JPS63273912A - 産業用ロボットのティ−チングデ−タ作成方式 - Google Patents

産業用ロボットのティ−チングデ−タ作成方式

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JPS63273912A
JPS63273912A JP11017887A JP11017887A JPS63273912A JP S63273912 A JPS63273912 A JP S63273912A JP 11017887 A JP11017887 A JP 11017887A JP 11017887 A JP11017887 A JP 11017887A JP S63273912 A JPS63273912 A JP S63273912A
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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] 本発明は溶接ロボット等の産業用ロボットのティーチン
グデータ作成方式に関し、一層詳細には、コンピュータ
支援設計システム(CADシステム)等を用いてロボッ
トや被加工物の形状、ロボットの動作をシミュレーショ
ンしつつ作業ポイントの指示およびロボットの動作条件
等を指示してティーチングデータを作成する産業用ロボ
ットのティーチングデータ作成方式に関する。
[発明の背景] 近年、産業用ロボットの発達に伴い、各種の分野におい
て自動化が進められており、特に、自動車等の組立、製
造ラインにおいて溶接ロボットをはじめ各種の産業用ロ
ボットが使用されている。この場合、多用な車種や頻繁
に行われるモデルチェンジに対応するため、汎用性、即
応性のあるロボットシステムが望まれている。
然しなから、このような要求に対して、各ロボットに所
定の動作を行わせるためのティーチングデータの作成時
において種々の不都合が存在している。
すなわち、ロボットのティーチングにおいては、ロボッ
トアームを実際に動かして作業位置まで移動し、教示者
の目視判断によりその作業位置が望ましい位置であると
判断した場合にティーチングボックスを操作してティー
チングを行う方法が一般的である。この場合、ティーチ
ング作業は非常に工数が多いために時間のかかる欠点が
あり、また、教示者の目視判断を要するため経験的な熟
練を必要とし、汎用性、即応性に乏しいという欠点が指
摘されている。
そこで、最近、コンピュータ技術の発達によりコンピュ
ータを用いた支援設計システム(CADシステム:コン
ピュータ支援設計システム)を用いたティーチングが行
われつつある。このCADシステムによるティーチング
では予め定めた座標系においてロボットアームの形状、
工具の種類、被加工物の形状を記憶させ、これらのデー
タに基づいてグラフィックディスプレイ上にロボットア
ーム、被加工物等を表示する。
そして・前記グラフィックディスプレイに対してライト
ペン等の会話型人力手段によって所望の位置を指定し、
ロボットアーム等の動きをシミュレーションしつつ作業
点を教示するものであり、例えば、この種の技術的思想
は特開昭第59−52304号公報、同第60−956
05号公報等に開示されている。
然しなから、従来、この種のCADシステムを用いたテ
ィーチングデータの作成方式は、特開昭第59−978
69号公報に示されているように、ロボットの作業経路
(作業ポイント等)の設定と、ロボットの作業条件や動
作モード、動作スピード、待ち時間、作業指令等のイン
ストラクション情報作成とは分離して行われるのが一般
的である。
従って、CADシステムを用いて最初に各作業経路に関
するティーチングデータの作成を行った後、再度前記C
ADシステムにより前述の各種インストラクション情報
を与えて最終的なティーチングデータを完成させなけれ
ばならず、ティーチングデータの作成工数が増大し、そ
の作業に長時間を要する不都合が指摘されている。
また、このことによって高価なCADシステムの使用効
率が低下するという不具合が生じてし、  まう。
[発明の目的] 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、CADシステムを用いて産業用ロボットのティ
ーチングデータを作成する際、ロボットの作業経路を示
すポイントの指示と、ロボットの動作モード、動作速度
、待ち時間、作業条件等の動作条件を設定するインスト
ラクション情報の指示とを1回のティーチング操作で行
い得る産業用ロボットのティーチングデータの作成方式
を提供することを目的とする。
[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明はロボットおよび
/または被加工物に関するデータを蓄積し、グラフィッ
クディスプレイ上に前記ロボット、被加工物を表示し、
人力手段により前記グラフィックディスプレイ上の所望
のポイントを指示してティーチングデータを作成する産
業用ロボットのティーチングデータ作成方式において、
前記ポイントの指示に加え、前記ロボットの動作モード
、動作スピード、待ち時間、作業条件等のインストラク
ション情報を指示し、前記ロボットの作業点を示すデー
タとロボットの動作指示を示すデータとを連続して組み
合わせることによりティーチングデータを作成すること
を特徴とする。
[実施態様] 次に、本発明に係る産業用ロボットのティーチングデー
タ作成方式について好適な実施態様を挙げ、添付の図面
を参照しながら以下詳細に説明する。
第1図は本発明に係る産業用ロボットのティーチングデ
ータ作成方式が適用されるシステムの構成ブロック図で
ある。
この場合、参照符号2はコンピュータ支援設計システム
(CADシステム)を示し、中央処理装置12、グラフ
インク処理装置14およびグラフィックディスプレイ1
6を含む。このCADシステム2では予め定められた座
標系でロボットアーム等の形状、工具、治具の種類、被
加工物の形状等を入力し、記憶手段に記憶し、これらの
データに基づいてグラフィックディスプレイ16にロボ
ットアーム、被加工物等を表示し、入力手段によって所
望の位置を指定してティーチングポイントを定めていく
ことによりティーチングデータを作成する。なお、当該
CADシステム2は一般的に知られている三次元形状定
義機能、ロボット動作のシミュレーション機能、設計、
製図機能等を備えている。
上記機能により会話形式でロボットや治具、工具等の三
次元モデリング、被加工物の三次元モデリング、ロボッ
ト動作のシミュレーションおよび治工具や隣接ロボット
、被加工物との干渉チェック、ロボットの各関節の角度
情報および/またはティーチングポイントの座標値とオ
イラー角等で表されるティーチングデータ、すなわち、
ロボットの作業プログラムの出力、治工具等の設計、製
図等の処理が可能となる。
参照符号18はメニュー選択、画面指示等のためのタブ
レットカーソル装置、参照符号20は文字、数値入力の
ためのキーボード装置、参照符号22はファンクション
切り換えのためのプログラム鍵FIi装置、参照符号2
4は画像の拡大、縮小、スクロール、回転等のためのダ
イヤル装置である。また、参照符号26はロボットに関
する形状データ等の登録、格納用ファイル、参照符号2
8はワーク、すなわち、被加工物の形状データ等の登録
、格納用ファイル、参照符号30は設備に関するデータ
の登録、格納用ファイル、参照符号32&tテイーチン
グデータ(作業プログラムTASK)の格納用ファイル
であり、参照符号34はティーチングデータ(TASK
)の出力装置、参照符号36はティーチングデータが出
力されるフロッピィディスク等の記録手段である。
参照符号4は前記CADシステム2とは独立に設けられ
る編集装置であって、ロボットコントローラ6を介して
所望のロボット8と結合可能に構成され、CADシステ
ム2から出力されたティーチングデータをフロッピィデ
ィクス36を媒体として授受する。この編集装置4はマ
イクロコンピュータ等の演算処理および入出力制御装置
38、ディスプレイ40および命令入力のためのマウス
装置42からなり、文字、数値入力のためのキーボード
装置44が接続されている。
編集装置4はCADシステム2より出力されたティーチ
ングデータを所望のロボット8に合致するデータフォー
マットに変換するフォーマット変換、ティーチングデー
タの追加、削除、変更等の修正、後述する立体シフト演
算、ティーチングデータ(作業プログラムTASK)の
ロボットコントローラ6に対する送受信、ティーチング
データのバックアップ(保存)等の機能を有する。この
場合、フォーマット変換、修正の他、立体シフト演算に
よってCADシステム2により理想環境で作成されたテ
ィーチングデータはロボットの作業現場における実際環
境に対する誤差補正のため送受信機能によりロボットコ
ントローラ6と当該編集装置4との間で授受される。ま
た、このティーチングデータは記憶媒体に作業プログラ
ムTASKとしてセーブされ、バックアップファイルが
作成され、あるいはロボットコントローラに接続された
ティーチングボックス46によってさらに現場で発見さ
れたティーチングデータの不具合が微修正される。
CADシステム2と編集装置4とはフロッピィディスク
36を媒体としてティーチングデータの授受を行う独立
した装置として構成されており、編集装置4を現場に設
置することによりCADシステムで作成されたティーチ
ングデータを容易に現場で調整することが出来る。
本実施態様に係るティーチングデータ作成システムは概
略以上のように構成されるものであり、次にティーチン
グデータの作成に係る処理手順および作用効果について
説明する。
第2図はCADシステム2におけるテイーチングデータ
作成手順を示す処理フローである。
ティーチングデータの作成にあたっては、先ず、シミュ
レーション対象となる設備がファイル30に登録済みで
あるか否かを調べ、若し、登録されていなければ三次元
モデルとして新たにファイル30に登録する(STPI
)。同様に、ティーチングデータ作成の対象となる使用
したいロボットがファイル26に登録済みであるか否か
を調べ、若し、登録されていなければ三次元モデルとし
て新たにファイル26に登録する(SrF2)。また、
前記ロボットによって加工すべき被加工物(ワーク)が
ファイル28に登録済みであるか否かを調べ、若し、登
録されていなければ三次元モデルとして新たにファイル
28に登録する(SrF3)。
次に、加工において使用する治工具、例えば、溶接ロボ
ットにおける溶接作業であれば、溶接ガンやワークの押
え治具等が既に登録されているか否かを調べ、若し、登
録されていなければ、前述した場合と同様に、新たに三
次元モデルとして設計し登録する(SrF2)。この場
合、必要に応じてステップl乃至ステップ3において既
に登録された設備、ロボット、被加工物(ワーク)等の
データを使用する。
以上の準備作業が完了すると、ステップ5において、前
記ファイル26乃至30から設備、ロボット、被加工物
(ワーク)、治工具等の組み合わせを入力I旨示し、シ
ミュレーションすべき対象を決定し、グラフィックディ
スプレイ16に表示させシミュレーション環境を作成す
る。次いで、被加工物上の作業点(例えば、溶接作業に
おいてはt容接ポインl−)をタフ゛レットカーソル装
置18により指示し、該ポイントを座標値(x。
y、z)で表し教示点を作成しく5TP6)、ロボット
の姿勢を決めるためのベクトルを上記教示点を始点とし
て作成する(SrF7)。
次いで、ロボットの先端(1・−チ先端)のポイント、
姿勢ベクトル、ワークの溶接点、姿勢決定ベクトルを夫
々タブレットカーソル装置I8でティーチング指示する
(SrF8.5TP9)。
以上の操作により1つの教示点に関するデータが作成さ
れると、中央処理装置12により動作シミュレーション
が行われ、ロボットが画面上で動き結果が表示される(
STPIO)。ここで、作業者はグラフィックディスプ
レイ16上におけるロボットの表示方向を変えることで
目視によるチェックを行い、ロボットの姿勢が最適であ
るか否か、ロボットと治具、ワーク間の干渉(接触等)
の有無等を確認しく5TPII、12)、場合によって
はステップ4に戻り治具等の変更を行う。
ステップ11、ステップ12によりロボットの姿勢、干
渉の有無が確認され1つの教示点のティーチングが完了
すると、ステップ6に戻り次の教示点の入力指示が行わ
れる。なお、全作業点についてのティーチングが完了す
るまでこの操作が繰り返される(STPI3)。
以上の処理、すなわち、動作シミュレーションの段取り
、ティーチングデータ(作業プログラムTASK)を作
成する前の事前干渉チェックおよび治具等の不具合の検
討作業は各作業点の各々について行われる。これらが全
作業点について完了すると、各作業点を効率よく継いで
一連のティーチングデータ(作業プログラムTASK)
を構成する処理に移る。
先ず、ステップ14において、キーボード装置20を用
いてロボットの動作モードやスピードの入力指示を行う
。動作モード/スピード指定には、例えば、リンク動作
指示(LNK/**)、直線補間動作指示(L IN/
****) 、円弧動作指示(CIR/****)があ
る。
リンク動作指示LNKはロボットを関節系動作で移動さ
せるものであり、**は動作させる場合の速度指定値で
ある。この場合、所定の指示値を入力することにより予
めロボットコントローラ内に設定されている速度テーブ
ルを参照して指示された速度で動作する。直線補間動作
指示LINはロボットを直線動作させるものであり、*
***は動作速度指定値である。円弧動作指示CIRは
ロボットを円弧動作させるものであり、****は動作
速度指定値である。
次に、ステップ15およびステップ16ではステップ6
乃至ステップ9で行ったと同じ操作で1つの作業点のテ
ィーチングを行う。なお、ロボットに停止時間を設けた
い場合には、ステップ17においてキーボード装置20
から待ち時間指示(TIMER/’l”k’l’)を入
力する。ここで、***は待ち時間指定値である。教示
したポイントが、例えば、溶接開始点あるいは溶接終了
点であれば、ステップ18においてロボットコントロー
ラに設定されている作業条件、すなわち、溶接条件番号
とアークオン(A RCON / **)またはアーク
オフ(ARCOFF/**)の指令をキーボード装置よ
り入力する。**は溶接条件番号であり予めロボットコ
ントローラ内に設定しである数値で指示する。
上記の操作を教示したい教示点について順次繰り返し、
一連の教示点とそれらの間の動作モード、スピード、作
業条件等、ロボットの動作条件を示すインストラクショ
ン情報を同時に指示していき、連続したティーチングデ
ータ(作業プログラムTASK)の作成が終了する(S
TP19.5TP20)。そして、ステップ21におい
てフロッピィディスク36に該ティーチングデータを出
力する。
以上の処理によってCADシステム2により作成されフ
ロッピィディスク36に出力されたティーチングデータ
(作業プログラムTA S K)は、現場に設置された
編集装置4に供給され、実際の作業を行うロボット8に
対応するフォーマットのデータ形式にフォーマント変換
され、あるいは個々のロボット8に応じた修正が行われ
る。
第3図はこの編集装置4における作業手順を示す処理フ
ローである。
先ず、CADシステム2から出力されたティーチングデ
ータ(作業プログラムTASK)の格納されたフロッピ
ィディスク36が編集装置4に挿入され読み込まれる(
STP22)。次に、ステップ23において、ティーチ
ングデータが適用されるべきロボ゛ットの固有のデータ
フォーマントに変換される。
CADシステムにより作成されたティーチングデータは
先に説明したように、各作業点を示すデータ、動作モー
ド/スピード(リンク動作、直線補間動作、円弧動作)
および待ち時間情報、作業条件等であり、次の2種類の
いずれかのデータ形式で出力されている。
すなわち、第1の形式はジツイントポジション形式(J
OINT POSITION)であり、ロボットの位置
を各関節の角度情報として表す。編集装置4は、この形
式のデータの場合には各関節の角度情報を基にロボット
が実際にその位置まで移動するための各軸筋の駆動パル
ス数情報にフォーマット変換する。
第2の形式はカーティシアンポジシロン形式(CART
ESIAN POSITION)であり、ロボットの位
置を該ロボットの基準座標系における座標値(例えば、
直交座標系ではX+  y+  2)およびオイラー角
として表す。編集装置4は、この形式のデータの場合に
は座標値(x、y+  z)とオイラー角とをロボット
固有の座標系データに変換する。すなわち、座標値(x
+  )’+  z)はそのままで、オイラー角を手首
角度にフォーマット変換する。
次に、ステップ24において、ロボット設備に固有の立
体シフト演算を行う。ここでいう立体シフト演算とは次
のようなものである。すなわち、CADシステム2によ
り作成されるティーチングデータは理想的環境でシミュ
レーションされ理想値として作成されるが、このデータ
が適用されるロボットは工場等の実際の作業環境に設置
されるものであり、各ロボット毎に固有の設置誤差や構
造上の偏差等が生じる。従って、各ロボット毎に固有の
補正量をもって、CADシステム2から作成されたティ
ーチングデータの修正を行うことが必要となる。
本発明に係る編集装置は、予め、第4図を用いて後述す
る如き方法で作成した各設備中の各ロボットに対応して
夫々求められた補正量を立体シフト演算マトリックスと
して蓄積しておき、この立体シフト演算マトリックスか
らティーチングデータの修正値を算出するものである。
第4図はこの立体シフト演算マトリックスの作成手順を
示す処理フローである。
先ず、CADシステム2において、ステップAで対象と
するロボットの作動範囲内の立体シフト演算の基準とな
る3点を定めてティーチングデータを作成する(この作
成手順は前述と同様の方法で行う)。このデータをティ
ーチングデータ(作業プログラムTA S K)として
作成し、フロッピィディスクに出力しておく  (ST
PBXSTPC)。ここまではCADシステム2で通常
のティーチングデータの作成と同様に行われ、例えば、
Aという工場設備にロボットが計4台設置されていれば
、夫々についてこの操作および以下の作業が行われる。
次に、ステップDにおいて、対象となるロボットの実機
でロボットコントローラ6、ティーチングボックス46
を用いて前記の3点に対応する3点のティーチングデー
タを従来行われているマニュアル操作で作成する。
ステップ已において、編集装置4は実機で作成されたテ
ィーチングデータTASK(ロ)を受信すると、CAD
システム2において作成されたティーチングデータT 
A S K <4)と前記TASK(ロ)とから立体シ
フト演算マトリックスを算出しく5TPF)、これをフ
ロッピィディスク等の記録媒体に格納しておく  (S
TPG)。
この操作はロボットの設置時に一度行っておけばよく、
通常の作業においては、第3図のステップ24で各ロボ
ット毎に対応する立体シフト演算マトリックスを記録媒
体から読み出し、これに基づいて演算を行いティーチン
グデータの修正を行うだけでよい。
このようにして修正されたティーチングデータは、ステ
ップ25において、フロッピィディスク36に格納され
ると共にロボットコントローラ6に送信される(STP
26)。これは、ロボットコントローラ6、ロボット8
に連結されたティーチングボックス46を用いて実際に
ロボット8を動作させてティーチングデータの微修正を
行うためであり、前述の立体シフト演算では修正しきれ
なかった微小な誤差を修正するものである。この処理は
被加工物を実際に所定ロフト流した時に発見される誤差
を修正する段階で行うことが出来る(STP27)。
この修正作業は従来から行われているティーチングボッ
クスを用いたマニュアル作業と同様である。&lJi装
置4より送られたティーチングデータTASKをJOB
プログラムとして割り当て、ロボットがJOBプログラ
ムに応じて動作を実行出来るようにした後、ティーチモ
ードとしてティーチングボックス46にてJOBプログ
ラムを1ステツプずつ送って動作確認を行う。
変更修正したいステップがあれば、ティーチングボック
ス46より各軸の修正したい方向を微調整し変更キーを
押した後、レコードキーを押して変更、修正値を記憶し
、これを全ステップについて実行すればよい。なお、上
記ステップ27で修正されたティーチングデータはマス
クデータとして再び編集装置4で受信され、バックアッ
プファイルとして格納される (STP2B)。
編集装置4は上記ティーチングボックス46による微修
正機能の他に、ティーチングポイントの追加、削除、変
更や作業条件の変更等の処理をティーチングデータに対
して施すことが出来る。第5図はこの修正、変更の作業
手順を示す図である。
先ず、ステップHにおいて、ティーチングデータ(作業
プログラムTASK)の修正、変更等の編集作業が必要
となった場合、対象のティーチングデータが編集装置4
内のフロッピィディスク等のバックアップファイル中に
存在するか否かが調べられる。存在しなければロボット
コントローラ6をスレーブモードとし、対象となるティ
ーチングデータ(作業プログラムTASK)を編集装置
4に読み込む(STPI)。
次いで、追加、削除、修正、条件変更等の指示を行い(
STPJ)、編集作業が完了した後ハックアップファイ
ル中に格納しく5TPK)、ステップしにおいてロボッ
トコントローラに変更、修正済のティーチングデータ(
作業プログラムTASK)を送信する。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係る産業用ロボットのテ
ィーチングデータ作成方式においては、CADシステム
を用いてロボットの作業経路を指示しティーチングデー
タを作成すると共に、ロボッ1−の動作モード、動作速
度、待ち時間、作業条件等のロボット動作条件に関する
インストラクション情報を指示して一連のティーチング
データとしている。従って、従来の作成方式の如く、作
業経路指示とインストラクション情報の指示を2回に分
けてCADシステムで行う必要がなくなり、ティーチン
グデータの作成に要する時間を極めて短縮することが出
来、作業工数を削減し得るという利点を有する他、高価
なCADシステムの占有時間が減少するため、その効率
的利用が可能となる利点が得られる。
さらに、本発明に係るティーチングデータ作成システム
は、CADシステムとは独立の編集装置を実際にティー
チングデータが適用されるロボ−/ )の設置された製
造工場等の現場に設置することが出来る。従って、この
編集装置によってCADシステムで作成されたティーチ
ングデータをロボットに対応したデータフォーマントに
フォーマント変換することが出来、ロボットが新機種に
変更された場合あるいは異なるデータ形式のロボットに
変更された場合でも、編集装置のフォーマット変換プロ
グラムを変更すればよく、汎用性、即応性に優れたシス
テムが提供出来る利点を有する。また、編集装置におい
てティーチングデータの追加、削除、変更等の修正が行
え、修正の必要が生ずる都度CADシステムにより作業
を行って新たなティーチングデータを作成する必要がな
いため、作業工数、作業時間の増大を招くことがなく、
この面での即応性にも優れている。また、修正結果を直
ちにロボットに返して現場での動作確認を速やかに行う
ことが出来る利点も得られる。
本発明によれば、さらに、CADシステムによって作成
された理想的ティーチングデータと、実際のロボットの
設置誤差等に基づく偏差とを、予め、立体シフト演算マ
トリックスとして求めておき、編集装置において、この
演算マトリックスを用いて演算し、修正されたティーチ
ングデータとして得ることが出来るため、ティーチング
データの実機に合わせての修正のための作業工数を著し
く削減し得るという利点を有する。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る産業用ロボットのティーチング
データ作成方式に適用されるシステムの構成ブロック図
、 第2図は第1図におけるCADシステムによるティーチ
ングデータ作成手順を示す処理フロ第3図は編集装置に
おける作業手順を示す処理フロー、 第4図はロボット毎の立体シフト演算マトリックスの作
成手順を示す処理フロー、 第5図はティーチングデータの修正、変更等の作業手順
を示す処理フローである。 2・・・CADシステム  4・・・編集装置6・・・
ロボットコントローラ 8・・・ロボット12・・・中央処理装置14・・・グ
ラフィック処理装置 16・・・グラフィックディスプレイ 26.28.30.32・・・ファイル36・・・フロ
ッピィディスク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ロボットおよび/または被加工物に関するデータ
    を蓄積し、グラフィックディスプレイ上に前記ロボット
    、被加工物を表示し、入力手段により前記グラフィック
    ディスプレイ上の所望のポイントを指示してティーチン
    グデータを作成する産業用ロボットのティーチングデー
    タ作成方式において、前記ポイントの指示に加え、前記
    ロボットの動作モード、動作スピード、待ち時間、作業
    条件等のインストラクション情報を指示し、前記ロボッ
    トの作業点を示すデータとロボットの動作指示を示すデ
    ータとを連続して組み合わせることによりティーチング
    データを作成することを特徴とする産業用ロボットのテ
    ィーチングデータ作成方式。
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