JPH0760607A - Tcpの自動設定方法 - Google Patents

Tcpの自動設定方法

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JPH0760607A
JPH0760607A JP23879493A JP23879493A JPH0760607A JP H0760607 A JPH0760607 A JP H0760607A JP 23879493 A JP23879493 A JP 23879493A JP 23879493 A JP23879493 A JP 23879493A JP H0760607 A JPH0760607 A JP H0760607A
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JP
Japan
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tcp
force
point
straight line
axis
Prior art date
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Pending
Application number
JP23879493A
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English (en)
Inventor
Yoshio Tani
良雄 谷
Kenichi Sato
佐藤  賢一
Tooru Kurenuma
榑沼  透
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力制御ロボットにおいて簡単にかつ短時間に
TCPを設定できるTCPの自動設定方法を提供する。 【構成】 多関節型ロボット本体の先部に力センサ4を
介して作業工具6,6aを取り付けてなる力制御ロボットに
適用される方法であり、作業工具においてTCPとすべ
き点Aを定め、前記点Aにて第1の方向に力11を加え、
前記点にて第1の方向とほぼ直交する第2の方向に力12
を加え、力センサ4が出力する第1の方向の力に関する
信号に基づいて第1の方向を含む第1の直線を求め、力
センサ4が出力する第2の方向の力に関する信号に基づ
いて第2の方向を含む第2の直線を求め、第1および第
2の直線に基づいて前記点の位置を求めると共に2つの
直線に直交する第3の直線を求め、前記点の位置と、第
1乃至第3の直線で定義される直交する3軸の座標系と
でTCPを設定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はTCPの自動設定方法に
関し、特に、力制御ロボットで使用されるTCPの自動
設定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】力制御ロボットとは、作業を行うときに
位置制御と共に力制御が実行されるロボットであり、力
を伴う作業を行うことができる。従来の力制御ロボット
の例として研削ロボットを挙げることができる。研削ロ
ボットは、ロボット本体のアームの先部に位置する手首
部に力センサを備え、この力センサの先に研削工具(一
般的には作業ツール)を取り付けている。研削工具は、
例えば砥石を備えるグラインダである。また力センサ
は、例えば研削工具が研削対象物に接触して研削を行う
ときに研削対象物から研削工具が受ける力およびモーメ
ントを検出する機能を有し、例えば6軸力センサであ
る。力センサを通して得られる力情報は、制御手段で力
の要素を制御する場合に、実際の力データとして用いら
れる。
【0003】力制御ロボットでは、研削工具においてT
CP(TOOL Center Point :研削中心点)が設定され
る。このTCPは、研削工具の上(研削工具で定義され
た座標系の上)で設定される点であり、位置と姿勢に基
づき設定される。TCPとして、研削対象物と接触する
砥石の研削点が使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ロボット手先の座標系
X,Y,Zの各軸方向においてロボットの基準位置から
どの程度の位置にありかつその姿勢はどうであるかとい
う従来のTCPの設定では、位置については実際にその
距離を定規で測定し、姿勢については砥石の取付け角度
を計算し、得られた数値を、キー入力用ペンダントを操
作し手作業で入力し、設定を行っていた。従来のTCP
の設定方法では、数値を間違うおそれがあり、TCPを
正しく設定することが難しいという問題を有していた。
【0005】本発明の目的は、力制御ロボットにおいて
簡単にかつ短時間にTCPを設定できるTCPの自動設
定方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るTCPの自
動設定方法は、多関節型ロボット本体の先部に力センサ
を介して作業工具を取り付けてなる力制御ロボットに適
用される方法であり、作業工具においてTCPとすべき
点を定め、前記点にて第1の方向に力を加え、前記点に
て第1の方向とほぼ直交する第2の方向に力を加え、力
センサが出力する第1の方向の力に関する信号に基づい
て第1の方向を含む第1の直線を求め、力センサが出力
する第2の方向の力に関する信号に基づいて第2の方向
を含む第2の直線を求め、第1および第2の直線に基づ
いて前記点の位置を求めると共に2つの直線に直交する
第3の直線を求め、前記点の位置と、第1乃至第3の直
線で定義される直交する3軸の座標系とでTCPを設定
するようにした。
【0007】前記の方法において、好ましくは、第1お
よび第3の直線に基づいて前記第2の直線に代わる直線
を求め、第1および第3の直線と、新たに求められた直
線とで前記3軸の座標系を定義する。
【0008】前記の方法において、好ましくは、前記点
にて前記第1および第2の方向に力を加えるのは作業者
である。
【0009】
【作用】本発明によるTCPの自動設定方法では、作業
者が、作業工具においてTCPとすべき点を定め、その
点にて直交する第1および第2の方向に加えると、ロボ
ット側のコントローラで力センサの出力する力信号に基
づいて第1の方向を含む第1の直線および第2の方向を
含む第2の直線を求め、さらに第1および第2の直線に
基づいて前記点の位置と2つの直線に直交する第3の直
線を求め、もって前記点の位置と姿勢を求めてTCPを
自動的に設定する。第1の直線と第2の直線が直交する
条件を満たしていないときには、第1の直線と第3の直
線を利用して、両者に直交する直線を求め、これを第2
の直線として利用する。こうして直交する3軸X,Y,
Zからなる座標系を生成し、姿勢として用いる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0011】図1は、例えば研削ロボット等の力制御ロ
ボットのアーム先部の側面図を示し、図2はアーム先部
の正面図を示す。図1および図2において、図示しない
多関節型ロボット本体のアーム1の手首部2には取付け
プレート3を介して力センサ4が取り付けられる。多関
節型ロボット本体の機構は周知のものである。力センサ
4は、6軸力センサであり、X,Y,Zの直交3軸の各
方向の力と、各軸回りのモーメントを感知し得る機能を
有する。力センサ4の先には、さらにグラインダホルダ
5によって研削工具としてのグラインダ6が取り付けら
れる。グラインダ6の回転駆動軸に砥石6aが取り付け
られる。従って砥石6aやグラインダ6に加わる力やモ
ーメントは力センサ4で検出することができる。
【0012】上記構成を有するロボット本体は、図1に
示すように、コントローラ7を備える。コントローラ7
は一般的にはコンピュータシステムで構成される。コン
トローラ7は、ロボット本体の動作に関する各種のデー
タ処理機能、演算機能、制御機能を有する。例えば、コ
ントローラ7は、ロボット本体に対しダイレクトティー
チが行われ研削作業を行うための教示データが与えられ
たときこれを内部の記憶装置に設定したり、研削作業を
行うときには教示データを読出して研削作業実行部を設
定したり、または教示データと作業中に検出される力と
位置のデータとに基づき研削作業を実行する等の機能を
有する。その目的のため、コントローラ7は、ロボット
本体の各関節駆動部等に駆動指令信号7aを与えると共
に、各関節駆動部に設けられたエンコーダ等の位置セン
サから位置信号7b、および上記の力センサ4から力信
号7cをそれぞれ取り込む。コントローラ7は、さら
に、後述する所定操作で発生する力センサ4の出力信号
に用いて所定の演算を行うことにより、TCPを自動的
に算出する機能を有する。TCPを自動的に求めるため
に必要な操作は、教示装置8の表示器8aに表示された
指示内容に従って作業者により行われる。なお教示装置
8において、8bは入力操作キーである。
【0013】次に、図3を参照してTCPの設定方法に
ついて説明する。図3において、図1と同様に、4は力
センサ、6はグラインダ、6aは砥石である。グライン
ダホルダ5は簡略的に線図で示され、6bはグラインダ
6の回転駆動軸である。
【0014】TCPの設定では、TCPとなるべき点の
位置と姿勢が決定されなければならない。本発明のTC
P設定方法では、まず作業者が砥石6aにおいてTCP
としたい点を定める。図3に示す実施例では、作業者の
側において、砥石6aの縁に位置する点AがTCPとし
たい点として定められる。次に、作業者は、その点Aで
直交と思われる2方向に、指等で力を加える。本実施例
では、図3に示すように、点Aに対し、Z軸方向として
の力11とY軸方向としての力12を加えている。
【0015】TCPの自動設定方法に関する実際の操作
を詳しく説明する。教示装置8の表示器8aに、TCP
に関し「押し付けたい方向を押して下さい」というメッ
セージが表示される。そこで、作業者は、点AをTCP
と定め、点Aを力11の示す方向に押す。ロボット本体
の側では、この力11を力センサ4で感知し、コントロ
ーラ7が力センサ4の出力する力信号7cに基づき力1
1に関しそれを含む直線を算出する。直線の方程式は、
力センサ4で検出できる力の値とモーメントの値によっ
て算出される。ロボット本体では、力11によって決ま
る直線を仮に例えばZ軸として決める。どの軸にするか
については作業者が決定することもできる。次に、教示
装置8の表示器8aに「Y軸にしたい方向に押して下さ
い」というメッセージが表示される。そこで、作業者は
点Aを力12の示す方向に押す。力12の方向は、力1
1の方向に対して可能な限り直交させる。ロボット本体
の側では、この力12を力センサ4で感知し、コントロ
ーラ7が力センサ4の出力する力信号7cに基づき力1
2に関しそれを含む直線を算出する。コントローラ7で
は、力11および力12に基づきZ軸およびY軸が決定
されると、さらに、右手系の直交座標に基づき外積の演
算でX軸も決定される。各軸における+,−の方向は、
点Aにおいて力を加えた方向を+と定義することによっ
て、X,Y,Zの各軸の方向が決定される。
【0016】上記の操作によって、点AをTCPとして
姿勢(すなわち研削工具における座標系)が設定され
る。またTCPの位置については、例えば、Z軸を表す
直線とY軸を表す直線との交点として算出することがで
きる。こうして点Aの位置と姿勢が決定され、点AをT
CPとして設定することができる。
【0017】図4に示すフローチャートを参照して、本
発明によるTCPの自動設定方法の姿勢の設定のみに着
目して、さらに詳しく説明する。前述の通り、作業者の
入力操作として、砥石6aの点Aに力11を加え(ステ
ップS1)、その後で点Aに力12を加える(ステップ
S2)。力11,12のなす角度は厳密に90°である
ことが望ましいが、人間が行うことであるので、90°
にすることは困難である。そこで、判断ステップS3で
力11,12のなす角度が所定の条件、すなわち90°
±βの範囲内に含まれるという条件を満たせば、力11
と力12は直交するものとして扱い、ステップS4に移
る。かかる条件が満たされない限り、ステップS2,S
3が繰り返される。ステップS2,S3が繰り返される
間、教示装置8の表示器8aには作業者に対して再び直
交軸方向に力を加えるようにメッセージが繰り返され
る。作業者はそのメッセージに従って上記の条件が満た
されるように力を加える。
【0018】ステップS4では、力11,12で得られ
たZ軸およびY軸に基づいて外積でX軸に関する直線を
求める。さらに次のステップS5では、得られたX軸に
関する直線と力11で得られたZ軸とに基づいて、再
度、Z軸に直交するY軸について正確に計算する。この
ようにして、点AでZ軸方向として力11を加えた後
に、所定条件を満たす方向で仮的なY軸方向として点A
で力12を加え、得られたZ軸と仮的なY軸とに基づい
て両軸に直交するX軸を求める。その後において、直交
するZ軸とX軸とで再度正確なY軸を求める。こうし
て、姿勢としての座標系が正確に求められる。最終的な
ステップS6では、決定された位置と姿勢が教示装置8
の表示器8aに表示される。
【0019】前記のTCP自動設定方法において力11
および力12が加えられる点は、砥石6aにおける同じ
点Aであることが前提である。砥石6aに力11が加え
られると、力11を加えた方向を含む直線の方程式が求
められる。また砥石6aに力12が加えられると、力1
2を加えた方向を含む直線の方程式が求められる。TC
Pとなる点Aの位置は、上記の2つの直線の方程式に基
づいて2つの直線の交点として求められる。しかしなが
ら、各直線を求めるにあたって、力11,12が加えら
れる点が異なっていると、2つの直線の交点を求めるこ
とができない。そこで、このような場合には、例えば2
つの直線を結ぶ最短な線分を求め、その線分の中点をT
CPの位置として設定することもできる。
【0020】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、作業者が、TCPとしたい点を2つの方向に力を
加えるだけで自動的にその点をTCPとして設定するこ
とができ、TCPの設定の手間を省き、設定時間を短縮
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロボット本体の先部の機構と、関連する制御部
の構成を示す構成図である。
【図2】ロボット本体の先部の正面図である。
【図3】砥石に力を加えた状態を示す図である。
【図4】本発明に係るTCPの自動設定方法を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1 アーム 2 手首部 4 力センサ 6 グラインダ 6a 砥石 7 コントローラ 8 教示装置 8a 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B25J 19/00 Z G05B 19/42

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多関節型ロボット本体の先部に力センサ
    を介して作業工具を取り付けてなる力制御ロボットに適
    用されるTCPの自動設定方法であり、前記作業工具に
    おいてTCPとすべき点を定め、前記点にて第1の方向
    に力を加え、前記点にて前記第1の方向とほぼ直交する
    第2の方向に力を加え、前記力センサが出力する前記第
    1の方向の力に関する信号に基づいて前記第1の方向を
    含む第1の直線を求め、前記力センサが出力する前記第
    2の方向の力に関する信号に基づいて前記第2の方向を
    含む第2の直線を求め、前記第1および第2の直線に基
    づいて前記点の位置を求めると共に前記2つの直線に直
    交する第3の直線を求め、前記点の位置と、前記第1乃
    至第3の直線で定義される直交する3軸の座標系とで前
    記TCPを設定することを特徴とするTCPの自動設定
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のTCPの自動設定方法に
    おいて、前記第1および第3の直線に基づいて前記第2
    の直線に代わる直線を求め、前記第1および第3の直線
    と、新たに求められた直線とで前記3軸の座標系を定義
    することを特徴とするTCPの自動設定方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のTCPの自動設定方法に
    おいて、前記点にて前記第1および第2の方向に力を加
    えるのは作業者であることを特徴とするTCPの自動設
    定方法。
JP23879493A 1993-08-31 1993-08-31 Tcpの自動設定方法 Pending JPH0760607A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016525458A (ja) * 2013-08-02 2016-08-25 ロディウス シュライフベルクツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト 手持ち式動力工具と荒削りディスクとを有するアセンブリ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016525458A (ja) * 2013-08-02 2016-08-25 ロディウス シュライフベルクツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト 手持ち式動力工具と荒削りディスクとを有するアセンブリ

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