JP2006343975A - ロボット教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な形状を備えるワークを塗装するロボットに対して、正確な動作を容易に教示できるようにする。
【解決手段】 オペレータは、塗装対象となるワークを、塗装される複数の面に分割して考える。塗装装置は、面の形状の候補を記憶している。オペレータは、面の形状の候補を選択し、面に対して代表点の座標をダイレクトティーチング等によって教示する。オペレータは、分割した面の各々に対して、順次に塗装手順を教示するデータを設定する。こうすることにより、複雑な形状のワークに対しても容易に教示をすることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多関節アームを備えたロボットの動作を教示する装置及び方法に関する。

塗装ロボットや溶接ロボットなど多関節アームを備えるロボットが用いられている。特に教示再生型のロボットが多く用いられている。教示再生型のロボットは、教示モードにおいてオペレータがロボットに動作を教えると、ロボットがその動作を記憶して、再生モードにおいて記憶された通りの動作を行う。オペレータが容易に教示を行うことができる技術が求められている。

特許文献１には、ロボットの動作プログラム作成方法及び作成装置が記載されている。その請求項１は次のように記載されている。
ワークの大きさ・形状などに関するデータに基づき、ワークの三次元モデル、ティーチポイント、並びに各ティーチポイントの通過順序を定めてロボットの動作プログラムを作成し、ロボットモデルを含む作業環境に関する三次元モデル中に前記作成されたワークの三次元モデルを重ね、前記ロボットモデルを前記作成された動作プログラムに従って動作させる作業シミュレーションを実行し、このシミュレーションの結果に基づいて動作プログラムを完成するようにしたことを特徴とするロボットの動作プログラム作成方法。
特開平９‐２４４７２４号公報

本発明の目的は、複雑な形状のワークに対する作業を精確に設定することを可能にするロボット教示装置及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は、人間のオペレータのノウハウを生かした設定を行うことを可能にするロボット教示装置及び方法を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるロボット教示装置は、ロボットによって加工される加工面の形状の雛型（６４）を複数記憶する加工面モデル記憶部（６）を備える。雛型（６４）はロボットの教示点の位置（８６）を引数として受け取ることにより加工面に対してロボットが動く軌道を制御するための軌道情報を生成する。ロボット教示装置は更に、複数の雛型（６４）のうちのいずれかである指定雛型を指定する雛型指定情報（８４）を複数収集する加工面選択部（４２）と、複数の雛型指定情報（８４）の各々に対して、オペレータの操作により教示点の位置（８６）を取得する座標取得部（４４）と、座標取得部（４４）により取得された教示点の位置（８６）を指定雛型に渡すことによって軌道情報を設定軌道情報（８７）として生成する軌道設定部（４６）とを備える。

本発明によるロボット教示装置は、複数の雛型指定情報（８４）の各々に対してオペレータによって設定された順序を対応づけて記憶し、ロボットが順序に従って加工面を加工するように制御するための加工順序情報（８２）を生成する加工順序設定部（４８）を備える。

本発明によるロボット教示装置は、オペレータが指定雛型に対応づけて設定するアプローチ点位置を収集し、ロボットが加工面の加工を開始するときにアプローチ点位置において加工面に接近するようにロボットを制御するためのアプローチ点情報（８８）を生成するアプローチ点設定部（５０）を備える。

本発明によるロボット教示装置は、オペレータが指定雛型に対応づけて設定するエスケープ点位置を収集し、ロボットが加工面の加工を終了するときにエスケープ点位置において加工面から遠ざかるようにロボットを制御するためのエスケープ点情報（９０）を生成するエスケープ点設定部（５２）を備える。

本発明によるロボット教示装置において、加工面モデル記憶部（６）は複数の雛型の各々に対して加工面の原型を示す原型データ（６４）と、原型に対してロボットが動く軌道を示す軌道データ（６６）と、原型における教示点の位置を示す教示点データ（６８）とを記憶する。ロボット教示装置は更に、加工面選択部（４２）が雛型指定情報（８４）を収集したとき、加工面モデル記憶部（６）において指定雛型に対応する原型データ（６４）と、軌道データ（６６）と、教示点データ（６８）とを重ねて表示装置（１６）に表示する雛型表示部（５４）を備える。

本発明によるロボット教示装置は、設定軌道情報（８７）に対応してロボットのアームが動く速度を示す設定速度情報（９２）を収集する速度設定部（５６）と、設定速度情報（９２）を用いて設定軌道情報（８７）に設定された軌道をロボットが動くのに要する時間であるサイクルタイムを計算するサイクルタイム計算部（５８）と、入力装置（１２、１４）から希望時間を収集し、サイクルタイムが希望時間よりも長いときサイクルタイムが希望時間以下となるように設定速度情報（９２）を再設定する速度調整部（５９）とを備える。

本発明によるロボット教示装置は、ロボットのアームが動く軌道を示す軌道情報を生成する軌道情報生成部（２、４、６、８、１０）と、アームが動く速度を示す設定速度情報（９２）を収集する速度設定部（５６）と、設定速度情報（９２）を用いてアームが軌道を通過するのに要する時間であるサイクルタイムを計算するサイクルタイム計算部（５８）と、入力装置（１２、１４）から希望時間を収集し、サイクルタイムが希望時間よりも長いときサイクルタイムが希望時間以下となるように設定速度情報を再設定する速度調整部（５９）とを備える。

本発明によるロボット教示方法は、ワークが有する複数の加工面に対して順序を設定するステップ（Ｓ２）と、複数の加工面の各々に対して、記憶装置に記憶された複数の加工面モデルの中から形状が類似したものを設定加工面モデルとして設定するステップ（Ｓ３）と、記憶装置が加工面モデルと関連づけて記憶する代表点に対してワークを加工するロボットのアームの位置を示す座標である代表点座標を指定するステップ（Ｓ４）と、代表点座標と記憶装置が加工面モデルと対応づけて記憶する軌道雛型情報とを用いて、加工面に対してアームが動く軌道を示す軌道情報を生成するステップ（Ｓ８）とを備える。

本発明によれば、複雑な形状のワークに対する作業を精確に設定することを可能にするロボット教示装置及び方法が提供される。
更に本発明によれば、人間のオペレータのノウハウを生かした設定を行うことを可能にするロボット教示装置及び方法が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、ロボット教示装置の構成を示す。ロボット教示装置は、演算・制御部２、プログラム記憶部４、塗装面モデル記憶部６、塗装面情報記憶部８、動作プログラム記憶部１０、キーボード１２、マウス１４、表示部１６、外部通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）部１８が相互に接続されたコンピュータである。演算・制御部２は外部通信Ｉ／Ｆ部１８を介してロボット制御装置２０と通信可能に接続されている。ロボット制御装置２０は、多関節アームを有するロボットを制御するためのコンピュータである。本実施の形態においてロボットはワークに塗装を施す塗装ロボットである。

図２は、プログラム記憶部４が記憶しているプログラムの構成を示す。プログラム記憶部４は、加工面選択部４２、座標取得部４４、軌道設定部４６、加工順序設定部４８、アプローチ点設定部５０、エスケープ点設定部５２、雛型表示部５４、速度入力部５６、サイクルタイム計算部５８及び速度調整部５９を備えている。

図３は、塗装面モデル記憶部６が記憶するデータを示す。塗装面モデル記憶部６は、モデル面ＩＤ６２、原型データ６４、軌道データ６６、代表点データ６８及び入力パラメータ７０を記憶する。塗装面モデル記憶部６に対しては、誤操作によって塗装面モデルが書き換えられることを防止するために、キーボード１２、マウス１４に例示される入力装置からの書き込み操作が禁止されているか制限されていることが好ましい。

図４は、塗装面情報記憶部８が記憶するデータを示す。塗装面情報記憶部８は、塗装順序８２、モデル面８４、代表点座標８６、軌道情報８７、アプローチ点座標８８、エスケープ点座標９０及びロボット教示情報９２を記憶している。

図５は、塗装面モデル記憶部６に記憶されるデータの一例を示す。塗装面モデル記憶部６は、モデル面名称１０２、代表点数１０４、パラメータ数１０６及び面形状１０８を記憶している。モデル面名称１０２はモデル面ＩＤ６２に対応する。

面形状１０８は、面の形状を示す画像データを含んでいる。例えば、モデル面名称１０２が長方形である欄に対応する面形状１０８には、長方形の画像データが含まれる。面形状１０８は更に、その画像データに対応して、塗装ロボットのアームの先端が動く軌跡を示す画像データが含まれる。

オペレータによって設定される塗装面の形状は可変である。例えばモデル面名称１０２として長方形が選択されると、長方形の長辺の長さ、短辺の長さ及び長方形の向きは自在に設定される。その設定を容易に行うために、面形状１０８には代表点が設定されている。例えば長方形の場合には、長方形が有する４つの角のうち３つの角を代表点とし、それらの代表点の座標が指定されれば、長辺の長さ、短辺の長さ及び長方形の向きが設定される。円であれば、中心と円周上の任意の１点を代表点とし、それらの代表点の座標が設定されれば、円の位置と半径が設定される。これらの代表点の個数が、代表点数１０４に記憶されている。これらの代表点の位置は、面の形状を示す画像、アームの先端が動く軌跡を示す画像と共に重ねて表示されるために、面形状１０８に記憶されている。面形状１０８に記憶されている代表点には、図５における丸付きの数字１、２、３等のように各々の代表点を特定する符号を表示するためのデータが付与されていることが好ましい。こうした符号が付与されていることで、オペレータによる入力作業が容易になる。

オペレータによる塗装面の形状の設定は、代表点を用いる以外に、あるいは代表点を用いると共に、パラメータをキーボード１２等から入力することによって行われる場合もある。例えば、図５においてモデル面名称１０２が「円Ａ」である場合、面形状１０８に記憶されている代表点は丸付きの数字１で示される中心点のみである。パラメータ数１０６に記憶されている「１ 半径」というデータは、１つのデータが入力されるべきこと及びその数値が半径を示すことを示している。この場合、円の中心点の座標が代表点として入力され、円の半径が数値データとして入力されることが示されている。

以上に示される構成を備えたロボット教示装置を用いたロボット教示方法が以下に示される。以下の説明において、演算・制御部２が記憶装置に格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムに記述されている手順に従って実行する動作は、プログラム自身が行う動作として記載される。図６は、ロボット教示装置を用いてロボットに動作を教示する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１：オペレータは、ティーチングのための事前計画として、ワークの立体形状を見て、そのワークの表面を１以上の分割塗装面に分割して考える。

ステップＳ２：オペレータは、分割塗装面に対して、塗装する順序を決める。

ステップＳ３：オペレータは、キーボード１２、マウス１４等の入力装置を用いてロボット教示装置に対して所定の操作を行う。加工面選択部４２は、塗装面モデル記憶部６に格納されているデータを用いて塗装面モデルの一覧を表示部１６にする。表示部１６の表示画面には、モデル面名称１０２、代表点数１０４、パラメータ数１０６等が表示される。

雛型表示部５４は、表示画面に原型データ６４（塗装面モデルの形状を示す画像データ）、軌道データ６６（塗装ロボットのアームの先端が動く軌跡を示す画像データ）、代表点データ６８（代表点データの位置を示す画像データと代表点を特定する符号を示す画像データとを含む）を重ね合わせて表示する。これらのデータは雛型であり、実際のワークの塗装面に対してオペレータが設定する代表点の座標に応じて、実際の塗装面、軌道、代表点は変形される。例えば長方形の長辺の長さと短辺の長さは設定された代表点の座標に応じて自在に変更される。オペレータは表示画面を参照して、設定しようとする分割塗装面に近い形状の塗装面モデルを選択してキーボード１２、マウス１４等により入力する。加工面選択部４２は入力された塗装面モデルを特定するモデル面ＩＤ６２をモデル面８４として塗装面情報記憶部８に登録する。

塗装面モデルは、ステップＳ２〜Ｓ７のループを分割塗装面の数だけ繰り返すことによって複数、選択される。加工順序設定部４８は、塗装面モデルが設定された順序を塗装順序８２として塗装面情報記憶部８に登録する。

ステップＳ４：オペレータは、表示画面に表示された１以上の代表点データ６８に対して次のような設定の操作を順次、行う。オペレータは、表示画面に表示された代表点データから１つを選択する。ロボット制御装置２０は設定がなされる間、ロボットをダイレクトティーチングのモードに設定する。オペレータはロボットのアームを把持して所望の位置に動かし、位置の座標を取得することを指令する操作をキーボード１２、マウス１４等により行う。ロボットアームの位置、関節の角度等を示すロボット現在位置情報２４がロボット制御装置２０から送信される。座標取得部４４はその位置の座標を代表点座標８６として塗装面情報記憶部８に登録する。

軌道設定部４６は、軌道データ６６と代表点座標８６とに基づいて、ロボットのアームが動く軌道を制御するための座標値の群を算出して軌道座標８７として塗装面情報記憶部８に登録する。

ステップＳ５：オペレータは、入力装置を介してアプローチ点を設定するための所定の操作を行う。次いで、ダイレクトティーチングによってアプローチ点を設定する。アプローチ点設定部５０は、設定されたアプローチ点の座標をアプローチ点座標８８として塗装面情報記憶部６に登録する。アプローチ点は、塗装面にロボットのアームが接近する点を示す。

オペレータは、入力装置を介してエスケープ点を設定するための所定の操作を行う。次いで、ダイレクトティーチングによってエスケープ点を設定する。エスケープ点設定部５２は、設定されたエスケープ点の座標をエスケープ点座標９０として塗装面情報記憶部６に登録する。エスケープ点は、塗装面からロボットのアームが離れる点を示す。

ステップＳ６：オペレータは、ステップＳ４で座標が設定された代表点の間をロボットが移動する距離をキーボード１２、マウス１４等の入力装置により入力する。速度設定部５６は入力された速度をロボット教示情報９２として塗装面情報記憶部８に登録する。オペレータは更に、ロボットのアームに取り付けられたスプレーのオン／オフを制御するための情報、スプレーが備える複数のガンのうちのいずれのガンを使用するかを指定する情報、ガンと塗装面との距離、ガンの塗装面に対する角度、代表点におけるアームの待ち時間、スプレーから噴き出す塗料の種類、吐出圧、霧化圧を入力する。入力された情報はロボット教示情報９２として塗装面情報記憶部８に格納される。

ステップＳ７：オペレータは、ステップＳ２〜Ｓ７の手順を完了すると、ステップＳ１の事前計画における塗装面の全てに対して設定が完了したか否かを判断する。まだ設定されていない塗装面があったときは、ステップＳ２に戻って次の塗装面に対する設定を行う。全ての塗装面に対する設定が完了したら、設定が終了したことを示す所定の操作を入力装置に対して行う。演算・制御部２はステップＳ８の処理に移行する。

ステップＳ８：演算・制御部２は、塗装面情報記憶部８が記憶する塗装順序８２、モデル面８４、代表点座標８６、軌道座標８７、アプローチ点座標８８、エスケープ点座標９０及びロボット教示情報９２に基づいて、ロボット制御装置２０がロボットの動作を制御するための動作プログラムを作成し、動作プログラム記憶部１０に格納する。

ステップＳ９：サイクルタイム計算部５８は、動作プログラム１０を用いて、サイクルタイム（１つのワークを塗装するために必要とされる時間）を計算する。計算されたサイクルタイムは表示部１６に表示される。オペレータが表示されたサイクルタイムを参照して、そのサイクルタイムが希望する時間の基準を満たしていると判断すると、所定の操作を入力装置に行い、処理はステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１０：オペレータはステップＳ９において表示されたサイクルタイムを参照して、そのサイクルタイムが希望する時間よりも長いと判断した場合（ステップＳ９Ｎ）、希望するサイクルタイムを入力装置から入力する。

ステップＳ１１：速度調整部５９は、例えばロボット教示情報９２が記憶するアームの移動速度を変更することにより、サイクルタイムの自動調整を行い、動作プログラムを生成し直して動作プログラム記憶部１０に格納する。処理はステップＳ１２に移行される。

ステップＳ１２：演算・制御部２は、動作プログラム記憶部１０からロボット制御装置２０に動作プログラム２２を転送する。ロボット制御装置２０は動作プログラム１０に従ってロボットの動作を制御する。

ワークに対する設定が塗装面モデルを用いて行われることにより、例えば立体のモデルワークを使用する場合に比べて、実際のワークとモデルワークとを正確に一致させることが容易になる。ワークに対するアームの軌跡を変更したいとき、立体のモデルワークに軌跡のデータが関連づけられている場合に比べて、平面の塗装面モデルに軌跡のデータが関連づけられている場合の方が設定が容易である。例えばモデル面名称として「長方形１」と「長方形２」が用意され、両者の面形状は同じ長方形の形状であるが異なる軌道が設定されている場合、オペレータはいずれか一方を選ぶことでその面の軌道のみを容易に変更することができる。

ワークを分割塗装面に分割すること、分割塗装面の塗装順序、アプローチ点とエスケープ点の設定がオペレータによって行われることにより、ロボットの動作はオペレータのノウハウが生かされた効率的なものになる。

図１は、ロボット教示装置の構成を示す。 図２は、プログラム記憶部に格納されたプログラムの構成を示す。 図３は、塗装面モデル記憶部が記憶するデータを示す。 図４は、塗装面情報記憶部が記憶するデータを示す。 図５は、塗装面モデル記憶部に記憶されるデータの一例を示す。 図６は、ロボットに教示する方法を示す。

符号の説明

４…プログラム記憶部
６…塗装面モデル記憶部
８…塗装面情報記憶部
２２…動作プログラム
２４…ロボット現在位置情報

Claims (8)

1. ロボットによって加工される加工面の形状の雛型を複数記憶する加工面モデル記憶部と、前記雛型は前記ロボットの教示点の位置を引数として受け取ることにより前記加工面に対して前記ロボットが動く軌道を制御するための軌道情報を生成し、
   前記複数の雛型のうちのいずれかである指定雛型を指定する雛型指定情報を複数収集する加工面選択部と、
   複数の前記雛型指定情報の各々に対して、オペレータの操作により前記教示点の位置を取得する座標取得部と、
   前記座標取得部により取得された前記教示点の位置を前記指定雛型に渡すことによって前記軌道情報を設定軌道情報として生成する軌道設定部
   とを具備する
   ロボット教示装置。
2. 請求項１に記載されたロボット教示装置であって、
   更に、複数の前記雛型指定情報の各々に対してオペレータによって設定された順序を対応づけて記憶し、前記ロボットが前記順序に従って前記加工面を加工するように制御するための加工順序情報を生成する加工順序設定部
   を具備する
   ロボット教示装置。
3. 請求項１又は２に記載されたロボット教示装置であって、
   更に、オペレータが前記指定雛型に対応づけて設定するアプローチ点位置を収集し、前記ロボットが前記加工面の加工を開始するときに前記アプローチ点位置において前記加工面に接近するように前記ロボットを制御するためのアプローチ点情報を生成するアプローチ点設定部
   を具備する
   ロボット教示装置。
4. 請求項１乃至３に記載されたロボット教示装置であって、
   更に、オペレータが前記指定雛型に対応づけて設定するエスケープ点位置を収集し、前記ロボットが前記加工面の加工を終了するときに前記エスケープ点位置において前記加工面から遠ざかるように前記ロボットを制御するためのエスケープ点情報を生成するエスケープ点設定部
   を具備する
   ロボット教示装置。
5. 請求項１乃至４に記載されたロボット教示装置であって、
   前記加工面モデル記憶部は複数の前記雛型の各々に対して前記加工面の原型を示す原型データと、前記原型に対して前記ロボットが動く軌道を示す軌道データと、前記原型における前記教示点の位置を示す教示点データとを記憶し、
   更に、前記加工面選択部が前記雛型指定情報を収集したとき、前記加工面モデル記憶部において前記指定雛型に対応する原型データと、前記軌道データと、前記教示点データとを重ねて表示装置に表示する雛型表示部
   を具備する
   ロボット教示装置。
6. 請求項１乃至５に記載されたロボット教示装置であって、
   更に、前記設定軌道情報に対応して前記ロボットのアームが動く速度を示す設定速度情報を収集する速度設定部と、
   前記設定速度情報を用いて前記設定軌道情報に設定された軌道を前記ロボットが動くのに要する時間であるサイクルタイムを計算するサイクルタイム計算部と、
   入力装置から希望時間を収集し、前記サイクルタイムが前記希望時間よりも長いとき前記サイクルタイムが前記希望時間以下となるように前記設定速度情報を再設定する速度調整部
   とを具備する
   ロボット教示装置。
7. ロボットのアームが動く軌道を示す軌道情報を生成する軌道情報生成部と、
   前記アームが動く速度を示す設定速度情報を収集する速度設定部と、
   前記設定速度情報を用いて前記アームが前記軌道を通過するのに要する時間であるサイクルタイムを計算するサイクルタイム計算部と、
   入力装置から希望時間を収集し、前記サイクルタイムが前記希望時間よりも長いとき前記サイクルタイムが前記希望時間以下となるように前記設定速度情報を再設定する速度調整部
   とを具備する
   ロボット教示装置。
8. ワークが有する複数の加工面に対して順序を設定するステップと、
   前記複数の加工面の各々に対して、記憶装置に記憶された複数の加工面モデルの中から形状が類似したものを設定加工面モデルとして設定するステップと、
   前記記憶装置が前記加工面モデルと関連づけて記憶する代表点に対して前記ワークを加工するロボットのアームの位置を示す座標である代表点座標を指定するステップと、
   前記代表点座標と前記記憶装置が前記加工面モデルと対応づけて記憶する軌道雛型情報とを用いて、前記加工面に対して前記アームが動く軌道を示す軌道情報を生成するステップ
   とを具備する
   ロボット教示方法。

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