JP2004074368A - Cable display device in robot off-line teaching system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アームとそのアーム先端に装着されるハンドとを備えるロボットを画面に表示するとともに、このロボットを画面上で操作してそのロボットに所要の動作を教示するロボットオフライン教示システムにおいて、ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を表示するロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、産業用ロボット(以下、単に「ロボット」という。)のハンドに溶接、塗装などのツールを把持させて、このツールを予め定めた作業線に沿って移動させて所要の作業を行うようにしたロボットシステムが知られている。この種のロボットシステムにおいて、ロボットに所要の動作データを教示する教示方法としては、CRT等の画面上でその動作をシミュレート(模擬実行)することにより、生産ラインを停止させることなくその動作実行のためのプログラムを作成する、所謂オフライン教示方法がある。すなわち、この教示方法は、実空間の実ロボットをコンピュータの仮想空間内に仮想ロボットモデルとして作成してCRT等の画面上に表示し、この画面上の仮想ロボットモデルに実ロボットの動作を模倣させることにより、実ロボットの動作確認や動作プログラムの作成を行うようにしたものである。
【0003】
ところで、通常、ロボットのハンドに把持させるツールには、ロボット本体側から延設される溶接ワイヤなどのケーブルや、ホース等(以下、単に「ケーブル」という。)の先端部が取着されていることから、前述のようなオフライン教示システムによってロボットの動作確認や動作プログラムの作成を行うに際しては、このケーブルの巻き付きや捩り状態を考慮しないと、実機において動作させた際にケーブルの送給抵抗が著しく大きくなったり、場合によってはケーブルを破損させてしまう恐れがある。
【0004】
このようなケーブルの巻き付き等をチェックすることを考慮した従来技術としては、特開平10−275007号公報に開示されたものがある。この公報に記載のロボットのシミュレーション方法では、ロボットの手首の回転軸に直交する平面に対するケーブルのアーム側固定点およびハンド側固定点の各投影点と前記平面内での回転中心とのなす角度を求め、この角度が予め設定された範囲内にあるか否かを判断することにより、ケーブルのアームへの巻き付きを検出するように構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された従来のシミュレーション方法では、ケーブルのアーム側固定点およびハンド側固定点の各投影点を求め、これら投影点に基づいてケーブルの回転角度を算出するように構成されているために、この方法は、アームに対してハンドが捩り(ツイスト)動作のみを行うタイプのロボットに対しては有効ではあるものの、この捩り(ツイスト)動作以外に、曲げ(ベンド)動作を行うタイプのロボットに対しては、この曲げ動作によってハンド側固定点の投影点が変わることになり、正確なケーブル回転角度を算出することができないという問題点がある。
【0006】
また、前記従来方法では、ケーブルの巻き付きチェック等の判定結果、言い換えれば巻き付きの有無のみをオペレータ(ユーザ)に報知するように構成されているために、オペレータはCRT等の画面上でケーブルの実際の配置状態を把握することができず、この配置状態に基づく動作プログラムの修正処理が容易に行えないという問題点がある。
【0007】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を正確に検出することができ、かつそのケーブル状態を画面上で容易に把握することのできるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置は、
アームとそのアーム先端に装着されるハンドとを備えるロボットを画面に表示するとともに、このロボットを画面上で操作してそのロボットに所要の動作を教示するロボットオフライン教示システムにおいて、
前記ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくはそのケーブルの前記アーム周りへの巻き付き状態を検出するケーブル状態検出手段と、このケーブル状態検出手段により検出されたケーブル状態を前記画面に描画する描画手段を備えることを特徴とするものである。
【0009】
本発明においては、画面上に表示されたロボットをその画面上で操作してそのロボットに所要の動作をオフラインにて教示するに際し、アームの内部空間を通してケーブルを配線する場合におけるケーブルの捩り状態、もしくはアームの外周部を通してケーブルを配線する場合におけるケーブルの巻き付き状態が、ケーブル状態検出手段によって検出され、この検出されたケーブル状態が描画手段によって画面上に描画される。したがって、オフライン教示を実行するオペレータは、その教示操作時に画面を見るだけで、その画面を通して実際のケーブルの配線状態に近い状態を視認することができ、これに基づいて動作プログラムの修正処理等を容易に行うことができる。
【0010】
本発明において、前記ケーブル状態検出手段は、前記アームおよび/またはハンドの軸心周りの合計回転角度と、前記ケーブルの基端側および先端側の各固定部における取付角度とに基づいて前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を検出するものとするのが好ましい。こうすることで、アームに対してハンドが捩り動作のほかに曲げ動作を行う場合であっても、アームおよび/またはハンドの軸心周りの回転角度のみを抽出してケーブルの捩り角度が演算されるので、ハンドに装着されるツールの捩り角度を正確に得ることができ、これによってケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を正確に把握することができる。
【0011】
前記各発明において、前記描画手段は、前記アームの周りに円弧状もしくは環状に連続する点の集合体または帯状体にて前記ケーブル状態を描画するものであるのが好ましい。このようにすれば、アームの位置が移動しても常にその周りにケーブルの捩りもしくは巻き付き状態を表示させることができ、利用者の利便性がより向上する。
【0012】
この場合、前記ケーブル状態検出手段は、前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態が正常範囲を越えたことを判定する判定手段を含み、この判定手段により前記正常範囲を越えたことが判定されたときに、前記描画手段は、前記点の集合体または帯状体の色を変更することにより警告を発するようにするのが良い。こうすることで、オペレータはアームの周りに表示された点の集合体または帯状体の色の変化によって、一目瞭然にケーブルの捩り異常もしくは巻き付き異常を判断することができ、利用者の利便性が更に向上する。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0014】
図1(a)には、本発明の一実施形態に係る多関節型溶接ロボットの斜視図が示され、図1(b)には、同溶接ロボットの各軸動作説明図が示されている。
【0015】
本実施形態の溶接ロボット1は6軸の多関節型ロボットであって、固定ベース2上に鉛直軸周りに矢印J1方向に旋回自在に取り付けられる旋回ヘッド3と、この旋回ヘッド3の上部に左右軸周りに矢印J2方向に揺動自在に取り付けられる下部アーム4と、この下部アーム4の上部に左右軸周りに矢印J3方向に揺動自在で、かつ自身の軸心周りに矢印J4方向に捩り(ツイスト)動作可能に取り付けられる上部アーム5と、この上部アーム5の先端部に矢印J5方向に曲げ(ベンド)動作可能に、かつ自身の軸心周りに矢印J6方向に捩り(ツイスト)動作可能に取り付けられるハンド6とを備えて構成されている。
【0016】
前記ハンド6には溶接ツールとしての溶接ガン7が装着され、この溶接ガン7にケーブル8の先端部が接続されている。なお、このケーブル8の基端側は上部アーム5の基端部上面に固定されている。
【0017】
ところで、図2(b)に示されているように、前記溶接ロボット1に対してCRT等の画面9上でその動作をシミュレートさせて、この溶接ロボット1の動作プログラムの作成等を行うオフライン教示システムにおいては、通常、溶接ガン7に付設されるケーブル8は画面9上に表示されず、そのケーブル8の動きは無視されている。このため、図2(a)に示されるように、実機ではケーブル8がアーム(上部アーム5)の周りに巻き付いていてもその状態を教示してしまう場合がある。そして、このような教示がなされると、実機を実際に動作させた際にケーブル8を破損させることになってしまう。
【0018】
このような不具合を回避するために、本実施形態では、前記オフライン教示に際して、ケーブル8のアーム(本実施形態では上部アーム5)周りへの巻き付き状態を検出するとともに、そのケーブル状態を画面9上に表示するように構成したものである。以下、その巻き付き状態の判定および表示の具体的な処理内容について、図3に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。これらの処理は本オフライン教示システム内に内蔵される演算処理装置(図示せず)によって行われる。なお、以下の説明において記号Sはステップを示す。
【0019】
本実施形態では、ケーブル8の先端部が溶接ガン7に固定されるとともに、このケーブル8の基端部が上部アーム5の基端部上面に固定された系を対象としていることから、図1(b)に示されるJ3〜J6軸のみを考慮すればいい。これらJ3〜J6軸をX,Y,Z軸座標系に変換すると、図4(a)に示されるようなX3−Y3−Z3軸、X4−Y4−Z4軸、X5−Y5−Z5軸、X6−Y6−Z6軸となり、この場合、回転軸はY3軸、X4軸、Y5軸およびX6軸の4軸となる。
【0020】
S1:前記XYZ軸座標系において、ツール部(溶接ガン7)におけるケーブル8の取り付け角度C6(図4(b)参照)を入力し、併せて固定部(上部アーム5)におけるケーブル8の取り付け角度C3(図4(c)参照)を入力する。ここで、これら角度C6,C3は、本実施形態では、Z軸からの回転角度として設定されている。
【0021】
S2〜S3:ロボットの全6軸におけるXYZ軸座標系でのロボット軸角度θ1〜θ6を取り込み、この取り込み値に基づいて溶接ロボット1を画面9上に描画する。
S4:溶接ロボット1のオフライン教示に際して、ケーブル8の上部アーム5周りへの巻き付きに係るX4軸周りの回転角度θ4およびX6軸周りの回転角度θ6、言い換えればツイスト動作を行う2軸のツイスト角度の加算値θ4+θ6を算出し、この加算値から、前記ケーブル8の先端部および基端部の取り付け角度C6を加算、C3を減算することにより、すなわち次式によってケーブル8の巻き付き角度αを算出する。
α=θ4+θ6−C3+C6
【0022】
S5:算出された巻き付き角度αの絶対値|α|が180°未満であるか否か、言い換えれば基準位置からのケーブル8の捩れ角度が左右に180°以内(合計360°以内)の範囲にあるか否かを判定する。なお、これらステップS4,S5にてなされる処理は、前記演算処理装置内のケーブル状態検出手段および判定手段によって行われる。
S6〜S7:|α|<180°を満たしている場合には、ケーブル8の画面上での色を標準色(例えば緑色)に指定する。一方、|α|≧180°となる場合には、ケーブル8の色を警告色(例えば黄色)に指定する。
【0023】
S8:算出された巻き付き角度αに基づき、前記演算処理装置内の描画手段によって上部アーム5の周りにケーブルを描画してステップS1へ戻る。ここで、画面上へのケーブルの描画は、図5(a)に示される実機におけるケーブル状態(矢印Pが回動状態を示す。)に対して、図5(b)に示されるように、上部アーム5’の周囲を取り囲むように円弧状に連続する点(球)の集合体10によりなされる。なお、これらの点のうち径の大きな点はケーブル8の固定位置(始点)を示しており、この始点に連続する径の小さな複数の点がケーブル8の回動角度、言い換えればケーブル8の上部アーム5への巻き付き状態を表わしている。この点の集合体10は、当然、上部アーム5が移動してもその動きに追従して常にその上部アーム5’の周りに表示されるようになっている。
【0024】
こうして、溶接ロボット1のオフライン教示を実行するオペレータは、画面9上における上部アーム5’の周りに表示された点の集合体10を見るだけで、実機におけるケーブル8の上部アーム5への巻き付き状態を容易に把握することができる。この場合、点の集合体10の色が緑色であるときには、ケーブルの破損の恐れはなく、この集合体10の色が黄色に変化すると、破損する危険性があることになり、オペレータは画面表示を見ることによってオフライン教示操作がより容易に行えることになる。
【0025】
本実施形態では、点の集合体10の色指定を緑色および黄色の2段階に設定したものを説明したが、この色指定は、巻き付き角度によって緑色、黄色、赤色の3段階に設定しても良い。また、本実施形態では、ケーブル状態を描画するのに、点の集合体を用いたものを説明したが、この描画は、帯状体や矢印表示を用いるなど他にいろいろな実施形態が可能である。また、描画を行わずに、巻き付き角度を単に数値表示するようにしても良い。
【0026】
本実施形態では、ケーブル8が上部アーム5の外周面に沿って配されるものについて説明したが、本発明は、ケーブル8が上部アーム5の内部空間を通すように配されるものに対しても適用することができる。ただし、この場合にはケーブルの巻き付き状態ではなく、ケーブルの捩り状態が問題になる。
【0027】
本実施形態においては、ケーブル8の基端部が上部アーム5の基端部上面に固定された系について説明したが、本発明は、ケーブル8の基端部が下部アーム4の基端部に固定されるものや、あるいは固定ベース2に固定されるものに対しても適用することができる。
【0028】
本実施形態では、溶接ロボットを例にして説明したが、本発明は、勿論、溶接ロボット以外の他のロボットに対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明の一実施形態に係る多関節型溶接ロボットの斜視図、図1(b)は、同溶接ロボットの各軸動作説明図である。
【図2】図2(a)(b)は、実機とオフライン教示システムとの比較を示す図である。
【図3】図3は、ケーブルの巻き付き状態の判定・表示処理のフローチャートである。
【図4】図4は、XYZ軸座標系での回転軸(a)とケーブル取付角度説明図(b)(c)である。
【図5】図5は、実機のケーブル状態(a)と画面上への描画状態(b)を示す図である。
【符号の説明】
1 溶接ロボット
2 固定ベース
3 旋回ヘッド
4 下部アーム
5 上部アーム
6 ハンド
7 溶接ガン
8 ケーブル
9 画面
10 点の集合体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot offline teaching system that displays a robot having an arm and a hand attached to the tip of the arm on a screen and operates the robot on the screen to teach the robot to perform a required operation. The present invention relates to a cable display device in a robot offline teaching system for displaying a twisted state or a wrapped state of a cable attached to a robot.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a hand of an industrial robot (hereinafter, simply referred to as a “robot”) holds a tool such as welding or painting, and moves the tool along a predetermined work line to perform required work. A known robot system is known. In this type of robot system, as a teaching method of teaching required operation data to the robot, the operation is simulated (simulated execution) on a screen of a CRT or the like, and the operation is executed without stopping the production line. There is a so-called off-line teaching method for creating a program for the program. That is, in this teaching method, a real robot in a real space is created as a virtual robot model in a virtual space of a computer, displayed on a screen such as a CRT, and the operation of the real robot is imitated by the virtual robot model on this screen. Thus, the operation of the actual robot is confirmed and the operation program is created.
[0003]
By the way, usually, a tool to be gripped by the robot hand is attached with a distal end portion of a cable such as a welding wire, a hose or the like (hereinafter, simply referred to as “cable”) extending from the robot body side. Therefore, when checking the operation of the robot and creating an operation program using the offline teaching system as described above, if the winding and torsion of the cable are not taken into consideration, the feed resistance of the cable when operating on the actual machine will be reduced. There is a possibility that the cable may become extremely large or may damage the cable in some cases.
[0004]
As a prior art in which checking for such a winding of a cable is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-275007. In the robot simulation method described in this publication, an angle formed between each projection point of the arm-side fixed point and the hand-side fixed point of the cable with respect to a plane orthogonal to the rotation axis of the robot's wrist and the rotation center in the plane is described. By determining whether or not the angle is within a preset range, the winding of the cable around the arm is detected.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional simulation method described in the above publication, each projection point of the arm-side fixed point and the hand-side fixed point of the cable is obtained, and the rotation angle of the cable is calculated based on these projection points. Therefore, this method is effective for a type of robot in which the hand performs only a twisting (twisting) operation on the arm, but performs a bending (bend) operation in addition to the twisting (twisting) operation. For a robot of the type, there is a problem that the projection point of the fixed point on the hand side changes due to this bending operation, and it is not possible to calculate an accurate cable rotation angle.
[0006]
Further, in the above-described conventional method, since it is configured to notify the operator (user) of the determination result of the cable wrapping check or the like, in other words, only the presence or absence of the wrapping, the operator can check the actual cable However, there is a problem that it is not possible to grasp the arrangement state of the operation program, and it is not possible to easily perform the correction processing of the operation program based on the arrangement state.
[0007]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to accurately detect a torsion state or a winding state of a cable attached to a robot, and easily detect the cable state on a screen. It is an object of the present invention to provide a cable display device in a robot offline teaching system that can be grasped.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to achieve the above object, a cable display device in a robot offline teaching system according to the present invention includes:
In a robot off-line teaching system that displays a robot having an arm and a hand attached to the tip of the arm on a screen, and operates the robot on the screen to teach a required operation to the robot,
Cable state detecting means for detecting a torsion state of a cable attached to the robot or a winding state of the cable around the arm; and drawing means for drawing a cable state detected by the cable state detection means on the screen. It is characterized by having.
[0009]
In the present invention, when a robot displayed on the screen is operated on the screen to teach a required operation to the robot offline, when a cable is routed through the internal space of the arm, the torsion state of the cable, Alternatively, the winding state of the cable when the cable is routed through the outer periphery of the arm is detected by the cable state detecting means, and the detected cable state is drawn on the screen by the drawing means. Therefore, the operator performing the offline teaching can visually recognize a state close to the actual cable wiring state through the screen only by looking at the screen at the time of the teaching operation. It can be done easily.
[0010]
In the present invention, the cable state detecting means may be configured to detect a position of the cable based on a total rotation angle around the axis of the arm and / or the hand and an attachment angle at each of the fixed portions on the base end side and the distal end side of the cable. It is preferable to detect a twisted state or a winding state. By doing so, even when the hand performs a bending operation in addition to the torsional operation with respect to the arm, the torsional angle of the cable is calculated by extracting only the rotation angle around the axis of the arm and / or the hand. Therefore, the torsion angle of the tool attached to the hand can be accurately obtained, and thereby the torsion state or the winding state of the cable can be accurately grasped.
[0011]
In each of the above inventions, it is preferable that the drawing means draws the cable state by a set of points or a strip of points that are continuous in an arc or ring around the arm. In this way, even if the position of the arm moves, the twisted or wrapped state of the cable can always be displayed around the arm, and the convenience for the user is further improved.
[0012]
In this case, the cable state detecting means includes a judging means for judging that the twisted state or the winding state of the cable has exceeded the normal range, and when the judging means judges that the normal state has been exceeded. It is preferable that the drawing unit issues a warning by changing the color of the group of points or the band. By doing so, the operator can determine at a glance whether the cable is abnormally twisted or wound, based on the change in the color of the group of points or the band displayed around the arm, which further enhances the convenience for the user. improves.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, specific embodiments of the cable display device in the robot offline teaching system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1A is a perspective view of an articulated welding robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an explanatory diagram of each axis operation of the welding robot. .
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
By the way, as shown in FIG. 2B, the
[0018]
In order to avoid such inconvenience, in the present embodiment, at the time of the off-line teaching, the winding state of the
[0019]
In the present embodiment, since the distal end of the
[0020]
S1: In the XYZ axis coordinate system, the attachment angle C6 (see FIG. 4B) of the
[0021]
S2 to S3: The robot axis angles θ1 to θ6 in the XYZ axis coordinate system of all six axes of the robot are captured, and the
S4: At the time of off-line teaching of the
α = θ4 + θ6-C3 + C6
[0022]
S5: Whether or not the calculated absolute value | α | of the winding angle α is less than 180 °, in other words, the twist angle of the
S6 to S7: When | α | <180 ° is satisfied, the color of the
[0023]
S8: Based on the calculated winding angle α, a cable is drawn around the
[0024]
Thus, the operator executing the offline teaching of the
[0025]
In the present embodiment, the color specification of the point aggregate 10 is set to two levels of green and yellow, but this color specification may be set to three levels of green, yellow, and red depending on the winding angle. good. Further, in the present embodiment, a description has been given of a case where a set of points is used to draw a cable state. However, this drawing may be performed in various other embodiments such as using a band or an arrow display. . Alternatively, the winding angle may be simply displayed as a numerical value without performing drawing.
[0026]
In the present embodiment, the case where the
[0027]
In the present embodiment, the system in which the base end of the
[0028]
In the present embodiment, the welding robot has been described as an example. However, it goes without saying that the present invention can be applied to other robots other than the welding robot.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of an articulated welding robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an explanatory diagram of each axis operation of the welding robot.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a comparison between an actual machine and an offline teaching system.
FIG. 3 is a flowchart of a process of determining and displaying a winding state of a cable.
FIGS. 4A and 4B are explanatory views (b) and (c) of a rotation axis (a) and a cable attachment angle in an XYZ axis coordinate system.
FIG. 5 is a diagram illustrating a cable state (a) of an actual device and a drawing state (b) on a screen.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくはそのケーブルの前記アーム周りへの巻き付き状態を検出するケーブル状態検出手段と、このケーブル状態検出手段により検出されたケーブル状態を前記画面に描画する描画手段を備えることを特徴とするロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置。In a robot off-line teaching system that displays a robot having an arm and a hand attached to the tip of the arm on a screen, and operates the robot on the screen to teach a required operation to the robot,
Cable state detecting means for detecting a torsion state of a cable attached to the robot or a winding state of the cable around the arm; and drawing means for drawing a cable state detected by the cable state detection means on the screen. A cable display device in a robot offline teaching system, comprising:
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