JP2003103481A - 多関節ロボットの姿勢適正化方法および適正化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多関節ロボットを動作させる際の移動時間また
は偏差量を抑制するための適正な姿勢を短時間で検証す
る。 【解決手段】教示姿勢点Ｐ１における多関節ロボット５
０の姿勢を１６通り算出し（ステップＳ２）、最初の規
定姿勢からのそれぞれの移動時間を求めて動作経路候補
とする（ステップＳ３）。次の教示姿勢点Ｐｎについ
て、各動作経路毎に１６通りの姿勢を算出し（ステップ
Ｓ４）、前段からの移動時間を求める（ステップＳ
５）。各動作経路毎に移動時間が最も短いものを選択す
る（ステップＳ６）。全ての教示姿勢点についてステッ
プＳ４〜Ｓ６の処理を終了したら（ステップＳ８）、動
作経路の動作時間の合計を計算し（ステップＳ８）、そ
のうち最も移動時間の短いものを選択する（ステップＳ
９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットの
姿勢適正化方法および適正化装置に関し、特に、多関節
ロボットの先端部に設けられたエンドエフェクタが、所
定の出発点から到達点へ動作するための経路を設定する
ための多関節ロボットの姿勢適正化方法および適正化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製造ラインに設置された多関節ロ
ボットを直接操作させて作業姿勢のティーチングを行お
うとすると、多関節ロボットの操作を熟知したオペレー
タが製造ラインの現場で作業を行わなければならないた
め、その分、作業が非効率的となってしまう。また、そ
の作業は、製造ラインを停止させた状態で行う必要があ
るために当該製造ラインの稼動率も低下してしまう。

【０００３】そこで、近時前記ティーチング作業の効率
化を図るため、あるいは、前記製造ラインの稼動率を向
上させるために、オフラインによるティーチング（オフ
ラインティーチング）が行われている。すなわち、コン
ピュータ上に多関節ロボット並びに作業対象物であるワ
ークおよび周辺構造物のモデルを構築し、このモデルを
用いてティーチングデータを作成した後、前記ティーチ
ングデータを現場の多関節ロボットに供給するようにす
れば、ティーチングデータの作成中に製造ラインを停止
させる必要がない。

【０００４】また、溶接用の多関節ロボットなどの場
合、所定の溶接ポイントが予め決まっており、これらの
溶接ポイントに溶接電極を当接して溶接を行う。従っ
て、多関節ロボットの先端部に設けられたガンユニット
の姿勢が溶接ポイントによって決定されるものであり、
オフラインティーチングのために、溶接ポイントを多関
節ロボットの教示姿勢点として用いることがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、溶接ポイン
トを教示姿勢点として与えても、その情報だけでは多関
節ロボットの姿勢を１つに決定できないことが多い。つ
まり、溶接ポイントはガンユニットの位置および傾斜を
与えるだけであり、多関節ロボットのその他の動作軸に
ついては複数の組合せが成立しうる。

【０００６】このことにより、例えば、ある構造の多関
節ロボットが所定の溶接ポイントに対して１６通りの姿
勢を取りうるもので、また２０箇所の溶接ポイントを順
次溶接するティーチングデータを作成する場合では、各
溶接ポイントにおける姿勢を考慮した動作経路の組合せ
は、１６²⁰≒１．２×１０²⁴通りだけ存在する。

【０００７】多関節ロボットの動作時間は短いことが望
ましいが、図１４に示すように、規定姿勢から教示姿勢
点１までの間で、最も移動時間の短い経路１を選択して
も、教示姿勢点１〜教示姿勢点２の移動時間が長く、経
路２の移動時間の方が短いということがある。

【０００８】一方、これらの組合せの全てについて動作
時間を検証することは非現実的である。なぜなら、１つ
の動作経路について検証を行うのに、コンピュータを用
いて０．０１［ｓｅｃ］の時間を要すると仮定すると、
上記の例の１．２×１０²⁴通り全ての検証を行うために
は３．８×１０¹⁴［年］の時間が必要となるからであ
る。溶接ポイントの数が２０箇所以上であれば、この時
間はさらに指数関数的に増大する。

【０００９】検証時間だけではなく、１．２×１０²⁴通
りの全ての動作経路候補を比較するためには、これに見
合った記憶容量が必要であるが、現状ではそのような記
憶装置はない。

【００１０】これは、溶接用の多関節ロボットに限った
問題ではなく、一般の多関節ロボットに共通した問題で
ある。

【００１１】さらに、抑制するパラメータとしては移動
時間だけでなく、動作の偏差量または動作において消費
するエネルギー量等について抑制する検証を行う場合も
全く同様の問題がある。

【００１２】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、多関節ロボットを動作させる際の移動量
を抑制するための適正な姿勢を短時間で検証することを
可能にする多関節ロボットの姿勢適正化方法および適正
化装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多関節ロボ
ットの姿勢適正化方法は、規定姿勢を出発点とし、多関
節ロボットの特定部分について位置および傾斜を規定し
た複数の教示姿勢点に従って、多関節ロボットを動作さ
せるための多関節ロボットの姿勢適正化方法において、
最初の教示姿勢点における前記多関節ロボットの取りう
る複数の第１姿勢を求め、該第１姿勢をそれぞれ動作経
路候補として設定する第１のステップと、前記規定姿勢
から前記最初の教示姿勢点における前記複数の第１姿勢
まで移動するための移動量を求める第２のステップと、
２番目の教示姿勢点における前記多関節ロボットの取り
うる複数の第２姿勢を求める第３のステップと、前記複
数の第１姿勢のうち１以上の姿勢から、前記複数の第２
姿勢まで移動するための移動量を求める第４のステップ
と、前記複数の第２姿勢のうち、前記第４のステップで
求めた移動量が最小のものを選択し、前記動作経路候補
毎に記録する第５のステップとを有することを特徴とす
る。

【００１４】そして、前記第３〜第５のステップを繰り
返して行い、３番目以降の前記教示姿勢点に対して前記
２番目の教示姿勢点に対する処理と同じ処理を行い、１
つ前の前記教示姿勢点との間で最小となる移動量を求め
て前記動作経路候補を設定するようにしてもよい。

【００１５】また、前記教示姿勢点毎に、前記動作経路
候補の全てについて、前記第３〜第５のステップを行う
ようにしてもよい。

【００１６】さらに、前記動作経路候補のうち１つの動
作経路候補について、前記第３〜第５のステップを所定
番号の前記教示姿勢点まで繰り返して行い、その後、他
の動作経路候補について前記第３〜第５のステップを前
記所定番号の前記教示姿勢点まで繰り返して行うように
してもよい。

【００１７】さらにまた、前記移動量は移動時間、偏差
量またはエネルギー量であってもよい。

【００１８】前記複数の第１姿勢に対応する動作経路候
補のうち、移動量の合計が最小のものを選択するように
してもよい。

【００１９】最終の教示姿勢点の後段に、前記規定姿勢
を設定するようにしてもよい。

【００２０】また、本発明に係る多関節ロボットの姿勢
適正化装置は、規定姿勢を出発点とし、多関節ロボット
の特定部分について位置および傾斜を規定した複数の教
示姿勢点に従って、多関節ロボットを動作させるための
多関節ロボットの姿勢適正化装置において、前記教示姿
勢点における前記多関節ロボットの取りうる複数姿勢を
求める姿勢算出部と、所定の姿勢間を移動するための移
動量を求める区間移動時間計算部と、前記区間移動時間
計算部で算出した移動量が最小のものを選択し、最初の
教示姿勢点における前記多関節ロボットの取りうる複数
の第１姿勢に対応した動作経路候補に記録する最短移動
時間算出部と、前記動作経路候補のうち移動量の合計が
最小のものを選択する動作経路選択部とを有することを
特徴とする。

【００２１】これにより、各教示姿勢点において多関節
ロボットの取りうる姿勢が複数あっても、その姿勢の組
合せが指数関数的に増大することを防ぎ、多関節ロボッ
トを動作させる際の移動時間または偏差量などの移動量
を抑制するための適正な姿勢を短時間で検証することが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る多関節ロボッ
トの姿勢適正化方法および適正化装置の実施の形態例を
図１〜図１３を参照しながら説明する。

【００２３】本実施の形態における多関節ロボットの姿
勢適正化方法および適正化装置は、基本的には、最初の
教示姿勢点において多関節ロボットが取りうる１６通り
の姿勢を求めておき、これらの姿勢に対応した１６通り
の動作経路候補を設定する。これらの動作経路候補につ
いて、次の教示姿勢点における１６通りの姿勢のうち移
動時間が最短となるものを選択して順次記録していくも
のである。

【００２４】図１に示すように、本実施の形態において
使用するオフラインティーチング装置（姿勢適正化装
置）１０は多関節ロボット５０の動作のティーチングを
行うものであり、作成されたティーチングデータに基づ
き作業対象物に対して所望の作業を行うロボット装置１
２と連係されている。

【００２５】また、ロボット装置１２は、多関節ロボッ
ト５０と、ティーチングデータに基づいて前記多関節ロ
ボット５０の動作制御を行うロボット制御部２４とを備
える。

【００２６】図２に示すように、オフラインティーチン
グ装置１０を構成する制御部１４は、オフラインティー
チング装置１０の全体の制御を行う制御手段としてのＣ
ＰＵ（コンピュータ）２６と、記憶部であるＲＯＭ２８
およびＲＡＭ２９と、ハードディスク３４に対してデー
タのアクセスを行うハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
３９と、モニタ１６の画面上における描画制御を行う描
画制御回路３０と、入力装置としてのキーボード１８お
よびマウス２０が接続されるインタフェース回路３２
と、外部記録媒体３６ａ（例えば、フレキシブルディス
クやコンパクトディスク等）を制御する記録媒体ドライ
ブ３６とを有する。

【００２７】ハードディスク３４には、多関節ロボット
５０の動作経路を適正化する機能等をもつ姿勢適正化プ
ログラム３５、および図示しないＯＳ等が格納されてい
る。

【００２８】図３に示すように、多関節ロボット５０
は、取付台である第１ベース５４に対して、先端側に向
かって順に、第２ベース５６、第１リンク５８、第２リ
ンク６０、第３リンク６２、第４リンク６４およびガン
着脱部６６が接続されている。先端のガン着脱部６６に
はガンユニット（エンドエフェクタ）６８が接続されて
いる。

【００２９】第２ベース５６は鉛直軸である軸Ｊ１を中
心にして第１ベース５４に対して旋回可能に軸支されて
いる。第１リンク５８の基端部は水平軸である軸Ｊ２に
より第２ベース５６に俯仰可能に軸支されている。ま
た、第２リンク６０の基端部は水平軸である軸Ｊ３によ
り第１リンク５８の先端部に揺動可能に軸支されてい
る。そして、第３リンク６２は第２リンク６０の先端側
に軸Ｊ４を共通の回転中心軸として接続されている。さ
らに、第４リンク６４の基端部は軸Ｊ４に対して直角方
向の軸Ｊ５により第３リンク６２の先端部に揺動可能に
軸支されている。ガン着脱部６６は第４リンク６４の先
端側に軸Ｊ６を共通の回転中心軸として接続されてい
る。

【００３０】また、軸Ｊ４および軸Ｊ６は、動作的な余
裕を考慮して２回転分つまり７２０°の可動範囲をも
つ。

【００３１】ガン着脱部６６に接続されたガンユニット
６８はいわゆるＣ型溶接ガンであり、アーチ状のアーム
７４の両端部には、軸Ｊ６に沿って開閉する一対の電極
７０、７２を有する。この電極７０、７２は閉状態では
軸Ｊ６上の溶接作業点（以下、ＴＣＰ（Tool Center Po
int）という。）でワーク８０に接触する。

【００３２】ＴＣＰから本体側の電極７２の軸心に一致
する方向をベクトルＺｒとし、ベクトルＺｒに直交しガ
ンユニット６８の外側に向く方向をベクトルＸｒとす
る。また、ベクトルＸｒ、ベクトルＺｒに互いに直交す
る方向をベクトルＹｒとする。

【００３３】軸Ｊ１〜Ｊ６の駆動機構並びに電極７０、
７２の開閉機構は、それぞれ図示しないアクチュエータ
により駆動され、ＴＣＰは軸Ｊ１〜Ｊ６のそれぞれの回
転角θ１〜θ６の値および多関節ロボット５０の各部寸
法により決定される。

【００３４】また、ガンユニット６８はＣ型溶接ガンに
限らず、例えば図４に示すＸ型溶接ガン（共通の支軸に
軸支された開閉する一対のガンアームを備える溶接ガ
ン）６８ａであってもよい。

【００３５】多関節ロボット５０に関する座標計算およ
び制御上の基準点として、軸Ｊ１と軸Ｊ２とが交差する
点を原点Ｏとして規定し、この原点Ｏを基準として、鉛
直上向き方向を高さＺ、回転角θ１がθ１＝０であると
きの軸Ｊ２の方向を奥行Ｙ、高さＺと奥行Ｙに垂直な方
向を幅Ｘとして表す。この高さＺ、幅Ｘおよび奥行Ｙに
より３次元直交座標を示すものとする。

【００３６】図５に示すように、姿勢適正化プログラム
３５は、ＲＡＭ２９およびハードディスク３４等からデ
ータを読み込む機能を持つ作業点座標読み出し部１００
と、ガンユニット６８の位置および傾斜から多関節ロボ
ット５０の軸Ｊ１〜Ｊ６の回転角を求める機能を持つロ
ボット姿勢算出部１０２と、多関節ロボット５０が所定
の姿勢間を移動する時間を求める区間移動時間算出部１
０４と、所定の姿勢間を移動する時間のうち最短の時間
を求める最短移動時間算出部１０６を有する。

【００３７】また、姿勢適正化プログラム３５は、姿勢
間の移動において最短の移動時間となる姿勢を選択する
ロボット姿勢選択部１０８と、複数の教示姿勢点を接続
した動作経路を移動するために要する時間を算出するロ
ボット累積移動時間計算部１１０と、複数の動作経路の
うち移動時間が最短であるものを選択する機能をもつ動
作経路選択部１１２を有する。

【００３８】また、ロボット姿勢計算部１０２および区
間移動時間計算部１０４と同様の機能はロボット制御部
２４内にも設けられている。

【００３９】さらに、姿勢適正化プログラム３５は、多
関節ロボット５０の姿勢データを３次元ＣＡＤによって
定義されているロボットモデルに設定して描画する画像
表示部１１６を有する。

【００４０】画像表示部１１６は、オペレータが設定す
るロボット姿勢設定コマンドと、描画コマンドとにより
ＡＰＩ（Application Programming Interface）を用い
て多関節ロボットのモデルや、所定のグラフをモニタ１
６の画面に描画する機能を持つ。

【００４１】図６に示すように、多関節ロボット５０の
動作を途中の規定姿勢Ｐ０および教示姿勢点Ｐｎ（ｎ＝
１、２、３…）における姿勢を記録するパステーブル１
８０は、「ガンユニットの向き」欄１８０ａ、「ＴＣＰ
の位置」欄１８０ｂおよび「各軸角度」欄１８０ｃから
構成されており、「各軸角度」欄１８０ｃは回転角θ１
〜θ６から構成されている。

【００４２】「ガンユニットの向き」欄１８０ａは、３
次元空間上におけるガンユニット６８の傾斜を表すもの
であり、３つのベクトルＸｒ、Ｙｒ、Ｚｒによって示さ
れる。「ＴＣＰの位置」欄１８０ｂは、３次元空間上に
おけるＴＣＰの位置を原点Ｏを基準としてＸ、Ｙ、Ｚ座
標系で表すものである。

【００４３】「各軸角度」欄１８０ｃは、多関節ロボッ
ト５０の姿勢を軸Ｊ１〜Ｊ６のそれぞれの回転角θ１〜
θ６によって表すものである。

【００４４】最初の順番「０」および最後の順番である
「２１」は、規定姿勢としてＰ０が設定されている。つ
まり、このパステーブル１８０に基づいて作成される動
作経路は溶接等の所定動作を行った後、元の姿勢に戻る
ことを示す。

【００４５】また、規定姿勢点Ｐ０については、「各軸
角度」欄１８０ｃが予め記録されている。その他の教示
姿勢点Ｐ１〜Ｐ２０については、「ガンユニットの向
き」欄１８０ａおよび「ＴＣＰの位置」欄１８０ｂのみ
が記録されている。これは、各教示姿勢点Ｐ１〜Ｐ２０
は、ワーク８０を溶接する溶接ポイントの位置と、その
点においてワーク８０の面に電極７０、７２を垂直に当
てることおよびガンユニット６８の方向を示すベクトル
Ｘｒから必然的に決まっているものである。

【００４６】実際には、このパステーブル１８０は溶接
ポイントだけでなく、その途中の経路についても教示し
ているものがあるが、便宜上、溶接ポイント以外の点に
ついては省略する。

【００４７】また、図６に示す状態のパステーブル１８
０は、予めハードディスク３４に記録されているものと
する。

【００４８】図７に示すように、移動時間記録テーブル
１９０は、１６通りの動作経路候補に対して、各教示姿
勢点間の移動時間を記録する「移動時間」欄１９０ａ
と、その合計を計算して記録する「合計」欄１９０ｂを
もつ。移動時間記録テーブル１９０はＲＡＭ２９上に記
憶されており、読み書きが可能なテーブルである。

【００４９】次に、多関節ロボット５０の姿勢を適正化
する手順の説明に先立ち、ロボット姿勢算出部１０２の
機能について説明する。ロボット姿勢算出部１０２は、
パステーブル１８０に記録された「ガンユニットの向
き」欄１８０ａの３つのパラメータおよび「ＴＣＰの位
置」欄１８０ｂの３つのパラメータの合計６のパラメー
タによって、多関節ロボット５０の姿勢を示す「各軸角
度」欄１８０ｃの回転角θ１〜θ６を求める。

【００５０】上記６つのパラメータにより、空間上にお
けるガンユニット６８の位置および傾斜が決定される。
この６つのパラメータを行列式Ａ６として表すものとす
ると、行列式Ａ６は回転角θ１〜θ６を変数とする関数
ｆによって求まるものであり、次の（１）式によって表
される。

【００５１】 Ａ６＝ｆ（θ１、θ２、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６） …（１） 逆に、行列式Ａ６から回転角θ１〜θ６を求めるために
は、関数ｆの逆の操作をする関数ｆ^-1を行うこととな
り、次の（２）式によって求められる。

【００５２】 （θ１、θ２、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６）＝ｆ^-1（Ａ６） …（２） この（２）式は、実際には連立方程式の形式で表される
ものでり、その連立方程式を解くと解の組合せの数は複
数存在することがあり、このことは、多関節ロボット５
０の取りうる姿勢の数は複数存在することを表す。

【００５３】本実施の形態における多関節ロボット５０
の構造の場合では、解の数は約１６通り存在する。つま
り、図８Ａに示すように、軸Ｊ２、軸Ｊ３および軸Ｊ５
の回転角度により、同じガンユニット６８の姿勢におい
て、所謂、肘が上がった状態と肘が下がった状態（図８
Ａの二点鎖線参照）の２つの姿勢を取りうる。

【００５４】また、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、軸Ｊ
４における第３リンク６２と第４リンク６４との相互の
位置関係を逆にすることが可能であり、この箇所におい
て２つの姿勢を取りうる。

【００５５】さらに、軸Ｊ４および軸Ｊ６は可動範囲が
それぞれ７２０°となっているので、所定の向きに設定
するために２つの角度（例えば、１０°と３７０°）を
取りうる。

【００５６】これらのことから、通常は、ガンユニット
６８の位置を示す６つのパラメータを基準にして多関節
ロボット５０は２⁴＝１６通りの姿勢を取りうることが
分かる。ロボット姿勢算出部１０２では、この１６通り
の姿勢を計算するものである。

【００５７】次に、このように構成されるオフラインテ
ィーチング装置１０、および姿勢適正化プログラム３５
を用いて、多関節ロボット５０の姿勢を適正化する手順
について図９〜図１１を参照しながら説明する。

【００５８】図９のステップＳ１において、まず作業点
座標読み出し部１００が、図６に示すパステーブル１８
０をハードディスク３４から読み出し、ＲＡＭ２９上に
記憶する。

【００５９】次に、ステップＳ２において、ロボット姿
勢算出部１０２が、パステーブル１８０に記録されてい
る教示姿勢点Ｐ１について、「ガンユニットの向き」欄
１８０ａ、「ＴＣＰの位置」欄１８０ｂのデータから多
関節ロボット５０の姿勢を１６通り計算して、その全て
を記憶する。なお、データによっては１６通り未満であ
ることもあるので、その場合は求まった組合せだけを記
憶する。

【００６０】なお、パステーブル１８０の順番２１に対
しては、最終段として規定姿勢点Ｐ０が記録されてい
る。この規定姿勢点Ｐ０に対しては姿勢が既に決定して
いるので、ステップＳ２を省略する。

【００６１】次に、ステップＳ３において、区間移動時
間計算部１０４により、規定姿勢である規定姿勢点Ｐ０
からステップＳ２で求めた１６通りの姿勢に移動するま
での移動時間を求め、それぞれを動作経路候補１〜１６
とする。この動作経路候補１〜１６について求めた移動
時間を移動時間記録テーブル１９０の「移動時間」欄１
９０ａのうち一番左側欄に記録する。

【００６２】次に、ステップＳ４において、パステーブ
ル１８０における次の教示姿勢点Ｐｎについて、ステッ
プＳ２と同様の手順により多関節ロボット５０の姿勢を
１６通り計算する。求めた１６通りの姿勢データはＲＡ
Ｍ２９等に仮に記憶する。

【００６３】この時点における動作経路候補は、図１０
に示すように、動作経路候補１〜１６に対してさらに１
６通り（図１０中の破線参照）の動作経路が存在するこ
とになる。すなわち１６²＝２５６通りの動作経路が存
在しうる。

【００６４】次に、ステップＳ５において、各動作経路
候補１〜１６に対応している１６通りの動作経路につい
て、前段の教示姿勢点Ｐｎの姿勢からの移動時間を区間
移動時間計算部１０４により求める。

【００６５】次に、ステップＳ６において、最短移動時
間算出部１０６が、各動作経路候補１〜１６に対応して
いる１６通りの動作経路について移動時間が最も短いも
のを選択する。

【００６６】つまり、図１１に示すように、各動作経路
候補１〜１６に対して、教示姿勢点Ｐ２における多関節
ロボット５０の姿勢をそれぞれ１つ選択することにな
る。これにより、２５６通り存在する組合せを１６通り
に抑制することができる。

【００６７】最短移動時間計算部１０６によって、最も
移動時間が短いとされた姿勢データは、ロボット姿勢選
択部１０８に伝えられ、さらにＲＡＭ２９上に保持す
る。その他の姿勢データについてはメモリ上から開放す
る。また、選択された動作経路に対応する移動時間は移
動時間記録テーブル１９０の各動作経路候補１〜１６に
対応させて記録する。

【００６８】次に、ステップＳ７において、全ての教示
姿勢点Ｐｎについて処理を終了したか否かを確認し、終
了していれば次のステップＳ８に移る。未処理の教示姿
勢点Ｐｎが残っていれば、ステップＳ４に戻り、パステ
ーブル１８０に示される順に従い処理を続行する。

【００６９】次のステップＳ８においては、ロボット累
積移動時間計算部１１０が、移動時間記録テーブル１９
０に基づいて、各動作経路候補１〜１６の動作時間の累
積合計を計算する。計算した結果は「合計」欄１９０ｂ
に記録する。

【００７０】次に、ステップＳ９において、動作経路選
択部１１２が、「合計」欄１９０ｂに記録された結果に
基づいて、動作経路候補１〜１６のうち最も移動時間の
短いものを選択し、最終的な動作経路とする。

【００７１】最後に、ステップＳ１０において、動作経
路選択部１１０により選択された動作経路に対応する教
示姿勢点Ｐ１〜Ｐ２０における多関節ロボット５０の姿
勢データを回転角θ１〜θ６として表す。

【００７２】求めた回転角θ１〜θ６を、図６に示すパ
ステーブル１８０の例で、順番１〜２０の空欄となって
いる「各軸角度」欄１８０ｃに記録する。

【００７３】次に、上述の実施の形態の変形例について
図１２を参照しながら説明する。

【００７４】上述の実施の形態では、ステップＳ４〜Ｓ
６で、動作経路候補１〜１６に対して並列的に移動時間
を算出する例を示したが、本変形例は、各動作経路候補
１〜１６毎に個別に移動時間の算出を行うものである。

【００７５】図１２において、ステップＳ１０１〜Ｓ１
０３は前記ステップＳ１〜Ｓ３と同じ処理であり、パス
テーブル１８０をハードディスク３４から読み出し、教
示姿勢点Ｐ１について多関節ロボット５０の姿勢を１６
通り計算して、この１６通りの姿勢と規定姿勢点Ｐ０と
の移動時間を移動時間記録テーブル１９０（図７参照）
に記録する。この１６通りの姿勢に対応する動作経路を
動作経路候補１〜１６とする。

【００７６】次のステップＳ１０４において、動作経路
候補１〜１６のうち１つを示すカウンタｉを初期値
「１」に設定する。

【００７７】次に、ステップＳ１０５において、教示姿
勢点Ｐｎの順番を示すカウンタｎを初期値「２」に設定
する。また、教示姿勢点Ｐｎの１つ前の教示姿勢点をＰ
（ｎ−１）と表すものとする。

【００７８】次に、ステップＳ１０６において、パステ
ーブル１８０における教示姿勢点Ｐｎについて、前記ス
テップＳ２と同様の手順により多関節ロボット５０の姿
勢を１６通り計算する。求めた１６通りの姿勢データは
ＲＡＭ２９等に仮に記憶する。

【００７９】なお、ガンユニット６８の姿勢によって
は、取りうる姿勢の数は１６通りでない場合もあるが、
その場合は、取りうる姿勢の数に応じて適宜処理すれば
よい。

【００８０】次に、ステップＳ１０７において、動作経
路候補ｉについて、ステップＳ１０６で求めた１６通り
の姿勢と、すでに姿勢を選択済みの教示姿勢点Ｐ（ｎ−
１）との間で移動時間を計算する。この処理は区間移動
時間計算部１０４によって行われる。

【００８１】次に、ステップＳ１０８において、最短移
動時間算出部１０６が、動作経路候補ｉについて、ステ
ップＳ１０７で求めた１６通りに分岐した動作経路につ
いて移動時間が最も短いものを選択する。

【００８２】選択した姿勢に対応する移動時間は、移動
時間記録テーブル１９０の動作経路候補ｉの欄に記録す
る。

【００８３】次に、ステップＳ１０９において、カウン
タｎが最終値を示しているか否かを確認する。すなわ
ち、パステーブル１８０の例では、教示姿勢点Ｐ２０を
示す「２０」となっているか否かを確認する。

【００８４】カウンタｎが最終値であれば、次のステッ
プＳ１１１へ移り、最終値未満であればカウンタｎを
「１」だけインクリメントして（ステップＳ１１０）ス
テップＳ１０６へ戻る。

【００８５】ステップＳ１１１においては、ロボット累
積移動時間計算部１１０が、移動時間記録テーブル１９
０に基づいて、動作経路候補ｉの動作時間の累積合計を
計算する。計算した結果は動作経路候補ｉに対応する
「合計」欄１９０ｂに記録する。

【００８６】次に、ステップＳ１１２において、カウン
タｉが最終値である「１６」を示しているか否かを確認
する。カウンタｉが「１６」であれば次のステップＳ１
１４へ移り、「１６」未満であればカウンタｉを「１」
だけインクリメントして（ステップＳ１１３）ステップ
Ｓ１０５へ戻る 次に、ステップＳ１１４において、前記ステップＳ９と
同様に、動作経路候補１〜１６のうち最も移動時間の短
いものを選択し、最終的な動作経路とする。

【００８７】最後に、ステップＳ１１５において、前記
ステップＳ１０と同様に多関節ロボット５０の姿勢を示
す回転角θ１〜θ６をパステーブル１８０に記録する。

【００８８】このように、本実施の形態およびその変形
例によれば、最初の教示姿勢点Ｐ１における多関節ロボ
ット５０の取りうる複数の姿勢を求めて、この複数の姿
勢に対応させて動作経路候補を設定する。そして、その
後段の教示姿勢点Ｐｎでは、その教示姿勢点Ｐｎにおけ
る多関節ロボット５０の取りうる複数の姿勢と１つ前段
の姿勢との間の移動時間を算出し、最短の移動時間とな
る姿勢を選択することにしている。

【００８９】これにより、総当たりの組合せ法では、指
数関数的に増大してしまう動作経路の組合せの数を合理
的な範囲に抑制することができる。しかも、最短の移動
時間を選択して記録するようにしたので、移動時間の観
点から適正な姿勢を選択することができる。

【００９０】特に、溶接ポイントの数が多い場合では、
その検証時間は溶接ポイントの数に比例して長くなる
が、指数関数的に増大することはない。より具体的に
は、コンピュータを用いて実行すれば、数分から数時間
で実行可能である。

【００９１】また、規定姿勢から最初の教示姿勢点Ｐ１
までの移動については、複数の姿勢に対応した動作経路
候補を設定するので、この間を特に重視して多関節ロボ
ット５０の姿勢適正化を行うことができる。

【００９２】また、最終段には、最初の規定姿勢点Ｐ０
と同じ姿勢を設定しているので、繰り返し動作をする場
合であっても、短い移動時間で動作が可能である。

【００９３】上述の実施の形態においては、パステーブ
ル１８０の最終段には最初の規定姿勢点Ｐ０と同じ姿勢
を設定しているが、溶接を終了した後、規定姿勢に戻る
時間について考慮する必要がないときは、この間の移動
時間を無視するようにしてもよい。

【００９４】また、パステーブル１８０の形態によって
は、教示姿勢点Ｐ１〜Ｐ２０の全てに対して適用しなく
とも、例えば図１３に示すように、教示姿勢点Ｐ３〜Ｐ
１０のように、適当な区間だけに対して適用するように
してもよい。この場合、教示姿勢点Ｐ３を規定姿勢と規
定すればよい。

【００９５】さらに、上述の実施の形態においては、ガ
ンユニット６８を教示姿勢を示す特定部分とみなし、そ
の位置および傾斜に基づいて多関節ロボット５０の姿勢
を求める例について説明したが、他の部分の情報から姿
勢を算出するようにしてもよい。

【００９６】さらにまた、上述の例では、移動量のパラ
メータとして移動時間を適正化することとしたが、処理
する対象のパラメータは移動時間だけでなく、偏差量ま
たは消費エネルギー量等であってもよい。すなわち、軸
Ｊ１〜Ｊ６の回転角θ１〜θ６の角度偏差を適当な評価
関数によって評価し、軸Ｊ１〜Ｊ６の回転量を抑制する
ようにすれば、多関節ロボット５０の寿命を伸ばすこと
ができるとともに、過度の姿勢変化を抑制することがで
きる。

【００９７】多関節ロボット５０が動作するためのエネ
ルギー量［Ｊ］または仕事率［Ｗ］を抑制するようにす
れば、消費エネルギーを低減し、エネルギー供給源の設
備を小さいものにすることができる。

【００９８】また、多関節ロボット５０は、例えば、７
軸構造やリンク機構を含む構造など異なる構造であって
もよい。

【００９９】この発明に係る多関節ロボットの姿勢適正
化方法および適正化装置は、上述の実施の形態例に限ら
ず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を
採り得ることはもちろんである。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る多関
節ロボットの姿勢適正化方法および適正化装置によれ
ば、多関節ロボットを動作させる際の移動時間または偏
差量などの移動量を抑制するための適正な姿勢を短時間
で検証することができるという効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態で使用するオフラインティーチン
グ装置およびロボット装置を示す説明図である。

【図２】オフラインティーチング装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】多関節ロボットの構成を示す説明図である。

【図４】Ｘ型溶接ガンを示す説明図である。

【図５】姿勢適正化プログラムの構成を示すブロック図
である。

【図６】パステーブルを示す説明図である。

【図７】移動時間記録テーブルを示す説明図である。

【図８】図８Ａは、ガンユニットの位置を一定にしたと
きの多関節ロボットの第１リンクおよび第２リンクの関
係を示す説明図であり、図８Ｂは、第３リンクが第４リ
ンクより手前側に位置している例を示す説明図であり、
図８Ｃは、第４リンクが第３リンクより手前側に位置し
ている例を示す説明図である。

【図９】本実施の形態に係る多関節ロボットの姿勢適正
化方法の手順を示すフローチャートである。

【図１０】２番目の教示姿勢点までにおいて、動作経路
が２５６通りあることを示す説明図である。

【図１１】２番目の教示姿勢点において、移動時間の短
いものを選択し、動作経路を１６通りに減らした状態を
示す説明図である。

【図１２】本実施の形態の変形例に係る多関節ロボット
の姿勢適正化方法の手順を示すフローチャートである。

【図１３】教示姿勢点のうち所定の中間領域に対して姿
勢適正化を行った例を示す説明図である。

【図１４】動作経路の選び方において、教示姿勢点間の
最短時間姿勢を選択しても、全体としての移動時間が最
小とはならない場合があることを示す説明図である。

【符号の説明】

１０…オフラインティーチング装置 １２…ロボット
装置 １４…制御部 １６…モニタ ２０…マウス ２４…ロボット
制御部 ２６…ＣＰＵ ２９…ＲＡＭ ３５…姿勢適正化プログラム ５０…多関節ロ
ボット ６８…ガンユニット ７０、７２…電
極 ８０…ワーク １００…作業点
座標読み出し部 １０２…ロボット姿勢算出部 １０４…区間移
動時間算出部 １０６…最短移動時間算出部 １０８…ロボッ
ト姿勢選択部 １１０…ロボット累積移動時間計算部 １１２…動作経
路選択部 １８０…パステーブル １９０…移動時
間記録テーブル Ｐ０…規定姿勢点 Ｐ１〜Ｐ２０…
教示姿勢点

フロントページの続き (72)発明者 柴田 薫 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3C007 AS11 BS12 BT08 CT05 CV08 CW08 LS10 LS15 LS20 MT01 5H269 AB12 AB33 BB09 CC09 DD06 QC10 SA10 SA11

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】規定姿勢を出発点とし、多関節ロボットの
   特定部分について位置および傾斜を規定した複数の教示
   姿勢点に従って、多関節ロボットを動作させるための多
   関節ロボットの姿勢適正化方法において、 最初の教示姿勢点における前記多関節ロボットの取りう
   る複数の第１姿勢を求め、該第１姿勢をそれぞれ動作経
   路候補として設定する第１のステップと、 前記規定姿勢から前記最初の教示姿勢点における前記複
   数の第１姿勢まで移動するための移動量を求める第２の
   ステップと、 ２番目の教示姿勢点における前記多関節ロボットの取り
   うる複数の第２姿勢を求める第３のステップと、 前記複数の第１姿勢のうち１以上の姿勢から、前記複数
   の第２姿勢まで移動するための移動量を求める第４のス
   テップと、 前記複数の第２姿勢のうち、前記第４のステップで求め
   た移動量が最小のものを選択し、前記動作経路候補毎に
   記録する第５のステップとを有することを特徴とする多
   関節ロボットの姿勢適正化方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の多関節ロボットの姿勢適正
   化方法において、 前記第３〜第５のステップを繰り返して行い、３番目以
   降の前記教示姿勢点に対して前記２番目の教示姿勢点に
   対する処理と同じ処理を行い、１つ前の前記教示姿勢点
   との間で最小となる移動量を求めて前記動作経路候補を
   設定することを特徴とする多関節ロボットの姿勢適正化
   方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の多関節ロボットの姿勢適正
   化方法において、 前記教示姿勢点毎に、前記動作経路候補の全てについ
   て、前記第３〜第５のステップを行うことを特徴とする
   多関節ロボットの姿勢適正化方法。
4. 【請求項４】請求項２記載の多関節ロボットの姿勢適正
   化方法において、 前記動作経路候補のうち１つの動作経路候補について、
   前記第３〜第５のステップを所定番号の前記教示姿勢点
   まで繰り返して行い、 その後、他の動作経路候補について前記第３〜第５のス
   テップを前記所定番号の前記教示姿勢点まで繰り返して
   行うことを特徴とする多関節ロボットの姿勢適正化方
   法。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関
   節ロボットの姿勢適正化方法において、 前記移動量は移動時間、偏差量またはエネルギー量であ
   ることを特徴とする多関節ロボットの姿勢適正化方法。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の多関
   節ロボットの姿勢適正化方法において、 前記複数の第１姿勢に対応する動作経路候補のうち、移
   動量の合計が最小のものを選択することを特徴とする多
   関節ロボットの姿勢適正化方法。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の多関
   節ロボットの姿勢適正化方法において、 最終の教示姿勢点の後段に、前記規定姿勢を設定するこ
   とを特徴とする多関節ロボットの姿勢適正化方法。
8. 【請求項８】規定姿勢を出発点とし、多関節ロボットの
   特定部分について位置および傾斜を規定した複数の教示
   姿勢点に従って、多関節ロボットを動作させるための多
   関節ロボットの姿勢適正化装置において、 前記教示姿勢点における前記多関節ロボットの取りうる
   複数姿勢を求める姿勢算出部と、 所定の姿勢間を移動するための移動量を求める区間移動
   時間計算部と、 前記区間移動時間計算部で算出した移動量が最小のもの
   を選択し、最初の教示姿勢点における前記多関節ロボッ
   トの取りうる複数の第１姿勢に対応した動作経路候補に
   記録する最短移動時間算出部と、 前記動作経路候補のうち移動量の合計が最小のものを選
   択する動作経路選択部とを有することを特徴とする多関
   節ロボットの姿勢適正化装置。