JPS62269205A - ロボツトのオフライン教示システム - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ロボットのオフライン教示システムに関し、
特に、溶接ロボット、塗装ロボット、シーリングロボッ
ト等のオフライン教示に有用である。

従来技術とその問題点 今日、製造業を始め様々な分野でロボットが利用され、
生産の自動化及び省力化に貢献している。

これらロボットに作ス動作を教示する方法は、ダイレク
ト教示またはリモート教示がほとんどであり、オフライ
ン教示はあまり普及していない。

その理由は、オフライン教示のための設備負担が大きす
ぎるという事が考えられる。たとえば、特開昭６０−９
７４０９号公報に開示のオフライン教示方法を実施しよ
うとすると、教示用ロボットと教示用ワークとを実際に
現場配置の通りに配置し、それをテレビカメラで捉え、
その映像を画像処理しなければならない等の点で非常に
複雑な構成が必要となる。

これに対して、ダイレクト教示またはリモート教示は、
設備負担が比較的小さくて済む。

しかし、生産ラインに設置されたロボットについては生
産ラインを停止して教示しなレナればならないので、生
産ラインの稼働効率を著しく低下させる問題点があり、
本来的にはオフライン教示が望まれている。

また、ダイレクト教示５　リモート教示および上に例示
したオフライン教示方法のいずれにしても、教示のため
に実際のワークを必要としていたので、ワークの製造後
まで教示の開始を待たねばならないという問題点がある
。

発明の目的 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、比較的簡
単な構成でオフライン教示を行うことができ、また、ワ
ークの図面設計の終了した段階から教示を開始すること
ができるロボットのオフライン教示システムを提供する
ことを目的とする。

発明の構成 本発明のロボットのオフライン教示システムは、図面入
力装置、コマンド入力装置、画像出力装置、データ出力
装置および中央処理装置を存し、その中央処理装置は、
前記図面入力装置からワークの形状を入力され記憶する
ワーク図面入力手段と、前記コマンド入力装置からコマ
ンドを入力されそのコマンドに応じて記憶したワークの
形状を変形しまたは複数のワークを結合して新たなワー
クの形状を作成し記憶するワークモデル編集手段と、前
記画像出力装置にワークモデルとグラフインクカーソル
とを３次元的位置関係を把握可能に表示しそのグラフイ
ンクカーソルを用いて作業点または作業線を指定される
と共に作業工具の姿勢等の作業に必要なデータを入力さ
れ記憶する作業データ入力手段と、前記画像出力装置に
ワークモデルとロボットモデルとを３次元的位置関係を
把握可能に表示し前記作業データに基づく作業の進行を
アニメーションで表示する動作シミュレーション手段と
、前記データ出力装置から前記作業データを教示データ
として出力する教示データ出力手段とを具備してなるこ
とを構成上の特徴とするものである。

作用 本発明のオフライン教示システムでは、ワークの形状を
図面により入力しうる。そして、既入力のワークの形状
を変形したり、複数のワークを結合して、新たなワーク
の形状を作成することができる。複雑な形状のワークの
場合は、そのワークを構成する比較的単純な形状部分に
分けて入力し、それらを結合して元の複雑なワークを再
構成すればよい。

ワークの形状が入力されたならば、そのワークモデルと
グラフインクカーソルとが三次元的位五関係を把握しう
るように表示される。そこで、グラフインクカーソルを
用いて作業点や作業線をｔ上窓できる。また、ワークモ
デルの座標系を空間に延長することによってロボットの
待機位置や溶接作業におけるエアカット位置などのワー
ク上にない作業点を指定することも可能である。また、
作業点に付帯して作業に必要なデータを入力することが
できる。

作業データが入力されたならば、ワークモデルとロボッ
トモデルを画像表示し、前記作業データに基づいてロボ
ットの動作をアニメーションでシミュレートする。これ
により、ミス等を発見し修正することが著しく容易とな
り、能率良く誤りのない作業データを制作できる。

動作シミュレーションで誤りのないことが確認された作
業データは、データ通信用ケーブルを通じて直接にロボ
ットの制御慇へ送り出したり、カセットテープやフロン
ビイディスクの如き媒体に一旦出力し、その媒体をロボ
ットの制御侃に読み取らせることで、ロボットに教示デ
ータとして与えられる。

実施例 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図は本発明のロボットのオフライン
教示システムの外観図、第２図は第１図に示すシステム
の表示画面の一例を示す画面図、第３図は第１図に示す
システムの処理機能を模式的に示すフローチャート、第
４図はワークの一例の斜視図、第５図（ａｌ　（ｂｌ　
（Ｃ）　（ｄ）は第４図に示すワークの正面図、右側面
図、平面図１底面図、第６図は第４図に示すワークを上
下に分割して示した分解斜視図、第７図はワークの池の
一例の斜視図、第８図ｆａｔ山）（Ｃ）は第７図に示す
ワークを構成する単純な形状のワークの斜視図、第９図
はワークモデル曙築時の１つの画面を示す画面図、第１
０図は同画面図、第１１図は合成されて新たに形成され
たワークモデルの斜視図、第１２図はｆ４接線を指定す
る場合の１つの画面の画面図、第１３図は第１２図の画
面の一部を拡大した画面の一例の画面図、第１４図はｉ
８接トーチの位置・姿勢を入力する場合の画面の一例の
画面図、第１５図は第１４可に示す画面の一部を拡大し
て見た画面の画面図、第１６図は指定された作業点を表
示した画面の一例の画面図、第１７図は溶接ロボットを
表現した画面の一例の画面図、第１８図はロボット座標
系とターンテーブルの座標系の関係を示す構成国、第１
９図はワークとロボ７）の位置関係を表わす画面の一例
の画面図、第２０図は動作シミュレーション時に表示さ
れる画面の一例の画面図である。なお、図に示す実施例
により本発明が雨足されるものではない。

第１図において、ロボットのオフライン教示システム１
は、デジタイザー２と、キーボード３と、ＣＲＴディス
プレイ４と、フロッピィディスク装置５と、コンピュー
タ６とを有して基本的になっている。

ハードウェア的観点から見れば、これらはいわゆるパー
ソナルコンピュータシステム（パソコン）と同様であっ
て特異な構成要素を有していないので、設備負担は比較
的小さい。

このロボットのオフライン教示システム１は、溶接ロボ
ットのオフライン教示を行うシステムで、第２図及び第
３図に示すような７つの処理機能を有している。すなわ
ち、■「ワーク図面人力」処理機能、■「ワークモデル
編集」処理機能、■「溶接データ入力」処理機能、■「
ロボット及び周辺装面入力」処理機能、■［ｉＩ］作シ
ミュレーション」処理機能、■「教示データ出力」処理
機能および■ｒ？ｊＲ助」処理機能の７つの処理機能を
有している。

これらの７つの処理機能は、第２図に示すように、始め
に処理メニューとしてＣＲＴディスプレイ４に表示され
るので、オペレータは任意に選択することができる。

次に上記７つの処理機能を順次説明する。

■「ワーク図面入力」 ワーク図面入力処理は、ワークの形状を図面を用いて人
力する処理である まずオペレータは、ワークの図面をデジタイザー２にセ
ットし、ペン２＆で図面をなぞることにより線図を入力
する。かかる図面から線図を入力する処理自体は、既に
ＣＡＤ＄の分野で公知の技術を応用することができる。

平面図、正面図、右側面図の３面図を人力されると、コ
ンピュータ６は、３次元サーフエースモデルを作成し、
ＣＲＴディスプレイ４上に３面図と斜視図を表示する。

オペレータは、画面を見て、入力ミスがあればキーボー
ド３からコマンドを入れて修正し、表示された３面図及
び斜視図がワークを的確に表していると最終的に確認し
たならば、キーボード３からコマンドを入力し、そのワ
ークデータをファイルに格納させる。

ところで、第４図に実線で示すワークの３面図として、
第５図ｆａｌ　ｆｂｌ　ｆｃｌのように正面図、右側面
図、平面図を入力すると、コンピュータ６は、第４図に
破線で示す如きサーフェイスモデルを作成してしまう。

しかしこれでは、第４図に実線で示す如きワークの形状
を入力できたことにならない。

そこでこのような場合にも適切な入力を行えるように１
、第６ＵｇＪのようにワークを上部と下部に分けて入力
し、入力後に結合することが可能になっている。即ち、
第５図（ａｌ　Ｑ）ｌ　ｔｃ＋を入力する場合に、ワー
クの上部のいわば三角屋根部分だけをまず入力する。そ
してその後、ワークの下部のいわば三角柱部分を入力す
る。そして三角屋根部分と三角柱部分の原点を合わせて
おけば、両ワークの原点を合わせることで、第４図に実
線で示す如きワークを誤りなく入力することができる。

■「ワークモデル編集」 ワークモデル編集処理は、既にファイルに記憶されてい
るワークを幾つか組み合わせて新たなワークモデルの作
成を行う処理である。

たとえば第７図に示す如きワークは、３面図から入力す
るのは複雑になるので、これを単純な形状のワークに分
解し、第８図（ａｌに示す如き平板が２個と、第８図（
′ｂ）に示す如き円柱が１闇と、第８図（ｃ）に示す如
き四角柱が１個とからなっていると考えて、これら単純
なワークを結合して、第７図に示す如きワークを形成す
ることができる。

円柱、三角柱、四角柱１平板１円筒体のような単純で′
かつ使用頻度の高いワークモデルは、図面入力しなくて
も予め設定記憶されているので、キーボード３からワー
クモデル番号を指定して呼び出すことができる。

第８図ｆａｔに示す如き平板と第８図ｔｃ）に示す如き
四角柱を連続して呼びだすと、第９図に示すように２つ
の図形がオーバーラツプした表示がなされる。このよう
にオーバーランプしているのは、両ワークの原点を一致
させて表示されるからである。

オペレータは、キーボード３からコマンドを入力し、第
９図の場合には四角柱の原点を移動させる。そして第１
０図に示すように、平板の上に四角柱を載せたところで
全体を１つのワークモデルとして定義する。

次に、上記で定義したワークモデルの上に第８図Ｃｂｔ
で示す円柱を呼び出してオーバーラツプさせる。そして
その円柱を回転させ、平行移動させると、平板の上に円
柱と四角柱とが載ったワークモデルとなる。

次いで、そのワークモデルの上に第８１ｆｆｌｆａ＋で
示す平板を呼び出してオーバーラツプさせ、その平板を
平行移動して円柱及び四角柱の上に載せる。

かくして、第１１図に示すように新たな形状のワークモ
デルが形成されるが、これは第７図に示すワークを入力
したことに他ならない。

尚、結合要素となる各ワークの記憶されたままの大きさ
では、組み合わせる上で不都合な場合は、各ワークを伸
縮して大きさをバランスさせた上で結合することができ
る。また、斜視図の視点を様々な角度に変えたり、要素
ワークと要素ワークの結合部分を拡大表示させたりして
、オペレータの求める形状になっているか否かを精密に
確認することができる。

かくして求めるワークモデルが得られれば、それをファ
イルに格納する。

■「溶接データ人力」 溶接データ入力処理では、溶接線や溶接トーチの姿勢や
その他溶接に必要なデータを入力する。

まずｌ容接すべきワークモデルをファイルから取り出す
と、そのワークモデルの３面図と斜視図及びグラフィッ
クカーソルに１が、第１２図に示すように、ＣＲＴディ
スプレイ４上に表示される。

そこでカーソルに、を移動して、溶接すべきワークモデ
ル上の線をとらえ、溶接線として指定する。ｆ４接線が
指定しやすいように、画面の一部を拡大したり、ワーク
モデルを回転させたりして、溶接すべきワークモデル上
の線を明確に画面上に表示させ、その上でカーソルにて
指定する（第１３図参照）。いくつかの線が密集してい
て溶接したい線を選択しにくいときでも、これにより容
易にｔ上窓できるようになる。

溶接線の指定を終了するコマンドを人力すると、１ｌ）
−チを表わす楔形のカーソルに２が、３面図および斜視
図の指定した溶接線の中央部分付近に現れる。この楔形
カーソルに、の先端は、溶接トーチを表し、位置はワー
クモデルの座標系における３次元的空間位五を表し、全
体の角度は熔接トーチの角度を表している。

オペレータは、この楔形カーソルに２を移動し、回転さ
せ、所望の位置と姿勢になれば、その点を作業点として
指定する。そうすると、その位置・姿勢に固定された楔
印（例えば第１６図のＱｌ等）が現れ、その近傍に楔形
カーソルに２が再び現れる。

そこで楔形カーソルに２を移動し、上記と同様にして第
２の作業点を指定する。

こうして位置と姿勢とを指定した作業点（例えば第１６
図のＱ、、Ｑ、、Ｑ３等）を作り、第１アプローチ点（
待既位置）、第２アプローチ点（ブリフロー位置）、溶
接開始点、溶接終了点、第３アプローチ点（エアカット
位置）、第４アプローチ点（退避位置）等として順次指
定する。また、アークオン点、アークオフ点、ウィービ
ング開始点、ウィービング終了点等を指定できる。また
、アークオン点からアークオフ点の間で溶接電流等を指
定することもできる。

この楔形カーソルに２によるｔ指定を正確に行うために
、第１５図に示すように、部分を拡大してｔ指定を行う
のが好ましい。このとき、ワークモデルの大きさと楔形
カーソルに、の大きさとは、実物のヴ−りと溶接トーチ
の大きさの比率と同じ比率になっている。したがって、
ワークモデルの一部を拡大すれば、楔形カーソルに１も
また同し縮尺で拡大される。これにより、ワークと溶接
トーチの当たりを見ることもできる。

ｆｇ接線が複数本存在する場合は、各溶接線について上
記手順を繰り返せばよい。

■「ロボット及び周辺装置入力」 ロボット及び周辺装置入力処理は、ロボットの寸法や周
辺装置の定義や、ロボットとワークの相対位置の定義等
を行う処理である。

まず、第１７図に示すように、ロボットモデルの３面図
と斜視図とが表示される。

そこでオペレータは、ロボットの寸法等に変更があれば
、ＣＲＴディスプレイ４上のロボットモデルを修正しで
あるいは数値入力によって実際のロボットを表わすよう
にする。

また、第１８図に示すように、ロボットの座標系（Ｘ、
、Ｙ、、Ｚｒ＋　Ｏｒ）と、ワークの座標系（Ｘ＝、Ｙ
Ｗ、Ｚ、、、ＯＷ）の相対位置関係を指定する。

尚、第１８図の場合は、ワークがターンテーブル上に載
置される場合であって、ワークの原点とターンテーブル
の原点が一致している場合を示している。従って、原点
ｏｗは、一定の位置にあるが、ロボットのｘｒ軸と平行
な回転軸ａを中心に、Ｚｗ軸が回転角θ２で回転し、そ
の２ｗ軸を回転軸としてＸｗ軸、７ｗ軸が回転する。ａ
軸を基準としたＸｗ軸の回転角はθ２で表している。

ターンテーブルの如き周辺興器を動かして、ワークの座
標が動かされる場合は、前記溶接データ人力処理におい
て、作業点としてターンテーブル等の位置変更点を設け
、それぞれについてワーク座Ｌｆｌ　（Ｘｗ、Ｙ、、　
　Ｚｗ、Ｏ，、）の回転角θ、。

θ２をｔ指定しておけばよい。

かくして、ロボット及び周辺装Ｗのデータの人力が終わ
ると、ファイルに格納される。

■「動作シュミレーション」 動作シュミレーション処理では、これまでに設定された
ｆ６接データや周辺装置のデータ等に基づき、アニメー
ションによって溶接作業を進めてみせる。

まず、コンピュータ６は、ワークの座標系を基準として
入力された熔ＰＨデータを、ロボットとワークの相対位
置に基づいて、ロボットの座標系に変換する。

そして、第１９図に示すように、ロボットモデルとワー
クモデルとを初期位置で表示する。

次いで、第２０図に示すように、ターンテーブルを指定
通りに回転したようにワークモデルを位置決めし、また
、を上室された溶接トーチの位置と角度となるようにロ
ボットのモデルを駆動し、ＣＲＴディスプレイ４上でア
ニメーションで溶接作業をシミュレートする。

この過程で、ロボットの動作範囲のチェックが自動的に
行われ、動作範囲を超える場合は、ロボットのどのアー
ムが動作範囲を超えているのかを識別可能に表示する。

オペレータは、シミュレーション中の任意の時点で、一
時停止させたり、画の一部を拡大したり、視点を変えた
りして、ロボットのアームとワークの干渉や溶接トーチ
の位置・姿勢などをチェックすることができる。

ロボットの動作範囲を超える部分があったり、ロボット
とワークの干渉を発見したり、その他の望ましくない動
作を発見すると、そこでシミュレーションの進行を中断
し、溶接トーチの位置・姿勢やターンテーブルの位置等
を修正することができる。

そして、かかる修正を加えつつ動作シミュレーションを
行えば、あたかもリモート教示を行っているかのような
感覚で好ましい溶接データを作成することができる。

動作シミュレーションで満足できる結果が得られれば、
その溶接データをファイルに収納する。

■「教示データ出力」 教示データ出力処理は、動作シュミレーションの結果得
られた好ましい溶接データを教示データに編集し、出力
する処理である。

このとき、溶接データに、他の溶接条件やタイマー条件
等を付加して、一層完全な教示データとし、これを出力
することができる。

出力の手段として、最も好ましいものは、伝送ラインを
通じて直接に溶接ロボットのティーチングデータバソフ
ァに送り込むものである。溶接ロボ７）は、送り込まれ
た教示データを割り込み処理にて収納するので、ワーク
に対する作業に支障を生じることはない。また、カセッ
トテープやフロッピィディスク等の媒体に出力し、その
カセットテープやフロッピィディスクを溶接ロボットに
読み取らせるようにしてもよい。

教示データはファイルに収納される。

■「補助」 補助処理は、データディスケットの初期化処理や、ＸＹ
プロフタ−にＣＲＴディスプレイの画面そのものを打ち
出したりするような補助的な処理を行うものである。

上記７つの処理回能の説明から理解されるように、この
オフライン教示システムｌによれば、教示用ロボットや
教示用ワークを必要とせず、比較的簡単な構成でオフラ
イン教示を行うことができる。また、動作シミュレーシ
ョンにより容易に教示ミスを発見し修正できるのでの教
示の質を向上することができ、作業効率を向上できる。

発明の効果 本発明によれば、図面人力装Ｗ、コマンド入力装置、画
像出力装置、データ出力装置および中央処理装置を有し
、その中央処理装置は、前記図面入力装置からワークの
形状を入力され、記憶するワーク図面入力手段と、前記
コマンド入力装置からコマンドを入力され、そのコマン
ドに応じて記憶したワークの形状を変形し、または複数
のワークを結合して、新たなワークの形状を作成し、記
憶するワークモデル編集手段と、前記画像出力装置にワ
ークモデルとグラフィ、クカーソルとを３次元的位置関
係を把握可能に表示し、そのグラフインクカーソルを用
いて作業点または作業線をｔ指定されると共に、作業工
具の姿勢等の作業に必要なデータを入力され、記憶する
作業データ人力手段と、前記画像出力装置にワークモデ
ルとロボットモデルとを３次元的位五関係を把握可能に
表示し、前記作業データに基づく作業の進行をアニメー
ションで表示する動作シミュレーション手段と、前記デ
ータ出力装置から前記作業データを教示データとして出
力する教示データ出力手段とを具備してなることを特徴
とするロボットのオフライン教示システムが提供され、
これにより次のような効果が得られる。

■　通常のいわゆるパソコンと同程度のハードウェア構
成でよいから、また、教示用ロボットやワークの実物を
必要としないから、構成が簡単であり、設備負担が小さ
い。

■　オフライン教示であるから、生産ラインを停止させ
る必要がなく、生産効率を向上できる。

■　図面されあればよいから、ワークの図面設計終了時
点で作業上の不都合がないかを動作シミュレーションし
てチェックできる。ｉ；ｆｌってワークの製造前に適切
な修正を行うことができ、作業しやすいワークの製造に
役立つ。

■　オフライン教示では、常に現実とのずれが心配され
、それがオフライン教示を普及させない心理的要因とな
っているが、動作シュミレーションを繰り返し行うこと
でかかる不安を取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボットのオフライン教示システムの
外観図、第２図は第１図に示すシステムの表示画面の一
例を示す画面図、第３図は第１図に示すシステムの処理
機能を模式的に示すフローチャート、第４図はワークの
一例の斜視図、第５図［ａｌ　（ｂｌ　ｉｃｌ　（ｄｌ
は第４図に示すワークの正面図、右側面図、平面図、底
面図、第６図は第４図に示すワークを上下に分割して示
した分解斜視図、第７図はワークの他の一例の斜視図、
第８図（ｂｌ山）（Ｃ）は第７図に示すワークを構成す
る単純な形状のワークの斜視図、第９図はワークモデル
編集時の１つの画面を示す画面図、第１０図は同画面図
、第１１図は合成されて新たに形成されたワークモデル
の斜視図、第１２図は溶接線を指定する場合の１つの画
面の画面図、第１３図は第１２図の画面の一部を拡大し
た画面の一伊Ｉの画面図、第１４図は溶ｉトーチの位置
・姿勢を入力する場合の画面の一例の画面図、第１５図
は第１４図に示す画面の一部を拡大して見た画面の画面
図、第１６図は指定された作業点を示した画面の一例の
画面図、第１７図は溶接ロボットを表現した画面の一例
の画面図、第１８図はロボット座標系とターンテーブル
の座標系の関係を示す模式図、第１９図はワークとロボ
ットの位置関係を表わす画面の一例の画面図、第２０図
は動作ノミュレーション時に表示される画面の一例の画
面図である。 （符号の説明） １・・・ロボットのオフライン教示システム２・・・デ
ジタイザー　　　　　　３・・・キーボード４・・・Ｃ
ＲＴディスプレイ ５・・・フロンビイディスク装置 ６・・・コンピュータ に、・・・グラフインクカーソル に、・・・楔形カーソル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、図面入力装置、コマンド入力装置、画像出力装置、
   データ出力装置および中央処理装置を有し、その中央処
   理装置は、 （ａ）前記図面入力装置からワークの形状を入力され、
   記憶するワーク図面入力手段と、 （ｂ）前記コマンド入力装置からコマンドを入力され、
   そのコマンドに応じて記憶したワークの形状を変形し、
   または複数のワークを結合して、新たなワークの形状を
   作成し、記憶するワークモデル編集手段と、 （ｃ）前記画像出力装置にワークモデルとグラフィック
   カーソルとを３次元的位置関係を把握可能に表示し、そ
   のグラフィックカーソルを用いて作業点または作業線を
   指定されると共に、作業工具の姿勢等の作業に必要なデ
   ータを入力され、記憶する作業データ入力手段と、（ｄ
   ）前記画像出力装置にワークモデルとロボットモデルと
   を３次元的位置関係を把握可能に表示し、前記作業デー
   タに基づく作業の進行をアニメーションで表示する動作
   シミュレーション手段と、 （ｅ）前記データ出力装置から前記作業データを教示デ
   ータとして出力する教示データ出力手段と を具備してなることを特徴とするロボットのオフライン
   教示システム。