JP2004074368A

JP2004074368A - ロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置

Info

Publication number: JP2004074368A
Application number: JP2002240968A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Yamanaka; 山中　伸好
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を正確に検出し、そのケーブル状態を画面上で容易に把握できるようにする。
【解決手段】上部アーム５およびハンド６等を備えるロボットに装着されたケーブル８の捩り状態もしくはそのケーブル８の上部アーム５周りへの巻き付き状態を検出し、この検出されたケーブル状態をオフライン教示のための画面に点の集合体１０として描画する。
【選択図】　　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アームとそのアーム先端に装着されるハンドとを備えるロボットを画面に表示するとともに、このロボットを画面上で操作してそのロボットに所要の動作を教示するロボットオフライン教示システムにおいて、ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を表示するロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用ロボット（以下、単に「ロボット」という。）のハンドに溶接、塗装などのツールを把持させて、このツールを予め定めた作業線に沿って移動させて所要の作業を行うようにしたロボットシステムが知られている。この種のロボットシステムにおいて、ロボットに所要の動作データを教示する教示方法としては、ＣＲＴ等の画面上でその動作をシミュレート（模擬実行）することにより、生産ラインを停止させることなくその動作実行のためのプログラムを作成する、所謂オフライン教示方法がある。すなわち、この教示方法は、実空間の実ロボットをコンピュータの仮想空間内に仮想ロボットモデルとして作成してＣＲＴ等の画面上に表示し、この画面上の仮想ロボットモデルに実ロボットの動作を模倣させることにより、実ロボットの動作確認や動作プログラムの作成を行うようにしたものである。
【０００３】
ところで、通常、ロボットのハンドに把持させるツールには、ロボット本体側から延設される溶接ワイヤなどのケーブルや、ホース等（以下、単に「ケーブル」という。）の先端部が取着されていることから、前述のようなオフライン教示システムによってロボットの動作確認や動作プログラムの作成を行うに際しては、このケーブルの巻き付きや捩り状態を考慮しないと、実機において動作させた際にケーブルの送給抵抗が著しく大きくなったり、場合によってはケーブルを破損させてしまう恐れがある。
【０００４】
このようなケーブルの巻き付き等をチェックすることを考慮した従来技術としては、特開平１０−２７５００７号公報に開示されたものがある。この公報に記載のロボットのシミュレーション方法では、ロボットの手首の回転軸に直交する平面に対するケーブルのアーム側固定点およびハンド側固定点の各投影点と前記平面内での回転中心とのなす角度を求め、この角度が予め設定された範囲内にあるか否かを判断することにより、ケーブルのアームへの巻き付きを検出するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された従来のシミュレーション方法では、ケーブルのアーム側固定点およびハンド側固定点の各投影点を求め、これら投影点に基づいてケーブルの回転角度を算出するように構成されているために、この方法は、アームに対してハンドが捩り（ツイスト）動作のみを行うタイプのロボットに対しては有効ではあるものの、この捩り（ツイスト）動作以外に、曲げ（ベンド）動作を行うタイプのロボットに対しては、この曲げ動作によってハンド側固定点の投影点が変わることになり、正確なケーブル回転角度を算出することができないという問題点がある。
【０００６】
また、前記従来方法では、ケーブルの巻き付きチェック等の判定結果、言い換えれば巻き付きの有無のみをオペレータ（ユーザ）に報知するように構成されているために、オペレータはＣＲＴ等の画面上でケーブルの実際の配置状態を把握することができず、この配置状態に基づく動作プログラムの修正処理が容易に行えないという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を正確に検出することができ、かつそのケーブル状態を画面上で容易に把握することのできるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置は、
アームとそのアーム先端に装着されるハンドとを備えるロボットを画面に表示するとともに、このロボットを画面上で操作してそのロボットに所要の動作を教示するロボットオフライン教示システムにおいて、
前記ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくはそのケーブルの前記アーム周りへの巻き付き状態を検出するケーブル状態検出手段と、このケーブル状態検出手段により検出されたケーブル状態を前記画面に描画する描画手段を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、画面上に表示されたロボットをその画面上で操作してそのロボットに所要の動作をオフラインにて教示するに際し、アームの内部空間を通してケーブルを配線する場合におけるケーブルの捩り状態、もしくはアームの外周部を通してケーブルを配線する場合におけるケーブルの巻き付き状態が、ケーブル状態検出手段によって検出され、この検出されたケーブル状態が描画手段によって画面上に描画される。したがって、オフライン教示を実行するオペレータは、その教示操作時に画面を見るだけで、その画面を通して実際のケーブルの配線状態に近い状態を視認することができ、これに基づいて動作プログラムの修正処理等を容易に行うことができる。
【００１０】
本発明において、前記ケーブル状態検出手段は、前記アームおよび／またはハンドの軸心周りの合計回転角度と、前記ケーブルの基端側および先端側の各固定部における取付角度とに基づいて前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を検出するものとするのが好ましい。こうすることで、アームに対してハンドが捩り動作のほかに曲げ動作を行う場合であっても、アームおよび／またはハンドの軸心周りの回転角度のみを抽出してケーブルの捩り角度が演算されるので、ハンドに装着されるツールの捩り角度を正確に得ることができ、これによってケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を正確に把握することができる。
【００１１】
前記各発明において、前記描画手段は、前記アームの周りに円弧状もしくは環状に連続する点の集合体または帯状体にて前記ケーブル状態を描画するものであるのが好ましい。このようにすれば、アームの位置が移動しても常にその周りにケーブルの捩りもしくは巻き付き状態を表示させることができ、利用者の利便性がより向上する。
【００１２】
この場合、前記ケーブル状態検出手段は、前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態が正常範囲を越えたことを判定する判定手段を含み、この判定手段により前記正常範囲を越えたことが判定されたときに、前記描画手段は、前記点の集合体または帯状体の色を変更することにより警告を発するようにするのが良い。こうすることで、オペレータはアームの周りに表示された点の集合体または帯状体の色の変化によって、一目瞭然にケーブルの捩り異常もしくは巻き付き異常を判断することができ、利用者の利便性が更に向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１（ａ）には、本発明の一実施形態に係る多関節型溶接ロボットの斜視図が示され、図１（ｂ）には、同溶接ロボットの各軸動作説明図が示されている。
【００１５】
本実施形態の溶接ロボット１は６軸の多関節型ロボットであって、固定ベース２上に鉛直軸周りに矢印Ｊ１方向に旋回自在に取り付けられる旋回ヘッド３と、この旋回ヘッド３の上部に左右軸周りに矢印Ｊ２方向に揺動自在に取り付けられる下部アーム４と、この下部アーム４の上部に左右軸周りに矢印Ｊ３方向に揺動自在で、かつ自身の軸心周りに矢印Ｊ４方向に捩り（ツイスト）動作可能に取り付けられる上部アーム５と、この上部アーム５の先端部に矢印Ｊ５方向に曲げ（ベンド）動作可能に、かつ自身の軸心周りに矢印Ｊ６方向に捩り（ツイスト）動作可能に取り付けられるハンド６とを備えて構成されている。
【００１６】
前記ハンド６には溶接ツールとしての溶接ガン７が装着され、この溶接ガン７にケーブル８の先端部が接続されている。なお、このケーブル８の基端側は上部アーム５の基端部上面に固定されている。
【００１７】
ところで、図２（ｂ）に示されているように、前記溶接ロボット１に対してＣＲＴ等の画面９上でその動作をシミュレートさせて、この溶接ロボット１の動作プログラムの作成等を行うオフライン教示システムにおいては、通常、溶接ガン７に付設されるケーブル８は画面９上に表示されず、そのケーブル８の動きは無視されている。このため、図２（ａ）に示されるように、実機ではケーブル８がアーム（上部アーム５）の周りに巻き付いていてもその状態を教示してしまう場合がある。そして、このような教示がなされると、実機を実際に動作させた際にケーブル８を破損させることになってしまう。
【００１８】
このような不具合を回避するために、本実施形態では、前記オフライン教示に際して、ケーブル８のアーム（本実施形態では上部アーム５）周りへの巻き付き状態を検出するとともに、そのケーブル状態を画面９上に表示するように構成したものである。以下、その巻き付き状態の判定および表示の具体的な処理内容について、図３に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。これらの処理は本オフライン教示システム内に内蔵される演算処理装置（図示せず）によって行われる。なお、以下の説明において記号Ｓはステップを示す。
【００１９】
本実施形態では、ケーブル８の先端部が溶接ガン７に固定されるとともに、このケーブル８の基端部が上部アーム５の基端部上面に固定された系を対象としていることから、図１（ｂ）に示されるＪ３〜Ｊ６軸のみを考慮すればいい。これらＪ３〜Ｊ６軸をＸ，Ｙ，Ｚ軸座標系に変換すると、図４（ａ）に示されるようなＸ３−Ｙ３−Ｚ３軸、Ｘ４−Ｙ４−Ｚ４軸、Ｘ５−Ｙ５−Ｚ５軸、Ｘ６−Ｙ６−Ｚ６軸となり、この場合、回転軸はＹ３軸、Ｘ４軸、Ｙ５軸およびＸ６軸の４軸となる。
【００２０】
Ｓ１：前記ＸＹＺ軸座標系において、ツール部（溶接ガン７）におけるケーブル８の取り付け角度Ｃ６（図４（ｂ）参照）を入力し、併せて固定部（上部アーム５）におけるケーブル８の取り付け角度Ｃ３（図４（ｃ）参照）を入力する。ここで、これら角度Ｃ６，Ｃ３は、本実施形態では、Ｚ軸からの回転角度として設定されている。
【００２１】
Ｓ２〜Ｓ３：ロボットの全６軸におけるＸＹＺ軸座標系でのロボット軸角度θ１〜θ６を取り込み、この取り込み値に基づいて溶接ロボット１を画面９上に描画する。
Ｓ４：溶接ロボット１のオフライン教示に際して、ケーブル８の上部アーム５周りへの巻き付きに係るＸ４軸周りの回転角度θ４およびＸ６軸周りの回転角度θ６、言い換えればツイスト動作を行う２軸のツイスト角度の加算値θ４＋θ６を算出し、この加算値から、前記ケーブル８の先端部および基端部の取り付け角度Ｃ６を加算、Ｃ３を減算することにより、すなわち次式によってケーブル８の巻き付き角度αを算出する。
α＝θ４＋θ６−Ｃ３＋Ｃ６
【００２２】
Ｓ５：算出された巻き付き角度αの絶対値｜α｜が１８０°未満であるか否か、言い換えれば基準位置からのケーブル８の捩れ角度が左右に１８０°以内（合計３６０°以内）の範囲にあるか否かを判定する。なお、これらステップＳ４，Ｓ５にてなされる処理は、前記演算処理装置内のケーブル状態検出手段および判定手段によって行われる。
Ｓ６〜Ｓ７：｜α｜＜１８０°を満たしている場合には、ケーブル８の画面上での色を標準色（例えば緑色）に指定する。一方、｜α｜≧１８０°となる場合には、ケーブル８の色を警告色（例えば黄色）に指定する。
【００２３】
Ｓ８：算出された巻き付き角度αに基づき、前記演算処理装置内の描画手段によって上部アーム５の周りにケーブルを描画してステップＳ１へ戻る。ここで、画面上へのケーブルの描画は、図５（ａ）に示される実機におけるケーブル状態（矢印Ｐが回動状態を示す。）に対して、図５（ｂ）に示されるように、上部アーム５’の周囲を取り囲むように円弧状に連続する点（球）の集合体１０によりなされる。なお、これらの点のうち径の大きな点はケーブル８の固定位置（始点）を示しており、この始点に連続する径の小さな複数の点がケーブル８の回動角度、言い換えればケーブル８の上部アーム５への巻き付き状態を表わしている。この点の集合体１０は、当然、上部アーム５が移動してもその動きに追従して常にその上部アーム５’の周りに表示されるようになっている。
【００２４】
こうして、溶接ロボット１のオフライン教示を実行するオペレータは、画面９上における上部アーム５’の周りに表示された点の集合体１０を見るだけで、実機におけるケーブル８の上部アーム５への巻き付き状態を容易に把握することができる。この場合、点の集合体１０の色が緑色であるときには、ケーブルの破損の恐れはなく、この集合体１０の色が黄色に変化すると、破損する危険性があることになり、オペレータは画面表示を見ることによってオフライン教示操作がより容易に行えることになる。
【００２５】
本実施形態では、点の集合体１０の色指定を緑色および黄色の２段階に設定したものを説明したが、この色指定は、巻き付き角度によって緑色、黄色、赤色の３段階に設定しても良い。また、本実施形態では、ケーブル状態を描画するのに、点の集合体を用いたものを説明したが、この描画は、帯状体や矢印表示を用いるなど他にいろいろな実施形態が可能である。また、描画を行わずに、巻き付き角度を単に数値表示するようにしても良い。
【００２６】
本実施形態では、ケーブル８が上部アーム５の外周面に沿って配されるものについて説明したが、本発明は、ケーブル８が上部アーム５の内部空間を通すように配されるものに対しても適用することができる。ただし、この場合にはケーブルの巻き付き状態ではなく、ケーブルの捩り状態が問題になる。
【００２７】
本実施形態においては、ケーブル８の基端部が上部アーム５の基端部上面に固定された系について説明したが、本発明は、ケーブル８の基端部が下部アーム４の基端部に固定されるものや、あるいは固定ベース２に固定されるものに対しても適用することができる。
【００２８】
本実施形態では、溶接ロボットを例にして説明したが、本発明は、勿論、溶接ロボット以外の他のロボットに対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る多関節型溶接ロボットの斜視図、図１（ｂ）は、同溶接ロボットの各軸動作説明図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、実機とオフライン教示システムとの比較を示す図である。
【図３】図３は、ケーブルの巻き付き状態の判定・表示処理のフローチャートである。
【図４】図４は、ＸＹＺ軸座標系での回転軸（ａ）とケーブル取付角度説明図（ｂ）（ｃ）である。
【図５】図５は、実機のケーブル状態（ａ）と画面上への描画状態（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　溶接ロボット
２　　　　　　固定ベース
３　　　　　　旋回ヘッド
４　　　　　　下部アーム
５　　　　　　上部アーム
６　　　　　　ハンド
７　　　　　　溶接ガン
８　　　　　　ケーブル
９　　　　　　画面
１０　　　　　点の集合体

Claims

アームとそのアーム先端に装着されるハンドとを備えるロボットを画面に表示するとともに、このロボットを画面上で操作してそのロボットに所要の動作を教示するロボットオフライン教示システムにおいて、
前記ロボットに装着されたケーブルの捩り状態もしくはそのケーブルの前記アーム周りへの巻き付き状態を検出するケーブル状態検出手段と、このケーブル状態検出手段により検出されたケーブル状態を前記画面に描画する描画手段を備えることを特徴とするロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置。
前記ケーブル状態検出手段は、前記アームおよび／またはハンドの軸心周りの合計回転角度と、前記ケーブルの基端側および先端側の各固定部における取付角度とに基づいて前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態を検出するものである請求項１に記載のロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置。
前記描画手段は、前記アームの周りに円弧状もしくは環状に連続する点の集合体または帯状体にて前記ケーブル状態を描画するものである請求項１または２に記載のロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置。
前記ケーブル状態検出手段は、前記ケーブルの捩り状態もしくは巻き付き状態が正常範囲を越えたことを判定する判定手段を含み、この判定手段により前記正常範囲を越えたことが判定されたときに、前記描画手段は、前記点の集合体または帯状体の色を変更することにより警告を発する請求項３に記載のロボットオフライン教示システムにおけるケーブル表示装置。