JP7088543B2 - 教示データ校正用座標系検出具 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車生産ラインにて、現場に据え付けられた設備に対して作業を行う多関節ロボットのアーム先端に取り付けられたツールの動作軌跡を当該ロボットに実行させることが可能な教示データを情報処理システムによる仮想空間で作成する際において、設備の設計値とのばらつきを考慮して教示データを校正する際に使用する座標系データを現場から得るために使用する教示データ校正用座標系検出具に関する。
従来より、自動車等の生産ラインでは、人間の代わりに多数の多関節ロボットが作業を行っている。そして、これら多関節ロボットは、予め作成しておいた教示データに基づいてアーム先端に取り付けられたツールの動作を再生するようになっている。この教示データは、近年では、まずオフライン作業においてワークステーションやパソコン等の情報処理システムを用いて3D表示された仮想空間におけるロボットでその姿勢を検討しながら作成した後、作成した教示データを生産ラインに設置したロボットの制御部に書き込んで使用するようになっている。
ところで、上述の如きオフライン作業にて作成した教示データは、そのまま現場に据え付けられたロボットの制御部に書き込むと、生産ラインに据え付けられているロボットや治具の据付位置のばらつき等によってロボットが動作時に治具等の被作業体に接触してしまうおそれがある。
これを回避するために、例えば、特許文献1では、生産ラインにおけるロボットや被作業体(定置ガン)の据付位置のばらつきを考慮して、情報処理システムにおけるロボットと当該ロボットが作業を行う定置ガンとの間の位置関係のばらつきを校正している。具体的には、生産ラインの現場にて、基準となる座標系作成用ターゲットを有する第1基準器具を定置ガンに取り付ける一方、第2基準器具をロボットのアーム先端に取り付け、その後、ロボットを操作して第2基準器具を座標系作成用ターゲットに接近又は接触させて当該座標系作成用ターゲットの座標位置から実座標系データを取得する。一方、情報処理システムにおいて、仮想モデルを用いて定置ガンの座標系作成用ターゲットの設計座標位置に基づいて設計座標系データを取得する。しかる後、情報処理システムに実座標系データを取り込むとともに、設計座標系データが実座標系データに一致するように上記定置ガンの座標位置を移動させる。これにより、情報処理システムにおいて、ロボットと定置ガンとの間の相対的な位置関係を実際の生産ラインのロボットと定置ガンとの間の相対的な位置関係に即したものになるようにしている。
ところで、特許文献1の場合、第1基準器具は、定置ガンが本来所有する挟み込む機構を利用して両電極チップ間に挟み込まれることによって設備に固定されるようになっている。
しかし、多関節ロボットが配置された生産ラインでは、ロボットは治具にセットされたワーク等に対して作業を行うのが一般的であり、定置ガンが設備に据え付けられていることは稀である。したがって、定置ガンが設備に据え付けられていない場合であっても第1基準器具を設備に精度良く位置決めしながら固定する必要があるが、これについて特許文献1では何ら記載されていない。
これに対応するために、設備に第1基準器具を精度良く固定する機構を設けることも考えらえるが、部品点数が増えて設備が複雑になるばかりか、コストが嵩んでしまう。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、座標系データを作成するために必要な基準となる器具を設備に精度良く位置決めしながら固定することができ、しかも、設備の部品点数を増やすことなく低コストな教示データ校正用座標系検出具を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、支持体に対して治具を着脱させる取付ユニットを利用して座標系データを得るために必要な基準となる器具を支持体に固定するようにしたことを特徴とする。
具体的には、アーム先端にツールが取り付けられた多関節ロボットと上記ツールが作業を行う治具を取換可能に支持する支持体とが配置された設備に着脱可能に取り付けられ、上記治具に対する上記ツールの作業時における動作軌跡を上記ロボットに実行させることが可能な教示データを情報処理システムによる仮想空間で作成する際において、上記設備の設計値とのばらつきを考慮して上記教示データを校正する際に使用する座標系データを上記設備から得るために使用する教示データ校正用座標系検出具を対象とし、次のような解決手段を講じた。
すなわち、第1の発明では、所定の間隔をあけて設けられた第1目印部、第2目印部及び第3目印部からなる座標系作成用ターゲットを有し、上記治具を上記支持体から取り外した際、上記治具を上記支持体に対して位置決め可能に取り付ける取付ユニットを用いて上記支持体に固定される第1基準器具と、上記ツールに着脱可能に構成され、上記アームの動作により上記ツールを移動させながら上記第1目印部、第2目印部及び第3目印部にそれぞれ接近又は接触させることが可能な先端部を有する第2基準器具とを備えていることを特徴とする。
第2の発明では、第1の発明において、上記第1目印部は、先端に目印となる尖鋭な第1頂部を有する錘状をなし、上記第2目印部は、先端に目印となる直線状の第2頂部を有する断面三角形状をなし、上記第3目印部は、先端に目印となる直線状の第3頂部を有する断面三角形状をなしていることを特徴とする。
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記第1基準器具は、上記取付ユニットを用いて上記支持体に固定されるベースフレームを備え、該ベースフレームには、上記座標系作成用ターゲットが所定の間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする。
第4の発明では、第1から第3のいずれか1つの発明において、上記取付ユニットは、上記支持体の複数個所に設けられていることを特徴とする。
第1の発明では、取付ユニットにて支持体に取り付けられた座標系作成用ターゲットの第1目印部、第2目印部及び第3目印部に対してツールに取り付けられた第2基準器具を接近又は接触させて座標系作成用ターゲットの座標位置を検出することによって、実座標系データを得ることができる。また、支持体に対して治具を取り換える際に使用する取付ユニットを利用して基準となる器具を設備に取り付けることができるので、部品点数を増やすことなく、コストが嵩まないようにできる。さらに、支持体に対して治具を精度良く位置決めする取付ユニットを利用して基準となる器具を設備に取り付けるので、当該基準となる器具を設備に精度良く位置決めすることができる。
第2の発明では、第1目印部、第2目印部及び第3目印部に対して第2基準器具の先端部をそれぞれ接近又は接触させる際、作業者が目視で第1目印部、第2目印部及び第3目印部に対して第2基準器具の先端部をそれぞれ接近又は接触させ易くなる。したがって、座標系データを作成するための座標位置の取得作業を効率良く行うことができる。
第3の発明では、校正に使用する座標系データを複数個所で形成できるようになるので、教示データを校正する際に使用する座標系データとして最適な位置の座標系作成用ターゲットを用いて作成したものを使用することができ、例えば、教示データを各座標系作成用ターゲットに近い領域毎に校正し、校正に使用する座標系作成用ターゲットに近い領域のツールの動作と遠い領域のツールの動作とにおいてロボットの機差により発生してしまうばらつきの校正後の教示データに与える影響を少なくすることができる。
第4の発明では、複数個所に治具が設けられている設備の各治具における教示データを作成する場合において、検出具を1つ用意するだけでよくなるので、部品点数を少なくしてコストを嵩まないようにすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る生産ラインS1を示す。この生産ラインS1は、プレス成形した2つのワークW1,W2をスポット溶接により一体に組み立てるようになっている。生産ラインS1には、ワークW1,W2の位置決めを行うワーク位置決め装置2と、溶接作業を行う垂直多関節ロボット3とを備えた生産設備E1が設置され、ロボット3がワーク位置決め装置2に対して作業を行う一方、ワーク位置決め装置2におけるロボット3の反対側において、作業者H1がワーク位置決め装置2にワークW1,W2をセットするようになっている。
ワーク位置決め装置2は、上下方向に延びる回転軸4aを中央に有する平面視で格子状の回転フレーム4(支持体)と、ワークW1,W2を位置決めする4つの治具5とを備え、回転フレーム4は、ロボット3に対応する位置(以下、ワーク溶接領域X1と呼ぶ)と作業者H1に対応する位置(以下、ワークセット領域X2と呼ぶ)との間でR1方向の回転(正転)とR2方向の回転(逆転)とを交互に行うようになっている。
回転フレーム4は、回転軸4aを挟んで対称となるように当該回転軸4aから水平方向両側に延びる第1水平フレーム41と、該第1水平フレーム41を挟んで対称となるよう当該第1水平フレーム41の長手方向両端からそれぞれ当該第1水平フレーム41と直交する水平方向に延びる一対の第2水平フレーム42と、該各第2水平フレーム42の長手方向一端の間及び各第2水平フレーム42の長手方向他端の間をそれぞれ橋絡するとともに治具5を上下にそれぞれ1つずつ着脱可能に支持する一対の支持フレーム43とを備えている。
両第2水平フレーム42は、各支持フレーム43をその各支持フレーム43の中心軸周りに回転可能に支持しており、各支持フレーム43は、回転動作によって当該各支持フレーム43に取り付けられている各治具5の上下の位置を交互に切替可能になっている。
各支持フレーム43は、断面矩形状をなし、その長手方向中央の上面及び下面には、それぞれ第1治具固定部45が設けられている。
各支持フレーム43の上面に位置する第1治具固定部45は、図5乃至図8に示すように、第1水平フレーム41側に位置する第1ブロック45aと、該第1ブロック45aにおける第1水平フレーム41の反対側に第1ブロック45aから所定の間隔をあけて設けられ、支持フレーム43の長手方向に所定の間隔をあけた一対の第2ブロック45bとを備えている。
第1ブロック45aの中央には、支持フレーム43の長手方向と直交する水平方向に貫通して第1水平フレーム41側とその反対側とにそれぞれ開口する固定孔45cが形成されている。
第2ブロック45bの間には、支持フレーム43と直交する水平方向に亘って延び、その両端部分がそれぞれ開放する係合凹条部45dが両第2ブロック45bの対向する部分と支持フレーム43の上面とで形成されている。
係合凹条部45dは、支持フレーム43の長手方向と直交する水平方向に延びるスリット状の開口部45eと、該開口部45eに連続して支持フレーム43の長手方向に広がる幅広部45fとを備え、その断面形状は略T字状をなしている。
尚、各支持フレーム43の下面に位置する第1治具固定部45は、各支持フレーム43の回転軸心方向に見て、各支持フレーム43の上面に位置する第1治具固定部45と点対称に配置されているだけであるので、詳細な説明は省略する。
各支持フレーム43における長手方向両端寄りの上面及び下面には、それぞれ第2治具固定部46が設けられ、各支持フレーム43の長手方向一端側の両第2治具固定部46と各支持フレーム43の長手方向他端側の両第2治具固定部46とは、それぞれが第1治具固定部45から等間隔の位置となっている。
各支持フレーム43の上面に位置する第2治具固定部46は、図9乃至図12に示すように、ブロック形状をなすとともに第1水平フレーム41側に位置しており、その中央には、上記支持フレーム43の長手方向と直交する水平方向に貫通して第1水平フレーム41側とその反対側とにそれぞれ開口する固定補助孔46aが形成されている。
尚、各支持フレーム43の下面に位置する第2治具固定部46は、各支持フレーム43の回転軸心方向に見て、各支持フレーム43の上面に位置する第2治具固定部46と点対称に配置されているだけであるので、詳細な説明は省略する。
各支持フレーム43の長手方向一端寄りの両側面には、図13及び図14に示すように、治具5を支持フレーム43に固定するための第1固定ユニット47が一対設けられている。
該第1固定ユニット47は、支持フレーム43の長手方向に沿って延びるユニット本体47aと、支持フレーム43の長手方向外側に向かって進退可能な第1係合ピン47bとを備えている。
一方、各支持フレーム43の長手方向他端寄りの両側面には、図15及び図16に示すように、治具5を支持フレーム43に固定するための第2固定ユニット48が一対設けられている。
該第2固定ユニット48は、支持フレーム43に固定されたブロック状の固定台48aと、支持フレーム43における固定台48aの隣りに固定され、支持フレーム43の長手方向に延びるスライドレール48bと、該スライドレール48bにスライド可能に嵌合するスライド板48cと、固定台48aに取り付けられた流体圧シリンダ48dとを備え、該流体圧シリンダ48dのピストンロッド48eは、支持フレーム43の長手方向に伸縮するとともに、その先端が連結部材48fを介してスライド板48cに繋がっている。
スライド板48cにおける固定台48aの反対側の端部には、矩形プレート49が取り付けられ、該矩形プレート49における固定台48aの反対側の面には、第2係合ピン48gと回転フレーム4側の配線に繋がる矩形板状の第1コネクタ48hとが並設されている。
そして、流体圧シリンダ48dのピストンロッド48eが伸縮すると、スライド板48cのスライド動作によって第2係合ピン48g及び第1コネクタ48hが支持フレーム43の長手方向に進退するようになっている。
すなわち、両第1係合ピン47bと両第2係合ピン48gとは、水平方向に所定の間隔をあけて離間していて、第1治具固定部45は、両第1係合ピン47bと両第2係合ピン48gとの間の中央に位置している。
治具5は、図1乃至図4に示すように、水平方向に延び、下方に開口する断面U字状をなすアルミニウム合金製本体フレーム51と、該本体フレーム51の上面に固定され、当該本体フレーム51に沿って延びる板状の鉄製支持台52とを備え、該支持台52には、上記ワークW1,W2の重ね合わせた部分を把持する複数の把持具52aが取り付けられている。
本体フレーム51の長手方向中央下部には、図4乃至図8に示すように、本体フレーム51と直交する水平方向に延びる固定フレーム54が取り付けられている。
該固定フレーム54は、平面視でそれぞれT字状をなす突出部55及び係合部56が本体フレーム51と直交する水平方向に延びる直線状の連結部57によって連結された形状をなしている。
突出部55は、本体フレーム51と直交する水平方向に当該本体フレーム51から飛び出すように突出し、且つ、固定孔45cに係脱可能に係合する突出爪55aと、該突出爪55aの基端側から水平方向両側に張り出す一対の前側張出部55bとからなっている。
突出部55の突出の長さは、第1ブロック45a及び両第2ブロック45bの間の長さより短く設計されている。
連結部57における本体フレーム51と直交する水平方向の長さは、両第2ブロック45bにおける本体フレーム51と直交する水平方向の長さより長く設定され、連結部57における本体フレーム51の長手方向の長さは、両第2ブロック45b間の長さより短く設定されている。
係合部56は、突出部55における突出方向の反対側に所定の間隔をあけて設けられ、突出爪55aと同方向に突出する係合爪56aと、該係合爪56aの基端側から水平方向両側に張り出す一対の後側張出部56bとからなっている。
係合爪56aの幅寸法は、連結部57の幅寸法より長くなっている。
本体フレーム51の長手方向一端側及び他端側には、図4に示すように、本体フレーム51と直交する水平方向に延びる一対の固定補助フレーム53が設けられている。
該固定補助フレーム53は、図9乃至図12に示すように、細長い板状をなし、固定補助フレーム53における本体フレーム51の長手方向内側には、突出爪55aと同方向に突出し、且つ、固定補助孔46aに係脱可能な固定補助爪53aが設けられている。
そして、支持フレーム43の上方に治具5を配置して治具5の固定フレーム54の連結部57を係合凹条部45dの開口部45eに対応させるとともに、治具5を下降させると、図5乃至図8に示すように、連結部57が開口部45eを通過するようになっている。
また、連結部57が開口部45eを通過した状態で、突出部55の突出方向に治具5を移動させると、固定孔45cに突出爪55aが嵌挿されるとともに、係合凹条部45dの幅広部45fに係合爪56aが係合するようになっていて、支持フレーム43に当該支持フレーム43の長手方向に対する治具5の位置が決まるようになっている。
さらに、突出爪55aが固定孔45cに係合する際、各固定補助孔46aにも各固定補助爪53aが嵌挿されるようになっている。
本体フレーム51の長手方向両端には、支持フレーム43の隣り合う2つの外周面に対応する一対のL字フレーム59が取り付けられている。
一方のL字フレーム59の下方に突出する部分には、図13及び図14に示すように、第1係合ピン47bが前進した状態で係合する第1係合穴59aが本体フレーム51の長手方向内側に開口するように設けられている。
また、他方のL字フレーム59の下方に突出する部分には、図15及び図16に示すように、第2係合ピン48gが前進した状態で係合する第2係合穴59bが本体フレーム51の長手方向内側に開口するように設けられている。
第1係合穴59a及び第2係合穴59bは、固定孔45cからの位置が同じとなっている。
また、他方のL字フレーム59の下方に突出する部分には、治具5側の配線に繋がる矩形状に窪む第2コネクタ59cが第2係合穴59bに並設され、第2コネクタ59cには、第1コネクタ48hが接続可能になっている。
そして、各支持フレーム43における第1治具固定部45、第2治具固定部46、第1固定ユニット47及び第2固定ユニット48が本発明の取付ユニット40を構成しており、固定孔45cに突出爪55aを嵌挿させた状態にすると、第1係合ピン47b及び第2係合ピン48gが第1係合穴59a及び第2係合穴59bに対応する位置となるよう構成され、第1係合ピン47b及び第2係合ピン48gをそれぞれ前進させて第1係合穴59a及び第2係合穴59bに係合させることにより、治具5を支持フレーム43に取り付ける一方、第1係合ピン47b及び第2係合ピン48gをそれぞれ後退させて第1係合穴59a及び第2係合穴59bから離間させることにより、支持フレーム43から治具5を取り外せるようになっている。
また、第1コネクタ48hを前進させると第2コネクタ59cに係合するようになっていて、支持フレーム43側の配線と治具5側の配線とが接続されるようになっている。
ロボット3のアーム3a先端には、溶接ガン6(ツール)が着脱可能に取り付けられていて、当該溶接ガン6の姿勢を自由に変えて溶接が行えるようになっている。
生産設備E1には、教示データ校正用座標系検出具1を取付可能になっている。
該検出具1は、ロボット3用の教示データ10を情報処理システム11による仮想空間で作成する際において、生産設備E1の設計値とのばらつきを考慮して校正する際に使用する実座標系データ12を取得するために用いるものであり、座標系作成用ユニット7(第1基準器具)を備えている。
該座標系作成用ユニット7は、図17乃至図19に示すように、水平方向に延び、且つ、下方に開放する断面略U字状をなすベースフレーム71を備え、該ベースフレーム71は、支持フレーム43の上面に載置可能になっている。
ベースフレーム71の長手方向中央下部には、本体フレーム51に取り付けられているのと同じ構成である固定フレーム54が取り付けられている。
また、ベースフレーム71の長手方向一端側及び他端側には、本体フレーム51に取り付けられているのと同じ構成である一対の固定補助フレーム53が取り付けられている。
ベースフレーム71における固定フレーム54及び両固定補助フレーム53は、支持フレーム43における固定孔45c及び両固定補助孔46aにそれぞれ対応する位置となっていて、座標系作成用ユニット7は、治具5と同様に支持フレーム43に固定できるようになっている。尚、固定孔45c及び両固定補助孔46aの位置関係は、各支持フレーム43において同じであるので、座標系作成用ユニット7は、どの支持フレーム43にでも取り付けることができる。
ベースフレーム71の両端には、略L字状をなす一対の被係合プレート72が固定されている。
一方の被係合プレート72の下方に突出する部分には、ベースフレーム71を支持フレーム43に載置した状態において、第1固定ユニット47の第1係合ピン47bに対応する第1取付穴72aが形成されていて、第1固定ユニット47の第1係合ピン47bを前進させると、当該第1係合ピン47bが第1取付穴72aに係合して座標系作成用ユニット7の一方側が支持フレーム43に固定されるようになっている。
また、他方の被係合プレート72の下方に突出する部分には、ベースフレーム71を支持フレーム43に載置した状態において、第2固定ユニット48の第2係合ピン48gと第1コネクタ48hとにそれぞれ対応する第2取付穴72bと第3取付穴72cとが形成されていて、第2固定ユニット48の第2係合ピン48g及び第1コネクタ48hを前進させると、当該第2係合ピン48gと第1コネクタ48hとが第2取付穴72bと第3取付穴72cとにそれぞれ係合して座標系作成用ユニット7の他方側が支持フレーム43に固定されるようになっている。
つまり、各支持フレーム43は、治具5を取替可能に支持するとともに、座標系作成用ユニット7も支持可能になっている。
ベースフレーム71の上面には、上方に向かって延びる3つの第1取付フレーム73がベースフレーム71の長手方向に所定の間隔をあけて等間隔に設けられている。
また、ベースフレーム71におけるロボット3側の側面には、斜め上方に向かって延びる2つの第2取付フレーム74がベースフレーム71の長手方向に所定の間隔をあけて設けられ、各第2取付フレーム74は、3つの第1取付フレーム73の両端に位置する2つの第1取付フレーム73よりもそれぞれ外側に位置している。
各第1取付フレーム73及び各第2取付フレーム74の上端には、座標系作成用ターゲット75がそれぞれ設けられている。
該座標系作成用ターゲット75は、ロボット3側に設けられ、ベースフレーム71の長手方向に沿って互いに反対側に延びる第1枝部75a及び第2枝部75bと、該第1枝部75a及び第2枝部75bよりもロボット3から遠い側に設けられ、第1枝部75aと同方向に延びる第3枝部75cとを備え、第1枝部75a、第2枝部75b及び第3枝部75cは、所定の間隔をあけた位置となっている。
第1枝部75a、第2枝部75b及び第3枝部75cの延出端側下面には、略矩形板状の第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78がそれぞれ取り付けられている。
第1目印部76の下面は、図20に示すように、下方に行くにつれて次第に縮径する角推面がなだらかな四角錐状をなしていて、先端に目印となる尖鋭な第1頂部76aが設けられている。
第2目印部77の下面は、図21に示すように、下方に行くにつれて次第にベースフレーム71の長手方向の幅が狭くなる傾斜面がなだらかな断面三角形状をなしていて、先端に目印となる直線状の第2頂部77aが設けられている。
第3目印部78の下面は、図22に示すように、下方に行くにつれて次第にベースフレーム71の長手方向と交差する水平方向の幅が狭くなる傾斜面がなだらかな断面三角形状をなしていて、先端に目印となる直線状の第3頂部78aが設けられている。
第1目印部76の第1頂部76a、第2目印部77の第2頂部77a、及び、第3目印部78の第3頂部78aは、同一平面上に位置するように保証されている。
そして、座標系作成用ユニット7は、固定孔45cに突出爪55aを嵌挿させた状態にすると、第1係合ピン47b、第2係合ピン48g及び第1コネクタ48hが第1取付穴72a、第2取付穴72b及び第3取付穴72cにそれぞれ対応する位置となるよう構成され、第1係合ピン47b、第2係合ピン48g及び第1コネクタ48hをそれぞれ前進させて第1取付穴72a、第2取付穴72b及び第3取付穴72cにそれぞれ係合させることにより、座標系作成用ユニット7を支持フレーム43に取り付ける一方、第1係合ピン47b、第2係合ピン48g及び第1コネクタ48hをそれぞれ後退させて第1取付穴72a、第2取付穴72b及び第3取付穴72cから離間させることにより、支持フレーム43から座標系作成用ユニット7を取り外せるようになっている。
つまり、座標系作成用ユニット7は、治具5を支持フレーム43から取り外した際、取付ユニット40を用いて支持フレーム43に固定されるようになっている。
溶接ガン6のシャンク先端には、座標系作成用ツール8(第2基準器具)が着脱可能になっている。
座標系作成用ツール8は、図23に示すように、平面視で略楕円形板状をなすツール本体部81と、該ツール本体部81の上面中央部分から上方に円盤状に張り出す上方張出部82とを備え、該上方張出部82の中央には、先端尖鋭のピン83(先端部)が上方突設されている。
ワーク位置決め装置2及びロボット3には、図1に示すように、制御盤9が接続されている。
該制御盤9は、各治具5の位置を切り替える治具切替制御部9aと、上記教示データ10を記憶可能なデータ記憶部9bと、実座標系データ12を演算可能なデータ演算部9cとを有し、各溶接ガン6の治具5に対する作業時における動作軌跡を教示データ10に基づいてロボット3に実行させることが可能になっている。
治具切替制御部9aは、各治具5がワーク溶接領域X1とワークセット領域X2とを交互に移動するように図示しない駆動モータに作動信号を出力して回転フレーム4を回転軸4a周りに回転させるようになっている。
また、治具切替制御部9aは、各支持フレーム43に取り付けられた2つの治具5が上側の位置と下側の位置とにそれぞれ移動するように図示しない駆動モータに作動信号を出力して支持フレーム43を回転させるようになっている。
データ記憶部9bに記憶されている教示データ10は、図3に示すように、治具5の長手方向中央部分におけるロボット3の溶接ガン6の作業時における動作軌跡である。
また、データ記憶部9bは、座標系作成用ユニット7をワーク位置決め装置2に取り付けるとともに座標系作成用ツール8を溶接ガン6の下側のシャンク先端に取り付けた状態において、ロボット3のアーム3aを操作して座標系作成用ツール8のピン83先端を第1目印部76の第1頂部76a、第2目印部77の第2頂部77a及び第3目印部78の第3頂部78aにそれぞれ接近又は接触させたときのピン83先端の座標位置をそれぞれ記憶するようになっている。本発明の実施形態の場合、データ記憶部9bは、座標系作成用ユニット7における長手方向中央部分上側に位置する座標系作成用ターゲット75の第1目印部76の第1頂部76a、第2目印部77の第2頂部77a及び第3目印部78の第3頂部78aにそれぞれ座標系作成用ツール8のピン83先端を接近又は接触させるとともに、それらの座標位置を記憶するようになっている。
データ演算部9cは、図19に示すように、データ記憶部9bで記憶された第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78に対するピン83先端の座標位置から上述の実座標系データ12を演算するようになっている。
教示データ10は、図24に示すように、情報処理システム11を用いてオフライン作業にて作成され、該情報処理システム11は、表示部11a、操作部11b、記憶部11c及び演算部11dを備えている。
表示部11aは、例えば、図25及び図26に示すように、ワーク位置決め装置2等の仮想モデルを表示可能になっている。尚、図25及び図26には、座標系作成用ユニット7のみが表示部11aに表示されている。また、表示部11aに表示されている仮想モデルの符号は、生産ラインS1に実際に据え付けられた物と同じ符号を付すものとする。
操作部11bは、ロボット3の仮想モデルを操作可能になっていて、作業者は、例えば、溶接ガン6が溶接を行う位置となる複数の教示点Tn(nは自然数)を3次元の仮想空間において操作部11bを操作しながら指定できるようになっている。
記憶部11cは、ワーク位置決め装置2、ロボット3、治具5、溶接ガン6、座標系作成用ユニット7及び座標系作成用ツール8の仮想モデルを記憶するとともに、溶接ガン6が各教示点Tnを順に移動するようなアーム3aの動作を再現させるための模擬教示データ10Aを記憶可能になっている。本発明の実施形態では、記憶部11cは、図25に示すように、治具5の長手方向中央部分におけるロボット3の溶接ガン6の作業時における動作軌跡を記憶している。
また、記憶部11cは、制御盤9で得られた実座標系データ12を取り込んで記憶するようになっている。
演算部11dは、仮想モデルであるワーク位置決め装置2における第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78の設計座標位置に基づいて設計座標系データ13を演算するとともに当該設計座標系データ13を記憶部11cに記憶させるようになっている。本発明の実施形態の場合、仮想モデルである座標系作成用ユニット7の長手方向中央部分における上側に位置する座標系作成用ターゲット75の第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78の座標位置から設計座標系データ13を演算するようになっている。
また、演算部11dは、図26に示すように、記憶部11cに記憶された実座標系データ12、設計座標系データ13及び模擬教示データ10Aを用いて、実座標系データ12に設計座標系データ13が一致するように模擬教示データ10Aの座標位置を移動させて最終的な教示データ10を得る演算を行うようになっている。
そして、情報処理システム11にて作成された教示データ10は、情報処理システム11から書き出されるとともに、制御盤9に書き込まれてロボット3の再生動作に使われるようになっている。
次に、情報処理システム11にて教示データ10を作成する方法について詳述する。
まず、生産ラインS1において、ワーク位置決め装置2の4つの治具5のうちの1つを取り外すとともに、当該部分に座標系作成用ユニット7を取り付ける。
次に、ロボット3における溶接ガン6の下側のシャンク先端に座標系作成用ツール8を取り付ける。
次いで、座標系作成用ユニット7の長手方向中央部分における上側に位置する座標系作成用ターゲット75の第1目印部76の第1頂部76a、第2目印部77の第2頂部77a及び第3目印部78の第3頂部78aにそれぞれ座標系作成用ツール8のピン83先端を接近又は接触させるとともに、それらの座標位置をデータ記憶部9bに記憶させる。
その後、データ演算部9cにおいて、データ記憶部9bにおいて記憶された各ピン83先端の座標位置に基づいて実座標系データ12が演算される。
次に、作業者は、情報処理システム11にて、表示部11aに表示される各ロボット3の仮想モデルを操作部11bで操作して3次元の仮想空間において模擬教示データ10Aを作成して記憶部11cに記憶させる。
また、情報処理システム11に取り込まれた仮想モデルである座標系作成用ユニット7の長手方向中央部分における上側に位置する座標系作成用ターゲット75の第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78の座標位置から演算部11dによって設計座標系データ13が演算されるとともに記憶部11cに記憶される。
しかる後、演算部11dによって実座標系データ12に設計座標系データ13が一致するように模擬教示データ10Aを移動させて最終的な教示データ10が得られる。
そして、得られた教示データ10は、情報処理システム11から書き出されるとともに、制御盤9に書き込まれて各ロボット3の再生動作に使われる。
以上より、本発明の実施形態によると、取付ユニット40にて支持フレーム43に取り付けられた座標系作成用ターゲット75の第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78に対して溶接ガン6に取り付けられた座標系作成用ツール8を接近又は接触させて座標系作成用ターゲット75の座標位置を検出することによって、実座標系データ12を得ることができる。
また、情報処理システム11にて作成した模擬教示データ10Aを校正する際に使用する実座標系データ12を取得するために使用する座標系作成用ユニット7を、支持フレーム43に対して治具5を取り換える際に使用する取付ユニット40を利用して生産設備E1に固定することができるので、部品点数を増やすことなく、コストが嵩まないようにできる。
さらに、支持フレーム43に対して治具5を精度良く位置決めする取付ユニット40を利用して座標系作成用ユニット7を生産設備E1に固定するので、当該座標系作成用ユニット7を生産設備E1に精度良く位置決めすることができる。
また、第1目印部76、第2目印部77及び第3目印部78に対して座標系作成用ツール8のピン83をそれぞれ接近又は接触させる際、第1頂部76a、第2頂部77a及び第3頂部78aによって作業者が目視で座標系作成用ツール8のピン83をそれぞれ接近又は接触させ易くなる。したがって、実座標系データ12の作成するための座標位置の取得作業を効率良く行うことができる。
さらに、座標系作成用ターゲット75が座標系作成用ユニット7に複数設けられているので、校正に使用する実座標系データ12を複数個所で形成できるようになる。したがって、模擬教示データ10Aを校正する際に使用する実座標系データ12として最適な位置の座標系作成用ターゲット75を用いて作成したものを使用することができ、例えば、教示データ10を各座標系作成用ターゲット75に近い領域毎に校正し、校正に使用する座標系作成用ターゲット75に近い領域の溶接ガン6の動作と遠い領域の溶接ガン6の動作とにおいてロボット3の機差により発生してしまうばらつきの校正後の教示データ10に与える影響を少なくすることができる。
それに加えて、本発明の実施形態のように、取付ユニット40がワーク位置決め装置2に4つ設けられ、ワーク位置決め装置2に4つの治具5を着脱可能な場合において各治具5における教示データ10を作成するために検出具1を1つ用意するだけでよくなるので、部品点数を少なくしてコストを嵩まないようにすることができる。
尚、本発明の実施形態では、2つの支持フレーム43において4つの治具5を取り付ける部分の1つの領域に取付ユニット40を用いて座標系作成用ユニット7を取り付けて実座標系データ12を得ているが、2つの支持フレーム43において4つの治具5を取り付ける部分のその他の3つの領域においても取付ユニット40を用いて座標系作成用ユニット7を取り付けて最終的な実座標系データ12を得ることができる。
本発明は、例えば、自動車生産ラインにて、現場に据え付けられた設備に対して作業を行う多関節ロボットのアーム先端に取り付けられたツールの動作軌跡を当該ロボットに実行させることが可能な教示データを情報処理システムによる仮想空間で作成する際において、設備の設計値とのばらつきを考慮して教示データを校正する際に使用する座標系データを現場から得るために使用する教示データ校正用座標系検出具に適している。
1 教示データ校正用座標系検出具
3 ロボット
3a アーム
4 回転フレーム(支持体)
6 溶接ガン(ツール)
7 座標系作成用ユニット(第1基準器具)
8 座標系作成用ツール(第2基準器具)
10 教示データ
10A 模擬教示データ
11 情報処理システム
12 実座標系データ
13 設計座標系データ
40 取付ユニット
71 ベースフレーム
75 座標系作成用ターゲット
76 第1目印部
76a 第1頂部
77 第2目印部
77a 第2頂部
78 第3目印部
78a 第3頂部
83 ピン(先端部)
E1 生産設備
3 ロボット
3a アーム
4 回転フレーム(支持体)
6 溶接ガン(ツール)
7 座標系作成用ユニット(第1基準器具)
8 座標系作成用ツール(第2基準器具)
10 教示データ
10A 模擬教示データ
11 情報処理システム
12 実座標系データ
13 設計座標系データ
40 取付ユニット
71 ベースフレーム
75 座標系作成用ターゲット
76 第1目印部
76a 第1頂部
77 第2目印部
77a 第2頂部
78 第3目印部
78a 第3頂部
83 ピン(先端部)
E1 生産設備
Claims (4)
- アーム先端にツールが取り付けられた多関節ロボットと上記ツールが作業を行う治具を取換可能に支持する支持体とが配置された設備に着脱可能に取り付けられ、上記治具に対する上記ツールの作業時における動作軌跡を上記ロボットに実行させることが可能な教示データを情報処理システムによる仮想空間で作成する際において、上記設備の設計値とのばらつきを考慮して上記教示データを校正する際に使用する座標系データを上記設備から得るために使用する教示データ校正用座標系検出具であって、
所定の間隔をあけて設けられた第1目印部、第2目印部及び第3目印部からなる座標系作成用ターゲットを有し、上記治具を上記支持体から取り外した際、上記治具を上記支持体に対して位置決め可能に取り付ける取付ユニットを用いて上記支持体に固定される第1基準器具と、
上記ツールに着脱可能に構成され、上記アームの動作により上記ツールを移動させながら上記第1目印部、第2目印部及び第3目印部にそれぞれ接近又は接触させることが可能な先端部を有する第2基準器具とを備えていることを特徴とする教示データ校正用座標系検出具。 - 請求項1に記載の教示データ校正用座標系検出具において、
上記第1目印部は、先端に目印となる尖鋭な第1頂部を有する錘状をなし、
上記第2目印部は、先端に目印となる直線状の第2頂部を有する断面三角形状をなし、
上記第3目印部は、先端に目印となる直線状の第3頂部を有する断面三角形状をなしていることを特徴とする教示データ校正用座標系検出具。 - 請求項1又は2に記載の教示データ校正用座標系検出具において、
上記第1基準器具は、上記取付ユニットを用いて上記支持体に固定されるベースフレームを備え、該ベースフレームには、上記座標系作成用ターゲットが所定の間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする教示データ校正用座標系検出具。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の教示データ校正用座標系検出具において、
上記取付ユニットは、上記支持体の複数個所に設けられていることを特徴とする教示データ校正用座標系検出具。
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