JP2584065B2 - ロボットのオフライン教示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はロボットシステムに係り、特に複数のロボッ
ト間の干渉のチェックをオフラインで行う場合に用いて
好適なオフライン教示装置に関するものである。

「従来の技術」 複数の工業用ロボットを同一のライン、あるいは互い
に近接したラインに設けて作業を行う場合、複数のロボ
ットの干渉を避ける配慮が必要とされる。

ロボットの干渉を避けようとする場合、教示データを
再生して各ロボットを実際に動作させて動作状態を目視
確認すればよいのは言うまでもないが、作業に手間がか
かるとともに、例えば、各ロボットの再生データに時間
軸方向へのずれが生じた場合（任意にずれを生じさせた
場合も含む）に干渉するか否かを判断することはできな
い。

また、特開昭60−99591号公報に記載され従来技術に
よれば、各ロボットの教示データからアーム位置の３次
元座標を求め、この座標からアーム相互間の最短距離を
求め、求められた距離を、予め定められた値と比較する
ことによって、オフラインで干渉の可能性の有無をチェ
ックすることができる。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記従来技術には、複雑な演算によって
アーム間の距離を求めるものであるから処理に長い時間
を要するという問題がある。また、干渉すると判断され
た場合、これを回避するためのプログラムの変更、例え
ば、再生データを時間軸に沿ってシフトさせるといった
処理を行うことが必要とされるが、この場合に、再生デ
ータをいかなる時間に亙ってシフトさせるべきかを判断
するため、さらに複雑な演算が必要とされている。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、干渉の
有無を適確に判定し、かつ、干渉を回避するためのプロ
グラム変更に必要な情報を適確に供給させることを目的
とするものである。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するため、本発明は、アームの旋回範
囲の一部が互いに重複する相対関係に配置されたロボッ
トを制御して再生動作させるロボット制御装置に供給す
べきデータを演算する計算機を有し、該計算機は、各ロ
ボットの教示データからアームの位置に関するデータを
時系列的に配列する機能と、配列されたデータを時間軸
を同じくして同一画面上に表示する機能とを有する構成
としてなるものである。

「作用」 上記構成であると、両ロボットのアームの位置に関す
るデータが計算機の画面上に時間軸を揃えた状態で表示
され、したがって、ある時刻においてアームが干渉する
か否かの判断基準となる視覚情報を供給することができ
る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

まず、第１図によって教示装置全体の構成を説明する
と、符号１はオフラインティーチング装置の本体であっ
て、この本体１は、演算装置、キーボード、CRTなどか
ら構成されるマイクロコンピュータからなる計算機２、
フロッピーディスクドライブからなる記憶手段３、例え
ばデジタイザからなる座標入力装置４、記録出力手段と
してのプリンタ５およびプロッタ６から構成されてい
る。なお、前記座標入力装置４は、ワークの形状を示す
節点データ（形状データ）を図面上の多数のポイントよ
り入力する機能を持つ。

一方、前記オフラインティーチング装置１から供給さ
れた教示データによって動作するロボット７は、ロボッ
ト制御盤８によって制御され、このロボット制御盤８
は、前記オフラインティーチング装置本体１の記憶手段
３によってフロッピーデイスク等の記録媒体９を介して
前記本体１からデータを受け取り、このデータに基づい
てロボット７を制御するようになっている。

また前記ロボット７は、第２図および第３図に示すよ
うに、ベース10上に垂直軸Ｃを中心に回動自在に支持さ
れた基台11と、該基台11に軸Ｏを中心として回動自在に
支持された第１のアーム12と、該第１のアーム12に直交
する軸Ｓを中心として回動自在に支持された第２のアー
ム13と、該第２のアーム13の先端に回動自在に支持され
た手首機構14とから構成されて、６軸の自由度を持つよ
うになっている。

上記ロボットにおける各軸の動作角を第２図および第
３図に示すようにそれぞれθ_１〜θ_６とし、これらの動
作範囲をθi min〜θi max（ｉ＝１〜６）とすれば、１
号機、２号機の２台のロボットを一定の間隔で設置した
場合、第１軸の動作（基台11の旋回）、第２軸の動作
（第１のアーム13の前後の動き）により、アーム13の先
端のＡ点が移動し得る範囲は第４図に示す通りである。

そして、両ロボットの第１軸の動作範囲はロボットア
ーム間の干渉の可能性によって、第４図に示すように３
分割することができる。（なお、角度を示すθの右肩に
付された⁽¹⁾、または⁽²⁾は、１号機、２号機の別を示
す。） θ₁min≦θ_１＜θ₁₁ ……領域Ａ は、第４図中左側に位置する２号機のロボットにおける
１号機のロボットとの干渉注意領域。

（他方のロボットの旋回角度によって干渉する可能性の
ある領域） θ₁₁≦θ_１＜θ₁₂ ……領域Ｂ は、一方のロボットアームが他方のロボットアームに旋
回角度に拘わらず干渉しない領域。

θ₁₂≦θ_１≦θ_1max ……領域Ｃ は、１号機のロボットにおける２号機のロボットと、こ
の２号機のロボットの更に左側に位置するロボットとの
干渉注意領域。

また、第２軸の動作範囲は、ロボットアームの干渉の
可能性によって、同じく第４図に示すように２分割する
ことができる。

さらに、 θ_2min≦θ_２＜θ₂₁ ……領域Ｄ は、一方のロボットアームが他方のロボットアームに旋
回角度に拘わらず干渉しない領域。

θ₂₁≦θ_２≦θ_2max ……領域Ｅ は、一方のロボットアームが他方のロボットアームに旋
回角度により干渉する可能性のある領域。

上記各領域は、ロボットアームの実寸法、および、１
号機、２号機の設置位置の相互間隔（それぞれの第１軸
の芯−芯距離）等の諸条件によって定まり、この条件は
計算機２に予め入力、設定されている。そして計算機２
は、１号機、２号機の教示データ（例えば座標入力装置
４を利用して入力される）から、各教示点における第１
軸および第２軸の旋回角度を時間時に沿って配列し、CR
Tに表示する。なお各教示点に対応する時刻は、計算機
において、教示点間の距離（回転角度）を当該区間にお
けるアームの角速度（機械的な条件によって必然的に、
あるいは、作業上の要求によって人為的に決定される）
で除すことによって算出することができる。

第５図は上記CRTの表示画面を示すものである。

第５図上側に示された画面は、図中○印でプロットさ
れた１号機の各教示点における第１軸の旋回角度と、図
中×印でプロットされた２号機の各教示点とを時間軸を
同じくして表示したものである。そして、図中左側に示
した１号機についての目盛りと、図中右側に示した２号
機についての目盛りから、θ₁ ⁽¹⁾≧θ₁₂ ⁽¹⁾となる領
域、および、θ₁ ⁽²⁾＜θ₁₁ ⁽²⁾となる領域をそれぞれ目
視確認することができる。そして上記画面を目視するこ
とにより、θ₁ ⁽¹⁾およびθ₁ ⁽²⁾が同時に（時間軸方向の
同一の座標において）、前述の領域にある場合（図中ハ
ッチングで示すような領域にある場合）を干渉の可能性
のある領域として認識することができる。

一方、第５図の下側の画面は、１号機の各教示点にお
ける第２軸の角度を、○印でプロットして表示し、かつ
２号機の各教示点における第２軸の角度を×印でプロッ
トして表示するようにしたもので、この画面により、θ
₂ ⁽¹⁾およびθ₂ ⁽²⁾のそれぞれについて、θ₂₁を超える干
渉の可能性のある領域（図中ハッチングを付して示す）
となる範囲を認識することができる。

そして、上述の如く第１軸および第２軸の回転角度を
CRTに表示することにより、第１軸、第２軸がともに干
渉の可能性のある領域にある区間、すなわち、図中t₁〜
t₂の区間が真の干渉領域（干渉危険領域）である旨を、
作業者が視覚的に認識することができる。

なお、CRTへの表示は、図示例のように、時間軸を揃
えて同一画面上に一部オーバラップさせるような態様に
限られず、時間軸を揃えて分割画面にそれぞれオーバラ
ップさせることなく表示する態様、あるいは、複数台の
CRTに別個に表示する態様など、種々の態様を採用し得
るのはもちろんである。

次いで、第６図ないし第８図の本発明の第２実施例を
示すものである。

この実施例は、第１軸および第２軸の回転角度θ_１お
よびθ_２を所定の変換式によって二次元平面上の直交座
標系に変換して示したもので、この座標系において、ア
ーム先端のＡ点のX,Y座標を判断すると、 １号機について、 X⁽¹⁾＞X₁₁ ⁽¹⁾は、２号機のアームの位置に拘わらず干
渉しない安全領域。（以下G⁽¹⁾［グリーン］領域とい
う、また、G⁽¹⁾は１号機のグリーン領域を示すものとす
る。） X₁₁ ⁽¹⁾≧X⁽¹⁾＞X₁₂ ⁽¹⁾は、第２軸の回転角度によって
２号機のアームに干渉する可能性のある干渉注意領域。
具体的には、２号機がこの干渉注意領域にある限り干渉
する可能性がなく、２号機が後述の干渉危険領域にある
と干渉する可能性がある領域。（以下Ye⁽¹⁾［イェロ
ー］領域という） X₁₂ ⁽¹⁾≧X⁽¹⁾は、第２軸の回転角度によって２号機の
アームに干渉する可能性が高い干渉危険領域。具体的に
は、２号機の干渉注意領域にあっても干渉する可能性が
ある領域。（以下R⁽¹⁾［レッド］領域という） ２号機について、 X⁽²⁾＜X₁₁ ⁽²⁾は、１号機のアームの位置に拘わらず干
渉しない安全領域。（以下G⁽²⁾領域という） X₁₁ ⁽²⁾≦X⁽²⁾＜X₁₂ ⁽²⁾は、第２軸の回転角度によって
１号機のアームに干渉する可能性のある干渉注意領域。
具体的には、１号機がこの干渉注意領域にある限り干渉
する可能性がなく、１号機が前述の干渉危険領域にある
と干渉する可能性がある領域。（以下Ye⁽²⁾領域とい
う） X₁₂ ⁽²⁾≦X⁽²⁾は、第２軸の回転角度によって１号機の
アームに干渉する可能性が高い干渉危険領域。具体的に
は、１号機が干渉注意領域にあっても干渉する可能性が
ある領域。（以下R⁽²⁾領域という） なお、直交座標系における各座標とロボットアームの
旋回角度θとの関係は第７図に示す通りであり、これら
の角度から、アーム13の先端部の位置を直交座標系にお
いて表現すると、 X_A＝｛r₁・cosθ_２＋r₂・cos（θ_２−θ_３）｝・sinθ
_１ Y_A＝｛r₁・cosθ_２＋r₂・cos（θ_２−θ_３）｝・cosθ
_１ Z_A＝r₁・sinθ_２＋r₂・sin（θ_２−θ_３） となる。

そして、１号機、２号機のそれぞれについて上記式に
基づく変換を行い、X_AおよびY_Aの時間的変化を第８図に
示すように計算機２のCRT上に表示する。なお時刻ｔ
は、各ｉ番目の教示点とｉ＋１番目の教示点との間にお
けるＸ軸、Ｙ軸それぞれの方向に向かう距離と、ロボッ
トアーム先端の移動速度の各方向への成分とによって算
出される。

第８図において、○印でプロットした点は１号機のＹ
座標を、◎印でプロットした点は１号機のＸ座標を示
し、その目盛りを図中左側に付す。また、図中×印でプ
ロットした点は２号機のＹ座標を、△印でプロットした
点は２号機のＸ座標を示し、その目盛りを図中右側に付
す。

このような画面から、例えば下記の表に従って干渉の
有無を判定することができる。

すなわち、上記の表の○印に該当する領域が干渉領域
となる。なお、この干渉領域を第８図にハッチングを付
して示す。また、第８図においては、現実に１号機と２
号機とが干渉する領域で画面上のＸ座標の変位曲線も交
差するように表示されている。

さらに、上記XY座標に基づく判断を応用した第３実施
例を第９図により説明する。

まず、１号機を原点として両方のロボットを同一の直
交座標系においた場合の２号機の０点の座標（x₀ ⁽²⁾,y₀
⁽²⁾,z₀ ⁽²⁾）を算出する。

次いで、上記第２実施例で述べた変換式を用いて、両
ロボットの０点を原点とするアーム先端点の位置をそれ
ぞれ算出すると、１号機のアーム先端位置の座標X_A ⁽¹⁾,
Y_A ⁽¹⁾,Z_A ⁽¹⁾、２号機のアーム先端位置の座標X_A ⁽²⁾,Y_A
⁽²⁾,Z_A ⁽²⁾が得られる。

次いで、上記各座標より、X,Y,Z軸方向へのアーム先
端点の差を求める。

ΔＸ＝X_A ⁽¹⁾−（X_A ⁽²⁾−x₀ ⁽²⁾） ΔＹ＝Y_A ⁽¹⁾−（Y_A ⁽²⁾−y₀ ⁽²⁾） ΔＺ＝Z_A ⁽¹⁾−（Z_A ⁽²⁾−z₀ ⁽²⁾） さらに、各時刻における上記ΔX,ΔY,ΔＺを第９図に
示すように計算機２のCRT上に表示する。そして、この
表示から、下記の条件を満足する場合に干渉注意領域
（第９図にハッチングを付して示す）にある旨を判断す
ることができる。

ΔＸ≦Δx₁ Ye^(X) ｜ΔY|≦Δy₁ Ye^(Y) ｜ΔZ|≦Δz₁ Ye^(Z) なお、上記Δx₁,Δy₁,Δz₁は、それぞれ、ロボットの
動作特性、アーム先端に取り付けられる手首機構の大き
さなどの条件によって予め定まる定数である。

そして、上記３軸方向への判断がすべてYe領域に該当
する領域（図中t₁〜t₂の区間）において、アーム先端が
真に干渉すると判断することができる。

さらに、第10図および第11図は本発明の第４実施例を
示すものである。

この実施例は、第２軸を中心とする全範囲でアームが
移動すると仮定した場合における第１軸の回転角度毎の
Ａ点の位置を示したものである。

ここに、各ロボットの動作範囲を第１軸の旋回角度に
よって下記のように３つの領域に分類することができ
る。

１号機については、 θ₁ ⁽¹⁾＜θ₁₁ ⁽¹⁾ 安全領域（G⁽¹⁾） θ₁₁ ⁽¹⁾≦θ₁ ⁽¹⁾＜θ₁₂ ⁽¹⁾ 干渉注意領域（Ye⁽¹⁾） θ₁₂ ⁽¹⁾≦θ₁ ⁽¹⁾ 干渉危険領域（R⁽¹⁾） 同様に２号機については、 θ₁₁ ⁽²⁾＜θ₁ ⁽²⁾ 安全領域（G⁽²⁾） θ₁₂ ⁽²⁾＜θ₁ ⁽²⁾≦θ₁₁ ⁽²⁾ 干渉注意領域（Ye⁽²⁾） θ₁ ⁽²⁾＜θ₁₂ ⁽²⁾ 干渉危険領域（R⁽²⁾） と分類することができる。

そして、各時刻についてのθ₁ ⁽¹⁾およびθ₂ ⁽²⁾を第11
図に示すように、計算機２のCRTに時間軸に沿って表示
する。この表示より、１号機および２号機がそれぞれど
の領域にあるかを目視確認すれば、下記の表に従って判
断することができる。

そして、CRTの画面から上記の表の○印に該当する領
域を干渉領域と判断することができる。

この干渉領域を第11図にハッチングを付して示した。

なお、上記各実施例のように画面上で干渉を生じる旨
が判断された場合、計算機２において１号機または２号
機についての各教示点におけるアーム位置のデータを時
間軸方向にシフトさせ（例えばスタートタイミングをず
らすこと、あるいは、ロボットの速度を一時的に増減さ
せることにより実現することができる）、シフトされた
データを表示させて、再度干渉の有無をチェックする操
作を繰り返すことにより、干渉を避け得る動作タイニン
グを把握することができる。

また、教示点を変更する操作と、変更後のロボットア
ームの位置を表示させてこれを確認する操作を繰り返す
ことによっても干渉を回避することができる。

そして、以上の操作によって、プログラムを修正した
後、このデータを記憶装置３によって記録媒体９に書き
込み、この記録媒体９を各ロボットの制御盤８に装填し
て再生することにより、２台のロボットを干渉すること
なく動作させることができる。

さらに、上記実施例は２台のロボットを備えたシステ
ムについて説明したが、さらに多数のロボットを備えた
システムにおいても、隣接するロボット間で２台の場合
と同様の処理を行うことにより、全部のロボットについ
て干渉の有無を判断することができる。

なお、上記判断に基づき、一旦スタートしたロボット
を危険領域への移動の後、ストップするよう自動制御す
るようにしてもよいのはもちろんである。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、複数
のロボットのアームの先端の位置に関するデータが時系
列的なグラフとして表示装置に示されるから、下記の効
果を奏する。

（ａ）オフライン状態で確実に干渉の有無を認識し、ス
タートタイミングをずらすなどの処理によって干渉を回
避することができる。

（ｂ）単にロボットアームの回転角度のデータを、その
まま、あるいは、換算式に従って直交座標系に変換する
という単純な演算処理を行ない、かつ、これを時間軸方
向へ揃える処理によって、表示すべきデータが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は教示装置全体の構成を示す斜視図、第２図
はロボットの平面図、第３図はロボットの正面図、第４
図は２台のロボットの干渉領域の説明図、第５図は画面
の表示内容の説明図、第６図ないし第８図は本発明の第
２実施例を示すもので、第６図は２台のロボットの干渉
領域の説明図、第７図は極座標系と直交座標系との関係
を示す図、第８図は画面の表示内容の説明図、第９図は
本発明の第３実施例における画面の表示内容の説明図、
第10図および第11図は本発明の第４実施例を示すもの
で、第10図は干渉領域の説明図、第11図は画面の表示内
容の説明図である。 １……本体、２……コンピュータ、３……記憶手段、４
……座標入力装置、７……ロボット、８……ロボット制
御盤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内海 典之 神奈川県横浜市栄区笠間町1555―１ 第 ３大船パークタウンＦ―506 (72)発明者 麓 肇 東京都板橋区志村２―10―１ (56)参考文献 特開 昭62−199338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−303405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−52991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−261403（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アームの旋回範囲の一部が互いに重複する
   相対関係に配置されたロボットを制御して再生動作させ
   るロボット制御装置に供給すべきデータを演算する計算
   機を有し、該計算機は、各ロボットの教示データからア
   ームの位置に関するデータを時系列的に配列する機能
   と、配列されたデータを時間軸を同じくして同一画面上
   に表示する機能とを有することを特徴とするロボットの
   オフライン教示装置。