JP3819883B2

JP3819883B2 - ロボットプログラム位置修正装置

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Publication number: JP3819883B2
Application number: JP2003302479A
Authority: JP
Inventors: 淳渡邉; 嘉治長塚
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: US20050049749A1; EP1510894B1; EP1510894A1; JP2005066797A; DE602004014220D1

Description

ロボットオフラインプログラミングシステムで作成されたロボットプログラムの修正装置に関する。

ロボットオフラインプログラミングシステムで作成したロボットの動作プログラムを実際のロボットに適用する場合、ロボットオフラインプログラミングシステムにおけるコンピュータ上で想定しているロボットを含む各機器の位置関係と実際の各機器の位置関係にずれがあり、そのまま適用できない。従来は、このオフラインプログラミングシステムで作成された動作プログラムを適用するために、このオフラインで作成した動作プログラムを現場で実際にロボットに適用し、実行しながら教示点を1点ずつ教示し直している。

現場では実際のロボットを動作させながらの作業となり、また、現場ではオフラインで作成したプログラムはどのように動作するか分からない場合が多く、作業は慎重になり、その分時間がかかることになる。また、現場でどのように位置修正をして行くか試行錯誤で検討する必要があった。

オフラインプログラミングシステムで作成された動作プログラムを実際にロボットに適用し、実行しながら教示点を1点ずつ教示し直して最終的なロボットの動作プログラムを得る方法では、多くの時間を費やしてしまう。
また、現場では実際のロボットを動作させながら、修正、確認する作業であり、かつ、現場ではオフラインで作成したプログラムはどうのように動作するか分からない場合が多いことから、その作業は慎重になり、その分時間がかかることになる。さらに、現場でどのように教示点の位置修正をして行くか試行錯誤で検討する必要があり、時間と工数を要する作業である。また、実際のロボットを実行しなければ、プログラムの確認修正が行えず、不安をもって適用していることも問題であった。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を改善することにあり、オフラインプログラミングシステムで作成した動作プログラムの教示点位置修正が容易、かつ効率的にできるロボット動作プログラム位置修正装置を得ることにある。

本願請求項１に係わる発明は、ロボット動作プログラムの教示点の位置修正を行うロボットプログラム位置修正装置において、前記ロボット動作プログラムを実行する手段と、ロボットが移動しようとする教示点を位置修正対象の教示点とし画面上に表示する表示手段と、ロボット動作の停止を指令する手段と、該ロボット動作の停止の指令を受け付けて、実行中のロボット動作プログラムの実行を停止する手段と、該停止した位置からロボットをジョグ送りで動作させるジョグ送り指令手段と、前記ロボット動作プログラム中で教示点の位置を修正する範囲を設定する手段と、位置修正指令を入力する手段と、該位置修正指令の入力により、前記位置修正対象の教示点の位置とロボットの現在位置に基づいて前記ロボット動作プログラム中の前記修正する範囲の教示点の位置修正を行う修正手段とを有することを特徴としたロボットプログラム位置修正装置である。また、請求項２に係わる発明は、前記位置修正対象の教示点と同時に前記別の教示点を前記表示手段に表示する手段と前記位置修正対象の教示点を強調表示する手段とを備えるものである。
請求項３に係わる発明は、前記位置修正対象の教示点と同時に前記ロボット、ワーク、および、周辺機器を前記表示手段の画面上に配置して表示する手段を有するものである。
請求項４に係わる発明における前記修正手段は、前記位置修正対象の教示点の位置とロボットの現在位置より位置を修正する補正行列を求め、該補正行列に基づいて、教示点の位置修正を行うものとした。請求項５に係わる発明は、前記補正行列に基づいて前記ロボット、ワーク、および、周辺機器の配置位置関係を修正し、現場の位置関係に合わせ前記表示手段に表示する手段を備える。

また、請求項６に係わる発明は、前記ロボット動作プログラム実行時、ロボットの現在位置と位置修正対象の教示点との間の距離を前記表示手段の画面上に表示する手段をも有する。その表示を請求項７に係わる発明では、数値で行い、請求項８に係わる発明では、距離によって表示色を変えることによって行うようにした。
請求項９に係わる発明では、教示点の位置修正後のロボット動作プログラムを実行する前に、ロボットの動作を前記表示手段の画面上でシミュレーションすることにより確認する手段をも備えるものとし、請求項１０に係わる発明は、この動作シミュレーションを行ったときの、前記ロボットと前記ワーク、周辺機器との干渉の有無を前記表示手段に表示する手段をも備えることとした。また、請求項１１に係わる発明では、教示点の位置修正後の前記ロボット動作プログラムを実行する際、前記表示手段の画面上にロボットの動作軌跡を表示する手段をも備えるようにした。
請求項１２に係わる発明は、前記ロボット動作の停止を指令する手段として、前記位置修正対象の教示点の位置に到達する前の所定距離を設定する手段と、前記位置修正対象の教示点の位置より手前の設定された距離に到達すると自動的に前記停止指令を生成する手段を備えるようにした。また、請求項１３に係わる発明は、ロボットが備える教示操作盤に前記表示手段、前記ロボット動作の停止を指令する手段、前記ジョグ送り指令手段、位置修正指令を入力する手段を設けた。請求項１４に係わる発明は、ロボット制御装置にパーソナルコンピュータを接続し、前記表示手段はパーソナルコンピュータに設けられている表示手段を用い、前記パーソナルコンピュータに前記ロボット動作の停止を指令する手段、前記ジョグ送り指令手段、位置修正指令を入力する手段とを備えるものとした。

本発明によれば、オフラインプログラミングシステムで作成した動作プログラムを現場の作業に適用するとき、その修正の工数を削減でき、現場のロボット生産ラインの立ち上げ時間の短縮が図れる。また、表示手段の画面上で、ロボットの動作を事前に確認できることから、だれでも簡単に作業でき、安全に実際のロボットを動作させることができる。その結果、ロボットの動作を無駄なく、短時間で行うことができ、立ち上げ時間短縮に効果がある。

図１は本発明の一実施形態の概要図である。この実施形態のロボットプログラム位置修正装置は、ロボット制御装置１と情報処理装置としてパーソナルコンピュータで構成されるコンピュータ（以下パソコンという）２及び、ロボット制御装置１に接続されているグラフィック表示機能付きの教示操作盤４で構成されている。
ロボット制御装置１にはロボット機構部３の各関節を駆動するサーボモータと接続されると共に、通信を介してパソコン２が接続され、また、グラフィック表示機能付きの教示操作盤４が接続されている。さらに、周辺機器５とも接続されている。周辺機器５はパソコン２にも通信回線を介して接続されている。

図２はロボット制御装置１の要部ブロック図であり、従来のロボット制御装置と同一構成である。符号１７で示されるバスに、メインプロセッサ１１、ＲＡＭ，ＲＯＭ，不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）からなるメモリ１２、教示操作盤用インターフェイス１３、パソコン用インターフェイス１４、周辺機器６等の外部装置用のインターフェイス１６及びサーボ制御部１５が接続されている。又、教示操作盤用インターフェイス１３には教示操作盤４が接続され、パソコン用インターフェイス１４にはパソコン２が接続されている。

ロボット及びロボット制御装置の基本機能を支えるシステムプログラムは、メモリ１２のＲＯＭに格納されている。又、オフラインプログラミングシステムで作成され、図示しない通信回線または記憶媒体を介して入力されたロボット動作プログラム並びに関連設定データは、メモリ１２の不揮発性メモリに格納される。メモリ１２のＲＡＭは、プロセッサ１が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域として使用される。

サーボ制御部１５は、サーボ制御器＃１〜＃ｎ（ｎ：ロボットの総軸数、さらには必要に応じてロボット手首に取り付けるツールの可動軸数を加算した数）を備えており、各サーボ制御器＃１〜＃ｎは、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、各軸を駆動するサーボモータの位置・速度のループ制御、さらには電流ループ制御を行っている。いわゆる、ソフトウェアで位置、速度、電流のループ制御を行うデジタルサーボ制御器を構成している。サーボ制御器＃１〜＃ｎの出力は各サーボアンプＡ１〜Ａｎを介してロボット機構部３の各関節軸のサーボモータＭ１〜Ｍｎを駆動制御する。なお、図示はしていないが、各サーボモータＭ１〜Ｍｎには位置・速度検出器が取り付けられており、該位置・速度検出器で検出した各サーボモータの位置、速度は各サーボ制御器＃１〜＃ｎにフィードバックされるようになっている。又、外部装置用インターフェイス１６には、周辺機器５やロボット機構部３に設けられたセンサ等が接続されている。
上述したロボット制御装置１の構成は、従来のロボット制御装置の構成と何等変わりはない。本発明は、このロボット制御装置にパソコン２が接続され、グラフィック表示機能付きの教示操作盤４と共にロボットプログラム位置修正装置を構成している。

パソコン２のハードウェァ構成は、周知のパソコンと同一であるが、該パソコン２のメモリには、ロボットが配置されるワークセルにおけるロボット、周辺機器、付属物等のレイアウトデータが格納され、これらのデータを用いてワークセルの３次元ＣＧ（コンピュータグラフィック）画像を作成し、パソコン２の表示手段（モニタ）の画面に表示し、ロボット動作プログラムのシミュレーションを行いモニタできるようにしたソフトウェアや、ロボット動作プログラムの画面表示、経路表示を行うソフトウェア等が格納されている。

教示操作盤４は、グラフィック表示機能付きのもので、パソコンから送られて来たワークセルのＣＧ画像や動作プログラムに教示されている教示点や動作経路をその表示手段に表示できるもので構成されている。教示操作盤４の表示画面は、通常、２画面に分割構成され、一方の画面はメニュ誘導型ユーザインタフェース画面とされ、他方の面はワークセル３次元ＣＧ画像等が描画されるようになっており、どちらか一方の画面を拡大し一方のみを表示可能にされている。

そこで、パソコン２または教示操作盤４から動作プログラムを指定しプログラム位置修正指令を入力すると、ロボット制御装置１は、教示操作盤上で１ステップずつ実行するメニュ誘導型ソフトウェアを実行開始し、図３に示す処理を実行する。
まず、パソコン２で作成されたワークセルの３次元ＣＧ画像がロボット制御装置１に送られ、教示操作盤４の表示画面に表示される（ステップ１００）。また、ロボット制御装置１のメモリ１２に格納されているロボット動作プログラムをパソコン２は読み取り動作プログラムの画面表示処理がなされて、パソコン２のモニタに３次元ＣＧ画像と共に表示される。また、この画像イメージはロボット制御装置１に送られる。ロボット制御装置１は、教示操作盤４の３次元ＣＧ画像画面上に教示点を図４に示すように座標系で表示し、動作順に教示点間を線でつないで表示する（ステップ１０１）。

また、ロボット制御装置１は、対象のロボット動作プログラムの位置修正対象としてのスポット溶接点付教示点数Ｎを調べ記憶する（ステップ１０２）。また、教示操作盤４のメニュ誘導型ユーザインタフェース画面を介してスポット溶接点付教示点の手前で停止させる距離Ｊの設定を促し操作者に設定させる（ステップ１０３）。なお、図３では、ロボット動作プログラムをスポット溶接用のロボット動作プログラムに適用した例を示しており、位置修正教示点をスポット溶接点付教示点とし、その教示点の手前Ｊｍｍを設定するようにしている。次に、ロボット動作プログラムの実行を開始し（ステップ１０４）、まずロボット動作プログラムのスポット溶接点付教示点の数だけの処理を繰り返すためのカウンタＩを「１」に初期化し（ステップ１０５）、このカウンタＩの値で示されるＩ番目のスポット教示点を図５に示すように強調表示する（ステップ１０６）。なお、図５に示す例は、Ｉ＝２のときで、２番目のスポット教示点を強調表示した例を示している。

次に、現在のロボット位置（ＴＣＰ（ツールセンタポイント）位置）とＩ番目のスポット溶接点付教示点位置までの残移動距離を算出しレジスタに格納し（ステップ１０７）、動作プログラムに基づいて実際にロボット機構部３を駆動し移動開始させ（ステップ１０８）、該ロボット移動にともなって変化する残移動距離をレジスタにセットする残移動距離更新処理を開始する（ステップ１０９）。このレジスタに記憶する残移動距離を、図６に示すように３次元ＣＧ画像表示画面の距離表示枠４１に表示する（ステップ１１０）。さらに、この残移動距離と予め設定されている距離Ｌ１，Ｌ２と比較する（ステップ１１１，１１３）。この距離Ｌ１，Ｌ２は教示操作盤４のキーボート等の入力手段を操作して予め任意に設定するもので、残移動距離の大きさによって色表示を変えて危険度を表示させるものである。この実施形態では、残移動距離が長いときは表示色を青色、中間のときには黄色、スポット教示点に接近し残移動距離が少ないときには赤色を表示するようにしている。例えば、Ｌ１＝１００ｍｍ、Ｌ２＝５０ｍｍと設定し、Ｌ１＝１００ｍｍより残移動距離が大きい場合は青色、Ｌ１とＬ２の間で１００ｍｍ〜５０ｍｍの間は黄色、５０ｍｍ〜０の間は赤色で残移動距離の表示枠４１を表示するようにしている（ステップ１１１〜１１５）。

次に、レジスタに記憶する残移動距離がステップ１０３で設定した距離Ｊｍｍ以下になったか判断し（ステップ１１６）、残移動距離が距離Ｊｍｍに達していなければ、ステップ１１０に戻り、残移動距離の表示と表示色の切り替え制御を実施する。そして、残移動距離が距離Ｊｍｍに達したことが判別されると、ロボットの移動を停止する（ステップ１１７）。すなわち、ロボット機構部３は、Ｉ番目のスポット溶接点付教示点の手前であってＪｍｍの位置に停止することになる。
そこで、操作者はロボット機構部３の状態と作業対象物との関係及び３次元ＣＧ画像表示画面を見て、そのまま実行可能と判断されれば、メニュ誘導型ユーザインタフェース画面の実行ボタン４２を選択し入力する（ステップ１１８）。これにより、ロボット動作プログラムのＩ番目のスポット命令付動作命令までの処理を実行する（ステップ１１９）。但し、この場合、スポット溶接の電流は流されず、実際のスポット溶接は行われない。その後、カウンタＩを１インクリメントして（ステップ１２３）、該カウンタＩの値がスポット溶接点付教示点の数Ｎより大きいか判断し（ステップ１２４）、教示点の数Ｎを越えていなければステップ１０６に戻り、それ以降の処理を実行する。

ロボットの動作が停止した後、ロボット機構部３の状態を見て障害物等によりそのまま移動させると干渉するおそれがあるような場合には、操作者は、教示操作盤４のジョグ送りボタンを操作して、ロボット機構部３をジョグ送りして干渉が生じないスポット溶接点に移動させ、メニュ誘導型ユーザインタフェース画面の修正ボタン４３を選択して修正指令を入力する（ステップ１２０）。ロボット制御装置１のプロセッサはロボット動作プログラムのＩ番目のスポット溶接点付教示点を実際のロボットがタッチアップした点に修正する修正量を求める（ステップ１２１）。すなわち、ロボット動作プログラムのＩ番目のスポット溶接点付教示点をＰ１、実際のロボットがタッチアップした点をＴＰ１とすると、図７に示すように、Ｉ番目のスポット溶接点付教示点位置Ｐ１を実際のロボットがタッチアップした点位置ＴＰ１にする補正行列Ａを求める。

Ａ＝ＩｎｖＰ１ＰＴ１ …（１）
動作プログラムの各教示点位置にこの補正行列Ａを右から掛けて新たな各教示点位置を求めそれを教示点とするプログラムシフト処理を行う。さらに、この補正行列Ａを用いて、教示操作盤４上における３次元ＣＧ画像表示画面のロボット以外の周辺機器の位置関係もシフトさせる（ステップ１２２）。

図８は、ロボット以外の周辺機器の配置をシフトするときの説明図である。
Ｒは、ＷＯＲＬＤ座標系から見たロボットのベース座標系、
Ｑは、ロボットから見た周辺機器を３次元ＣＧ画像画面に表示するソフトウェア上での配置位置、
Ａ教示点を修正したとき補正行列、
ＱＴ補正を行った後の周辺機器の配置位置、
であり、補正前の画面表示ソフトウェア上の表示位置Ｑに補正行例Ａを右から掛けて周辺機器の配置位置ＱＴを求め３次元ＣＧ画像画面の配置位置を変更する。
その後、前述したステップ１２３に移行する。

以上のようにして、各スポット溶接点付教示点に到達する前の設定されたＪｍｍの位置でロボット動作を停止させ、そのまま実行できるか否か操作者に判断させて、必要ならば操作者がジョグ送りでスポット溶接点付教示点の位置を修正するようにした。ロボットの概略動作は、ロボット動作プログラムに基づいて動作し、ロボットはスポット溶接点付教示点近傍で停止するから、他のものとの干渉の発生を避けることができ、操作者の教示点修正動作は容易となり、かつ少ない時間での処理ですむ。

なお上述した実施形態では、動作プログラムのスポット溶接点付／なしにかかわらず各教示点位置を全てシフトさせて修正するようにしたが、修正する対象をＩ番目のスポット溶接点付教示点のみとしてもよい。また、所定範囲を指定して、その範囲内のみスポット溶接点付／なしにかかわらず各教示点をシフトするようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、各スポット溶接点付教示点に到達点より前のＪｍｍを設定して、その位置（教示点のＪｍｍ前の位置）までは自動的にロボットを移動させ、その点に達すると自動的に停止するようにしたが、教示操作盤４に停止指令ボタン等の停止指令手段を設けて、ロボット動作プログラムを実行してロボットを移動させ、操作者がこの停止指令手段を操作することによって、ロボット動作を停止させるようにしてもよい。すなわち、自動停止の代わりに操作者からの停止指令入力に変えるようにするものである。

こうして修正されたロボット動作プログラムは、ロボットを実際に動作させる前に、パソコン２のシミュレーションプログラムに基づいてパソコンのモニタ画面に表示してシミュレーションをして、従来から行われているように干渉チェックを行う、干渉が生じているような場合には、その旨を表示するようにする。この場合、ステップ１２２で修正された周辺機器の配置位置データはパソコン２に送られており、修正された３次元ＣＧ画像によりシミュレーションが行われる。そして、このシミュレーション画像は、ロボット制御装置１を介して教示操作盤４にも表示され、干渉チェックを行うことができる。これにより、操作者は安全に実際のロボットを動かすことができる。

また、ロボット動作プログラムを実行し、実際にロボットを動作させるときには、パソコン２のモニタ画面にロボットのＴＣＰの軌跡を描画させると共に、教示操作盤４には、ロボット動作プログラムに基づいて教示点間を直線で接続した３次元ＣＧ画像画面にＴＣＰの軌跡４４を図９に示すように表示するようにする。

さらに、上述した実施形態の教示操作盤で行っていたユーザインタフェース機能をパソコン側に移行し、教示操作盤を備えなくてもよいようにしてもよい。この場合、パソコンにはすでに備える、ワークセル表示機能、ロボットのシミュレーション機能、干渉チェック機能、ロボット動作プログラムの表示機能等に加え、ロボット動作プログラム実行指令、プログラム停止指令、ロボットのジョグ送り指令、教示点位置の位置修正指令、ロボットのＴＣＰの現在位置と次の教示点との距離表示機能等を備えるようにすればよい。

本発明の一実施形態の概要図である。同実施形態におけるロボット制御装置の要部ブロック図である。同実施形態におけるプログラム位置修正動作処理のフローチャートである。同実施形態における教示操作盤上のロボット動作プログラムの教示点の表示例を示す図である。同実施形態における対象教示点の強調表示の説明図である。同実施形態における対象教示点までの距離と色表示の説明図である。同実施形態における教示点の補正行列の説明図である。同実施形態における３次元ＣＧ画像画面における周辺機器の配置位置修正の説明図である。ロボット動作プログラムの実際の実行時における教示操作盤でのロボットＴＣＰの軌跡表示の例である。

符号の説明

１ロボット制御装置
２パソコン
３ロボット機構部
４教示操作盤
５周辺機器

Claims

ロボット動作プログラムの教示点の位置修正を行うロボットプログラム位置修正装置において、
前記ロボット動作プログラムを実行する手段と、
ロボットが移動しようとする教示点を位置修正対象の教示点とし画面上に表示する表示手段と、
ロボット動作の停止を指令する手段と、
該ロボット動作の停止の指令を受け付けて、実行中のロボット動作プログラムの実行を停止する手段と、
該停止した位置からロボットをジョグ送りで動作させるジョグ送り指令手段と、
前記ロボット動作プログラム中で教示点の位置を修正する範囲を設定する手段と、
位置修正指令を入力する手段と、
該位置修正指令の入力により、前記位置修正対象の教示点の位置とロボットの現在位置に基づいて、前記ロボット動作プログラム中の前記修正する範囲の教示点の位置修正を行う修正手段と、
を有することを特徴としたロボットプログラム位置修正装置。
前記位置修正対象の教示点と同時に別の教示点を前記表示手段に表示する手段と、
前記位置修正対象の教示点を強調表示する手段と、
を有する請求項１に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記位置修正対象の教示点と同時に前記ロボット、ワーク、および、周辺機器を前記表示手段の画面上に配置して表示する手段を有する請求項１または請求項２に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記修正手段は、前記位置修正対象の教示点の位置とロボットの現在位置より位置を修正する補正行列を求め、該補正行列に基づいて、教示点の位置修正を行う請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記補正行列に基づいて前記ロボット、ワーク、および、周辺機器の配置位置関係を修正し、現場の位置関係に合わせ前記表示手段に表示する手段を有する請求項４記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記ロボット動作プログラム実行時、ロボットの現在位置と位置修正対象の教示点との間の距離を前記表示手段の画面上に表示する手段を有する請求項１乃至５の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記距離の表示が数値であることを特徴とする請求項６記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記距離の大きさに応じて距離表示の色を変えることを特徴とする請求項７記載のロボットプログラム位置修正装置。
教示点の位置修正後のロボット動作プログラムを実行する前に、ロボットの動作を前記表示手段の画面上でシミュレーションすることにより確認する手段をもつことを特徴とする、請求項１乃至８の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記ロボットの動作のシミュレーションを行ったときの、前記ロボットと前記ワーク、周辺機器との干渉の有無を前記表示手段に表示する手段とをもつことを特徴とする請求項９に記載のロボットプログラム位置修正装置。
教示点の位置修正後の前記ロボット動作プログラムを実行する際、前記表示手段の画面上にロボットの動作軌跡を表示する手段をもつ、請求項１乃至１０の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。
前記ロボット動作の停止を指令する手段は、前記位置修正対象の教示点の位置に到達する前の所定距離を設定する手段と、前記位置修正対象の教示点の位置より手前の設定された距離に到達すると自動的に前記停止指令を生成する手段を備える請求項１に記載のロボットプログラム位置修正装置。
ロボットが備える教示操作盤に前記表示手段、前記ロボット動作の停止を指令する手段、前記ジョグ送り指令手段、位置修正指令を入力する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至１１の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。
ロボット制御装置にパーソナルコンピュータを接続し、前記表示手段はパーソナルコンピュータに設けられている表示手段を用い、前記パーソナルコンピュータに前記ロボット動作の停止を指令する手段、前記ジョグ送り指令手段、位置修正指令を入力する手段とを設けた請求項１乃至１１の内いずれか１項に記載のロボットプログラム位置修正装置。