JP2018176333A - 接触センサによるワーク位置検出プログラム生成機能を備えたオフラインプログラミング装置及び方法 - Google Patents

接触センサによるワーク位置検出プログラム生成機能を備えたオフラインプログラミング装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上においてもワークとロボットとが干渉しないワーク位置検出プログラムを生成する。
【解決手段】オフラインプログラミング装置12は、ロボット先端に配置された接触センサがワークに接触する複数の接触点をワークの三次元モデル上で操作者に指定させる接触点指定部30と、ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で、複数の接触点の各々へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、ロボットとワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加する検出開始点追加部31と、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、ロボットとワークとの干渉が有る場合には干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加する干渉回避点追加部32と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、ロボットの制御技術に関し、特に接触センサによるワーク位置検出プログラム生成機能を備えたオフラインプログラミング装置及び方法に関する。
ロボットの先端に配置した接触センサを溶接対象のワークに接触させ、そのときのロボット位置からワークの位置を検出し、検出したワークの位置に応じて溶接を行う溶接プログラムの教示位置を修正する方法がある。ワークの位置を検出するセンシング動作データを生成する方法としては、例えば特許文献1が開示されている。特許文献1には、作業マニピュレータの接触式センサが作業ワークに接触するセンシング姿勢において、接触式センサが接触する作業ワークの接触面を抽出すると共に、接触面を構成する1つのエッジを選択し、選択された1つのエッジの位置と、接触式センサの基端側に設定した設定位置を接触面に射影した位置とが一致するように、作業マニピュレータのセンシング姿勢を再設定し、再設定されたセンシング姿勢を含むように作業マニピュレータのセンシング動作データを生成する方法が提案されている。
特開2011−170522号公報
ロボット先端に配置した接触センサに基づいてワークの位置を検出する検出動作では、接触センサがワークに接触する複数の接触点を指定する必要があるが、複数の接触点の各点を検出する複数のロボット動作における複数の検出開始点の間で移動するロボットの移動経路上で、ワークとロボットとが干渉しないように検出動作を行うことは困難であった。また、実機のロボットで検出動作を行い、ロボットが実際にワークに干渉してしまった場合には、ユーザに大きな損失を与える懸念がある。
そこで、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上においてもワークとロボットとが干渉しないワーク位置検出プログラムを生成する技術が求められている。
本開示の一態様は、ロボットによって加工されるワークの三次元モデル上で指定された加工線又は加工点に基づいて加工プログラムを自動的に生成すると共に、ロボット先端に配置した接触センサに基づいて検出されるワークの位置に応じて加工プログラムを修正するためにワークの位置を検出するワーク位置検出プログラムを自動的に生成するオフラインプログラミング装置であって、ワークの三次元モデルを記憶部に記憶する記憶部と、接触センサがワークに接触する複数の接触点をワークの三次元モデル上で指定させる接触点指定部と、ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で複数の接触点の各点へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、ロボットとワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加する検出開始点追加部と、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、ロボットとワークとの干渉の有無を検出し、干渉が有る場合には干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加する干渉回避点追加部と、基準座標系の座標軸に沿った動作方向で検出開始点と接触点との間を移動すると共に、1つの検出開始点から干渉回避点が有る場合には干渉回避点を通って他の検出開始点へ移動するロボット動作を繰返す、ワーク位置検出プログラムを自動的に生成するワーク位置検出プログラム生成部と、を備える、オフラインプログラミング装置を提供する。
本開示の他の一態様は、ロボットによって加工されるワークの三次元モデル上で教示された加工線又は加工点に基づいて加工プログラムを自動的に生成すると共に、ロボット先端に配置した接触センサに基づいて検出されるワークの位置に応じて加工プログラムを修正するためにワークの位置を検出するワーク位置検出プログラムを自動的に生成するオフラインプログラミング方法であって、ワークの三次元モデルを記憶部に記憶するステップと、接触センサがワークに接触する複数の接触点をワークの三次元モデル上で指定させるステップと、ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で複数の接触点の各々へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、ロボットとワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加するステップと、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、ロボットとワークとの干渉の有無を検出し、干渉が有る場合には干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加するステップと、基準座標系の座標軸に沿った動作方向で検出開始点と接触点との間を移動すると共に、1つの検出開始点から干渉回避点が有る場合には干渉回避点を通って他の検出開始点へ移動するロボット動作を繰返す、ワーク位置検出プログラムを自動的に生成するステップと、を含む、オフラインプログラミング方法を提供する。
本開示の一態様によれば、ワークの位置を検出する検出動作において、基準座標系の座標軸に沿った動作方向で検出開始点と接触点との間を移動すると共に、1つの検出開始点から干渉回避点が有る場合には干渉回避点を通って他の検出開始点へ移動するロボット動作を繰返すため、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上においてもワークとロボットとが干渉しないワーク位置検出プログラムを生成できる。
一実施形態に係るオフラインプログラミング装置、ロボットを制御する制御装置、及びロボットの概略図である。 一実施形態に係るオフラインプログラミング装置のブロック図である。 一実施形態に係るオフラインプログラミング装置の動作を示すフローチャートである。 一実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係るワーク位置検出プログラム及び加工プログラムをシミュレーションするユーザインターフェイスを示す図である。 一実施形態に係るワーク位置検出プログラム及び加工プログラムをシミュレーションするユーザインターフェイスを示す図である。
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。
図1は、本実施形態に係るオフラインプログラミング装置10と、ロボットを制御する制御装置11と、ロボット12との概略図である。オフラインプログラミング装置10はケーブル13を介して制御装置11と通信可能であり、制御装置11はケーブル14を介してロボット12と通信可能である。他の実施形態では、オフラインプログラミング装置10は無線によってと制御装置11と通信可能であってもよい。オフプログラミング装置10は、ロボット12がワークWに対して溶接、穴開け、切断、色塗り等の加工動作を行う加工プログラムと、ロボット先端15に配置された接触センサ16に基づいて検出されるワークWの位置に応じて加工プログラムを修正するためにワークWの位置を検出するワーク位置検出プログラムと、をオフラインで生成する。オフプログラミング装置10で生成されたワーク位置検出プログラム及び加工プログラムは、制御装置11に送信され、制御装置11は、ワーク位置検出プログラムに従ってワークWの位置を検出する検出動作をロボット10に指令する。検出動作において、ロボット先端15に配置された接触センサ16がワークWに接触すると、そのときのロボット位置からワークWの位置が検出される。加工プログラムの位置情報は、検出されたワークWの位置に応じて修正され、制御装置11は、修正された加工プログラムに従ってワークWを加工する加工動作をロボット10に指令する。
ロボット10は、公知のロボットマニピュレータで構成されていて、サーボモータ(図示せず)等を有する6つの関節軸J1〜J6を備える。ロボット10には、空間上に設定されるワールド座標系C1と、フランジ17の位置に設定されるメカニカルインターフェイス座標系C2とが定義される。制御装置11は、接触センサ16に基づいて検出されたワークWの位置を、公知の方法を用いてワールド座標系C1とメカニカルインターフェイス座標系C2との間で変換するように構成される。
図2は、本実施形態に係るオフラインプログラミング装置10のブロック図である。オフラインプログラミング装置10は、加工プログラム20及びワーク位置検出プログラム21をオフラインで生成すると共に、加工プログラム20及びワーク位置検出プログラム21をオフラインでシミュレーションするように構成される。オフラインプログラミング装置10は、公知のコンピュータで構成されていて、種々の演算制御を行うCPU22と、種々のデータを記憶する記憶部23と、種々のデータを表示する表示部24と、外部装置と通信可能な通信制御部25と、を備える。オフラインプログラミング装置10は、更に、図2に示すCPU22の構成を実行させるソフトウェア(図示せず)を備えるが、これら構成をハードウェアとしてCPU22に実装してもよい。
加工プログラムを生成するために、CPU22は、加工線又は加工点指定部27と、加工プログラム生成部28と、を備える。加工線又は加工点指定部27は、記憶部23に記憶されたワークの基準モデル26を表示部24に表示すると共に、表示したワークの基準モデル26上で1つ又は複数の加工線又は加工点を操作者にマウス等により指定させる。ワークの基準モデル26としては、CADデータ等で作成したワークの三次元モデルを利用することができる。加工プログラム生成部28は、指定された加工線又は加工点に基づいて加工プログラム20を生成する。加工プログラム生成部28によって生成された加工プログラム20は、記憶部23に記憶される。任意に、CPU22は、指定された加工線を複数の加工線に分割する加工線分割部29を備えていてもよい。
ワーク位置検出プログラム21を生成するために、CPU22は、接触点指定部30と、検出開始点追加部31と、干渉回避点追加部32と、ワーク位置検出プログラム生成部33と、を備える。接触点指定部30は、接触センサがワークに接触する複数の接触点をワークの基準モデル26上で操作者にマウス等により指定させる。接触点指定部30によって指定された複数の接触点50は、記憶部23に記憶される。検出開始点追加部31は、ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で複数の接触点の各点へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、ロボットとワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加する。検出開始点追加部31によって追加された複数の検出開始点51は、記憶部23に記憶される。基準座標系としては、前述したワールド座標系C1を利用してもよい。干渉回避点追加部32は、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、ロボットとワークとの干渉の有無を検出し、干渉が有る場合には干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加する。干渉回避点追加部32によって追加された干渉回避点52は、記憶部23に記憶される。ワーク位置検出プログラム生成部33は、基準座標系の座標軸に沿った動作方向で検出開始点51と接触点50との間を移動すると共に、1つの検出開始点51から干渉回避点が有る場合には干渉回避点52を通って他の検出開始点51へ移動する、ロボット動作を繰返すワーク位置検出プログラム21を自動的に生成する。ワーク位置検出プログラム生成部33によって生成されたワーク位置検出プログラム21は、記憶部23に記憶される。
任意に、ワーク位置検出プログラム21を生成するために、CPU22は、基準座標系設定部34と、接触姿勢算出部35と、を備えてもよい。基準座標系設定部34は、ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系を操作者にマウス等により設定させる。基準座標系設定部34によれば、既存の座標系(ワールド座標系、メカニカルインターフェイス座標系等)に拘束されることなく、仮想空間上に配置したワークに対して基準座標系を自由に設定できるため、利便性が向上する。接触姿勢算出部35は、接触センサがワークに接触するときの接触姿勢を、ロボットとワークとが干渉しないように自動的に算出する。明らかにロボットの接触姿勢がワークに干渉しない場合には、接触姿勢算出部35を使用しなくてもよい。
CPU22は、更に、仮想空間上に配置した仮想ロボットに対して加工プログラム20及びワーク位置検出プログラム21をシミュレーションするシミュレーション部36を備える。シミュレーション部36は、記憶部23に記憶したワークの新規モデル37を表示部24に表示させると共に、仮想空間上に配置したワークの新規モデル37の位置を検出するために、仮想空間上に配置した仮想ロボットに対してワーク位置検出プログラム21を実行する。ワークの新規モデル37は、基準モデル26とは異なる位置又は姿勢を有するワークの三次元モデルであることが好ましい。これにより、ワーク位置検出プログラム21に従って検出動作を行うロボットがワークに干渉しないことをオフラインで確認することができる。シミュレーション部36は、更に、ロボット先端に配置した仮想接触センサがワークの新規モデル37に接触したときに、そのときのロボット位置からワークの新規モデル37の位置を検出し、検出されたワークの新規モデル37の位置に応じて加工プログラム20を修正すると共に、仮想空間上に配置した仮想ロボットに対して修正した加工プログラム20を実行する。
図3は本実施形態に係るオフラインプログラミング装置の動作を示すフローチャートであり、図4A〜図4Eは本実施形態に係る加工プログラム及びワーク位置検出プログラムを生成するためのユーザインターフェイスを示す図である。図3において、ステップS10及びS11は、加工プログラムを生成するステップであり、ステップS12〜S18は、ワーク位置検出プログラムを生成するステップである。加工プログラム及びワーク位置検出プログラムの生成を開始すると、図4Aに示すように、記憶部からワークの基準モデル26が読み込まれ、表示部24に表示される。ステップS10では、図4Bに示すように、ワークの基準モデル26上で加工線Lを操作者にマウス等により指定させる。このとき、加工点を指定してもよいし、複数の加工線又は加工点を指定してもよいし、複数の加工線を分割してもよい。ステップS11では、指定された加工線Lに基づいて加工プログラムを自動的に生成する。
任意に、ステップS12では、図4Cに示すように、ワークを検出するロボット動作の基準となる基準座標系C3を設定する。ステップS13では、図4Dに示すように、接触センサがワークに接触する複数の接触点P1〜P6をワークの基準モデル26上で操作者にマウス等により指定させる。このとき、基準座標系C3の座標軸のそれぞれに沿って少なくとも2つの検出動作が行われるように6つの接触点を指定することが好ましい。これにより基準座標系C3に対するワークの位置及び姿勢のズレを容易に特定することができる。任意に、ステップS14では、接触センサがワークに接触するときの接触姿勢を、ロボットとワークとが干渉しないように自動的に算出する。ステップS15では、図4Eに示すように、基準座標系C3の座標軸に沿った動作方向(−X方向、−Y方向、−Z方向)で複数の接触点P1〜P6へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点D1〜D6を仮想空間上で自動的に追加する。このとき、検出開始点D1、D2は接触点P1、P2のZ座標に+Zを加算して求められ、検出開始点D3、D4は接触点P3、P4のX座標に+Xを加算して求められ、検出開始点D5、D6は接触点P5、P6のY座標に+Yを加算して求められる。
ステップS16では、複数の検出開始点D1〜D6の間を移動するロボットの移動経路上で、ロボットとワークとの干渉の有無を検出する。図4Eに示すように、検出開始点D2及びD3の間、並びに、検出開始点D4及びD5の間を移動するロボットの移動経路上では、ロボットとワークとが干渉するため(ステップS16のYES)、ステップS17において、検出開始点D2及びD3の間、並びに、検出開始点D4及びD5の間に、それぞれ干渉回避点E1、E2を仮想空間上で自動的に追加する。他方、検出開始点D1及びD2の間、検出開始点D3及びD4の間、並びに、検出開始点D5及びD6の間を移動するロボットの移動経路上では、ロボットとワークとが干渉しないため(ステップS16のNO)、ステップS18へ進む。
ステップS18では、基準座標系C3の座標軸に沿った動作方向(−X方向、−Y方向、−Z方向)で検出開始点D1〜D6と接触点P1〜P6との間を移動すると共に、1つの検出開始点から干渉回避点が有れば干渉回避点E1、E2を通って他の検出開始点へ移動する、ロボット動作を繰返すワーク位置検出プログラムを自動的に生成する。そうして、加工プログラム及びワーク位置検出プログラムの生成が終了する。
図5A及び図5Bは、本実施形態に係るワーク位置検出プログラム及び加工プログラムをシミュレーションするユーザインターフェイスを示す図である。図5Aに示すように、記憶部からワークの新規モデル37(基準モデル26とは位置又は姿勢が異なるワークの三次元モデル)が読み込まれ、表示部24に表示される。そして、仮想空間上に配置された仮想ロボット40に対してワーク位置検出プログラムが実行される。仮想ロボット40は、基準座標系C3の座標軸(Y軸)に沿った動作方向(−Y方向)で検出開始点(D5、D6)からワークの新規モデル37へ接近し、ワークの新規モデル37に接触したときのロボット位置からワークの新規モデル37の位置を検出する。このとき、基準座標系C3に対するワークの新規モデル37の位置又は姿勢のズレが算出される。図5Bに示すように、ワークの新規モデル37の位置又は姿勢がワークの基準モデル26の位置又は姿勢に一致するように、基準座標系C3が基準座標系C3’に変換される。代わりに、ワークの新規モデル37の位置又は姿勢がワークの基準モデル26の位置又は姿勢に一致するように、ワークの新規モデル37の位置又は姿勢が変換されてもよい。これにより、ワークの新規モデル37の位置及び姿勢がワークの基準モデル26の位置及び姿勢に一致するため、ワークの新規モデル37に対してもロボットとワークとが干渉しないように位置検出プログラムを実行することができる。なお、図5A及び図5Bには示されていないが、X軸及びZ軸についても同様に、ワークと基準座標系との間の位置関係の調節が行われる。オフラインプログラミング装置は、位置検出プログラムのシミュレーションを実行した後、加工プログラムのシミュレーションも実行する。そうして、実機のロボットで位置検出プログラム及び加工プログラムを行う必要なしに、操作者は、ロボットとワークとが干渉しないことを予め確認することができる。
本実施形態に係るオフラインプログラミング装置12によれば、ワークの位置を検出する検出動作において、基準座標系C3の座標軸に沿った動作方向(−X方向、−Y方向、−Z方向)で検出開始点D1〜D6と接触点P1〜P6との間を移動すると共に、1つの検出開始点から干渉回避点が有る場合には干渉回避点E1、E2を通って他の検出開始点へ移動するロボット動作を繰返すため、複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上においてもワークとロボットとが干渉しないワーク位置検出プログラムを生成できる。
前述した実施形態におけるソフトウェアは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、CD−ROM等に記録して提供できる。本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した種々の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。
10 オフラインプログラミング装置
11 制御装置
12 ロボット
13、14 ケーブル
15 ロボット先端
16 接触センサ
17 フランジ
20 加工プログラム
21 ワーク位置検出プログラム
22 CPU
23 記憶部
24 表示部
25 通信制御部
26 基準モデル(三次元モデル)
27 加工線又は加工点指定部
28 加工プログラム生成部
29 加工線分割部
30 接触点指定部
31 検出開始点追加部
32 干渉回避点追加部
33 ワーク位置検出プログラム生成部
34 基準座標系設定部
35 接触姿勢算出部
36 シミュレーション部
37 新規モデル(三次元モデル)
40 仮想ロボット
W ワーク
J1〜J6 第1関節軸〜第6関節軸
C1 ワールド座標系
C2 メカニカルインターフェイス座標系
L 加工線
C3 基準座標系
50、P1〜P6 接触点
51、D1〜D6 検出開始点
52、E1、E2 干渉回避点

Claims (5)

  1. ロボットによって加工されるワークの三次元モデル上で指定された加工線又は加工点に基づいて加工プログラムを自動的に生成すると共に、ロボット先端に配置した接触センサに基づいて検出される前記ワークの位置に応じて前記加工プログラムを修正するために前記ワークの位置を検出するワーク位置検出プログラムを自動的に生成するオフラインプログラミング装置であって、
    前記ワークの三次元モデルを記憶する記憶部と、
    前記接触センサが前記ワークに接触する複数の接触点を前記ワークの三次元モデル上で指定させる接触点指定部と、
    前記ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で、前記複数の接触点の各々へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、前記ロボットと前記ワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加する検出開始点追加部と、
    前記複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、前記ロボットと前記ワークとの干渉の有無を検出し、前記干渉が有る場合には前記干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加する干渉回避点追加部と、
    前記基準座標系の座標軸に沿った動作方向で前記検出開始点と前記接触点との間を移動すると共に、1つの前記検出開始点から前記干渉回避点が有る場合には前記干渉回避点を通って他の前記検出開始点へ移動する、ロボット動作を繰返す前記ワーク位置検出プログラムを自動的に生成するワーク位置検出プログラム生成部と、
    を備える、オフラインプログラミング装置。
  2. 更に、前記基準座標系を設定する基準座標系設定部を備える、請求項1に記載のオフラインプログラミング装置。
  3. 更に、仮想空間上に配置した仮想ロボットに対して前記ワーク位置検出プログラム及び前記加工プログラムをシミュレーションするシミュレーション部を備える、請求項1又は2に記載のオフラインプログラミング装置。
  4. 更に、前記加工線を複数の加工線に分割する加工線分割部、又は、複数の加工線若しくは複数の加工点を前記ワークの三次元モデル上で指定させる加工線又は加工点指定部を備え、前記複数の加工線又は加工点に基づいて生成した前記加工プログラムを修正するために、前記ワーク位置検出プログラムを自動的に生成する、請求項1から3のいずれか一項に記載のオフラインプログラミング装置。
  5. ロボットによって加工されるワークの三次元モデル上で指定された加工線又は加工点に基づいて加工プログラムを自動的に生成すると共に、ロボット先端に配置した接触センサに基づいて検出される前記ワークの位置に応じて前記加工プログラムを修正するために前記ワークの位置を検出するワーク位置検出プログラムを自動的に生成するオフラインプログラミング方法であって、
    前記ワークの三次元モデルを記憶部に記憶するステップと、
    前記接触センサが前記ワークに接触する複数の接触点を前記ワークの三次元モデル上で指定させるステップと、
    前記ワークの位置を検出するロボット動作の基準となる基準座標系の座標軸に沿った動作方向で、前記複数の接触点の各々へ接近する複数のロボット動作における複数の検出開始点を、前記ロボットと前記ワークとが干渉しない位置に仮想空間上で自動的に追加するステップと、
    前記複数の検出開始点の間を移動するロボットの移動経路上で、前記ロボットと前記ワークとの干渉の有無を検出し、前記干渉が有る場合には前記干渉を回避する干渉回避点を仮想空間上で自動的に追加するステップと、
    基準座標系の座標軸に沿った動作方向で前記検出開始点と前記接触点との間を移動すると共に、1つの前記検出開始点から前記干渉回避点が有る場合には前記干渉回避点を通って他の前記検出開始点へ移動する、ロボット動作を繰返す前記ワーク位置検出プログラムを自動的に生成するステップと、
    を含む、オフラインプログラミング方法。
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