JP2007090479A - ロボットのオフライン教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワーク追従動作を含むロボット動作をオフラインで教示する際に、ロボット動作の安全を担保する空間的範囲をモデル表示画面上で確認できるようにする。
【解決手段】 オフライン教示装置１０は、搬送路モデルＣＭ、ワークモデルＷＭ及びロボットモデルＲＭの画像を生成するモデル画像生成部１２と、搬送路上の基準点となる基準点指標ＢＩ、並びにロボット動作の安全性を担保する空間的範囲を規定する上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩを生成する指標生成部１４と、搬送路モデル、ワークモデル、ロボットモデル、基準点指標、上流端指標及び下流端指標を、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で表示する表示部１６と、ワークモデルにワーク移動動作を遂行させる搬送シミュレート部１８と、ワークモデルが上流端指標から下流端指標まで移動する間、ロボットモデルにロボット動作を遂行させるロボット動作シミュレート部２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットのプログラミング技術に関し、特に、移動中のワークに対するロボットの追従及び作業に関するロボット動作をオフラインで教示するオフライン教示装置に関する。

ロボット、特に産業用ロボットを用いた生産システムにおいて、搬送路に沿って移動しているワーク（すなわち作業対象物）に対し、ロボットが、ワークを追尾するように動作しながら（この動作を本願で「追従（tracking）」と称する）、アーム端に装着したツール（すなわちエンドエフェクタ）を用いて把持等の何らかの作業を遂行する構成は知られている。例えば特許文献１は、コンベヤで搬送中のワークに対し、ロボットが追従して作業を行なうロボットシステムにおいて、追従動作の開始前に、視覚センサを用いてワークの位置ずれを検出し、その検出結果に基づいて補正した追従動作をロボットに遂行させる構成を開示する。また、特許文献２は、特許文献１と同様のワーク追従動作を伴うロボットシステムにおいて、視覚センサによるワーク画像の取得及び処理を効率良く行なうようにした構成を開示する。また、特許文献３は、特許文献２と同様のワーク追従動作を伴うロボットシステムにおいて、複数のロボットにワーク追従動作を適宜割り振って行なわせるようにした構成を開示する。

上記特許文献記載のロボットシステムにおいては、実際のロボット及びコンベヤを動かすことにより、追従及び作業に関するロボット動作の教示を行なっている。これに代えて、実際のロボット及びコンベヤを用いないオフライン教示法により、ロボット動作を教示することもできる。一般にオフライン教示法では、電算機にロボット及びその作業環境のモデルを持たせ、表示画面上でロボットモデルに所望のロボット動作を模擬的に遂行させることで、実際のロボットに教示すべき位置／姿勢情報及び動作順序情報を得ている。このとき、ロボット動作のシミュレーションにより、教示情報の妥当性を確認できるので、最適な作業プログラムを作成することができる。

特許第３００２０９７号公報 特開平９−７２７１７号公報 特開平９−１３１６８３号公報

ワーク追従動作を伴う前述した従来のロボットシステムにおいて、ロボット動作のオフライン教示を行なう際には、ツールを含むロボットのモデルをコンベヤ及びワークのモデルと共に、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で電算機の画面に表示する。そして画面上で、コンベヤ及びワークのモデルにワーク搬送動作を模擬的に遂行させながら、ロボットのモデルに追従及び作業に関するロボット動作を模擬的に遂行させる。このとき、ロボットが実際の作業環境でロボット動作を安全に遂行するための空間的許容範囲を、画面上で明らかにすることは、従来のオフライン教示法では想定されていない。したがってオフライン教示に際し、ロボット動作の安全を担保する空間的範囲を確認できないので、シミュレーションにより教示情報を最適化することが困難である。つまり、ワーク追従動作を伴うロボットシステムにおけるロボット動作教示法として、従来のオフライン教示法を採用した場合は、ロボット動作の調整や空間的許容範囲の調整によりロボットシステムの効率、安全性及び信頼性を向上させることが、一般に困難である。

本発明の目的は、移動中のワークに対するロボットの追従及び作業に関するロボット動作をオフラインで教示するオフライン教示装置において、ロボット動作の安全を担保する空間的範囲をモデル表示画面上で確認でき、以って、シミュレーションによる教示情報の最適化、並びにロボットシステムの効率、安全性及び信頼性の向上を実現できるオフライン教示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、搬送路に沿って移動しているワークに追従しながら、ワークに対する作業を遂行するロボットの、追従及び作業に関するロボット動作を、オフラインで生成し教示するオフライン教示装置において、搬送路、ワーク及びロボットをそれぞれにモデル化した搬送路モデル、ワークモデル及びロボットモデルの画像を生成するモデル画像生成部と、搬送路上でワークの通過を検知するための基準点を示す基準点指標、並びに、搬送路上で基準点よりもワーク搬送方向の下流側に、ロボットがロボット動作を遂行するための空間的範囲をワーク搬送方向に沿って規定する動作許容上流端及び動作許容下流端をそれぞれに示す上流端指標及び下流端指標を生成する指標生成部と、画像生成部が生成した搬送路モデル、ワークモデル及びロボットモデルの画像を、指標生成部が生成した基準点指標、上流端指標及び下流端指標と共に、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で、画面に表示する表示部と、表示部が表示したワークモデルに、搬送路モデルに沿ったワーク移動動作を画面上で模擬的に遂行させる搬送シミュレート部と、ワークモデルがワーク移動動作に従い画面上で上流端指標を通過してから下流端指標に到達するまでの間、表示部が表示したロボットモデルに、ロボット動作を画面上で模擬的に遂行させるロボット動作シミュレート部と、を具備したことを特徴とするオフライン教示装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオフライン教示装置において、表示部が表示した基準点指標、上流端指標及び下流端指標のうち少なくとも１つを、画面上で搬送路モデルに沿った方向へ変位させる指令を出力する指標変位指令部と、指標変位指令部が出力した指令に従い、基準点指標、上流端指標及び下流端指標のうち少なくとも１つの位置データを変更するデータ変更部と、をさらに具備するオフライン教示装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のオフライン教示装置において、ロボット動作シミュレート部がロボット動作をシミュレーションしている間に、表示部が表示したロボットモデルが画面上で下流端指標に接触したことを検出する接触検出部をさらに具備するオフライン教示装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のオフライン教示装置において、指標生成部は、下流端指標を画面上で上流端指標に接近する方向へ、調整可能な寸法だけ拡張させて生成するオフライン教示装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオフライン教示装置において、指標生成部は、搬送路の実際の搬送動作情報に基づいて、画面上での基準点指標、上流端指標及び下流端指標のそれぞれの位置を決定するオフライン教示装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオフライン教示装置において、搬送シミュレート部は、搬送路の実際の搬送動作情報に基づいて、画面上でのワークモデルのワーク移動動作を生成するオフライン教示装置を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、ロボット動作の安全を担保する空間的範囲が、表示部の画面上で、上流端指標及び下流端指標によって明示される。したがって、オフライン教示に際し、ロボットモデルが空間的範囲内で追従及び作業に関するロボット動作を安全に完遂するように、シミュレーションでロボット動作や空間的範囲を適宜調整することにより、教示情報を最適化することができる。その結果、実際のロボットシステムの効率、安全性及び信頼性の向上を実現できる。

請求項２に記載の発明によれば、シミュレーションにおいて、表示部の画面上でロボット動作や空間的範囲を調整することができる。

請求項３に記載の発明によれば、シミュレーションにおいて、表示部の画面上でロボット動作の妥当性を容易かつ正確に判断することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ロボット動作の余裕度を様々に変更してシミュレーションすることができ、以って、実際のロボットがロボット動作中に動作許容下流端に達するまでの残余距離を確認することができる。

請求項５又は請求項６に記載の発明によれば、ロボットの実作業環境とシミュレーションにおける作業環境との誤差が低減する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るオフライン教示装置１０の基本構成を機能ブロック図で示す。オフライン教示装置１０は、搬送路に沿って移動しているワークに追従しながら、ワークに対する作業を遂行するロボットの、追従及び作業に関するロボット動作を、オフラインで生成し教示するものであって、例えばパーソナルコンピュータ等の電算機に所要のソフトウェアをインストールすることにより構成できる。

オフライン教示装置１０は、搬送路、ワーク及びロボットをそれぞれにモデル化した搬送路モデルＣＭ、ワークモデルＷＭ及びロボットモデルＲＭの画像を生成するモデル画像生成部１２と、搬送路上でワークの通過を検知するための基準点を示す基準点指標ＢＩ、並びに、搬送路上で基準点よりもワーク搬送方向の下流側に、ロボットがロボット動作を遂行するための空間的範囲をワーク搬送方向に沿って規定する動作許容上流端及び動作許容下流端をそれぞれに示す上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩを生成する指標生成部１４と、画像生成部１２が生成した搬送路モデルＣＭ、ワークモデルＷＭ及びロボットモデルＲＭの画像を、指標生成部１４が生成した基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩと共に、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で、画面に表示する表示部１６と、表示部１６が表示したワークモデルＷＭに、搬送路モデルＣＭに沿ったワーク移動動作を画面上で模擬的に遂行させる搬送シミュレート部１８と、ワークモデルＷＭがワーク移動動作に従い画面上で上流端指標ＵＩを通過してから下流端指標ＤＩに到達するまでの間、表示部１６が表示したロボットモデルＲＭに、ロボット動作を画面上で模擬的に遂行させるロボット動作シミュレート部２０とを備えて構成される。モデル画像生成部１２、指標生成部１４、搬送シミュレート部１８及びロボット動作シミュレート部２０は、例えばパーソナルコンピュータ等の電算機のＣＰＵ（中央処理装置）によって構成でき、表示部１６は、同ＣＰＵ及び付設の表示装置によって構成できる。

図２は、オフライン教示装置１０の表示部１６が表示する画面２２の一例を示す。画面２２には、搬送路モデルＣＭと、搬送路モデルＣＭに沿って移動するワークモデルＷＭと、移動中のワークモデルＷＭに対し追従及び作業に関するロボット動作を遂行するロボットモデルＲＭと、搬送路モデルＣＭ上でワークモデルＷＭの通過を検知するための基準点指標ＢＩと、ロボットモデルＲＭがロボット動作を安全に遂行するための空間的許容範囲Ｓをワーク搬送方向Ｔに沿って規定する上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩとが、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で表示される。画面２２にはさらに、実際のロボットに接続されるロボット制御装置をモデル化した制御装置モデルＵＭが、信号線モデルＬＭと共に表示されている。

オフライン教示装置１０において、指標生成部１４は、ロボットの実作業環境における搬送路の実際の搬送動作情報に基づいて、表示部１６が表示する画面２２上での基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩのそれぞれの位置を決定する。ここで、実際のロボットを用いてロボット動作を教示する場合には、例として、実際の搬送路を構成するコンベヤの駆動モータの回転位置及び回転速度をパルスコーダにより検出し、搬送路のワーク導入端から所望距離（パルス数）の位置に基準点を設定するとともに、基準点から所望距離（パルス数）の位置に動作許容上流端及び動作許容下流端を設定する。そこで、オフライン教示装置１０においても、搬送路の搬送動作情報（すなわち搬送速度や搬送位置を示すパルス数に相当する情報）を利用して、画面２２上で、搬送路モデルＣＭのワーク導入端（図で左端）から所望距離の位置に基準点指標ＢＩを設定するとともに、基準点指標ＢＩから所望距離の位置に上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩを設定することができる。これら設定された基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩの位置は、記憶部２４（図１）に格納される。

また、オフライン教示装置１０において、搬送シミュレート部１８は、搬送路の実際の搬送動作情報（すなわち搬送速度や搬送位置を示すパルス数に相当する情報）に基づいて、画面２２上でのワークモデルＷＭのワーク移動動作を生成する。そして、搬送シミュレート部１８が生成したワーク移動動作に従うワークモデルＷＭの移動位置（例えば実際の搬送路を構成するコンベヤの搬送位置に相当する）は、ロボット動作シミュレート部２０が読み取って、記憶部２４に格納する。それにより、ワークモデルＷＭが個々の指標ＢＩ、ＵＩ、ＤＩを通過するときのワークモデルＷＭの移動位置が、記憶部２４に格納される。なお、シミュレーション上は、ロボット動作シミュレート部２０及び記憶部２４は、制御装置モデルＵＭに設けられる。

搬送シミュレート部１８が生成したワーク移動動作に従い、画面２２上でワークモデルＷＭが上流端指標ＵＩに到達すると、ロボット動作シミュレート部２０が、記憶部２４に記憶した位置データからその到達を判断して、ロボットモデルＲＭにロボット動作を開始させる。ここで、実際のロボットを用いてロボット動作を教示する場合には、例として、実際の搬送路上の基準点で静止したワークに対しロボットが所望の作業を遂行するための位置情報が、基準データとしてロボットに教示されており、この基準データに基準点からのワークの搬送距離を加算することで得られる修正位置情報を実用上の教示データとすることで、ロボットがワークに対する追従動作を遂行する。そこで、オフライン教示装置１０においても、画面２２上で、基準点指標ＢＩの位置で静止したワークモデルＷＭに対しロボットモデルＲＭが所望の作業を遂行するための位置情報を、基準データとしてロボット動作シミュレート部２０の記憶部２４に格納しておき、この基準データに基準点指標ＢＩからのワークモデルＷＭの搬送距離を加算することで得られる修正位置情報を、実用上の教示データとして、ロボットモデルＲＭにワークモデルＷＭに対する追従動作を遂行させることができる。

このように、上記構成を有するオフライン教示装置１０では、ロボット動作の安全を担保する空間的範囲Ｓが、表示部１６の画面２２上で、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩによって明示される。したがって、オフライン教示に際し、ロボットモデルＲＭが空間的範囲Ｓ内で追従及び作業に関するロボット動作を安全に完遂するように、シミュレーションでロボット動作や空間的範囲Ｓを適宜調整することにより、教示情報を最適化することができる。その結果、オフライン教示装置１０によれば、実際のロボットシステムの効率、安全性及び信頼性の向上を実現できる。

図３は、本発明の一実施形態によるオフライン教示装置３０の構成を機能ブロック図で示す。オフライン教示装置３０は、上記したシミュレーションにおける画面２２上でのロボット動作や空間的範囲Ｓの調整を可能にするための構成を有するものであり、他の基本構成は図１のオフライン教示装置１０で説明したものと同じであるから、対応する構成要素には共通の符号を付してその説明を省略する。

オフライン教示装置３０は、前述した基本構成に加えて、表示部１６が表示した基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩのうち少なくとも１つを、画面２２（図２）上で搬送路モデルＣＭに沿った方向へ変位させる指令を出力する指標変位指令部３２と、指標変位指令部３２が出力した指令に従い、基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩのうち少なくとも１つの位置データを変更するデータ変更部３４とをさらに備える。指標変位指令部３２及びデータ変更部３４は、例えばパーソナルコンピュータ等の電算機のＣＰＵ（中央処理装置）によって構成できる。

オフライン教示装置３０においては、例えばマウス等の入力装置（図示せず）を用いて、画面２２に表示されている基準点指標ＢＩ、上流端指標ＵＩ及び下流端指標ＤＩのうち所望の指標を、搬送路モデルＣＭに沿った所望位置に変位させる指示を入力できるように構成する。そして、変位指示が入力されると、それに対応する変位指令を指標変位指令部３２が表示部１６に出力し、表示部１６は、指令された指標の位置を直ちに変更して画面２２に表示する。

例えば図４では、（ａ）画面２２上で基準点指標ＢＩの変位指示が入力され、（ｂ）それに応じて基準点指標ＢＩの表示位置が変更されている。この場合、データ変更部３４は、例えば基準点指標ＢＩを基準として記憶部２４（図１）に記憶されていた上流端指標ＵＩの位置データα及び下流端指標ＤＩの位置データβを、それぞれ（α−γ）及び（β−γ）に変更する。

上記構成において、ロボット動作シミュレート部２０は、変更後の各指標ＢＩ、ＵＩ、ＤＩの位置データに基づき、ロボット動作のシミュレーションを行なう。それにより作成した教示データを実際のロボットに教示すると、実際のロボット制御装置に予め設定されていた基準点、動作許容上流端及び動作許容下流端が、各指標ＢＩ、ＵＩ、ＤＩの変位に対応して変位することになる。

図５は、本発明の他の実施形態によるオフライン教示装置４０の構成を機能ブロック図で示す。オフライン教示装置４０は、上記したシミュレーションにおける画面２２上でのロボット動作の妥当性判断を可能にするための構成を有するものであり、他の基本構成は図１のオフライン教示装置１０で説明したものと同じであるから、対応する構成要素には共通の符号を付してその説明を省略する。

オフライン教示装置４０は、前述した基本構成に加えて、ロボット動作シミュレート部２０がロボット動作をシミュレーションしている間に、表示部１６が表示したロボットモデルＲＭが画面２２（図２）上で下流端指標ＤＩに接触したことを検出する接触検出部４２をさらに備える。この場合、指標生成部１４は、下流端指標ＤＩを画面２２上で上流端指標ＵＩに接近する方向へ、調整可能な寸法だけ拡張させて生成することができる。接触検出部４２は、例えばパーソナルコンピュータ等の電算機のＣＰＵ（中央処理装置）によって構成できる。

オフライン教示装置４０においては、ロボット動作のシミュレーションを行っている最中に、接触検出部４２が、ツールモデルを含むロボットモデルＲＭが下流端指標ＤＩに接触したことを検出すると、例えばロボット動作シミュレート部２０は、シミュレーションを中断したりアラームを出力したりすることができる。図６は、画面２２上で、ロボットモデルＲＭに並設して画像表示したツールモデルＴＭが、下流端指標ＤＩに接触している状態を例示する。

上記構成によれば、シミュレーションによりロボット動作の妥当性を容易かつ正確に判断することができる。また、下流端指標ＤＩの寸法ｄ（図６）を画面２２上で上流端指標ＵＩに接近する方向へ調整することで、ロボット動作の余裕度を様々に変更してシミュレーションすることができ、以って、実際のロボットがロボット動作中に動作許容下流端に達するまでの残余距離を確認することができる。

このように、本発明に係るオフライン教示装置によれば、ワーク追従動作を含むロボットプログラムを短時間で精度良く作成できるので、ワーク追従動作を伴うロボットシステムの、生産現場におけるプログラム調整に消費される時間、及びシステム立ち上げに要する工数を、大幅に削減することができる。

本発明に係るオフライン教示装置の基本構成を示す機能ブロック図である。 図１の基本構成を有するオフライン教示装置における画面表示の一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるオフライン教示装置の構成を示す機能ブロック図である。 図３のオフライン教示装置におけるシミュレーションの一例を示す図で、（ａ）指標変位前の状態、及び（ｂ）指標変位後の状態を示す。 本発明の他の実施形態によるオフライン教示装置の構成を示す機能ブロック図である。 図５のオフライン教示装置におけるシミュレーションの一例を示す図である。

符号の説明

１０、３０、４０ オフライン教示装置
１２ モデル画像生成部
１４ 指標生成部
１６ 表示部
１８ 搬送シミュレート部
２０ ロボット動作シミュレート部
２２ 画面
２４ 記憶部
３２ 指標変位指令部
３４ データ変更部
４２ 接触検出部
ＣＭ 搬送路モデル
ＷＭ ワークモデル
ＲＭ ロボットモデル
ＢＩ 基準点指標
ＵＩ 上流端指標
ＤＩ 下流端指標

Claims (6)

1. 搬送路に沿って移動しているワークに追従しながら、該ワークに対する作業を遂行するロボットの、追従及び作業に関するロボット動作を、オフラインで生成し教示するオフライン教示装置において、
   前記搬送路、前記ワーク及び前記ロボットをそれぞれにモデル化した搬送路モデル、ワークモデル及びロボットモデルの画像を生成するモデル画像生成部と、
   前記搬送路上で前記ワークの通過を検知するための基準点を示す基準点指標、並びに、該搬送路上で該基準点よりもワーク搬送方向の下流側に、前記ロボットが前記ロボット動作を遂行するための空間的範囲を該ワーク搬送方向に沿って規定する動作許容上流端及び動作許容下流端をそれぞれに示す上流端指標及び下流端指標を生成する指標生成部と、
   前記画像生成部が生成した前記搬送路モデル、前記ワークモデル及び前記ロボットモデルの前記画像を、前記指標生成部が生成した前記基準点指標、前記上流端指標及び前記下流端指標と共に、実際のロボット作業環境に対応する相対配置で、画面に表示する表示部と、
   前記表示部が表示した前記ワークモデルに、前記搬送路モデルに沿ったワーク移動動作を前記画面上で模擬的に遂行させる搬送シミュレート部と、
   前記ワークモデルが前記ワーク移動動作に従い前記画面上で前記上流端指標を通過してから前記下流端指標に到達するまでの間、前記表示部が表示した前記ロボットモデルに、前記ロボット動作を前記画面上で模擬的に遂行させるロボット動作シミュレート部と、
   を具備したことを特徴とするオフライン教示装置。
2. 前記表示部が表示した前記基準点指標、前記上流端指標及び前記下流端指標のうち少なくとも１つを、前記画面上で前記搬送路モデルに沿った方向へ変位させる指令を出力する指標変位指令部と、
   前記指標変位指令部が出力した前記指令に従い、前記基準点指標、前記上流端指標及び前記下流端指標のうち少なくとも１つの位置データを変更するデータ変更部と、
   をさらに具備する請求項１に記載のオフライン教示装置。
3. 前記ロボット動作シミュレート部が前記ロボット動作をシミュレーションしている間に、前記表示部が表示した前記ロボットモデルが前記画面上で前記下流端指標に接触したことを検出する接触検出部をさらに具備する、請求項１又は２に記載のオフライン教示装置。
4. 前記指標生成部は、前記下流端指標を前記画面上で前記上流端指標に接近する方向へ、調整可能な寸法だけ拡張させて生成する、請求項３に記載のオフライン教示装置。
5. 前記指標生成部は、前記搬送路の実際の搬送動作情報に基づいて、前記画面上での前記基準点指標、前記上流端指標及び前記下流端指標のそれぞれの位置を決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオフライン教示装置。
6. 前記搬送シミュレート部は、前記搬送路の実際の搬送動作情報に基づいて、前記画面上での前記ワークモデルの前記ワーク移動動作を生成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオフライン教示装置。

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