JPS60191307A - ロボツトの積付動作簡易教示方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、パレットに直方体形状の物品を積付ける作業
を、ロボットにより行なう際の、ロボットの動作教示方
式に係わり、特に物品の寸法が多種類にわたる場合に好
適な、ロボットの積付動作簡易教示方式に関する。

〔発明の背景〕

工場の製品、航空貨物等の物品の運搬は、パレットとよ
ばれる運搬用の板の上の定められた高さ内になるべく多
くの物品を積付け、そのパレットごとトラック、航空機
等に積込み、又積おろすという方法によりしばしば行な
われている。従来、このパレットへの物品の積付は人手
により行なわれていた。しかし、人件費が高騰してきた
ため省人化を行なう必要があること、労働者の単純作業
離れによシ労働力が不足していること等の理由により、
この種の積付作業の機械化が強く要請されている。現在
、積付作業の機械化を実現する方法としては、オートパ
レタイザとよばれる積付専用の機械によるものと、ロボ
ットによるものが代表的である。このうちロボットを用
いて積付作業を機械化する方法は、（１）オートパレタ
イザに比べ設置面積が小さい、（ｉｉ）オートパレタイ
ザに比べ積付ける物品の形状、数量の変更に対拠しやす
い等の理由により注目されている。

ロボットにより積付作業を機械化した例としては、家電
製品のような量産品の積付作業つまυ、同一寸法の物品
の積付作業のロボット化が挙げられる。この際、ロボッ
トの積付動作（積込位置で物品を把持し、運搬し、積付
位置で物品を解放する）の教示は、プレイバック方式を
用いて行なっている。プレイバック方式では、物品を把
持する点、解放する点、これら２つの点の間の通過点等
の動作点を位置及び各点における動作情報（）・ンドの
開／閉、動作点間の移動速度等）を教示する動作点の位
置、動作情報の教示は次の（１）〜６Φのように行ない
、１つの物品を積付けるための動作の教示は、（１）〜
０１Ｄを各動作点についてくり返す。

（＋）実際にロボットを動かしながら、ロボットハンド
及びハンドが把持している物品が、パレット上に既に積
付けられている物品に持触しないように試行錯誤して動
作点の位置を決定する。（１１）その動作点における動
作情報を決定する。０１０位置、動作情報をロボットコ
ントローラの記憶部に記憶させる。

同一寸法の物品の積付の場合、パレットの種類が同じな
らば、物品のパレット上における積付位置はパレット毎
にかわらない。従って、１度、１パレット分の物品を積
付けるためのロボットの動作を教示すれは、以後、積付
ける物品の寸法、パレットの種類を変更しない限り新た
に動作を教示する必要はない。つ１す、実際に積付作業
を行なう時間に対して教示に要する時間の割合が小さい
。

従って、この場合プレイバック方式による教示方法は有
効であると考えられる。

ところが、貨物の積付作業のように、積付ける物品の寸
法が多種類である場合、■パレットに積付ける物品の寸
法、パレット上における積付位置はパレット毎にかわる
。従って、この場合ロボットの動作の教示をプレイバッ
ク方式で行なうと、パレット毎に教示を行なう必要があ
り、実際に積付作業を行なう時間に対して教示に要する
時間の割合が大きくなる。従って、この場合にはプレイ
バック方式による教示は有効でないと考えられる。

〔発明の目的〕

貨物の積付作業のように、積付ける物品の寸法が多種類
である場合、この作業をロボットにより行なうためのロ
ボットの動作の教示に要する時間を、実際に積付作業を
行なう時間に比べてなるべく短かくするような、ロボッ
トの動作の教示方式を提供することが、本発明の目的で
ある。

〔発明の概要〕

本方式では、人間と計算機が以下のように役割分担する
ことにより、ロボットの積付動作の教示を従来方式より
も短い時間で実現している。

（１）人間（作業員）による物品の積付位置の決定パレ
ットに積付ける物品の寸法が多種類である場合、物品の
積付は方（どの寸法の物品をパレット上の３次元空間の
どの位置に積付けるか）は無限にある。従ってこれらの
積付は方の中から、パレットに物品を最も多く積むこと
ができる積付は方（最適積付方法）を決定する計算を計
算機で行なうと美大な計算時間を要する。これに対して
、人間は経験及び勘により、要求された時間内で、パレ
ットに積付けた物品数が最適積付方法と比べてさほど劣
らない積付は方を決定することができる。従って、本方
式では人間が積付位置を決定し、計算機はグラフィック
端末の画面に、物品を積付ける前のパレット上の物品の
配置、人間が指定した位置に物品を積付けた後のパレッ
ト上の物品の配置等を表示し、人間が積付位置を決定す
るのを支援する。

（２）計算機によるロボットの積付動作の決定・教示 ロボットの積付動作は、次の（１）〜ＯＩＤのくりかえ
しであると考えることができる。（１）積込位置におい
て物品を把持する。（１１）ロボットノ・ンド及びハン
ドが把持している物品が、パレット上に既に積付けられ
ている物品に接触しないように、積込位置から積付位置
まで物品を運搬する。

０１Ｄ積付位置において、把持している物品を解放する
。従って、積込位置、積付位置、既に積付けられた物品
のパレット上の配置（積付状況）積付ける物品の寸法が
わかれば、ロボットが積付動作を行なうだめの動作点の
位置、動作点における動作情報を決めることができる。

本方式では、物品の積込位置は物品毎にかわることはな
いと考え、あらかじめ本方式の制御計算機の記憶部に記
憶しておく。又、パレット上の積付状況も記憶部に記憶
し、物品を積付ける毎に更新する。本方式の制御計算機
は、積付ける物品の寸法を入力し、（１）で人間が決定
した積付位置と、記憶部に記憶している積込位置、積付
状況を用いて、ロボットが積付動作を行なうだめの各動
作点の位置、動作情報を決定し、ロボットコントローラ
に出力する。

〔発明の実施例〕

本発明の方式は次の２つの主機能から成る。

〔１〕積付位置決定機能：本方式の制御計算機が、グラ
フィック端末の画面に、物品を積付ける前のパレット上
の物品の配置と、作業員の指定した位置に物品を積付け
た後のパレット上の物品の配置を表示し、作業員がこの
画面を見ながら物品の積付位置を決定する。

〔２〕ロボツトの積付動作決定・教示機能：本方式の制
御計算機が、〔１〕で決定した積付位置に物品を積付け
るだめのロボットの積付動作を決定し、ロボットに教示
する。

以上２つの主機能を実現するために、本方式を次の装置
により構成する。以下第１図により説明する。なお、本
実施例では直交座標ロボットを用いることを想定する。

１は本方式を制御する計算機である。本計算機は、デー
タを記憶するだめの両部１０１により構成される。記憶
部１０２には第１表のように、物品（図示せず）の積込
場所の位置データが、あらかじめロボットに設定された
原点を基準とした直交座標系（ロボット座標系）により
表わされ、記憶されている。記憶部１０３には、第２表
のようにパレット情報データ、つまり、複数種類のパレ
ットの名称、寸法、設置位置（ロボット座標系で表わす
）、設置方向（パレットの長手方向がロボット座標系の
Ｘｍ方向に向いていれば゛順″、そうでなければ”逆″
）が記憶されている。記憶部１０４には、第３表のよう
に、作業員が指定したパレットのパレット情報データが
記憶されている。記憶部１０５には、第４表のように、
物品の寸法データ、つまり、これから積付ける物品の寸
法、積込位置における方向（物品の長手方向がＸ軸方向
を向いていれば゛順″、そうでなければ”逆″）が記憶
されている。記憶部１０６には、第５表のように、物品
の積付位置データ、つまり、これから積付ける物品の積
付位置（ロボット座標で表わす）、積付方向（物品の長
手方向がＸ軸方向を向いていれば”順”、そうでなけれ
ば“逆″）が記憶されている。記憶部１０７には、第６
表のように、積付状況データ（ツクレット上に既に積付
けである物品の寸法、積付位置、積付方向）が記憶され
ている。記憶部１０８には、第７表のように、ロボット
動作教示データ、つまり、物品を指定した積付位置に積
付けるだめの各動作点の動作順序、位置（ロボット座標
で表わす）、動作情報（ロボットノ・ンドの開／閉、動
作点間の（９） 第１表　積込位置 第２表　複数種類のパレットのパレット情報第３表　指
定パレットのパレット情報 第４表　物品寸法・積込位置での方向 第５表　積付位置・積付方向 （１０） 第６表　積付状況 第７表　動作点位置・動作１１序・動作情報□ （１１） 移動速度等）が記憶されている。記憶部１θ９には、積
付位置決定機能を実現するだめのプログラムが記憶され
ている。記憶部１１０には、ロボットの積付動作決定・
教示機能を実現するためのプログラムが記憶されている
。２は、物品の積付位置の入力、物品の寸法の表示、物
品を積付ける前の積付状況及び作業顛が指定した位置に
物品を積付けた後の積付状況の表示を行なうためのグラ
フィック端末である。３は、積込位置にある物品の寸法
を、テレビカメラ、レーザ等を用いて認識する形状認識
装置である。４は、本方式により決定したロボット動作
教示データを入力し、ロボットの動作を制御するロボッ
トコントローラである。

５は、グラフィック端末２から計算機１にデータを入力
するだめの、ライトペン、タブレット等の入力手段であ
る。

以上のような装置構成により、前述した２つの主機能を
実現するために、次のプログラムによりソフトウェアを
構成する。

メインプログラム （１２） 尤「積付位置決定機能」を実現するためのプログラム （１）指定パレットのパレット情報登録プログラム （１１）物品寸法人力プログラム 唾　物品形状・積付前の積付状況表示プログラム （φ　積付位置入力プログラム （Ｘ／）積付後の積付状況表示プログラムＶ＃　積付位
置削除プログラム Ｂ、「ロボットの積付動作決定・教示機能」を実現する
ためのプログラム （ｖｉＤ動作点位置・動作情報決定プログラム（ｖｉｉ
Ｄ　ロボット動作教示データ出カプログラム以上のプロ
グラムにより、本発明のロボットの積付動作簡易教示方
式が、ロボットの積付動作をいかに教示するかを一実施
例を通して説明する。

（第２図参照） ステップ２０１：積付作業を行なう前に、積込位置、複
数種類のパレット情報を、それぞれ記憶部（１３） １０２．１０３に記憶させる。

パレットが、パレット設置位置にセットされたら、作業
員は、設置されたパレットの名称をグラフィック端末２
から入力する。本方式の指定パレットのパレット情報登
録プログラムにより、計算機の制御部１０１は、記憶部
１０３に記憶されている複数種類のパレット情報の中か
ら、指定された名称のパレット情報を選び出し、記憶部
１０４に記憶させる。

ステップ２０２：物品が積込場所に到着すると、本方式
の物品寸法人力プログラムにより、制御部１０１は、形
状認識装置３から物品の寸法をとりこみ、記憶部１０５
に記憶させる。

ステップ２０３：次に、本方式の物品形状、積付前の積
付状況表示プログラムにより、制御部１０１は、記憶部
１０５に記憶されている物品寸法と、記憶部１０７に記
憶されているパレット上の積付状況をもとに、物品形状
とパレット上の積付状況を、グラフィック端末２の画面
に図形表示する。

（第４図参照） （１４） ステップ２０４：作業員は、ステップ２０３でグラフィ
ック端末２の画面に図形表示された物品形状と積付状況
を見て、グラフィック端末の画面から入力手段５を用い
て、物品の積付位置を入力する。本方式の檀付位置入カ
プログラムにより、計算機ｌの制御部１０１は、入力さ
れた積付位置を記憶部１０６に記憶させる。

ステップ２０５：本方式の積付後の積付状況表示プログ
ラムにより、制御部１０１は、記憶部１０６に記憶され
ている物品の積付位置、記憶部１０７に記憶されている
物品を積付ける前の積付状況、記憶部１０５に記憶され
ている物品寸法をもとに、物品を積付けた後の積付状況
を、グラフィック端末２の画面に図形表示する。同時に
、ステップ２０４で作業員が入力した積付位置でよいか
否か（ＯＫ／ＮＧ）を作業員に入力させる。（第５図参
照）ステップ２０６：作業員が、指定した積付位置でよ
い（ＯＫ）と、グラフィック端末２から入力すると、制
御部１０１は、本方式のメインプログラムにより、次の
動作点位置・動作情報決定プログ（１５） ラムに制御を移す。よくない（ＮＧ＞と入力すると、本
方式のメインプログラムにより、制御部１０１は、本方
式の積付位置削除プログラムに制御を移す。

ステップ２０７：ステップ２０６で（ＮＧ）を入力する
と、本方式の積付位置削除プログラムにより、計算機ｌ
の制御部１０１は、記憶部１０６に記憶されている積付
位置を削除する。次に、メインプログラムにより、制御
部１０１は、再び、物品形状・積付前の積付状況表示プ
ログラムに制御を移す。

ステップ２０８：前述したように、ステップ２０６で、
（ＯＫ）を入力すると、本方式のメインプログラムによ
り、制御部１０１は、本方式の動作点位置・動作情報決
定プログラムに制御を移す。すると、制御部１０１は、
動作点位置・動作情報決定プログラムにより、記憶部１
０２に記憶されている積込位置、記憶部１０４に記憶さ
れている指定パレットのパレット情報、記憶部１０５に
記憶されている物品寸法、記憶部１０６に記憶されて（
１６） いる物品の積付位置、記憶部１０７に記憶されているパ
レット上の積付状況をもとに、以下のように各動作点の
動作順序・位置・動作情報を決定し、記憶部１０８に記
憶させる。

本実施例においては、ロボットは次のような動作により
、物品を積付けるものとする。以下第３図を用いて説明
する。

（＋）　（第１図の）計算機１からロボットコントロー
ラ４に、起動信号が入力すると、第３図の待機点ａで停
止していたロボットハンド１１が、把持点すに移動する
。

（ＩＩ）　ロボットハンド１１は、把持点すで物品１２
を把持し、パレット１３０面に対して垂直に上昇し、通
過点Ｃに移動する。

０１ｐ　次に、ロボットハンド１１は、通過点Ｃから、
パレット面に水平に移動し、物品１２の解放点ｅの真上
の点である通過点ｄに移動する。

（ψ　通過点ｄから、パレット面に垂直に下降し、解放
点ｅに移動する。

０　ロボットハンド１１は、解放点ｅで物品を解（１７
） 放し、再び通過点ｄと同じ位置にある通過点ｄ’（−ｄ
）に移動する。

（Ｖ＞　通過点ｄ′から待機点ａに移動し、待機点ａで
停止し、起動信号が入力するのを持つ。

ロボットに、以上のような動作を行なわせるためには、
各動作点の動作順序、動作情報を次のように決める。

待機点ａ：動作順序１：ハンド開″、次動作点への移動
速度“低速″、次動作点へ移動する際の位置決め精度“
精”、外部信号による同期動作”有″、リストの９０°
回転（積付方向の変換）は、物品の積込位置における方
向と、積付方向が一致する場合”無″、そうでない場合
有″。（ただし物品の方向は、リストの９０°回転を行
なわない場合は変化しないものとする。） 把持点ｂ＝動作順序２：ハンド閉″、移動速度”中速″
、位置決め精度“粗”、外部信号“無″、リストの９０
０回転１無”。

通過点Ｃ：動作順序３：ハンド閉″、移動速度“中速″
、位置決め精度“粗″、外部信号”無”、（１８） リストの９０°回転は、物品の積込位置における方向と
、積付方向が一致する場合無”、そうでない場合“有”
。

通過点ｄ：動作順序４：ノ・ンド閉″、移動速度゛低速
″、位置決め精度”精”、外部信号”無”、リストの９
０°回転“無”。

解放点ｅ：動作順序５：ノ・ンド開″、移動速度゛高速
”、位置決め精度“粗″、外部信号“無″、リストの９
０°回転”無″。

通過点ｄ′：動作順序６：ノ・ンド開″、移動速度”高
速”、位置決め精度粗”、外部信号”無″、リストの９
０°回転”無”。

又、以上６つの動作点の位置（ユーザ設定座標系で表わ
す）は次のように決めることができる。

待機点ａの位置：　（Ｘｗ、　Ｙｗ、　Ｚｗ）把持点の
近くのなるべく高い位置 把持点すの位置：（Ｘａ、　Ｙｏ、　Ｚｏ）第６図に示
すように、物品１２は、Ｘ軸方向から見て物品１２の右
手前下の頂点が、積込位置（Ｘ＋、　Ｙｔ、　ＺＩ）に
一致するように置いであるものと（１９） する。又、第７図に示すように、ロボットノ・ンド１１
は、ハンドの動作点１４が物品の重心Ｇと一致するよう
に、物品を把持するものとする。以上の仮定のもとでは
、把持点の位置は次のようになる。

Ｘ　ａ　”’　Ｘ　Ｔ　Ｘ　／　２ ＹＧ＝ＹＩ−ｙ／２ Ｚａ＝　Ｚｔ＋ｚ／　ま ただし、Ｘ、ｙ、ｚは、各々、把持している物品のＸ軸
、Ｙ軸、Ｚ軸方向の寸法とする。

解放点ｅの位置：　（Ｘｎ、　ＹＲ，ＺＲ）第１３図に
示すように、物品は、Ｘ軸方向から見て物品の右手前下
の頂点が、積付位置（ＸＬ。

ＹＬ、　ＺＬ）に一致するように積付けられるものとす
る。この仮定のもとでは、解放点の位置は次のようにな
る。

ＸＲ””ＸＬ　Ｘ／　２ ＹＲ＝ＹＬ−ｙ／２ ＺＲ＝　Ｚ　Ｌ　−Ｚ　／　２ 通過点Ｃの位置：　（Ｘｐｌ、　Ｙｐｌ、　Ｚｐｌ）（
２０） 前述したように、通過点Ｃは、把持点すの真上の点であ
る。従って、 ＸＰｌ：ＸＧ Ｙ　ｐｒ　＝　Ｙ　ａ 通過点ＣのＺ座標Ｚｐｔは、ロボットハンドが通過点Ｃ
から通過点ｄに水平移動する際、把持している物品が、
パレット上に既に積付けられている物品に接触しない高
さである。従って、パレット上に既に積付けられている
物品の積付位置を（ＸＬＩ　、　ＹＬｌ、　Ｚｔ、）　
、高さ寸法をＨｉ　（ｉ＝１．２゜・・・、ｎただし、
ｎはパレット上に積付けられている物品の数）とすると
通過点ＣのＺ座標Ｚｐｔは次のように表わされる。

Ｚ　ｐｒ　＝　ｈ ただし、ｈ）Ｍａｘ（Ｚｔ、ｉ＋Ｈｉ）＋Ｚ／２通過点
ｄの位置：　（Ｘｐ＝、　Ｙｐｓ、　Ｚｐｔ　）前述し
たように、通過点ｄは、解放点ｅの真上の点であゆ、Ｚ
座標は、通過点ＣのＺ座標と等しい。従って、 Ｘ　ｐｒ　＝　Ｘ　Ｒ”　Ｘ　Ｌ　Ｘ　／　２（２１） Ｙｐ２＝Ｙｎ＝ＹＬ　ｙ／２ Ｚ　ｐｚ　＝　Ｚｐｔ　＝　ｈ 通過点ｄ′の位置：　（Ｘｐｓ、Ｙｐｓ、Ｚｐｓ）前述
したように、通過点ｄ′の位置は通過点ｄの位置と一致
する。従って、 Ｘｐｓ＝Ｘｐ＊＝ＸＬｘ／　２ Ｙｐｓ＝Ｙｐｓ＝ＹＬｙ／　２ Ｚ’ｐｓ　””　Ｚ　ｐｔ　二ｈ ステップ２０９：本方式のロボット動作教示データ出カ
プログラムにより、計算機１の制御部１０１は、記憶部
１１１に記憶されている。各動作点の動作順序・位置・
動作情報を、ロボットコントローラに出力する。同時に
、待機点で停止しているロボットハンドを動かすだめの
起動信号をロボットコントローラに出力する。以上によ
り、ロボットは、教示された動作に従って、積込位置に
ある物品を、指定された積付位置に積付ける。

ステップ２０１：本方式のメインプログラムにより、制
御部１０１は、更に同じパレットへの積付が完了か否か
（Ｙ／Ｎ）を作業員に入力させる。

（２２） 作業数が、「Ｎ」を入力すると、制御部１０１は、物品
寸法人力プログラムに制御を移す。「Ｙ」を入力すると
、本方式のメインプログラムにより、制御部１０１ば、
新しいパレットへの積付を行なうか否か（Ｙ／Ｎ　）を
作業数に入力させる。

（ステップ２１１）作業員が、「Ｙ」を入力すると、制
御部１０１は、指定パレットのパレット情報登録プログ
ラムに制御を移す。ｒＮＪを入力すると、制御部１０１
は、処理を終了する。

なお、本実施例は直交座標ロボットを用いて積付作業を
行なう場合を想定しているが、多関節ロボットを用いる
場合は以下のように実施する。

中　多関節ロボットの場合、直交座標ロボットのように
、あらかじめ設定された直交座標系をもたない。従って
、作業員が任意の直交座標系を設定し、この座標系によ
り、物品の積付位置、動作点位置等を表わす。

（１１）多関節ロボットを動作させるだめの動作点の位
置は、各関節の変位量で表わされる（これを関節変位座
標系とよぶ）。従って、本方式の動（２３） 作意位置・動作情報決定プログラムの次に、直交座標か
ら関節変位座標系に変換するプログラムを設け、任意の
直交座標系で表わされた動作点位置を各関節の変位量に
より表わす。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果がある。

（１）作業員が物品の積付位置を決定する際、本方式の
制御計算機が、物品を積付ける前のパレット上の積付状
況、作業員が指定した位置に物品を積付けた後の積付状
況等を、グラフィック端末の画面に表示するため、従来
のように作業員の経験と勘だけに頼って積付位置を決定
する場合に比べて、短時間で物品の積付位置を決定でき
る。

（２）作業員が、本方式の制御計算機に、物品の積付位
置を入力すると、制御計算機は、その物品を指定された
位置に積付けるためのロボットの動作を決定し、ロボッ
トに教示する。従って、従来のプレイバック方式のよう
に、作業員が実際にロボットハンドで動かしながら動作
を教示（２４） する場合に比べて、短時間でロボットの動作を教示でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の実施を行なわしめるためのハード
構成の一例を示すブロック図、第２図は本発明方式を実
施するだめの処理行程を示すブロック図、第３図は本発
明の方式の一実施態様を示す模式図、第４．５図は、本
方式の実施過程におけるディスプレイ表示態様を示す模
式図、第６図は物品の積込、積付位置の相関を示す模式
図、第（２５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 次の２つの機能、 （１）積付位置決定機能：本方式の制御計算機が、グラ
   フィック端末の画面に、物品を積付ける前のパレット上
   の物品の配置と、作業員が指定した位置に物品を積付け
   た後のパレット上の物品の配置を表示し、作業員がこの
   画面を見ながら物品の積付位置を決定する、（２）ロボ
   ットの積付動作決定・教示機能：本方式の制御計算機が
   、（１）で決定した積付位置に物品を積付けるためのロ
   ボットの積付動作を決定し、ロボットに教示する、 を設けたことを特徴とするロボットの積付動作簡易教示
   方式。