JP2004029989A

JP2004029989A - ロボットのオフライン教示方法

Info

Publication number: JP2004029989A
Application number: JP2002182377A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Araki; 荒木　宏幸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】ＣＡＤデータを基に工具基準位置の軌跡を生成するときにグラフィックディスプレイを用いてより簡便に教示を行うことができるような汎用性のあるロボットのオフライン教示方法を提供する。
【解決手段】ＣＡＤから被加工物５の加工面形状をコンピュータ１に読み取って、シミュレーションディスプレイ装置１２に表示した被加工物に適宜の基準面Ｘを設定し、基準面Ｘに平行な所定幅の加工面の中心線である加工中心線を等分した各ポイントｐ１〜ｐｎにおける垂線ｃ上に、加工面から一定の距離の点である加工工具基準点ｘ１〜ｘｎを求め、これらの加工工具基準点を結んだ軌跡を加工工具２０の移動軌跡ｂとし、垂線方向を工具の加工姿勢方向とし、加工工具基準点の間の距離を単位時間で割った値を加工工具２０の移動速度とするようにして、ロボット４の加工工具２０の動作プログラムを作成する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ；コンピュータ支援設計システム）で作図された塗装ロボット，表面仕上加工ロボット等の被加工物の形状データに基づいて被加工物を加工するロボットのオフライン教示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物としてのワークを加工するロボット装置においては、作動アーム先端に加工工具が取付けられ、ワークのサイズ及び形状に合わせてロボットヘッドが加工動作するように、作動アーム等の可動部の動作及び動作速度等がティーチング（教示）されている。なお、従来におけるロボットの動作のティーチング方法としては、ロボットの作動アーム先端を作業者が手動で直接に動作させて各通過ポイントをティーチングポイントとして記憶させるようにしたダイレクト教示方法、或いは、遠隔操作盤のスイッチイング操作により作業者がロボットを遠隔操作してロボットの作動アーム先端を各ティーチングポイントに移動させ、そのポイントを記憶させるようにしたリモート教示方法が一般的である。
【０００３】
しかし、ダイレクト教示方法並びにリモート教示方法は何れもオンライン教示方法であり、ロボット教示のためには作業現場でロボットを実際に作動させることが必要である。そのため、ロボット教示に当たっては、ロボットが介在する生産ラインを長時間にわたり停止する必要があり、生産ラインの稼働効率が悪くなる。そこで、このような不具合を解消するために、生産ライン上のロボットを使わずにロボットの作業制御プログラムを作成するオフライン教示方法が提案されており、特開昭６２−２６９２０５号に開示されたものはその１例である。
【０００４】
特開昭６２−２６９２０５号に開示されたロボットのオフライン教示システムは、図面入力装置でワークの図面（形状）を中央処理装置に入力して画像をディスプレイ装置に表示し、このディスプレイ装置上で、対話的にロボット動作のコマンドを入力しながらロボットの工具作動のシミュレーション表示をして、その動作コマンドを記憶装置に記憶し、必要に応じてロボットのコントローラに教示するようにした方法である。
【０００５】
近年においては、ＣＡＤにより作図し、ＣＡＤデータを用いてワークやロボットの動作を３次元表示するシミュレーションソフトが提供されている。そして、ディスプレイ上でワークの加工動作状態や姿勢の表現がますます自由となり、ロボット教示のプロセスを容易に検証できるようになり、オフラインでのロボット教示が容易となった。
【０００６】
このようなオフライン教示方法の従来例として、特開平７−１６８６１７号に開示されたロボットのオフライン教示方法がある。このオフライン教示方法にあっては、図６に示すように、ＣＡＤ０１でワーク（被加工物）の三次元幾何形状モデル定義を行い、そのワークのモデルデータをロボットシミュレーションシステム０２に転送する。ロボットシミュレーションシステム０２ではワークモデルデータを再構築するとともに、ロボットのモデル定義を行い、ロボットの教示位置・姿勢・軌跡・動作コマンド列を自動生成し、更にシミュレーション言語プログラムをロボット言語プログラムに変換する。パーソナルコンピュータ（パソコン）０３では、転送されたロボット言語プログラムをロボットコントローラ０４が解釈可能なデータに変換し、必要に応じて変換したデータをロボットコントローラ０４へ転送する。ロボットコントローラ０４は、転送されたデータに基づいてロボット０５を動作させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のリモート操作によるオンライン教示方法は、ロボット教示のために、ロボットが介在する生産ラインを長時間にわたり停止する必要があるので、生産ラインの稼働効率が悪くなる。更に、教示のためにロボットの作動アームが動作する区域内で長時間にわたり作業をしなければならないので、肉体的及び精神的な負担が大きいのが実状である。
【０００８】
また、特開昭６２−２６９２０５号に開示された従来のオフライン教示方法のように、予め用意したパターンに対し、パラメータを変更して工具基準位置の軌跡を生成する方法では、ワークが相似なものに対しては応用できるが、寸法が少しでも異なると大幅に訂正が必要となるので、汎用性に難がある。また、工具基準位置の軌跡を生成する方法では、細かく分割した１ポイントづつの教示となるため、作業時間が大となる。
【０００９】
また、特開平７−１６８６１７号に開示された従来例のように、ＣＡＤデータを基に工具基準位置の軌跡を生成する方法では、ロボットの動作ヘッドの速度を加減する教示についての具体的な方法の提示がなく、熟練者の技術を要するという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＣＡＤデータを基に工具基準位置の軌跡を生成するときにグラフィックディスプレイ（シミュレーションディスプレイ装置）を用いてより簡便に教示を行うことができるような汎用性のあるロボットのオフライン教示方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、ＣＡＤで作図されて記憶された被加工物の加工面形状と、ロボットの加工工具の動作条件とに基づいて、ロボットの動作制御プログラムを作成し、ロボットのコントローラに教示するオフライン教示方法において、前記被加工物の加工面形状及び前記ロボットの加工工具の動作を一定比率の相似形に３次元のグラフィックに表示するシミュレーションディスプレイ装置と、コマンド入力装置と、ＣＰＵとを備えたコンピュータを使用し、前記ＣＡＤのメモリより前記被加工物の加工面形状をコンピュータに読み取って、前記シミュレーションディスプレイ装置に表示した被加工物に適宜の基準面を設定し、前記基準面に平行な所定幅の加工面の中心線である加工中心線を等分した各ポイントにおける垂線上に、加工面から一定の距離の点、すなわち、前記ロボットの加工工具の動作基準点からの垂直距離の点である加工工具基準点を求め、これらの加工工具基準点を結んだ軌跡をロボットの加工工具の移動軌跡とし、前記垂線方向を工具の加工姿勢方向とし、前記加工工具基準点の間の距離を単位時間で割った値を加工工具の移動速度とするようにして、ロボットの加工工具の動作プログラム（教示プログラム）を作成し、前記動作プログラムに基づいて前記ロボットのコントローラに教示するようにしている。
また、本発明では、前記被加工物の基準面設定操作以降における前記コンピュータのコマンド入力装置の操作を、自動プログラムに置き換え、被加工物モデルに対して、自動的にロボットの加工工具の動作プログラムを作成して前記ロボットのコントローラに教示するようにしている。
また、本発明では、コンピュータの記憶装置に記憶された複数の動作プログラムの中より、これから加工する被加工物の加工面形状と類似のモデルの動作プログラムを選択し、前記シミュレーションデスプレイ装置に前記被加工物及び前記モデルの両方を重ね合わせて表示し、前記被加工物の加工面形状と異なる形状の部分、並びに、異なる動作条件にのみに対応して前記動作プログラムを修正するようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るロボットのオフライン教示方法につき図１〜図６を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明のロボットのオフライン教示方法を施行するシステムを示すものであって、本システムは、パーソナルコンピュータ（パソコン）１と、記憶媒体にファイルされたＣＡＤデータ２と、パーソナルコンピュータ１から動作制御コマンドが送り込まれるロボットコントローラ３と、このロボットコントローラ３によって制御される塗装ロボット４と、この塗装ロボット４により加工（例えば、塗装）されるワーク５とによって構成されている。
【００１４】
また、上述のパーソナルコンピュータ１には、ＣＰＵ（中央処理ユニット）１１，幾何図形の三次元表示が可能なグラフィックディスプレイ１２，ＣＰＵ１１にコマンドを入力するコマンド入力装置としてのキーボード１３及びマウス１４，処理用ソフトを記憶し、データを一時的にファイルするパーソナルコンピュータ１内の記憶装置１５等が備えられている。なお、上述のグラフィックディスプレイ１２は、被加工物であるワーク５の加工面形状及びロボット４の加工工具の動作を一定比率の相似形に３次元のグラフィックに表示するシミュレーションディスプレイ装置である。
【００１５】
次に、上述のシステムを使用して本発明の実施形態に係るロボットのオフライン教示方法を施行する際の手順を説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係るオフライン教示方法に基づいて、図３に示すワーク５を塗装する塗装ロボット４の教示プログラムを作成するステップを示している。なお、図３においては、塗装すべきワーク５、並びに、スプレイガン２０（図１参照）の移動軌跡ｂ及びスプレイ方向ｃが示されている。
【００１７】
図２に示す塗装ロボット４のオフライン教示方法の各ステップは、次の通りである。
（１）　まず、ファイルされたＣＡＤデータ２より所望のワーク５の形状をパーソナルコンピュータ１のＣＰＵ１１に読み取る（ステップＳ_１参照）。すなわち、塗装（加工）すべきワーク５の加工面形状をＣＡＤのメモリよりコンピュータに読み取る。
（２）　ワーク５の形状をグラフィックディスプレイ１２に３次元表示する（ステップＳ_２参照）。
図３はその表示例を示しており、図３において符号Ｐで示す部分を塗装面とする。
（３）　次に、図３に示すワーク５に適当な基準面を選定してこれを面Ｘとし、この面Ｘに対して直角の面を面Ｙとする（ステップＳ_３参照）。
（４）　ワーク４の塗装面Ｐ上に基準面Ｘに対して平行な線ａ１を画く（ステップＳ_４参照）。
この線ａ１は、塗装ロボット４の作動アーム先端に取付けられた塗装スプレイガン２０によって塗装面Ｐに塗料をスプレイするときの塗装中心の軌跡である。
（５）　ワーク５の両端に亙って、線ａ１を等分割し、各分割点をｐ１，ｐ２，……ｐｎとし、ｐ１，ｐ２，……，ｐｎに一定長さＬの垂線ｃを立てて、その端部をそれぞれｘ１，ｘ２，……，ｘｎとする（ステップＳ_４参照）。これにより、基準面Ｘに平行な所定幅（ｈ）の加工面の中心線である加工中心線を等分した各ポイントにおける垂線上に、加工面から一定の距離の点、すなわち、前記ロボットの加工工具の動作基準点からの垂直距離の点である加工工具基準点ｘ１，ｘ２，……，ｘｎを求める。
（６）　上述のｘ１，ｘ２，……，ｘｎを結んだ線（繋いだ線）を塗装スプレイガン２０の移動軌跡ｂとする（ステップＳ_５参照）。
（７）　ｘ１，ｘ２，……，ｘｎの間隔距離をΔｘ１，Δｘ２，……，Δｘｎ−１とし、Δｔを単位時間とし、Δｘ１／Δｔ，Δｘ２／Δｔ，……，Δｘｎ−１／Δｔを点間を移動する塗装スプレイガン２０の移動速度とする（ステップＳ_６参照）。
（８）　ワーク面の点ｐ１，ｐ２，……，ｐｎより立ち上がる長さＬの垂線ｃの方向を塗装スプレイガン２０のスプレイ方向（加工姿勢方向）とする（ステップＳ_７参照）。
（９）　ｘ１を塗装スプレイガン２０のスプレイ開始点、ｘｎをスプレイ停止点とする（ステップＳ_８参照）。
（１０）　軌跡ａ１と平行に塗装幅ｈだけワークの基準面Ｘと直角方向にずらして（例えば、図３において下方にずらす）、塗装面Ｐ上に次の塗装中心の軌跡ａ２を画き、上記と同じ作業を繰り返すことにより、全塗装面をカバーする（ステップＳ_９参照）。
（１１）　以上の塗装スプレイガン２０の動作条件をＣＰＵ１１で演算して数値化し、塗装ロボット４のスプレイガン動作（教示）プログラムを作成する（ステップＳ_１０参照）。スプレイガン動作条件よりロボットの動作プログラムを作成する時、ロボットの動作プログラムとして定義される動作軌跡及び動作速度は、
動作軌跡　：　ｐ_１，ｐ_２，……ｐ_ｎ
動作速度　：　ｐ_１，ｐ_２，……ｐ_ｎの間隔距離をΔｐ_ｎ−１とすると、Δｐ_１／Δｔ，Δｐ_２／Δｔ……Δｐ_ｎ−１／Δｔとなる。
【００１８】
かくして、ワーク５が塗装作業位置に置かれたとき、塗装ロボット４が、ロボットコントローラ３により制御されて、上述の如く作成されたプログラム（教示されたプログラム）に従って所定の塗装作業を実行する。
【００１９】
なお、この塗装ロボット４のオフライン教示の各ステップは、最初は逐一コマンド入力装置のキーボード１３及びマウス１４により人手で入力するが、各ステップは順序を追って自動的に連結できるので、次回からは自動的に新しいワーク５に対するロボットの塗装作業のオフライン教示プログラムを作成することが可能である。また、被加工物であるワーク５の基準面設定操作以降におけるパーソナルコンピュータ１のコマンド入力装置（キーボード１３及びマウス１４）の操作を、自動プログラムに置き換え、ワーク５についての被加工物モデルに対して、自動的にロボットの加工工具の動作プログラムを作成してロボット４のコントローラ３に教示することも可能である。
【００２０】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るオフライン教示方法に基づいて、図５に示すワーク５を塗装する塗装ロボット４の教示プログラムを作成するステップ（塗装ロボット用の教示プログラム作成ステップ）を示している。本発明の第２の実施形態は、既にパーソナルコンピュータ１の記憶装置１５に記憶された複数の動作プログラム（塗装教示プログラム）の中より、これから塗装するワーク５の塗装面形状と類似の塗装面形状を有するモデルの動作プログラムを選択し、ワークの塗装面形状と異なる形状の部分と、異なる動作条件にのみに対応して動作プログラムを修正するようにしたオフライン教示方法である。
【００２１】
図４に示す塗装ロボット４のオフライン教示方法の各ステップは、次の通りである。
１）　まず、ファイルされたＣＡＤデータ２より所望のワークの形状をパーソナルコンピュータ１のＣＰＵ１１に読み取む（ステップＲ_１参照）。
２）　ワーク５の形状をグラフィックディスプレイ１２に３次元表示する（ステップＲ_２参照）。
図５はその表示例を示しており、図５において符号Ｑで示す部分を塗装面とする。
３）　記憶装置１５にファイリングしてあるモデルの中よりワーク５の形状に近似の形状の塗装面Ｍを有するモデルを選択し（ステップＲ_３参照）、グラフィックスディスプレイ１２に塗装面Ｑを有するワーク５と塗装面Ｍを有する比較モデルＭ_０とを互いに重ね合わせて表示する（図５参照）。
４）　比較モデルＭ_０と、ワーク５の形状及びその動作条件とをグラフィックディスプレイ１２に重ね合わせて表示し（ステップＲ_４参照）、ワーク５の形状のＣＡＤデータと、比較モデルＭ_０のＣＡＤデータとの間で許容範囲を超えた相異部分を選択し、その部分のロボット４のスプレイガン２０の軌跡，移動速度，スプレイ方向を適宜に修正する（ステップＲ_５参照）。
例えば、図５において、塗装中心線ｍ上の等分点ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４，の内、ｑ２，ｑ３が塗装の許容範囲を超えたと判断したとき、この２点において垂線を立て直し、スプレイガン２０の移動基準点はｙ_２をｚ_２に、ｙ_３をｚ_３の位置に変えてスプレイガン２０の移動軌跡ｎを移動軌跡ｒに修正するとともに、移動速度を修正する。なお、他の部分の修正は行わない。
５）　塗装ロボットの動作プログラムをオフラインで修正し（ステップＲ_６参照）、塗装ロボット４のスプレイガン動作教示プログラムの作成を終了する。
【００２２】
このようにして作成したスプレイガン動作教示プログラムによりロボット４を作動させた場合にも、既述の第１の実施形態の場合と同様に、塗装ロボット４を適正に動作させることができる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、本発明に係るロボットのオフライン教示方法は、塗装ロボット４に限らず、各種の用途のロボットをオフラインで教示する場合にも適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、ＣＡＤのメモリより被加工物の加工面形状をコンピュータに読み取って、シミュレーションディスプレイ装置に表示した被加工物に適宜の基準面を設定し、基準面に平行な所定幅の加工面の中心線（加工中心線）を等分した各ポイントにおける垂線上に、加工面から一定の距離の点（ロボットの加工工具の動作基準点からの垂直距離の点である加工工具基準点）を求め、これらの加工工具基準点を結んだ軌跡をロボットの加工工具の移動軌跡とし、垂線方向を工具の加工姿勢方向とし、加工工具基準点の間の距離を単位時間で割った値を加工工具の移動速度とするようにして、ロボットの加工工具の動作プログラムを作成し、動作プログラム（教示プログラム）に基づいてロボットのコントローラに教示するようにしたものであるから、生産ラインを停止する必要がないので、ロボットが介在する生産ラインの稼働効率を良くすることが可能であり、しかもＣＡＤデータを基に工具基準位置の軌跡を生成するときにグラフィックディスプレイ等のシミュレーションディスプレイ装置を用いて、熟練者の技術を要することなく、より簡便にロボットの教示を行うことができる。また、本発明に係るロボットのオフセット教示方法によれば、被加工面の形状は平面や回転面に限定されず、ＣＡＤで作られた曲面等のあらゆるワーク形状に対応することができる。また、シミュレーションディスプレイ装置で、ＣＡＤのデータと関連づけてロボットの工具ヘッドを被加工物（ワーク）上に沿って仮想移動させることにより、加工工具の姿勢と移動速度を自動的に演算できるので、動作プログラムの作成を簡単かつ容易に行うことができる。また、本発明によれば、汎用性のあるオフライン教示方法を提供することができる。
【００２５】
また、請求項２に記載の本発明は、被加工物の基準面設定操作以降におけるコンピュータのコマンド入力装置の操作を、自動プログラムに置き換え、被加工物モデルに対して、自動的にロボットの加工工具の動作プログラムを作成してロボットのコントローラに教示するようにしたものであるから、被加工物の各々についてのロボット加工作業のオフライン動作プログラムを能率良く迅速に作成することが可能である。
【００２６】
また、請求項３に記載の本発明は、コンピュータの記憶装置に記憶された複数の動作プログラムの中より、これから加工する被加工物の加工面形状と類似のモデルの動作プログラムを選択し、シミュレーションデスプレイ装置に被加工物及びモデルの両方を重ね合わせて表示し、被加工物の加工面形状と異なる形状の部分、並びに、異なる動作条件にのみに対応して動作プログラムを修正するようにしたものであるから、既存のロボット動作プログラムのデータを流用することができ、熟練者のノウハウを生かすことができ、また、類似形状のワークに対しては、部分的な修正のみで対応が可能であることから、教示時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットのオフライン教示方法を施行するシステムの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るオフライン教示方法に基づいた塗装ロボットの動作プログラム作成ステップを示す図である。
【図３】図２の動作プログラム作成ステップにおけるワーク，スプレイガンの移動軌跡，及びスプレイ方向を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るオフライン教示方法に基づいた塗装ロボットの教示プログラム作成ステップを示す図である。
【図５】図４の教示プログラム作成ステップにおけるワーク，スプレイガンの移動軌跡，及びスプレイ方向を示す斜視図である。
【図６】従来のロボットのオフライン教示方法を施行するシステムの構成図である。
【符号の説明】
１　パーソナルコンピュータ
２　ＣＡＤデータ（ファイル）
３　ロボットコントローラ
４　塗装ロボット
５　ワーク（被加工物）
１１　ＣＰＵ
１２　グラフィックディスプレイ（シミュレーションディスプレイ装置）
１３　キーボード
１４　マウス
１５　記憶装置

Claims

ＣＡＤで作図されて記憶された被加工物の加工面形状と、ロボットの加工工具の動作条件とに基づいて、ロボットの動作制御プログラムを作成し、ロボットのコントローラに教示するオフライン教示方法において、
前記被加工物の加工面形状及び前記ロボットの加工工具の動作を一定比率の相似形に３次元のグラフィックに表示するシミュレーションディスプレイ装置と、コマンド入力装置と、ＣＰＵとを備えたコンピュータを使用し、
前記ＣＡＤのメモリより前記被加工物の加工面形状をコンピュータに読み取って、前記シミュレーションディスプレイ装置に表示した被加工物に適宜の基準面を設定し、
前記基準面に平行な所定幅の加工面の中心線である加工中心線を等分した各ポイントにおける垂線上に、加工面から一定の距離の点、すなわち、前記ロボットの加工工具の動作基準点からの垂直距離の点である加工工具基準点を求め、
これらの加工工具基準点を結んだ軌跡をロボットの加工工具の移動軌跡とし、前記垂線方向を工具の加工姿勢方向とし、前記加工工具基準点の間の距離を単位時間で割った値を加工工具の移動速度とするようにして、ロボットの加工工具の動作プログラムを作成し、
前記動作プログラムに基づいて前記ロボットのコントローラに教示すること、を特徴とするロボットのオフライン教示方法。
前記被加工物の基準面設定操作以降における前記コンピュータのコマンド入力装置の操作を、自動プログラムに置き換え、被加工物モデルに対して、自動的にロボットの加工工具の動作プログラムを作成して前記ロボットのコントローラに教示することを特徴とする請求項１に記載のロボットのオフライン教示方法。
コンピュータの記憶装置に記憶された複数の動作プログラムの中より、これから加工する被加工物の加工面形状と類似のモデルの動作プログラムを選択し、前記シミュレーションデスプレイ装置に前記被加工物及び前記モデルの両方を重ね合わせて表示し、前記被加工物の加工面形状と異なる形状の部分、並びに、異なる動作条件にのみに対応して前記動作プログラムを修正することを特徴とする請求項１に記載のロボットのオフライン教示方法。