JPH11191005A

JPH11191005A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH11191005A
Application number: JP35841697A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Akami; 裕介赤見; Yoshiko Iriyama; 佳子入山
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない工数で正確な教示作業を行うことを可
能とし、オペレータの労力軽減、教示作業に要する時間
の短縮及び生産効率の向上等を図る。【解決手段】入力装置２を操作してマニピュレータ５
を動作させ、作業ワークに対するガン先１７ｘの位置を
順次教示していき、塗装ガン１７を移動させるべき位置
軌道のみを教示し、位置教示プログラムとして登録す
る。その後、位置教示プログラムを再生し、位置軌道上
の任意の位置で塗装ガン１７の姿勢を教示していき、塗
装ガン１７の姿勢軌道を姿勢教示プログラムとして登録
する。そして、再生時には、位置教示プログラムと姿勢
教示プログラムの双方のデータを組み合わせて動作軌道
を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
制御装置に係り、特に、軌跡精度や作業治具の姿勢の正
確性を重視する教示再生型ロボットの教示に用いて好適
なロボット制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】塗装、シーリング、アーク溶接等の作業
を行う教示再生型の産業用ロボットにおいては、ロボッ
ト動作時の軌跡精度が重視されると共に、作業治具の姿
勢（塗装ガンのねらい方向等）を正確に決定することが
必要とされる。従来、このような産業用ロボットの位
置、姿勢を教示する場合には、各教示点毎に位置と姿勢
とを同時に教示することとしていた。

【０００３】例えば、ＰＴＰ（Point To Point）形の教
示再生型ロボットにおいては、オペレータがロボットの
動作を点列で教示していくことが必要とされる。この教
示作業は、作業ワークに対するロボットの作業治具の位
置（座標値Ｘ，Ｙ，Ｚ）、作業治具の姿勢（ロール角，
ピッチ角，ヨー角）、作業治具の動作速度、教示点間の
軌道補間方法（直線、円弧又はスムージング補間等）及
び作業情報（溶接のＯＮ／ＯＦＦ、塗装のＯＮ／ＯＦＦ
等）を教示点単位で記憶させるものである。

【０００４】このような教示を実ロボットを用いて行う
場合、オペレータは、ティーチングペンダント等の入力
装置を用いてロボットを動作させ、作業治具の位置、姿
勢を決定し、次いで、作業治具の動作速度、教示点間の
軌道補間方法及び作業情報を決定して、これらの情報を
教示点情報として記憶させる。そして、この教示点情報
を記憶させる工程を最終の教示点まで繰り返し、教示プ
ログラムとして登録する。

【０００５】その後、登録した教示プログラムを実ロボ
ットで再生し、作業治具の位置及び姿勢、作業治具の動
作速度、作業治具の動作軌道並びに作業情報の不具合に
よって作業品質に問題が生じないか確認し、問題がある
場合には教示点情報の修正を行う。また同時に、教示点
の過不足によって作業品質に問題が生じないかも確認
し、問題がある場合には教示点を追加又は削除する作業
を行う。更に、必要であれば、これらの問題確認及び教
示点情報の修正、教示点の追加等の作業を繰り返し行
う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、教示点は通常
数十〜数百点、場合によっては数千点あるので、すべて
の教示点をオペレータが教示、修正するのは非常に煩雑
で工数のかかる作業であった。すなわち、上述した従来
技術では、作業治具の位置、姿勢等の教示作業を多数の
教示点それぞれについて行わなければならない上に、作
業治具の位置や姿勢等を同時に教示するため、教示点の
位置を決定してから作業治具の姿勢を変更しようとする
と作業治具の位置もずれてしまい、１つの教示点を教示
するのにさえ多くの時間がかかってオペレータの負担を
増大させていた。又、登録した教示プログラムによる塗
装等の作業試験で塗装むら等の問題が生じ、塗装ガンの
ねらい方向等の作業治具の姿勢を変更しようとする場合
には、各教示点の位置、作業治具の姿勢等をすべて補正
しなければならず、教示データの修正にも多大な時間と
労力がかかっていた。

【０００７】一方、このような教示、修正を行う間、オ
ペレータは、動作中のロボットの近くで作業をしなけれ
ばならない。このため、オペレータは十分注意をして長
時間の作業を行わなければならず、多大な労力を要して
いた。又、修正に長時間を要するため、作業が滞って生
産効率が低下するという問題もあった。更に、作業治具
を変更した場合には、すべての教示点情報を修正する必
要が生じ、多大な時間と労力を再び費やすことになると
いう問題もあった。

【０００８】一般に、教示作業に要する工数を削減し、
上述した従来における種々の問題を解消するには、オペレータが教示する教示点数を少なくすること１点を教示するのに要する工数を少なくすること修正に要する工数を少なくすること等が、実ロボットを用いた教示か或いは実ロボットを用
いない教示かに拘わらず重要である。

【０００９】このうち、特に、の実現のために提案
され、実用化の試みがなされている技術として下記のよ
うなものがある。 (a)作業ワークの代表点のみを教示することとし、代表
点以外の軌道や作業情報を、代表点の情報をもとに自動
生成する技術。 (b)距離センサ、接触センサ、視覚センサ等を用いてロ
ボットの動作軌道や作業姿勢を自動生成或いは自動修正
する技術。 (c)ＣＡＤ図面情報から自動的にロボットの動作軌道を
生成する技術。 (d)ロボット言語を用いてロボットの動作軌道や作業姿
勢及び作業情報を生成する技術。

【００１０】しかしながら、これらの技術によってオペ
レータの教示作業に要する工数を削減しようとすると、
(a) の技術にあっては、作業ワークの形状が単純でない
と適用が難しく、(b) の技術にあっては、研磨、溶接、
シーリング等を遅い作業速度で実行するロボットでない
と適用が難しい。又、(c) 及び (d) の技術にあって
は、オフラインでの教示となるために、オンラインの実
ロボットに適用したときの誤差が避けられず、上述した
ような実ロボットを用いた修正作業が必要となる場合が
多い。このようなことから、提案されていた技術によっ
ては、教示作業に要する工数を削減して上記問題点を解
消することは困難であった。

【００１１】又、オフラインでの教示を行う技術として
は、上記 (c) 及び (d) の他に、オペレータがコンピュ
ータにより制御されたグラフィック画面装置とマウスや
タブレット等の入力装置を利用して、画面上のロボット
に任意の姿勢をとらせて教示を行うオフライン教示シス
テムも知られている。

【００１２】しかし、このオフライン教示システムは、
ロボットの動作が少し複雑になると教示が急に難しくな
るという欠点があった。その原因の一つに、姿勢を入力
することが困難であることが挙げられる。つまり、作業
治具の位置（例えば、ロボットベース座標系の座標値
Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、作業ワークのＣＡＤ図面情報等から比
較的簡単に決定できるが、姿勢は作業ワークやロボット
周辺の空間的制約等との関係によって決定しなければな
らないので、簡単には求められないのである。このた
め、姿勢はオペレータが試行錯誤しながら決定しなけれ
ばならないことが多く、これがオペレータの大きな負担
となり、結局、教示作業における労力軽減や時間短縮等
を図ることは困難であった。

【００１３】又、ロボットに複雑な動作をさせようとす
る場合には、当然のことながら教示点数も多い。その結
果、教示プログラムの作成に多大な時間を要することと
なり、このような場合には、オフライン教示システムは
あまり用いられないといった問題もあった。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、少ない工数で正確な教示作業を行うことを可能
とし、オペレータの労力軽減、教示作業に要する時間の
短縮及び生産効率の向上等を図ることができるロボット
制御装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
教示された動作軌道に従って作業治具の位置と姿勢を再
生するロボット制御装置において、作業治具の位置を移
動させる軌道上の代表点位置を入力教示する位置教示手
段と、前記位置教示手段によって教示された代表点の情
報を記憶する第１の記憶手段と、作業治具の姿勢を教示
する姿勢教示手段と、前記姿勢教示手段によって教示さ
れた姿勢の情報を記憶する第２の記憶手段と、前記第１
の記憶手段に記憶された代表点の情報と前記第２の記憶
手段に記憶された姿勢の情報とに基づいて前記動作軌道
を生成する演算手段とを有することを特徴としている。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のロ
ボット制御装置において、前記位置教示手段は、代表点
位置に加え、当該代表点によって代表される軌道におけ
る作業治具の移動形態を入力教示する手段であり、前記
姿勢教示手段は、前記軌道上の任意の位置における作業
治具の姿勢を入力教示する手段であり、前記演算手段
は、前記第１の記憶手段に記憶された代表点の情報に基
づいて作業治具を移動させる位置軌道を生成すると共
に、前記第２の記憶手段に記憶された姿勢の情報に基づ
いて前記位置軌道上を移動させる際の作業治具の姿勢軌
道を生成し、前記位置軌道と前記姿勢軌道とを合成して
前記動作軌道を生成することを特徴としている。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載のロ
ボット制御装置において、前記姿勢教示手段は、前記位
置教示手段によって教示された代表点が含まれる面を求
め、当該面に対して所定の方向をなす姿勢を当該代表点
における作業治具の姿勢とすることを特徴としている。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１記載のロ
ボット制御装置において、前記第２の記憶手段に記憶さ
れた姿勢のうちのいずれかを選択指示する指示入力手段
を更に有し、前記演算手段は、前記指示入力手段によっ
て姿勢が選択指示されたとき、当該姿勢の情報を前記第
２の記憶手段から読み出して前記動作軌道の生成に使用
することを特徴としている。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１記載のロ
ボット制御装置において、前記姿勢教示手段は、前記作
業治具の作業面を入力教示すると共に、当該作業面に対
して所定の方向をなす姿勢を当該作業面における作業治
具の姿勢とすることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】＜構成＞１．全体構成以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明
する。図１及び図２は本発明の一実施形態によるロボッ
ト制御装置を適用した塗装ロボットシステムを示す図で
ある。これらの図のうち、図１は本塗装ロボットシステ
ムの外観構成を示す図であり、図２は同塗装ロボットシ
ステムの動作形態（可動部及びその動作方向）を把握で
きるように若干模式的にした図となっている。

【００２１】図１及び図２において、１はコントローラ
であり、入力装置２からケーブル３を介して各種指示デ
ータを受け、ケーブル４を介してマニピュレータ５の各
可動部に対する動作指令信号を供給すると共に、マニピ
ュレータ５や他の周辺機器（図示略）との間で各種信号
の授受を行い、これによりマニピュレータ５の状態を監
視し、かつ、その動作を制御する。このコントローラ１
は、教示プログラム、各種制御パラメータ等を記憶する
記憶装置と、それらプログラム等と前記指示データ及び
マニピュレータ５から受けた信号等に基づいて各種演算
処理を行う演算処理装置とを有しており、該演算処理装
置による演算処理の結果に基づいてマニピュレータ５の
動作を決定し、前記動作指令信号を生成する。尚、この
コントローラ１の内部構成の詳細及び演算処理動作の具
体的内容については後述する。

【００２２】入力装置２は、オペレータがマニピュレー
タ５への動作指令やデータ管理のための指示入力を行う
入力装置であり、入力されたデータを前記指示データと
して、ケーブル３を介してコントローラ１へ供給する。
ケーブル３、４は、それぞれ、入力装置２−コントロー
ラ１間、コントローラ１−マニピュレータ５間を接続す
る接続線であり、ケーブル３は入力装置３とコントロー
ラ１との間で授受される信号を伝達し、ケーブル４はコ
ントローラ１とマニピュレータ５との間で授受される信
号を伝達する。

【００２３】マニピュレータ５は、６自由度（回転角度
θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6）を有する本塗装ロボッ
トシステムにおける塗装ロボットの主要部であって、工
場床面に取り付けられた固定ベース６によって床面の所
定位置に固定されており、図中の符合７〜１７で示す旋
回ベース、アーム及びこれらの各可動部の駆動ユニット
等の構成要素によって構成されている。以下にこれらの
各構成要素について説明する。

【００２４】７は図示せぬ第１の可動部駆動ユニットを
介して固定ベース６上に取り付けられた旋回ベースであ
る。ここに、第１の可動部駆動ユニットは、固定ベース
６側に固定されたサーボモータ、その出力軸側に設けら
れた減速機及びエンコーダ等からなっており、旋回ベー
ス７は、該減速機を介して図２中の矢印θ1方向に回転
自在に取り付けられている。そして、第１の可動部駆動
ユニットのサーボモータがコントローラ１から供給され
る動作指令信号によって駆動され、これにより、旋回ベ
ース７がθ1方向に回転し、この回転角度をエンコーダ
が検出してコントローラ１へ供給するようになってい
る。

【００２５】又、旋回ベース７には、同様にサーボモー
タやエンコーダ等からなる第２の可動部駆動ユニット８
が取り付けられている。第２の可動部駆動ユニット８に
おいては、サーボモータが旋回ベース７側に固定されて
おり、その出力軸が減速機を介して第１アーム９の一端
（後方端）と連結されている。そして、この第２の可動
部駆動ユニット８のサーボモータがコントローラ１から
供給される動作指令信号によって駆動され、これによ
り、第１アーム９が図２中の矢印θ2方向に回転し、こ
の回転角度をエンコーダが検出してコントローラ１へ供
給するようになっている。

【００２６】一方、第１アーム９の他端（先方端）に
は、第３の可動部駆動ユニット１０が取り付けられてい
る。第３の可動部駆動ユニット１０においてもサーボモ
ータの出力軸が減速機を介して第２アーム１１と連結さ
れており、これがコントローラ１から供給される動作指
令信号によって駆動され、第２アーム１１が図２中の矢
印θ3方向に回転し、この回転角度をエンコーダが検出
してコントローラ１へ供給するようになっている。

【００２７】第２アーム１１には、第３の可動部駆動ユ
ニット１０との連結部側（後方端側）に手首駆動ユニッ
トケース１２が取り付けられており、先方端側に第１手
首部材１３、第２手首部材１４及び第３手首部材１５が
取り付けられている。

【００２８】ここで、手首駆動ユニットケース１２内に
は、第１手首部材１３、第２手首部材１４、第３手首部
材１５それぞれを動作させるためのサーボモータと、そ
れらサーボモータによる各手首部材の回転角度を検出す
るエンコーダ等とからなる手首駆動ユニットが収納され
ている（図示略）。又、第１手首部材１３、第２手首部
材１４、第３手首部材１５は、それぞれ、図２中の矢印
θ4、θ5、θ6方向に回転自在な連結軸を介して順次取
り付けられている。更に、第２アーム１１内には、手首
駆動ユニットにて発生された駆動力をθ4、θ5、θ6方
向の回転力として、それぞれ、第１手首部材１３、第２
手首部材１４、第３手首部材１５へ伝達する伝達機構が
設けられている。

【００２９】そして、上述したような手首部分の構成に
おいて、上記同様、手首駆動ユニットのサーボモータが
コントローラ１から供給される動作指令信号によって駆
動され、第１手首部材１３、第２手首部材１４、第３手
首部材１５がそれぞれθ4、θ5、θ6方向に回転し、こ
れらの回転角度をエンコーダが検出してコントローラ１
へ供給するようになっている。

【００３０】１６は第３手首部材１５の先端に取り付け
られたブラケットである。１７はブラケット１６を介し
てマニピュレータ５の手首部分の先端に取り付けられた
塗装ガンである。この塗装ガン１７は、所定の塗料供給
管によって塗料供給装置１８（図２参照。図１では図示
略）と接続されており、これにより供給される塗料をコ
ントローラ１からの指令信号に従って噴射する。

【００３１】塗料供給装置１８は、色替え装置、塗料タ
ンク、塗料ポンプ、塗料流量計等の塗装用機器類によっ
て構成されている。尚、図２に示すように塗料供給装置
１８をマニピュレータ５の外部に設けて塗装ガン１７へ
塗料を供給するのではなく、固定ベース６等に前記塗装
用機器類を設けて塗装ガン１７へ塗料を供給することと
してもよい。

【００３２】以上のような構成において、マニピュレー
タ５は、塗装ガン１７を空間上の任意の位置、姿勢に移
動させ、上記各可動部の回転角度θ1、θ2、θ3、θ4、
θ5及びθ6によって決定される位置、姿勢にてガン先
（図中の符合１７ｘ）から塗料を噴射させ、作業ワーク
（図示略）の塗装を行う。すなわち、本塗装ロボットシ
ステムにおいては、旋回ベース７、第１アーム９、第２
アーム１１、第１手首部材１３、第２手首部材１４及び
第３手首部材１５の回転角度θ1〜θ6によって、塗装ガ
ン１７の位置及び姿勢（ねらい方向）とそのときのマニ
ピュレータ５の姿勢とが決定される。そして、これらの
位置及び姿勢並びに回転角度等は、コントローラ１の演
算処理装置における演算処理により決定され、その決定
に基づく第１〜第３の可動部駆動ユニット及び手首駆動
ユニットへの動作指令信号によって制御される。

【００３３】２．コントローラ１の内部構成次に、上記コントローラ１の内部構成について詳細に説
明する。図３にコントローラ１の内部構成ブロック図を
示す。

【００３４】図３において、２０は制御演算装置であ
り、入力装置２や周辺機器からの信号を受けると共に、
ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、タイマ２３、位置軌道生成部
２４及び姿勢軌道生成部２５と各種の信号を授受しつつ
所定の演算処理を行い、上記各可動部を動作させるため
の信号を位置・姿勢軌道合成部２６へ出力する。この制
御演算装置２０での演算処理は、上記各エンコーダから
の信号を位置・姿勢軌道合成部２６等を介して受け、塗
装ガン１７の位置（ガン先１７ｘの位置）、姿勢等を把
握し、塗装ガン１７を次の目標位置・目標姿勢へ移動さ
せるための各可動部の回転角度を算出するものであり、
所定のサンプリング時間毎に繰り返し行われる。

【００３５】ここで、ＲＯＭ２１は、制御演算装置２０
による各種処理の演算手順等を示すプログラムや固定的
なデータ等を記憶する記憶手段であり、ＲＡＭ２２は、
バッテリによりバックアップされ、制御演算装置２０に
よる演算結果や教示プログラム等を記憶する記憶手段で
ある。タイマ２３は、上記サンプリング時間毎のクロッ
クパルスを生成するタイマであり、このタイマ２３から
のクロックパルスが制御演算装置２０へ供給され、これ
を受けて制御演算装置２０が上記位置把握や回転角度算
出等の演算処理をサンプリング時間毎に繰り返し行う。

【００３６】又、位置軌道生成部２４は、制御演算装置
２０から塗装ガン１７の位置についての情報を供給さ
れ、これに基づいて塗装ガン１７の位置軌道を生成す
る。姿勢軌道生成部２５は、制御演算装置２０から塗装
ガン１７の姿勢についての情報を供給され、これに基づ
いて塗装ガン１７の姿勢軌道を生成する。これら位置軌
道生成部２４と姿勢軌道生成部２５で生成された位置軌
道と姿勢軌道は制御演算装置２０へ供給され、制御演算
装置２０がこれらに基づく目標位置、目標姿勢に応じた
信号を位置・姿勢軌道合成部２６へ出力する。

【００３７】位置・姿勢軌道合成部２６は、制御演算装
置２０からの上記信号を受け、位置軌道と姿勢軌道との
タイミングを調整し、位置・姿勢軌道を生成してこれに
応じた各可動部に対する動作指令値をサーボ制御部２７
へ供給する。又、位置・姿勢軌道合成部２６は、サーボ
制御部２７等を介して各エンコーダからの信号を受け、
所定の信号形態に変換して制御演算装置２０へ供給す
る。

【００３８】サーボ制御部２７は、位置・軌道合成部２
６からの動作指令値に基づき、各サーボモータを動作さ
せるための動作指令信号を生成してサーボモータドライ
バ２８へ出力すると共に、サーボモータドライバ２８を
介して受けた各エンコーダからの信号を所定の信号形態
に変換して位置・姿勢軌道合成部２６へ供給する。サー
ボモータドライバ２８は、サーボ制御部２７からの動作
指令信号をＤ／Ａ変換、増幅等して送出し、各サーボモ
ータを動作させると共に、各エンコーダから受けた信号
を所定の形式に変換してサーボ制御部２７へ供給する。

【００３９】３．入力装置２の構成次に、入力装置２の構成について説明する。図４に入力
装置２の外観構成を示す。図において、２stはシートス
イッチであり、このシートスイッチ２st上にオペレータ
が押下操作する指示入力キーが設けられている。入力装
置２は、これらの指示入力キーの操作に応じた指示信号
をコントローラ１へ出力し、これを受けたコントローラ
１が指示信号に応じた各種の処理を行う。指示入力キー
には、動作指示や教示入力の際に操作するキー（ｋ1〜
ｋ14）、ファンクションキー（Ｆ１、Ｆ２等）、数値入
力キー等があり、図示のように配置されている。

【００４０】キーｋ1及びｋ2は、マニピュレータ５のＸ
軸方向における動作（塗装ガン１７の位置の左右方向に
おける移動）を指示する主軸左右キーである。キーｋ3
及びｋ4は、マニピュレータ５のＹ軸方向における動作
（塗装ガン１７の位置の前後方向における移動）を指示
する主軸前後キーである。キーｋ5及びｋ6は、マニピュ
レータ５のＺ軸方向における動作（塗装ガン１７の位置
の上下方向における移動）を指示する主軸上下キーであ
る。塗装ガン１７の位置（ロボットベース座標系におけ
るガン先１７ｘの座標値Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、オペレータが
これらのキーｋ1〜ｋ6を操作することによって決定され
る。

【００４１】キーｋ7及びｋ8は、塗装ガン１７のロール
角を指示する回転左右キーである。キーｋ9及びｋ10
は、塗装ガン１７のピッチ角を指示する手首上下キーで
ある。キーｋ11及びｋ12は、塗装ガン１７のヨー角を指
示する手首左右キーである。塗装ガン１７の姿勢（ねら
い方向）は、オペレータによるこれらキーｋ7〜ｋ12の
操作に応じたロール角、ピッチ角及びヨー角によって決
定される。

【００４２】キーｋ13は、マニピュレータ５の動作速度
を調整する速度キーである。キーｋ14は、教示入力（教
示点情報の記憶等）を行う際に操作する教示キーであ
る。

【００４３】尚、２disは塗装ガン１７の位置、入力デ
ータ等の必要な情報を表示するディスプレイであり、２
j1及び２j2はジョイスティック、２btは非常停止ボタン
である。

【００４４】＜２．動作＞１．一般的な教示形態次に、上記構成による教示作業における動作について説
明するが、本塗装ロボットシステム特有の教示形態を説
明する前に、比較対象例として、従来から一般的に行わ
れている教示形態について説明しておく。

【００４５】図５にその説明のための模式図を示す。こ
の図は、マニピュレータ及び作業ワークを上側から見た
模式図であり、符号５０で示す円と線分からなる図形が
マニピュレータを表し、符号Ｗ0で示す舌状の図形が作
業ワークを表している。ここでは、図示のような作業ワ
ークＷ0の側面を塗装する場合の教示作業を例として説
明を行う。図においては、マニピュレータ５０の先端
（図中上方）にある小円と線分（符号１７０）が塗装ガ
ンを表しており、点Ｐ０1〜Ｐ０11が教示点を表してい
る。又、各教示点の位置に示した同小円と線分は、当該
各教示点に対応する塗装ガン１７０の位置及び姿勢を表
している。尚、図の座標系（ロボットベース座標系）
は、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、紙面貫通方向を
Ｚ軸としている。

【００４６】この教示作業では、オペレータが入力装置
を操作してマニピュレータ５０を動作させ、塗装ガン１
７０を教示点Ｐ０1〜Ｐ０11の図示の位置及び姿勢へ順
次移動させて各教示点の教示点情報を取得していく。す
なわち、オペレータは、入力装置を用いて塗装ガン１７
０の位置（ロボットベース座標系の座標値Ｘ，Ｙ，Ｚ）
及び姿勢（ロール角，ピッチ角，ヨー角）を決定し、次
いで、当該位置及び姿勢までの塗装ガン１７０の移動速
度、軌道補間方法及び塗装ガン１７０のＯＮ／ＯＦＦ等
の作業情報を決定し、これらの決定した情報を教示点情
報として記憶装置に記憶させる、という工程を第１教示
点Ｐ０1から最終の第１１教示点Ｐ０11まで繰り返す。

【００４７】その後、オペレータは、記憶させたすべて
の教示点情報を、他の必要な情報を付した教示プログラ
ムとして登録する。ここに、他の必要な情報としては、
プログラムヘッダとして記憶するプログラム作成日時や
ヴァージョン情報等、スタートやポーズのリクエスト等
に関するＩ／Ｏデータ、移動速度レート等のメインデー
タ等がある。尚、オペレータは、登録したプログラムを
再生し、適宜必要な修正を加える作業も行う。

【００４８】このようにして登録される教示プログラム
のデータ例を図６に示す。この図に示すように、従来の
教示形態によって登録される教示プログラムにおいて
は、各教示点（Point1、Point2、…）毎に位置データと
姿勢データ（“Point & FigureData”）が不可分一体的
に記述され、これに上述の必要な情報が記述されたプロ
グラムヘッダ部、プログラムＩ／Ｏデータ部及びプログ
ラムメイン部が付されている。

【００４９】以上のような従来の教示形態においては、
例えば、教示点の数が数百点あるような場合、オペレー
タが上記工程を繰り返し行うことが大変煩雑で工数のか
かる作業となる。本塗装ロボットシステムにおいては、
以下に述べるようにして教示に要する工数を大幅に削減
し、このような従来における不都合を解消する。

【００５０】２．本塗装ロボットシステムの教示形態（１）第１の教示形態次に、本塗装ロボットシステム特有の教示形態について
説明する。図７に第１の教示形態による教示作業の一例
の様子を示す。この図は、マニピュレータ５及び作業ワ
ークＷ1を上側から見た模式図であり、上記図５同様、
円と線分からなる図形でマニピュレータ５を表し、舌状
の図形で作業ワークＷ1を表している。ここでも、図示
のような作業ワークＷ1の側面を塗装する場合の教示作
業を例として説明を行う。尚、上記同様、マニピュレー
タ５先端の小円と線分が塗装ガン１７を、点Ｐ１1〜Ｐ
１11が教示点を、各教示点の位置に示した同小円と線分
が当該各教示点に対応する塗装ガン１７の位置及び姿勢
を表し、座標系は、左右方向がＸ軸、上下方向がＹ軸、
紙面貫通方向がＺ軸となっている。

【００５１】位置教示本教示形態では、初めに塗装ガン１７の位置（ガン先位
置）を図８のフローチャートに示す手順に従って教示す
る。尚、本教示形態においては、以下の位置教示によっ
て教示される教示点を特に“位置教示点”という。

【００５２】まず、オペレータが入力装置２の主軸左右
キーｋ1及びｋ2、主軸前後キーｋ3及びｋ4、主軸上下キ
ーｋ5及びｋ6、速度キーｋ13並びに教示キーｋ14等を操
作し、マニピュレータ５を動作させてガン先１７ｘを作
業ワークＷ1側面近傍の所定位置（教示すべき教示点位
置）へ移動させる。これにより、オペレータは、教示す
るガン先１７ｘの位置（ロボットベース座標系における
Ｘ，Ｙ，Ｚ）を決定する。図７の例では、最初に教示点
Ｐ１1の位置がガン先１７ｘの位置として決定される。
尚、このとき、コントローラ１は、決定された位置をマ
ニピュレータ５の各可動部に設けられたエンコーダから
供給される信号によって把握している。

【００５３】次いで、オペレータは、上記決定した位置
までの塗装ガン１７の移動速度、軌道補間方法及び作業
情報（塗装ガンのＯＮ／ＯＦＦ）を決定し、これらを入
力装置２の所定のキーを操作して入力する。これによ
り、図８のステップＳ1における位置設定、速度設定、
軌道補間方法設定及び作業情報設定が完了する。

【００５４】続いて、オペレータは、上記ステップＳ1
での設定が妥当なものであるかどうかを確認する（ステ
ップＳ2）。これは、マニピュレータ５と作業ワークＷ1
との位置関係を観察したり、コントローラ１が把握して
いるガン先１７ｘの位置と入力した移動速度等を入力装
置２のディスプレイ２disに表示するようにしておき、
その表示内容を確認したりすること等によって行う。こ
れにより、設定が妥当でない場合には再びステップＳ1
へ戻り、上記同様に塗装ガン１７の移動、位置設定、移
動速度等の設定を繰り返す。

【００５５】ここで、オペレータは、塗装ガン１７の姿
勢（ロール角、ピッチ角、ヨー角）については何等指示
入力を行っていない。すなわち、現時点では、塗装ガン
１７の姿勢を当初の姿勢のままか、或いは、位置の教示
がしやすい適当な姿勢とし、姿勢の教示に関する指示入
力を特に行わない。

【００５６】一方、ステップＳ2において、ステップＳ1
での設定が妥当なものであれば、オペレータはデータ記
憶を指示する所定のキーを押下する。これにより、ステ
ップＳ2からステップＳ3の処理へと進み、コントローラ
１は、設定されているガン先位置、移動速度、軌道補間
方法及び作業情報を位置教示点の情報としてＲＡＭ２２
に記憶する。

【００５７】そして、ステップＳ4へ進み、ガン先位置
を教示すべきすべての点について位置教示点の情報記憶
を行ったかどうかを判断する。この判断の結果、更に教
示すべき点があれば再びステップＳ1へ戻り、上記ステ
ップＳ1〜Ｓ3の処理を同様に繰り返す。これにより、図
７の例では、第１教示点Ｐ１1から最終の第１１教示点
Ｐ１11まで、ガン先位置、移動速度、軌道補間方法及び
作業情報を記憶する処理が繰り返し行われる。このよう
にして最終の位置教示点までの情報がすべて記憶される
と、ステップＳ4からステップＳ5の処理へ進む。

【００５８】ここで、オペレータは、ステップＳ1〜Ｓ
3、Ｓ4の処理を繰り返し行っている間においても、塗装
ガン１７の姿勢については何等指示入力を行わない。す
なわち、位置教示点の教示を行っている間においては、
塗装ガン１７の姿勢は当初の姿勢、或いは、位置の教示
を行いやすい姿勢を保持したままとし、姿勢の教示に関
する指示入力を特に行わず、姿勢に関する情報記憶操作
は行わない。

【００５９】ステップＳ5では、オペレータがプログラ
ム登録のための所定のキーを操作する。すると、これを
受けたコントローラ１が、記憶しているすべての位置教
示点に他の必要な情報を付して位置教示プログラムとし
て登録する。すなわち、コントローラ１は、位置教示点
の情報と他の必要な情報とからなる位置教示プログラム
を生成し、ＲＡＭ２２に記憶する。ここに、他の必要な
情報としては、プログラムヘッダとして記憶するプログ
ラム作成日時やヴァージョン情報等、スタートやポーズ
のリクエスト等に関するＩ／Ｏデータ、移動速度レート
等のメインデータ等がある。これらの情報は、オペレー
タが入力装置２からデータを入力したり、コントローラ
１で所定の演算処理を行ったりして適宜生成する。

【００６０】このようにして登録される位置教示プログ
ラムのデータ例を図９（ａ）に示す。図示のように、上
記ステップＳ1〜Ｓ5の位置教示によって生成される位置
教示プログラムは、“Program Header”（プログラムヘ
ッダ部）、“Program I/O Data”（プログラムＩ／Ｏデ
ータ部）、“Program Main”（プログラムメイン部）及
び各位置教示点（Point1、Point2、…）の“Point Dat
a”（位置教示点データ部）からなり、各位置教示点毎
には位置教示点データ（ガン先位置、移動速度、軌道補
間方法及び作業情報）のみが記述される。

【００６１】次に、図８においてはステップＳ6へ進
み、姿勢情報が未設定の状態であるかどうか判断する。
図８の処理を過去にも行っていたり、予め適当な姿勢情
報を設定してあったりした場合には、ステップＳ6での
判断結果がＮＯとなって処理を終了するが、ここでは未
だそのようなことを行っていないので、判断結果はＹＥ
ＳとなってステップＳ7へ進む。

【００６２】ステップＳ7では、姿勢情報の設定を行
い、コントローラ１内に記憶させる。姿勢情報として必
要なものには、塗装ガン１７の姿勢を表すロール角、ピ
ッチ角及びヨー角と、当該姿勢をとる直前の位置教示点
からの動作時間と、当該位置教示点を表す情報と、当該
姿勢をとった直後の位置教示点を表す情報とがある（以
下、それぞれを表す符号を順に、ＦR、ＦP、ＦY、DELAY
_TIME、P_BEFORE、P_AFTERとする。）。姿勢の教示を行
っていないときは、これらのデータは第１位置教示点と
最終位置教示点についてのみ設定する。このとき、姿勢
（ロール角ＦR、ピッチ角ＦP及びヨー角ＦY）は、共に
第１位置教示点について設定したものを記憶する。

【００６３】例えば、図７の例では、第１位置教示点に
ついては、ロール角ＦR＝０°，ピッチ角ＦP＝０°，ヨー角ＦY＝９０° 動作時間DELAY_TIME＝０，直前位置教示点P_BEFORE＝Ｐ１1，直後位置教示点P_AFTER＝Ｐ１2 のように設定する。又、最終位置教示点（第１１位置教
示点）については、ロール角ＦR＝０°，ピッチ角ＦP＝０°，ヨー角ＦY＝９０° 動作時間DELAY_TIME＝０，直前位置教示点P_BEFORE＝Ｐ１10，直後位置教示点P_AFTER＝Ｐ１11 のように設定する。尚、ここでのヨー角ＦYは、図７中
で右回転する方向を正と想定している。

【００６４】このようにしてステップＳ7での姿勢情報
設定が完了すると、図８の位置教示は終了する。

【００６５】姿勢教示続いて、図１０のフローチャートに示す手順に従って姿
勢の教示を行う。この姿勢教示では、コントローラ１内
において、上記位置教示によって登録した位置教示プロ
グラムをＲＡＭ２２から読み出し、位置軌道生成部２４
によって位置軌道を生成する。そして、その位置軌道に
基づいてマニピュレータ５を動作させ、任意のガン先位
置で姿勢を教示する。以下、この教示手順を具体的に説
明する。尚、本教示形態においては、以下の姿勢教示に
て塗装ガン１７の姿勢を教示する点を特に“姿勢教示
点”という。

【００６６】まず、登録した位置教示プログラムに従っ
て位置軌道を生成し、マニピュレータ５を動作させて上
述のように教示したガン先１７ｘの位置軌道を再生す
る。その再生中の任意の位置軌道上において、姿勢を教
示しようとする代表点にガン先１７ｘが到達したとき
に、マニピュレータ５の動作を一時停止する等して当該
代表点での塗装ガン１７の姿勢を決定する。これは、オ
ペレータが回転左右キーｋ7及びｋ8、手首上下キーｋ9
及びｋ10、手首左右キーｋ11及びｋ12並びに教示キーｋ
14等を操作し、ロール角ＦR、ピッチ角ＦP及びヨー角Ｆ
Yを入力指示することによって行い、この入力指示され
たロール角ＦR、ピッチ角ＦP及びヨー角ＦYによって決
定された姿勢に当該代表点での姿勢が設定される（ステ
ップＳ10）。尚、このとき、コントローラ１は、設定さ
れた姿勢及び当該代表点の位置をマニピュレータ５の各
可動部に設けられたエンコーダから供給される信号によ
って把握している。

【００６７】次に、オペレータが上記ステップＳ10での
姿勢設定が妥当なものであるかどうかを確認する（ステ
ップＳ11）。これは、ガン先１７ｘの作業ワークＷ1に
対する位置等を確認したりして行う。これにより、姿勢
設定が妥当でない場合には再びステップＳ10へ戻り、上
記同様にして姿勢設定の操作を繰り返す。

【００６８】一方、ステップＳ11において姿勢設定が妥
当なものであれば、オペレータは、他の必要なデータ算
出等を指示する所定のキーを押下する。このキー押下を
受け、コントローラ１は、当該代表点の直前位置教示点
P_BEFOREと直後位置教示点P_AFTERを求める（ステップ
Ｓ12）。

【００６９】その後、コントローラ１は、設定された姿
勢をとる直前の位置教示点（ステップＳ12で求めた直前
位置教示点P_BEFORE）から当該代表点までの動作時間DE
LAY_TIMEを求める（ステップＳ13）。この動作時間DELA
Y_TIMEは、姿勢を教示した当該代表点の位置と、直前位
置教示点P_BEFORE及び直後位置教示点P_AFTERにおける
動作速度及び軌道補間情報等とに基づき、容易に算出す
ることができる。

【００７０】次に、上述したように設定、算出された姿
勢教示点の情報を記憶する。すなわち、コントローラ１
が、設定された姿勢（ロール角ＦR、ピッチ角ＦP及びヨ
ー角ＦY）と、算出された動作時間DELAY_TIME、直前位
置教示点P_BEFORE及び直後位置教示点P_AFTERとを姿勢
教示点の情報として改めてＲＡＭ２２に記憶する（ステ
ップＳ14）。

【００７１】そして、ステップＳ15へ進み、姿勢を教示
すべきすべての代表点について姿勢教示点の情報記憶を
行ったかどうかを判断する。この判断の結果、更に姿勢
を教示すべき代表点があれば再びステップＳ10へ戻り、
上記ステップＳ10〜Ｓ14の処理を同様に繰り返す。

【００７２】以上のように、位置教示プログラムに従っ
た位置軌道上の代表点においてのみ、塗装ガン１７の姿
勢を再教示していく。例えば、図７の例では、作業ワー
クＷ1に対して、位置教示点Ｐ１1〜Ｐ１11を結ぶガン先
１７ｘの位置軌道上から代表点Ａ1、Ｂ1、Ｃ1、Ｄ1を抽
出し、これらの代表点においてのみ塗装ガン１７の姿勢
を再教示する。そして、最終の代表点まで姿勢教示点情
報をすべて記憶し終えると、ステップＳ15からステップ
Ｓ16の処理へ進む。

【００７３】ステップＳ16では、オペレータがプログラ
ム登録のための所定のキーを操作し、これを受けたコン
トローラ１が、記憶しているすべての姿勢教示点情報に
他の必要な情報を付して姿勢教示プログラムとして登録
する。ここに、他の必要な情報としては、当該姿勢教示
プログラムが前記位置教示プログラムに対応するもので
あることを示す情報がある。この情報は、オペレータが
入力装置２からデータを入力したり、コントローラ１で
所定の演算処理を行ったりして適宜生成し、コントロー
ラ１がこれを姿勢教示点情報にプログラムヘッダとして
付加し、姿勢教示プログラムとして登録する。これによ
り、図１０の姿勢教示は終了する。

【００７４】このようにして登録される姿勢教示プログ
ラムのデータ例を図９（ｂ）に示す。図示のように、上
記ステップＳ10〜Ｓ16の姿勢教示によって生成される姿
勢教示プログラムは、“Program Header”（プログラム
ヘッダ部）及び各姿勢教示点（Point1′、Point4′、
…）の“Figure Data”（姿勢教示点データ部）からな
り、各姿勢教示点毎には姿勢教示点データ（ロール角Ｆ
R、ピッチ角ＦP、ヨー角ＦY、動作時間DELAY_TIME、直
前位置教示点P_BEFORE及び直後位置教示点P_AFTER）の
みが記述される。

【００７５】尚、上記姿勢教示を行う場合には、姿勢の
情報以外に、ガン先位置、移動速度、作業情報等を同時
に修正してもよい。

【００７６】再生及び修正次に、上記位置教示及び姿勢教示によって登録したプロ
グラムの再生及び修正について説明する。再生時には、
コントローラ１内の制御演算装置２０が位置教示プログ
ラム（図９（ａ））と姿勢教示プログラム（図９
（ｂ））をＲＡＭ２２から読み出し、位置軌道生成部２
４、姿勢軌道生成部２５へ各プログラム中の情報等を供
給して軌道を生成する。

【００７７】すなわち、位置軌道生成部２４に対して
は、制御演算装置２０が位置教示プログラム中の“Poin
t Data”（位置教示点のガン先位置、移動速度、軌道補
間方法及び作業情報）を供給し、位置軌道生成部２４が
これに基づいて塗装ガン１７を移動させる位置軌道を生
成する。このとき、位置軌道生成部２４は、各教示点ま
での移動時間の算出も行い、生成した位置軌道と算出し
た移動時間を制御演算装置２０へ出力する。

【００７８】一方、姿勢軌道生成部２５に対しては、制
御演算装置２０は、姿勢教示プログラム中の“Figure D
ata”（姿勢教示点のロール角ＦR、ピッチ角ＦP、ヨー
角ＦY、動作時間DELAY_TIME、直前位置教示点P_BEFORE
及び直後位置教示点P_AFTER）を供給すると共に、位置
軌道生成部２４から受けた上記移動時間も供給する。こ
れにより、姿勢軌道生成部２５は、“Figure Data”に
基づいて塗装ガン１７の姿勢軌道を生成すると共に、そ
の生成した姿勢軌道の再生時間を、供給された上記移動
時間に基づいて位置軌道の再生時間に合わせるように調
整し、制御演算装置２０へ出力する。尚、２つの姿勢教
示点間の姿勢を補間して姿勢軌道を生成する方法として
は、最初の姿勢からある軸周りに回転させて次の姿勢に
する１軸回転法等を用いる。

【００７９】そして、制御演算装置２０が位置軌道生成
部２４、姿勢軌道生成部２５で生成された位置軌道、姿
勢軌道に基づく目標位置、目標姿勢に応じた信号を位置
・姿勢軌道合成部２６へ出力する。すると、位置・姿勢
軌道合成部２６は、同位置同時刻でのガン先位置、塗装
ガン１７の姿勢に関するそれぞれの軌道を合成し、各可
動部に対する動作指令値をサーボ制御部２７へ供給す
る。これにより、サーボ制御部２７から動作指令信号が
出力されてサーボモータドライバ２８が各サーボモータ
を動作させ、塗装ガン１７が位置教示プログラムに従っ
た位置軌道、姿勢教示プログラムに従った姿勢軌道によ
って移動することになる。

【００８０】このようにしてプログラムを再生し、塗装
ガン１７の位置、姿勢、動作速度、動作軌道及び作業情
報の不具合によって塗装品質に問題が生じないか確認
し、問題がある場合にはプログラムの修正を行う。この
プログラムの修正は、確認された問題に応じて、位置軌
道を修正するのか、或いは、姿勢軌道を修正するのかを
決定し、位置軌道を修正する場合には上記図８の手順に
従って再度位置教示を行い、姿勢軌道を修正する場合に
は上記図１０の手順に従って再度姿勢教示を行う。

【００８１】また同時に、教示点の過不足によって塗装
品質に問題が生じないかも確認し、問題がある場合に
は、教示点を追加又は削除する。この場合のプログラム
の修正においては、確認された問題に応じて、位置教示
点を追加又は削除するのか、或いは、姿勢教示点を追加
又は削除するのかを決定し、位置教示点を追加又は削除
する場合には図８の手順に従って再度位置教示を行い、
姿勢教示点を追加又は削除する場合には図１０の手順に
従って再度姿勢教示を行う。

【００８２】更に、必要であれば、上記同様に問題確
認、軌道修正、教示点の追加又は削除を繰り返し行い、
修正が終了したら位置教示プログラム、姿勢教示プログ
ラムとして再登録する。

【００８３】このように、本教示形態によれば、位置軌
道と姿勢軌道とをそれぞれ別々に教示するので、位置教
示点と姿勢教示点をそれぞれ必要なだけ教示、修正すれ
ばよく、教示作業における工数を削減することができ
る。

【００８４】尚、上記第１教示形態では、実ロボットを
用いて教示を行う場合を例として説明したが、上記同様
の教示方法を、オペレータがグラフィック画面装置とマ
ウスやタブレット等の入力装置を利用して画面上のロボ
ットに任意の姿勢をとらせて教示を行うオフライン教示
システムに適用してもよいのは勿論である。このような
オフライン教示システムでは、画面上のロボットの動作
のさせ方や表示の仕方が実ロボットと異なる場合もある
が、生成する教示プログラムは実ロボットと同様であ
る。

【００８５】（２）第２の教示形態次に、本塗装ロボットシステム特有の第２の教示形態に
ついて説明する。初めに、図１１及び図１２を参照して
本教示形態の手順について概説する。

【００８６】図１１は、教示点とこれによる軌道の一例
を示す図であり、本教示形態による軌道生成例の様子を
示している。この図において、点Ｐ２i（ｉ＝０，１，
…，Ｎ，Ｎ＋１，…）は、ガン先１７ｘの位置軌道上の
代表点として教示する教示点であり、ガン先１７ｘを通
過させるべき作業ワーク上の作業点の位置にある。そし
て、これらを結ぶ曲線Ｌ21がガン先１７ｘを移動させる
軌道を表している。

【００８７】図１２は、本教示形態による軌道生成手順
の一例を示すフローチャートである。本教示形態では、
まず、オペレータが入力装置２を操作して軌道生成のた
めの代表点の位置（図１１の点Ｐ２iの位置）を教示
し、コントローラ１がこれを教示点Ｐiとして記憶する
（ステップＳ30）。このとき、塗装ガン１７の姿勢（ね
らい方向）は正確に決定しなくてもよく、作業ワーク上
の作業点の位置をガン先１７ｘが一通り通過するよう
に、その軌道の代表点を順次教示していく。

【００８８】オペレータがすべての代表点を教示し終え
ると、コントローラ１において、第１番目の教示点から
最終の教示点までのそれぞれについて、近傍にある２つ
の教示点を求めて近接する３つの教示点からなるグルー
プを生成し、各グループの３教示点によって決定される
平面Ｓ２i（ｉ＝０，１，…，Ｎ，Ｎ＋１，…）を求め
る（ステップＳ31）。例えば、図１１における教示点Ｐ
２0については、近傍にある教示点として教示点Ｐ２1と
Ｐ２N+2が求められ、教示点Ｐ２0、Ｐ２1及びＰ２N+2が
グループとされる。そして、同図中に斜線で示した面が
このグループに対する平面Ｓ２0として求められる。こ
のようにして各教示点Ｐ２iについて３教示点のグルー
プが生成され、それを含む平面Ｓ２iが求められる。

【００８９】次いで、コントローラ１は、求めた各平面
の法線ベクトルを算出し、この法線ベクトルの方向を、
各平面に含まれる３教示点のグループを形成した教示点
における塗装ガン１７の姿勢として記憶する（ステップ
Ｓ32）。例えば、図１１における平面Ｓ２0にあって
は、図示のような法線ベクトルｎS2₀が算出され、この
方向が教示点Ｐ２0における塗装ガン１７の方向Ｒ２0と
して記憶される。このようにして各平面Ｓ２iについて
法線ベクトルｎS2_iが算出され、その方向が教示点Ｐ２i
における塗装ガン１７の姿勢として記憶される。

【００９０】以上のようにしてガン先１７ｘを移動させ
るべき軌道の教示点Ｐ２iが記憶されると共に、各教示
点における塗装ガン１７の姿勢Ｒ２iが記憶され、これ
らの教示データからなる教示プログラムによって、塗装
ガン１７の動作軌道（上記第１教示形態における位置軌
道と姿勢軌道の双方）が生成される。

【００９１】次に、上述したような本教示形態における
教示手順について、図１３及び図１４を参照して更に具
体的に詳述する。図１３は、オペレータによる入力装置
２の操作とコントローラ１における演算処理とによって
行われる本教示形態による軌道生成の処理手順を示す図
であり、図１４は、同手順における一部の処理を詳細に
示した図である。

【００９２】本教示形態では、まず、軌道生成において
使用する各種の変数、定数（プログラムの教示点数等）
の初期化を行い（ステップＳ40）、次いで、教示終了信
号が入力されるまで（ステップＳ41）、ステップＳ42〜
Ｓ48の処理を繰り返す。ここに、教示終了信号とは、オ
ペレータが入力装置２を用いてガン先１７ｘの位置軌道
の代表点を順次教示していき、すべての代表点の教示が
完了したときに入力指示する信号である。従って、以下
に述べるステップＳ42〜Ｓ48の処理とは、オペレータに
よる位置教示入力と並行してコントローラ１が行う処理
である。

【００９３】ステップＳ42では、入力装置２からのキー
入力があるまで待機し、オペレータによる何らかのキー
入力がなされると、コントローラ１がこれを受けてステ
ップＳ43の処理へと進む。ステップＳ43では当該キー入
力の種類を判別し、その判別結果に応じた後続の処理へ
と進む。

【００９４】ステップＳ43において、当該キー入力が位
置教示キー押下の信号であった場合にはステップＳ44の
処理へ進む。ここに、位置教示キーとは、ガン先１７ｘ
の現在位置を教示点として記憶させる信号をコントロー
ラ１へ出力するキーである。このため、ステップＳ44で
は、各エンコーダからの信号によってマニピュレータ５
の各可動部の回転角度θ1〜θ6（以下、適宜回転角度ベ
クトルθ（＝^T（θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6））で
表す。）を取り込み、次いでステップＳ45でガン先１７
ｘの位置を算出する。

【００９５】ガン先１７ｘの位置は、各可動部の回転角
度とリンク（第１アーム９、第２アーム１１等）の長さ
の関数で表すことができる。この関数をｆ、各可動部の
回転角度を要素とする回転角度ベクトルをθ（θ＝
^T（θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6））とすると、ガン
先１７ｘの位置ｘ（ｘは位置ベクトル。以下、これを
“ガン先位置ｘ”という。）は、

【数１】として求めることができる。ステップＳ45では、取り込
んだ回転角度を用い、この数１によってガン先位置ｘを
求める。

【００９６】次に、このときの各可動部の回転角度とガ
ン先１７ｘの位置を記憶する。すなわち、上記ステップ
Ｓ44で取り込んだ各可動部の回転角度を回転角度ベクト
ルθ２i（＝^T（θ1i，θ2i，θ3i，θ4i，θ5i，θ6
i））、上記ステップＳ45で求めたガン先位置ｘを教示
点Ｐ２i（位置ベクトル）として記憶する（ステップＳ4
6）。ここに、添え字のｉは教示点番号を表すカウンタ
であり、初期値は“０”で、新たな回転角度ベクトルθ
２iと教示点Ｐ２iを記憶した後にステップＳ47で“１”
インクリメントする。

【００９７】一方、ステップＳ43において、キー入力が
マニピュレータ５の動作を指示する信号であった場合に
は、ステップＳ48の処理へ進む。ここで、かかる信号
は、上記主軸左右キーｋ1及びｋ2等をオペレータが操作
したときに入力される信号であり、ステップＳ48では、
コントローラ１が、その信号に従ってマニピュレータ５
の各可動部を動作させ、その位置と姿勢を変更する。こ
れにより、オペレータはガン先位置ｘを位置軌道上の次
の代表点へ移動させ、位置教示キーを押下して上記ステ
ップＳ44〜Ｓ47の処理による教示点の記憶を行うように
するのである。

【００９８】このようにして教示点Ｐ２i及び回転角度
ベクトルθ２iが順次記憶され、この処理が位置軌道上
のすべての代表点について終了すると、入力装置２から
教示終了信号が入力され、ステップＳ41〜Ｓ48の処理を
終了する。

【００９９】次に、ステップＳ49で教示点の総数をＰ２
numとして記憶する。Ｐ２numの値としては、上記ステッ
プＳ41〜Ｓ48の処理終了後のカウンタｉの値を記憶す
る。ここで、カウンタｉは、初期値が“０”であるが、
最終の教示点を記憶した後にもステップＳ47でインクリ
メントされているので、最終的な値は教示点の総数とな
っている。尚、カウンタｉの値は、教示点総数Ｐ２num
として記憶した後にクリアし、以下の処理においても教
示点の番号を表すカウンタとして用いる。

【０１００】続いて、各教示点Ｐ２iにおける塗装ガン
１７の姿勢を求める。これは、第０番目から第（Ｐnum
−１）番目までの各教示点Ｐ２iについて（ステップＳ5
0）、以下に述べるステップＳ51〜Ｓ54の処理を行うこ
とによって求める。ステップＳ51では、近接する３つの
教示点のグループを生成する処理Ａを行う。この処理Ａ
は図１４に示す手順によって行われる。

【０１０１】処理Ａでは、まず、グループ生成の対象と
する教示点Ｐ２iのデータ（位置ベクトルデータ）をバ
ッファｘb1に格納し（ステップＳ60）、次いで、当該教
示点Ｐ２iから最も近い２つの教示点までの各距離を格
納するためのバッファerror1、error2に十分大きい値を
セットする（ステップＳ61）。尚、以下の処理では、教
示点の位置ベクトルデータを格納するバッファとして上
記バッファｘb1以外にバッファｘb2、ｘb3を用いること
とするが、バッファｘb2、ｘb3については特にここでの
初期化処理は要しない。

【０１０２】その後、第０番目から第（Ｐ２num−１）
番目までの教示点Ｐ２j（ｊ＝０、１、…、Ｐ２num−
１）について（ステップＳ62）、ステップＳ63からＳ67
の処理を繰り返す。ここに、カウンタｊは、処理Ａでの
演算処理の便宜上用いる教示点番号のカウンタであり、
カウンタｉとは別個独立で、処理Ａが終了すればクリア
される。

【０１０３】ステップＳ63からＳ67の処理は、教示点Ｐ
２jと当該教示点Ｐ２iとの距離を求める処理である。こ
のため、まずステップＳ63でカウンタｊの値とカウンタ
ｉの値とが同一でない、すなわち、距離を求める対象の
教示点Ｐ２jが当該教示点Ｐ２iでない場合であるかどう
かを判別する。そして、カウンタｊの値とカウンタｉの
値とが同一であればステップＳ64以下の処理を行わずに
次のカウンタ値（ｊ←ｊ＋１）についての処理へ進み、
同一でなければステップＳ64の処理へ進む。

【０１０４】ステップＳ64では、バッファｘb1に格納さ
れたデータを用い、教示点Ｐ２jと当該教示点Ｐ２iとの
距離errorを求める。次いで、求めた距離errorがバッフ
ァerror1に格納された値より小さいかどうかを判断し
（ステップＳ65）、小さくない場合にはステップＳ66以
下の処理を行わずに次のカウンタ値（ｊ←ｊ＋１）につ
いての処理へ進み、小さい場合にはステップＳ66の処理
へと進む。

【０１０５】ステップＳ66では、バッファerror2にバッ
ファerror1の値を格納すると共に、バッファｘb3にバッ
ファｘb2の値を格納する。次いで、ステップＳ67でバッ
ファerror1に距離errorの値を格納すると共に、バッフ
ァｘb2に教示点Ｐ２jの位置ベクトルデータを格納す
る。

【０１０６】上記ステップＳ62〜Ｓ67の処理によれば、
当該教示点Ｐ２iに近い教示点の位置ベクトルデータが
バッファｘb2に格納されると共に、その教示点間の距離
errorがバッファerror１に格納される。そして、そのバ
ッファｘb2に格納された教示点よりも更に当該教示点Ｐ
２iに近い教示点があれば、その位置ベクトルデータが
バッファｘb2に格納されると共に、その教示点間の距離
がバッファerror１に格納され、それまでバッファｘb
2、error１に格納されていたデータはバッファｘb3、er
ror2に格納される。従って、最終的には、当該教示点Ｐ
２iに１番近い教示点の位置ベクトルデータがバッファ
ｘb2に格納され、当該教示点Ｐ２iに２番目に近い教示
点の位置ベクトルデータがバッファｘb3に格納されて処
理Ａを終えることになる。

【０１０７】図１３のステップＳ51では以上のような処
理Ａを行い、当該教示点Ｐ２iとその近傍にある２つの
教示点とを選択し、これら３教示点からなるグループを
生成する。そして、ステップＳ52へ進み、上記バッファ
ｘb1、ｘb2、ｘb3に格納されている各教示点の位置ベク
トルデータを用い、３教示点によって決定される平面Ｓ
２iの方程式ＡＸ＋ＢＹ＋ＣＺ＋Ｄ＝０を算出する。ここで、この平面Ｓ２iの法線ベクトルｎS
2_iは、（Ａ，Ｂ，Ｃ，）と（−Ａ，−Ｂ，−Ｃ）の２つ
である。

【０１０８】次に、ガン先位置ｘが当該教示点Ｐ２iの
位置となるときの回転角度ベクトルθ２i（各可動部の
回転角度θ1i，θ2i，θ3i，θ4i，θ5i，θ6i）から塗
装ガン１７の仮の姿勢Ｒdumを算出する（ステップＳ5
3）。

【０１０９】ここで、マニピュレータ５の姿勢は、各可
動部の回転軸を中心とした回転マトリクスを根本から
（固定ベース６側から）掛けていくことによって算出す
ることができる。例えば、マニピュレータ５に右手座標
系を適用する場合、各可動部の回転角度をθ1、θ2、θ
3、θ4、θ5、θ6とすると、姿勢Ｒは、

【数２】となる。但し、

【数３】である。

【０１１０】このような算術式をもとにして塗装ガン１
７の仮の姿勢Ｒdumを求めた後、平面Ｓ２iの２つの法線
ベクトル（Ａ，Ｂ，Ｃ，）、（−Ａ，−Ｂ，−Ｃ）のう
ち、仮の姿勢Ｒdumに近い姿勢（方向）の法線ベクトル
を教示点Ｐ２iにおける塗装ガン１７の真の姿勢Ｒ２iと
する（ステップＳ54）。

【０１１１】ステップＳ50〜Ｓ54の処理では以上のよう
にして各教示点Ｐ２iにおける塗装ガン１７の姿勢が決
定され、これらがコントローラ１内に記憶される。これ
により、軌道を生成する教示点と姿勢についてのデータ
が教示され、これらの教示データからなる教示プログラ
ムに基づいて塗装ガン１７の動作軌道が生成される。

【０１１２】尚、上記第２教示形態においては、近接す
る３つの教示点を選択して塗装ガン１７の姿勢（法線ベ
クトル）を決定するための平面を求めることとしたが、
面が傾きを持っている場合（曲面等の場合）には、選択
する教示点を３点以上に増やし、面を求める教示点グル
ープの組み合わせを多くして複数の面を求め、それらの
中から近い面を選んで平均化する等の処理を行うことに
より対応することとしてもよい。

【０１１３】（３）第３の教示形態次に、本塗装ロボットシステム特有の第３の教示形態に
ついて説明する。初めに、図１５及び図１６を参照して
本教示形態の手順について概説する。

【０１１４】図１５は、教示点とこれによる軌道の一例
を示す図であり、本教示形態による教示の様子を模式的
に示している。この図において、点Ｐ３i（ｉ＝０，
１，２，…）は、ガン先１７ｘの位置軌道上の代表点と
して教示する教示点であり、ベクトルＲ３j（ｊ＝０，
１，２，…）は、塗装ガン１７の姿勢として教示する姿
勢（ねらい方向）を表している。この図に示すように、
本教示形態においては、Ｒ３0、Ｒ３1等の姿勢を、教示
点Ｐ３iの位置とは別に教示する。すなわち、ここで
は、塗装ガン１７の姿勢を別個に設定した後に、ガン先
位置ｘの位置軌道を教示しつつ塗装ガン１７の動作軌道
（位置軌道と姿勢軌道）を生成する。

【０１１５】図１６は、本教示形態による軌道生成手順
の一例を示すフローチャートである。本教示形態では、
まず、オペレータが入力装置２を操作してマニピュレー
タ５の姿勢（図１６のベクトルＲ３i）のみを教示する
（ステップＳ70）。このとき、作業点位置情報は決定し
ない（位置教示はしない。）。

【０１１６】次に、位置軌道を生成するための教示点Ｐ
３iの位置情報を教示する（ステップＳ71）。このと
き、教示点３Ｐiについて教示するのは位置情報のみ
で、姿勢についての新たな情報は教示しない（すなわ
ち、教示点Ｐ３iは位置情報のみの教示点ということに
なり、教示点での姿勢についてはステップＳ72における
演算処理で決定する。）。そして、上記ステップＳ70で
教示した姿勢Ｒ３iと、ステップＳ71で教示した教示点
の位置情報とを組み合わせる処理を行い、塗装ガン１７
の動作軌道データを生成する（ステップＳ72）。

【０１１７】ここで、本教示形態における位置と姿勢の
データ形式について説明する。位置データは、上記数１
で示したように３行１列の配列で表すことができる。こ
のため、現在ガン先位置ｘや教示点Ｐ３i等の位置デー
タはＸi［３］のような１次元配列データとして取り扱
う。一方、姿勢データは、上記数２で示したように４行
４列の配列で表されるが、ここでは第４行と第４列のデ
ータが共に最終要素のみ１で他が０となることからＲi
［３，３］のような３行３列の配列データとして取り扱
う。

【０１１８】そして、これらの配列データから動作軌道
を生成する場合には、２つの配列を

【数４】とすることにより、作業点（教示点Ｐ３i）の位置と姿
勢を表す。従って、下記の教示においては、姿勢のみを
教示する場合には各可動部の回転角度から姿勢データ
（Ｒi［３，３］）のみを算出し、位置のみを教示する
場合には各可動部の回転角度から位置データ（Ｘi
［３］）のみを算出するようにする。

【０１１９】次に、本教示形態における教示手順につい
て、図１７及び図１８を参照して具体的に詳述する。こ
れらの図は、オペレータによる入力装置２の操作等とコ
ントローラ１における演算処理とによって行われる本教
示形態による軌道生成の処理手順を示す図であり、図１
７の処理が上記図１６のステップＳ70における姿勢教示
の処理に相当し、図１８の処理がステップＳ71及びＳ72
における位置教示と動作軌道データ生成の処理に相当す
る。

【０１２０】本教示形態では、まず、教示に必要な各種
の変数、定数（プログラムの教示点数等）の初期化を行
い（図１７のステップＳ80）、次いで、姿勢教示終了信
号が入力されるまで（ステップＳ81）、ステップＳ82〜
Ｓ88の処理を繰り返す。ここに、姿勢教示終了信号と
は、オペレータが入力装置２を用いてマニピュレータ５
を動作させ、塗装ガン１７の姿勢を順次教示していき、
必要な姿勢（生成しようとする動作軌道において必要と
なる姿勢）をすべて教示し終えたときに入力指示する信
号である。従って、以下に述べるステップＳ82〜Ｓ88の
処理とは、オペレータによる姿勢教示入力と並行してコ
ントローラ１が行う処理である。

【０１２１】ステップＳ82では、入力装置２からのキー
入力があるまで待機し、オペレータによる何らかのキー
入力がなされると、コントローラ１がこれを受けてステ
ップＳ83の処理へと進む。ステップＳ83では当該キー入
力の種類を判別し、その判別結果に応じた後続の処理へ
と進む。

【０１２２】ステップＳ83において、当該キー入力が姿
勢教示キー押下の信号であった場合にはステップＳ84の
処理へ進む。ここに、姿勢教示キーとは、マニピュレー
タ５の現在の姿勢を記憶させる信号をコントローラ１へ
出力するキーである。このため、ステップＳ84では、各
エンコーダからの信号によってマニピュレータ５の各可
動部の回転角度θ1〜θ6を取り込み、次いでステップＳ
85でマニピュレータ５の姿勢Ｒを算出する。

【０１２３】そして、この算出した姿勢Ｒを第ｊ番目の
姿勢データＲ３ｊとして記憶する（ステップＳ86）。こ
こに、添え字のｊは教示された姿勢の番号を表すカウン
タであり、ステップＳ86で新たな姿勢を記憶した後に
“１”インクリメントする（ステップＳ87）。

【０１２４】一方、ステップＳ83において、キー入力が
マニピュレータ５の動作を指示する信号であった場合に
は、ステップＳ88の処理へ進む。ここで、かかる信号
は、上記主軸左右キーｋ1及びｋ2や回転左右キーｋ7及
びｋ8等をオペレータが操作したときに入力される信号
であり、ステップＳ88では、コントローラ１が、その信
号に従ってマニピュレータ５の各可動部を動作させ、そ
の位置と姿勢を変更する。これにより、オペレータは塗
装ガン１７の姿勢を適宜変更し、姿勢教示キーを押下し
て上記ステップＳ84〜Ｓ87の処理による姿勢データＲ３
jの記憶を行うようにするのである。

【０１２５】このようにしていくつかの姿勢データが順
次記憶され、必要な姿勢の教示が終了すると、入力装置
２から姿勢教示終了信号が入力され、ステップＳ81〜Ｓ
88の処理を終了し、図１７の姿勢教示が終了する。尚、
この姿勢教示で教示する姿勢データＲ３jは任意（塗装
ガン１７の任意のねらい方向）でよいが、後続の処理の
関係上、相互に逆方向の姿勢（塗装ガン１７のねらい方
向が互いに逆方向となる姿勢）の姿勢データも記憶する
ようにしておく。

【０１２６】次に、ガン先１７ｘの位置軌道を教示する
位置教示をしつつ塗装ガン１７の姿勢を組み合わせ、動
作軌道を生成する処理について、図１８を参照して説明
する。

【０１２７】図１８の処理では、まず、姿勢を初期化す
る（ステップＳ90）。これは、オペレータがマニピュレ
ータ５先端の塗装ガン１７のねらい方向を決定し、マニ
ピュレータ５にその状態の姿勢をとらせることによって
行う。そして、このときの塗装ガン１７の姿勢Ｒ３OPを
現在姿勢Ｒ３kとしてステップＳ91以下の処理へ進む。

【０１２８】ステップＳ91以下では、位置の教示を開始
する。すなわち、位置教示終了信号が入力されるまで、
ステップＳ92〜Ｓ106の処理を繰り返す。ここに、位置
教示終了信号とは、オペレータが入力装置２を用いてガ
ン先１７ｘの位置軌道の代表点の位置を順次教示してい
き、すべての代表点の位置教示が完了したときに入力指
示する信号である。従って、以下に述べるステップＳ92
〜Ｓ106の処理とは、オペレータによる位置教示等の入
力と並行してコントローラ１が行う処理である。

【０１２９】ステップＳ92では、入力装置２からのキー
入力があるまで待機し、マニピュレータ５の姿勢を、現
在の姿勢Ｒ３kを保持したままとする。そして、オペレ
ータによる何らかのキー入力がなされると、コントロー
ラ１がこれを受けてステップＳ93の処理へと進む。ステ
ップＳ93では当該キー入力の種類を判別し、その判別結
果に応じた後続の処理へと進む。

【０１３０】ステップＳ93において、当該キー入力が位
置教示キー押下の信号であった場合にはステップＳ94の
処理へ進む。ここに、位置教示キーとは、ガン先１７ｘ
の現在位置を教示点として記憶させる信号をコントロー
ラ１へ出力するキーである。このため、ステップＳ94で
は、各エンコーダからの信号によってマニピュレータ５
の各可動部の回転角度θ1〜θ6を取り込み、次いでステ
ップＳ95でガン先位置ｘを算出する。

【０１３１】次に、算出したガン先位置ｘと、このとき
の塗装ガン１７の姿勢Ｒ３kを、それぞれ、教示点Ｐ３i
（位置ベクトル）、姿勢Ｒ３iとして記憶する（ステッ
プＳ96）。ここに、添え字のｉは教示点番号を表すカウ
ンタであり、初期値は“０”である。すなわち、位置教
示キーが押下されたときのガン先位置ｘを第ｉ番目の教
示点Ｐ３iの位置として記憶すると共に、そのとき設定
されている塗装ガン１７の姿勢Ｒ３kを当該教示点にお
ける塗装ガン１７の姿勢Ｒ３iとして記憶するのであ
る。又、ステップＳ96では、この記憶処理が終了した時
点でカウンタｉを“１”インクリメントする処理も行
う。

【０１３２】続いてステップＳ97へ進み、ガン先位置ｘ
のデータをＰ３i、塗装ガン１７の姿勢のデータをＲ３i
とし、それらの位置及び姿勢に応じた各可動部の回転角
度θを求める。ここで、カウンタｉの値がステップＳ96
でインクリメントされているので、ステップＳ97でいう
位置Ｐ３i及び姿勢Ｒ３iは、ステップＳ96で記憶した位
置及び姿勢の次の目標位置及び目標姿勢を意味する。す
なわち、ステップＳ97では、ステップＳ96で記憶した位
置及び姿勢の次の目標位置及び目標姿勢をオペレータが
入力装置２から入力指示する等して指定し、コントロー
ラ１がそれらを逆変換してマニピュレータ５を指定され
た目標位置及び目標姿勢とするための各可動部の目標回
転角度θ1〜θ6を求める。そして、ステップＳ98でコン
トローラ１が各可動部のサーボモータへ動作指令信号を
出力し、マニピュレータ５を動作させて各可動部の回転
角度をステップＳ97で求めた目標回転角度とし、塗装ガ
ン１７の位置とマニピュレータ５の姿勢を前記目標位置
及び目標姿勢へ変更する。

【０１３３】一方、ステップＳ93において、キー入力が
姿勢の反転指示入力であった場合には、ステップＳ99の
処理へ進む。ここで、姿勢の反転指示とは、塗装ガン１
７の姿勢を反転させ、ねらい方向のベクトル（現在姿勢
データ）を−Ｉ（負の単位行列）をかけたものに書き換
える指示である。従って、この指示入力を受けたコント
ローラ１は、まず現在の姿勢Ｒ３kを姿勢−Ｒ３kとした
（ステップＳ99）後、上記姿勢教示で得た互いに逆方向
の姿勢（Ｒ３jp、Ｒ３jnとする。）のうち、現在選択さ
れていない方の姿勢データに現在姿勢Ｒ３kのデータを
書き換える処理を行う（ステップＳ100〜Ｓ102）。すな
わち、コントローラ１は、現在姿勢Ｒ３kのデータが互
いに逆方向の姿勢のうちの一方の姿勢Ｒ３jpのデータと
なっているかどうか判断し（ステップＳ100）、姿勢Ｒ
３jpのデータとなっていれば現在姿勢Ｒ３kのデータを
姿勢Ｒ３jnのものに書き換え（ステップＳ101）、なっ
ていなければ現在姿勢Ｒ３kのデータを姿勢Ｒ３jpのも
のに書き換える（ステップＳ102）。

【０１３４】他方、ステップＳ93において、キー入力が
姿勢選択指令入力であった場合には、ステップＳ103の
処理へ進む。ここで、姿勢選択指令とは、上記姿勢教示
で教示した姿勢のうちのいずれかを選択する旨の指令で
ある。従って、この指令入力を受けたコントローラ１
は、教示されている姿勢の姿勢番号の入力待ち状態とな
る（ステップＳ103）。

【０１３５】そして、姿勢番号が入力されると、現在姿
勢Ｒ３kの姿勢データを指定された姿勢番号の姿勢のも
のに変更する（ステップＳ104）。但し、ここでは、現
在姿勢Ｒ３kの姿勢データとしてコントローラ１内に一
時記憶されているデータを指定された姿勢番号の姿勢デ
ータに書き換えるだけで、実際の姿勢の変更は次のステ
ップＳ105で行う。

【０１３６】ステップＳ105では、現在のガン先位置ｘ
を算出した後、ガン先位置ｘをその位置のままとして姿
勢を上記ステップＳ104で変更した姿勢データの姿勢Ｒ
３kへ変更する。これにより、ガン先位置ｘを現在位置
のまま保持しつつ、塗装ガン１７の姿勢を指定された姿
勢番号の姿勢へ変更する。尚、ここでのガン先位置ｘの
算出も上記同様に各可動部のエンコーダからの信号を取
り込んで行い、回転角度θの算出も上記同様にガン先位
置と姿勢のデータを逆変換することによって行う。

【０１３７】又、ステップＳ93において、キー入力がマ
ニピュレータ５の動作を指示する信号であった場合に
は、ステップＳ106の処理へ進む。ここで、かかる信号
は、上記同様、主軸左右キーｋ1及びｋ2等をオペレータ
が操作したときに入力される信号である。ステップＳ10
6では、コントローラ１がその信号に従ってマニピュレ
ータ５の各可動部を動作させ、その位置と姿勢を変更す
る。

【０１３８】このようにして、ステップＳ94〜Ｓ98では
教示点の位置データ及び姿勢データの記憶処理と次の位
置及び姿勢への移動処理を行い、ステップＳ99〜Ｓ102
では塗装ガン１７の姿勢反転処理を行い、ステップＳ10
3〜Ｓ105では既に教示してある姿勢を選択して塗装ガン
１７の姿勢を変更する処理を行い、ステップＳ106では
キー操作によってガン先位置ｘと姿勢を変更する処理を
行う。これらの処理により、教示点Ｐ３iの位置及びそ
の位置での塗装ガン１７の姿勢Ｒ３iを順次記憶してい
く。そして、これが軌道上のすべての代表点について終
了すると、入力装置２から教示終了信号が入力され、ス
テップＳ91〜Ｓ106の処理を終了する。

【０１３９】その後、ステップＳ107の処理へと進み、
上記ステップＳ91〜Ｓ106の処理によって記憶された教
示点Ｐ３iの位置データと姿勢Ｒ３iの姿勢データをすべ
て統括して記憶し、教示プログラムとして登録する。

【０１４０】尚、上記第３教示形態においては、姿勢の
教示をまとめて行った後に位置を教示しつつ位置データ
と姿勢データを記憶するものであったが、姿勢教示を位
置教示中に行うこととしてもよい。

【０１４１】又、オフラインティーチング等、ロボット
言語で教示を行う場合には、図１９に示すように教示点
位置Ｐiと姿勢Ｒiを組み合わせて表記することにより教
示データを生成することができる。尚、図１９におい
て、ＭＯＶＥＰ1Ｒ1 ＴＯＰ2Ｒ1 ＬＩＮＥＶ＝１００Ａ＝８００とは、位置Ｐ1、姿勢Ｒ1から位置Ｐ2、姿勢Ｒ1まで、速
度１ｍ／ｓ、加速度８ｍ／ｓ²の直線運動で動作せよと
いう命令であり、ＣＨＡＮＧＥＤＥＲＥＣＲ2 ＴＯＲ1 ＰＯＩＮＴＰ3 とは、位置Ｐ3において姿勢をＲ2からＲ1へ変更せよと
いう命令である。

【０１４２】（４）第４の教示形態次に、本塗装ロボットシステム特有の第４の教示形態に
ついて説明する。初めに、図２０及び図２１を参照して
本教示形態の手順について概説する。

【０１４３】図２０は、３つの教示点によって定義され
る作業面を教示して塗装ガン１７の姿勢を決定する様子
の一例を示した図である。この図において、点Ｐ４0、
Ｐ４1、…、Ｐ４k、…は、ガン先１７ｘの位置軌道Ｌ４
上の代表点として教示する教示点であり、作業ワークＷ
４上の作業点の位置にある。一方、点ＰＳ４0₀〜ＰＳ４
0₂、ＰＳ４1₀〜ＰＳ４1₂、…、ＰＳ４i₀〜ＰＳ４i₂、…
は、作業面を定義する３点として教示する面教示点であ
り、平面Ｓ４0、Ｓ４1、…、Ｓ４i、…は、それら面教
示点によって定義される作業面である。そして、これら
平面の法線ベクトルＲ４0、Ｒ４1、…、Ｒ４i、…が各
作業面での塗装ガン１７の姿勢となる。尚、教示する作
業面は曲面等であってもよいが、本教示形態では説明簡
略化のためにこれを平面として話を進める。

【０１４４】図２１は、本教示形態による軌道生成手順
の一例を示すフローチャートである。本教示形態では、
まず、上述の作業面Ｓ４i（ｉ＝０、１、…）を教示す
る（ステップＳ110）。この処理は、オペレータが入力
装置２を操作して作業面上の３つの代表点の位置（図２
０の面教示点ＰＳ４i₀〜ＰＳ４i₂の位置）を教示し、コ
ントローラ１がこれらの位置データから平面（作業面Ｓ
４i）を決定することによって行う。

【０１４５】次いで、各作業面Ｓ４iに対し、塗装ガン
１７の姿勢（ねらい方向）Ｒ４ijを教示する（ステップ
Ｓ111）。ここで、各作業面Ｓ４iに対する姿勢としては
いくつ教示してもよい（姿勢Ｒ４ijの添え字ｊはこのた
めのカウンタである。）。例えば、作業ワークが図２２
に示すような箱形である場合、側壁面（作業面）に対す
る塗装ガン１７のねらい方向としては内側の姿勢Ｒ４i1
と外側のＲ４i2の２通りがあるので、これらの姿勢を双
方共教示する。このようなことから、ステップＳ111で
各作業面Ｓ４iに対して指定する姿勢の数は任意とする
のである。

【０１４６】次に、軌道を生成するための教示点Ｐ４k
を教示する（ステップＳ112）。ここで教示する教示点
Ｐ４kは、図２０に示すように、ガン先１７ｘを移動さ
せるべき軌道Ｌ４上の代表点として教示する教示点であ
る。これらの教示点をすべて教示し終えた後、ステップ
Ｓ113の処理へと進み、動作順序（教示点の通過順序）
と各教示点での姿勢を決定して動作軌道データを生成す
る。

【０１４７】次に、上述したような本教示形態における
教示手順について、図２３及び図２４を参照して更に具
体的に詳述する。図２３及び図２４は、オペレータによ
る入力装置２の操作とコントローラ１における演算処理
とによって行われる作業面Ｓ４iと姿勢Ｒ４ijの教示手
順を示す図である（上記ステップＳ110とＳ111の処理に
相当する。）。尚、以下の説明における位置と姿勢のデ
ータ形式は、上記第３教示形態のものと同様である。

【０１４８】図２３の処理では、まず、作業面の数をカ
ウントするためのカウンタＰ４numを初期化する
（“０”とする）と共に、以下に続く演算処理で使用す
るその他の変数を初期化する（ステップＳ120）。次い
で、面教示終了信号が入力されるまで（ステップＳ12
1）、ステップＳ122〜Ｓ133の処理を繰り返す。ここ
に、面教示終了信号とは、作業ワークに対する作業面を
順次教示していき、すべての作業面の教示が完了したと
きにオペレータが入力指示する信号である。従って、以
下に述べるステップＳ122〜Ｓ133の処理とは、オペレー
タによる面教示入力と並行してコントローラ１が行う処
理である。

【０１４９】ステップＳ122では、入力装置２からのキ
ー入力があるまで待機し、オペレータによる何らかのキ
ー入力がなされると、コントローラ１がこれを受けてス
テップＳ123の処理へと進む。ステップＳ123では当該キ
ー入力の種類を判別し、その判別結果に応じた後続の処
理へと進む。

【０１５０】ステップＳ123において、当該キー入力が
位置教示キー押下の信号であった場合にはステップＳ12
4の処理へ進む。ここにいう位置教示キーは、ガン先１
７ｘの現在位置を面教示点として一時記憶させる信号を
コントローラ１へ出力するキーである。このため、ステ
ップＳ124では、各エンコーダからの信号によってマニ
ピュレータ５の各可動部の回転角度θ1〜θ6を取り込
み、次いで、それらの取り込んだ回転角度からガン先位
置ｘを算出する（ステップＳ125）。尚、このガン先位
置の算出手法は上述の教示形態における手法と同様であ
る。

【０１５１】次に、算出したガン先位置ｘを面教示点Ｐ
Ｓ４i_lの位置データとして記憶する（ステップＳ12
6）。ここに、添え字のｉは、作業面番号を表すカウン
タであり、初期値は“０”である。又、添え字のｌは、
現在教示しようとしている作業面を定義する面教示点位
置データの番号であり、初期値は“０”である。この面
教示点位置データのカウンタｌは、ステップＳ126での
記憶処理後に１インクリメントする（ステップＳ12
7）。

【０１５２】続いて、ステップＳ128において、作業面
を決定するに足りる面教示点位置データが得られている
かどうか判断する。ここでは、作業面を平面とすること
としているので、３つの面教示点位置データを一組の面
生成データとする。このため、上記ステップＳ127でイ
ンクリメントした後のカウンタｌの値が３以上かどうか
を判断することにより、面教示点位置データが３点分得
られているか判断する。

【０１５３】ステップＳ128での判断の結果、カウンタ
ｌの値が３以上であった場合には、ステップＳ129へ進
み、カウンタｌの値をクリアする。その後、記憶されて
いる３つの面教示点ＰＳ４i₀、ＰＳ４i₁及びＰＳ４i₂の
位置データに基づき、平面の方程式を算出し（ステップ
Ｓ130）、この平面を作業面Ｓ４i（方程式：ＡiＸ＋Ｂi
Ｙ＋ＣiＺ＋Ｄi＝０）として決定し、記憶する（ステッ
プＳ131）。

【０１５４】そして、ステップＳ132で作業面数のカウ
ンタＰ４numと作業面番号のカウンタｉを１インクリメ
ントし、再び入力装置２からのキー入力の待機状態（ス
テップＳ122）に戻る。尚、ステップＳ128でカウンタｌ
の値が３以上でなかった場合には、ステップＳ129〜Ｓ1
32の処理は行わずにキー入力の待機状態に戻る。

【０１５５】一方、ステップＳ123において、キー入力
がマニピュレータ５の動作を指示する信号であった場合
には、ステップＳ133の処理へ進む。ここで、かかる信
号は、上記同様、主軸左右キーｋ1及びｋ2等をオペレー
タが操作したときに入力される信号であり、ステップＳ
133では、コントローラ１が、その信号に従ってマニピ
ュレータ５の各可動部を動作させ、その位置と姿勢を変
更する。これにより、オペレータはガン先位置ｘを各作
業面上の代表点へ順次移動させ、位置教示キーを押下し
て上記ステップＳ124〜Ｓ132の処理による面教示点位置
データの記憶と作業面決定の処理を行うのである。

【０１５６】このようにして面教示点ＰＳ４i_lの位置デ
ータが順次記憶され、３つの面教示点位置データが記憶
される度に作業面Ｓ４iが決定されていく。そして、す
べての作業面を教示し終えると、オペレータが入力装置
２から面教示終了信号を入力し、これにより、ステップ
Ｓ121〜Ｓ133の処理を終了して図２３の処理を終了す
る。

【０１５７】次に、上述したように決定した各作業面Ｓ
４iにおける塗装ガン１７の姿勢Ｒ４ijを図２４に示す
手順で算出する。図２４の処理では、作業面番号カウン
タｉの値が“０”〜“Ｐ４num−１”までの各作業面に
ついて（ステップＳ140）、下記ステップＳ141の処理を
繰り返し行うことによって姿勢Ｒ４ijを得る。ここで、
教示点数カウンタＰ４numの値は、上記図２３のステッ
プＳ131で最終の作業面が決定された後にもインクリメ
ントされているので、その数値自体は作業面数を表す
が、ここでは“０”を含めたカウンタｉのカウント上限
値として用いるため、ステップＳ141の処理はカウンタ
ｉが“Ｐ４num−１”となるまで繰り返すこととする。

【０１５８】ステップＳ141では、作業面Ｓ４iの法線ベ
クトルを算出し、その方向を当該作業面Ｓ４iにおける
塗装ガン１７の姿勢Ｒ４ijとして記憶する。ここで、作
業面Ｓ４iは“方程式：ＡiＸ＋ＢiＹ＋ＣiＺ＋Ｄi＝
０”のように表されて記憶されているので、法線ベクト
ルとしては、（Ａi，Ｂi，Ｃi）と（−Ａi，−Ｂi，−
Ｃi）とが求められ、これらがそれぞれ作業面Ｓ４iにお
ける姿勢Ｒ４ip、Ｒ４inとして記憶される。尚、姿勢Ｒ
４ijは、上述したように一つの作業面に対していくつ指
定してもよいものであるが、ここでは互いに逆方向の
（Ａi，Ｂi，Ｃi）と（−Ａi，−Ｂi，−Ｃi）を用いる
こととするので、カウンタｊを数値表示とせずに文字表
示とした。

【０１５９】このような処理により、各作業面Ｓ４iに
おける姿勢Ｒ４ijを順次算出、記憶していく。すべての
作業面について姿勢データが得られると、図２４の処理
を終了する。

【０１６０】ここで、作業ワークについての各作業面Ｓ
４iが教示されることから、コントローラ１において
は、作業ワークの形状を立体的に把握することができ
る。従って、この情報を記憶しておき、マニピュレータ
５と作業ワークとの干渉チェックに用いることとしても
よい。

【０１６１】以上のようにして各作業面における塗装ガ
ン１７の姿勢データを取得した後、上記図２１のステッ
プＳ112及びＳ113の処理を行い、動作軌道データを生成
する。これらの処理手順については特に詳細に図示はし
ないが、ガン先１７ｘの位置軌道を生成するための教示
点Ｐ４kの位置教示（ステップＳ112）は、上記各教示形
態で説明した位置教示と同様である。

【０１６２】一方、動作順序と各教示点での姿勢を決定
して動作軌道データを生成する処理（ステップＳ113）
は、教示点Ｐkのプログラム中での出現順序（通過順
序）と、姿勢データＲ４iの中から選択した各教示点Ｐk
における姿勢（当該各教示点Ｐkが含まれる各作業面の
姿勢データから選択した姿勢）とをそれぞれ指定し、そ
れらを組み合わせて教示プログラムとして登録すること
によって行う。又、例えば、上記第３教示形態同様、位
置教示を行いつつ、姿勢を記憶されている姿勢データか
ら選択して適宜変更し、位置と姿勢とを組み合わせて順
次教示、記憶していくことによって動作軌道データを生
成することとしてもよい。

【０１６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、作
業治具の位置を移動させる軌道上の代表点位置を入力教
示してこれを記憶する一方で、作業治具の姿勢を教示し
てこれを記憶し、それらの記憶した情報に基づいて作業
治具の動作軌道を生成することとしたので、位置と姿勢
とをそれぞれ別個に教示して動作軌道の生成を行うこと
ができる。これにより、教示作業に要する工数を削減す
ることができ、オペレータの労力軽減、教示作業に要す
る時間の短縮及び生産効率の向上等を図ることができる
という効果が得られる。

【０１６４】又、このように位置と姿勢の教示を分離
し、位置と姿勢の情報を別々に編集可能としているの
で、それぞれの出現順に精度よく教示を行うことがで
き、作業品質を向上させることができるという効果が得
られる。更に、姿勢について補正が必要な場合にも効率
よく修正することができるので、作業治具や動作パター
ンを変更する場合にもすばやく対応することができる。
従って、修正、編集時間が短縮され、生産効率が向上す
ると共に、オペレータのロボット付近での作業時間が短
縮され、労力が軽減される上に安全性も向上するという
効果が得られる。

【０１６５】ここで、請求項２記載の発明によれば、代
表点位置と作業治具の移動形態を入力教示してこれらに
基づく位置軌道を生成する一方で、軌道上の任意の位置
における作業治具の姿勢を入力教示してこれらに基づく
姿勢軌道を生成し、位置軌道と姿勢軌道とを合成して動
作軌道を生成することとしたので、位置軌道上の任意の
姿勢教示位置についてのみ姿勢を教示して動作軌道を生
成することができる。これにより、上記同様オペレータ
の教示に要する工数を削減することができると共に、姿
勢があまり変化せず位置だけが変化する場合、或いは、
位置が変化せず姿勢だけが変化する場合において、変化
の少ない方の教示点数を少なくすることができ、教示プ
ログラムの大きさを小さくすることができる。

【０１６６】一方、請求項３記載の発明によれば、教示
された代表点が含まれる面を求め、当該面に対して所定
の方向をなす姿勢を当該代表点における作業治具の姿勢
とすることとしたので、代表点位置のみを教示すれば姿
勢を補正しなくても適切な姿勢を自動的に生成していく
ことができる。これにより、教示作業に要する工数削減
及び時間の短縮を図ることができると共に、作業治具の
姿勢精度が高められて作業品質が向上するという効果が
得られる。

【０１６７】又、請求項４記載の発明によれば、指示入
力手段によって姿勢が選択指示されたとき、当該姿勢の
情報を動作軌道の生成に使用することとしたので、位置
教示とは別に教示した姿勢を適宜使用して動作軌道の生
成を行うことができる。更に、請求項５記載の発明によ
れば、作業面を教示してこれに対して所定の方向をなす
姿勢を当該作業面における作業治具の姿勢とすることと
したので、作業ワークの形状を立体的に把握し、その各
作業面に合致した作業治具の姿勢を取得して動作軌道の
生成に用いることができる。尚、このように立体的に把
握した作業ワークの形状に基づいてロボットと作業ワー
クの干渉チェックを行うこともできるので、把握した作
業ワークの立体的形状を衝突防止を図る手段として用い
て更に安全性を向上させることもできる。

【０１６８】以上のような本発明は、実ライン、或い
は、オフライン教示のロボットを用いた教示作業だけで
なく、ロボット言語による教示やオフライン教示システ
ムにおいても有効である。特に、実ラインロボットに適
用して直接教示を行う際にはラインの停止時間を短くし
て生産効率を高めることができるという効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるロボット制御装置
を適用した塗装ロボットシステムの外観構成を示す図で
ある。

【図２】同塗装ロボットシステムを動作形態が把握で
きるように模式的に示した図である。

【図３】コントローラ１の内部構成ブロック図であ
る。

【図４】入力装置２の外観構成を示す図である。

【図５】従来一般の教示形態の様子を示す説明図であ
る。

【図６】同教示形態によって登録される教示プログラ
ムのデータ例を示す図である。

【図７】本塗装ロボットシステムにおける第１の教示
形態による教示作業の一例の様子を示す図である。

【図８】第１教示形態における位置教示の手順を示す
フローチャートである。

【図９】第１教示形態によって登録される教示プログ
ラムのデータ例を示す図である。

【図１０】第１教示形態における姿勢教示の手順を示
すフローチャートである。

【図１１】本塗装ロボットシステムにおける第２の教
示形態による軌道生成例の様子を示す図である。

【図１２】第２教示形態による軌道生成手順の一例を
示すフローチャートである。

【図１３】第２教示形態による軌道生成の処理手順を
詳細に示した図である。

【図１４】図１３における一部の処理を詳細に示した
図である。

【図１５】本塗装ロボットシステムにおける第３の教
示形態による軌道生成例の様子を示す図である。

【図１６】第３教示形態による軌道生成手順の一例を
示すフローチャートである。

【図１７】第３教示形態における姿勢教示の処理手順
を詳細に示した図である。

【図１８】第３教示形態における位置教示と動作軌道
データ生成の処理手順を詳細に示した図である。

【図１９】ロボット言語で教示を行う場合の命令表記
例を示す図である。

【図２０】本塗装ロボットシステムにおける第４の教
示形態による作業面教示と姿勢決定の様子の一例を示し
た図である。

【図２１】第４教示形態による軌道生成手順の一例を
示すフローチャートである。

【図２２】箱形の作業ワークに対する姿勢教示の例を
示す図である。

【図２３】第４教示形態における作業面Ｓ４iの教示
手順を詳細に示した図である。

【図２４】第４教示形態における姿勢Ｒ４ijの教示手
順を詳細に示した図である。

【符号の説明】

１コントローラ２入力装置５マニピュレータ１７塗装ガン１７ｘガン先２０制御演算装置２２ＲＡＭ２４位置軌道生成部２５姿勢軌道生成部２６位置・姿勢軌道合成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】教示された動作軌道に従って作業治具の
位置と姿勢を再生するロボット制御装置において、作業治具の位置を移動させる軌道上の代表点位置を入力
教示する位置教示手段と、前記位置教示手段によって教示された代表点の情報を記
憶する第１の記憶手段と、作業治具の姿勢を教示する姿勢教示手段と、前記姿勢教示手段によって教示された姿勢の情報を記憶
する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶された代表点の情報と前記第
２の記憶手段に記憶された姿勢の情報とに基づいて前記
動作軌道を生成する演算手段とを有することを特徴とす
るロボット制御装置。
【請求項２】請求項１記載のロボット制御装置におい
て、前記位置教示手段は、代表点位置に加え、当該代表点に
よって代表される軌道における作業治具の移動形態を入
力教示する手段であり、前記姿勢教示手段は、前記軌道上の任意の位置における
作業治具の姿勢を入力教示する手段であり、前記演算手段は、前記第１の記憶手段に記憶された代表
点の情報に基づいて作業治具を移動させる位置軌道を生
成すると共に、前記第２の記憶手段に記憶された姿勢の
情報に基づいて前記位置軌道上を移動させる際の作業治
具の姿勢軌道を生成し、前記位置軌道と前記姿勢軌道と
を合成して前記動作軌道を生成することを特徴とするロ
ボット制御装置。
【請求項３】請求項１記載のロボット制御装置におい
て、前記姿勢教示手段は、前記位置教示手段によって教示さ
れた代表点が含まれる面を求め、当該面に対して所定の
方向をなす姿勢を当該代表点における作業治具の姿勢と
することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項４】請求項１記載のロボット制御装置におい
て、前記第２の記憶手段に記憶された姿勢のうちのいずれか
を選択指示する指示入力手段を更に有し、前記演算手段は、前記指示入力手段によって姿勢が選択
指示されたとき、当該姿勢の情報を前記第２の記憶手段
から読み出して前記動作軌道の生成に使用することを特
徴とするロボット制御装置。
【請求項５】請求項１記載のロボット制御装置におい
て、前記姿勢教示手段は、前記作業治具の作業面を入力教示
すると共に、当該作業面に対して所定の方向をなす姿勢
を当該作業面における作業治具の姿勢とすることを特徴
とするロボット制御装置。