JP4137927B2 - ロボットプログラミング装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のロボットを協調動作させるためのオフラインのプログラミング装置に関する。

複雑な形状のワークに対してアーク溶接やバリ取り加工等を行うときは、複数台（例えば２台）のロボットを協調動作させる場合がある。この協調動作の教示においては、教示操作盤等を用いてロボットを１台ずつ動かしながら各ロボットの教示位置が定められる。あるいは、協調ジョグ機能を使って、２台のロボットを同時に動かしながらそれぞれの教示位置を定めることもできる。例えば特許文献１には、溶接ロボット及びポジショナが協調動作する溶接ロボット装置が開示されている。また特許文献２には、複数のロボットを複数人で並行して教示することにより時間短縮が図られたロボット制御装置が開示されている。

特開２００４−９２７９号公報 特開２００３−３４０７５６号公報

上述のようにロボットを１台ずつ動かす場合は、ロボットの協調のために各ロボットについてジョグ操作を少しずつ行う必要があり、作業に非常に時間がかかる。また協調ジョグ機能を使う場合は２台のロボットを同時に動かすことが可能であるが、３次元空間における溶接やバリ取りのような複雑な作業を行う場合の教示操作は熟練を要し、やはり作業に時間がかかる。また、一般に協調ジョグ操作は２台のロボットしか扱えず、故に３台以上のロボットが必要な場合はさらなる教示時間が必要になる。このように教示作業に時間がかかることにより、ロボットシステムの立上げには多くの工数又は時間を要していた。

そこで本発明は、複数台のロボットの協調作業の教示を短時間で行うことができ、ロボットシステムの立上げ工数の削減に寄与するロボットプログラミング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークを把持するハンドを備えた１つ又は２つのハンドリングロボット、及び該ハンドリングロボットと協調動作するとともに前記ワークを加工する加工ツールを備えた加工ロボットを有するロボットシステムにおいて、前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの動作プログラムを作成するロボットプログラミング装置であって、前記ハンドリングロボット、前記ハンド、前記加工ロボット、前記加工ツール及び前記ワークの３次元画像を画面表示する表示手段と、前記ワークの移動条件を指定する手段と、前記ワークと前記ハンドとの位置関係を指定する手段と、前記ハンドリングロボットの複数の配置候補を設定する手段と、前記ワークの移動条件及び前記位置関係に基づいて、前記ハンドリングロボットを動作させたときに前記ハンドリングロボットについての干渉が生じないように、前記複数の配置候補の中から前記ハンドリングロボットの配置を選定するとともに、選定された配置に基づいて前記ハンドリングロボットの動作を決定する手段と、前記ワークの加工部位を指定する手段と、前記加工ロボットの複数の配置候補を設定する手段と、前記ワークの加工部位及び前記ワークの移動条件に基づいて、前記加工ロボットを動作させたときに前記加工ロボットについての干渉が生じないように、前記複数の配置候補の中から前記加工ロボットの配置を選定するとともに、選定された配置に基づいて前記加工ロボットの動作を決定する手段と、前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの選定された配置及び決定された動作に基づいて前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの動作プログラムを作成する手段と、を有するロボットプログラミング装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットプログラミング装置において、前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段は、ある配置候補において前記ハンドリングロボットの動作が不適であると判断した場合は、前記ハンドリングロボットの配置を他の配置候補に変更し、該他の配置候補において再度前記ハンドリングロボットの動作の適否を判断する、ロボットプログラミング装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロボットプログラミング装置において、前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段は、ある配置候補において前記加工ロボットの動作が不適であると判断した場合は、前記加工ロボットの配置を他の配置候補に変更し、該他の配置候補において再度前記加工ロボットの動作の適否を判断する、ロボットプログラミング装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置において、前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記ハンドリングロボットの前記複数の配置候補の中から前記ハンドリングロボットの設置範囲が最も狭くなる配置候補を前記ハンドリングロボットの配置として選定する、ロボットプログラミング装置を提供する。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置において、前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記加工ロボットの前記複数の配置候補の中から前記ロボットシステム全体としての設置範囲が最も狭くなる配置候補を前記加工ロボットの配置として選定する、ロボットプログラミング装置を提供する。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置において、前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記ハンドリングロボットの前記複数の配置候補の各々において前記ハンドリングロボットのストロークの余裕を計算し、該ストロークの余裕が最も高い配置候補を前記ハンドリングロボットの配置として選定する、ロボットプログラミング装置を提供する。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置において、前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記加工ロボットの前記複数の配置候補の各々において前記加工ロボットのストロークの余裕を計算し、該ストロークの余裕が最も高い配置候補を前記加工ロボットの配置として選定する、ロボットプログラミング装置を提供する。

本発明に係るロボットプログラミング装置によれば、複数のロボットの協調動作の教示及び各ロボットのプログラミングを自動的に行うことができ、従来、教示、プログラミング、及び現場での調整作業に要していた工数を大幅に削減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係るロボットプログラミング装置を適用可能なロボットシステムの基本構成を示す図である。ロボットシステム１０は、各々が被加工物すなわちワークＷを把持するハンドを備えた２つのハンドリングロボット１２及び１４と、ワークＷに加工を施す（本実施形態では溶接加工とする）溶接ロボット１６と、ロボット１２、１４及び１６を制御するロボット制御装置１８と、ロボット制御装置１８に接続されるパーソナルコンピュータ等の入力装置２０と、ロボット制御装置１８に接続されるとともにロボット１２、１４及び１６の教示操作を行うための教示操作盤２２とを有する。なお本発明に係るロボットプログラミング装置及び該装置に含まれる各手段は、いずれも本実施形態ではパーソナルコンピュータ２０に内蔵されるものとするが、他の態様ももちろん可能である。

図２は、ロボットプログラミング装置による作業の流れを示すフローチャートである。以降、同図のステップＳ１〜Ｓ７の各々に関連する図面を参照しながら本発明について説明する。

先ず、図３に示すように、加工（ここでは溶接）すべきワークＷ、ワークＷを把持するハンド２６及び２８のそれぞれに対応する３次元モデルを選択し、ロボットプログラミング装置を含むパーソナルコンピュータ２０の画面２４等の表示手段に表示させる（ステップＳ１）。

次に、図３に示すように、ワークＷの移動条件を設定する（ステップＳ２）。ここではワークＷは回転軸Ａについて回転可能であるとする。さらに、ステップＳ２で設定した移動条件に従うように、ワークＷとハンド２６及び２８との位置関係（具体的にはハンド２６及び２８によるワークＷのハンドリング位置（保持位置）を設定する（ステップＳ３）。ここではワークＷの両端がハンド２６及び２８に保持されるが、このハンドリング位置は自動的に決定することができる。このことについては後述する。

次にハンドリングロボット１２及び１４の配置及び動作を決定する（ステップＳ４）。このとき、作業者がパーソナルコンピュータに直接ハンドリングロボットの３次元位置を入力してもよいし、ステップＳ２及びＳ３で設定された内容に基づいて自動的に配置を決めるようにしてもよい。後者の場合、各ハンドリングロボットのストローク、ワークＷと各ハンドリングロボットとの干渉の有無等に基づいて配置を決めることができる。具体的には、図４の平面図に示すように、一方のハンドリングロボット１２によるワークＷのハンドリング位置をＲ１とした場合にハンドリングロボット１２を配置可能な位置の候補（図示例ではＲ２〜Ｒ４の３つ）を予めいくつか設定しておく。次に配置候補の中から、ステップＳ２で設定されたワークＷの移動条件に従ってハンドリングロボットを動作させたときに、周辺機器等との干渉が生じないハンドリングロボット１２の位置及びそのときのハンドリングロボット１２のストロークの余裕を計算する。すなわち、ある配置候補において干渉がある場合は他の配置候補に移動して再度干渉の有無を判定し、干渉がないときはストロークの余裕を計算する。このようにして得られたいくつかのデータのうち、最もハンドリングロボット１２のストロークに余裕があるものがハンドリングロボット１２の配置として選定され、この配置及びそのときの動作が動作プログラムのプログラミングに使用される。ハンドリングロボット１４についても同様である。さらにストロークが同程度の候補が複数ある場合は、ハンドリングロボットの設置範囲が最も狭い（例えば両ハンドリングロボット間の距離が最も短い）候補が選定される。逆に、設置範囲が最も狭い候補の中から最もストロークに余裕があるものを選定してもよい。このようにして決定されたハンドリングロボット１２及び１４の配置例を図５に示す。

次のステップＳ５では、例えば図６に示すように、ワークＷの溶接部位（ここではＷ１及びＷ２の２箇所）及び溶接条件が指定される。溶接条件としては、アーク溶接である場合にはねらい角、前進角及び溶接速度等が挙げられる。

次に溶接ロボット１６の配置及び動作を決定する（ステップＳ６）。このとき、作業者がパーソナルコンピュータに直接ハンドリングロボットの３次元位置を入力してもよいし、ステップＳ２〜Ｓ５の内容に基づいて自動的に配置を決めるようにしてもよい。後者の場合、溶接ロボット１６のストローク、ワークＷとの干渉の有無等に基づいて配置を決めることができる。具体的には、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワークＷの溶接部位又は領域をＡ１とした場合に溶接ロボット１６を配置可能な位置の候補を設定する。ここで溶接ロボット１６の配置候補は、３次元空間中に定義された格子Ｇ１（図７（ｂ））の交点とする。先ず、図７（ａ）に示すように、溶接箇所Ｐ２を格子Ｇ１の略中心に配置する。次に配置候補の中から、ステップＳ２で設定されたワークＷの移動条件に従ってステップＳ５で決定された位置に配置されたハンドリングロボット１２及び１４を動作させたときに、干渉が生じない溶接ロボット１６の位置及びそのときの溶接ロボット１６のストロークの余裕を計算する。すなわち、ある交点において干渉がある場合は他の交点に移動して再度干渉の有無を判定し、干渉がないときはストロークの余裕を計算する。このようにして得られたいくつかのデータのうち、最も溶接ロボット１６のストロークに余裕がある格子Ｇ１の交点の１つが溶接ロボット１６の配置として選定され、この配置及びそのときの動作が動作プログラムのプログラミングに使用される。さらにストロークが同程度の候補が複数ある場合は、システム全体として設置範囲が最も狭い（例えば各ハンドリングロボットと溶接ロボットとの間の距離が最も短い）候補が選定される。逆に、設置範囲が最も狭い候補の中から最もストロークに余裕があるものを選定してもよい。このようにして決定された加工ロボット１６の配置例をハンドリングロボット１２及び１４とともに図８に示す。

上述のステップＳ１〜Ｓ６によって各ロボットの配置及び動作が決定されたら、次にロボットプログラミング装置はそれらに基づいて協調動作用のプログラムを自動的に作成する（ステップＳ７）。本実施形態のように加工が溶接である場合は、プログラムにはロボット各軸の動作、溶接の開始及び終了等が含まれる。以下にプログラムの一例を示す。

ロボットプログラム例
１：カクジク １００％ Ｐ［１］；
２：カクジク １００％ Ｐ［２］；
３：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［３］；
４：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［４］ アークカイシ；
５：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［５］；
６：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［６］；
７：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［７］；
８：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［８］；
９：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［９］ アークシュウリョウ；
１０：チョクセン ５００mm/sec Ｐ［１０］；
１１：カクジク １００％ Ｐ［２］；
１２：カクジク １００％ Ｐ［１］；

上述のロボットプログラム例を図９を参照して簡単に説明する。先ずロボット各軸の動作により、溶接ロボット１６の溶接トーチ３０に対するワークＷの相対位置を教示点Ｐ［１］に移動させる。ここで１００％とあるのは、ハンドリングロボット１２及び１４の各軸が最大速度で動作することを意味する。次に干渉回避等のための教示点Ｐ［２］に移動した後、溶接開始点の手前のＰ［３］に移動する。教示点Ｐ［３］からはワークＷは所定の溶接速度（ここでは５００ｍｍ／ｓｅｃ）と同一の速度で直線的に移動し、教示点Ｐ［４］から溶接ロボット１６によるアーク溶接が開始される。溶接が所定の教示点Ｐ［５］〜Ｐ［８］を経由して溶接終了点Ｐ［９］に到達したら、アーク溶接は終了するが、さらにそのままの速度で教示点Ｐ［１０］まで相対移動する。教示点Ｐ［１０］以降は、行番号１及び２とは逆の各軸動作によって教示点Ｐ［１］に戻る。

なお本実施形態のように複数のロボット（ハンドリングロボット及び加工ロボット）が協調動作をする場合は、各教示点がハンドリングロボット及び加工ロボットの位置データを含む。例えばＰ［１］には、ハンドリングロボットの（例えば６軸の）各軸位置（ＸＹＺＷＰＲ）及び加工ロボットの各軸位置（ＷＹＺＷＰＲ）が含まれる。また本実施形態はアーク溶接を行うロボットシステムに関するものであるが、バリ取り加工用のロボットシステムに適用することも可能である。

上述の図２に示したフローチャートにはさらに、ハンドリングロボットの配置を自動修正するステップを例えばステップＳ７の後に追加することができる。このステップでは、例えば図１０に示すように、先ず３次元空間中にハンドリングロボット１２及び１４をそれぞれ含む格子Ｇ２及びＧ３を定義し、各ハンドリングロボットをそれぞれの格子の略中心に配置する。ここで各ハンドリングロボットの配置候補は、格子Ｇ２又はＧ３の交点とする。次に、ワークＷの移動に従い、配置候補の中から、設定されたワークＷの移動条件に従ってハンドリングロボット１２及び１４を動作させたときに、干渉が生じない各ハンドリングロボットの位置及びそのときのストロークの余裕を計算する。このようにして、配置候補すなわち格子の交点のうち干渉があるものは不適として排除され、残った交点のうち最も各ハンドリングロボットのストロークに余裕がある格子の交点がハンドリングロボットの位置として選定される。さらにストロークが同程度の候補が複数ある場合は、システム全体として設置範囲が最も狭い（例えば各ハンドリングロボット間の距離が最も短い）候補が選定される。逆に、設置範囲が最も狭い候補の中から最もストロークに余裕があるものを選定してもよい。

図１１は、ワークの形状からそのハンドリング位置を決定する手順について説明する図である。例えばワークＷが図示するような柱状の場合、先ずワークＷの１つのハンドリング面（端面）Ｓ１を指定する。次にワークの重心Ｗｇからハンドリング面Ｓ１に垂直に延びる垂線Ｌ１とハンドリング面Ｓ１との交点を第１のハンドリング点Ｈ１とする。さらに、重心Ｗｇから垂線Ｌ１とは反対方向に延びる直線Ｌ２と、直線Ｌ２と交差するワークＷのハンドリング面Ｗ２との交点を第２のハンドリング点Ｈ２とする。ここでワークＷが他の形状であって、ハンドリング面Ｗ２が存在しないか又はハンドリング面Ｗ２がハンドリング面として不適当であると判断される場合は、最初のハンドリング面Ｓ１を他の面に変更する操作が自動的に行われる。但しこの変更操作は手動で行ってもよい。

本発明に係るロボットプログラミング装置を含むロボットシステムの基本構成を示す図である。 ロボットプログラミング装置による作業の流れを示すフローチャートである。 ワークとハンドとの位置関係を示す図である。 ハンドリングロボットの配置の決定について示す図である。 ハンドリングロボットの配置例を示す図である。 ワークの加工部位を示す図である。 （ａ）加工ロボットの配置の決定について示す図であり、（ｂ）（ａ）で使用する格子の概略図である。 加工ロボットの配置例を示す図である。 ロボットシステムを用いた溶接作業中における溶接トーチのワークに対する相対位置を示す図である。 ハンドリングロボットの配置の自動修正について示す図である。 ワークのハンドリング位置の算出について示す図である。

符号の説明

１０ ロボットシステム
１２、１４ ハンドリングロボット
１６ 加工ロボット
１８ ロボット制御装置
２０ パーソナルコンピュータ
２２ 教示操作盤
２４ 表示画面
２６、２８ ハンド
３０ 加工ツール
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. ワークを把持するハンドを備えた１つ又は２つのハンドリングロボット、及び該ハンドリングロボットと協調動作するとともに前記ワークを加工する加工ツールを備えた加工ロボットを有するロボットシステムにおいて、前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの動作プログラムを作成するロボットプログラミング装置であって、
   前記ハンドリングロボット、前記ハンド、前記加工ロボット、前記加工ツール及び前記ワークの３次元画像を画面表示する表示手段と、
   前記ワークの移動条件を指定する手段と、
   前記ワークと前記ハンドとの位置関係を指定する手段と、
   前記ハンドリングロボットの複数の配置候補を設定する手段と、
   前記ワークの移動条件及び前記位置関係に基づいて、前記ハンドリングロボットを動作させたときに前記ハンドリングロボットについての干渉が生じないように、前記複数の配置候補の中から前記ハンドリングロボットの配置を選定するとともに、選定された配置に基づいて前記ハンドリングロボットの動作を決定する手段と、
   前記ワークの加工部位を指定する手段と、
   前記加工ロボットの複数の配置候補を設定する手段と、
   前記ワークの加工部位及び前記ワークの移動条件に基づいて、前記加工ロボットを動作させたときに前記加工ロボットについての干渉が生じないように、前記複数の配置候補の中から前記加工ロボットの配置を選定するとともに、選定された配置に基づいて前記加工ロボットの動作を決定する手段と、
   前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの選定された配置及び決定された動作に基づいて前記ハンドリングロボット及び前記加工ロボットの動作プログラムを作成する手段と、
   を有するロボットプログラミング装置。
2. 前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段は、ある配置候補において前記ハンドリングロボットの動作が不適であると判断した場合は、前記ハンドリングロボットの配置を他の配置候補に変更し、該他の配置候補において再度前記ハンドリングロボットの動作の適否を判断する、請求項１に記載のロボットプログラミング装置。
3. 前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段は、ある配置候補において前記加工ロボットの動作が不適であると判断した場合は、前記加工ロボットの配置を他の配置候補に変更し、該他の配置候補において再度前記加工ロボットの動作の適否を判断する、請求項１又は２に記載のロボットプログラミング装置。
4. 前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記ハンドリングロボットの前記複数の配置候補の中から前記ハンドリングロボットの設置範囲が最も狭くなる配置候補を前記ハンドリングロボットの配置として選定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置。
5. 前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記加工ロボットの前記複数の配置候補の中から前記ロボットシステム全体としての設置範囲が最も狭くなる配置候補を前記加工ロボットの配置として選定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置。
6. 前記ハンドリングロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記ハンドリングロボットの前記複数の配置候補の各々において前記ハンドリングロボットのストロークの余裕を計算し、該ストロークの余裕が最も高い配置候補を前記ハンドリングロボットの配置として選定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置。
7. 前記加工ロボットの配置を選定し動作を決定する手段はさらに、前記加工ロボットの前記複数の配置候補の各々において前記加工ロボットのストロークの余裕を計算し、該ストロークの余裕が最も高い配置候補を前記加工ロボットの配置として選定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットプログラミング装置。

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