JP7448651B2

JP7448651B2 - オフライン教示装置および動作プログラム生成方法

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Publication number: JP7448651B2
Application number: JP2022526955A
Authority: JP
Inventors: 敦史延原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: DE112021001607T5; CN115666873A; WO2021241398A1; JPWO2021241398A1; US20230125071A1

Description

本開示は、オフライン教示装置および動作プログラム生成方法に関するものである。

ロボットが周辺装置との干渉を回避しながら所定の作業を行えるように、ロボットの動作経路を生成するシミュレーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。シミュレーション装置においては、ロボットおよび周辺装置の３次元モデルを同一の仮想空間内に配置して干渉の発生の有無を検出し、干渉が発生する場合には、干渉が発生する前後の教示点の間に、干渉を回避し得る中間点を追加することが行われる。

特許第５８６００８１号公報

このようにして中間点が追加された動作プログラムを、シミュレーション装置において実際に実行すると、ロボットを高速に動作させるために、動作経路が追加された中間点を通過しないことがある。このため、ロボットと周辺装置とが干渉しない動作経路を生成するには、教示点における干渉の有無の確認だけでは不十分である。

実際に動作プログラムを実行して仮想空間内においてロボットの３次元モデルを動作させることにより、教示点間に、動作経路を規定する多数の補間点が形成され、各補間点において、ロボットと周辺装置との干渉の有無を確認できる。しかしながら、多数の補間点のそれぞれにＴＣＰを配置するロボットの３次元モデルを計算することには多大な時間を要する。

そして、いずれかの補間点において干渉が発生した場合には、中間点の追加あるいは修正を行って、動作プログラムを再度実行する作業を繰り返す必要があり、最終的に動作経路を得るまでに膨大な時間がかかってしまう。
したがって、干渉を回避し得る動作経路の生成に要する時間を短縮することが望まれている。

本開示の一態様は、少なくとも１つのプロセッサを備え、該プロセッサが、複数の教示点を含む動作プログラムが入力されることにより、該動作プログラムに従って各前記教示点間に形成されるロボットのツール先端点の動作経路上に、多数の補間点を生成するとともに、前記補間点に前記ツール先端点が配置されたときの前記ロボットの１以上の関節点の座標を算出し、生成された各前記補間点および算出された前記関節点と周辺装置との間の干渉の有無を検出するオフライン教示装置である。

本開示の一実施形態に係るオフライン教示装置を示すブロック図である。図１のオフライン教示装置により動作プログラムを生成するロボットの一例を模式的に示す図である。図１のオフライン教示装置を用いた本開示の一実施形態に係る動作プログラム生成方法を示すフローチャートである。図１のオフライン教示装置において周辺装置との干渉を検出する対象を説明する模式図である。

本開示の一実施形態に係るオフライン教示装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るオフライン教示装置１は、図１に示されるように、基本動作プログラム生成部２と、補間点生成部３と、干渉検出部４と、動作プログラム修正部５とを備えている。基本動作プログラム生成部２、補間点生成部３、干渉検出部４および動作プログラム修正部５は、少なくとも１つのプロセッサ、メモリおよびモニタを備えている。

基本動作プログラム生成部２は、同一の仮想空間上に配置されるロボット（図２参照）１００、周辺装置およびワーク等の３次元モデルを記憶している。ユーザが、モニタに表示された仮想空間内においてロボット１００の３次元モデルを動作させながら、教示点を指定し、指定された教示点間の動作速度および加速度、補間方法等の情報を入力することにより、基本の動作プログラムを生成することができる。

補間点生成部３は、入力されてきた動作プログラムに規定された教示点、速度および加速度、補間方法等の情報に従って、仮想空間上においてロボット１００を動作させるときに、ロボット１００のＴＣＰ（ツール先端点）が移動する動作経路を生成する。この際、一定時間毎にロボット１００の各軸がどの様な値を取るかも含めて経路上の点が求められる。この経路上の点が補間点である。従って経路生成の際に多数の補間点が自動的に生成される。補間点生成部３は、生成した全ての補間点の３次元座標の情報を出力する。

干渉検出部４は、補間点生成部３から出力された補間点の座標情報を用いて、各補間点にＴＣＰが配置されている場合のロボット１００の関節点の３次元座標を算出する。
ロボット１００は、例えば、図２に示されるように、垂直６軸多関節型ロボットであり、床面Ｆに設置されるベース１１０と、鉛直な第１軸線Ｊ１回りにベース１１０に対して回転可能に支持された旋回胴１２０とを備えている。また、ロボット１００は、水平な第２軸線Ｊ２回りに旋回胴に対して揺動可能に支持された第１アーム１３０と、第２軸線Ｊ２に平行な第３軸線Ｊ３回りに第１アーム１３０に対して揺動可能に支持された第２アーム１４０とを備えている。さらに、ロボット１００は、第２アーム１４０の先端に、３軸の手首ユニット１５０を備えている。

関節点としては、例えば、図２に示されるように、第１軸線Ｊ１を含み、第２軸線Ｊ２に直交する平面と、第２軸線Ｊ２との交点Ａ１、第３軸線Ｊ３との交点Ａ２および、手首ユニット１５０の３軸線Ｊ４～Ｊ６の交点Ａ３を挙げることができる。
干渉検出部４は、各補間点（ＴＣＰ）と周辺装置との干渉の有無を検出するとともに、各関節点Ａ１，Ａ２，Ａ３と周辺装置との干渉の有無をも検出する。
干渉検出部４は、干渉が発生したときには、その補間点の直前または直後のいずれかの教示点の情報を出力する。ここで教示点の情報は、例えば、教示点の番号でよい。

動作プログラム修正部５は、干渉検出部４から干渉が発生した補間点の前後のいずれかの教示点の情報を受け取ると、公知の方法によって補間点の前後の教示点間に、周辺装置との干渉を回避する位置に配置される中間点（中間の教示点）を生成する。直前の教示点から中間点への動作における速度および加速度の情報は、直前の教示点から中間点において減速することなく直後の教示点まで動作する情報が設定される。

このように構成された本実施形態に係る動作プログラム生成方法について以下に説明する。
本実施形態に係るオフライン教示装置１を用いて動作プログラムを生成するには、まず、ユーザが、基本動作プログラム生成部２において教示点を教示する。教示点の教示は、ユーザが、モニタ上に表示されたロボット１００の３次元モデルを操作して、モニタ上に表示されているワークに対して作業を行うための複数の教示点を指定することにより行われる。

この場合に、ユーザは、モニタ上に表示されている周辺装置とロボット１００との干渉を回避しながら、基本の動作プログラムの開始点、終了点およびこれらの間に設定される１以上の教示点を指定する。さらに、ユーザは、各教示点間のロボット１００の動作を規定するための速度、加速度および補間方法等の情報を入力する。これにより、図３に示されるように、基本の動作プログラムが生成される（ステップＳ１）。ここでは、教示点の追加方法として、ユーザ自身がある程度干渉を回避する教示を行うものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、ユーザが開始点と終了点のみを指定して、干渉を回避する教示点を公知の方法で自動的に追加してもよい。

基本動作プログラム生成部２において生成された基本の動作プログラムは、補間点生成部３に送られて、補間点生成部３において、各教示点間におけるＴＣＰの動作経路が算出されるとともに、動作経路上に多数の補間点が生成される（ステップＳ２）。
生成された補間点の座標は、干渉検出部４に出力される。

多数の補間点の座標が補間点生成部３から送られてくると、干渉検出部４は、各補間点にＴＣＰが配置されているときのロボット１００の関節点Ａ１～Ａ３の座標を算出する（ステップＳ３）。また、補間点の算出時点で関節点Ａ１～Ａ３の角度は決定済みである。関節点Ａ１～Ａ３の座標は、補間点の座標とロボット１００の機構の情報とから逆変換することによって算出すればよい。

干渉検出部４は、各補間点および関節点Ａ１～Ａ３の座標から、ＴＣＰまたは関節点Ａ１～Ａ３が周辺装置と干渉しているか否かを検出する（ステップＳ４）。

ＴＣＰまたは関節点Ａ１～Ａ３が周辺装置と干渉している場合には、干渉検出部４は、干渉が発生した補間点の直前および直後の２つの教示点の少なくとも一方の情報を出力する（ステップＳ５）。
干渉検出部４から出力された教示点の情報は、動作プログラム修正部５に送られる。また、基本動作プログラムは基本動作プログラム生成部２から動作プログラム修正部５に送られる。

動作プログラム修正部５は、干渉が発生した補間点を挟む２つの教示点の間に、周辺装置との干渉を回避する中間点を、公知の方法によって生成することにより、動作プログラムを修正する（ステップＳ６）。
修正された動作プログラムは、補間点生成部３に送られる。

そして、ステップＳ４において全ての補間点において干渉が発生しないことが検出されるまで、ステップＳ２からの工程が繰り返される。
ステップＳ４において干渉が検出されなかった場合には、最終の動作プログラムが出力され（ステップＳ７）、処理が終了する。

このように、本実施形態に係るオフライン教示装置１および動作プログラム生成方法によれば、動作プログラムを実行することなく、ロボット１００と周辺装置との大まかな干渉チェックを行うことができる。すなわち、通常、動作プログラムの実行に先立つロボット１００の動作計画において生成される補間点の情報を用いることにより、動作プログラムを実行せずに、ＴＣＰおよび関節点Ａ１～Ａ３と周辺装置との干渉が発生しない動作プログラムを生成することができる。

動作経路上に多数生成される全ての補間点についてロボット１００の３次元モデルを用いた干渉チェックを行う場合と比較して、干渉チェックに要する時間を大幅に短縮することができるという利点がある。また、干渉が発生した場合に、中間点の追加と、追加された中間点を含めた教示点に基づく新たな補間点の生成と、生成された補間点に基づく干渉チェックとが繰り返し行われるので、さらに効果的に時間を短縮することができる。

また、本実施形態は、ロボット１００と周辺装置との干渉を大まかに回避可能な動作プログラムを生成するものである。詳細な干渉の有無についてはロボット１００の３次元モデルを用いた干渉チェックが必要となるが、本実施形態によれば、最終的に行われる３次元モデルを用いた干渉チェックの回数を大幅に減らすことができ、その結果、動作プログラムを作成する時間を短縮できる。

なお、本実施形態においては、基本の動作プログラムを生成する基本動作プログラム生成部２を備えることとしたが、これを省き、基本の動作プログラムについては、別途作成して入力することにしてもよい。
また、本実施形態においては、補間点と周辺装置との干渉の他、補間点から算出される関節点Ａ１～Ａ３と周辺装置との干渉の有無についても検出することとしたが、補間点と周辺装置との干渉の有無のみを検出することにしてもよい。

また、関節点Ａ１～Ａ３に加えて、図４に示されるように、関節点Ａ１～Ａ３を結ぶ線分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と周辺装置との干渉の有無についても検出してもよい。これによれば、ロボット１００と周辺装置との干渉をさらに詳細にチェックできるとともに、ロボット１００の３次元モデルを用いる場合と比較して、大幅に計算量を低減し、検出に要する時間を短縮することができる。

１オフライン教示装置
２基本動作プログラム生成部（プロセッサ）
３補間点生成部（プロセッサ）
４干渉検出部（プロセッサ）
５動作プログラム修正部（プロセッサ）
１００ロボット
Ａ１，Ａ２，Ａ３関節点（交点）

Claims

少なくとも１つのプロセッサを備え、
該プロセッサが、
複数の教示点を含む動作プログラムが入力されることにより、該動作プログラムに従って各前記教示点間に形成されるロボットのツール先端点の動作経路上に、多数の補間点を生成するとともに、前記補間点に前記ツール先端点が配置されたときの前記ロボットの１以上の関節点の座標を算出し、
生成された各前記補間点および算出された前記関節点と周辺装置との間の干渉の有無を検出するオフライン教示装置。
前記プロセッサは、いずれかの前記補間点において前記ロボットと前記周辺装置との干渉が発生したことが検出された場合には、該補間点の前後の前記教示点の間に中間の教示点を追加し、該中間の教示点が追加された前記動作プログラムについて、前記補間点の生成および干渉の有無の検出を行う請求項１に記載のオフライン教示装置。
前記プロセッサは、全ての前記補間点において干渉の発生が検出されなくなるまで、前記中間の教示点を修正し、あるいは、他の中間の教示点を追加する請求項２に記載のオフライン教示装置。
複数の教示点を含む基本動作プログラムが入力されることにより、該基本動作プログラムに従って各前記教示点間に形成されるロボットのツール先端点の動作経路上に、多数の補間点を生成し、
該補間点に前記ツール先端点が配置されたときの前記ロボットの１以上の関節点の座標を算出し、
生成された各前記補間点および算出された前記関節点と周辺装置との間の干渉の有無を検出し、
いずれかの前記補間点または前記関節点において前記周辺装置との干渉が発生したことが検出された場合には、干渉が発生した前記補間点の前後の前記教示点の間に中間の教示点を追加し、該中間の教示点が追加された動作プログラムについて、前記補間点の生成および干渉の有無の検出を行い、
全ての前記補間点および前記関節点において干渉が検出されなかった場合に、最終的な動作プログラムを出力する動作プログラム生成方法。