JP2000190264A - 産業用ロボットの教示方法および教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフラインティーチングの作業効率の向上し
た産業用ロボットの教示方法および教示装置を提供す
る。 【解決手段】 教示装置１は、ティーチングレス機能８
およびオフラインティーチング機能９を備える。作業対
象物の３次元形状情報が格納された３次元ＣＡＤファイ
ル２に基づいて溶接線を抽出し、各溶接線に対しティー
チングレス機能８が選択された溶接線に対して作業動作
経路を自動生成し、全体経路シュミレーション機能１０
で干渉が生じる作業線に対してはオフラインティーチン
グ機能９を用いて作業動作経路の修正を行う。このよう
にして作成したロボットの作業動作経路をフロッピー
（登録商標）ディスク３などに記録して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの教示方
法として、作業対象物の３次元ＣＡＤ情報に基づいて教
示作業を行う産業用ロボットの教示方法および教示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接、溶断、塗装、研磨など、工具を予
め定める作業線に沿って移動させて作業を行う産業用ロ
ボットでは、ロボットの教示方法として生産ラインを停
止させることなくロボットの動作データを作成するオフ
ライン教示方法がある。

【０００３】このようなオフライン教示方法としてたと
えば「ロボットのオフライン教示システム」（特開昭６
２−２６９２０５）、「ロボットのオフライン教示シス
テム」（特開昭６２−２７４４０４）などがある。これ
らは、ロボット、ワークおよび作業環境などの３次元幾
何モデルをコンピュータ内部に構築し、ＣＲＴに表示さ
れたこれらのモデルをマウスやキーボードなどを使用し
て動作させ教示するもので、パソコンやＥＷＳによる各
種システムが実用化されている。

【０００４】この方法の場合、作業を行うロボットの動
作データを順次入力する必要があり、オペレータの入力
量が膨大となり、そのため、効率が悪いばかりでなく、
入力ミスや誤操作を招くという問題がある。

【０００５】現状のオフライン教示システムを機能強化
し、作業対象物に対するティーチング作業をＣＡＤデー
タと対応付けて登録／編集を行う方法が、「ＣＡＤデー
タ利用オフラインティーチング方法及びそのシステム」
（特開平８−２８６７２２）に開示されている。この公
報では、同種の対象物に対しては登録した教示データの
名前もしくはＩＤコードを入力するだけで教示作業を簡
略化する方法が提案されている。

【０００６】この方法の場合、同種の対象物に対しては
オペレータが識別ＩＤを指定するだけで再利用すること
ができるが、最初に必ずオフライン教示作業が必要であ
り、多品種少量生産の対象物の場合には教示作業による
修正が発生するため効率が悪い。

【０００７】現状がある程度規格化されたワークを対象
として、適用範囲を限定した専用システムにより対象ワ
ークの特長を入力するだけで、ロボットの動作データを
作成する専用ティーチングレス方法が「鋼管鉄塔溶接ロ
ボットの自動プログラミング」（ロボット１９９６．
５）、「ティーチレスロボット」（溶接学会誌 第６２
巻１号）で提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、形状が
規格化されないワークを対象とする場合には、専用ティ
ーチングレスシステムは採用できない。

【０００９】またティーチングレス方式を規格化されて
いないワークに適用した場合、部分的には作業動作を教
示することができるが、残りの多くは生産ラインで実際
にロボットを動かしてオンライン教示することになり、
教示作業の効率が悪くなってしまう。

【００１０】ティーチングレス方式で教示できない部分
は工具の姿勢を変更するなどして工具とワークとの干渉
を避けて作業可能となる場合が多い。したがって、干渉
発生箇所で工具の姿勢を変更して干渉の生じない工具の
姿勢を求めるアルゴリズムを適用するティーチングレス
方式も考えられるが、このようなアルゴリズムは干渉発
生毎に姿勢を少しずつ変更して干渉が発生しないか否か
を検証しなければならず、膨大な計算量を必要とし、最
終的に全ての作業動作経路を求めるのに長時間を必要と
し、多品種少量生産の場合に適用するには効率が非常に
悪くなってしまう。

【００１１】本発明の目的はオフライン教示作業を効率
よく行うことができる産業用ロボットの教示方法および
教示装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、産業用ロボッ
トのアームの手首に装着された工具の作業端を、作業対
象物の作業線に沿って移動させて作業するときのロボッ
トの動作を教示する産業用ロボットの教示方法において
作業対象物の全ての作業線に対し、第１教示方法または
第２教示方法のいずれかを選択する教示方法選択ステッ
プと、教示方法選択ステップで第１教示方法が選択され
た作業線に対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物
の３次元情報に基づき、工具を予め定める姿勢で、作業
端を作業線に沿って移動させて作業させるときのロボッ
トの作業動作経路を生成する第１教示ステップと、教示
方法選択ステップで第２教示方法が選択された作業線に
対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物の３次元情
報およびオペレータからの入力に基づいて、工具の作業
端を作業線に沿って移動させて作業するときのロボット
の作業動作経路を作成する第２教示ステップとを含むこ
とを特徴とする産業用ロボットの教示方法である。

【００１３】本発明に従えば、３次元情報に基づいてロ
ボットの作業動作経路を自動的に生成するティーチング
レス方式である第１教示ステップと、オペレータが作業
動作経路を入力する通常のオフラインティーチング方式
である第２教示ステップとを含むので、作業対象物のう
ち、ティーチングレス方式を適用できる作業線に対して
は第１教示ステップで作業動作経路を自動生成し、ティ
ーチングレス方式を採用できない作業線に対してはオペ
レータによって教示を行う。これによって、ティーチン
グレス方式を採用できない作業線が多く存在する作業対
象物であってもティーチングレス方式とオフライン教示
とを組合わせることによってオンライン教示を行う作業
領域を可及的に低減することができるとともに、オフラ
イン教示でのオペレータによる手動作業を低減し、教示
作業を効率よく行うことができる。

【００１４】請求項２記載の本発明は、第１および第２
教示ステップで作成された各作業線の作業動作経路に対
し、作業線の始端に工具を進入させるときの進入動作経
路、および作業線の終端から退避させるときの退避動作
経路を含む各作業線毎のロボットの一連の作業動作経路
を作成し、作業対象物の３次元情報に基づき、一連の作
業動作経路でロボットおよび工具が作業対象物と干渉が
生じるか否かを判断する干渉判断ステップを含むことを
特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、一連の作業経路で干渉が
発生するか否かを判断する干渉判断ステップが設けられ
るので、干渉判断ステップで干渉が発生すると判断した
場合には、オペレータがたとえば表示画面上に３次元で
表示される干渉状態に基づいてロボットおよび工具の姿
勢を変更して干渉を避ける作業動作経路を作成すること
ができる。このようにして可能な限りオフライン教示を
行い、オンライン教示を可及的に低減させることができ
る。

【００１６】請求項３記載の本発明の前記第１教示ステ
ップは、作業線上に間隔をあけて複数のチェック点を設
定するチェック点設定ステップと、予め定める姿勢で工
具の作業端がチェック点に存在するときにロボットおよ
び工具が作業対象物と干渉するか否かを判断するチェッ
ク点干渉判断ステップと、干渉が生じない隣接するチェ
ック点を連ねた部分作業線を設定する部分作業線設定ス
テップとを有する作業可能箇所判定ステップとを含むこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、作業線上に複数のチェッ
ク点を設定し、干渉が生じないチェック点を連ねた部分
作業線を設定する。これによって、干渉が生じる作業線
であっても干渉が生じない範囲を自動的に設定して作業
動作経路を作成することができる。

【００１８】請求項４記載の前記産業用ロボットは、前
記作業線に沿って溶接を行い、終端検知機能を有するロ
ボットであり、全ての作業線に対して、溶接方向毎に、
その作業線の溶接作業に必要な時間、タッチセンシング
に必要な時間、その作業線の始端への進入時間、および
作業線の終端からの退避時間の総和を個別に算出する溶
接時間算出ステップと、各作業線を溶接する順序、およ
び溶接方向についての全ての組合せからなる解から、予
め定める制約条件を満たさない解を除外する解除外ステ
ップと、解除外ステップで除外されない解に対し、溶接
時間算出ステップで算出されている時間と作業線間の移
動に要する時間とを合計して、合計時間がほぼ最短とな
る解を選択する解選択ステップとを有する作業順序計画
ステップを含むことを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、溶接時間算出段階で、同
一の対象物に対する全ての部材の溶接箇所について、溶
接方向毎にその部材の溶接に必要な時間、タッチセンシ
ングに必要な時間、進入時間および退避時間の総和を個
別に算出する。予め定める制約条件を満たさない溶接箇
所の順序および溶接方向の組合せである解は、解除外段
階で除外される。これによって解選択段階で溶接時間算
出段階において算出されている時間と部材間の移動に要
する時間とを合計して比較する対象を絞ることができ、
選択の対象となる解の範囲を狭めてほぼ最適な解を得る
までに要する時間を短縮することができる。

【００２０】請求項５記載の本発明は、産業用ロボット
のアームの手首に装着された工具の作業端を、作業対象
物の作業線に沿って移動させて作業するときのロボット
の動作を教示する産業用ロボットの教示装置において作
業対象物の全ての作業線に対し、第１教示方法または第
２教示方法のいずれかを選択する教示方法選択手段と、
教示方法選択手段で第１教示方法が選択された作業線に
対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物の３次元情
報に基づき、工具を予め定める姿勢で、作業端を作業線
に沿って移動させて作業するときのロボットの作業動作
経路を生成する第１教示手段と、教示方法選択手段で第
２教示方法が選択された作業線に対し、オペレータから
の入力に基づいて工具の作業端を作業線に沿って移動さ
せて作業するときのロボットの作業動作経路を作成する
第２教示手段とを含むことを特徴とする産業用ロボット
の教示装置である。

【００２１】本発明に従えば、ティーチングレス方式を
行う第１教示手段とオペレータの入力に基づいて教示す
る通常のオフライン教示を行う第２教示手段とを用いる
ことによって、オフライン教示の作業効率を向上するこ
とができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある産業用ロボットの教示装置１の構成を示すブロック
図である。産業用ロボットは、たとえば６軸多関節ロボ
ットであり、工具としてアーク溶接用トーチを用いて自
動溶接を行うものとする。このような産業用ロボットに
教示装置１を用いてオフライン教示を行う。

【００２３】教示装置１は、作業対象物であるワークの
３次元形状の情報を有する３次元ＣＡＤファイルに基づ
き、ワークの溶接線に沿って溶接するときのロボットの
作業動作プログラムであるＮＣ情報を作成し、最終的に
作成されたＮＣ情報をフロッピーディスク３などの記録
媒体に記録して出力する。

【００２４】教示装置１は、ＣＡＤ情報読込み機能５，
溶接線抽出／分割機能６，溶接線編集機能７，ティーチ
ングレス機能８，オフラインティーチング機能９，全体
経路シミュレーション機能１０，溶接順序計画機能１
１，ＮＣ情報出力機能１２を有し、前記ティーチングレ
ス機能８は溶接姿勢決定機能１３および溶接可能箇所判
定機能１４を有し、前記オフラインティーチング機能９
は溶接線追加機能１５およびオフライン教示機能１６を
有する。ティーチングレス機能８は、３次元ＣＡＤファ
イル２に基づいてロボットの作業動作経路を自動生成す
る機能であり、オフラインティーチング機能９は、たと
えばＣＲＴディスプレイなどの表示手段とキーボードお
よびマウスなどの入力手段とを用いてオペレータによっ
て溶接線追加作業およびオフライン教示作業を行う。こ
のように本発明の教示装置１ではティーチングレス方式
とオフラインティーチング方式との両方を用いてロボッ
トの作業動作経路の教示作業をオフラインで行うことが
できる。次に教示装置１の各機能について説明する。

【００２５】ＣＡＤ情報読込み機能５は、３次元ＣＡＤ
情報を読込む機能で、３次元ＣＡＤから出力されるＤＸ
Ｆ，ＩＧＥＳまたはＶＲＭＬファイル形式などのＣＡＤ
ファイルを読込む。ＣＡＤ情報には、作業対象物の３次
元形状情報が格納されるが、作業線である溶接線の３次
元情報が含まれる場合もある。

【００２６】図２は、溶接線抽出／分割機能６の溶接線
抽出機能を説明するための斜視図であり、図３は溶接線
分割機能を説明するための平面図である。溶接線抽出／
分割機能６は、３次元情報として示される溶接線などの
作業線情報がＣＡＤ情報に含まれない場合に、ＣＡＤ情
報読込み機能５からの３次元ＣＡＤ情報から溶接線を抽
出する機能であり、図２で示すように部材同士が接続を
する稜線を抽出する。このとき、部材の板厚などの情報
に基づいて溶接条件についても自動設定される。

【００２７】分割機能は、抽出した溶接線およびＣＡＤ
情報として含まれる溶接線に対して、図３に示すように
部材同士の突き合わせにより分断される溶接線を分割す
る。すなわち、図３に示されるように主板２０に対して
部材２１を突き合わせて溶接する際、部材２１の溶接線
を分割すると同時に部材２１の主板２０からはみ出る部
分２２，２３に対しては溶接しないように溶接線を処理
することである。

【００２８】図４は、溶接線編集画面を示す図である。
溶接線編集機能７では、表示手段に図４に示されるよう
な溶接線編集画面を表示し、ＣＡＤ情報読込み機能５も
しくは溶接線抽出／分割機能６により設定された溶接線
に対し、ティーチングレス方法またはオフラインティー
チング方法のいずれの教示方法かを選択し、さらに脚
長、始終端の残し量、始終端のタッチセンシング方法、
溶接運棒方法、溶接線の始端に溶接トーチを進入させる
ときのアプローチ方法、溶接線の終端から溶接トーチを
退避させるときのデパート方法などの溶接線の属性を編
集する機能である。これらは予めオペレータによって設
定しておき、ＣＡＤ情報から判断できるものに関しては
「自動」と入力して自動的に設定するようにしてもよ
い。また、教示方法は、初期設定としてティーチングレ
ス方法を選択しておき、全体経路シミュレーション機能
１１の干渉チェックで干渉が生じると判断された溶接線
に対して教示方法をオフラインティーチング方法に変更
するようにしてもよい。

【００２９】図５は、溶接姿勢を説明するための斜視図
である。溶接姿勢決定機能７は、溶接される部材を構成
する面の法線方向、部材端部における他部材との接続関
係、たとえば溶接線端部が開空間となっているか否かな
どＣＡＤ情報からトーチ回転角、トーチ前進／後退角お
よびトーチ迎角など溶接するための溶接トーチの位置姿
勢を決定する機能である。

【００３０】図６は、溶接可能箇所判定機能１４を示す
フローチャートである。まず、ステップａ１において、
溶接線編集機能７でティーチングレス方法が選択された
溶接線に対して溶接線上に等間隔にチェック点を設定す
る。チェック点の設定は、溶接線の編集機能７で選択さ
れた溶接線全てに対して行ってもよく、予めシミュレー
ションによる干渉チェックによって判断された、干渉の
生じる溶接線に対してのみ行ってもよい。

【００３１】図７は、チェック点の間隔を説明するため
の図である。チェック点の間隔ΔＬはロボットや溶接ト
ーチ２３、対象ワークの形状、および動作方向から定め
られる値であり、溶接トーチ２３を、溶接姿勢決定機能
１３で決定された予め定める姿勢で溶接線に沿って移動
させる場合に対象ワークとの干渉が発生しないことを検
証できる最大の値に設定される。干渉の発生は図に示さ
れるように溶接トーチ２３の先端のノズルが障害となる
部材４０に接触する場合である。このような干渉発生を
検証するためには間隔ΔＬは溶接トーチ２３の先端のノ
ズルの外径をＤとし、溶接線に沿う障害となる部材４０
の長さをＷとすると、 Ｄ／２＜ΔＬ≦Ｄ＋Ｗ となる。干渉が発生する直前まで溶接作業を行うために
は、チェック点の間隔ΔＬが小さい方が好ましいが、そ
の場合には計算量が増大し、作業経路作成に長時間を費
やしてしまう。したがって、本実施形態では上述したよ
うに干渉が発生しないことを検証できる最大の値とし
て、ΔＬ＝Ｄ＋Ｗに選ぶ。

【００３２】次にステップａ２において、ロボットのア
ームおよび溶接トーチ２３が予め定める姿勢で溶接トー
チ２３の先端がチェック点に存在するとき、干渉するか
否かを判断する。作業時の溶接トーチ２３および多関節
型ロボットの基本姿勢は溶接姿勢決定機能１３で決定さ
れており、これに基づいて各チェック点におけるロボッ
トおよび溶接トーチ２３の姿勢を決定し、シミュレーシ
ョンによりその点において干渉が発生するか否かをチェ
ックする。干渉チェックの方法としては、たとえば論文
（「マニピュレータの障害物回避」尾崎弘明著、日本ロ
ボット学会誌、Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．６（December １９
８４））に開示される方法が適用される。この方法で
は、２つの物体が直方体であることを前提として、交差
の有無を調べ、干渉の可能性があれば、その直方体を逐
次分割してチェックする方法である。

【００３３】また、他の干渉チェック方法とし特開昭６
２−４３７０６号、特開平１−１７３２０５号に開示さ
れる方法がある。この方法では、ロボットの各アームを
球および直方体または多面体でそれぞれ近似して干渉チ
ェックを行う方法である。

【００３４】このようにして各チェック点で干渉するか
否かを順次判断し、干渉するチェック点はステップａ３
において干渉発生を記録し、干渉しないチェック点に関
してはステップａ４において干渉なしを記録する。

【００３５】ステップａ５ではステップａ１において設
定したすべてのチェック点で干渉チェックを行ったか否
かを判断し、干渉チェックが行われていないチェック点
が存在する場合にはステップａ２に戻り、すべてのチェ
ック点での干渉の有無を判断した場合にはステップａ６
に進む。

【００３６】ステップａ６ではステップａ４で記録され
た干渉が生じない隣接するチェック点を連ねた部分作業
線を設定する。

【００３７】ここで、直線状の溶接線を有する対象ワー
ク５０を例として、部分作業経路の作成手順について具
体的に説明する。図８は、溶接対象ワーク５０を示す斜
視図であり、図９はその平面図である。対象ワーク５０
は主板５１上に板状の部材５２〜５４が立った状態で不
規則に配置されており、さらに部材５２には板状の部材
５５が垂直に取付けられている。ここで、主板５１と部
材５２との間の溶接線ＰＱを溶接ロボットによって溶接
するとする。

【００３８】溶接線ＰＱを施工する際には、部材５３，
５４，５５が障害となって連続的に溶接を行うことがで
きない。したがって可能な限り溶接を行い、干渉が発生
する個所については、ティーチングレス方法での教示は
諦めることとして対処する。

【００３９】まず、図９に示されるように、溶接すべき
溶接線ＰＱ上に、始端Ｐから終端Ｑに等間隔ΔＬでチェ
ック点を設定する。図９において丸印で示す参照符Ｍ１
〜Ｍ１５がチェック点である。

【００４０】続いて、すべてのチェック点についてロボ
ット動作姿勢をシミュレートし、干渉が発生するか否か
をチェックする。すなわち、図９の平面図で示されるよ
うに、たとえば部材５３によってチェック点Ｍ１では干
渉が発生し、部材５４は部材５２に対して斜めに配置さ
れるので、チェック点Ｍ５，Ｍ６では溶接トーチ２３も
しくは多関節型ロボットが部材５４に干渉してしまう。
また、部材５２に取付けられる部材５５は、図８の斜視
図で示されるように溶接線ＰＱの終端Ｑに向かうにつれ
て上方となるように斜めに取付けられているので、チェ
ック点Ｍ１０〜Ｍ１２では溶接トーチ２３もしくはロボ
ットが部材５５に干渉するが、チェック点Ｍ１３〜Ｍ１
５では溶接可能となる。なお、図９において溶接時に干
渉するチェック点Ｍ１，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ１０〜Ｍ１２は
黒丸で示しており、干渉しないチェック点Ｍ２〜Ｍ４，
Ｍ７〜Ｍ９，Ｍ１３〜Ｍ１５は白丸で示す。

【００４１】次に、干渉が生じない隣接するチェック点
を連ねて部分作業線を設定することによって、溶接中に
干渉の発生しない個所を特定することができる。図９に
おいてはＭ２−Ｍ４，Ｍ７−Ｍ９，Ｍ１３−Ｍ１５が溶
接可能な部分作業線と判定できる。

【００４２】次にオフラインティーチング機能９につい
て説明する。オフラインティーチング機能９の溶接線追
加機能１５では、たとえば溶接線抽出／分割機能６によ
って抽出できない溶接線に対し、ＣＡＤ情報に基づきオ
ペレータが表示手段および入力手段によって溶接線の始
端および終端を指示することによって溶接線を登録す
る。

【００４３】図１０は、オフライン教示機能１６を説明
するための図である。オフライン教示機能１６では、表
示手段および入力手段を用いてオペレータがロボット言
語方式またはグラフィック入力方式によりロボットの作
業動作経路を入力して作成する機能である。グラフィッ
ク入力方式では、表示手段および入力手段を用い、たと
えば３次元表示されるワークおよび溶接トーチに対し、
ロボットのティーチペンダントを模擬して表示され、入
力に応じて動作する機能を用い、溶接トーチの位置およ
び姿勢を動作させて教示点を登録し、さらに登録した教
示点を使用してロボットの作業動作プログラムをロボッ
ト言語エディタなどによって作成してオフライン教示を
行う。

【００４４】全体経路シュミレーション機能１０は、シ
ュミレーションにより、作業線の始端に溶接トーチを進
入させるときの進入経路、作業線の始端から終端まで溶
接トーチを移動させて作業するときのロボットの作業経
路、および作業線の終端から溶接トーチを退避させると
きのロボットの退避動作経路を含む１つの溶接線または
部分溶接線に対する一連の作業経路全体の干渉チェック
を実施する機能である。干渉が発生する溶接線に対して
は、溶接姿勢決定機能１３で再度溶接姿勢を設定してシ
ュミレーションを実施する。溶接姿勢決定機能１３での
変更で干渉を回避できない場合には、オフライン教示機
能１３によって回避動作を教示する。

【００４５】次に溶接順序計画機能１１について説明す
る。溶接順序計画機能１１は、作業時間が最短になるよ
うに、各溶接線の溶接方向と溶接順序を決定する機能で
ある。溶接順序の違いによって全溶接作業に要する時間
が異なる場合として、１つの部材に両側の２本の溶接線
を同時に溶接可能な２台のロボットを備える場合、溶接
方向に応じてタッチセンシングを省略できる高速回転ア
ーク溶接で溶接を行う場合などがある。以下の溶接順序
計画機能の説明では２台のロボットを備え、かつ高速回
転アーク溶接を行う場合を前提として説明する。なお、
上述してきた本実施形態では、１台のロボットを用いて
通常のアーク溶接を行う場合を前提として説明したが、
２台のロボットで高速回転アーク溶接を行う場合にも適
用可能である。

【００４６】まず、作業時間を決定する要因の１つであ
るタッチセンシングについて説明する。図１１は、すみ
肉溶接を行う際に、タッチセンシング（以下「ＴＳ」と
略称する）および終端検知を行う原理を示す。図１１
（ａ）は、主板６１に部材６２をすみ肉溶接する基本的
な形態を示す。溶接トーチ２３が溶接ビード３０を形成
しながら始端３１から終端３２まで移動し、主板６１の
表面上に板状の部材６２をアーク溶接によって立設させ
る。ロボットで溶接トーチ２３を自動的に移動させてア
ーク溶接を行う際には、始端３１と終端３２とについ
て、ＴＳによって正確な位置を検知する必要がある。な
ぜなら実際の主板６１や部材６２の配置は、設定される
位置からずれる可能性があるからである。

【００４７】図１１（ｂ）は、終端３２についてＴＳを
行っている状態を示す。ＴＳを行う際には、溶接トーチ
２３を何度も、かつ溶接トーチ２３や主板６１および部
材６２に衝撃を与えないように低速度で、溶接トーチ２
３の先端を主板６１や部材６２の表面に接触させる必要
がある。接触点３３と溶接トーチ２３の移動量とから、
始端３１や終端３２の実際の位置を検知する。図１１
（ａ）に示すような基本的なすみ肉溶接では、始端３１
と終端３２との２箇所に対してＴＳを行い、その後でア
ーク溶接を実行する。ＴＳは、かなり時間を要し、なる
べく省略する方が生産性の点で好ましい。

【００４８】図１１（ｃ）は、高速回転アーク溶接の原
理を示す。高速回転アーク溶接用の溶接トーチ２３に対
して、回転３４を与えながら溶接電流や電圧の変化を監
視すると、終端３２の周囲が開空間である場合は、終端
３２の位置を検知することができ、終端３２に対するＴ
Ｓを省略することができる。またすでに溶接が終了した
部分の溶接ビード３０に溶接トーチが到達するときも、
溶接電流や電圧の変化から検知することができる。

【００４９】溶接作業では、すみ肉溶接そのものに要す
る時間と、ＴＳに要する時間と、さらに部材間の移動に
要する時間であるエアーカット時間とが必要となる。作
業順序計画では、これらの時間の合計値を最小とする組
合せ最適化問題であり、全ての組合せについて評価して
探索し、最適な解を採用すれば最適解を得ることができ
る。しかしながら、一般には全探索を行うと膨大な時間
を要する。

【００５０】次に、２台のロボットを用いて溶接を行う
ときのビード継ぎの制約について説明する。図１２は、
ビード継ぎの制約を説明する平面図である。図１２
（ａ）に示すように、部材７５の先端に、他の部材７６
の中間部分が接合され、大略的にＴ字状に組合わされて
いるときには、２台の多関節ロボットを用いて２列の溶
接線を同時に溶接する場合に、部材７６の側面を１回で
溶接することができない。このとき図１２（ｂ）に示す
ように、部材７６は、２つの部材７６α，７６βに部材
分割して溶接する必要がある。ここで図１２（ｂ）に示
す「〜」の部分は、品質保証の必要性から、サイクルタ
イムを犠牲にしても必ずビード継ぎを行う必要がある。
また、高速回転アーク溶接法では、図１２（ｃ）に示す
ように、溶接の終端側でのみビード継ぎを自動的に行う
ことができる。このため、分割された部材７６α，７６
β間では、ビード継ぎを行う必要性から局所的な順序関
係が発生し、ビード継ぎの制約条件となる。

【００５１】次に、溶接順序計画機能１１における解の
探索手順を説明する。 （１）各部材に対して、溶接方向毎に、その部材を溶接
する際の作業時間、ＴＳに必要な時間、作業線への進入
時間および退避時間の総和を算出する。 （２）ある部材間でビード継ぎ制約が存在する場合に、
それら部材内の溶接順序および方向をある程度限定する
半固定化を行う。 （３）部材数が多い場合は、それが適当な数になるま
で、後述するルールに基づいて部材をグループ化し、こ
の際、グループ内の部材の溶接順序および方向を半固定
化する。 （４）グループとグループ化されていない部分との全て
の組合せに対し、全探索を行ってサイクルタイムが最短
の解を採用する。

【００５２】手順（１）が終了すると、全解空間が絞ら
れ、実行可能解の一部のみが探索の対象となる。さらに
手順（３）で、部材数を減らせば、解空間が減少し、実
用的な時間内で全探索を行うことが可能となる。

【００５３】図１３は、前述の手順（１）で溶接方向毎
の作業時間の算出を行う際の考え方を示す。図１２の部
材７５，７６の組合せで、図１３（ａ）に示すように、
部材７５側の両端をＡ点およびＢ点とする。溶接方向と
しては、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すよう
に、２通りが探索の対象となる。図１３（ｂ）では、始
端のＡ点および終端のＢ点でＴＳが必要となり、ＴＳの
ためのトーチの移動時間も必要となる。図１３（ｃ）で
は、始端となるＢ点ではＴＳが必要であるけれども、終
端となるＡ点は周囲が開空間であるので、高速回転アー
ク溶接法を用いれば溶接中に終端が自動的に検知され、
ＴＳは不要である。このように、溶接方向によって、Ｔ
Ｓを含む作業時間が異なるので、溶接方向毎の作業時間
を算出して、全探索を行うことが可能なように準備する
必要がある。

【００５４】図１４は、前述の手順（２）で、ビード継
ぎ制約の存在する部材の半固定化を行う処理を示す。図
１４（ａ）に示すように、部材７６を部材７６α，７６
βに分割する。図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、ビ
ード継ぎ制約を満たす１つの部材７６として置換えて半
固定化する。図１４（ｄ），（ｅ）に示すような溶接順
序および方向については、ビード継ぎ制約を満たさない
ので、実行不可能な組合せとして除外する。

【００５５】図１５は、前述の手順（３）で、部材のグ
ループ化を行うときのルールの概要を示す。解空間は、
溶接すべき部材数が増えると、爆発的に膨張する。その
ため、手順（４）の全探索の時点では、部材数が少ない
ことが望ましい。そこで、一定のルールに基づき、たと
えば図１５（ａ）に示す６つの部材７７Ａ〜Ｆのうち、
２つの部材７７Ｂ，Ｃをグループ化して、図１５（ｂ）
に示す１つの部材７７Ｇとして取扱い、グループ内での
溶接順序および方向を半固定化する。グループ化のルー
ルとしては、現在対象となっている部材の全部につい
て、個別的な溶接に要する作業時間と、部材間の移動に
要する時間との和が最小となることと定める。このルー
ルに従う２つの部材の組合せを探索して、１つの部材に
置換える。作業順序計画の対象となる部材の数が実用的
な時間内で全探索の可能な範囲になるまで、グループ化
を繰返す。

【００５６】図１６は、表示装置１でロボットの作業動
作経路のＮＣ情報を作成する手順を示すフローチャート
である。まずステップｂ１でＣＡＤ情報読込み機能５で
３次元ＣＡＤファイル２から読込んだ作業対象物である
ワークの３次元形状情報から溶接線抽出／分割機能７で
溶接線の抽出および分割を行う。

【００５７】ステップｂ２では、溶接線抽出機能６によ
って溶接線が抽出されない場合などに、オフラインティ
ーチング機能９の溶接線追加機能１５によって溶接線を
追加して登録する。

【００５８】ステップｂ３では、溶接線編集機能７で選
択された教示方法に基づき、教示方法としてオフライン
ティーチングが選択されている場合にはステップｂ５に
進み、オフライン教示機能１６を用いて溶接線に対する
ロボットの作業動作経路をオペレータが作成する。

【００５９】溶接線編集機能７で教示方法としてティー
チングレス方法が選択されている場合にはステップｂ５
に進み、溶接姿勢決定機能１３を用いて、まず溶接姿勢
を決定し、次にステップｂ６に進み、溶接可能箇所判定
機能１４を用いて溶接線の途中で干渉が生じる溶接線に
対して部分溶接線を設定する。次にステップｂ７におい
て溶接線および部分溶接線を溶接するときのロボット動
作プログラムを生成する。次にステップｂ８においてテ
ィーチングレス機能８およびオフラインティーチング機
能９で各々設定された作業線に対して作業線の始端への
進入経路、作業線の終端からの退避経路を含む一連の作
業経路である全体経路のシュミレーションを実行し、ス
テップｂ９でステップｂ８での全体経路シュミレーショ
ンで干渉があるか否かを判定し、干渉がある場合にはス
テップｂ３に戻り、溶接線編集機能７の教示方法をティ
ーチングレス方法からオフラインティーチング方法に変
更してステップｂ４に進み、オペレータによって干渉が
生じないように作業動作経路を修正する。その後、溶接
順序計画機能１１によって、各溶接線の順序計画を行
い、ステップｂ１０で計画された順序に従って全溶接線
を溶接するときのＮＣ情報を作成して、フロッピーディ
スクなどの記憶媒体に記憶する。

【００６０】また、オフラインティーチング機能により
作成したロボット動作プログラムをユーザ定義プログラ
ムとしてデータベースに登録し、再利用するように構成
してもよい。

【００６１】本実施形態では、ロボットの行う作業とし
て溶接作業としたが、本発明の他の実施形態として、溶
断、塗装または研磨などの作業であってもよい。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、ティー
チングレス機能である第１教示ステップとオフラインテ
ィーチング機能である第２教示ステップとを備えること
によって、ティーチングレス機能で教示できない溶接線
に対してはオペレータの入力によるオフラインティーチ
ングを適用することができ、これによってオフライン教
示作業を効率よく行うことができる。

【００６３】請求項２記載の本発明によれば、干渉判断
ステップによって干渉が発生する作業線に対してはオフ
ラインティーチング機能を用いて作業動作経路をオペレ
ータによって修正して干渉の発生を避けることができ
る。

【００６４】請求項３記載の本発明によれば、作業線上
で干渉が生じる場合であっても作業線のうちの干渉が生
じない部分作業線を設定することによってティーチング
レス機能によって生成できる作業動作経路を増大するこ
とができる。

【００６５】請求項４記載の本発明によれば、作業時間
がほぼ最短となる作業順序計画の解を得るまでに要する
時間を短縮することができる。

【００６６】請求項５記載の本発明によれば、オフライ
ンティーチング機能とティーチングレス機能とを組合わ
せて用いることにより、ロボットの教示作業の効率を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である産業用ロボットの
教示装置１の構成を示すブロック図である。

【図２】溶接線抽出機能を説明する斜視図である。

【図３】溶接線分割機能を説明する平面図である。

【図４】溶接線編集画面を示す図である。

【図５】溶接姿勢決定機能１３を説明する斜視図であ
る。

【図６】溶接可能箇所判定機能１４の判定手順を示すフ
ローチャートである。

【図７】チェック点の間隔ΔＬを示す説明図である。

【図８】対象ワーク５０を示す斜視図である。

【図９】対象ワーク５０を上から見た平面図である。

【図１０】オフライン教示機能１６の説明図である。

【図１１】ＴＳおよび終端検知機能を示す斜視図であ
る。

【図１２】部材７５，７６について生じるビード継ぎ制
約を簡略化して示す平面図である。

【図１３】溶接方向による作業時間の違いを示す平面図
である。

【図１４】ビード継ぎ制約に基づく半固定化処理を示す
簡略化した平面図である。

【図１５】部材のグループ化について示す簡略化した平
面図である。

【図１６】教示装置１のＮＣ情報作成の手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 表示装置 ８ ティーチングレス機能 ９ オフラインティーチング機能 １１ 溶接順序計画機能 １４ 溶接可能箇所判定機能

フロントページの続き (72)発明者 本多 文博 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 山崎 俊彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 坂東 賢二 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 Ｆターム(参考） 3F059 AA05 BA02 BA10 CA06 FA00 FA03 FA07 5H269 AB12 AB13 AB19 AB33 BB09 BB13 BB14 CC07 CC09 JJ18 KK10 NN07 NN16 QA09 QC01 QC03 QC06 QC10 QD03 QE02 QE31 SA08 SA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットのアームの手首に装着さ
   れた工具の作業端を、作業対象物の作業線に沿って移動
   させて作業するときのロボットの動作を教示する産業用
   ロボットの教示方法において 作業対象物の全ての作業線に対し、第１教示方法または
   第２教示方法のいずれかを選択する教示方法選択ステッ
   プと、 教示方法選択ステップで第１教示方法が選択された作業
   線に対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物の３次
   元情報に基づき、工具を予め定める姿勢で、作業端を作
   業線に沿って移動させて作業させるときのロボットの作
   業動作経路を生成する第１教示ステップと、 教示方法選択ステップで第２教示方法が選択された作業
   線に対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物の３次
   元情報およびオペレータからの入力に基づいて、工具の
   作業端を作業線に沿って移動させて作業するときのロボ
   ットの作業動作経路を作成する第２教示ステップとを含
   むことを特徴とする産業用ロボットの教示方法。
2. 【請求項２】 第１および第２教示ステップで作成され
   た各作業線の作業動作経路に対し、作業線の始端に工具
   を進入させるときの進入動作経路、および作業線の終端
   から退避させるときの退避動作経路を含む各作業線毎の
   ロボットの一連の作業動作経路を作成し、作業対象物の
   ３次元情報に基づき、一連の作業動作経路でロボットお
   よび工具が作業対象物と干渉が生じるか否かを判断する
   干渉判断ステップを含むことを特徴とする請求項１記載
   の産業用ロボットの教示方法。
3. 【請求項３】 前記第１教示ステップは、 作業線上に間隔をあけて複数のチェック点を設定するチ
   ェック点設定ステップと、 予め定める姿勢で工具の作業端がチェック点に存在する
   ときにロボットおよび工具が作業対象物と干渉するか否
   かを判断するチェック点干渉判断ステップと、干渉が生
   じない隣接するチェック点を連ねた部分作業線を設定す
   る部分作業線設定ステップとを有する作業可能箇所判定
   ステップとを含むことを特徴とする請求項１または２記
   載の産業用ロボットの教示方法。
4. 【請求項４】 前記産業用ロボットは、前記作業線に沿
   って溶接を行い、終端検知機能を有するロボットであ
   り、 全ての作業線に対して、溶接方向毎に、その作業線の溶
   接作業に必要な時間、タッチセンシングに必要な時間、
   その作業線の始端への進入時間、および作業線の終端か
   らの退避時間の総和を個別に算出する溶接時間算出ステ
   ップと、 各作業線を溶接する順序、および溶接方向についての全
   ての組合せからなる解から、予め定める制約条件を満た
   さない解を除外する解除外ステップと、 解除外ステップで除外されない解に対し、溶接時間算出
   ステップで算出されている時間と作業線間の移動に要す
   る時間とを合計して、合計時間がほぼ最短となる解を選
   択する解選択ステップとを有する作業順序計画ステップ
   を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   の産業用ロボットの教示方法。
5. 【請求項５】 産業用ロボットのアームの手首に装着さ
   れた工具の作業端を、作業対象物の作業線に沿って移動
   させて作業するときのロボットの動作を教示する産業用
   ロボットの教示装置において 作業対象物の全ての作業線に対し、第１教示方法または
   第２教示方法のいずれかを選択する教示方法選択手段
   と、 教示方法選択手段で第１教示方法が選択された作業線に
   対し、作業線の３次元情報を含む作業対象物の３次元情
   報に基づき、工具を予め定める姿勢で、作業端を作業線
   に沿って移動させて作業するときのロボットの作業動作
   経路を生成する第１教示手段と、 教示方法選択手段で第２教示方法が選択された作業線に
   対し、オペレータからの入力に基づいて工具の作業端を
   作業線に沿って移動させて作業するときのロボットの作
   業動作経路を作成する第２教示手段とを含むことを特徴
   とする産業用ロボットの教示装置。