JP2914719B2 - 工業用ロボット - Google Patents

工業用ロボット

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、教示再生型の工業用ロボットに係わり、ワ
ークの内外面に対して同様な作業をさせるための教示が
容易な工業用ロボットに関する。
「従来の技術」 近年、塗装や溶接等の作業を人間に代わって行う自動
機として、動作プログラムを変更することにより多様な
ワークにフレキシブルに対応可能な教示・再生型の工業
用ロボットが各分野で使用されている。
そして、この種の工業用ロボットでは、ワークの内外
面に対する作業であって、それぞれ内面と外面とについ
て作業具の位置姿勢がワークを挟んで相対向するような
作業についても、従来別々に教示作業を行っていた。
例えば、厚さが一定な板の両面に対して塗装作業をさ
せる場合、それぞれ内面と外面とについて作業具である
塗装ガンはワークを挟んで相対向することになるが、こ
の場合、一般には別々に教示作業を行っていた。
「発明が解決しようとする課題」 このため、従来の工業用ロボットは、前述のような作
業をさせるにあたって、下記のような問題点を有してい
た。
(1) 教示に時間を要する。
(2) 内面と外面の教示品質を同一にできないので内
面と外面の塗装品質に差が生じる。
なお、従来知られているミラーイメージ変換機能を備
えた工業用ロボットであれば、ワークの内外面が平行な
平面で作業具の向きがこれらの面に直交する場合に限
り、ワークをミラーとするこの変換機能で一方の面の教
示データを他方へ変換して、他方の面の教示を省くこと
が可能である。
しかし、ワークの内外面が曲面である場合に、上記ミ
ラーイメージ変換機能を用いて教示を行なうと、ワーク
の面と作業具との距離がワークの外面と内面とで異なっ
てくる。すなわち、例えば、厚みが一定で外面が凸形状
また内面が凹形状となったワークの内外面に対する作業
を行なうような場合に、ワークの外面に対する教示デー
タを基にミラー変換してワークの内面の教示データを演
算するとワークの内面と作業具との距離が長くなってし
まい、逆にワークの内面に対する教示データを基にミラ
ー変換してワークの外面の教示データを演算するとワー
クの外面と作業具との距離が短くなってしまう。
このような場合には、上記ミラーイメージ変換機能は
無効であり、ワークの内外面をそれぞれ別々に教示作業
せざるを得ず、上記問題を有していた。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであ
って、ワークの内外面に対する作業であって、それぞれ
の作業具の位置姿勢がワークを挟んで相対向するような
作業については片面側の教示作業を省き、内外面の教示
品質を同一にし得る工業用ロボットを提供することを目
的としている。
「課題を解決するための手段」 本発明の工業用ロボットは、搭載された作業具の位置
姿勢を決定するデータに基づいて前記作業具を移動させ
てワークに対して作業を行なうものであって、 前記データにより決定される作業具の位置姿勢と該位
置姿勢に対して前記ワークを挟んで対向する作業具の他
の位置姿勢との距離を設定する設定手段と、 前記データにより決定される作業具の位置姿勢に対し
て前記設定手段により設定される距離を保って移動する
作業具の他の位置姿勢となる新データを演算する制御演
算部とを備えていることを特徴としている。
「作用」 上記のような構成であると、ワークの一方の面につい
てだけ教示作業を行い、ワークのそれぞれの面に対する
作業において相対向する作業具間の距離を前記設定手段
の設定値として入力してやれば、ワークの両面について
作業させることができる。
すなわち、このように前記距離データを設定手段によ
り設定すれば、この距離データと一方の面の作業のデー
タとから制御演算部によって新データが求められる。こ
の新データは他方の面の作業についてのデータとなるた
め、他方の面についての教示作業を行なわなくても、一
方の面についての教示品質と同一の教示品質である新デ
ータに基づいて他方の面の作業をも行なうことができ
る。
「実施例」 以下、本発明の一実施例を第1図〜第5図により説明
する。
第1図及び第2図はそれぞれ本発明を実施するための
塗装用ロボットを示す図であって、第1図は全体構成
図、第2図はロボットコントローラの構成を示すブロッ
ク図である。
第1図において、符号1で示すものは、ロボット本体
である。ロボット本体1は、主軸において3軸、手首部
1aにおいて3軸を有する、6自由度の多関節型ロボット
で、ロボットコントローラ2により制御され、手首部1a
の先端に取り付けられた作業具3(この場合、塗装ガ
ン)を、その動作範囲において、任意の方向に向けると
ともに任意の位置に移動させることができる。
また、第1図において符号4で示すものは、外面4aと
内面4bを有する板状のワークである。このワーク4は、
塗装面である外面4aと内面4b間の距離が一定なもの(す
なわち、厚さが一定)であり、それぞれの面の塗装作業
において作業具3の位置姿勢が相対向するようになって
いればよいものである。
また、第1図において符号5は、前記ワーク4の外面
4aを塗装する際の作業具3の狙い位置を示している。
そして、この工業用ロボットにおいては、例えばPTP
方式によるリモート教示方法によって、各狙い位置5に
対する作業具3の位置姿勢を決定するロボット本体1の
姿勢データが順次ロボットコントローラ2に記憶されて
動作プログラムが作成される(すなわち、教示が行われ
るようになっている)。
ここで、姿勢データとは、ロボット本体1の各関節角
θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6の値である。ロボット本
体1は6軸の多関節型ロボットであるので、手首1aに搭
載されている作業具3の位置姿勢はこの六つの関節角に
よって決まる。
なお、以下、これら関節角を6軸分をまとめて次のよ
うにベクトルで表す。
(ト)=[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6] ロボットコントローラ2は、第2図に示すように、キ
ースイッチ2a,サーボコントローラ7,メモリ8,及び動作
制御コントローラ6と座標変換コントローラ9とよりな
る制御演算部2bを備えるものである。
動作制御コントローラ6はロボットコントローラ2内
の信号の流れを制御するもので、この動作制御コントロ
ーラ6にはキースイッチ2a(設定手段)によって後述す
る新データ生成機能における距離Lと反転の向きが設定
されるようになっている。
サーボコントローラ7は6軸分のサーボ系の位置制御
を行うものである。メモリ8は教示された姿勢データを
記憶するものである。
そして、座標変換コントローラ9はロボットの関節角
(ト)から、ロボットベース座標系(XR,YR,ZR)10か
ら見た作業具3の位置姿勢を決定する座標変換マトリク
を求める演算、またはその逆の演算を行うものである。
ここで、第3図によって、この座標変換マトリクス について説明する。
ロボットベース座標系10はロボット本体1のベース部
1cに固定された直角座標系である。第3図において符号
11で示すものは、原点が作業具3の先端(塗装ガンのノ
ズル口)に位置しX軸の向きが作業具3の向き(塗装ガ
ンのノズルの向き)に一致したツール座標系であり、作
業具3の動作に伴って、ロボットベース座標系10内を動
く動座標系である。
また、第3図において符号 で示すものは、ツール座標系11の各軸に設けた単位ベク
トルで、符号 で示すものは、ツール座標系11の原点をロボットベース
座標系10から見て表した座標ベクトルである。
そして、このように座標系あるいは単位ベクトルを表
した場合、ツール座標系11からロボットベース座標系10
への座標変換マトリクス は、下式に示すような4行4列のマトリクスになる。
この工業用ロボットにおいては、前述した教示方法で
教示作業が行われる際に、作業者の操作によりロボット
本体1が動き関節角(ト)が変化するとこの関節角
(ト)はロボット本体1のモータの位置制御用に設けら
れた位置検出器(角度検出器)で各軸毎に検出され位置
フィードバック信号(ト)fとしてサーボコントローラ
7に入力されるようになっている。
また、この際、動作制御コントローラ6が位置フィー
ドバック信号(ト)fを読み込み、メモリ8に番付して
記億させるようになっており、これによって、番付され
た姿勢データよりなる動作プログラムがメモリ8内に構
成されるようになっている。
以下、教示を開始してj回目に動作制御コントローラ
6に読み込まれた関節角(ト)fはj番目の姿勢データ
としてそれぞれ(ト)(j)と表現する。このように表
現すれば、前記教示作業において、メモリ8には、複数
の(ト)(j)が、番付けされた姿勢データ群として記
憶され動作プログラムを構成することになる。
また、この工業用ロボットにおいては、前述のように
教示された姿勢データ(ト)(j)に基づいて、再生動
作がなされ、作業具3がこの姿勢データに対応する軌道
をたどって移動するようにロボット本体1が動作する。
すなわち、再生時には、動作制御コントローラ6がメ
モリ8から(ト)(j)のデータをポイント番号jに従
って順次読み出し、(ト)(j)に対応した出力信号
(ト)r(位置指令)をサーボコントローラ7に出力す
る。そして、位置指令(ト)rに対しロボット本体1の
現在の関節角(ト)rが一致するように、サーボコント
ローラ7からロボット本体1のモータに電流が供給され
て、ロボット本体1がサーボ制御されるようになってい
る。
そして、前記動作制御コントローラ6と座標変換コン
トローラ9とよりなる制御演算部2bは、前述のようにし
て教示されたデータ(ト)(j)から、このデータによ
る作業具3の位置姿勢を該作業具3の向かう方同に平行
移動させさらに向きを反転させた作業具の位置姿勢を決
定する新データを生成する新データ生成機能を有してい
る。
すなわち、前記キースイッチ2aにより前記平行移動の
距離L及び前記反転の向きが設定され、例えばまたこの
キースイッチ2aにより前記新データ生成機能を作動させ
る指令が入力されると、第5図に示すように、動作制御
コントローラ6が以下のステップS1〜S13を行うように
なっている。
[ステップS1] キースイッチ2aにより設定された距離Lと反転の向き
(“左右反転”かあるいは“上下反転”か)を読み込
み、ステップS2に進む。
[ステップS2] 反転の同きを指示する内部の2値変数である反転フラ
グfの値を“0"にし、ステップS3に進む。
[ステップS3] ステップS1で読み込まれた反転の向きの指令が“上下
反転”の場合にはステップS4を実行し、そうでなければ
ステップS5に進む。
[ステップS4] 反転フラグfの値を“1"とし、ステッブS5に進む。
[ステップS5] 姿勢データの番号jを“1"からjendまで1ずつ増加さ
せて、ステップ6からステップ13を繰り返し実行し、処
理を終丁する。ここで、jendは教示された最後の姿勢デ
ータの番号である。
[ステップS6] メモリ8に記憶されているj番目の姿勢データ(ト)
(j)読み出し、ステップS7に進む。
[ステップS7] 座標変換コントローラ9にステップS6で読み出したデ
ータを関節角(ト)として人力し、該データに対する座
標変換マトリクス を算出し、ステップS8に進む。(ここで、座標変換マト
リクス は前記式で表されるものとする。) [ステップS8] 反転フラグfの値が“0"の場合はステップS9に進み、
fの値が“1"の場合はステップ10へ進む。
[ステップS9] 下式により、ステップS7で算出された座標変換マト
リクス の成分 から、単位ベクトル を求め、ステップS11に進む。
[ステップS10] 下式により、ステップS7で算出された座標変換マト
リクス の成分 から、単位ベクトル を求め、ステップS11に進む。
[ステップS11] 下式により、ステップS7で算出された座標変換マト
リクス の成分 から変位ベクトル を求め、ステップS12に進む。
[ステップS12] 下式で表される変換後の座標変換マトリクス を、座標変換コントローラ9に入力し、この座標変換マ
トリクス に対する姿勢データ(ト)′を演算させ、ステップS13
に進む。
[ステップS13] ステップS12で求めた姿勢データ(ト)′を別のプロ
グラムデータ(ト)′(j)としてメモリ8へ格納す
る。
これらステップS1〜S13の処理によって求められた別
の姿勢データ(ト)′(j)は、第3図あるいは第4図
に示すように、教示された姿勢データ(ト)(j)によ
るツール座標系11に対して、距離Lだけ原点がX軸方向
に移動しX軸の向きが反転されたツール座標系12に対応
したものとなる。そして、反転の向きが“左右方向”と
設定された場合には、前記反転はZ軸回りに行われ、ま
た、“上下方向”と設定された場合には、前記反転はY
軸回りに行われる。
つまり、この新データ生成機能によれば、教示された
作業具の位置姿勢に対向する作業具の位置姿勢を決定す
る別の姿勢データ(ト)′(j)が、教示された姿勢デ
ータ(ト)(j)から演算により生成されることにな
る。
このため、例えばワーク4の外面4aに対する動作だけ
を教示し、外面4aと内面4bとについてワーク4を挟んで
対向する作業具の距離を前記距離Lとして入力して前記
新データ生成機能を動作させれば、内面4bに対する動作
のための姿勢データが生成される。
したがって、本実施例の工業用ロボットによれば、ワ
ーク4の外面4aあるいは内面4bの一方に対応する教示デ
ータによって、ワークの両面を塗装することができ、以
下のような効果が奏される。
(1) 教示に要する時間を半分に短縮することができ
る。
(2) 内面と外面の塗装品質を均一にすることができ
る。
(3) 内外面のうち教示しやすい面だけ精度よく教示
すればよいので、全体として教示品質すなわち塗装品質
が向上する。
なお、上記実施例では、距離Lあるいは反転の方向の
設定を動作制御コントローラ6とは独立したキースイッ
チ2aにより行うようにしているが、これに限らず、動作
制御コントローラ6に設けられたスイッチにより行うよ
うにしてもよい。また、これらの情報はあらかじめ定数
として動作制御コントローラ6に登録しておくようにし
てもよい。
また、上記実施例では、新データをメモリ8内の新た
なエリアに記憶させ、元の姿勢データを保存したが、元
の姿勢データと同じエリアに更新登録するようにしても
よい。
さらに、新データ(ト)′(j)をメモリ8に登録し
ないで、教示していない他方の面を塗装させる際に、リ
アルタイムで前記新データ生成機能を作動させ、新デー
タ(ト)′(j)を逐次求めて直接指令値(ト)rとし
て出力し他方の面の作業を行わせるようにしてもよい。
このようにすれば、前述の効果に加え、記憶すべき教示
データ数が半分になるので、メモリ8の容量を節約する
ことができるという効果も奏される。
「発明の効果」 本発明の工業用ロボットによれば、ワークの外面ある
いは内面の一方に対する教示データによって、厚みの一
定の曲面ワークの内外面について作業をすることができ
るので、以下のような効果が奏される。
(1) 教示に要する時間を半分に短縮することができ
る。
(2) 内面と外面の塗装品質を均一にすることができ
る。
(3) 内外面のうち教示しやすい面だけ精度よく教示
すればよいので、全体として教示品質すなわち塗装品質
が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図は本発明の一実施例を示す図であって、
第1図は工業用ロボットの全体構成図、第2図はロボッ
トコントローラの構成図、第3図及び第4図はそれぞれ
本発明の作用を示すとともに座標系の関係を示す概念
図、第5図は制御演算部の動作を示すPAD図である。 1……ロボット本体、2……ロボットコントローラ、2a
……設定手段(キースイッチ)、2b……制御演算部 3……作業具 4……ワーク。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】搭載された作業具の位置姿勢を決定するデ
    ータに基づいて前記作業具を移動させてワークに対して
    作業を行なう工業用ロボットであって、 前記データにより決定される作業具の位置姿勢と該位置
    姿勢に対して前記ワークを挟んで対向する作業具の他の
    位置姿勢との距離を設定する設定手段と、 前記データにより決定される作業具の位置姿勢に対して
    前記設定手段により設定される距離を保って移動する作
    業具の他の位置姿勢となる新データを演算する制御演算
    部とを備えていることを特徴とする工業用ロボット。
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