JPH03286208A - 計算機シミュレーションによるロボットのティーチング装置 - 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］ 本発明は、ＣＡＤ／ＣＡＭ等の計算機シミュレーション
によるロボットのティーチング装置に関するものである
。

例えば自動車産業においては、近年の産業ロボット導入
量の増加と商品箪稀の多種多様化に伴い、ロボットの作
業設計の困難化、あるいはティーチング工数の増大など
の種々の問題が顕在化している。現在、これらの問題を
解決する手段として、ロボットのティーチングを計算機
シミュレーションで行うロボットＣＡＤシミュレーショ
ンシステムが有力視されている。

一方、例えば塗装ロボットでは、ワークに対する塗装ガ
ンの軌道制御だけでなく、塗料吐出量等の塗装変数の制
御も重要であり、計算機シミュレーションによるロボッ
トティーチング装置でも、これら塗装変数のティーチン
グも的確に行えることが必要とされる。

［従来の技術］ ロボットの導入にあたっては、ロボットの作業設計が必
要となる。このロボットの作業設計とは、工程設計に基
づいてロボットの行うべき作業を設定した後、作業を行
うのに必要なロボットの形式、機種、レイアウト、ツー
ル、作業手順、周辺設備等の仕様を、ロボットの動作姿
勢や作業能力（サイクルタイム等）を事前評価しながら
決定していく作業である。

この作業設計の時点での検討は、ロボットとワークを実
際に用いることができないため、設計者は複雑なロボッ
トの動きを頭の中で三次元的に想像しながら検討を行う
ことを強いられる。このため作業設計における不備の多
くが、この不確かな想像に起因して生じることになる。

これを解決する手法として、近年、計算機によるロボッ
トＣＡＤシミュレーションが導入されつつある。ロボッ
トＣＡＤシミュレーションとは、これまで実機ロボット
を用いてティーチングプレイバック方式（直接形教示方
式）でティーチングしていたものを計算機を用いて行う
ものであり、デイスプレィ上にロボットとワーク、治具
、周辺設備等を映し出してシミュレーションしながらテ
ィーチングを行って、そのティーチングデータを実機ロ
ボットにダウンロードしてロボットを作動させており、
それにより不確かな想像を無くし、適用検討における不
備を解消するものである。

このロボットＣＡＤシミュレーションについて自動車用
産業ロボットを例にして更に詳しく説明する。まずコン
ピュータによりボデー　バンパー、塗装ガン、治具など
のワークデータを作成し、このワークデータに基づいて
、コンピュータデイスプレィ上にロボットとワークを映
し出してシミュレーションしながら、ティーチングデー
タを作成する。この作成したティーチングデータをコン
ピュータの自動シミュレーションモードで干渉チエツク
、サイクルタイム等の良否を確認し、確認結果が良であ
れば、そのティーチングデータをロボット言語に変換・
生成して、実機ロボットにダウンロードする。実機ロボ
ットではこのティーチング結果を確認しつつ実行する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のロボットＣＡＤシミュレーションは、例えば溶接
ロボットのように、ロボットの軌道制御、すなわち位置
決め精度、軌跡のならい精度、速度などの制御を正確に
行えば十分なロボットシステムでは、かなりの確立をみ
せており、十分な効果を得ることができる。

一方、例えば塗装ロボットなどでは、塗装ガンの軌道制
御だけでなく、塗装変数の制御も重要な要素となってお
り、軌道制御を正確に行えるだけでは不十分である。塗
装変数とは、塗料吐出量、塗装静電圧、霧化圧等であり
、これらはこれまで人間の熟練や勘に頼ることが多く、
塗装の仕上がり状態を評価しながら設定されている。

この塗装変数の設定は、従来実機ロボットによりティー
チングプレイバック方式で行われていたが、その場合の
ティーチングの良否の判定は、塗装ガンで実際に塗料の
噴霧を行い、その塗料が乾いた仕上がりを評価しつつ行
う必要があるため、ティーチングに多大な手間と時間を
要することになる。このため軌道制御等についてロボッ
トＣＡＤシミュレーションを行っても、塗装変数を従来
のティーチングプレイバック方式で行ったのでは、ＣＡ
Ｄシミュレーションの効果が少ないといえる。

よってロボットＣＡＤシミュレーションにおいても、こ
れらの塗装変数をシミュレーションにより設定できるこ
とが、シミュレーションの十分な効果を実現する上で必
要となる。このようなシミュレーションによる塗装変数
の設定は従来のロボットシステムでは行われていなかっ
たが、これを行うとすれば、ホストコンピュータで作成
したＣＡＤデータに基づきロボット側のシミュレータで
塗装変数データを作成する方法が考えられる。

しかしながら、実機ロボットは、その製造メーカーによ
り各社各様の仕様となっており、一つのシステムに機種
の異なる種々のロボットを採用して塗装変数の制御も行
おうとした場合には、その機種の異なる各実機ロボット
対応に、塗装変数の演算・生成のプログラムをそれぞれ
個別に作成しなければならない。

この場合、ロボット製造メーカーは、ユーザのワークと
塗装変数の関係について熟知していない場合もあり、そ
の場合、塗装変数の設定が的確に行われるとは必ずしも
いえない。このため、ユーザ側は各社のロボット対応に
塗装変数の生成プログラム作成作業に関与することが必
要となる。このことは結果としてユーザ側の作業負担を
非常に増大させることになる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、塗装変数などの変数の設定に関し
て、機種の異なる種々の実機ロボットに対しても、共通
的に対応できる計算機シミュレーションによるロボット
のティーチング装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明に係る計算機シミ
ュレーションによるロボットのティーチング装置は、ワ
ークに関するＣＡＤデータを生成する手段と、このＣＡ
Ｄデータにロボットの軌道データを入力しつつロボット
の変数を演算してプリティーチングデータを生成する手
段と、このプリティーチングデータをロボットプログラ
ミングシステムのロボットティーチングデータに変換す
る手段とを具備してなる。

［作用］ 上述の構成によれば、実機ロボットの機種を変更した場
合でも、ロボットティーチングデータ変換手段での変換
プログラムを変更するだけで対応でき、プリティーチン
グデータ生成手段におけるロボットの変数を演算するプ
ログラムは変更する必要がない。よって、ロボットの変
数設定に関し、各種の実機ロボットに対して共通的に対
応できるシステムを実現できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図には本発明の一実施例としての計算機シミュレー
ションによるロボットのティーチング装置のハードウェ
アによるシステム構成が示される。また第２図には第１
図の実施例装置を機能ブロックで表現した構成図が示さ
れる。この実施例装置は本発明を塗装ロボットに適用し
た場合のものである。

第１図において、１はＣＡＤ／ＣＡＭシステムであり、
ホストコンピュータ１）．ＣＡＤ／ＣＡＭ端末１２、Ｔ
ＳＯ端末１３等を含み構成される。このＣＡＤ／ＣＡＭ
システム１はワーク側すなわちボデー、バンパー、治具
などのＣＡＤデータを作成するものであり、作成したＣ
ＡＤデータはフロッピィディスク（または磁気テープ）
７にダウンロードされて、フロッピィディスク７を介し
てロボットＣＡＤシミュレーションシステム２に受は渡
される。

ロボットＣＡＤシミュレーションシステム２はパーソナ
ルコンピュータなどで構成され、受は渡されたＣＡＤデ
ータに基づいて、ロボット塗装ガンの軌道制御や塗装変
数設定のシミュレーションを行うものであり、そのシミ
ュレーション結果として作成されたロボットティーチン
グデータはロボット言語に変換されてフロッピィディス
ク８にダウンロードされ、フロッピィディスク８を介し
て塗装ロボット３に受は渡される。

塗装ロボット３はロボットコントローラ３１と塗装ガン
を先端に持つロボットマニピュレータ３２とを含み構成
され、マニピュレータ３２の軌道制御と塗装ガンの各種
塗装変数の制御ができ、ロボットＣＡＤシミュレーショ
ンシステム２からロボットコントローラ３１に受は渡さ
れたロボット言語に基づきマニピュレータ３２を軌道制
御し、また塗装ガンの塗装変数を変える。

ロボットＣＡＤシミュレーションシステム２の更に詳細
な構成が第２図を参照しつつ以下に説明される。図示の
如く、このロボットＣＡＤシミュレーションシステム２
は、ＣＡＤデータ自動圧縮システム２１、ティーチング
システム共通ＣＡＤデータインタフェース（ＣＴＣＤ−
ＣＡＤインタフェース）２２、塗装変数自動設定システ
ム２３、ティーチングデータインタフェース２４、ＣＴ
ＣＤ−ＣＡＤインタフェース２５、ロボットプログラミ
ングシステム２６等を含み構成される。

ＣＡＤデータ自動圧縮システム２１は、ＣＡＤ／ＣＡＭ
システムｌから受は渡されたＣＡＤデータ中の不要なデ
ータを削除してＣＡＤデータの自動圧縮を行い、ＣＴ　
ＣＤ　（Ｇｏｍｓｏｎ丁ｅａｃｈｉｎｇＣａｄ　Ｄａｔ
ａ：ティーチングシステム用ＣＡＤデータ）−ＣＡＤデ
ータファイルを作成するものである。このＣＴＣＤ−Ｃ
ＡＤデータは各種のティーチングシステムに共通して渡
すことのできるＣＡＤデータである。この自動圧縮は、
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムｌからのＣＡＤデータは、その
ファイルサイズおよび座標データ点数が非常に膨大なた
め、これをそのままティーチングシステムで取り扱うと
システムの計算処理に支障を来すので、所定のＣＡＤ座
標データ点数圧縮条件に従って適当なファイルサイズに
圧縮するものである。ＣＡＤ座標データ点数圧縮条件は
、最大偏心量、最大長駆定量、引返しティーチング評価
角度などの項目について設定される。

ＣＡ、　Ｄデータ自動圧縮システム２１で作成したＣＴ
ＣＤ−ＣＡＤデータはＣＴＣＤ−ＣＡＤインタフェース
２２および２５に受は渡される。ＣＴＣＤ−ＣＡＤイン
タフェース２２はこのＣＴＣＤ−ＣＡＤデータを後述の
塗装変数自動設定システム２３で使用できる形態のワー
クＣＡＤデータに変換して受は渡すものである。またＣ
ＴＣＤ−ＣＡＤインタフェース２５はこのＣＴＣＤ−Ｃ
ＡＤデータを所定の変換ファイルに従って後述のロボッ
トプログラミングシステム２６で使用できる形態のＲＰ
Ｓ−ＣＡＤデータに変換するものである。なおＲＰＳは
ロボットプログラミングシステム（Ｒｏｂｏｔ　Ｐｒｏ
ｇｒａｍｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を表す記号であり、以
下の説明においても同じである。

塗装変数自動設定システム２３はロボット・プリティー
チングと塗装変数の設定を行う部分である。

ロボット・プリティーチングは、ＣＴＣＤ−ＣＡＤデー
タに基づき、計算機のＣＲＴデイスプレィ上にワーク（
ボデー、バンパー、治具なと）と、塗装ガンに相当する
矢印のみを出力して、矢印の先端を塗装ガンの先端、矢
印の傾きを塗装ガンの傾きと見なして、ＣＲＴデイスプ
レィに映し出したワークと矢印を見ながら、人間による
作業で矢印を操作・移動させつつシミュレーションを行
い、ロボットのティーチングポイントと矢印の傾きを設
定するものであり、これによりプリティーチングデータ
（あるいはロボットティーチング中間言語）が作成され
る。

このプリティーチングにあたってはロボットの全体像は
出力しない。したがって、この過程ではロボットの各軸
の状態や干渉チエツクを行うことはできないが、計算機
側ではロボット関係の計算処理の必要がないため、非常
に高速なシミュレーションが可能となる。なおこの過程
においてＣＲＴデイスプレィ上に矢印周辺物、例えば塗
装ガンやバルブなどを出力することもできる。

上述のティーチング処理と同時に、塗装変数自動設定シ
ステム２３により塗装変数の設定が行われる。塗装変数
は、塗装吐出量、塗装静電圧、霧化圧、ガン速度、ガン
のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ、ガンのチルト、ガンの押出流体切
替えＯＮ１０　Ｆ　Ｆなどの塗装に必要な様々な変数で
ある。そして、所望の塗装膜厚を得るために必要な塗装
変数は、ワークの形状等を規定したＣＴＣＤ−ＣＡＤデ
ータおよびワークに対する塗装ガン（矢印）の軌道を規
定した軌道データに基づき、既知の所定の算出理論式に
従って求めることができ、塗装変数自動設定システム２
３では、ティーチング処理と同時に適切な塗装変数を計
算機が自動的に演算・設定し、これらワークデータ、軌
道データ、塗装変数などをプリティーチングデータとす
るものである。

なお、この塗装変数自動設定システム２３では、ロボッ
トプリティーチング補正も行われるようになっている。

すなわち、ここで設定されたロボットプリティーチング
データは矢印先端のティーチングポイント座標と傾き（
ベクトル）の値であり、それぞれ塗装ガン先端の座標と
傾きの値であるため、後の過程のロボットプログラミン
グシステム２６でロボットティーチングを行うためにそ
れぞれの値をロボットのアーム先端の座標値とアーム先
端の傾きの値に補正するものである。この際、補正値は
人間作業で設定され、その他の処理は計算機が自動的に
行う。

塗装変数自動設定システム２３で作成された、塗装変数
を含むプリティーチングデータは次にティーチングデー
タインタフェース２４に受は渡される。

ティーチングデータインタフェース２４は、この塗装変
数を含むプリティーチングデータを、後の過程のロボッ
トプログラミングシステム２６が使用できるように、予
め用意された変換ファイルに基づき、当該ロボットプロ
グラミングシステム２６用のフォーマットのＲＰＳロボ
ットティーチングデータに変換して、ロボットティーチ
ングデータファイルを生成するものである。

この主処理の一例を以下に示す。例えばロボットを６軸
とした場合、ティーチング中間言語（プリティーチング
データ）からティーチング座標とベクトル値を読み取り
、ティーチング座標値を６軸先端座標値として、ロボッ
トの逆キネマテイクス演算を行って、ロボットプログラ
ミングシステム内のロボット座標系を設定する。なおテ
ィーチング座標６軸座標値とする補正は塗装変数自動設
定システム２３で行う。また、ティーチング中間言語か
ら塗装ガンの吐出量、ＯＮ１０　Ｆ　Ｆ、スピード等の
値を読み取り、これをロボットプログラミングシステム
２６に設定する。更に、ティーチング中間言語に不足す
る変数、例えば加速設定等を、ロボットプログラミング
システム側のなんらかのイニシャル値としてロボットプ
ログラミングシステム２６に設定する。

ロボットプログラミングシステム２６はティーチングデ
ータインタフェース２４およびＣＴＣＤ−ＣＡＤインタ
フェース２５から受は渡されたＲＴＳ−ＣＡＤデータに
基づき、ワークＣＡＤデータ修正、ロボットティーチン
グ、ロボットティーチング検証、ロボットティーチング
補正、ロボットティーチングデータのロボット言語変換
などの各処理を行う。以下、これらの処理を順に説明す
る。

ワークＣＡＤデータ修正は、必要に応じてロボットプロ
グラミングシステム２６のＣＡ　Ｄ機能を使用して、Ｃ
ＡＤデータ自動圧縮システム２１で作成したＣＴＣＤ−
ＣＡＤデータを修正するものである。またＣＴＣＤ−Ｃ
ＡＤデータの修正以外に、この段階で不足するデータの
作成、およびロボット付属物（ＣＣＶ、バルブ等）の作
成など、ＣＴＣＤ−ＣＡＤデータによらなくとも、ロボ
ットプログラミングシステム２６のＣＡＤ機能を使用し
て新規にＣＡＤデータを作成できる。

例えば、ＲＰＳ−ＣＡＤデータを、ロボットＣＡＤシミ
ュレーションディーチングに適するように、ＣＲＴティ
スプレィを見ながら編集するものであり、編集内容とし
、で、ＣＡＤデータ中の不要な線を削除する、ＣＡＤデ
ータ中の不適な箇所を修正する、ＣＡＤデータ中に不足
する箇所を作成する、塗装治具やロボット付属物（塗装
ガン、ＣＣＶ、バルブ等）の存在しないＣＡＤデータフ
ァイルを作成する、不要になったＣＡＤデータファイル
を削除するなどの処理ができる。

ロボットティーチングは、ロボットプログラミングシス
テム２６のロボットティーチング機能を使用してロボッ
トティーチングデータを作成するものである。ここでは
ＣＲＴデイスプレィ上に、ＲＰＳ−ＣＡＤデータをもと
に作成したワーク（ボデー、バンパー、治具等）と、ロ
ボットライブラリから選択したロボットを出力してシミ
ュレーションしながら、ロボットティーチングデータを
作成していくものである。

ロボットティーチング検証は、上述のロボットティーチ
ングで作成したロボットティーチングデータの検証を行
うものであり、不適当であれば修正する。これにはプレ
イバックシミュレーションによる検証、ガン軌跡表示、
サイクルタイム算出などが利用できる。

ロボットティーチング補正は、必要に応じて、ティーチ
ングデータの座標形の補正等のロボットティーチングデ
ータの補正を行うものである。

ロボットティーチングデータのロボット言語変換は、塗
装変数を含むロボットティーチングデータをロボット言
語に変換・生成して、フロッピィディスク８上に登録し
て、フロッピィディスク８を介して塗装ロボット３に持
っていき、塗装ロボット３を実際に動かすものである。

逆に塗装口ボット３からロボット言語を吸い上げてきた
場合にはロボット言語からＲＰＳロボットティーチング
データを変換・生成してロボットプログラミングシステ
ム２６に取り込む。

最後に塗装ロボット３では、ロボットＣＡＤシミュレー
ションシステム２から受は渡されたロボット言語に基づ
き、ロボットコントローラ３１の制御下にマニピュレー
タ３２を制御し、その先端に取付けられた塗装ガンの軌
道と塗装変数の制御を行う。

以上のようなシステムとなっているため、塗装ロボット
の機種を、変更した場合でも、ロボットプログラミング
システム２６への変換プログラムを変更するだけでよく
、いかなる種類のロボットに対しても共通的に対応する
ことができる。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である
。例えば、上述の実施例では、本発明を塗装ロボットに
適用した場合について説明したが、これに限られず、本
発明は種々のロボットシステムに適用することができる
。

〔発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によれば、塗装変数など
の変数の設定に関して、機種の異なる種々の実機ロボッ
トに対しても、変数データの変換プログラムの変更だけ
で共通的に対応できる計算機シミュレーションによるロ
ボットのティーチング装置を提供することができる。

特に本発明を塗装ロボットに適用した場合には、塗装仕
上り評価などの変数が折り込め、より好ましいオフライ
ンティーチングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての計算機シミュレーシ
ョンによるロボットのティーチング装置のハードウェア
構成を示すブロック図、および、第２図は実施例装置を
機能ブロック的に表現したブロック図である。 図において、 １・・・ＣＡＤ／ＣＡＭシステム ２・・・ロボットＣＡＤシミュレーションシステム３・
・・塗装ロボット ７．８−・フロッピィディスク １）−・・ホストコンピュータ １２・・・ＣＡＤ／ＣＡＭ端末 １３・・・ＴＳＯ端末 ２１・・−ＣＡＤデータ自動圧縮システム２２．２５−
Ｃ，ＴＣＤ−ＣＡＤインタフェース２３−・塗装変数自
動設定システム ２４−・ティーチングデータインタフェース２６・・・
ロボットプログラミングシステム３１・−・ロボットコ
ントローラ ３２−・・ロボットマニピュレータ 第１図 ／１ ７〜［憂］、７０・ノビー丁イスフ （３°０”−７） ・諏 ◆１ ７０・７１：′−丁ベイス フυボ゛リド＠［？イル）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークに関するＣＡＤデータを生成する手段と、
   該ＣＡＤデータにロボットの軌道データを入力しつつロ
   ボットの変数を演算してプリティーチングデータを生成
   する手段と、該プリティーチングデータをロボットプロ
   グラミングシステムのロボットティーチングデータに変
   換する手段とを具備してなる、計算機シミュレーション
   によるロボットのティーチング装置。