JPH03161792A - ３次元カーソル及びそれを用いたオフラインプログラミング方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオフラインロボットプログラミング方式等の３
次元空間を表示するグラフィック画面上で物体又はロボ
ットの位置及び姿勢を指定するための３次元カーソル及
びそれを用いたオフラインプログラミング方式に関する
。

〔従来の技術〕

近年、ロボットを操作して所望の作業を行わせる場合に
、ロボットを実際に摸作することなくプログラムを作成
するというオフラインプログラミング方式が導入される
ようになってきた。

このオフラインプログラミング方式は、稼働中のロボッ
トを停止させなくてもよいため、プログラミング中にロ
ボットを拘束することがなく、生産性を高めることがで
き、プログラムの変更も容易であるという利点を有する
。その一方、ロボット自身及び作業環境等を表示画面上
に３次元的に忠実にグラフィック表示しなければならな
いという要求がある。

従来、３次元空間で表示された作業環境下で、物体の配
置や位置を変更したり、ロボットツールの位置や姿勢を
変更したりする場合等は、物体の配置や位置又はロボッ
トツールの位置や姿勢等を表す数値を入力し、その数値
に基づいて３次元空間で表示された画面全体を書き直す
か、又はスライダを操作し、スライダ操作と同時に画面
全体を書き直していた。

以下、図面を用いて従来のオフラインプログラミング技
術を説明する。

第９図及び第１０図はスライダ操作と同時に画面全体の
書き直しを行う従来のオフラインプログラミング方式を
説明するための表示画面の一例を示す図である。本図で
は表示画面１のみを示し、その他の人力キー等は省略し
てある。

表示画面１にはロボット６の外観や作業環境等（図示し
ていない）を３次元空間で表した３次元表示領域２と、
メニューキー３と、カーソル４と、スライダ５とが表示
されている。

メニューキー３は表示画面１の内容や処理内容等を表示
するものである。カーソル４はマウス操作に応じて移動
し、メニューキ．−３等を指定し、所定のメニューを選
択するものである。スライダ４は３次元表示領域２中の
ロボット６の先端のツール７の位置や姿勢を制御するも
のであり、力一ソル４を操作することによって所定量だ
け移動することができる。−このスライダ４の移動量に
応じて、３次元表示領域２内のロボット６及びツール７
は移動し、その姿勢を変更する。

従って、第９図に示すような位置及び姿勢にあるロボッ
ト６及びツール７を第１０図に示すような位置及び姿勢
に変更する場合、カーソル４でメニューキー３のロボッ
ト位置姿勢変更を指定し、次にスライダ５の移動軸ＸＳ
Ｙ及びＺの移動量及び回転軸Ｐ，Ｑ及びＲの回転量をカ
ーソル４を用いて所定の位置に移動する。すると、３次
元表示領域２の画面では、ロボット６及びツール７の位
置及び姿勢がスライダ５の操作と同時に画面全体と共に
時々刻々と書き換えられ、最終的にスライダ５で指定さ
れた第１０図のようなロボットの位置及び姿勢を表示す
るようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、物体の配置や位置又はロボットッールの
位置や姿勢等を表す数値を入力し、その数値に基づいて
３次元空間で表示された画面全体の書き直しを行う場合
、数値を基に３次元空間上の位置や姿勢等を頭の中で３
次元的に組み立てなければならず、操作性が極めて低く
、意図通りの指定を行うことが困難であり、相当の時間
と熟練を要するという問題がある。

一方、第９図のようにスライダを操作し、スライダ操作
と同時に画面全体の書き直しを行う場合は、対象となる
物体の移動やロボットの姿勢変更等を３次元空間上で視
覚的に把握できるので、数値的に設定する場合よりは効
率的である。しかし、物体の移動、ロボット及びツール
の位置及び姿勢の変更等をスライダ操作と同時に表示す
るために、表示画面全体をスライダ操作に合わせて時々
刻々と書き換えなければならない。従って、表示装置の
表示速度が遅い場合には画面書き換えに時間を要し、操
作性が損なわれるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、３
次元空間上で物体の配置や位置又はロボットッールの位
置や姿勢等を視覚的に設定し、確認できる操作性のよい
３次元カーソル及びそれを用いたオフラインプログラミ
ング方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、３次元空間を表
示する表示画面上で３次元的な位置及び姿勢を指定する
ために、前記３次元空間上で互いに直交する３つの線分
を前記表示画面上に３線分カーソルとして表示し、前記
３線分カーソルを前記３次元空間上で移動可能としたこ
とを特徴とする３次元カーソルが提供される。

また、本発明では上記課題を解決するために、前記３次
元カーソルを用いて物体の配置又はロボットの位置及び
姿勢を指定することによってロボット制御プログラムを
作成することを特徴とするオフラインプログラミング方
式が提供される。

〔作用〕

３次元空間を表示する表示画面は、３次元空間を表示画
面上の２次元平面に変換したものであるから、従来のよ
うなカーソルでは２次元平面である表示画面上での位置
を特定することはできても、３次元空間上の位置を特定
することはできない。

しかし、本発明のように３次元空間上で互いに直交する
３つの線分を表示画面上に３線分カーソルとして表示し
、その３線分カーソルを３次元空間上で移動可能とした
ことによって、２次元平面で表示された表示画面上で３
次元空間の位置を指定することができる。また、このよ
うな３次元カーソルを使用して物体の配置又はロボット
の位置及び姿勢を指定することによってロボット制御プ
ログラムを容易に作成することができる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第４図は本発明の一実施例である３次元カーソルを表示
するオフラインプログラミング装置の概略構戒を示す図
である。

プロセッサ２１はＲＯＭ２２に格納されたシステムプロ
グラムに従って装置全体の動作を制御する。ＲＯＭ２２
はＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭで構或される。ＲＡＭ２
３はＤＲＡＭ等で構或され、各種のデータや演算処理の
ためのデータ等を一時的に記憶する。

浮動小数点演算用プロセッサ２４は２次元データと３次
元データとの間の座標変換のための行列式の演算を行う
。

グラフィック制御回路２５はディジタル信号を表示用の
信号に変換し、表示装置２６に与える。

表示装置２６はＣＲＴあるいは液晶表示装置が使用され
る。

ハードディスク２８は各種のデータを格納するために１
４０Ｍバイト以上の記憶容量を有し、ハードディスクコ
ントローラ２７によって制御される。

入出力ポート２９は各種のデータの入出力を行うもので
あり、指令キー及びテンキー等を有するキーボード３０
及び表示器２６のグラフィックディスプレイ画面上のカ
ーソルを移動するためのマウス３１が接続されている。

これらの構成要素はバス２０によって互いに結合されて
いる。

第１図は本発明の一実施例であるオフラインプログラミ
ング装置の表示画面の一例を示す図である。第１図にお
いて、第９図と同一の構戒要素には同一の符号が付して
あるので、その説明は省略する。第２図及び第３図は本
発明の一実施例であるオフラインプログラミング装置の
表示画面の別の例を示す図である。

本実施例では、物体の配置や位置又はロボットッールの
位置や姿勢等を表すために、３次元空間上で互いに直交
する３つの線分を表示画面１上の３次元表示領域２に３
線分ＸＳＹ及びＺからなる３次元カーソルとして表示す
る。

この３次元カーソルは右手系をなす３つの線分ＸＳＹ及
びＺからなる。３つの線分ｘ１Ｙ及びＺの交点○は３次
元の位置（Ｘ，　Ｙ，　　Ｚ）を示し、３つの線分ＸＳ
Ｙ及びＺの向きはそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向を
示す。

本実施例では、３次元カーソルの線分Ｚはツール７のＺ
軸に一致している。従って、表示画面１上のスライダ５
の移動軸ＸＳＹ及びＺの移動量及び回転軸ＰＳＱ及びＲ
の回転量をカーソル４を用いて所定の位置に移動すると
、３次元表示領域２の画面上で、３次元カーソルの位置
及び姿勢がスライダ５の操作と同時に画面上に表示され
る。

従って、第９図のロボットの位置及び姿勢を第１０図の
ロボットの位置及び姿勢に変更する場合は、スライダ５
をカーソル４で所定の位置に移動する。すると、３次元
カーソルのみが第２図のような位置及び姿勢を表示する
ようになる。

そこで、この位置及び姿勢でよい場合は、力一ソル４で
メニューキー３の中からロボット位置姿勢変更キーを指
定すると、第３図のように指定された３次元カーソルの
位置及び姿勢に応じて変更されたロボットの位置及び姿
勢が表示される。

ここで、３次元カーソルの表示は表示画面１中の物体及
びロボット６及びツール７の表示とは独立に行われる。

本実施例の３次元カーソルを使用することによって、３
次元空間における位置及び姿勢を指定する際の操作性が
飛躍的に向上する。

以下、本実施例の動作を図面を用いて説明する。

第５図は本実施例の３次元カーソルの位置及び姿勢を変
更する場合のフローチャートを示す図である。図におい
て、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔Ｓ１〕スライダ又は数値等を用いて３次元カーソルの
位置及び姿勢を入力する。

［Ｓ２］３次元カーソルのワールド座標系に対するワー
ルド位置を計算する。

［Ｓ３］Ｓ２で求められたワールド位置に基づいて３次
元カーソルの位置及び姿勢をビューイング座標系に変換
する。

［Ｓ４］３３でビューイング座標系に変換された３次元
カーソルの位置及び姿勢を表示装置２６の表示座標系に
変換する。

〔Ｓ５〕現在表示中の３次元カーソルを消去する。

［Ｓ６：ｌｓ５で表示座標系に変換された３次元カーソ
ルを第２図のように表示装置２６の表示画面１上に表示
する。

３次元カーソルの位置及び姿勢は、ワールド座標系を基
準として計算されたが、表示画面上にレイアウト表示さ
れている物体に付随する全ての座標系の中から適当に選
択した座標系を基準として計算してもよい。

このようにして、３次元カーソルの位置及び姿勢の変更
が終了した後、引き続き第２図のロボット６の位置及び
姿勢を第３図のように変更する処理が実行される。第６
図は位置及び姿勢の変更された３次元カーソルに応じて
ロボットの位置及び姿勢を変更する場合のフローチャー
トを示す図である。

［Ｓ７〕Ｓ６で変更表示された３次元カーソルを表示画
面１上で確認しながら、この３次元カーソルの位置及び
姿勢で良い場合は、メニューキー３の中から３次元カー
ソルの位置獲得キーを指定する。

これによって、ロボット６のツール７の先端が３次元カ
ーソルの位置（原点○）となり、ツール７の姿勢が３次
元カーソルの２軸の方向となる。

〔Ｓ８〕Ｓ７で指定された３次元カーソルの位置及び姿
勢に基づいてツール７の位置及び姿勢を計算し、それを
獲得する。

［Ｓ９］３８で獲得されたツール７の位置及び姿勢に応
じてロボット６の姿勢を変更する。

［Ｓ１０］位置及び姿勢の変更されたロボット６及びツ
ール７を第３図のように表示画面１上に表示する。

以上のように、３次元カーソルの表示処理を他の表示画
面、即ち作業環境等を表示する画面等とは独立に行うこ
とにより、作業環境等の表示の複雑さとは無関係に一定
の速度で３次元カーソルを移動することができ、いかな
る表示装置においても画面全体を書き換えることなく高
速に３次元的に位置及び姿勢の確認ができるようになる
。また、ロボット６のツール７の位置及び姿勢を３次元
カーソルを使用して指定することによって、形状の複雑
なロボットの位置及び姿勢を容易かつ高速に指定するこ
ともできる。

以上のフローチャートはロボット６の位置及び姿勢を変
更するものであるが、物体の配置及び位置を変更する場
合にも同様に適用できる。第７図は位置及び姿勢の変更
された３次元カーソルに応じて作業環境等の物体の配置
及び位置を変更する場合のフローチャートを示す図であ
る。

［Ｓ１１］Ｓ６で変更表示された３次元カーソルを表示
画面１上で見ながら、この３次元カーソルの位置及び姿
勢で良い場合は、メニューキー３の中から３次元カーソ
ルの位置獲得キーを指定する。

これによって、物体の基準座標系が３次元カーソルの位
置（原点○）となり、物体の基準座標系が３次元カーソ
ルの各Ｘ′軸、Ｙ軸及びＺ軸と一致する。

ＣＳ１２）Ｓ７で指定された３次元カーソルの位置及び
姿勢に基づいて物体の位置及び配置を計算し、それを再
配置する。

［Ｓ１３］Ｓ８で再配置された物体を表示画面１上に表
示する。

上述の実施例では、Ｓ６で変更表示された３次元カーソ
ルを表示画面１上で見ながら、この３次元カーソルの位
置及び姿勢で良い場合に、メニューキー３の中から３次
元カーソルの位置獲得キーを指定することによって、ツ
ール７の位置及び姿勢を獲得し、ロボット６の姿勢を変
更表示したり、物体の位置及び配置を再配置表示したり
しているが、３次元カーソルが移動し、その移動が終了
した時点で自動的に物体の配置又はロボット６の姿勢等
を変更して表示するように構或することもできる。

第８図は３次元カーソルの移動終了時に実行する処理を
登録した場合のオフラインプログラミング装置のフロー
チャートを示す図である。具体的には、３次元カーソル
の移動終了時点で自動的に物体の配置又はロボット６の
姿勢等を変更して表示するように構或されたものである
。

［３１４］カーソル４でメニューキー３の中からポット
ティーチングモード又は物体配置モードを指定する。

［：Ｓ１５１］３次元カーソルの移動に追従するロボッ
ト又は物体を指定する。このステップによって、３次元
カーソルの移動終了時に実行する処理が登録されたこと
になる。即ち、ここでは３次元カーソルの移動終了後に
、移動後の３次元カーソルの位置及び姿勢に応じて指定
されたロボットの位置及び姿勢又は物体の配置を変更し
て表示するという処理が登録されたことになる。

［Ｓ１６］現在表示中の３次元カーソルの位置及び姿勢
と、Ｓ１５で指定されたロボットのツールの位置及び姿
勢又は物体の基準座標とが一致していない場合に、両者
の位置及び姿勢が一致するように再表示する。即ち、第
２図のように、３次元カーソルとロボット６のツール７
の位置及び姿勢が一致していない場合に、第ｌ図のよう
に３次元カーソルの位置及び姿勢と指定されたロボット
６のツール７の位置及び姿勢とを一致させる。

［：Ｓ　１　７］第１図の３１からＳ６の処理によって
、新たに設定された３次元カーソルを表示画面ｌ上に表
示する。

〔Ｓ１８〕Ｓｌ７で求められた３次元カーソルの位置及
び姿勢にロボット６のツール７の位置及び姿勢又は物体
の基準座標が一致するように、ロボット６の姿勢又は物
体の配置を変更して表示する。

即ち、Ｓ１７の処理で３次元カーソルが移動し、その移
動が終了した時点で、第２図から第３図のように自動的
にロボット６の姿勢等を変更して表示する。このとき、
３次元カーソルの移動が終了したということは、マウス
３１の操作ボタンから判断する。

〔Ｓ１９〕カーソル４を摸作してメニューキー３の中か
らロボットティーチングモード又は物体配置モードの指
定を解除する。これによって、Ｓ１５で指定した３次元
カーソルの移動に追従するロボット又は物体の指定が解
除され、３次元カーソルの移動終了時に実行する処理は
抹消される。従って、これ以降は第６図又は第７図のフ
ローチャートによって処理される。

Ｓ１７及び３１８の処理は、Ｓ１９の指定解除が行われ
るまで有効なものとして繰り返し実行される。

以上の処理によって、カーソル４をスライダ５の位置で
操作するだけで、３次元カーソルを表示画面１上で移動
し、その移動終了時点の３次元カーソルの位置及び姿勢
に物体の配置又はロボットの位置及び姿勢を自動的に変
更表示できるので、メニューキーの中からロボット姿勢
位置変更キーを改めて指定しなくてもよくなり、マウス
の操作性を向上することができる。

尚、上述の実施例では、表示画面１上に表示されたスラ
イダ５を使用しているが、オフラインプログラミング装
置（ワークステーション）の中にはハードウェアとして
、コントロールダイヤル装置を装備しているものがある
ので、これをスライダ５の代わりに使用してもよいし、
このコツトロールダイヤル装置を表示画面１上に表示し
て、スライダ５と同様にカーソル４で操作できるように
してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、３次元空間上で物
体の配置や位置又はロボットツールの位置や姿勢等を視
覚的に設定し、確認できる操作性のよい３次元カーソル
を提供することができる。

また、この３次元カーソルを用いてオフラインプログラ
ミングを容易に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるオフラインプログラミ
ング装置の表示画面の一例を示す図、第２図及び第３図
は本発明の一実施例であるオフラインプログラミング装
置の表示画面の別の例を示す図、 第４図は本発明の一実施例である３次元カーソルを表示
するオフラインプログラミング装置の概略構或を示す図
、 第５図は本実施例の３次元カーソルの位置及び姿勢を変
更する場合のフローチャートを示す図、第６図は位置及
び姿勢の変更された３次元カーソルに応じてロボットの
位置及び姿勢を変更する場合のフローチャートを示す図
、 第７図は位置及び姿勢の変更された３次元カーソルに応
じて作業環境等の物体の配置及び位置を変更する場合の
フローチャートを示す図、第８図は３次元カーソルの移
動終了時に実行する処理を登録した場合のオフラインプ
ログラミング装置のフローチャートを示す図、 第９図及び第１０図はスライダ操作と同時に画面全体の
書き直しを行う従来のオフラインプログラミング方式を
説明するための表示画面の一例を示す図である。 ■　・　　表示画面 ２　　　・　３次元表示領域 ３　　　・−メニューキー ４　゛　　カーソル ５　　　　スライダ ６　・　・・・ロボット ７・・・・　−　ツール ２０　　−・　　バス ２１　・　　プロセッサ ２２　　゜・−ＲＯＭ ２３　　・−Ｒ　Ａ　Ｍ ２４　　・゛・・浮動小数点演算用プロセッサ２　５　
−−　グラフィック制御回路 ２６　　　゜表示装置 ２７　　　゜゛ハードディスクコントローラ２８　・・
　−−−一゛ハードディスク２９　　−・・・・・入出
力ポート ３　０　　゜　　　キーボード ３１　・・・一・一・マウス

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）３次元空間を表示する表示画面上で３次元的な位
   置及び姿勢を指定するために、前記３次元空間上で互い
   に直交する３つの線分を前記表示画面上に３線分カーソ
   ルとして表示し、前記３線分カーソルを前記３次元空間
   上で移動可能としたことを特徴とする３次元カーソル。
2. （２）前記３線分カーソルの前記３つの線分の交点は前
   記位置を表し、前記３線分カーソルの前記３つの線分の
   それぞれの向きは前記姿勢を表すことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の３次元カーソル。
3. （３）前記３線分カーソルの前記３つの線分は右手系で
   表示されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の３次元カーソル。
4. （４）特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   ３次元カーソルを用いて物体の配置又はロボットの位置
   及び姿勢を指定することによってロボット制御プログラ
   ムを作成することを特徴とするオフラインプログラミン
   グ方式。
5. （５）前記３次元カーソルの表示は前記表示画面中の前
   記物体及びロボットの表示とは独立に行われることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のオフラインプログ
   ラミング方式。
6. （６）前記３次元カーソルの位置及び姿勢は、ワールド
   座標系及び前記表示画面上にレイアウト表示されている
   物体に付随する全ての座標系の中から選択された座標系
   を基準とすることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載のオフラインプログラミング方式。
7. （７）前記３次元カーソルの位置及び姿勢は前記表示画
   面上に表示されたスライダ又はコントロールダイヤルに
   よって設定されることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載のオフラインプログラミング方式。
8. （８）前記３次元カーソルを前記表示画面上で移動し、
   その移動が終了した時点で次に実行する処理を登録でき
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載のオフラインプログラミング方式。
9. （９）前記３次元カーソルの移動に追従する物体又はロ
   ボットを予め指定することによって、前記３次元カーソ
   ルを前記表示画面上で移動し、その移動が終了した時点
   で、移動後の前記３次元カーソルの位置及び姿勢に応じ
   て前記指定された前記物体の配置又は前記ロボットの位
   置及び姿勢を変更して表示するような処理を前記処理と
   して登録できるようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第８項記載のオフラインプログラミング方式。