JPH10217169A - 産業用ロボットの作動経路教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熟練を要さずに、複雑な内容でも短時間で容易
に教示を行うことができる産業用ロボットの作動経路教
示方法を提供する。 【解決手段】平面状のワーク対象物を産業用ロボットに
よる作業方向に応じた所定方向から見た平面図に対応し
た図形パターンが平面状のワーク対象物に対して所定の
縮尺比により記載された縮尺ワーク図２３をタブレット
２２上に設置し、所望する産業用ロボットの作業経路に
沿って縮尺ワーク図２３の上からスタイラスペン２４で
タブレット２２をなぞる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば溶接や塗装
等のロボット作業に適用される産業用ロボットの作動経
路教示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば造船の小組立ブロッ
ク、建設機械、橋梁などのように平板状の板金製品を製
造するときには、産業用ロボットを用いて溶接や塗装な
どの作業（ワーク）を行うことが多い。この場合、産業
用ロボットのアームの先端部に溶接トーチや塗装ガンな
どの各種ツールを取り付け、アームを駆動させてツール
の位置を移動させながら、ワーク対象に応じた作業を行
う。このとき、ロボットの作動経路は作業者が予め教示
しておく必要がある。

【０００３】従来の産業用ロボットの作動経路教示方法
としては、以下に述べる四つの方法が代表的なものとし
て知られている。第一の方法はＣＡＤ−ＣＡＭ法であ
り、板金製品の設計段階で部材の取付位置を設定する際
に同時に作動経路も出力されるようにする。

【０００４】第二の方法はオフラインティーチング法で
あり、例えば板金製品を製造するための部材の取付位置
や塗装箇所などを示したワーク図を見ながら、作業者が
キーボード等を用いて作動経路に応じたｘ軸データ、ｙ
軸データ、ＮＣ位置データなどの各種教示データを入力
していく。この際、作業現場においてロボットの制御盤
に教示データを直接入力する場合と、予め教示データを
入力してフロッピーディスク等に保存しておいて、作業
現場においてその教示データを呼び出して用いる場合と
が考えられる。

【０００５】第三の方法はリモートティーチング法であ
り、作業現場において手元操作箱等を用いて実際にロボ
ットを操作し、駆動したアームの通過点をティーチング
ポイントとして記憶させる。

【０００６】第四の方法はダイレクトティーチング法で
あり、同じく作業現場においてロボットのツール取付位
置に適当な指示具、例えば溶接トーチの代わりに鉛筆型
アタッチメントなどを取り付け、アームの駆動系をフリ
ー（ニュートラル）な状態にして作業者がアームを直接
手で持って動かし、そのときのアームの通過点をティー
チングポイントとして取得する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＣＡＤ−ＣＡＭ法は、
設計完成図をそのまま用いて教示を行うので、完成前の
平板状態の部材と完成後の立体としての板金製品との違
いを具体的に把握することができないので、適切な教示
が行えないことがある。また、実際の作業現場において
は作業対象の部材以外の部材が作業台に残っていること
があり、教示通りにロボットを駆動させることが困難で
あったり、作業対象以外の部材に対して誤った作業が行
われる恐れもある。このような場合、作業現場において
再び教示を行う必要があるため、教示作業が二度手間に
なってしまう。

【０００８】オフラインティーチング法は、作業図を見
ながらキーボード等を操作して複雑なデータの入力を行
わなければならないため、教示を適切に行うためには熟
練が必要で、しかも教示自体に時間がかかる。特に、作
業対象として同一部材が多数存在するときは一回の教示
で多数の部材に対して作業を行える反面、同一部材が少
ないときは各部材について教示を行う必要があるため余
計に時間がかかる。しかも、作業現場で初めてロボット
を使いたくなった場合には、作業が手戻りの状態となり
時期を失する可能性が強い。

【０００９】リモートティーチング法は、手元操作箱に
よりロボットを自在に操作するためには長期の熟練が必
要であり、教示を行うことができるのは熟練者に限定さ
れてしまう。しかも、教示内容が複雑なときは熟練者で
も相当の時間が必要であり、作業性の問題から教示内容
は単純なものにならざるを得ない。

【００１０】ダイレクトティーチング法は、ロボットの
動作を視覚的にとらえて簡単に教示が行える反面、アー
ムの慣性重量および駆動系の摩擦抵抗に逆らって力を出
す必要があるため、例えば大型部材に対して教示を行う
とき、教示経路が長距離にわたるとき、経路の交差など
複雑な内容を教示するときなどには、かなりの重労働と
なる。このため、教示内容は小型部材に対する単純な作
業などに限られてしまうことが多い。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
のものであり、熟練を要さずに、複雑な内容でも短時間
で容易に教示を行うことができる産業用ロボットの作動
経路教示方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は平面状のワーク対象物に対して作業を行う
産業用ロボットの作動経路教示方法において、平面状の
ワーク対象物を産業用ロボットによる作業方向から見た
図形パターンが平面状のワーク対象物に対して所定の縮
尺比により記載された縮尺ワーク図をタブレット上に設
置し、所望する産業用ロボットの作業経路に沿って縮尺
ワーク図の上からタブレットへのペン入力を行うことに
より産業用ロボットの作動経路を教示する。

【００１３】本発明では、タブレット上に縮尺ワーク図
を設置し、所望する産業用ロボットの作動経路に沿って
縮尺ワーク図の所定箇所をペンでなぞるだけでよいの
で、誰でも簡単に複雑な内容の教示を短時間で行うこと
ができる。また、縮尺図を用いているので大ワークに対
する作動経路の教示を容易に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る溶接ロボットの構成を示す図である。この溶接ロボッ
トは、平板の上に補強部材を配置した平板状ワーク９の
継手部分に対してすみ肉溶接を行うものであり、溶接経
路の教示データを入力するディジタル下敷１と、レール
７上を移動自在に設けられたロボット本体３と、ディジ
タル下敷１により入力されたデータに従ってロボット本
体３を駆動制御する制御盤２とで構成されている。

【００１５】ロボット本体３は、アーム４、溶接トーチ
６、ガスボンベ８およびガス供給パイプ５を備えてい
る。また、このロボット本体３は８軸ガントリタイプの
ロボットを想定している。すなわち、ロボット本体３自
体が所定の駆動機構によりレール７上を方向１０に沿っ
て水平移動し、マニピュレータとしてのアーム４の基底
部が所定のスライド機構により方向１０とは直交する方
向１１に水平移動して、さらにアーム４が６つの駆動機
構で動作することにより、ロボット全体としては８軸に
よる駆動が行われる。

【００１６】ガス溶接を行うための溶接トーチ６は、ア
ーム４の先端部におけるツール取付部分に取り付けられ
ており、溶接時にはガスボンベ８からガス供給パイプ５
を介してアセチレンガス等が供給される。なお、アーク
溶接など他の溶接方法を用いてもよい。

【００１７】また、アーム４の所定箇所には図示されて
いない適当なアークセンサが設けられており、このアー
クセンサにより溶接作業時の始端検知機能（±１００ｍ
ｍ）、経路補正機能（±１００ｍｍ）および終端検知機
能（±１００ｍｍ）を実現している。この結果、後述す
るように縮小ワーク図をなぞることで入力されるデータ
の不正確さが自動的に吸収される。

【００１８】図２は、ディジタル下敷１の具体的な構成
を示している。（ａ）に示されるように、ディジタル下
敷１は基板２１および圧力検知方式のタブレット２３か
ら構成されている。このディジタル下敷１により教示を
行う場合、タブレット２３の所定位置に後述する縮尺ワ
ーク図２３を設置し、（ｂ）に示されるようなスタイラ
スペン２４で縮尺ワーク図２３の上からタブレット２３
をなぞることにより、なぞられた経路に応じたデータが
制御盤２に出力される。

【００１９】そして、縮尺ワーク図２３上のなぞられた
経路と同じ経路を溶接トーチ６が移動するように、ロボ
ット本体３における８軸の駆動機構に対する駆動用デー
タをそれぞれ生成し、各駆動用データに基づいてロボッ
ト本体３のレール１０上の移動制御、アーム４自体の移
動制御およびアーム４の各駆動部の制御を行って平板状
ワーク９に対して教示された作動経路通りに溶接作業を
行う。

【００２０】次に、図３に示されるような平面状ワーク
に対して溶接作業を行うときの作動経路の教示方法につ
いて具体的に説明する。この平面状ワークは、平板３１
上に補強部材３１ａ〜３１ｅを配置したもので、ここで
は平板３１と補強部材３１ａ〜３１ｅとが接触すること
により形成される同一平面上の継手部分に対してすみ肉
溶接を行うことを考える。なお、平板３１には随円穴３
３が形成されている。

【００２１】ところで、この平面上ワークでは補強部材
３１ｃ，３１ｄと補強部材３１ｅとの接触によって上述
した平板３１と補強部材３１ａ〜３ｅによる同一平面上
の複数の継手部分とは別に二つの継手部分３２が形成さ
れている。しかし、これら二つの継手部分３２と、上述
した平板３１と補強部材３１ａ〜３１ｅによる各継手部
分とは別の平面上に存在しているため、ロボットにより
全ての継手部分を一度に溶接しようとすると時間的なロ
スが大きくなる。従って、二つの継手部分３２は、すみ
肉溶接の対象から除くものとする。

【００２２】実際に教示を行う場合、まず平面状ワーク
に対応させて、例えば平面状ワークの形状や、平板３１
および補強部材３１ａ〜３１ｅの位置形状などを記した
縮尺１／５〜１／５０程度の縮小ワーク図を作成する。
例えば、図４に示される縮尺ワーク図は、図３に示した
平面状ワークの上面図、すなわちすみ肉溶接の行われる
各継手部分が存在する平面図を縮尺１／１０で示したも
のである。

【００２３】この縮尺ワーク図は、ロボット本体３の作
業方向である上方向から見た平板状ワーク９の図形パタ
ーンを表しており、台紙４１上には外形線４２、溶接線
Ａ〜Ｅおよび抜き取り線４３が示されている。これら外
形線４２、溶接線Ａ〜Ｅおよび抜き取り線４３は、ぞれ
ぞれ図３に示した平面状ワーク３０の外形、すみ肉溶接
の対象となる平板３１と補強部材３１ａ〜３１ｅとの各
継手部分および随円穴３３に対応している。なお、溶接
線Ａ〜Ｄの両端には対応する補強部材３１ａ〜３１ｄの
先端形状がスニップあるかクリップであるかが記号Ｓも
しくはＣによって示されている。

【００２４】次に、この縮尺ワーク図を図２に示したよ
うなディジタル下敷に設置して作動経路を教示する。と
ころで、このように平板上に設けた補強部材に対してす
み肉溶接を行う場合、図５（ａ）に示されるように平板
５１と補強部材５２との接触部分の両側にすみ肉５３，
５４が形成されるように溶接を行うことが一般的であ
る。この場合、図５（ｂ）に示されるように、まず平板
５１と補強部材５２による継手部分の左側を溶接トーチ
６を方向５５に移動させて溶接し、次に継手部分の右側
を溶接トーチ６を方向５６に移動させて溶接を行うとい
ったように、継手部分の両側を通して溶接トーチ６を往
復させる。また、このとき溶接トーチ６は平板５１に対
して４５°に傾られた状態で移動させることが望まし
い。

【００２５】さらに、溶接ロボットでは溶接トーチ６の
無駄な移動経路が少ないほど効率的に溶接を行うことが
できる。従って、図４に示された縮小ワーク図４１に対
しては、以下のような手順で教示をすすめることが好ま
しい。

【００２６】図６は、縮小ワーク図４１を用いた効果的
な教示について説明するための図である。なお、点線部
分は縮小ワーク４１上を図２で示したスタイラスペン２
４でなぞったときの通過経路を示している。

【００２７】この場合、スタイラスペン２４によるなぞ
り作業を行う前に、まず縮小ワーク４１を所定の原点Ｏ
が図２で示したディジタル下敷１におけるタブレット２
２上の所定箇所に対応するように設置する。この結果、
ロボット本体３はこの原点Ｏを指標として作動する。ま
た、スタイラスペン２４によるなぞり作業では、通過経
路を常に溶接線Ａ〜Ｆを右手に位置させる。

【００２８】まず、溶接線Ａの左側の点Ｓ₁ から点Ｆ₁
までを上向きになぞり、このときの通過経路を制御盤２
を用いて一区切りの座標データとして出力する。次に、
溶接線Ａの右側の点Ｓ₂ から点Ｆ₂ までを下向きになぞ
り、このときの通過経路を同様に一区切りの座標データ
として出力する。

【００２９】この後は、以下に述べる順序でなぞり作業
を行い、連続した各通過経路ごとに一区切りの教示デー
タとして出力し、縮小ワーク図４１で示される全ての溶
接経路について教示を行う。

【００３０】すなわち、続けて溶接線Ｂの左側の点Ｓ₃
から点Ｆ₃ までを上向きになぞる。次に、溶接線Ｂの右
側の点Ｓ₄ から点Ｆ₄ までを下向きになぞる。次に、溶
接線Ｃの上側、溶接線Ｅの左側中央部および溶接線Ｄの
下側に相当する点Ｓ₅ から点Ｆ₅ までを右向き、上向
き、左向きの順になぞる。次に、溶接線Ｄの上側および
溶接線Ｅの左側上部に相当する点Ｓ₆ から点Ｆ₆ までを
右向き、上向きの順になぞる。次に、溶接線Ｅの右側で
ある点Ｓ₇ から点Ｆ₇ までを下向きになぞって、最後に
溶接線Ｅの左側下部および溶接線Ｃの下側に相当する点
Ｓ₈ から点Ｆ₇ までを上向き、左向きの順になぞる。

【００３１】このように本実施形態においては、溶接ロ
ボットの作動経路を教示するときは、ディジタル下敷上
に縮尺ワーク図を設置し、所望する平板状ワークの溶接
部分に対応させて縮尺ワーク図の所定箇所をスタイラス
ペンでなぞるだけでよい。従って、誰でも簡単に複雑な
内容の教示を短時間で行うことができ、しかも縮尺ワー
ク図を見ることにより教示を行っている当事者以外でも
容易に教示内容を把握することができる。

【００３２】また、平板状ワークと同じ比率のワーク図
を用いるのではなく、平板状ワークを適当に縮尺した縮
尺ワーク図を用いているので、例えば大型部材に対して
教示を行うとき、教示経路が長距離にわたるときなどで
も、小スペースの机の上などで簡単に教示を行うことが
できる。

【００３３】さらに、作業現場において実際の平板状ワ
ークを見ながら教示内容を適当に変更するといったこと
も容易に行えるので、作業全体を効率化でき、さらに工
場等の少人数化をはかることが可能となる。

【００３４】上記実施形態においては、水平すみ肉溶接
を例にして説明したが、本発明の産業用ロボットの作動
経路教示方法では、塗装ロボットや研掃ロボットなど各
種産業用ロボットに適用することができる。例えば塗装
用ロボットの場合、ツールとしてのスプレーを下向きに
してアームを一方向に動かすだけでよく、アームの駆動
における許容誤差も溶接に比べて格段に広くなるので、
上記実施形態に比べて教示作業はさらに容易となる。

【００３５】また、上記実施形態では圧力検知方式のタ
ブレットを用いてディジタル下敷を形成したが、これ以
外にも電磁誘導方式のタブレットをなどを用いることが
できる。

【００３６】さらに、表示装置と透明のタブレットとが
一体に形成されることにより同一画面上において表示と
入力が可能となる装置を用い、縮尺ワーク図が表示され
た画面上で直接スタイラスペンもしくはポインティング
デバイス等による入力により作動経路の教示を行うよう
にすれば、さらに教示作業が簡単になる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ブレット上に縮尺ワーク図を設置し、所望する産業用ロ
ボットの作動経路に沿って縮尺ワーク図の上からペンで
タブレットをなぞるだけでよいので、誰でも簡単に複雑
な内容の教示を短時間で行うことができる。さらに、縮
尺図を用いているので大ワークに対する作業経路の教示
を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る溶接ロボットの構成
を示す図。

【図２】図１中のディジタル下敷の具体的な構成を示す
図。

【図３】同実施形態における平板状ワークの例を示す
図。

【図４】同実施形態における縮小ワーク図の例を示す
図。

【図５】同実施形態における溶接部分を説明するための
図。

【図６】同実施形態における教示動作を説明するための
図。

【符号の説明】

１…ディジタル下敷 ２…制御盤 ３…ロボット本体 ４…アーム ５…ガス供給パイプ ６…溶接トーチ ７…レール ８…ガスボンベ ９…平板状ワーク １０，１１…方向 ２１…基板 ２２…タブレット ２３…縮尺ワーク図 ２４…スタイラスペン ３１，５１…平板 ３１ａ〜３１ｅ，５４…補強部材 ３２…継手部分 ３３…随円穴 ４１…台紙 ４２…外形線 ４３…抜き取り線 ５３，５４…すみ肉 ５５，５６…方向 Ａ〜Ｅ…溶接線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面状のワーク対象物に対して作業を行う
   産業用ロボットの作動経路教示方法において、該平面状
   のワーク対象物を該産業用ロボットの作業方向から見た
   図形パターンが該平面状のワーク対象物に対して所定の
   縮尺比により記載された縮尺ワーク図をタブレット上に
   設置し、所望する該産業用ロボットの作業経路に沿って
   該縮尺ワーク図の上から該タブレットへのペン入力を行
   うことにより該産業用ロボットの作動経路を教示するこ
   とを特徴とする産業用ロボットの作動経路教示方法。