JPH05224734A - ロボットのシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの作動環境とロボットとを重ね表示
するシミュレーション装置で、ロボットの配置位置を定
めるデータをオペレータに容易に把握し易くする。 【構成】 ロボットに、教示座標系とは別に配置の際の
基準となる位置を定め、配置基準位置と教示座標系との
相対位置関係に関するデータをシミュレーション装置に
登録しておく。オペレータは配置の基準となる点の座標
を環境を定義する座標系での値でそのまま入力すればよ
く、従来のようにロボットの寸法等を調べなくてもよく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの作動環境を
表示する画面中に、ロボットを与えられた位置と姿勢で
重ね表示するロボットのシミュレーション装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの姿勢を定義する教示データの
妥当性を事前に確認し得るようにするために、ＣＲＴ等
の表示装置に、ロボットの作動環境すなわちロボットの
周囲に存在するワークやそのロボット以外の生産設備の
形状を表示させ、その画面中に教示データに従って作動
するロボットを重ね表示する装置が提案されている（例
えば特開昭６２−１２７９０５号公報参照）。この装置
を用いることにより、ロボットの作動環境とロボットの
相対位置関係を視覚的に認識することが可能となり、教
示データの妥当性を事前に確認し得ることになる。

【０００３】さらにこの装置に、教示データの編集、付
加、修正機能を付加した装置が知られている（特開昭６
２−１８２８０８号公報参照）。この装置によると、画
面を見ながら教示データを作成したりあるいは修正した
りすることが可能となる。

【０００４】ロボットの作動環境を表す画面中に、ロボ
ットを教示データで定義された姿勢で重ね表示する装置
では、作動環境を表す画面中におけるロボットの位置に
関するデータを指定する必要がある。ところで、ロボッ
トは、ロボットの教示データの基準となる教示座標系を
有している。図２はその一例を示すものであり、ロボッ
トのアーム先端の位置を指定する教示データ（この例の
場合はＧ１，Ｈ１，Ｉ１）は原点をＦに有するＧ，Ｉ，
Ｈ座標系（以下これを教示座標系という）で与えられ
る。

【０００５】そこで作動環境を表す画面、図２の場合に
は原点をＡに有するＢ，Ｃ，Ｄ座標系（以下これを環境
座標系という）で与えられるワーク等の形状を示すデー
タ（例えばＢ１，Ｃ１，Ｄ１）で与えられる画面中にお
けるロボットの位置を定義するために、教示座標系の原
点Ｆの位置を環境座標系で与える。図２の場合これが座
標（Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２）で示されている。

【０００６】なお図２では、ロボットの位置という概念
のなかに、ロボットの配置方向ないしは角度に関するも
のを無視して表示しているが、実際には、環境座標系に
おける教示座標系の現点のズレ量のみならず、各座標軸
の角度のズレ分をも定める量を与えることにより、ロボ
ットの空間位置と配置方向が与えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記手法でロボットを
所定位置に表示させる場合、例えばロボットのベースＴ
を環境座標系ではＤ＝０で定義される床面Ｓに置いた状
態で表示させる場合には、ロボットのベースＴから教示
座標原点Ｆまでの高さＫを調べ、それを入力しなければ
ならない。すなわち図２の場合には、座標値Ｄ２にＫの
値を入力しなければならない。あるいはベースＴの一辺
Ｖを環境座標系ではＢ＝Ｂ０で定義される基準線Ｕに一
致させた状態で表示させる場合には、一辺Ｖと教示座標
原点Ｆとの距離Ｌを調べ、その分Ｂ２の値をオフセット
しなければならない。そのためにオペレータは上記高さ
Ｋやオフセット量Ｌ等をロボットの図面から抽出した
り、あるいはロボットの取扱説明書等から調べる必要が
あり、使い勝手が悪い。そこで本発明では、いちいち高
さＫやオフセット量Ｌを調べなくとも、ロボットを求め
られる位置に表示できるようにするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、図１にその概念が模式的に示される装置、すなわち
ロボットの作動環境を表示する画面中に、ロボットを与
えられた位置と姿勢で重ね表示するロボットのシミュレ
ーション装置であり、記憶装置１０と、データ入力装置
１２と、演算装置１４と、表示装置１６とを有し、該記
憶装置１０はロボットの作動環境を環境座標系で定義す
るデータを記憶する領域２と、ロボットの姿勢を教示座
標系で定義するデータを記憶する領域４と、ロボットの
配置基準位置と教示座標系の相対位置関係に関するデー
タを記憶する領域６と、ロボットの配置基準位置を環境
座標系で定義するデータを記憶する領域８とを有し、該
データ入力装置１２は、オペレータが、ロボットの配置
基準位置を環境座標系で定義するデータを入力するもの
であり、該演算装置１４は、該記憶装置１０に記憶され
ている、ロボットの姿勢を教示座標系で定義するデータ
と、ロボットの配置基準位置と教示座標系の相対位置関
係に関するデータと、ロボットの配置基準位置を環境座
標系で定義するデータとに基づいて、ロボットの位置と
姿勢に関する環境座標系によるデータを演算するもので
あり、該表示装置１６は、環境座標系で定義されている
ロボットの作動環境に関するデータと、環境座標系で演
算されたロボットの位置と姿勢に関するデータにそれぞ
れ対応する画面を重ね表示するものであることを特徴と
するロボットのシミュレーション装置を創り出した。

【０００９】

【作用】このシミュレーション装置ではロボットの作動
環境を環境座標系で定義するデータが領域２に記憶さ
れ、それに対応する画面が表示装置１６に表示される。
すなわち図２に例示するように、ワークＥ等のロボット
の周辺に存在する物体が環境座標系で表示される。一方
ロボットの配置基準位置、すなわち図６に例示されるベ
ースＴの頂点Ｍ等、ロボットを配置する際の基準とし易
い点Ｍと教示座標系の相対位置関係に関するデータが領
域６に記憶されている。

【００１０】そしてオペレータはこの配置基準位置Ｍの
位置を環境座標系で定義するデータを入力装置１２で入
力する。このときロボットを例えばＤ＝０で示される床
面Ｓに置く場合には単にＤ＝０とすればよく、高さＫを
知る必要はない。あるいはＢ＝Ｂ０の基準線に一辺Ｖを
一致させるときには単にＢ＝Ｂ０とすればよく、オフセ
ット量Ｌを知る必要はない。

【００１１】オペレータが配置基準位置を環境座標系で
与えると、配置基準位置と教示座標系の相対位置関係の
データが領域６に記憶されているために、教示座標系で
与えられている教示座標を環境座標系での座標に変換す
ることが可能となる。この演算が演算装置１４で実行さ
れる。このためロボットの教示点が環境座標系で演算さ
れ、ロボットと作動環境が重ね表示される。

【００１２】

【実施例】次に図３〜６を参照して本発明を具現化した
一実施例について説明する。図３は本実施例に係るロボ
ットのシミュレーション装置のシステム構成を示すもの
であり、画像表示装置５６とデータ入力用キーボード５
２とが付設されたコンピュータで構築されている。コン
ピュータは記憶装置５０と演算装置５２とを有し、演算
装置５２はプログラムに従ってデータの入力・記憶・計
算・出力等のデータ処理を行なう。記憶装置５０には、
各種データの記憶エリアが確保されている。また演算装
置５２には大記憶容量を有するライブラリ６０が接続さ
れている。

【００１３】演算装置５２は、少なくとも、図４に示す
ライブラリ登録処理と図５に示すシミュレーション処理
とを実行するようにプログラムされている。ライブラリ
登録処理はシミュレーションに先立って準備的に実行さ
れるものであり、この処理の実行をオペレータが指定す
ると、図４の処理が実行される。まずステップＳ１では
オペレータがロボットの作動環境を環境座標系で定義す
るデータを入力する。すなわち図６に例示されているよ
うに、オペレータがロボットの周囲に存在するワークＷ
の頂点Ｅの環境座標系（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ）における座標
値（Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１）等を入力する。ここではワーク
やロボット以外の設備等の外形状の主要点座標を入力す
る。この主要点は主要点間を結ぶことでワークや設備等
の外形形状が得られる点のことをいう。

【００１４】このようにして入力されたデータは、ロボ
ットの作動環境を環境座標系で定義するデータであり、
このデータは記憶装置５０内の環境定義データ記憶領域
４２に記憶される。なお上記では作動環境を主要点座標
で定義する場合を例示したが、３次元形状をコンピュー
タで利用可能に定義する他の種類のデータであってもよ
い。あるいはオペレータが入力するかわりに、３次元Ｃ
ＡＤシステムからデータを送りこんでもよい。

【００１５】次に図４のステップＳ２で、ロボットの形
状を定義するデータが入力される。例えば図６に示すよ
うなロボットのシミュレーションを実施する場合には、
第１アーム８０の長さ、第２アーム８２の長さ、第１ア
ーム８０と第２アーム８２の揺動範囲等ロボットの形状
に関するデータがロボット毎に入力される。このデータ
はロボット形状データ記憶領域４４ａに記憶される。

【００１６】次に図４のステップＳ３で教示基準姿勢デ
ータが入力される。ここでは例えば図６に示すロボット
の姿勢が基準姿勢であるとすると、その姿勢を実現する
各関節の角度等が入力される。そして次にステップＳ４
で教示角度データを入力する。ここで教示角度データ
は、先に述べた基準角度を基準としてそれから何度伸ば
すかあるいは何度曲げるかといったデータで入力する。
このデータによりロボットの実際姿勢が決定される。こ
の教示角度データは教示データ記憶領域４４ｂに記憶さ
れる。

【００１７】ロボットの寸法と各関節の角度が決定され
ると、ロボットの手首８３の先端部Ｊの教示座標系（Ｆ
−Ｇ−Ｈ−Ｉ）における座標値（Ｇ１，Ｈ１，Ｉ１）が
演算可能となる。そこでロボットの形状データ記憶領域
４４ａと教示データ記憶領域４４ｂとにより、ロボット
の姿勢を教示座標系で定義するデータを記憶する領域４
４となっている。なお図６の場合、第１アーム８０の揺
動中心が教示座標系の原点Ｆとなっている。

【００１８】なお教示データ記憶領域４４ｂは、ロボッ
トコントローラ中にあってもよく、この場合はロボット
コントローラ中の記憶装置が演算装置５２に接続され、
ロボットコントローラ中の教示データ記憶領域が本実施
例の教示データ記憶領域として機能することになる。ま
たここでは角度で教示データが与えられる場合を示した
が、各関節の教示座標系における座標値でロボットの姿
勢が定義されるものであってもよい。

【００１９】次に図４のステップＳ５で、オペレータが
相対位置データ(1) 〜(3) を入力する。ここで相対位置
データ(1) とは、第１の配置基準位置（図６の場合Ｍ）
に対する教示座標系の相対位置関係を定義するデータで
あり、Ｍを原点とする座標系における教示座標原点Ｆの
座標（Ｎ２，Ｐ２，Ｑ２）や、角座標軸の角度関係に関
するデータ等が入力される。具体的には３×３のベルト
ル量として入力される。これは４６ａの相対位置データ
１の記憶領域４６ａに記憶される。なおこのデータは教
示座標系で配置基準位置Ｍを定義するものであってもよ
い。

【００２０】配置基準位置は１個でもよいが、この実施
例の場合３点まで指定可能となっている。ここでオペレ
ータが例えば図６のＲ点を配置基準位置とすることがあ
ればそのＲ点に対する同種データをデータ(2) として入
力しておけばよい。図４のデータ入力処理が終ると、入
力されたデータはロボットの作動環境に対応づけられて
（ラベル付けられて）ライブラリ６０に保存される（Ｓ
６）。

【００２１】さてこのようにしてライブラリ６０に保存
されたロボットと作動環境に関するデータはオペレータ
がシミュレーション操作をするときに活用される。オペ
レータがシミュレーション処理を開始させると図５の処
理が実行される。まずステップＳ１１ではロボット名、
教示データ名、作業環境名等、ライブラリデータの検索
ラベルを入力する。すると入力されたラベルに対応する
データがライブラリ６０で検索され（Ｓ１２）、検索さ
れたデータが記憶装置５０に転送される。

【００２２】次にオペレータは配置基準位置の選択デー
タを入力する（Ｓ１３）。オペレータは配置し易い基準
位置をここで選択することができる。例えばロボットの
ベースの一辺Ｖを位置合わせしたいときには点Ｍを配置
基準位置とする。他方の辺Ｘの位置を基準として配置し
たい場合には合せ易い点Ｒを選択すればよい。

【００２３】オペレータはその後ステップＳ１４で、選
択した配置基準位置の環境座標系における座標を入力す
る。例えばＭ点を選択しており、辺ＶをＢ＝Ｂ０に一致
させたければ、ＭのＢ軸座標値をＢ０とすればよい。あ
るいは辺ＸをＣ＝Ｃ０のラインに一致させたいときには
点Ｒを選択しておきそのＣ軸座標をＣ＝Ｃ０とすればよ
いのである。

【００２４】以上のデータ入力が終了すると、環境座標
系に対する配置基準位置の関係と、配置基準位置と教示
座標系との関係が定義されることになり、教示座標を環
境座標系での値に変換することが可能となる。この変換
処理が図４のステップＳ１５で実行される。

【００２５】以上の処理が終了すると、ロボットの教示
点も環境座標系に変換されており、もともと環境座標系
で定義されている作動環境と同一座標系で求められてい
ることになる。すなわち重ね表示が可能となる。そこで
ステップＳ１６で表示装置５６上にロボットの作動環境
と、教示データに従ったロボットの姿勢がオペレータが
指定した位置で重ね表示されることになる。

【００２６】このためオペレータは画面から、例えばロ
ボットを床面に載置したときやあるいはＢ＝Ｂ０やＣ＝
Ｃ０といった基準線に一致して設置したときに、ロボッ
トが与えられた教示データで意図どおり動作するか否か
のチェックを事前に確認し得ることになる。

【００２７】

【発明の効果】本発明では、シミュレーション装置にロ
ボットの配置作業の際に基準となる点とその基準点と教
示座標系との位置関係に関するデータを持たせたため
に、オペレータは画面中におけるロボットの位置に関す
るデータを入力する際にロボットの寸法等を一々調べる
必要がなくなる。このためオペレート作業が単純化さ
れ、シミュレーション操作や必要に応じて実施する教示
データの修正操作等が極めて能率化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】従来技術の問題点を模式的に示す図

【図３】実施例のシステム構成

【図４】ライブラリ登録時の処理手順

【図５】シミュレーション実行時の処理手順

【図６】本実施例の作用を模式的に示す図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの作動環境を表示する画面中
   に、ロボットを与えられた位置と姿勢で重ね表示するロ
   ボットのシミュレーション装置であり、 記憶装置と、データ入力装置と、演算装置と、表示装置
   とを有し、 該記憶装置は、 ロボットの作動環境を環境座標系で定義するデータを記
   憶する領域と、 ロボットの姿勢を教示座標系で定義するデータを記憶す
   る領域と、 ロボットの配置基準位置と教示座標系の相対位置関係に
   関するデータを記憶する領域と、 ロボットの配置基準位置を環境座標系で定義するデータ
   を記憶する領域とを有し、 該データ入力装置は、オペレータが、ロボットの配置基
   準位置を環境座標系で定義するデータを入力するもので
   あり、 該演算装置は、該記憶装置に記憶されている、ロボット
   の姿勢を教示座標系で定義するデータと、ロボットの配
   置基準位置と教示座標系の相対位置関係に関するデータ
   と、ロボットの配置基準位置を環境座標系で定義するデ
   ータとに基づいて、ロボットの位置と姿勢に関する環境
   座標系によるデータを演算するものであり、 該表示装置は、環境座標系で定義されているロボットの
   作動環境に関するデータと、環境座標系で演算されたロ
   ボットの位置と姿勢に関するデータにそれぞれ対応する
   画面を重ね表示するものであることを特徴とするロボッ
   トのシミュレーション装置。