説明

ロボットの制御方法およびロボット制御装置

【課題】ユーザ座標系がポジショナに搭載又はマニピュレータに把持されたワークの形状に合わせて設定されている場合、ワークの位置姿勢が変わるとユーザ座標系の再設定が必要になる。
【解決手段】ワークWの形状に応じた軸方向を有するユーザ座標系Cuの設定する際に、特徴点E1〜E3の位置教示に加えて、特徴点の位置座標値を記憶する座標系を、少なくともワーク座標系を含む複数の座標系の中から選択する。特に、ユーザ座標系Cuを、ポジショナP(またはマニピュレータMとは別のマニピュレータ)に搭載されたワークWの形状に応じて設定するときは、特徴点の位置座標値をワーク座標値で記憶する。このことによって、(b)のように、ポジショナPが回転してワークWの位置姿勢が変化したとしても、ユーザ座標系Cuが追従する。すなわち、ユーザ座標系を再設定することなく、そのまま利用することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、任意の軸方向を定めたユーザ座標系でのジョグ送りを可能としたロボットの制御方法およびロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
アーク溶接、スポット溶接等の加工作業をロボットで実現する場合、ティーチングプレイバックと呼ばれる方式が採用されることが一般的である。ティーチングプレイバック方式とは、予め決められた位置にワークを設置して、マニピュレータとワークとの相対的な位置関係を拘束した状態で、ワークに対するマニピュレータの動作を教示し、この教示データを繰り返し再生動作させることで、同一品種のワークを連続して加工するという方法である。
【0003】
図6は、ティーチングプレイバック方式を採用したロボット制御システム60の一般的な構成図である。同図において、マニピュレータ61は、アーム62の先端にワークWを加工するための作業ツールTを備えている。ティーチペンダント63は、ワークWに対するマニピュレータ61の動作を作業者が教示するための装置であり、その盤面上には、作業ツールTを移動させるための方向指示キー64が装備されている。方向指示キー64は、図示しているように座標系の方向(±X,±Y,±Z)に応じた複数のボタンが装備されているのが一般的である。例えば、手動操作座標系の1つであるベース座標系で作業ツールTを移動させる場合は、方向指示キー64のX+を押すと、ベース座標系のX+方向に作業ツールTの制御点が移動する。このように、作業者は方向指示キー64を操作することによって作業ツールTを所望の位置に動かして、加工作業を行わせるための作業経路を教示する。そして、作業経路上の教示点における作業ツールTの位置姿勢座標値が教示データとしてロボット制御装置65に記憶される。なお、以下では作業ツールTを移動させる操作のことを、ジョグ送りと呼ぶことにする。
【0004】
図7は、教示時におけるマニピュレータ61の移動方向と手動操作座標系の関係について説明するための図である。マニピュレータ61、ワークWは、図6と同符号を付与した同一のものであるので説明を省略する。作業経路Kは、ワークWを加工するために必要な経路の1つであり、同図の場合は教示点Aと教示点Bとによって形成される。ベース座標系Cbはマニピュレータ61に原点を有する手動操作座標系であり、軸方向は、例えば図示している方向で固定となる。説明の便宜上、ベース座標系Cbにおける軸方向のX+とY+を矢印で表現しており、その他の軸方向は省略している。
【0005】
作業者は作業ツールTを所望の位置にジョグ送りし、その位置を教示することになるが、ジョグ送りの際に必要なキー操作は煩雑さを伴うことが多い。例えば、同図において作業経路Kを教示するために、現在位置である教示点Aから目標位置である教示点Bに作業ツールTをジョグ送りする場合を想定する。教示点Aから教示点Bに向かう方向がベース座標系CbのX+方向に一致していれば、作業者は方向指示キー64のX+を押すだけでよい。しかしながら、ワークW上の作業経路Kは、ベース座標系Cbの軸方向と一致していない。このような場合、作業者は方向指示キー64のX+、Y−等を組み合わせて操作する必要がある。ワークWが大型であったり作業経路Kが複雑であったりすると、作業ツールTのジョグ送り操作は、より一層煩雑になる。
【0006】
そこで、近年の産業用ロボットでは、手動操作座標系の原点位置および軸方向を任意に定義可能なユーザ座標系を、作業者が事前に設定することによって、ジョグ送り操作の煩雑さを解消する提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。図7に示すように、作業経路Kの方向が座標系のX+方向に一致するように所望のユーザ座標系Cuを設定すれば、方向指示キー64のX+のみの操作で教示点Bに移動させることができる。すなわち、手動操作座標系の原点位置および軸方向をワークWの設置位置、形状等に合わせた任意の位置および方向に設定することができるため、ジョグ送り操作の煩雑さを解消することが可能である。
【0007】
なお、特許文献1によれば、ユーザ座標系Cuの設定方法は次の通りである。まず、作業者により、ワークWの特徴点E1、E2およびE3の合計3点が指定される。ロボット制御装置65は、指定された特徴点の位置座標値をベース座標系Cbでの座標値(以下ではベース座標値という)で記憶し、特徴点のベース座標値からユーザ座標系Cuを定めるための同次変換行列を算出する。以上により、図示しているユーザ座標系Cuを得ることができる。しかしながら、ユーザ座標系Cuが、ポジショナに搭載されたワークW、またはマニピュレータ61とは異なる別のマニピュレータに把持されたワークWの形状等に応じて設定されている場合は、後述する課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2007−115011号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
図8は、ユーザ座標系がポジショナに設置されたワークに対して設定されている一例を示す図である。同図(a)は、ポジショナPに設置されたワークWの形状に応じてユーザ座標系Cuが設定されている様子を示している。ユーザ座標系Cuは、上述したように、特徴点E1〜E3がベース座標値(ベース座標系Cbでの座標値)で記憶されることにより設定されている。
【0010】
同図(b)は、同図(a)の状態からポジショナPが点線矢印Drの方向へと回転し、ワークWの角部を例示した位置Dが移動した様子を示している。このように、ポジショナPが回転すると、ワークWの位置が変更されることになる。なお、図示はしていないが、ワークWがマニピュレータ61とは異なる別のマニピュレータに把持されている場合も同じであり、ワークWを把持したマニピュレータの位置や姿勢が変更になると、ワークWの位置や姿勢も変更されることになる。
【0011】
すでに上述したように、ユーザ座標系Cuを設定するための特徴点E1、E2およびE3はベース座標値で記憶されている。このために、ポジショナPが回転することによってワークWの位置が同図(a)から同図(b)に変更されたときであっても、図示するように特徴点E1、E2およびE3の位置(ベース座標値)は変わらない。この結果、特徴点E1、E2およびE3に基づいて算出されているユーザ座標系Cuの軸方向も変化しないために、設定済みのユーザ座標系Cuが使えないものになってしまう。
【0012】
ポジショナPにワークWを設置して加工作業を行うロボット制御システムにおいて、教示作業を行う上での最良の手段は、加工姿勢を最適に保つためにポジショナPをジョグ送りで回転させつつ、ワークWの形状に応じたジョグ送り(ユーザ座標系Cuを使ったジョグ送り)を行うことである。しかしながら、ポジショナPに設置されたワークWに合わせてユーザ座標系Cuを設定しても、ポジショナPを回転させると使えないものになってしまうために、上記のようなロボット制御システムでは、ユーザ座標系そのものが使いづらいという課題を有していた。これは、ワークWをマニピュレータに把持させて最適姿勢を実現するロボット制御システムでも同様である。
【0013】
そこで、本発明は、ポジショナに設置されたワークやマニピュレータに把持されたワークの設置位置や設置姿勢が変化したとしても、設定済みのユーザ座標系をそのまま利用することができるロボットの制御方法およびロボット制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、
指定された複数の特徴点に基づいて所定の軸方向を有するユーザ座標系を設定し、ワークに対する教示の際に、操作手段からのジョグ操作信号に基づいてマニピュレータを前記ユーザ座標系に従ってジョグ送りするロボットの制御方法において、
前記複数の特徴点の座標値を、前記ワークの位置姿勢を基準とした座標系であるワーク座標系での座標値で記憶可能としたことを特徴とするロボットの制御方法である。
【0015】
請求項2の発明は、前記複数の特徴点の座標値は、少なくとも前記ワーク座標系を含む予め定めた複数の座標系の中から選択された、いずれか1つの座標系での座標値で記憶されることを特徴とする請求項1記載のロボットの制御方法である。
【0016】
請求項3の発明は、
複数の特徴点を記憶する記憶手段と、前記複数の特徴点に基づいて所定の軸方向を有するユーザ座標系を設定する設定手段と、ワークに対する教示の際に、操作手段からの操作信号に基づいてマニピュレータを前記ユーザ座標系に従ってジョグ送りする制御手段とを備えたロボット制御装置において、
前記記憶手段は、前記複数の特徴点の座標値を、前記ワークの位置姿勢を基準とした座標系であるワーク座標系での座標値で記憶可能であることを特徴とするロボット制御装置である。
【0017】
請求項4の発明は、前記複数の特徴点の座標値は、少なくとも前記ワーク座標系を含む予め定めた複数の座標系の中から選択された、いずれか1つの座標系での座標値で記憶されることを特徴とする請求項3記載のロボット制御装置である。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、ユーザ座標系を、ワーク座標系を基準として記憶可能にしたことによって、ワークの設置位置や設置姿勢が変化したとしても、この変化に応じてユーザ座標系も追従する。すなわち、マニピュレータに把持されたりポジショナに搭載されたりしたワークの設置位置や設置姿勢が変化する場合においても、ユーザ座標系を再設定することなく、そのまま利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係るロボット制御装置を適用したロボットシステムの構成図である。
【図2】本発明に係るティーチペンダントの外観図である。
【図3】本発明に係るロボット制御装置の機能ブロック図である。
【図4】ユーザ座標系の設定メニューの一画面例である。
【図5】ワークの位置姿勢が変化したときにユーザ座標系が追従する様子を説明するための図である。
【図6】ティーチングプレイバック方式を採用した従来のロボット制御システムの構成図である。
【図7】教示時におけるマニピュレータの移動方向と座標系の関係について説明するための図である。
【図8】ユーザ座標系がポジショナに設置されたワークに対して設定されている一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
【0021】
[実施の形態1]
図1は、本発明に係るロボット制御装置を適用したロボットシステム10のブロック図である。同図は、例としてアーク溶接用途に具体化したものを示しているが、スポット溶接、ハンドリング等のその他の用途においても本発明は適用可能である。
【0022】
同図において、マニピュレータMは、ワークWに対してアーク溶接を自動で行うものであり、ロボット制御装置RCに接続されている。マニピュレータMは、複数のアーム部および手首部と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ(いずれも図示せず)とによって各々構成されている。また、マニピュレータMのアームの先端部分には、作業ツールとして溶接トーチTが取り付けられている。溶接トーチTは、直径1mm程度の溶接ワイヤを、ワークW上の教示された溶接箇所に導くためのものである。
【0023】
ワークWが設置されているポジショナPは、マニピュレータMと同様にロボット制御装置RCに接続されており、サーボモータを内蔵している。本実施形態においては、1個のサーボモータを内蔵し、点線矢印Drの方向へ回転可能なターンテーブル型のポジショナPを例示している。ロボット制御装置RCによりポジショナPが回転制御されることによって、ワークWは、マニピュレータMに対して最適な溶接姿勢を取ることが可能となっている。
【0024】
操作手段に相当するティーチペンダントTPは、可搬式の教示操作盤であり、ロボット制御装置RCに接続されている。作業者は、このティーチペンダントTPを用いて、マニピュレータMをジョグ送りしながら、ユーザ座標系を定めるための特徴点や、ワークWを加工するための作業経路を教示する。特徴点は特徴点データCdとして、作業経路は、教示データTdとしてロボット制御装置RCに記憶される。
【0025】
ロボット制御装置RCは、ティーチペンダントTPからの入力に応じてマニピュレータMのジョグ送りを行わせるものである。また、再生運転時は、教示データTdに基づいた所定のタイミングで動作制御信号をマニピュレータMおよびポジショナPに出力したり、溶接制御信号を溶接電源WPに出力したりすることで、アーク溶接加工を自動で行わせる。
【0026】
図2は、本発明に係るティーチペンダントの外観図である。キーボード41は、教示操作、各種設定操作等を行うためのものであり、マニピュレータMをジョグ送りする際の移動方向を定める方向指示キー41Aを含んでいる。表示部43は、後述する特徴点や教示データTdの教示内容、ロボットの動作制御に必要な各種パラメータ等を表示するためのものである。
【0027】
図3は、本発明に係るロボット制御装置の機能ブロック図である。
【0028】
ロボット制御装置RCは、中央演算処理装置であるCPU21、ソフトウェアプログラムや制御パラメータ等が格納されたROM22、一時的な計算領域としてのRAM23、各種メモリ等を含むマイクロコンピュータによって構成されている。TPインターフェース1は、ティーチペンダントTPを接続するためのものである。なお、CPU21は、設定手段および制御手段に相当する。
【0029】
ROM22には、各種処理を行うためのソフトウェアプログラムが記憶されており、これらを機能的に同図に示すと、キー入力監視部2、教示処理部3、座標系選択処理部7、座標系演算部8、ジョグ動作処理部9、解釈実行部11、駆動指令部12および溶接制御部13の各処理部を備えている。また、ROM22には、ジョグ送り操作時の基準となる手動操作座標系を定義するための制御パラメータも記憶されている。
【0030】
キー入力監視部2は、ティーチペンダントTPのキーボード41の操作がなされたときに入力される操作信号を監視する。教示処理部3は、ティーチペンダントTPからの入力に応じ、教示点の位置姿勢座標値、各種命令等を教示データTdとしてハードディスク5に記憶する。また、ユーザ座標系を定めるために教示された特徴点の位置姿勢座標値を、特徴点データCdとしてハードディスク5に記憶する。座標系選択処理部7は、ティーチペンダントTPによって選択された、ジョグ送り操作の基準となる手動操作座標系をジョグ動作処理部9に通知する。座標系演算部8は、指定された特徴点に基づいて、ユーザ座標系を設定する。ジョグ動作処理部9は、方向指示キー41Aおよび選択された手動操作座標系に従って、マニピュレータMを移動させるための演算を行い、演算結果を駆動指令部12に出力する。この結果、マニピュレータMが駆動制御される。
【0031】
記憶手段としてのハードディスク5は不揮発性メモリであり、特徴点データCdおよび教示データTdを記憶する。教示データTdを再生するための解釈実行部11は、ハードディスク5に格納されている教示データTdを教示ステップごとに読み出してその内容を解析し、駆動指令部12および溶接制御部13に各種制御信号を出力する。この結果、マニピュレータMが駆動制御されると共に、溶接制御信号が溶接電源WPに出力され、所定のタイミングで溶接電力の供給、シールドガスの出力等の処理が行われる。
【0032】
次に、上記のように構成されたロボットシステム10の作用について説明する。以下では、作業者がポジショナP上に設置されたワークWの形状に応じてユーザ座標系Cuを設定し、ポジショナPが回転してワークWの位置が変化した状態においてユーザ座標系Cuでジョグ送りするまでを、順を追って説明する。
【0033】
(1.特徴点の指定)
作業者がワークWの形状に応じたユーザ座標系を設定する場合は、まず、複数の特徴点を指定する。この作業は、例えば、従来技術の図7ですでに説明したように、特徴点E1、E2およびE3を指定する作業である。従来技術と異なる点は、特徴点の位置座標値を、ワーク座標系での座標値(以下、ワーク座標値という)で記憶することが可能な点である。なお、ワーク座標系とは、ワークを搭載するポジショナまたは把持するマニピュレータの所定位置を原点とし、且つ所定の軸方向を有する座標系であり、ベース座標系から相対的な位置に予め定められている。例えば、ターンテーブル型のポジショナであれば、テーブル盤面の中心位置を原点とし、この原点とベース座標系の原点とを結ぶ方向をX軸、テーブルの面直方向をZ軸、X軸とZ軸に直交する方向をY軸として定義することが多い。
【0034】
図4は、ユーザ座標系の設定メニューの一画面例である。同図(a)の領域では、従来技術と同様に、特徴点を3点指定することが可能になっている。位置座標値を直接入力することもできるし、マニピュレータMをジョグ送りした後の現在位置をエンコーダから取り込んで記録することもできる。そして、同図(b)の領域では、特徴点の位置座標値を、どの手動操作座標系を基準として記憶するかを選択することが可能となっている。「ベース」が選択されると、特徴点の位置座標値をベース座標値で記憶する。また「ワーク」が選択されると、特徴点の位置座標値をワーク座標値で記憶する。以下同様に、溶接トーチT等の作業ツールを基準とした座標系であるツール座標系や、ロボットシステム10全体に共通の座標系であるワールド座標系を基準とした位置座標値でも記憶することができる。ここでは、「ワーク」が選択されたものとする。このメニューで設定された情報(特徴点3点の位置座標値および基準座標系)は、教示処理部3によって、特徴点データCdとしてハードディスクに記憶される。
【0035】
(2.ユーザ座標系の算出)
特徴点データCdが設定されると、座標系演算部8はユーザ座標系を算出する。より具体的には、特許文献1に記載されている手法等により、ワーク座標系から見たユーザ座標系の位置姿勢を表す同次変換行列を算出する。さらには、この同次変換行列を座標変換によってベース座標系から見たユーザ座標系の位置姿勢を表す同次変換行列に変換する。これらの演算は、公知の演算技術により容易に可能であるので、詳細な説明を省略する。
【0036】
(3.ユーザ座標系の選択)
作業者は設定したユーザ座標系CuでマニピュレータMをジョグ送りする場合、まず、ジョグ送りの際に基準となる座標系を選択する。座標系選択処理部7は、選択された座標系(ここではユーザ座標系Cu)をジョグ動作処理部9に通知する。
【0037】
(4.ユーザ座標系でのジョグ送り)
そして、ティーチペンダントTPの方向指示キー41A等によりジョグ送り操作が行われると、ジョグ動作処理部9は、ユーザ座標系Cuの軸方向に応じて溶接トーチTの先端を移動させるための演算を行い、演算結果を駆動指令部12に出力する。この結果、マニピュレータMが駆動制御されてジョグ送りが行われる。このとき、ワークWの位置姿勢が、ユーザ座標系Cuを設定したときから変化していたとしても、変化後のワークWの位置姿勢に応じてユーザ座標系Cuも追従している。したがって、従来技術のように、変化後のワークWの位置姿勢に応じてユーザ座標系を再設定する必要はない。この様子を図5を用いて説明する。
【0038】
図5は、ワークの位置姿勢が変化したときにユーザ座標系が追従する様子を説明するための図である。同図(a)は、ポジショナPに搭載されたワークWの形状に応じてユーザ座標系Cuが設定されている様子を示している。同図(b)は、同図(a)の状態からポジショナPが点線矢印Drの方向へと回転し、ワークWの角部を例示した位置Dが移動した様子を示している。本実施形態においては、ユーザ座標系Cuを定めるための特徴点E1、E2およびE3は、ワーク座標値で記憶されている。したがって、ポジショナPが回転することによってワークWの位置が同図(a)から同図(b)に変更されたときであっても、図示するように特徴点E1、E2およびE3も変更される。これは、ポジショナPが回転すればワーク座標系も回転し、ワーク座標値で記憶されている特徴点も移動するためである。この結果、特徴点E1、E2およびE3に基づいて算出されているユーザ座標系Cuの軸方向も変化することになる。すなわち、ワークWの形状に応じて設定されたユーザ座標系Cuは、ワークWの位置が変わったとしても、そのまま使用することができる。
【0039】
以上説明したように、本発明によれば、ユーザ座標系Cuをワーク座標系を基準として記憶可能にしたことによって、ワークの設置位置や設置姿勢が変化したとしても、この変化に応じてユーザ座標系Cuも追従する。すなわち、マニピュレータに把持されたりポジショナPに搭載されたりしたワークWの設置位置や設置姿勢が変化する場合においても、ユーザ座標系Cuを再設定することなく、そのまま利用することができる。
【符号の説明】
【0040】
1 インターフェース
2 キー入力監視部
3 教示処理部
5 ハードディスク
7 座標系選択処理部
8 座標系演算部
9 ジョグ動作処理部
10 ロボットシステム
11 解釈実行部
12 駆動指令部
13 溶接制御部
21 CPU
22 ROM
23 RAM
41 キーボード
41A 方向指示キー
43 表示部
60 ロボット制御システム
61 マニピュレータ
62 アーム
63 ティーチペンダント
64 方向指示キー
65 ロボット制御装置
Cb ベース座標系
Cd 特徴点データ
Cu ユーザ座標系
A 教示点
B 教示点
D 位置
Dr 点線矢印
E1 特徴点
E2 特徴点
E3 特徴点
K 作業経路
M マニピュレータ
P ポジショナ
RC ロボット制御装置
T 作業ツール(溶接トーチ)
Td 教示データ
TP ティーチペンダント
W ワーク
WP 溶接電源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
指定された複数の特徴点に基づいて所定の軸方向を有するユーザ座標系を設定し、ワークに対する教示の際に、操作手段からのジョグ操作信号に基づいてマニピュレータを前記ユーザ座標系に従ってジョグ送りするロボットの制御方法において、
前記複数の特徴点の座標値を、前記ワークの位置姿勢を基準とした座標系であるワーク座標系での座標値で記憶可能としたことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項2】
前記複数の特徴点の座標値は、少なくとも前記ワーク座標系を含む予め定めた複数の座標系の中から選択された、いずれか1つの座標系での座標値で記憶されることを特徴とする請求項1記載のロボットの制御方法。
【請求項3】
複数の特徴点を記憶する記憶手段と、前記複数の特徴点に基づいて所定の軸方向を有するユーザ座標系を設定する設定手段と、ワークに対する教示の際に、操作手段からの操作信号に基づいてマニピュレータを前記ユーザ座標系に従ってジョグ送りする制御手段とを備えたロボット制御装置において、
前記記憶手段は、前記複数の特徴点の座標値を、前記ワークの位置姿勢を基準とした座標系であるワーク座標系での座標値で記憶可能であることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項4】
前記複数の特徴点の座標値は、少なくとも前記ワーク座標系を含む予め定めた複数の座標系の中から選択された、いずれか1つの座標系での座標値で記憶されることを特徴とする請求項3記載のロボット制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−106321(P2012−106321A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−258670(P2010−258670)
【出願日】平成22年11月19日(2010.11.19)
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)
【Fターム(参考)】