CN104972468B - 示教系统、机器人系统和示教方法 - Google Patents

示教系统、机器人系统和示教方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能容易地对机器人进行示教作业的示教系统、机器人系统和示教方法。本发明的一个实施方式涉及的示教系统具有图像生成部、起点指定部、经由点指定部及生成部。图像生成部生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合加工线的虚拟图像。起点指定部在虚拟图像上的加工线以外的位置指定起点。经由点指定部在加工线上指定经由点。生成部针对机器人生成关于从起点经由经由点沿加工线再回到经由点的路径的示教数据。

Description

示教系统、机器人系统和示教方法
技术领域
本发明涉及一种示教系统、机器人系统和示教方法。
背景技术
以往，提出了各种示教系统，其基于三维CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)数据等在显示装置上显示机器人或工件的三维模型图像，并利用该三维模型图像来生成示教数据。
当利用该示教系统，操作者能够在不使机器人或独立于机器人的外部轴等实际进行动作的状态下，生成示教数据。
此外，还提出一种示教系统，当对汽车车身等的工件进行焊接作业时，离线生成与焊接机器人或焊接机器人所保持的激光射出装置的位置或姿态有关的示教数据(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-247677号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，即使利用了上述现有的示教系统时，由于机器人的示教作业根据加工内容的不同有时会变得复杂，因此在容易地进行示教作业这一点上，还存在进一步改善的余地。
例如，当使用金属板等工件切出圆形的部件时，为了使部件的外缘变得光滑，需要在不同于圆的位置上设定射出激光的开始点。然后，需要对从所设定的开始点至上述圆形之间的路径进行机器人的示教。
这样，当应进行机器人示教的路径复杂时，由于需要对所有路径进行机器人的位置或姿态的示教，因此示教作业也变得复杂。
本发明的一个实施方式是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种能容易地对机器人进行示教作业的示教系统、机器人系统和示教方法。
为解决技术问题的方法
本发明的一个实施方式涉及的示教系统具有图像生成部、起点指定部、经由点指定部及生成部。所述图像生成部生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合加工线的虚拟图像。所述起点指定部在所述虚拟图像上的所述加工线以外的位置指定起点。所述经由点指定部在所述加工线上指定经由点。所述生成部针对所述机器人生成从所述起点经由所述经由点沿所述加工线再回到该经由点的路径的示教数据。
发明效果
采用本发明的示教系统、机器人系统和示教方法的一个实施方式，能容易地对机器人进行示教作业。
附图说明
图1是表示包含实施方式涉及的示教系统的机器人系统的整体结构的示意图。
图2是表示实施方式涉及的示教系统的结构的框图。
图3A是选择分割线的步骤的说明图。
图3B是指定经由点、加工终点及起点的步骤的说明图。
图3C是生成接近路径的步骤的说明图。
图3D是抽出示教目标点的步骤的说明图。
图4A是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之一)。
图4B是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之二)。
图4C是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之三)。
图4D是表示打孔加工后的工件形状的说明图。
图5A是选择分割线的步骤的说明图。
图5B是指定经由点、加工终点及起点的步骤的说明图。
图5C是生成接近路径的步骤的说明图。
图5D是抽出示教目标点的步骤的说明图。
图6A是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之一)。
图6B是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之二)。
图6C是生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之三)。
图6D是表示切边加工后的工件形状的说明图。
图7A是说明关于起点指定部指定的起点以外的位置的说明图(之一)。
图7B是说明关于起点指定部指定的起点以外的位置的说明图(之二)。
图7C是说明关于起点指定部指定的起点以外的位置的说明图(之三)。
图7D是表示加工线的形状的变形例的说明图。
图8是表示显示部显示的虚拟图像的一例的示意图。
图9A是表示设定切割内容的操作画面的一例的图。
图9B是表示图9A所示的操作画面的一部分的图。
图10A是表示图9A所示的操作画面的一部分的图。
图10B是表示图9A所示的操作画面的一部分的图。
图11是表示示教系统执行的处理步骤的流程图。
附图标记说明
1：机器人系统
10：示教系统
11：示教控制装置
12：显示部
13：操作部
14：任务信息DB
20：机器人控制装置
30：机器人
31：基台部
32：第一臂
33：第二臂
34：腕部
40：激光射出装置
41：激光射出口
50：定位器
51：基台部
52：负载台
60：孔
111：控制部
111a：图像生成部
111b：显示控制部
111c：操作接收部
111d：起点指定部
111e：经由点指定部
111f：示教数据生成部
111g：任务生成部
112：存储部
112a：模型信息
112b：示教点信息
120：显示窗口
121：虚拟图像区域
122：按钮
123：对话框
124、125、126：显示栏
127：光标
B：轴
E：经由点
EX1：轴
EX2：轴
F：加工终点
G：起点
H：接近路径
L：轴
Q：目标点
R：轴
S：轴
T：轴
t：基点
U：轴
V：加工线
V1、V2、V3、V4：分割线
W：工件
具体实施方式
以下，参照附图对本申请所公开的示教系统、机器人系统和示教方法的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。
另外，以下，以在显示器等显示部上显示机器人的三维模型的图解图像的示教系统为例进行说明。此外，关于所述三维模型的图解图像，在下面，有时记为“虚拟图像”。
另外，以下，以包含激光切割机器人及工件定位装置(下面记为“定位器”)的激光切割机器人系统为例进行说明，但本发明不限于激光切割机器人系统。例如激光切割机器人系统也可以替换成包含气体切割或等离子切割等能进行切割的切割机器人及定位器的切割机器人系统。此外，以下，将激光切割机器人记为“机器人”，将激光切割机器人系统记为“机器人系统”。
图1是表示包含实施方式涉及的示教系统10的机器人系统1的整体结构的示意图。
如图1所示，机器人系统1具有示教系统10、机器人控制装置20、机器人30及定位器50。另外，示教系统10具有示教控制装置11、显示部12、操作部13及任务信息DB(数据库)14。
示教控制装置11是整体控制示教系统10的控制器，并被构成为包括运算处理装置和存储装置等。另外，示教控制装置11与以显示部12为首的示教系统10的各种装置以能进行信息传递的方式连接。
另外，示教控制装置11基于操作者经由操作部13进行的操作，将包含对机器人30及定位器50的动作进行了模拟的结果的虚拟图像输出至显示部12。此外，虚拟图像中还包含具有作为被定位器50定位的机器人30的加工对象的被加工面的工件W的虚拟图像。
另外，示教控制装置11同样地基于操作者经由操作部13进行的操作，根据虚拟图像生成使机器人30及定位器50动作的任务程序，并将任务程序登记在任务信息DB14中。
显示部12是所谓的显示器等显示装置。另外，操作部13是鼠标等输入装置。此外，操作部13不一定必须被构成为硬件部件，例如，也可以是显示在触摸屏显示器上的触摸键等软件部件。
任务信息DB14是登记有使机器人30及定位器50动作的任务程序或任务程序中包含的“示教点”等、与示教有关的信息的数据库。
在此，所谓的“示教点”是指使机器人30及定位器50动作时，显示它们的各关节或旋转机构应该经由的目标位置的信息。例如该“示教点”被作为设置在对机器人30及定位器50的各轴进行驱动的伺服电机中的各编码器的脉冲值而存储。由于机器人30及定位器50基于多个示教点的信息进行动作，因此针对机器人30及定位器50的每个动作(任务)，多个示教点被相关联地存储在任务信息DB14中。
换言之，机器人30及定位器50的任务程序中包含多个示教点及各示教点之间的插补动作命令、对后面叙述的激光射出装置的动作命令等的组合信息。此外，任务信息DB14针对机器人30及定位器50的每个任务程序存储其中包含的示教点的信息。因此，例如，在使机器人30做再生动作时，基于该任务程序，使机器人30动作。
任务信息DB14与作为控制实际的机器人30及定位器50的动作的控制器的机器人控制装置20以能进行信息传递的方式连接。机器人控制装置20基于登记在该任务信息DB14中的任务程序来控制机器人30及定位器50的各种动作。
此外，在图1中，将设于示教系统10内的任务信息DB14和机器人控制装置20相互连接，但不一定必须将任务信息DB14和机器人控制装置20相互连接。
作为任务信息DB14和机器人控制装置20未相互连接的结构，是将示教系统10中生成的任务程序存储在机器人控制装置20内的规定的存储部(图示省略)中的结构。具体地说，将示教系统10中生成的任务程序复制到USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)存储器等介质中之后，将该介质与机器人控制装置20连接，通过规定的操作将任务程序保存在机器人控制装置20内的规定的存储部(图示省略)中。
此外，从易于理解说明的角度出发，在图1中示出了分体构成任务信息DB14和示教控制装置11的例子，但也可以将任务信息DB14中所存储的信息存储在示教控制装置11内部的存储部中。
机器人30具有基台部31、第一臂32、第二臂33、腕部34及激光射出装置40。基台部31被固定在地板等上，并对第一臂32的基端部以能绕轴S旋转的方式(参照图1中的箭头101)且以能绕轴L旋转的方式(参照图1中的箭头102)进行支承。
如上所述，第一臂32的基端部被支承在基台部31上，且第二臂33的基端部以能绕轴U旋转的方式被支承在第一臂32的前端部上(参照图1中的箭头103)。
如上所述，第二臂33的基端部被支承在第一臂32上，且腕部34的基端部以能绕轴B旋转的方式被支承在第二臂33的前端部上(参照图1中的箭头104)。另外，第二臂33设置为能绕轴R旋转(参照图1中的箭头105)。
如上所述，腕部34的基端部被支承在第二臂33上，且用于连结腕部34与激光射出装置40的连结部件35的基端部以能绕轴T旋转的方式被设置在腕部34的前端部上(参照图1中的箭头106)。
激光射出装置40被固定支承在连结部件35的前端部上，且具有向工件W的被加工面射出激光的激光射出口41。此外，激光射出装置40通过激光射出口41的前端喷射出用于高效地去除激光切割过程中被熔融的被加工物的气体。
定位器50具有基台部51和负载台52。基台部51被固定在地板等上，并对负载台52以能够绕轴EX1倾动的方式进行支承(参照图1中的箭头107)。
负载台52是用于承载作为加工对象的工件W的承载台，被设置为能够绕轴EX2旋转(参照图1中的箭头108)以使处于被承载状态的工件W旋转。此外，定位器50的轴EX1、EX2被作为机器人30的外部轴，通过机器人控制装置20进行控制。
此外，机器人30的各关节、定位器50所具有的旋转机构上搭载有伺服电机那样的驱动源，基于来自机器人控制装置20的动作指示，对机器人30的各关节和定位器50的旋转机构进行驱动。
另外，在实际的机器人系统1中，激光振荡器经由电缆连接在激光射出装置40上，但在图1中，对所述电缆等各种电缆和激光振荡器进行适当地省略。
接着，使用图2对实施方式涉及的示教系统10的模块结构进行说明。图2是实施方式涉及的示教系统10的框图。此外，在图2中，仅示出了说明示教系统10所需的构成要素，省略了关于一般的构成要素的记载。
另外，在使用图2的说明中，主要对示教控制装置11的内部结构进行说明，关于已经在图1中示出的显示部12、操作部13及任务信息DB14，只进行简要说明。
如图2所示，示教控制装置11具有控制部111和存储部112。控制部111具有图像生成部111a、显示控制部111b、操作接收部111c、起点指定部111d、经由点指定部111e、示教数据生成部111f及任务生成部111g。存储部112是硬盘驱动器或非易失性存储器这样的存储装置，用于存储模型信息112a及示教点信息112b。
图像生成部111a基于模型信息112a，生成包含机器人30、工件W及用于保持所述工件W的定位器50的机器人系统1的虚拟图像。模型信息112a是包含按照机器人30、工件W及定位器50的每个类别预先定义的绘图信息的信息。
另外，图像生成部111a生成包含在工件W的被加工面上设置的闭合“加工线”的虚拟图像。在此，所谓加工线是指通过激光射出装置40切割工件W时的切割线。此外，在本实施方式中，对工件W打任意形状的孔，使用孔以外的部分作为部件的“打孔切割(打孔加工)”，或者使用所述孔的部分作为部件的“切边切割(切边加工)”的情况进行说明。
因此，在本实施方式中，使用如“闭合加工线”这样的表示加工线为闭合曲线的表述。然而，对于在此所述的“闭合加工线”的含义而言，如果能切割出工件W的一部分，不需要是弯曲闭合的曲线。例如，从设有槽的工件W切割出圆形的部分时，加工线有时会被槽断开，但这种情况也称为“闭合加工线”。
另外，图像生成部111a将所生成的虚拟图像输出至显示控制部111b。显示控制部111b将从图像生成部111a接收到的虚拟图像显示在显示部12上。
操作接收部111c接收操作者通过操作部13进行的各种输入操作，根据输入操作的种类向起点指定部111d、经由点指定部111e、示教数据生成部111f及任务生成部111g输出对应操作的信号。
此外，操作接收部111c用于接收上述加工线的选择操作。在此，所谓加工线的选择操作是指从预先设定在工件W上的多个加工线中至少选择一个加工线的操作。具体地说，通过操作者使用操作部13在虚拟图像上指定所需的加工线上的点，由此来选择包含被指定的点在内的加工线。另外，在本实施方式中，说明加工线被分割为多个分割线的情况。因此，操作接收部111c结合各分割线的选择操作进行接收。此外，分割线的选择顺序用于指定使用顺时针或逆时针的加工方向、或者指定设置后面叙述的经由点的分割线。
起点指定部111d在虚拟图像的工件W上的加工线以外的位置指定作为激光射出装置40的切割开始点的起点。当起点指定部111d接收到来自操作接收部111c的指定起点的操作信号时，根据接收的操作信号来指定起点。
经由点指定部111e在虚拟图像的工件W上的加工线上指定经由点。在此，所谓经由点是指激光射出口41在加工线上最初选取的点。当经由点指定部111e接收到来自操作接收部111c的指定经由点的操作信号时，根据接收的操作信号来指定经由点。
此外，经由点指定部111e在上述加工线上指定加工终点。加工终点是指激光射出口41叠加经由点而结束对工件W加工的地点。激光射出口41通过反复切割经由点以后的路径，能够切实地从工件W切割出部件。另外，加工终点也可以与经由点为同一个点。
示教数据生成部111f在从起点经由经由点沿加工线再回到经由点的路径中抽出目标点，生成所抽出的各目标点的机器人30的示教数据。
在此，当指定了作为加工对象的加工线与位于所述加工线以外的位置的起点时，示教数据生成部111f生成作为使激光射出口41从起点接近加工线时的路径的接近路径。在此，接近路径这样生成：至少是加工线附近的加工线的切线，或是经由点附近的加工线为接近路径的切线，即，使接近路径与加工线平顺地重合。
此外，当在加工线上指定了经由点时，示教数据生成部111f生成上述接近路径，以使起点与经由点连结。另外，示教数据生成部111f针对机器人30生成示教数据，该示教数据和从起点至经由点的接近路径与经由经由点而沿加工线再回到经由点的路径有关。
这样，示教数据生成部111f自动地生成关于包含接近路径的所有路径在内的机器人30的示教数据。因此，当进行需要指定加工线以外的位置为起点的切割加工时，能使特别复杂的示教作业变得容易。此外，由于自动地生成接近路径，因此即使加工线的形状较复杂，也能省略随着接近路径的确定而进行的作业。
此外，示教数据生成部111f将生成的示教数据登记在示教点信息112b中。另外，示教数据生成部111f向图像生成部111a输出所抽出的目标点，以使图像生成部111a再生成包含目标点的工件W的虚拟图像。
此外，示教数据生成部111f通过对各目标点的激光射出装置40的位置及姿态进行逆运动学运算，以对机器人30所具有的各关节轴的示教值进行运算。
任务生成部111g在从操作接收部111c接收到用于指示任务生成的操作信号时，基于示教点信息112b，生成使实际的机器人30及定位器50动作的任务程序，并登记到任务信息DB14中。
另外，在使用图2的说明中，示出了示教控制装置11基于预先登记的模型信息112a来生成包含机器人30及定位器50的虚拟图像的例子。然而不限于此，示教控制装置11也可以从与示教控制装置11以能相互通信的方式连接的上位装置依次获取生成图像所需的信息。
接着，说明上述这样结构的示教控制装置11的一系列的具体处理。此外，在下面的说明中，适当地参照图3A～图3D、图4A～图4D、图5A～图5D及图6A～图6D进行说明。此外，为了与实际的工件W等进行区分，在图3～图6中，对表示对应图1所示的要素的虚拟图像的工件附加“’”的附图标记。
此外，下面说明的处理步骤是表示通过图像生成部111a生成包含机器人30、工件W及定位器50的机器人系统1的虚拟图像之后，示教控制装置11执行的处理步骤。
此外，若通过起点指定部111d指定的起点的位置处于由加工线包围的区域的内部时，示教控制装置11将对工件W进行打孔加工处理，若处于由加工线包围的区域的外部时，示教控制装置11将对工件W进行切边加工处理。下面首先说明打孔加工的处理步骤，接着说明切边加工的处理步骤。
为了确定加工线上机器人30的加工方向。操作者经由操作部13从虚拟图像中设在工件W的被加工面上的加工线中选择分割线，在此，使用图3A说明分割线的选择。图3A是选择分割线的步骤的说明图。
如图3A所示，本实施方式的工件W例如是长方形的金属板。在工件W’的被加工面上例如预先设定有俯视呈矩形的加工线V，该加工线V被分割为四个分割线V1～V4。
此外，图3A表示操作者最初选择分割线V1，再以分割线V2、V3及V4的顺序进行选择的情况。当采用该指定顺序时，加工方向被指定为逆时针方向。相反，当最初选择分割线V1，再以分割线V4、V3及V2的顺序进行选择时，加工方向被指定为顺时针方向。此外，最初可选择分割线V1～V4中的任一条。
通过这样的分割线的选择顺序能够容易地确定激光射出装置40在加工线V上的加工方向。
此外，当操作者最初选择分割线V1接着选择分割线V2时，将与分割线V1的加工方向呈相反方向的一端设定为基点t。在此，所谓基点t是作为用于指定分割线V1上的经由点的基准的点。此外，当操作者最初选择分割线V1接着选择分割线V4时，将与分割线V1的加工方向呈相反方向的一端设定为基点t。
此外，在图3A中，例示了俯视呈矩形的加工线V被分割为四个分割线V1～V4的情况，但分割数可以为2以上的任意数。另外，在图3A中，例示了加工线V的形状为矩形的情况，但该形状不限于矩形，例如也可以是三角形、梯形、圆形、椭圆形等。
接着，当经由点指定部111e接收来自操作接收部111c的指定经由点的操作信号后，在设在工件W’的被加工面上的加工线V上指定经由点。在此，使用图3B详细说明经由点的指定。图3B是指定经由点、加工终点及起点的操作的说明图。
如图3B所示，经由点指定部111e在图3A中最初选择的分割线V1上指定经由点E。通过指定从分割线V1的基点t至经由点E的距离来确定分割线V1上的经由点E的位置。
接着，当经由点指定部111e接收来自操作接收部111c的指定加工终点的操作信号之后，在分割线V1上指定加工终点F。在此，通过指定作为从经由点E至加工终点F的距离的叠加量来确定分割线V1上的加工终点F的位置。
接着，当起点指定部111d接收来自操作接收部111c的指定起点的操作信号之后，在加工线V以外的位置指定起点。此外，在此由于是“打孔加工”，如图3B所示，起点指定部111d在工件W’上的由加工线V包围的区域的内部指定起点G。此外，在该图中，由于加工方向被确定为逆时针，因此起点G被指定为相比经由点E更靠近基点t。即，起点G被指定为与经由点E上的激光射出装置40的加工方向呈相反方向的位置。
接着，当示教数据生成部111f接收来自操作接收部111c的生成接近路径的操作信号时，生成作为从起点G至经由点E的路径的接近路径。使用图3C说明接近路径的生成。图3C是生成接近路径的步骤的说明图。
如图3C所示，示教数据生成部111f生成使激光射出装置40从起点G出发到达经由点E的接近路径H。具体地说，接近路径H这样生成：首先生成至中途的从起点G笔直向分割线V1的路径，在靠近分割线V1时路径逐渐向与加工方向呈相同方向弯曲，并随着接近经由点E而成为平顺的路径。
即，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：使分割线V1成为作为从起点G至经由点E的路径的接近路径H中至少在经由点E附近的切线。
这样，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：使分割线V1至少成为在经由点E附近的接近路径H的切线。因此，能整齐地切割经由点E处的工件W。
另外，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：使经由点E附近的接近路径H的方向与加工线V上的激光射出装置40的加工方向为相同方向。因此，能够使激光射出装置40不停止移动动作而通过经由点E。
另外，当示教数据生成部111f接收来自操作接收部111c的抽出示教目标点的操作信号时，抽出由接近路径H与加工线V构成的加工路径的示教目标点。使用图3D详细地说明在加工路径上抽出示教目标点。图3D是抽出示教目标点的步骤的说明图。
如图3D所示，在由接近路径H与加工线V构成的加工路径上，示教数据生成部111f针对机器人30抽出示教的目标点Q。此外，在图3D中，该图所示的各箭头的前端表示目标点Q，各箭头的朝向表示激光射出装置40的姿态。
为了平稳地加工工件W，在加工线V上以一定的间隔抽出目标点Q。为了平顺地加工工件W，也可以在接近路径H上以相比加工线V较短的间隔进行抽出，越接近经由点E越使目标点Q的间隔变短。
接着，示教数据生成部111f生成关于各目标点Q的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。使用图4A～图4C说明各目标点Q的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。图4A～图4C是生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之一～之三)。
如图4A所示，示教数据生成部111f生成关于在起点G上对工件W进行打孔的穿孔加工时的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。具体地说，生成关于激光射出装置40的位置及状态的示教数据，以使激光射出口41的前端与起点G的工件W的被加工面之间的距离为能够对工件W打孔的距离d。
这样，通过将激光射出口41的前端与起点G之间的距离设为距离d，能够将穿孔加工时发生的被熔融的被加工物的飞散等抑制在局部。因此，能够防止因被加工物的飞散而损伤工件W。
接着，如图4B所示，示教数据生成部111f生成关于结束对起点G的工件W的打孔加工之后的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。具体地说，生成激光射出装置40的位置及姿态的示教数据，以使激光射出口41的前端与起点G之间的距离比距离d还短，并且为能用激光切割工件W的距离c。
另外，如图4C所示，示教数据生成部111f针对在由接近路径H与加工线V构成的加工路径中被抽出的各目标点Q(参照图3D)，生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。具体地说，生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据，以使激光射出口41的前端与各目标点Q的工件W的被加工面之间的距离为能用激光切割工件W的距离c。
根据这样生成的示教数据，激光射出口41沿由接近路径H与加工线V构成的加工路径移动而进行打孔加工，加工后的工件W的形状如图4D所示。图4D是表示打孔加工后的工件W的形状的说明图。如图4D所示，切下工件W上由加工线V包围的区域而在工件W的表面中央部形成俯视呈矩形的孔60。
接着，使用图5A～图5D说明示教控制装置11执行的切边加工的处理步骤。此外，关于与已经在上述图3A～图3D及图4A～图4D的处理说明中说明的步骤相同的步骤，简化其说明。
图5A是选择分割线V1～V4的步骤的说明图。如图5A所示，对工件W’上的加工线V，操作者例如按分割线V1、V2、V3及V4的顺序沿逆时针方向选择。
这样，加工线V上的激光射出装置40的加工方向被指定为逆时针方向。另外，在该例中，将最初选择的分割线V1的附图近端侧的端设为基点t。
接着，图5B是指定经由点E、加工终点F及起点G的步骤的说明图。如图5B所示，经由点指定部111e从最初选择的分割线V1上的基点t离开规定距离的位置上指定经由点E。
接着，如图5B所示，经由点指定部111e从最初选择的分割线V1上的经由点E、在加工方向上离开规定的距离的位置上指定加工终点F。
另外，由于在此作为“切边加工”，因此如图5B所示，起点指定部111d在工件W’上由加工线V包围的区域的外部指定起点G。具体地说，例如将起点G指定为通过经由点E及基点t的直线与工件W’的周缘的交点。
接着，图5C是生成接近路径H的步骤的说明图。如图5C所示，示教数据生成部111f生成作为从起点G至经由点E的路径的接近路径H。具体地说，例如接近路径H形成为从起点G经由基点t至经由点E的直线形的路径。
然后，如图5D所示，示教数据生成部111f在包含接近路径H与加工线V的加工路径中抽出示教的目标点Q。图5D是抽出示教的目标点Q的步骤的说明图。例如，如图5D所示，为了平稳地加工工件W，因此以相同的间隔在接近路径H上、分割线V1上及分割线V3上抽出目标点Q，并且以相同的间隔在分割线V2及分割线V4上抽出目标点Q。
接着，示教数据生成部111f生成关于各目标点Q的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。使用图6A～图6C详细地说明这一点。图6A～图6C是生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据的步骤的说明图(之一～之三)。
如图6A所示，示教数据生成部111f生成关于针对工件W进行激光切割时的起点G的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。具体地说，生成激光射出装置40的位置及姿态的示教数据，以使激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离比打孔加工时的距离d(参照图4A)还短，且为能用激光切割工件W的距离c。
另外，示教数据生成部111f生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据，其有关从基点t(参照图5D)向起点G的直线延长线上的工件W外侧的规定位置至起点G的路径，在该路径中，也将激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离设为距离c。
这样，通过激光射出口41对工件W的被加工面边保持规定的距离c，边按照从基点t向起点G的直线延长线进入起点G，能够不进行打孔加工而在起点G上容易地切割工件W。
另外，通过激光射出口41按照从经由点E向基点t的直线延长线进入基点t，能够整齐地切割分割线V1上的工件W的被加工面。
另外，如图6B及图6C所示，示教数据生成部111f生成关于在包含接近路径H与加工线V的加工路径上抽出的各目标点Q(参照图5D)的激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。具体地说，示教数据生成部111f生成关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据，以使激光射出口41的前端与各目标点Q的工件W的被加工面之间的距离为上述距离c。
根据这样生成的示教数据，激光射出口41沿由接近路径H与加工线V构成的加工路径移动而进行切边加工，加工后的工件W的形状如图6D所示。
图6D是表示切边加工后的工件Wa的形状。如图6D所示，切下工件W上由加工线V包围的区域以外的区域而形成比工件W小的俯视呈矩形的工件Wa。
此外，在上述切边加工的处理步骤中，起点指定部111d将通过经由点E及基点t的直线与工件W’的周缘的交点指定为起点G，但起点G的指定位置不限于该位置。
使用图7A～图7C详细地说明这一点。图7A～图7C是用于说明由起点指定部111d指定的起点G的其他位置的说明图(之一～之三)。此外，为了与实际的工件W等进行区分，在图7～图8中，对表示对应图1所示的要素的虚拟图像的工件也附加“’”的附图标记。
如图7A所示，起点指定部111d也可以在位于通过经由点E及基点t的直线且在工件W’的周缘内侧的位置指定起点G。此时，示教数据生成部111f生成用于在所述工件W的周缘内侧的起点G上进行穿孔加工的关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。
这样，通过起点指定部111d将起点G指定在接近基点t的位置，由于能够缩短接近路径H，因此能够减少对工件W的不需要的加工。
另外，如图7B所示，起点指定部111d也可以在位于工件W’的周缘上且与最初选择的分割线V4的延长线不相交的位置指定起点G。在图7B所示的例中，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：生成至中途的从起点G笔直朝向分割线V1的路径，该路径在分割线V1近前沿与加工方向相同方向逐渐弯曲，且越接近经由点E越平顺。此外，激光射出口41呈直线地从设于工件W的外侧的位置进入起点G(参照图6A)。
另外，如图7C所示，起点指定部111d也可以在工件W’的周缘内侧的且与最初选择的分割线V4的延长线不相交的位置指定起点G。在图7C所示的例中，示教数据生成部111f生成在起点G上用于穿孔加工的关于激光射出装置40的位置及姿态的示教数据。另外，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：该路径越从起点G接近经由点E越平顺。
在此，使用图7D说明工件W’上设定的加工线V呈圆形的情况。图7D是表示加工线V的形状的变形例的说明图。
如图7D所示，在工件W’上预先设定有俯视呈圆形的加工线V，该加工线V被分割为四个分割线V1～V4。此外，在图7D中，为了易于理解加工线V的分割位置，在各分割线V1～V4的连结部分标注有分隔线。
如上所述，经由点指定部111e在最初选择的分割线V1上指定经由点E及加工终点F。另外，在进行“切边加工”时，起点指定部111d在工件W’上由加工线V包围的区域的外部指定起点G。具体地说，在分割线V1上的经由点E的切线上指定起点G。
完成所述指定之后，示教数据生成部111f生成使激光射出装置40从起点G出发到达经由点E的接近路径H。具体地说，接近路径H被生成从起点G笔直朝向分割线V1上的经由点E的路径。
即，示教数据生成部111f这样生成接近路径H：使其为作为曲线的分割线V1的切线。
这样，由于示教数据生成部111f这样生成接近路径H：使该接近路径H的经由点E附近成为分割线V1的切线，因此能整齐地切割经由点E处的工件W。
接着，使用图8说明由图像显示部111a生成并经由显示控制部111b显示在显示部12的虚拟图像的一例。
图8是表示显示在显示部12上的虚拟图像的一例的示意图。如图8所示，包含机器人30’和定位器50’的机器人系统1的虚拟图像被显示在作为显示部12的显示区域之一的显示窗口120上。
具体而言，虚拟图像被显示在显示窗口120上的虚拟图像区域121上。另外，显示窗口120具有包含按钮122、对话框123等的GUI(Graphical User Interface：图形用户界面)窗口小部件。
此外，在虚拟图像区域121的左下方显示有正交坐标系，该正交坐标系是虚拟图像内的基准坐标系，成为水平方向和垂直方向的基准。具体地说，以平行于由基准坐标系的X轴和Y轴确定的XY平面的方向为水平方向，以平行于基准坐标系的Z轴的方向为垂直方向。
操作者通过操作该GUI窗口小部件或虚拟图像上的能操作的部件(例如，设定于工件W’上的加工线V)，进行针对示教系统10的指示操作。
示教系统10能按照经由操作部13的操作者的指示操作，驱动显示部12上的作为虚拟图像的机器人30’的各关节及定位器50’的旋转机构，或者变更从哪个方向看虚拟图像的状态下进行显示的视点及对显示进行放大/缩小。
另外，还能通过逆运动学运算来求出激光射出口41’到达虚拟图像内的特定点的机器人30’的各关节位置，生成并显示到达特定点的状态的机器人30’的虚拟图像。
另外，还能按照操作者的指示操作，读取登记在任务信息DB14中的示教点、任务程序，显示到达特定的示教点的状态的机器人30’及定位器50’，或者将基于任务程序的机器人30’及定位器50’的一系列动作在显示部12上再现。
接着，使用图9A～图10B说明在显示部12显示的画面中，操作者具体对工件W进行的加工方法的确定操作和加工条件的确定操作等。图9A是表示设定切割内容的操作画面的一例的图。图9B、图10A及图10B是表示图9A所示的操作画面的一部分的图。
如图9A所示，当操作者确定加工方法时，通过光标127选择对话框123上显示的“打孔切割”或者“切边切割”。
当操作者选择了“打孔切割”时，在对话框123上同时显示在表面上设定有闭合加工线V的工件W与在表面中央部上形成有孔60的工件W。这样，通过同时显示加工前的工件W与加工后的工件W，操作者能通过视觉确认所选择的“打孔切割”。
另外，当选择“打孔切割”时，起点指定部111d在对话框123上显示将工件W上由加工线V包围的区域的内部作为起点G的候选区域的内容。具体地说，对在对话框123上显示的加工前的工件W上由加工线V包围的区域的内部例如涂色，将经过涂色的区域作为起点G的候选区域而显示。
另外，当选择“切边切割”时，起点指定部111d在对话框123上显示将工件W上由加工线V包围的区域的外部作为起点G的候选区域的内容。具体地说，对在对话框123上显示的加工前的工件W上由加工线V包围的区域的外部例如涂色，将经过涂色的区域作为起点G的候选区域而显示。
这样，通过对在对话框123上显示的加工前的工件W上由加工线V包围的区域的内部或者外部涂色，操作者能够容易且迅速地确认起点G的候选区域。
确定了加工方法之后，操作者进行作为加工条件的确定操作的接近路径H的设定。具体地说，如图9A所示，操作者通过光标127选择在对话框123上显示的“直线+圆弧”或者“直线”。
当操作者选择了“直线+圆弧”时，在对话框123的显示栏124上显示加工线V的一部分与接近路径H。在图9B中，表示当选择了“直线+圆弧”时的显示栏124上显示的接近路径H的具体形状。
在此，如图9B所示，从起点G连结经由点E的接近路径H具有：从起点G垂直于加工线V的直线部H1、以及从直线部H1的一端向经由点E呈弧线形状的圆弧部H2。
通过向图9A所示的对话框123的“直线长I”的输入栏输入任意的数值来确定直线部H1的长I。另外，同样通过向对话框123的“圆弧半径r”及“圆弧角度θ”的输入栏输入任意的数值来确定圆弧部H2的圆弧长。
因此，操作者通过进行向“直线长I”、“圆弧半径r”及“圆弧角度θ”的各输入栏输入任意数值这样的简单操作，能够容易地生成从起点G连结经由点E的平顺的接近路径H。
另外，当选择了“直线+圆弧”时，接着操作者进行作为加工条件的确定操作的接近方向的设定。具体地说，操作者通过光标127选择在图9A所示的对话框123上显示的“+X侧”或者“－X侧”。
在此，当操作者选择了“+X侧”时，在对话框123的显示栏125上显示接近路径H向经由点E的接近方向。图10A表示当选择了“+X侧”时，在显示栏125上显示的接近路径H向经由点E的接近方向。
如图10A所示，在显示栏125上，将在加工线V上指定的经由点E确定为原点O。另外，在显示栏125的左下方显示用于确定接近路径H向经由点E的接近方向的XY坐标系。通过选择“+X侧”，将从位于加工线V的上侧区域的起点G向经由点E的方向作为接近方向来确定接近路径H。
另外，如图10A所示，当操作员选择了“－X侧”时，将从位于加工线V的下侧区域的起点G’向经由点E的方向作为接近方向来确定接近路径H’。
因此，操作者通过进行使用光标127选择在对话框123上显示的“+X侧”或者“－X侧”这样的简单操作，能容易地设定接近路径H向经由点E的接近方向。
操作者像这样确定了接近方向之后，进行作为加工条件的确定操作的工具高度调整的设定。具体地说，操作者向图9A所示的对话框123上显示的“穿孔加工点O”、“圆弧起点M”及“圆弧中间点N”的各输入栏输入任意的数值。由此，能分别设定接近路径H的各点的激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离。
在图10B中，由线条图来显示显示栏126上表示的各点的激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离。如图10B所示，在接近路径H上设定：起点G上进行穿孔加工的位置的点O、直线部H1与圆弧部H2的连接位置的点M、圆弧部H2的顺长方向的中间位置的点N。
操作者能通过在对话框123的“穿孔加工点O”、“圆弧起点M”及“圆弧中间点N”的各输入栏输入任意的数值，来分别设定这些点O、M、N的激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离o、m、n。此外，图10B所示的“K”是激光射出口41以接近路径H上设定的高度进行移动时的轨迹。
因此，操作者通过进行在“穿孔加工点O”、“圆弧起点M”及“圆弧中间点N”的各输入栏输入任意的数值这样的简单操作，能容易地设定接近路径H的激光射出口41的前端与工件W的被加工面之间的距离o、m、n。
此外，由于操作者按“穿孔加工点O”、“圆弧起点M”及“圆弧中间点N”的顺序减小输入的数值，因此激光射出口41能从垂直于工件W的被加工面的方向逐渐接近经由点E。由此，能顺利地切割工件W。
另外，当操作者选择了“切边切割”时，能够通过光标127选择在对话框123上显示的“有穿孔加工”。
此外，当操作者仅选择了“切边切割”而未选择“有穿孔加工”时，激光射出口41从工件W的外侧的位置进入工件W的周缘上指定的起点G。另外，当操作者还选择了“有穿孔加工”时，在工件W上由加工线V包围的区域的外部及工件W的内侧指定起点G。
接着，参照图11说明由本实施方式涉及的示教系统10的控制部111执行的处理。图11是表示示教系统10执行的处理步骤的流程图。
如图11所示，首先，控制部111从虚拟图像的设在工件W(工件W’)的被加工面上的闭合加工线V中选择分割线V1～V4(步骤S101)。接着，控制部111在虚拟图像的工件W(工件W’)的加工线V上指定经由点E(步骤S102)。
完成所述指定之后，控制部111在虚拟图像的工件W(工件W’)的加工线V上指定加工终点F(步骤S103)。然后，控制部111在虚拟图像的工件W(工件W’)的被加工面上的加工线V以外的位置指定起点G(步骤S104)。
完成所述指定之后，控制部111生成作为从起点G至经由点E的路径的接近路径H(步骤S105)。然后，控制部111在由接近路径H与加工线V构成的加工路径上抽出针对机器人30的示教的目标点Q(步骤S106)。
然后，控制部111生成关于各目标点Q的机器人30的位置及姿态的示教数据(步骤S107)。
此外，在上述示教系统10执行的处理步骤中，示出了在工件W’的加工线V上指定经由点E后在工件W’的加工线V以外的位置指定起点G的步骤，但不限于该步骤。作为其他步骤，也可在工件W’的加工线V以外的位置指定起点G后在工件W’的加工线V上指定经由点E。
如上所述，实施方式涉及的示教系统及机器人系统具有图像生成部、起点指定部、经由点指定部与示教数据生成部。
上述图像生成部生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合加工线的虚拟图像。上述起点指定部在上述虚拟图像上的上述加工线以外的位置指定起点。
上述经由点指定部在上述加工线上指定经由点。上述示教数据生成部针对上述机器人生成关于从上述起点经由上述经由点沿上述加工线再回到该经由点的路径的示教数据。
另外，如上所述，实施方式涉及的示教方法中包含生成虚拟图像的工序、指定起点的工序、指定经由点的工序与生成示教数据的工序。
图像生成工序生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合加工线的虚拟图像。起点指定工序在虚拟图像上的加工线以外的位置指定起点。经由点指定工序在加工线上指定经由点。生成工序针对机器人生成关于从起点经由经由点沿加工线再回到经由点的路径的示教数据。
因此，采用本实施方式涉及的示教系统、机器人系统和示教方法，能容易地对机器人进行示教作业。
此外，在上述实施方式中，例举了工件的被加工面为平面，针对平面生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据的情况，但不限于此。例如，工件的被加工面也可以为曲面，并能同样地针对曲面生成关于激光射出装置的位置及姿态的示教数据。
另外，在上述实施方式中，例示了机器人是六轴单臂机器人，然而并不限定轴数、臂数。
另外，在上述实施方式中，例举了操作员主要将鼠标用作操作部，操作员通过该鼠标进行输入操作等情况，但不限于此。例如也可以由所谓的多点触控的触摸屏等构成显示部，包含对该触摸屏的多点触控操作。
对于本领域的技术人员而言，还可以得出进一步的效果以及其他变形例。因而，本发明的范围并不限于上面详细说明的特定的、具有代表性的实施方式。所以在不脱离权利要求书及其等同物所定义的发明的总括性精神或者范围内，可以进行各种变更。

Claims (8)

1.一种示教系统，其特征在于，具有:
图像生成部，其生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合的加工线的虚拟图像；
起点指定部，其在所述虚拟图像上的所述加工线以外的位置指定起点；
经由点指定部，其在所述加工线上指定经由点；以及
生成部，其针对所述机器人生成关于从所述起点经由所述经由点沿所述加工线再回到该经由点的路径的示教数据，
所述加工线被分割为多个分割线，
所述经由点指定部将从在邻接的所述分割线中最初选择的分割线朝向接着选择的分割线的方向，确定为所述加工线上的所述机器人的加工方向，并在所述分割线上指定所述经由点，
所述起点指定部相对于被指定在所述分割线上的所述经由点而将所述起点指定在所述加工方向相反侧的位置上，
所述生成部生成从所述起点至被指定在所述分割线上的所述经由点向所述加工线靠近的路径。
2.根据权利要求1所述的示教系统，其特征在于，
在所述机器人的多关节臂的前端具有激光射出装置，
所述生成部生成所述机器人通过所述激光射出装置对所述工件进行加工时的所述示教数据。
3.根据权利要求1所述的示教系统，其特征在于，
当指定对所述工件进行打孔加工时，所述起点指定部提示将由所述加工线包围的区域的内部作为所述起点的候选区域，当指定对所述工件进行切边加工时，所述起点指定部提示将所述区域的外部作为所述起点的候选区域。
4.根据权利要求2所述的示教系统，其特征在于，
当在所述工件上指定了所述起点时，所述起点指定部将该起点的加工设定为在固定激光射出位置不变的状态下对所述工件进行打孔的穿孔加工。
5.根据权利要求1所述的示教系统，其特征在于，
所述生成部如下生成所述示教数据：在作为从所述起点至所述经由点的路径的接近路径中，至少使该经由点附近与所述经由点附近的所述加工线之间的关系呈一方为另一方的切线的关系。
6.根据权利要求5所述的示教系统，其特征在于，
所述生成部如下生成所述示教数据：使在所述经由点附近的所述接近路径的朝向与所述加工线上的所述机器人的加工方向为相同朝向。
7.一种机器人系统，其特征在于，
根据由权利要求1～6中任一项所述的示教系统生成的所述示教数据加工所述工件。
8.一种示教方法，其特征在于，包含:
生成包含设在作为机器人的加工对象的工件上的闭合的加工线的虚拟图像；
在所述虚拟图像上的所述加工线以外的位置指定起点；
将所述加工线分割为多个分割线；
将从在邻接的所述分割线中最初选择的分割线朝向接着选择的分割线的方向，确定为所述加工线上的所述机器人的加工方向；
在所述分割线上指定经由点；
相对于被指定在所述分割线上的所述经由点而将所述起点指定在所述加工方向相反侧的位置上；以及
针对所述机器人生成关于从所述起点至被指定在所述分割线上的所述经由点向所述加工线靠近的路径和经由所述经由点沿所述加工线再回到该经由点的路径的示教数据。
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