WO2013031492A1

WO2013031492A1 - プログラム生成装置及びその方法

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Publication number: WO2013031492A1
Application number: PCT/JP2012/070060
Authority: WO
Inventors: 晃仙波; プラビーンクマルバスデヴァン; プラジュワルニンマガッダ
Original assignee: 株式会社アマダ
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-03-07
Also published as: JP2013046938A

Abstract

　ロボットの動作を制御するための動作プログラムを前記ロボットの動作の軌跡情報に基づき生成するプログラム生成装置であって、前記軌跡情報は複数の動作点（Ｐ１～Ｐ２１）を有し、これらの動作点の中から適数の動作点を選択する選択部と、前記選択された動作点を直線でつなげて区分線形化された軌跡（Ｌ１～Ｌ４）を生成する軌跡情報変更部とを備える。

Description

プログラム生成装置及びその方法

　本発明はプログラム生成装置及びその方法に関し、特にロボット動作の自動生成処理において、ロボットのジョイント動作を直線動作に分割するプログラム生成装置及びその方法に関するものである。

　図１に示すように、従来のロボット動作のプログラム生成システムにおいては、例えば溶接ロボットＲのジョイント動作の編集時に、ハンドボックスＰにより溶接ロボットＲを操作し、ワークＷＡに対して溶接箇所をティーチングしてジョイント動作の軌跡の生成を行う。そして、生成された軌道に基づき動作プログラムを作成し、この動作プログラムをＮＣ（Numerical Control）装置Ｚに入力することによって溶接ロボットＲを制御している（特許文献１を参照）。

特開２００４－２５３４１号公報

　しかし、このようなやり方は、ロボットを熟知した作業者でないと困難であり、干渉やＯＴ（オーバートラベル：動作が出来ない領域へロボットが移動することにより発生する障害等をいう）の発生を確認しながらトライアンドエラーによりティーチングを行わなければならないため、工数が掛かるという課題があった。

　例えば、図２に示すように、溶接ロボットＲが動作点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ、ＰＥ、ＰＦ、ＰＧおよびＰＨを通る軌跡でワークＷ１、Ｗ２に対して溶接を行う際に、作業者は、溶接ロボットＲが動作点ＰＯの位置でＯＴを起こす場合や、障害物Ｓに接触する場合等を予め考慮して動作プログラムを作成する必要があるため、やはり工数が掛かる。

　本発明は上述の課題を解決するためのものであり、本発明の第１の側面においては、ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成装置であって、前記軌跡情報は複数の動作点を有し、前記複数の動作点の中から適数の動作点を選択する選択部と、前記選択された各動作点を直線でつなげて前記軌跡情報を変更し、区分線形軌跡を生成する軌跡情報変更部とを備えたプログラム生成装置が提供される。

　本発明の第２の側面においては、ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成装置であって、前記軌跡情報を生成するロボット動作生成部と、前記軌跡情報において干渉またはオーバートラベルを含む障害が発生するか否かをチェックするチェック部と、前記軌跡情報を編集するロボット動作編集部とを備え、前記ロボット動作生成部で前記軌跡情報を生成する際に、前記チェック部によるチェックの結果に応じて予め前記軌跡情報を編集することにより前記ロボット動作編集部での編集処理を少なくするプログラム生成装置が提供される。

　本発明の第３の側面においては、ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成方法において、前記軌跡情報は複数の動作点を有し、選択部が前記複数の動作点の中から適数の動作点を選択する工程と、軌跡情報変更部が前記選択された各動作点を直線でつなげて前記軌跡情報を変更し、区分線形軌跡を生成する工程とを含むプログラム生成方法が提供される。

　本発明の第４の側面においては、ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成方法において、ロボット動作生成部が前記軌跡情報を生成する工程と、チェック部が前記軌跡情報において干渉またはオーバートラベルを含む障害が発生するか否かをチェックする工程と、ロボット動作編集部が前記軌跡情報を編集する工程とを含み、前記ロボット動作生成部で前記軌跡情報を生成する際に、前記チェック部によるチェックの結果に応じて予め前記軌跡情報を編集することにより前記ロボット動作編集部での編集処理を少なくするプログラム生成方法が提供される。

図１は、従来の技術を説明する図である。図２は、従来の技術を説明する図である。図３は、本発明の一実施の形態に係るロボット制御システムの概略を示す図である。図４は、本発明の一実施の形態に係るロボットの概略を説明する図である。図５Ａは、本発明の一実施の形態に係るプログラム生成装置の動作を示すフローチャート（その１）である。図５Ｂは、本発明の一実施の形態に係るプログラム生成装置の動作を示すフローチャート（その２）である。図６は、本発明の一実施の形態に係るプログラム生成装置の動作を説明する図である。図７は、本発明の一実施の形態に係るロボット動作の軌跡情報の編集を説明する図（その１）である。図８は、本発明の一実施の形態に係るロボット動作の軌跡情報の編集を説明する図（その２）である。

　図３に、本発明の一実施の形態に係るロボット制御システムを示す。ロボット制御システム１は、プログラム生成装置２と、プログラム生成装置２の制御部３と、ＮＣ装置４と、ロボット５とを備える。

　プログラム生成装置２は、コンピュータにより構成されるものであり、本体２Ａ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力部（表示部２Ｂ、キーボード２Ｃ等）を備えコンピュータプログラムにより動作するものである。

　本実施の形態では、産業用ロボットの制御を例に説明するが、特に産業用ロボットに限定されるものではない。産業用ロボットは、例えば、ワークに対し溶接、塗装、搬送等を実行する。

　プログラム生成装置２は、例えば、溶接線、溶接角度、溶接速度等の入力情報Ｉ１を指定後、ロボット動作の自動生成モードを実行すると、ロボット動作自動生成部３Ｂが、ホーム位置から各溶接線の始点、終点を通過し、干渉やＯＴ（オーバートラベル）の発生しないロボット５の動作の軌跡（軌跡情報）とエラー情報（所望の軌跡が生成できなかった場合の各種情報）Ｏ１を自動生成する。また、ロボット動作の手動ティーチングモードを実行することによって、手動ティーチング部３Ａによりロボット５の動作の軌跡を表示部２Ｂの画面Ｇ１に表示しながら定義することもできる。

　画面Ｇ２は、ロボット動作の編集画面であり、プログラム生成装置２の表示部２Ｂに表示される。この編集画面Ｇ２は、ロボット５の動作の軌跡を自動で生成した後での、ワークＷ、ロボット５、環境を表示したシミュレーション画面である。ロボット動作自動生成部３Ｂは、自動生成されたロボット５の動作（ジョイント動作）の軌跡を直線に分割して、ロボット５の動作を区分線形動作に変換する。制御部３は、作業者に対して、ロボット５のＯＴや干渉を確認しながら直線の端点を移動、削除、追加することによって軌跡の編集を行うことを促す。そして、制御部３は、編集後のロボット５の動作の軌跡から動作プログラムＰを生成しＮＣ装置４に転送する。

　ＮＣ装置４は、プログラム生成装置２で生成した動作プログラムＰに従いロボット５をコントロールする。ロボット５はＮＣ装置４の操作信号に基づき動作する。

　図４に、本発明の一実施の形態に係るロボットを示す。ロボット５は、６軸の腕構造を有する。体を回転させる旋回軸５Ａ（Ｓ軸）、体を前後に動かす下腕軸５Ｂ（Ｌ軸）、腕を上下に動かす上腕軸５Ｃ（Ｕ軸）、腕を回転させる手首旋回軸５Ｄ（Ｒ軸）、手首を上下に振る手首曲げ軸５Ｅ（Ｂ軸）、および手首を回転させる手首回転軸５Ｆ（Ｔ軸）により構成される。

　ロボット５において、直線動作とは、ロボット５の先端Ｙが直線上を動く動作（例えば、直線の溶接部に沿って動く場合等）であり、ジョイント動作とは、前記直線動作以外の動作であり、一般的にロボット５の先端Ｙの始点から終点までにおける曲線上を動く動作である。

　図５Ａ及び５Ｂは、本発明の一実施の形態に係るプログラム生成装置２の動作を示すフローチャートである。本フローチャートでは、自動でロボット５の動作の軌跡を生成する場合と、手動でロボット５の動作の軌跡をティーチング処理により生成する場合を統一的に示している。

　なお、制御部３（手動ティーチング部３Ａ、ロボット動作自動生成部３Ｂ）は、ロボット５の動作の軌跡情報における複数の動作点の中から適数の動作点を選択する選択部と、選択された各動作点を直線でつなげてロボット５の軌跡情報を変更し、区分線形軌跡を生成する軌跡情報変更部として機能する。また、ロボット５の動作の軌跡情報を生成するロボット動作生成部と、ロボット５の動作の軌跡情報において干渉またはオーバートラベルを含む障害が発生するか否かをチェックするチェック部と、ロボット５の動作の軌跡情報を編集するロボット動作編集部として機能する。さらに、ＣＡＭ機能も有する。

　初めに、ステップＳ０１では、プログラム生成装置２の制御部３のＣＡＭ機能にてロボット５の動作のリスト（始点、終点、姿勢）を指定後、ロボット５の動作の軌跡の生成を開始する。

　ステップＳ０２では、制御部３は、自動でロボット５の動作の軌跡を作成か否かを判断する。自動でロボット５の動作の軌跡を作成すると判断した場合に処理はステップＳ０３に進む。一方、自動でロボット５の動作の軌跡を作成しないと判断した場合に処理はステップＳ０５に進む。

　ステップＳ０３では、制御部３は、ロボット５の動作のための軌跡の自動生成を開始する。

　ステップＳ０４では、制御部３は、ロボット５の動作のリスト（始点、終点）に対して順次（ステップＳ０８～ステップＳ２１までの処理）のロボット５の動作の軌跡の自動生成処理を実行する。ステップＳ０４の処理後は、ステップＳ０８に移行する。

　一方、ステップＳ０５では、制御部３は、手動ティーチング処理により、ロボット５の動作の軌跡の生成処理を開始する。

　ステップＳ０６では、ロボット５の動作の始点、終点、姿勢を指定する。

　ステップＳ０７では、制御部３は、ロボット５の動作の軌跡のチェックを行う。ステップＳ０７の処理後はステップＳ０８に進む。

　次に、ステップＳ０８～ステップＳ２１までの直線分割処理を説明する。

　ステップＳ０８では、制御部３は、ロボット５の動作の生成処理を開始する。

　ステップＳ０９では、制御部３は、終点に対するロボット５のＩＫ（Inverse Kinematics：逆運動）を計算する。

　ステップＳ１０では、制御部３は、ＩＫが可能か否かを判定する。ＩＫが可能の場合に処理はステップＳ１１に進む。ＩＫが可能でない場合に処理はステップＳ２０に進む。

　ステップＳ１１では、制御部３は、ロボット５の動作が溶接動作か否かを判定する。溶接動作の場合に処理はステップＳ１６に進む。溶接動作でない場合は処理がステップＳ１２に進む。

　ステップＳ１２では、制御部３は、ロボット５の軌跡の自動生成か否かを判定する。自動生成の場合に処理はステップＳ１３に進む。自動生成でない場合（ティーチング処理による手動生成の場合）は処理がステップＳ１５に進む。

　ステップＳ１３では、制御部３は、与えられた始点、終点に対するロボット動作の軌跡を生成する。

　ここで、図６（ａ）を参照する。制御部３により、始点ＳＰと終点ＥＰに対し、ロボット５の動作の軌跡上に複数の動作点（動作点Ｐ１～Ｐ１２）が自動生成される。そして、この動作点を結ぶ曲線上をロボット５が移動することが仮設定される。

　ステップＳ１４では、制御部３は、仮設定された軌跡の分割処理が可能か否かを判定する。分割処理が可能の場合に処理はステップＳ１５に進む。分割処理が可能でない場合は処理がステップＳ２０に進む。

　ステップＳ１５では、制御部３により仮設定された軌跡の分割処理が行われる。

　図６（ｂ）を参照する。軌跡の分割処理（初回の処理の場合）では、複数の動作点（始点ＳＰ、動作点１～２１、終点ＥＰ）の中から適数の動作点を選択し、選択された動作点を結ぶことによって、この軌跡を直線に分割する処理を行う。例えば、始点ＳＰ、動作点Ｐ６、動作点Ｐ１２、動作点Ｐ１９、終点ＥＰが選択されたとする。そして、始点ＳＰと動作点Ｐ６を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ１が生成される。動作点Ｐ６と動作点Ｐ１２を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ２が生成される。動作点Ｐ１２と動作点Ｐ１９を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ３が生成される。動作点Ｐ１９と終点ＥＰを結ぶことによって、直線軌跡Ｌ４が生成される。

　ステップＳ１６では、制御部３は、生成された区分線形軌跡Ｌ１～Ｌ４でのロボット５の動作テストを行う。なお、手動ティーチング処理で作成された場合も同様の動作テストを行う。

　図６（ｂ）は、生成された区分線形軌跡Ｌ１～Ｌ４において動作テストが行われる場合を示す。各直線軌跡について製品Ｓに干渉するか否かを判断する。この結果、直線軌跡Ｌ３が製品Ｓに干渉すると認識される。なお、手動ティーチング処理で作成された場合も同様な方法で行われる。

　ステップＳ１７では、制御部は、ステップＳ１６の動作テストの結果、生成された区分線形軌跡Ｌ１～Ｌ４の中に干渉やＯＴが有るか否かを判定する。干渉やＯＴが有ると判断した場合に処理はステップＳ１５に戻る。干渉やＯＴが無いと判断した場合は処理がステップＳ１８に進む。

　ステップＳ１７で干渉があると判断されている場合（２回目以降の処理の場合）、制御部３は、以下の処理を行う。

　図６（ｃ）に示すように、制御部３は、製品Ｓと干渉する直線軌跡Ｌ３と、この直線軌跡Ｌ３の端点Ｐ１２とＰ１９との間にある動作点Ｐ１２～Ｐ１９を選択する。

　続いて、図６（ｄ）に示すように、制御部３は、直線軌跡Ｌ３をさらに分割するため、選択された動作点Ｐ１２～Ｐ１９の中から適数の分割点を選択する。

　本例では、分割点Ｐ１２、Ｐ１４、Ｐ１７およびＰ１９を選択する。そして、動作点Ｐ１２と動作点Ｐ１４を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ３Ａが生成される。動作点Ｐ１４と動作点Ｐ１７を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ３Ｂが生成される。動作点Ｐ１７と動作点Ｐ１９を結ぶことによって、直線軌跡Ｌ３Ｃが生成される。これにより、製品Ｓへの干渉が回避可能な区分線形軌跡Ｌ１Ａ～Ｌ３Ｃが生成される。なお、干渉する場合には、ステップＳ１５～ステップＳ１７までの処理を干渉が無くなるまで繰り返し行う。これにより、ロボット５の動作の軌跡が（仮設定された軌跡から）変更される。本例では、始点ＳＰ、動作点Ｐ６、動作点Ｐ１２、動作点Ｐ１４、動作点Ｐ１７、動作点Ｐ１９、終点ＥＰ、及び直線軌跡Ｌ１、直線軌跡Ｌ２、直線軌跡Ｌ３Ａ、直線軌跡Ｌ３Ｂ、直線軌跡Ｌ３Ｃ、直線軌跡Ｌ４が選択される。これにより、本例では最終的に、ロボット５の動作の軌跡が、仮設定された軌跡から区分線形軌跡（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂ、Ｌ３Ｃ、Ｌ４）へと変更される。

　ステップＳ１８では、制御部３は、区分線形軌跡の生成が成功か否かを判定する。区分線形軌跡の生成が成功と判断した場合に処理はステップＳ１９に進む。区分線形軌跡の生成が成功でない場合は処理がステップＳ２０に進む。

　ステップＳ１９では、制御部３は、区分線形軌跡に関する情報（変更後の軌跡情報）をメモリに保存する。ステップＳ２０では、制御部３は、エラー情報（区分線形軌跡が生成できなかった場合の各種情報）をメモリに保存する。

　ステップＳ２１では、制御部３による動作生成処理が終了する。

　ステップＳ２２では、制御部３は、生成された区分線形軌跡に基づくロボット５の動作に関する情報をメモリに保存する。

　ステップＳ２３では、制御部３による自動動作軌跡生成処理が終了する。一方、ステップＳ２４では、制御部３の手動動作軌跡生成が終了する。

　ステップＳ２５では、制御部３のロボット動作軌跡情報編集手段により、必要時には、生成されたロボット５の動作の軌跡情報（区分線形軌跡に関する情報）の編集を行う。すなわち、動作点の移動、動作点の追加、動作点の削除等を行う。

　なお、前述の例では、始点ＳＰ、動作点Ｐ６、動作点Ｐ１２、動作点Ｐ１４、動作点Ｐ１７、動作点Ｐ１９、終点ＥＰ、及び直線軌跡Ｌ１、直線軌跡Ｌ２、直線軌跡Ｌ３Ａ、直線軌跡Ｌ３Ｂ、直線軌跡Ｌ３Ｃ、直線軌跡Ｌ４が選択されるため、動作点、直線軌跡の数が少なく編集が容易である。

　図７は、ロボット５の動作の軌跡情報の編集方法についての一例を示したものである。編集用の画面Ｇ２は、ワークＷの溶接動作に関する編集結果を示すシミュレーション画面である。この場合、ロボット５の動作の軌跡は、始点ＳＥＰＳから出発して、動作点ＰＳ１、・・・、動作点ＰＳ２２を通り元に戻る軌跡Ｔ１～Ｔ２３上を移動するように編集される。具体的には、ロボット５とワークＷとの干渉を防ぐために、動作点ＰＳ８をワークＷから離れた位置に移動させるように軌跡の編集を行った。また、当初の溶接箇所は、直線Ｔ７と直線Ｔ１３のみであったが、直線Ｔ１７に係る箇所の溶接も追加した。そして、これに伴うように軌跡を変更した。

　ステップＳ２６では、制御部３は、作業者に工程を選択させ、位置と姿勢（ヨー、ピッチ、ロー）を変更させる。図８に変更用の画面を示す。作業者がそれぞれの欄に数値を入力することにより変更がなされる。

　ステップＳ２７では、制御部３は、最終的に生成されたロボット５の動作の軌跡情報から動作プログラム（例えばＮＣデータ）を作成しＮＣ装置４送信する。

　ステップＳ２８では、動作プログラムをＮＣ装置４が受信する。ステップＳ２９では、ＮＣ装置４により制御されロボット５が駆動する。

　上記のように、本実施の形態においては、ロボット５のジョイント動作の軌跡は、いくつかの直線軌跡動作に分割した軌跡（区分線形軌跡）として生成（変更）される。分割後の各直線軌跡において干渉のチェックを行い、干渉がある場合は、この直線軌跡の始点と終点の区間のジョイント動作をさらに細かい直線軌跡に分割する処理を行う。このような処理を繰り返すことで、最終的には干渉のない区分線形軌跡が生成される。

　このようにして生成されたロボット５の動作の区分線形軌跡を編集用の画面Ｇ２においてシミュレーション表示にて確認した後、必要があればその動作を編集する。この編集作業は画面Ｇ２内で動作点をピック移動することで容易に行うことができる。

　詳細には、予めロボット５の動作のジョイント軌跡を手動ティーチングまたは自動にて生成することにより、指定されたジョイント動作の軌跡で干渉やＯＴが発生するかをチェックし、生成されたロボット５のジョイント動作をいくつかの直線動作に分割し、分割した各直線動作に関して時間経過ピッチのロボット軸値を取得し、各ポイントで干渉やＯＴが発生するかをチェックし、分割した直線動作においても干渉やＯＴが発生する場合には、その分割した直線軌跡の端点のジョイント区間の軌跡に対してさらなる分割処理を実行する。

　この分割処理は分割した直線動作で干渉やＯＴが発生しなくなるまで繰り返し行い、分割した直線軌跡の長さが最小値（となり合う動作点のピッチ間の距離）以下となる場合には、分割処理を終了する。従って、編集用の画面Ｇ２においてロボットの動作を編集しやすい直線動作としてシミュレーション描画できる。また、編集用の画面Ｇ２において、軌跡上の動作点をピックし、移動、追加、削除を行いながらロボットの動作を生成することによって、干渉やＯＴが発生しないかを確認することが可能である。

　本発明は、本実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

　以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ロボットを熟知した作業者でなくても容易にロボットの動作プログラムを作成することが可能である。また、ティーチングによるトライアンドエラーが不要となるので、ロボットの動作プログラムの生成の工数を削減することができる。さらに、軌跡上からの最小限の動作点の選択によって干渉やＯＴを防ぐロボットの動作プログラムを生成することが可能である。

Claims

　ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成装置であって、
　前記軌跡情報は複数の動作点を有し、前記複数の動作点の中から適数の動作点を選択する選択部と、
　前記選択された各動作点を直線でつなげて前記軌跡情報を変更し、区分線形軌跡を生成する軌跡情報変更部と、
　を備えたことを特徴とするプログラム生成装置。
　ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成装置であって、
　前記軌跡情報を生成するロボット動作生成部と、
　前記軌跡情報において干渉またはオーバートラベルを含む障害が発生するか否かをチェックするチェック部と、
　前記軌跡情報を編集するロボット動作編集部と、
　を備え、
　前記ロボット動作生成部で前記軌跡情報を生成する際に、前記チェック部によるチェックの結果に応じて予め前記軌跡情報を編集することにより前記ロボット動作編集部での編集処理を少なくすることを特徴とするプログラム生成装置。
　前記ロボット動作編集部は、編集画面を備え、この編集画面は前記起動情報の動作点を移動したり、削除したりすると共に、新たな動作点を追加する機能を有することを特徴とする請求項２に記載のプログラム生成装置。
　ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成方法であって、
　前記軌跡情報は複数の動作点を有し、選択部が前記複数の動作点の中から適数の動作点を選択する工程と、
　軌跡情報変更部が前記選択された各動作点を直線でつなげて前記軌跡情報を変更し、区分線形軌跡を生成する工程と、
　を含むことを特徴とするプログラム生成方法。
　ロボットの動作の軌跡情報に基づき前記ロボットの動作を制御するための動作プログラムを生成するプログラム生成方法において、
　ロボット動作生成部が前記軌跡情報を生成する工程と、
　チェック部が前記軌跡情報において干渉またはオーバートラベルを含む障害が発生するか否かをチェックする工程と、
　ロボット動作編集部が前記軌跡情報を編集する工程と、
　を含み、
　前記ロボット動作生成部で前記軌跡情報を生成する際に、前記チェック部によるチェックの結果に応じて予め前記軌跡情報を編集することにより前記ロボット動作編集部での編集処理を少なくすることを特徴とするプログラム生成方法。