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    公开号:WO1986002469A1
    申请号:PCT/JP1985/000585
    申请日:1985-10-18
    公开日:1986-04-24
    发明作者:Hajimu Kishi；Kunio Tanaka；Shinsuke Sakakibara
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] _ _ 明 細 書
    [0002] ロ ボ ツ ト 制御軸の位置デー タ 生成方法
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は π ボ ツ ト 制御軸の位置デー タ 生成方法に係 り 特に ロ ボツ ト の種類 （ 円筒座標系 ロ ボッ ト 、 関節型 ロ ボ ッ ト 、 直交座標系 ロ ボッ ト 、 あ る い は そ の他制御軸の構 成が異な る ロ ボッ ト な ど ）' にかかわ ら ず同一形式で汎用 性の あ る ロ ボッ ト 制御軸の位置デー タ を オ フ ラ イ ン で生 成す る こ と がで き る ロ ボツ ト 制御軸の位置データ 生成方 法に関す る 。
    [0005] 背景技術
    [0006] ロ ボッ ト は 、 予め作成さ れて メ モ リ に記億 さ れて い る ロ ボ ッ ト 制御データ に基づ いて 、 そ の位置を制御 さ れ る と 共に 、 所定の位置で工作機械等に ワ ー ク の ロ ーデ ィ ン グ 、 ア ン ロ ーデ イ ン グ 、 工具の着脱作業を行い 、 あ る い は ワ ー ク に対す る 塗装、 溶接、 シ 一 リ ン グ作業を実行す る 。 尚、 以後 ロ ボッ ト のハ ン ド や ロ ボッ ト に取 り 付け ら れた溶接用の ト ーチ 、 塗料吐出 ノ ズル な ど のヱ フ - ク タ — を総称し て ツ ール と 呼ぶ。
    [0007] と こ ろで 、 ロ ボッ ト を構成す る 各制御軸の位置あ る い は通路デー タ は 、 従来ツ ール を マ - ユ ア ル操作で所望の 通路に沿 っ て移動 さ せ る テ ィ 一 チ ン グ に よ り 作成し て 口 ボッ ト 制御装置の メ モ リ に記億 さ せて お き 、 実際の作業 に 際 し て は該テ ィ 一 チ ン グで作成 さ れた位置あ る い は通 路デー タ を用いて通路制御を行い 、 ツ ー ル を所望の通路 に沿 っ て移動 さ せ、 あ る いは所望のポ イ ン ト に位置決め し て所定の作業を行 っ て い る 。
    [0008] し か し 、 かか る テ ィ ー チ ン グ に よ る位置デー タ 及び通 路デ ー タ の作成は面倒で 、 長時閭を要す る と 共に 、 テ ィ — チ ン グ作業は危険で あ り 、 し か も 精度の高い位置あ る い は通路のテ ィ ー チ ン グが行えず高精度の塗装、 溶接、 シ 一 リ ン グ作業がで き な い と い う 欠点があ っ た 。
    [0009] 以上か ら 、 本発明の目的ほ 、 テ ィ 一チ ン グす る こ と な く オ フ ラ イ ン で 、 し か も 簡単に ロ ボッ ト 制御軸の位置デ ー タ を作成す る こ と がで き る ロ ポッ ト 制御軸の位置デ ー タ 生成方法を提供す る こ と.で あ る 。
    [0010] 本発明の別の目的は 、 あ ら ゆ る種類の 口 ボ タ に対 し て 同一形式で汎用的な ロ ボッ ト 制御軸の位置デー タ を ォ フ ラ イ ンで作成す る こ と がで き る ロ ボッ ト 制御軸の位置 デ ー タ 生成方法を提供す る こ と で あ る 。 本発明の更に別の目的は 、 ワ ー ク 形状を特定す る デ― タ か ら求ま る ツ ール先端位置に加え 、 ロ ボッ ト が実行す る作業内容及びツ ール形状に よ り 定ま る ツ ール姿勢デ一 タ と で ロ ボッ ト の各制御軸の位置デー タ を特定す る ロ ボ ッ ト 制御軸の位置デー タ 生成方法を提供す る こ と，で あ る 本発明の他の目 的は、 あ ら ゆ る種類の ロ ボッ ト に対 し て同一形式で ロ ボツ ト制御軸の位置を特定する データ を 作成 し 、 該デー タ を制御 さ れ る ロ ボ ッ ト に応じ て座標変 換し 、 該座標変換に よ り 得 られた各制御軸の位置デー タ に基づ いて ロ ボッ ト の各制御軸の位置を制御す る ロ ボッ ト 制御軸の位置デー タ 生成方法を提供す る こ と で あ る 。 こ れ ら の目的は本発明に お いて 、 ワ ー ク 形状を特定す る デー タ と ロ ボッ ト が実行す る 作業内容に応 じ たツ ー ル 姿勢を特定す る デ ー タ を入力 し 、 ワ ー ク 形状を特定す る デー タ を用 いて ツ ー ル先端のワ ー ク 座標系に おけ る 位置 を演算し 、 該ツ ー ル先端位置 と ツ ー ル姿勢デー タ と を用 いて ツ ー ル経路に沿 っ た π ポ ッ ト の各制御軸の位置を特 定す る こ と に よ り 達成さ れ る 。
    [0011] 発明の開示
    [0012] ワ ー ク 形状を特定す る データ と 、 ロ ボッ ト が実行す る 作業内,容に応 じ た ツ ー ル姿勢を特定す る データ を そ れぞ れ入力 し 、 該ワ ー ク 形状を特定す る デー タ を用 いて ツ ー ル先端のワ ー ク 座標系に お け る 位置 （ X , Y , Z ) を演 算 し 、 該ツ ー ル先端位置 と ツ ール姿勢デ一 タ と で ロ ボ ッ ト を構成す る 各制御軸の位置を求め 、 順次ツ ー ル経路に 沿 っ て該 ロ ボッ ト の各制御軸の位置を求め る 。 尚、 ヮ ー ク 形状を特定す る データ と 共に 、 ツ ール経路を特定す る データ を入力 し 、 該ツ ー ル経路デー タ に よ り 特定 さ れ る ツ ー ル経路に沿 っ て ロ ボッ ト の各制御軸の位置を啁次求 め る 。 又、 前記ツ ー ル姿勢を特定す る デー タ は 、 ツ ー ル 先端位置に おけ る ツ ー ル 中心軸の ワ ー ク 法線方向か ら の ずれ を示す角度 α , β ヒ 、 ツ ー ル先端のね じ れ を示すね じ れ角 ァ で あ る 。
    [0013] 各制御軸の位置は 、 前記ツ ー ル姿勢デ ー タ を ワ ー ク 座 標系に お け る ツ ー ル方向デ ー タ （ Ρ , Q , R ) に変換し 該ツ ー ル方向デ ー タ と ツ ー ル先端位置 （ X , Y , Z ) を 特定す る デ一 タ と よ り な る デー タ （ X , Y , Z , P , Q , R ) を使用す る ロ ボッ ト のタ イ プ （円筒座標系 ロ ボッ ト 、 関節型 ロ ボッ ト 、 直交座標系 ロ ボッ ト な ど ） 及び該 ロ ボ ッ ト の次元を特定す る デー タ に基づ い て ロ ボ ッ ト 座標系 に お け る 位置デ ー タ に変換す る こ と に よ り 得 ら れ る 。
    [0014] 図面の簡単な説明
    [0015] 第 1 図は本発明の概略説明図、
    [0016] 第 2 図乃至第 4 図は拘束条件 な ， β ， ァ と 作業内容 と の関係説明図で あ り 、 第 2 図は塗装作業に おけ る拘束条 件説明図、 第 3 図はア ー ク 溶接及び シ ー リ ン グ作業に お け る拘束条件説明図、 第 4 図は ス ポ ツ ト 溶接作業にお け る拘柬条件説明^、
    [0017] 第 5 図は ワ ー ク 座標系に お け る ツ ー ル方向データ- Ρ , Q , R を説明す る 説明図、
    [0018] 第 6 図乃至第 9 図は拘束条件 （ α , β ， 7 ) を用 いて
    [0019] Ρ , Q ， R を求め る方法を説明す る 説明図、 - 第 1 0 図、 第 1 1 図は シ ャ ィ ン マ ン · ア ー に お いて
    [0020] X ， Y ， Z ， P , Q , R よ り ロ ボッ ト 各軸位置デ ー タ ^ i Θ £ , s 3 , Θ Θ s , ^ s を求め る 方法を説明す る 説明図 第 1 2 図は本発明の実施例ブ ロ ッ ク 図で あ る 。
    [0021] 発明 を実施す る た め の最良の形態 第 1 図は本発明の概略説明図で あ り 、 T L は ツ ー ル 、 W K は表面が 自 由曲面のワ ー ク で あ る 。 尚、 ワ ー ク 表面 の 自 由曲面は 、 た と え ばワ ー ク W K の い く つか の断面や 断面曲線を特定す る デー タ を与え 、 こ れ ら断面デー タ 及 び断面曲線デー タ を用 いて所定の規則に従 っ て複数の中 間断面を生成 し 、 かつ該中間断面に よ る ワ ー ク の断面曲 線 （ 中間断面曲線） を求めれば該生成 し た複数の中間断 面曲線に よ り 特定 さ れ る 。 そ し て 、 かか る 曲面生成法の 詳細は た と え ば昭和 5 5 年特許願第 7 8 2 4 7 号 （米国 特許出願番号 2 6 6 ， 2 8 4 号） を参照 さ れた い 。
    [0022] 第 1 図に戻 っ て 、 自 由曲面上のポ イ ン ト （ ツ ー ル先端 位置） P を原点、 原点 P に お け る ワ ー ク 法線べク ト ル方 向 を S 軸、 ツ ー ル T L の進行方向 を H 軸、 右手座標系の 2 軸力 >' S 軸及び H軸に一致す る よ う に定め た と き の第 3 軸を V軸 と す る と き 、 直交座標系 （ ワ ー ク 座標系） X — Y — Z に お け る 原点 P の位置 （ツ ー ル T L 先端の位置） X ， Y , Z と 、 ツ ー ル 中心軸 T の法線べ ク ト ル S か ら の ずれ角 α , β ヒ 、 ツ ー ル T L のね じ れ角 （ 回転角） ァ と に よ り 、 ワ ー ク 座標系に お け る ロ ボ ッ ト の各制御軸の位 置が特定 さ れ る 。
    [0023] 尚、 α ， β , ァ は ツ ー ル の姿勢を特定す る 姿勢デ ー タ で あ り 、 そ れ ぞれ以下の よ う に定義 さ れ る 。
    [0024] α ' · ' ツ ール 中心軸 T を V S 平面に投影 し て な る 軸 T ' (点線参照） と S 軸 と のなす S V 平面に お け る 角度 で あ る 。 従 っ て 、 H軸を 回転中心に α 回転 さ せ る と S 軸 は軸 Τ ' と 重な る 。
    [0025] β · · · S 軸が軸 Τ ' と か さ な る 迄 Η 軸を 回転中心軸 と し て V S 平面を 回転 さ せて な る 新平面を S ' V ' と す る と き 、 S ' H平面に おいて S ' 軸 と ツ ール 中心軸 T の な す角度で あ る 。 すなわち 、 V ' 軸を 回転中心 と し て 9 回転 さ せ る と S ' 軸はツ ー ル 中心軸 Τ と 重な る 。
    [0026] ァ · * · S ' 軸が工具中心軸 Τ と か さ な る 迄 V ' 軸 を 回転中心軸 と し て S ' Η平面を 回転さ せて な る新平面を S " Η ' と す る と き 、 S 〃 軸 （ツ ー ル 中心軸） を 中心に し たツ ール のね じ れ角で あ る 。 ただ し 、 前 己角度に お い て反時計方向 を正 と す る 。
    [0027] と こ ろ で 、 ワ ー ク 上の ツ ー ル先端 D の位置座標値 （ X γ , Z ) と 、 該位置に おけ る ワ ー ク 法線ベ ク ト ル S が与 え ら れて も 最終的な ツ ール の姿勢は決定で き な い 。 と い う のは 、 ロ ボジ トの作業内容に よ っ て は ツ ー ル 中心軸 T を法線べ ク ト ル S か ら進行方向に対し て傾け て作業し た り 、 あ る いは ツ ー ル先端を常に一定の姿勢で ワ ー ク に向 け て作業 し た り す る 必要が あ る か らで あ る 。 そ こ で 、 本 発明に お いて は前述の よ う に な ， β 、 ァ と い う ツ ール姿 勢を決定す る 3 つ の要素 （拘束条件） を導入 し て い る 。 そ し て 、 こ の 3 つ の拘束条件 （ σ , β ， y ) と ツ ール先 端位置の位置座標値 （ X , Y , Z ) と で あ ら ゆ る ツ ール 状態を特定で き 、 従っ て こ れ ら X , Υ , Z , α , β , ァ に対 し て使用す る ロ ボッ ト に応 じ た所定の処理を施せば 該ロ ボツ ト を構成す る 各制御軸の位置データ が得 られ 、. 該処理に よ り 得 ら れた位置デー タ に基づ いて各制御軸を 駆動すればツ ー ル先端は座標値 （ Χ ， Υ , Ζ ) が指示す る位置に到来 し 、 かつツ ール 中心軸は法線べ ク ト ル カ ら . a , ずれ、 し か も ツ ー ル先端は ァ ね じ れた状態に な る < 換言すれば、 X , Υ , Ζ , a , β ， ァ は使用す る ロ ボ ツ ト に応 じ て所定の処理を施 さ れ る こ と に よ り 該 ロ ボッ ト の制御軸の位置デー タ に変換 さ れ る た め 、 あ ら ゆ る ロ ボ ッ ト に通用 す る 汎用性の あ る デー タ で あ る と い え る 。
    [0028] さ て 、 原点 Ρ の ワ ー ク 座標系に お け る 座標値 （ X , Υ Ζ ) は ワ ー ク 形状を特定す る デー タ を用 いて前述の曲面 生成法に よ り 求ま る 。
    [0029] そ し て 、 拘束条件 α ， β ， ァ は後述す る よ う に ロ ボ ッ ト が実行す る 作業内容 （塗装、 ア ー ク 溶接、 ス ポ ッ ト 溶 接、 シ一 リ ン グ な ど ） と ツ ー ル形状な ど か ら定ま る 。
    [0030] 従 つ て ヮ ク W K の表面形状を特定す る デ ー タ と ッ — ル経路 Ρ Τ を特定す る デ ー タ を用 いて 、 該ツ ー ル経路 Ρ Τ に沿 っ た ワ ー ク 上の離散的な ツ ー ル先端位置 （第 1 図の黒丸で示す位置）' を順次生成すれば、 該ツ ー ル先端 位置 （ Χ ， Υ ， Ζ ) と 別に与え られ る拘束条件 α ， β , ァ と か ら汎用的な ロ ボッ ト 制御軸の位置デー タ が生成 さ れ る こ と に な る 。
    [0031] 次に 、 π ボッ ト の実行す る 作業内容に よ り 、 拘束条件 a , β , ァ がい か な る値を と る かに つ い て第 2 図、 第 3 図、 第 4 図を参照し て説明す る 。
    [0032] ( A ) 塗装作業
    [0033] 塗装作業に お いて は第 2 図に示す よ う に ツ ー ル （塗料 吐出 ノ ズ ル ） T L の中心軸 T は ワ ー ク W K (塗装面） の 法線方向に 向 く よ う に常時制御 さ れ る か ら 、 = = 0
    [0034] と な る 。 又、 塗料吐出 ノ ズ ル の形状は ノ ズ ル 中心に 関 し て 点対称で あ る 力 ら 、 該ノ ズ ル を ツ ー ル 中心軸回 り で 回 転し て も ワ ー ク に対す る状態は変化し な い 。 従 っ て 、 ァ は任意の角度で よ く 、 換言すれば ァ に つ い て は考慮す る 必要がな い （かか る 場合、 拘束条件 y は任意で あ る と い 3 ) o
    [0035] ( B ) ア ー ク 溶接作業及び シ ー リ ン グ作業
    [0036] ア ー ク 溶接作業あ る いは シ ー リ ン グ作業に お いて 、 第 3 図に示す よ う に ツ ール （ ト ーチ ） T L の中心軸 T を ヮ — ク W K (溶接面あ る い は シ ー リ ン グ面） の法線べク ト ル S に対し て常時 V S 平面で時計方向に 0 °傾け て作業を 行 う も の と すれば、
    [0037] a = — Θ ， β = Q
    [0038] と な る 。 又、 ツ ー ル先端の形状はツ ー ル 中心に関し て 点 対称で あ る か ら 、 該ツ ー ル を ツ ー ル 中心軸回 り で回転 し て も ワ ー ク に対す る状態は変化せず、 従っ て y は任意で め る 。 —
    [0039] ( c ) ス ポ ッ ト溶接
    [0040] ス ポ ッ ト 溶接作業に おいて は 、 第 4 図 （ A ) に示す よ う に ツ ー ル T L先端二股部で ワ ー ク W K を は さ む と 共に 、 二股部の電極部 P i , P2 を結ぶ直線がワ ー ク 法線方向に 向 く よ う に常時制御 さ れ る 。 今、 <2 = = ァ = 0 の と き 、 ツ ー ル T L が第 4 図 （ B ) 実線に示す状態 （初斯設 定状態） に な る も の と すれば、 同図点線に示す よ う に 、 換言すれば第 4 図 （ A ) に示す姿勢に す る た めに は 、 α = — 9 0 0 , β = 0 , ァ = 0
    [0041] と すればよ い 。
    [0042] 以上に よ り 得 ら れた汎用的な π ボッ ト 制御軸の位置デ — タ X , Υ , Ζ , a , β , ァ は使用す る ロ ボ ッ ト の タ イ プ及び そ の次元 （ ロ ボッ ト 各軸の寸法、 構成） に基づ い て 、 以下に よ り 該 ロ ボッ ト の位置デ ー タ に変換 さ れ る 。
    [0043] ま ず、 拘束条件 α ， β ， ァ を ワ ー ク 座標系に お け る方 向データ P , Q , R に変換す る 。 た だ し 、 P , Q , R は 第 5 図を参照す る と ワ ー ク 座標系に お いて次の よ う な意 味を持つ 。 すな わ ち 、 ツ ール T L の中心軸 T を + Y軸上
    [0044] ( Y 軸に一致 さ せだ状態） か ら始めて X軸回 り の右ネ ジ の進む方向に P。 回転 し 、 そ の位置で Y軸回 り に右ネ ジ の 進む方向に Q ° 回転 し 、 こ の状態で ツ ー ル 中心軸の回 り に R ° 回転 さ せた ツ ー ル状態がツ ー ル先端位置 （ X , Υ , Z ) に おけ る （ P , Q , R ) に よ り 定 ま る ツ ー ル状態で あ る 。 尚、 拘束条件 な ， β ， ァ を Ρ , Q 、 R に変換す る 変換式
    [0045] 一
    [0046] は次の通 り で あ る 。 ただ し 、 ツ ー ル進 Ϊ7べ ク ト ノレ を H ； (第 1 軸方向） 、 ツ ー ル軸ベ ク ト ル を S ； (第 3 軸方向） 、 ベ ク ト ル" ΪΪ. と S i の外積 （ * 5 ; ) を ν ; (第 2 軸方向） と す る と き 、 ツ ー ル初期状態 （第 6 図参照） に お け る座 標系 Η ; — — S i (初期設定 さ れた座標系 と い う ） は既 知で あ り 、 し か も ワ ー ク 座標系 X — Y — Z に お け る位置 決め点 P t の座標値 （ X , Y , Z ) 及び点 P i に お け る法 線ベ ク ト ル （ i ， j , k ) 、 並び に拘柬条件 （ な ， β , r ) は既知で あ る と す る 。
    [0047] (a) ま ず、 現在点 に お け る H V S 座標系を作 り 、 該 座標系を Hc — Vc— S c と す る （第 6 図参照） 。 尚、 べ ク ト ル S c は現在点 P i に お いて法線ベ ク ト ル （ i ， j , k ) 方向に ツ ー ル車由を一致 さ せた と き のツ ー ル軸べ ク ト ル で →
    [0048] あ り 、 H cは 点 P に お け る ツ ー ル進行べ ク ト ル 、 V c は べ ク ト ル Hc と S c の外積 （ HC * S C ) で あ る 。
    [0049] (b) つ いで 、 拘束条件 （ α , β , ァ ） に よ り 回転 さ せ た時の H V S 座標系を作 り 、 Ηァ な一 Vy cr— Sy なと す る 。 尚、 拘束条件 （ cr , β , 7 ) は第 7 図に示す よ う な軸回 り を制御す る 。
    [0050] → ラ さ て 、 一般に直交す る 3 つ の単位べ ク ト ル νι V2 ， V3 の 1 つの軸、 た と え ば第 3 軸 V3 を S 回転 さ せた と き の各軸べ ク ト ル Vノ 、 V 2 ' 、 V3 ' は "V/ =c o s ^XV.+ s i n^XV2 ♦ ♦ · (1)
    [0051] V-, 3 ♦. - - (2) ν2' =ν3*νχ · · '(3) と な る 。 た だ し 、 * は外積を意味す る 。 従っ て 、 （1)〜（3) 式を用 いて以下の順に ァ ， α , 回転さ せた Η V S座標 系 （ Ηァ α ？— Vycz — Sァな ） を求め る 。 すな わ ち 、 ま ず S c 軸を ァ 回転 さ せた と き の新座標系 Hァー Vァー Sァを θ = γ
    [0052] V, 2=vc
    [0053] V 3 =S C 、 と し て 、 （1)〜（3)式 よ り 求め る 。 つ いで 、 Hァ軸を α 回転 さ せた と き の新座標系 Ηァ α— Vァひ一 S y aを θ = α
    [0054] — ¾►
    [0055] V. 7
    [0056] V2=S 7
    [0057] 3=Hr
    [0058] と し て 、 （1)〜（3)式よ り 求め 、 最後に Vァな軸を / 回転 さ せ た と き の新座標系 Hy a ー Vァな — Sァ α を
    [0059] v^s r a
    [0060]
    [0061] V.„= V 7 a ' ' k と し て 、 （1)〜（3)式 よ り 求め る 。 尚、 S y a は位置決め点 P とな - ^に おけ る ツ ー ル車由べ ク ト ル なる
    [0062] 0 ， 0 , 0 ) の と き は S y a =SC り o 拘束条件が (c) つ いで 、 ス テ ツ プ（b)で求め た Hァ α 一 Vァ α /9— Sァ α 座標系を初期設定に よ る 座標系に次式
    [0063]
    [0064] を用 いて変換す る 。 尚、 マ ト リ ク ス Mは ツ ー ル の初期状 態に依存す る 。 第 8 図は ワ ー ク 座標系に お け る ツ ー ル初 期状態 と 、 H V S 座標系で のツ ー ル初期状態 と 、 マ ト リ ク ス M の関係を示す図で あ り 、 初期状態が第 6 図に示す 場合に は マ ト リ ク ス は第 8 図のケ ー ス 2 と な る 。
    [0065] (d) し 力 > る 後、 ベ ク ト ル S を S ' に一致 さ せ る ため の マ ト リ ク ス N を求め る 。 尚、 こ の マ ト リ ク ス N は以下の よ う に し て求め られ る 。
    [0066] 今、 第 9 図に示す よ う に べ ク ト ル S ' の S V . 平 面に対す る 投影べ ク ト ル を V V s S H . 平面に対す る
    [0067] —
    [0068] 投影べ ク ト ノレ を V S H と し た と き ベ ク ト ル と V S のな す角度 <9 は 、 次式
    [0069] s n. (！ s.*v、 vs l/ss (5)
    [0070] に よ り 求ま る 。 た だ し 、 · は 内積、 I I は絶対値を意 味 し 、 又 V v sは正規化べ ク ト ルで あ る 。 更に 、 （5)式に お いて は.0 ≤ Θ ≤ の場合に し か計算で き な い ので、 S； *
    [0071] ( — V -、） と S . * V Sの内積が正 （同方向） な ら ば 0 く θ ≤ π ヒ 、 負 （反方向） な ら ば一 ？T < e ≤ 0 と す る 。
    [0072] さ て 、 第 1 軸 （ H 軸） を 回転中心軸 と し て ^ だ け 回転 さ せ る た め の マ ト リ ク ス N i は次式
    [0073] で与え られ る 。 同様に 、 べ ク ト ル S ; と べ ク ト ル vSH と の な す角度を 0 ' と すれば、 第 2 軸 （ V； 軸） を 回転中心軸 ヒ て Θ ' 回転 さ せ る た め の マ ト リ ク ス ？^2は次式
    [0074] N L、 2 (7) で与え られ る 。 従 っ て 、 べ ク ト ノレ→ s ; を→ S ' に一致 さ せ る た め の マ ト リ ク ス N は次式
    [0075] N = NtXN2 (8)
    [0076] と な る 。
    [0077] —
    [0078] (e) ベ ク ト ノレ S . と S ' がー致し た と き の H車 ffl ベ ク ト ル を次式
    [0079] Η.' =Η.ΧΝ (9) よ り 求め る 。
    [0080] (f) ベ ク ト ル H ' と ベ ク ト ル H； ' のなす角度を (5)式を用いて求めれば、 こ の角度がね じ れ角 R と な る 。
    [0081] (g) 以上に よ り 、 角度 R が求ま れば、 次に ツ ー ル軸べ ク ト ル （ i t , j t , k t ) を用 いて次式
    [0082] 6= t a '1 (し S 1 * S '2 | /S 1 ♦ S 2) . (10) よ り 角度 P ， Q (第 5 図参照） を演算す る 。 た だ し 、 角 度 P は（10)式に お いて
    [0083] S 1= (0, 1， 0) , S 2= (0, j t， kt) と し た と き の で あ り 、 角度 Q は（10)式に おいて
    [0084] S¾= (0, 0, 1) , S 2= ( i t, 0, kt) と し た と き の で あ り 、 ベ ク ト ノレ S 2 は正規ィ匕 し た べ ク ト ノレ を用 い 、 又 ！ S 2 | = 0 の と き に は = 0 と す る 。 以上に よ り 、 P ， Q ， R が求ま れば X ， Y , Z , P ， Q ， R に以下の座瘭変換を施 し て使用す る ロ ボッ ト の制 御軸の位置デー タ を発生す る 。
    [0085] 尚、 ロ ボッ ト は第 1 0 図に示す よ う な 6 値の 自 由度を 有す る 、 い わ，ゆ る シ ャ ィ ン マ ン ' ァ 一 ム ( S c h e i nma n A r m) で あ る と す る 。 た だ し 、 シ ャ ィ ン マ ン · ア ー ム に お いて第 3 自 由度は播動 自 由度で 、 そ の他の 自 由度は回転 自 由度で あ り 、 6 値の リ ン ク 変数を ェ 、 Θ い s 3 , θ Α , Θ s , sで表現す る も の と す る 。 又、 床に固定 し た座標
    [0086] ( ワ ー ク 座標系） を 2。 （ X y ) で 、 ハ ン ド に固定し た座標系 を ∑ s ( 6 , y 6 , Ζ 6 ) で表現す る も の と す る 。
    [0087] さ て 、 本発明に おいて はデータ （ Χ ， Υ , Ζ , Ρ , . Q , R ) か ら ロ ボッ ト 各軸の位置データ 、 Θ θ 2 , s 3 , θ 4 , θ ε , θ 6 ) を以下の 3 つ の変換 （第 1 、 第 2 , 第 3 変換） に よ り 、
    [0088]
    [0089] 得て い る 。 た だ し 、 ベ ク ト ル ， V , W は ハ ン ド に取 り 付け られ る ツ ー ル の姿勢べ ク ト ル （ ツ ー ル座標系 （ X t ， Y t , Z t ) の基本 3 車由の ベ ク ト ル ） で あ り 、 ベ ク ト ル πΓ , は ハ ン ド姿勢ベ ク ト ル （ ハ ン ド座標系 （ X s , Υ 6 , Z s ) の基本 3 車 & の ベ ク ト ル ） で あ る 。
    [0090] (a) P ， Q , R は各軸回 り の回転角で あ る か ら 、 ッ 一 ル姿勢べ ク ト ル は次式
    [0091] (11)
    [0092] に よ り 求ま り 、 （11)式を用 いて前記第 1 の変換が可能 と な る 。 た だ し 、 上式中 ア ル フ ァ べッ ト C は添字 P , Q , R の余弦値を 、 ア ル フ ァ べ ッ ト S は添字 P , Q , R の 値 を意味 し 、 た と え ば C pは c o s Pを、 Spは s i nPを それ ぞれ意 味す る 。 s
    [0093] (b) ツ ー ル座標系 を ハ ン ド座標系に変換す る行列マ ト リ ク ス ：
    [0094] 予め 、 入力 さ れて レ、 る セ ッ テ ィ ン グ デ一 タ （ こ こ に は 、 ツ ー ル座標系 と ロ ボッ ト 座標系が平行に な っ た時の各軸 の メ ト リ ツ ク の値が入力 さ れて い る ） か ら各軸力；セ ッ テ ィ ン グ値に な っ た時の Γ。， 。， 。が計算で き る の で逆 マ ト リ ク ス （ T ) _ i を次式
    [0095] (T) _1= 。， m。， n0) (13
    [0096] に よ り 予め求めて お く 。 す る と 、
    [0097] ( , V, w) = ( , m， ) X (T)
    [0098] ( , m, η) = (u, ν, w) X (T) 1 · · ♦ (1¾
    [0099] が常に成立す る 。 すな わ ち 、 第（13)式に よ り 前述の第 2 の 変換が可能 と な る 。 尚、 シ ャ ィ ン マ ン · ア ー ム に おけ る Ό
    [0100] 前記マ ト リ ク ス T の求め方は昭和 5 1 年 7 月 1 5 日 に共 立出版株式会社 よ り 発行さ れた刊行物 " b i t 臨時増 干 ロ ボ ッ ト 1 9 7 6 年 7 月号 （ V o l , 8 ， N O .
    [0101] 8 ) 第 9 9 ペ ー ジ 〜 1 0 2 ペ ー ジ " を参照さ れた い 。
    [0102] (c) 第 1 0 図に示す シ ャ イ ン マ ン ' ア ー ム の ハ ン ド に 固定 し た座標系 （ 3c s — y 6 — z s ) の原点 O s の位置べ ク ト ル P を
    [0103]
    [0104] と すれば （ ベ ク ト ル P は ツ ー ル先端位置 よ り 求ま る ） 、 シ ャ， イ ン マ ン ' ア ー ム で は第 1 1 図 （ A ) に示す よ う に 先端部に お け る 3 値の リ ン ク の回転軸力 1 点 0 s を通る 機 構 と な っ て い る の で 、 第 1 1 図 （ B ) に示す関係 よ り 口 ボッ ト 軸の位置データ i , θ 2 , s 3 は次式 (14}
    [0105]
    [0106] で与え られ る 。 た だ し 、 n は（13)式 よ り 求ま る ハ ン ド座標 系第 2 軸 の姿勢ベ ク ト ル 、 s i , s 2 ， s 6 は リ ン ク の長さ で あ る 。 又、 他の ロ ボ、ジ ト 軸の位置データ Θ Θ Θ は 0 t ， Θ 2 , s 3が求ま れば容易に求ま る 。 従 っ て 、 第（14) 式を用 いて前記第 3 の変換が可能に な る 。
    [0107] 第 1 2 図は本発明の実施例ブ ロ ッ ク 図で あ り 、 1 1 は プ ロ セ ッ サ 、 1 2 は制御プ ロ グ ラ ム を記億す る R 0 M 、 1 3 は R A M 、 1 4 は ワ ー ク 形状及びツ ー ル経路デー タ を用 いて オ フ ラ イ ン で ツ ー ル経路に沿 っ た離散的な ヮ 一 ク 上のツ ー ル先端位置の位置べ ク ト ル P ; ( X . , Y ; , Z ; ) と 該ツ ー ル先端位置に おけ る ワ ー ク 法線べ ク ト ル S> を演算 し て 出力す る C A D シ ス テ ム 、 1 5 は C A D シ ス テ ム 1 4 に よ り 作成 さ れた位置べ ク ト ル P ; と ワ ー ク 法線 べ ク ト ル S ; を入力す る 入力装置、 1 6 は ロ ポッ ト の作業 内容やツ ー ル先端形状に基づ い た拘束条件 （姿勢デー タ ） , β , ァ そ の他のデー タ を入力す る 操作盤、 1 7 は ( Χ ，. Υ ， Ζ , a , β ， ァ ） を制御す る ロ ボ ク ト の各軸 の位置データ に変換す る た めに用 い られ る パ ラ メ ー タ を 記億す る 不揮発性メ モ リ 、 1 8 は パ ル ス 分配器、 1 9 は ロ ボ ッ ト 、 2 0 は プ ロ セ ッ サ 1 1 と ロ ボ ッ ト 1 9 閭 の デ
    [0108] — タ 授受を つか さ ど る イ ン タ フ ェ ー ス 回路 -、 2 1 はサ 一 ボ 回路で あ る 。
    [0109] 予め 、 C A D シ ス テ ム 1 4 に ワ ー ク 形状を特定す る デ — タ と ツ ー ル絰路を特定す る データ を入力 し 、 ツ ー ル経 路に沿 っ た離散的な ワ ー ク 上のツ ール先端位置の位置べ ク ト ル ( X . , Y . , Z . ) と 、 該ツ ー ル先端位置に お け る ワ ー ク 法線ベ ク ト ル S i と を演算 さ せ、 フ ロ ッ ピ 一デ イ ス ク 、 磁気バ ブ ル メ モ リ な ど の外部記憶媒体 T P M に 記億 さ せて お く 。 そ し て 、 外部記憶媒体 T P M に記憶 さ れて い る データ P , ， S ; を順次入力装置 1 5 に よ り 読み取 っ て R A M 1 3 に記億す る 。
    [0110] 又、 制御す る ロ ボッ ト が実行す る作業 （塗装、 ア ー ク 溶接、 シ ー リ ン グ 、 ス ポ ッ ト 溶接な ど ） 及びツ ー ル先端 形状を考慮し て拘束条件 α 、 β 、 y を決定し 、 こ れ ら を 操作盤 1 6 か ら入力す る と 共に 、 ツ ー ル の初期状態 （初 期設定に よ る Η ; — V ; — S i 座標系） を特定す る データ を 入力 し て R A M I 3 に記億す る 。
    [0111] 以上に よ り 、 ロ ボグ ト 制御軸の位置を特定す る ため の デー タ がすべて R A M 1 3 に記億 さ れた こ と に な る 。
    [0112] こ の伏態で操作盤 1 6 上の図示し な い起動釦を抻圧す れば、 プ ロ セ ッ ^ 1 1 は R A M .,1 3.よ り 順次位置べ ク ト ノレ P と 法線ベ ク ト ル S ； と 拘束条件 σ 、 β 、 ァ 並びに ッ — ル初期状態データ を読みだ し 、 不揮発性メ モ リ 1 7 に 記億 さ れて い る パ ラ メ 一 タ を用 いて前述の（1)〜 （14)式の演 算を実行し て 、 π ボッ ト の各制御軸の位置データ を求め 。
    [0113] 上記に よ り ロ ボッ ト の各制御軸の位置データ が得 ら れ れば、 プ ロ セ ッ サ 1 1 は こ れ ら位置デー タ を用 いて各軸 の ィ ン ク リ メ ン タ ル量を求め 、 パ ル ス分配器 1 8 に 出力 す る 。 パ ル ス分配器 1 8 は パ ル ス 分配演算を実行し て分 配パ ル ス を発生し 、 サ 一 ポ 回路 2 1 は分配パ ル ス に よ り ロ ボッ ト の各制御軸を駆動す る 。 そ し て 、 各制御軸が指 令 さ れた位置に到達すれば、 次の位置べ ク ト ル と 法線べ ク ト ル を R A M I 3 か ら読み出 し 、 以後同様に ツ ー ル を 指令 さ れた ツ ー ル経路に沿 っ て移動 さ せ る 。
    [0114] 尚 、 以上で はツ ー ル経路に沿 っ て オ フ ラ イ ン で求ま る デ ー タ （ X； , Y . , Z . , a , β ， 7 ) を順次 ロ ボッ ト 制 御装置に入力 し 、 該 π ボッ ト 制御装置に お い て該デ ー タ を制御すべ き ロ ボツ ト の軸デ ー タ に変換 し て各制御軸 を 制御す る場合で あ る が、 オ フ ラ イ ン で上記デー タ （ X ; ,
    [0115] Y . , Z . ， a , β , ァ ） を制御すべ き ロ ボッ ト の軸デ 一 タ に変換し て お き 、 該変換し て得 られた デー タ を用 いて ロ ボ ツ ト 各制御軸を制御す る よ う に構成す る こ と も で き る 。
    [0116] 又、 拘束条件 α , β ， ァ と し て は実施例に示す場合に 限 ら な い 。
    [0117] 更に 、 以上で は 、 シ ャ ィ ン マ ン · ア ー ム に つ い て デ 一 タ （ X , Y ， Z ， P ， Q , R ) か ら ロ ボッ ト の各制御軸 の位置デー タ を求め る 場合に つ いて説明 し たが、 他の構 成の ロ ボ ッ ト に つ い て も デ ー タ （ X , Y , Z , P ， Q ， R ) を用 いて ロ ボッ ト 制御軸の位置デー タ を演算す る こ と がで き 、 従 っ て制御すべ き ロ ボッ ト に応じ た変換式を π ボ 、ジ ト 制御装置に記億 さ せて お け ば よ い 。
    [0118] 以上説明 し た よ う に本発明に よ れば、 ワ ー ク 形状を特 定す る デー タ と 、 ロ ボッ ト が実行す る 作業内容に応じ た ツ ー ル姿勢を特定す る デー タ を そ れぞれ入力 し 、 ワ ー ク 彤状を特定す る デー タ を用 いて ツ ー ル先端位置の ワ ー ク 座標系に おけ る 位置 （ X , Υ , Z ) を演算し 、 又ツ ー ル 姿勢デー タ を ワ ー ク 座標系に おけ る ツ ール方向データ
    [0119] ( P , Q , R ) に変換し 、 該方向デ ー タ と ツ ー ル先端位 置を特定す る デー タ と よ り な る デー タ （ X , Y , Z , P Q , R ) を制御す る ロ ボ ッ ト の制御軸デ ー タ に変換す る よ う に構成し たか ら 、 汎用的に ロ ボッ ト 制御軸の位置デ ー タ を オ フ ラ イ ン で 、 かつ テ ィ 一 チ ン グ作業な く し て作 成で き る 。 そ し て 、 位置デー タ の う ち ツ ー ル先端位置は C A D シ ス テ ム に よ り 自動計算で き 、 し 力 >も ツ ール姿勢 は ロ ボッ ト が実行す る作業あ る い はツ ール形状な ど に よ り 一意的に決定で き る か ら 、 テ ィ ー チ ン グに よ る場合に 比べは る かに簡単に 、 し か も 危険な く し て 、 更に は面一 的に精度の よ い作業が行え る位置デ r " タ を生成す る こ と がで き る 。
    权利要求:
    Claims

    請求の範囲
    1 * ワ ー ク 形状を特定す る デー タ と 、 ロ ボッ ト が実行す る作業内容に応 じ た ツ ール姿勢を特定す る デー タ を そ れ ぞれ入力 し 、
    ワ ー ク 形状を特定す る デー タ を用 いて ツ ー ル先端の ヮ ー ク 座標系に お け る 位置を演算 し 、
    該ツ ー ル先端位置 と ツ ー ル姿勢デー タ と で ロ ボッ ト を 構成す る 各制御軸の位置を特定 し 、
    順次ツ ール経路に沿 っ て該 ロ ボツ ト の各制御軸の位置 を特定す る こ と を特徵 と す る ロ ボ ッ ト 制御軸の位置デ一 タ 生成方法。
    - 2 . ツ ー ル経路を特定す る デー タ を入力 し 、 該ツ ー ル経 路に沿 っ て π ボ ッ ト の各制御軸の位置を順次特定す る こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 1 項記載の π ボ ッ ト 制御軸 の位置デ ー タ 生成方法。
    3 * 前記ツ ー ル姿勢を特定す る デー タ は 、 ツ ー ル先端位 置に お け る ツ ー ル 中心軸の ワ ー ク 法線方向か ら のずれ を 示す角度 α , β ヒ 、 ツ ール先端のね じ れ を示すね じ れ角 ァ で あ る こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 1 項記載の ロ ボ ツ ト 制御軸の位置デ ー タ 生成方法。
    4 ♦ 前記ツ ー ル姿勢デー タ を ワ ー ク 座標系に お け る ツ ー ル方向デ ー タ （ Ρ , Q , R ) に変換し 、
    該方向デー タ と ツ ー ル先端位置 （ X , Υ , Ζ ) を特定 す る デー タ と よ り な る デー タ （ Χ ， Υ , Ζ , Ρ , Q , R ) を制御す る ロ ボ ッ ト の タ イ プ及び該 ロ ボ ッ ト の次元を待 定す る デー タ に基づ いて ロ ボッ ト 座標系に おけ る 位置デ — タ に変換す る
    こ と 特徵 と す る 請求の範囲第 3 項記載の ロ ボッ ト 制御軸 の位置デー タ 生成方法。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    JPS6198407A|1986-05-16|
    US5327057A|1994-07-05|
    EP0199821A4|1988-09-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-04-24| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1986-04-24| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1986-06-18| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985905232 Country of ref document: EP |
    1986-11-05| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985905232 Country of ref document: EP |
    1991-07-24| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985905232 Country of ref document: EP |
    1993-03-12| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1985905232 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP59/220081||1984-10-19||
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    DE19853583610| DE3583610D1|1984-10-19|1985-10-18|Verfahren zur bildung von stellungsangaben von robotersteuerungswellen.|
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