JP2992962B2 - 計算機シミュレーションによるロボットのティーチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、CAD/CAM等の計算機シミュレーションによ
るロボットのティーチング装置に関するものである。

例えば自動車産業においては、近年の産業ロボット導
入量の増加と商品車種の多種多様化に伴い、ロボットの
作業設計の困難化、あるいはティーチング工数の増大な
どの種々の問題が顕在化している。現在、これらの問題
を解決する手段として、ロボットのティーチングを計算
機シミュレーションで行うロボットCADシミュレーショ
ンシステムが有力視されている。

一方、例えば塗装ロボットでは、ワークに対する塗装
ガンの軌道制御だけでなく、塗料吐出量等の塗装変数の
制御も重要であり、計算機シミュレーションによるロボ
ットティーチング装置でも、これら塗装変数のティーチ
ングも的確に行えることが必要とされる。

［従来の技術］ ロボットの導入にあたっては、ロボットの作業設計が
必要となる。このロボットの作業設計とは、工程設計に
基づいてロボットの行うべき作業を設定した後、作業を
行うのに必要なロボットの形式、機種、レイアウト、ツ
ール、作業手順、周辺設備等の仕様を、ロボットの動作
姿勢や作業能力（サイクルタイム等）を事前評価しなが
ら決定していく作業である。

この作業設計の時点での検討は、ロボットとワークを
実際に用いることができないため、設計者は複雑なロボ
ットの動きを頭の中で三次元的に想像しながら検討を行
うことを強いられる。このため作業設計における不備の
多くが、この不確かな想像に起因して生じることにな
る。

これを解決する手法としては、近年、計算機によるロ
ボットCADシミュレーションが導入されつつある。ロボ
ットCADシミュレーションとは、これまで実機ロボット
を用いてティーチングプレイバック方式（直接形教示方
式）でティーチングしていたものを計算機を用いて行う
ものであり、ディスプレイ上にロボットとワーク、治
具、周辺設備等を映し出してシミュレーションしながら
ティーチングを行って、そのティーチングデータを実機
ロボットにダウンロードしてロボットを作動させてお
り、それにより不確かな想像を無くし、適用検討におけ
る不備を解消するものである。

このロボットCADシミュレーションについて自動車用
産業ロボットを例にして更に詳しく説明する。まずコン
ピュータによりボデー、バンパー、塗装ガン、治具など
のワークデータを作成し、このワークデータに基づい
て、コンピュータディスプレイ上にロボットとワークを
映し出してシミュレーションしながら、ティーチングデ
ータを作成する。この作成したティーチングデータをコ
ンピュータの自動シミュレーションモードで干渉チェッ
ク、サイクルタイム等の良否を確認し、確認結果が良で
あれば、そのティーチングデータをロボット言語に変換
・生成して、実機ロボットにダウンロードする。実機ロ
ボットではこのティーチング結果を確認しつつ実行す
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のロボットCADシミュレーションは、例えば溶接
ロボットのように、ロボットの軌道制御、すなわち位置
決め精度、軌跡のならい精度、速度などの制御を正確に
行えば十分なロボットシステムでは、かなりの確立をみ
せており、十分な効果を得ることができる。

一方、例えば塗装ロボットなどでは、塗装ガンの軌道
制御だけでなく、塗装変数の制御も重要な要素となって
おり、軌道制御を正確に行えるだけでは不十分である。
塗装変数とは、塗料吐出量、塗装静電圧、霧化圧等であ
り、これらはこれまで人間の熟練や勘に頼ることが多
く、塗装の仕上がり状態を評価しながら設定されてい
る。

この塗装変数の設定には、従来実機ロボットによりテ
ィーチングプレイバック方式で行われていたが、その場
合のティーチングの良否の判定は、塗装ガンで実際に塗
料の噴霧を行い、その塗料が乾いた仕上がりを評価しつ
つ行う必要があるため、ティーチングに多大な手間と時
間を要することになる。このため軌道制御等についてロ
ボットCADシミュレーションを行っても、塗装変数を従
来のティーチングプレイバック方式で行ったのでは、CA
Dシミュレーションの効果が少ないといえる。

よってロボットCADシミュレーションにおいても、こ
れらの塗装変数をシミュレーションにより設定できるこ
とが、シミュレーションの十分な効果を実現する上で必
要となる。このようなシミュレーションによる塗装変数
の設定は従来のロボットシステムでは行われていなかっ
たが、これを行うとすれば、ホストコンピュータで作成
したCADデータに基づきロボット側のシミュレータで塗
装変数データを作成する方法が考えられる。

しかしながら、実機ロボットは、その製造メーカーに
より各社各様の仕様となっており、一つのシステムに機
種の異なる種々のロボットを採用して塗装変数の制御も
行おうとした場合には、その機種の異なる各実機ロボッ
ト対応に、塗装変数の演算・生成のプログラムをそれぞ
れ個別に作成しなければならない。

この場合、ロボット製造メーカーは、ユーザのワーク
と塗装変数の関係について熟知していない場合もあり、
その場合、塗装変数の設定が的確に行われるとは必ずし
もいえない。このため、ユーザ側は各社のロボット対応
に塗装変数の生成プログラム作成作業に関与することが
必要となる。このことは結果としてユーザ側の作業負担
を非常に増大させることになる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、塗装変数などの変数の設定に関
して、機種の異なる種々の実機ロボットに対しても、共
通的に対応できる計算機シミュレーションによるロボッ
トのティーチング装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明に係る計算機シ
ミュレーションによるロボットのティーチング装置は、
ワークに関するCADデータを入力する手段と、ロボット
を制御するためのロボットティーチングデータを作成す
るロボットプログラミングシステムと、該CADデータを
該ロボットプログラミングシステムで使用できる形態の
データに変換する第１の変換手段と、該CADデータに基
づいて、ロボットの干渉を考慮することなくワークに対
する塗装変数を設定したプリティーチングデータを作成
する塗装変数設定手段と、該塗装変数設定手段で作成し
たプリティーチングデータを該ロボットプログラミング
システムで使用できる形態のデータに変換する第２の変
換手段とを備え、該ロボットプログラミングシステムは
該第１の変換手段からのデータと該第２の変換手段から
のデータとに基づいてロボットティーチングデータを作
成するように構成したものである。

〔作用〕

上述の構成によれば、実機塗装ロボットの機種を変更
した場合でも、塗装変数に関する変換プログラムを変更
するだけで対応でき、塗装変数設定手段においてロボッ
トの変数を演算するためのプログラムは変更する必要が
ない。これにより、ロボットの塗装変数の設定に関し、
各種の実機塗装ロボットに対して共通的に対応できるシ
ステムを容易に実現できる。

しかも、生成したCADデータを２系統に分けてその一
方の系統を塗装係数を設定する系統とし、その塗装変数
を設定する系では、ロボットの干渉などを考慮せずに塗
装変数の設定のみを行うことで高速シミュレーションを
可能にしており、ロボットティーチング検証等を含むロ
ボットティーチングデータの作成はロボットプログラミ
ングシステムで行うようにしているので、塗装変数の設
定作業にあたってはロボットの干渉チェックなどの手間
のかかる作業を考慮することなく設定作業を行うことが
でき、全体として処理の簡易化と高速化を図ることがで
きる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例としての計算機シミュレ
ーションによるロボットのティーチング装置のハードウ
ェアによるシステム構成が示される。また第２図には第
１図の実施例装置を機能ブロックで表現した構成図が示
される。この実施例装置は本発明を塗装ロボットに適用
した場合のものである。

第１図において、１はCAD/CAMシステムであり、ホス
トコンピュータ11、CAD/CAM端末12、TSO端末13等を含み
構成される。このCAD/CAMシステム１はワーク側すなわ
ちボデー、バンパー、治具などのCADデータを作成する
ものであり、作成したCADデータはフロッピィディスク
（または磁気テープ）７にダウンロードされて、フロッ
ピィディスク７を介してロボットCADシミュレーション
システム２に受け渡される。

ロボットCADシミュレーションシステム２はパーソナ
ルコンピュータなどで構成され、受け渡されたCADデー
タに基づいて、ロボット塗装ガンの軌道制御や塗装変数
設定のシミュレーションを行うものであり、そのシミュ
レーション結果として作成されたロボットティーチング
データはロボット言語に変換されてフロッピィディスク
８にダウンロードされ、フロッピィディスク８を介して
塗装ロボット３に受け渡される。

塗装ロボット３はロボットコントローラ31と、塗装ガ
ンを先端に持つロボットマニピュレータ32とを含み構成
され、マニピュレータ32の軌道制御と塗装ガンの各種塗
装変数の制御ができ、ロボットCADシミュレーションシ
ステム２からロボットコントローラ31に受け渡されたロ
ボット言語に基づきマニピュレータ32を軌道制御し、ま
た塗装ガンの塗装変数を変える。

ロボットCADシミュレーションシステム２の更に詳細
な構成が第２図を参照しつつ以下に説明される。図示の
如く、このロボットCADシミュレーションシステム２
は、CADデータ自動圧縮システム21、ティーチングシス
テム共通CADデータインタフェース（CTCD−CADインタフ
ェース）22、塗装変数自動設定システム23、ティーチン
グデータインタフェース24、CTCD−CADインタフェース2
5、ロボットプログラミングシステム26等を含み構成さ
れる。

CADデータ自動圧縮システム21は、CAD/CAMシステム１
から受け渡されたCADデータ中の不要なデータを削除し
てCADデータの自動圧縮を行い、CTCD（Common Teaching
Cad Data:ティーチングシステム用CADデータ）−CADデ
ータファイルを作成するものである。このCTCD−CADデ
ータは各種のティーチングシステムに共通して渡すこと
のできるCADデータである。自動圧縮は、CAD/CAMシステ
ム１からのCADデータは、そのファイルサイズおよび座
標データ点数が非常に膨大なため、これをそのままティ
ーチングシステムで取り扱うとシステムの計算処理に支
障を来すので、所定のCAD座標データ点数圧縮条件に従
って適当なファイルサイズに圧縮するものである。CAD
座標データ点数圧縮条件は、最大偏心量、最大長限定
量、引返しティーチング評価角度などの項目について設
定される。

CADデータ自動圧縮システム21で作成したCTCD−CADデ
ータはCTCD−CADインタフェース22および25に受け渡さ
れる。CTCD−CADインタフェース22はこのCTCD−CADデー
タを後述の塗装変数自動設定システム23で使用できる形
態のワークCADデータに変換して受け渡すものである。
またCTCD−CADインタフェース25はこのCTCD−CADデータ
を所定の変換ファイルに従って後述のロボットプログラ
ミングシステム26で使用できる形態のRPS−CADデータに
変換するものである。なおRPSはロボットプログラミン
グシステム（Robot Programing System）を表す記号で
あり、以下の説明においても同じである。

塗装変数自動設定システム23はロボット・プリティー
チングと塗装変数の設定を行う部分である。

ロボット・プリティーチングは、CTCD−CADデータに
基づき、計算機のCRTディスプレイ上にワーク（ボデ
ー、バンパー、治具など）と、塗装ガンに相当する矢印
のみを出力して、矢印の先端を塗装ガンの先端、矢印の
傾きを塗装ガンの傾きと見なして、CRTティスプレイに
映し出したワークと矢印を見ながら、人間による作業で
矢印を操作・移動させつつシミュレーションを行い、ロ
ボットのティーチングポイントと矢印の傾きを設定する
ものであり、これによりプリティーチングデータ（ある
いはロボットティーチング中間言語）が作成される。

このプリティーチングにあたってはロボットの全体像
は出力しない。したがって、この過程ではロボットの各
軸の状態や干渉チェックを行うことはできないが、計算
機側ではロボット関係の計算処理の必要がないため、非
常に高速なシミュレーションが可能となる。なおこの過
程においてCRTディスプレイ上に矢印周辺物、例えば塗
装ガンやバルブなどを出力することもできる。

上述のティーチング処理と同時に、塗装変数自動設定
システム23により塗装変数の設定が行われる。塗装変数
は、塗装吐出量、塗装静電圧、霧化圧、ガン速度、ガン
のON/OFF、ガンのチルト、ガンの押出流体切替えON/OFF
などの塗装に必要な様々な変数である。そして、所望の
塗装膜厚を得るために必要な塗装変数は、ワークの形状
等を規定したCTCD−CADデータおよびワークに対する塗
装ガン（矢印）の軌道を規定した軌道データに基づき、
既知の所定の算出理論式に従って求めることができ、塗
装変数自動設定システム23では、ティーチング処理と同
時に適切な塗装変数を計算機が自動的に演算・設定し、
これらワークデータ、軌道データ、塗装変数などをプリ
ティーチングデータとするものである。

なお、この塗装変数自動設定システム23では、ロボッ
トプリティーチング補正も行われるようになっている。
すなわち、ここで設定されたロボットプリティーチング
データは矢印先端のティーチングポイント座標と傾き
（ベクトル）の値であり、それぞれ塗装ガン先端の座標
と傾きの値であるため、後の過程のロボットプログラミ
ングシステム26でロボットティーチングを行うためにそ
れぞれの値をロボットのアーム先端の座標値とアーム先
端の傾きの値に補正するものである。この際、補正値は
人間作業で設定され、その他の処理は計算機が自動的に
行う。

塗装変数自動設定システム23で作成された、塗装変数
を含むプリティーチングデータは次にティーチングデー
タインタフェース24に受け渡される。

ティーチングデータインタフェース24は、この塗装変
数を含むプリティーチングデータを、後の過程のロボッ
トプログラミングシステム26が使用できるように、予め
用意された変換ファイルに基づき、当該ロボットプログ
ラミングシステム26用のフォーマットのRPSロボットテ
ィーチングデータに変換して、ロボットティーチングデ
ータファイルを生成するものである。

この主処理の一例を以下に示す。例えばロボットを６
軸とした場合、ティーチング中間言語（プリティーチン
グデータ）からティーチング座標とベクトル値を読み取
り、ティーチング座標値を６軸先端座標値として、ロボ
ットの逆キネマティクス演算を行って、ロボットプログ
ラミングシステム内のロボット座標系を設定する。なお
ティーチング座標６軸座標値とする補正は塗装変数自動
設定システム23で行う。また、ティーチング中間言語か
ら塗装ガンの吐出量、ON/OFF、スピード等の値を読み取
り、これをロボットプログラミングシステム26に設定す
る。更に、ティーチング中間言語に不足する変数、例え
ば加速設定等を、ロボットプログラミングシステム側の
なんらかのイニシャル値としてロボットプログラミング
システム26に設定する。

ロボットプログラミングシステム26はティーチングデ
ータインタフェース24およびCTCD−CADインタフェース2
5から受け渡されたRTS−CADデータに基づき、ワークCAD
データ修正、ロボットティーチング、ロボットティーチ
ング検証、ロボットティーチング補正、ロボットティー
チングデータのロボット言語変換などの各処理を行う。
以下、これらの処理を順に説明する。

ワークCADデータ修正は、必要に応じてロボットプロ
グラミングシステム26のCAD機能を使用して、CADデータ
自動圧縮システム21で作成したCTCD−CADデータを修正
するものである。またCTCD−CADデータの修正以外に、
この段階で不足するデータの作成、およびロボット付属
物（CCV、バルブ等）の作成など、CTCD−CADデータによ
らなくとも、ロボットプログラミングシステム26のCAD
機能を使用して新規にCADデータを作成できる。

例えば、RPS−CADデータを、ロボットCADシミュレー
ションティーチングに適するように、CRTティスプレイ
を見ながら編集するものであり、編集内容として、CAD
データ中の不要な線を削除する、CADデータ中の不適な
箇所を修正する、CADデータ中に不足する箇所を作成す
る、塗装治具やロボット付属物（塗装ガン、CCV、バル
ブ等）を存在しないCADデータファイルを作成する、不
要になったCADデータファイルを削除するなどの処理が
きる。

ロボットティーチングは、ロボットプログラミングシ
ステム26のロボットティーチング機能を使用してロボッ
トティーチングデータを作成するものである。ここでは
CRTディスプレイ上に、RPS−CADデータをもとに作成し
たワーク（ボデー、バンパー、治具等）と、ロボットラ
イブラリから選択したロボットを出力してシミュレーシ
ョンしながら、ロボットティーチングデータを作成して
いくものである。

ロボットティーチング検証は、上述のロボットティー
チングで作成したロボットティーチングデータの検証を
行うものであり、不適当であれば修正する。これにはプ
レイバックシミュレーションによる検証、ガン軌跡表
示、サイクルタイム算出などが利用できる。

ロボットティーチング補正は、必要に応じて、ティー
チングデータの座標形の補正等のロボットティーチング
データの補正を行うものである。

ロボットティーチングデータのロボット言語変換は、
塗装変数を含むロボットティーチングデータをロボット
言語に変換・生成して、フロッピィディスク８上に登録
して、フロッピィディスク８を介して塗装ロボット３に
持っていき、塗装ロボット３を実際に動かすものであ
る。逆に塗装ロボット３からロボット言語を吸い上げて
きた場合にはロボット言語からRPSロボットティーチン
グデータを変換・生成してロボットプログラミングシス
テム26に取り込む。

最後に塗装ロボット３では、ロボットCADシミュレー
ションシステム２から受け渡されたロボット言語に基づ
き、ロボットコントローラ31の制御下にマニピュレータ
32を制御し、その先端に取付けられた塗装ガンの軌道と
塗装変数の制御を行う。

以上のようなシステムとなっているため、塗装ロボッ
トの機種を変更した場合でも、ロボットプログラミング
システム26への変換プログラムを変更するだけでよく、
いかなる種類のロボットに対しても共通的に対応するこ
とができる。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能であ
る。例えば、上述の実施例では、本発明を塗装ロボット
に適用した場合にいて説明したが、これに限られず、本
発明は種々のロボットシステムに適用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、塗装変数の
設定に関して、機種の異なる種々の実機ロボットに対し
ても、変数データの変換プログラムの変更だけで共通的
に対応できる。

これにより、塗装ロボットにおいて、塗装変数の設定
あたり、塗装仕上り評価などの塗装変数を折り込め、よ
り好ましいオフラインティーチングが可能となる。

また、塗装変数の設定にあたっては、ロボットの各軸
の状態や干渉チェックなどのロボット関係の処理を行う
ことなく、塗装変数の設定処理のみを行うことができる
ので、塗装変数の設定作業が簡易化され、また高速シミ
ュレーションが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての計算機シミュレーシ
ョンによるロボットのティーチング装置のハードウェア
構成を示すブロック図、および、第２図は実施例装置を
機能ブロック的に表現したブロック図である。 図において、 １……CAD/CAMシステム ２……ロボットCADシミュレーションシステム ３……塗装ロボット ７、８……フロッピィディスク 11……ホストコンピュータ 12……CAD/CAM端末 13……TSO端末 21……CADデータ自動圧縮システム 22、25……CTCD−CADインタフェース 23……塗装変数自動設定システム 24……ティーチングデータインタフェース 26……ロボットプログラミングシステム 31……ロボットコントローラ 32……ロボットマニピュレータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークに関するCADデータを入力する手段
   と、 ロボットを制御するためのロボットティーチングデータ
   を作成するロボットプログラミングシステムと、 該CADデータを該ロボットプログラミングシステムで使
   用できる形態のデータに変換する第１の変換手段と、 該CADデータに基づいて、ロボットの干渉を考慮するこ
   となくワークに対する塗装変数を設定したプリティーチ
   ングデータを作成する塗装変数設定手段と、 該塗装変数設定手段で作成したプリティーチングデータ
   を該ロボットプログラミングシステムで使用できる形態
   のデータに変換する第２の変換手段とを備え、 該ロボットプログラミングシステムは該第１の変換手段
   からのデータと該第２の変換手段からのデータとに基づ
   いてロボットティーチングデータを作成するように構成
   した計算機シミュレーションによるロボットのティーチ
   ング装置。