従来のロボットシステムにおいては、ワークはこの様な
パレット２００の中においても正確に位置決めされてい
ないとワーク３０を把持する事はできず、パレット２０
０はワーク３０毎に精密なものを作る必要があシ、パレ
ット１個当シのコストも高価になり、かつワークの種類
毎に必要になり、さらに、パレットにワークを入れる工
程も必要であり、そのコストは極めて高価になっていた
。

本実施例は、パレットが搬送箱の様な低コストで、ワー
クに共通のもので、間仕切りの中において、正確にワー
クを位置決めできなくても、概略の位置決めが行なう事
の出来る程度のものであればロボットがハンドに袋層さ
れている簡単なセンサによって、そのワークの位置を正
確に検出し把持する制御を提供するものである。

第３図は、第２図の間仕切中のワークの位置及び角度を
正確に検出する方法を示すものである。

まず、ワーク６０の中心と思われる点Ｔ１０　＋　Ｔｉ
６からそれぞれ平行に、両側の点Ｔ１１　ｒ　Ｔ１３　
＋　Ｔｉ１ｌ　ｒ　ＴｌＭに向ってワーク３０のエツジ
検出を行なうだめに、ワーク検出時に停止するモードの
ハンドの移動動作を行ない、前述と同様に検出停止点Ｔ
Ｉ２　ｒ　Ｔ１４　ｔＴＩＴ　Ｉ　Ｔｌｅ　ｋプログラ
ムによシ自己教示さぜる。次にＴｉ２　ｒ　Ｔ１４の中
点Ｔ２゜、及びＴＩＴ　ｒ　ＴｌＧの中点ＴＨを演算に
よシ求める。Ｔ２０を原点に、Ｔ２１をＸ軸を構成する
１点として局所直交座標系ｘｙを定義する。局所直交座
標系ｘｙにおけるＸ軸上の点であシ、かつ、明らかにワ
ークの外にあると思われる点Ｔ２２　ｒ　Ｔ２４に向っ
てワーク３０のエツジ検出を行なうために、前記ワーク
検出時停止するモードの・・ンド移動動作を行ない、検
出停止点Ｔ２３　＋　Ｔ２５を自己教示する。

Ｔ２３　ｒ　Ｔ２５の中点はワークの中心であり、Ｔ２
３゜Ｔ２１の結ぶ線分の角度によって、ワークの角度が
計算され、この２つのデータによシロボットは、ハンド
（図示によって、ワーク３０を正確に把持できる。

前述の中点Ｔ２ｏ及びＴＨを求める方法はＴ１２゜Ｔｉ
４　ｒ　Ｔ１７　＋　Ｔｌ。をペクトで表わして、Ｔ２
０−（Ｔ１２　”　Ｔｉ４　）乙 Ｔ２１　＝　（ＴＩＴ　”　Ｔ１９　）／ｌ！によって
計算する事ができる。

以上、本発明の詳細な説明するなかにおいて、一般的な
方式として、ハンドに装着された検出器とグリップを平
面内同一点上に装着できる事は稀であシ、一般的には異
なった部位にしか装着できない場合が多い。

前記の如き条件において、ワーク３０を検出器によって
検出し、その検出した結果に基づいてグリップするため
には、検出する動作中に、検出器とグリップの空間内に
おける位置関係（具体的には検出器とグリップを結ぶ線
が空間に対する角度及びその距離）が一定でなければな
らない。この様にするためにはハンドの姿勢を一定に保
てばよい。水平面内の姿勢に限って言えば、直交座標型
においては全く問題がない。円筒座標型、水平関節型ロ
ボットにおいては、ハンドを水平面内に回転する動作軸
を設け、水平旋回角度の和が常に０を保つ様に制御する
事によって行なう事ができる。

前記の如くした時、検出器とグリップの空間内の偏位は
一定のベクトルによって表わされ、このベクトル分だけ
検出器によって検出された局所直交座標系をシフトして
、グリップのための局所直交座標系を定義する事が可能
である。

また、本実施例の説明においては、検出器はハンドの中
心に装着されているものとして説明している。もしも、
ハンドの中心に装着されていない場合は、局所座標系に
おいて、検出動作を行なおうとする時、局所座標系がロ
ボット絶対座標系において傾いている角度だけ、ハンド
の姿勢を回転させてしまうため、検出器の位置はずれて
しまう。

この時は、もう一度、局所座標系において局所座標系の
傾き分だけ、回転されたハンドの姿勢でもって、局所座
標系を検出し直す。検出し直された局所座標系の傾きは
前と同じであシ、原点位置がずれたものになっている。

この状態から、さらに前記と同様の行程を行なう事によ
って同様の結果を得る事ができる。

以上の説明においては、プリント回路基板の例の様に、
局所座標系における座標値を数値入力するか、オフライ
ン教示する例を挙げたが、もちろん、オンライン教示に
よって、局所座標系を定義し、前記局所座標系の座標と
して教示する事が可能であり、（１）式の逆変換を行な
う事によってできる。

上記の様に教示した局所座標系の座標は、他の局所座標
系上の同一座標として指定し、ロボットに作業させる事
は、（１）式を使えば可能であシ、同一ロボットシステ
ムの異なる場所で、同一の教示データ、数値データのも
とに、同一作業を行う事が可能である。

壕だ、一つのロボットシステムで行った教示データを他
のロボットシステムの作業データとする事も容易に可能
である。

また、パレットを定義する手法は数多く提案されている
。そして、本説明の例の様な場合、パレット中１間仕切
中の中心点もやはυベクトルで表わされておシ、前記ベ
クトルに加算する形で本説明中の移動指令ベクトルＴＩ
Ｑ　ｒ　Ｔ１１　＋　Ｔ１３　＋　Ｔｌ！ｌ　＋Ｔ１６
　＋　Ｔ１８を指定すれば、全てのパレットに前記移動
指令ベクトルを共通に使用でき、プログラムは非常に簡
単に行なえる。

〈発明の効果〉 以上、説明してきた様に本発明のロボット制御方式によ
れば、簡単なセンサーを用いる事により、従来、高い精
度による加工を必要とし、かつ、ワークの種類数毎に用
意してきた、ワーク位置決め装置、パレット等を、精度
がそれ程高くなくとも低置なもので、かつ、何種類のワ
ークでも共通なもので高精度の作業ができる様になり、
かつその際、繁雑な教示作業が極めて容易なものになり
、その経済的、技術的効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

図面を本発明の実施例を示し、第１図は、ロボット絶対
座標系（ｘｙ）におかれたプリント回路基板の局所座標
系（ｘｙ）を求める手法を表わしだ説明図、第２図は、
他の実施例としてパレットの間仕切中におかれたワーク
を表わす説明図、第３図は、第２図の間仕切中におかれ
だワークの位置を求める手法を表わした説明図である。 １０・・・回路パターン ３０・・・ワーク １００・・・プリント回路基板 ２００・・・パレット 第１図 第２図 ］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ロ
ー第３図 ７、、　　　Ｉｌｂ 手続補正書輸発） 昭和５９年特許願第１５２５６０号 ２　発明の名称 ロボット制御方式 ３　補正をする者 事件との関係　出願人 ！１１．＼補正の対象 明細書（特許請求の範囲、発明の詳細な説明）６　補正
の内容 （１ン　　特許請求の範囲を別紙の通り改めます。 （２）明細書第１頁第１２行目の「必要とロボット」會
「必要とするロボット」と訂正し、同頁第１５行目の「
回路基盤」ヲ「回路基板」と訂正します。 （８）明細書第１０頁第３行目の［Ｘ　Ｙ’Ｊを「ｘｙ
’ｊと訂正します。 （４）明細書第１１頁第９行目の式？次のように改めま
す。 （５）明細書第１４頁第１５行目の「ペクト」會「ベク
トル」と訂正します。 （６）明細書第１５頁第１２行目のｒ＊作軸を設け、」
の後に「位置決め用水平旋同軸との」を加入します。 （７）明細書第１６頁第１０行目乃至第１１行目の「さ
らに〜行なう事によって」紫「検出がグリップ中心に対
してＭする一定のベクトル音訓える挙によって」と訂正
します。 （８）明！＃ｆ１曹第１６頁第１８行目の「〜よってで
き」孕「よって絶対座標系の点上に動作させる事ができ
」と訂正します。 （９）明細書第９頁第１５行目の「現座位置」を「現在
位置」と訂正します。 αＯ）明細書第１６貞第５行目の「検出器の位置は」才
［検出器のハンド中心に対するベクトルは、その時の局
所座標毎に異なり、第１図の実施例におけるＴ８ｉ求め
る工程において検出器が検出すべきパターンからは」と
訂正します。 （ロ）　明細書第１６貞第９行目乃至第１２行目上次の
ように改めます。 「局所座標系の傾きは前と同じであり、原点位置がハン
ドの姿勢回転によって生ずるベクトルの差だけ変位した
ものになっている。このように検出し直された局所座標
系においては、ハンドの傾きは、局所座標系の基準軸に
対して一定のものとなり、この局所座標系において、グ
リップ中心が検出器に対して肩するこの局所座標系にお
ける一足のベクトルに７１１］える事によってグリップ
會各作業点に動作させる事ができる。」 （イ）　明細書第１７貞第１４行目の「ノ（レットに」
紮「パレット中の間仕切シに」と訂正します。 以　　　上 特許請求の範囲 （１）　　ロボットの動作位置會キーボード、通信回路
等の人力手段からの数値、及び教示によって記憶させ、
前記、記憶させた動作位置にプログラムされたシーケン
ス通９′＃ｌｊＪ作ケ笑行させるロボットの制御方式に
おいて、ハンドに装着された１つ以上の検出器からの信
号全入力する手段と、プログラム可能す手段であって、
目標位置に向ってハンドケ８勤させる途中前記検出器か
ら指定した信号レベルが構出された時ハンドの移動全停
止させ、目標位置に到達しても前記検出器の指定したレ
ベルが検出さｎなかった場合には別に指定した動作？実
行する手段と、プログラムによってロボットの現在位置
と自己教示する手段と、プログラムによって前記自己教
示点を含む点によって局所座標系ヶ定義する手段と、前
記局所座標系の点として動作点を記憶しロボット同市の
座標系に座標変換してロボットを動作させる手段と會有
する手金特徴とするロボットの制御方式。 （２）　　自己教示点ｈ−ｉａむ点勿プログラムによっ
て演算処理し、所定の点ケ定義する手段紫Ｍし、前記所
定の点盆含む点によって前記局所座標系全定義する手金
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロボット制御方
式。 （３）少なくとも平面内の任意の点に位置決めする機能
と、前記平面内において、ハンドの方同勿任意に回転す
る手段と’ｋＮＬ、且つ、前記局所座標系の各作業点に
おけるハンドの方向ケ該局所座標系の基準畑に対して指
定する手段ヶ有し、実際に作業させる時は、局所座標系
の座標基準がロボット絶対座標系の座標基準になす角度
だけ増加させて前記ハンドの方向？回転する手段ｒ回転
させる事？％徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載のロボット制御方式。 （４）前記ハンドに装着された検出器およびグリップが
、ハンドの異なる部位に装着されると共に、前記ハンド
を目標位−に向って移動させる時該ハンドの姿勢？一定
に保つ手段と、前記局所座標系全定義する時、前記検出
器とハンドの偏位分だけシフトさせてグリップ部位のＳ
ｉＪ所座標系として定域する手段とｔＭする事とｒ％徴
とする特許請求の範囲第１項〜第３項記載のロボット制
御方式。 （５２前記）Ｆ″Ｊ次座標糸を複数記憶する手段と、１
つの局Ｆｆｒが標系で足戎された座標會、他の局所座標
系の同一の座標として使用し、ロボット固有の座標系に
座標変換し、ロボットｔ＠作させる事を特徴とする特許
請求の範囲第１項〜第４項記載のロボット制御方式。 （６）局所座標系が直交座標系そある事ｔ％徴とする特
Ｗ′ｆ＠求の範囲第１項〜第５項記載のロボット制御方
式。 （７）局所座標系？平面直交座標系とし、前記平面局所
直父座標系會複数とる時、全ての平面局所直交座標系？
一つの平面に平行にとると共に、前記一つの平面に平行
な平面局所座標系全、当該座標系の原点と、Ｘ＠あるい
はＹ＠會構成する１点の２点とによって定義する事とに
特徴とする特許請求の範囲第６項記載のロボット制御方
式。 （８）　　目標位置に同ってハンドを直線的に移動させ
る手金特徴とする特許請求の範囲第１項〜第７項記載の
ロボット制御方式。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットの動作位置をキーボード、通信回路等の
   入力手段からの数値、及び教示によつて記憶させ、前記
   、記憶させた動作位置にプログラムされたシーケンス通
   り動作を実行させるロボットの制御方式において、ハン
   ドに装着された検出器からの信号を入力する手段と、プ
   ログラム可能な手段であつて、目標位置に向つてハンド
   を移動させる途中前記検出器から指定した信号レベルが
   検出された時ハンドの移動を停止させ、目標位置に到達
   しても前記検出器の指定したレベルが検出されなかつた
   場合には別に指定した動作を実行する手段と、プログラ
   ムによつてロボットの現在位置を自己教示する手段と、
   プログラムによつて前記自己教示点を含む点に従つた局
   所座標系を定義する手段と、前記局所座標系の点として
   動作点を記憶しロボット固有の座標系に座標変換してロ
   ボットを動作させる手段とを有する事を特徴とするロボ
   ットの制御方式。
2. （２）自己教示点を含む点をプログラムによつて演算処
   理し、所定の点を定義する手段を有し、前記所定の点を
   含む点によつて前記局所座標系を定義する事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のロボット制御方式。
3. （３）少なくとも平面内の任意の点に位置決めする機能
   と、前記平面内において、ハンドの方向を任意に回転す
   る手段とを有し、且つ、前記局所座標系の各作業点にお
   けるハンドの方向を該局所座標系の基準軸に対して指定
   する手段を有し、実際に作業させる時は、局所座標系の
   座標基準がロボット絶対座標系の座標基準になす角度だ
   け増加させて前記ハンドの方向を回転する手段を回転さ
   せる事を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のロボット制御方式。
4. （４）前記ハンドに装着された検出器およびグリップが
   、ハンドの異なる部位に装着されると共に、前記ハンド
   を目標位置に向つて移動させる時該ハンドの姿勢を一定
   に保つ手段と、前記局所座標系を定義する時、前記検出
   器とハンドの偏位分だけシフトさせてグリップ部位の局
   所座標系として定義する手段とを有する事とを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第３項記載のロボット制御方
   式。
5. （５）前記局所座標系を複数記憶する手段と、１つの局
   所座標系で定義された座標を、他の局所座標系の同一の
   座標として使用し、ロボット固有の座標系に座標変換し
   、ロボットを動作させる事を特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第４項記載のロボット制御方式。
6. （６）局所座標系が直交座標系である事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項〜第５項記載のロボット制御方式。
7. （７）局所座標系を平面直交座標系とし、前記平面局所
   直交座標系を複数とる時、全ての平面局所直交座標系を
   同一の平面に平行にとると共に、前記同一の平面に平行
   にとると共に、前記同一平面に平行な平面局所座標系を
   、当該座標系の原点と、Ｘ軸あるいはＹ軸を構成する１
   点の２点とによつて定義する事とを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載のロボット制御方式。
8. （８）目標位置に向つてハンドを直線的に移動させる事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第７項記載のロボ
   ット制御方式。