JPH11198073A - 産業用ロボットの姿勢生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 教示者の作業負担を軽減し、教示者間のばら
つきを減らすことで安定した作業状態を得られるロボッ
トの動作プログラム作成を可能とする。 【解決手段】 ティーチングプレイバック方式の産業用
ロボットのツール姿勢が１つの冗長自由度を持つ場合、
正確なツール先端位置及びラフなツール姿勢の複数教示
点を持つ動作プログラムを用意し(S001)、教示点間の経
路毎に前記冗長自由度以外の自由度を規定する値を設定
し(S002)、動作プログラムから作業区間を特定し(S00
3)、予め決められた条件に基づいて、教示点の前後に少
なくとも１つの点を追加する位置を設定し(S004〜S00
6)、教示点及び追加された前後点に対し、前記規定値と
冗長自由度を利用してロボットが動作可能なツール姿勢
候補群を作成し(S007)、同候補群から、教示点では教示
時の位置及び姿勢を反映した姿勢を教示点姿勢として選
択し(S008)、前後点では選択された教示点姿勢を反映し
て姿勢を選択する(S010)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットに
取り付けられたツール姿勢が１つの冗長自由度を持つ場
合の産業用ロボットの姿勢生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のティーチングプレイバック方式の
産業用ロボットにおける教示作業では、作業対象の特徴
点での位置にくるように、かつ、その位置での姿勢を作
業上望ましい姿勢になるように、教示ツール（通常は、
プログラミングペンダント、ティーチングペンダントま
たはティーチングボックスと呼ばれる。）を使って、実
際にロボットを動作させ、その位置、姿勢を記憶させる
命令を、教示ツールよりコントローラ本体に送る。コン
トローラ本体は、その記憶部で前記位置及び姿勢を記憶
する。これを繰り返すことにより、動作プログラムを作
成する。また、動作方向が急激に変化するような点、あ
るいは作業に適切なツール姿勢が変化するような点の前
後には、ロボットの作業対象に対する適切なツール姿勢
区間をできるだけ長くするため、通常、教示点を加える
ことがなされている。

【０００３】例えば、アーク溶接において作業対象が図
２のような場合に、点Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を結ぶ直線上
を溶接する場合には、前記特徴点は、点Ｐ0，Ｐ1，Ｐ
2，Ｐ3となる。従来の教示方法では、まず、教示ツール
を使いＰ0までロボットを動作させ、材質、溶接条件等
で決まる姿勢（ねらい角：溶接トーチと進行方向を含ん
だワーク面とがなす角度（図３）、すすみ角：溶接トー
チと進行方向ベクトルがなす角度（図３）で決まる姿
勢）をとるように、教示ツールを使ってロボットを姿勢
変化させる。位置と姿勢が望ましいものになったら、コ
ントローラ内部に記憶させる。つぎに、Ｐ1を教示する
が、Ｐ1では、溶接線が急に変化するので、Ｐ1の前後で
は、望ましい姿勢が違う。したがって、通常は、Ｐ1点
の前後に、適当な距離をおいて、教示点を作成してい
た。この点を図２ではＰpre 1、Ｐpost1と表わしてい
る。このようにすることで、Ｐ1での急激な姿勢変化を
避けていた。Ｐ2に対しても同様な理由で、Ｐpre 2、Ｐ
post2を作成していた。Ｐ3では、Ｐ0の場合と同様にし
て、位置と姿勢を記憶させる。このようにして、動作プ
ログラムは、Ｐ0、Ｐpre 1、Ｐ1、Ｐpost1、Ｐpre 1、
Ｐ2、Ｐpost2、Ｐ3での位置と姿勢を記憶したものとし
て作成される。ところが、このようなロボット教示方法
では、動作位置に加えて動作姿勢も教示しなければなら
なく、かつ、作業対象の特徴点の前後にも教示点を作成
しなければならないことがあり、これらのことが、ロボ
ットの教示を手間のかかるものにしていた。また、これ
らの作業には、ロボットを動かす上で高度の熟練技術と
時間を要しており姿勢を設定するときにおいても簡便で
客観的方法があまりなかった。これらのことを解決する
技術として、特開平８−１２３５３６号公報に開示され
た技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平８−
１２３５３６号公報に開示された方法では、始点、終
点、接続点及び補助点のツール姿勢を決定するとき、設
定されたねらい角と前進角、教示時のツール姿勢から求
まるスピン角により、ツール姿勢を一意的に決定してお
り、このツール姿勢を決定するとき、ロボットが実際に
姿勢をとれるか否かは検討されておらず、ロボットの姿
勢がとれない場合があり問題であった。ロボットの姿勢
がとれない原因として、機構学上の制限による場合、ト
ーチとロボットアームが干渉する場合、もしくは、溶接
対象部材とトーチが干渉する場合などがある。また、前
記公報に開示された方法では、基準面βは、複数の経路
を含む編集対象区間内で、１つしか設定できず、区間毎
には設定できないので、補助点が追加されなくなり問題
であった。さらに、前記公報には、「この基準面βに対
してトーチ１の方向（ツール座標系のＺ軸方向）を表わ
す直線が乗る平面γを考えたとき、平面γが基準平面β
に対してなす角がねらい角θである。」と定義されてお
り、ねらい角は、γとβの面が交差してできる線を中心
とした回転角であり、実際にねらい角分ツール姿勢を回
転させるときには経路軸を回転中心にしており。ねらい
角の定義と回転時のねらい角方向とが違うので使用者が
思った通りにねらい角を設定できないという問題があっ
た。このように、従来法では、現実的に動作可能な動作
プログラムを作ることはできなかったので、その手直し
が必要となり、教示者の負担を軽減するという初期の目
的を十分達成できていなかった。そこで、本発明は、作
業対象の特徴点のみの教示で、動作可能な動作プログラ
ムを作り、客観的な姿勢を生成することにより、教示者
の作業負担を軽減したり、教示者間のばらつきを減らす
ことで安定した作業状態を得られるロボットの動作プロ
グラムを作ることができる産業用ロボットの姿勢生成方
法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の産業用ロボットの姿勢生成方法は、ティー
チングプレイバック方式の産業用ロボットのツール姿勢
が１つの冗長自由度を持つ場合において、正確なツール
先端位置及びラフなツール姿勢の複数教示点を持つ動作
プログラムを用意し、前記教示点間の経路毎に、前記冗
長自由度以外の自由度を規定する値を設定し、前記動作
プログラムから作業区間を特定し、あらかじめ決められ
た条件に基づいて、教示点の前後に少なくとも１つの点
を追加する位置を設定し、前記教示点及び追加された前
後点に対し、前記規定値と冗長自由度を利用してロボッ
トが動作可能なツール姿勢候補群を作成し、前記教示点
及び前記前後点の前記候補群から１つのツール姿勢を選
ぶとき、前記教示点では、教示点における候補群中のロ
ボット各軸位置と教示時ロボット各軸位置との差の関数
を全軸分合計した値が最小となるロボット各軸位置の候
補１つを姿勢生成後教示点として選び、前記教示点の前
点では、姿勢生成後教示点のロボット各軸位置と前点に
おける候補群中のあるロボット各軸位置との差の関数を
全軸分合計した値が最小となるロボット各軸位置の候補
１つを選び、前記教示点の後点では、姿勢生成後教示点
のロボット各軸位置と後点における候補群中のあるロボ
ット各軸位置との差の関数を全軸分合計した値が最小と
なるロボット各軸位置の候補１つを選ぶことを特徴とす
る。前記差の関数は、差の絶対値または差の２乗とする
ことができる。

【０００６】本発明の他の方法は、ティーチングプレイ
バック方式の産業用ロボットのツール姿勢が１つの冗長
自由度を持つ場合において、正確なツール先端位置、及
び、ラフなツール姿勢の複数教示点を持つ動作プログラ
ムを用意し、前記教示点間の経路毎に、前記冗長自由度
以外の自由度を規定する値を設定し、前記動作プログラ
ムから作業区間を特定し、あらかじめ決められた条件に
基づいて、教示点の前後に少なくとも１つの点を追加す
る位置を設定し、前記教示点及び追加された前後点に対
し、前記規定値と冗長自由度を利用してロボットが動作
可能なツール姿勢候補群を作成し、前記教示点及び前記
前後点の前記候補群から１つのツール姿勢を選ぶとき、
前記教示点では、教示時ツール座標から教示点における
候補群中のあるツール座標に回転変換するときに用いら
れるロール．ピッチ．ヨーのそれぞれの回転角を変数と
する関数の和が最小となるツール座標の候補１つを姿勢
生成後教示点として選び、前記教示点の前点では、姿勢
生成後教示点のツール座標から前点における候補群中の
あるツール座標に回転変換するときに用いられるロー
ル．ピッチ．ヨーのそれぞれの回転角を変数とする関数
の和が最小となるツール座標の候補１つを選び、前記教
示点の後点では、姿勢生成後教示点のツール座標から後
点における候補群中のあるツール座標に回転変換すると
きに用いられるロール．ピッチ．ヨーのそれぞれの回転
角を変数とする関数の和が最小となるツール座標の候補
１つを選ぶことを特徴とする。この方法において、前記
関数は、前記変数の絶対値または２乗とすることができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。ここでは、実施例として、アー
ク溶接を挙げるが、本発明は、アーク溶接他、ＴＩＧ
溶接、スポット溶接、レーザ溶接、レーザ切断、シーリ
ング、切削、研削、バリ取り、スプレーなど、ツールが
冗長自由度を持つ場合には同様に適用できる。本実施例
においては、図４のようなトーチを使った場合について
記述する。このとき、トーチは１つの冗長自由度を持
つ。つまり、溶接作業においては、図４のＴｚ軸回りの
回転方向に対しては、制限がなくどのような値でもよ
い。（以下、Ｔｚ軸のことを冗長自由度軸と呼び、ま
た、Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚをツール座標と呼ぶ。） まず、本発明の概要について説明する。図５のような教
示点Ｐ0〜Ｐ3を持つ動作プログラムがあったとき、本発
明を使って姿勢生成すると図６のようになる。この例で
作業区間（溶接区間）はＰ0〜Ｐ3であり、Ｐ0のことを
溶接開始点、Ｐ3のことを溶接終了点、溶接開始点と溶
接終了点の間の教示点Ｐ1、Ｐ2のことを接続点と呼ぶ。
図６では、アプローチ点、エスケープ点が、教示点Ｐ0
の前、及び教示点Ｐ3の後にそれぞれ追加され（特願平
８−８７６５８号公報を参照）、前点Ｐpre i、後点Ｐp
osti（ｉ＝１、２）が追加されている。前後点は、補間
方法（直線、円弧、スプライン）に応じた経路上に（教
示点から教示点へロボットが動作するときのトーチ先端
の移動軌跡のことを、経路と呼ぶ）追加されている（図
６では、直線補間の場合を例示している。）。

【０００８】前後点と教示点では、以下の（１）（２）
のようにして姿勢が決定されている。 （１）設定されたねらい角、すすみ角に応じて姿勢を決
定する。 ・Ｐ0点、Ｐpre 1点のトーチ姿勢は、Ｐ0−Ｐ1区間の最
適溶接姿勢をとる。 ・Ｐpost1点、Ｐpre 2点のトーチ姿勢は、Ｐ1−Ｐ2区間
の最適溶接姿勢をとる。 ・Ｐpost2点、Ｐ3点のトーチ姿勢は、Ｐ2−Ｐ3区間の最
適溶接姿勢をとる。 ・Ｐ1点は、Ｐpre 1点とＰpost1点の中間姿勢をとる。 ・Ｐ2点は、Ｐpre 2点とＰpost2点の中間姿勢をとる。 （２）候補群から最適なものを１つ選ぶ。前記最適溶接
姿勢は、図３のようなねらい角、すすみ角を設定したと
き、図４のトーチ冗長自由度軸Ｔｚ軸が、そのねらい
角、すすみ角に設定されたときの姿勢とする。そのた
め、Ｔｚ軸が一致しておればよく、Ｔｘ、Ｔｙ軸方向は
どのような方向でもよい。前記中間姿勢は、中間姿勢の
Ｔｚ軸をＰpre i点のＴｚ軸とＰposti点のＴｚ軸の中間
として設定し、中間姿勢のＴｘ、Ｔｙ軸方向は任意の方
向でよい。姿勢生成中、最適溶接姿勢、中間姿勢を決定
しても、Ｔｚ軸のみ決まっているので、Ｔｚ軸を回転さ
せることにより多数の候補（候補群と呼ぶ）をリストア
ップすることができる。このリストアップされた候補群
から、ロボットの動作として最適なものを１つ選ぶこと
できるのである。このように、本発明を実施することに
より、溶接作業に最適で、かつ、ロボット動作としても
最適な姿勢の生成ができることになる。

【０００９】つぎに、本発明の詳細な実施例について記
述する。図１は、本願発明を実施するためのフローチャ
ートである。Ｓ００１では、動作プログラムの情報を取
得する。この動作プログラムは、正確なツール先端位
置、及び、ラフなツール姿勢の複数点を持てばよく、オ
フラインの動作プログラム、ロボット制御盤内の既存動
作プログラム、新規動作プログラム、または、保管して
あった動作プログラムなどである。Ｓ００２では、教示
点間の経路毎に、前記冗長自由度以外の自由度を規定す
る値（以下規定値と呼ぶ）を設定している。ここでの例
では、すすみ角、ねらい角を設定する。Ｓ００３では、
複数の溶接区間が１つの動作プログラム中に存在したと
きのための処理であり、動作プログラム中の初期位置か
ら、溶接区間の開始点と終了点を順次探索し、開始終了
点があればＳ００４に行き、また、探索して、動作プロ
グラムの最終移動点まで来たらＳ０１０に行く。Ｓ００
４では、動作プログラム内の教示点において作業区間内
の移動命令としての連続した円弧補間の教示点が３点以
上存在しない場合（連続円弧補間教示点が１点、もしく
は、２点のとき）、円弧が描けないので、姿勢生成を行
わないこととする。Ｓ００５では、図３の教示点座標で
進行方向に対して、左側溶接か、右側溶接かを判別して
いる。この判別方法は、多種あるが、例えば特願平８−
９３４００を利用する。Ｓ００６では、あらかじめ決め
られた条件に基づいて、教示点の前後経路上に点を追加
するかしないかを判定し、追加位置を決定している。Ｓ
００７では、溶接区間中の全点に対して、トーチの冗長
自由度を利用してロボットが動作可能なツール姿勢候補
群を作成する。Ｓ００８では、溶接区間中の全点に対し
て、姿勢の候補群から、教示点では教示時の位置及び姿
勢を反映した姿勢を教示点姿勢として選択し、前後点で
は選択された教示点姿勢を反映した姿勢を選択する。Ｓ
００９では、アプローチ点、エスケープ点を追加する。
追加の方法は、各種あるが、例えば、特願平８−８７６
５８号公報に記載された方法を利用する。Ｓ０１０で
は、姿勢生成した結果を動作プログラムに反映させる。
以上のような手順で、姿勢生成後、確実に動作する動作
プログラムが作成でき、安定した作業状態を得られるロ
ボットの姿勢生成方法を提供することができる。

【００１０】以下に具体的実施例を示す。 ＜第１実施例＞図７にＳ００８の詳細フローチャートを
示す。教示点Ｐi点の前点のことを、以下Ｐpre i点とす
る。教示点Ｐi点の後点のことを、以下Ｐposti点とす
る。（ｉ＝０〜Ｎ−１、ただしＮは作業区間中の教示点
数） Ｓ１０１は、Ｓ００８の開始を意味する。Ｓ１０２で
は、溶接開始点から溶接終了点までの教示点Ｐiを１つ
ずつ増やしていき、ｉが終了点を越えたか、越えないか
を判定している。Ｓ１０３では、教示点Ｐiの候補と教
示時の状態を比較して、教示時の状態に最も近い候補を
教示点Ｐiの姿勢生成後の結果として採用する。ここ
で、最も近いという意味は、教示点Ｐiの教示時のｊ軸
モータパルスＴijと候補中のある候補のモータパルスＣ
ijk（ｋは各候補を区別する候補番号）との各軸につい
ての差の絶対値を全軸分合計した値Ｊikが最小となる候
補を教示点の姿勢生成結果として採用するということで
ある。つまり、 Ｊik＝Σj｜Ｔij−Ｃijk｜ Ｊmin＝ＭＩＮk（Ｊik） ・・・・・・・・（１） ただし、Σjは、全モータ軸（ｊ＝０〜Ｍ−１）の合計
をとること、Ｍは、ロボットのモータ軸数、ＭＩＮkは
ｋを変えたときの最小の値をとることを表わす。Ｊmin
をとるときの候補番号をｋ1とすると、姿勢生成結果の
モータパルスとしてＣijk1として採用する。

【００１１】Ｓ１０４では、Ｐpre i点の候補と姿勢生
成後教示点の状態を比較して、姿勢生成後教示点の状態
に最も近い候補をＰpre i点の姿勢生成後の結果として
採用する。ここで、最も近いという意味は、教示点Ｐi
のＳ１０３で決定されたｊ軸モータパルスＣijk1とＰpr
e i点候補中のある候補モータパルスＣpre ijkとの各軸
についての差の絶対値を全軸分合計した値Ｊpre ikが最
小となる候補を教示点の姿勢生成結果として採用すると
いうことである。つまり、 Ｊpre ik＝Σj｜Ｃijk1−Ｃpre ijk｜ Ｊpre min＝ＭＩＮk（Ｊik） ・・・・・・・・（２） Ｊpre minをとるときの候補番号ｋ2とすると、姿勢生成
結果のモータパルスはＣpre ijk2として採用する。Ｓ１
０５では、Ｐposti点の候補と姿勢生成後教示点の状態
を比較して、姿勢生成後教示点の状態に最も近い候補を
Ｐposti点の姿勢生成後の結果として採用する。ここ
で、最も近いという意味は、教示点ＰiのＳ１０３で決
定されたｊ軸モータパルスＣijk1と候補中のある候補の
モータパルスＣpostijkとの各軸についての差の絶対値
を全軸分合計した値Ｊpostikが最小となる候補を教示点
の姿勢生成結果として採用するということである。つま
り、 Ｊpostik＝Σj｜Ｃijk1−Ｃpostijk｜ Ｊpost min＝ＭＩＮk（Ｊik） ・・・・・・・・・（３） Ｊpost minをとるときの候補番号ｋ3とすると、姿勢生
成結果のモータパルスはＣpostijk3として採用する。Ｓ
１０６は、Ｓ００８の終了を意味する。以上のようにす
ると、各モータ軸の動作が小さくなり、その結果、モー
タに負荷がかかりにくくなり、接続点でのロボットの動
作がなめらかになる。

【００１２】＜第２実施例＞第２実施例は、第１実施例
のロボット各軸の差の代わりに差の２乗を用いるもの
で、式（１）、式（２）、式（３）がそれぞれ、以下の
ようになるものである。 Ｊik＝Σj（Ｔij−Ｃijk）² ・・・・・・・・・・（４） Ｊpre ik＝Σj（Ｃijk1−Ｃpre ijk）² ・・・・・・・・・（５） Ｊpostik＝Σj（Ｃijk1−Ｃpostijk）² ・・・・・・・・・（６）

【００１３】＜第３実施例＞第３実施例は、第１実施例
のＳ１０３、Ｓ１０４かつＳ１０５の処理内容におい
て、各軸パルスの代わりに、回転変換を表わすロール．
ピッチ．ヨー角を用いることの他は第１及び第２実施例
とそれぞれ同様である。このようにすると、接続点での
ツール姿勢の変化量が小さくなる動作プログラムができ
る。

【００１４】＜第４実施例＞以上の例では、各軸の影響
度合いを一様にしたが、式（１）〜（６）に重み係数を
つけて各軸の影響度合いを調整することも可能である。
例えば、式（１）に重み係数をつけた式は、 Ｊik＝ΣjＷj＊｜Ｔij−Ｃijk｜ ・・・・・・・・・・・（７） となり、このＷjの値を各ｊに関して変えることにより
調整できる。

【００１５】＜第５〜１３実施例＞図８は、第５〜第１
３実施例のフローチャートであり、図１のＳ００７の詳
細に関する。Ｓ２０１では、Ｓ００７の開始を意味す
る。Ｓ２０２では、溶接開始点から溶接終了点までの教
示点Ｐiのｉを１つずつ増やしていき、ｉが終了点を越
えたか、越えないかを判定している。Ｓ２０３では、教
示点Ｐｉが溶接開始点か接続点か溶接終了点かを判断し
ており、教示点Ｐiが、溶接開始点ならＳ２１６へ、接
続点ならＳ２０４へ、溶接終了点ならＳ２１７へ処理が
進む。Ｓ２０４では、第６実施例により、Ｐi-1点から
Ｐi+1点までの２経路のｉ 点上のそれぞれの接線が同
一接線であり（Ｐi-1点からＰi点までの経路のＰi点上
の接線ベクトルと，Ｐi点からＰi+1点までの経路のＰi
点上の接線ベクトルとのなす角度がある値以下（例え
ば、５度以下）の場合のことである。）、その２区間の
ねらい角、すすみ角が同じ値であるならば、Ｐpre i
点、Ｐposti点は追加しないようにする。このようなと
きは、ツール座標Ｔｚ軸が変化しないので、前後点は必
要なく、計算時間及び前後点を記憶するメモリ空間を節
約することができる。逆に、接線が同一でない場合、あ
るいは、ねらい角、すすみ角がのどちらか一方でも同じ
でないならば、前後点は追加される。

【００１６】Ｓ２０５では、第５実施例によりＰi-1，
Ｐi点間の距離とＰi，Ｐi+1点間の距離がともにある値
以下（例えば、２０ｍｍ以下）なら、Ｐpre i点、Ｐpos
ti点は追加しないようにする。Ｓ２０６では、第５実施
例によりＰi-1，Ｐi点間の距離がある値以下（例えば、
２０ｍｍ以下）なら、Ｐpre i点は追加せず、Ｐposti点
は追加する。Ｓ２０７では、第５実施例によりＰi，Ｐi
+1点間の距離がある値以下（例えば、２０ｍｍ以下）な
ら、Ｐposti点は追加せず、Ｐpre i点を追加する。Ｓ２
０５〜Ｓ２０７の処理をすることで、教示点間が短く、
最適溶接姿勢をとれる区間が短い場合に、計算時間及び
前後点を記憶するメモリ空間を節約することができ、ま
た、姿勢作成誤差を出難くしている。Ｓ２０８では、第
１３実施例により各教示点座標を設定して、第１２実施
例によりＰpre i点のツール座標Ｔｚ軸を決定し、Ｐpre
i点の最適溶接姿勢を作る。ツール座標Ｔｚ軸回りは、
冗長自由度軸であり、ツール姿勢候補を作る際、ツール
座標Ｔｚ軸を回転させる初期基準座標を以下のように決
定する。Ｐi点が接続点なので、Ｐi-1点は、存在し、Ｐ
i-1点の教示点座標Ｘ軸を中心としてｉ−１点の教示点
座標をすすみ角分回転させ、ｉ−１点の教示点座標Ｙ軸
を中心として１度回転した座標をさらにねらい角分回転
させ、そのようにして得られた２度回転した座標をさら
に２度回転した座標のＹ軸回りに１８０度回転させる。
３度回転した座標を、Ｐpre i点における初期基準座標
とする。

【００１７】Ｓ２０９でＰpre i点位置を決定する際、
初期のＰpre i点の追加される位置は、補間方法に応じ
て決められる動作補間線上の教示点からの距離、また
は、教示点間の距離に対する割合として指定されるが
（この指定方法は、多種あるが、例えば特願平７−２５
９２３０号公報記載の方法を利用する。）、第７及び第
８実施例によりツールとワーク形状とが干渉するかしな
いかをチェックしながらＰpre i点位置を再度設定す
る。第７実施例のワーク形状の設定方法としては、ＣＡ
Ｄ 情報、オフライン情報などがあり、第８実施例のワ
ーク形状の設定方法としては、動作プログラムの経路デ
ータや継ぎ手情報などからワーク形状を推測する方法が
ある。Ｓ２１０では、Ｐpre i点のツール姿勢候補を作
る。Ｐpre i点における初期基準座標のＴｚ軸を回転中
心として、Ｐpre i点における初期基準座標をあらかじ
め決められた角度ｄＴｚずつ回転させたツール姿勢につ
いて、第１１実施例により、順次、逆変換（ツール座標
からロボット各軸位置を計算する方式）し、ロボット各
軸位置が動作範囲（ロボット各軸が動作できる範囲）内
かどうかをチェックし、ロボットアームとツール及びツ
ールに付属する部分（トーチにおけるコンジットケーブ
ル）とが干渉しないかどうかチェックし、チェックに引
っかからなかったものを順次候補としてあげ、Ｐpre i
点における初期基準座標からｄＴｚずつ回転させて１回
転するまで、Ｐpre i点のツール姿勢候補を作る。

【００１８】Ｓ２１１では、まず、第１３実施例によ
り、教示点座標の１軸目を教示点Ｐiから教示点Ｐi+1へ
向かう接線ベクトル（図１２参照。ただし、図１２は、
直線補間時の例なので、接線ベクトルは、ＰiからＰi+1
へ向かう直線となっている。）とする。２軸目を教示点
Ｐiから参照点として設定された点Ｐrefに向かうベクト
ルと１軸目のベクトルとの外積ベクトルとする。このと
き、もし、参照点が設定されてない場合、２軸目を鉛直
方向ベクトルと１軸目のベクトルとの外積ベクトルとす
る。３軸目を１軸と前記２軸との外積ベクトルとしてｉ
教示点座標を設定している。さらに、第１２実施例によ
りＰposti点のツール座標Ｔｚ軸を決定し、Ｐposti点の
最適溶接姿勢を作る。ツール座標Ｔｚ軸回りは、冗長自
由度軸であり、ツール姿勢候補を作る際、ツール座標Ｔ
ｚ軸を回転させる初期基準座標を以下のように決定す
る。まず、Ｐi点の教示点座標Ｘ軸を中心としてＰi点の
教示点座標をすすみ角分回転させる。つぎに、回転した
後のＰi点の教示点座標Ｙ軸を中心としてねらい角分回
転さる。さらに、回転した座標のＹ軸回りに１８０度回
転させる。このようにして得られた座標を、Ｐposti点
における初期基準座標とする。

【００１９】Ｓ２１２でＰposti点位置を決定する際、
初期のＰposti点の追加される位置は、補間方法に応じ
て決められる動作補間線上の教示点からの距離、また
は、教示点間の距離に対する割合として指定されるが
（この指定方法は、多種あるが、例えば特願平７−２５
９２３０号公報記載の方法を利用する。）、第７及び第
８実施例によりツールとワーク形状とが干渉するかしな
いかをチェックしながらＰposti点位置を再度設定す
る。第７実施例のワーク形状の設定方法としては、ＣＡ
Ｄ情報、オフライン情報などがあり、第８実施例のワー
ク形状の設定方法としては、動作プログラムの経路デー
タや継ぎ手情報などからワーク形状を推測する方法があ
る。Ｓ２１３では、Ｐposti点のツール姿勢候補を作
る。Ｐposti点における初期基準座標のＴｚ軸を回転中
心として、Ｐposti点における初期基準座標をあらかじ
め決められた角度ｄＴｚずつ回転させたツール姿勢につ
いて、第１１実施例により、順次、逆変換（ツール座標
からロボット各軸位置を計算する方式）し、ロボット各
軸位置が動作範囲（ロボット各軸が動作できる範囲）内
かどうかをチェックし、ロボットアームとツール及びツ
ールに付属する部分（トーチにおけるコンジットケーブ
ル）とが干渉しないかどうかチェックし、チェックに引
っかからなかったものを順次候補としてあげ、Ｐposti
点における初期基準座標からｄＴｚずつ回転させて１回
転するまで、Ｐposti点のツール姿勢候補を作る。Ｓ２
１４では、第１３実施例により各教示点座標を設定し
て、第１２実施例によりＰi点のツール座標Ｔｚ軸を決
定し、Ｐi点の中間姿勢を作る。ツール座標Ｔｚ軸回り
は、冗長自由度軸であり、ツール姿勢候補を作る際、ツ
ール座標Ｔｚ軸を回転させる初期基準座標を以下のよう
に決定する。

【００２０】まず、Ｐi-1点の教示点座標とＰi点の教示
点座標の中間座標のＸ軸を中心として中間座標をすすみ
角分回転さる。つぎに、回転後の中間座標Ｙ軸を中心と
してさらにねらい角分回転させる。さらに、回転後のＹ
軸回りに１８０度回転させる。このようにして得られた
座標を、Ｐi点における初期基準座標とする。Ｓ２１５
では、Ｐi点姿勢を決定する際、初期のＰi点姿勢は、第
７及び第８実施例によりツールとワーク形状とが干渉す
るかしないかをチェックしながらＰｉ点における初期基
準座標を再度設定する。第７実施例のワーク形状の設定
方法としては、ＣＡＤ情報、オフライン情報などがあ
り、第８実施例のワーク形状の設定方法としては、動作
プログラムの経路データや継ぎ手情報などからワーク形
状を推測する方法がある。Ｓ２１６では、第１３実施例
により各教示点座標を設定して、第１２実施例によりＰ
i点のツール座標Ｔｚ軸を決定し、Ｐi点の最適溶接姿勢
を作る。ツール座標Ｔｚ軸回りは、冗長自由度軸であ
り、ツール姿勢候補を作る際、ツール座標Ｔｚ軸を回転
させる初期基準座標を以下のように決定する。まず、Ｐ
i点の教示点座標Ｘ軸を中心としてＰi点の教示点座標を
すすみ角分回転させる。つぎに、回転後の教示点座標Ｙ
軸を中心としてさらにねらい角分回転させる。さらに回
転したＹ軸回りに１８０度回転させる。このようにして
得られた座標を、Ｐi点における初期基準座標とする。

【００２１】Ｓ２１７では、第１３実施例により各教示
点座標を設定して、第１２実施例によりＰi点のツール
座標Ｔｚ軸を決定し、Ｐi点の最適溶接姿勢を作る。ツ
ール座標Ｔｚ軸回りは、冗長自由度軸であり、ツール姿
勢候補を作る際、ツール座標Ｔｚ軸を回転させる初期基
準座標を以下のように決定する。まず、Ｐi-1点の教示
点座標Ｘ軸を中心としてＰi点の教示点座標をすすみ角
分回転させる。つぎに、Ｐi-1点の教示点座標Ｙ軸を中
心として回転した座標をさらにねらい角分回転させる。
さらに、回転した座標のＹ軸回りに１８０度回転させ
る。このようにして得られた座標を、Ｐi点における初
期基準座標とする。Ｓ２１８では、教示点Ｐiでのツー
ル姿勢候補を作る。Ｐi点における初期基準座標のＺ軸
を回転中心として、Ｐi点における初期基準座標をｄＴ
ｚずつ回転させたツール姿勢について、第１１実施例に
より、順次、逆変換し、ロボット各軸位置が動作範囲内
かどうかチェックし、ロボットアームとツール及びツー
ルに付属する部分とが干渉しないかどうかチェックし、
チェックに引っかからなかったものを順次候補としてあ
げ、教示点Ｐｉにおける初期基準座標からｄＴｚずつ回
転させて１回転するまで、教示点Ｐｉ点のツール姿勢候
補作る。Ｓ２１９では、Ｓ００７の終了を意味する。こ
こでは、第５〜第１３実施例を同時に実施した例を記し
たが、もちろん、個別に使用してもよい。

【００２２】＜第１４〜１６実施例＞図９は、第１４実
施例と第１６実施例を表わすフローチャートであり、図
１のＳ００３とＳ００４の間に、Ｓ３０４が、Ｓ００９
の後にＳ３１１が入っている。Ｓ３０４では、Ｓ００３
で決まった溶接区間内に同一点（２点の位置が近傍であ
り、ある範囲内にあるとき、例えば、１ｍｍ以内等）が
あるときは、その連続した同一点群の中から最初の点
を、代表として選ぶこととする（その中の点ならどれを
代表に選んでもよい）。また、第１５実施例の発明は、
別の同一点決定方法としてツール姿勢かつ位置がともに
同じ場合を同一点とするものである。Ｓ３１１では、姿
勢生成しない区間として設定した区間があれば、その区
間内の追加された前後点を削除し、そして、姿勢生成さ
れた教示点の姿勢を教示時の姿勢に戻すものである。図
１０は姿勢生成しない区間を設定した場合の姿勢生成後
の結果であり、この図を用いて説明すると、姿勢生成し
ない区間としてＰ１−Ｐ２区間を設定すると、アプロー
チ点、教示点Ｐ0、Ｐpre 1点、Ｐpost2点、教示点Ｐ3と
エスケープ点が姿勢生成されるが、Ｐpost1点とＰpre 2
点は追加されず、教示点Ｐ1と教示点Ｐ2は教示時の姿勢
となる。ここでは、第１４〜第１６実施例を同時に実施
した例を記したが、もちろん、個別に使用してもよい。

【００２３】＜第１７実施例＞図１１は、第１７実施例
を表わすフローチャートであり、図７に候補の存在か否
かの判定を追加したものである。第１７実施例により、
Ｐi点、Ｐpre i点、もしくは、Ｐposti点に候補が１つ
も存在しない場合、前後点なら、前後点を追加せず、教
示点なら、教示時の姿勢と同じにし、かつ、候補群の作
成が不可能であったことを使用者に伝達する。伝達の手
段は、各種あるが、例えば、教示ツールのディスプレイ
にどの点ができなかったかを表示する。Ｓ４０１では、
Ｓ００８の開始を意味する。Ｓ４０２では、溶接開始点
から溶接終了点までの教示点Ｐiを１つずつ増やしてい
き、ｉが終了点を越えたか、越えないかを判定してい
る。Ｓ４０３では、教示点Ｐｉでの候補が１つ以上ある
かどうかの判定をする。Ｓ４０４では、第１７実施例に
より教示点Ｐiでの候補が１つも存在しないので姿勢生
成後の姿勢を教示時のツール姿勢とする。このとき、使
用者に対して、「姿勢生成ができず、教示点Ｐiのツー
ル姿勢は、教示時のツール姿勢と同じ」という情報も伝
達する。Ｓ４０５は、Ｓ１０３と同じである。

【００２４】Ｓ４０６では、Ｐpre i点での候補が１つ
以上あるかどうかの判定をする。Ｓ４０７では、第１７
実施例によりＰpre i点での候補が１つも存在しないの
でＰpre i点を追加しない。このとき、使用者に対し
て、「姿勢生成ができず、Ｐpre i点は追加しない」と
いう情報も伝達する。Ｓ４０８は、Ｓ１０４と同じであ
る。Ｓ４０９では、Ｐposti点での候補が１つ以上ある
かどうかの判定をする。Ｓ４１０では、第１７実施例に
よりＰposti点での候補が１つも存在しないのでＰposti
点を追加しない。このとき、使用者に対して、「姿勢生
成ができず、Ｐposti点は追加しない」という情報も伝
達する。Ｓ４１１は、Ｓ２１１と同じである。Ｓ４１２
は、Ｓ００８の終了を意味する。以上、本発明をアーク
溶接に適用した実施例を挙げて説明したが、これにより
本発明は何ら限定されるものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、産
業用ロボットが行う各種作業に最適で、かつ、ロボット
動作としても最適な姿勢の生成ができることになるの
で、教示作業が簡単化され、作業効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の姿勢生成処理を示すフローチャート
である。

【図２】 従来の技術の説明図である。

【図３】 ねらい角、すすみ角の説明図である。

【図４】 本発明のツール形状及びツール座標系を示す
説明図である。

【図５】 本発明の姿勢生成前の教示点Ｐ0〜Ｐ3を持つ
動作プログラムの説明図である。

【図６】 本発明の姿勢生成後の動作プログラムの説明
図である。

【図７】 図１中のＳ００８の詳細処理のフローチャー
トである。

【図８】 図１中のＳ００７の詳細処理のフローチャー
トである。

【図９】 第１４実施例と第１６実施例を表わすフロー
チャートである。

【図１０】 姿勢生成しない区間を設定したときの姿勢
生成結果の説明図である。

【図１１】 第１７実施例を表わすフローチャートであ
る。

【図１２】 教示点Ｐiのｉ教示点座標の説明図であ
る。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ティーチングプレイバック方式の産業用
   ロボットのツール姿勢が１つの冗長自由度を持つ場合に
   おいて、 正確なツール先端位置及びラフなツール姿勢の複数教示
   点を持つ動作プログラムを用意し、 前記教示点間の経路毎に、前記冗長自由度以外の自由度
   を規定する値を設定し、 前記動作プログラムから作業区間を特定し、あらかじめ
   決められた条件に基づいて、教示点の前後に少なくとも
   １つの点を追加する位置を設定し、 前記教示点及び追加された前後点に対し、前記規定値と
   冗長自由度を利用してロボットが動作可能なツール姿勢
   候補群を作成し、 前記教示点及び前記前後点の前記候補群から１つのツー
   ル姿勢を選ぶとき、前記教示点では、教示点における候
   補群中のロボット各軸位置と教示時ロボット各軸位置と
   の差の関数を全軸分合計した値が最小となるロボット各
   軸位置の候補１つを姿勢生成後教示点として選び、 前記教示点の前点では、姿勢生成後教示点のロボット各
   軸位置と前点における候補群中のあるロボット各軸位置
   との差の関数を全軸分合計した値が最小となるロボット
   各軸位置の候補１つを選び、 前記教示点の後点では、姿勢生成後教示点のロボット各
   軸位置と後点における候補群中のあるロボット各軸位置
   との差の関数を全軸分合計した値が最小となるロボット
   各軸位置の候補１つを選ぶことを特徴とする産業用ロボ
   ットの姿勢生成方法。
2. 【請求項２】 ティーチングプレイバック方式の産業用
   ロボットのツール姿勢が１つの冗長自由度を持つ場合に
   おいて、 正確なツール先端位置、及び、ラフなツール姿勢の複数
   教示点を持つ動作プログラムを用意し、 前記教示点間の経路毎に、前記冗長自由度以外の自由度
   を規定する値を設定し、 前記動作プログラムから作業区間を特定し、あらかじめ
   決められた条件に基づいて、教示点の前後に少なくとも
   １つの点を追加する位置を設定し、 前記教示点及び追加された前後点に対し、前記規定値と
   冗長自由度を利用してロボットが動作可能なツール姿勢
   候補群を作成し、 前記教示点及び前記前後点の前記候補群から１つのツー
   ル姿勢を選ぶとき、前記教示点では、教示時ツール座標
   から教示点における候補群中のあるツール座標に回転変
   換するときに用いられるロール．ピッチ．ヨーのそれぞ
   れの回転角を変数とする関数の和が最小となるツール座
   標の候補１つを姿勢生成後教示点として選び、 前記教示点の前点では、姿勢生成後教示点のツール座標
   から前点における候補群中のあるツール座標に回転変換
   するときに用いられるロール．ピッチ．ヨーのそれぞれ
   の回転角を変数とする関数の和が最小となるツール座標
   の候補１つを選び、 前記教示点の後点では、姿勢生成後教示点のツール座標
   から後点における候補群中のあるツール座標に回転変換
   するときに用いられるロール．ピッチ．ヨーのそれぞれ
   の回転角を変数とする関数の和が最小となるツール座標
   の候補１つを選ぶことを特徴とする産業用ロボットの姿
   勢生成方法。
3. 【請求項３】 前記関数は、前記変数の絶対値または２
   乗である請求項１または２記載の産業用ロボットの姿勢
   生成方法。
4. 【請求項４】 前記あらかじめ決められた条件は、作業
   区間中の連続した２つの教示点間の補間に応じて決まる
   経路区間距離を求める段階と、前記距離があらかじめ設
   定された値以下であるか否かを判断する段階と、前記距
   離が前記あらかじめ設定された値以下なら前記経路内の
   前後点を追加しない段階を含むことを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかの項に記載された産業用ロボット
   の姿勢生成方法。
5. 【請求項５】 前記あらかじめ決められた条件は、作業
   区間中の開始点と終了点以外の教示点である接続点の前
   経路に応じて決まる前接線ベクトルと後経路に応じて決
   まる後接線ベクトルがあらかじめ設定された範囲内で同
   一方向であり、かつ、前点と後点での前記規定値が同じ
   値ならば、前記接続点の前後点を追加しないことを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載された産
   業用ロボットの姿勢生成方法。
6. 【請求項６】 前記あらかじめ決められた条件は、前後
   点の位置を決定するとき、ワーク形状を設定し、このワ
   ークとツールの干渉を考慮した上で前記前後点の位置を
   決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   の項に記載された産業用ロボットの姿勢生成方法。
7. 【請求項７】 前記あらかじめ決められた条件は、前後
   点の位置を決定するとき、ワーク情報を設定し、動作プ
   ログラム中の教示点と経路毎に設定可能な参照点を設定
   し、前記ワーク情報、前記教示点、及び、前記参照点か
   らワーク形状を推測し、前記ワーク形状とツールの干渉
   を考慮した上で前記前後点の位置を決定することを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載された産
   業用ロボットの姿勢生成方法。
8. 【請求項８】 前記ツール姿勢候補群を作成するとき、
   教示点では、ワーク形状を設定し、このワークとツール
   の干渉を考慮した上で前記教示点の姿勢を決定すること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載さ
   れた産業用ロボットの姿勢生成方法。
9. 【請求項９】 前記ツール姿勢候補群を作成するとき、
   教示点では、ワーク情報を設定し、動作プログラム中の
   教示点と参照点を設定し、前記ワーク情報、前記教示
   点、及び、前記参照点からワーク形状を推測し、前記ワ
   ーク形状とツールの干渉を考慮した上で教示点の位置を
   決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   の項に記載された産業用ロボットの姿勢生成方法。
10. 【請求項１０】 前記ツール姿勢候補群を作成すると
    き、ロボットの動作範囲制限を考慮した上で候補を作成
    することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項
    に記載された産業用ロボットの姿勢生成方法。
11. 【請求項１１】 教示点ｉでの前記ツール姿勢候補群を
    作成するとき、教示点ｉが接続点である場合、前記接続
    点の前点では、ｉ−１教示点座標を設定し、前記ｉ−１
    教示点座標を基準にして、教示点ｉ−１から教示点ｉに
    至る経路に設定された前記規定値から１つのベクトルを
    決定し、前記ベクトルとツール姿勢の冗長自由度軸を一
    致させ、前記冗長自由度軸を回転させて、候補群を作
    り、教示点ｉが接続点である場合、前記接続点の後点で
    は、ｉ教示点座標を設定し、前記ｉ教示点座標を基準に
    して、教示点ｉから教示点ｉ＋１に至る経路に設定され
    た前記規定値から１つのベクトルを決定し、前記ベクト
    ルとツール姿勢の冗長自由度軸を一致させ、前記冗長自
    由度軸を回転させて、候補群を作り、教示点ｉが接続点
    である場合、前記接続点では、ｉ−１教示点座標とｉ教
    示点座標の中間座標を設定し、教示点ｉ−１からｉ間経
    路に設定された規定値と教示点ｉからｉ＋１間経路に設
    定された規定値から中間となる接続点規定値を設定し、
    中間座標を基準にして前記接続点規定値から１つのベク
    トルを決定し、前記ベクトルとツール姿勢の冗長自由度
    軸を一致させ、前記冗長自由度軸を回転させて、候補群
    を作り、教示点ｉが作業開始点である場合、ｉ教示点座
    標を設定し、教示点ｉからｉ＋１に至る経路に設定され
    た前記規定値から１つのベクトルを決定し、前記ベクト
    ルとツール姿勢の冗長自由度軸を一致させ、前記冗長自
    由度軸を回転させて、候補群を作り、教示点ｉが作業終
    了点である場合、ｉ−１教示点座標を設定し、教示点ｉ
    −１からｉに至る経路に設定された前記規定値から１つ
    のベクトルを決定し、前記ベクトルとツール姿勢の冗長
    自由度軸を一致させ、前記冗長自由度軸を回転させて、
    候補群を作ることを特徴とする請求項１ないし３のいず
    れかの項に記載された産業用ロボットの姿勢生成方法。
12. 【請求項１２】 前記ｉ教示点座標を設定する方法は、
    教示点座標の１軸目を教示点ｉから教示点ｉ＋１へ向か
    う接線ベクトルとし、２軸目を教示点ｉから参照点とし
    て設定された点に向かうベクトルと前記１軸目のベクト
    ルとの外積ベクトルとし、もし、参照点が設定されてな
    い場合、２軸目を鉛直方向ベクトルと前記１ 軸目のベ
    クトルとの外積ベクトルとし、３軸目を前記１軸と前記
    ２軸との外積ベクトルとして前記ｉ教示点座標を設定す
    ることを特徴とする請求項１１に記載された産業用ロボ
    ットの姿勢生成方法。
13. 【請求項１３】 前記動作プログラム内の教示点におい
    て、連続した複数点間の距離があらかじめ設定した値よ
    り小さい場合、同一点とし、前記複数点内の１つを代表
    点とし、前記代表点を姿勢の生成時に利用することを特
    徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載された
    産業用ロボットの姿勢生成方法。
14. 【請求項１４】 前記動作プログラム内の教示点におい
    て、連続した複数点間の距離があらかじめ設定した値よ
    り小さく、かつ、姿勢の差もあらかじめ設定した範囲内
    より小さい場合、同一点とし、前記複数点内の１つを代
    表点とし、前記代表点を姿勢の生成時に利用することを
    特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載され
    た産業用ロボットの姿勢生成方法。
15. 【請求項１５】 前記動作プログラム中の作業区間の一
    部を姿勢を生成しない区間として設定可能であり、前記
    姿勢を生成しない区間として設定された区間において
    は、姿勢を生成するとき、前記区間内の前後点を追加せ
    ず、前記区間内の教示点の姿勢も教示時の姿勢と同じに
    することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項
    に記載された産業用ロボットの姿勢生成方法。
16. 【請求項１６】 前記ツール姿勢候補群が、１つも作な
    かった場合、前後点なら、前後点を追加せず、教示点な
    ら、教示時の姿勢と同じにし、かつ、候補群の作成が不
    可能であったことを使用者に伝達することを特徴とする
    請求項１ないし３のいずれかの項に記載された産業用ロ
    ボットの姿勢生成方法。