JP2013248677A - オフラインプログラミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを加工する工具の位置姿勢を求めるのに要求される工数を削減する。
【解決手段】オフラインプログラミング装置（１０）は、選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する立体形状配置部（２７）と、動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する加工経路作成部（２８）と、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部（２９）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業空間内に配置されたワーク、つまり被加工部品を加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置に関する。

ロボットに備えられた工具でもってワークを加工する際には、ロボットの動作を事前に教示する必要がある。特許文献１は、ワークの塗装対称面においてワークを加工するための工具の移動開始点と移動終了点とを教示することにより、工具の加工経路を作成することを開示している。

また、特許文献２には、ワークの加工されるべき一部分を指定された教示点の数から判断して、加工経路を作成することが開示されている。さらに、特許文献３には、ロボットの作業領域を平行線で区分けし、ロボットの往復動作の動作点を展開往復データとして算出することが開示されている。さらに、特許文献４には、実際の作業時に記憶された工具の位置姿勢に基づいて作業者の動作パターンを作成して、ロボットの教示作業に利用することが開示されている。

特開平５−２８９７２２号公報 特許第３５００７３９号公報 特許第３９０３６１７号公報 特許第４２４６３２４号公報

しかしながら、従来技術においてワークの表面全体を完全に加工するためには、工具の位置または位置姿勢をワーク上の極めて多数の箇所において求める必要がある。さらに、ワークの加工されるべき面が湾曲部を含む場合には、工具の加工経路をワークの表面に適合するように作成するのが困難である。このため、そのような加工経路を作成するのに多くの工数が必要であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワークを加工する工具の位置または位置姿勢を求めるのに要求される工数を大幅に削減することのできる、オフラインプログラミング装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、作業空間内に配置されたワークを加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置において、前記作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部と、前記仮想空間作成部により作成された前記仮想空間内に前記ワークのワークモデル、前記ロボットのロボットモデルおよび前記工具の工具モデルを配置するモデル配置部と、前記工具の周期的な動作を示す連続した軌跡からなる複数種類の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部と、曲面を含む立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状を記憶する立体形状記憶部と、前記動作パターン記憶部に記憶された前記複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する動作パターン選択部と、前記曲面を含む立体形状または前記連続した複数の平面を含む立体形状を前記立体形状記憶部から選択する立体形状選択部と、前記立体形状選択部により選択された前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を、前記動作パターン選択部により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、前記動作パターンが前記ワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように前記立体形状を前記仮想空間に配置する立体形状配置部と、前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記動作パターンを前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面に投影して前記工具の加工経路を作成する加工経路作成部と、該加工経路作成部により作成された前記加工経路と前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、前記工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部と、を具備することを特徴とするオフラインプログラミング装置が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記動作パターンを前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面に投影する方向を指定する投影方向指定部を具備する。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記立体形状の寸法を変更する寸法変更部を具備する。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記動作パターンにおける前記周期的な動作のピッチ間隔を変更するピッチ間隔変更部を具備する。
５番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記動作パターンにより示される前記工具の進行方向および往復方向のうちの少なくとも一方を指定する方向指定部を具備する。
６番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記動作パターンにおける往復運動の始点および終点の位置を変更する位置変更部を具備する。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記ワークに接触する前記工具の接触領域を前記仮想空間において指定する接触領域指定部を具備し、前記工具位置姿勢決定部は、前記接触領域指定部により指定された前記接触領域に基づいて、前記ワークモデルに接触するときの前記工具モデルの位置または位置姿勢を前記加工経路から自動的に求めるようにした。

１番目の発明においては、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークの面に投影して工具の加工経路を作成している。このため、作成された加工経路はワークの面の形状に適合している。さらに、そのような加工経路に基づいて工具の位置または位置姿勢を自動的に決定することができる。従って、ワークの加工されるべき面が湾曲部を含む場合またはワーク自体が筒形などである場合であっても、加工経路を容易に求められ、その結果、工具の位置または位置姿勢を求めるのに要求される工数を大幅に削減することができる。
２番目の発明においては、ワークの加工されるべき面の形状に応じて動作パターンを投影する方向を変更することができる。
３番目の発明においては、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状の寸法を変更できる。従って、ワークの形状に応じて、動作パターンにより塗りつぶされる立体形状を変更することができる。
４番目の発明においては、ワークの面の形状に応じて、動作パターンのピッチ間隔を変更できる。従って、ワークの加工されるべき面の加工密度を変更できる。なお、動作パターンは、例えば一方向における等速移動を伴いつつ、これに概ね垂直な他方向での往復運動の繰返しを含む。
５番目の発明においては、ワークの面の形状に応じて、動作パターンの方向を指定することができる。
６番目の発明においては、ワークの面の形状に応じて、加工経路の微調整を行うことができる。
７番目の発明においては、接触領域指定部により指定された領域がワークモデルに接触するときの工具モデルの位置または位置姿勢を調整する工数を削減することができる。

本発明の第一の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の概念図である。 動作パターン記憶部の詳細を示す図である。 立体形状記憶部の詳細を示す図である。 図１に示されるオフラインプログラミング装置の動作を示すフローチャートである。 第一ワークモデルの第一の斜視図である。 第一ワークモデルの第二の斜視図である。 第一ワークモデルの第三の斜視図である。 第一ワークモデルの第四の斜視図である。 図５Ｄに示される第一ワークモデルの縦断面図である。 本発明の第二の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の表示部を示す図である。 第二ワークモデルの第一の斜視図である。 第二ワークモデルの第二の斜視図である。 第二ワークモデルの第三の斜視図である。 第一ワークモデルの第五の斜視図である。 第一ワークモデルの第六の斜視図である。 第一ワークモデルの第七の斜視図である。 第一ワークモデルの第八の斜視図である。 図９Ｄに示される第一ワークモデルの縦断面図である。 立体形状および第一ワークモデルの斜視図である。 立体形状および第二ワークモデルの斜視図である。 立体形状および第一ワークモデルの斜視図である。 立体形状の長さ、幅および奥行を変更することを説明するための図である。 立体形状の半径および中心角を変更することを説明するための図である。 動作パターンのピッチ間隔を変更することを説明するための図である。 動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第一の図である。 動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第二の図である。 動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第三の図である。 動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第四の図である。 動作パターンの往復運動が立体形状の軸線方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第一の図である。 動作パターンの往復運動が立体形状の軸線方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第二の図である。 動作パターンの往復運動が立体形状の周方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第一の図である。 動作パターンの往復運動が立体形状の周方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための第二の図である。 第一ワークモデルの他の斜視図である。 図２１Ａに示される第一ワークモデルの縦断面図である。 第一ワークモデルのさらに他の斜視図である。 図２２Ａに示される第一ワークモデルの縦断面図である。 本発明の第三の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の表示部を示す図である。 工具の接触領域が小さい場合における工具の側面図である。 図２４Ａに示される工具およびワークの側面図である。 工具の接触領域が大きい場合における工具の側面図である。 図２５Ａに示される工具およびワークの側面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の第一の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の概念図である。図１に示されるように、オフラインプログラミング装置１０は、表示部１１、例えば液晶ディスプレイまたはＣＲＴなどと、制御装置１２、例えばデジタルコンピュータとを主に含んでいる。

図１から分かるように、表示部１１には、工具１５を備えたロボット１３のモデルとワークＷのモデルとがそれぞれ示されている。これら工具１５、ロボット１３およびワークＷのモデルの間の位置関係は現実の位置関係に対応している。従って、オフラインプログラミング装置１０は、工具１５を備えたロボット１３がワークＷを加工する際のプログラムをオフラインで教示するのに使用される。なお、工具１５、ロボット１３およびワークＷなどのモデルを単に、工具１５、ロボット１３およびワークＷなどと呼ぶ場合がある。

ここで、第一の実施形態における工具１５は、研磨剤などの粒子を射出してクリーニングを行うブラスト装置である。また、ワークＷは有底の箱形形状であり、その断面は丸形の隅部を有する矩形である。以下、このような形状のワークＷを第一ワークＷ１と呼ぶこととする。

図１に示されるように、制御装置１２は、ロボット１３の作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部２１と、仮想空間作成部２１により作成された仮想空間内にワークＷのワークモデル、ロボット１３のロボットモデルおよび工具１５の工具モデルを配置するモデル配置部２２としての役目を果たす。前述したように、工具モデル、ロボットモデルおよびワークモデルの間の位置関係は、現実の作業空間における工具１５、ロボット１３およびワークＷの位置関係に対応している。

さらに、制御装置１２は、工具１５の周期的な動作を示す連続した軌跡からなる複数種類の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部２３と、曲面を含む立体形状Ａ２および連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１を記憶する立体形状記憶部２４と、動作パターン記憶部２３に記憶された複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する動作パターン選択部２５と、曲面を含む立体形状Ａ２または連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１を立体形状記憶部２４から選択する立体形状選択部２６としての役目を果たす。

さらに、制御装置１２は、立体形状選択部２６により選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、動作パターン選択部２５により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する立体形状配置部２７としての役目を果たす。

さらに、制御装置１２は、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する加工経路作成部２８と、加工経路作成部２８により作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部２９としての役目を果たす。

さらに、制御装置１２は、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影する方向を指定する投影方向指定部３０としての役目を果たす。さらに、制御装置１２は、立体形状Ａ１、Ａ２の寸法を変更する寸法変更部３１と、動作パターンにおける周期的な動作のピッチ間隔を変更するピッチ間隔変更部３２としての役目を果たす。

さらに、制御装置１２は、動作パターンにより示される工具１５の進行方向および往復方向のうちの少なくとも一方を指定する方向指定部３３としての役目を果たす。さらに、制御装置１２は、動作パターンにおける往復運動の始点および終点の位置を変更する位置変更部３４としての役目を果たす。さらに、制御装置１２は、ワークＷに接触する工具１５の接触領域を仮想空間において指定する接触領域指定部３５としての役目を果たす。なお、制御装置１２は各種のデータおよび各種のプログラムを記憶する記憶部、マウス、キーボードなどの入力部も当然に備えているものとする。

図２は動作パターン記憶部の詳細を示す図である。動作パターン記憶部２３は、工具１５の動作を示す複数の動作パターンを記憶している。図２に示されるように、動作パターンは工具の周期的な動作を示す連続した軌跡である。動作パターンは、例えば一方向における等速移動を伴いつつ、これに概ね垂直な他方向での往復運動の繰返しを含む。図２においては、略Ｖ字形状、略Ｎ字形状、略Ｕ字形状および略渦巻き形状の動作パターンが示されている。工具１５を一方向に進行させつつそれに概ね垂直な方向において往復運動させる動作パターンであれば、他の形状の動作パターンを記憶していてもよい。

図３は立体形状記憶部の詳細を示す図である。図３に示されるように立体形状記憶部２４は、連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１と、曲面を含む立体形状Ａ２とを主に記憶している。図３においては立体形状Ａ１は三つの連続する平面を有しているが、立体形状Ａ１が二つのみの連続する平面を有していても良い。また、立体形状Ａ１の互いに隣接する平面は直角をなしているが、直角とは異なる角度であってもよい。

また、図３等に示される立体形状Ａ２は円筒の周面の一部分であり、扇形の端面を有している。図３においては、扇形の端面の中心角は９０°である。しかしながら、立体形状Ａ２が円筒の周面とは異なる曲面を有していても良い。なお、前述した寸法変更部３１は立体形状Ａ１、Ａ２の各種寸法を変更できるものとする。

一旦、選択されると、立体形状Ａ１の連続した複数の平面は、複数の動作パターンのうちの一つの動作パターンによって塗りつぶされる。同様に、立体形状Ａ２の曲面は、複数の動作パターンのうちの一つの動作パターンによって塗りつぶされる。ただし、立体形状Ａ２の他の面は動作パターンによって塗りつぶされないものとする。

図４は図１に示されるオフラインプログラミング装置の動作を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本発明のオフラインプログラミング装置１０の動作について説明する。

はじめに、図４のステップＳ１において、仮想空間作成部２１が作業空間の仮想空間を作成して表示部１１に表示する。さらに、モデル配置部２２が、工具１５、ロボット１３およびワークＷのそれぞれのモデルを作成し、表示部１１の仮想空間に前述したように配置する。

次いで、ステップＳ２において、操作者は、動作パターン選択部２５によって動作パターン記憶部２３から一つの動作パターンを選択する。さらに、ステップＳ３において、操作者は、立体形状選択部２６によって立体形状記憶部２４から、連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１または曲面を含む立体形状Ａ２を同様に選択する。以下においては、略Ｕ字形状の動作パターンが選択されたと共に、連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１が選択されたものとして説明を続ける。

次いで、ステップＳ４においては、立体形状配置部２７が、選択された立体形状Ａ１の連続した複数の平面を略Ｕ字形状の動作パターンにより塗りつぶす。そして、立体形状配置部２７はさらに、そのような立体形状Ａ１を表示部１１の仮想空間内に配置する。

図５Ａ〜図５Ｄは第一ワークモデルの斜視図である。図５Ａに示されるように、立体形状配置部２７が単に立体形状Ａ１を表示部１１の仮想空間に配置したのみでは、立体形状Ａ１が第一ワークモデルＷ１に対して適切な向きでない場合がある。

そのような場合には、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように立体形状配置部２７が立体形状Ａ１の向きを第一ワークモデルＷ１に適合するように変更する。具体的には、立体形状Ａ１の連続した複数の平面が第一ワークモデルＷ１の連続する複数の内面のそれぞれに対して平行になるように、立体形状Ａ１を位置決めする。

再び図４を参照すると、ステップＳ５においては、加工経路作成部２８は、立体形状Ａ１の連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンを第一ワークモデルＷ１の内面に投影する。図５Ｃに示されるように、立体形状Ａ１の各平面の動作パターンが、対応する第一ワークモデルＷ１のそれぞれの内面に投影される。その結果、図５Ｄに示されるように、第一ワークモデルＷ１の連続した複数の平面には、投影された立体形状Ａ１が加工経路Ｂ１として表示されるようになる。さらに、図５Ｄに示される第一ワークモデルの縦断面図である図６を参照すると、加工経路Ｂ１は、選択された略Ｕ字形状の動作パターンと相似形であるのが分かる。

図から分かるように、第一ワークモデルＷ１の断面は丸形の隅部を有する矩形であるので、特に隅部においては加工経路Ｂ１を作成するのが困難である。しかしながら、本発明では、動作パターンをワークＷの内面に単に投影することにより加工経路Ｂ１を作成しているので、ワークＷの隅部であっても加工経路Ｂ１を容易に作成できる。

次いで、図４のステップＳ６においては、加工経路Ｂ１と第一ワークモデルＷ１の連続する複数の内面の法線方向とに基づいて、工具位置姿勢決定部２９が工具１５のモデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する。工具１５はワークＷに対して所望の角度であるとき、例えば工具１５が第一ワークＷ１の内面に対して垂直であるときに、工具１５はその機能を有効に発揮できる。従って、ステップＳ６においては、加工経路Ｂ１の或る箇所における工具１５の位置姿勢は、工具１５がワークＷに対して所望の角度をなすように配置すれば自動的に定まる。工具位置姿勢決定部２９はそのような作業を加工経路Ｂ１に沿って順次実施し、それにより、加工経路Ｂ１全体に亙って工具１５の位置または位置姿勢を決定することができる。

このように、第一の実施形態においては、立体形状Ａ１の連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークＷの内面に投影して工具１５の加工経路Ｂ１を作成している。このため、作成された加工経路Ｂ１はワークＷの内面の形状に適合している。さらに、本発明では、そのような加工経路Ｂ１に基づいて工具１５の位置または位置姿勢を自動的に決定することができる。従って、ワークＷの加工されるべき面が湾曲部、例えば隅部を含む場合であっても、加工経路Ｂ１を容易に求められ、その結果、工具１５の位置または位置姿勢を求めるのに要求される工数を大幅に削減することができる。

図７は本発明の第二の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の表示部を示す図である。図７から分かるように、表示部１１には、工具１６を備えたロボット１３のモデルとワークＷのモデルとがそれぞれ示されている。第二の実施形態における工具１６は、略円錐状のグラインダである。また、図７には円筒型のワークＷが示されていて、固定部１７により固定されている。以下、このような形状のワークＷを第二ワークＷ２と呼ぶこととする。

さらに、図８Ａ〜図８Ｃは第二ワークモデルの斜視図である。以下、図４および図７から図８Ｃを参照して、本発明の第二の実施形態図におけるオフラインプログラミング装置１０の動作について説明する。

図４のステップＳ１においては、図７に示されるようにロボット１３、工具１６および第二ワークＷ２が表示部１１に表示される。そして、第二の実施形態においては、操作者は動作パターン記憶部２３から略Ｗ字形状のパターンを選択すると共に、立体形状記憶部２４から曲面を含む立体形状Ａ２を選択する（ステップＳ２、ステップＳ３）。

次いで、ステップＳ４においては、立体形状配置部２７が、選択された立体形状Ａ２の曲面を略Ｗ字形状の動作パターンにより塗りつぶす。ただし、簡潔にする目的で、図８Ａ等においては動作パターンを示していない。そして、図８Ａに示されるように、立体形状配置部２７は、そのような立体形状Ａ２を表示部１１の仮想空間内に配置する。

図８Ａにおいては、立体形状Ａ２の軸線方向が第二ワークＷ２の軸線方向に一致しているものの、立体形状Ａ２は第二ワークＷ２の周面の一部に対して適切な向きに配置されていない。このため、立体形状配置部２７は、立体形状Ａ２の位置姿勢を第二ワークＷ２に対して適切に変更する。これにより、図８Ｂに示されるように、立体形状Ａ２の曲面が第二ワークＷ２の周面の一部に対して平行になる。

そして、ステップＳ５においては、加工経路作成部２８は、立体形状Ａ２の曲面を塗りつぶす動作パターンを第二ワークＷ２の外面に投影する。これにより、図８Ｃに示されるように、立体形状Ａ２の動作パターンが、加工経路Ｂ２として第二ワークＷ２の周面に投影される。ステップＳ６については、前述したのと概ね同様であるので、再度の説明を省略する。

このように、第二の実施形態においては、立体形状Ａ２の曲面を塗りつぶす動作パターンをワークＷの外面に投影して工具１６の加工経路Ｂ２を作成している。このため、作成された加工経路Ｂ２はワークＷの周面の形状に適合している。さらに、そのような加工経路Ｂ２に基づいて工具１６の位置または位置姿勢を前述したように決定することができる。従って、ワークＷ自体が円筒形であっても、加工経路Ｂ２が容易に求められ、その結果、工具１６の位置または位置姿勢を求めるのに要求される工数を大幅に削減することが可能となっている。

図９Ａから図９Ｄは第一ワークモデルの斜視図である。また、図１０は図９Ｄに示される第一ワークモデルの縦断面図である。以下、図４および図９Ａから図１０を参照しつつ、本発明の他の実施形態について説明する。

図４のステップＳ１においては、図１に示されるようにロボット１３、工具１５および第一ワークＷ１が表示部１１に表示される。そして、他の実施形態においては、操作者は動作パターン記憶部２３から略Ｕ字形状のパターンを選択すると共に、立体形状記憶部２４から曲面を含む立体形状Ａ２を選択する（ステップＳ２、ステップＳ３）。このとき、図８Ａと図９Ａとを比較して分かるように、立体形状Ａ２の寸法、例えば半径、軸方向長さ、中心角は後述するように変更できるものとする。

次いで、ステップＳ４においては、立体形状配置部２７が、選択された立体形状Ａ２の曲面を略Ｕ字形状の動作パターンにより塗りつぶす。そして、図９Ａに示されるように、立体形状配置部２７は、そのような立体形状Ａ２を表示部１１の仮想空間における第一ワークＷ１内部に配置する。

図９Ａにおいては、立体形状Ａ２が第一ワークＷ１に対して適切な向きに配置されていない。このため、立体形状配置部２７は、立体形状Ａ２の位置姿勢を第一ワークＷ１に対して適切に変更する。これにより、図９Ｂに示されるように、立体形状Ａ２の曲面に対向する底面が第一ワークＷ１の底面に対して平行になる。

そして、ステップＳ５においては、図９Ｃに示されるように、加工経路作成部２８は、立体形状Ａ２の曲面を塗りつぶす動作パターンを第一ワークＷ１の内面に投影する。これにより、立体形状Ａ２の動作パターンが、第一ワークＷ１の内面に加工経路Ｂ３として投影される（図９Ｄを参照されたい）。

また、図１０を参照すると、加工経路Ｂ３は、選択された略Ｕ字形状の動作パターンと相似形であるのが分かる。ステップＳ６については、前述したのと概ね同様であるので、再度の説明を省略する。このように、他の実施形態においても、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。

ところで、図５Ｃにおいては、立体形状Ａ１の平面を塗りつぶす動作パターンは内側から外側に向かう方向において第一ワークＷ１の外面に投影される。しかしながら、投影方向指定部３０によって、この投影方向を指定するようにしてもよい。

図１１は立体形状および第一ワークモデルの斜視図である。図１１においては、立体形状Ａ１が第一ワークＷ１の外側に配置されている。図示されるように、立体形状Ａ１は第一ワークＷ１よりも大きく、立体形状Ａ１の連続した複数の平面は略Ｕ字形状パターンにより塗りつぶされている。

図１１において黒矢印で示されるように、投影方向指定部３０によって投影方向を外側から内側に向かう方向に指定する。これにより、第一ワークＷ１の外面に加工経路Ｂ４が形成されることになる。これに対し、投影方向が内側から外側に向かう方向である場合には、図５Ｄに示されるように、加工経路Ｂ１は第一ワークＷ１の内面に形成される。

図１２は立体形状および第二ワークモデルの斜視図である。図１２においては、立体形状Ａ２が第二ワークＷ２の内部に配置されている。図示されるように、立体形状Ａ２は第二ワークＷ２よりも小さく、立体形状Ａ２の曲面は略Ｗ字形状パターンにより塗りつぶされている。

図１２において矢印で示されるように、投影方向指定部３０によって投影方向を内側から外側に向かう方向に指定する。これにより、第二ワークＷ２の内面に加工経路Ｂ５が形成されることになる。これに対し、投影方向が外側から内側に向かう方向である場合には、図８Ｃに示されるように加工経路Ｂ２は第二ワークＷ２の外面に形成される。

さらに、図１３は立体形状および第一ワークモデルの斜視図である。図１３においては、立体形状Ａ２が第一ワークＷ１の外側に配置されている。図示されるように、立体形状Ａ２は第一ワークＷ１よりも大きく、立体形状Ａ２の曲面は略Ｕ字形状パターンにより塗りつぶされている。

図１３において黒矢印で示されるように、投影方向指定部３０によって投影方向を外側から内側に向かう方向に指定する。これにより、第一ワークＷ１の外面に加工経路Ｂ６が形成されることになる。これに対し、投影方向が内側から外側に向かう方向である場合には、図９Ｄに示されるように、加工経路Ｂ３は第一ワークＷ１の内面に形成される。

図１４は立体形状の長さ、幅および奥行を変更することを説明するための図である。立体形状Ａ１は連続した三つの平面を有している。図１４に示されるように、操作者が寸法変更部３１を使用すると、立体形状Ａ１の高さを変更でき、また、立体形状Ａ１の両端に位置する二つの平面の長さを変更することも可能である。

また、図１５は立体形状の半径および中心角を変更することを説明するための図である。図１５に示される立体形状Ａ２の中心角は約１８０°である。そして、操作者が寸法変更部３１を使用すると、立体形状Ａ２の中心角を例えば９０°に変更することができる。また、図１５から分かるように、寸法変更部３１によって、立体形状Ａ２の軸方向長さを変更することも可能である。このように、本発明では、ワークの形状に応じて、動作パターンが投影される立体形状を変更することができる。

図１６は動作パターンのピッチ間隔を変更することを説明するための図である。形成された加工経路に沿って加工を行うと、工具１５、１６の性能によっては加工密度が小さすぎたり、大きすぎたりする場合がある。そのような場合には、ピッチ間隔変更部３２によって動作パターンの変更を行うのが好ましい。図１６には、略Ｕ字形状パターンについて、そのピッチ間隔を小さくする場合および大きくする場合が示されている。このような操作により、ワークの加工されるべき面の加工密度を変更できるのが分かるだろう。

図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａおよび図１８Ｂは動作パターンの進行方向を変更することを説明するための図である。図１７Ａには、略Ｕ字形状パターンにより塗りつぶされた連続した複数の平面を有する立体形状Ａ１が示されている。図１７Ａに示されるように、立体形状Ａ１の略Ｕ字形状の動作パターンは水平方向に繰返される往復運動と、往復運動のストロークの端部で交互に行われる微小距離での鉛直方向の移動とから構成される。

図１７Ａに示される動作パターンの鉛直方向の移動は、下方から上方に向っている。この方向は、操作者が方向指定部３３を用いて指定することができる。図１７Ｂには、方向指定部３３によって、上方から下方に向かう鉛直方向の移動が指定された動作パターンが示されている。

同様に、図１８Ａには、略Ｕ字形状パターンにより塗りつぶされた連続した複数の平面を有する立体形状Ａ１が同様に示されている。図１８Ａにおいては、方向指定部３３によって往復運動が鉛直方向に指定されると共に微小距離での移動が水平方向に指定されている点で、図１７Ａに示される立体形状Ａ１とは異なる。

また、図１８Ａにおける水平方向の移動は右方から左方に延びている。方向指定部３３によって水平方向の移動を左方から右方に指定すると、図１８Ｂに示される立体形状Ａ１が得られる。このように方向指定部３３を用いると、ワークＷの面の形状に応じて、立体形状Ａ１の動作パターンの方向を指定できるのが分かるであろう。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、動作パターンの往復運動が立体形状の軸線方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための図である。これら図面においては、第二ワークＷ２に対応して配置された立体形状Ａ２の曲面が略Ｗ字形状の動作パターンにより塗りつぶされている。そして、図面から分かるように、立体形状Ａ２の略Ｗ字形状の動作パターンは軸線方向に対して概ね平行に繰返される往復運動と、往復運動のストロークの端部で交互に行われる微小距離での周方向の移動とから構成される。

図１９Ａに示される動作パターンの周方向移動は反時計回りである。そして、図１９Ｂには、方向指定部３３によって、時計回りにおける周方向の移動が指定された動作パターンが示されている。

さらに、図２０Ａおよび図２０Ｂは、動作パターンの往復運動が立体形状の周方向に対して平行である場合に、動作パターンの進行方向を変更することを説明するための図である。これら図面には、略Ｗ字形状パターンにより塗りつぶされた曲面を有する立体形状Ａ２が同様に示されている。そして、図面から分かるように、立体形状Ａ２の略Ｗ字形状の動作パターンは周方向に対して概ね平行に繰返される往復運動と、往復運動のストロークの端部で交互に行われる微小距離での軸線方向の移動とから構成される。図２０Ａにおいては、方向指定部３３によって往復運動が周方向に指定されると共に微小距離での移動が軸線方向に指定されている点で、図１９Ａに示される立体形状Ａ２とは異なる。

また、図２０Ａにおける軸線方向での移動は第二ワークＷ２の基端から先端に向かって延びている。方向指定部３３によって軸線方向の移動を先端から基端に指定すると、図２０Ｂに示される立体形状Ａ２が得られる。このように方向指定部３３を用いることにより、ワークＷの面の形状に応じて、立体形状Ａ２の動作パターンの方向を指定できるのが分かるであろう。

ところで、図２１Ａおよび図２２Ａは第一ワークモデルの他の斜視図である。図２１Ａにおいては、略Ｕ字形状パターンを通じて形成された加工経路Ｂ１が第一ワークＷ１の内面に形成されている。図２１Ａに黒丸で示されるように、略Ｕ字形状パターンの端部は、第一ワークＷ１の互いに対面する二つの内面のそれぞれに位置している。

図２１Ｂは図２１Ａに示される第一ワークモデルの縦断面図である。図２１Ｂには、第一ワークＷ１の連続する三つの内面のうちの真ん中の内面のみが示されている。このため、図２１Ｂには、加工経路Ｂ１の一部分のみが示されており、図２１Ａに黒丸で示される略Ｕ字形状パターンの端部は示されていない。

ここで、位置変更部３４は、動作パターンの端部の位置、つまり往復運動の始点と終点との位置を所望の通りに変更させられる。操作者は位置変更部３４を操作し、それにより、図２１Ａに黒丸で示される動作パターンの一部の端部を白矢印で示される方向に表示部１１上でそれぞれ移動させる。

図２２Ａにおいて破線で囲まれた箇所においては、動作パターンの往復運動の端部の位置が変更されている。図２２Ｂは、図２２Ａに示される第一ワークモデルの縦断面図を示した図２１Ｂと同様な図である。図２２Ｂの破線で示されるように、動作パターンの変更された一部の端部は、第一ワークＷ１の連続する三つの内面のうちの真ん中の内面に移動されている。このような位置変更部３４を用いることにより、ワークの面の形状に応じて、加工経路Ｂ１の微調整を行えるのが分かるであろう。

図２３は本発明の第三の実施形態に基づくオフラインプログラミング装置の表示部を示す図である。図２３から分かるように、表示部１１には、工具１７を備えたロボット１３のモデルとワークＷ３のモデルとがそれぞれ示されている。第三の実施形態における工具１７は、略円板状のグラインダである。また、図２３におけるワークＷは湾曲した上面を有するプレートである。以下、このような形状のワークＷを第三ワークＷ３と呼ぶこととする。

さらに、図２４Ａは工具の接触領域が小さい場合における工具の側面図である。また、図２４Ｂは図２４Ａに示される工具およびワークの側面図である。図２４Ａにおいては、ワークに対する工具１７の接触領域は、接触領域指定部３５によって予め接触領域Ｚ１に指定されている。図示されるように、接触領域Ｚ１は工具１７の加工面の中心付近に指定されており、工具１７自体に対してかなり小さい。

工具１７が第三ワークＷ３を加工する際には、工具１７は第三ワークＷ３の加工部位に対して所定の角度、例えば直角をなす必要がある。従って、接触領域Ｚ１が小さい場合には、図２４Ｂに示されるように、工具１７が第三ワークＷ３を加工する際の工具１７の位置姿勢は加工経路から自動的に定まる。

また、図２５Ａは工具の接触領域が大きい場合における工具の側面図である。また、図２５Ｂは図２５Ａに示される工具およびワークの側面図である。図２５Ａにおいては、工具１７の接触領域は、接触領域指定部３５によって接触領域Ｚ２に変更されたものとする。図２５Ａから分かるように、接触領域Ｚ２は工具１７の加工面のほぼ全体に指定されている。

図２５Ｂには、第三ワークＷ３の中央部と二つの縁部とのそれぞれに工具１７が示されている。第三ワークＷ３の中央においては、接触領域Ｚ２の大部分が第三ワークＷ３に接触するので、工具１７の位置姿勢は加工経路から自動的に定まる。

これに対し、工具１７が第三ワークＷ３の縁部近傍に在るときには、接触領域Ｚ２が大きいので第三ワークＷ３が配置される表面Ｌに工具１７の一部が接触する場合がある。本発明では、第三ワークＷ３の縁部近傍においては、工具１７は接触領域Ｚ２のうちの表面Ｌに最も近い部分において第三ワークＷ３に接触している。これにより、工具１７の位置姿勢を加工経路から自動的に決定することができ、同時に、第三ワークＷ３の加工時に工具１７が表面Ｌに接触するのを避けることもできる。

１０ オフラインプログラミング装置
１１ 表示部
１２ 制御装置
１３ ロボット
１５、１６、１７ 工具
２１ 仮想空間作成部
２２ モデル配置部
２３ 動作パターン記憶部
２４ 立体形状記憶部
２５ 動作パターン選択部
２６ 立体形状選択部
２７ 立体形状配置部
２８ 加工経路作成部
２９ 工具位置姿勢決定部
３０ 投影方向指定部
３１ 寸法変更部
３２ ピッチ間隔変更部
３３ 方向指定部
３４ 位置変更部
３５ 接触領域指定部
Ａ１、Ａ２ 立体形状
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ ワーク

Claims (7)

1. 作業空間内に配置されたワークを加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置において、
   前記作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部と、
   前記仮想空間作成部により作成された前記仮想空間内に前記ワークのワークモデル、前記ロボットのロボットモデルおよび前記工具の工具モデルを配置するモデル配置部と、
   前記工具の周期的な動作を示す連続した軌跡からなる複数種類の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部と、
   曲面を含む立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状を記憶する立体形状記憶部と、
   前記動作パターン記憶部に記憶された前記複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する動作パターン選択部と、
   前記曲面を含む立体形状または前記連続した複数の平面を含む立体形状を前記立体形状記憶部から選択する立体形状選択部と、
   前記立体形状選択部により選択された前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を、前記動作パターン選択部により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、前記動作パターンが前記ワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように前記立体形状を前記仮想空間に配置する立体形状配置部と、
   前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記動作パターンを前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面に投影して前記工具の加工経路を作成する加工経路作成部と、
   該加工経路作成部により作成された前記加工経路と前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、前記工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部と、
   を具備することを特徴とするオフラインプログラミング装置。
2. さらに、前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記動作パターンを前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面に投影する方向を指定する投影方向指定部を具備する請求項１に記載のプログラミング装置。
3. さらに、前記立体形状の寸法を変更する寸法変更部を具備する請求項１に記載のプログラミング装置。
4. さらに、前記動作パターンにおける前記周期的な動作のピッチ間隔を変更するピッチ間隔変更部を具備する請求項１に記載のプログラミング装置。
5. さらに、前記動作パターンにより示される前記工具の進行方向および往復方向のうちの少なくとも一方を指定する方向指定部を具備する請求項１に記載のプログラミング装置。
6. さらに、前記動作パターンにおける往復運動の始点および終点の位置を変更する位置変更部を具備する請求項１に記載のプログラミング装置。
7. さらに、前記ワークに接触する前記工具の接触領域を前記仮想空間において指定する接触領域指定部を具備し、
   前記工具位置姿勢決定部は、前記接触領域指定部により指定された前記接触領域に基づいて、前記ワークモデルに接触するときの前記工具モデルの位置または位置姿勢を前記加工経路から自動的に求めるようにした、請求項１に記載のプログラミング装置。

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