JPS62274404A - 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】 ３、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、製造業をはじめ様々な分野でロボットが利用され
、生産の自動化および省力化に貢献している。

これらロボットに作業動作を教示する方法は、オンライ
ン教示とオフライン教示とがあるが、生産ラインを停止
することなく教示を行える点でオフラインの教示が望ま
しい。

ところが、オンライン教示ではオペレータは実際の作業
の感覚と同質の感覚を得るのに対して、オフライン教示
では異質の感覚を得ることになるため、それが心理的要
因となって、上記オフライン教示の利点にもかかわらず
、オフライン教示の普及を遅らせている。

発明の目的 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、　　′画
像出力装置にロボットの作動をアニメーションで表示す
ると共に、そのアニメーションを任意に中止して、作業
データを修正することができ、あたかもオンライン教示
を行っているかのごとき感覚でオフライン教示を行うこ
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、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、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ッ
ン手段と、前記アニメーションの進行中に中止指令を入
力されると、アニメーションの進行を中途停止する中途
停止手段と、前記中途停止中に修正データを入力される
と、作業データを修正する作業データ修正手段とを具備
してなることを構成上の特徴とするものである。

作用 本発明のロボットのオフライン教示システムでは、ワー
クモデルとロボットモデルを画像表示し、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ユレ
ートする。

これにより、オペレータは、動作上の不都合な点を容易
に発見することができる。

また、不都合を発見したとき、その時点でアニメーショ
ンの進行を停止し、作業データを修正することができる
。

そこで、アニメーションとデータの修正とを繰り返し行
うことにより、効率よく、あたかもオンライン教示を行
っているかのような感覚で正しい作業データを作製する
ことができる。

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図は本発明の一実施例のロボットの
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ｆａｔ
　（ｂ）　ｆｃｌ　ｆｄ）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７１！Ｉはワークの他の一例の斜
視図、第８図ｔａｌ　（ｂｌ　ＩｃＩ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
合の画面の一例の画面図、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図は溶接ト
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模式図、第１９図は
ワークとロボットの位１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、第２１図は動作シミュレーション処
理の他の一例のフローチャート、第２２図は第２１図に
示す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、第２３図は動作シミュレーション処理のさらに
他の一例において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零発ワが限定されるもの
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、コンビエー
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をしていないので、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ｌ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、■「ワーク図面入力」処理機能、■「ワークモデル
編集」処理機能、■「溶接データ人力」処理機能、■「
ロボット及び周辺装置入力」処理機能、■「動作シミュ
レーション」処理機能、■「教示データ出力」処理機能
および■「補助」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が、本発明の特
徴とするところは特に■「動作シミュレ。

−ション」処理機能に表れている。

■「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入
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等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面図を入力されると、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（２１１（ｂｌ　ｆｅ）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６図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、ｆ１
４５図１ａ）　（ｂｌ　ｔｅｌ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［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ｆａｔに示す如き平板が２ＩＩｍと、第８
図中）に示す如き円柱が１個と、第８図（Ｃ１に示す如
き四角柱が１１１ｍとからなっていると考えて、これら
１！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、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ｆａ）に示す如き平板と第８図ｆｃ）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
にオーバーラツプしているのは、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（ｂｌ
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ＩＪＢ図ｔａｒ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。

■「溶接データ入力」 溶接データ入力処理では、溶接線やｆ４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。

まず溶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、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１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。溶接線が指
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指定できるようになる。

溶接線の指定を終了するコマンドを入力すると、溶接ト
ー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２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次元的空間位置を表し、全
体の角度は溶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Ｑｌ　、Ｑ２　＋　Ｑｌ等）を作り、第１アプロー
チ点（待機位置）、第２アプローチ点（プリフロー位置
）、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、実物のワークとｆ４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２もま
た同じ縮尺で拡大される。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。

溶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人力処理は、ロボ−／　トの寸法
や周辺製雪の定義や、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（Ｘｒ
、Ｙｒ＋　　Ｚｒ＋　　ｏｒ）と、ワークの座標系（Ｘ
ｗ、ＹＷ、ＺＷ、Ｏｗ）の相対位置関係をｔ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Ｘ、軸と平行
な回転軸ａを中心に、２ｗ軸が回転角θ、で回転し、そ
のＺＷ軸を回転軸としてＸｗ軸、Ｙｗ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機器を動かして、ワークの座
標が動かされる場合は、前記溶接データ入力処理におい
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標（Ｘ、、’／ｗ、Ｚ、、
０．）の回転角θ、。

θ２をｔ設定しておけばよい。

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

■「動作シミュレーション」 動作シミュレーション処理では、これまでに設定された
溶接データや周辺装置のデータ等に基づき、アニメーシ
ッ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／８接データを、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１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
、指定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
メーシッンで溶接作業をシミユレートする。

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０
例えば、その動作範囲を超えているアームを表示するフ
レームだけをプリンタさせたり、その動作範囲を超えて
いるアームを表示するフレームを赤、橙、黄などの目立
つ色にしたり、フレーム内をべた塗りしたりする。

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！・姿勢などをチェックすることができる。

そして上記のようにロボットの動作範囲を超えるアーム
の表示があったり、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、オペレー
タは、キーボード３を操作して、シミュレーションの進
行を中途停止させることができ、その中途停止の間に、
さらにキーボード３を操作して、溶接トーチの位置・姿
勢やターンテーブルの位置等の溶接データを修正するこ
とができる。

第２１図および第２２図は、かかる動作シミュレーショ
ン処理の他の例を示すものである。

第２１図のフローチャートに示すように、動作シミュレ
ーション中に可動範囲を超える軸（アーム）があるか否
かをチェックしており、そのような軸を発見すれば、第
２２図に示すように、画面の上方に表示している文字の
うち「エラー」の文字およびその軸の「軸番号」の色を
他と異なる目立つ色１例えば赤色に替える。さらにブザ
ーを鳴らし、オペレータに１報する。また、可動範囲に
入っている軸であっても、以前に一度でも「エラー」に
なったことのある軸の「軸番号」は、「エラー」になっ
たことのない軸および現在「エラー」である軸の色と異
なる色１例えば黄色に替え、注意を促す。

オペレータは、かかる警告表示があると、「姿勢修正モ
ード」にして、データを適正なものに変更することが出
来る。

なお、動作シミュレーションは、第２３図に示すように
、一つの視点で固定した画面により進めることも出来る
。

以上のように、適宜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、すなわち実際のｆｇ接作業と同質の感覚で
好ましい溶接データを作成することができる。

動作シミニレ−シラ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、動作シミュ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、ｆｇ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。ｆ４接ロボットは、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
プロッターに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つの処理機能の説明から理解されるように、この
オンライン教示システム１によれば、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。

■　図面さえあればよいから、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。従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
。

そして、 ■　動作シミュレーションにより、あたかもリモート教
示を行っているかの如き感覚で、容易に教示ミスを発見
し、修正できるので、オペレータの違和感を無くすこと
ができると共に、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、画像出力装置に、ワークモデルとロボ
７）モデルとを３次元的位置関係を把握可能に表示し、
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、前記アニメーション
の進行中に中止指令を入力されると、アニメーションの
進行を中途停止する中途停止手段と、前記中途停止中に
修正データを入力されると、作業データを修正する作業
データ修正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
恰もリモート教示を行っているような感覚でオフライン
教示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例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　Ｔｃ
ｌ　（ｄ）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（ａｌ伽）（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ｆ４接線を指定する場
合の画面の一例の画面図、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図は溶接ト
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ｆ４接ロボットを表現し
た画面の−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図は動作シミュレーション時に表示される画
面の一例の画面図、第２１図は動作シミュレーション処
理の他の一例のフローチャート、第２２図は第２１図に
示す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、第２３図は動作シミエレーシッン処理のさらに
他の一例において表示される画面の一例の画面図である
。 （符号の説明） ｌ・・・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・・・フロッピィディスク装置 ６・・・コンビエータ　− Ｋｌ・・・グラフィックカーソル に２・・・楔形カーソル。 第１図 第２圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）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、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、 （ｂ）前記アニメーションの進行中に中止指令を入力さ
   れると、アニメーションの進行を中途停止する中途停止
   手段と、 （ｃ）前記中途停止中に修正データを入力されると、作
   業データを修正する作業データ修正手段と 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。