WO1993007998A1 - Method of correcting position of forward end of tool - Google Patents

Description

明 細 書 ツール先端位置補正方法 技 術 分 野 '

本発明はロボッ トのツール先端点の位置に補正をかけるツー ル先端位置補正方法に関し、 特にツール先端点の消耗， 磨耗等 による変化分を補正してツール先端点の位置制御を行うツール 先端位置補正方法に関する。 背 景 技 術

ロボッ 卜のツールは、 その使用態様によっては消耗したり磨 耗したりすることがある。 例えばス ポ ッ ト溶接ロボッ トの場合, ッ一ルとして溶接ガンが用いられる力 その溶接ガンのチップ は作業回数に応じて消耗していく。 この場合、 その消耗により T C P (TOOL CENTER POINT ) の位置が変化するので、 ロボッ トはその変化分を吸収して溶接作業を行う必要がある。 したが つて、 溶接ガンの機構部には、 通常、 T C Pの変化分を吸収す るバネ機構が設けられている。

また、 例えば研磨用口ボッ トの場合、 ツールと してグライ ン ダが用いられるが、 そのグライ ンダをロボッ トハン ドに取り付 けてヮ一ク面を研磨する際、 作業時間に応じてグラィ ンダが磨 耗する。 したがって、 この場合も、 TC Pの位置の変化分を吸 収する必要があるため、 ダラィ ンダをヮークに押しっけるバネ 機構が設けられている。

しかし、 このようなバネ機構は、 溶接ガンやグライ ンダを重 くするとともに、 コス トを高くする要因となっていた。 また、 研磨用ロボッ トの場合、 バネ機構の押し付け力に跟界があるた め、 その限界を越えるとグライ ンダを交換しなければならず、 グライ ンダの交換頻度を高くする要因にもなつていた。 · さらに、 研磨用ロボッ トの場合は、 グライ ンダの消耗度に応 じて適切な研磨を行わせようとすると、 バネ機構の他にロボッ ト作業プログラムを複数用意しておく必要もあった。 このため' uボッ ト作業プ口グラムの管理が複雑で困難であった。

. - 発 明 の 開 示

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 溶接ガ .ンゃグライ ンダ等のッ一ルの軽量化、 低コス ト化を図ることが できるツール先端位置補正方法を提供することを目的とする。

また、 本発明の他の目的は、 ロポッ ト作業プログラムの管理 を容易に行うことができるツール先端位置補正方法を提供する と あ O o

本発明では上記課題を解決する めに、

口ポッ トのツール先端点の位置に補正をかけるッ-—ル先端位 置補正方法において、 前記ロボッ 卜の作業時間と前記ロボッ ト のツール先端点の変化量との関係を予めメモリに格納し、 前記 作業時間を積算し、 前記ツール先端点の移動目標点への移.動開 始時に、 前記積算された作業時間に対する前記ツール先端点の 変化量を求め、 前記求められたッール先端点の変化量に基づい て前記ツール先端点の移動目標点を補正し、 前記捕正された移 動目標点に前記ツール先端点を移動させることを特徵とするッ ール先端位置補正方法が、 提供される。 ロボッ トの作業時間とロボッ トのッ—ル先端点の変化量との 関係を示すデータを予めメ モ リ に格納しておく。 また、 ロボッ トが作業するときの作業時間を積算する。 ツ ール先端点を移動 目標点へ移動させる際に、 そのメ モ リに格納されているデータ から、 積算されだ作業時間に対するツール先端点の変化量を求 める。 その求められたツール先端点の変化量に基づいて、 ツー ル先端点の移動目標点を補正し、 その移動目標点にツール先端 点を移動させる。 このため、 ツール先端点が消耗や磨耗等によ り変化しても、 ツール先端点の位置は変化分に応じて補正され る。 したがって、 ワーク上の移動目標点に対して正確にスポッ ト溶接や研磨を行う ことができる。 その結果、 従来必要とされ たバネ機構が不要となる。 また、 従来複数設けられていたロボ ッ ト作業プログラムも一本化することができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 は本発明のツール先端位置補正方法^実行するフ□—チ ャ― トを示す図、

図 2は本発明のツール先端位置補正方法を実施するための口 ボッ ト システムの概略図、

図 3は作業積算時間を求めるためのフローチヤ一 トを示す図、 図 4はロボッ ト制御装置の概略のブロ ッ ク図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図 2は本発明のツール先端位置補正方法を実施するための口 ボッ ト システムの概略図である。 図において、 ロボッ ト 0 は 多関節 のスポッ ト溶接ロボッ トであり、 そのアーム 2 1先端 のフラ ンジ 2 5には、 スポッ ト溶接用の溶接ガン 2 2がツール として取り付けられている。 ロボッ ト制御装置 1 0は、 後述す るようにマイク σプロセッサを中心にして構成され、 予め設定 された動作プログラムに従って、 口ポッ ト 2 0の各サーボモー タを駆動し、 ロボッ ト 1 0及び溶接ガン 2 2の動作を制御する c . スポッ ト溶接は溶接ガン 2 2·を用いて行われる。 その溶接ガ ン 2 2は 2本のガンチッフ。 2 3 A , 2 3 Bを有し、 ガンチップ 2 3 A , 2 3 B間に挟まれたワークに対してスポッ ト溶接が行 われる。 そのスポ ッ ト溶接は、 下^のガンチップ 2 3 Bの位置 を固定し、 上方のガンチップ 2 3 Aを上下動して行う。 このた め、 ガンチップ 2 3 Aは、 その先端部分が作業回数に応じて消 耗していき、 ガンチップ 2 3 Aの先端の位置は予め設定された 位置に比べて変化していく。 したがって、 ワークに対して正確 にスポッ ト溶接を行うには、 ガンチップ 2 3 Aの先端部分 （以 下 「T C P 2 3 C j という） の変化分 （消耗分） を補正する必 要がある。 なお、 この T C P 2 3 Cは、 フ ラ ンジ 2 5の面をべ ースとする座標系すなわち、 ハン ド座標系で表現される。 次に、 この T C P 2 3 Cの位置補正方法をフロ ーチャー トに基づいて 説明する。

図 1 は本発明のツール先端位置補正方法を実行するフローチ ャ一 トを示す図である。 図において、 Sに続く数値はステップ 審^ ^を不 3

〔S 1〕 まず、 プログラムデータより 1 ポイ ント.を読み込む。 このプログラムデータは、 オペレータがロボッ ト 2 0 に対して 予め教示した T C P 2 3 Cの初期位置データであり、 メ モリ · (不揮発性メ モ リ ） に格納されている。

〔 S 2〕 そのポイ ン トが補正ポィ ン トか否かを判別する。 この 補正ポイ ン トは、 全ポイ ン トの中からオペレータが予め補正す るポイ ン トとして設定したものである。 そのポイ ン トが補正ポ ィ ン トであれ 3に進み、 そうでなければ S 7 に進み補正を せずにプログラムされている目標位置へそのまま移動する。

〔 S 3〕 T C P 2 3 Cの初期位置をベース座標系で表したとき の座標値 X ib， Y ib, Z ibを求める。 すなわち、 アーム 2 1先 端のフラ ンジ 2 5の面を表す各関節角データと、 そのフ ラ ンジ 2 5面をべ一スとするハ ン ド座標系で表された T C P 2 3 Cの 初期位置 （ x i ， y i ， z i ) とを基にして順変換を行い、 そ' れにより、 T C P 2 3 Cの初期位置をべ—ス座標系で表す。

〔 S 4〕 作業積算時間 t を読み込む。 この作業積算時間 t は、 後述する図 3のフ ロ ーチ ャ ー トで示すように、 常時更新、 記憶 されてメ モ リ に格納されている。 ただし、 そのメ モ リ に格納さ れた作業積算時間 t は、 ガンチップを新品に交換する際に初期 化操作によりク リ アされる。

〔 S 5〕 消耗して変化した実際の T C P 2 3 Cの位置 （ X , y , z ) をハ ン ド座標系で求める。 この実際の T C P 2 3 Cの位置 ( , y , z ) は次のように表される。

X = X i + f (t)

y = y i + g (t)

z = z i + h (t)

ただし、 x i ， y i , z i ： T C P 2 3 Cの初期位置

ί (t)， g (t)， h (t) :T C P 2 3 Cの x， y， z 各方向の変化量 t ：作業積算時間

ここで、 TC P 2 3 Cの変化量 f (t), g (t)， h (t) は、 オペ レークが予めメモリに設定した作業時間 （あるいは作業回数) とガンチップの消耗量 （変化量） との関係を示すデータから求 められる。

〔S 6〕 TCP 2 3 Cの変化分を捕正して、 新たな移動目標点 に TC P 2 3 Cが位置するように、 各関節角の値を求め直す。 この各闋節角の値は、 ステップ 3で求めた T C P'2 3 Cの初期 位置をベース座標系で表したときの座標値 （Xib， Yib, Z i b) と、 ステップ 5で求めた実際の TC P 2 3 Cの位置 （X , y， z ) とからフラ ンジ 2 5の新たな位置及び姿勢を設定し、 それを逆変換することで求められる。

〔S 7〕 補正された各関節角によって、 TC P 2 3 Cを移動目 標点に移動させる。

図 3は作業積算時間を求めるためのフローチヤ一 卜を示す図 t?あ 。 '

〔S 1 1〕 作業中か否かを判別する。 作業中であれば S 1 1 に 進み、 そうでなければそのまま終了する。 .

〔S 1 2〕 作業積算時間 tを更新し、 メモリに書き込む。

以上述べたように、 口ポッ ト 2 0の作業時間とガンチップの 消耗量 （TCP 2 3 Cの変化量） との関係を示すデータを予め メモリに格納しておき、 そのデータに基づいて作業積算時間 t ' に対する TC P 2 3 Cの変化分を求め、 その変化分に応じた補 正を行うことで TCP 2 3 Cの移動目標点を設定するようにし た。 このため、 ワーク上の移動目標点に対して正確にスポッ ト 溶接を行うことができる。 したがって、 従来必要とされたバネ 機構が不要となり、 溶接ガンの軽量化及び低コス 卜化が可能に なる。

上記の説明では、 T C P 2 3 Cの変化量を予めメ モ リ に格納 されたデータに基づいて求めるようにしたが、 T C P 2 3 Cを 直接力メ ラ等の外部セ ンサで測定し、 そめ測定結果から T C P 2 3 Cの変化量を求めるように構成することもできる。

図 4 はロボッ ト制御装置 1 0の概略のブロ ッ ク図である。 口 ボッ ト制御装置 1 0 にはプロセッサボー ド 1 1 があり、 プロセ ッサボー ド 1 1 にはプロセ ッサ 1 1 a、 R 0 M 1 1 b、 R A M 1 1 cがある。 プロセッサ 1 1 aは R〇 M 1 1 bに格納された システムプログラムに従って、 ロボッ ト制御装置 1 0全体を制 御する。 R A M I 1 c には各種のデータが格納ざれ、 ロボッ ト 2 0の動作プログラムゃ本発明を実行するプログラ厶が格納さ れる。 R A M I 1 cの一部は不揮発性メ モ リ として構成されて おり、 動作プログラム等は不揮発性メモ リ部分に格納されてい る。 プロセ ッサボー ド 1 1 はバス 1 9 に結合されている。

ディ ジタルサ一ボ制御回路 1 2 はバス 1 9 に結合され、 プロ セ ッサボー ド 1 1からの指令によって、 サーボアンプ 1 3を経 由して、 サーボモータ 5 1、 5 2、 5 3、 5 4、 5 5及び 5 6 を駆動する。 これらのサ一ボモータ 5 1等は口ボッ ト 2 0 に内 蔵され、 ロボッ ト 2 0の各軸を動作させる。

ノ ス 1 9 には、 シ リ アルポー ト 1 4、 ディ ジタル I / 0 1 5、 了ナログ I Z O 1 7及び大容量メ モ リ 1 8が結合されている。 そのシリアルポー ト 1 4 には表示器付き教示操作盤 5 7、 その 他の R S 2 3 2 C機器 5 8及び C R T 1 6 が接続され、 ディ ジタル I Z〇 1 5 には操作パネル 1 6 bが接続されている。 ま た、 大容量メモ リ 1 8には、 予め教示された T C P 2 3 Cの初 期位置データ、 作業時間と T C P 2 3 Cの変化量との闋係を示 すデータ、 作業積算時間 t等が格納される。

上記の説明では、 スポ ッ ト溶接ロボッ 卜の場合を示したが、 他の作業を行うロボッ ト、 例えば研磨用ロボッ 卜の場合でも、 同様に本発明を適用することができる。 その場合は、 ツールと してグライ ンダが用いられるが、 そのグライ ンダをワークに押 し付けるバネ機構が不要と'なるので、 グライ ンダの餒量化及び 低コス ト化が可能となる。 さらに、 グライ ンダの磨耗量に応じ て複数設けられていたロポッ ト作業プログラムも一本化できる ので、 ロボッ ト作業プログラ厶の管理が容易になる。

また、 ロボッ トに対する位置指令データとして、 各関節角の 値で指令される場合を示したが、 他の位置指令データで指令す る場合でも本発明を同様に適用することができる。 例えば、 ヮ —ク座標系のような直交座標系で見た T C Pの位置及びツール の姿勢を位置指令データとする場合もあるが、 その場合でも同 様に本発明を適甩することができる。

以上説明したように本発明では、 ロボッ 卜の作業時間とツー ル先端の消耗量との関係を示すデータを予めメモリに格納して おき、 そのデータに基づいて作業積算時間に対する T C Pの変 化分を求め、 その変化分に応じた補正を行うことで T C Pの移 動目標点を設定するように構成した。 このため、 ワーク上の移 動目標点に対して正確にスポッ ト溶接や研磨等の口ボッ ド作業 を行うことができる。 したがって、 従来必要とされたバネ機構 が不要となり、 ツールの軽量化及び低コス ト化が可能になる。 また、 ツール先端の変化量に対応させて複数設けられていた口 ボッ ト作業プログラ ムも一本化することができるため、 ロボッ ト作業プログラ ムの管理が容易になる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ロボッ トのツール先端点の位置に補正をかけるツール先 端位置補正方法において、

前記ロボッ 卜の作業時間と前記ロボッ 卜のツール先端点の変 化量との蘭係を予めメモリに格納し、 - - 前記作業時間を積算し、

- 前記ツール先端点の移動目標点への移動開始時に、 前記積算 された作業時間に対する前記ツール先端点の変化量を求め、 前記求められたッ一ル先端点の変化量に基づいて前記ッール 先端点の移動目標点を補正し、 .

前記補正された移動目標点に前記ッ一ル先端点を移動させる ことを特徵とするツール先端位置補正方法。

2 . 前記積算された作業時間は、 前記ツールが交換される際 に初期化することを特徵とする請求項 1記載のツール先端位置 補正方法 o

3 . 予め補正を措定された補正ボイ ントに対して前記ツール 先端点の移動目標点補正を行うことを特徴とする請求項 1記載 のツール先端位置補正方法。 -

4 . 前記作業時間に代えて作業回数を積算することを特徴と する請求項 1記載のツール先端位置補正方法。

5 . 前記ツール先端点に前記ツール先端点の変化を測定する 外部センサを設け、 前記外部センサの測定結果に基づいて前記 ツール先端点の変化量を求めることを特徴とする請求項 1記載 のツール先端位置補正方法。 .