JP3579742B2 - 教示データ補正方法、補正プログラムおよび補正装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、教示データ補正方法、補正プログラム、その補正プログラムが格納された記録媒体および補正装置に関する。さらに詳しくは、CADデータに基づき作成される、オフラインティーチング方式による教示データの誤差、特にワークの変形に起因する誤差を補正するための教示データ補正方法、補正プログラム、その補正プログラムが格納された記録媒体および補正装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、産業用ロボットに所定の作業・動作を行わせるよう教示する教示方法として、実際のロボットおよびワークを用いて教示するのではなく、パソコンなどの計算機を使用して教示データを作成し、作成された教示データをロボットに与えるようにするオフラインティーチングが、省力化および生産性向上の観点から注目されるようになってきている。
【0003】
このようなオフラインティーチングは、パソコンのみの操作により教示データを作成することができるため、教示作業を行う際にも生産ラインを停止させる必要がなく、生産性向上のために有効であるとともに、例えば航空機翼にリベット孔を穿孔するドリリング作業のように作業点が多数に存在する場合にも、比較的短時間で教示データを作成できるため教示作業を効率化できるという利点がある。
【0004】
この反面、ダイレクトティーチングやティーチングプレイバック方式などのように実際のワークとロボットとを用いて現物合わせで各作業点を教示するものではないため、ワークの設置誤差、ロボットの機械的ばらつき、ワークの重量によるたわみおよびツールの取付誤差などの影響によって教示データと各作業点の実際の位置・方向との間に誤差を生じるのが通常であり、このような誤差を排除するために教示データを補正する必要があるという問題がある。
【0005】
従来、このようなオフラインティーチング方式における教示データの補正方法として、(1)ワークに所定数の基準点を設け、この基準点の位置を検出することによってワークの設置誤差を演算し、これを用いて教示データを補正する方法、(2)作業を実行する際に各作業点の位置をセンシングし、このセンシングの結果により教示データを補正する方法などが行われている(また、切削加工を行う際に発生する予測可能なワークの歪みを考慮してNCデータを補正する方法として特開平11−114771号公報参照。また、基盤の加工などの均一平面を対象とする作業における教示データの補正方法として特開平5−326364号公報参照)。
【0006】
しかし、前記(1)の補正方法では、ワークの設置ずれなどに起因する誤差を解消できるだけで、ワークの熱膨張や歪みなどの変形に起因する誤差を補正することはできない。
【0007】
また、前記(2)の補正方法では、例えばリベット孔のドリリング作業のように作業点が多数に存在する場合には、作業点センシングのためのマーキング作業などに多大の時間を要し、このことが作業効率向上の障害となるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、ワークの変形に起因する各作業点の位置および各作業点における作業方向のずれを合理的に検出・推定するようにして、効率的にかつ適正な作業精度でオフライン教示データを補正することができる教示データ補正方法、補正プログラム、その補正プログラムが格納された記録媒体および補正装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示データ補正方法は、ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正する教示データ補正方法であって、ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出し、該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて各作業点の実際の位置データおよび当該各点における実際の作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする。
【0010】
本発明の教示データ補正方法においては、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび当該各点における作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を前記算出された各偏差量により推定し、該位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したり、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記算出された各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したり、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記算出された各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したりするのが好ましい。
【0011】
本発明の教示データ補正プログラムは、ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正する教示データ補正プログラムであって、コンピュータに、ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出する位置・方向検出手順と、該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて、各作業点の実際の位置データおよび当該各点における実際の作業方向データを推定する位置・方向推定手順と、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正する補正手順とを実行させることを特徴とする。
【0012】
本発明の教示データ補正プログラムにおいては、位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび当該各点における作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を推定し、該推定された位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定したり、位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて、各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定したり、位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定するのが好ましい。
【0013】
本発明の記録媒体は、前記教示データ補正プログラムが格納されてなることを特徴とする。
【0014】
本発明の教示データ補正装置は、ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正する教示データ補正装置であって、ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出する検出手段と、該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて各作業点の実際の位置および当該各点における実際の作業方向を推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正する補正手段とを備えてなることを特徴とする。
【0015】
本発明の教示データ補正装置においては、補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を推定し、該位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したり、補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、前記算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したり、補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、前記算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正したりするのが好ましい。
【0016】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、先行作業工程では少数の計測点を設けるだけでよく作業効率を向上させることができるとともに、各計測点における実測データから合理的に各作業点の位置・方向を推定するので、適正な精度で教示データを補正することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【0018】
図1に本発明の実施形態に係る教示データ補正方法が適用されるロボット制御システムの概略構成を示し、このロボット制御システム(以下、単にシステムという)Aは、例えば航空機翼にリベット孔を穿孔するドリリング作業のような所定の作業を産業用ロボットを用いて行うために、パソコンなどの計算機を使用して各作業点におけるロボットの位置・姿勢を指示する教示データを作成し、この教示データを用いてロボットに前記所定の作業を行わせるよう制御する、いわゆるオフラインティーチング式の制御システムとされる。
【0019】
すなわち、システムAは、製造対象物としてのワークWを設計し、その3次元モデルを作成するCAD(Computer Aided Design)装置10と、CAD装置10により作成されるワークWの3次元モデルを使用して教示データを作成するCAM(Computer Aided Manufacturing)装置20と、ロボット30と、ビジョンセンサ40とを主要構成要素として備えてなる。
【0020】
CAD装置10は、要求される機能・性能を備えたワークWを設計しモデリングする作業を支援する各種プログラムを含み、作成されたワークWの3次元モデルから各作業点の位置および方向を示すデータ(例:リベット孔のワークW表面における中心位置の座標や穿孔方向を示す方向ベクトルの各成分値)を生成し、出力するものとされる(以下、CAD装置10により作成される各作業点の位置を示すデータおよび方向を示すデータをそれぞれ理論位置データおよび理論方向データという)。
【0021】
CAM装置20は、CAD装置10からの理論位置データおよび理論方向データを使用して各作業点におけるロボット30の位置・姿勢を指示する教示データの作成を支援する各種プログラムから構成される。CAD装置10およびCAM装置20を構成する各種プログラムは、具体的にはパソコンなどの計算機に組み込まれて動作するものとされる。
【0022】
ロボット30は、ロボットコントローラ31と、例えば6軸多関節型のマニピュレータ32と、マニピュレータ32に装着されるドリルなどのツール33とから構成される。
【0023】
ビジョンセンサ40は、例えばCCD(Charge Coupled Device)撮像装置およびパターン認識・評価処理演算部(ともに不図示である)から構成され、所定のマーキング方法でワークW上に形成される各計測点を撮像し、この撮像画像に所定の画像処理を施した画像情報を用いて各計測点の位置・方向を検出し、その検出信号をロボットコントローラ31に出力するものとされる。
【0024】
図2にロボットコントローラの詳細構成を示す。
【0025】
ロボットコントローラ31は、ビジョンセンサ40からの検出信号に基づいてCAM装置20が作成した教示データを補正する教示データ補正部34と、教示データ補正部34により補正された教示データに従ってマニピュレータ32をNC制御するNC制御部35とから構成される。
【0026】
以下、航空機翼からなるワークWに多数のリベット孔を穿孔するドリリング作業を行う場合を例に、教示データ補正部34が実施する教示データ補正処理を説明する。以下説明を平易にするため、2次元空間上にて説明を行うが、実際の補正は3次元で行うものである。
【0027】
1.教示データ補正処理の基本概念
【0028】
図3(a)に示すように、本教示データ補正処理は、ワークWの各作業点P1、P2、…、P5の理論位置データおよび理論方向データが、ロボット座標系x−zにおける各座標位置P1、P2、…、P5(以下、通常の添字は点の名称を表し、下付の添字はデータを表すものとする)および各方向ベクトルB1,B2、…、B5として与えられている場合に、例えば両端の各作業点P1、P5を所定の方法でマーキングして計測点を形成し、同図(b)に示すように、各計測点P1、P5の座標位置および方向ベクトルをビジョンセンサ40により検出し、検出された各座標位置P1´、P5´および各方向ベクトルB1´、B5´を示すデータ(以下、検出位置データおよび検出方向データという)を用いて、同図(c)に示すように、各計測点P1,P5以外の各作業点P2、P3、P4の座標位置P2´、P3´、P4´および方向ベクトルB2´、B3´、B4´を推定し、これら推定された各座標位置P2´、P3´、P4´および各方向ベクトルB2´、B3´、B4´を示すデータ(以下、推定位置データおよび推定方向データという)と、前掲の各計測点P1,P5の検出位置データおよび検出方向データとを用いて、CAM装置20からの教示データを補正するものとされる。
【0029】
以下、実施形態における教示データ補正処理の具体的な手順を説明する。
【0030】
2.教示データ補正処理の手順
【0031】
(手順1):CAD装置10からワークWの各作業点の位置データおよび方向データを取得する。
【0032】
(手順2):図4に示すように、ワークWの1つの断面上にあるような複数の作業点P1、P2,…、P7の中で例えば両端の2つの作業点P1、P7を先行作業工程で予めマーキングして、2つの計測点P1、P7を形成する。
【0033】
(手順3):ビジョンセンサ40により各計測点P1、P7の位置データP1´、P7´および方向データB1´、B7´を検出する。
【0034】
(手順4):手順3で取得された検出位置データP1´、P7´および検出方向データB1´、B7´を用いて、各計測点P1、P7以外の各作業点P2、P3…、P6の位置データP2´、P3´、…、P6´および方向データB2´、B3´、…、B6´をワークWの位置ずれおよびワークWの歪みの影響を考慮に入れて推定し、この推定位置データP2´、P3´、…、P6´および推定方向データB2´、B3´、…、B6´に基づき教示データを補正する。以下、手順4の推定処理の要点を説明する。
【0035】
2−1.推定処理の要点
【0036】
以下、説明の簡単化のためにワークWの変形の影響のみを問題として推定処理を説明する。
【0037】
(要点1):各計測点P1、P7の検出位置データおよび検出方向データを理論位置データおよび理論方向データと比較し、検出位置データの理論位置データからの偏差(以下、位置偏差量という)および検出方向データの理論方向データからの偏差(以下、方向偏差量という)を算出する。位置偏差量は3次元データを、方向偏差量は2次元データを保有するベクトル量としてそれぞれ算出される。
【0038】
(要点2):各作業点P2、P3、…、P6の位置偏差量および方向偏差量が各計測点P1、P7との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点P2、P3、…、P6の位置偏差量および方向偏差量を推定し、これらの位置偏差量および方向偏差量を用いて各作業点P2〜P6の位置データおよび方向データを推定して教示データを補正する。
【0039】
なお、各作業点P2、P3、…、P6の位置偏差量および方向偏差量が、各計測点P1、P7からの距離に応じて比例的に変化する場合には、以下の手順により各作業点P2、P3、…、P6における位置偏差量および方向偏差量を推定して教示データを補正する。
【0040】
(要点3):各計測点P1、P7以外の作業点P2、P3、…、P6について、補正基準点を設定する。例えば、図4(b)に示すように、理論位置データによる各点P1〜P7間の距離の比、すなわち〈P1P2〉:〈P2P3〉:…:〈P6P7〉により線分P1P7を内分し、これら各内分点R2、R3、…,R6を対応する各作業点P2〜P6の補正基準点として設定する。なお、〈P1P2〉、〈P2P3〉、…、〈P6P7〉は、線分P1P2、線分P2P3、…、P6P7の長さをそれぞれ示す。このことは、以下において同様である。
【0041】
(要点4):各補正基準点R2〜R6における位置偏差量および方向偏差量を各計測点P1、P7からの距離に応じて比例的に変化するものとして演算し、この演算された各補正基準点R2〜R6における位置偏差量および方向偏差量を用いて各作業点P2〜P6の位置および方向を推定し、教示データを補正する。
【0042】
(要点5):各作業点P2〜P6の位置および方向を推定する際の、各計測点P1、P7を結ぶ線分P1P7と垂直な方向への偏位量の成分(以下、垂直偏位成分という)の導出は、ワークWの材質などを具体的に考慮して決定される。例えば、
【0043】
(要点5.1)ワークW全体が均一に膨張するような場合には、各計測点P1、P7間の伸び率をそのまま反映して各作業点P2〜P6の垂直偏位成分を演算する。
【0044】
(要点5.2)ワークWの伸び率が線分P1P7に平行な方向と垂直な方向とで異なり、かつ両者が比例関係にあるような場合には、平行な方向の伸び率に比例係数を乗算して各作業点P2〜P6の垂直偏位成分を演算する。
【0045】
(要点5.3)各計測点P1、P7間の伸び率が線分P1P7に垂直な方向の伸び率に反比例するような場合は、各計測点P1、P7間の伸び率の逆数により各作業点P2〜P6の垂直偏位成分を演算する。
【0046】
(要領5.4)各計測点P1、P7間の伸び率が線分P1P7に垂直な方向の伸び率に1以外の比例係数で反比例するような場合は、各計測点P1、P7間の伸び率の逆数にその比例係数を乗算し、この乗算結果により各作業点P2〜P6の垂直偏位成分を演算する。
【0047】
以下、各具体例を用いて推定処理を説明する。
【0048】
3.作業点推定の具体例
【0049】
図5(a)に示すように、ワークWの各作業点P11、P12、P13の理論位置データおよび理論方向データが座標P11、P12、P13および方向ベクトルB11、B12、B13として与えられており、両端の各作業点P11、P13を計測点として中間の作業点P12の位置・方向を推定する場合を考える。
【0050】
計測点P11、P13間の理論距離を値L1、点P11、P12間の理論距離を値m1、点P12、P13間の理論距離を値m2とする。また、作業点P12の補正基準点を符号R12で表し、点P11、R12間の理論距離を値(t×L1)で表すものとすると(但し、t:0<t<1)、前記要点3から下記式(1)が成り立つ。
【0051】
m1:m2=t:1−t (1)
【0052】
また、このとき点P12、R12間の理論距離が値L2であるものとする。
【0053】
ここで、同図(b)に示すように、ワークWの位置が点線W´で示す位置まで単純にずれているような場合は、公知の平行移動および回転移動に基づく処理により教示データを補正することが可能である。したがって、以下の説明ではワークWの位置ずれは捨象して、ワークWの変形に起因する誤差のみを問題として各作業ポイントの位置データおよび方向データを推定する手順を説明する。
【0054】
また、以下の説明では、説明を単純化するために平面内においてワークの変形が発生する状況を説明するが、実際の歪みは立体的に発生し、位置・方向偏差ともに立体的成分をもち、本方式はこの立体的歪みに対応するものである。
【0055】
3−1.ワークWの変形が膨張または縮小のみの場合
【0056】
図5(c)に示すように、ワークWの変形後の各計測点P11、P13の位置は点P11´、P13´に移動しているが、各計測点P11、P13の方向データは元のB11、B13のままである場合を考える。このとき、点各計測点P11、P13間の伸び率が値α(α:縮小の場合は0<α<1、膨張の場合は1<α)であるものとすると、αを引数とする関数f(α)を前記要点5に準じて算出する。
【0057】
これにより、作業点P12の実際の位置P12´は、計測点P11、P13の計測位置P11´、P13´間をm1:m2にて内分する点R12´から距離f(α)×L2離れた点として推定される。なお、この例でワークWが均一的に膨張または縮小する場合は、f(α)=αとして、点P12´の位置が推定される。
【0058】
また、作業点P12における推定方向データは、ワークWにねじれがないものと考えられるため元のB12のままとされる。
【0059】
3−2.ワークWにねじれが発生している場合
【0060】
各計測点P11、P13における検出方向データが理論方向データと相違している場合は、作業点P12の方向データもそれに応じて補正する。すなわち、各計測点P11、P13における検出方向データをそれぞれB11´、B13´で表し、各々の方向偏差量がそれぞれz軸となすy軸回りの角度差θ1,θ2であるものとすると、作業点P12の補正基準点R12における方向偏差量θaは下記式(2)により算出される。
【0061】
θa=(1−t)×θ1+t×θ2 (2)
【0062】
このとき、各計測点P11、P13の検出位置データが理論位置データと相違しないものとすると、推定作業点P12´と補正基準点R12´との距離は値L2のままであるものと推定される。
【0063】
4.各計測点の間に複数の作業点がある場合の補正例
【0064】
4−1.ワークWが膨張または縮小した場合
【0065】
図6(a)に示すように、各計測点P21、P24の間に複数の作業点P22、P23があり、各点P21〜P24間の距離の比、すなわち〈P21P22〉:〈P22P23〉:〈P23P24〉がa:b:c(但し、a、b、c:a>0、b>0、c>0かつa+b+c=1)であるものとする。
【0066】
ワークWが変形していない状態では、各作業点P22、P23の補正基準点R22、R23は下記式(3)を満足するように線分P21P24上に設定される。
【0067】
〈P21R22〉:〈R22R23〉:〈R23P24〉=a:b:c (3)
【0068】
また、各点P21、P22、P23、P24の各理論方向データを方向ベクトルB21、B22、B23、B24により示し、各作業点P22、P23の方向ベクトルB22、B23がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれθ21、θ22とし、線分R22P22および線分R23P23がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれ角度θ23、θ24とし、線分R22P22および線分R23P23の長さをそれぞれ値L21、値L22とする。
【0069】
ここで、同図(b)に示すように、ワークWの膨張によって、各計測点P21、P24の位置が点P21´、P24´に移動したものとすると、各計測点P21,P24間のワークWの伸び率αは、下記式(4)で算出される。
【0070】
α=〈P21´P24´〉/〈P21P24〉 (4)
【0071】
このとき、線分P21´P24´を、a:b:cに内分するように各作業点P22、P23の補正基準点R22´、R23´を設定する。ワークW変形後の作業点P22の位置P22´は補正基準点R22´から角度θ23の方向に距離α×L21の点と推定され、ワークW変形後の作業点P23の位置P23´は補正基準点R23´から角度θ24の方向に距離α×L22の点と推定される。
【0072】
また、各点P21、P22、P23、P24の各方向データを示す方向ベクトルB21´、B22´、B23´、B24´は理論方向データの各方向ベクトルB21、B22、B23、B24とそれぞれ同一とされる。
【0073】
4−2.ワークWにねじれが発生した場合
【0074】
図7(a)に示すように、各計測点P31、P34の間に複数の作業点P32、P33があり、各点P31〜P34間の距離の比、すなわち〈P31P32〉:〈P32P33〉:〈P33P34〉がa:b:c(但し、a、b、c:a>0、b>0、c>0かつa+b+c=1)であるものとする。
【0075】
ワークWが変形していない状態では、作業点P32、P33の補正基準点R32、R33は下記式(5)を満足するように線分P31P34上に設定される。
【0076】
〈P31R32〉:〈R32R33〉:〈R33P34〉=a:b:c (5)
【0077】
また、各点P31、P32、P33、P34の各理論方向データを方向ベクトルB31、B32、B33、B34により示し、各作業点P32、P33の方向ベクトルB32、B33がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれθ31、θ32とし、線分R32P32および線分R33P33がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれ角度θ33、θ34とし、線分R32P32および線分R33P33の長さをそれぞれ値L31、値L32とする。
【0078】
ここで、同図(b)に示すように、各計測点P31,P34における検出方向データ(方向ベクトル)がB31´、B34´であり、その方向偏差量がそれぞれ角度θ35、θ36で表されるものとすると、前記要点2に準じて下記式(6)、(7)により各作業点P32、P33に対応する方向偏差量θ37,θ38が演算される。
【0079】
θ37=(1−a)×θ35+a×θ36 (6)
【0080】
θ38=c×θ35+(1−c)×θ36 (7)
【0081】
このとき、各計測点P31、P34の検出位置データおよび検出方向データに基づき推定される各作業点P32、P33の推定位置(以下、推定作業点という)P32´、P33´は、線分R32P32および線分R33P33を各補正基準点R32、R33を中心に方向偏差量に相当する角度θ37,θ38それぞれ回転させた位置として設定される。また、点R32´、P32´間の距離は値L31のままであり、点R33´、P33´間の距離は値L32のままであると推定される。
【0082】
また、各推定作業点P32´、P33´の推定方向データ(ベクトル)B32´、B33´がz軸となすy軸回りの角度をθ31´、θ32´は、下記式(8)、(9)により算出される。
【0083】
θ31´=θ31+θ37 (8)
【0084】
θ32´=θ32+θ38 (9)
【0085】
4−3.ワークWが膨張または縮小し、かつねじれが発生した場合
【0086】
図8(a)に示すように、各計測点P41、P44の間に複数の作業点P42、P43があり、各点P41〜P44間の距離の比、すなわち〈P41P42〉:〈P42P43〉:〈P43P44〉がa:b:c(但し、a、b、c:a>0、b>0、c>0かつa+b+c=1)であるものとする。
【0087】
ワークWが変形していない状態では、各作業点P42、P43の補正基準点R42、R43は下記式(10)を満足するように線分P41P44上に設定される。
【0088】
〈P41R42〉:〈R42R43〉:〈R43P44〉=a:b:c (10)
【0089】
また、各点P41、P42、P43、P44の各理論方向データを方向ベクトルB41、B42、B43、B44により示し、各作業点P42、P43の方向ベクトルB42、B43がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれθ41、θ42とし、線分R42P42および線分R43P43がz軸となすy軸回りの角度をそれぞれ角度θ43、θ44とし、線分R42P42および線分R43P43の長さをそれぞれ値L41、値L42とする。
【0090】
ここで、同図(b)に示すように、各計測点P41、P44における検出位置データにより各計測点P41、P44の位置がそれぞれ点P41´、P44´に移動したものとすると、各計測点P41、P44間のワークWの伸び率αは、下記式(11)で算出される。
【0091】
α=〈P41´P44´〉/〈P41P44〉 (11)
【0092】
また、前記要点3に準じて各作業点P42、P43の推定作業点P42´、P43´に対応する補正基準点(以下、推定補正基準点という)R42´、R43´は下記式(12)を満足するように線分P41´P44´上に設定される。
【0093】
〈P41´R42´〉:〈R42´R43´〉:〈R43´P44´〉=a:b:c(12)
【0094】
さらに、各計測点P41、P44における方向偏差量がそれぞれ角度θ45、θ46であることが検出されたものとすると、前記要点2に準じて下記式(13)、(14)により各推定作業点P42、P43に対応する方向偏差量θ47,θ48が演算される。
【0095】
θ47=(1−a)×θ45+a×θ46 (13)
【0096】
θ48=c×θ45+(1−c)×θ46 (14)
【0097】
このとき、線分R42´P42´および線分R43´P43´の各々がz軸となす角度θ49、θ50は下記式(15)、(16)により算出される。
【0098】
θ49=θ43+θ47 (15)
【0099】
θ50=θ44+θ48 (16)
【0100】
また、各点R42、P42間の推定距離はα×L41であり、点R43、P43間の推定距離はα×L42であるものと推定される。
【0101】
また、各推定作業点P42、P43の方向データを示す各方向ベクトルB42´、B43´がz軸となす角度θ41´、θ42´は、下記式(17)、(18)により算出される。
【0102】
θ41´=θ41+θ47 (17)
【0103】
θ42´=θ42+θ48 (18)
【0104】
このように、本発明の実施形態によれば、ワークWの一つの断面上にあるような各作業点の中で、例えば両端の作業点を予め計測点として先行作業工程で形成し、教示データ補正部34が、ビジョンセンサ40により検出される各計測点の位置データおよび方向データに基づいて、計測点以外の各作業点の位置データおよび方向データを推定し、これら各計測点の検出位置データおよび検出方向データ、ならびに各作業点の推定位置データおよび推定方向データを用いて教示データを補正するので、オフラインティーチング方式による教示データを、先行作業工程を省力化して効率良く補正することができる。また、各計測点の検出位置データおよび検出方向データの理論位置データおよび理論方向データからの各偏差量を使用して各作業点における位置データおよび方向データの偏差量を合理的に推定し、この推定結果に基づき教示データを補正するので、適正な精度で教示データを補正し、ロボットを制御することが可能となる。
【0105】
また、本実施形態の教示データ補正方法は、作業場の温度条件等の変化によりワークWの変形量が予め予測し得ないような場合にも各作業点の位置・方向を推定することが可能である。この点で、前記特開平11−114771号公報による方法が、予想されるワークWの変形量にのみ対処しているのと異なる。
【0106】
さらに、各作業点が航空機翼のような曲面上の各点である場合にもその位置・方向を推定することが可能となる。この点で、前記特開平5−326364号公報による方法が、基盤表面のような均一平面上の各作業点を対象としているのとは異なる。
【0107】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々改変が可能である。
【0108】
例えば、実施形態においては、各計測点および各作業点からなる点列間の距離の比により各計測点を結ぶ線分を内分した点を基準に、各作業点の実際の位置・方向を推定するものとしたが、各作業点の各計測点からの距離の比により各計測点を結ぶ線分を内分した点を基準に各作業点の実際の位置・方向を推定するものとしてもよい。
【0109】
また、実施形態においては、計測2点間にある作業点を対象としたが、計測2点外にある作業点についても、各計測点を外分した位置に補正基準点を設けることにより、補正を行うことが可能である。
【0110】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、ワークの設計データに基づき作成される教示データをワークの変形に起因する誤差を排除するように補正する際に、ワークに設けられる2つの計測点の位置・方向を検出し、この検出された各計測点の位置データおよび方向データに基づいて、各計測点以外の作業点の実際の位置および方向を推定し、この推定された各作業点の位置データおよび方向データに基づいて教示データを補正するので、補正のための先行作業工程を省力化して、作業効率を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る教示データ補正方法が適用されるロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図2】ロボットコントローラの詳細を示すブロック図である。
【図3】本発明の教示データ補正方法の基本概念を説明するための模式図である。
【図4】同教示データ補正方法の手順を説明するための模式図である。
【図5】同教示データ補正方法における作業点推定処理の具体的手順を説明するための模式図である。
【図6】同教示データ補正方法における作業点推定処理の具体的手順の一例を説明するための模式図である。
【図7】同教示データ補正方法における作業点推定処理の具体的手順の他の例を説明するための模式図である。
【図8】同教示データ補正方法における作業点推定処理の具体的手順のさらに他の例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
10 CAD装置
20 CAM装置
30 ロボット
31 ロボットコントローラ
34 教示データ補正部
40 ビジョンセンサ
W ワーク
Claims (13)
- ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正する教示データ補正方法であって、 ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出し、該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて各作業点の実際の位置データおよび当該各点における実際の作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする教示データ補正方法。
- 検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を前記算出された各偏差量により推定し、該位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項1記載の教示データ補正方法。
- 検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記算出された各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項1記載の教示データ補正方法。
- 検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記算出された各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項1記載の教示データ補正方法。
- ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正する教示データ補正プログラムであって、
コンピュータに、
ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出する位置・方向検出手順と、
該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて、各作業点の実際の位置データおよび当該各点における実際の作業方向データを推定する位置・方向推定手順と、
該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正する補正手順
とを実行させることを特徴とする教示データ補正プログラム。 - 位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を推定し、該推定された位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定することを特徴とする請求項5記載の教示データ補正プログラム。
- 位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて、各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定することを特徴とする請求項5記載の教示データ補正プログラム。
- 位置・方向推定手順が、位置・方向検出手順により検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、該算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定することを特徴とする請求項5記載の教示データ補正プログラム。
- 請求項5、6、7または8記載の教示データ補正プログラムが格納されてなることを特徴とする記録媒体。
- ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行なわせるための教示データを補正する教示データ補正装置であって、
ワークに設けられる2つの計測点の位置および当該各点における作業方向を検出する検出手段と、該検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて各作業点の実際の位置および当該各点における実際の作業方向を推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正する補正手段とを備えてなることを特徴とする教示データ補正装置。 - 補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量が各計測点との位置関係に応じて変化するものとして、各作業点の位置偏差量および当該各点における作業方向偏差量を推定し、該位置偏差量および作業方向偏差量により各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項10記載の教示データ補正装置。
- 補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点と前記計測点との位置関係に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、前記算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項10記載の教示データ補正装置。
- 補正手段が、検出された各計測点の位置データおよび当該各点における作業方向データの、ワークの設計データに基づき作成される位置データおよび作業方向データからの各偏差量を算出し、前記各計測点を結ぶ線分上に各作業点に対応させた補正基準点を各作業点の前記計測点からの距離の比に応じて設定し、前記各偏差量が前記線分上で比例的に変化するものとして前記補正基準点における各偏差量を算出し、前記算出された各偏差量に基づいて各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データを推定し、該推定された各作業点の位置データおよび当該各点における作業方向データに基づいて教示データを補正することを特徴とする請求項10記載の教示データ補正装置。
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