JP2014184530A - Teaching system and teaching correction method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify teaching work for a robot.SOLUTION: A teaching system teaches operation of a robot arm. The teaching system is provided with: a sensor unit which is attached to a distal end part of the robot arm and includes an image sensor for acquiring image information of a work piece and a contact sensor for detecting contact; and control means which performs calibration that, on the basis of the image information acquired by the image sensor when the robot arm is moved, matches a coordinate system of the sensor unit and a coordinate system of the robot arm to a rotation direction of a central axis line of the sensor unit and the robot arm, and recognizes a position of the work piece by moving the robot arm and bringing the contact sensor into contact with the work piece.

Description

本発明は、ロボットアームの動作を教示するための教示システム及び教示修正方法に関するものである。   The present invention relates to a teaching system and a teaching correction method for teaching the operation of a robot arm.

例えば、オフラインティーチデータを実機ラインで再現確認する場合や、車両などの製造ライン設備が移設された場合、移設の前後でロボットと作業対象物の設置位置にズレが生じるため、移設前に教示されていたロボットの動作プログラムをそのまま使用することはできず、教示位置の修正が必要となる。この教示修正作業は非常に手間のかかる作業であり、特に、自動車のスポット溶接工程のように多数のロボットを使用するライン移設では、この教示修正作業が膨大になり、その高効率化が求められている。これに対して、例えば、溶接ロボットに取り付けられたカメラを用いて上記教示を行う教示システムが知られている（特許文献１参照）。   For example, if the offline teach data is reproduced and confirmed on the actual machine line, or if the production line equipment such as a vehicle is moved, the robot and work object installation position will be misaligned before and after the transfer. The robot operation program that has been used cannot be used as it is, and the teaching position must be corrected. This teaching correction work is a very time-consuming work. Especially, in the case of line relocation using a large number of robots, such as the spot welding process of automobiles, this teaching correction work becomes enormous and high efficiency is required. ing. On the other hand, for example, a teaching system that performs the above teaching using a camera attached to a welding robot is known (see Patent Document 1).

特開２００５−１４９２９９号公報JP 2005-149299 A

しかしながら、上記特許文献１に示す教示システムにおいては、カメラを取り付ける比較的大きなスペースが必要となるため、例えば、狭い場所でのロボットに対する教示作業が困難となる。   However, in the teaching system shown in Patent Document 1, a relatively large space for mounting the camera is required, so that for example, teaching work for the robot in a narrow place becomes difficult.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ロボットに対する教示作業を容易にできる教示システム及び教示修正方法を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide a teaching system and a teaching correction method capable of facilitating teaching work for a robot.

上記目的を達成するための本発明の一態様は、ロボットアームの動作を教示するための教示システムであって、前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、ワークの画像情報を取得する画像センサおよび接触を検知する接触センサを含むセンサ部と、前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる校正を行うと共に、前記ロボットアームを移動させ前記接触センサをワークに接触させることで、該ワークの位置を認識する制御手段と、を備える、ことを特徴とする教示システムである。
この一態様において、前記制御手段は、前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された所定マークの画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる回転変換行列を算出し、算出した回転変換行列を用いて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを一致させる校正を行ってもよい。
この一態様において、前記画像センサは単一のカメラで構成されていてもよい。
この一態様において、前記接触センサは、帯電しており、ワークに接触すると地絡してもよい。
この一態様において、前記センサ部の前記ロボットアームとの接触面には非導電性処理が施されていてもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記接触センサの地絡を検出すると、前記ロボットアームの駆動を停止させてもよい。
この一態様において、前記センサ部は、前記ロボットアーム先端の溶接ガンに取り付けられる溶接用電極チップと略同一形状であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ロボットアームの教示動作を修正するための教示修正方法であって、ワークの画像情報を取得する画像センサおよび接触を検知する接触センサを含むセンサ部を前記ロボットアームの先端に取り付けるステップと、前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる校正を行うステップと、前記ロボットアームを移動させ前記接触センサをワークに接触させることで、該ワークの位置を認識するステップと、を含むことを特徴とする教示修正方法であってもよい。
この一態様において、前記画像センサにより撮影された所定マークの撮影画像に基づいて、該撮影画像の中心位置から前記所定マークまでの位置ずれを算出し、該位置ずれを修正するステップを更に含んでいても良い。
この一態様において、前記画像センサにより撮影された所定マークの真円度に基づいて、ワークの角度ずれの補正を行うステップを更に含んでいても良い。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a teaching system for teaching the operation of a robot arm, the image sensor being attached to the tip of the robot arm and acquiring image information of a workpiece, and a contact A sensor unit including a contact sensor for detecting the sensor, and a coordinate system of the sensor unit and a coordinate system of the robot arm based on image information acquired by the image sensor when the robot arm is moved. And a control means for recognizing the position of the workpiece by moving the robot arm and bringing the contact sensor into contact with the workpiece. It is the teaching system characterized by this.
In this one aspect, the control means uses a coordinate system of the sensor unit and a coordinate system of the robot arm based on image information of a predetermined mark acquired by the image sensor when the robot arm is moved. A rotation conversion matrix that matches the rotation direction of the central axis of the sensor unit and the robot arm is calculated, and calibration that matches the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm is performed using the calculated rotation conversion matrix. You may go.
In this aspect, the image sensor may be composed of a single camera.
In this aspect, the contact sensor is charged and may be grounded when it contacts the workpiece.
In this aspect, a non-conductive treatment may be performed on a contact surface of the sensor unit with the robot arm.
In this aspect, the control unit may stop driving of the robot arm when detecting a ground fault of the contact sensor.
In this aspect, the sensor section may have substantially the same shape as a welding electrode tip attached to a welding gun at the tip of the robot arm.
An aspect of the present invention for achieving the above object is a teaching correction method for correcting a teaching operation of a robot arm, the sensor including an image sensor for acquiring image information of a workpiece and a contact sensor for detecting contact. Attaching the unit to the tip of the robot arm, and based on the image information acquired by the image sensor when the robot arm is moved, the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm are Calibration to match the rotation direction of the center axis of the sensor unit and the robot arm, and recognizing the position of the workpiece by moving the robot arm and bringing the contact sensor into contact with the workpiece. The teaching correction method characterized by the above may be used.
In this aspect, the method further includes a step of calculating a positional deviation from a center position of the photographed image to the predetermined mark based on a photographed image of the predetermined mark photographed by the image sensor, and correcting the positional deviation. May be.
In this aspect, the method may further include a step of correcting the angular deviation of the workpiece based on the roundness of the predetermined mark photographed by the image sensor.

本発明によれば、ロボットに対する教示作業を容易にできる教示システム及び教示修正方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the teaching system and teaching correction method which can make teaching operation | work with respect to a robot easy can be provided.

本発明の一実施の形態に係る教示システムの概略的な構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the teaching system which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る教示システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic system configuration of a teaching system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る溶接ロボットの教示修正方法の処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow of the teaching correction method of the welding robot which concerns on one embodiment of this invention. センサ部の座標系向とロボットアームの座標系との回転方向のずれを示す図である。It is a figure which shows the shift | offset | difference of the rotation direction of the coordinate system direction of a sensor part, and the coordinate system of a robot arm. （ａ）センサ部をＸ軸方向へ移動させたときのロボットアーム座標系のＸ軸を示す図である。（ｂ）センサ部をＹ軸方向へ移動させたときのロボットアーム座標系のＹ軸を示す図である。(A) It is a figure which shows the X-axis of a robot arm coordinate system when moving a sensor part to a X-axis direction. (B) It is a figure which shows the Y-axis of a robot arm coordinate system when a sensor part is moved to the Y-axis direction. カメラ中心からマーキングまでのＸ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹを示す図である。It is a figure which shows position shift (DELTA) X of the X-axis direction from the camera center to marking, and position shift (DELTA) Y of the Y-axis direction. センサ部の角度ズレθを示す図である。It is a figure which shows angle gap (theta) of a sensor part. マーキングの真円度（Ａ／Ｂ）に基づいた角度ずれθの補正を示す図である。It is a figure which shows correction | amendment of angle shift | offset | difference (theta) based on the roundness (A / B) of marking. 溶接対象物のＺ方向探索を示す図である。It is a figure which shows the Z direction search of a welding target object.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る教示システムの概略的な構成を示す図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る教示システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る教示システム１は、自動車などのワーク（溶接対象物）に対して溶接を行う溶接ロボット２と、溶接ロボット２を制御する制御装置３と、を備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a teaching system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic system configuration of the teaching system according to the embodiment of the present invention. A teaching system 1 according to the present embodiment includes a welding robot 2 that performs welding on a workpiece (a welding target) such as an automobile, and a control device 3 that controls the welding robot 2.

溶接ロボット２は、例えば、車両などのパネル、フレームなどの溶接を行う。溶接ロボット２は、床面等に固定され、ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向へ回動可能な複数の関節部２１を有するロボットアーム２２を有している。ロボットアーム２２の各関節部２１には、各関節部２１を駆動するモータなどのアクチュエータ２３と、各関節部２１の回転角度を検出するポテンショメータ、ロータリーエンコーダなどの回転センサ２４が夫々設けられている。各関節部２１のアクチュエータ２３は、制御装置３から送信される制御信号に応じて各関節部２１を回転駆動させることで、ロボットアーム２２を所望の位置へ移動させる。   For example, the welding robot 2 performs welding of a panel or a frame of a vehicle or the like. The welding robot 2 includes a robot arm 22 that is fixed to a floor surface or the like and has a plurality of joint portions 21 that can rotate in the yaw direction, the pitch direction, and the roll direction. Each joint portion 21 of the robot arm 22 is provided with an actuator 23 such as a motor for driving each joint portion 21 and a rotation sensor 24 such as a potentiometer and a rotary encoder for detecting the rotation angle of each joint portion 21. . The actuator 23 of each joint part 21 moves the robot arm 22 to a desired position by rotationally driving each joint part 21 according to a control signal transmitted from the control device 3.

ロボットアーム２２の先端には、スポット溶接などを行う溶接ガン２４が取り付けられている。溶接ガン２４には溶接電極チップが設けられており、このチップに対して電力を供給することで溶接が行われる。   A welding gun 24 for spot welding or the like is attached to the tip of the robot arm 22. The welding gun 24 is provided with a welding electrode tip, and welding is performed by supplying electric power to the tip.

なお、本実施の形態に係る教示システム１においては、溶接電極チップの代わりに、後述のセンサ部１１を用いる点を特徴とする。センサ部１１には、溶接対象物の画像を取得する単一のカメラ１２及び接触を検知する接触センサ１３を内蔵している。カメラ１２は、画像センサの一具体例であり、例えば、小型高解像度のＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどが用いられている。接触センサ１３は、例えば、センサ部分を微小電圧で帯電させ、導電性のパネル等に接触すると微小電流が流れる（地路）ことにより接触を検知する機能を有している。   The teaching system 1 according to the present embodiment is characterized in that a sensor unit 11 described later is used instead of the welding electrode tip. The sensor unit 11 includes a single camera 12 that acquires an image of a welding object and a contact sensor 13 that detects contact. The camera 12 is a specific example of an image sensor. For example, a small and high-resolution CCD camera or a CMOS camera is used. The contact sensor 13 has a function of detecting contact by charging a sensor portion with a minute voltage and causing a minute current to flow (ground) when contacting a conductive panel or the like, for example.

本実施の形態においては、単一のカメラ１２を用いてＸＹ方向の空間を認識し、接触センサ１３を用いてＺ方向の空間を認識することで、３次元空間を認識する。これにより、従来、３次元空間を認識するために２つのカメラを用いられセンサ部が大型化していたが、本実施の形態においては、単一のカメラ１２及び接触センサ１３を用いて３次元空間を認識できるため、センサ部１１を大幅に小型化することができる。   In the present embodiment, the three-dimensional space is recognized by recognizing the space in the XY direction using the single camera 12 and recognizing the space in the Z direction using the contact sensor 13. Thus, conventionally, two cameras are used for recognizing the three-dimensional space and the sensor unit is enlarged, but in the present embodiment, the three-dimensional space is obtained using the single camera 12 and the contact sensor 13. Therefore, the sensor unit 11 can be greatly reduced in size.

センサ部１１の形状は、号口稼働時（試作生産を終えて本生産で製品を製造する時）に使用する溶接電極チップと略同一の小型形状となっている。このように、号口稼働時と同形状のセンサ部１１を用いることで、余計な回避動作を考えずに、号口稼働時と同等の動作教示を実現できる。また、センサ部１１に余分な領域が形成されていない小型形状とすることで、例えば、複雑なボディー構造に対しても干渉しない。   The shape of the sensor unit 11 is substantially the same small size as the welding electrode tip used at the time of opening the gate (when the trial production is finished and the product is manufactured in the main production). As described above, by using the sensor unit 11 having the same shape as that at the time of the operation of the entrance, it is possible to realize an operation teaching equivalent to that at the time of the operation of the entrance without considering an extra avoiding operation. In addition, since the sensor unit 11 has a small shape in which no extra region is formed, for example, it does not interfere with a complicated body structure.

接触センサ１３は溶接対象物などの接触を検知すると、検知信号を制御装置３に送信する。なお、接触センサ１３は、後述の教示時におけるＺ方向補正以外でも、制御装置３は、接触センサ１３からの検知信号に応じて、各関節部２１のアクチュエータ２３の駆動を停止させるなどの安全制御に用いてもよい。   When the contact sensor 13 detects contact of an object to be welded, the contact sensor 13 transmits a detection signal to the control device 3. In addition to the Z direction correction at the time of teaching described later, the control device 3 performs safety control such as stopping the driving of the actuators 23 of the joint portions 21 according to the detection signal from the contact sensor 13. You may use for.

上述の如く、本実施の形態においては、接触センサ１３を溶接ロボット側ではなく、センサ部１１に設けている。従来、接触センサはロボット側に設けられている。この場合、号口稼働時にロボットはスパッタによる塵付着や経年劣化などにより絶縁抵抗にバラツキがあり、接触センサが正常に機能しないことがある。   As described above, in the present embodiment, the contact sensor 13 is provided not on the welding robot side but on the sensor unit 11. Conventionally, the contact sensor is provided on the robot side. In this case, when the gate is in operation, the robot has a variation in insulation resistance due to dust adhering to spatter or deterioration over time, and the contact sensor may not function normally.

一方、本実施の形態においては、接触センサ１３をセンサ部１１に内蔵させ、センサ部１１の裏面（ロボットアーム２２との接触面）に対して非導電性処理を施している。これにより、上記のような接触センサ１３の地絡を防止し、接触センサ１３の検出精度を向上させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the contact sensor 13 is built in the sensor unit 11, and a non-conductive process is performed on the back surface of the sensor unit 11 (contact surface with the robot arm 22). Thereby, the ground fault of the above contact sensors 13 can be prevented, and the detection accuracy of the contact sensors 13 can be improved.

制御装置３は、制御手段の一具体例であり、ユーザの操作指示あるいは、予め設定された制御プログラムに従って、ロボットアーム２２の各関節部２１のアクチュエータ２３を制御し、ロボットアーム２２を移動させる。制御装置３は、各関節部２１の回転センサ２４からフィードバックされた各関節部２１の回転角度が目標回転角度に一致するように、各関節部２１のアクチュエータ２３のフィードバック制御を行う。   The control device 3 is a specific example of the control means, and controls the actuator 23 of each joint portion 21 of the robot arm 22 according to a user operation instruction or a preset control program to move the robot arm 22. The control device 3 performs feedback control of the actuator 23 of each joint portion 21 so that the rotation angle of each joint portion 21 fed back from the rotation sensor 24 of each joint portion 21 matches the target rotation angle.

制御装置３は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、ＣＰＵ３１によって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）３２やＲＡＭ（Random Access Memory）３３、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、及びＲＡＭ３３は、データバスなどを介して相互に接続されている。   The control device 3 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 31 that performs arithmetic processing, control processing, and the like, a ROM (Read Only Memory) 32 and a RAM (Random Access) that store arithmetic programs executed by the CPU 31, control programs, and the like. Memory) 33, etc., and the like, the hardware configuration is centered on the microcomputer. The CPU 31, ROM 32, and RAM 33 are connected to each other via a data bus or the like.

制御装置３には、ユーザが操作情報を入力できる操作部３４が設けられている。操作部３４は、通常のディスプレイ機能付のもので、ユーザは、この操作部のマニュアル操作を通して、溶接ロボット２の教示プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定の他、教示プログラムの再生運転、ジョグ送り等を実行する。   The control device 3 is provided with an operation unit 34 through which a user can input operation information. The operation unit 34 has a normal display function, and the user can create, modify, and register a teaching program for the welding robot 2 or set various parameters and reproduce the teaching program through manual operation of the operating unit. Executes operation, jog feed, etc.

制御装置３の基本機能を支えるシステムプログラムは、上記ＲＯＭ３２に予め格納される。また、アプリケーションに応じた教示プログラム（ここではスポット溶接のプログラム）並びに関連設定データは、上記ＲＡＭ３３に格納される。後述する教示位置データ修正に関連した処理を行なうための教示修正プログラム、パラメータ等のデータもＲＡＭ３３に格納される。   A system program that supports the basic functions of the control device 3 is stored in the ROM 32 in advance. A teaching program (here, a spot welding program) corresponding to the application and related setting data are stored in the RAM 33. The RAM 33 also stores data such as a teaching correction program and parameters for performing processing related to teaching position data correction described later.

なお、制御装置３と溶接ロボット２とは、例えば、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線で通信接続されている。これにより、制御装置３と溶接ロボット２との間の配線が不要となり、また、配線が破損するなどの故障を防止することができる。また、制御装置が溶接ロボットに搭載され、操作部のみが制御装置と遠隔的に無線などにより通信接続される構成であってもよい。   Note that the control device 3 and the welding robot 2 are connected by wireless communication such as a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark). Thereby, the wiring between the control apparatus 3 and the welding robot 2 becomes unnecessary, and it is possible to prevent a failure such as the wiring being damaged. Alternatively, the control device may be mounted on the welding robot, and only the operation unit may be remotely connected to the control device by radio or the like.

ところで、従来、溶接ロボットに対して教示（ティーチ）を行う際に、ユーザは事前にオフラインティーチにより、教示プログラムを作成し、作成した教示プログラムを制御装置のＲＡＭに記憶させていた。そして、制御装置は、この教示プログラムに基づいて、ロボットアームの各関節部のアクチュエータを制御し、ロボットアームを動作させ、この動作をユーザが確認していた。しかしながら、オフラインティーチによるロボットアームの動作と実際のロボットアームの動作との間には、通常、施工精度等により位置ずれが生じている。このためその後のオンラインティーチでの教示修正作業が頻繁に発生し、その工数増加が問題となっていた。   By the way, conventionally, when teaching (teaching) a welding robot, a user creates a teaching program in advance by offline teaching and stores the created teaching program in the RAM of the control device. The control device controls the actuator of each joint portion of the robot arm based on this teaching program, operates the robot arm, and the user confirms this operation. However, there is usually a displacement between the operation of the robot arm by offline teaching and the actual operation of the robot arm due to construction accuracy or the like. For this reason, teaching correction work in the subsequent online teaching frequently occurred, and the increase in man-hours has been a problem.

そこで、本実施の形態に係る教示システム１においては、上述した教示修正作業を自動的に行うことで教示作業の容易化を図っている。次に、上述した本実施の形態に係る溶接ロボット２の教示修正方法について詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る溶接ロボットの教示修正方法の処理フローを示すフローチャートである。   Therefore, in the teaching system 1 according to the present embodiment, the teaching work is facilitated by automatically performing the above-described teaching correction work. Next, the teaching correction method for the welding robot 2 according to the present embodiment described above will be described in detail. FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow of the teaching robot correction method according to the present embodiment.

まず、ロボットアーム２２の先端にセンサ部１１を取り付ける（ステップＳ１０１）。ユーザが操作部３４を介して教示修正を開始させるための指令入力を行う（ステップＳ１０２）。制御装置３は、溶接ロボット２との間の通信状態の確認を行う共に、ＲＡＭ３３から教示修正プログラムを読み込み、溶接ロボット２に教示修正動作を開始させる（ステップＳ１０３）。   First, the sensor unit 11 is attached to the tip of the robot arm 22 (step S101). The user inputs a command for starting teaching correction via the operation unit 34 (step S102). The control device 3 confirms the communication state with the welding robot 2 and also reads the teaching correction program from the RAM 33 and causes the welding robot 2 to start the teaching correction operation (step S103).

制御装置３は、ロボットアーム２２の座標系に対するセンサ部１１の座標系の校正を行う（ステップＳ１０４）。ここで、上述の如く、ロボットアーム２２の先端にセンサ部１１を取り付けた際に、ロボットアーム２２の中心軸線とセンサ部の中心軸線とを一致させることができる。一方で、ロボットアーム２２の中心軸線を中心とした座標系Ｘ−Ｙとセンサ部１１の中心軸線を中心とした座標系Ｘ′−Ｙ′とには、その回転方向にずれθが生じることがある（図４）。そこで、本実施の形態においては、このセンサ部１１の座標系の校正を、取付治具や校正器具などを使用することなく、制御装置３の教示修正プログラムに従って自動的に実行する。したがって、センサ部１１の座標系の校正を簡易に行うことができる。   The control device 3 calibrates the coordinate system of the sensor unit 11 with respect to the coordinate system of the robot arm 22 (step S104). Here, as described above, when the sensor unit 11 is attached to the tip of the robot arm 22, the central axis of the robot arm 22 and the central axis of the sensor unit can be matched. On the other hand, a deviation θ may occur in the rotational direction between the coordinate system XY centered on the central axis of the robot arm 22 and the coordinate system X′-Y ′ centered on the central axis of the sensor unit 11. Yes (Fig. 4). Therefore, in the present embodiment, the calibration of the coordinate system of the sensor unit 11 is automatically executed according to the teaching correction program of the control device 3 without using a mounting jig or a calibration tool. Therefore, the calibration of the coordinate system of the sensor unit 11 can be easily performed.

ここで、制御装置３は、ロボットアーム２２を移動させたときにセンサ部１１のカメラ１２により取得された画像情報に基づいて、ロボットアーム２２の座標系とセンサ部１１の座標系とをその中心軸線の回転方向に一致させる校正を行う。   Here, the control device 3 sets the coordinate system of the robot arm 22 and the coordinate system of the sensor unit 11 as the center based on the image information acquired by the camera 12 of the sensor unit 11 when the robot arm 22 is moved. Calibrate to match the axis rotation direction.

制御装置３は、ロボットアーム２２の各関節部２１のアクチュエータ２３を制御して、ロボットアーム２２先端のセンサ部１１をＸ軸方向及びＹ軸方向に所定量だけ夫々移動させる。その際、センサ部１１のカメラ１２は予め設定されたマーキングＭを撮影する。   The control device 3 controls the actuator 23 of each joint portion 21 of the robot arm 22 to move the sensor portion 11 at the tip of the robot arm 22 by a predetermined amount in the X axis direction and the Y axis direction, respectively. At that time, the camera 12 of the sensor unit 11 captures a preset marking M.

例えば、ロボットアーム２２先端のセンサ部１１をロボットアーム２２の座標系のＸ軸方向へ移動させると、マーキングＭは、図５（ａ）に示す如く、カメラ１２（センサ部１１）のＸ′Ｙ′座標系において移動し、ロボットアーム座標系のＸ軸の方向及びその移動量を認識できる。一方、ロボットアーム２２先端のセンサ部１１をロボットアーム２２の座標系のＹ軸方向へ移動させると、マーキングＭは、図５（ｂ）に示す如く、カメラ１２のＸ′Ｙ′座標系において移動し、ロボットアーム座標系のＹ軸の方向及びその移動量を認識できる。
上述のように、制御装置３は、ロボットアーム２２先端のセンサ部１１をＸ軸方向及びＹ軸方向に所定量だけ夫々移動させときの、マーキングＭの移動方向及び移動量を認識する。そして、制御装置３は、その移動方向及び移動量に基づいて、ロボットアーム２２の座標系とセンサ部１１の座標系とをその中心軸線の回転方向に一致させる回転変換行列を算出する。制御装置３は、算出した回転変換行列を用いて、ロボットアーム２２の座標系とセンサ部１１の座標系とをその中心軸線の回転方向に一致させる校正を行う。 For example, when the sensor unit 11 at the tip of the robot arm 22 is moved in the X-axis direction of the coordinate system of the robot arm 22, the marking M becomes X′Y of the camera 12 (sensor unit 11) as shown in FIG. ′ It moves in the coordinate system and can recognize the X-axis direction and the amount of movement of the robot arm coordinate system. On the other hand, when the sensor unit 11 at the tip of the robot arm 22 is moved in the Y axis direction of the coordinate system of the robot arm 22, the marking M moves in the X′Y ′ coordinate system of the camera 12 as shown in FIG. Then, the direction of the Y axis of the robot arm coordinate system and the amount of movement thereof can be recognized.
As described above, the control device 3 recognizes the movement direction and the movement amount of the marking M when the sensor unit 11 at the tip of the robot arm 22 is moved by a predetermined amount in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Then, the control device 3 calculates a rotation conversion matrix that matches the coordinate system of the robot arm 22 and the coordinate system of the sensor unit 11 with the rotation direction of the central axis based on the movement direction and the movement amount. The control device 3 uses the calculated rotation conversion matrix to perform calibration so that the coordinate system of the robot arm 22 and the coordinate system of the sensor unit 11 coincide with the rotation direction of the central axis.

次に、制御装置３は、センサ部１１のカメラ１２中心と溶接打点となるマーキングＭとの位置ずれを計算する（ステップＳ１０５）。制御装置３は、センサ部１１のカメラ１２により撮影されたマーキングＭの撮影画像に基づいて、カメラ１２中心（撮影画像の中心位置）からマーキングＭまでのＸ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹを夫々計算する（図６）。   Next, the control device 3 calculates a positional deviation between the center of the camera 12 of the sensor unit 11 and the marking M that is a welding hit point (step S105). Based on the captured image of the marking M captured by the camera 12 of the sensor unit 11, the control device 3 detects the positional deviation ΔX in the X-axis direction from the center of the camera 12 (center position of the captured image) to the marking M and the Y-axis direction. Are calculated respectively (FIG. 6).

制御装置３は、カメラ１２中心からマーキングＭまでのＸ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹの修正を行う（ステップＳ１０６）。制御装置３は、上記計算したカメラ１２中心からマーキングＭまでのＸ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹが小さくなるように、ロボットアーム２２の各関節部２１のアクチュエータ２３を制御する。   The control device 3 corrects the positional deviation ΔX in the X-axis direction and the positional deviation ΔY in the Y-axis direction from the center of the camera 12 to the marking M (step S106). The control device 3 controls the actuators 23 of the joint portions 21 of the robot arm 22 so that the calculated positional deviation ΔX in the X-axis direction and the positional deviation ΔY in the Y-axis direction from the center of the camera 12 to the marking M are reduced. To do.

制御装置３は、Ｘ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹが実質的に０あるいは所定値以下になり、修正処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。制御装置３は、修正処理を終了すると判定したとき（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、次の（ステップＳ１０８）の処理に移行する。一方、制御装置３は、Ｘ軸方向の位置ずれΔＸ及びＹ軸方向の位置ずれΔＹが実質的に０あるいは所定値以下になっていないと判定したとき（ステップＳ１０７のＮＯ）、上記（ステップＳ１０６）の処理を繰り返す。   The control device 3 determines whether or not the positional deviation ΔX in the X-axis direction and the positional deviation ΔY in the Y-axis direction are substantially 0 or less than or equal to a predetermined value and the correction process is terminated (step S107). When it is determined that the correction process is to be ended (YES in step S107), the control device 3 proceeds to the next process (step S108). On the other hand, when the control device 3 determines that the positional deviation ΔX in the X-axis direction and the positional deviation ΔY in the Y-axis direction are not substantially 0 or less than a predetermined value (NO in step S107), the above-described (step S106). ) Is repeated.

制御装置３は、センサ部１１の角度ズレθを検出し、その角度ずれθの補正（図７）を自動的に行う（ステップＳ１０８）。制御装置３は、センサ部１１のカメラ１２により撮影されたマーキングＭの真円度（Ａ／Ｂ）に基づいて、マーキングＭを含む面の傾斜を算出し、角度ずれθの補正を行う（図８）。制御装置３は、例えば、センサ部１１のカメラ１２により撮影されたマーキングＭの真円度（Ａ／Ｂ）が１に近付くように（角度ずれθが０に近付くように）、ロボットアーム２２の各関節部２１のアクチュエータ２３を制御する。   The control device 3 detects the angle deviation θ of the sensor unit 11 and automatically corrects the angle deviation θ (FIG. 7) (step S108). The control device 3 calculates the inclination of the surface including the marking M based on the roundness (A / B) of the marking M photographed by the camera 12 of the sensor unit 11, and corrects the angle deviation θ (FIG. 8). For example, the control device 3 controls the robot arm 22 so that the roundness (A / B) of the marking M photographed by the camera 12 of the sensor unit 11 approaches 1 (so that the angular deviation θ approaches 0). The actuator 23 of each joint part 21 is controlled.

制御装置３は、センサ部１１のカメラ１２により撮影されたマーキングＭの真円度（Ａ／Ｂ）が実質的に１あるいは所定値以内になり、補正処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１０９）。制御装置３は、補正処理を終了すると判定したとき（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、次の（ステップＳ１１０）の処理に移行する。一方、制御装置３は、センサ部１１のカメラ１２により撮影されたマーキングＭの真円度（Ａ／Ｂ）が実質的に１あるいは所定値以内でないと判定したとき（ステップＳ１０９のＮＯ）、上記（ステップＳ１０８）の処理を繰り返す。   The control device 3 determines whether or not the roundness (A / B) of the marking M photographed by the camera 12 of the sensor unit 11 is substantially 1 or within a predetermined value and the correction process is terminated ( Step S109). When it is determined that the correction process is to be ended (YES in step S109), the control device 3 proceeds to the next process (step S110). On the other hand, when the control device 3 determines that the roundness (A / B) of the marking M photographed by the camera 12 of the sensor unit 11 is not substantially 1 or within a predetermined value (NO in step S109), The process of (Step S108) is repeated.

制御装置３は、ロボットアーム２２のセンサ部１１の接触センサ１３をＺ方向に移動させ、溶接対象物に接触させることで溶接対象物のＺ方向の位置を認識する（Ｚ方向探索）（ステップＳ１１０）。制御装置３は、ロボットアーム２２の各関節部２１のアクチュエータ２３を制御して、センサ部１１の接触センサ１３をＺ方向に移動させ、パネルなどの溶接対象物に接触させる（図９）。これにより、微小電圧で帯電した接触センサ１３が地絡し、制御装置３は、その位置を溶接対象物の位置として認識する。   The control device 3 recognizes the position of the welding object in the Z direction by moving the contact sensor 13 of the sensor unit 11 of the robot arm 22 in the Z direction and bringing it into contact with the welding object (step Z110). ). The control device 3 controls the actuator 23 of each joint portion 21 of the robot arm 22 to move the contact sensor 13 of the sensor portion 11 in the Z direction to contact a welding object such as a panel (FIG. 9). Thereby, the contact sensor 13 charged with a minute voltage causes a ground fault, and the control device 3 recognizes the position as the position of the welding object.

以上、本実施の形態に係る教示システム１において、ロボットアーム２２を移動させたときにセンサ部１１のカメラ１２により取得された画像情報に基づいて、センサ部１１の座標系とロボットアーム２２の座標系とをセンサ部１１及びロボットアーム２２の中心軸線の回転方向に一致させる校正を行う。これにより、ロボットアーム２２の座標系に対するセンサ部１１の座標系の校正を容易に行うことができる。さらに、ロボットアーム２２を移動させ、接触センサ１３を溶接対象物に接触させることで、溶接対象物の位置を認識する。これにより、制御装置３に溶接対象物の位置を容易に認識させることができる。すなわち、溶接ロボット２に対する教示作業を容易にできる。   As described above, in the teaching system 1 according to the present embodiment, the coordinate system of the sensor unit 11 and the coordinates of the robot arm 22 are based on the image information acquired by the camera 12 of the sensor unit 11 when the robot arm 22 is moved. Calibration is performed so that the system coincides with the rotation direction of the central axis of the sensor unit 11 and the robot arm 22. Thereby, the calibration of the coordinate system of the sensor unit 11 with respect to the coordinate system of the robot arm 22 can be easily performed. Furthermore, the position of the welding object is recognized by moving the robot arm 22 and bringing the contact sensor 13 into contact with the welding object. Thereby, the control apparatus 3 can be made to recognize the position of a welding target object easily. That is, teaching work for the welding robot 2 can be facilitated.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

１ 教示システム
２ 溶接ロボット
３ 制御装置
１１ センサ部
１２ カメラ
１３ 接触センサ
２１ 関節部
２２ ロボットアーム
２３ アクチュエータ
２４ 回転センサ
２５ 溶接ガン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Teaching system 2 Welding robot 3 Control apparatus 11 Sensor part 12 Camera 13 Contact sensor 21 Joint part 22 Robot arm 23 Actuator 24 Rotation sensor 25 Welding gun

Claims (10)

ロボットアームの動作を教示するための教示システムであって、
前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、ワークの画像情報を取得する画像センサおよび接触を検知する接触センサを含むセンサ部と、
前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる校正を行うと共に、前記ロボットアームを移動させ前記接触センサをワークに接触させることで、該ワークの位置を認識する制御手段と、
を備える、ことを特徴とする教示システム。 A teaching system for teaching the operation of a robot arm,
A sensor unit that is attached to the tip of the robot arm and includes an image sensor that acquires image information of a workpiece and a contact sensor that detects contact;
Based on the image information acquired by the image sensor when the robot arm is moved, the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm are set in the rotation direction of the central axis of the sensor unit and the robot arm. Control means for recognizing the position of the workpiece by moving the robot arm and bringing the contact sensor into contact with the workpiece while performing calibration to match
A teaching system comprising: 請求項１記載の教示システムであって、
前記制御手段は、前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された所定マークの画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる回転変換行列を算出し、算出した回転変換行列を用いて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを一致させる校正を行う、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to claim 1, comprising:
The control means determines the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm based on the image information of the predetermined mark acquired by the image sensor when the robot arm is moved. A rotation conversion matrix that matches the rotation direction of the central axis of the arm is calculated, and using the calculated rotation conversion matrix, calibration that matches the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm is performed. Teaching system. 請求項１又は２記載の教示システムであって、
前記画像センサは単一のカメラで構成される、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to claim 1 or 2, wherein
The teaching system, wherein the image sensor is composed of a single camera. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の教示システムであって、
前記接触センサは、帯電しており、ワークに接触すると地絡する、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to any one of claims 1 to 3,
The teaching system according to claim 1, wherein the contact sensor is charged and causes a ground fault when contacting the workpiece. 請求項４記載の教示システムであって、
前記センサ部の前記ロボットアームとの接触面には非導電性処理が施されている、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to claim 4,
A teaching system, wherein a contact surface of the sensor unit with the robot arm is subjected to non-conductive treatment. 請求項４又は５記載の教示システムであって、
前記制御手段は、前記接触センサの地絡を検出すると、前記ロボットアームの駆動を停止させる、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to claim 4 or 5, wherein
The teaching system according to claim 1, wherein the controller stops driving the robot arm when detecting a ground fault of the contact sensor. 請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の教示システムであって、
前記センサ部は、前記ロボットアーム先端の溶接ガンに取り付けられる溶接用電極チップと略同一形状である、ことを特徴とする教示システム。 The teaching system according to any one of claims 1 to 6,
The teaching system according to claim 1, wherein the sensor unit has substantially the same shape as a welding electrode tip attached to a welding gun at the tip of the robot arm. ロボットアームの教示動作を修正するための教示修正方法であって、
ワークの画像情報を取得する画像センサおよび接触を検知する接触センサを含むセンサ部を前記ロボットアームの先端に取り付けるステップと、
前記ロボットアームを移動させたときに前記画像センサにより取得された画像情報に基づいて、前記センサ部の座標系と前記ロボットアームの座標系とを前記センサ部及びロボットアームの中心軸線の回転方向に一致させる校正を行うステップと、
前記ロボットアームを移動させ前記接触センサをワークに接触させることで、該ワークの位置を認識するステップと、を含むことを特徴とする教示修正方法。 A teaching correction method for correcting teaching operation of a robot arm,
Attaching a sensor unit including an image sensor for acquiring image information of a workpiece and a contact sensor for detecting contact to a tip of the robot arm;
Based on the image information acquired by the image sensor when the robot arm is moved, the coordinate system of the sensor unit and the coordinate system of the robot arm are set in the rotation direction of the central axis of the sensor unit and the robot arm. Performing a calibration to match, and
Recognizing the position of the workpiece by moving the robot arm and bringing the contact sensor into contact with the workpiece. 請求項８記載の教示修正方法であって、
前記画像センサにより撮影された所定マークの撮影画像に基づいて、該撮影画像の中心位置から前記所定マークまでの位置ずれを算出し、該位置ずれを修正するステップを更に含む、ことを特徴とする教示修正方法。 The teaching correction method according to claim 8, comprising:
The method further includes calculating a positional deviation from a center position of the photographed image to the predetermined mark based on a photographed image of the predetermined mark photographed by the image sensor, and correcting the positional deviation. Teaching correction method. 請求項８又は９記載の教示修正方法であって、
前記画像センサにより撮影された所定マークの真円度に基づいて、ワークの角度ずれの補正を行うステップを更に含む、ことを特徴とする教示修正方法。 The teaching correction method according to claim 8 or 9, wherein
The teaching correction method further comprising the step of correcting the angular deviation of the workpiece based on the roundness of the predetermined mark photographed by the image sensor.
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