JP2012228736A - Method and system for preparing offline teaching data - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータなどで構成される教示データ作成装置に蓄積されたワークの3次元図形データをディスプレイ画面上に表示して、当該ワークに対するロボットの動作軌跡を教示するロボットのオフライン教示データ作成方法、及びオフライン教示データ作成システムに関する。 The present invention provides a method for creating offline teaching data for a robot, which displays on a display screen three-dimensional graphic data of a workpiece stored in a teaching data creation apparatus constituted by a computer or the like, and teaches an operation locus of the robot with respect to the workpiece. And an off-line teaching data creation system.
従来、ロボット溶接などの分野では、特許文献1に示すように、オペレータの手元に配置されたロボットの操作装置(マスターアーム)によってロボットの教示が行われていた。
しかし近年は、ロボットの操作装置ではなくコンピュータなどで構成された教示データ作成装置を用いてロボットの動作軌跡を作成することで、所望の動作をロボットに教示する作業が行われている。このオフラインによる教示作業は、ワークの3次元図形データをディスプレイ画面に表示した上で、当該ワークを構成する図形データに対してロボットの作業位置及び姿勢を指定しつつ、ロボットの動作軌跡を作成するものである。
Conventionally, in the field of robot welding and the like, as shown in Patent Document 1, teaching of a robot has been performed by a robot operation device (master arm) arranged at the operator's hand.
However, in recent years, an operation of teaching a desired operation to a robot has been performed by generating an operation trajectory of the robot by using a teaching data generation apparatus configured by a computer or the like instead of an operation device of the robot. This off-line teaching work displays the three-dimensional graphic data of a work on a display screen, and creates a robot motion trajectory while designating the work position and posture of the robot with respect to the graphic data constituting the work. Is.
このような技術としては、特許文献2に開示されたものがある。
特許文献2のロボット動作教示システムは、複数の関節と把持とを有しかつ各関節ごとにダイレクトドライブモータと前記各関節ごとの関節角の移動量検出信号を出力するエンコーダとを有するマニピュレータと、教示対象ロボットとロボット作業環境のモデル化を行なう3次元立体形状処理と前記把持部の操作により変化する前記移動量検出信号を処理して前記教示対象ロボットの位置・姿勢を求め、移動経路内において他の物体との衝突が生じる場合に前記教示対象ロボットに加わる反力の大きさと方向及び前記各関節に加わるトルク値を予測し前記ダイレクトドライブモータに前記トルク値に対応したトルクを発生させるための制御信号を出力し、表示出力データの作成と教示データの記憶とを行なう計算制御裟置と、前記教示対象ロボットおよびロボット作業環境の3次元の位置・姿勢を画面に連続的に表示する表示装置とを含むことを特徴とするものである。
As such a technique, there is one disclosed in Patent Document 2.
The robot operation teaching system of Patent Document 2 includes a manipulator having a plurality of joints and a grip, and a direct drive motor for each joint and an encoder that outputs a movement amount detection signal of a joint angle for each joint; The position / posture of the teaching target robot is determined by processing a three-dimensional solid shape process for modeling the teaching target robot and the robot working environment and the movement amount detection signal that changes according to the operation of the gripping unit. Predicting the magnitude and direction of the reaction force applied to the teaching target robot and the torque value applied to each joint when a collision with another object occurs, and causing the direct drive motor to generate a torque corresponding to the torque value A calculation control device for outputting a control signal, creating display output data and storing teaching data; and It is characterized in that the Tsu bets and 3-dimensional position and orientation of the robot working environment on the screen includes a display device and for continuously displaying.
このロボット動作教示システムによれば、教示データの作成において、教示された動作経路内における衝突チェックをリアルタイムに行うことができ、衝突時におけるロボット及び作業環境を表示装置に表示することができるとされている。
上記したロボット動作教示技術においては、ロボットの作業位置及び姿勢の指定におけるロボットの教示点移動に関して、2次元のマウス(コンピュータ操作で使用する通常のマウス)のみならず3次元以上の入力手段を有する入力デバイスを用いることで、操作性の向上が図れると思われる。
According to this robot motion teaching system, in creating teaching data, it is possible to perform a collision check in the taught motion path in real time, and to display the robot and work environment at the time of the collision on the display device. ing.
The robot operation teaching technique described above has not only a two-dimensional mouse (ordinary mouse used for computer operation) but also a three-dimensional or more input means for moving the robot teaching point in specifying the robot work position and posture. It seems that operability can be improved by using an input device.
操作性の向上に着目した入力デバイスとしては、特許文献3や特許文献4に開示された装置が開発されている。
特許文献3には、操作対象を切り換えて指令信号を供給することができるようにした操作者の手腕動作によるマスタースレーブ制御用の手腕操作入力装置に加えて、片足の動作により強度を指定する指令信号を出力する足操作入力装置を床面に備え、さらに、操作指令の入り切り信号を発生する切替操作入力装置を備えるロボット操縦装置が開示されている。
As input devices focused on improving operability, devices disclosed in Patent Literature 3 and Patent Literature 4 have been developed.
In Patent Document 3, in addition to a hand / arm operation input device for master / slave control based on a hand / arm operation of an operator that can supply a command signal by switching an operation target, a command for designating strength by an operation of one foot There is disclosed a robot control device that includes a foot operation input device that outputs a signal on a floor surface, and further includes a switching operation input device that generates an operation command on / off signal.
特許文献4には、入出力装置本体を接地面において円周方向には確実に推進力を伝え、その垂直方向つまり回転軸方向には力が伝わらない摩擦零に近い車輪を使用した全方向移動機構が開示され、この全方向移動機構の車輪がバレル型コロを外周に配置した複数のオムニホイルからなるとされている。 In Patent Document 4, the input / output device main body reliably transmits propulsive force in the circumferential direction on the ground surface, and moves in all directions using near-zero friction wheels in which the force is not transmitted in the vertical direction, that is, the rotation axis direction. A mechanism is disclosed, and a wheel of the omnidirectional movement mechanism is composed of a plurality of omni foils having barrel type rollers arranged on the outer periphery.
ところで、オフライン教示データの作成においては、ロボットのアームやその先端に取り付けられたツールを、ワークや周囲環境との接触を回避しつつ接触作業の領域にまで進入させると共に、当該接触を回避しつつ接触作業の領域から退避させる軌跡を教示する必要がある。
そのため、特許文献2に開示されたオフライン教示では、アームやツールのモデルとワークや周囲環境のモデルとの間で干渉(衝突)が起きたか否かを調べる干渉チェック機能が設けられている。
By the way, in creating the offline teaching data, the robot arm and the tool attached to the tip of the robot are made to enter the contact work area while avoiding contact with the work and the surrounding environment, and while avoiding the contact. It is necessary to teach a trajectory for retreating from the contact work area.
Therefore, the off-line teaching disclosed in Patent Document 2 is provided with an interference check function for checking whether or not interference (collision) has occurred between the arm or tool model and the workpiece or ambient environment model.
しかし、この干渉チェック機能は、アームやツールのモデルが、実際にワークや周囲環境のモデルに干渉したか否かの事実をチェックするものである。それ故、操作者は、アームやツールのモデルがワークや周囲環境のモデルに干渉した時点で初めて、干渉の発生箇所等を知ることができる。従って、特許文献2に開示の技術では、干渉の危険性を事前に把握して、積極的に干渉を回避するための構成とはなっておらず、教示作業中の操作者にとって、アームやツールのモデルとワークや周囲環境のモデルとの間隔の把握は非常に困難なものとなっている。 However, this interference check function checks the fact that the arm or tool model actually interfered with the workpiece or the surrounding environment model. Therefore, the operator can know the location of interference only when the arm or tool model interferes with the workpiece or the surrounding environment model. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 2 is not configured to grasp the danger of interference in advance and actively avoid interference, and for an operator who is teaching, an arm or tool It is very difficult to grasp the interval between the model and the model of the workpiece and the surrounding environment.
なお、特許文献3や特許文献4に開示された操作性の向上に着目した入力デバイスを用いたとしても、干渉を事前に回避しつつ教示データを作成するような作業性の向上には寄与できないものと思われる。
また、特許文献には挙げていないが、このような操作者の負担を軽減すべく、干渉を回避するような軌跡を自動的に計算する手法もある。しかし、長い計算時間が必要となるだけでなく、進入・退避後の動作を考慮した合理的な軌跡を得ることができないなど、課題も多い。
Note that even if the input device focused on improving the operability disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4 is used, it cannot contribute to the improvement of workability such as creating teaching data while avoiding interference in advance. It seems to be.
Although not listed in the patent literature, there is also a method of automatically calculating a trajectory that avoids interference in order to reduce the burden on the operator. However, there are many problems that not only a long calculation time is required but also a rational trajectory in consideration of the operation after entering / retreating cannot be obtained.
上述の問題に鑑みて、本発明は、オフライン教示作業において、干渉が起こる可能性のある危険な状況を感覚的に把握できて、且つその危険な状況を容易に回避できるよう、操作者に情報を提供し、オフライン教示作業の効率を向上させることを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, the present invention provides information to the operator so that a dangerous situation in which interference may occur can be sensibly grasped and the dangerous situation can be easily avoided in offline teaching work. To improve the efficiency of off-line teaching work.
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るオフライン教示データ作成方法は、ワーク及び当該ワークに対して作業を行うロボットを含む3次元データを格納していて、前記3次元データを用いることでロボットに対する教示データを作成すると共に、前記ロボットとワークとの距離に応じた仮想的な反力を算出する教示データ作成装置と、前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、を有するオフライン教示データ作成システムを用い、前記教示データ作成装置において、前記ロボットとワークとの距離に反比例する仮想的な反力の合力を算出する反力算出ステップと、前記反力算出ステップで算出された仮想的な反力の合力の大きさ及び方向を、前記入出力デバイスに出力する反力出力ステップと、を実行しつつ、ロボットの教示データを作成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
The offline teaching data creation method according to the present invention stores three-dimensional data including a workpiece and a robot that performs a work on the workpiece, creates teaching data for the robot by using the three-dimensional data, A teaching data creation device that calculates a virtual reaction force according to the distance between the robot and the workpiece, and a movement and rotation of a control point of the robot connected to the teaching data creation device and within the three-dimensional data An off-line teaching data creation system having an input / output device capable of inputting and outputting a virtual reaction force calculated by the teaching data creation device. In the teaching data creation device, the robot and workpiece A reaction force calculation step for calculating a resultant force of a virtual reaction force that is inversely proportional to the distance of the distance, and a temporary force calculated in the reaction force calculation step. The magnitude and direction of the resultant force of the diamagnetic force while running, and the reaction force output step of outputting the input-output device, characterized by creating teaching data of the robot.
好ましくは、前記反力算出ステップは、前記ロボットとワークとの距離に反比例する仮想的な反力の合力に加えて、前記ロボットと当該ロボットが干渉する可能性のあるワーク以外の物体との距離に反比例する仮想的な反力の合力を算出するとよい。
また、好ましくは、前記反力算出ステップは、前記距離の二乗に反比例する仮想的な反力の合力を計算するとよい。
Preferably, the reaction force calculating step includes a distance between the robot and an object other than the workpiece that may interfere with the robot in addition to a resultant force of a virtual reaction force that is inversely proportional to the distance between the robot and the workpiece. It is preferable to calculate a resultant force of a virtual reaction force that is inversely proportional to.
Preferably, the reaction force calculating step calculates a resultant force of a virtual reaction force that is inversely proportional to the square of the distance.
本発明に係るもう一つのオフライン教示データ作成方法は、ワーク及び当該ワークに対して作業を行うロボットを含む3次元データを格納していて、前記3次元データを用いることでロボットに対する教示データを作成すると共に、前記ロボットとワークとの距離に応じた仮想的な反力を算出する教示データ作成装置と、前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、を有するオフライン教示データ作成システムを用い、前記教示データ作成装置において、前記ロボットとワークとの距離が干渉の危険が生じる危険距離以下になった際に、当該干渉状況を回避する方向の仮想的な反力の合力を算出する反力算出ステップと、前記反力算出ステップで算出された仮想的な反力の合力の大きさ及び方向を、前記入出力デバイスに出力する反力出力ステップと、を実行しつつ、ロボットの教示データを作成することを特徴とする。 Another offline teaching data creation method according to the present invention stores three-dimensional data including a workpiece and a robot that performs work on the workpiece, and creates the teaching data for the robot by using the three-dimensional data. In addition, a teaching data creation device that calculates a virtual reaction force according to the distance between the robot and the workpiece, and a movement of a control point of the robot connected to the teaching data creation device and within the three-dimensional data And an offline input / output device that can output a virtual reaction force calculated by the teaching data generation device, and can be used to input the rotation. In the teaching data generation device, the robot When the distance between the workpiece and the workpiece becomes less than the danger distance that may cause interference, a virtual reaction in a direction to avoid the interference situation A reaction force calculating step for calculating a resultant force of the output force, and a reaction force output step for outputting the magnitude and direction of the resultant force of the virtual reaction force calculated in the reaction force calculating step to the input / output device. The robot teaching data is created.
好ましくは、前記反力算出ステップは、前記干渉状況を回避する方向の仮想的な反力の合力に加えて、前記ロボットと当該ロボットが干渉する可能性のあるワーク以外の物体との距離が干渉の危険が生じる危険距離以下になった際に、当該干渉状況を回避する方向の仮想的な反力を算出するとよい。
また、好ましくは、前記反力算出ステップは、前記危険距離を段階的に複数設け、当該複数の危険距離の段階に応じた仮想的な反力を算出するとよい。
Preferably, in the reaction force calculation step, a distance between the robot and an object other than a workpiece that may interfere with the robot interferes with the resultant force of the virtual reaction force in a direction to avoid the interference situation. It is preferable to calculate a virtual reaction force in a direction that avoids the interference situation when the distance becomes equal to or less than the danger distance where the danger occurs.
Preferably, in the reaction force calculation step, a plurality of the danger distances are provided in stages, and a virtual reaction force corresponding to the stages of the plurality of danger distances is calculated.
さらに、好ましくは、前記3次元データにおいて、ロボットの制御点を点、線、及び面の少なくとも1つで拘束した上で、前記ロボットの制御点を拘束されていない方向で移動及び回転させることによって前記ロボットの位置及び姿勢を教示するに際して、
前記反力算出ステップは、前記拘束されていない方向の仮想的な反力の合力を算出するとよい。
Furthermore, preferably, in the three-dimensional data, the robot control point is constrained by at least one of a point, a line, and a surface, and then the robot control point is moved and rotated in an unconstrained direction. In teaching the position and posture of the robot,
The reaction force calculating step may calculate a resultant force of a virtual reaction force in the unconstrained direction.
本発明に係るオフライン教示データ作成システムは、ワーク及び当該ワークに対して作業を行うロボットを含む3次元データを格納すると共に、前記3次元データを用いることでロボットに対する教示データを作成し、且つ上述のオフライン教示データ作成方法における各ステップを実行する教示データ作成装置と、前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、を有することを特徴とする。 The offline teaching data creation system according to the present invention stores three-dimensional data including a workpiece and a robot that performs work on the workpiece, creates teaching data for the robot by using the three-dimensional data, and A teaching data creation device for executing each step in the off-line teaching data creation method, a teaching data creation device connected to the teaching data creation device and capable of inputting movement and rotation of a control point of the robot in the three-dimensional data; And an input / output device capable of outputting a virtual reaction force calculated by the teaching data creation apparatus.
上述の手段を有する本発明では、ロボットのアームや加工具の一部に対して、ワークや周囲環境との距離を計算し、距離に応じた仮想的な反力を、衝突する状態に至る前に入出力デバイスに返す。これにより、衝突を回避しつつロボットの教示点を効率的に作成することができる。
また、周囲環境からの距離に応じて発生する様々な方向の反力に相当するベクトルを合成することにより、反力がほぼ相殺されてつりあった状態であって反力が小さくなっている場所を、周囲環境から一定距離離れた所で検知することができる。これによって、周囲環境に対して、合理的に安全な距離を保った位置・姿勢をオペレータに通知することが出来、オペレータは、教示操作を行いながら簡単に安全な状況か危険な状況かを判断することができる。
In the present invention having the above-described means, the distance to the workpiece and the surrounding environment is calculated for a part of the robot arm and the processing tool, and the virtual reaction force corresponding to the distance is calculated before the collision state is reached. To the input / output device. Thereby, the teaching point of the robot can be efficiently created while avoiding the collision.
In addition, by combining vectors corresponding to reaction forces in various directions generated according to the distance from the surrounding environment, the reaction force is almost offset and the place where the reaction force is small , It can be detected at a certain distance from the surrounding environment. This makes it possible to notify the operator of a position / posture at a reasonably safe distance from the surrounding environment, and the operator can easily determine whether the situation is safe or dangerous while performing the teaching operation. can do.
例えば、溶接作業でのトーチ先端をワークの溶接線に追随させる場合、溶接線を有するワークとトーチ先端との距離が接近してしまう。この場合において、単純に周囲環境との距離に応じた反力を返すと、溶接線から離れる方向に仮想的な力が発生してしまい、目的の位置・姿勢での教示点作成が困難となる。
これに対しては、加工具先端を拘束する幾何学的な情報、例えば、線や点、面を指定することにより、その指定した幾何学的な位置に加工具先端の拘束を保ちながら、ロボットの位置や姿勢を干渉から回避させる方向へと変更させることができる。加工具先端の拘束を実現する位置・姿勢の成分以外の成分で計算される反力を入出力デバイスに返すことにより、オペレータは、加工具先端を目的の位置や線や面上に保ったまま、ロボットの安全な姿勢を簡単に判断し設定することが可能となる。
For example, when the tip of the torch in the welding operation is made to follow the weld line of the workpiece, the distance between the workpiece having the weld line and the tip of the torch approaches. In this case, if a reaction force according to the distance from the surrounding environment is simply returned, a virtual force is generated in the direction away from the weld line, making it difficult to create a teaching point at the target position / posture. .
In response to this, by specifying geometric information that constrains the tip of the processing tool, for example, a line, a point, or a surface, the robot keeps the processing tool tip constrained at the specified geometric position. Can be changed in a direction to avoid the interference and position. By returning to the input / output device the reaction force calculated with components other than the position / posture components that realize the constraint of the tool tip, the operator can keep the tool tip at the target position, line, or surface. It is possible to easily determine and set the safe posture of the robot.
本発明によるオフライン教示データ作成方法、及びオフライン教示データ作成システムを用いれば、オフライン教示作業において、干渉が起こる可能性のある危険な状況を感覚的に把握できて、且つその危険な状況を容易に回避できるよう、操作者に情報を提供し、教示作業の効率を向上させることができる。 By using the offline teaching data creation method and the offline teaching data creation system according to the present invention, it is possible to sensuously grasp a dangerous situation where interference may occur in the offline teaching work, and to easily identify the dangerous situation. Information can be provided to the operator so that it can be avoided, and the efficiency of teaching work can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付している。また、同一の構成要素に関しては、名称も機能も同じである。したがって、同一のものについての詳細な説明は繰返さない。
図面を参照しながら、本発明の実施形態によるオフライン教示データ作成システムについて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals. Further, the same components have the same names and functions. Therefore, the detailed description about the same thing is not repeated.
An offline teaching data creation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係るロボットシステム1の全体構成について説明する。
図1に示すように、ロボットシステム1は、溶接作業を行うロボット2(溶接ロボット2)と、教示ペンダント3を備えた制御装置4と、パソコン等の情報処理装置で構成される教示データ作成装置5とを含む。溶接ロボット2は垂直多関節型の6軸の産業用ロボットであり、その先端に溶接トーチなどから構成される溶接ツール6が設けられている。この溶接ロボット2は、それ自体を移動させるスライダ(図示せず)に搭載されていてもよい。
First, the overall configuration of the robot system 1 according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, a robot system 1 includes a robot 2 (welding robot 2) that performs a welding operation, a control device 4 that includes a teaching pendant 3, and a teaching data creation device that includes an information processing device such as a personal computer. 5 and the like. The welding robot 2 is a vertical articulated 6-axis industrial robot, and a welding tool 6 composed of a welding torch or the like is provided at the tip thereof. The welding robot 2 may be mounted on a slider (not shown) that moves itself.
制御装置4は、溶接ロボット2の動作を、予め教示した教示プログラムに従って制御する。教示プログラムは、制御装置4に接続された教示ペンダント3を使用して作成する場合や、オフラインで教示データ作成装置5を使用して作成する場合がある。いずれの場合であっても、教示プログラムは、溶接ロボット2が実際に溶接作業を行う前に予め作成される。教示データ作成装置5を用いて作成された教示プログラムは、磁気的又は電気的にデータを記憶した媒体等を介して制御装置4に渡されたり、データ通信により制御装置4に転送されたりする。 The control device 4 controls the operation of the welding robot 2 according to a teaching program taught in advance. The teaching program may be created using the teaching pendant 3 connected to the control device 4 or may be created offline using the teaching data creation device 5. In any case, the teaching program is created in advance before the welding robot 2 actually performs the welding operation. The teaching program created using the teaching data creation device 5 is transferred to the control device 4 via a medium or the like in which data is magnetically or electrically stored, or transferred to the control device 4 by data communication.
教示データ作成装置である教示データ作成装置5は、表示装置としてグラフィック表示可能なディスプレイを備え、入力装置としてキーボード、マウス、及び入出力デバイス7(詳細は後述)を備える。また、教示データ作成装置5は、ワークWの3次元データを作成するためのCAD情報を取込むために、読取装置又は通信装置を備えている。このように、教示データ作成装置5に入出力デバイス7や各種機器が接続されて、オフライン教示データ作成システムが構成されている。 A teaching data creation device 5 as a teaching data creation device includes a display capable of graphic display as a display device, and includes a keyboard, a mouse, and an input / output device 7 (details will be described later) as input devices. Further, the teaching data creation device 5 includes a reading device or a communication device in order to capture CAD information for creating three-dimensional data of the workpiece W. In this way, the input / output device 7 and various devices are connected to the teaching data creation device 5 to constitute an offline teaching data creation system.
教示データ作成装置5は、ワークW及び当該ワークWに対して溶接作業を行う溶接ロボット2を含む3次元データを格納しており、操作者(オペレータ)Mは、この3次元データを用いつつ入力装置を操作することで、溶接ロボット2に対する教示データを作成することができる。
さらに、本実施形態の場合、教示データ作成装置5は、溶接ロボット2とワークWとの距離に応じた仮想的な反力を算出するようになっており、算出した反力を入出力デバイス7に返すように構成されている。
The teaching data creation device 5 stores three-dimensional data including a workpiece W and a welding robot 2 that performs a welding operation on the workpiece W, and an operator (operator) M inputs the three-dimensional data using the three-dimensional data. By operating the apparatus, teaching data for the welding robot 2 can be created.
Further, in the case of the present embodiment, the teaching data creation device 5 calculates a virtual reaction force according to the distance between the welding robot 2 and the workpiece W, and the calculated reaction force is input to the input / output device 7. Is configured to return to
ところで、入出力デバイス7としては、NOVINT社製のFALCON(登録商標)(NOVINT社FALCONホームページ、http://home.novint.com/products/novint falcon.php)や、株式会社アイネット社製のPHANTOM(http://www.ddd.co.jp/product/phantom/)及びSPIDER(http://www.ddd.co.jp/product/spidar/index.html)などの入出力装置が採用可能である。 By the way, as the input / output device 7, FALCON (registered trademark) manufactured by NOVINT (NOVINT FALCON website, http://home.novint.com/products/novint) falcon.php), PHANTOM (http://www.ddd.co.jp/product/phantom/) and SPIDER (http://www.ddd.co.jp/product/spidar) Input / output devices such as /index.html) can be used.
本実施形態の場合、入出力デバイス7として、上記したNOVINT社製のFALCONを採用している。以下、この入出力デバイス7を念頭に説明を進める。
入出力デバイス7は、入力グリップ8を備えており、入力グリップ8を上下左右及び前後の3次元で移動させることによって、教示データ作成装置5に対して3次元の入力が可能である。また、入出力デバイス7は、教示データ作成装置5からの指示に基づいて各次元の入力に対して反力を発生(フォースフィードバック)する。
In this embodiment, the above-described FALCON manufactured by NOVINT is used as the input / output device 7. Hereinafter, the description will be made with the input / output device 7 in mind.
The input / output device 7 includes an input grip 8, and three-dimensional input is possible with respect to the teaching data creation device 5 by moving the input grip 8 in three dimensions, up and down, left and right, and front and rear. Further, the input / output device 7 generates a reaction force (force feedback) for each dimension input based on an instruction from the teaching data creation device 5.
本実施形態において入出力デバイス7によって入力できる次元は、教示データ作成装置5のディスプレイに表示された3次元データのX軸方向と、Y軸方向と、Z軸方向の3つの次元(ロボットベース座標のX,Y,Z)である。このとき入出力デバイス7が発生させることのできる反力の次元は、入力の次元と同じく、3次元データのX軸方向と、Y軸方向と、Z軸方向の3つの次元である。なお、他の入出力デバイスを採用することで、各座標軸まわりの回転(α,β,γ)も含めた最大6次元の入出力を行うことが可能である。 In this embodiment, the dimensions that can be input by the input / output device 7 are three dimensions (robot base coordinates) of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the three-dimensional data displayed on the display of the teaching data creation device 5. X, Y, Z). At this time, the dimensions of the reaction force that can be generated by the input / output device 7 are the three dimensions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the three-dimensional data, similar to the input dimension. By adopting other input / output devices, it is possible to perform input / output in a maximum of 6 dimensions including rotations (α, β, γ) around each coordinate axis.
本実施形態の入出力デバイス7は、入力グリップ8を動かすことで3次元データ内での溶接ロボット2の先端に取り付けられた溶接ツール6の先端(溶接ロボット2の制御点)を移動及び回転させる入力が可能である。また、入出力デバイス7は、教示データ作成装置5から指示された大きさの反力を発生することができる。これによって、反力に逆らう方向に入力グリップ8を動かすことが困難となり、反力に逆らう入力を抑制することができる。 The input / output device 7 of this embodiment moves and rotates the tip of the welding tool 6 attached to the tip of the welding robot 2 in the three-dimensional data by moving the input grip 8 (control point of the welding robot 2). Input is possible. Further, the input / output device 7 can generate a reaction force having a magnitude instructed from the teaching data creation device 5. Thereby, it becomes difficult to move the input grip 8 in the direction against the reaction force, and the input against the reaction force can be suppressed.
言うまでもなく、入出力デバイス7は、NOVINT社製のFALCONに限定されるものではない。上述の入出力が可能な装置であれば、アイネット社製のPHANTOM及びSPIDERや、その他の入出力装置を入出力デバイス7として採用することができる。
以上のような構成を有するオフライン教示データ作成システムにおいて、教示データ作成装置5は、溶接ロボット2とワークWとの距離に反比例する仮想反力fi(仮想的な反力)の合力を算出する反力算出ステップと、反力算出ステップで算出された仮想反力fiの合力の大きさ及び方向を入出力デバイス7に出力する反力出力ステップと、を実行しつつロボットの教示データを作成する。
Needless to say, the input / output device 7 is not limited to FALCON manufactured by NOVINT. As long as the above-described input / output device is available, a PHANTOM and SPIDER manufactured by Inet and other input / output devices can be used as the input / output device 7.
In the offline teaching data creation system having the above-described configuration, the teaching data creation device 5 calculates a reaction force of a virtual reaction force fi (virtual reaction force) that is inversely proportional to the distance between the welding robot 2 and the workpiece W. The robot teaching data is created while executing the force calculation step and the reaction force output step of outputting the magnitude and direction of the resultant force of the virtual reaction force fi calculated in the reaction force calculation step to the input / output device 7.
教示データの作成において、3次元データ内の溶接ロボット2に設定された質点とワークWとの距離に応じた大きさの力を、当該質点に働く仮想反力fiとして算出することを特徴としている。さらに、オフライン教示データ作成システムでは、算出された仮想反力fiの合力を、当該質点においてワークWとは反対方向に働く力として入出力デバイス7に出力するところも特徴である。 In creating the teaching data, a force having a magnitude corresponding to the distance between the mass point set in the welding robot 2 in the three-dimensional data and the workpiece W is calculated as a virtual reaction force fi acting on the mass point. . Further, the off-line teaching data creation system is characterized in that the resultant resultant force of the virtual reaction force fi is output to the input / output device 7 as a force acting in the direction opposite to the workpiece W at the mass point.
この仮想反力fiは、溶接ロボット2に設定された質点がワークWに干渉することによって発生する力ではなく、質点がワークWに干渉する前に、当該質点とワークWの接近距離に応じて教示データ作成装置5で算出される力である。
また、ここでいう溶接ロボット2に設定された質点とは、3次元データにおける溶接ロボット2のモデルの表面で凸形状となっていて、ワークWと干渉しやすい部分に予め設定された点である。この質点は、溶接ロボット2のモデルの外形を形成する全ての頂点に設定してもよいし、応力計算などで作成する計算用メッシュの表面部分の頂点に設定してもよい。
This virtual reaction force fi is not a force generated when the mass point set in the welding robot 2 interferes with the workpiece W, but depends on the approach distance between the mass point and the workpiece W before the mass point interferes with the workpiece W. This is the force calculated by the teaching data creation device 5.
In addition, the mass point set in the welding robot 2 here is a point that is convex on the surface of the model of the welding robot 2 in the three-dimensional data and is set in advance in a portion that easily interferes with the workpiece W. . This mass point may be set at all the vertices forming the outer shape of the model of the welding robot 2 or may be set at the vertices of the surface portion of the calculation mesh created by stress calculation or the like.
本実施形態では、溶接ロボット2の移動速度と、教示データ作成装置5での計算に要する時間との兼ね合いから、上述のように質点を設定している。
このような構成の入出力デバイス7によって、教示データ作成装置5への入力を抑制したり、当該入力に対して反力を出力して注意を促したりといったことが可能となる。入出力デバイス7に対して反力を発生させるために教示データ作成装置5が行う処理については、以下に詳しく説明する。
In the present embodiment, the mass point is set as described above from the balance between the moving speed of the welding robot 2 and the time required for the calculation in the teaching data creation device 5.
With the input / output device 7 having such a configuration, it is possible to suppress input to the teaching data creation apparatus 5 or to output a reaction force against the input to call attention. Processing performed by the teaching data creation device 5 to generate a reaction force on the input / output device 7 will be described in detail below.
図2〜図5を参照しながら、質点に働く仮想反力fiの算出方法について説明する。
図2は、溶接ロボット2のある質点で発生する仮想反力fiの計算方法の考え方を示す図である。
図2に示すように、溶接ロボット2のモデルのある質点に対して、当該質点から3次元空間内の全ての方向へ向くようなベクトル(等方的なベクトル)を設定する。これら等方的なベクトルは、方向に偏りが無いことだけでなく、高い計算精度を得るために十分な分解能が要求される。そこで、例えば対象となる質点を中心にした正n面体の各面の中心方向などに向かってベクトルを設定する。本実施形態では、正20面体の各面の中心方向のベクトルを設定している。
A method of calculating the virtual reaction force fi acting on the mass point will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram illustrating the concept of a method for calculating the virtual reaction force fi generated at a certain point of the welding robot 2.
As shown in FIG. 2, for a certain mass point of the model of the welding robot 2, a vector (isotropic vector) is set so as to be directed from the mass point in all directions in the three-dimensional space. These isotropic vectors are required not only to have no deviation in direction but also to have sufficient resolution to obtain high calculation accuracy. Therefore, for example, a vector is set in the direction of the center of each surface of the regular n-hedron around the target mass point. In this embodiment, a vector in the center direction of each surface of the regular icosahedron is set.
このように設定した各ベクトルにおける当該質点とワークWや周囲環境との最短距離を暫時計算し、当該各ベクトルの大きさをワークWとの最短距離の二乗に反比例させる。なお、ここでいう周囲環境とは、「溶接ロボット2が干渉する可能性のあるワークW以外の物体」のことであり、例えば、ワークWが載置された載置台やポジショナ、ワークWを把持しているクランプ部材などが該当する。 The shortest distance between the mass point in each vector set in this way and the workpiece W or the surrounding environment is calculated temporarily, and the size of each vector is inversely proportional to the square of the shortest distance from the workpiece W. The ambient environment here is “an object other than the workpiece W that the welding robot 2 may interfere with”, for example, a mounting table or a positioner on which the workpiece W is mounted, or gripping the workpiece W For example, a clamp member is applicable.
図4(a)に示すように、等方的なベクトルの大きさは、ワークWを表す干渉領域から離れるにしたがって、距離lの二乗に反比例して小さくなってゆく。ワークWとの干渉の危険が生じる危険距離よりもワークWに近づいているときは、等方的なベクトルの大きさを、予め設定された上限値を下回る一定値とする。この一定値は、予め設定された上限値に任意の割合を乗じて得られる値であり、本実施形態では、入出力デバイス7の操作性を考慮して、当該上限値に例えば80%を乗じている。 As shown in FIG. 4A, the size of the isotropic vector decreases in inverse proportion to the square of the distance l as the distance from the interference area representing the workpiece W increases. When the distance to the workpiece W is closer than the dangerous distance at which the danger of interference with the workpiece W occurs, the size of the isotropic vector is set to a constant value that is lower than a preset upper limit value. This constant value is a value obtained by multiplying a preset upper limit value by an arbitrary ratio. In this embodiment, the upper limit value is multiplied by, for example, 80% in consideration of the operability of the input / output device 7. ing.
なお、当該質点からのベクトルの方向にワークWが存在しないときは、当該ベクトルの大きさを0として計算する。
上述の計算で得られた各ベクトルの合成ベクトルを求め、求めた合成ベクトルを当該質点において発生する仮想反力fiのベクトルとする。質点iにおいて発生する仮想反力fiのベクトルは、等方ベクトルのある方向をVj、そのときのワークWや周囲環境との距離をljとすると、次の式(1)で表される。式(1)の右辺にマイナスの符号が付されていることに注意されたい。
When the workpiece W does not exist in the direction of the vector from the mass point, the size of the vector is calculated as zero.
A combined vector of each vector obtained by the above calculation is obtained, and the obtained combined vector is set as a vector of the virtual reaction force fi generated at the mass point. The vector of the virtual reaction force fi generated at the mass point i is expressed by the following equation (1), where V j is the direction of the isotropic vector and l j is the distance from the workpiece W and the surrounding environment at that time. . Note that a minus sign is attached to the right side of equation (1).
このように、質点回りの等方的なベクトルの大きさを当該質点のワークWとの距離の二乗に反比例させると共に、式(1)によって質点iにおける仮想反力fiのベクトルを求めると、その仮想反力fiのベクトルはワークWから離れる方向を向く。
図4(a)に示したように、質点iにおける等方的なベクトルの大きさをワークWとの距離の二乗に反比例させて連続的に変化させてもよいが、図4(b)に示すように、段階的に変化させてもよい。
In this way, the magnitude of the isotropic vector around the mass point is made inversely proportional to the square of the distance of the mass point from the workpiece W, and the vector of the virtual reaction force fi at the mass point i is obtained by the equation (1). The vector of the virtual reaction force fi faces away from the workpiece W.
As shown in FIG. 4A, the size of the isotropic vector at the mass point i may be continuously changed in inverse proportion to the square of the distance to the workpiece W. As shown, it may be changed step by step.
図4(b)では、ワークWとの干渉の危険が生じる危険距離を段階的に複数設けた場合における等方的なベクトルの大きさの変化を示している。質点のワークWとの距離が、干渉の危険が生じない安全距離以上離れているときは、等方的なベクトルの大きさの大きさを0とする。質点のワークWとの距離が安全距離未満の第1の危険距離以下となったとき、等方的なベクトルの大きさを所定の大きさの一定値とする。質点がさらにワークWに接近し第2の危険距離以下となったとき、等方的なベクトルの大きさを、第1の危険距離以下での値より大きな一定値とする。第2の危険距離以下での等方的なベクトルの大きさを、予め設定された上限値を下回る一定値とする。この一定値は、予め設定された上限値に任意の割合を乗じて得られる値であり、本実施形態では、入出力デバイス7の操作性を考慮して、当該上限値に例えば80%を乗じている。 FIG. 4B shows an isotropic vector size change in the case where a plurality of danger distances at which a danger of interference with the workpiece W occurs are provided in stages. When the distance between the mass point and the workpiece W is greater than the safe distance at which no danger of interference occurs, the size of the isotropic vector is set to zero. When the distance between the mass point and the workpiece W is equal to or less than the first danger distance less than the safety distance, the magnitude of the isotropic vector is set to a constant value of a predetermined magnitude. When the mass point further approaches the workpiece W and becomes equal to or less than the second danger distance, the size of the isotropic vector is set to a constant value larger than the value less than or equal to the first danger distance. The size of the isotropic vector below the second danger distance is set to a constant value below a preset upper limit value. This constant value is a value obtained by multiplying a preset upper limit value by an arbitrary ratio. In this embodiment, the upper limit value is multiplied by, for example, 80% in consideration of the operability of the input / output device 7. ing.
このようにして大きさが得られた等方的なベクトルを合成することで、上述の式(1)によらず、段階的に設けられた複数の危険距離に応じて段階的に変化する仮想反力fiを算出することもできる。質点iにおける仮想反力fiが段階的に変化すれば、その結果として、入出力デバイス7を介してオペレータMが感じ取る反力の変化も段階的となり、オペレータMが確実に仮想反力fiの変化を検知できることが期待される。 By combining isotropic vectors whose magnitudes are obtained in this way, a virtual that changes stepwise according to a plurality of danger distances provided stepwise regardless of the above-described equation (1). The reaction force fi can also be calculated. If the virtual reaction force fi at the mass point i changes stepwise, as a result, the change in the reaction force felt by the operator M via the input / output device 7 also becomes stepwise, and the operator M reliably changes the virtual reaction force fi. Is expected to be detected.
入出力デバイス7が発生できる力が弱い場合や、オペレータMが、図4(a)の連続的に微少な変化をする反力を感じ取りにくいような場合は、図4(b)に示すような、段階的に変化する反力が生じるようにするとよい。換言すれば、図4(b)に示す段階的な反力を入出力デバイス7に返すようにすれば、操作者にとって直感的でわかりやすい抗力が発生することとなり、当該入出力デバイス7が人間工学的な観点から最適な操作デバイスと成りうる。 When the force that can be generated by the input / output device 7 is weak, or when it is difficult for the operator M to feel the reaction force that continuously changes in FIG. 4A, as shown in FIG. It is preferable to generate a reaction force that changes stepwise. In other words, if the stepwise reaction force shown in FIG. 4B is returned to the input / output device 7, an intuitive and easy-to-understand force is generated for the operator, and the input / output device 7 is ergonomic. It can be an optimal operation device from a general viewpoint.
溶接ロボット2には複数の質点が設けられており、式(1)を基にして、各質点に働く仮想反力fiが算出される。各質点に働く仮想反力fiはそれぞれ大きさも方向も異なるが、溶接ロボット2を剛体とみなすと、溶接ロボット2に発生する並進の力と回転の力を導出することができる。導出された並進の力と回転の力が、溶接ロボット2の制御点(本実施形態では、溶接ツール6の先端)に発生する力に変換される。 The welding robot 2 is provided with a plurality of mass points, and a virtual reaction force fi acting on each mass point is calculated based on the equation (1). Although the virtual reaction force fi acting on each mass point is different in magnitude and direction, if the welding robot 2 is regarded as a rigid body, the translational force and the rotational force generated in the welding robot 2 can be derived. The derived translational force and rotational force are converted into a force generated at a control point of the welding robot 2 (the tip of the welding tool 6 in this embodiment).
図3は、ワークW内に進入した溶接ロボット2の各質点に働く仮想反力fiと、溶接ロボット2のある制御点に働く並進力Fと回転力Nとの関係を示している。
図3(a)では、ワークW内に進入した溶接ロボット2を進入方向に対して側方から見たときの配置が左図に、進入方向の正面から見たときの配置が右図に、それぞれ示されている。図3(a)の左図は、溶接ロボット2の3つの質点に仮想反力f1〜f3が働いていることを示している。これら仮想反力f1〜f3は、溶接ロボット2の質点に図3(a)の右図で示すような分力として働く。下記の式(2)及び式(3)を用いれば、溶接ロボット2の質点に働く仮想反力fiの分力から、溶接ロボット2を剛体とみなしたときに溶接ロボット2の制御点に働く並進力Fと回転力Nを求めることができる。
FIG. 3 shows the relationship between the virtual reaction force fi acting on each mass point of the welding robot 2 that has entered the workpiece W, and the translational force F and the rotational force N acting on a certain control point of the welding robot 2.
In FIG. 3A, the arrangement when the welding robot 2 that has entered the workpiece W is viewed from the side with respect to the entry direction is shown in the left figure, and the arrangement when viewed from the front in the entry direction is shown in the right figure. Each is shown. The left diagram in FIG. 3A shows that virtual reaction forces f1 to f3 are acting on three mass points of the welding robot 2. These virtual reaction forces f <b> 1 to f <b> 3 work as a component force as shown in the right diagram of FIG. If the following equations (2) and (3) are used, the translation acting on the control point of the welding robot 2 when the welding robot 2 is regarded as a rigid body from the component of the virtual reaction force fi acting on the mass point of the welding robot 2 The force F and the rotational force N can be obtained.
溶接ロボット2の各質点で仮想反力fiを用い、溶接ロボット2を剛体とみなして質点の個数をmとすると、制御点に働く並進力Fである並進移動の力ベクトルFは、次の式(2)で求めることができる。 When the virtual reaction force fi is used at each mass point of the welding robot 2 and the welding robot 2 is regarded as a rigid body and the number of mass points is m, the translational force vector F, which is the translational force F acting on the control point, is expressed by the following equation: (2).
また、制御点に働く回転力Nは、各質点の位置ベクトルをuiとおくと、次の式(3)に示すように、各質点における仮想反力fiのベクトルと位置ベクトルuiの二つのベクトルの外積の合成で表すことができる。 In addition, the rotational force N acting on the control point is expressed by the following two equations: the vector of the virtual reaction force fi and the position vector ui at each mass point, as shown in the following equation (3). It can be expressed by the composition of the outer product of.
上述のように 式(2)及び式(3)を用いて、溶接ロボット2の各質点に働く仮想反力fiから、溶接ロボット2の制御点に働く並進力Fと回転力Nを求める。教示データ作成装置5は、これら並進力Fと回転力Nを溶接ロボット2の制御点に働く力に変換して、当該制御点に働く力のベクトルを入出力デバイス7に指示するので、入出力デバイス7は、指示されたベクトルに対応した反力を入力グリップ8の動きに対して発生させる。オペーレータは、入力デバイスが発生した反力によって、溶接ロボット2がワークWに干渉しそうな状態を感覚的に検知することができる。 As described above, the translational force F and the rotational force N acting on the control point of the welding robot 2 are obtained from the virtual reaction force fi acting on each mass point of the welding robot 2 using the equations (2) and (3). The teaching data creation device 5 converts the translational force F and the rotational force N into a force acting on the control point of the welding robot 2 and instructs the input / output device 7 of a vector of the force acting on the control point. The device 7 generates a reaction force corresponding to the indicated vector with respect to the movement of the input grip 8. The operator can sensuously detect a state in which the welding robot 2 is likely to interfere with the workpiece W by the reaction force generated by the input device.
このとき、教示データ作成装置5は、入出力デバイス7が発生させることのできる最大反力に所定の割合を乗じて得られる値が入出力デバイス7が実際に発生する反力の上限となるように、溶接ロボット2の制御点に働く力のベクトルに適切な倍率を乗じて、入出力デバイス7に指示を出す。ここで、入出力デバイス7の最大反力に乗じる所定の割合は任意の値であるが、本実施形態では、入出力デバイス7の操作性を考慮して、当該最大反力に例えば80%を乗じている。 At this time, the teaching data creating apparatus 5 is such that the value obtained by multiplying the maximum reaction force that can be generated by the input / output device 7 by a predetermined ratio becomes the upper limit of the reaction force that is actually generated by the input / output device 7. Next, the input vector 7 is instructed by multiplying the force vector acting on the control point of the welding robot 2 by an appropriate magnification. Here, the predetermined ratio by which the maximum reaction force of the input / output device 7 is multiplied is an arbitrary value. In the present embodiment, for example, 80% is added to the maximum reaction force in consideration of the operability of the input / output device 7. Multiply.
図3(b)において、オペーレータが、入出力デバイス7の反力にできるだけ逆らわないように入力グリップ8を操作すると、溶接ロボット2の制御点は、ワークW内の点線で示す図3(a)の配置から、ワークW内の実線で示す図3(b)の配置に誘導される。図3(b)の配置によって、溶接ロボット2の制御点がワークWと干渉する危険性が無くなる。 3B, when the operator operates the input grip 8 so as not to oppose the reaction force of the input / output device 7 as much as possible, the control point of the welding robot 2 is indicated by a dotted line in the workpiece W. FIG. 3 is guided to the arrangement of FIG. 3B indicated by a solid line in the workpiece W. The risk of the control point of the welding robot 2 interfering with the workpiece W is eliminated by the arrangement shown in FIG.
これだけでなく、オペレータMが、溶接ロボット2とワークWの接近度合いに応じた力を感知できるため、ワークWとの干渉や、ワークWとの等方的な距離が感覚的に瞬時にわかる。そのため、オペレータMは、ディスプレイに表示されたグラフィック画面の確認を必要最小限で済ませることができ、現在位置での教示点作成の可否を容易に判断できる。
上述のように、本実施形態によるオフライン教示データ作成システムは、溶接ロボット2の制御点に働く力を算出して入出力デバイス7に反力を発生させる。
Not only this, but the operator M can sense the force according to the degree of approach between the welding robot 2 and the workpiece W, so that the interference with the workpiece W and the isotropic distance from the workpiece W can be instantly known. Therefore, the operator M can confirm the graphic screen displayed on the display with the minimum necessary amount, and can easily determine whether or not the teaching point can be created at the current position.
As described above, the offline teaching data creation system according to the present embodiment calculates the force acting on the control point of the welding robot 2 and causes the input / output device 7 to generate a reaction force.
以下に、図6を参照して、オフライン教示データ作成システムを用いた教示作業について説明する。ここでいう教示作業とは、反力を発生する入出力デバイス7を用いて、溶接ロボット2の制御点、例えば溶接ロボット2の溶接トーチの先端を移動及び回転させながら、教示点を作成することである。
まず、教示データ作成装置5は、記憶装置に格納している溶接ロボット2及びワークWの3次元データをディスプレイに表示する。
The teaching work using the offline teaching data creation system will be described below with reference to FIG. The teaching work here refers to creating a teaching point while moving and rotating the control point of the welding robot 2, for example, the tip of the welding torch of the welding robot 2, using the input / output device 7 that generates a reaction force. It is.
First, the teaching data creation device 5 displays the three-dimensional data of the welding robot 2 and the workpiece W stored in the storage device on the display.
次に、教示データを作成するオペレータMが、入出力デバイス7の入力グリップ8を操作して、溶接ロボット2の制御点を移動させる。教示データ作成装置5は、入力グリップ8の位置の変化量を検知し、その変化量に応じて、対応付けられた溶接ロボット2の位置及び姿勢の一部又は全部を移動及び回転させる。これによって、ディスプレイに表示された3次元データ内における溶接ロボット2の制御点を移動及び回転させ、溶接ロボット2の位置及び姿勢を変化させる(ステップS1)。 Next, the operator M who creates teaching data operates the input grip 8 of the input / output device 7 to move the control point of the welding robot 2. The teaching data creation device 5 detects the amount of change in the position of the input grip 8 and moves and rotates part or all of the position and posture of the welding robot 2 associated with the input grip 8 according to the amount of change. As a result, the control point of the welding robot 2 in the three-dimensional data displayed on the display is moved and rotated to change the position and posture of the welding robot 2 (step S1).
ステップS1での溶接ロボット2の制御点の移動に応じて、教示データ作成装置5は、溶接ロボット2に設けられた各質点で発生する仮想反力fiを算出する(ステップS2、反力算出ステップ)。
ステップS2で算出された仮想反力fiを基に、教示データ作成装置5は、溶接ロボット2に発生する並進力F及び回転力Nを導出する(図6、ステップS3)。
In response to the movement of the control point of the welding robot 2 in step S1, the teaching data creation device 5 calculates a virtual reaction force fi generated at each mass point provided in the welding robot 2 (step S2, reaction force calculation step). ).
Based on the virtual reaction force fi calculated in step S2, the teaching data creation device 5 derives the translational force F and the rotational force N generated in the welding robot 2 (FIG. 6, step S3).
教示データ作成装置5は、ステップS3で導出された並進力F及び回転力Nを溶接ロボット2の制御点に発生する力に変換し、当該制御点に発生する力のベクトルを入出力デバイス7に指示する。入出力デバイス7は、指示されたベクトルの向き及び大きさに対応する反力を発生する(ステップS4、反力出力ステップ)。
オペレータMは、入出力デバイス7が発生する反力と、教示データ作成装置5のディスプレイに表示された3次元データとを参考にしながら、溶接ロボット2の制御点を所望の位置に移動及び回転させる。オペレータMは、溶接ロボット2の制御点を移動させながら溶接ロボット2とワークWの干渉を確認し、教示点を作成するか否かを判断する(ステップS5)。
The teaching data creation device 5 converts the translational force F and the rotational force N derived in step S3 into a force generated at a control point of the welding robot 2, and sends a force vector generated at the control point to the input / output device 7. Instruct. The input / output device 7 generates a reaction force corresponding to the direction and size of the instructed vector (step S4, reaction force output step).
The operator M moves and rotates the control point of the welding robot 2 to a desired position while referring to the reaction force generated by the input / output device 7 and the three-dimensional data displayed on the display of the teaching data creation device 5. . The operator M confirms the interference between the welding robot 2 and the workpiece W while moving the control point of the welding robot 2, and determines whether or not to create a teaching point (step S5).
教示点を作成しない場合、オフライン教示データ作成システムは、ステップS1に戻ってステップS4までを繰り返し、教示点を作成する場合、ステップS6に進む。
ステップS5で、オペレータMが溶接ロボット2とワークWの干渉がないと判断すると共に、教示点を作成すると決定すると、教示データ作成装置5は、現在の溶接ロボット2の位置及び指定を、教示点として登録する(ステップS6)。
When the teaching point is not created, the offline teaching data creation system returns to step S1 and repeats the process up to step S4. When the teaching point is created, the system proceeds to step S6.
In step S5, when the operator M determines that there is no interference between the welding robot 2 and the workpiece W and decides to create a teaching point, the teaching data creation device 5 determines the current position and designation of the welding robot 2 as the teaching point. (Step S6).
ステップS6での登録が完了すると、オペレータMは、現在の教示作業を続行するか否かを判断する。教示作業を続行する場合、教示データ作成装置5は、処理をステップS1に戻し、教示作業を続行しない場合、現在の教示作業を終了する(ステップS7)。
上述のとおり、本実施形態によるオフライン教示データ作成システムでは、溶接ロボット2に設けられた各質点に発生する仮想反力fiを考慮した。しかし、溶接など、ロボットの一部とワークWとが接触しながら行われる作業の教示では、オペレータMの望まない反力が入出力デバイス7に発生してしまう可能性がある。
When the registration in step S6 is completed, the operator M determines whether or not to continue the current teaching work. When the teaching work is continued, the teaching data creation device 5 returns the process to step S1, and when the teaching work is not continued, the current teaching work is ended (step S7).
As described above, in the offline teaching data creation system according to the present embodiment, the virtual reaction force fi generated at each mass point provided in the welding robot 2 is considered. However, in the teaching of work performed while a part of the robot and the workpiece W are in contact with each other, such as welding, an undesired reaction force of the operator M may be generated in the input / output device 7.
つまり、溶接作業では、溶接ロボット2の溶接トーチの先端がワークWと溶接線上で接触するため、単純に溶接ロボット2の制御点に働く力を計算すると、溶接トーチの先端がワークWから離れる方向に反力が発生することがある。そうなると、溶接線上での教示点の作成や編集が簡単には出来なくなってしまう。
そこで、図5に示すように、溶接ロボット2に取り付けられた溶接トーチの先端を溶接ロボット2の制御点として設定し、この制御点が溶接線上に配置されるように溶接ロボット2の制御点を拘束することが考えられる。つまり、溶接ロボット2の制御点を、3次元データ内の点、線、及び面のいずれかで拘束し、溶接線上から離れないようにする。
That is, in the welding operation, since the tip of the welding torch of the welding robot 2 contacts the workpiece W on the welding line, when the force acting on the control point of the welding robot 2 is simply calculated, the direction in which the tip of the welding torch moves away from the workpiece W Reaction force may be generated. Then, it becomes impossible to create and edit teaching points on the weld line easily.
Therefore, as shown in FIG. 5, the tip of the welding torch attached to the welding robot 2 is set as a control point of the welding robot 2, and the control point of the welding robot 2 is set so that this control point is arranged on the welding line. It can be constrained. That is, the control point of the welding robot 2 is constrained by any of a point, a line, and a surface in the three-dimensional data so as not to leave the welding line.
つまり、点で溶接ロボット2の制御点を拘束すれば、当該制御点は並進運動について拘束され、拘束されていない自由度は当該点での回転運動(旋回運動)だけとなる。
また、線で溶接ロボット2の制御点を拘束すれば、当該制御点の自由度は 当該線上での1次元の並進運動と、当該線上での回転運動だけとなる。
最後に、面で溶接ロボット2の制御点を拘束すれば、当該制御点の自由度は 当該面上での2次元の並進運動と、当該面上での回転運動だけとなる。
That is, if the control point of the welding robot 2 is constrained with a point, the control point is constrained with respect to translational motion, and the degree of freedom that is not constrained is only rotational motion (swivel motion) at that point.
Moreover, if the control point of the welding robot 2 is constrained by a line, the degree of freedom of the control point is only a one-dimensional translational movement on the line and a rotational movement on the line.
Finally, if the control point of the welding robot 2 is constrained by a surface, the degree of freedom of the control point is only a two-dimensional translational motion on the surface and a rotational motion on the surface.
つまり、溶接ロボット2の制御点を拘束するということは、溶接ロボット2の制御点の自由度を制限することである。
例えば、図5(a)に示すように、溶接トーチの先端を制御点とし、この制御点を、溶接線から外れないように溶接線上に拘束する。その上で、溶接ロボット2の制御点に矢印で示す方向に反力が発生すれば、オペレータMは、入出力デバイス7を操作して、発生した反力を解消する方向に溶接ロボット2の制御点を移動及び回転させる。
That is, restraining the control point of the welding robot 2 means limiting the degree of freedom of the control point of the welding robot 2.
For example, as shown in FIG. 5A, the tip of the welding torch is used as a control point, and this control point is constrained on the weld line so as not to deviate from the weld line. Then, if a reaction force is generated in the direction indicated by the arrow at the control point of the welding robot 2, the operator M operates the input / output device 7 to control the welding robot 2 in a direction to cancel the generated reaction force. Move and rotate the point.
図5(b)に示すように、溶接ロボット2は、この移動及び回転によって制御点を溶接線上に拘束したまま、ワークWとの干渉を回避できる位置に移動する。
その上で、図6のステップS4において、溶接トーチの先端であるこの制御点に関して、溶接線に垂直な方向の力は0となるような制限を設ける。これにより、本実施形態によるオフライン教示データ作成システムは、溶接のような接触作業に対しても、接触部位以外の干渉を簡単に操作者に認識させることが可能となる。
As shown in FIG. 5B, the welding robot 2 moves to a position where interference with the workpiece W can be avoided while restraining the control point on the welding line by this movement and rotation.
In addition, in step S4 of FIG. 6, a restriction is set so that the force in the direction perpendicular to the weld line is zero with respect to this control point, which is the tip of the welding torch. Thereby, the offline teaching data creation system according to the present embodiment can allow the operator to easily recognize interference other than the contact portion even for the contact work such as welding.
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。 By the way, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, such as operating conditions and measurement conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that is normally implemented by those skilled in the art. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
上述の実施形態では、入出力デバイス7により溶接トーチの先端点を移動可能としていた。それに代えて、入出力デバイス7により溶接トーチの姿勢を変更可能とすることもできる。この場合であっても、本願発明の「溶接ロボット2とワークWとの距離に応じた仮想的な反力を算出し、算出した反力を入出力デバイス7に返す」といった技術を採用することで、操作者は、干渉が起こる可能性のある危険な状況を感覚的に把握できて、且つその危険な状況を容易に回避できるようにしながら、確実に教示データを作成することができる。 In the above-described embodiment, the tip of the welding torch can be moved by the input / output device 7. Instead, the attitude of the welding torch can be changed by the input / output device 7. Even in this case, a technique of “calculating a virtual reaction force according to the distance between the welding robot 2 and the workpiece W and returning the calculated reaction force to the input / output device 7” of the present invention is employed. Thus, the operator can grasp the dangerous situation in which interference may occur sensuously and can easily create the teaching data while easily avoiding the dangerous situation.
また、上述の実施形態において、仮想反力fiの大きさをワークWからの距離の二乗に反比例させたが、二乗に限らず、一乗乃至は三乗以上の累乗に反比例させてもよい。
さらに、上述の実施形態においては、溶接ロボットを例示して説明を行ったが、ワークWにシール剤を添付するシーリング加工、塗料を塗布する塗装加工などのステッチ作業の教示データ作成においても本発明を適用することが可能である。
In the above-described embodiment, the magnitude of the virtual reaction force fi is inversely proportional to the square of the distance from the workpiece W, but is not limited to the square, and may be inversely proportional to the first power or the power of the third power or higher.
Furthermore, in the above-described embodiment, the welding robot has been described as an example. However, the present invention also applies to the creation of teaching data for stitch operations such as sealing processing for attaching a sealant to the workpiece W and painting processing for applying paint. It is possible to apply.
1 ロボットシステム
2 溶接ロボット
3 教示ペンダント
4 制御装置
5 教示データ作成装置
6 溶接トーチ
7 入出力デバイス
8 入力グリップ
M オペレータ
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot system 2 Welding robot 3 Teaching pendant 4 Control apparatus 5 Teaching data creation apparatus 6 Welding torch 7 Input / output device 8 Input grip M Operator W Workpiece
Claims (8)
前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、を有するオフライン教示データ作成システムを用い、
前記教示データ作成装置において、
前記ロボットとワークとの距離に反比例する仮想的な反力の合力を算出する反力算出ステップと、
前記反力算出ステップで算出された仮想的な反力の合力の大きさ及び方向を、前記入出力デバイスに出力する反力出力ステップと、
を実行しつつ、ロボットの教示データを作成するオフライン教示データ作成方法。 3D data including a workpiece and a robot that performs work on the workpiece is stored, teaching data for the robot is created by using the 3D data, and a virtual according to the distance between the robot and the workpiece A teaching data creation device for calculating an effective reaction force;
Connected to the teaching data creation device, can input the movement and rotation of the robot control point in the three-dimensional data, and can output the virtual reaction force calculated by the teaching data creation device. An offline teaching data creation system having an output device,
In the teaching data creation device,
A reaction force calculating step for calculating a resultant force of a virtual reaction force inversely proportional to the distance between the robot and the workpiece;
A reaction force output step of outputting the magnitude and direction of the resultant force of the virtual reaction force calculated in the reaction force calculation step to the input / output device;
Offline teaching data creation method for creating robot teaching data while executing
前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、を有するオフライン教示データ作成システムを用い、
前記教示データ作成装置において、
前記ロボットとワークとの距離が干渉の危険が生じる危険距離以下になった際に、当該干渉状況を回避する方向の仮想的な反力の合力を算出する反力算出ステップと、
前記反力算出ステップで算出された仮想的な反力の合力の大きさ及び方向を、前記入出力デバイスに出力する反力出力ステップと、
を実行しつつ、ロボットの教示データを作成するオフライン教示データ作成方法。 3D data including a workpiece and a robot that performs work on the workpiece is stored, teaching data for the robot is created by using the 3D data, and a virtual according to the distance between the robot and the workpiece A teaching data creation device for calculating an effective reaction force;
Connected to the teaching data creation device, can input the movement and rotation of the robot control point in the three-dimensional data, and can output the virtual reaction force calculated by the teaching data creation device. An offline teaching data creation system having an output device,
In the teaching data creation device,
A reaction force calculating step for calculating a resultant force of a virtual reaction force in a direction to avoid the interference situation when the distance between the robot and the workpiece is equal to or less than a dangerous distance in which a danger of interference occurs;
A reaction force output step of outputting the magnitude and direction of the resultant force of the virtual reaction force calculated in the reaction force calculation step to the input / output device;
Offline teaching data creation method for creating robot teaching data while executing
前記反力算出ステップは、前記拘束されていない方向の仮想的な反力の合力を算出することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のオフライン教示データ作成方法。 In the three-dimensional data, the robot control point is constrained by at least one of a point, a line, and a surface, and then the robot control point is moved and rotated in an unconstrained direction. When teaching posture,
The off-line teaching data creation method according to claim 1, wherein the reaction force calculation step calculates a resultant force of the virtual reaction force in the unconstrained direction.
前記教示データ作成装置に接続され、且つ前記3次元データ内でのロボットの制御点の移動及び回転を入力可能であると共に、教示データ作成装置で算出された仮想的な反力を出力可能な入出力デバイスと、
を有するオフライン教示データ作成システム。 8. The storage device according to claim 1, wherein three-dimensional data including a workpiece and a robot that performs work on the workpiece is stored, and teaching data for the robot is created by using the three-dimensional data. A teaching data creation device for executing each step in the offline teaching data creation method;
Connected to the teaching data creation device, can input the movement and rotation of the robot control point in the three-dimensional data, and can output the virtual reaction force calculated by the teaching data creation device. An output device;
An off-line teaching data creation system.
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