JPH09201784A

JPH09201784A - ロボットの教示装置

Info

Publication number: JPH09201784A
Application number: JP1469496A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kageyama; 雅人影山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】作業に最適なロボットの位置・姿勢を迅速に、
かつ確実に求める。【解決手段】入力された目的位置・姿勢角の教示データ
と、ロボットの周囲に存在する障害物の位置データとに
基づき、当該入力された値にツール先端位置と姿勢角を
維持したままで、冗長な自由度の値を順次変化させたと
きのロボットの各軸の位置と、ロボットから障害物まで
の距離とが順次演算される。そして、ロボットの各軸位
置のリミット位置までの余裕度と、ロボットから障害物
までの距離の余裕度とをパラメータとする評価関数が設
定され、上記演算される冗長な自由度の値を順次変化さ
せたときのロボットの各軸の位置と、ロボットから障害
物までの距離とに基づき評価関数の評価値が順次求めら
れていき、余裕度が最大となる評価値が得られるときの
冗長な自由度の値が最終的に教示データとして決定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットのツール
先端の移動経路を教示する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ティ
−チングプレイバック方式のロボットを工場等の生産現
場で使用する場合には、ロボットに作業を教示している
間は生産ラインを止めなければならない上に、ロボット
に行わせる作業が複雑になるとロボットプログラムを作
成する作業は試行錯誤的なものとなる。このため、ロボ
ットプログラムの作成作業に長時間を要し、作業効率が
損なわれるという問題があった。

【０００３】また、教示作業のためには、ロボットの動
作範囲内にオペレ―タが入らなければならないことがあ
り、このような危険な作業を長時間続けて行うことは、
安全上の観点からも問題があった。

【０００４】ここで、ロボットの教示にロボットマニプ
レ―タ本体を用いず、ロボットコントロ―ラとは別のコ
ンピュ―タでロボットプログラムを作成するオフライン
教示システムでは、このような生産性の問題や安全性の
問題は生じない。

【０００５】この種のオフライン教示システムでは、ロ
ボットの作業可能性の判断を、目的の位置・姿勢に、干
渉を起こすことなくロボットを到達させることができる
経路があるかどうかを判定することで行うようにしてい
た。

【０００６】すなわち、従来技術では、経路を求めた後
に、その経路が妥当かどうかを画面上で判断するように
していた。

【０００７】例えば、特開平５ー１０８７６４号公報や
特開平５ー３２４０４１号公報では、干渉チェック機能
を備えるオフラインシミュレ―ション上でオペレ−タが
ロボットを動作させ、２次元画面上で干渉チェック機能
を頼りに試行錯誤的な作業を繰り返し行い経路を導き出
すようにしている。

【０００８】また、JICST M88010985（「迷路法に基づ
く自由空間算出法を用いた障害物回避動作計画」／近
藤、木村）などに示されるような経路の探索方法アル
ゴリズムを用いて、経路を求め、その結果、妥当な経路
の有無を判断していた。

【０００９】このJICST M88010985の内容のあらましは
以下の通りである。

【００１０】すなわち、ロボットの軸数と同じ次元を持
ち、空間の座標軸にロボットの各軸の角度をあてはめた
空間が、コンフィグレ―ション空間と呼ばれる。ワ―ク
などの干渉物は、このコンフィグレション空間に写像す
ることが出来る。例えば、ある６軸ロボットを、ある位
置｛q1,q2,q3,q4,q5,q6}に動作させたとき、ロボットと
ワ―クと干渉していれば、このコンフィグレ―ション空
間上の点｛q1,q2,q3,q4,q5,q6}には、干渉物があること
になる。ロボットを全動作範囲にわたって変化させれ
ば、コンフィグレ―ション空間上の干渉物の形状も明ら
かになるが、計算量が膨大になる。このJICSTM88010985
では、出発点と到着点が与えられたときに、迷路法によ
ってこの全コンフィグレ―ション空間を計算することな
く、経路を計算する方法を示している。しかしながら、
出発点と、到着点でのすべての軸の角度は与えられるこ
ととして、求めていない。

【００１１】以上のように、JICSTM88010985に示される
経路探索アルゴリズムは、その探索空間の大きさから、
経路が存在しないことを確認するのに通常、分単位の大
きな計算時間を必要するという問題があった。

【００１２】ここに、溶接ロボットが作業するのに最適
なワ―クのレイアウトを調べるような場合には、溶接上
の複数の点に対し画面上でロボットを移動させ、その点
でワ―ク等と干渉せず、かつ溶接が可能な位置姿勢がと
れるかどうかを、ロボットに様々な姿勢とらせながら確
認する必要があり、しかも、こうした作業をワ―クの位
置を変えながら繰り返さなければならない。

【００１３】こうした作業を上述した従来技術により行
った場合には、オペレータに負担がかかるとともに計算
時間が膨大なものとなっていた。

【００１４】さらに、たとえ干渉しない位置が発見でき
た場合であっても、ワ―クにロボットが干渉するまでの
距離や、ロボットの現在の各軸位置は、動作リミット位
置までどの程度余裕があるか、と言った有用な情報につ
いては簡単に得られず、計算した位置まで実際にロボッ
トを移動させると、取り付け誤差などの影響によりワー
クと干渉したり、動作範囲オ―バ―になる場合なども多
かった。

【００１５】このように、従来技術によれば、作業に最
適なロボットの位置・姿勢を迅速に求めることができな
いばかりか、場合によっては、確実性に欠けることにな
っていた。

【００１６】また、オペレ―タにとっても、２次元のグ
ラフィック画面上で作業が可能かどうかを判断し最適な
ロボットの位置・姿勢を求めることは、場合によっては
実際のロボットを動かして教示する場合よりも、さらに
困難であり多くの労力を要することとなっていた。とり
わけ、新たなワ―クの加工を検討する場合など、繰り返
しロボットとワ―クの位置関係を変えながら作業可能性
を判断しなければならないような場合には、オペレ―タ
の負担はさらに大きいものとなっていた。

【００１７】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、作業に最適なロボットの位置・姿勢を迅速
に、かつ確実に求めることができるようにすることを第
１の目的とし、作業が不可能な場合を迅速に判別できる
ようにし、オペレータにかかる負担を軽減することを第
２の目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、この
発明の第１発明では、ロボットのアームに取り付けられ
たツールの先端位置と、当該ツールの姿勢角と、冗長な
自由度の値とを決定することにより当該ロボットの姿勢
が一義的に定まるロボットに適用されるロボットの教示
装置であって、前記ロボットの作業内容に応じて、前記
ツール先端が到達すべき目的位置と、当該目的位置にお
けるツールの目的姿勢角と、前記自由度の値とを、教示
データとして与え、前記ロボットの各軸を駆動して前記
目的位置まで前記ツール先端を移動させ、前記教示デー
タに応じた所望の作業姿勢で前記ロボットに作業を行わ
せるようにしたロボットの教示装置において、前記ツー
ル先端の目的位置と目的姿勢角の教示データを入力する
入力手段と、前記目的位置・姿勢角の教示データと、前
記ロボットの周囲に存在する障害物の位置データとに基
づき、当該入力された値にツール先端位置と姿勢角を維
持したままで、前記冗長な自由度の値を順次変化させた
ときの前記ロボットの各軸の位置と、前記ロボットから
前記障害物までの距離とを順次演算する第１の演算手段
と、前記ロボットの各軸位置のリミット位置までの余裕
度と、前記ロボットから前記障害物までの距離の余裕度
とをパラメータとする評価関数を設定し、前記第１の演
算手段で演算される前記冗長な自由度の値を順次変化さ
せたときの前記ロボットの各軸の位置と、前記ロボット
から前記障害物までの距離とに基づき前記評価関数の評
価値を順次求めていき、余裕度が最大となる評価値が得
られるときの冗長な自由度の値を教示データとして決定
する第２の演算手段とを具えるようにしている。

【００１９】また、この発明の第２発明では、さらに、
前記第２の演算手段で順次求められる余裕度の大きさを
示す評価値がすべて所定のしきい値以下である場合に
は、前記目的位置まで前記ツール先端を移動させること
ができないと判断するようにしている。

【００２０】すなわち、かかる第１発明の構成によれ
ば、入力された目的位置・姿勢角の教示データと、ロボ
ットの周囲に存在する障害物の位置データとに基づき、
当該入力された値にツール先端位置と姿勢角を維持した
ままで、冗長な自由度の値を順次変化させたときのロボ
ットの各軸の位置と、ロボットから障害物までの距離と
が順次演算される。

【００２１】そして、ロボットの各軸位置のリミット位
置までの余裕度と、ロボットから障害物までの距離の余
裕度とをパラメータとする評価関数が設定され、上記演
算される冗長な自由度の値を順次変化させたときのロボ
ットの各軸の位置と、ロボットから障害物までの距離と
に基づき評価関数の評価値が順次求められていき、余裕
度が最大となる評価値が得られるときの冗長な自由度の
値が最終的に教示データとして決定される。

【００２２】すなわち、ロボットの目的作業点における
位置・姿勢の教示データは、作業を実行するために必要
な目的位置・姿勢データ（入力データ）と、冗長な位置
・姿勢データに分けられる。

【００２３】そこで、冗長な位置・姿勢データを順次変
化させながら、評価関数により逐次評価することによ
り、ロボットが目的の作業点において、ただ単に目的の
位置・姿勢を取り得ることができるばかりでなく、動作
範囲に十分余裕があり、かつワ―ク等の障害物との干渉
がない最適な位置・姿勢が最終的に探索される。

【００２４】このような最適な位置・姿勢をとることが
できれば、動作範囲に十分余裕があり、かつワ―ク等の
障害物との干渉がないので、その目的位置までロボット
を到達させるのは容易である。

【００２５】よって、最適な位置・姿勢を探索すること
ができれば、ロボットをその目的位置まで到達させるこ
とができると判断することができる。

【００２６】以上のように、第１発明によれば、作業に
最適なロボットの位置・姿勢を迅速に、かつ確実に求め
ることができる。

【００２７】逆に、冗長な位置・姿勢データを順次変化
させたとしても、ロボットが目的の作業点において、動
作範囲に余裕があり、かつワ―ク等の障害物との干渉が
ない位置・姿勢がとることができないと、評価関数の評
価値が示している場合には、ロボットをその目的位置ま
で到達させることができないと判断することができる。

【００２８】以上のように、第２発明によれば、作業が
不可能な場合を迅速に判別することができるようにな
り、オペレータにかかる負担が飛躍的に軽減される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
るロボットの教示装置の実施の形態について説明する。

【００３０】まず、以下の実施の形態に適用されるロボ
ットについて図１４ないし図１７を参照して説明する。

【００３１】図１４に示すロボット２０は、６軸の垂直
多関節ロボットであり、第１アーム２１と第２アーム２
２とを具えている。同図１４には、ベース面と第１軸
（旋回軸）の回転軸との交点を原点とするベース座標系
ＸーＹーＺが示されている。

【００３２】第２アーム２２の先端には、図１５に示す
ように、所定の作業を行うためのツール２３が配設され
ている。

【００３３】いま、ツール２３の先端２３ａの位置を制
御点と呼ぶことにすると、その制御点の座標位置は、上
記ベース座標系ＸーＹーＺにおける位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
により特定され、そのツール２３の方向はオイラー角
（Ａ、Ｂ、Ｃ）で特定される。ここで、オイラー角
（Ａ、Ｂ、Ｃ）について説明すると、同図に示すよう
に、ベース座標ＸーＹーＺを制御点がその原点になるよ
うに移動させ、Ｘ´ーＹ´ーＺ´座標系を生成する。そ
こで、ツール方向ベクトルをＸ´Ｙ´平面に投影したベ
クトルがＸ´軸となす角がＡとなる。また、ツール方向
ベクトルとＸ´Ｙ´平面とのなす角がＢとなる。Ｃは、
ツール方向ベクトルの回転角である。

【００３４】図１６は構造パラメータＳＰが３ビットの
データで表されることを説明する図である。

【００３５】すなわち、制御点の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と
ツール２３の方向（Ａ、Ｂ、Ｃ）を指定しても、ロボッ
ト２０の各軸の角度は１つに決まらない。これには何通
りの組合せがある。

【００３６】そこで、制御点の位置とツール２３の方向
以外に構造パラメータＳＰと呼ぶものを使って各軸の角
度を１つに決めようとするものである。

【００３７】同図１６に示すように、構造パラメータＳ
Ｐは、６軸角度が正であるか負であるかと、５軸角度が
正であるか負であるかと、制御点がロボット２０の正面
にあるか背面にあるかどうかの組合せからなる。

【００３８】ここで、制御点がロボット２０の正面にあ
る場合とは、図１７（ａ）に示すように、制御点が第１
軸（一点鎖線）より前にある姿勢のことであり、また制
御点がロボット２０の背面にある場合とは、図１７
（ｂ）に示すように、制御点が第１軸（一点鎖線）より
後ろにある姿勢のことである。

【００３９】ここで、走行台車が設けられている６軸ロ
ボット２０の例をとると、ツ―ル２３の先端２３ａの位
置・姿勢は、ｘ、ｙ、ｚ（ツ―ル先端位置）、ａ、ｂ、
ｃ（先端角度）、sp( 構造パラメ―タ）、ｒ（走行台車
の位置）で表すことができる。これら位置・姿勢のデー
タは、溶接等の作業のために必要となる位置・姿勢のデ
ータｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂと、冗長な自由度である残りの
位置・姿勢のデータｃ、sｐ、ｒとに分けることができ
る。

【００４０】（１）冗長な自由度を変化させ、最適な位
置・姿勢を評価関数によって求める。ここでは、溶接ロ
ボットを例にとる。溶接ロボット２０はトーチ２３を、
溶接線に対して一定の角度で移動させることにより溶接
作業を行うものである。

【００４１】すなわち、この場合、ア―ク溶接ロボット
としては、溶接開始点に接近して、溶接線上の各点を順
次移動し、溶接終了点から待避する動きをする。

【００４２】そこで、こうした作業点Ｐw（溶接開始
点、溶接線上の各点、溶接待避点）へ到達できるかどう
かを評価関数を用いて判断しようとするものである。

【００４３】こうした作業点の位置・姿勢のデータは、
前述したように、作業に必要な目的位置・姿勢と、作業
に必要でない冗長な自由度とに分類することができる。

【００４４】つまり、目的位置ｘ、ｙ、ｚと目的角度
ａ、ｂが、溶接の加工条件によって定まる目的位置・姿
勢であり、残る自由度ｃとｓｐが冗長な自由度である。

【００４５】そこで、ツール先端２３ａが作業点Ｐwに
位置されている状態（ｘ、ｙ、ｚとａ、ｂが固定）で、
この冗長な自由度ｃとｓｐを順番に変化させ新たな位置
・姿勢を順次生成していき、ワーク等の障害物と干渉し
ない位置・姿勢を探索するようにし、この探索できた干
渉しない位置・姿勢を、新たな初期位置・姿勢として、
その新たな初期位置・姿勢から、ア―ムに沿った中間位
置・姿勢を求めることができる。つまり、これにより待
避経路や接近経路を生成することができる。

【００４６】さらに、ワ―ク２４とロボット２０との距
離と、ロボット２０の各軸のリミット位置（角度）まで
の余裕を評価することによって、さらに、よりよい位置
・姿勢を探索することができる。また、評価関数値によ
って実際にその位置・姿勢に到達することの難しさ度合
いを評価、判断することもできる。

【００４７】図１は、評価関数を用いて作業点Ｐwに到
達できるかどうかを判断する処理の手順を示すフローチ
ャートである。

【００４８】ここで、ｑOi は、ロボット２０の６軸の
うちの第ｉ軸の基準角度、つまりリミット角度を示して
いる。また、ｑiは、冗長な自由度ｃ、ｓｐから逆変換
によって求められる第ｉ軸の角度を示す。また、ｄｑ
は、ロボット２０の各軸の角度の基準角度に対する変化
量を示している。ＷＱiは、ロボット２０の軸ｉ毎の重
みである。また、ｄは、その位置・姿勢におけるロボッ
ト２０とワ―ク２４との最小の距離を示す。ただし、ロ
ボット２０の部品毎に定められた倍率によって個々のロ
ボット２０の部品とワ―ク２４との距離は、補正されて
おり、ツ―ル２３とワ―ク２４のみの距離を演算するこ
とを避けている。

【００４９】そして、その位置・姿勢（ｘ、ｙ、ｚと
ａ、ｂが固定）で、最後に得られるcbest、sp bestが最
も良い冗長自由度であり、e bestが最も良い評価関数値
になる。すなわち、評価関数ｅ＝ｆ（ｄ、ｄｑ）の評価
値ｅは、ｄが大きいほど（ワークまでの距離に余裕があ
るほど）、ｄｑが大きいほど（リミットまで余裕がある
ほど）、よりよい評価値となる。この場合、関数ｆは、
関数値ｅが小さいほど、よりよい評価値となるように設
定されているものとする。よって、逆にいうと、e best
の値が大きさが、作業点Ｐwに到達することの難しさ度
合いを示すことにもなる。

【００５０】すなわち、同図１に示すように、まず、溶
接の加工条件によって定まるｘ、ｙ、ｚとａ、ｂが、作
業点Ｐwの目的位置・姿勢データとして入力される（ス
テップ１０１）。

【００５１】そして、冗長な自由度ｃ、ｓｐ、最もよい
自由度c best、sp bestが零にイニシャライズされると
ともに、評価関数値e bestが大きな定数ＢＮに設定され
る。この大きな定数ＢＮは、作業点Ｐwに到達できない
ことを判断するためのしきい値である（ステップ１０
２）。

【００５２】ついで、冗長な自由度ｃ、ｓｐから逆変換
によって求められる各軸ｉの角度に基づいて、基準角
度に達しているかどうかのリミットチェックがなされる
（ステップ１０３）。

【００５３】この結果、リミットに達していると判断さ
れたならば、評価値を求めることなく、冗長な角度ｃ、
ｓｐを順次変化させていく（ステップ１０４〜１０
７）。

【００５４】一方、ステップ１０３でリミットに達して
いないと判断されたならば、ステップ１１１に移行さ
れ、各軸ｉの角度ｑiのリミット角度ｑ0までの余裕度ｄ
ｑが演算されるとともに、ロボット２０からワーク２４
等の障害物までの最小距離ｄが演算され、これらに基づ
いて評価関数ｆにより評価値ｅが演算される（ステップ
１１１）。

【００５５】ついで、求められた距離ｄが零以上でか
つ、求められた評価値ｅが前回までの最もよい評価値e
bestより小さい（よりよい評価値）かどうかが判断され
る（ステップ１１２）。判断結果がＮＯならば、最もよ
い自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestを更
新することなく、手順はステップ１０４に移行され、冗
長な角度ｃ、ｓｐを、つぎの値に変化させる処理を行う
（ステップ１０４〜１０７）。

【００５６】上記ステップ１１２の判断結果がＹＥＳな
らば、よりよい自由度、よりよい評価値が得られた場合
なので、現在、取得されている値ｅ、ｃ、ｓｐで、最も
よい自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestが
更新される（ステップ１１３）。

【００５７】こうして、冗長な角度ｃ、ｓｐをすべての
範囲にわたって変化させて、最終的に取得された最もよ
い評価値e bestが、上記大きな定数ＢＮであるかどうか
が判断される（ステップ１０８）。

【００５８】上記大きな定数ＢＮは、作業点Ｐwに到達
できないことを判断するためのしきい値であるので、ス
テップ１０８の判断結果がＹＥＳならば、ロボット２０
はその作業点Ｐwに到達できないと判断される（ステッ
プ１０９）。

【００５９】一方、最終的に取得された最もよい評価値
e bestが、上記大きな定数ＢＮよりも小さい場合には
（ステップ１０８の判断ＮＯ）、作業点Ｐwにロボット
２０が到達できる可能性ありとの判断がなされ、最終的
に取得された最もより自由度cbest、sp bestの値が、教
示データｃ、ｓｐとして出力されることになる。こうし
て得られた位置・姿勢の教示データ（ｘ、ｙ、ｚ、ａ、
ｂ、ｃ、ｓｐ）に基づき作業点Ｐwにおけるロボット各
軸の角度を求めるようにすれば、ロボット２０の姿勢
を、ワーク等との干渉もなく動作範囲に余裕のある最適
な姿勢にすることができる（ステップ１１０）。

【００６０】また、図１では、目的角度（ツール姿勢
角）ａ、ｂを固定のままとしたが、これら目的角度ａ、
ｂの角度についても、溶接の加工条件の許す範囲で変化
させるようにしてもよい。また、図１では、冗長な自由
度ｃ、ｓｐを、次第に大きくするよう変化させている
が、変化の方法としても任意であり、乱数で与えてもよ
い。また、最初は、大きな刻みで変化させ、よい評価値
ｅが取得される範囲では、細かい刻みで変化させてもよ
い。また、冗長自由度を変化させればよいのであるか
ら、例えば、走行台車付きのロボットシステムであれ
ば、冗長な自由度である走行台車の位置を変化させるよ
うにしてもよい。

【００６１】また、この実施の形態で想定している図１
４に示す構造のロボット２０の場合、構造パラメ―タｓ
ｐを変えたとき、６軸の構造パラメ−タは６軸を３６０
度回転させ、５軸の構造パラメ―タの場合は４軸を１８
０度回転させるようになり、４軸は１８０度回転させた
とき同じ形状になるので、構造パラメ―タｓｐを変更し
ても外見上の変化はない。従って、構造パラメ―タｓｐ
は、上記ステップ１１１、１１２の干渉チェックを行わ
なくても適当に決めてよい。このように、干渉チェック
の回数を減らして、処理時間の短縮を図ることができる
処理手順を図２に示す。

【００６２】この図２では、冗長な自由度ｃ、ｓｐを変
化させる処理であるステップ２０３〜２０８が、図１の
ステップ１０３〜１０７と異なっている点を除いて、図
１と同様の処理が実行される。すなわち、リミットチェ
ック（ステップ２０４）でＯＫと判断された構造パラメ
ータｓｐについてのみ順次角度ｃを変化させていき（ス
テップ２０７、２０８）、干渉チェック（ステップ２１
２、２１３）を順次行なうようにしている。これにより
処理時間の短縮が図られる。

【００６３】（２）到達可能の度合いを表示する。

【００６４】図１４に示す構造のロボット２０の場合、
第５軸が０度になる姿勢では、第６軸と第４軸の回転軸
が一直線上に重なることになる。このとき、ツ―ル２３
の前端角度から計算すると、第６軸と第４軸の回転角度
が定まらず逆変換演算が行なえなくなる。そして、第５
軸の回転位置（プラスかマイナスか）を示す構造パラメ
―タｓｐが変化する（図１６参照）ような移動では、必
然的に第５軸が０度になる姿勢を通らなければならな
い。

【００６５】よって、逆変換演算を行い、ツール先端位
置を補間する直線移動命令や、円弧移動命令では、第５
軸の回転位置を示す構造パラメ―タｓｐが変化するよう
な移動をさせることは、避けなければならない。

【００６６】そこで、この実施の形態の教示装置では、
複数の目的位置を同時に記憶して、例えば溶接区間のよ
うに、その目的位置・姿勢の間を直線移動命令や、円弧
移動命令などにより補間する処理を行うときには、複数
の目的位置の構造パラメ―タｓｐを統一して残りの自由
度を変化させることで、最適な位置・姿勢を演算するよ
うにしている。

【００６７】図３、図４は、かかる処理の手順を示すフ
ローチャートである。

【００６８】ここで、ｘ（），ｙ（），ｚ（），
ａ（），ｂ（）は、複数の目的位置を保存する１次元の
配列であり、Ｎは、目的位置の数である。また、ｅ（）
（），ｃ（）（），ｓｐ（）（）は、第５軸の回転位置
を示す構造パラメータ、目的位置を変数とする評価関数
値ｅ、Ｃ角度、構造パラメ―タｓｐの２次元の配列であ
る。例えば、ｅ（０）（０）は、第５軸の回転位置を示
す構造パラメ―タが０の時の、０番目の目的位置・姿勢
の評価関数値であり、ｅ（１）（２）は、第５軸の回転
位置を示す構造パラメ―タが１の時の、２番目の目的位
置・姿勢の評価関数値である。

【００６９】また、e best all()は、第５軸の回転位置
を示す構造パラメータ別に保存される評価関数値の総和
である。最終的には、e best all(0) か、e best all
(1) のどちらか小さいほう（よりよい評価値が得られる
ほう）の第５軸の回転位置を示す構造パラメ―タが選択
されることになる。

【００７０】すなわち、図３に示すように、複数の目的
位置・姿勢のデータｘ（），ｙ（），ｚ（），ａ（），
ｂ（）が１次元の配列として入力されるとともに、目的
位置の数Ｎが入力される（ステップ３０１）。

【００７１】そして、第５軸の回転位置を示す構造パラ
メータｉ、構造パラメータｓｐがそれぞれ０にイニシャ
ライズされる（ステップ３０２）。

【００７２】ついで、目的位置を示すｉ、評価関数値の
総和e best all()がそれぞれ０にイニシャライズされる
（ステップ３０４）。

【００７３】そして、ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂの内容をそれ
ぞれ、ｘ（ｉ），ｙ（ｉ），ｚ（ｉ），ａ（ｉ），ｂ
（ｉ）にして（ステップ３０４）、手順は図４のステッ
プ３１３に移行され、以後、上記図１と同様にして、最
もよい評価関数値e best、最もよい自由度c best、sp b
estを探索する処理が実行される。

【００７４】すなわち、冗長な自由度ｃ、構造パラメー
タｓｐのうち第５軸の回転位置以外のものを示す構造パ
ラメータｋ、最もよい自由度c best、sp bestが零にイ
ニシャライズされるとともに、評価関数値e bestが大き
な定数ＢＮに設定される。この大きな定数ＢＮは、目的
位置に到達できないことを判断するためのしきい値であ
る（ステップ３１３）。

【００７５】ついで、冗長な自由度ｃ、ｓｐから逆変換
によって求められる各軸ｉの角度に基づいて、基準角
度に達しているかどうかのリミットチェックがなされる
（ステップ３１４）。

【００７６】この結果、リミットに達していると判断さ
れたならば、評価値を求めることなく、冗長な角度ｃ、
構造パラメータｓｐ、ｋを順次変化させていく（ステッ
プ３１５〜３１８）。

【００７７】一方、ステップ３１４でリミットに達して
いないと判断されたならば、ステップ３２０に移行さ
れ、各軸ｉの角度ｑiのリミット角度ｑ0までの余裕度ｄ
ｑが演算されるとともに、ロボット２０からワーク２４
等の障害物までの最小距離ｄが演算され、これらに基づ
いて評価関数ｆにより評価値ｅが演算される（ステップ
３２０）。

【００７８】ついで、求められた距離ｄが零以上でか
つ、求められた評価値ｅが前回までの最もよい評価値e
bestより小さい（よりよい評価値）かどうかが判断され
る（ステップ３２１）。判断結果がＮＯならば、最もよ
い自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestを更
新することなく、手順はステップ３１５に移行され、冗
長な角度ｃ、構造パラメータｓｐ、ｋを、つぎの値に変
化させる処理を行う（ステップ３１５〜３１８）。

【００７９】上記ステップ３２１の判断結果がＹＥＳな
らば、よりよい自由度、よりよい評価値が得られた場合
なので、現在、取得されている値ｃ、ｓｐ、ｅで、最も
よい自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestが
更新される（ステップ３２２）。

【００８０】こうして、冗長な角度ｃ、ｓｐ、ｋをすべ
ての範囲にわたって変化させて、最終的に取得された最
もよい評価値e best、最もよい自由度c best、sp best
が、ｅ（ｊ）（ｉ）、ｃ（ｊ）（ｉ）、ｓｐ（ｊ）
（ｉ）の内容とされ（ステップ３１９）、手順は図３の
ステップ３０５に移行される。

【００８１】そして、e best all(j)に上記ステップ３
１９で取得された最もよい評価値e bestを加えたもの
が、新たな評価関数値の総和e best all(j)とされる
（ステップ３０５）。

【００８２】以下、目的位置ｉがＮまで順次更新されて
（ステップ３０６、３０７）、第５軸の回転位置を示す
構造パラメータが０（ｊ＝０）のときの評価関数値の総
和ebest all(j)が最終的に取得されることになる。

【００８３】以後、今度は、構造パラメータｓｐ、第５
軸の回転位置を示す構造パラメータｊが、更新されて
（ステップ３０８、３０９）、同様の処理が実行され
（ステップ３０１〜３０７、ステップ３１３〜３１
９）、第５軸の回転位置を示す構造パラメータが１（ｊ
＝１）のときの評価関数値の総和e best all(j)が最終
的に取得されることになる。

【００８４】そして、こうして取得された両評価関数値
の総和e best all(0)、e best all(1)の大きさが比較さ
れる（ステップ３１０）。

【００８５】この結果、第５軸の回転位置を示す構造パ
ラメータが０のときの評価値の総和の方がよい評価値で
あるならば（ステップ３１０の判断ＹＥＳ）、第５軸の
回転位置を示す構造パラメータが０のときの評価関数値
ｅ、Ｃ角度、構造パラメ―タｓｐの２次元の配列ｅ
（０）（），ｃ（０）（），ｓｐ（０）（）が選択され
る（ステップ３１１）。一方、第５軸の回転位置を示す
構造パラメータが１のときの評価値の総和の方がよい評
価値であるならば（ステップ３１０の判断ＮＯ）、第５
軸の回転位置を示す構造パラメータが１のときの評価関
数値ｅ、Ｃ角度、構造パラメ―タｓｐの２次元の配列ｅ
（０）（），ｃ（０）（），ｓｐ（０）（）が選択され
ることになる（ステップ３１２）。

【００８６】こうして、最終的に選択された、第５軸の
回転位置を示す構造パラメータが統一された最もよい自
由度ｃ（０）（），ｓｐ（０）（）が、溶接経路の教示
データｃ、ｓｐとして出力されることになる。こうして
得られた位置・姿勢の教示データ（ｘ、ｙ、ｚ、ａ、
ｂ、ｃ、ｓｐ）に基づき、溶接経路上の各目的位置Ｐw
におけるロボット各軸の角度を求めるようにすれば、ロ
ボット２０の姿勢を、ワーク等との干渉もなく動作範囲
に余裕のある最適な姿勢にすることができる。

【００８７】なお、このフロ―チャ―トでは示されてい
ないが、e best all(0) ＞＝ＢＮのとき、この構造パラ
メ―タ０では、干渉しないで、この区間を移動すること
ができないと判断されることになる。

【００８８】このようにして、溶接経路上の教示データ
が取得されるわけであるが、評価関数値ｅがとる値に応
じて、各目的位置を、複数のレベルの色、または異なる
形状で表示することにより、複数の目的位置毎に、到達
可能の困難度の度合いを表示するようにしてもよい。（３）距離の計算方法さて、ロボット２０とワ―ク２４との距離の計算方法と
しては、多くの方法が考えられるが、以下のようにして
求めることもできる。

【００８９】すなわち、図５に示すように、物体の表面
を等間隔のメッシュで区切り、そのメッシュの交点に、
お互いが隙間なく接するような小球を考える。

【００９０】２つの物体があるとき、すべてのメッシュ
交点の距離を求め、その最小の距離をｄmとし、小球の
半径をｒｓとすると、物体間の距離ｄoとｄm、ｒｓの関
係は、ｄo＞ｄmー２ｒｓとなる。ここで、メッシュを十分に細かくすると、ｄo
は真の物体間の距離に近ずく。ｄoが負の時、物体は干
渉していることになる。

【００９１】距離の計算は、図６に示すように、部品を
包む近接球を設定し、この近接球間の距離を計算して、
その距離が予め設定したしきい値以下である場合のみ、
精密な距離計算をすることによって、無駄な距離計算を
省くようにする。

【００９２】いま、ある目的位置でロボット２０とワ―
ク２４の各部品間で最小の距離を求める場合を考える。
この場合、部品間の距離のうち最小のもののみを求めれ
ばよいのであるから、近接球の距離のうち最小のものの
みを求めるだけでよく、余分な計算を省くことができ
る。つまり、計算ル―プの中で、順次、近接球間の距離
の最小値dis min を更新していき、最終的に得られた近
接球間の距離dis minについてのみ精密な距離計算を行
えばよい。これにより時間のかかる精密な距離計算の回
数を少なくすることができ、演算時間を大幅に短縮する
ことができる。

【００９３】図７は、かかる演算時間を短縮することが
できる処理の手順を示すフローチャートである。

【００９４】ここで、図中のpart of robot[i]は、ロボ
ット２０の各部品の形状デ―タ、位置デ―タが納められ
ている配列であり、parts of work[j]は、ワ―ク２４の
各部品の形状デ―タ、位置デ―タが納められている配列
である。

【００９５】上記配列には、部品の形状を示すデ―タの
他、近接球(circumsphere)の中心座標位置、半径等のデ
ータも納められている。

【００９６】また、定数ＦＮは、予め与えられるとされ
る距離計算の為のしきい値であり、この距離ＦＮ以上、
ロボット２０とワ―ク２４とが離れている場合には、十
分に安全であると判断できる距離のことである。

【００９７】図７の処理では、まず、dis minの内容が
上記定数ＦＮに設定されるとともに、ロボット２０の部
品の番号ｉが０にイニシャライズされる（ステップ４０
１）。ついで、ワーク２４の部品の番号ｊが０にイニシ
ャライズされる（ステップ４０２）。

【００９８】そして、距離を求めるべきロボット部品pa
rts1の内容がpart of robot[i]にされるとともに、距離
を求めるべきワーク部品parts2の内容がparts of work
[j]にされるとともに、ｉ、ｊがそれぞれ＋１インクリ
メントされる（ステップ４０３）。

【００９９】そして、現在のロボット２０とワーク２４
との距離disの内容が、ロボット部品parts1の近接球と
ワーク部品parts2の近接球との距離にされる（ステップ
４０４）。

【０１００】ここで、disがdis minよりも小さいか否か
が判断される（ステップ４０５）。この結果、判断がＮ
Ｏである場合には、精密な距離計算を行うことなく、手
順はステップ４１０に移行される。

【０１０１】そして、ロボット部品の番号ｉが、ロボッ
ト部品の個数（number of parts ofrobot）より小さい
か、あるいは、ワーク部品の番号ｊが、ワーク部品の個
数（number of parts of work）より小さい限りは（ス
テップ４１０、４１１の判断ＹＥＳ）、ロボット部品の
番号ｉあるいはワーク部品の番号ｊを順次変化させて、
ロボット部品の番号ｉとワーク部品の番号ｊの組合せを
変えた上で、ステップ４０３以降同様の処理を繰り返
す。

【０１０２】一方、ステップ４０５の判断結果がＹＥＳ
の場合には、精密な距離計算を行うべく、手順はステッ
プ４０６に移行される。

【０１０３】そして、ロボット部品parts1とワーク部品
parts2の正確な距離が演算され、その正確な距離がdis
の内容とされる（ステップ４０６）。

【０１０４】さらに、ステップ４０５と同様にして、現
在のdisがdis minよりも小さいか否かが判断される（ス
テップ４０７）。判断結果がＮＯである場合には、ステ
ップ４０５で判断ＮＯとされた場合と同様な処理が実行
されるが、判断ＹＥＳの場合には、現在のdisが最小の
距離であるので、このdisがdis minの内容とされる（ス
テップ４０８）。

【０１０５】ついで、こうして得られた現在の最小の距
離dis minが、０であるか否かが判断される（ステップ
４０９）。

【０１０６】この結果、判断ＹＥＳの場合には、ワーク
２４と干渉するものと判断して（ステップ４１３）、そ
の時点以後の距離演算を中止して、距離計算を終了させ
る。一方、ステップ４０９の判断がＮＯの場合には、さ
らに距離演算を行うべく、手順はステップ４１０に移行
される。

【０１０７】そして、ロボット部品の番号ｉが、ロボッ
ト部品の個数（number of parts ofrobot）より小さい
か、あるいは、ワーク部品の番号ｊが、ワーク部品の個
数（number of parts of work）より小さい限りは（ス
テップ４１０、４１１の判断ＹＥＳ）、ロボット部品の
番号ｉあるいはワーク部品の番号ｊを順次変化させて、
ロボット部品の番号ｉとワーク部品の番号ｊの組合せを
変えた上で、ステップ４０３以降同様の処理を繰り返
す。

【０１０８】こうして、最終的に、最小の距離dis min
が取得され、これが、目的位置において位置・姿勢が変
化された後のロボット２０とワーク２４との最小距離で
あるとされる（ステップ４１２）。

【０１０９】こうした距離の計算に当たっては、ト―チ
先端２３ａが、常にワ―ク２４に当接した状態で距離を
計算しなければならないことを考慮しなければならな
い。

【０１１０】すなわち、溶接ロボット２０の場合、ワイ
ヤ―は常にワ―ク２４に干渉している状態にあり、ト―
チの先端部分２３ａはワ―ク２４の開先部分にごく接近
して使われることが多い。

【０１１１】ここで、ロボット２０とワ―ク２４との最
小距離を評価しようとする場合、単純にロボット２０と
ワ―ク２４との最小の距離に基づき行うものとすると、
ト―チ部２３あるいはワイヤ―部と、ワ―ク２４との最
小距離のみを評価してしまうことになり、ロボット２０
の他の部分を無視することになる。

【０１１２】逆に、ト―チ部２３あるいはワイヤ―部を
完全に無視してしまうと、ト―チ部２３がワ―ク２４と
接触してしまう虞もある。

【０１１３】そこで、図８に示す処理では、ロボット２
０の各部位（各部品）毎に、距離に対する重みを与える
ことによって、この問題を解決するようにしている。

【０１１４】ここで、ワイヤ―は、接触して作業を行う
ので距離計算を行わないこととしており、ト―チ先端２
３ａの部分は、計算で求めた距離を拡大するようにして
いる。また、柔軟なゴムなどで作られている部品など
は、干渉に対する危険性は小さいと評価できるので、距
離を小さく評価してもよい。

【０１１５】図８において、magnification parts of r
obot[i]は、ロボット部品毎の拡大率であり、予め与え
られているものとする。たとえば、この数値が−１と負
であれば、この部品についての距離計算は行われない。

【０１１６】例えば、ワイヤ―部は−１、ト―チ先端部
は５０、その他の部品は１に設定される。

【０１１７】図８における処理内容は、基本的には、前
述した図７と同内容であり、図７のステップ４０３、４
０４の代わりに、ステップ５０３、５０４、５０５が、
また図７のステップ４０６の代わりに、ステップ５０７
が実行される点のみが異なっている。

【０１１８】すなわち、ステップ５０３では、距離を求
めるべきロボット部品parts1の内容がparts of robot
[i]にされるとともに、距離を求めるべきワーク部品par
ts2の内容がparts of work[j]にされるとともに、ｉ、
ｊがそれぞれ＋１インクリメントされる。さらに、rati
oの内容が、現在のロボット部品の拡大率magnification
parts of robot[i]にされる（ステップ５０３）。

【０１１９】ついで、ratioが０よりも大きいか否かが
判断される（ステップ５０４）。この結果、ratioが０
以下であると判断された場合、たとえば、現在のロボッ
ト部品がワイヤ―部であるような場合には、以下の距離
計算を行うことなく、手順はステップ５１１に移行さ
れ、以後、ｉ、ｊが所要に更新される。

【０１２０】一方、ratioが０より大きいと判断された
場合、たとえば、現在のロボット部品がト―チ先端部２
３ａあるいは、ワイヤー部を除く他の部品であるような
場合には、以下の距離計算を行うべく、手順はステップ
５０５に移行される。

【０１２１】そして、現在のロボット２０とワーク２４
との距離disの内容が、ロボット部品parts1の近接球と
ワーク部品parts2の近接球との距離にされる。さらに、
disの内容が、dis・ratioとされ、距離に対する重みが
付与される。ここで、重みは、前述したように、たとえ
ばト―チ先端部２３ａなら５０、その他の部品は１であ
る（ステップ５０５）。

【０１２２】ステップ５０７では、ロボット部品parts1
とワーク部品parts2の正確な距離が演算され、その正確
な距離がdisの内容とされる。さらに、disの内容が、di
s・ratioとされ、距離に対する重みが付与される（ステ
ップ５０７）。

【０１２３】さて、こうした、ト―チ部２３の距離のみ
を評価し、ロボット２０の他の部分を無視する問題は、
例えば、ト―チ部２３と、その他のロボットの部分の最
小距離を別々に計算して、その平均を求めることによっ
ても、ある程度解決することができる。

【０１２４】しかしながら、この場合には、ト―チ部２
３の距離を過大に評価してしまい、ト−チ部２３の距離
の影響を自由に調節できない。また、２つの部分毎に最
小距離を求めることになるので、近接球間の距離を小さ
くしていくことで計算の効率を上げる処理方法をとった
とき、計算しなくてもよかった部品間の精密な距離を演
算しなければならないことが多くなり、計算速度が遅く
なってしまう。

【０１２５】（４）評価関数を向上させる距離の予測に
よる高速化以下、ある距離のしきい値を設定して、距離の計算の途
中において、ロボット２０の一部とワ―ク２４の一部が
このしきい値よりも小さくなった場合に、もはや評価関
数値は向上しないものとして、残りの距離の計算を中断
することによって、最適な目的位置・姿勢を求める演算
を高速化することができる実施の形態について説明す
る。

【０１２６】ここで、評価関数は、ロボット部品の拡大
率を考慮した最小距離ｄの関数ｆ1(ｄ)と、ロボット軸
の角度の基準角度からの変化量の関数ｆ2(ｄｑ)の和、ｅ＝ｆ1(ｄ)＋ｆ2(ｄｑ) から成るものとする。

【０１２７】そして、目的位置において、冗長な自由度
を変化させ、評価関数の値ｅを得る。

【０１２８】こうして順次取得された評価値のうち最小
となる最もよい評価値をe bestとしたとき、距離、 dmin worst＝(ｆ1)-1(e best-ｆ2(ｄｑ)) が、この目的位置・姿勢において評価関数値が向上する
ための最小のロボット２０とワ―ク２４との距離とな
る。逆にいうと、この距離dmin worst以上ロボット２０
とワーク２４が近づくと評価関数値は、e bestよりもよ
くならない。

【０１２９】図９、図１０は、かかる内容を処理する手
順を示すフローチャートである。なお、この処理では、
上記実施の形態（３）と同様に、ト―チ部分２３をロボ
ット２０の他の部分と同様に取り扱いがことができ、計
算の中断についてもト―チ部分２３を特別に取り扱うこ
となく行えるようになっている。

【０１３０】すなわち、図９に示すように、まず、溶接
の加工条件によって定まるｘ、ｙ、ｚとａ、ｂが、作業
点Ｐwの目的位置・姿勢データとして入力される（ステ
ップ６０１）。

【０１３１】そして、冗長な自由度ｃ、ｓｐ、最もよい
自由度c best、sp bestが零にイニシャライズされると
ともに、評価関数値e bestが大きな定数ＢＮに設定され
る。この大きな定数ＢＮは、作業点Ｐwに到達できない
ことを判断するためのしきい値である（ステップ６０
２）。

【０１３２】ついで、冗長な自由度ｃ、ｓｐから逆変換
によって求められる各軸ｉの角度に基づいて、基準角
度に達しているかどうかのリミットチェックがなされ
る。

【０１３３】そして、各軸ｉの角度に基づいて、ロボッ
ト２０を構成する部品のそれぞれの位置が計算される
（ステップ６０３）。

【０１３４】この結果、リミットに達していると判断さ
れたならば、評価値を求めることなく、冗長な角度ｃ、
ｓｐを順次変化させていく（ステップ６０４〜６０
７）。

【０１３５】一方、ステップ６０３でリミットに達して
いないと判断されたならば、ステップ６１１に移行さ
れ、各軸ｉの角度ｑiのリミット角度ｑ0までの余裕度ｄ
ｑが演算される。さらに、現在のｄｑとe bestと、評価
関数ｅ＝ｆ1(ｄ)＋ｆ2(ｄｑ)に基づき、距離のしきい値
dmin worst＝(ｆ1)-1(e best-ｆ2(ｄｑ))が求められる
（ステップ６１１）。

【０１３６】ついで、手順は図１０のステップ７０１に
移行される。

【０１３７】図１０の処理では、まず、dis minの内容
が上記定数ＦＮに設定されるとともに、ロボット２０の
部品の番号ｉが０にイニシャライズされる（ステップ７
０１）。ついで、ワーク２４の部品の番号ｊが０にイニ
シャライズされる（ステップ７０２）。

【０１３８】そして、距離を求めるべきロボット部品pa
rts1の内容がpart of robot[i]にされるとともに、距離
を求めるべきワーク部品parts2の内容がparts of work
[j]にされるとともに、ｉ、ｊがそれぞれ＋１インクリ
メントされる。さらに、ratioの内容が、現在のロボッ
ト部品の拡大率magnification parts of robot[i]にさ
れる（ステップ７０３）。

【０１３９】ついで、ratioが０よりも大きいか否かが
判断される（ステップ７０４）。この結果、ratioが０
以下であると判断された場合、たとえば、現在のロボッ
ト部品がワイヤ―部であるような場合には、以下の距離
計算を行うことなく、手順はステップ７１１に移行さ
れ、以後、ｉ、ｊが所要に更新される。

【０１４０】一方、ratioが０より大きいと判断された
場合、たとえば、現在のロボット部品がト―チ先端部２
３ａあるいは、ワイヤー部を除く他の部品であるような
場合には、以下の距離計算を行うべく、手順はステップ
７０５に移行される。

【０１４１】そして、現在のロボット２０とワーク２４
との距離disの内容が、ロボット部品parts1の近接球と
ワーク部品parts2の近接球との距離にされる。さらに、
disの内容が、dis・ratioとされ、距離に対する重みが
付与される。ここで、重みは、前述したように、たとえ
ばト―チ先端部２３ａなら５０、その他の部品は１であ
る（ステップ７０５）。

【０１４２】ここで、disがdis minよりも小さいか否か
が判断される（ステップ７０６）。この結果、判断がＮ
Ｏである場合には、精密な距離計算を行うことなく、手
順はステップ７１１に移行される。

【０１４３】そして、ロボット部品の番号ｉが、ロボッ
ト部品の個数（number of parts ofrobot）より小さい
か、あるいは、ワーク部品の番号ｊが、ワーク部品の個
数（number of parts of work）より小さい限りは（ス
テップ７１１、７１２の判断ＹＥＳ）、ロボット部品の
番号ｉあるいはワーク部品の番号ｊを順次変化させて、
ロボット部品の番号ｉとワーク部品の番号ｊの組合せを
変えた上で、ステップ７０３以降同様の処理を繰り返
す。

【０１４４】一方、ステップ７０６の判断結果がＹＥＳ
の場合には、精密な距離計算を行うべく、手順はステッ
プ７０７に移行される。

【０１４５】ステップ７０７では、ロボット部品parts1
とワーク部品parts2の正確な距離が演算され、その正確
な距離がdisの内容とされる。さらに、disの内容が、di
s・ratioとされ、距離に対する重みが付与される（ステ
ップ７０７）。

【０１４６】さらに、ステップ７０６と同様にして、現
在のdisがdis minよりも小さいか否かが判断される（ス
テップ７０８）。判断結果がＮＯである場合には、ステ
ップ７０６で判断ＮＯとされた場合と同様な処理が実行
されるが、判断ＹＥＳの場合には、現在のdisが最小の
距離であるので、このdisがdis minの内容とされる（ス
テップ７０９）。

【０１４７】ついで、こうして得られた現在の最小の距
離disが、評価関数値ｅが向上するかどうかを判断する
ためのしきい値dmin worstより小さいか否かが判断され
る（ステップ７１０）。

【０１４８】この結果、判断ＹＥＳ、つまり、その距離
disでは、もはや評価関数値ｅが向上しないと判断した
場合には、その時点以後の距離演算を中止して、目的位
置・姿勢におけるロボット２０とワーク２４との距離ｄ
の内容を０にして（ステップ７１４）、距離計算を終了
させる。

【０１４９】一方、ステップ７１０の判断がＮＯ、つま
り、その距離disであれば、評価関数値ｅが向上すると
判断した場合には、さらに距離演算を行うべく、手順は
ステップ７１１に移行される。

【０１５０】そして、ロボット部品の番号ｉが、ロボッ
ト部品の個数（number of parts ofrobot）より小さい
か、あるいは、ワーク部品の番号ｊが、ワーク部品の個
数（number of parts of work）より小さい限りは（ス
テップ７１１、７１２の判断ＹＥＳ）、ロボット部品の
番号ｉあるいはワーク部品の番号ｊを順次変化させて、
ロボット部品の番号ｉとワーク部品の番号ｊの組合せを
変えた上で、ステップ７０３以降同様の処理を繰り返
す。

【０１５１】こうして、最終的に、評価関数値ｅが向上
するとされる最小の距離dis minが取得され、これが、
位置・姿勢が変化された後の目的位置・姿勢におけるロ
ボット２０とワーク２４との最小距離ｄであるとされる
（ステップ７１３）。

【０１５２】手順は再び図９のステップ６１２に移行さ
れ、現在の最小距離ｄと現在のｄｑとにより評価値ｅが
演算される（ステップ６１２）。

【０１５３】ついで、求められた距離ｄが零以上でか
つ、求められた評価値ｅが前回までの最もよい評価値e
bestより小さい（よりよい評価値）かどうかが判断され
る（ステップ６１３）。判断結果がＮＯならば、最もよ
い自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestを更
新することなく、手順はステップ６０４に移行され、冗
長な角度ｃ、ｓｐを、つぎの値に変化させる処理を行う
（ステップ６０４〜６０７）。

【０１５４】上記ステップ６１３の判断結果がＹＥＳな
らば、よりよい自由度、よりよい評価値が得られた場合
なので、現在、取得されている値ｅ、ｃ、ｓｐで、最も
よい自由度c best、sp best、最もよい評価値e bestが
更新される（ステップ６１４）。

【０１５５】こうして、冗長な角度ｃ、ｓｐをすべての
範囲にわたって変化させて、最終的に取得された最もよ
い評価値e bestが、上記大きな定数ＢＮであるかどうか
が判断される（ステップ６０８）。

【０１５６】上記大きな定数ＢＮは、作業点Ｐwに到達
できないことを判断するためのしきい値であるので、ス
テップ６０８の判断結果がＹＥＳならば、ロボット２０
はその作業点Ｐwに到達できないと判断される（ステッ
プ６０９）。

【０１５７】一方、最終的に取得された最もよい評価値
e bestが、上記大きな定数ＢＮよりも小さい場合には
（ステップ６０８の判断ＮＯ）、作業点Ｐwにロボット
２０が到達できる可能性ありとの判断がなされ、最終的
に取得された最もより自由度cbest、sp bestの値が、教
示データｃ、ｓｐとして出力されることになる。こうし
て得られた位置・姿勢の教示データ（ｘ、ｙ、ｚ、ａ、
ｂ、ｃ、ｓｐ）に基づき作業点Ｐwにおけるロボット各
軸の角度を求めるようにすれば、ロボット２０の姿勢
を、ワーク等との干渉もなく動作範囲に余裕のある最適
な姿勢にすることができる（ステップ６１０）。

【０１５８】

【実施例】以下、上述した実施の形態に基づき、より具
体的な実施例について説明する。まず、図１２は、この
実施例で使用されるオフライン教示システムの中心とな
る表示装置の表示画面を示している。なお、この実施例
で想定しているハードウエアは公知のものであり、その
ソフトウエアに特徴があるので、コンピュータ本体等の
ハードウエアについては図示しない。

【０１５９】このオフライン教示システムの表示画面
は、逐次画面を変化させることで、ロボット２０をグラ
フィック表示させたり、図１２に示すように、画面を見
ながら、ロボット２０を操作したりでき、ロボットプロ
グラムの作成、編集ができるようになっている。なお、
入力装置としては、マウス等の公知のものが使用され
る。

【０１６０】いま、図１１に示すように、溶接ロボット
２０によってワ―ク２４を加工する場合に、このオフラ
イン教示システムを適用することを想定する。ワ―ク２
４は建築物の骨格となる鉄骨部品であり、ロボット２０
は６軸の垂直多関節ロボットである。図１１に示すワ―
ク２４の一部を、溶接によって接続する作業を想定す
る。

【０１６１】以下、つぎのような手順で教示処理が実行
される。

【０１６２】１．目的位置・姿勢の入力まずは、溶接作業に必要な目的位置・姿勢、つまり冗長
な自由度であるＣ角と構造パラメータｓｐを除いた、ツ
―ル先端２３ａの位置ｘ、ｙ、ｚとツール姿勢角度Ａ、
Ｂが入力される。

【０１６３】すなわち、オペレ―タが、画面上でワ―ク
２４の溶接線上の点を選び、その位置をマウスでクリッ
クする。すると、マウスで選択されたワ―ク２４の線上
に、図１１に示すような座標軸が表示されるので、座標
軸の角度をＡ、Ｂの２つの数値として入力する。

【０１６４】ここで、図１２にＡ、Ｂの入力に用いる画
面１３を示す。この画面１３は、メニュ―により選択さ
れ、ワ―ク２４やロボット２０のグラフィカルな画面と
同じ画面上に表示させることができる。ここでは、これ
をＡ、Ｂ入力画面１３と呼ぶことにする。すなわち、マ
ウスにより、図１２のボタン１を選択する毎と、ボタン
１の横のＡ角度を示す数値が順次変化し、それに応じて
グラフィック画面上の座標軸の角度も変化する。同様
に、ボタン２を選択するとＢ角度を変更することができ
る。オペレータは、表示された数値と、グラフィック画
面の座標軸の傾き具合によって角度を確認した後、ボタ
ン８を選択する。すると、枠７内に目的位置・姿勢の名
称（例えば「Ｐ0」）が表示され、この点Ｐ0に対応づけ
られて、入力されたツール先端位置ｘｙｚとツール姿勢
角ａｂが登録される。

【０１６５】同様の操作を繰り返し行い、複数の目的位
置・姿勢Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2…を登録する。

【０１６６】２．目的位置・姿勢へのロボットの移動ついで、画面１３のボタン３が選択されると、冗長な自
由度のｃ角と構造パラメータｓｐが変化され、評価関数
ｆを最小化する最適なｃ角と構造パラメータｓｐの値が
決定される。この際、前述した実施の形態（４）に示さ
れる内容が、実行される。そして、決定した位置・姿勢
におけるロボット２０がグラフィック表示される。

【０１６７】ここで、評価関数ｆには、次の式が用いら
れる。

【０１６８】ｅ=ｆ(ｄ,ｄｑ)＝α/(ｄ)2＋βｄｑここで、α、βは定数、ｑ0jはｊ軸の基準角度、ｑｊは
逆変換（inverse kinematics）によって求められるｊ軸
の角度を示す。ｄは、その位置・姿勢（たとえば点Ｐ
0）におけるロボット２０とワーク２４との最小距離を
示す。

【０１６９】ただし、ロボット２０を構成する部品毎に
定められた倍率によって個々のロボット部品とワ―ク２
４との距離は補正されており、ツ―ル２３とワ―ク２４
のみの距離をそのまま演算することを避けている（通
常、ツール２３はワーク２４に接するから）。

【０１７０】また、ロボット２０をグラフィック表示さ
せる際、ロボット２０の各部はワ―ク２４との距離に応
じて、赤色（ワークと干渉することを意味する色）、黄
色（ワークまでの距離が１０ｍｍ）、青色（ワークまで
の距離が５０ｍｍより小さい）、黒色（ワークまでの距
離が５０ｍｍ以上）に色分けして表示される。

【０１７１】このとき、もし、ロボット２０の動作範囲
内に入るｃ角と構造パラメータｓｐが存在しなかったと
きは、「リミットオーバー(limit over)」と表示され
る。

【０１７２】また、ロボット２０の動作範囲内に入る
が、ワーク２４と干渉しない位置・姿勢が存在しないと
きには、基準角度ｑ0jに最も近いロボット２０の位置・
姿勢が表示され、ワーク２４と干渉するロボット２０の
部位が赤色で表示されることになる。

【０１７３】以上のようにして、冗長な自由度のｃ角と
構造パラメータｓｐが変化された後のロボット２０の姿
勢が、図１３に示すごとく表示される。

【０１７４】さて、最初に登録された目的位置・姿勢
（たとえばＰ0）の座標軸は、点線で表示される。

【０１７５】ボタン９が選択されると、最適な冗長な自
由度が計算され、座標軸が実線で表示される。ここで、
表示の色は評価関数値によって、赤色（動作範囲外、ま
たは、干渉する場合）、黄色、青色、黒色（干渉しない
位置・姿勢がある場合：評価関数値がよくなるにつれて
黄色、青色、黒色と変化する）に色分けされる。

【０１７６】目的位置・姿勢は、ワ―ク座標軸上で定義
されているので、ワ―ク移動画面によりワ―クを移動さ
せると、ワ―クと同時に位置と角度が変わる。ボタン９
によって再度、評価され、座標軸の色が変化することに
なる。

【０１７７】なお、ボタン５が選択されると、上記のご
とく冗長な自由度を変化させて求めた現在のロボットの
位置（例えばＰ0）から、別に設定される待機位置まで
の待避経路を求める処理が実行される。

【０１７８】また、ボタン１１が選択されると、登録さ
れた目的位置Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2を結ぶ溶接経路が生成され
る。この溶接経路の作成にかかった時間、評価関数値等
が、表示枠４に表示される。

【０１７９】また、ボタン１０が選択されると、登録し
た目的位置Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2が消去され、ボタン１２が選
択されると、この画面１３が終了される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態の処理の手順を示
すフローチャートである。

【図２】図２は、本発明の実施の形態の処理の手順を示
すフローチャートである。

【図３】図３は、本発明の実施の形態の処理の手順を示
すフローチャートである。

【図４】図４は、本発明の実施の形態の処理の手順を示
すフローチャートである。

【図５】図５は距離の計算を説明するために用いた図で
ある。

【図６】図６は距離の計算を説明するために用いた図で
ある。

【図７】図７は本発明の実施の形態の処理の手順を示す
フローチャートである。

【図８】図８は本発明の実施の形態の処理の手順を示す
フローチャートである。

【図９】図９は本発明の実施の形態の処理の手順を示す
フローチャートである。

【図１０】図１０は本発明の実施の形態の処理の手順を
示すフローチャートである。

【図１１】図１１はロボットとワークの配置関係を示す
斜視図である。

【図１２】図１２は本発明の実施例の表示画面に表示さ
れる内容を示す図である。

【図１３】図１３は本発明の実施例のロボットがワーク
に到達している様子を説明する斜視図である。

【図１４】図１４は、垂直多関節ロボットを説明する斜
視図である。

【図１５】図１５は図１４のロボットのツールの姿勢角
を説明する斜視図である。

【図１６】図１６は図１４のロボットの構造パラメータ
を説明する図である。

【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は図１４のロボットの
構造パラメータの値によって変化するロボット姿勢を示
す図である。

【符号の説明】

２０ロボット２２第２アーム２３ツール２４ワーク

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、この
発明の第１発明では、ロボットのアームに取り付けられ
たツールの先端位置と、当該ツールの姿勢角と、冗長な
自由度の値とを決定することにより当該ロボットの姿勢
が一義的に定まるロボットに適用されるロボットの教示
装置であって、前記ロボットの作業内容に応じて、前記
ツール先端が到達すべき目的位置と、当該目的位置にお
けるツールの目的姿勢角と、前記自由度の値とを、教示
データとして与え、前記ロボットの各軸を駆動して前記
目的位置まで前記ツール先端を移動させ、前記教示デー
タに応じた所望の作業姿勢で前記ロボットに作業を行わ
せるようにしたロボットの教示装置において、前記ツー
ル先端の目的位置と目的姿勢角を入力する入力手段と、
前記目的位置・姿勢角と、前記ロボットの周囲に存在す
る障害物の位置データとに基づき、当該入力された値に
ツール先端位置と姿勢角を維持したままで、前記冗長な
自由度の値を順次変化させたときの前記ロボットの各軸
の位置と、前記ロボットから前記障害物までの距離とを
順次演算する第１の演算手段と、前記ロボットの各軸位
置のリミット位置までの余裕度と、前記ロボットから前
記障害物までの距離の余裕度とをパラメータとする評価
関数を設定し、前記第１の演算手段で演算される前記冗
長な自由度の値を順次変化させたときの前記ロボットの
各軸の位置と、前記ロボットから前記障害物までの距離
とに基づき前記評価関数の評価値を順次求めていき、余
裕度が最大となる評価値が得られるときの冗長な自由度
の値を教示データとして決定する第２の演算手段とを具
えるようにしている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】すなわち、かかる第１発明の構成によれ
ば、入力された目的位置・姿勢角と、ロボットの周囲に
存在する障害物の位置データとに基づき、当該入力され
た値にツール先端位置と姿勢角を維持したままで、冗長
な自由度の値を順次変化させたときのロボットの各軸の
位置と、ロボットから障害物までの距離とが順次演算さ
れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットのアームに取り付けられた
ツールの先端位置と、当該ツールの姿勢角と、冗長な自
由度の値とを決定することにより当該ロボットの姿勢が
一義的に定まるロボットに適用されるロボットの教示装
置であって、前記ロボットの作業内容に応じて、前記ツール先端が到
達すべき目的位置と、当該目的位置におけるツールの目
的姿勢角と、前記自由度の値とを、教示データとして与
え、前記ロボットの各軸を駆動して前記目的位置まで前
記ツール先端を移動させ、前記教示データに応じた所望
の作業姿勢で前記ロボットに作業を行わせるようにした
ロボットの教示装置において、前記ツール先端の目的位置と目的姿勢角の教示データを
入力する入力手段と、前記目的位置・姿勢角の教示データと、前記ロボットの
周囲に存在する障害物の位置データとに基づき、当該入
力された値にツール先端位置と姿勢角を維持したまま
で、前記冗長な自由度の値を順次変化させたときの前記
ロボットの各軸の位置と、前記ロボットから前記障害物
までの距離とを順次演算する第１の演算手段と、前記ロボットの各軸位置のリミット位置までの余裕度
と、前記ロボットから前記障害物までの距離の余裕度と
をパラメータとする評価関数を設定し、前記第１の演算
手段で演算される前記冗長な自由度の値を順次変化させ
たときの前記ロボットの各軸の位置と、前記ロボットか
ら前記障害物までの距離とに基づき前記評価関数の評価
値を順次求めていき、余裕度が最大となる評価値が得ら
れるときの冗長な自由度の値を教示データとして決定す
る第２の演算手段とを具えたロボットの教示装置。
【請求項２】前記第２の演算手段で順次求められ
る余裕度の大きさを示す評価値がすべて所定のしきい値
以下である場合には、前記目的位置まで前記ツール先端
を移動させることができないと判断するようにした請求
項１記載のロボットの教示装置。
【請求項３】冗長な自由度は構造パラメータを含
むものであり、複数の目的位置に沿って前記ツールを移動させるときに
前記構造パラメータの値を変化させることができない場
合には、前記複数の目的位置について教示を行う際に、前記構造
パラメータの値は各目的位置について同じ値に固定した
ままで当該構造パラメータ以外の冗長な自由度について
の値を変化させるようにした請求項１記載のロボットの
教示装置。
【請求項４】前記複数の目的位置について教示を
行った結果、各目的位置について得られた評価関数の評
価値を、各目的位置に対応づけて表示装置に表示させる
ようにした請求項１記載のロボットの教示装置。
【請求項５】前記第１の演算手段は、前記ロボット
を、複数の構成部品に分割し、各部品毎に前記障害物ま
での距離を演算するものであり、各部品毎に補正係数を設定し、各部品と前記障害物との
距離に対して当該部品について設定された補正係数をか
け合わせて得られる各部品毎の補正距離の中の最小距離
を、前記ロボットから前記障害物までの距離として出力
するようにした請求項１記載のロボットの教示装置。
【請求項６】前記評価関数の評価値が前回までの評
価値に比べて向上したか否かを判別する前記ロボットか
ら前記障害物までの距離のしきい値を目的位置毎に求め
ておき、前記冗長な自由度の値が変化された第１の目的位置にお
いて、前記ロボットの各部品から前記障害物までの距離
を逐次演算する毎に、演算距離と前記第１の目的位置に
ついての距離のしきい値とを比較し、演算距離が当該し
きい値以下である場合に、前記評価関数の評価値は前回
までの評価値に比べて向上しないものとして当該第１の
目的位置における距離の演算を終了させるようにした請
求項５記載のロボットの教示装置。