JP7436640B2 - ロボットシステム、ロボット制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステム、ロボット制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

従来、溶接用ロボットは、ロボットの動作によって安定した溶接を実現し、溶接時に発生するスパッタやヒューム等からオペレータを解放する。このような溶接ロボットの動作は、様々な手法を用いて教示される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の産業用ロボットは、リードスルー（ダイレクトティーチングともいう）を用いてロボットの動作を教示する。

特開昭６０－２３３７０７号公報

このような溶接用ロボットは、溶接中に溶接ツールとワークとの相対位置及び姿勢を考慮しつつ、動作を教示する必要がある。そのため、オペレータは、溶接用ロボットの動作を教示するために高い熟練度を必要としている。そこで、より簡易にロボットの動作の教示を行うことができるロボットシステムが望まれている。

本開示に係るロボットシステムは、特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するロボットシステムであって、リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶部に記憶する特徴点教示部と、前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付ける入力受付部と、前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定する姿勢決定部と、前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、ロボットのためのロボットプログラムを生成するプログラム生成部と、を備える。

本開示に係るロボット制御装置は、特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するためのロボット制御装置であって、リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶部に記憶する特徴点教示部と、前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付ける入力受付部と、前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定する姿勢決定部と、前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、ロボットのためのロボットプログラムを生成するプログラム作成部と、を備える。

本開示に係る制御方法は、特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するためのロボット制御方法であって、リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶するステップと、前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付けるステップと、前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定するステップと、前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、前記ロボットのためのロボットプログラムを生成するステップと、を備える。

本開示に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、リードスルーを用いて教示された動作パターンを構成する特徴点の位置を記憶するステップと、ワークに対するツールの角度値の入力を受け付けるステップと、前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定するステップと、前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、ロボットのためのロボットプログラムを生成するステップと、を実行させるためのコンピュータプログラム。

本発明によれば、より簡易にロボットの動作の教示を行うことができる。

本実施形態に係るロボットシステムの概要を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの機能構成を示す図である。 リードスルーの具体例を示す図である。 角度値によってツールの角度を決定する具体例を示す図である。 ツールの位置及び／又は角度をオフセットする具体例を示す図である。 教示操作盤の表示部に表示される表示例を示す図である。 教示操作盤の表示部に表示される表示例を示す図である。 教示操作盤の表示部に表示される表示例を示す図である。 教示操作盤の表示部に表示される表示例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るロボットシステム１の概要を示す図である。ロボットシステム１は、ロボット１０によってアーク溶接を行うためのシステムである。ロボットシステム１は、ロボット１０と、ロボット制御装置２０と、教示操作盤３０と、を備える。
ロボット１０は、ロボット制御装置２０の制御に従って動作する。ロボット１０は、溶接ロボットであり、ツール１１と、アーム１２と、を備える。

ロボット制御装置２０は、ロボット１０及び教示操作盤３０と接続され、ロボット１０の動作を制御する。例えば、ロボット制御装置２０は、教示操作盤３０の操作に従ってロボット１０の動作を制御する。

教示操作盤３０は、ロボット制御装置２０と接続され、オペレータによってロボット１０を操作するために用いられる。

図２は、本実施形態に係るロボットシステム１の機能構成を示す図である。図２に示すように、ロボット制御装置２０は、制御部２１と、記憶部２２と、を備える。制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサである。制御部２１は、記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することによって、各種の処理を実行する。

また、制御部２１は、特徴点教示部２１１と、入力受付部２１２と、姿勢決定部２１３と、プログラム生成部２１４と、表示制御部２１５と、を備える。

記憶部２２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やアプリケーションプログラム等を格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の各種情報を格納するハードディスクドライブやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置である。

教示操作盤３０は、制御部３１と、操作部３２と、表示部３３と、を備える。
制御部３１は、教示操作盤３０の動作を制御することによって、各種の処理を実行する。操作部３２は、ボタン、キー、スイッチ等で構成され、オペレータからの各種操作を受け付ける。表示部３３は、液晶ディスプレイ等で構成され、各種の情報を表示する。

なお、操作部３２及び表示部３３は、一体化されたタッチパネル等で構成されてもよい。また、教示操作盤３０は、タブレット端末によって構成されてもよい。

次に、本実施形態に係るロボットシステム１におけるロボット１０の動作を教示について説明する。
特徴点教示部２１１は、オペレータがリードスルーを用いて動作パターンを構成する特徴点の位置を教示すると、リードスルーを用いて教示された特徴点の位置を記憶部２２に記憶する。ここで、「リードスルー」とは、具体的には、ロボット１０のアーム１２をオペレータが掴んでロボット１０を動かすことによってティーチングを行なう方式をいう。

また、ロボット１０の動作パターンは、複数の特徴点を含み、直線や円弧等で構成される。例えば、動作パターンは、特徴点として、溶接開始点及び溶接終了点を含んでもよい。

また、動作パターンは、溶接開始点から位置及び／又は角度をオフセットした開始オフセット点、及び溶接終了点から位置及び／又は角度をオフセットした終了オフセット点の少なくとも１つを含んでもよい。

また、動作パターンは、１つの命令ブロックで表される。そして、動作パターンは、命令ブロックの属性として、溶接開始点及び溶接開始点からオフセットされた位置及び角度、ツール１１の角度値、溶接終了点及び溶接終了点からオフセットされた位置及び角度、溶接条件のうちの少なくとも１つを含む。

ここで、溶接条件は、溶接時の電流、電圧、波形（例えば、パルス波形、正弦波等）、溶接の種類（例えば、ミグ溶接、マグ溶接等）等を含む。また、命令ブロックは、ロボットプログラムを実行する単位であり、ロボットプログラムの１行分の指令を示す。

入力受付部２１２は、ワークに対するツール１１の角度値の入力を受け付ける。具体的には、入力受付部２１２は、ワークに対するツール１１の狙い角及び前進角／後退角の入力を受け付ける。また、入力受付部２１２は、ツール１１のオフセット距離の入力を受け付ける。なお、これらの入力は、例えば、オペレータによって教示操作盤３０を用いて行われる。

ここで、ツールの進行方向に対して、アークがツール（トーチ）より先行するのがトーチ前進法とよばれ、ツールとワークに対する垂線と角度がトーチ前進角となる。一方、ツールの進行方向に対して、アークがワイヤより後行となるのがトーチ後退法であり、ツールとワークに対する垂線と角度がトーチ後退角となる。

姿勢決定部２１３は、ツール１１の角度値に基づいてツール１１の姿勢を決定する。具体的には、姿勢決定部２１３は、特徴点間を結ぶ線を基準線とする。そして、姿勢決定部２１３は、ツール１１の角度値に基づいて、所定の基準面内における基準線に対するツール１１の角度を決定する。そして、姿勢決定部２１３は、ロボット１０の動作時におけるツール１１の基準線に対する角度を決定する。

ここで、所定の基準面は、ユーザによって任意に定義されるユーザ定義面、ロボット１０の水平面又はツール１１の姿勢の定義面のいずれかである。また、ロボット１０の水平面は、例えば、鉛直方向に直交する面であってもよい。また、ツール１１の姿勢の定義面は、例えば、ツール１１の初期姿勢として定義される面であってもよい。

また、所定の基準面は、溶接開始点、溶接終了点、並びに溶接開始点及び溶接終了点以外の点によって定義されてもよい。

プログラム生成部２１４は、特徴点の位置及びツール１１の姿勢に基づいて、ロボットのためのロボットプログラムを生成する。すなわち、プログラム生成部２１４によって生成されたロボットプログラムは、動作パターンを含む。

これにより、ロボットシステム１は、動作パターンを含むロボットプログラムを用いてワークを溶接することができる。プログラム生成部２１４は、生成されたロボットプログラムを記憶部２２に記憶する。

図３は、リードスルーの具体例を示す図である。図３に示すように、オペレータは、ロボット１０のアーム１２を掴み、動作パターンを構成する特徴点の位置Ｐ１へロボット１０のアーム１２を移動する。次に、オペレータは、動作パターンを構成する特徴点の位置Ｐ２へロボット１０のアーム１２を移動する。

そして、特徴点教示部２１１は、オペレータによるリードスルーを用いて教示された特徴点の位置Ｐ１及びＰ２を記憶する。例えば、教示された特徴点の位置Ｐ１は、溶接開始点であり、教示された特徴点の位置Ｐ２は、溶接終了点である。

図４は、角度値によってツールの角度を決定する具体例を示す図である。図４に示すように、姿勢決定部２１３は、角度値に基づいて、図３に示す位置Ｐ１におけるツール１１の位置を基準として、ツール１１を鉛直方向に傾ける角度θ１を決定する。

また、姿勢決定部２１３は、角度値に基づいて、図３に示す位置Ｐ２におけるツール１１の位置を基準として、ツール１１をワークＷの水平面方向（鉛直方向に直交する水平面の方向）に傾ける角度θ２を決定する。

図５は、ツール１１の位置及び／又は角度をオフセットする具体例を示す図である。ツール１１の狙い角θ３は、ワークＷの水平面を基準とした角度であり、ツール１１の狙い角θ４は、ワークＷの鉛直面を基準とした角度である。

ツール１１の狙い角θ３又はθ４の値は、オペレータによって教示操作盤３０を用いて入力され、入力受付部２１２によって受け付けられる。そして、姿勢決定部２１３は、入力受付部２１２によって受け付けられた値に基づいて、ツール１１の姿勢を決定する。

図５に示すように、ツール１１は、溶接終了後に、教示された特徴点の位置から位置をオフセットされる。また、ツール１１は、溶接終了後に、教示された特徴点の位置から位置及び角度をオフセットされてもよい。

オフセットされる位置及び／又は角度は、オペレータによって教示操作盤３０を用いて入力され、入力受付部２１２によって受け付けられる。そして、姿勢決定部２１３は、入力受付部２１２によって受け付けられた位置及び／又は角度に基づいて、教示された特徴点の位置からツール１１の位置及び／又は角度をオフセットする。

図６Ａから図６Ｄは、教示操作盤３０の表示部３３に表示される表示例を示す図である。図６Ａに示すように、表示制御部２１５は、リードスルーを用いて、動作パターンを教示するための第１の表示態様３３１を表示部３３に表示する。オペレータは、操作部３２によって当該第１の表示態様３３１を選択することにより動作パターンの教示を開始する。

次に、図６Ｂに示すように、表示制御部２１５は、溶接開始点及び溶接終了点を教示するための第２の表示態様３３２を表示部３３に表示する。オペレータは、操作部３２によって当該第２の表示態様３３２の「カイシ」のアイコンを選択する。そして、オペレータは、例えば、リードスルーを用いてロボット１０のアーム１２を移動し、溶接開始点を教示する。また、同様に、オペレータは、リードスルーを用いてロボット１０のアーム１２を移動し、溶接終了点を教示してもよい。

次に、図６Ｃに示すように、表示制御部２１５は、教示された溶接開始点を記憶するための第３の表示態様３３３を表示部３３に表示する。オペレータは、操作部３２によって当該第３の表示態様３３３を選択する。これにより、特徴点教示部２１１は、教示された溶接開始点を記憶部２２に記憶する。また、同様に、表示制御部２１５は、教示された溶接終了点を記憶するための第３の表示態様３３３を表示部３３に表示する。オペレータは、操作部３２によって当該第３の表示態様３３３を選択する。特徴点教示部２１１は、教示された溶接終了点を記憶部２２に記憶する。

次に、図６Ｄに示すように、表示制御部２１５は、ワークに対するツール１１の前進角／後進角の入力を受け付けるための第４の表示態様３３４を表示する。オペレータは、操作部３２によってツール１１の角度値を入力する。

入力受付部２１２は、ワークに対するツール１１の狙い角及び前進角／後退角の入力を受け付ける。また、姿勢決定部２１３は、入力された狙い角及び前進角／後退角に基づいて、ツール１１の姿勢を決定する。

図７は、本実施形態に係るロボットシステム１の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、オペレータがリードスルーを用いて動作パターンを構成する特徴点の位置を教示すると、特徴点教示部２１１は、リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶部２２に記憶する。

ステップＳ２において、入力受付部２１２は、ワークに対するツール１１の角度値の入力を受け付ける。
ステップＳ３において、姿勢決定部２１３は、ツール１１の角度値に基づいてツール１１の姿勢を決定する。

ステップＳ４において、プログラム生成部２１４は、特徴点の位置及びツール１１の姿勢に基づいて、ロボット１０のためのロボットプログラムを生成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ロボットシステム１は、リードスルーを用いて教示された特徴点の位置を記憶部２２に記憶する特徴点教示部２１１と、ワークＷに対するツール１１の角度値の入力を受け付ける入力受付部２１２と、ツール１１の角度値に基づいてツール１１の姿勢を決定する姿勢決定部２１３と、特徴点の位置及び姿勢に基づいて、ロボット１０のためのロボットプログラムを生成するプログラム生成部２１４と、を備える。

このようにロボットシステム１は、リードスルーを用いて特徴点を教示するため、オペレータは、直感的に位置を教示することができる。また、ロボットシステム１は、角度値に基づいて姿勢を決定するため、ツール１１の姿勢を溶接に適した角度に設定することができる。

また、ロボットシステム１は、ツール１１の角度値として、狙い角及び前進角／後進角を設定し、２点の特徴点の位置のみを教示することによって、溶接のためのロボット１０の教示を完了することができる。したがって、ロボットシステム１は、より簡易にロボットの動作の教示を行うことができる。

また、動作パターンは、直線、円弧などを構成する複数の特徴点を含む。これにより、ロボットシステム１は、動作パターンにおいて、直線や円弧などの曲線を含んでいたとしても、ツール１１の進行方向を規定することができる。よって、ロボットシステム１は、より簡易にロボットの動作の教示を行うことができる。

また、動作パターンは、溶接開始点からツール１１の位置及び／又は角度をオフセットした開始オフセット点、及び溶接終了点からツール１１の位置及び／又は角度をオフセットした終了オフセット点の少なくとも１つを含む。これにより、ロボットシステム１は、ツール１１のオフセット位置及び／又は角度を適切に設定することができる。

また、動作パターンは、１つの命令ブロックで表され、動作パターンは、命令ブロックの属性として、溶接開始点及び溶接開始点からオフセットされた位置及び角度、ツール１１の角度値、溶接終了点及び溶接終了点からオフセットされた位置及び角度、溶接条件のうちの少なくとも１つを含む。これにより、ロボットシステム１は、命令ブロックをプログラム中に呼び出すことによって、より簡易にロボットプログラムを作成することができる。

また、姿勢決定部２１３は、特徴点間を結ぶ線を基準線とする。そして、姿勢決定部２１３は、角度値に基づいて所定の基準面内における基準線に対するツール１１の角度を決定し、ロボット１０の動作時におけるツール１１の基準線に対する角度を決定する。これにより、ロボットシステム１は、ツール１１の角度を適切に決定することができる。

また、所定の基準面は、ユーザによって任意に定義されるユーザ定義面、ロボット１０の水平面又はツール１１の姿勢の定義面のいずれかであってもよい。これにより、ロボットシステム１は、ツール１１の角度を決定するために適切な基準面を用いることができる。

また、所定の基準面は、溶接開始点、溶接終了点、並びに溶接開始点及び溶接終了点以外の一つ以上の点によって定義されてもよい。これにより、ロボットシステム１は、事前にツール１１のツール座標系を定義せずに、基準面を定義することができる。また、ロボットシステム１は、溶接開始点及び溶接終了点を用いることにより、少ない教示点で基準面を定義することができる。追加する点は、少なくとも一点あればよく、容易に教示できる。点数を増やした場合、平均化などにより、より適切な面を定義することができる。

また、本発明の実施形態について主にアーク溶接について述べたが、レーザ溶接やスポット溶接などの他の溶接法や、シーリングやバリ取り、洗浄、塗装といったアプリケーションにおいても、適用が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記のロボットシステムは、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記のロボットシステムのそれぞれの協働により行なわれる制御方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。

また、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記各実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１ ロボットシステム
１０ ロボット
２０ ロボット制御装置
３０ 教示操作盤
２１１ 特徴点教示部
２１２ 入力受付部
２１３ 姿勢決定部
２１４ プログラム生成部

Claims (10)

1. 特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するロボットシステムであって、
   オペレータがリードスルーを用いて前記動作パターンを構成する前記特徴点の位置を教示すると、前記リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶部に記憶し、前記リードスルーは、前記ロボットシステムを構成するロボットのアームをオペレータが掴んで前記ロボットを動かすことによってティーチングを行なう方式である、特徴点教示部と、
   前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付ける入力受付部と、
   前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定する姿勢決定部と、
   前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、前記ロボットのためのロボットプログラムを生成するプログラム生成部と、
   を備えるロボットシステム。
2. 前記動作パターンは、複数の前記特徴点を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記動作パターンは、溶接開始点から前記ツールの位置及び／又は角度をオフセットした開始オフセット点、及び溶接終了点から前記ツールの位置及び／又は角度をオフセットした終了オフセット点の少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
4. 前記動作パターンは、１つの命令ブロックで表され、前記動作パターンは、前記命令ブロックの属性として、溶接開始点及び溶接開始点からオフセットされた位置及び角度、前記ツールの前記角度値、溶接終了点及び溶接終了点からオフセットされた位置及び角度、溶接条件のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
5. 前記姿勢決定部は、前記特徴点間を結ぶ線を基準線とし、前記角度値に基づいて所定の基準面内における前記基準線に対する前記ツールの角度を決定し、前記ロボットの動作時における前記ツールの基準線に対する角度を決定する、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
6. 前記所定の基準面は、ユーザによって任意に定義されるユーザ定義面、前記ロボットの水平面又は前記ツールの姿勢の定義面のいずれかである、請求項５に記載のロボットシステム。
7. 前記所定の基準面は、溶接開始点、溶接終了点、並びに前記溶接開始点及び前記溶接終了点以外の一つ以上の点によって定義される、請求項５に記載のロボットシステム。
8. 特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するためのロボット制御装置であって、
   オペレータがリードスルーを用いて前記動作パターンを構成する前記特徴点の位置を教示すると、前記リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶部に記憶し、前記リードスルーは、ロボットシステムを構成するロボットのアームをオペレータが掴んで前記ロボットを動かすことによってティーチングを行なう方式である、特徴点教示部と、
   前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付ける入力受付部と、
   前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定する姿勢決定部と、
   前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、前記ロボットのためのロボットプログラムを生成するプログラム作成部と、
   を備えるロボット制御装置。
9. 特徴点を有する動作パターンを用いてワークを溶接するためのロボット制御方法であって、
   オペレータがリードスルーを用いて前記動作パターンを構成する前記特徴点の位置を教示すると、前記リードスルーを用いて教示された前記特徴点の位置を記憶し、前記リードスルーは、ロボットシステムを構成するロボットのアームをオペレータが掴んで前記ロボットを動かすことによってティーチングを行なう方式である、ステップと、
   前記ワークに対するツールの角度値の入力を受け付けるステップと、
   前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定するステップと、
   前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、ロボットのためのロボットプログラムを生成するステップと、
   を備える制御方法。
10. コンピュータに、
    オペレータがリードスルーを用いて動作パターンを構成する特徴点の位置を教示すると、前記リードスルーを用いて教示された動作パターンを構成する特徴点の位置を記憶し、前記リードスルーは、ロボットシステムを構成するロボットのアームをオペレータが掴んで前記ロボットを動かすことによってティーチングを行なう方式である、ステップと、
    ワークに対するツールの角度値の入力を受け付けるステップと、
    前記ツールの前記角度値に基づいて前記ツールの姿勢を決定するステップと、
    前記特徴点の位置及び前記姿勢に基づいて、前記ロボットのためのロボットプログラムを生成するステップと、
    を実行させるためのコンピュータプログラム。

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