JPH01175608A - ロボットのティーチングデータ作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はロボットのティーチングデータ作成方法に関し
、−層詳細には、ロボットのエンドエフェクタを変更す
る際、変更前のエンドエフェクタの寸法と変更後のエン
ドエフェクタの寸法とに基づいてティーチングデータを
容易に修正可能としたロボットのティーチングデータ作
成方法に関する。

［発明の背景］ 例えば、産業用ロボットを用いてワークに対し所定の作
業を行う場合、当該ロボットの先端部に取着されたエン
ドエフェクタを所定の経路に沿って移動させる必要があ
る。この場合、前記経路は一般にティーチングボックス
によって教示される。ここで、ロボットのティーチング
を行うティーチングボックスには、ロボットの各関節を
駆動するための指令値やティーチングの基準とする座標
系を選択する入力手段あるいはロボットの動作速度を設
定する設定手段等が備えられており、オペレータはこれ
らの手段を所定の仕様に従って操作することでロボット
に対するティーチングを行っている。

ところで、このような産業用ロボットでは作業中におい
てエンドエフェクタの変更を要請される場合がある。例
えば、溶接ロボットを用いてワークに対し所定の溶接作
業を行うラインにおいて当該ワークの形状に一部変更が
生じた場合、エンドエフェクタのワークに対する干渉を
回避するためエンドエフェクタを寸法、形状等の異なる
ものと交換する必要が生じる。

然しなから、エンドエフェクタを交換した場合、ワーク
に対するエンドエフェクタの作業点の位置がずれてしま
う虞がある。従って、オペレータは、通常、ロボットの
エンドエフェクタを交換した後、再度ティーチングを行
わなければならない。この結果、オペレータに過度の負
担が強いられるばかりでなく、ティーチングの作業に長
時間を要し製造ラインの稼動率の低下を惹起する不都合
が指摘されている。

［発明の目的コ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ロボットのエンドエフェクタを交換する際、変
更前のエンドエフェクタの寸法データと変更後のエンド
エフェクタの寸法データとに基づいてロボットを構成す
る関節間の座標変換行列を求め、この座標変換行列から
各関節の状態データを算出することにより、エンドエフ
ェクタの変更に対するティーチングデータの作成を容易
にすると共に、ロボットの稼動率の向上に寄与すること
の出来るロボットのティーチングデータ作成方法を提供
することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はティーチングデ
ータに従って駆動される多関節ロボットのエンドエフェ
クタを変更する際、当該多関節ロボットを構成する各関
節の状態データから前記各関節間の座標変換行列を求め
、前記座標変換行列と変更前のエンドエフェクタの寸法
データとに基づいて当該エンドエフェクタによる作業点
の位置を算出し、次に、変更後のエンドエフェクタによ
る作業点の位置および姿勢が前記変更前のエンドエフェ
クタによる作業点の位置および姿勢と一致するように各
関節間の新たな座標変換行列を求め、当該新たな座標変
換行列から各関節の新たな状態データを算出することを
特徴とする。

［実施態様〕 次に、本発明に係るロボットのティーチングデータ作成
方法について好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照
しながら以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は本実施態様に係るロボ
ットのティーチングデータ作成方法が適用される溶接シ
ステムを示し、この溶接システム１０ではシーケンサ１
２によるシーケンス制御に基づきアーク溶接ロボット１
４が駆動され、クランプ装Ｗ１６によって治具台１７上
に位置決めされたワーク１５に対し所定の溶接作業が行
われる。

この場合、アーク溶接ロボット１４はティーチングボッ
クス１８によりその動作が教示され、ロボットコントロ
ーラ２０を介して油圧ユニット２２および溶接コントロ
ーラ２４によって駆動制御される。

アーク溶接ロボット１４は基台２６上に設置されており
、移動部２８が油圧モータ３０により前記基台２６に対
して矢印方向に移動すると共に、旋回部３２が油圧モー
タ３４により前記移動部２８に対し矢印方向に旋回可能
に構成される。また、旋回部３２にはアーム部材３６の
一端部が軸着し、このアーム部材３６は前記旋回部３２
に取着された油圧シリンダ３８により矢印方向に昇降可
能に構成される。一方、アーム部材３６の他端部には油
圧モータ４０を有する取付部材４２が取着され、前記取
付部材４２には油圧モータ４４を介してエンドエフェク
タとしての溶接トーチ４６が連結される。この場合、溶
接トーチ４６は油圧モータ４４を中心とし油圧モータ４
０によって矢印方向に旋回すると共に、油圧モータ４４
により矢印方向に回動可能に構成される。なお、前述し
た油圧ユニット２２はアーク溶接ロボット１４を構成す
る油圧モータ３０．３４．４０および４４と油圧シリン
ダ３８を駆動制御する。また、溶接コントローラ２４は
溶接トーチ４６とワーク１５との間の溶接電流制御を達
成する。

ここで、アーク溶接ロボット１４に対して基台２６に固
定したベース座標系０゜と、溶接トーチ４６のワーク１
５に対する作業点ＴＣ，Ｐに固定したハンド座標系０１
とを定義すると共に、アーク溶接ロボット１４の各関節
に対して座標系０１乃至０．を定義する。

ベース座標系０゜はＸｏ、Ｙｏ、Ｚｏの直交。

３軸からなり、各軸回りの回動方向を夫々Ａ０、Ｂｏ、
Ｃｏとする。ハンド座標系０．はＸ、、、Ｙ、、Ｚ、の
直交３軸からなり、各軸回りの回動方向を夫々Ａ、　、
Ｂ、　、Ｃ，とする。座標系０１は油圧モータ３０によ
りベース座標系０゜に対して変位する座標系であり、座
標系０□は油圧モータ３４により座標系０１に対して回
動する座標系であり、座標系０．は油圧シリンダ３８に
より座標系０！に対して回動する座標系である。

また、座標系０４は座標系０．に対して固定された座標
系であり、アーク溶接ロボット１４を６軸ロボツトとし
て説明するために付加したものである。さらに、座標系
０．は油圧モータ４０により座標系０４に対して回動す
る座標系であり、座標系Ｏ５は油圧モータ４４により座
標系Ｏｓに対して回動する座標系である。

一方、ティーチングボックス１８は第２図に示すように
構成される。すなわち、ティーチングボックス１８はア
ーク溶接ロボット１４に対してティーチング等を行う本
体部５２と、当該ティーチングボックス１８の操作方法
等を表示する表示部５４とから基本的に構成される。

本体部５２は接続ケーブル５５を介してロボットコント
ローラ２０に接続されており、その上面部には後述する
ティーチモード、プレイモード等の切り換えを行うモー
ド切換スイッチ５６と、アーク溶接ロボット１４をマニ
ュアルで動作させるジョイスティック５８と、機能選択
、データ入力等を行うテンキー６０と、アーク溶接ロボ
ット１４の動作を非常停止させるための非常停止ボタン
６２とが設けられる。この場合、ジョイスティック５８
は矢印αおよびβ方向に傾動可能であると共に矢印γ方
向に回動可能に構成されており、その傾動方向あるいは
回動方向とアーク溶接ロボット１４の駆動方向との対応
関係はテンキー６０によって設定される。また、アーク
溶接ロボット１４の動作速度はジョイスティック５８の
傾斜角度あるいは回動角度によって設定される。なお、
ジョイスティック５８の先端部には動作スイッチ６４が
設けられており、この動作スイッチ６４を押圧すること
によってアーク溶接ロボット１４が動作可能となる。

本体部５２は斜め上方向に突出する一対のアーム部材６
６ａ、６６ｂを有しており、これらのアーム部材６６ａ
、６６ｂの先端部間には取付ねじ６８ａ、６８ｂを介し
て表示部５４が矢印β方向に回動可能に軸着する。この
場合、表示部５４はＬＣＤデイスプレィ７０を有してお
り、このＬＣＤデイスプレィ７０にはモード切換スイッ
チ５６およびテンキー６０によって選択されたティーチ
ングボックス１８の操作方法等が表示される。

本実施態様に係るロボットのティーチングデータ作成方
法が適用される溶接システムは基本的には以上のように
構成されるものであり、次にこのシステムを用いたティ
ーチング方法について説明する。

先ず、ティーチングボックス１８の電源を投入する。こ
の場合、ティーチングボックス１８のＬＣＤデイスプレ
ィ７０には第３図に示すメインメニュー画面８０が表示
される。このメインメニュー画面８０において、ｒＴＥ
ＡＣＨ，はジョイスティック５８を用いてアーク溶接ロ
ボット１４のティーチングを行うティーチモードであり
、「ＰＬＡＹＪはロボットコントローラ２ｏの図示しな
いキーボード等を用いて所望のティーチングデータを呼
び出しアーク溶接ロボット１４を動作させるプレイモー
ドである。また、ｒＡＵＴｏ。

は前記のプレイモードをシーケンサ１２等の要求に基づ
いて自動的に実行するオートモードであリ、アーク溶接
ロボット１４によるワーク１５の実際の溶接作業はこの
オートモードで行われる。

ｒＥＤＩＴＪはティーチングボックス１８に格納されて
いるティーチングデータを編集（立体シフト、コピー等
）する編集モードであり、「ＰＡＲＡＪはアーク溶接ロ
ボッ１−１４における溶接トーチ４６の寸法等のパラメ
ータを設定するパラメータ設定モードである。

そこで、オペレータはモード切換スイッチ５６を［５］
の位置に設定することでメインメニュー画面８０からパ
ラメータ設定モードを選択する。

そして、テンキー６０より溶接トーチ４６の寸法データ
を入力する。

次に、オペレータがメインメニュー画面８０からティー
チモードを選択しモード切換スイッチ５６を［１］の位
置に設定すると、ＬＣＤデイスプレィ７０には第４図に
示すティーチモードメニュー画面８２が表示される。

この場合、ｒＪＯＩＮＴ　　１２３Ｊはジョイスティッ
ク５８の矢印α、βおよびＴ方向への動作に対してアー
ク溶接ロボット１４を構成する油圧モータ３０．３４お
よび油圧シリンダ３８が駆動されるモードである。また
、ｒＪＯｒＮＴ　　４５６」はジョイスティック５８の
矢印αおよびβ方向への動作に対して油圧モータ４０お
よび４４が駆動されるモードである。ｒＢＡＳＥ　　Ｘ
ＹＺＪはジョイスティック５８の動作に対して溶接トー
チ４６の作業点ＴＣＰが基台２６を基準とするベース座
標系Ｏ０のＸｏ　、Ｙｏ　、Ｚｏ力方向夫々移動するモ
ードである。さらに、ｒＢＡＳＥ　　ＡＢＣＪはジョイ
スティック５８の動作に対して溶接トーチ４６の作業点
ＴＣＰが前記ベース座標系０゜のＸｏ　、Ｙｏ　、Ｚｏ
の回りＡ、　、Ｂ、、Ｃ０方向に回動するモードである
。一方、「ＨＡＮＤ　　ＸＹＺＪはジョイスティック５
８の動作に対して溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰが当該
作業点ＴＣＰを基準とするハンド座標系０８のＸ、　、
Ｙ、　、Ｚ、方向に移動するモードである。同様に、ｒ
ＨＡＮＤ　　ＡＢＣＪは溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰ
がハンド座標系０．のＸ、、ｙ、　、ｚ、の回りＡ＠、
Ｂ、　、Ｃ，方向に回動するモードである。ｒＢＡＳＥ
　　ＭＤＩ、およびｒＨＡＮＤ　　ＭＤＩＪは夫々溶接
トーチ４６の作業点ＴＣＰがベース座標系Ｏ０またはハ
ンド座標系０゜を基準として入力されるティーチングデ
ータに基づいて移動するモードである。そして、ｒＭＥ
ＭＯＲＩ　ＺＥ、はアーク溶接ロボット１４の現在の状
態をティーチングデータとしてロボットコントローラ２
０の図示しない記憶手段に取り込むためのモードを示す
。

そこで、例えば、テンキー６０から［３］を入力すると
ティーチモードよりｒＢＡｓＥ　　ＸＹＺ」のモードが
選択される。次いで、オペレータは動作スイッチ６４を
押圧した状態でジョイスティック５８を矢印α、βおよ
びγ方向に所定量傾動あるいは回動させる。この場合、
ジョイスティック５８の傾斜方向、回動方向、傾斜角お
よび回動角の各データは接続ケーブル５５を介してロボ
ットコントローラ２０に転送される。ロボットコントロ
ーラ２０は選択されたｒＢＡＳＥ　　ＸＹＺ、のモード
に基づき前記各データからアーク溶接ロボット１４の各
座標系ＯＩ乃至０６の移動量に対応するパルス信号を生
成し油圧ユニット２２に出力する。油圧ユニット２２は
前記パルス信号に基づきアーク溶接ロボット１４におけ
る溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰをベース座標系０゜に
従いワーク１５の所望の溶接位置まで移動させる。この
場合、前記作業点ＴＣＰはジョイスティック５８を矢印
α方向に傾動させることで７０方向に移動し、矢印β方
向に傾動させることでＸ０方向に移動し、矢印γ方向に
回動させることでＹ０方向に夫々移動する。

一方、オペレータは溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰがワ
ーク１５の所望の溶接位置まで移動し且つ後述する操作
により前記溶接トーチ４６がワーク１５に対して所望の
姿勢となったことを確認すると、ティーチングボックス
１８のテンキー６０を用いてティーチングデータの記憶
指令を入力する。この場合、第４図に示すティーチモー
ドメニュー画面８２に従いテンキー６０のＯと■とを押
圧すると、アーク溶接ロボット１４の現在状態における
各軸のパルスデータが図示しないポテンショメータ等で
読み取られロボットコントローラ２０に記憶される。以
上の作業を所望の溶接位置毎に繰り返すことによりアー
ク溶接ロボット１４のティーチング作業が完了する。

アーク溶接ロボッ゛ト１４のティーチング作業が完了す
ると、オペレータはティーチングボックス１８のＬＣＤ
デイスプレィ７０の画面を第３図に示すメインメニュー
画面８０に戻す。次に、モード切換スイッチ５６を［２
］のプレイモードに設定し、アーク溶接ロボット１４に
対しブレイバ・ンク動作を行わせティーチングデータの
確認を行う。

次に、ティーチングデータによるアーク溶接ロボット１
４の動作確認が終了すると、オペレータはＬＣＤデイス
プレィ７０の画面を再びメインメニュー画面８０に戻し
た後、テンキー６０の［３］を選択しオートモードとす
る。この場合、アーク溶接ロボット１４はシーケンサ１
２の制御下にロボットコントローラ２０より出力される
ティーチングデータに基づいてワーク１５に対し所望の
溶接作業を遂行する。

ところで、アーク溶接ロボット１４により溶接作業の遂
行されるワーク１５の形状に一部変更が生じた場合、溶
接トーチ４６あるいはアーク溶接ロボット１４の他の部
位がワーク１５に対して干渉してしまう場合がある。こ
のような場合、溶接トーチ４６を寸法の異なる他の溶接
トーチ４６に変更する必要が生じる。そのため、本実施
態様ではメインメニュー画面８０におけるパラメータ設
定モードを選択し、変更後の溶接トーチの寸法データを
入力することでティーチングデータの修正を行っている
。そこで、第５図に示すフローチャートに基づき溶接ト
ーチの変更に係るティーチングデータの作成方法を説明
する。

先ず、オペレータはティーチングボックス１８のＬＣＤ
デイスプレィ７０に表示されたメインメニュー画面８０
からｒＰＡＲＡ、のモードを選択し、テンキー６０より
変更後の溶接トーチの寸法データを入力する。

一方、ロボットコントローラ２０はアーク溶接ロボット
１４を構成する各油圧モータ３０．３４．４０．４４お
よび油圧シリンダ３８に装着された図示しないポテンシ
ョメータから現在のパルスＰｚ（ｉ＝１．２、・・・６
）を取り込み、このパルスＰ、から隣接する座標系０１
乃至０６に対する各関節の現在の角度ｒｉを （ｉ＝１．２、・・・６） として求める（ＳＴＰＩ）。ここで、ｋ目は座標系０１
におけるポテンショメータの分解能および減速比に係る
パラメータである。ｋＺｉは座標系Ｏ５における関節の
可動範囲に対して基準中間点を設定した場合、ポテンシ
ョメータによって得られたパルスｐｔを前記基準中間点
に対する増減量として表すためのオフセット量である。

また、ｋ３．は角度（ｄｅｇ）をラジアンに変換するた
めのパラメータである。なお、本実施態様では座標系０
４が座標系０．に対して固定されているためパルスＰ４
をＯに設定しておく。

次に、（１）式に基づいて算出された現在の角度ｒｉか
ら変換行列Ｔを算出する（ＳｒＦ２）。

この場合、変換行列Ｔはベース座標系Ｏ０に対する座標
系Ｏ，の位置および姿勢を設定するものであり、変換行
列Ｔの各成分をも。（ｍ＝１．２．３、ｎ＝Ｌ　２．３
．４）として（ｉ＝１．２、・・・６）　　　　　・・
・（２）のように設定される。ここで、変換行列ＴをＴ
’Ｅ　Ｃｋ　ｉ　　ｂ　）　　　　　　　　　・・・（
３）と定義した場合、変更前の溶接トーチ４６における
作業点ＴＣＰの現在の位置Ｃは変換行列Ｔを用いて、 として算出される（ＳｒＦ２）。なお、Ａは変換行列Ｔ
の左側４行３列の成分を示し、ｂは変換行列Ｔの右側４
行１列の成分を示す。

また、ｈは変更前の溶接トーチ４６の寸法データからな
り、座標系０６に対する作業点ＴＣＰのオフセット量を
示すベクトルである。この場合、ｈはベース座標系０゜
を基準としたＸｏ、Ｙ、、Ｚ、方向の成分をｈ＋　、ｈ
ｚ、ｈｓとして、 のように定義される。

次に、ロボットコントローラ２０はティーチングボック
ス１８からのエンドエフェクタ変更指令の有無を判別し
く５ＴＰ４）、変更がない場合には現在のパルスＰ、を
そのまま保持する（ＳｒＦ５）。

一方、ティーチングボックス１８において、パラメータ
設定モードが選択された場合、ロボ・ノドコントローラ
２０はテンキー６０から入力されるデータを変更後の溶
接トーチの寸法データとして取り込む（ＳｒＦ６）。こ
こで、この寸法データを成分ｈ　ｌ’　、ｈｔ’　、ｈ
３’からなるベクトルｈ′として のように定義する。この場合、変更後の溶接トーチを用
いた場合における座標系０．に対する変換行列Ｔ′を ？’　Ｅ　［Ａ”、ｂ　’　）　　　　　　・・・（７
）と定義する。変更後の溶接トーチの作業点ＴＣＰの位
置および姿勢は変更前の溶接トーチ４６の作業点ＴＣＰ
の位置および姿勢に等しくなければならないから、 Ｔ′　・　ｈ　’　　＝　Ａ’　　・　ｈ０’＋ｂ’＝
ｃ・・・（８） Ａ′＝Ａ　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）の
関係が得られる。従って、（４）、（８）および（９）
式％式％ となる。この結果、（力式から変換行列Ｔ′は、Ｔ”　
’　＝　（Ａｉ　Ａ’　　・（ｈ、−ｈａ’）十ｂ　）
・・・０］） として求まる（ＳｒＦ２）。

そこで、この変換行列Ｔ′を逆変換すれば、各座標系ｏ
１乃至Ｏｈが設定される関節における次の角度ｒ％（ｉ
＝１．２、・・・６）を求めることが出来る（ＳｒＦ８
）。この結果、前記角度ｒ、′から変更後の溶接トーチ
に対する次のパルスＰＩ′　は、 （ｉ＝１．２、・・・６）　　　　　　　・・・Ｑ２＋
のようにして求まる（ＳｒＦ９）。

次いで、ロボットコントローラ２０はステップ９で求め
たパルスＰｉ′を図示しない記憶手段に修正されたティ
ーチングデータとして格納する。以上の処理を全てのテ
ィーチング地点に対して繰り返すことにより変更後の溶
接トーチに係るティーチングデータが作成される。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ロボットのエンドエフ
ェクタを変更する際、変更前のエンドエフェクタの寸法
データと変更後のエンドエフェクタの寸法データとに基
づいてティーチングの修正を行っている。この場合、デ
ータ修正のために再度ティーチングを行う必要がなく、
従って、作業が軽減化されると共にデータの修正も極め
て容易となる。また、データの作成に長時間を要しない
ため、当該ロボットの適用される製造ラインに対する影
響は極めて少なく、稼動率の向上にも寄与することが出
来る。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットのティーチングデータ作
成方法が適用される溶接システムの概略構成図、 第２図は第１図に示す溶接システムにおけるティーチン
グボックスの構成斜視図、 第３図および第４図は第２図に示すティーチングボック
スに表示される各メニュー画面の説明図、 第５図は本発明に係るロボットのティーチングデータ作
成方法の手順を示すフローチャートである。 １０・・・溶接システム　　　１２・・・シーケンサ１
４・・・アーク溶接ロボット １８・・・ティーチングボックス ２０・・・ロボットコントローラ ２２・・・油圧ユニット　　　２４・・・溶接コントロ
ーラ５２・・・本体部　　　　　　５４・・・表示部５
６・・・モード切換スイッチ ５８・・・ジョイスティック　６０・・・テンキー６２
・・・非常停止ボタン　　６４・・・動作スイッチ７０
・・・ＬＣＤディスプレイ ＦＩＧ、５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ティーチングデータに従って駆動される多関節ロ
   ボットのエンドエフェクタを変更する際、当該多関節ロ
   ボットを構成する各関節の状態データから前記各関節間
   の座標変換行列を求め、前記座標変換行列と変更前のエ
   ンドエフェクタの寸法データとに基づいて当該エンドエ
   フェクタによる作業点の位置を算出し、次に、変更後の
   エンドエフェクタによる作業点の位置および姿勢が前記
   変更前のエンドエフェクタによる作業点の位置および姿
   勢と一致するように各関節間の新たな座標変換行列を求
   め、当該新たな座標変換行列から各関節の新たな状態デ
   ータを算出することを特徴とするロボットのティーチン
   グデータ作成方法。