JPS62182808A - 教示デ−タ作成装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、産業用ロボットの教示装置に係り、特にオフ
ラインティーチングシステムにおける教示データ作成装
置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 産業用ロボット装置の教示システムの一つにオフライン
ロボットティーチングシステムがある。

このオフラインロボットティーチングシステムの一つに
、コンピュータグラフィクスを利用してＣＲＴ端末上に
ロボットおよび作業環境を三次元幾何形状モデルあるい
は、ワイヤーフレームで作成表示した後、ＣＲＴ端末上
でロボットの動作をシュミレーションすることによりロ
ボットの教示デ−夕を作成する方式がある。この方式で
は操作者はＣＲＴに表示されるロボットの動作を目視し
ながら同時にロボット周囲の作業環境に注意を払いつつ
ロボットの姿勢や位置を決めるべくキーボード等より直
接数値を入力することでＣＲＴ上での１０ボツトの動作
シュミレーシヨンを実行している。このように、直接数
値を入力することによりロボットの姿勢や位置を決定す
るためには数値入力後のロボットの動作をあらかじめ予
想した上で入力する数値を決定する必要があり、平面か
らなるＣＲＴに撮し出される像の三次元方向を常に操作
者自身が把握した上でそれら数値を決定しなくてはなら
なかった。このため、システムの操作に高度な熟練を必
要とし、また操作者自身に多大な負を旦をかＣすていた
。

［発明の目的］ 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、操作者にかかる負担を低減させ、容易
に教示データを作成できる教示データ作成装置を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するためになされた本発明は、三次元幾
何形状モデルとして１１４築される作業環境モデルを生
成する作業環境モデル作成手段と、前記作業環境モデル
を表示する表示手段と、多自由度の姿勢を有し各前記自
由度毎の変位量を出力する模擬ロボットハンドと、前記
作業環境モデルと共に三次元幾何形状モデルで前記表示
手段に表示され、かつ前記模擬ロボットハンドより得た
各前記変位量で移動される三次元幾何形状モデルからな
るロボットモデルを生成するロボットモデル作成手段と
、前記表示手段に表示された前記ロボットモデルと前記
模擬ロボットハンドとの二次元方向の位置関係が等しく
なるように前記模擬ロボットハンドを移動する模擬ロボ
ットハンド移動手段と、このロボットモデル作成手段か
ら得られる前記ロボットモデルの制御データを前記ロボ
ットモデルに有す作業ロボットの姿勢データに変換する
姿勢データ作成手段と、前記姿勢データを前記作業ロボ
ットの関節角度データに変換する関節角度作成手段と、
この関節角度作成手段で得られたデータを基に所望の教
示データを格納する教示データ格納手段とを備えたこと
を特徴とする教示データ作成装置である。

［発明の効果］ 本発明によれば、表示手段に表示されたロボットモデル
と三次元方向の位置関係が等しくなるように移動された
模擬ロボットアームより出力される各変位量で表示手段
に示されたロボットモデルの姿勢や位置が決定されるの
で、前記模擬ロボットアームから希望する前記ロボット
モデルの姿勢や位置を容易に入力でき、効率的に所望の
教示データを作成できる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について、添付図面を参照して
詳細に説明する。

第１図に示されるように本実施例の教示データ作成装置
の概要は、キーボード若しくはタブレット等を操作して
設計図面から得た形状寸法を基に三次元幾何形状モデル
からなる作業環境モデルをデータとして生成する作業環
境モデル作成手段１を備えた計算機と、この計算機内に
記憶された情報すなわち前記三次元幾何形状モデルを表
示するＣＲＴ端末等の表示手段３と、三自由度の姿勢を
をし各自由度はそれぞれ互いに直交する軸心を有す３つ
の回転軸からなり、各前記自由度毎の回転量が検出され
てインターフェースを介して前記計算機に入力される模
擬ロボットハンド４と、前記作業環境モデルと共に三次
元幾何形状モデルで表示手段３に表示され、かつ模擬ロ
ボットハント４より得た各前記回転量で関節角度が決定
され駆動される多関節型のロボットモデルの作成手段２
と、表示手段３に表示された前記ロボットモデルと模擬
ロボットハンド４との三次元方向の位置間゛係が等しく
なるように模擬ロボットハンド４を移動する模擬ロボッ
トハンド移動手段８と、前記ロボットモデルの制御デー
タを前記ロボットモデルをモデルとする作業ロボットの
姿勢データに変換する姿勢データ作成手段５と、前記姿
勢データを作業ロボットの関節角度データに変換する関
節角度作成子段６と、得られた教示データである前記関
節角度データなどを格納する磁気ディスク装置等の教示
データ格納手段７とから成る。

ここで、三次元幾何形状モデルとは、本実施例中ではソ
リッドモデル法を用いており、これは円柱、直方体、円
錐、球などの立体（基本形状要素、プリミティブと呼ぶ
）を組み合わせて複雑な立体を計算機で計算して横築す
る技術で、計算して得られた結果は表示手段３　（ＣＲ
Ｔ端末）の画面上に表示され実物を見る構図と同じイメ
ージで見える形状で表示する。また、第２図に示される
ように、模擬ロボットハンド４は、ポテンションメータ
２０の回転軸の一端にこの回転軸３０の回転軸心と直交
する回転軸心を有するポテンションメータ２１を固定し
、かつポテンションメータ２１の回転軸３１の一端にこ
の回転軸の回転軸心と直交する回転軸心を有するポテン
ションメータ２２を固定すると共に、ポテンションメー
タ２２の回転軸３２の一端にはロボットグリップの形状
を模写した操作桿３３が固定された構造を有する。そし
て、模擬ロボットハンド４はターンテーブル２３の回転
軸心上にポテンショメータ２０の回転軸心を合わせて載
置固定され、ターンテーブル２３の外周に刻設され歯型
とかみ合う平歯車２４を回転駆動するモータ２５により
一平面内を回転される。表示手段３であるＣＲＴ端末２
８に表示されるロボットモデルおよび作業環境モデルで
は、第４図に示すように、計算機２７内にソリッドモデ
ル５０とこれを撮像する実機のＴＶ右カメラ対応する位
置関係でソリッドモデル５０を撮像するＴＶ右カメラデ
ルを設定して、同図中点Ｐで示されるＴＶ右カメラデル
の位置とソリッドモデル５０とを結ぶラインがそれらの
間に配置されたフィルム５１と交わる点を計算すること
によってＣＲ７画面５２に表示される。したがって、Ｔ
Ｖ右カメラデルの位置Ｐを任意に計算機２７内において
設定することによって最適な方向からロボットモデルお
よび作業環境モデルがＣＲＴ端末２８に表示される。本
実施例においては、ＴＶ右カメラデルの位置Ｐの変化に
合わせて、すなわちＣＲＴ端末２８に表示されるロボッ
トモデルの向きに合せて模擬ロボットモデル４が回転さ
れるように計算機２７から駆動司令が出力され、インタ
フェースＢ２９を介してモータ２５を回転させる。その
他、各ポテンショメータ２０，２１．２２から計測され
た各角度信号は、インタフェースＡ２６を介して計算機
２７に入力された後、これらからオイラー角（α、β、
γ）が定義され、このオイラー角（α、β、γ）によっ
てロボットモデルの姿勢が決定される。

次に、上述した構成による本実施例の教示データ作成装
置を先端にロボットグリップを有する多関節ロボットの
教示データ作成に適用した場合をあげて、その作用を合
わせて説明する。この場合には、作業環境内に置かれた
物体をロボットグリップが取り上げるために、複数の関
節からなるロボットアームが先端のロボットグリップを
前記物体の置かれた地点に移動させて物体をつかむまで
の教示データの作成を想定する。

第４図に示されたフローチャートに従って第２図に一例
としてあげた教示データ作成装置の操作手順を示す。ま
ず、計算機２７内にソリッドモデルとして構築された多
関節ロボットモデルおよびその作業環境モデル（前記物
体のモデルを含む）を鳥轍図、平面図あるいは側面図等
で実物の畿内学的位置関係であるようにＣＲＴ端末２８
に表示する（ステップ■）。次にＣＲＴ端末２８に表示
された多関節ロボットモデルと模擬ロボットハンドの姿
勢を一致させた後、この状態を基準位置とする司令信号
を入力する（ステップ■）。計算機２７内において、ソ
リッドモデルを撮像するように設定されたＴＶ右カメラ
デルの位置Ｐをデータ上で決定し、キーボードｌＯ若し
くはタブレット１１から入力する（ステップ■）。決定
されたＴＶ右カメラデルの位置に応じた多関節ロボット
モデルおよび作業環境モデルをＣＲＴ端末２８に表示す
る（ステップ■）。ＣＲＴ端末２８に表示される多関節
ロボットモデルの向きに合わせて、モータ２５を回転駆
動させ模擬ロボットモデルを回転する（ステップ■）。

次に操作者は前記物体をロボットグリップでつかむ方向
（オイラー角（α。

β、γ）で規定される）を決めるために模擬ロボットハ
ンド４を所望の姿勢に調整して、角度信号を計算機２７
に入力する（ステップ■）。入力された角度信号を基に
決定された方向から前記物体をつかむようにＣＲＴ端末
２８上で、ロボットグリップモデルを移動させるために
多関節ロボットモデルを動作させ表示する（ステップ■
）。ＣＲＴ端末１３上に表示された移動後の多関節ロポ
ッ１、トモデルが周囲０作業環境１デルに干渉する等の
問題点がないかどうか、若しくは希望した姿勢に多関節
ロボットモデルが移動を完了したかどうかを確認する（
ステップ■）。多関節ロボットモデルが所望の姿勢でな
い場合はＮｏの条件が成立して、ステップは再びステッ
プ■に戻り、ステップ順に■−■−■を繰り返す。多関
節ロボットモデルが希望した姿勢に移動した場合はステ
ップ■でＹＥＳの条件が成立する。ＹＥＳの条件が成立
すると、ただちに多関節ロボットモデルのシュミレーシ
ョンデータを用いて、多関節ロボットを構成する各関節
角度等が移動前と移動後の間を直線捕間あるいは円弧捕
間等の手段によって計算され教示データが作成される（
ステップ［株］）。作成された教示データを磁気ディス
ク装置に格納する（ステップ■）。教示データの作成を
終了するが否がの判断をして（ステップ＠）、再び別の
教示データを作成する場合はＮｏの条件が成立し、ステ
ップは再びステップ■に戻り、ステップ順に■−■−■
−■−■−■−■−■−■−０を繰り返ス。

また、ＹＥＳの条件が成立した場合は、教示データの作
成は終了する。

このように、本実施例の教示データ作成装置では、ＣＲ
Ｔ端末２８に表示されるソリッドモデルからなる多関節
ロボットモデルの姿勢は、模擬ロボットハンドから出力
される角度信号すなわちオイラー角（α、β、γ）で規
定されるので、操作者によって随意にその姿勢を変えら
れる模擬ロボットハンドとＣＲＴ端末２８上に表示され
た多関節ロボットモデルの姿勢とはその空間的位置関係
が操作者の直感によって把握されることができる。

すなわち、操作者はＣＲＴ端末１３に表示される多関節
ロボットモデルの姿勢が希望する姿勢で作業環境モデル
内に位置することを確認するまで模擬ロボットハンドを
操作することで、多関節ロボットモデルの姿勢を規定す
るパラメータであるオイラー角（α、β、γ）を容易に
設定できる。このためＣＲＴ端末１３に表示される像の
三次元方向若しくは三自由度の回転軸を常に操作者が熟
知していなくとも模擬ロボットハンドの使用によって確
実にしかも迅速に作業環境モデル内における多関節ロボ
ットモデルの姿勢を決定できるので、より能率的な教示
データの作成ができる。

尚、本発明の実施例は、上述した内容に固執することな
く本発明の技術思想の範囲内で祉々の変更を加えられる
ことができる。例えば、上述の実施例において模擬ロボ
ットモデルは３自由度の姿勢を有し各自由度はそれぞれ
互いに直交する３つの回転軸から構成されているが、こ
の例に限定されることなく、自由度の数や、回転軸の構
造は教示データの作成されるロボット装置等に応じて、
任意に決めることができる。

また、模擬ロボットモデルの構成要素にスライド機構を
加えその移動量を検出して計算機へ入力すればより多様
な情報を基に教示データを作成できることは明らかであ
る。さらに本実施例において模擬ロボットハンドの各自
由度毎の回転量を検出するポテンショメータは、例えば
ロータリエンコーダ等でもよく、回転量を検出する目的
を達成する手段であれば同様の効果を奏する。またさら
に、計算機内に構築される作業環境や、ロボットモデル
はソリッドモデルで表現される他に別の三次元幾何形状
モデル、例えばワイヤーフレームモデル、サーフエース
モデル等を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による教示データ作成装置の構成を示す
クレーム対応図、第２図は同発明を適用した一実施例の
教示データ作成装置の構成を示す系統ブロック図、第３
図は同実施例の教示データ作成の手順を示すフローチャ
ート、第４図は同実施例の構成を説明するための説明図
である。 １・・・　作業環境モデル作成手段 ２・・・ロボットモデル作成手段 ３・・・表示手段　　４・・・模擬ロボットハンド５・
・・姿勢データ作成手段 ６・・・関節角度作成手段 ７・・・教示データ格納手段 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　竹　　花　　喜久雄 第　　１　　図 第　　２　図 第　　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三次元幾何形状モデルとして構築される作業環境モデル
   を生成する作業環境モデル作成手段と、前記作業環境モ
   デルを表示する表示手段と、多自由度の姿勢を有し各前
   記自由度毎の変位量を出力する模擬ロボットハンドと、
   前記作業環境モデルと共に三次元幾何形状モデルで前記
   表示手段に表示され、かつ前記模擬ロボットハンドより
   得た各前記変位量で移動される三次元幾何形状モデルか
   らなるロボットモデルを生成するロボットモデル作成手
   段と、前記表示手段に表示された前記ロボットモデルと
   前記模擬ロボットハンドとの三次元方向の位置関係が等
   しくなるように前記模擬ロボットハンドを移動する模擬
   ロボットハンド移動手段と、このロボットモデル作成手
   段から得られる前記ロボットモデルの制御データを前記
   ロボットモデルをモデルに有す作業ロボットの姿勢デー
   タに変換する姿勢データ作成手段と、前記姿勢データを
   前記作業ロボットの関節角度データに変換する関節角度
   作成手段と、この関節角度作成手段で得られたデータを
   基に所望の教示データを格納する教示データ格納手段と
   を備えたことを特徴とする教示データ作成装置。