JP4713030B2 - エンドエフェクタの開度設定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドエフェクタの開度設定方法に関し、特に、多関節ロボットの動作に関連付けてエンドエフェクタの開度を設定するエンドエフェクタの開度設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、多関節ロボットを動作させるための、動作のティーチング作業の効率化を図るため、あるいは、多関節ロボットが備えられた製造ラインの稼動率を向上させるために、オフラインによるティーチング（オフラインティーチング）が行われている。すなわち、コンピュータ上に多関節ロボット並びに作業対象物であるワークおよび周辺構造物のモデルを構築し、このモデルを用いてティーチングデータを作成した後、前記ティーチングデータを現場の多関節ロボットに供給するようにすれば、ティーチングデータの作成中に製造ラインを停止させる必要がない。
【０００３】
製造ラインに備えられた多関節ロボットの代表的なものとして、先端部にガンユニットを備えた溶接ロボットが挙げられる。このガンユニットは、開閉動作を迅速に、かつ高精度な動作を行うことができるように、サーボモータにより動作させるサーボガンが開発されている。
【０００４】
サーボガンを採用する場合、溶接ロボットのティーチングまたはオフラインティーチングにおいて、各教示姿勢点毎にガンユニットのガン開度も設定する必要がある。
【０００５】
なお、多関節ロボットの基本的な動作は、ロボット基本制御部の制御によって行われる。このロボット基本制御部によれば、ある教示姿勢点から別の教示姿勢点へ移動する場合に、各軸が同時に動作を開始し、終了点で同時に動作を終了する同時開始同時終了のモードが設けられており、通常はこのモードにより動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガン開度の設定は動作経路中の各教示姿勢点毎に設定する必要があり、ティーチングまたはオフラインティーングにおいて設定の手間を要する。すなわち、溶接を行うワークの形状を無視した値を設定すれば干渉のおそれがあり、また例えば、溶接ポイント以外を最大開度にするという単純なルールにより設定すれば、ガンユニットの開閉時間が長くなり、多関節ロボットの動作全体としてサイクルタイムの増大を招いて不適切である。
【０００７】
また、前記同時開始同時終了のモードによれば、ガンの開閉機構も１つの軸としてみなされることから、ガン開度の開度差が大きく、かつ多関節ロボット本体の移動量が小さいときには、ガンの開閉動作に合わせて多関節ロボットの動作が遅くなる。さらに、同時開始同時終了のモードを使用しない場合であっても、多関節ロボット本体の動作が短時間で終了した後に、ガン開閉動作の終了を待つための無駄な時間が発生する。
【０００８】
これらの問題を解決するためにいくつかの手法が提案されている。
【０００９】
例えば、空圧サーボガンによりワークの凹凸に合わせた開度を設定する手法（特公平８−２５０８号公報参照）がある。しかしながら、この手法によれば、空気圧機構の応答遅れや各教示姿勢点でのガン開度設定は可能であるが、各教示姿勢点間を移動する最中の開度設定は行えず、サイクルタイムを顕著に短縮することができない。
【００１０】
その他、開閉機構のうち固定側と可動側とを考慮し、移動時に可動側を開くと同時に、多関節ロボット本体を動作させることによって固定側もワークから離反させる手法（特許第２７８７９３２号公報参照）がある。しかしながら、この手法によれば、ガンは全閉状態か全開状態の択一的な動作しか行うことができず、必要以上にガンを開放してしまう。また、ワークとの干渉については別途考慮する必要がある。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らし、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することを可能にするエンドエフェクタの開度設定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法は、多関節ロボットに備えられた開閉機構付きエンドエフェクタの開度設定方法において、前記多関節ロボットの動作計画を示す行程のうち、所定の区間を抽出するステップと、前記所定の区間内で前記開閉機構が他の物体と非干渉状態を保つ最小開度を調査するステップと、前記所定区間内での前記開閉機構の開度を前記最小開度に設定するステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記行程を構成する教示姿勢に前記開閉機構の開閉速度の設定を行うようにしてもよい。
【００１４】
そして、前記所定の区間は、前記行程を構成する教示姿勢間で、前記エンドエフェクタの作業点の移動距離が動作計画のうちで短い区間を抽出するための閾値以下で、１以上の連続する区間とするとよい。
【００１５】
さらに、前記所定の区間の始点または終点は、前記エンドエフェクタに作業を行わせる教示姿勢であってもよい。
【００２０】
このようにすることにより、開閉機構の開度の設定を多関節ロボットの動作に関連付けて行うので、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らし、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法の第１および第２の実施の形態例を図１〜図１４を参照しながら説明する。
【００２２】
第１の実施の形態におけるガンユニット（エンドエフェクタ）の開度設定方法は、基本的には、多関節ロボットの動作計画のうち動作距離の短い区間を抽出し、その区間内で非干渉状態を保つ最小開度をガンユニットの開度として設定するものである。
【００２３】
また、第２の実施の形態では、教示姿勢間におけるガンユニットの開度を、多関節ロボットの動作時間内に開閉することのできる開度差で、かつ、干渉のない開度に設定するものである。
【００２４】
図１に示すように、第１の実施の形態において使用するオフラインティーチング装置１０は多関節ロボット５０の動作のティーチングを行うものであり、作成されたティーチングデータに基づき作業対象物に対して所望の作業を行うロボット装置１２と連係されている。
【００２５】
また、ロボット装置１２は、多関節ロボット５０と、ティーチングデータに基づいて前記多関節ロボット５０の動作制御を行うロボット制御部２２とを備える。
【００２６】
図２に示すように、オフラインティーチング装置１０を構成する制御部１４は、オフラインティーチング装置１０の全体の制御を行う制御手段としてのＣＰＵ（コンピュータ）２６と、記憶部であるＲＯＭ２８およびＲＡＭ２９と、ハードディスク３４に対してデータのアクセスを行うハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３９と、モニタ１６の画面上における描画制御を行う描画制御回路３０と、入力装置としてのキーボード１８およびマウス２０が接続されるインタフェース回路３２と、外部記録媒体３６ａ（例えば、フレキシブルディスクやコンパクトディスク等）を制御する記録媒体ドライブ３６と、ティーチングデータを作成するデータ作成回路３８と、ティーチングデータに基づきモニタ１６の画面上でシミュレーションを行うシミュレーション回路４０とを有する。このシミュレーション回路４０は、３次元ＣＡＤをベースにしており前記モデルを作成し、また該モデル相互の干渉を調査する機能等を有する。
【００２７】
ハードディスク３４には、多関節ロボット５０の動作経路を設定する機能をもつ所定のプログラム３５、多関節ロボット５０の力学的な特性により基本的な動作制御機能をプログラムしたロボット基本制御部３７および図示しないＯＳ等が格納されている。
【００２８】
図３に示すように、多関節ロボット５０は、取付台である第１ベース５４に対して、先端側に向かって順に、第２ベース５６、第１リンク５８、第２リンク６０、第３リンク６２、第４リンク６４およびガン着脱部６６が接続されている。先端のガン着脱部６６にはサーボガンであるガンユニット（エンドエフェクタ）６８が接続されている。
【００２９】
第２ベース５６は鉛直軸である軸Ｊ１を中心にして第１ベース５４に対して旋回可能に軸支されている。第１リンク５８の基端部は水平軸である軸Ｊ２により第２ベース５６に俯仰可能に軸支されている。また、第２リンク６０の基端部は水平軸である軸Ｊ３により第１リンク５８の先端部に揺動可能に軸支されている。そして、第３リンク６２は第２リンク６０の先端側に軸Ｊ４を共通の回転中心軸として接続されている。さらに、第４リンク６４の基端部は軸Ｊ４に対して直角方向の軸Ｊ５により第３リンク６２の先端部に揺動可能に軸支されている。ガン着脱部６６は第４リンク６４の先端側に軸Ｊ６を共通の回転中心軸として接続されている。
【００３０】
図４に示すように、ガン着脱部６６に接続されたガンユニット６８はいわゆるＣ型溶接ガンであり、アーチ状のアーム７４の両端部には、軸Ｊ６上に沿って開閉動作を行う可動電極７２と、可動電極７２の対極側に位置する固定電極７０を有する。この可動電極７０および固定７２は閉状態では軸Ｊ６上の溶接作業点（以下、ＴＣＰ（Tool Center Point）という。）でワーク８０に接触する。
【００３１】
可動電極７２は本体側に設けられたベアリング７５により軸支されている。また可動電極７２は、軸方向の中央部にネジ溝が形成されており、サーボモータ７７の駆動力により回転するネジ７６により軸方向に進退可能なボールネジ・ナット機構となっており、全体として開閉機構を構成している。可動電極７２の進退する進退量によって決定される該可動電極７２と固定電極７０との間の距離、すなわちガンユニット６８の開度（以下、ガン開度という。）はリニアセンサ７８により検出されロボット制御部２２に伝えられる。
【００３２】
ロボット制御部２２では、リニアセンサ７８の信号によりフィードバックループを構成しており、ガン開度を任意の値に設定可能である。また、サーボモータ７７はロボット制御部２２により制御されており、電圧制御、界磁制御または速度フィードバック等により回転速度を任意に設定可能であり、従って可動電極７２の進退速度が可変である。
【００３３】
ＴＣＰから本体側の可動電極７２の軸心に一致する方向をベクトルＺｒ（図３参照）とし、ベクトルＺｒに直交しガンユニット６８の外側に向く方向をベクトルＸｒとする。また、ベクトルＸｒ、ベクトルＺｒに互いに直交する方向をベクトルＹｒとする。
【００３４】
軸Ｊ１〜Ｊ６の駆動機構並びに可動電極７２の開閉機構は、それぞれ図示しないアクチュエータにより駆動され、ＴＣＰは軸Ｊ１〜Ｊ６のそれぞれの回転角θ１〜θ６の値および多関節ロボット５０の各部寸法により決定される。
【００３５】
また、ガンユニット６８はＣ型溶接ガンに限らず、例えば図５に示すＸ型溶接ガン（共通の支軸に軸支された開閉する一対のガンアームを備える溶接ガン）６８ａであってもよい。
【００３６】
多関節ロボット５０に関する座標計算および制御上の基準点として、軸Ｊ１と軸Ｊ２とが交差する点を原点Ｏとして規定し、この原点Ｏを基準として、鉛直上向き方向を高さＺ、回転角θ１がθ１＝０であるときの軸Ｊ２の方向を奥行Ｙ、高さＺと奥行Ｙに垂直な方向を幅Ｘとして表す。この高さＺ、幅Ｘおよび奥行Ｙにより３次元直交座標を示すものとする。
【００３７】
多関節ロボット５０は、任意の教示姿勢点間を移動するための直線動作モードおよび各軸動作モードを実現するプログラムがロボット基本制御部３７に組み込まれている。
【００３８】
各軸動作モードは、各軸Ｊ１〜Ｊ６およびガン開度を最大動作速度に対して［％］の単位で動作速度を設定するものである。
【００３９】
これらの動作モードは、任意の教示姿勢点間をＴＣＰで表したとき、両教示姿勢点間を直線状に動作するモードであり、［ｍｍ／ｓｅｃ］の単位で速度指定が可能である。この直線動作モードは各軸Ｊ１〜Ｊ６およびガンユニット６８が同時に動作を開始し、終点において同時に動作を終了するモードであり、いずれかの軸またはガンユニット６８の動作が指定速度に適応できないときには、その軸またはガンユニット６８に応じた速度で動作する。
【００４０】
また、ロボット基本制御部３７は、多関節ロボット５０の力学的な特性により動作開始および動作停止時の加減速度が設定されており、指定動作速度と関連付けられている。すなわち、指定動作速度に応じた適切な加減速度を発生させるように制御するので、指定速度が最大速度であっても加減速度は最大値とは限らないため、その動作時間が最短時間とはならない。
【００４１】
第１の実施の形態における多関節ロボット５０とロボット基本制御部３７の組み合わせでは、図６に示す関係が最も適切であり、移動時間が短いものとする。
【００４２】
図７に示すように、多関節ロボット５０の動作は、教示姿勢点Ｑ１から出発し、順にＱ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｐ１、Ｑ５、Ｐ２、Ｑ６そしてＱ７へ移動するものとする。このうちＱ１〜Ｑ７は多関節ロボット５０の位置および姿勢を示す通常の教示姿勢点であり、Ｐ１およびＰ２はワーク８０を溶接する溶接ポイントであるものとする。
【００４３】
また、これら動作区間のうち、教示姿勢点Ｑ１〜Ｑ２、教示姿勢点Ｑ４〜Ｑ５、教示姿勢点Ｑ５〜溶接ポイントＰ２および溶接ポイントＰ２〜教示姿勢点Ｑ６の区間は比較的に移動距離が大きい区間であり、一方、教示姿勢点Ｑ２〜Ｑ３、教示姿勢点Ｑ３〜溶接ポイントＰ１、溶接ポイントＰ１〜教示姿勢点Ｑ４および教示姿勢点Ｑ６〜Ｑ７の区間は比較的に移動距離が小さいものとする。
【００４４】
図８に示すように、多関節ロボット５０の動作はパステーブル（行程）１００によって表されており、このパステーブル１００は、「ガンユニットの向き」欄１００ａ、「ＴＣＰの位置」欄１００ｂ、「各軸角度」欄１００ｃ、「ガン開度」欄１００ｄ、「動作モード」欄１００ｅ、「動作速度」欄１００ｆおよび「溶接指示」欄１００ｇから構成されている。
【００４５】
このパステーブル１００は、ＲＡＭ２９やハードディスク３４内に記録されるが、必要に応じてモニタ１６の画面に表示されまたは印刷され得る。
【００４６】
「ガンユニットの向き」欄１００ａは、ガンユニット６８の向きをＴＣＰを構成するベクトルＸｒ、ＹｒおよびＺｒで表す。また、「ＴＣＰの位置」欄１００ｂはＴＣＰの位置を原点Ｏを基準としたＸ、Ｙ、Ｚ座標で表す。
【００４７】
「各軸角度」欄１００ｃは軸Ｊ１〜Ｊ６の回転角θ１〜θ６から構成されている。「ガン開度」欄１００ｄはガン開度の値を示す。
【００４８】
「動作モード」欄１００ｅは、直線動作モードを示す「チョクセン」と各軸動作モードを示す「カクジク」が記録され、動作の区別を表す。
【００４９】
「動作速度」欄１００ｆは各軸Ｊ１〜Ｊ６およびガンユニット６８の開閉機構の動作速度を表す。「動作モード」欄１００ｅが「カクジク」であるときには各軸の最大動作速度に対する［％］の値で指定し、また「チョクセン」であるときにはＴＣＰの移動速度を［ｍｍ／ｓｅｃ］の値で指定する。
【００５０】
直線動作モードおよび各軸動作モードは、いずれも動作速度の設定においては、教示姿勢点間の移動距離および動作時間が最短時間となるように考慮し、図６に示した適切な動作速度を設定する。
【００５１】
「溶接指示」欄１００ｇは、溶接の指示を示すもので、溶接作業を１つの教示姿勢点にて表している。また、溶接後のガン開度を指定するために、専用の教示姿勢点ＢＵ１およびＢＵ２が溶接ポイントＰ１およびＰ２の後に挿入されている。この専用の教示姿勢点ＢＵｎは、直前の溶接ポイントＰｎと各回転角θ１〜θ６およびガン開度が同じ値になっている。
【００５２】
なお、パステーブル１００に示す多関節ロボット５０の動作は、第１リンク５８、第２リンク６０、第３リンク６２、第４リンク６４およびガン着脱部６６に関しては他の構造物等に対して干渉することなく動作することが予め保証されており、またガンユニット６８についても、固定電極７０およびアーチ７４は干渉がないことが保証されている。
【００５３】
次に、このように構成されるオフラインティーチング装置１０およびロボット制御部２２を用いて、多関節ロボット５０の動作経路およびガン開度を設定する第１の実施の形態の手順について図９および図１０を参照しながら説明する。
【００５４】
図９のステップＳ１において、パステーブル１００で表される多関節ロボット５０の動作経路のうち、移動距離の短い区間を抽出する。
【００５５】
具体的には、移動距離を「ＴＣＰの位置」欄１００ｂで示されるＴＣＰの位置の間隔を算出したうえで、ある閾値以下のものを抽出すればよい。また、この方法以外にも、例えば各回転角θ１〜θ６の回転量から抽出するようにしてもよい。
【００５６】
次に、ステップＳ２において、抽出した区間のうち連続するものをまとめて１つの区間を作る。
【００５７】
この時点で、図９に示すパステーブル１００の例では、教示姿勢点Ｑ２〜Ｑ４および教示姿勢点Ｑ６〜Ｑ７の区間が作られるものとする（図７参照）。
【００５８】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ２で作られた区間のうち、溶接ポイントＰｎ（ｎ＝１、２、３…）を含む区間をその溶接ポイントＰｎで分割する。すなわち、教示姿勢点Ｑ２〜Ｑ４の例で示せば、教示姿勢点Ｑ２〜溶接ポイントＰ１と教示姿勢点ＢＵ１〜教示姿勢点Ｑ４の２つの区間に分割する。
【００５９】
この分割処理は、溶接ポイントＰｎにおいては、必ず可動電極７２を稼動させるので、ガン開度を一定にすることができないことから別に扱うためのものである。
【００６０】
このようにして、検証区間として教示姿勢点Ｑ２〜溶接ポイントＰ１、教示姿勢点ＢＵ１〜教示姿勢点Ｑ４および教示姿勢点Ｑ６〜Ｑ７の３つの検証区間が抽出されるので、次のステップＳ４〜Ｓ１０において、これらの検証区間について検証を行う。
【００６１】
ステップＳ４において、所定の検証区間内における教示姿勢点で、ガンユニット６８の可動電極７２とワーク８０との最小の離間距離を求める。すなわち、シミュレーション回路４０の機能により、各教示姿勢点における多関節ロボット５０とワーク８０とをモデルとして仮想空間において表現し、可動電極７２とワーク８０または他の障害物等との間隔を調査する。そして、可動電極７２を突出させることができる進退量を計算またはシミュレーションにより求める。
【００６２】
この場合における最小の離間距離とは、可動電極７２とワーク８０との理論上の極値的な数値ではなく、機械的な動作誤差や安全上の余裕を見込んだ実際上の離間距離とする。
【００６３】
次に、ステップＳ５において、ステップＳ４で求めた最小の離間距離のうち最小開度のものを選択し、その最小開度を同じ検証区間内の他の教示姿勢点に適用したとき、可動電極７２がワーク８０およびその他の障害物との干渉がないかを調査する。
【００６４】
次に、ステップＳ６において、ステップＳ５の結果を検証し、いずれかの教示姿勢点において干渉が確認されたときは、その検証区間内ではガン開度を最小に保ったまま動作させることはできないので、次のステップＳ７を省略し、ステップＳ８へ移る。干渉がなければステップＳ７を行う。
【００６５】
なお、干渉がある場合、一度ステップＳ５へ戻り、最小開度から２番目、３番目、と開度の小さいものを順次選択して、そのガン開度において干渉の有無を確認するようにしてもよい。
【００６６】
ステップＳ７において、ステップＳ５で求めた最小開度を検証区間内の全ての教示姿勢点Ｑｎおよび溶接ポイントＰｎに対して適用する。例えば、教示姿勢点Ｑ２〜溶接ポイントＰ１における検証区間内において、教示姿勢点Ｑ３の開度が最小開度θ７２であり、しかも検証区間内で干渉がないと確認されたときは、この最小開度θ７２を教示姿勢点Ｑ２および溶接ポイントＰ１にも適用し、パステーブル１００を書き替える（図８参照）。
【００６７】
次に、ステップＳ８において、ステップＳ３で抽出した全ての検証区間に対して検証を行ったか否かを確認して、検証が終了していれば次のステップＳ９に移り、検証が終了していない検証区間があればステップＳ４に戻り処理を続ける。
【００６８】
ステップＳ９においては、多関節ロボット５０の動作経路における溶接ポイントＰｎと同じ姿勢の電極動作教示姿勢点Ｒｎを溶接ポイントＰｎと教示姿勢点ＢＵ１の間に挿入する（図１０に示す表の第５行および第１０行参照）。つまり、「ガンユニットの向き」欄１００ａ、「ＴＣＰの位置」欄１００ｂおよび「各軸角度」欄１００ｃの値をコピーした行を挿入すればよい。
【００６９】
この電極動作教示姿勢点Ｒｎは、溶接ポイントＰｎから溶接指令と電極動作を分離し、電極を溶接動作開始位置まで迅速に移行することができるように挿入するものであり、次のステップＳ１０において可動電極７２を高速で動作させ、溶接を行う設定を行う。
【００７０】
ステップＳ１０において、挿入した電極動作教示姿勢点Ｒｎの動作モードを各軸動作モード「カクジク」に指定し、速度を１００［％］に指定し、さらに「ガン開度」欄１００ｄのワーク８０を把持する値を「θｍｉｎ」としたとき、「θｍｉｎ」よりやや大きい値である「θｍｉｎ＋α」に設定する。その後、溶接ポイントＰｎに指定されていた「溶接指示」命令を電極動作教示姿勢点Ｒｎに付け替えて溶接ポイントにする。
【００７１】
このように設定することにより、ガン開度は「θｍｉｎ＋α」までは高速で動作し、その点から「θｍｉｎ」まではロボット基本制御部３７の機能により、ワーク８０に当接しても衝撃を与えない程度の低速で動作する。
【００７２】
次に、ステップＳ１１において、パステーブル１００に存在する溶接ポイントＰｎの全てについて電極動作教示姿勢点Ｒｎを設定したかを確認し、設定が終了していれば最後のステップＳ１２の処理へ移る。未設定の溶接ポイントＰｎがあればステップＳ９に戻り処理を続ける。
【００７３】
最後に、ステップＳ１２において、パステーブル１００を前記ロボット基本制御部３７とリンクした上で、前記データ作成回路３８により実際の多関節ロボット５０を動作させるためのプログラムデータに変換し、ロボット制御部２２に転送する。
【００７４】
なお、第１の実施の形態では、ガン開度をガンユニット６８の構造上の最小開度から最大開度まで連続的な値から設定可能であるが、後述する第２の実施の形態と同様に、予め設けられた規定開度から選択的に設定するようにしてもよい。
【００７５】
このように、第１の実施の形態によれば、多関節ロボット５０の動作計画を示すパステーブル１００のうち、教示姿勢点Ｑｎおよび溶接ポイントＰｎ等の間で、動作距離がある閾値以下の区間を抽出して、その区間における可動電極７２がワーク８０等と非干渉状態を保つ最小開度を調査する。そして、その区間内でのガン開度を最小開度に保つようにして動作させるので、開閉機構の無駄な動作がなくなりサイクルタイムを改善することができる。また、開閉機構は最小開度となっているので、溶接作業に迅速に移行することができる。
【００７６】
特に、移動距離が短い区間、すなわち軸Ｊ１〜Ｊ６の回転動作が短時間で終了する区間で、軸Ｊ１〜Ｊ６の動作終了後にガンユニット６８の開閉動作の終了待ちになることや、また開閉動作に合わせて軸Ｊ１〜Ｊ６の動作速度を遅くする必要がない。
【００７７】
また、検証区間は溶接ポイントＰｎの点で区切り、溶接ポイントＰｎを終点とする検証区間と、溶接後のガン開度を指定する専用の教示姿勢点ＢＵｎを始点とする検証区間とに分けたので、溶接作業の前後でガン開度を適切に設定することが可能である。
【００７８】
さらに、第１の実施の形態では、パステーブル１００において、溶接ポイントＰｎの次に電極動作教示姿勢点Ｒｎを挿入して、溶接命令も溶接ポイントＰｎから付け替え、溶接ポイントＰｎと電極動作教示姿勢点Ｒｎとの間をガンユニット６８の開閉速度を能力の１００［％］で開閉する。これにより、例えば溶接位置においてワーク８０を把持するときの速度を制限している前記ロボット基本制御部３７を用いる場合であっても、ワーク８０を把持する直前の「θｍｉｎ＋α」まで最大速度で開閉動作を行うことができるので迅速にワーク８０の把持動作を行うことができる。さらに、電極動作教示姿勢点Ｒｎは把持する直前の位置を教示姿勢点としているので、最大速度のままワーク８０を把持することはなく、ロボット基本制御部３７の制御により遅い当接速度でワーク８０を把持するので、ワーク８０に衝撃を与えることがない。
【００７９】
次に、第２の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を図１１〜図１４を参照しながら説明する。
【００８０】
第２の実施の形態において用いるオフラインティーチング装置１０およびロボット制御部２２等は第１の実施の形態において使用するものと同じである。
【００８１】
第２の実施の形態においては、図１１に示すように、ガン開度はワーク８０を把持する開度である「θｍｉｎ」の他に、５つの規定開度が選択設定可能となっており、開度が小さい状態から大きくなる方向に向かって順に「ＳＳ」、「Ｓ」、「Ｍ」、「Ｌ」および「ＬＬ」の開度で表される。
【００８２】
開度「ＬＬ」は構造上の最大開度であるものとする。また、ワーク８０を把持する開度である「θｍｉｎ」は、通常、開度「ＳＳ」より小さい値であるが、ワーク８０が厚い場合には開度「ＳＳ」より大きくなりうる。また、開度「ＳＳ」を「θｍｉｎ」と同じ値にすると設定が容易である。
【００８３】
図１２に示すように、開度「ＳＳ」、「Ｓ」、「Ｍ」、「Ｌ」および「ＬＬ」は、パステーブル１００において「ガン開度」欄１００ｄに記録されるものである。実際の多関節ロボット５０を動作させる際には、ロボット制御部２２がリニアセンサ７８の信号により可動電極７２の進退量を「ＳＳ」、「Ｓ」、「Ｍ」、「Ｌ」または「ＬＬ」に一致するように制御する。
【００８４】
第２の実施の形態の手順は、まず、図１３のステップＳ１０１において、溶接作業を示す溶接ポイントＰｎを抽出する。そして、抽出した溶接ポイントＰｎを終点とする検証区間に区分けする。図１２に示すパステーブル１００の例では、教示姿勢点Ｑ１〜溶接ポイントＰ１の検証区間Ａ（図１４参照）、溶接後のガン開度指定用の教示姿勢点ＢＵ１〜溶接ポイントＰ２の検証区間Ｂおよび溶接後のガン開度指定用の教示姿勢点ＢＵ２〜教示姿勢点Ｑ７の検証区間Ｃの３つの検証区間に分ける。
【００８５】
次に、ステップＳ１０２において、所定の区間内で、区間内の終点側から調査を行い、所定の教示姿勢点Ｑｎ（溶接ポイントＰｎまたは教示姿勢点ＢＵｎ）とその１つ前の点との間で、可動電極７２がワーク８０やその他の障害物と干渉を起こすことのないガン開度を前記５つの規定開度の中から選択する。例えば、教示姿勢点ＢＵ１〜溶接ポイントＰ１の間においては、開度「ＳＳ」が選択されるものとする（図１４参照）。
【００８６】
次に、ステップＳ１０３において、所定の教示姿勢点間を多関節ロボット５０が動作を行うために要する動作時間Ｔｒを算出する。この動作時間Ｔｒはガンユニット６８の開閉動作を除き、軸Ｊ１〜Ｊ６だけを動作させた場合について算出するものとし、各軸Ｊ１〜Ｊ６の動作角度および動作速度等から算出する。また、シミュレーション回路４０を用いたシミュレーションを行うことによって計測してもよい。
【００８７】
次に、ステップＳ１０４において、所定の教示姿勢点間でガンユニット６８の開閉動作に要する開閉時間Ｔｔを算出する。この開閉時間Ｔｔは、教示姿勢点間のうち終点側のガン開度を基準として、前記ステップＳ１０２において求めた、開度「Ｍ」等から到達する時間であり、軸Ｊ１〜Ｊ６の動作は無視してガンユニット６８の単体の動作から算出（または計測）する。
【００８８】
次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３およびＳ１０４で求めた動作時間Ｔｒと開閉時間Ｔｔとを比較し、Ｔｒ≧Ｔｔとなる開度を抽出する。
【００８９】
例えば、溶接ポイントＰ１〜教示姿勢点Ｑ３の間においては、溶接ポイントＰ１の開度が「ＳＳ」であり、開度「Ｍ」および「Ｓ」から開度「ＳＳ」まで閉じる開閉時間Ｔｔが動作時間Ｔｒ以下であった場合、この２つの開度「Ｍ」および「Ｓ」が開度の候補として抽出される。このうち、開度「Ｓ」は前記ステップＳ１０２において干渉を起こす開度であると認識されている場合（図７参照）、この開度「Ｓ」を除外して開度「Ｍ」を開度の候補とする。
【００９０】
また、Ｔｒ≧Ｔｔの条件を満たす開度が存在しない場合には、ステップＳ１０２で抽出した開度のうち、最も開閉時間Ｔｔの小さいものを抽出する。このようにすれば、多関節ロボット５０が動作時間Ｔｒで動作を終了しても、その後ガンユニット６８の開閉時間Ｔｔまで待機する時間を最小限にすることができる。
【００９１】
次に、ステップＳ１０６において、所定の区間内で、隣り合う教示姿勢点間（または溶接ポイント）の全てについて調査を行ったか、つまり終点側から始点側まで全て調査をしたか確認し、調査が終了していれば次のステップＳ１０７に移る。
【００９２】
未調査の区間があれば、ステップＳ１０２に戻り処理を続ける。このとき、ステップＳ１０５において抽出した開度の候補が複数個あるならば、その複数個の開度を基準として、その前段側教示姿勢点Ｑｎの開度を求める（図１４の教示姿勢点Ｑ２等参照）。
【００９３】
ステップＳ１０７において、ステップＳ１０１で区分した区間の全てについて調査を行ったか確認し、調査が終了していれば次のステップＳ１０８へ移る。未調査の区間があれば、当該区間を調査するための必要な初期化を行った後、ステップＳ１０２へ戻り処理を続ける。
【００９４】
ステップＳ１０８において、所定の評価関数に従って、各教示姿勢点Ｑｎ、ＢＵｎまたは溶接ポイントＰｎにおいて求めた開度の候補から最適な候補の組み合わせを選択する。例えば、多関節ロボット５０がパステーブル１００に示すように教示姿勢点Ｑ１から教示姿勢点Ｑ７まで動作させたときに、その動作時間が最短となる候補の組み合わせを選択する。
【００９５】
また、例えばガンユニット６８の開閉回数を評価する評価関数により、開閉回数が最小となる候補を選択するようにしてもよい。
【００９６】
また、この評価関数による処理は、ステップＳ１０１で区分した区間毎に行うことも可能であり、その場合はステップＳ１０６の後に行ってもよい。
【００９７】
最後に、ステップＳ１０９において、選択した候補の組み合わせをパステーブル１００に記録し、前記ステップＳ１２と同様に、プログラムデータを作成してロボット制御部２２に転送する。
【００９８】
なお、第２の実施の形態では、ガン開度を５つの規定開度から選択的に設定するようにしたが、第１の実施の形態と同様に、規定開度によらずに、連続的な値を設定するようにしてもよい。
【００９９】
このように、第２の実施の形態によれば、パステーブル１００の教示姿勢点間において、一方の教示姿勢点におけるガン開度を他方の教示姿勢点のガン開度に基づいて設定するようにしたので、教示姿勢点間で適切なガン開度を設定することができる。
【０１００】
特に、教示姿勢点間で多関節ロボット５０が動作する動作時間Ｔｒと、ガンユニット６８の開閉時間Ｔｔとを求め、Ｔｒ≧Ｔｔとなる開度差に設定するので、開閉時間Ｔｔの方が多関節ロボット５０の動作時間Ｔｒより余裕のある設定となり、ガンユニット６８の開閉動作に合わせて多関節ロボット５０の動作が遅くなったり、または待機状態になったりするようなことがない。
【０１０１】
さらに、教示姿勢点間におけるガン開度は、教示姿勢点間でガンユニット６８を構成する可動電極７２がワーク８０または他の障害物等に対して非干渉である値から選択するので干渉のおそれがない。
【０１０２】
また、ガン開度は５つの規定開度から選択的に設定するようにしているので、設定を容易に行うことができる。
【０１０３】
なお、上述の実施の形態では、多関節ロボット５０は６軸構造として説明したが、７軸構造やリンク機構、伸縮機構等を有する構造であってもよく、さらに溶接ロボット以外にも、エンドエフェクタとして開閉機構を備えた把持装置等を有するものであってもよい。
【０１０４】
パステーブル１００は必ずしも表形式である必要はなく、実質的に多関節ロボット５０の動作を表すものであればよい。
【０１０５】
さらに、この発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエンドエフェクタの開度設定方法によれば、エンドエフェクタの開閉機構の開度を設定自在にすることにより開閉移動量を最適値とすることができるとともに、エンドエフェクタの開閉機構の開度を多関節ロボットの動作と関連付けて設定するので、開閉機構の動作に合わせて多関節ロボットの動作速度が制限されたり、または待機状態になる頻度を減らすことが可能となり、多関節ロボットの動作サイクルタイムを短縮することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態で使用するオフラインティーチング装置およびロボット装置を示す説明図である。
【図２】オフラインティーチング装置の構成を示すブロック図である。
【図３】多関節ロボットの構成を示す説明図である。
【図４】ガンユニットの構造を示す説明図である。
【図５】Ｘ型溶接ガンを示す説明図である。
【図６】直線動作モードおよび各軸動作モードにおいて、多関節ロボットの移動量に応じた適切な設定値を示す表である。
【図７】多関節ロボットの動作経路を示す説明図である。
【図８】第１の実施の形態におけるパステーブルを示す表である。
【図９】第１の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態におけるパステーブルに電極動作教示姿勢点を挿入した状態を示す表である。
【図１１】ガンユニットの予め設定した５つの規定開度を示す説明図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるパステーブルを示す表である。
【図１３】第２の実施の形態におけるエンドエフェクタの開度設定方法を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態におけるガン開度を選択する過程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…オフラインティーチング装置 １２…ロボット装置
１４…制御部 ２２…ロボット制御部
２６…ＣＰＵ ２９…ＲＡＭ
３４…ハードディスク ３５…プログラム
３８…データ作成回路 ４０…シミュレーション回路
５０…多関節ロボット ６８…ガンユニット
７０…固定電極 ７２…可動電極
７４…アーム ７５…ベアリング
７６…ネジ ７７…サーボモータ
７８…リニアセンサ ８０…ワーク
１００…パステーブル

Claims (3)

1. 多関節ロボットに備えられ、互いに接近および離間する方向に開閉可能な一対の把持部材の間でワークを把持可能な開閉機構付きエンドエフェクタにおける前記一対の把持部材間の距離である開度を設定するためのエンドエフェクタの開度設定方法において、
   前記多関節ロボットの動作計画を示す行程のうち、所定の区間を抽出するステップと、
   前記所定の区間内で前記開閉機構が他の物体と非干渉状態を保つ最小開度を調査するステップと、
   前記所定の区間内での前記開閉機構の開度を前記最小開度に設定するステップと、
   を有し、
   前記所定の区間は、前記行程を構成する教示姿勢間で、前記エンドエフェクタの作業点の移動距離が動作計画のうちで短い区間を抽出するための閾値以下で、１以上の連続する区間とすることを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。
2. 請求項１記載のエンドエフェクタの開度設定方法において、
   前記行程を構成する教示姿勢に前記開閉機構の開閉速度の設定を行うことを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。
3. 請求項１または２記載のエンドエフェクタの開度設定方法において、
   前記所定の区間の始点または終点は、前記エンドエフェクタに作業を行わせる教示姿勢であることを特徴とするエンドエフェクタの開度設定方法。

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