JP7469022B2 - ロボットシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットシステムに関する。
従来、工具を備えたロボットの駆動制御を、プログラムを教示するオフラインプログラミング装置を用いて行い、作業空間内に配置されたワークを加工するように構成したロボットシステムがある。
この種のロボットシステム（オフラインプログラミング装置）には、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状を、工具の周期的な動作を示す連続した軌跡からなる動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置し、動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する。また、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定するように構成したものがある。
例えば、特許文献１には、「疑似３次元空間を設定する３次元空間設定手段と、２次元データを読み込む２次元データ読込手段と、読み込んだ２次元データを上記疑似３次元空間の特定の面に貼り付けることにより３次元データを生成する３次元データ生成手段と、生成した３次元データに基づいてロボットのツールの軌跡を生成するロボット軌跡生成手段と、を含むロボット軌跡生成装置。」が開示されている。
特開２０１２－０６１５２９号公報
しかしながら、上記従来のロボットシステムにおいては、工具の周期的な動作を示す連続した軌跡からなる動作パターンを複数種類の中から選択するため、任意の形状の軌跡からなる加工経路を作成できないという問題があった。これにより、任意の形状の加工経路の教示を手動で教示しなければならず、工数が非常にかかり、多大な労力と時間を要するという不都合があった。
このため、任意の形状の軌跡からなる加工経路を作成でき、任意の形状の加工経路の教示に必要な工数の削減、ひいては任意の形状の加工経路の教示に要する労力と時間の大幅な削減を可能にする手法の開発が強く望まれていた。
本開示のロボットシステムの一態様は、作業空間内に配置されたワークを加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置を備え、前記オフラインプログラミング装置は、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成する軌跡情報作成部と、前記少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を構成する線分を編集する軌跡情報編集部と、を備える。
本開示のロボットシステムの一態様によれば、任意の形状の軌跡からなる加工経路を作成でき、任意の形状の加工経路の教示に必要な工数を削減できる。よって、任意の形状の軌跡からなる加工経路の作成に多大な労力と時間を要するという従来の不都合を解消することが可能になる。
一態様のロボットシステムのオフラインプログラミング装置を示す図である。 一態様のロボットシステムのオフラインプログラミング装置を用いて工具の加工経路の作成、工具モデルの位置または位置姿勢を決定する手順を示すフロー図である。 一態様のロボットシステムのオフラインプログラミング装置を用いて工具の加工経路の作成、工具モデルの位置または位置姿勢を決定する手順を示すフロー図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報の一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報の一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報の一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報の一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を編集する一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＺ方向の奥行きを指定した例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＺ方向の奥行きを指定した例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向、Ｙ方向の縮尺を指定した例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向、Ｙ方向の縮尺を指定した例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる複数種類の動作パターンの例を示す図である。 一態様のロボットシステムの一例を示す図である。 少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる複数種類の動作パターンの例を示す図である。 曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状の例を示す図である。 選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置した状態を示す図である。 立体形状のワークモデルの面に対する位置姿勢を設定した状態を示す図である。 工具の加工経路を作成した状態を示す図である。 選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置した状態を示す図である。 立体形状のワークモデルの面に対する位置姿勢を設定した状態を示す図である。 工具の加工経路を作成した状態を示す図である。 一態様のロボットシステムの一例を示す図である。 選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置した状態を示す図である。 立体形状のワークモデルの面に対する位置姿勢を設定した状態を示す図である。 工具の加工経路を作成した状態を示す図である。 ロボットシステムの一例を示す図である。 作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定することを示す図である。
以下、図１から図２８を参照し、一実施形態に係るロボットシステムについて説明する。
本開示の一態様のロボットシステムは、工具を備えたロボットの駆動を、プログラムを教示するオフラインプログラミング装置を用いて制御し、作業空間内に配置されたワークを加工するためのシステムである。
具体的に、本実施形態のロボットシステム１は、図１に示すように、作業空間内に配置されたワークを加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置２を備えている。
オフラインプログラミング装置２は、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成する軌跡情報作成部３と、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を構成する線分を編集する軌跡情報編集部４と、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報の同一平面上の一方向のＸ方向、一方向に直交する他方向のＹ方向の縮尺を指定する軌跡情報縮尺指定部５と、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向とＹ方向に直交するＺ方向の奥行きを指定する軌跡情報奥行き指定部６と、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報より、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを作成する動作パターン作成部７と、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する動作パターン記憶部８と、を備えている。
オフラインプログラミング装置２は、作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部９と、仮想空間作成部９により作成された仮想空間内にワークのワークモデル、ロボットのロボットモデルおよび工具の工具モデルを配置するモデル配置部１０と、曲面を含む立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状を記憶する立体形状記憶部１１と、動作パターン記憶部１１に記憶された複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する動作パターン選択部１２と、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状を立体形状記憶部１１から選択する立体形状選択部１３と、を備えている。
オフラインプログラミング装置２は、立体形状選択部１３により選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、動作パターン選択部により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する立体形状配置部１４と、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する加工経路作成部１５と、加工経路作成部１５により作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部１６と、を備えている。
そして、上記構成からなる本実施形態のロボットシステム１においては、図２、図４に示すように、まず、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成する（図７参照）。
例えば、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡の情報を含むテキストファイルを読み込み、これに基づいて少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成する。
このとき、すべての階層の任意の形状の軌跡の情報を含む１つのテキストファイルを読み込むようにしても、各階層の任意の形状の軌跡の情報を含む複数のテキストファイルを読み込むようにしてもよい。
少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡の情報を含むＣＡＤデータを読み込むようにしても（図５参照）、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成してもよい。
この場合には、すべての階層の任意の形状の軌跡の情報を含む１つのＣＡＤデータを読み込んでも、各階層の任意の形状の軌跡の情報を含む複数のＣＡＤデータを読み込むようにしてもよい。
少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡を手動で描画して作成することにより（図６参照）、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成してもよい。
なお、図４から図６には１層目の軌跡情報のみ図示しているが、実際は複数の階層があり、各層は異なる形状の軌跡であってもよい。また、１層のみ（２次元）で構成されてもよい。
次に、図８に示すように、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を構成する線分を編集する。例えば、線分の追加、削除、形状の変更などを行う。
ここでは、例えば、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の線分の追加、削除、形状の変更などして、テキストファイルやＣＡＤデータから読み込んだ少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡を手動で描画して変更する。あるいはすでに記憶済みの動作パターンの少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡を手動で描画して変更する。
次に、図９、図１０に示すように、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＺ方向の奥行きを指定する。
例えば、テキストファイルやＣＡＤデータから読み込んだ少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡の情報で定義されたデフォルトのＺ方向の奥行きを変更する。あるいはすでに記憶済みの動作パターンの少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＺ方向の奥行きを変更する。なお、それぞれの階層の奥行きを０にして同じ面上を何回も移動するように設定することも可能である。
次に、図１１、図１２に示すように、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向、Ｙ方向の縮尺を指定する。
例えば、テキストファイルやＣＡＤデータから読み込んだ少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報で定義されたデフォルトのＸ方向、Ｙ方向の縮尺を変更する。あるいは、すでに記憶済みの動作パターンの少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向、Ｙ方向の縮尺を変更する。
次に、例えば図１３に示すように、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報より、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを作成する。また、少なくとも１つの階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する。
図１３では、１層目の動作パターンのみ図示している。実際は複数の階層があり、各層は異なる形状の軌跡であってもよい。また、１層のみ（２次元）で構成されてもよい。
例えば、後述の立体形状の曲面または連続した複数の平面を、動作パターンの１層目により塗りつぶし、１層目がワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるようにしてもよい。この場合には、動作パターンの２層目以降はワークモデルの表面よりも食い込むようになり、ツールにより削り込む動作が可能になる。
次に、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状を少なくとも１つの階層からなる任意の形状の軌跡からなる動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する。
また、動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成し、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する。
＜実施例１＞
ここで、より具体的な第一の実施例を挙げて説明を行う。
＜実施例１：第一実施例＞のロボットシステム１は、例えば、図１４に示すように、先端にブラスト装置（工具）２１が取り付けられたロボット２０でワークＷに対して加工を行う一例であり、作業空間を三次元的に表現した仮想空間内にワークモデル、ロボットモデルおよび工具モデルを配置する。
本実施形態のロボットシステム１では、図１５に示すように、複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択するとともに、図１６に示すように、立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状（２２）を記憶する。
そして、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状を立体形状記憶部１１から選択する。
次に、図１７（図２０）に示すように、選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する。
図１８（図２１）に示すように、立体形状のワークモデルの面に対する位置姿勢を設定する。
図１９（図２２）に示すように、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成し、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する（図２７、図２８参照）。
＜実施例２＞
次に、より具体的な第二の実施例を挙げて説明を行う。
＜実施例２：第二の実施例＞のロボットシステム１は、例えば、図２３に示すように、先端にグラインダ（工具）２１が取り付けられたロボット２０でワークＷに対して加工を行う一例であり、前述の＜実施例１：第一の実施例＞と同様、作業空間を三次元的に表現した仮想空間内にワークモデル、ロボットモデルおよび工具モデルを配置し、複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択するとともに、立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状（２２）を記憶する。また、曲面を含む立体形状または連続した複数の平面を含む立体形状を立体形状記憶部１１から選択する（図１５、図１６参照）。
次に、図２４に示すように、選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する。
次に、図２５、図２６に示すように、立体形状のワークモデルの面に対する位置姿勢を設定し、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する。
そして、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する（図２７、図２８参照）。
ここで、図２７は、先端に砥石（工具）２１が取り付けられたロボット２０でワークＷに対して加工を行う一例であり、図２８は、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する概念を示している。
したがって、本実施形態のロボットシステム１によれば、任意の形状の軌跡からなる加工経路を作成でき、任意の形状の加工経路の教示に必要な工数を削減できる。よって、任意の形状の軌跡からなる加工経路の作成に多大な労力と時間を要するという従来の不都合を解消することが可能になる。
以上、ロボットシステムの一実施形態について説明したが、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１ ロボットシステム
２ オフラインプログラミング装置
３ 軌跡情報作成部
４ 軌跡情報編集部
５ 軌跡情報縮尺指定部
６ 軌跡情報奥行き指定部
７ 動作パターン作成部
８ 動作パターン記憶部
９ 仮想空間作成部
１０ モデル配置部
１１ 立体形状記憶部
１２ 動作パターン選択部
１３ 立体形状選択部
１４ 立体形状配置部
１５ 加工経路作成部
１６ 工具位置姿勢決定部
２０ ロボット
２１ 工具
Ｗ ワーク

Claims (1)

  1. 作業空間内に配置されたワークを加工する工具を備えたロボットのプログラムを教示するオフラインプログラミング装置を備え、
    前記オフラインプログラミング装置は、
    複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を作成する軌跡情報作成部と、
    前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報を構成する線分を編集する軌跡情報編集部と、
    前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＸ方向、Ｙ方向の縮尺を指定する軌跡情報縮尺指定部と、
    前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報のＺ方向の奥行きを指定する軌跡情報奥行き指定部と、
    前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡情報より、前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを作成する動作パターン作成部と、
    前記複数の階層からなる３次元の任意の形状の軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する動作パターン記憶部と、
    を備え、
    前記軌跡情報作成部は、前記軌跡情報を含むテキストファイル及び前記軌跡情報を含むＣＡＤデータの少なくとも一方を読み込むことで前記軌跡情報を作成し、
    前記軌跡情報編集部は、前記軌跡情報作成部で作成された軌跡情報、及び、前記動作パターン記憶部に記憶された動作パターンの軌跡情報を、手動による描画を受け付けて変更し、
    前記オフラインプログラミング装置は、
    前記作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部と、
    前記仮想空間作成部により作成された前記仮想空間内に前記ワークのワークモデル、前記ロボットのロボットモデルおよび前記工具の工具モデルを配置するモデル配置部と、
    曲面を含む立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状を記憶する立体形状記憶部と、
    前記動作パターン記憶部に記憶された複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する動作パターン選択部と、
    前記曲面を含む立体形状または前記連続した複数の平面を含む立体形状を前記立体形状記憶部から選択する立体形状選択部と、
    前記立体形状選択部により選択された前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を、前記動作パターン選択部により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすとともに、前記動作パターンが前記ワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように前記立体形状を前記仮想空間に配置する立体形状配置部と、
    前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記動作パターンを前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面に投影して前記工具の加工経路を作成する加工経路作成部と、
    前記加工経路作成部により作成された前記加工経路と前記ワークモデルの前記少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、前記工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部と、
    をさらに備える、ロボットシステム。
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