JP7232704B2 - ロボットプログラム評価装置、ロボットプログラム評価方法及びロボットプログラム評価プログラム - Google Patents

Description

本発明は、干渉領域が存在する場合における作業点間のパス動作を時間に関して評価することができるロボットプログラム評価装置、ロボットプログラム評価方法及びロボットプログラム評価プログラムに関する。

溶接などの作業をロボットが行うためには、ロボット動作プログラムが必要である。このロボット動作プログラムは、ロボットラインに配置されたワークに対して、溶接位置などの作業位置及び姿勢をロボットで教示する実機ティーチング作業を行って作成される。しかし、この実機ティーチング作業では、生産ラインが停止し、ティーチングスキルが必要になるという課題があった。さらに、実機ティーチング作業では、ロボットに近づくので安全を確保する必要がある。このため、ロボット動作プログラムを作成する場合、コンピュータを用いたオフラインティーチングシステムが用いられることが多い。

なお、特許文献１には、移動経路の指定区間の教示データに基づいて、指定区間におけるロボットの所定の軸の角速度の変化を評価する評価関数が設定され、ロボット所定軸の角速度の変化が最小となる評価関数の値が得られるように、指定区間における姿勢角の教示データを補正するものが開示されている。

特開平７－３３４２２８号公報

ところで、溶接ガンを用いた複数点のスポット溶接などを行わせる場合、ロボットアームの先端位置を現在の作業点から次の作業点に移動させるパス動作が行われる。そして、このパス動作には、現在の作業点のロボットアームの姿勢を次の作業点のロボットアーム姿勢に動作させる必要がある。

このパス動作を行う場合、現在の作業点から次の作業点までの間に、ワークと干渉する干渉領域が存在する場合、この干渉領域を回避した迂回動作を行わせる必要がある。干渉領域が存在しない場合、ロボットアームの先端位置は現在の作業点から次の作業点まで直接移動させればよく、現在の作業点でのロボットアームの姿勢と次の作業点でのロボットアームの姿勢とは既に決定されているので、ロボットアームの各軸の駆動は一意に決定される。

一方、干渉領域が存在する場合、現在の作業点と次の作業点との間に、ロボットアームの先端位置の移動経路を定義する１以上の中継作業点を設定してロボットアームが干渉領域を回避するパス動作を行わせる。また、各中継作業点ではロボットアームの姿勢が設定される。この中継作業点と、中継作業点におけるロボットアームの姿勢とは、自由に設定することができる。特に、多軸のロボットアームの姿勢は自由度が高い。このため、どのようなパス動作が最適なのかを判断することは難しいという課題があった。特に、ロボットアームの各軸の動作角速度は異なり、ロボットアームの姿勢変化を完了する時間は、動作完了時間が遅い１つの軸に影響される。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、干渉領域が存在する場合における作業点間のパス動作を時間に関して評価することができるロボットプログラム評価装置、ロボットプログラム評価方法及びロボットプログラム評価プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価装置であって、前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出するとともに、前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出し、前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記評価値は、前記比較最大動作時間に対する前記基準最大動作時間の割合を百分率で示したものであることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記評価値、前記最短パス動作の各軸の動作時間、及び分割パス動作の各軸の動作時間を表示するとともに、少なくとも各軸の最大動作時間を強調表示することを特徴とする。

また、本発明は、ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価方法であって、前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出する基準演算ステップと、前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出する比較対象演算ステップと、前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力する評価ステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明は、ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価プログラムであって、前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出する基準演算手順と、前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出する比較対象演算手順と、前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力する評価手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、干渉領域が存在する場合における作業点間のパス動作を時間に関して評価することができる。

図１は、本実施の形態に係るロボットプログラム評価装置によって作成された動作プログラムによって制御されるロボットシステムの概要構成を示す図である。 図２は、ロボットプログラム評価装置の構成を示す機能ブロック図である。 図３は、パス動作評価部によるパス動作評価処理手順を示すフローチャートである。 図４は、ロボットアームの各軸の最大軸速度及び最大単位動作時間を示す図である。 図５は、最短パス動作における作業点の姿勢、各軸の変化量絶対値、及び動作時間を示す図である。 図６は、被評価対象パス動作における作業点及び中継作業点の姿勢、各軸の変化量絶対値、及び動作時間を示す図である。 図７は、パス動作の各軸の動作時間及び評価値を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るロボットプログラム評価装置、ロボットプログラム評価方法及びロボットプログラム評価プログラムについて説明する。

＜ロボットの構成＞
図１は、本実施の形態に係るロボットプログラム評価装置によって作成された動作プログラム４によって制御されるロボットシステム１の概要構成を示す図である。なお、本実施の形態では、ロボットシステムとして溶接作業を行うロボットシステム１を例にあげて説明する。ロボットシステム１は、被作業対象としての車体１００の被溶接点である作業点Ｐ１，Ｐ２に対してスポット溶接を行う。

図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット２と制御装置３とを有する。ロボット２は、例えば６軸のロボットアーム５を有する。ロボットアーム５の先端位置には、溶接ガン６が設けられる。制御装置３は、動作プログラム４によってロボット２による車体１００に対する溶接作業を制御する。

ロボット２は、ロボットアーム５の姿勢を変化させてロボットアーム５の先端位置を待機位置から作業点Ｐ１に進入させ、作業点Ｐ１における姿勢を保持して作業点Ｐ１を挟み込み、溶接ガン６によって電気溶接などによって溶接作業を行う。その後、ロボット２は、次の作業点Ｐ２に移動し、作業点Ｐ２における姿勢を保持して作業点Ｐ２を挟み込み、溶接ガン６によって溶接作業を行う。その後、ロボットアーム５を待機位置に移動させ、次の車体１００が搬送されると、上記の動作をサイクルとして繰り返す。

ここで、作業点Ｐ１，Ｐ２間に干渉領域１０１が存在する場合、ロボット２は、干渉領域１０１への干渉を回避するため、ロボットアーム５の先端位置が中継作業点Ｐ１０を経由するように制御する。中継作業点Ｐ１０では、ロボットアーム５の先端位置が中継作業点Ｐ１０となるように姿勢も制御される。

なお、干渉領域１０１が存在しない場合、ロボット２は、ロボットアーム５の先端位置が作業点Ｐ１から最短距離で作業点Ｐ２に移動するパス動作Ｌ０を行う。このパス動作では、作業点Ｐ１の姿勢から作業点Ｐ２の姿勢に変化するように、ロボットアーム５の各軸が制御される。

干渉領域１０１が存在する場合、ロボット２は、ロボットアーム５の先端位置が作業点Ｐ１から中継作業点Ｐ１０に移動する分割パスＬ１のパス動作と、ロボットアーム５の先端位置が中継作業点Ｐ１０から作業点Ｐ２に移動する分割パスＬ２のパス動作とを行う。この分割パスＬ１のパス動作では、作業点Ｐ１の姿勢から中継作業点Ｐ１０の姿勢に変化するように、ロボットアーム５の各軸が制御される。また、分割パスＬ２のパス動作では、中継作業点Ｐ１０の姿勢から作業点Ｐ２の姿勢に変化するように、ロボットアーム５の各軸が制御される。なお、中継作業点Ｐ１０は、干渉領域１０１の形状等に応じて１以上設けられる。

＜ロボットプログラム評価装置の構成＞
図２は、ロボットプログラム評価装置１０の構成を示す機能ブロック図である。なお、本実施の形態では、動作プログラム４をオフラインで作成するロボットオフラインプログラムシステムが適用される。ロボットプログラム評価装置１０は、動作プログラム４のパス動作を評価する機能を有するが、動作プログラム４をオフラインで作成する機能も有する。

図２に示すように、ロボットプログラム評価装置１０は、入力部２０、表示部３０、通信部４０、記憶部５０及び制御部６０を有する。

入力部２０は、キーボード又はマウス等の入力デバイスであり、表示部３０は、液晶パネル等の表示デバイスであり、通信部４０は、制御装置３を含む他の装置と通信接続するための通信インタフェース部である。

記憶部５０は、ハードディスク装置や不揮発性メモリ等からなる記憶デバイスであり、ＣＡＤデータ５１、ロボットソフトウェア５２及び動作プログラム４を記憶する。ＣＡＤデータ５１は、作業点Ｐ１，Ｐ２を含む車体１０１の３次元データである。ロボットソフトウェア５２は、制御装置３に組み込まれて動作プログラム４を実行制御するオペレーティングシステムなどのソフトウェアと同一のソフトウェアである。

制御部６０は、ロボットプログラム評価装置１０の全体を制御する制御部であり、プログラム作成部６１、シミュレーション部６２及びパス動作評価部６３を有する。制御部６０は、プログラム作成部６１、シミュレーション部６２及びパス動作評価部６３にそれぞれ対応するプログラムを不揮発性メモリや磁気ディスク装置などの記憶装置に記憶しておき、これらのプログラムをメモリにロードして、ＣＰＵで実行することで、対応するプロセスを実行させることになる。

プログラム作成部６１は、動作プログラム４をオフラインで作成するプログラムである。プログラム作成部６１は、ＣＡＤデータ５１を３次元表示し、この３次元表示された車体１００に対して教師データを生成することによって、動作プログラム４を作成する。

シミュレーション部６２は、作成された動作プログラム４をロボットソフトウェア５２上で動作させて、デバッグ処理や、制御誤差等の補正を行う。

パス動作評価部６３は、ロボットアーム５の複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラム４を作成する際、作業点間のロボット２の姿勢変化を含むパス動作を評価する。

パス動作評価部６３は、ロボットアーム５の先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出するとともに、現在の作業点から次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出し、基準最大動作時間と比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力する。

評価値は、例えば、比較最大動作時間に対する基準最大動作時間の割合を百分率で示される。この評価値は、値が大きいほど、パス動作の動作時間が短いため、パス動作の時間に関して適切であることを示すことになる。なお、基準最大動作時間に対する比較最大動作時間の割合を百分率で示してもよい。

また、評価値、最短パス動作の各軸の動作時間、及び分割パス動作の各軸の動作時間は表示部３０に表示され、その際、少なくとも各軸の最大動作時間が強調表示される。これにより、パス動作の動作時間に影響を与えている軸が特定され、パス動作の解析を容易に行うことができる。

＜パス動作評価処理＞
次に、パス動作評価部６３によるパス動作評価処理について説明する。図３は、パス動作評価部６３によるパス動作評価処理手順を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、パス動作評価部６３は、最短パス動作時の各軸の変化量絶対値を算出する（ステップＳ１０１）。その後、算出した各軸の変化量絶対値に対応する動作時間の算出を行う（ステップＳ１０２）。さらに、算出した動作時間のうちの最大動作時間を基準最大動作時間として抽出する（ステップＳ１０３）。

その後、迂回経路のパス動作である被評価対象パス動作時における分割パス動作毎の各軸の変化量絶対値を算出する（ステップＳ１０４）。その後、分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する動作時間を算出する（ステップＳ１０５）。さらに、分割パス動作毎に、動作時間のうちの最大動作時間を抽出する（ステップＳ１０６）。その後、分割パス動作毎の最大動作時間の和である比較最大動作時間を算出する（ステップＳ１０７）。

その後、比較最大動作時間に対する基準最大動作時間の割合を百分率で示した評価値を表示部３０に出力する（ステップＳ１０８）。さらに、最短パス動作の各軸の動作時間、及び分割パス動作の各軸の動作時間を表示するとともに、少なくとも各軸の最大動作時間を強調表示し（ステップＳ１０９）、本処理を終了する。

なお、評価対象の被評価対象パス動作が複数ある場合、ステップＳ１０４からＳ１０９までの処理を繰り返し行うことになる。

＜パス動作評価処理の一例＞
図４は、ロボットアーム５の各軸の最大軸速度及び最大単位動作時間を示す図である。また、図５は、最短パス動作であるパス動作Ｌ０における作業点Ｐ１，Ｐ２の姿勢、各軸の変化量絶対値、及び動作時間を示す図である。また、図６は、被評価対象パス動作であるパス動作Ｌ１０における作業点Ｐ１，Ｐ２及び中継作業点Ｐ１０の姿勢、各軸の変化量絶対値、及び動作時間を示す図である。また、図７は、パス動作Ｌ０，分割パス動作Ｌ１，分割パス動作Ｌ２の各軸の動作時間及び評価値を示す図である。

図４に示すように、ロボットアーム５の各軸の最大軸速度は異なり、最大軸速度によって最大単位動作時間も異なる。

図５に示すように、最短パス動作の基準最大動作時間Ｔ０は、作業点Ｐ１，Ｐ２間の各軸の動作時間のうちの最大動作時間である４軸の０．８５（ｓｅｃ）が抽出される。最短パス動作では、４軸の動作時間によってロボットアーム５全体の動作時間が決定される。

一方、図６に示すように、比較最大動作時間Ｔ１０の算出では、まず、分割パス動作Ｌ１の各軸の動作時間のうちの最大動作時間である４軸の０．７（ｓｅｃ）が分割パス動作Ｌ１の最大動作時間Ｔ１として抽出される。また、分割パス動作Ｌ２の各軸の動作時間のうちの最大動作時間である１軸の０．６（ｓｅｃ）が分割パス動作Ｌ２の最大動作時間Ｔ２として抽出される。そして、最大動作時間Ｔ１と最大動作時間Ｔ２との和が比較最大動作時間Ｔ１０として算出される。分割パス動作Ｌ１では、４軸の動作時間によってロボットアーム５全体の動作時間が決定され、分割パス動作Ｌ２では、１軸の動作時間によってロボットアーム５全体の動作時間が決定される。したがって、比較最大動作時間Ｔ１０は、最大動作時間Ｔ１と最大動作時間Ｔ２との和、すなわち、１．３（ｓｅｃ）となる。

図７に示すように、パス動作評価部６３は、比較最大動作時間Ｔ１０に対する基準最大動作時間Ｔ０の割合を百分率で示した評価値を算出する。評価値は、（０．８５／１．３）×１００＝６５．４（％）となる。評価値は、その値が大きいほど、パス動作の時間が短いため、適切なパス動作であると評価される。

パス動作評価部６３は、最短パス動作であるパス動作Ｌ０の各軸の動作時間、被評価対象パス動作であるパス動作Ｌ１０の分割パス動作Ｌ１の各軸の動作時間、分割パス動作Ｌ２の動作時間、基準最大動作時間Ｔ０、比較最大動作時間Ｔ１０、及び評価値を表示部３０に表示する。この際、パス動作Ｌ０、分割パス動作Ｌ１、分割パス動作Ｌ１における基準最大動作時間Ｔ０，最大動作時間Ｔ１，最大動作時間Ｔ２が抽出された軸（４軸、４軸、１軸）とその動作時間が強調表示する。

これにより、プログラム作成者は、評価値の値によって被評価対象パス動作Ｌ１０を時間に関して評価することができ、また、強調表示によって、パス動作の動作時間を長くしているネックの軸を容易に見出すことができ、中継作業点Ｐ１０の位置及び姿勢を調整して、さらに最適な被比較対象パス動作を作成することができる。

なお、上記の実施の形態では、オフライン教示方式を採用したプログラム作成のシステムについて説明したが、実機ロボットを用いた手動教示方式を採用したプログラム作成のシステムについても適用することができる。この場合、パス動作評価部６３は、制御装置３に搭載されることになる。

また、上記の実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

本発明のロボットプログラム評価装置、ロボットプログラム評価方法及びロボットプログラム評価プログラムは、ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価する場合に有用である。

１ ロボットシステム
２ ロボット
３ 制御装置
４ 動作プログラム
５ ロボットアーム
６ 溶接ガン
１０ ロボットプログラム評価装置
２０ 入力部
３０ 表示部
４０ 通信部
５０ 記憶部
５１ ＣＡＤデータ
５２ ロボットソフトウェア
６０ 制御部
６１ プログラム作成部
６２ シミュレーション部
６３ パス動作評価部
１００ 車体
１０１ 干渉領域
Ｌ０，Ｌ１０ パス動作
Ｌ１，Ｌ２ 分割パス動作
Ｐ１，Ｐ２ 作業点
Ｐ１０ 中継作業点
Ｔ０ 基準最大動作時間
Ｔ１，Ｔ２ 最大動作時間
Ｔ１０ 比較最大動作時間

Claims (5)

1. ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価装置であって、
   前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出するとともに、前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出し、前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力することを特徴とするロボットプログラム作成装置。
2. 前記評価値は、前記比較最大動作時間に対する前記基準最大動作時間の割合を百分率で示したものであることを特徴とする請求項１に記載のロボットプログラム評価装置。
3. 前記評価値、前記最短パス動作の各軸の動作時間、及び分割パス動作の各軸の動作時間を表示するとともに、少なくとも各軸の最大動作時間を強調表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットプログラム評価装置。
4. ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価方法であって、
   前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出する基準演算ステップと、
   前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出する比較対象演算ステップと、
   前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力する評価ステップと
   を含むことを特徴とするロボットプログラム評価方法。
5. ロボットアームの複数の軸を駆動して作業を行うロボットの動作プログラムを作成する際、作業点間の前記ロボットの姿勢変化を含むパス動作を評価するロボットプログラム評価プログラムであって、
   前記ロボットアームの先端作業位置である現在の作業点の姿勢から次の作業点の姿勢に直接動作する最短パス動作に対する各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間である基準最大動作時間を算出する基準演算手順と、
   前記現在の作業点から前記次の作業点までの間に、姿勢が設定された１以上の中継作業点を経由する被評価対象パス動作を形成し、前記中継作業点によって被評価対象パス動作が分割された複数の分割パス動作毎に各軸の変化量絶対値に対応する各動作時間のうちの最大動作時間を求め、各分割パスの最大動作時間の和を比較最大動作時間として算出する比較対象演算手順と、
   前記基準最大動作時間と前記比較最大動作時間との大小関係の大きさを前記被評価対象パス動作の評価値として出力する評価手順と
   をコンピュータに実行させることを特徴とするロボットプログラム評価プログラム。

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