JPH08185217A

JPH08185217A - ロボット教示方法およびロボット操縦方法並びに自動作業システム

Info

Publication number: JPH08185217A
Application number: JP33837494A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Murai; 友廣村井; Nobuyuki Matsuda; 信之松田; Kenji Hara; 憲二原; Shoji Sakai; 章次酒井; Kouzou Itou; 硬三伊藤
Original assignee: COMPUTER TECHNOL INTEGUREITA K; COMPUTER TECHNOL INTEGUREITA KK; Chubu Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: COMPUTER TECHNOL INTEGUREITA K; COMPUTER TECHNOL INTEGUREITA KK; Chubu Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】電力分野における架空配線作業や建設、土木
現場、造船現場等の作業の自動化を図れるようにする。【構成】グラフィックワークステーション１２の教示
用コンピュータ１４によってディスプレイ１６の画面１
８に腕金モデル２２、碍子モデル２４、マニピュレータ
モデル２７、ハンドモデル２７等を表示し、ジョイステ
ィック３４などを用いて実際の作業のシミュレーション
を行い、その内容を腕金モデル２２を基準にしてメモリ
カード３８に記録し、現場の制御コンピュータ４８に与
える。コンピュータ４８は、位置センサ５６に検出信号
に基づいて、現場作業ロボットマニピュレータ４６と腕
金６２との相対位置、姿勢を求め、これをメモリカード
３８によって与えられた教示データと合成してマニピュ
レータ４６、ハンド４７を制御し、腕金６２の碍子５８
を交換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オペレータが直接操作
をすることができる操作型マニピュレータを用いた作業
ロボットの教示、操作方法に係り、特に電力分野におけ
る架空配線作業や建設、土木現場、造船現場の作業等、
作業手順も単調でなく、作業対象の位置が不確定なフィ
ールドでの作業の自動化に好適なロボット教示方法およ
びロボット操縦方法並びに自動作業システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】工場内においては、作業対象である素材
や部品などをベルトコンベヤ等によって所定の位置に搬
送し、加工や組立を行うようにしている。そして、工場
内の場合、所定位置に搬送された作業対象は、一般に周
辺治具等によって一定の位置に位置決めされており、作
業内容も一定の繰り返し作業である場合がほとんどであ
る。そこで、従来から工場内の所定位置に産業用ロボッ
トを設置し、このロボットの設置位置に作業対象を順次
搬送するとともに、ロボットに予めプログラムした作業
手順と軌道とを与えることにより、自動加工、自動組立
等の作業を行わせるようにしている。

【０００３】産業ロボットに作業手順とマニピュレータ
の軌道とをプログラムする場合、従来は、一般にオペレ
ータが実際にロボットを動かしてその動作量を記録す
る、いわゆるティーチングプレイバック方式が採用され
ている。また、作業手順や軌道を記録する場合には、ロ
ボットが一定位置に固定してあること、作業対象も一定
位置に固定してあること等により、ロボット側に基準位
置、基準座標を設定し、マニピュレータの位置や姿勢、
軌道などを、ロボット側に設定した基準座標によって記
述するようにしている。そして、このような作業の自動
化は、特に多量生産ラインの工程に対して行われてお
り、一度教示した作業を繰り返し使用できるため、自動
化の効果が大きい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電力分野における架空配線作業や建設、土木現場、造
船現場等における作業は、作業対象が屋外にあること、
作業対象とするものが容易に動かせないこと、作業環境
も単調でなく現場によって大きく異なっていること等に
より、作業の自動化を図る場合、逆にロボットの方を移
動させて環境に適応した動作を行わせなくてはならない
ことが工場内の場合と本質的に異なる。

【０００５】すなわち、上記の架空配線作業などの場
合、ロボットを導入したとしても、ロボットマニピュレ
ータの軌道や作業点の絶対位置は、作業対象の位置に合
わせてロボットを移動させるため、予め確定していない
のが普通である。このため、従来の産業用ロボットに用
いられているティーチングプレイバックのように、ロボ
ット側に基準座標を設定して制御するようにしたので
は、作業対象とロボットとの相対位置関係が一定でない
ため、ロボットに目的とする作業を行わせることができ
ない。従って、電力分野における架空配線作業や建設、
土木現場、造船現場の作業等に使用する作業ロボットに
おいては、従来の産業用ロボットに適用されているティ
ーチングプレイバック方式による作業教示方法を適用す
ることができない。このため、上記の現場作業の自動化
を推進するために、マニピュレータの新たな作業教示方
法が求められていた。

【０００６】本発明は、上記の要請に鑑みてなされたも
ので、電力分野における架空配線作業や建設、土木現
場、造船現場等の作業の自動化を図ることができるよう
にすることを目的としている。また、本発明は、現場の
状況に応じてロボットの自動運転の修正を容易に行える
ようにすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る自動作業方法は、作業対象と、この
作業対象に作用を加える工具と、この工具を操作するロ
ボットとの三次元モデルをコンピュータグラフィックス
により作成して同一画面上に表示し、実際の作業ロボッ
トに行わせる作業と同様の作業を、前記画面上のロボッ
トモデルを操作して工具モデルにより作業対象モデルに
対して行い、画面上で行った作業の内容を作業対象モデ
ル側に設定した基準座標を用いて記述し、記憶媒体に記
録する構成となっている。記憶媒体への作業内容の記録
は、作業対象モデルの所定位置に基準座標を設定し、こ
の基準座標に基づいて工具モデルやロボットモデルの位
置、姿勢を記述する。

【０００８】また、本発明に係るロボット操縦方法は、
作業対象と、この作業対象に作用を加える工具と、この
工具を操作するロボットとの三次元モデルをコンピュー
タグラフィックスにより作成して同一画面上に表示し、
実際の作業ロボットに行わせる作業と同様の作業を、前
記画面上のロボットモデルを操作して工具モデルにより
作業対象モデルに対して行い、画面上で行った作業の内
容を作業対象モデル側に設定した基準座標を用いて記述
し、記憶媒体に記録するとともに、この記録した作業情
報を前記作業ロボットの制御手段に与えて作業ロボット
に前記作業を遂行させ、前記作業ロボットによる前記作
業の遂行が不可能のときに、前記制御手段により作業不
能を告知し、制御手段に接続した操縦手段によって前記
作業ロボットの操縦を可能にした構成となっている。

【０００９】さらに、本発明に係る自動作業システム
は、作業対象と、この作業対象に作用を加える工具と、
この工具を操作するロボットとの三次元モデルを作成す
る演算手段と、この演算手段が作成した前記各三次元モ
デルを同一画面上に表示する表示手段と、前記演算手段
に接続され、前記表示手段に表示されたロボットモデル
に、工具モデルを用いて作業対象モデルに対して所定の
作業を行わせるモデル操作手段と、このモデル操作手段
を介して行った前記作業の内容が前記演算手段によって
書き込まれる記憶手段と、実際の作業現場において実際
の工具を用いて実際の作業対象に対して作業を行う作業
ロボットと、前記作業現場の所定位置に設置され、前記
作業対象の位置を検出する位置検出手段と、この位置検
出手段の検出信号に基づいて、前記作業ロボットと前記
作業対象との相対位置を求めるとともに、前記記憶手段
に格納してある作業情報を読み出し、前記作業ロボット
に作業情報に従った作業を行わせるロボット制御手段
と、を有する構成にしてある。

【００１０】ロボットとしては、種々の作業を行うこと
ができるように、オペレータが操作できる操作型のマニ
ピュレータを用いるとよい。そして、画面上のロボット
モデルを操作するモデル操作手段としては、実際の作業
ロボットを操縦するための操縦装置と同様のもの、すな
わちジョイスティック、キーボード等の操作盤、マウ
ス、データグローブなどを用いる。ロボットモデルを操
作して行った作業シミュレーションの内容を記録する記
憶手段は、メモリカード（ＩＣカード）、フロッピーデ
ィスク、磁気テープ、光ディスク等を用いることができ
る。

【００１１】

【作用】上記のごとく構成した本発明のロボット教示方
法は、コンピュータなどの演算手段によって作業対象と
作業対象に作用を加える工具と工具を操作するロボット
との三次元モデルをコンピュータグラフィックス（Ｃ
Ｇ）により作成して同一の画面に表示し、実際の作業ロ
ボットの操縦装置と同様のロボット操作手段によってロ
ボットモデルを操作し、実際の作業ロボットに行わせる
作業をロボットモデルを用いてシミュレーション動作さ
せる。そして、作業対象モデル側に基準座標を設定して
シミュレーションした内容を記述し、記憶手段に記録し
て実際の作業ロボットに与えて再現させる。

【００１２】すなわち、作業対象側に基準座標を設定
し、シミュレーションした作業内容をロボットマニピュ
レータと作業対象との相対位置、姿勢として記述するた
め、現場によって異なる各種の作業や複雑な作業をロボ
ットに確実に実行させることが可能となり、従来自動化
することが困難であった現場作用を自動化をすることが
できる。しかも、実施例においては、ＣＧを用いてシミ
ュレーションする場合に、実際の作業ロボットを操縦す
る操縦装置を同様の操作装置を用いシミュレーションを
するため、実際のロボットの動作を正確に再現すること
が可能となり、精度の高い教示をすることが可能とな
る。そして、実際の作業をシミュレーションして教示す
るため、事前に作業計画、軌跡データの確認、改良を容
易に行うことができる。

【００１３】また、本発明のロボット操縦方法によれ
ば、実際に現場作業ロボットを自動運転する際に、障害
物の存在などによりロボットによる作業の遂行が困難と
なった場合、オペレータが操縦手段によってロボットを
操縦できるようにしているため、障害物等を容易に回避
してロボットの自動運転を続行させることができる。

【００１４】

【実施例】本発明に係るロボット教示方法およびロボッ
ト操縦方法並びに自動作業システムの好ましい実施例
を、添付図面に従って詳細に説明する。図１は、本発明
の実施例に係る架空配線作業用自動作業システムの説明
図であって、図の上部がオフラインによる教示システム
を示しており、図の下部が現場における作業ロボットシ
ステムを示している。以下、電柱の腕金に取り付けた碍
子の交換を例にして説明する。

【００１５】図１において、教示システム１０は、グラ
フィックワークステーション１２を主構成要素としてい
る。ワークステーション１２は、作業対象や工具、ロボ
ットの三次元モデルを作成する演算手段である教示用コ
ンピュータ１４と、このコンピュータ１４がＣＧによっ
て作成したモデルや各種のデータ等を表示する表示手段
であるディスプレイ１６とからなっている。そして、デ
ィスプレイ１６の画面１８には、教示用コンピュータ１
４が作成した各モデル、実施例の場合、作業対象となる
装柱（電柱）のモデル２０、電柱に固定してある腕金の
モデル２２、腕金に取り付けたまたは取り付ける碍子の
モデル２４ａ〜２４ｃ、作業を行うロボットマニピュレ
ータのモデル２６、マニピュレータの先端に設けたハン
ド（工具）のモデル２７が同時に表示されるようになっ
ている。

【００１６】一方、教示用コンピュータ１４には、オペ
レータ３０が操作する操作盤３２、ジョイスティック３
４、マウス３６等のモデル操作手段が接続してあり、こ
れらのモデル操作手段を介してマニピュレータモデル２
６を自由に操作できるようになっている。また、教示用
コンピュータ１４は、図示しないデータ書き込み部が設
けられていて、画面１８上におけるマニピュレータモデ
ル１４によりシミュレーションした作業の内容を、作業
情報としてメモリカード３８に書き込めるようにしてあ
る。

【００１７】作業現場における作業ロボットシステム４
０は、例えば作業ロボットが高所作業車（図示せず）の
ブーム（またはアーム）７０に取り付けてあって、後述
するように、車両の操作室４２からオペレータ４４が作
業ロボットのマニピュレータ４６を操縦できるようにし
てある。

【００１８】操作室４２には、マニピュレータ４６とマ
ニピュレータ４６のハンド（工具）４７とを制御するロ
ボット制御手段となっている制御コンピュータ４８が設
けてある。この制御コンピュータ４８は、メモリカード
３８に記録してある情報を読み出したり、メモリカード
３８に情報を書き込んだりできるメモリ読み書き部（図
示せず）を備えているとともに、オペレータ４４が操作
するジョイスティック５０や操作盤５２などのロボット
操縦手段が接続してある。また、コンピュータ４８の出
力側には、マニピュレータ４６、ハンド４７を駆動する
ためのサーボドライバ５４が接続してあって、メモリカ
ード３８から読み出した作業情報とオペレータ４４の操
作したジョイスティック５０、操作盤５２の操作量に基
づいた制御信号をサーボドライバ５４に出力し、ハンド
５６を用いて碍子５８（５８ａ〜５８ｃ）を電柱６０の
腕金６２から取り外し、または腕金６２に取り付けるこ
とができるようになっている。さらに、高所作業車の適
宜の位置には、例えば位相差検出型のレーザ距離測定器
からなる位置センサ５６が設けてあり、作業対象となる
腕金６２の位置を検出して制御コンピュータ４８に与え
るようになっている。

【００１９】上記のごとく構成した実施例の作用は、次
のとおりである。《三次元シミュレーションによるオフライン教示作業》
まず、現場ロボットマニピュレータ４６に行わせようと
する作業内容を、教示システム１０を用いて三次元シミ
ュレーションを行い、これをメモリカード３８に記録す
るオフライン教示作業を行う。このために、教示オペレ
ータ３０は、電柱、腕金、碍子などの装柱材料、開閉
器、変圧器等の作業対象の図面、およびロボットマニピ
ュレータ、工具（ハンド）などの図面から、グラフィッ
クワークステーション１２の教示用コンピュータ１４に
より、例えば市販のロボット三次元シミュレーションソ
フト等を用いて操作可能な三次元グラフィックモデルを
作成し、これらをディスプレイ１６の画面１８に表示す
る。

【００２０】その後、オペレータ３０は、操作盤３２、
ジョイスティック３４、マウス３６またはデータグロー
ブ（図示せず）等の、実際のマニピュレータ４６を操縦
する操縦装置と同様の操作装置を用い、教示しようとす
る作業内容をシミュレーションする。すなわち、オペレ
ータがジョイスティック等の操作装置を操作すると、そ
の操作信号が教示用コンピュータ１４に入力し、コンピ
ュータ１４が操作装置の操作量に応じてマニピュレータ
モデル２６等を移動させる。そこで、オペレータは、操
作装置を操作してマニピュレータモデル２６、ハンドモ
デル２７を三次元シミュレーション上で動かし、生成し
た作業対象モデルに対して必要とする一連の作業、例え
ば工具の交換、材料の支給、マニピュレータの最適軌道
ルートの生成、工具位置、姿勢決めなどを作業に適した
手順に従って行う。

【００２１】実施例の場合、オペレータ３０は、ジョイ
スティック３４等を操作してマニピュレータモデル２６
とハンドモデル２７とを操縦し、腕金モデル２２の碍子
モデル２４を交換する作業となる。そして、この碍子交
換における一連の作業は、例えば、碍子の固定ボルトの
取り外し→碍子ピンの腕金からの引き抜き→碍子の撤収
→新たな碍子ピンの腕金への挿入→ボルトの締め付け固
定、のようになる。

【００２２】このようにしてオペレータ３０が行った一
連の作業に関するシミュレーションの内容は、作業情報
として教示用コンピュータ１４によってメモリカード３
８に書き込まれ、カード３８を介して現場の制御コンピ
ュータ４８に制御情報として与えられる。この際、メモ
リカード３８に記録されるデータは、作業対象モデルを
基準にして記述される。

【００２３】すなわち、実施例のように電柱の腕金の碍
子を交換する作業の場合、例えば図２（１）に示したよ
うに腕金モデル２２（腕金６２）の１つの角を基準点
（原点）Ｏt とし、この原点Ｏt に会する３つの直交す
る稜線に沿ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとり、基準の直交座
標Ｏt −ＸＹＺを設定する。そして、上記したシミュレ
ーションにおける作業対象である腕金モデル２６に対す
る工具モデル２７の教示軌跡Ｑに沿った位置、姿勢を、
基準座標Ｏt −ＸＹＺに関する相対位置・姿勢^tＶp
[ｎ] として管理、記録する。ただし、^tＶp は、基準
座標における原点Ｏt を始点とするベクトルを表し、ｎ
は教示番号を示している。なお、原点Ｏt の絶対座標位
置、すなわち現場におけるハンド４７に対する腕金６２
の位置は、後述するように現場において設定される。

【００２４】《現場におけるロボット操作》上記のよう
にして作業情報を記録したメモリカード３８は、作業の
内容によって種々作成される。そして、現場のオペレー
タ４４は、現場におけるそのときの作業内に応じてメモ
リカード３８を適宜に選択し、現場作業ロボットの制御
手段である制御コンピュータ４８にセットして教示デー
タ（作業情報）を制御コンピュータ４８に読み込ませ
る。そして、現場オペレータ４４は、操作盤５２などを
用いて作業内容を記号等によって制御コンピュータ４８
に指示する。その後、オペレータ４４は、実際の作業対
象である腕金６２と現場作業ロボットとの相対位置、姿
勢を求める作業を行う。図３は、両者間の位置を同定す
る手順を示したフローチャートである。

【００２５】まず、オペレータは、腕金モデル２２に設
定した原点Ｏt に対応した腕金６２上の点の絶対位置^o
Ｖt （マニピュレータベースからの距離）を決定するた
め、位置センサ５６を操作してレーザ光を腕金６２に照
射し、特徴点を１点以上指示する（ステップ１００）。
腕金６２の絶対位置を示すベクトル^oＶt を決定するめ
の特徴点は、すなわちマニピュレータ４６と腕金６２と
の相対位置と姿勢とを求めるためには、原理的には図２
（２）に示すように、基準点となる腕金６２の１つの角
部Ｏt と、このＯt に会する３つの直交する稜線８１、
８２、８３上の点Ａ、Ｂ、Ｃで足りる。しかし、実施例
においては、測定誤差を小さくするため、面ａ、ｂ、ｃ
のそれぞれについて任意の３点ずつを指定して取り込
み、これらの値から面ａ、ｂ、ｃを求めて稜線８１、８
２、８３を演算し、各稜線８１、８２、８３の交点を基
準点Ｏt としている。

【００２６】レーザ光を腕金６２に照射した際の位置セ
ンサ５６の水平方向角度（パン角度）と上下方向角度
（チルト角度）およびレーザ距離計による腕金６２の原
点Ｏtまでの距離とは、制御コンピュータ４８に入力さ
れる（ステップ１０１）。そして、コンピュータ４８
は、必要な測定点数を読み込んだか否かを判断し（ステ
ップ１０２）、必要数を読み込んでいない場合、その旨
を図示しない表示装置に表示し、オペレータ４４に位置
センサ５６を操作するように告知し、ステップ１００、
１０１の操作を促す。また、制御コンピュータ４８は、
必要数の位置データを取り込むと、ステップ１０２から
ステップ１０３に進み、マニピュレータベースに対する
腕金６２の基準座標Ｏ_tの距離および姿勢（ヨーイン
グ、ピッチング、ローリング）、すなわち^oＶt を求め
る。なお、位置センサ５６のパン、チルト軸をコンピュ
ータ４８によって駆動できるようにし、自動スキャン機
能を持たせることにより、オペレータ４４の手間を省く
ことができるとともに、測定精度を向上することができ
る。

【００２７】その後、制御コンピュータ４８は、メモリ
カード３８から指定された作業内容の教示番号順にオフ
ラインデータ（教示データ）を読み出し（ステップ１０
４）、図２（１）に示すように、位置センサ５６の出力
信号に基づいて演算した位置・姿勢ベクトル^oＶt と、
オフラインデータの位置・姿勢ベクトル^tＶp とを合成
し（ステップ１０５）、ハンド４７の動作軌跡データ^o
Ｖp を次式から求める。

【数１】^oＶp ［ｎ］＝^oＶt ^tＶp ［ｎ］

【００２８】ここで、ベクトルⁱＶj は、ｉ座標から見
たｊ座標の位置・姿勢を表す４×４のマトリクスであっ
て、

【数２】である。ただし、ｉはｏまたはｔ、ｊはｔまたはｐであ
る。また、〔数２〕中のⁱＲj は姿勢ベクトル、ⁱＰj
は位置ベクトルを示し、ｎx 、ｎy 、ｎz はヨーイング
のＸ、Ｙ、Ｚ成分を表し、ｏx 、ｏy 、ｏz はピッチン
グ成分、ａx 、ａy 、ａz はローリング成分を示す。

【００２９】制御コンピュータ４８は、ハンド４７の動
作軌跡データ^oＶp の合成を行うと、ハンド４７が教示
軌跡Ｑのその点に到達可能であるか否かをマニピュレー
タの作業領域と比較することで判断する（ステップ１０
６）。そして、ハンド４７が到達可能であれば、コンピ
ュータ４８は、ステップ１０７のように処理を終了した
オフラインデータをファイルし、サーボドライバ５４に
位置・姿勢データ（制御信号）を出力する。サーボドラ
イバ５４は、コンピュータ４８からの制御信号に基づい
てマニピュレータ４６、ハンド４７を所定位置に移動さ
せる。

【００３０】また、制御コンピュータ４８は、ステップ
１０８において、教示された軌跡Ｑのすべてについて処
理を終了したか否かを判断する。そして、コンピュータ
４８は、処理がすべて終了していない場合、ステップ１
０４に戻って次の教示番号のデータを読み出し、ステッ
プ１０５〜ステップ１０８の処理を行い、これらの処理
を教示軌跡Ｑに対してすべてが終了するまで繰り返し、
腕金６２の碍子５８を自動的に交換する。

【００３１】一方、現場で測定する^oＶt によっては、
教示軌跡Ｑが遠すぎたりして、ステップ１０６において
ハンド４７が到達できないと判断すると、ステップ１０
６からステップ１０９に進み、音声などの注意信号とと
もに、ハンド４７が到達することができない点を表示装
置に表示する。そして、オペレータ４４は、ハンド４７
の到達不可能点が表示されると、ブーム（またはアー
ム）７０の操縦装置を操作し、マニピュレータベースを
適宜の位置に移動して教示軌跡Ｑがマニピュレータ４６
の作業エリア内に含まれるようにする（ステップ１１
０）。

【００３２】その後、オペレータ４４は、再び位置セン
サ５６を操作してマニピュレータ４６と腕金６２との相
対位置情報を制御コンピュータ４８に入力し（ステップ
１００、１０２）、制御コンピュータ４８にステップ１
０２〜１０６の処理を行わせる。この操作、処理は、必
要に応じてハンド４７が到達可能になるまで繰り返され
る。

【００３３】ところで、教示された軌跡Ｑは、位置セン
サ５６による計測誤差やロボットの位置決め精度等によ
り、現場での目標とする座標、姿勢に対してずれが生ず
る。また、現場には、モデルで表現されていなかった障
害物がある場合、マニピュレータ４６の位置や姿勢を修
正せざるをえない。そこで、これらに対処するため、オ
ペレータがジョイスチックやデータグローブ等の操縦装
置を操作して教示データに補正を加えることで作業を遂
行、続行させる。すなわち、制御コンピュータ４８が求
めたハンド４７の軌道位置を^oＶp （ｔ）とし、ジョイ
スティック５０などの操縦装置によりマニピュレータ４
６を移動させたことによる位置補正ベクトルをΔＰ、姿
勢補正ベクトルをΔＲとすると、

【数３】^oＰp'（ｔ）＝^oＰp （ｔ）＋ΔＰ

【数４】^oＲp'（ｔ）＝ΔＲ・^oＲp （ｔ）となる。そして、制御コンピュータ４８は、これにより
得られた^oＶp ’のデータをサーボドライバ５４に送る
（ステップ１１１）。

【００３４】このように、実施例においては、作業対象
モデルとロボット、工具のモデルとの三次元モデルを、
ＣＧによってグラフィックワークステーション１２の画
面１８上に表示し、ＣＧ上でロボット、工具のシミュレ
ーションを行い、それを作業対象側を基準にして作業対
象とロボットとの相対位置、姿勢で記述し、作業ロボッ
トに教示をするようにしているため、ロボットと作業対
象との位置が一定でない場合であってもロボットを容易
に教示軌跡に沿って移動させることができ、ロボットの
作業動作が複雑で一定しない現場作業に対しても現場作
業ロボットの自動運転を行うことができる。しかも、Ｃ
Ｇを用いたシミュレーションを行って現場作業ロボット
に教示するようにしているため、現場でロボットを操作
する前のオフラインで教示データを確認することがで
き、最適作業手順計画、マニピュレータ４６の最適な軌
跡を机上において検討することが可能であり、結果的に
現場作業の効率を向上することができる。

【００３５】また、実施例においては、ＣＧを用いてシ
ミュレーションする場合に、実際の作業ロボットを操縦
する操縦装置を同様の操作装置を用いシミュレーション
をするため、実際のロボットの動作を正確に再現するこ
とが可能となり、精度の高い教示をすることが可能とな
る。そして、実施例においては、ロボットの自動運転中
において、現場（フィールド）作業の不確かさのため
に、マニピュレータ４６を所定位置に移動することがで
きない場合に、オペレータ４４を介在させて現場作業の
不確かさを吸収し、自動運転を続行できるようにしてい
るため、現場の種々の状況に容易に対応することが可能
で、極めて柔軟性に富んだ制御システムを構築すること
ができる。

【００３６】しかも、実施例においては、ＣＧによるシ
ミュレーションによってロボットに教示するようにして
いるため、入念に計画された最適手順をメモリカード３
８に格納して現場の制御コンピュータ４８に与えること
が可能で、これまでオペレータが長時間にわたって現場
作業訓練によってようやく習得できる作業手順を、短期
間で習得することができ、訓練時間を大きく短縮するこ
とができ、作業能率の向上が図れる。さらに、実施例に
おいては、シミュレーションによってロボットマニピュ
レータ４６の最適軌道を設定し、現場作業ロボットに作
業を自動的に実施させることができるため、マニピュレ
ータ４６の操作訓練を受けていないオペレータであって
も、決められた作業を容易に遂行することが可能とな
り、結果的に作業時間の短縮を図ることができる。

【００３７】なお、前記実施例においては、位置センサ
５６としてレーザ光による位相差検出型の距離測定器を
用いた場合について説明したが、三角測量によってマニ
ピュレータ４６と腕金６２との相対位置、姿勢を求める
ようにしてもよい。また、前記実施例においては、記憶
手段としてメモリカード３８を用いた場合について説明
したが、フロッピーディスクや光ディスク、磁気テープ
等の他の記憶媒体を使用してもよい。そして、前記実施
例においては、腕金６２の碍子５８を交換するという架
空配線作業について説明したが、建設現場における構造
物の取り付けなど、建設、土木現場や造船現場等の各種
の作業に適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、作業対象モデルとロボット、工具のモデルとの三次
元モデルをＣＧによって作成し、ＣＧを利用してロボッ
ト、工具のシミュレーションを行ってそれを作業対象側
を基準にして記述し、ロボットに教示をするようにして
いるため、ロボットと作業対象との位置関係が一定でな
く、ロボットの作業動作が複雑で一定しない現場作業に
対しても現場作業ロボットの自動運転を行うことができ
る。しかも、ＣＧを用いたシミュレーションによって現
場作業ロボットに教示するようにしているため、現場で
ロボットを操作する前のオフラインで教示データを確認
することができ、最適作業手順計画、マニピュレータ４
６の最適な軌跡を机上において検討することが可能であ
り、結果的に現場作業の効率を向上することができる。

【００３９】また、本発明は、実際の作業ロボットを操
縦する操縦装置を同様の操作装置を用いてシミュレーシ
ョンをするため、シミュレーションにおいて実際のロボ
ットと同様の操作が可能であり、精度の高い教示をする
ことが可能となる。さらに、本発明は、実際に現場作業
ロボットを自動運転する際に、障害物の存在などにより
ロボットによる作業の遂行が困難となった場合、オペレ
ータが操縦手段によってロボットを操縦できるようにし
ているため、障害物等を容易に回避してロボットの自動
運転を続行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る自動作業システムの構成
説明図である。

【図２】実施例の現場作業ロボットと作業対象との相対
位置、姿勢の求め方の説明図である。

【図３】実施例の現場作業ロボットと作業対象との相対
位置、姿勢の求め方を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１０教示システム１２グラフィックワークステーション１４演算手段（教示用コンピュータ）１６表示手段（ディスプレイ）１８画面２２作業対象モデル（腕金モデル）２４ａ〜２４ｃ作業対象モデル（碍子モデル）２６ロボットモデル（マニピュレータモ
デル）２７工具モデル（ハンドモデル）３２、３４、３６操作装置（操作盤、ジョイスティッ
ク、マウス）３８記憶手段（メモリカード）４０作業ロボットシステム４６作業ロボット（マニピュレータ）４７工具（ハンド）４８ロボット制御手段（制御コンピュー
タ）５０、５２操縦装置（ジョイスティック、操作
盤）５８ａ〜５８ｃ作業対象（碍子）５６位置検出手段（位置センサ）６２作業対象（腕金）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 23/02 Ｈ 7618−3Ｈ (72)発明者松田信之愛知県名古屋市昭和区前山町３−48 (72)発明者原憲二岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者酒井章次岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者伊藤硬三岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業対象と、この作業対象に作用を加え
る工具と、この工具を操作するロボットとの三次元モデ
ルをコンピュータグラフィックスにより作成して同一画
面上に表示し、実際の作業ロボットに行わせる作業と同
様の作業を、前記画面上のロボットモデルを操作して工
具モデルにより作業対象モデルに対して行い、画面上で
行った作業の内容を作業対象モデル側に設定した基準座
標を用いて記述し、記憶媒体に記録することを特徴とす
るロボット教示方法。
【請求項２】前記ロボットモデルの操作は、前記現場
作業ロボットを操縦する操縦手段と同様の操作手段によ
り行うことを特徴とする請求項１に記載のロボット教示
方法。
【請求項３】作業対象と、この作業対象に作用を加え
る工具と、この工具を操作するロボットとの三次元モデ
ルをコンピュータグラフィックスにより作成して同一画
面上に表示し、実際の作業ロボットに行わせる作業と同
様の作業を、前記画面上のロボットモデルを操作して工
具モデルにより作業対象モデルに対して行い、画面上で
行った作業の内容を作業対象モデル側に設定した基準座
標を用いて記述し、記憶媒体に記録するとともに、この
記録した作業情報を前記作業ロボットの制御手段に与え
て作業ロボットに前記作業を遂行させ、前記作業ロボッ
トによる前記作業の遂行が不可能のときに、前記制御手
段により作業不能を告知し、制御手段に接続した操縦手
段によって前記作業ロボットの操縦を可能にし、前記操
縦手段による操縦後に、前記記憶媒体に記録した作業情
報による作業を続行させることを特徴とするロボット操
縦方法。
【請求項４】作業対象と、この作業対象に作用を加え
る工具と、この工具を操作するロボットとの三次元モデ
ルを作成する演算手段と、この演算手段が作成した前記各三次元モデルを同一画面
上に表示する表示手段と、前記演算手段に接続され、前記表示手段に表示されたロ
ボットモデルに、工具モデルを用いて作業対象モデルに
対して所定の作業を行わせるモデル操作手段と、このモデル操作手段を介して行った前記作業の内容が前
記演算手段によって書き込まれる記憶手段と、実際の作業現場において実際の工具を用いて実際の作業
対象に対して作業を行う作業ロボットと、前記作業現場の所定位置に設置され、前記作業対象の位
置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の検出信号に基づいて、前記作業ロボ
ットと前記作業対象との相対位置を求めるとともに、前
記記憶手段に格納してある作業情報を読み出し、前記作
業ロボットに作業情報に従った作業を行わせるロボット
制御手段と、を有することを特徴とする自動作業システ
ム。