JPH0431836B2

JPH0431836B2 -

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Publication number: JPH0431836B2
Application number: JP60117711A
Authority: JP
Priority date: 1985-06-01
Filing date: 1985-06-01
Publication date: 1992-05-27
Also published as: US4761596A; JPS61279481A; EP0208406A2; EP0208406B1; DE3688221T2; EP0208406A3; DE3688221D1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、アームの先端に作業工具を備え、補
間機能を有するテイーチングプレイバツク制御の
ロボツトの作業開始点検出制御方法に関する。

［従来技術］テイーチングプレイバツク制御のロボツトで
は、教示されているロボツトエンドエフエクタ先
端の軌跡と作業対象物の作業線とが一致するよう
に作業対象物を精度良く位置決めしなければなら
ない。その作業対象物そのものの寸法精度上のば
らつきやその位置決めが悪いと教示軌跡データで
のロボツト作業はできなくなる。その問題を解決
するために位置誤差検出センサ付きロボツトが研
究、開発され、一部実用化されている。

［発明が解決しようとする課題］センサとして機械式、磁気式、アーク自身を情
報源とするアークセンサ式、光学式と種々提案さ
れている。機械式は対象物に接触することに起因
する種々の欠点を有し、磁気式は検出感度の点で
ロボツトエンドフエクタ近傍に設置される種々の
欠点を有し、アークセンサ式は溶接条件の変動や
溶接アーク自身の特性変動に対して十分な精度が
出ないという欠点を有している。光学式は作業ワ
ークの形状を認識できるという点で優れている。
光学式のうち、外部発光源（例えば、レーザスリ
ツト光）の反射により画像信号を得る方式は、作
業ワークの作業点および線の認識はできても、作
業工具の作業線の相対位置合わせを「センサと作
業工具の相対位置は狂わない」という前提で演算
により実行するため、作業工具そのものが変形し
たり、センサを取り付けている機構にガタ、変
形、ずれが生じたときにはセンサと作業工具の作
業点との相対位置が変動し、作業工具をワークに
対して正確に位置合せができなくなるという欠点
がある。

本発明の目的は、ワークが教示時の位置からず
れてワークと作業工具の先端の相対位置がずれた
り、作業工具そのものが変形したり、センサを取
り付けている機構にガタ、変形、ずれが生じてセ
ンサと作業工具の作業点との相対位置が変動して
も、ロボツト手首に装着された作業工具を作業対
象物の作業開始点に正しく位置決めする、ロボツ
トの作業開始点検出制御方法を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明の第１のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を
有するテイーチングプレイバツク制御のロボツト
で、前記視覚センサからの位置修正信号に応答し
てロボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前
記作業工具の位置を調整する方法において、次の
ステツプからなる。

(1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。

(2) 作業対象物の作業線と前記作業工具と前記作
業工具の陰を前記視覚センサによつて画像認識
する。

(3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２の修正方向それぞれに沿
つた前記位置修正信号を発生する。

(4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
の距離を減少させるように前記作業工具の先端
を前記第１の修正方向に沿つて移動させる。

(5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端との距離を減少させるように前記作
業工具の先端を前記第２の修正方向に沿つて移
動させる。

(6) 認識された前記画像上で、前記作業線と前記
作業工具の先端と前記作業工具の陰の先端とが
すべて一致するまで前記ステツプ(3)，(4)，(5)を
くりかえす。

本発明の第２のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に照明源と視覚センサを備えた補間機能を有
するテイーチングプレイバツク制御のロボツト
で、前記視覚センサからの位置修正信号に応答し
てロボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前
記作業工具の位置を調整する方法において、次の
ステツプからなる。

(1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。

(5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端との距離を減少させるように、前記
作業工具の先端を前記第２の修正方向に沿つて
移動させる。

(7) 前記ステツプ(6)で得られた一致点と教示時の
作業開始点との変位ベクトルだけ教示時の作業
終了点を変位させた点と前記一致点とを結ぶ直
線の延長上を教示された作業方向と逆方向にた
どりながら、認識された前記画像上の作業線の
急峻な屈曲点を前記視覚センサが検出するまで
前記ステツプ(3)，(4)，(5)をくりかえす。

本発明の第３のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に視覚センサを備え、更に前記作業工具の先
端が作業対象物に接触すると接触信号を発生する
接触センサを備えた補間機能を有するテイーチン
グプレイバツク制御のロボツトで、前記視覚セン
サからの位置修正信号に応答してロボツトを構成
する複数の駆動軸を制御して前記作業工具の位置
を調整する方法において、次のステツプからな
る。

(1) 作業対象物の作業線と前記作業工具を前記視
覚センサによつて画像認識する。

(2) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１の修正方向に沿つた前記位置修正信
号を発生する。

(3) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。

(4) 前記作業工具の先端を、前記接触センサが接
触信号を発生する方向に作業工具の軸方向に沿
つて一定量移動させる。

(5) 認識された前記画像上で、前記作業線と前記
作業工具の先端とが一致し、かつ前記接触信号
が発生するまで前記ステツプ(2)，(3)，(4)をくり
かえす。

本発明の第４のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を
有するテイーチングプレイバツク制御のロボツト
で、前記視覚センサからの位置修正信号に応答し
てロボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前
記作業工具の位置を調整する方法において、次の
ステツプからなる。

(1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。

(4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。

(5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端とが一致するまで前記作業工具の先
端を前記第２の修正方向に沿つて移動させると
同時に、前記画像上の前記作業線と前記作業工
具の先端とのずれを減少させるように前記第１
の修正方向に沿つて前記作業工具の先端の位置
の修正動作を行なう。

本発明の第５のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を
有するテイーチングプレイバツク制御のロボツト
で、前記視覚センサからの位置修正信号に応答し
てロボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前
記作業工具の位置を調整する方法において、次の
ステツプからなる。

(1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。

(3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２修正方向それぞれに沿つ
た前記位置修正信号を発生する。

(6) 前記ステツプ(5)で得られた一致点と教示時の
作業開始点との変位ベクトルだけ教示時の作業
終了点を変位させた点と前記一致点とを結ぶ直
線の延長上を教示された作業方向と逆方向にた
どりながら認識された前記画像上の作業線の急
峻な屈曲点を視覚センサが検出するまで前記ス
テツプ(3)，(4)，(5)をくりかえす。

本発明の第６のロボツトの作業開始点検出制御
方法は、アームの先端に作業工具を備え、その手
首部に視覚センサを備え、更に前記作業工具の先
端が作業対象物に接触すると接触信号を発生する
接触センサを備え、補間機能を有するテイーチン
グプレイバツク制御のロボツトで、前記視覚セン
サからの位置修正信号に応答してロボツトを構成
する複数の駆動軸を制御して前記作業工具の位置
を調整する方法において、次のステツプからな
る。

(4) 前記接触センサが接触信号を発生するまで前
記作業工具の先端を前記作業工具の軸方向に沿
つて移動させると同時に、前記画像上の前記作
業線と前記作業工具の先端とのずれを減少させ
るように前記第１の修正方向に沿つて前記作業
工具の先端の位置の修正動作を行なう。

［作用］本発明は作業工具の先端と作業線の相対位置を
画像上で認識して、作業工具の先端を作業開始点
に正しく位置決めするもので、大別すると、 (1) アームの手首部に、視覚センサと、作業工具
の陰を生成するための照明源を備え、画像上で
作業線と作業工具の先端と作業工具の陰の先端
とが全て一致するように作業工具の先端を第１
および第２の修正方向に移動させる方法と、 (2) アームの手首部に視覚センサを備え、さらに
作業工具の先端が作業対象物と接触すると接触
信号を発生する接触センサを備え、画像上で作
業線と作業工具の先端とが一致し、接触センサ
が接触信号を発生するまで作業工具の先端を第
１の修正方向および作業工具の軸方向に移動さ
せる方法とがある。

さらに、(1)の方法は４つの方法に別れ、(2)の方
法は２つの方法に別れる。以下、それらを簡単に
説明する。

第１の方法は、ロボツト手首部に照明源と視覚
センサを設け、作業工具の先端を、作業線との距
離が減少するように第１の修正方向に移動させる
動作と、作業工具の陰の先端との距離が減少する
ように第２の修正方向に移動させる動作を、画像
上で作業線と作業工具の先端と作業工具の陰の先
端とが全て一致するまで交互に行なうものであ
る。

第２の方法は、第１の方法で作業線と作業工具
の先端と作業工具の陰の先端とが全て一致した
後、その点から画像上の作業線の急峻な屈折点
（ワークの実際の作業開始点に対応）まで作業工
具の先端を移動させるものである。

第３の方法は、ロボツト手首部に視覚センサを
設け、さらに接触センサを設け、接触センサが接
触信号を発生するまで作業工具の先端を、それが
画像上で作業線に一致するまで第１の修正方向に
移動させる動作と、作業工具をその軸方向に移動
させる動作を交互に行なうものである。

第４の方法は、ロボツト手首部に照明源と視覚
センサを設け、作業工具の先端を、それが作業線
と画像上で一致するまで第１の修正方向に移動さ
せた後、作業工具の先端を、それが作業工具の陰
の先端と画像上で一致するまで第２の修正方向に
移動させると同時に、画像上の作業工具の先端と
作業線のずれを減少させるように第１の修正方向
に作業工具の先端の位置の修正動作を行なうもの
である。

第５の方法は、第４の方法で作業線と作業工具
の先端と作業工具の陰の先端が全て一致した後、
その点から画像上の作業線の急峻な屈折点（ワー
クの実際の作業開始点に対応）まで作業工具の先
端を移動させるものである。

第６の方法は、ロボツト手首部に視覚センサを
設け、さらに接触センサを設け、作業工具の先端
を、それが作業線と画像上で一致するまで第１の
修正方向に移動させた後、作業工具の先端を、接
触センサが接触信号を発生するまで、作業工具の
軸方向に移動させると同時に、画像上の作業線と
作業工具の先端のずれを減少させるよう第１の修
正方向に作業工具の先端の位置の修正動作を行な
うものである。

なお、画像上で作業工具の先端と作業線が一致
しても、実際の三次元空間ではこれらは必ずしも
一致しないので、高さ方向での作業工具の先端を
作業線に合わせるために、作業工具の陰や接触セ
ンサを用いている。

第１，第３，第４，第６の方法で得られる、作
業線と作業工具の先端と作業工具の先端の陰が全
て一致する点は厳密には作業開始点ではないが、
実際の作業開始点が教示時の作業開始点とたいし
てずれていない場合には作業開始点と見做すこと
ができる。

このように、本発明は、ワーク（作業線）と作
業工具の先端の相対位置を画像上で認識して作業
工具の先端の作業開始点への位置決めを行なうの
で、ワークが教示時の位置からずれても、作業工
具とロボツトの相対位置がずれても作業開始点へ
の位置決めが可能になる。また、作業工具のロボ
ツト（手首部）への取り付け位置がずれても、作
業工具が画像内と入るように調整すればよいの
で、作業工具の位置合わせが容易になる。

［実施例］次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

以下、作業工具として溶接トーチを例にあげ詳
細説明を行なうが、溶接トーチの代わりにのり付
けガン、バリとり工具、ネジ締め工具、把みハン
ド等も使用可能であるため、本発明は溶接用に止
まらないことをここで強調しておく。

第１図は、ワークずれにより溶接開始点がずれ
る様相を重ね継手の例で示す図である。１は教示
時のワーク位置、２は実際のワーク位置、３は教
示時の溶接開始点、４は教示時の溶接線、３′は
実際の溶接開始点、４′は実際の溶接線、５，
５′は重ね継手を構成する下板、６，６′はその上
板、７，７′は溶接方向を示す矢印、８，８′は溶
接終了点である。

第２図は教示時の溶接開始点３に溶接トーチが
ある時の図である。１０は溶接トーチ、１１はワ
イヤ電極、１２はロボツト手首、１３はロボツト
の上腕、１４は２次元カメラ、１５は２次元カメ
ラ１４の映像信号出力用ケーブル、１６は照明源
（例えばハロゲンランプ）、１７はワイヤ電極１１
の陰、１８はカメラコントローラ、２０はモニタ
テレビ、２１はイメージプロセツサである。照明
源１６を備えているのは、ワイヤ電極１１の陰１
７を周囲光に影響されずに常に発生させるためで
ある。２次元カメラ１４で溶接線、ワイヤ電極１
１およびその陰１７の相対位置関係を認識しよう
とするものである。

第３図ａ〜ｇはワークが教示時の位置から３次
元的にずれを生じたときのカメラ映像信号出力を
モニタテレビ２０で観察したときの模式図で、教
示時のワーク位置１の溶接開始点３からみた実際
のワーク位置１′での溶接開始点３′のずれを示す
図である。図中、３″は溶接開始点３′の映像信
号、４″は溶接線４′の映像信号、１１″はワイヤ
電極１１の映像信号、１７″はその陰１７の映像
信号、９″はワイヤ電極１１の映像信号１１″の先
端と映像信号１７″の先端が溶接線４′の映像信号
４″上にあるときの映像信号である。第３図では
ワイヤ電極１１の先端は教示された溶接開始点３
に位置しているものとする。なお、以下の説明で
は、左右方向とは第２図のワークを左側面から見
た場合を示す。第３図ａは溶接開始点３からみて
溶接開始点３′が例えば左側下方にずれた状態
（第２図の状態）を示している。第３図ｂは溶接
開始点３′が左側にずれ、かつワイヤ電極１１の
先端がワークの下板５′の上面に接触している状
態を示している。第３図ｃは溶接開始点３からみ
て溶接開始点３′が例えば右側下方にずれた状態
で、第２図の上板６′の上方にワイヤ電極１１の
先端がある場合に相当する。第３図ｄは溶接開始
点３′が右側にずれ、かつワイヤ電極１１の先端
がワークの上板６′の上面に接触している状態を
示している。第３図ｅは２次元カメラ１４がとら
えた画像上ではワイヤ電極１１の先端と溶接線
４′との間の左右のずれはないが、溶接開始点
３′は溶接開始点３の下方にある場合を示してい
る。第３図ｆはワイヤ電極１１の先端と溶接線
４′との間の左右のずれもなく、かつワイヤ電極
１１の先端とその陰１７の先端も一致している
が、溶接開始点３と溶接開始点３′とが一致して
いない場合を示している。第３図ｇはワイヤ電極
１１の先端と溶接線４′との間の左右のずれもな
く、かつワイヤ電極１１の先端とその陰１７の先
端も一致し、なお、溶接開始点３と溶接開始点
３′とが一致している場合を示している。教示時
の溶接開始点３と実際の溶接開始点３′が第３図
ａ〜ｅのようにずれているときには、図より明ら
かなように、まず溶接線映像信号４″上でワイヤ
電極映像信号１１″の先端とその陰信号１７″の先
端を合わせるようにロボツト駆動軸を制御し（第
３図ｆの状態にする）、しかる後に溶接線映像信
号４″上を溶接方向と逆にたどりながら溶接線映
像信号４″上で同様のロボツト駆動軸制御を行な
いつつ（第３図ｆの状態を継続する）溶接開始点
映像信号３″上にワイヤ電極映像信号１１″の先端
を合わせれば（第３図ｇの状態にする）、実際の
溶接開始点３′とワイヤ電極１１が一致し、溶接
開始点が正しく位置決めされる。

本発明の目的はこの動作を行なわせるロボツト
の作業開始点検出制御方法を提供することにあ
る。第４図は、イメージプロセツサ２１内での画
像処理法の基本概念を説明する図である。４０は
２値化された映像信号のフレームメモリ、４１は
ワイヤ電極映像信号１１″を画像認識するための
窓、４２は陰映像信号１７″を認識するための窓、
４３は溶接線映像信号４″を認識するための窓、
４４はワイヤ電極映像信号１１″の軸線、４４″は
その先端、４５は陰映像信号１７″の軸線、４
５″はその先端である。これらの窓４１，４２，
４３はワークのばらつき、即ち溶接線４′のばら
つきを勘案して軌跡データの教示時（第１図のワ
ーク位置１での溶接開始点３、溶接線４の教示）
オペレータがモニタテレビ２０を見ながら設定す
る。ワークがばらついてもそれぞれの窓４１，４
２，４３の中にそれぞれが存在するように窓を設
定する。

第５図はセンサ付きロボツトの制御ブロツク図
である。５０はイメージプロセツサ２１で画像処
理された結果として発生される溶接開始点サーチ
指令信号、５１はロボツト制御装置、５２〜５４
は公知のロボツト基本３軸（図示せず）の位置サ
ーボ回路、５５〜５６は公知のロボツト手首２軸
（図示せず）の位置サーボ回路、５７〜６１は各
軸の位置サーボ回路５２，５３，５４，５５，５
６への指令パルス、６１１，６２１，６３１，６
４１，６５１は偏差カウンタ、６１２，６２２，
６３２，６４２，６５２はＤ／Ａ変換器、６１
３，６２３，６３３，６４３，６５３はサーボア
ンプ、６１４，６２４，６３４，６４４，６５４
は各駆動軸モータ、６１５，６２５，６３５，６
４５，６５５は速度ループ補償用タコゼネレー
タ、６１６，６２６，６３６，６４６，６５６は
各軸位置検出用パルスゼネレータである。各軸の
位置サーボ回路５２，５３，５４，５５，５６
は、指令パルス５７，５８，５９，６０，６１と
パルスゼネレータ６１６，６２６，６３６，６４
６，６５６からのフイードバツクパルスとの差を
偏差カウンタ６１１，６２１，６３１，６４１，
６５１にため、その出力をＤ／Ａ変換し、その出
力であるアナログ速度指令とタコゼネレータ６１
５，６２５，６３５，６４５，６５５よりの速度
フイードバツク信号との差をサーボアンプ６１
３，６２３，６３３，６４３，６５３で補償、増
幅し、モータ６１４，６２４，６３４，６４４，
６５４を駆動制御する公知のサーボ制御により構
成されている。この位置サーボ系により、ロボツ
ト手首１２に装着された溶接トーチ１０先端のワ
イヤ電極１１の先端が指令パルス通りに追従制御
される。ロボツト制御装置５１は公知の直線補間
機能、即ち本出願人による昭和56年３月18日出願
の特願昭56−38872号「関節形産業用ロボツトの
制御装置」に記述されている機能を有し、しか
も、本出願人による昭和56年10月７日出願の特願
昭56−158627号「溶接ロボツトの制御方式」記述
の予め決められた第２の修正方向、たとえばワイ
ヤ電極方向（上下方向）及び予め決められた第１
の修正方向、たとえばワイヤ電極方向に直交する
方向（左右方向）へのロボツト基本３軸制御によ
る移動機能（シフト機能と称す）を有している。
即ち、第１図に示す溶接開始点３、溶接終了点８
の２点を結ぶ直線上を所望の速度でワイヤ電極１
１の先端がロボツト軸制御により移動可能であ
り、また第６図に示す溶接方向への垂直断面内で
の上下方向及び左右方向へのセンサ指令に応答し
てワイヤ電極１１の先端を、ロボツト基本３軸を
制御することによりセンサ指令通りにシフトさせ
ることができる機能を有している。

イメージプロセツサ２１は、第４図で説明した
ワイヤ電極映像信号１１″の軸線先端４４″が陰映
像信号１７″の軸先端４５″と一致していないとき
（例えば第３図ａ，ｃ，ｅ及び第４図）には“下”
方向信号を、軸線先端４４″が溶接線映像信号
４″上にないときには“左”“右”方向信号のどち
らかを（第３図ａ，ｂおよび第４図では“左”信
号を、第３図ｃ，ｄでは“右”信号を）溶接開始
点サーチ指令信号５０として発生する。イメージ
プロセツサ２１は順次、カメラ１４より映像信号
をとり込み、前記画像処理を行ない“左”、“右”、
“上”、“下”信号をロボツト制御装置５１へ順次
送り出す。ロボツト制御装置５１はこの信号５０
を受ける毎に前記シフト動作を行なわせるようロ
ボツト基本３軸を駆動制御する。これらの追従制
御により第３図ａ〜ｅの状態から第３図ｆの状態
にならしめることができる。

なお、以上はワイヤ電極１１の先端の移動を第
１の修正方向（左右方向）、第２の修正方向（上
下方向）へ交互に行なうものであるが、第２の修
正方向の移動を殺してワイヤ電極１１の先端を画
像上で溶接線４′とワイヤ電極１１の先端とが一
致するまで第１の修正方向へ移動させ、その後画
像上でワイヤ電極１１の先端とワイヤ電極１１の
陰１７の先端とが一致するまでワイヤ電極１１の
先端を第２の修正方向に沿つて移動させると同時
に、画像上の溶接線とワイヤ電極１１の先端との
ずれを減少させるように第１の修正方向に沿つて
ワイヤ電極１１の先端の位置の修正動作を行なつ
てもよい。

また、この代り、 (1) 画像上で溶接線４′とワイヤ電極１１の先端
とが一致するまでワイヤ電極１１の先端を第１
の修正方向に沿つて移動させる。

(2) 画像上でワイヤ電極１１の先端とワイヤ電極
１１の陰１７の先端との距離を減少させるよう
にワイヤ電極１１の先端を第２の修正方向に沿
つて一定量移動させる。

(3) 画像上で、溶接線４′とワイヤ電極１１の先
端とワイヤ電極１１の陰１７の先端とがすべて
一致するまで前記(1)，(2)のステツプをくりかえ
す動作を行なうこともできる。

次に、第３図ｆの状態から第３図ｇの状態への
制御について説明する。

第７図ａはその説明図で、第７図ｂは第７図ａ
のＡ部拡大図で、最初、溶接開始点３にあつたワ
イヤ電極１１の先端が上記動作により溶接線４′
上の点９′に到達する（第３図ｆに相当する）。教
示時の溶接開始点３と溶接終了点８の演算直交系
の座標データP₃（x₃，y₃，z₃）、P₈（x₈，y₈，z₈）
はあらかじめ計算されている。ロボツト制御装置
５１はイメージプロセツサ２１からの図示しない
「ｆ状態」信号を受けとると、そのときのロボツ
ト各軸の現在値から第３図中の画像点９″に対応
するワイヤ電極１１の先端の点の演算直交系での
座標データP₉′（x₉′，y₉′，z₉′）を計算する。
P₉′（x₉′，y₉′，z₉′）とP₃（x₃，y₃，z₃）との変
位ベクトルΔをP₈（x₈，y₈，z₈）に加算した点８
の座標P₈（x₈，y₈，z₈）を計算する。
点８と点９′を結んだ直線の延長線３８――――
→を
点９′→点３′（第３図ではｆ→ｇ）移動制御の基
準線とする）。点９′で溶接開始点サーチ指令信号
５０がイメージプロセツサ２１から与えられない
ときには、直線８３――――→に沿つてワイヤ電極
１１
を移動させる。この移動は公知の直線補間法によ
り例えば前記特願昭56−38872号に記述されてい
るように行なわれる。第７図ｂの拡大図に示され
るように点９″まで進行するとワイヤ電極１１の
先端が溶接線４′上にないから間欠的にサンプリ
ング画像処理された信号５０が第３図ａ〜ｅのう
ちいずれかの状態を示すように発生される。その
信号５０をロボツト制御装置５１が受け、上記の
ようにロボツト基本３軸を制御して点９上にワ
イヤ電極１１の先端をシフトさせる。その後、次
の信号５０が与えられるまで直線８３――――→に
平行
な直線上をワイヤ電極１１の先端が進行するよう
にロボツト基本３軸を制御する。この平行移動モ
ードの詳細は公知の技術として特願昭56−158627
号に詳述されている。点９′′′′に到達すると信号
５０により上記と同様のシフト動作が行なわれ
る。以後このくり返しにより点３′に到達し、溶
接開始点検出動作は完了する。

第８図ａ，ｂは溶接開始点３′の２値化画像
３″より溶接開始点３′の画像認識を行なう方法の
説明図である。第７図で説明した点９′→点３′へ
のワイヤ電極１１の先端の移動に伴い、第２図に
示すようにワイヤ電極１１とある幾何学的関係で
ロボツト手首１２に固定されたカメラ１４も溶接
線４′に沿つて移動する。よつて、第４図で説明
した窓４３も溶接線４′、画像上では直線
４″３″――――→に沿つて移動する。第８図ａから第
８図
ｂのように窓４３が点３″を含む領域に移動する
と溶接線映像信号４″に連なる画線が急峻に変化
している点を溶接開始点３″、即ち溶接開始点
３′と認識できる。溶接開始点３′にワイヤ電極１
１の先端を位置決め後本溶接（３′８′――――→）を
開始
する。本溶接軌跡実行では、(1)点９′→点３′への
逆行直線軌跡をメモリ（図示せず）に記憶してお
き、直線３′９′――――→の延長線上に溶接終了点８
′が
あると考え前記直線補間により求める方法、(2)溶
接開始点３′ら何らかのセンサで倣い溶接を実行
する方法が考えられるが、この溶接法は本発明の
主旨には直接関係がないため、ここではそれに触
れないこととする。なお、第１図、第２図、第７
図のワークずれは説明の便宜上現実のワークずれ
より誇張して大きいものとしているが、現実には
高々数mmのばらつきであり、点９′と点３′をとり
だてて区別する必要のない場合も多い。その場合
は、第３図ｆ→ｇへの移動は不要で、点９′を溶
接開始点とし、第７図、第８図で説明した動作を
割愛してもよい。ここで強調しておきたいのは、
ワークがずれなくてもカメラ１４とワイヤ電極１
１の相対位置が何らかの理由でずれたとき（第２
図でのロボツト手首１２まわりの取付け機構のガ
タ等でずれたとき）でもそれぞれの設定窓内に軸
線４４，４５、溶接映像信号４″が存在する限り
第３図ｆ，ｇへの一連の正しい制御動作は可能で
るということである。即ち、ワークが教示時の位
置からずれても作業工具とロボツトの相対位置が
ずれてもワイヤ電極１１先端の溶接開始点３′へ
の位置決めを可能ならしめるのが本発明の特徴の
一つである。

ここで多少のコメントが必要なのはカメラ１４
がワイヤ電極１１と溶接線４′の斜め前方に配さ
れ、第６図で説明した溶接方向７′に垂直な断面
内の“上”、“下”、“左”、“右”信号を厳密な意味
では発生していないことである。映像信号４″，
１１″，１７″は実際の溶接線４′、実際のワイヤ
電極１１、実際の陰１７のカメラ面上への投影画
像であり、カメラ面とそれらのなす角度の正弦な
いしは余弦角だけの減少はともなう。しかし、こ
れはセンサの感度上の問題であり、その大きさ寸
法値が変るだけで、その方向（“左”、“右”、
“上”、“下”）弁別のカメラセンサ分解能がロボツ
トの必要位置決め精度以上であれば誤検出するこ
とはない。即ち、第３図ａ〜ｇの状態を正しく認
識できるだけのカメラセンサ分解能がありさえす
れば、カメラ面と溶接線４′、ワイヤ電極１１、
その陰１７とのなす角の補正演算を必要としな
い。この条件を満足すれば、前記特願昭56−
158627号に詳述されている「センサから発生され
る“左”、“右”、“上”、“下”方向指令に追従する
ロボツト制御方式」を公知の技術として使用する
ことにより、カメラセンサ指令に応答してゼロメ
ソツド的にロボツト駆動軸を制御して所望の溶接
線４′上にワイヤ電極１１の先端を位置決めする
ことができる。

以上、第１図のワーク形状について第２図に示
す機器配置で説明した。次に、複数の溶接開始点
が存在する場合につき説明する。第９図に教示の
ワーク位置１０１にセツトされたワーク例を示
す。１０３Ａ，１０３Ｂが溶接開始点、１０４
Ａ，１０４Ｂが溶接線、１０５が溶接線を形成す
る下板、１０６Ａ，１０６Ｂが上板ないしは上側
母材、１０７Ａ，１０７Ｂが溶接方向を示す矢
印、１０８Ａ，１０８Ｂが溶接終了点、１１０が
カメラ１４を手首まわりに回転させる回転モータ
（以降Ｒ軸ないしＲ軸データと称す）及び位置検
出器である。溶接方向１０７Ａと１０７Ｂは大略
反対方向であり、カメラ１４は溶接線方向斜め前
方から溶接線１０４Ａ，１０４Ｂ、ワイヤ電極１
１、その陰１７を観察するので、溶接開始点１０
３Ａと１０３Ｂ近傍でのカメラ位置はＲ軸モータ
１１０により大略180°回転されている。溶接線１
０４Ａは円弧状の曲線で構成されているので第７
図で説明した点９′→点３′への追跡運動と等価な
追跡運動中の平行移動モードが直線でなく円弧補
間をベースに行なわれることを除いて、溶接開始
点１０３Ａ，１０３Ｂへのワイヤ電極１１の位置
決め動作は前記動作と全く同一に可能である。こ
のＲ軸回転角操作及び前記窓設定は教示時オペレ
ータがモニタテレビ２０を見ながら、ワークのば
らつきを勘案して決定する。Ｒ軸を駆動すると第
４図の映像信号４″，１１″，１７″は回転する。
回転後の映像信号４″，１１″，１７″のばらつき
を勘案して窓４１〜４３を決定するのである。各
溶接開始点１０３Ａ，１０３Ｂ近傍での第４図に
記した窓４１，４２，４３の教示値は特にここで
はふれないカメラ座標系に基づく座標値としてイ
メージプロセツサ２１のRAMメモリに格納され
る。プレイバツク時、教示された各溶接開始点１
０３Ａ，１０３Ｂに対応してRAMメモリよりこ
れらの座標データが読出され、それぞれの窓４１
〜４３内の実線の映像信号４″，４４″，４５″が
画像処理認識される。

オペレータによる教示作業をより簡便化するた
めに、オペレータはモニタテレビ２０を見ながら
フレームメモリ４０上に溶接線信号４″、ワイヤ
電極信号１１″、その陰信号１７″が適正に存在す
るようにＲ軸の位置のみを各溶接開始点近傍で教
示するだけの方法も考えられる。その際には窓４
１〜４３の自動生成機能が必要になる。

照明源１６は第９図に図示したようにＲ軸に直
結しているので、Ｒ軸回転により照明方向は変ら
ない。よつて、Ｒ軸に連結されているカメラ１４
の光軸とロボツト手首１２に連結されているトー
チ軸線方向（ワイヤ電極１１の方向）と陰が生成
されるワーク面との幾何学的関係からＲ軸駆動に
よるフレームメモリ４０上の映像信号４″，１
１″，１７″の位置を演算し、それに許容ばらつき
幅をもつ窓４１〜４３を演算する必要がある。こ
の演算は公知の数理技術を使えば可能でるので、
ここではその考え方を述べるにとどめその詳細は
省略する。

なお、このＲ軸を必要とする時には、その制御
回路としては第５図にロボツト５軸と同じ構成の
Ｒ軸位置サーボ回路を追加するだけでよい。カメ
ラとワークの干渉問題から、Ｒ軸動作範囲に規約
が生じ、フレームメモリ４０上の適正な位置に陰
映像信号１７″が生成されないときには、“左”、
“右”方向の制御（第４図中４４″と４″の位置合
わせ制御）は前記と同様に行ない、“上”、“下”
方向の制御を接触センサを用いてワイヤ電極１１
と母材との接触で行なう公知の技術（例えば特開
昭55−22488号）を使用すれば溶接開始点へのワ
イヤ電極の誘導は可能となる。

以上、本発明の説明をカメラを例に挙げて行な
つたが、フアイバスコープ等の小形の軽量視覚機
器をロボツト手首に装着し、フアイバスコープ先
端の撮像信号を遠隔に設置（例えばロボツト上腕
上に設置）したカメラに伝送する方式をとつても
よいことは当然である。

［発明の効果］以上発明したように本発明は、作業工具と作業
線の先端の相対位置を画像上で認識して、画像上
で作業線と作業工具の先端と作業工具の陰の先端
とが全て一致するまで作業工具の先端を第１およ
び第２の修正方向に移動させるか、画像上で作業
線と作業工具の先端が一致し、接触センサが接触
信号を発生するまで作業工具の先端を第１の修正
方向および作業工具の軸方向に移動させることに
より、作業対象ワークがずれてもロボツト手首サ
イドがずれても作業工具の先端とワークの作業開
始点との相対位置合わせが可能になり、ワークの
精度上の厳密な管理や作業工具の取替え時の厳密
な位置管理が不要となり、作業の自動化がはかれ
る効果がる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワークずれにより溶接開始点がずれる
様相を重ね継手の例で示す図、第２図は第１図に
おいて教示時の溶接開始点３に溶接トーチ１０が
ある時の図、第３図ａ〜ｇはワークの種々の３次
元ずれを生じたときのカメラ映像信号４″，１
１″，１７″をモニタテレビ２０で観察した模式
図、第４図はイメージプロセツサ２１内での画像
処理法の基本概念を説明する図、第５図はセンサ
付ロボツトの制御ブロツク図、第６図は溶接トー
チ１０の溶接方向への垂直断面内での上下方向お
よび左右方向への動きを示す図、第７図は第３図
ｆの状態から第３図ｇの状態への制御についての
説明図、第８図は溶接開始点映像信号３″より溶
接開始点３′の画像認識を行なう方法の説明図、
第９図は複数の溶接開始点が存在する場合の第２
図に対応する図である。１……教示時のワーク位置、２……実際のワー
ク位置、３……教示時の溶接開始点、３′……実
際の溶接開始点、３″……溶接開始点映像信号、
４……教示時の溶接線、４′……実際の溶接線、
４″……溶接線映像信号、５，５″……下板、６，
６′……上板、７′……溶接方向、８……教示時の
溶接終了点、８′……実際の溶接終了点、９，
９″……点、１０……溶接トーチ、１１……ワイ
ヤ電極、１１″……ワイヤ電極映像信号、１２…
…ロボツト手首、１４……２次元カメラ、１５…
…ケーブル、１６……照明源、１７……ワイヤ電
極１１の陰、１７″……陰映像信号、１８……カ
メラコントローラ、２０……モニタテレビ、２１
……イメージプロセツサ。

Claims

【特許請求の範囲】１アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を有す
るテイーチングプレイバツク制御のロボツトで、
前記視覚センサからの位置修正信号の応答してロ
ボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前記作
業工具の位置を調整する方法において、次のステ
ツプからなるロボツトの作業開始点検出制御方
法。 (1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。 (2) 作業対象物の作業線と前記作業工具と前記作
業工具の陰を前記視覚センサによつて画像認識
する。 (3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２の修正方向それぞれに沿
つた前記位置修正信号を発生する。 (4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
の距離を減少させるように前記作業工具の先端
を前記第１の修正方向に沿つて移動させる。 (5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端との距離を減少させるように前記作
業工具の先端を前記第２の修正方向に沿つて移
動させる。 (6) 認識された前記画像上で、前記作業線と前記
作業工具の先端と前記作業工具の陰の先端とが
すべて一致するまで前記ステツプ(3)，(4)，(5)を
くりかえす。２アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を有す
るテイーチングプレイバツク制御のロボツトで、
前記視覚センサからの位置修正信号の応答してロ
ボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前記作
業工具の位置を調整する方法において、次のステ
ツプからなるロボツトの作業開始点検出制御方
法。 (1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。 (2) 作業対象物の作業線と前記作業工具と前記作
業工具の陰を前記視覚センサによつて画像認識
する。 (3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２の修正方向それぞれに沿
つた前記位置修正信号を発生する。 (4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
の距離を減少させるように前記作業工具の先端
を前記第１の修正方向に沿つて移動させる。 (5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端との距離を減少させるように前記作
業工具の先端を前記第２の修正方向に沿つて移
動させる。 (6) 認識された前記画像上で、前記作業線と前記
作業工具の先端と前記作業工具の陰の先端とが
すべて一致するまで前記ステツプ(3)，(4)，(5)を
くりかえす。 (7) 前記ステツプ(6)で得られた一致点と教示時の
作業開始点との変位ベクトルだけ教示時の作業
終了点を変位させた点と前記一致点とを結ぶ直
線の延長上を教示された作業方向と逆方向にた
どりながら、認識された前記画像上の作業線の
急峻な屈曲点を前記視覚センサが検出するまで
前記ステツプ(3)，(4)，(5)をくりかえす。３アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に視覚センサを備え、更に前記作業工具の先端が
作業対象物に接触すると接触信号を発生する接触
センサを備えた、補間機能を有するテイーチング
プレイバツク制御のロボツトで、前記視覚センサ
からの位置修正信号に応答してロボツトを構成す
る複数の駆動軸を制御して前記作業工具の位置を
調整する方法において、次のステツプからなるロ
ボツトの作業開始点検出制御方法。 (1) 作業対象物の作業線と前記作業工具を前記視
覚センサによつて画像認識する。 (2) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１の修正方向に沿つた前記位置修正信
号を発生する。 (3) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。 (4) 前記作業工具の先端を、前記接触センサが接
触信号を発生する方向に前記作業工具の軸方向
に沿つて一定量移動させる。 (5) 認識された前記画像上で、前記作業線と前記
作業工具の先端とが一致し、かつ前記接触信号
が発生するまで前記ステツプ(2)，(3)，(4)をくり
かえす。４アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を有す
るテイーチングプレイバツク制御のロボツトで、
前記視覚センサからの位置修正信号に応答してロ
ボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前記作
業工具の位置を調整する方法において、次のステ
ツプからなるロボツトの作業開始点検出制御方
法。 (1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。 (2) 作業対象物の作業線と前記作業工具と前記作
業工具の陰を前記視覚センサによつて画像認識
する。 (3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２の修正方向それぞれに沿
つた前記位置修正信号を発生する。 (4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。 (5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端とが一致するまで前記作業工具の先
端を前記第２の修正方向に沿つて移動させると
同時に、前記画像上の前記作業線と前記作業工
具の先端とのずれを減少させるように前記第１
の修正方向に沿つて前記作業工具の先端の位置
の修正動作を行なう。５アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に照明源と視覚センサを備えた、補間機能を有す
るテイーチングプレイバツク制御のロボツトで、
前記視覚センサからの位置修正信号に応答してロ
ボツトを構成する複数の駆動軸を制御して前記作
業工具の位置を調整する方法において、次のステ
ツプからなるロボツトの作業開始点検出制御方
法。 (1) 前記照明源により前記作業工具の陰を生成す
る。 (2) 作業対象物の作業線と前記作業工具と前記作
業工具の陰を前記視覚センサによつて画像認識
する。 (3) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１および第２の修正方向それぞれに沿
つた前記位置修正信号を発生する。 (4) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。 (5) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業工具の先端と前記作業工具
の陰の先端とが一致するまで前記作業工具の先
端を前記第２の修正方向に沿つて移動させると
同時に、前記画像上の前記作業線と前記作業工
具の先端とのずれを減少させるように前記第１
の修正方向に沿つて前記作業工具の先端の位置
の修正動作を行なう。 (6) 前記ステツプ(5)で得られた一致点と教示時の
作業開始点との変位ベクトルだけ教示時の作業
終了点を変位させた点と前記一致点とを結ぶ直
線の延長上を教示された作業方向と逆方向にた
どりながら認識された前記画像上の作業線の急
峻な屈曲点を前記視覚センサが検出するまで前
記ステツプ(3)，(4)，(5)をくりかえす。６アームの先端に作業工具を備え、その手首部
に視覚センサを備え、更に前記作業工具の先端が
作業対象物に接触すると接触信号を発生する接触
センサを備え、補間機能を有するテイーチングプ
レイバツク制御のロボツトで、前記視覚センサか
らの位置修正信号に応答してロボツトを構成する
複数の駆動軸を制御して前記作業工具の位置を調
整する方法において、次のステツプからなるロボ
ツトの作業開始点検出制御方法。 (1) 作業対象物の作業線と前記作業工具を前記視
覚センサによつて画像認識する。 (2) 前記視覚センサは認識された前記画像にもと
づいて第１の修正方向に沿つた前記位置修正信
号を発生する。 (3) 前記位置修正信号に応答して、認識された前
記画像上で前記作業線と前記作業工具の先端と
が一致するまで前記作業工具の先端を前記第１
の修正方向に沿つて移動させる。 (4) 前記接触センサが接触信号を発生するまで前
記作業工具の先端を前記作業工具の軸方向に沿
つて移動させると同時に、前記画像上の前記作
業線と前記作業工具の先端とのずれを減少させ
るように前記第１の修正方向に沿つて前記作業
工具の先端の位置の修正動作を行なう。