JPH0325507A - ロボットのオフライン教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ロボット本体を用いずに、ロボットおよび
ワークの画像を利用してロボットアームの動作を教示す
るロボットのオフライン教示方法に関する。

（従来の技術） ロボットのアームの動作を教示するにあたっては、ロボ
ット本体を用いる場合が多い。しかし、その教示中には
ロボットに作業させることができないため、ロボットの
稼動率が低下してしまうという問題がある。この問題を
解決するため、ロボット本体を用いずに、ワークとロボ
ットのエンドエフェクタの画像をＣＲＴ画面上に表示し
、画面上でエンドエフェクタを移動させつつその動作を
教示するオフライン教示方法が採用される場合がある。

オフライン教示方法では、一般に、ワークの外形を表わ
す線分（外形線）を用いてワークの形状を表示している
。

（発明が解決しようとする課題） ワーク上の作業経路（作業線）は、ワークの形状を表示
する外形線の一部に相当しているので、ワークが複雑な
形状を有する場合、数多くの線分の中から作業経路とし
て教示すべき線分を認識することが困難であった。従っ
て、オペレータが画面上のエンドエフェクタをワークの
作業経路に正確に移動させることが困難であった。

（発明の目的） この発明は、従来技術における上述の課題を解決するた
めになされたものであり、画面上において、ワークの作
業経路にロボットのエンドエフェクタを疋確に移動させ
ることが容易なオフライン教示方法を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 上述の課題を解決するため、この発明の第１の構或では
、画像表示手段に表示されたワークの画像を利用してロ
ボットの動作を教示するロボットのオフライン教示方法
において、前記画像表示手段には、前記ワークの外形線
と、前記ロボットのエンドヱフェクタの作業経路を示す
作業線とを、互いに異なる種類の線を用いて表示する。

また、この発明の第２の構戊では、前記作業線のうち、
教示済の作業線部分を教示前の作業線部分とさらに異な
る種類の線を用いて表示する。

さらに、この発明の第３の構成では、画像表示手段に表
示されたワークの画像を利用してロボットの動作を教示
するロボットのオフライン教示方法において、前記画像
表示手段に、前記ロボットのエンドエフェクタ部分と、
前記ワークの外形線と、前記エンドエフェクタの作業経
路を示す作業線とを表示するとともに、前記作業線に沿
って教示を開始するにあたって、前記作業線上で予め選
択された点のうち、前記エンドエフェクタ部分の作業点
に最も近い点に前記エンドエフェクタ部分の作業点を自
動的に移動させる。

（作用） ワークの外形線と作業線とを互いに異なる種類の線を用
いて表示すれば、オペレータがこれらの線を容易に区別
できる。

また、教示済の作業線部分を教示前の作業線部分と異な
る種類の線を用いて表示すれば、オペレータは、教示前
の作業線部分のみを容易に認識することができる。

また、教示を開始するにあたって、エンドエフェクタ部
分の作業点を作業線上の一点に自動的に移動させるよう
にすれば、画面上の多くの線の中から教示すべき作業線
を探す手間を省くことができる。

（実施例） Ａ．ロボットシステムの概略構或 第１図は、この発明を適用してロボットの動作を教示す
るロボットとしての溶接ロボットシステムの構成を示す
概略斜視図である。この溶接ロボットＲＢは２つの基台
１ａおよび１ｂの上にそれぞれ垂直に立設されたコラム
２ａ，２ｂを有しており、さらにコラム２ａ，　　２ｂ
の頂部にはＹ方向に延びるビーム３が架設されている。

このビーム３の上には、Ｘ方向に伸びるとともに、モー
タＭ１によってＹ方向に移動可能な移動ビーム４が設け
られている。移動ビーム４は、また図示しないモータに
よってＸ方向に移動可能となっている。

移動ビーム４の一端には、２方向に延びるとともに、図
示しないモータによって２方向に移動可能な移動コラム
５が設けられている。

移動コラム５の下端には、アーム６が設けられ、さらに
その先端にはエンドエフェクタとしての溶接トーチＴが
設けられている。アーム６は垂直な軸まわりに０３方向
に回転するとともに、溶接トーチＴを含むアーム６の先
端部分はψ方向に回動する。この結果、トーチＴの位置
および姿勢がＸ，Ｙ，Ｚ，　　θ　．ψの５つの座標に
よって決定されＲ る。

この溶接ロボットＲＢには、ワークの位置と姿勢とを変
えるための外部軸系として、ボジショナＰＳが付設され
ている。ボジショナＰｓは、ロボットＲＢの基台１ａ，
ｌｂの上にそれぞれ垂直に立設された支持コラムｌｌａ
，ｌｌｂを有し、また支持コラムｌｌａ．ｌｌｂにはＵ
字型ビーム１２が軸支されている。このＵ字型ビーム１
２は、支持コラムｌｌａに取付けられたモータＭ２によ
って、水平な軸まわりにφ方向に回動する。さらに、ビ
ーム１２の中央部上には、回転治具１３が取付けられて
おり、回転治具１３の上部にある回転台１３ａが図示し
ないモータで駆動されて、θＰ方向に回転する。ワーク
はこの回転台１３ａの上に据付けられ、溶接ロボットＲ
Ｂの作業が行ない易いように、溶接ロボットＲＢに対す
るワークの相対的な位置および姿勢が適宜変更される。

すなわち、ワークはポシショナＰＳによってφ方向およ
びθＰ方向に回転されることにより、ワーク上の所望の
溶接線に対してトーチＴが動作し易い位置および姿勢に
なるように設定される。

溶接ロボットＲＢの動作は、ロボット制御盤２０によっ
て制御される。また、図の例ではボジショナＰＳの動作
もロボット制御盤２０によって制御される。すなわち、
ロボット制御盤２０には、溶接ロボットＲＢのｘ，ｙ，
ｚ，θ　，ψの５軸Ｒ の座標値と、ボジショナＰＳのθ　，φの２軸のＰ 座標値を含む教示データが記憶されており、この教示デ
ータに従ってトーチＴの動作およびボジショナＰＳの動
作が制御される。

また、ロボット制御盤２０にはオフライン教示装置とし
てのパーソナルコンピュータ３０が接続されている。こ
のパーソナルコンピュータ３０は、ＣＲＴ３１．キーボ
ード３２．マウス３３．ハードディスク３４およびプリ
ンタ３５などを備えている。オペレータは、まずこのパ
ーソナルコンピュータ３０を用いて、溶接ロボットＲＢ
本体を動作させることなく教示データを作成し、作戊さ
れた教示データをロボット制御盤２０に転送して記憶さ
せる。

Ｂ．実施例の動作 第２図は実施例の動作手順を示すフローチャートである
。まず、ステップＳ１ではワークの形状データ．溶接ロ
ボットＲＢに対するワークの相対的な位置および姿勢の
データ、および作業線デー夕等が、キーボード３２を用
いてオペレータにより入力される。

第３図は、この実施例で用いられるワークＷを示す斜視
図である。ワークＷは、矩形の平板４１の上に、ロの字
形の枠状板４２が載置されたものである。そして、枠状
板４２の下部面と平板４１とが接する２つの線Ｃ，Ｃ２
が作業線（溶接線）ｉ として教示される対象となる。

ステップＳ１においては、このワークＷの形状データと
して、その外形を示すすべての線分Ｌ１，Ｌ　・・・の
両端となる点Ｐ　　，Ｐ　　，Ｐ　　・・・の座標２　
　　　　　　　　ｌ　　２　　３ 値が入力される。すなわち、ワークＷの形状は、これら
の線分Ｌ　　，Ｌ　　・・・の集合で構成されるも．ｌ
２ のとして記憶される。これらの端点Ｐ，Ｐ２，１ Ｐ３・・・の座標値は、このワークＷにおける所定の基
準位置（例えば点Ｐ１）に対するワーク系座標（ｘ，ｙ
，ｚ）上の座標値として与えられｖ　　ｖ　　ｗ る。

また、溶接ロボットＲＢに対するワークＷの相対的な位
置および姿勢のデータとしては、回転台１３ａ上におけ
るワークＷの据付位置，およびボシショナＰＳのθＰ軸
とφ軸の座標の初期値（例えば共に０″）などが入力さ
れる。

なお、作業線Ｃ　およびＣ２の端点Ｐ５〜Ｐ８１ およびＰ　　−Ｐ，。の座標値は、他の端点の座標値９ と区別して入力される。そして、作業線Ｃ　　，Ｃ１ ２の端点の座標値は作業線データとして、また、ワーク
の他の外形線の端点の座標値は外形線デー夕として、そ
れぞれパーソナルコンピュータ３０内の図示しないデー
タファイル（作業物形状データファイル）内に格納され
る。

次に、ステップＳ２ではシステムデータの人力または変
更が行われる。システムデータは、溶接ロボットＲＢお
よびポジショナＰＳの主要形状データ，中由構戊および
各中山（Ｘ，Ｙ，Ｚ，　　θ　２　ψ），Ｐ （θ　．φ）の可動範囲を示すデータを含んでいＰ る。主要形状データは後述するステップにおいてワーク
ＷとロボットＲＢとの干渉をチェックする際に、ロボッ
トＲＢとボジショナＰＳの主要な形状をＣＲＴ３１上に
表示できるようにするためのデータである。この実施例
においてはこの主要形状データとして、アーム６，ビー
ム１２および回転台１３ａなどの外形を示すデータが人
力される。

なお、ステップＳ２で入力するシステムデータはロボッ
トＲＢとポジショナＰＳとが同一であれば常に一定であ
るので、一度そのデータを設定した後にハードディスク
３４などに記憶しておくようにすれば、教示の都度キー
ボード３２から入力する必要は無い。

次に、ステップＳ３では、ワークＷおよびトーチマーカ
をＣＲＴ３１上に表示する。第４Ａ図ないし第４Ｃ図は
この実施例においてＣＲＴ３１に表示される画像を示す
図であり、第４Ａ図はステップＳ３において表示された
ワークＷおよびトーチマーカＭの立体的画像を示してい
る。ワークの画像は、外形線Ｌ，Ｌ２・・・によって表
わされる。

ｌ なお、ワークを表す外形線のうち、作業線ｃ１，Ｃ　に
属する線分ＬＣ，ＬＣ２・・・は、第４Ａ図２ｌ に示すように他の線分と異なる種類の線で表示されてい
る。例えば、作業線Ｃ　，Ｃ２は赤で表示ｌ され、他の外形線は青で表示されている。なお、画面の
背景は例えば黒色になっている。このように作業線Ｃ，
Ｃ２を他の外形線と異なる色で表１ 示すれば、オペレータが作業線Ｃ，Ｃ２を容易ｌ に認識することができる。

トーチマーカＭは、溶接ロボットＲＢのトーチＴ先端の
作業点ＣＰとトーチＴの姿勢を概念的に示すマーカであ
り、第４Ａ図では三角錐の頂点で作業点ＣＰを示し、ま
た、三角錐の姿勢でトーチＴの姿勢を示している。トー
チマーカＭの形状は三角錐のほか、円錐や単なる矢印の
ようなものでよく、その姿勢と作業点ＣＰの位置が特定
できるものであればよい。

ステップＳ４では、ステップＳ４では、トーチマーカＭ
の先端の作業点ＣＰを最初の作業線ｃ１上に移動させる
。これはオペレータが手動で行っでもよいが、例えば次
のような２つの方法のどちらかによって自動的に行うこ
とができる。

第１の方法では、作業線Ｃ　上の端点Ｐ５〜■ Ｐ８のうち、ステップＳ４の直前の状態（この場合は第
４Ａ図）におけるトーチマーカＭの作業点ＣＰの位置か
ら最も近い端点Ｐ５に作業点ＣＰを移動する。第４Ｂ図
は、この方法に従ってトーチマーカＭを移動させた後の
画像を示す図である。

第２の方法では、作業線Ｃ１上の任意の点のうち、トー
チマーカＭの作業点ＣＰから最も近い点に作業点ＣＰを
移動する。この「最も近い点」は、トーチマーカＭの作
業線ＣＰから作業線Ｃｔ上の各線分ＬＣ　　−ＬＣ４に
垂線をおろした点のうち、１ 作業点ＣＰからの距離が最も短い点である。なお、この
場合に対応する図は省略する。

この実施例のパーソナルコンピュータ３０は、上記の２
つの方法をいずれも利用できるようになっている。例え
ば、種々のティーチング作業の項目を示すメニュー画面
をＣＲＴ３１上に表示し、オペレータがマウス３３など
を用いて、画面上に表示された項目のうち、．上記の２
つの方法のいずれかを選択する。すると、パーソナルコ
ンピュータ３０が選択された方法に従ってトーチマーカ
Ｍを移動させる。この結果、例えば第４Ｂ図のような画
像がＣＲＴ３　１上に表示される。

ステップＳ５では、オペレータがＣＲＴ３１上に表示さ
れたワークＷとトーチマーカＭの画像を見ながら作業線
Ｃ　に沿ってトーチマーカＭの動ｌ 作を教示していく。例えば、まず作業線ｃ１の最初の点
Ｐ　において、トーチマーカＭの姿勢を適５ 宜調整する。トーチマーカＭの姿勢はマウス３３に設け
られている図示しない姿勢変更用のスイッチを押すこと
によって調整される。点Ｐ５におけるトーチマーカＭの
位置と姿勢が決定されると、これを示す位置・姿勢デー
タが教示データとしてパーソナルコンピュータ３０内に
記憶される。なお、この位置・姿勢データはワーク座標
系（　Ｘ　ｗ　，Ｙ　　，Ｚ　ｗ　）における座標およ
び方向を示すデーＶ タとして記憶される。点Ｐ５における教示が終了すると
、次にマウス３３を用いてＣＲＴ３１上のトーチマーカ
Ｍを線分ＬＣｌに沿って移動させ、点Ｐ　とＰ６の間の
任意の数点において、適宜ト５ 一チマーカＭの位置および姿勢を調整して教示データの
作威および記憶を行う。

なお、ステップＳ４において作業線Ｃｌ上にトーチマー
カＭを一度移動させれば、オペレータは教示を行うべき
作業線Ｃ１をＣＲＴ画面上で容易追跡していくことがで
きる。従って、線分ＬＣｌにおいて、点Ｐ　とＰ６の間
の数点にわたってト５ ーチマーカＭを順次移動させていく作業は、上記のよう
にマウス３３などを用いて容易に行うことができる。

第４Ｃ図は、線分ＬＣ，上の中間の点Ｐ１まで教示デー
タの作威が終了した時点における画像を示す図である。

この図に示すように、教示が完了した作業線部分（線分
Ｐ，Ｐ，）は、教示が完了していない他の作業線部分お
よびワークの外形線と異なる種類の線で表示される。例
えば線分Ｐ５Ｖ］一は黄色で表示され、赤色で表示され
ている他の作業線や、青色で表示されているワークの外
形線と区別がつけやすいようになっている。このように
すれば、オペレータは教示を完了した作業線部分を容易
に認識できるので、作業経路の一部の教示を忘れたり、
重複して教示したりすることがなくなるという利点があ
る。

このように、作業線Ｃ　上の各線分ＬＣ１〜Ｌｌ Ｃ４において同様の教示動作を繰り返すことにより、線
分ＬＣ　　−ＬＣ４で形成される作業線Ｃ１ｌ に対して、トーチＴの動作が教示される。このように、
作業線Ｃ１に沿ってトーチＴの位置及び姿勢を教示する
ことを、この明細書では「作業経路を教示する」と呼ぶ
こととする。ステップＳ５では作業経路を教示するほか
に、トーチＴの速度や溶接電流，溶接電圧などの溶接条
件なども合せて教示され、トーチマーカＭの位置・姿勢
データとともに教示データとして作或．記憶される。以
下では、ステップＳ５における教示を「ワーク系教示」
と呼ぶ。

作業線Ｃ１の教示が終了すると、ステップＳ６からＳ４
に戻り、次の作業線Ｃ２に対して同様に作業経路が教示
される。

ステップＳ７では、ステップＳ５で作成されたワーク座
標系の教示データを、ロボット座標系の教示データに変
換する。この変換に際しては、ステップＳ１において入
力された回転台１３ａ上のワークＷの据付位置データな
ども用いられる。また、ステップＳ７においてはワーク
Ｗの形状データもロボット座標系に変換される。

ステップＳ８ではロボット座標系に変換されたワークＷ
の形状データと、ステップＳ２で入力された主要形状デ
ータとに基づいて、ボジショナＰＳの主要形状，ワーク
Ｗおよび少なくとも溶接ロボットＲＢのエンドエフェク
タ部分の立体的画（象がＣＲＴ３１上に表示される。第
５図は、このときの画像を示す図である。ポジショナＰ
Ｓの主要形状として、ビーム１．２と回転台１３ａのみ
が表示されている。但し、ビーム１２と回転台１３ａの
画像は簡単のために近似的な形状として表示される。ま
た、ロボットの立体的画像としては、トーチＴを含むア
ーム６の画像が表示されているが、簡ｊｐのためにトー
チマーカＭが表示されていてもよい。

ステップＳ９では、教示データの修正が行われる。例え
ば、ＣＲＴ３１の画面上において、トーチマーカＭを教
示データに従って自動的に移動させ、トーチマーカＭの
動きがトーチＴの可動範囲にあるか否か、およびトーチ
ＴがワークＷやビーム１２などと干渉（以下、「機構的
干渉」と呼ぶ。

）するか否かがチェックされる。トーチＴの動きに何ら
かの不具合があった場合には、オペレータはキーボード
３２を用いてボジショナＰＳの座標値などの教示データ
を適宜変更１、て、トーチＴが可動範囲内で、かつ機構
的干渉を生じないで動きうるようにする。そして、作業
線Ｃ　　．Ｃ２の全１ 体にわたってトーチＴ（すなわちトーチマーカＭ）が可
動範囲内で機構的干渉を生じること無く動きうるまで教
示データが修正されると教示が終了する。

Ｃ．変形例 なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、たとえば次のような変形も可能である。

■　上記実施例では、教示前の作業線を赤色、教示後の
作業線を黄色、ワークの他の外形線を青色で表示すると
したが、これらを異なる色でなく太線，細線，実線，破
線，一点鎖線，点線などで区別してもよい。すなわち、
教示前の作業線と教示済の作業線と他の外形線とを互い
に異なる種類の線を用いて表示すればよい。

■　上記実施例では、ワークの形状データ等をキーボー
ド３２を用いて入力するとしたが、予め他のＣＡＤシス
テムなどを用いて作威した形状データ等をパーソナルコ
ンピュータ３０に伝送して用いるようにしてもよい。

■　トーチマーカＭを作業線上の１点に移動させるには
、前述の第１，第２の方法に限らず、作業線上で予め選
択された点のうち、トーチマーカＭの作業点ＣＰから最
も近い点に移動させるようにすればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の第１の構或によれば、
オペレータが画像表示手段に表示されたワークの外形線
と作業線とを容易に区別できるので、画面上において作
業線上にエンドエフェクタを正確に移動させることが容
易にできるという効果がある。

また、この発明の第２の構或によれば、教示前の作業線
部分を教示済の作業線部分から容易に区別できるので、
教示前の作業線部分に沿ってエンドエフエクを移動させ
ることがさらに容易になるという効果がある。

また、この発明の第３の構成によれば、教示を開始する
にあたって、エンドエフェクタ部分の作業点を自動的に
作業線上の一点に移動させるので、画面上の多くの線の
中から教示すべき作業線を探す手間を省くことができ、
エンドエフェクタを容易に作業線上に移動することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用するロボットの構成を示す概略
斜視図、 第２図は実施例の動作を示すフローチャート、第３図は
ワークを示す斜視図、 第４Ａ図ないし第４Ｃ図、および第５図は実施例におけ
る画像を示す概念図である。 ＲＢ・・・溶接ロボット、　ＰＳ・・・ボジショナ、Ｔ
・・・溶接トーチ、　　　Ｍ・・・トーチマーカ、Ｃ１
，Ｃ　　・・・作業線、　６・・・アーム、２ Ｌ　ｔ　，　　Ｌ　２・・・外形線、 ３０・・・パーソナルコンピュータ Ｚｗ 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像表示手段に表示されたワークの画像を利用し
   てロボットの動作を教示するロボットのオフライン教示
   方法において、 前記画像表示手段には、前記ワークの外形線と、前記ロ
   ボットのエンドエフェクタの作業経路を示す作業線とを
   、互いに異なる種類の線を用いて表示することを特徴と
   するロボットのオフライン教示方法。
2. （２）前記作業線のうち、教示済の作業線部分を教示前
   の作業線部分とさらに異なる種類の線を用いて表示する
   請求項１記載のロボットのオフライン教示方法。
3. （３）画像表示手段に表示されたワークの画像を利用し
   てロボットの動作を教示するロボットのオフライン教示
   方法において、 前記画像表示手段に、前記ロボットのエンドエフェクタ
   部分と、前記ワークの外形線と、前記エンドエフェクタ
   の作業経路を示す作業線とを表示するとともに、 前記作業線に沿って教示を開始するにあたって、前記作
   業線上で予め選択された点のうち、前記エンドエフェク
   タ部分の作業点に最も近い点に前記エンドエフェクタ部
   分の作業点を自動的に移動させることを特徴とするロボ
   ットのオフライン教示方法。