JPH0146276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工業用ロボツト等の作業機械のなら
い動作制御方法および装置に係り、特に、ならい
動作の対象物に曲率半径の小さい部分があつて
も、円滑なならい動作を行なうのに好適なならい
動作制御方法および装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method and device for controlling the tracing motion of working machines such as industrial robots, and in particular, the present invention relates to a method and device for controlling the tracing motion of working machines such as industrial robots, and in particular, when the object to be traced has a portion with a small radius of curvature. The present invention relates to a tracing operation control method and apparatus suitable for performing smooth tracing operations.

［従来の技術］ 従来から行なわれているならい動作制御方法
は、一定の基本動作方向に作業機械を動作させ、
それと直角方向の対象物の凹凸をセンサにより検
出し、この凹凸の形状に応じて、センサまたは作
業機械に取付けた作業工具を駆動する方式が一般
的であつた。この方法において、センサまたは作
業工具は、対象物の形状に応じて、基本動作方向
と直角な方向に駆動される。そこで、対象物の形
状が部分的に基本動作方向と直角または直角に近
いような個所を含んでいる場合は、ならい動作が
進まなくなる。また、対象物に対するセンサや作
業工具の姿勢や対象物に沿つた動作速度を一定に
保つことができないという欠点があつた。この欠
点は、例えば溶接ロボツトにおいては、均一な溶
接ができないという問題として現れる。[Prior Art] The conventional tracing motion control method operates a working machine in a certain basic motion direction,
A common method has been to use a sensor to detect the unevenness of an object in a direction perpendicular to the unevenness, and to drive a working tool attached to the sensor or a working machine depending on the shape of the unevenness. In this method, the sensor or the working tool is driven in a direction perpendicular to the basic direction of movement, depending on the shape of the object. Therefore, if the shape of the object includes a portion that is perpendicular or nearly perpendicular to the basic motion direction, the tracing motion will not proceed. Another drawback is that the posture of the sensor or power tool relative to the object and the speed of movement along the object cannot be kept constant. This drawback appears, for example, in a welding robot as a problem in that uniform welding cannot be performed.

これらの問題を解決する方法として、出願人
は、すでに、特開昭55−188376号および特開昭58
−34781号等を提案している。これらの方法では、
センサの検出結果として得られる対象物の接線方
向の情報に着目し、変化する接線方向にならい動
作の基本動作方向を耐えず一致させるという考え
かたが基本になつていた。 As a method to solve these problems, the applicant has already proposed Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 55-188376 and 58
−34781 etc. are proposed. In these methods,
The basic idea was to focus on information on the tangential direction of the object obtained as a result of sensor detection, and to follow the changing tangential direction to ensure that the basic movement direction of the movement remains consistent.

［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらの方法は、対象物表面の形状を
折れ線として近似しており、この折れ線の各々の
長さは対象物の曲率にかかわらず一定であつた。
したがつて、対象物表面の接線方向の変化が大き
いすなわち曲率半径が小さい部分においても接線
方向の変化が小さい部分においても一定の移動距
離ごとに曲率検出を行なうことになるため、特に
曲率半径が小さく接線の方向が急激に変化する個
所においては、ならい動作そのものの誤差が大き
くなつたり、はなはだしい場合はならい動作中に
センサで検出できる範囲を外れ、ならい動作が進
まなくなり、更には対象物とセンサとの干渉が発
生する等の欠点があつた。[Problems to be Solved by the Invention] However, in these methods, the shape of the surface of the object is approximated as a polygonal line, and the length of each polygonal line is constant regardless of the curvature of the target object.
Therefore, curvature detection is performed every fixed distance of movement both in areas where the change in the tangential direction of the object surface is large, that is, the radius of curvature is small, and in areas where the change in the tangential direction is small. In areas where the direction of the tangent changes rapidly, the error in the tracing operation itself may become large, or in extreme cases, the error may go out of the range that can be detected by the sensor during the tracing operation, and the tracing operation may not proceed. There were drawbacks such as interference with the

本発明の目的は、ならい動作中に対象物の接線
方向の変化量すなわち曲率半径が大幅に変化して
も、ならい動作を円滑に継続できるならい動作制
御方法および装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a profiling operation control method and apparatus that can smoothly continue the profiling operation even if the amount of change in the tangential direction of the object, that is, the radius of curvature, changes significantly during the profiling operation.

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、移動体
の先端に取付けられ対象物との相対距離を検出す
るセンサを対象物近傍で指定面内の接線の指定方
向に設定移動距離だけ移動させ、センサと対象物
との相対距離および移動体の３次元空間内の位置
に基づき指定面内の接線を演算し、この接線の指
定方向の延長上で前記設定移動距離だけ離れた点
に次の動作目標点を設定し、センサをその動作目
標点に向けて移動させるならい制御方法におい
て、前記センサと対象物との相対距離を常に監視
し、前記設定移動距離だけ離れた動作目標点に到
達するかまたは前記センサと対象物との相対距離
が所定値を超える毎に前記接線を演算し直し動作
目標点を新たに設定するならい制御方法を提案す
るものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention uses a sensor attached to the tip of a moving object to detect the relative distance to the object to specify a tangent in a specified plane near the object. The tangent in the specified plane is calculated based on the relative distance between the sensor and the object and the position of the moving body in the three-dimensional space, and the set movement is performed on the extension of this tangent in the specified direction. In a tracing control method in which the next operation target point is set at a point separated by a distance, and the sensor is moved toward the operation target point, the relative distance between the sensor and the object is constantly monitored, and the sensor is moved only by the set movement distance. A tracing control method is proposed in which the tangent is recalculated and a new target motion point is set each time a remote target point is reached or the relative distance between the sensor and the object exceeds a predetermined value.

前記センサを前記指定面と交わる面内に複数個
設け、当該センサの出力に基づき３次元形状の対
象物の前記交わる面内における法線方向を演算
し、前記３次元形状の対象物上の点における接平
面の法線を求め、当該法線に対して一定の角度以
内となるように前記センサの方向を規制すること
もできる。 A plurality of the sensors are provided in a plane that intersects with the designated plane, and based on the output of the sensor, the normal direction of the three-dimensional object in the intersecting plane is calculated, and a point on the three-dimensional object is calculated. It is also possible to determine the normal line of the tangential plane at and regulate the direction of the sensor so that it is within a certain angle with respect to the normal line.

前記センサは、前記接線に対する法線方向に正
確に向いている必要はなく、距離測定に所定値以
上の誤差を招かない範囲で一定の角度を保ちつつ
移動するようにしてもよい。 The sensor does not need to be oriented exactly in the direction normal to the tangent line, and may be moved while maintaining a constant angle within a range that does not cause an error of more than a predetermined value in distance measurement.

本発明は、また、移動体の先端に取付けられ対
象物との相対距離を検出するセンサを対象物近傍
で接線方向に設定移動距離だけ移動させる駆動手
段と、前記センサと対象物との相対距離および移
動体の３次元空間内の位置に基づき対象物の位置
および当該対象物の位置における指定面内の接線
を求め前記駆動手段に動作目標点を出力する第１
演算手段と、前記移動体の先端が前記設定移動距
離だけ離れた動作目標点に到達するかまたは前記
移動途中における前記センサと対象物との相対距
離が所定値を超える毎に前記対象物の位置および
その位置における接線を演算し直し動作目標点を
新たに設定させる指令を第１演算手段に出力する
第２演算手段とを含むならい制御装置を提案する
ものである。 The present invention also provides a driving means for moving a sensor attached to the tip of a moving body to detect a relative distance to a target object by a set travel distance in a tangential direction near the target object, and a relative distance between the sensor and the target object. and a first step that calculates the position of the object and the tangent in the specified plane at the position of the object based on the position of the moving object in the three-dimensional space and outputs the target point of operation to the driving means.
a calculation means; the position of the object is determined each time the tip of the moving body reaches a target point of operation separated by the set movement distance or the relative distance between the sensor and the object exceeds a predetermined value during the movement; The present invention proposes a profiling control device including: and a second calculation means for outputting a command to the first calculation means to recalculate the tangent line at that position and to newly set an operation target point.

［作用］ 本発明においては、センサを対象物表面の接線
方向に基準サンプリング距離だけ移動させる際
に、移動途中でセンサと対象物との相対距離が所
定値を超えた場合、前記基準サンプリング距離に
かかわらず、対象物の位置とその位置における接
線とを演算し直し動作目標点を新たに設定するの
で、接線の方向が徐々に変わる比較的なだらかな
対象物表面は勿論のこと、接線の方向の変化量が
大きいすなわち曲率半径が小さいコーナ部等にお
いても、常に安定した正確なならい制御が可能と
なる。[Function] In the present invention, when the sensor is moved in the tangential direction of the object surface by the reference sampling distance, if the relative distance between the sensor and the object exceeds a predetermined value during the movement, the reference sampling distance is Regardless of the situation, the position of the object and the tangent at that position are recalculated and a new target point is set. Even at corners where the amount of change is large, that is, the radius of curvature is small, stable and accurate tracing control is always possible.

また、このならい動作の指定面と交差する（例
えば直交する）方向の断面内に複数のセンサを配
置し、この断面内ではこれらセンサの出力の差に
基づき３次元形状の対象物の前記断面内の法線方
向に前記センサの方向を規制すると、前記断面方
向にも曲面となつている３次元対象物のならい動
作がより正確になされる。 In addition, a plurality of sensors are arranged within a cross section in a direction intersecting (for example, orthogonal to) the designated plane of this tracing operation, and within this cross section, the cross section of the three-dimensional object is determined based on the difference in the outputs of these sensors. By restricting the direction of the sensor in the normal direction, the tracing operation of the three-dimensional object, which also has a curved surface in the cross-sectional direction, can be performed more accurately.

［実施例］ 次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。[Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図は、本発明のならい動作の対象物Ｗのひ
とつの断面形状を示す図である。この場合、曲率
半径はその両端部で小さく、中央部で大きくなつ
ている。このような形状の対象物としては、第２
図に示すような水車のランナブレード等がある。
この種の対象物の表面に沿つて、形状計測作業、
塗付け作業、グラインダ作業等を行なうことが考
えられる。このような各種作業を行なう作業機械
の代表例として、ここでは第３図に示す産業用ロ
ボツトを取り上げて説明する。 FIG. 1 is a diagram showing the cross-sectional shape of one of the objects W to be subjected to the tracing operation of the present invention. In this case, the radius of curvature is small at both ends and large at the center. As an object of such a shape, the second
There are runner blades for water turbines as shown in the figure.
Along the surface of this type of object, shape measurement work,
It is possible to perform painting work, grinding work, etc. As a representative example of a working machine that performs such various tasks, an industrial robot shown in FIG. 3 will be described here.

第３図において、ロボツト１は、油圧シリンダ
２により第１コラム３の上を水平方向すなわちＸ
軸方向に往復移動する第１移動体４と、第１移動
体４の上に直立に設けられた第２コラム５に沿つ
て油圧シリンダ６により上下方向すなわちＺ軸方
向に移動する第２移動体７と、第２移動体７に取
付けられ油圧シリンダ８によりＸ軸と直交する水
平方向すなわちＹ方向に往復移動する第３移動体
９と、第３移動体９の先端に固定され垂直軸すな
わちSW軸の回りに回転する振り手首ブロツク１
０と、振り手首ブロツク１０に固定され水平軸す
なわちBD軸回りに回転する曲げ軸シヤフト１１
とを備えている。曲げ軸シヤフト１１には、作業
対象物との近接距離を検出するためのセンサ１２
および１３が、センサ取付板１４を介して取付け
られている。２つのセンサ１２および１３は、互
いにその主軸線１２１および１３１が平行になる
ように配置されており、しかも、センサ主軸線１
２１，１３１を水平になるように曲げ軸シヤフト
１１を回転させたときに、互いに同一の鉛直平面
内で上下に位置するように、距離Ldだけ隔てた
位置に配置されている。センサ１２および１３と
しては、渦電流により対象物との近接距離を磁気
的に検出するものを図示してある。 In FIG. 3, the robot 1 moves horizontally above the first column 3 using the hydraulic cylinder 2.
A first moving body 4 that reciprocates in the axial direction, and a second moving body that moves in the vertical direction, that is, in the Z-axis direction, by a hydraulic cylinder 6 along a second column 5 that is provided upright above the first moving body 4. 7, a third movable body 9 that is attached to the second movable body 7 and reciprocates in the horizontal direction perpendicular to the X axis, that is, the Y direction by a hydraulic cylinder 8, and a vertical axis that is fixed to the tip of the third movable body 9, that is, SW. Swing wrist block 1 that rotates around the axis
0, and a bending shaft 11 which is fixed to the swing wrist block 10 and rotates around the horizontal axis, that is, the BD axis.
It is equipped with The bending shaft 11 is equipped with a sensor 12 for detecting the proximity distance to the workpiece.
and 13 are attached via a sensor mounting plate 14. The two sensors 12 and 13 are arranged so that their main axes 121 and 131 are parallel to each other, and the sensor main axis 1
When the bending shaft 11 is rotated so that the bending shafts 21 and 131 are horizontal, they are arranged at positions separated by a distance Ld so that they are located above and below each other within the same vertical plane. The sensors 12 and 13 are shown to magnetically detect the proximity distance to the object using eddy currents.

第４図は、ロボツト１の制御系のブロツク図で
ある。図において、マイクロコンピユータ等から
なる制御用計算機１５からの位置指令は、インタ
ーフエイス１６において、所定の軸に振分けら
れ、各軸の位置決め装置１７〜２１に送られる。
さらに例えばＸ軸の位置決め装置１７に送られた
位置指令は、減算回路１７１において位置検出器
１７４から送られたロボツトＸ軸の現在位置との
差を算出され、その結果はサーボ回路１７２に送
られる。サーボ回路１７２の出力はサーボ弁やシ
リンダ２などを含むロボツト本体Ｘ軸機構１７３
を駆動させる。その位置は、位置検出器１７４に
よつてフイードバツクされるとともに、計算機１
５に読み込むことができる。また、センサ１２，
１３から得られる近接距離情報は、センサ用イン
ターフエイス２２を経て、計算機１５に取り込ま
れる。 FIG. 4 is a block diagram of the control system of the robot 1. In the figure, position commands from a control computer 15 consisting of a microcomputer or the like are distributed to predetermined axes at an interface 16 and sent to positioning devices 17 to 21 for each axis.
Furthermore, for example, the position command sent to the X-axis positioning device 17 is calculated by a subtraction circuit 171 to calculate the difference between the position command and the current position of the robot X-axis sent from the position detector 174, and the result is sent to the servo circuit 172. . The output of the servo circuit 172 is transmitted to the robot main body X-axis mechanism 173 including the servo valve, cylinder 2, etc.
drive. The position is fed back by the position detector 174 and is also fed back to the computer 1.
5 can be loaded. In addition, the sensor 12,
The proximity distance information obtained from the sensor 13 is taken into the computer 15 via the sensor interface 22.

第５図は、センサ用インターフエイス２２の詳
細を示す図である。センサ１２，１３の信号は、
センスアンプ１２２，１３２により線形化され増
幅される。またセンスアンプ１２２の出力は、基
準信号発生回路１８１からの出力とともに、比較
回路２０１に送られる。センスアンプ１２２およ
び１３２の出力は、ともに比較回路２００に送ら
れ、その出力は絶対値算出回路１９０を介して、
基準信号発生回路１８２の出力とともに、比較回
路２０２に送られる。さらに、比較回路２０１，
２０２の出力は、計算機１５に取り込まれるよう
になつている。 FIG. 5 is a diagram showing details of the sensor interface 22. The signals of sensors 12 and 13 are
The signal is linearized and amplified by sense amplifiers 122 and 132. Further, the output of the sense amplifier 122 is sent to the comparison circuit 201 along with the output from the reference signal generation circuit 181. The outputs of the sense amplifiers 122 and 132 are both sent to the comparator circuit 200, and the output is sent to the comparator circuit 200 via the absolute value calculation circuit 190.
It is sent to the comparison circuit 202 together with the output of the reference signal generation circuit 182. Furthermore, the comparison circuit 201,
The output of 202 is taken into the computer 15.

次に、第６図〜第９図を参照して、本発明によ
るならい動作制御方法の一例を説明する。第６図
は本発明による水平断面方向のならい動作を示す
図、第７図および第８図は第６図対象物の縦断面
方向のセンサの位置決め方法の一例を示す図であ
る。 Next, an example of the tracing operation control method according to the present invention will be explained with reference to FIGS. 6 to 9. FIG. 6 is a diagram showing a tracing operation in the horizontal cross-sectional direction according to the present invention, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing an example of a method for positioning the sensor in the vertical cross-sectional direction of the object shown in FIG.

第６図により、本発明の基本的考えかたを説明
する。なお、初期に調節するロボツト１と対象物
との相対距離Ssは、センサ１２の検出可能距離
範囲の上限Smaxおよび下限Sminのほぼ中間の
値であるとし、以下の説明では、これを標準検出
距離という。 The basic idea of the present invention will be explained with reference to FIG. It should be noted that the relative distance Ss between the robot 1 and the object to be adjusted initially is a value approximately halfway between the upper limit Smax and lower limit Smin of the detectable distance range of the sensor 12, and in the following explanation, this will be referred to as the standard detection distance. That's what it means.

まず、ロボツト１をスタート点Q₀に位置決め
する。それには、センサ１２，１３を対象物Ｗの
表面に対してほぼ直角方向に向け、センサ１２，
１３の出力がともに標準検出距離Ssとなるまで、
手首曲げ軸を含むロボツト１の各軸を駆動する。 First, robot 1 is positioned at the starting point _Q0 . To do this, the sensors 12 and 13 are oriented substantially perpendicularly to the surface of the object W, and the sensors 12 and 13 are
13 until both outputs reach the standard detection distance Ss.
Each axis of the robot 1 including the wrist bending axis is driven.

ここで、対象物Ｗ上の点の位置は、センサ１２
の検出距離およびセンサ自身の位置から計算によ
り求めることができる。また、対象物Ｗの垂直断
面内における傾きは、センサ１２および１３から
得られた対象物Ｗ上の２点の位置をもとに、これ
らの点を結ぶ直線の傾きとして近似的に求められ
る。 Here, the position of the point on the object W is determined by the sensor 12
It can be calculated from the detection distance and the position of the sensor itself. Further, the inclination of the object W in the vertical cross section is approximately determined based on the positions of two points on the object W obtained from the sensors 12 and 13 as the inclination of a straight line connecting these points.

ならい動作は、水平面内において、センサ１２
の主軸線１２１と直角方向に、ロボツト１を所定
の基準サンプリング距離L₀だけ離れた点R₁に向
けて移動させて開始する。ならい動作は、点Q₀
と点R₁との間を直線補間することにより均一速
度でかつ円滑になされる。この動作の途中で、対
象物Ｗの形状に応じて、センサ１２，１３の出力
は時々刻々と変化する。ロボツト１が点R₁に到
達するまでにセンサ１２，１３の出力が大きく変
化し、第５図の比較回路２０１，２０２の出力が
変化すれば、その時点でこれらセンサ１２，１３
の出力データをもとに対象物Ｗ上の点Q₁の位置
を求める。また、点R₁に到達するまでに、もし
センサ１２，１３の出力が大きくは変わらず、比
較回路２０１，２０２の出力が変化しなければ、
第９図に示すように、点R₁に到達した時点で、
対象物Ｗ上の位置Q₁を求める。 In the tracing operation, the sensor 12
The robot 1 is started by moving in a direction perpendicular to the main axis 121 of the robot 1 toward a point _R1 located a predetermined reference sampling distance _L0 . The tracing operation is performed at point Q ₀
This is done smoothly and at a uniform speed by performing linear interpolation between and the point _R1 . During this operation, the outputs of the sensors 12 and 13 change moment by moment depending on the shape of the object W. If the outputs of the sensors 12 and 13 change significantly by the time the robot 1 reaches point _R1 , and the outputs of the comparison circuits 201 and 202 in FIG.
Find the position of point _Q1 on the object W based on the output data. Furthermore, if the outputs of the sensors 12 and 13 do not change significantly and the outputs of the comparison circuits 201 and 202 do not change by the time point _R1 is reached,
As shown in Figure 9, upon reaching point _R1 ,
Find the position Q ₁ on the object W.

これらいずれの場合も、点Q₀と点Q₁とを結ぶ
直線を点Q₁における近似的な接線とする。また、
同様にセンサ１２，１３の２つの出力データを用
いることにより、点Q₁における垂直断面内の近
似的な接線を求めることができる。したがつて、
点Q₀と点Q₁とを結ぶ直線の延長上に、点Q₁から
基準サンプリング距離L₀だけ離れた点R₂を動作
目標点として定めることができる。 In any of these cases, a straight line connecting point Q ₀ and point Q ₁ is an approximate tangent at point Q ₁ . Also,
Similarly, by using the two output data of the sensors 12 and 13, it is possible to obtain an approximate tangent in the vertical section at the point _Q1 . Therefore,
On the extension of the straight line connecting point Q ₀ and point Q ₁ , point R ₂ , which is separated from point Q ₁ by reference sampling distance L ₀ , can be determined as the operation target point.

ならい動作は、第６図および第９図に示すよう
に、点Q₁から点R₂に移動するロボツト１の動き
として継続されることになる。この動作の途中に
おいても、比較回路２０１，２０２の出力を監視
し、いずれかの出力が変化した時点または動作目
標点R₂に到達した時点で、対象物Ｗ上の点Q₂の
位置を求め、さらに点Q₂における近似的な指定
面内の接線方向または接平面を演算し、同様に点
Q₁と点Q₂とを結ぶ直線上で、点Q₂から基準サン
プリング距離L₀の点R₃を動作目標点として定め、
この点に向かつて移動を続ける。 The tracing operation continues as the robot 1 moves from point _Q1 to point _R2 , as shown in FIGS. 6 and 9. Even during this operation, the outputs of the comparison circuits 201 and 202 are monitored, and the position of point Q ₂ on the object W is determined when either output changes or when the operation target point R ₂ is reached. , further calculate the approximate tangent direction or tangent plane within the specified plane at point Q ₂ , and similarly calculate the point
On the straight line connecting Q ₁ and point Q ₂ , set point R ₃ at a reference sampling distance L ₀ from point Q ₂ as the operation target point,
Continue moving towards this point.

なお、点Qiを検出した位置から点Ri＋１に向
かう間のセンサ主軸１２１，１３１の姿勢の変化
量は、水平面内における変化量がロボツト１の振
り軸回転角ΔSWに対応し、また垂直面内におけ
る変化量が同じく曲げ軸回転角ΔBDに対応して
いる。したがつて、点Ri＋１において振り軸回
転角ΔSWは、センサ主軸１２１が直線QiRi＋１
に直角になるように、また曲げ軸回転角ΔBDは
同じくセンサ軸１２１が点Qiにおける垂直断面
内の接線に対して直角になるように駆動するため
の回転量として求めることができる。なお、ロボ
ツト１は、その構造上、手首振り軸または曲げ軸
を動作させると、そのセンサが狙う手先位置Ｐが
変化するが、手首軸を駆動するのに合わせて、ロ
ボツト１の本体のＸ、Ｙ、Ｚ軸を補正駆動するこ
とにより、手先位置Ｐが変化しないように制御す
る。 The amount of change in the attitude of the sensor main shafts 121, 131 from the position where point Qi was detected to point Ri+1 is such that the amount of change in the horizontal plane corresponds to the swing axis rotation angle ΔSW of the robot 1, and the amount of change in the vertical plane corresponds to the rotation angle ΔSW of the swing axis of the robot 1. The amount of change also corresponds to the bending axis rotation angle ΔBD. Therefore, the swing axis rotation angle ΔSW at point Ri+1 is such that the sensor main axis 121 is aligned with the straight line QiRi+1.
Similarly, the bending axis rotation angle ΔBD can be determined as the rotation amount for driving the sensor shaft 121 to be perpendicular to the tangent in the vertical section at point Qi. Note that due to the structure of the robot 1, when the wrist swing axis or bending axis is operated, the hand position P targeted by the sensor changes. By correcting and driving the Y and Z axes, control is performed so that the hand position P does not change.

ここで、比較回路２０１，２０２の働きについ
て詳細に説明する。まず、比較回路２０１は、入
力としてセンサ１２の出力信号すなわち対象物Ｗ
とセンサ１２との距離を与え、これらが接近しす
ぎてその距離が設定下限値Snear以下となつた場
合、または両者が離れすぎその距離が設定上限値
Sfar以上となつた場合に、これを判定するための
回路である。ここで、 Smin＜Snear＜Ss＜Sfar＜Smax という関係が成立するように、各数値を定めるべ
きことはいうまでもない。したがつて、比較回路
２０１は、対象物Ｗにおけるならい動作方向と実
際の対象物Ｗの表面の接線方向との相違がある程
度大きくなり、センサと対象物との相対距離が所
定値を超えたことを判定する回路である。また、
比較回路２０２は、センサ１２と１３との出力の
差すなわち２つのセンサの主軸方向と、対象物Ｗ
表面の垂直断面内における接線方向との相違に対
応する量を与え、両方のセンサの出力S₁₂とS₁₃の
差ΔSが所定しきい値ΔS₀より大きくなつた場合
に、これを判定する回路である。 Here, the function of comparison circuits 201 and 202 will be explained in detail. First, the comparison circuit 201 receives the output signal of the sensor 12, that is, the object W.
and the sensor 12, and if they are too close and the distance is less than the set lower limit Snear, or if they are too far apart and the distance is the set upper limit
This is a circuit for determining when the value exceeds Sfar. Here, it goes without saying that each numerical value should be determined so that the relationship Smin<Snear<Ss<Sfar<Smax is established. Therefore, the comparison circuit 201 determines that the difference between the direction of the profiling motion on the object W and the tangential direction of the actual surface of the object W has become large to some extent, and the relative distance between the sensor and the object has exceeded a predetermined value. This is a circuit that determines. Also,
The comparison circuit 202 calculates the difference between the outputs of the sensors 12 and 13, that is, the direction of the main axis of the two sensors, and the object W.
A circuit that gives a quantity corresponding to the difference from the tangential direction in the vertical section of the surface and determines when the difference ΔS between the outputs S ₁₂ and S ₁₃ of both sensors becomes larger than a predetermined threshold ΔS ₀ . It is.

以上のことから、これら比較回路２０１，２０
２を用いることにより、実際のならい動作におい
てセンサ検出結果に基づいて想定されている対象
物Ｗの接線方向と、実際の対象物Ｗの接線方向と
が異なつているか否かを判定でき、従来提案され
ているならい動作制御方法と比較して、対象物の
曲率半径の小さい部分のならい動作を少ない誤差
でより高精度に実行できる。 From the above, these comparison circuits 201, 20
2, it is possible to determine whether or not the tangential direction of the object W that is assumed based on the sensor detection results in the actual tracing operation is different from the actual tangential direction of the object W. Compared to the conventional tracing motion control method, the tracing motion of a portion of the object with a small radius of curvature can be executed with less error and with higher precision.

比較回路２０１，２０２の出力が変化しなくと
も、基準サンプリング距離L₀の移動毎に新たに
接線を求める計算を行なうことは、曲率半径が大
きいすなわち対象物のゆるやかな形状の部分にお
いても、きめ細かな接線近似により、高精度のな
らい動作を行なうに役立つ。 Even if the outputs of the comparison circuits 201 and 202 do not change, calculating a new tangent line every time the reference sampling distance L ₀ is moved makes it possible to perform fine-grained calculations even in parts with a large radius of curvature, that is, with a gentle shape of the object. The tangent approximation helps to perform highly accurate tracing operations.

かりに、従来例で、微小なサンプリング距離毎
に接線を常時求めることにすると、センサの計測
誤差が累積して接線計算の精度に大きく影響を及
ぼし、安定したならい動作ができないのに対し、
本発明の方法では、曲率半径が大きい部分でも小
さい部分でも常に安定したならい制御が可能であ
る。 However, in the conventional example, if the tangent line was constantly calculated for each minute sampling distance, the measurement errors of the sensor would accumulate and greatly affect the accuracy of the tangent calculation, making it impossible to perform stable tracing operations.
With the method of the present invention, stable tracing control is always possible in areas where the radius of curvature is large or small.

なお、上記実施例では、２個のセンサを備え、
水平方向にならう例を示したが、ならい動作とし
ては、水平面内に限定されるものではなく、任意
の平面または曲面内においてならい動作を行なう
ものであつても、本発明を適用可能である。ただ
し、ならい動作を行なう平面または曲面内に、２
つのセンサが同時に含まれないように、センサを
配置する必要がある。 In addition, in the above embodiment, two sensors are provided,
Although an example of tracing in the horizontal direction has been shown, the tracing operation is not limited to a horizontal plane, and the present invention is applicable to tracing operations performed in any plane or curved surface. . However, within the plane or curved surface on which the tracing operation is performed, 2
The sensors must be arranged so that two sensors are not included at the same time.

また、直交座標系のロボツトを例に本発明を説
明したが、多関節形その他任意の構成のロボツト
または走行台車等の作業機械であつても、本発明
を適用できることは明らかである。 Further, although the present invention has been explained using a robot with an orthogonal coordinate system as an example, it is clear that the present invention can be applied to a robot having an arbitrary configuration such as an articulated type, or a working machine such as a traveling trolley.

さらに、本発明の実施例に述べたならい動作の
機能としては、ならい動作面内における接線検出
と、ならい動作面とは異なる面（上記実施例では
垂直面内）における接線検出との２つが含まれて
いるが、これらのうち、ならい動作面内における
接線検出の機能のみを実現するものであつてもよ
い。 Furthermore, the functions of the tracing operation described in the embodiments of the present invention include two functions: tangent detection within the tracing operation plane and tangent detection in a plane different from the tracing operation plane (in the vertical plane in the above embodiment). However, among these, it is also possible to implement only the function of detecting tangents within the tracing operation plane.

センサ１２，１３はこの実施例に示した近接距
離センサのみならず、ポテンシヨメータ等をバネ
などにより付勢した触針式センサ、超音波方式の
距離センサ、レーザ光線等を用いた距離センサ、
さらには、テレビカメラとスポツト光を用いて画
像処理により距離を検出するセンサ方式などを採
用することもできる。 The sensors 12 and 13 are not only the proximity distance sensor shown in this embodiment, but also a stylus type sensor with a potentiometer or the like biased by a spring, an ultrasonic type distance sensor, a distance sensor using a laser beam, etc.
Furthermore, it is also possible to adopt a sensor method that detects distance through image processing using a television camera and spot light.

上記実施例においては、センサ出力信号の比較
回路等を具体的な電子回路で構成した例を示した
が、計算機１５におけるソフトウエアの形でこの
ような信号処理演算を実行することも可能であ
る。 In the above embodiment, an example was shown in which the sensor output signal comparison circuit and the like were configured with a specific electronic circuit, but it is also possible to execute such signal processing calculations in the form of software in the computer 15. .

ここでは、作業工具を図示していないが、例え
ば塗布用弾性体、溶接トーチ、グラインダその他
の作業工具をロボツトの手先に配置し、これら工
具の作業点位置をロボツト１の手先位置Ｐに一致
させるか、手先位置と一定の位置関係を保つよう
に配置しておき、工具作業点位置をロボツト１の
手先位置とみなして演算制御することにより、作
業工具によるならい作業が可能となる。 Although the working tools are not shown here, for example, a coating elastic body, a welding torch, a grinder, and other working tools are arranged at the hand of the robot, and the working point positions of these tools are made to match the position P of the hand of the robot 1. Alternatively, by arranging the tool so as to maintain a constant positional relationship with the hand position and calculating and controlling the tool work point position by regarding it as the hand position of the robot 1, tracing work using the power tool becomes possible.

［発明の効果］ 本発明によれば、対象物の表面形状が複雑に変
化し、曲率が部分的に大きく変化するような場合
でも、その曲率に応じた長さの線分で接線を近似
することになり、曲率半径が大きい個所では安定
したならい動作ができるのは勿論のこと、曲率半
径が小さいすなわち接線の方向の変化が激しい部
分でも高精度のならい動作が可能であり、対象物
の形状によらず、安定かつ円滑なならい制御が可
能である。[Effects of the Invention] According to the present invention, even when the surface shape of the object changes in a complex manner and the curvature changes significantly in some parts, the tangent line can be approximated by a line segment with a length corresponding to the curvature. Therefore, not only is stable tracing operation possible in areas with a large radius of curvature, but also highly accurate tracing operation is possible even in areas where the radius of curvature is small, that is, the direction of the tangent changes rapidly, and the shape of the object can be adjusted. Stable and smooth tracing control is possible regardless of the

さらに、センサの出力すなわち対象物とセンサ
の距離を常に監視しているため、センサが対象物
を見失つたり、センサが対象物と干渉したりする
ことがない。 Furthermore, since the output of the sensor, that is, the distance between the object and the sensor is constantly monitored, the sensor never loses sight of the object or the sensor interferes with the object.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明のならい動作の対象物の一例を
示す断面図、第２図は同じく対象物の一例の外観
を示す図、第３図は本発明を適用すべき作業機械
の一例としてのロボツトの斜視図、第４図は本発
明ならい制御装置の制御回路を示すブロツク図、
第５図は本発明のならい制御装置を構成するセン
サの回路図、第６図は曲率半径が小さくなる部分
における本発明のならい動作の原理を示す図、第
７図および第８図は第６図ならい面と交差する方
向の傾きを制御する動作を示す図、第９図は曲率
半径が大きい部分における本発明のならい動作を
説明する図である。 Ｗ…対象物、Ｐ…手先の位置、１…ロボツト、
２…油圧シリンダ、３…第１コラム、４…第１移
動体、５…第２コラム、６…油圧シリンダ、７…
第２移動体、８…油圧シリンダ、９…第３移動
体、１０…手首ブロツク、１１…曲げ軸シヤフ
ト、１２，１３…センサ、１４…センサ取付板、
１５…計算機、１６…インターフエイス、１７〜
２１…位置決め装置、２２…センサ用インターフ
エイス、１２１，１３１…センサ主軸線、１２
２，１３２…センスアンプ、１７１…減算回路、
１７２…サーボ回路、１７３…ロボツト本体Ｘ軸
機構、１７４…位置検出器、１８１，１８２…基
準信号発生回路、１９０…絶対値演算回路、２０
０，２０１，２０２…比較回路。 FIG. 1 is a sectional view showing an example of an object to be subjected to the tracing operation of the present invention, FIG. 2 is a view showing the external appearance of an example of the object, and FIG. 3 is an example of a working machine to which the present invention is applied. A perspective view of the robot; FIG. 4 is a block diagram showing the control circuit of the profiling control device of the present invention;
Fig. 5 is a circuit diagram of a sensor constituting the profiling control device of the present invention, Fig. 6 is a diagram showing the principle of profiling operation of the present invention in a portion where the radius of curvature becomes small, and Figs. FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of controlling the inclination in the direction intersecting the profiling plane, and is a diagram illustrating the profiling operation of the present invention in a portion with a large radius of curvature. W...object, P...position of hand, 1...robot,
2... Hydraulic cylinder, 3... First column, 4... First moving body, 5... Second column, 6... Hydraulic cylinder, 7...
Second moving body, 8... Hydraulic cylinder, 9... Third moving body, 10... Wrist block, 11... Bending shaft, 12, 13... Sensor, 14... Sensor mounting plate,
15...Calculator, 16...Interface, 17~
21... Positioning device, 22... Sensor interface, 121, 131... Sensor main axis line, 12
2,132...Sense amplifier, 171...Subtraction circuit,
172... Servo circuit, 173... Robot body X-axis mechanism, 174... Position detector, 181, 182... Reference signal generation circuit, 190... Absolute value calculation circuit, 20
0, 201, 202... Comparison circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 移動体の先端に取付けられ対象物表面との相
対距離を検出するセンサを指定面内における対象
物表面の接線に沿つて指定方向に設定移動距離だ
け移動させ、センサと対象物表面との相対距離お
よび移動体の３次元空間内の位置に基づいて対象
物表面の位置を求め、 前記接線に沿つた移動距離両端に対応する対象
物表面の位置から当該対象物表面の指定面内にお
ける接線を演算し直し、当該接線の指定方向の延
長上で前記設定移動距離だけ離れた点に次の動作
目標点を設定し、センサを当該動作目標点に向け
て移動させるならい制御方法において、 前記センサと対象物表面との相対距離を常に監
視し、前記設定移動距離だけ離れた動作目標点に
到達するかまたは前記センサと対象物表面との相
対距離が所定値を超える毎に前記接線を演算し直
し動作目標点を新たに設定することを特徴とする
ならい制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のならい制御方法
において、 前記指定面と交わる面内に前記センサを複数個
設け、当該センサの出力に基づき３次元形状の対
象物表面の前記交わる面内における法線方向を演
算し、前記３次元形状の対象物表面の法線に対し
て一定の角度以内となるように前記センサの方向
を規制することを特徴とするならい制御方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のならい制御方
法において、 前記センサの姿勢を前記指定面内における前記
接線に対して一定の角度となるように規制するこ
とを特徴とするならい制御方法。 ４ 移動体の先端に取付けられ対象物表面との相
対距離を検出するセンサと、 前記移動体を制御して前記センサを指定面内に
おける対象物表面の接線に沿つて動作目標点に向
けて移動させる制御手段と、 前記センサと対象物表面との相対距離および移
動体の３次元空間内の位置に基づき当該位置に対
応した対象物表面の位置を求め、前記接線に沿つ
た移動距離両端に対応する対象物表面の位置から
指定面内における対象物表面の接線を求め、当該
接線の指定方向の延長上で設定移動距離だけ離れ
た点を次の動作目標点に設定して前記制御手段に
出力する第１演算手段と、 前記移動体の先端が前記設定移動距離だけ離れ
た動作目標点に到達するかまたは前記移動途中に
おける前記センサと対象物表面との相対距離が所
定値を超える毎に前記対象物表面の位置および対
象物表面の接線を演算し直し動作目標点を新たに
設定させる指令を第１演算手段に出力する第２演
算手段と を含むならい制御装置。[Claims] 1. A sensor attached to the tip of a moving body that detects the relative distance to the object surface is moved in a specified direction along a tangent to the object surface within a specified plane by a set moving distance, and the sensor The position of the object surface is determined based on the relative distance to the object surface and the position of the moving body in the three-dimensional space, and the position of the object surface is determined from the position of the object surface corresponding to both ends of the moving distance along the tangent. Tracing control that recalculates the tangent in the specified plane, sets the next operation target point at a point separated by the set movement distance on the extension of the tangent in the specified direction, and moves the sensor toward the operation target point. In the method, the relative distance between the sensor and the object surface is constantly monitored, and each time the operation target point that is separated by the set movement distance is reached or the relative distance between the sensor and the object surface exceeds a predetermined value. A tracing control method characterized by recalculating the tangent line and setting a new target point of operation. 2. In the tracing control method as set forth in claim 1, a plurality of the sensors are provided in a plane that intersects with the designated plane, and based on the outputs of the sensors, the curve of the surface of a three-dimensional object in the intersecting plane is determined. A tracing control method comprising calculating a line direction and regulating the direction of the sensor so that it is within a certain angle with respect to the normal to the surface of the three-dimensional object. 3. The tracing control method according to claim 1, characterized in that the attitude of the sensor is regulated to be at a constant angle with respect to the tangent in the specified plane. 4. A sensor attached to the tip of a moving object to detect the relative distance to the object surface, and controlling the moving object to move the sensor along a tangent to the object surface within a specified plane toward an operation target point. a control means for determining the position of the object surface corresponding to the position based on the relative distance between the sensor and the object surface and the position of the moving object in the three-dimensional space, and determining the position of the object surface corresponding to the position, corresponding to both ends of the movement distance along the tangent line; Find the tangent to the object surface within the specified plane from the position of the object surface to be moved, set a point on the extension of the tangent in the specified direction and separated by a set travel distance as the next operation target point, and output it to the control means. a first calculating means that calculates the amount of time each time the tip of the movable body reaches an operation target point separated by the set travel distance or the relative distance between the sensor and the object surface exceeds a predetermined value during the movement; A profiling control device comprising: second calculation means for outputting a command to the first calculation means to recalculate the position of the object surface and the tangent to the object surface and to newly set an operation target point.