JPH0366586A - ロボット位置決定支援装置 - 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】 東牲旦亘珀 ［産業上の利用分野］ 本発明（よ　ワークに対して最適な位置にロボットを配
置するためのシミュレーション処理に用いられるロボッ
ト位置決定支援装置に関する。

［従来の技術］ ロボットにて各種作業を実施させる場合、ロボット作業
の効率性やロボットの稼動率を高めるために、ワークに
対するロボットの配置を考慮しなくてはならなＬＸ。

このロボットの配置方法として１上　従来は机上にて教
示点の配置とロボットの動作領域（ロボットが単に動作
し得る範囲）とを図面上で見くらべて、多くの教示点を
カバーするようにロボットの配置を決定していム　また
机上でなくシミュレーションとして立体的な画像を画面
上に表示１−で、それを見ながらロボットの配置を設定
して行くといった装置もあった（特開昭６２−１６５２
１３号公報）。

しかし、ロボットの配置を種々変更して、机上あるいは
シミュレーション画面上で適当と思われるロボット配置
を決定しても、実際に配置して作業させてみると、ロボ
ットの姿勢によって（よ　駆動機構等の制約から、机上
やシミュレーション上では作業が問題なかった教示点　
あるいは作業に問題が有るか無いか判らなかった教示点
の内から到達不可能な教示点が現れる場合があつＬ従っ
て、再度、机上あるいはシミュレーションにて教示点で
の作業データを求め、更に実際のロボット動作にて確認
してみるといった試行錯誤を繰り返さなくてはならなか
つム これに対して、人間の勘に頼らずに　ロボットの位置に
応じて到達可能な教示点を、ロボットの性能や形状デー
タ及びワークの形状データに基づいてシミュレーション
により求めて表示することにより、ロボットの位置決定
の参考にしようとする技術も、種々のシミュレーション
装置では試みられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このようにシミュレーション装置にて到達可能
な教示点を演算し表示したとしても、更に好適なロボ・
シト位置を求めるために　シミュｌ／−ジョン上でロボ
ットを少しずつずらしながら、検討することが必要とな
る。この場合、そのわずかな移動のたびに　全教示点に
対して到達可能教示点であるか否かを演算し直さなくて
はならない。

このためロボット位置を微妙に調整しただけでもシミュ
レーションのために極めて膨大な演算時間がかかること
となり、好適なロボット配置が迅速に決定できないとい
う問題点があった 艷駐旦五羞 そこで、本発明１表　シミュレーション上のロボット位
置の決定における上記課題を解決することを目的とし、
次のような構成を採用しム［課題を解決するための手段
］ 即ち、本発明の要旨とするところ（上　第１図の基本的
構成図に例示するごとく、 複数の教示点に対して作業を行うロボットＭ１の位置決
定のためのシミュレーション作業において、 ロボッＩ−Ｍ１の位置を変更する位置変更手段Ｍ２と、 ロボットＭ１の位置が変更された場合に、新たに生じた
ロボット動作領域Ａ１と、消滅したロボット動作領域Ａ
２とを検出する変更領域検出手段Ｍ３と、 前記消滅したロボット動作領域Ａ２に存在している教示
点をロボット到達不可能教示点とし、前記新たに生じた
ロボット動作領域Ａ１に存在している教示点をシミュレ
ーションにてロボット到達可能教示点とロボット到達不
可能教示点とに分別する教示点分別手段Ｍ４と、 ロボット到達可能教示点とロボット到達不可能教示点と
を区別して教示点の位置を表示する表示手段Ｍ５と、 を備えたことを特徴とするロボット位置決定支援装置に
ある。

［作用］ 現在のロボッｌ−Ｍ］位置に対して、複数の教示点が、
ロボット到達可能教示点とロボット到達不可能教示点と
に分別されているものとする。

ロボットＭ１の位置を変更することにより、ロボット動
作領域として新たに領域Ａ１が生じ、領域Ａ２が消滅す
る。教示点分別手段Ｍ４は、この新たに生じた領域Ａ１
内の教示点をシミュレーションでロボット到達可能教示
点とロボット到達不可能教示点とに分別する。また消滅
した領域Ａ２二存在している教示点はすべて到達不可能
教示点とする。領域Ａ１にも領域Ａ２にも属さない教示
点は何等の処置もなされず、ロボッｈＭ１位置変更前の
状態のままとされる。

これはロボットＭ１の位置の検討はわずかな移動での検
討が普通であり、その移動前と移動後との両方で動作領
域内に含まれている教示点は、ロボットが到達できるか
否かについても移動前後でほとんど変化が無いからであ
る。

従って、　ロボットＭ１を移動させた場合に、全教示点
についてシミュレーションを行わなくとも、新たに生じ
た領域Ａ１内の教示点についてのみ、教示点の分別をす
ればよい。このため適切なロボットＭ１位置を得るため
に移動を繰り返しても、極めて短い時間で全教示点をロ
ボット到達可能教示点とロボット到達不可能教示点とに
分別でき、更に次の移動に迅速に移行することが出来る
。

従って最終的位置決定に早期に到達することが出来る。

醜「移動前と移動後との両方で動作領域内に含まれてい
る教示点は移動前後でほとんど変化が無い」といっても
勿論変化する教示点もわずかに存在する。このため、最
後１；−度だけ動作領域にある教示点全部を確認すれば
済む。

［実施例］ 次に、本発明の詳細な説明する。本発明はこれらに限ら
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種々の
態様のものが含まれる。

第２図は本発明の方法を実現しているシミュレーション
装置の一例を表すシステム構成図である。

シミュレーション装置１（友　−船釣なノイマン型ディ
ジタルコンピュータ３を中心として構成されている。こ
のコンピュータ３はＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、ｌ／○、バス等により構成されているが、−船
釣な構成であるのでその内部の詳細説明は省略する。こ
のコンピュータ３に（友　出力装置としてＣＲＴ　５．
　　プリンタ７が、補助記憶装置としてフロッピィディ
スク装置９．ハードディスク装置１１が、入力装置とし
てキーボード１３及びダイヤル式入力装置１４が、接続
されている。

コンピュータ３（友　ハードディスク装置１１からＲＡ
Ｍに読み込まれているプログラムに従い、フロッピィデ
ィスク装置９に記憶されている教示点の位置・姿勢デー
タを読み込み、更にハードディスク装置１］中に記憶さ
れている各ロボットの作動性能データと形状データとを
読み込む。

教示点の位置・姿勢データは主にその三次元座標とロボ
ットアーム先端の電極・スプレーノズルの位置（位置デ
ータ）と電極・スプレーノズル方向（姿勢データ）とを
表すデータからなる。

シミュレーション装置１にて（よ　ロボットが溶接ある
いはスプレー作業するために各教示点にてその位置・姿
勢データに応じた姿勢をとるシミュレーションが、計算
上なさへ　到達可能か否かが判断される。またロボット
の位置はキーボード１３やダイヤル式入力装置１４等に
よりシミュレーションしている仮想空間内で任意に移動
できる。

この計算処理の際　キーボード１３からの指示によって
ＣＲＴＳ上（ニ　シミュレーション計算１こ応じた、ワ
ーク、教示点及びロボットの立体画像を逐次表示させる
こともできる。

このようなロボットの作動性能データ・形状データと、
教示点データ（位置データ、ノズル方向データ等）に基
づき、シミュレーションを実施するＣＡＤプログラム（
よ　市販されているものを用いることができ、例えばＩ
ＢＭ社製の商品名「ＣＡＴＩＡＪ、三井造船■製の商品
名ｒｃ１Ｍ−３ＴＡＴＩＯＮＪが挙げられる。

シミュレーション及びその位置の決定処理の対象となる
ロボットとして（志　スポット溶接用ロボットを例とし
て説明する。このスポット溶接用ロボットは良く知られ
た多関節形ロボットで、骨格部分（志　台風　第１７−
ん　第２アーム及びスポット溶接用電極からなり、これ
らの各骨格は所定の駆動部にで旋回等の動作を可能とし
ている。

このロボットは例えば第１表のような作動性能を有する
。勿論　用途に応じて種々の作動性能のロボットを個々
に選択して用いることが出来る。

第１表 この第１表のデータが作動性能データの一部として、ロ
ボットの形状データとともに　シミュレーション装置１
のハードディスク装置］］に記憶されている。尚、教示
点の位置・姿勢データ（表ワークに対する実際の教示作
業により得ても良いし、他の方５五　例え（ヱ　理論的
計算あるいはシミュレーションで求めた教示点のデータ
を用いてもよい。

本実施例で（よ　操作者（戴　予めワークのスポット溶
接部分を適当なロボットを選択して教示作業をし、その
データをディスク装置等でフロッピィに記憶したものを
用いている。

以下、シミュレーションによるロボット位置決定支援処
理について、第３図のフローチャートに基づいて説明す
る。このフローチャートの処理（よハードディスク装置
１１内に記憶されているプログラムを、コンピュータ３
のＲＡＭ内に読み込むことによって実行される。

シミュレーション装置］が立ち上げられると、ハードデ
ィスク装置］１からロボット位置決定支援処理用のプロ
グラムが読み込まへ　続いてそのプログラムに従った処
理が開始される。

まず、　ＲＡＭ内のワークエリアへ必要なデータが読み
込まれる（ステップ１００．　２００）。必要なデータ
と（よ　既に教示作業にて得られている教示点毎の位置
・姿勢データ（ステップ１００）、更に既にハードディ
スク装置１］中に記憶されている各種ロボットの形状及
び作動性能データ（ステップ２００）である。

尚、位置・姿勢データがあれ（ｆＳ　　そのデータを教
示作業して得たロボットと今回シミュレーションするロ
ボットとは異なっていても構わない。この点で位置・姿
勢を表すデータには汎用性がある。

即ち、シミュレーションの粘気　ロボットの機種が不都
合であれ＋ｆ＝　　直ちに他の機種１こ変更してシミュ
レーションすることが出束　機種の決定にも役立つ。

次に読み込まれた各教示点に対して、ロボットの位置を
変更１．つつ、多数の教示点へのロボット到達状態を検
討してゆくオフライン教示作業処理が第４図のフローチ
ャートに従ってミュレーションとともになされる。

まず各種ロボットの内から、今回シミュレーションにて
作業教示点を決定したいロボット機種を指定する（ステ
ップ３０１）、これにより、既に読み込まれた各種ロボ
ットの形状及び作動性能データの九　以下のシミュレー
ションに必要なロボット機種のデータが指定される。

次にロボットの位置が指定される（ステップ３０２）。

次に指定したロボットに作業を担当させたい複数の教示
点を指定する（ステップ３０３）。この教示点の内から
、実際にロボットが作業する教示点を選択してゆくため
、実際にカバーできる数よりも多くの数の教示点を指定
する。

指定された各教示点について、教示点データに応じてロ
ボットのアームが到達できるが否がチエツクする（ステ
ップ３０５）。

次にロボットの動作領域の境界面の形状を求める（ステ
ップ３０７）。

次にロボットとその境界面をＣＲＴ５に表示する（ステ
ップ３０９）。この状態を模式的に第５図（イ）に示す
。ロボット２０とその動作領域の境界面３０も模式的に
表現されている。

次に各教示点に対し上記ステップ３０５の結果をＣＲＴ
５に重ねて表す（ステップ３１］）。ここで「○」印は
ロボット到達可能教示点を表し、「×」印はロボット到
達不可能教示点を表している。従って単に動作し得る範
囲である境界面３０内（動作領域）にても「×」印が存
在する。

このＣＲＴ５の表示を確認することにより操作者はロボ
ット２０の位置がこれでよいのかが確認できる。その判
断の基準として、例え（′Ｌ　ロボット到達可能教示点
の数が最大となったか否かを基準として判断する。この
とき参考のためそのＣＲＴ５に更にロボット到達可能教
示点の数とその他の教示点の数とを数値にて同時に表示
してもよＬ〜そして次に操作者からの入力に基づいて、
ロボット２０の位置が可か不可かが判定される（ステッ
プ３１３）。ＣＲ丁５の表示を操作者が見て、現状では
ロボット２０が担当する教示点がまだ少ない、あるいは
もっと多数の教示点を担当させることができそうだと考
えた場合、キーボード１３からシミュレーション装置１
にロボット２０の位置が不満足であると指示する。この
ことにより、次にロボット２０をシミュレーション上で
移動させる操作処理が行われる（ステップ３１５）。こ
の処理は操作者がキーボード１３やダイヤル式入力装置
１４を操作することにより、シミュレーション上のロボ
ット２０を、例えば図の左方向へ移動させる。シミュレ
ーション装置１は上記入力装置から、その操作量を読み
取って位置データとしてＲＡＭ中に格納することになる
。

移動操作が終了したことを操作者が指示すると、次に移
動後の動作領域が計算される（ステップ３１７）、即ち
、第５図（ロ）に示す境界面３１が算出される。

次に移動前後の動作領域の差領域の計算がなされる（ス
テップ３１９）。差領域と（よ　第５図（ロ）に示すご
とく、移動前の境界面３０内には含まれないが移動後の
境界面３１内には含まれる新たに生じた領域３Ｔａ、及
び、移動前の境界面３０内に含まれかつ移動後の境界面
３１内から外れた消滅した領域３１ｂである。

次に消滅した領域３１ｂ内の教示点をすべてロボット到
達不可能教示点として、データを書き換える（ステップ
３２１）、　　この教示点は完全にロボット２０が到達
不可能であるので、図示のごとく、消滅した領域３１ｂ
内にある教示点ＴＰＩ、ＴＰ２は第５図（イ）では「○
」であるが、今回の処理により第５図（ロ）のごと＜「
×」　となる。

次に新たに生じた領域３１ａ内の教示点について、上記
ステップ３０５のごとく、ロボット２０のアームが到達
できかつ作業が出来る姿勢が可能か否かチエツクする（
ステップ３２３）、　　即ち、教示点ＴＰ３〜ＴＰＩＯ
について、ロボット２０の位置・姿勢が再度チエツクさ
ね　第５図（ロ）中の領域３１ａ内にｒＯＮ、　「×」
で表示するように分別さ札　データとして記憶される。

尚、ロボット移動前後で共通の領域３１ｃについて、そ
の中の教示点は何等の処理もなされない。

こうして再度ステップ３０９，３１１が実行さ礼　第５
図（ロ）に示すごとく、新たな境界面３１の表示がなさ
札　新たに生じた領域３１ａと消滅した領域３１ｂとに
ついてのみ、その到達可否の結果が更新されて表示され
る。更新されない教示点は移動前と同じ表示がなされる
。

以後、ステップ３１３の判定にてロボット２０の位置が
満足されなけれ（ヱ　再度、ステップ３１５〜３１１ま
での処理が繰り返される。そしてこの処理の中でロボッ
ト移動に伴う差領域の内　特に新たに生じた領域内の教
示点についてのみ、ロボット２０のシミュレーション処
理が実行さ札教示点の状態が決定される。

こうしてＣＲＴＳ上の表示にて満足する結果が得られれ
ＩＣＥ　　ステップ３１３にて肯定判定されて、次に最
後に設定された境界面内の教示点につき、再度ステップ
３０５と同一のチエツク処理を実行する（ステップ３２
５）。この処理を実行するの（よ　次の理由による。

シミュレーション上　ロボット２０の移動（上通常極め
て限られた範囲に分布している教示点を対象として行わ
れる。従って、ロボット２０を移動させても極めて短い
距離内での検討となる。このため、移動前にロボット動
作領域内にあり移動後も動作領域内にある教示点につい
て（よ　その状態（ロボットの到達可不可）は変化しな
いものとする（事実変化しない場合が多い。）。そして
変化した領域のみ、特に新たに生じた領域のみシミュｌ
ノージョンで到達状況をチエツクしている。こうして、
ロボットの位置決定が極めて効率的に処理されて行く。

しかし、微小な変化であってもその到達状況が変化する
可能性は零とは限らない、従って何度も移動させた後、
最終的にロボット移動領域内の教示点についてのシミュ
１ノージョンを念のためにするのである。勿亀　最後の
ロボット移動において新たに動作領域内となった教示点
について（よ　そのロボット到達状況は変化していない
ので、その教示点については最後のシミュレーション作
業は全く必要ない。こうしてその結果をＣＲＴ５に表示
する。

次にこの表示に基づいて操作者が満足か不満足かを判断
し、シミュレーション装置１に指示する。

シミュレーション装置１はこの指示に基づき判断して（
ステップ３２７）、不満足であれば再度ステップ３１５
から処理を開始し、満足であればロボット配置処理（ス
テップ３００）を終了し、次の処理に移る。

次にオフライン教示処理が実行される（ステップ４００
）。この処理（友　シミュレーションによって、上述の
ごとく最終的に到達できる教示点の作業順序を決定する
作業である０例えｔ′Ｌ　操作者の指示により教示点の
作業順序を指定し、シミュレーション装置１側はその順
序に従いシミュレーションを実行して干渉や作業時間等
を算出し、必要に応じて干渉防止のための逃げ点を設け
て、最終的に実行可能な教示データを作成する。このａ
近接する教示点を連結することにより、教示点の作業順
序を自動的１；決定してもよい。その１叡　公知の各種
方法にて教示点の作業順序を決定することが出来る。

こうして教示データが決定すれば処理を終了する。

この後、実際のロボットの制御装置に上述のごとくに求
めた教示データをダウンロードし、実際にロボットを稼
動してみる。この結煕　作業性や干渉等の問題が生ずれ
（ｆＳ　　そのロボットの制御装置上で修正しても良い
し、再度オフライン教示処理（ステップ４００）に戻し
たり、最初（ステップＴｏｏ）から処理し直してもよい
。

以上は１台のロボットの教示点の決定についての処理を
述べたが、複数台のロボットに教示点を分担させて作業
させる場合（よ　まず１台目について上述のごとく教示
点を決定し、２台目のロボッ。

トについては１台目が対象としていない教示点に基づい
て、　１台目のロボットとの干渉防止も加味してオフラ
イン教示作業処理（ステップ１００〜４００）を実行す
ることにより教示データを作成する。以下３台目につい
ても残りの教示点について１台目及び２台目のロボット
との干渉防止も加味してオフライン教示作業処理を実行
すること１こより教示データを作成する。

また、複数ロボットを個々に検討するのではなく、同時
にＣＲＴＳ上に表示し、各ロボットを少しずつ移動させ
ながら、同時にステップ３１５〜３１１の処理を各ロボ
ット毎に繰り返して、−度に全教示点を用いた教示デー
タを作成してもよい。

醜　モの処理の中でロボットの動作領域が重複した場合
、その重複部分にある教示点の配分（よ例え（Ｌ　教示
点の数が均等になるように、互いにロボットに近い方か
ら分配してもよい。

及旦立象１ 本発明のロボット位置決定支援装置（よ　その教示点分
別手段Ｍ４が、特にロボットＭ１の位置変更後に新たに
生じた動作領域に存在している教示点のみをシミュレー
ションの対象にしている。シミュレーション処理されな
かった教示点について（よ　はとんどがロボット到達性
に変化が無く、場合により最終的に１度だけ到達可能教
示点についてチエツクすれば済む、このため教示点が多
くても極めて短い時間でロボットの位置決定が出来る。

このように本発明はロボットの位置決定についてきわめ
て迅速な処理を与えてくれるので、シミニレ−ジョンに
よるロボットの位置決定処理が効率的にでき、教示デー
タを早期に完成させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成例示は　第２図は一実施例
のシステム構成は　第３図はオフライン教示作業処理の
フローチャート、第４図はその内のロボット配置処理の
フローチャート、第５図（イ）はＣＲＴでのロボット、
教示点及び境界面の表示状態説明は　第５図（ロ）はロ
ボットが移動した場合の表示状態説明図を示す。 Ｍｌ、２０・・・ロボット　　Ｍ２・・・位置変更手段
Ｍ３・・・変更領域検出手段　Ｍ４・・・教示点分別手
段Ｍ５・・・表示手段　　　　Ｐ］・・・到達可能教示
点Ｐ２・・・到達不可能教示点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の教示点に対して作業を行うロボットの位置決定
   のためのシミュレーション作業において、ロボットの位
   置を変更する位置変更手段と、ロボットの位置が変更さ
   れた場合に、新たに生じたロボット動作領域と、消滅し
   たロボット動作領域とを検出する変更領域検出手段と、 前記消滅したロボット動作領域に存在している教示点を
   ロボット到達不可能教示点とし、前記新たに生じたロボ
   ット動作領域に存在している教示点をシミュレーション
   にてロボット到達可能教示点とロボット到達不可能教示
   点とに分別する教示点分別手段と、 ロボット到達可能教示点とロボット到達不可能教示点と
   を区別して教示点の位置を表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とするロボット位置決定支援装置。