JP7469457B2

JP7469457B2 - ロボットプログラミング装置及びロボットプログラミング方法

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Publication number: JP7469457B2
Application number: JP2022504407A
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Inventors: 寛之米山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
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Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2024-04-16
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Description

本発明は、ロボットプログラミング装置及びロボットプログラミング方法に関する。

産業用ロボットをはじめとする各種ロボットの教示を行う手法として、コンピュータ上でロボット、ワーク等の３Ｄモデルをシミュレーション動作させながら教示を行う、いわゆるオフラインプログラミングが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００９－１６６１７２号公報特開平０５－２８９７３０号公報

オフラインプログラミングによる教示を行う場合、一般には各軸位置の確認までは行われないため、オフラインプログラミングにより得られた動作プログラムでロボットを実際に動作させた場合、ロボットの不自然な動きや急加速を招く場合がある。オフラインプログラミングによる教示においてこのような事態が生じないようにすることが望まれる。

本開示の一態様は、作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング装置であって、教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させるロボットモデル移動部と、前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出するアーム反転検出部と、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を修正するアーム反転修正部と、を具備し、前記アーム反転修正部は、前記ロボットモデルの姿勢の修正を、（規則１）可能な限り前記所定の可動部位の位置を動かさない、（規則２）軸の角度のみの修正を基本とする、（規則３）前記（規則１）および（規則２）が適用できない場合、前記所定の可動部位を並行移動させる、との規則に基づいて実行する、ロボットプログラミング装置である。

本開示の別の態様は、作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング方法であって、教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させ、前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出し、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を、（規則１）可能な限り前記所定の可動部位の位置を動かさない、（規則２）軸の角度のみの修正を基本とする、（規則３）前記（規則１）および（規則２）が適用できない場合、前記所定の可動部位を並行移動させる、との規則に基づいて修正する、ロボットプログラミング方法である。

本開示の更に別の態様は、作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング方法であって、動作プログラムに従って前記ロボットモデルをシミュレーション動作させ、前記シミュレーション動作中に、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じていることが検出された場合に第１の警告を表示し、前記シミュレーション動作中に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあることが検出された場合に第２の警告を表示し、前記シミュレーション動作中に、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の前記ロボットモデルの移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出された場合に第３の警告を表示し、前記シミュレーション動作中に、前記ツールモデルを搭載した前記ロボットモデルと、前記ワークモデルと、前記周辺機器モデルとの間に干渉が生じたことが検出された場合に第４の警告を表示する、ロボットプログラミング方法である。

上記構成によれば、ロボットの不自然な動作、ロボットの急加速、サイクルタイムへの影響が生じること、ロボットに取り付けられたケーブルへの負荷の増大といった事態が生じるのを回避することが可能となる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

一実施形態に係るロボットプログラミング装置の機能ブロックである。オフライン教示処理を表すフローチャートである。ロボットモデル、ワークモデル及び周辺機器モデルを仮想空間（表示画面）に配置して表示した状態を表す図である。マウスのドラッグによるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのドラッグによるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのクリックによるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのクリックによるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのクリック（ワークの位置の指定）によるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのクリック（ワークの位置の指定）によるロボットの移動先の指定を表す図である。マウスのクリック（収納棚の位置の指定）によるロボットの移動先の指定を表す図である。軸の反転状態の検出及び修正について説明するための図である。軸の反転状態の検出及び修正について説明するための図である。軸が動作範囲の制限の近傍にある状態の検出及び修正について説明するための図である。軸が動作範囲の制限の近傍にある状態の検出及び修正について説明するための図である。軸の回転過大状態の検出及び修正について説明するための図である。軸の回転過大状態の検出及び修正について説明するための図である。干渉状態の検出及び修正について説明するための図である。干渉状態の検出及び修正について説明するための図である。シミュレーション実行部によるシミュレーション動作のフローチャートである。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は一実施形態に係るロボットプログラミング装置１０の機能ブロックである。ロボットプログラミング装置１０は、ロボット、ワーク等の３Ｄモデルを模擬的に動作させながらロボット（ロボットプログラム）の教示をオフラインで行うプログラミング装置である。図１に示すように、ロボットプログラミング装置１０は、仮想空間作成部１１と、モデル配置部１２と、移動位置指定部１３と、ロボットモデル移動部１４と、アーム反転検出部２１と、アーム反転警告部２２と、アーム反転修正部２３と、動作範囲制限検出部３１と、動作範囲制限警告部３２と、動作範囲制限修正部３３と、回転過大検出部４１と、回転過大警告部４２と、回転過大修正部４３と、干渉検出部５１と、干渉警告部５２と、干渉回避部５３と、シミュレーション実行部５４と、表示装置６０とを含む。ロボットプログラミング装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、操作部（キーボード、マウス）、表示部、入出力インタフェース、ネットワークインタフェース等を有する一般的なコンピュータとしての構成を有していても良い。図１に示した機能ブロック構成は、ロボットプログラミング装置１０のＣＰＵが、記憶装置に格納された各種ソフトウェアを実行することで実現されても良く、或いは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated IC）等のハードウェアを主体とした構成により実現されても良い。

仮想空間作成部１１は、作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する。モデル配置部１２は、ツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１、ワークモデルＷ、及び周辺機器モデル（１０３、１０４）を仮想空間に配置して同時に表示装置６０の表示画面６１上に表示する。図３は、仮想空間作成部１１が作成した仮想空間（表示画面）に、モデル配置部１２によりツールモデル１０２を仮想的に搭載したロボットモデル１０１、ワークモデルＷ、ワークＷの収納棚を搭載した移動台モデル１０３、及び工作機械モデル１０４が配置された状態を示している。

本実施形態においてロボットモデル１０１は６軸の垂直多関節ロボットであるものとするが、他のタイプのロボットモデルが用いられても良い。ロボットモデル１０１の構成について図４Ａを参照して説明する。図４Ａに示すように、ロボットモデル１０１は、基部側から順にＪ１軸、Ｊ２軸、Ｊ３軸、Ｊ４軸、Ｊ５軸、Ｊ６軸の６つの軸を有する。Ｊ１軸は、第１リンク１２１を設置面に垂直な軸回りに回転させる。Ｊ２軸は、第２リンク１２２を回転させる。Ｊ３軸は、第３リンク１２３を回転させる。Ｊ４軸は、第４リンク１２４を回転させる。Ｊ５軸は、第５リンク１２５を回転させる。Ｊ６軸は、手首部先端を回転させる。ロボットモデル１０１の手首部先端にはツールモデル１０２が搭載されている。ツールモデル１０２は、本実施形態では２つのチャックを有するハンド装置であるが、他のタイプのツールモデルが用いられても良い。図４Ａに示すように、ツール先端位置Ｐ₀に、ツール座標系２１１の座標軸を表示するようにしても良い。

移動位置指定部１３は、仮想空間内でロボットモデル１０１の所定の可動部位（本実施形態ではツール先端位置とする）の移動先の指定を受け付ける。ロボットモデル移動部１４は、教示内容にしたがってロボットモデル１０１のツール先端部を移動前位置（第１の位置）から移動先位置（第２の位置）に移動させる。ここで、教示内容とは、移動位置指定部１３を介して操作者によって指定された教示位置を含む他、予め準備された動作プログラムを含む。すなわち、ロボットモデル移動部１４は、移動位置指定部１３を介して操作者により指定された教示位置にロボットモデル１０１等を移動させる機能を有すると共に、予め準備されてロボットプログラミング装置１０内に記憶されている動作プログラムに従ってロボットモデル１０１等を模擬動作させる機能を有する。

アーム反転検出部２１は、ロボットモデル１０１のツール先端部を移動先位置に移動させた場合にロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸に、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態（以下、反転状態と記載する）が生じているか否かを検出する。ここで第１所定値は、１０°、２０°、３０°等が想定されるが、予めロボットプログラミング装置１０に設定されていても良く、或いは、操作者がロボットプログラミング装置１０（アーム反転検出部２１）に対して設定入力できるように構成されていても良い。アーム反転警告部２２は、アーム反転検出部２１によりロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸に反転状態が検出された場合に、表示画面６１に警告を表示する。アーム反転修正部２３は、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸に反転状態が検出された場合に、当該軸が反転状態とならないように、ツール先端部が移動先位置にある場合におけるロボットモデル１０１の姿勢を修正する。

動作範囲制限検出部３１は、ロボットモデル１０１に移動先位置での姿勢をとらせた場合にロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあるか否かを検出する。ここで、第２所定値とは動作範囲の上限又は下限に近付いていることを判定するための閾値であり、例えば５°、１０°、１５°が想定されるが、予めロボットプログラミング装置１０に設定されていても良く、或いは、操作者がロボットプログラミング装置１０（動作範囲制限検出部３１）に対して設定入力可能であっても良い。

動作範囲制限警告部３２は、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあることが検出された場合に、表示画面６１に警告を表示する。動作範囲制限修正部３３は、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあることが検出された場合に、当該軸の回転角度が所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内とならないようにロボットモデル１０１の姿勢を修正する。

回転過大検出部４１は、ロボットモデル１０１に移動先位置における姿勢をとらせた場合に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたか否かを検出する。この各軸毎の設定回転角は、操作者がロボットプログラミング装置１０に設定入力可能であるものとする。例えば、操作者はロボットのあまり大きな動きを望まない場合は、設定回転角度を比較的小さな値に設定することができる。

回転過大警告部４２は、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出された場合に、表示画面６１に警告を表示する。回転過大修正部４３は、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出された場合に、当該軸の回転角度が設定回転角を超えないようにロボットモデル１０１の姿勢を修正する。

干渉検出部５１は、ロボットモデル１０１に移動先位置における姿勢をとらせた場合に、ツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１と、ワークモデルＷと、周辺機器モデル（１０３、１０４）との間に干渉が生じるか否かを検出する。干渉警告部５２は、干渉が生じることが検出された場合に、表示画面６１に警告を表示する。干渉回避部５３は、干渉が生じることが検出された場合に、干渉が生じないようにロボットモデル１０１の姿勢を修正する。

図２は、ロボットプログラミング装置１０のＣＰＵによる制御の下で実行されるオフライン教示処理（ロボットプログラミング方法）を表すフローチャートである。以下、図２のフローチャート及び図３以降のシミュレーション画面例を参照して教示処理について説明する。この教示処理が開始されると、はじめに仮想空間作成部１１により、作業空間を三次元的に表現した仮想空間が作成される（ステップＳ１）。次に、モデル配置部１２により仮想空間内にツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１、ワークモデルＷ、及び周辺機器モデルが配置される（ステップＳ２）。ここでは、図３に例示するように、ツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１、ワークモデルＷ、移動台モデル１０３、工作機械モデル１０４が仮想空間内に同時に表示される。

次に、移動位置指定部１３を介してロボットモデル１０１のツール先端部の移動先位置を指定する操作の受付が行われる（ステップＳ３）。ロボットモデル１０１のツール先端部の移動先を指定する操作を受け付ける例について説明する。ロボットモデル１０１の移動先を指定する操作の第１の例はマウスによるドラッグ動作である。この場合、図４Ａに示すように、操作者は、マウスカーソル２０１をロボットモデル１０１のツール先端部に合わせてマウスのボタンを押す。そして、図４Ｂに示すように、操作者は、マウスをドラッグしながら、マウスカーソル２０１を所望の移動先位置に移動させる。図４Ｂの例では、操作者は、ロボットモデル１０１のツール先端部をワーク収納棚近辺に移動させている。マウスがドラッグされている間、ロボットモデル移動部１４は、ツール先端位置に基づく逆運動学計算を行うことで、マウスカーソル２０１の移動に追従するようにロボットモデル１０１を移動させる（ステップＳ４）。

ロボットモデル１０１の移動先を指定する操作の第２の例は、マウスのクリック操作でツール先端部の移動先を指定する例である。例えば、図５Ａに示すように、操作者は、ツール先端部を移動させたい位置にマウスカーソル２０１を移動させてマウスをクリックする。この場合、ロボットモデル移動部１４は、図５Ｂに示すように、マウスクリックにより指定された移動先位置に基づき逆運動学の計算を行い、移動先位置にロボットモデル１０１のツール先端部を移動させる（ステップＳ５）。

次に、把持対象のワークを指定してロボットモデル１０１を移動させる動作例について図６Ａ－図６Ｃを参照して説明する。図６Ａに示すように、操作者は、工作機械モデル１０４の内部に配置されているワークモデルＷの位置Ｐ₁を例えばマウスクリック操作により指定する。それに応じてロボットモデル移動部１４は、ロボットモデル１０１のツール先端部を、指定位置Ｐ₁に移動させる（図６Ｂ）。或いは、操作者が、ロボットモデル１０１のツール先端部の移動先としてワークＷの収納棚１０３Ａの位置を指定した場合、ロボットモデル移動部１４は、ロボットモデル１０１のツール先端部を指定された位置まで移動させる（図６Ｃ）。

次に、アーム反転検出部２１は、ロボットモデル１０１が、移動位置指定部１３を介して指定された移動先位置に移動した場合に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸が基準となるアーム回転角度に対して反転状態となっているか否かを検出する（ステップＳ５）。ここで基準となる回転角度は、例えば０°、移動前の位置、或いは、ユーザが設定した設定角度としても良い。

図７Ａは、ロボットモデル１０１のツール先端部を指定位置に移動させたことによって、Ｊ４軸（第４リンク１２４）が基準となる回転角度０°の姿勢に対し反転している（１８０°回転している）状態を表している。この場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、図７Ａに示すように、アーム反転警告部２２は、Ｊ４軸が反転していることを表す警告メッセージ３０１を表示画面６１に表示する（ステップＳ６）。アーム反転警告部２２は、更に、操作者が、反転状態となっている軸（リンク）を迅速に把握できるように、反転が生じている軸（リンク）を囲むようにマークＡを表示しても良い。反転状態が検出されない場合（Ｓ５：ＮＯ）、処理はステップＳ８に進む。

このような反転が検出されると、アーム反転修正部２３は、図７Ｂに示すように、反転が検出された軸であるＪ４が反転しないように、アーム先端部の移動先位置におけるロボットモデル１０１の姿勢を修正する（ステップＳ７）。ロボットモデル１０１の姿勢を修正する場合には、できるだけツール先端位置が変化しないように修正を行う。ここで、ロボットモデル１０１の移動先位置における姿勢の修正は、
（ａ１）可能な限りツール先端位置を動かさない
（ａ２）軸の角度のみの修正を基本とする
（ａ３）上記（ａ１）、（ａ２）ができない場合、ツール先端を並行移動等により移動させて姿勢の修正を行う、
とのルールにしたがって行っても良い。なお、これらルールに沿った計算は、運動学的或いは逆運動学的計算を適宜適用することで行うことができる。

Ｊ４軸の場合１８０°回転させてもロボットモデル１０１が同等の姿勢をとることができるため、図７Ｂの例ではツール先端部の位置を維持しつつＪ４軸を回転角度０°に修正している。なお、アーム反転修正部２３は、修正前後でロボットモデル１０１の姿勢が大きく変化しないように、所定の修正条件に従って修正を行うように構成されていても良い。例えば、修正角度範囲を、Ｊ４軸は－３０°から＋３０°、Ｊ５軸は－３０°から＋３０°、Ｊ６軸は－３６０°から＋３６０°に設定しても良い。これら修正条件は、操作者が、ロボットプログラミング装置１０（アーム反転修正部２３）に設定入力可能になっていても良い。

このように軸（すなわち、アームを構成する各リンク）の反転が生じないようにすることで、ロボットの不自然な動作、ロボットの急加速、サイクルタイムへの影響が生じること、ロボットに取り付けられたケーブルへの負荷の増大といった事態が生じるのを回避することが可能となる。

次に、動作範囲制限検出部３１は、ロボットモデル１０１が移動位置指定部１３を介して指定された移動先位置に移動した場合に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の制限の近傍にあるか否かを検出する（ステップＳ８）。ここでは、動作範囲制限検出部３１は、軸の角度が所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあるか否かを検出することによって、軸が所定の動作範囲の近傍にあるか否かを検出する。

例えば、Ｊ６軸の動作範囲が－３６０°から＋３６０°であり、第２所定値が１０°であるとする。図８Ａは、ロボットモデル１０１の移動先における姿勢を表しており、また、図８Ａの画面中にはロボットモデル１０１の移動先位置における姿勢（各軸の角度）を表す表示ボックス４０２が表示されている。この姿勢においてＪ６の回転角度は３５５°となっているため、動作範囲制限検出部３１は、Ｊ６軸が動作範囲の制限の近傍にあると判断し（Ｓ８：ＹＥＳ）、そのことを示す警告メッセージ３０２を表示画面に表示する（ステップＳ９）。

次に、動作範囲制限修正部３３は、動作範囲の制限の近傍にあると検出された軸の角度が、動作範囲の制限の近傍とならないように、ロボットモデル１０１の姿勢を修正する（ステップＳ１０）。この場合の修正も上記（ａ１）から（ａ３）のルールにしたがって行っても良い。図８Ｂは、図８ＡにおいてＪ６がほぼ１回転している姿勢から、Ｊ６の回転角度を０°として修正前後でロボットモデル１０１の位置及び姿勢が変化しないようにしている（表示ボックス４０３）。修正条件として、修正前後でロボットモデル１０１の姿勢が大きく変化しないように、動作範囲制限修正部３３において、軸の修正範囲が設定されていても良い。例えば、修正角度範囲を、Ｊ４軸は－３０°から＋３０°、Ｊ５軸は－３０°から＋３０°、Ｊ６軸は－３６０°から＋３６０°に設定しても良い。Ｊ６軸は１回転させてもロボットモデル１０１の位置及び姿勢が変化しない場合があるため、修正範囲として±３６０°を許容している。これら修正条件は、操作者が、ロボットプログラミング装置１０（動作範囲制限修正部３３）に設定入力可能になっていても良い。なお、ステップＳ８において、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の制限の近傍にあることが検出されない場合（Ｓ８：ＮＯ）、処理はステップＳ１１に進む。

このように軸が動作範囲の制限の近傍とならないようにすることで、ロボットの不自然な動作、ロボットの急加速等を回避することが可能となる。

次に、回転過大検出部４１は、ロボットモデル１０１が移動位置指定部１３を介して指定された移動先位置に移動した場合に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたか否かを検出する（ステップＳ１１）。すなわち、ここでは、軸の回転が過大になっているか否かを検出している。図９Ａには、ロボットモデル１０１が移動先に移動した状態の姿勢が表されると共に、表示画面右上には、ロボットモデル１０１の現在の姿勢に対する移動前の姿勢から相対的な各軸位置の変化量が表示ボックス４０４内に示されている。

ここでは、一例として、設定回転角は、Ｊ４軸が－３０°から＋３０°、Ｊ５軸が－３０°から＋３０°、Ｊ６軸が－９０°から＋９０°であるとする。この場合、Ｊ６軸の相対回転角度（９５．７８６°）が設定回転角度を超えているため、回転過大検出部４１は、Ｊ６軸の回転が過大になっていることを検出する（Ｓ１１：ＹＥＳ）。そして、回転過大警告部４２は、Ｊ６軸の回転が過大になっている旨の警告メッセージ３０３を表示画面６１に表示する（ステップＳ１２）。次に、回転過大修正部４３は、相対的な回転角度が設定回転角度を超えた軸について、設定回転角度を超えないようにロボットモデル１０１の姿勢を修正する（ステップＳ１３）。

修正前後でロボットモデル１０１の姿勢が大きく変化しないように、回転過大修正部４３において、軸の修正範囲が設定されていても良い。例えば、修正角度範囲を、Ｊ４軸は－３０°から＋３０°、Ｊ５軸は－３０°から＋３０°、Ｊ６軸は－９０°から＋９０°に設定しても良い。この場合の修正も上記（ａ１）から（ａ３）のルールにしたがって行っても良い。これら修正条件は、操作者が、ロボットプログラミング装置１０（回転過大修正部４３）に設定入力可能になっていても良い。図９Ｂにおいて表示ボックス４０５に示されるように、ここでは、Ｊ６軸の角度を－９０°修正することでＪ６の回転角度が設定回転角度内の５．７８６°の姿勢に修正されている。なお、ステップＳ１１において、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出されない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理はステップＳ１４に進む。

このように前の姿勢からの軸の回転が過大になることを回避することで、ロボットの不自然な動作、ロボットの急加速、サイクルタイムへの影響が生じること、ロボットに取り付けられたケーブルへの負荷の増大といった事態を回避することが可能となる。

次に、干渉検出部５１は、ロボットモデル１０１が移動位置指定部１３を介して指定された移動先位置に移動した場合に、ツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１と、ワークモデルＷと、周辺機器モデル（１０３、１０４）との間に干渉が生じるか否かを検出する（ステップＳ１４）。図１０Ａは、ロボットモデル１０１が移動先に移動した状態の姿勢が示されている。ここでは、円Ｂで示した位置にツールモデル１０２と工作機械モデル１０４との干渉が検出されている。このように干渉が検出された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、干渉警告部５２は、干渉が生じたことを示す警告メッセージ３０４を表示する（ステップＳ１５）。干渉警告部５２は、更に、操作者が干渉が生じている位置を迅速に把握できるように、干渉が生じている位置にマークＢを表示しても良い。

このように干渉が検出された場合、干渉回避部５３は、干渉を回避するようにロボットモデル１０１の位置を修正する（ステップＳ１６）。図１０Ｂは、図１０Ａの状態からツール先端に設定されたツール座標系のＸ軸回りにツールモデル１０２を回転させることで、ツール先端の位置を変化させることなくロボットモデル１０１の位置を修正して干渉を回避した動作例を表している。なお、ステップＳ１４において干渉が検出されない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、本教示処理を終了する。

このようにツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１、ワークモデルＷ、及び周辺機器モデル（１０３、１０４）間に干渉が生じることを回避することが可能となる。なお、図２のフローに示されるように、干渉の検出及び修正（Ｓ１４－Ｓ１６）は、軸の反転の検出及び修正（Ｓ５－Ｓ７）、軸の動作制限近傍の検出及び修正（Ｓ８－Ｓ１０）、軸の回転過大の検出及び修正（Ｓ１１－Ｓ１３）が行われた状態で行うようにしても良い。

次に、シミュレーション実行部５４による動作について説明する。シミュレーション実行部５４は、予め作成された動作プログラムに従ってロボット、ワーク等の３Ｄモデルを模擬動作させながら上述した反転状態、動作範囲の制限、設定角度以上の回転、干渉を確認しながらこれらの状態が生じた場合に警告を表示させるシミュレーションを実行する。これらのシミュレーション動作は、シミュレーション実行部５４が、仮想空間作成部１１、モデル配置部１２、アーム反転検出部、アーム反転警告部２２、動作範囲制限検出部３１、動作範囲制限警告部３２、回転過大検出部４１、回転過大警告部４２、干渉検出部５１、及び干渉警告部５２と連携して行う。図１１は、シミュレーション実行部５４により実行されるシミュレーション動作（ロボットプログラミング方法）のフローチャートである。

はじめに、ステップ１０１では、動作プログラムに従ってロボットモデル１０１をシミュレーション動作させる。次に、ステップＳ１０２では、シミュレーション動作中に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する反転状態が生じていることが検出された場合にその旨の警告（第１の警告）を表示画面６１に表示する。すなわち、動作プログラムで指定されている１つの教示点から次の教示点に移動する際に反転状態が生じるかを検出している。

次に、ステップＳ１０３では、シミュレーション動作中にロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあることが検出された場合にその旨の警告（第２の警告）を表示画面６１に表示する。すなわち、動作プログラムで指定されている１つの教示点から次の教示点に移動する際に軸が動作範囲の近傍にあることを検出している。次に、ステップＳ１０４では、シミュレーション動作中に、ロボットモデル１０１を構成するいずれかの軸のロボットモデル１０１の移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出された場合にその旨の警告（第３の警告）を表示画面６１に表示する。すなわち、動作プログラムで指定されている１つの教示点から次の教示点に移動する際に軸の回転量が過大になったことを検出している。

次にステップＳ１０４では、シミュレーション動作中に、ツールモデル１０２を搭載したロボットモデル１０１と、ワークモデルＷと、周辺機器モデル（１０３、１０４）との間に干渉が生じたことが検出された場合にその旨の警告（第４の警告）を表示画面に表示する。

図１１に示すシミュレーション動作を実行する過程で、シミュレーション実行部５４は、警告の履歴（どのような警告がどの教示点に対して生じたかを示す履歴）を記録するようにしても良い。図１１に示すシミュレーション動作を実行することで、操作者は、動作プログラムを最初から最後まで通して実行させ、反転状態等が生じていることを把握することができる。操作者は、シミュレーション結果に応じて教示点の修正を行うことができる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

図１に示したロボットプログラミング装置の機能ブロックの全てが必ずしも備えられていなくても良い。例えば、仮想空間作成部１１、モデル配置部１２、移動位置指定部１３、ロボットモデル移動部１４、アーム反転検出部２１、及びアーム反転修正部２３によりロボットプログラミング装置を構成しても良い。この場合、ロボットプログラミング装置は、軸の反転状態を検出した場合に、当該軸に反転状態が生じないようにロボットモデルの姿勢の修正を行う。

図２に例示した教示処理では、必ずしも図示したすべての処理ステップが含まれていなくても良い。例えば、ステップＳ１からＳ５、及びＳ７を含む教示処理（反転状態の検出を目的とする教示処理）を実現することもできる。

上述した実施形態における教示処理、シミュレーション動作等の各種の処理（図２、図１１）を実行するプログラムは、コンピュータに読み取り可能な各種記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク）に記録することができる。

１０ロボットプログラミング装置
１１仮想空間作成部
１２モデル配置部
１３移動位置指定部
１４ロボットモデル移動部
２１アーム反転検出部
２２アーム反転警告部
２３アーム反転修正部
３１動作範囲制限検出部
３２動作範囲制限警告部
３３動作範囲制限修正部
４１回転過大検出部
４２回転過大警告部
４３回転過大修正部
５１干渉検出部
５２干渉警告部
５３干渉回避部
５４シミュレーション実行部
６０表示装置
６１表示画面
１０１ロボットモデル
１０２ツールモデル
１０３移動台モデル
１０４工作機械モデル

Claims

作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング装置であって、
教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させるロボットモデル移動部と、
前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出するアーム反転検出部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を修正するアーム反転修正部と、
を具備し、
前記アーム反転修正部は、前記ロボットモデルの姿勢の修正を、
（規則１）可能な限り前記所定の可動部位の位置を動かさない、
（規則２）軸の角度のみの修正を基本とする、
（規則３）前記（規則１）および（規則２）が適用できない場合、前記所定の可動部位を並行移動させる、
との規則に基づいて実行する、
ロボットプログラミング装置。
前記仮想空間内で前記ロボットモデルの前記所定の可動部位が前記第１の位置にある場合において、前記所定の可動部位の移動先として前記第２の位置の指定を受け付ける移動位置指定部を更に備え、
前記ロボットモデル移動部は、前記移動先として指定された前記第２の位置に前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を移動させる、請求項１に記載のロボットプログラミング装置。
前記アーム反転検出部により前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、前記所定状態が発生したことを示す警告を前記表示画面に表示するアーム反転警告部を更に備える、請求項１又は２に記載のロボットプログラミング装置。
前記アーム反転修正部は、修正を行う軸、及び当該軸の修正角度範囲を含む所定の修正条件にしたがって前記ロボットモデルの姿勢の修正を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットプログラミング装置。
作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング装置であって、
教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させるロボットモデル移動部と、
前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出するアーム反転検出部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を修正するアーム反転修正部と、
前記ロボットモデルに前記第２の位置における姿勢をとらせた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあるか否かを検出する動作範囲制限検出部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の前記所定の動作範囲の上限又は下限から前記第２所定値以内にあることが検出された場合に、前記表示画面に警告を表示する動作範囲制限警告部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の前記所定の動作範囲の上限又は下限から前記第２所定値以内にあることが検出された場合に、当該軸の回転角度が前記所定の動作範囲の上限又は下限から前記第２所定値以内とならないように前記ロボットモデルの前記第２の位置における姿勢を修正する動作範囲制限修正部と、
を具備するロボットプログラミング装置。
前記動作範囲制限修正部は、修正を行う軸、及び当該軸の修正角度範囲を含む所定の修正条件にしたがって前記ロボットモデルの姿勢の修正を行う、請求項５に記載のロボットプログラミング装置。
作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング装置であって、
教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させるロボットモデル移動部と、
前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出するアーム反転検出部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を修正するアーム反転修正部と、
前記ロボットモデルに前記第２の位置における姿勢をとらせた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の前記ロボットモデルの移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたか否かを検出する回転過大検出部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の前記ロボットモデルの移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された前記設定回転角を超えたことが検出された場合に、前記表示画面に警告を表示する回転過大警告部と、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の前記ロボットモデルの移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された前記設定回転角を超えたことが検出された場合に、当該軸の回転角度が前記設定回転角を超えないように前記ロボットモデルの前記第２の位置における姿勢を修正する回転過大修正部と、
を具備するロボットプログラミング装置。
前記回転過大修正部は、修正を行う軸、及び当該軸の修正角度範囲を含む所定の修正条件にしたがって前記ロボットモデルの姿勢の修正を行う、請求項７に記載のロボットプログラミング装置。
前記ロボットモデルに前記第２の位置における姿勢をとらせた場合に、前記ツールモデルを搭載した前記ロボットモデルと、前記ワークモデルと、前記周辺機器モデルとの間に干渉が生じるか否かを検出する干渉検出部と、
前記干渉が生じることが検出された場合に、前記表示画面に警告を表示する干渉警告部と、
前記干渉が生じることが検出された場合に、前記干渉が生じないように前記ロボットモデルの前記第２の位置における姿勢を修正する干渉修正部と、を備える請求項１から８のいずれか一項に記載のロボットプログラミング装置。
作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング方法であって、
教示内容にしたがって前記ロボットモデルの所定の可動部位を第１の位置から第２の位置に移動させ、
前記ロボットモデルの前記所定の可動部位を前記第２の位置に移動させた場合に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じているか否かを検出し、
前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸に前記所定状態が検出された場合に、当該軸が前記所定状態とならないように、前記所定の可動部位が前記第２の位置にある場合における前記ロボットモデルの姿勢を、
（規則１）可能な限り前記所定の可動部位の位置を動かさない、
（規則２）軸の角度のみの修正を基本とする、
（規則３）前記（規則１）および（規則２）が適用できない場合、前記所定の可動部位を並行移動させる、
との規則に基づいて修正する、
ロボットプログラミング方法。
作業空間を三次元的に表現した仮想空間に、ツールモデルを搭載したロボットモデル、ワークモデル、及び周辺機器モデルを配置して表示画面に表示しロボットプログラムの教示を行うロボットプログラミング方法であって、
動作プログラムに従って前記ロボットモデルをシミュレーション動作させ、
前記シミュレーション動作中に、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸が、基準となる回転角度から１８０°±第１所定値回転する所定状態が生じていることが検出された場合に第１の警告を表示し、
前記シミュレーション動作中に前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の回転角度が当該軸の所定の動作範囲の上限又は下限から第２所定値以内にあることが検出された場合に第２の警告を表示し、
前記シミュレーション動作中に、前記ロボットモデルを構成するいずれかの軸の前記ロボットモデルの移動前の姿勢における回転位置を基準とする回転量が、当該軸に予め設定された設定回転角を超えたことが検出された場合に第３の警告を表示し、
前記シミュレーション動作中に、前記ツールモデルを搭載した前記ロボットモデルと、前記ワークモデルと、前記周辺機器モデルとの間に干渉が生じたことが検出された場合に第４の警告を表示する、ロボットプログラミング方法。
前記所定状態は反転状態であり、前記第１所定値は１０°、２０°または３０°である、請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットプログラミング装置。