JP2635027B2 - ロボットによるワーク移送の教示方法およびその教示方法に使用する治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボツトにおいて、板状ワークの把持位置等
の位置データを教示する教示方法およびその教示方法に
使用する治具に関する。

〔従来の技術〕

ロボツトに所定の動作を教示するためには、ロボツト
の動作シーケンスと動作位置をなんらかの手段でロボツ
トに入力させる必要がある。

一般的には、作業者が直接ロボツトを操作してロボツ
トに動作位置や経路等を教え込ませる教示方式と、数
値，言語，音声等により、直接ロボツトを操作せずに、
間接的に教示する方式とがある。

直接ロボツトを操作して教示する方式においては、ロ
ボツトの先端にハンドルを取り付け、このハンドルを直
接手で持つて動かすプレイバツク方式やテイーチングボ
ツクスを使ったリモートテイーチング方式がある。

第13図は直接ロボツトを操作する教示方式のうちテイ
ーチングボツクスを使つたリモートスイツチ方式の一例
を示す説明図である。

同図に示すように、このリモートスイツチ方式はロボ
ツトコントローラ１に接続されているテイーチングボツ
クス２を使用することにより、ロボツト３のロボツトア
ーム3Aを動作させてロボツト３の動作位置、例えば、ワ
ークの把持位置、定置位置等の位置をロボツトコントロ
ーラ１に記憶させる方法である。

また、直接ロボツトを操作せずに間接的に教示する場
合は、紙テープやキーボード等の入力媒体によりロボツ
トの動作シーケンスや動作位置を教示する。

ところで、ロボツトに板状のワークを供給排出する動
作を教示する場合、従来は上記のいずれかの教示方法に
よりロボツト動作の教示操作を行なつていた。

一般に直接ロボツトを操作して教示する方法が多くみ
られる。

次に、その教示方法の一例を説明する。

第14図はロボツトで積層された板状のワークを吸着し
て作業位置へ搬送したり、他の平面上に定置するワーク
ハンドの一例を示す斜視図である。

同図において、3Aはロボツトアーム、５はロボツトハ
ンド部、６はワーク７を吸着するホルダ、８はワーク検
知棒、９はホルダ６を取付けるスライド板である。

なお、前記ホルダ６はワーク７が磁性体の場合、電磁
マグネツトであり、非磁性体の場合、バキユームであ
る。

第15図は前記スライド板の詳細を示す平面図である。

同図に示すように、スライド板９には、多数の孔10が
形成されており、必要に応じてホルダ６を移動できるよ
うになつている。

これにより、ワーク７の形状に合せて最も効果的な吸
着位置と吸着数とを選択することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の方法では、ロボツトハンド部とワーク
を現物合せしてホルダの位置を決めなければならないの
で、ホルダの位置決めを行う間、ロボツトを停止してお
くことになり、面倒で、しかもロボツトの教示作業に多
くの時間がかかり、作業性が悪いという問題点があつ
た。

そこで、本発明は前記問題点に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、作業性を向上させる
とともに、簡単に位置データを読み取つて正確かつ高精
度に教示できるロボツトによるワーク移送の教示方法お
よびその教示方法に使用する治具を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的に沿う本発明は、シートに基準位置を中心と
してＸ方向とＹ方向に所定の寸法目盛を方眼状に刻んだ
第１の治具と、透明シートにロボットハンドの外形およ
びホルダによる吸着位置とホルダの有効径を原寸大で表
示するとともに、ロボットハンドの中心位置を中心とし
たＸ軸とＹ軸とよりなるロボットハンドの中心線を刻ん
だ第２の治具とを備え、第１の治具上にワークを重ね合
わせ、さらにその上に第２の治具を重ね合わせて、第１
の治具の基準線X,Yから第２の治具に記したロボットハ
ンドの中心線までの寸法ΔX,ΔＹを第１の治具の目盛で
読み取り、前記第１の治具の基準位置および第１の治具
の基準線X,Yに合わせてロボットハンドの動作範囲内に
おけるワークの把持位置，定置位置等においてあらかじ
め決めてある基準位置に対して前記読み取った寸法ΔX,
ΔＹで特定される位置を座標計算することで、ワークの
把持位置，定置位置等におけるロボットハンドの中心位
置の座標を求め、かつ、前記座標計算で特定されるロボ
ットハンドの各中心位置におけるロボットハンドの手首
の回転角度を求めて、これらの中心位置座標に、所定の
順番でロボットハンドを逐次移動させるロボット動作プ
ラグラムを自動生成することを特徴とする。

〔作 用〕

前記構成において、ロボツトハンドによるワークの把
持位置、定置位置等の位置データを間接的に教示する場
合、まず、第１の治具にワークを基準位置がずれないよ
うに重ね合せ、さらに第２の治具を重ね合せる。

次いで、第１の治具の基準線X,Yから第２の治具に記
したロボツトハンドの中心線までの寸法ΔX,ΔＹを第１
の治具の目盛で読み取り、読み取つた寸法ΔX,ΔＹに基
づいて座標計算によりロボットハンドの位置の座標を求
め、これらの位置座標に所定の順番でロボットハンドを
逐次移動させるロボット動作プログラムを自動生成す
る。

したがつて、前記問題点を除去することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第２図はロボツトの把持位置の計算に使用する第１の
治具を示す平面図である。

この第１の治具は透明シートに基準Ｏを中心とするXY
方向の基準線12を描き、これにmm単位の目盛を刻んだ方
眼紙である。

第３図はロボツトハンドの形状を原寸大で透明シート
に写した第２の治具を示す平面図である。

この第２の治具には、後述する基準位置からの直交座
標を読取るXY方向の中心線13A,13Bが描かれている。

14はハンド外形であり、このハンド外形14は第14図に
示すハンド部５の外形枠と対応している。

15はホルダのワーク吸着位置を示し、16はワーク検知
棒の位置で第15図の孔10aと一致する。

次に、本発明の要旨である教示方法を第１図を併用し
て説明する。

第１図は上記第１および第２の治具を使つてロボツト
の把持位置および定置位置を教示する方法を示し、同図
（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図である。

板状のワーク７を第１の治具17上に載せ、Ｏ点を基準
としたXY方向の基準線12に合せる。

さらにワーク７の上に第２の治具18を載せる。

ワーク７に第２の治具18を載せる場合、ワーク７の形
状や孔の位置等に合せてバランス良く吸着できる位置に
ハンドルの中心位置を定めるとともに、駆動すべきホル
ダも適宜選択する。

ワーク検知棒がワーク７の孔にかからないようにする
ことはもちろんである。

その上で、第１の治具17における基準線12の目盛から
ハンド外形14の中心位置までの寸法を読取り、これをΔ
X,ΔＹとする。

ところで、ロボツトの基準位置はあらかじめ定義され
ているものとする。

第４図はロボツトの動作範囲と供給台と排出台および
ワークセツト位置関係を示し、同図（ａ）は斜視図、同
図（ｂ）は平面図である。

同図（ａ）（ｂ）において、19は供給台位置、20はワ
ークセツト位置、21は排出台位置であり、22はロボツト
動作範囲を示す。

基準位置の測定は供給台19とワークセツト位置20およ
び排出台21上の位置決め基準位置P1,P10,P100と、これ
らの点と直角関係にある各二つの任意点P2,P3,P20,P30,
P200,P300を図示しない測定治具を用い、ロボツトのハ
ンド軸を中心として測定するようにした前記測定治具に
ワーク検知棒８を係合させて測定する。

この場合、ワーク検知棒８を測定治具に位置合せした
位置のロボツト座標原点Ｏからの位置として各基準位置
ごとにあらかじめ供給台19と排出台21の設置時に一回だ
け測定しておけばよい。

このようにしてロボツト座標原点Ｏに対応する供給位
置決め基準位置P1,P2,P3、ワークセツト位置決め基準位
置P10,P20,P30、および排出位置決め基準位置P100,P20
0,P300の各々の平面内における点P1,P10,P100を夫々ワ
ーク供給、ワークセツトおよびワーク排出の各基準位置
とした場合、それらの各基準位置からのΔX,ΔＹに相当
する。

ロボツトコントローラには指定された位置にロボツト
アームを移動する命令、ワークを保持したり放したりす
る命令が用意されており、これらの命令を組み合せてロ
ボツトによる部品移送の動作シーケンスプログラムとし
ている。

この動作シーケンスプログラムは、あらかじめワーク
７の吸着、ロボツトアームの移動、ワーク７の定置等の
動作がロボツトコントローラで実行できるように組んで
おく。

このときのロボツトの動作を第５図を参照して説明す
る。

第５図はロボツトの動作を示すフローチヤートであ
る。

このフローチヤートには供給台19のワーク７のワーク
セツト位置20に定置するまでのステツプが示されてい
る。ワークセツト位置20から排出台21への定置も同様の
ステツプで行なわれる。

ただし、ロボツトの動作位置、例えばワーク吸着位置
等においては、前記供給基準位置P₁からのΔX,ΔＹの値
をロボツト動作命令に設定すれば、ロボツトコントロー
ラによりロボツト動作位置の座標計算を行い、ロボツト
アームを移動させることができるようにしておく。

以下、前記座標計算を第６図を参照して説明する。

第６図はロボツトアームの回転軸の関係を示す説明図
である。

同図において、23はロボツト旋回軸であり、24はロボ
ツト手首の回転軸である。

座標計算式は以下の通りである。第７図に示すロボツ
ト座標系において、ロボツト動作ポイントP_ijの座標値
（x_i,y_j）は、 で表わされる。

ここで、_x,_ｙは単位ベクトルであり、以下の式に
置き換えられる。

ただし、 ロボツトコントローラにおいて、上記（２），
（３），（４）式をもとに計算処理すれば、ロボツトア
ームをP_ijの位置に移動させることができる。

ロボツトハンド先端の姿勢（手首の方向）について第
８図を参照して説明する。

第８図はロボツトハンドの姿勢の相関関係を示す説明
図である。

供給基準位置P₁におけるロボツトハンドの姿勢はP₁を
中心とするハンド外形14で示され、3Aはロボツトアーム
を示す。

今、前記座標計算によりハンド中心がP_ijとなれば、
ハンド中心はロボツトアーム3AをコントロールしてP_ij
位置に移動する。

この場合、ロボツトハンドの姿勢が変化しないとすれ
ば、破線で示す方向を向いてしまう。したがつて、u_nだ
けロボツトハンドの先端を逆転させる必要がある。

u_nはロボツト手首の回転軸24の回転角度である。

この回転角度u_nは以下の式により求めることができ
る。

u_n＝u₁−ΔＳ ……（５） ΔＳ＝S_n−S₁ ……（６） ただし、u₁はP₁におけるロボツト手首の回転角度であ
り、S₁はP₁におけるロボツト旋回軸23の回転角度であ
る。

また、S_nは位置P_ijに移動したときのロボツト旋回軸2
3の回転角度であり、ΔＳはP₁からP_ijに移動したときの
ロボツト旋回軸23の回転角度の変化分である。

次に、ロボツトコントローラの制御系を第９図を参照
して説明する。

第９図はロボツトコントローラの制御系を示すブロツ
ク図である。

ロボツト動作プログラムはメモリ25に記憶され、演算
プログラム26によりロボツト座標値から各軸の回転角度
を計算し、駆動系27により各軸（θ_１〜θ₃,Z）の動作
制御を行う。

ホルダ６はI/Oプロセツサ28の下でワーク７の保持制
御が行なわれる。

これら全体の制御をCPU29が行なつている。

このように、ワーク７の供給位置以外にもワークセツ
ト位置、ワーク排出位置での各基準位置からの各寸法Δ
X,ΔＹをロボツト動作シーケンスプログラムに組込むこ
とを計算処理化すれば、ロボツト動作プログラムを自動
生成することができ、これにより、ロボツトの教示が行
なえる。

前記計算処理手順を第10図を参照して説明する。

第10図はロボツト動作ポイントにおけるロボツト動作
シーケンスプログラム上への設定手順を示すフローチヤ
ートである。

第５図のフローチヤートにおいて、31,32,34,35,36,3
7,39,40には動作実行の条件としてロボツトアーム3Aの
移動先の位置の指定が必要であるが、これらの移動命令
における座標値を前記で求めた値ΔX,ΔＹを設定するこ
とにより、ロボツト動作命令が作成される。

なお、ホルダ６によるワーク７の吸着位置はワーク７
の形状により完全にワーク７を保持するために十分な位
置を見極めた上で設定しなければならないが、ワーク７
を保持するためのホルダ６はワーク７と接しているもの
のみ駆動すればよい。つまり残りのホルダ６はワーク７
と接していないため、駆動させる必要はない。

第11図はホルダの吸着指定を示す平面図である。

同図において、45〜60はホルダ６に付与された通し番
号であり、ハツチング部分で示す61はワーク７の外形で
ある。

今、ワーク７を保持（吸着）する場合、48,49,55,56
の４つのホルダ６の駆動のみ必要であるので、この番号
をロボツト動作シーケンスプログラムに設定すれば、4
8,49,55,56番のみホルダ６が動作し前記ワーク７を保持
する。

このように、ホルダ６の制御を行なうことは形状の異
なるワーク７を積重ねて連続して作業する場合有利であ
る。

すなわち、第12図に示すように大きいワーク7Aの上に
小さいワーク7Bを積重ねて連続作業する場合（大きいワ
ーク7A、小さいワーク7Bという表現は説明上の便宜から
である）、ホルダ６に内装された緩衝装置としてのスプ
リングのために小さいワーク7Bから外れたホルダ６は大
きいワーク7Aを吸着することにより、不都合を生じる。

前記のごとく、ホルダ６の選択により、小さいワーク
7Bに接するホルダ６のみ駆動することでこうした不都合
を防止することができる。

以上説明したように、治具17,18により測定されたハ
ンドルの中心位置（ΔX,ΔＹ）は任意の平面における各
基準点を原点とした任意の向きのX,Yの基準線からの値
であるので、ロボツト動作範囲内であれば、いずれの位
置、いずれの向きであつても各面の基準寸法（前記P1,P
2,P3等）を正しく測定していれば、どの平面でもＸ・Ｙ
基準線に対し同じ数値として設定されるので、正確な位
置決めが確保される。

なお、第１および第２の治具として使用する透明シー
トは特に材質を限定する必要はないが、長期の使用に耐
え、経時変化の少ないことが望ましい。

また、第１および第２の治具を耐久性のある透明ケー
スに入れて使用しても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、
第１および第２の治具のワークとを重ね合わせてホルダ
の位置を選択するとともに第１の治具の基準線X,Yから
第２の治具に記したロボットハンドの中心線までの寸法
ΔX,ΔＹを第１の治具の目盛で読み取り、前記第１の治
具の基準位置および第１の治具の基準線X,Yに合わせて
ロボットハンドの動作範囲内におけるワークの把持位
置，定置位置等においてあらかじめ決めてある基準位置
に対して前記読み取った寸法ΔX,ΔＹで特定される位置
を座標計算することで、ワークの把持位置，定置位置等
におけるロボットハンドの中心位置の座標を求め、か
つ、前記座標計算で特定されるロボットハンドの各中心
位置におけるロボットハンドの手首の回転角度を求め
て、これらの中心位置座標に、所定の順番でロボットハ
ンドを逐次移動させるロボット動作プログラムを自動生
成する教示方法としたので、以下に示すような効果が得
られる。

（１）、ワークを把持する位置を直接ロボツトを操作せ
ずに間接的に教示でき、しかも、正確かつ精度よく教示
することができる。

（２）、ロボツトについての専門知識とか操作に対する
経験・熟練や技術が無くてもロボツトデータを容易に作
成することができ、作業性を向上させることができる。

（３）、第１および第２の治具は安価でしかも正確にロ
ボツトの位置データを測定することができ、したがつ
て、高価なデイジタイザや測定器が不要となり、コスト
の低廉化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の要旨をなすワークの保持および定置位
置の教示方法を示す説明図、第２図は第１の治具を示す
平面図、第３図は第２の治具を示す平面図、第４図はロ
ボツトの動作範囲と供給台および排出台、ワークセツト
位置の配置図、第５図はロボツトの動作を示すフローチ
ヤート、第６図はロボツトアームの回転軸の関係を示す
説明図、第７図はロボツト座標系と動作位置の関係を示
す説明図、第８図はロボツトハンドの姿勢の相関関係を
示す説明図、第９図はロボツトコントローラの制御系を
示すブロツク図、第10図はロボツト動作ポイントの動作
を示すフローチヤート、第11図はホルダの吸着指定を示
す平面図、第12図は異種のワークを積重ねて供給する場
合を示す説明図、第13図は従来の教示方法を示す説明
図、第14図は従来のロボツトハンドを示す斜視図、第15
図は第14図のスライド板の詳細を示す平面図である。 １……ロボツトコントローラ、３……ロボツト、3A……
ロボツトアーム、５……ロボツトハンド部、６……ホル
ダ、７……ワーク、８……ワーク検知棒、９……スライ
ド板、12……基準線、13A,13B……中心線、14……ハン
ド外形、15……ホルダのワーク吸着位置、16……ワーク
検知棒の位置、17……第１の治具、18……第２の治具、
19……供給台、20……ワークセツトの位置、21……排出
台、22……ロボツトの動作範囲、23……ロボツト旋回
軸、24……ロボツト手首の回転軸、25……メモリ、26…
…演算プロセツサ、27……駆動系、28……I/Oプロセツ
サ、29……CPU

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットハンドによるワークの把持位置，
   定置位置等の位置データを間接的に教示するロボットに
   よるワーク移送の教示方法において、 基準位置を中心としてＸ方向とＹ方向に寸法目盛を刻ん
   だシートからなる第１の治具にワークを重ね合わせ、 さらに、ロボットハンドの中心位置と吸着位置とを写し
   た透明シートからなる第２の治具を重ね合わせ、 第１の治具の基準線X,Yから第２の治具に記したロボッ
   トハンドの中心線までの寸法ΔX,ΔＹを第１の治具の目
   盛で目視により読み取り、 前記第１の治具の基準位置および第１の治具の基準線X,
   Yに合わせてロボットハンドの動作範囲内におけるワー
   クの把持位置，定置位置等においてあらかじめ決めてあ
   る基準位置に対して前記目視により読み取った寸法ΔX,
   ΔＹで特定される位置を座標計算することで、ワークの
   把持位置，定置位置等におけるロボットハンドの中心位
   置の座標を求め、 かつ、前記目視により寸法ΔX,ΔＹを読み取った際のワ
   ークに対する前記第１の治具の基準線X,Yの方向と、前
   記ロボットハンドの動作範囲内におけるワークの把持位
   置，定置位置等においてあらかじめ決めてある基準位置
   に対して直角関係にある２つの任意点の方向が一致する
   ように、前記座標計算で特定されるロボットハンドの各
   中心位置におけるロボットハンドの手首の回転角度を求
   めて、 これらの中心位置座標に、所定の順番でロボットハンド
   を逐次移動させるロボット動作プログラムを自動生成す
   ることを特徴とするロボットによるワーク移送の教示方
   法。
2. 【請求項２】シートにロボットが作動し得る平面内にお
   いて、基準位置を中心としてＸ方向とＹ方向に所定の寸
   法目盛を方眼状に刻んだ第１の治具と、 透明シートに、ロボットハンドの外形およびホルダによ
   る吸着位置とホルダの有効径を原寸大で表示し、計算の
   基準となるロボットハンドの中心線X,Yを刻んだ第２の
   治具とからなり、 前記第１の治具の上にワークを重ね合わせ、さらにその
   上に前記第２の治具を重ね合わせることで、ワークに対
   するホルダの位置を第２の治具により目視可能とすると
   ともに、 第２の治具上のロボットハンドの中心点の位置を第１の
   治具上の基準線で目視により読み取ることを可能とした
   ことを特徴とするロボットによるワーク移送の教示方法
   に使用する治具。