JPS62274308A - ロボツトのオフライン教示方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、ロボットのオフラインの教示方法に関し、特
に、溶接ロボフロ　塗装ロボット　シーリングロボット
等のオフライン教示に有用である。

従来技術とその問題点 今日、製造業をはじめ様々な分野でロボットが利用され
、生産の自動化省力化に貢献している。

これらロボットに作業動作を教示する方法にはオンライ
ン教示方法とオフライン教示方法とがあるが、生産ライ
ンを停止することなく教示を行える点でオフライン教示
方法が望ましい。

かかるオフライン教示方法を行うための従来のオフライ
ン教示システムの一例では、ＣＲＴディスプレイの如き
画像表示装置に、ワークモデルとグラフィックカーソル
を表示し、そのグラフィックカーソルを用いて作業点ま
たは作業線を教示する方式となっている。

ところが従来のグラフィックカーソルは、その大きさに
意味のない単なる位置を表す指標に過ぎなかった。

そこで、そのグラフィックカーソルを用いてワークモデ
ル上に任意に作業点または作業線を指定することができ
たが、ワークと作業工具の干渉のチェックを行うことは
できなかった。

そのため、作業工具がワークと干渉して、実際には作業
工具をその教示した作業点または作業線にアクセス出来
ないことが、後から発見されるという問題点を生じてい
た。

たとえば、２つの平板がＶ字型に当接するワークの谷の
部分を溶接しようとしたとき、オフライン教示の段階で
は、画面に表示されたワークモデルの谷線をグラフィッ
クカーソルで指定することができたが、実際の溶接作業
の段階になると、溶接トーチがワークに当たって、その
谷部にアクセス出来ないことが発見されるといった問題
点があった。

また、従来のオフライン教示システムでは、作業工具の
姿勢や位置の教示を、数値で入力したり、画面の一部に
表示した図形コマンドを指定することにより行っている
（特開昭６０−９７４０９号公報）。

しかし、このような教示方法では、微妙な作業工具の姿
勢変化を教示することが困難であり、また、操作者が作
業工具とワークの位置関係を直裁的に把握することが困
難で、誤った教示を行っても気付きにくいという問題点
がある。

発明の目的 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、オフライ
ン教示の段階において、ワークと作業工具の干渉をチェ
ックすることができると共に、グラフィックカーソルを
用いて、作業工具の姿勢と位置とを、容易に且つ的確に
教示することができるロボットのオフライン教示方法を
提供することを目的とする。

発明の構成 本発明のロボットの教示方法は、画像表示装置にワーク
モデルとグラフィックカーソルを表示し、そのグラフィ
ックカーソルを用いて作業点または作業線を教示するロ
ボットのオフライン教示システムにおいて、画面に表示
するワークモデルの縮尺と同じ縮尺にした作業工具の大
きさを表し且つ作業工具の向きと位置とを表示しうるパ
ターンのグラフィックカーソルを表示することを構成上
の特徴とするものである。

作用 本発明のオフライン教示方法では、グラフィックカーソ
ルとして、画面に表示するワークモデルの縮尺と同じ縮
尺にした作業工具の大きさを表すグラフィックカーソル
を表示する。

即ち本発明のグラフィックカーソルは、単なる位置を表
すだけでなく、作業工具の大きさをも表している。

そこで、画面にワークモデルとグラフィックカーソルを
表示して、作業点または作業線を教示するとき、ワーク
に対する作業工具の空間的関係（例えば、干渉の有無）
を視覚的に２！握できる。

したがって、ワーク上の希望の作業点または作業線に作
業工具をアクセスすることが、可能か不可能かを、オフ
ライン教示の段階で容易に且つ確実に知ることができる
。

また、本発明のオフライン教示方法では、グラフィック
カーソルとして、単なる位置の指標としてのパターンで
なく、向きと位置とを表示しうるパターンを用いる。

したがって、グラフィックカーソルの向きと位置を、作
業工具の姿勢と位置に対応させれば、グラフィックカー
ソルによって画面上で作業工具の姿勢と位置を教示しう
る。

そして、このグラフィックカーソルの向きと位置を、画
面に表示されている空間モデルで規定すれば、作業空間
における作業工具の姿勢と位置を教示でき、また、画面
に表示されているワークモデルに対する相対位置で規定
すれば、ワークに対する相対位置で作業工具の姿勢と位
置を教示できる。

実施例 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図は本発明のロボットのオフライン
教示方法を実施しうるロボットのオフライン教示システ
ムの一例の外観図、第２図は第１図に示すシステムの表
示画面の一例を示す画面図、第３図は第１図に示すシス
テムの処理機能を模式的に示すフローチャート、第４図
はワークの一例の斜視図、第５図＋ａｌ　（ｂ）　ｔｅ
ｌ　＋ｄｌは第４図に示すワークの正面図、右側面図、
平面図、底面図、第６図は第４図に示すワークを上下に
分割して示した分解斜視図、第７図はワークの他の一例
の斜視図、ｆＩ４８図＋ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ１は第７図
に示すワークを構成する単純な形状のワークの斜視図、
第９図はワークモデル編集時の１つの画面を示す画面図
、第１Ｏ図は同画面図、第１１図は合成されて新たに形
成されたワークモデルの斜視図、第１２図は溶接線を指
定する場合の画面の一例の画面図、第１３図は第１２図
の画面の一部を拡大した画面の一例の画面図、第１４ｖ
ｌＪは溶接トーチの位置・姿勢を入力する場合の画面の
一例の画面図、第１５図は第１４図に示す画面の一部を
拡大して見た画面の画面図、第１６図は指定された作業
点を表示した画面の一例の画面図、第１７図は溶接ロボ
ットを表現した画面の一例の画面図、第１８図はロボッ
ト座標系とターンテーブルの座標系の関係を示す模式図
、第１９図はワークとロボットの位置関係を表わす画面
の一例の画面図、第２０図は動作シミュレーシッン時に
表示される画面の一例の画面図である。なお、図に示す
実施例により本発明が雨足されるものではない。

第１図において、ロボットのオフライン教示システム１
は、デジタイザー２と、キーボード３と、ＣＲＴディス
プレイ４と、フロッピィディスク装置５と、コンビエー
タ６とを有して基本的になっている。

ハードウェア的観点から見れば、これらはいわゆるパー
ソナルコンピュータシステム（パソコン）と同様であっ
て特異な構成要素を有していないので、設備負担は比較
的小さい。

このロボットのオフライン教示システムｌは、溶接ロボ
ットのオフライン教示を行うシステムで、第２図及び第
３図に示すような７つの処理機宥を有している。すなわ
ち、■「ワーク図面入力」処理機能、■「ワークモデル
編集」処理機能、■「溶接データ人力」処理機能、■「
ロボット及び周辺装置入力」処理機能、■「動作シミニ
レ−シラン」処理機能、■「教示データ出力」処理機能
および■「補助」処理機能の７つの処理機能を有してい
る。

これらの７つの処理機能は、第２図に示すように、始め
に処理メニエーとしてＣＲＴディスプレイ４に表示され
るので、オペレータは任意に選択することができる。

本発明のロボットのオフライン教示方法に関するのは特
に■「溶接データ入力」処理機能であるが、説明の都合
上、上記７つの処理機能を順に説明する。

′　■「ワーク図面人力」 ワーク図面入力処理は、ワークの形状を図面を用いて入
力する処理である まずオペレータは、ワークの図面をデジタイザー２にセ
ントし、ペン２１で図面をなぞることによりは図を入力
する。かかる図面から線図を入力する処理自体は、既に
ＣＡＤ等の分野で公知の技術を応用することができる。

平面図、正面図、右側面図の３面図を入力されると、コ
ンピュータ６は、３次元サーフエースモデルを作成し、
ＣＲＴディスプレイ４上に３面図と斜視図を表示する。

オペレータは、画面を見て、入カミ゛スがあればキーボ
ード３からコマンドを入れて修正し、表示された３面図
及び斜視図がワークを的確に表していると最終的に確認
したならば、キーボード３からコマンドを入力し、その
ワークデータをファイルに格納させる。

ところで、第４図に実線で示すワークの３面図として、
第８図１ａｌ　（ｂ）　（Ｃ１のように正面図、右側面
図、平面図を入力すると、コンビエータ６は、第４図に
破線で示す如きサーフェイスモデルを作成してしまう、
しかしこれでは、第４１！ｌに実線で示す如きワークの
形状を入力できたことにならない。

そこでこのような場合にも通切な入力を行えるように１
、第６図のようにワークを上部と下部に分けて入力し、
入力後に結合することが可能になっている。即ち、第５
図（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌを入力する場合に、ワークの
上部のいわば三角屋根部分だけをまず入力する。そして
その後、ワークの下部のいわば三角柱部分を入力する。

そして三角屋根部分と三角柱部分の原点を合わせておけ
ば、両ワークの原点を合わせることで、第４図に実線で
示す如きワークを誤りな（入力することができる。

■「ワークモデル＆Ｉ集」 ワークモデル編集処理は、既にファイルに記憶されてい
るワークを幾つか組み合わせて新たなワークモデルの作
成を行う処理である。

たとえば第７図に示す如きワークは、３面図から入力す
るのは複雑になるので、これを単純な形状のワークに分
解し、第８図（ａｌに示す如き平板が２１１１と、第８
図中）に示す如き円柱が１個と、第８図（ｃｌに示す如
き四角柱が１個とからなっていると考えて、これら単純
なワークを結合して、第７図に示す如きワークを形成す
ることができる。

円柱、三角柱、四角柱、平板２円筒体のような単純でか
つ使用頻度の高いワークモデルは、図面入力しなくても
予め設定記憶されているので、キーボード３からワーク
モデル番号を指定して呼び出すことができる。

第８図１ａｌに示す如き平板と第８図（Ｃ１に示す如き
四角柱を連続して呼びだすと、第９図に示すように２つ
の図形がオーバーランプした表示がなされる。このよう
にオーバーラツプしているのは、両ワークの原点を一致
させて表示されるからである。

オペレータは、キーボード３からコマンドを人力し、第
９図の場合には四角柱の原点を移動させる。そして第１
０図に示すように、平板の上に四角柱をＩｌｉセたとこ
ろで全体を１つのワークモデルとして定義する。

次に、上記で定義したワークモデルの上に第８図中）で
示す円柱を呼び出してオーバーラツプさせる。そしてそ
の円柱を回転させ、平行移動させると、平板の上に円柱
と四角柱とが載ったワークモデルとなる。

次いで、そのワークモデルの上に第８図（ａｌで示す平
板を呼び出してオーバーランプさせ、その平板を平行移
動して円柱及び四角柱の上に載せる。

かくして、第１１図に示すように新たな形状のワークモ
デルが形成されるが、これは第７図に示すワークを入力
したことに池ならない。

尚、結合要素となる各ワークの記憶されたままの大きさ
では、組み合わせる上で不都合な場合は、各ワークを伸
縮して大きさをバランスさせた上で結合することができ
る。また、斜視図の視点を様々な角度に変えたり、要素
ワークと要素ワークの結合部分を拡大表示させたりして
、オペレータの求める形状になっているか否かを精密に
確認することができる。

か（して求めるワークモデルが得られれば、それをファ
イルに格納する。

■「ｆ４接データ入力」 溶接データ入力処理では、溶接線や溶接トーチの姿勢や
その池溶接に必要なデータを入力する。

まず溶接すべきワークモデルをファイルから取り出すと
、そのワークモデルの３面図と斜視図及びグラフィック
カーソルに１が、第１２図に示すように、ＣＲＴディス
プレイ４上に表示される。

このグラフィックカーソルに、は、その大きさに意味の
ない、単に位雪を表す指標である。

カーソルＫｌを移動して、溶接すべきワークモデル上の
線をとらえ、溶接線として指定する。溶接線が指定しや
すいように、画面の一部を拡大したり、ワークモデルを
回転させたりして、溶接すべきワークモデル上の線を明
確に画面上に表示させ、その上でカーソルに１にて指定
する（第１３図参照）、いくつかの線が密集していて溶
接したい線を選択しにくいときでも、これにより容易に
指定できるようになる。

溶接線の指定を終了するコマンドを入力すると、溶接ト
ーチを表わす楔形（溶接トーチは四角錐体で表すことが
できるが、四角錐体を画面上で図形化すると楔形になる
）のグラフィックカーソルに、が、３面図および斜視図
の指定した溶接線の中央部分付近に現れる。この楔形グ
ラフィックカーソルに２は、画面に表示中のワークモデ
ルと同じ縮尺で表した溶接トーチを包含する大きさを持
ち、その先端は溶接トーチの先端を表し、位置はワーク
モデルの座標系における３次元的空間位置を表し、全体
の向きは溶接トーチの姿勢を表している。

オペレータは、この楔形グラフィックカーソルに２を移
動し、回転させ、所望の位置と姿勢にすると共にワーク
モデルとの干渉がないことを確認すれば、その点を作業
点として指定する。そうすると、その位置・姿勢に固定
された模印（例えば第１６図のＱｌ等）が現れ、その近
傍に楔形グラフィックカーソルに２が再び現れる。

そこで楔形グラフィックカーソルに２を移動し、上記と
同様にして第２の作業点を指定する。

こうして位置と姿勢とを指定した作業点（例えば第１６
図のＱ、、Ｑ、、Ｑコ等）を作り、第１アプローチ点（
待機位置）、第２アプローチ点（プリフロー位置）、溶
接開始点、溶接終了点、第３アプローチ点（エアカット
位置）、第４アプローチ点（退避位置）等として順次指
定する。また、アークオン点、アークオフ点、ウィービ
ング開始点、ウィービング終了点等を指定できる。また
、アークオン点からアークオフ点の間でｆ＋Ｗ電流等を
指定することもできる。

この楔形グラフィックカーソルに２による指定を正確に
行うために、第１５図に示すように、部分を拡大して指
定を行うのが好ましい、このとき、ワークモデルの大き
さと楔形グラフィックカーソルに２の大きさとは、実物
のワークと溶接トーチの大きさの比率と同じ比率になる
ので、ワークモデルの一部を拡大すれば、楔形グラフィ
ックカーソルに２もまた同じ縮尺で拡大される。これに
より、ワークと溶接トーチの干渉を容易に且つ正確に視
認することができる。

溶接線が複数本存在する場合は、各ｆ４接線についてそ
れぞれ上記手順を繰り返せばよい。

■「ロボット及び周辺装置入力」 ロボット及び周辺装置入力処理は、ロボットの寸法や周
辺装置の定義や、ロボットとワークの相対位置の定義等
を行う処理である。

まず、第１７図に示すように、ロボットモデルの３面図
と斜視図とが表示される。

そこでオペレータは、ロボットの寸法等に変更があれば
、ＣＲＴディスプレイ４上のロボットモデルを修正しで
あるいは数値入力によって実際のロボットを表わすよう
にする。

また、第１８図に示すように、ロボットの座標系（Ｘｒ
　、　　Ｙｒ　、　　Ｚｒ　、　Ｏｒ　）と、ワークの
座標系（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、、０．）の相対位置関係を指
定する。

尚、第１８図の場合は、ワークがターンテーブル上に１
Ａｉ！！される場合であって、ワークの原点とターンテ
ーブルの原点が一致している場合を示している。従って
、原点ｏｗは、一定の位置にあるが、ロボットのＸｒ軸
と平行な回転軸ａを中心に、２ｗ軸が回転角θ、で回転
し、その２ｗ軸を回転軸としてＸｗ軸、ＹＷ軸が回転す
る。ａ軸を基準としたＸｗ軸の回転角はθ２で表してい
る。

ターンテーブルの如き周辺機器を動かして、ワークの座
標が動かされる場合は、前記溶接データ入力処理におい
て、作業点としてターンテーブル等の位置変更点を設け
、それぞれについてワーク座＋Ｍ　（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、
、Ｏ，）の回転角θ、。

θ２をｔ締定しておけばよい。

かくして、ロボット及び周辺装置のデータの入力が終わ
ると、ファイルに格納される。

■「動作シュミレーシラン」 動作シュミレーシラン処理では、これまでに設定された
溶接データや周辺装置のデータ等に基づき・アニメーシ
ヨンによって溶接作業を進めてみせる。

まず、コンピュータ６は、ワークの座標系を基準として
入力された溶接データを、ロボットとワークの相対位置
に基づいて、ロボットの座標系に変換する。

そして、第１９図に示すように、ロボットモデルとワー
クモデルとを初期位置で表示する。

次いで、第２０図に示すように、ターンテーブルをｔ締
定通りに回転したようにワークモデルを位置決めし、ま
た、指定された溶接トーチの位置と角度となるようにロ
ボットのモデルを駆動し、ＣＲＴディスプレイ４上でア
ニメーシヨンで溶接作業をシミユレートする。

この過程で、ロボットの動作範囲のチェックが自動的に
行われ、動作範囲を超える場合は、ロボットのどのアー
ムが動作範囲を超えているのかを識別回部に表示する。

オペレータは、シミュレーション中の任意の時点で、一
時停止させたり、画の一部を拡大したり、視点を変えた
りして、ロボットのアームとワークの干渉や溶接トーチ
の位置・姿勢などをチェックすることができる。

ロボットの動作範囲を超える部分があったり、ロボット
とワークの干渉を発見したり、その他の望ましくない動
作を発見すると、そこでシミュレーションの進行を中断
し、溶接トーチの位置・姿勢やターンテーブルの位置等
を修正することができる。

そして、かかる修正を加えつつ動作シミュレーションを
行えば、あたかもリモート教示を行っているかのような
感覚で好ましい溶接データを作成することができる。

動作シミュレーションで満足できる結果が得られれば、
その溶接データをファイルに収納する。

■「教示データ出力」 教示データ出力処理は、動作シュミレーシランの結果得
られた好ましい溶接データを教示データに＆１集し、出
力する処理である。

このとき、溶接データに、他の溶接条件やタイマー条件
等を付加して、一層完全な教示データとし、これを出力
することができる。

出力の手段として、最も好ましいものは、伝送ラインを
通じて直接に溶接ロボットのティーチングデータバソフ
ァに送り込むものである。ｆｇ接接水ボット、送り込ま
れた教示データを割り込み処理にて収納するので、ワー
クに対する作業に支障を生じることはない、また、カセ
ットテープやフロッピィディスク等の媒体に出力し、そ
のカセットテープやフロッピィディスクを溶接ロボット
に読み炊らせるようにしてもよい。

教示データはファイルに収納される。

■「補助」 補助処理は、データディスケットの初期化処理や、ＸＹ
プロッターにＣＲＴディスプレイの画面そのものを打ち
出したりするような補助的な処理を行うものである。

上記７つの処理機能の説明から理解されるように、この
オンライン教示システム１によれば、次のような効果が
得られる。

■　通常のいわゆるパソコンと同程度のハードウェア構
成でよいから、また、教示用ロボットやワークの実物を
必要としないから、構成が簡単であり、設備負担が小さ
い。

■　オフライン教示であるから、生産ラインを停止させ
る必要がなく、生産効率を向上できる。

■　図面さえあればよいから、ワークの図面設計終了時
点で作業上の不都合がないかを動作シミュレーションし
てチェックできる。従ってワークの製造前に通切な修正
を行うことができ、作業しやすいワークの製造に役立つ
。

■　オフライン教示では、常に現実とのずれが心配され
、それがオフライン教示を普及させない心理的要因とな
っているが、動作シュミレーシランを繰り返し行うこと
でかかる不安を取り除くことができる。

そして、上記■「溶接データ入力」処理において、ワー
クモデルと同縮尺の溶接トーチを表す楔形グラフィック
カーソルに２により、ワークと溶接トーチの干渉の有無
を容易に且つ確実にチェックできる。また、向きと位置
を持つ楔形グラフィックカーソルに２により、溶接トー
チの姿勢と位置を容易に且つ確実に教示することができ
る。

発明の効果 本発明によれば、画像表示装置にワークモデルとグラフ
ィックカーソルを表示し、そのグラフィックカーソルを
用いて作業点または作業線を教示するロボットのオフラ
イン教示システムにおいて、画面に表示するワークモデ
ルの縮尺と同じ縮尺にした作業工具の大きさを表し且つ
作業工具の向きと位置とを表示しうるパターンのグラフ
ィックカーソルを表示することを特徴とするロボットの
オフライン教示方法が提供され、これによりオフライン
教示の段階において容易に且つ確実にワークと作業工具
の干渉のを無をチェックできるようになる。また、溶接
トーチの姿勢と位置を容易に且つ確実に教示することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボットのオフライン教示方法を実施
しうるロボットのオフライン教示システムの一例の外観
図、第２図は第１図に示すシステムの表示画面の一例を
示す画面図、第３図は第１図に示すシステムの処理機能
を模式的に示すフローチャート、第４図はワークの一例
の斜視図、第５図（ａｌ　（ｂｌ　Ｔｅｌ　＋ｄ＋は第
４図に示すワークの正面図、右側面図、平面図、底面図
、第６図は第４図に示すワークを上下に分割して示した
分解斜視図、第７図はワークの他の一例の斜視図、第８
図（ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ１は第７図に示すワークを構成
する単純な形状のワークの斜視図、第９図はワークモデ
ル＆ＩＩ集時の１つの画面を示す画面図、第１Ｏ図は同
画面図、第１１図は合成されて新たに形成されたワーク
モデルの斜視図、第１２図は溶接線を指定する場合の画
面の一例の画面図、第１３図は第１２図の画面の一部を
拡大した画面の一例の画面図、第１４図は溶接トーチの
位置・姿勢を入力する場合の画面の一例の画面図、第１
５図は第１４図に示す画面の一部を拡大して見た画面の
画面図、第１６ｖＩＪは指定された作業点を表示した画
面の一例の画面図、第１７図は溶接ロボットを表現した
画面の一例の画面図、第１８図はロボット座標系とター
ンテーブルの座標系の関係を示す模式図、第１９図はワ
ークとロボットの位置関係を表わす画面の一例の画面図
、第２０図は動作シミニレ−シラン時に表示される画面
の一例の画面図である。 （符号の説明） １・・・ロボットのオフライン教示システム２・・・デ
ジタイザー ３・・・キーボード ４・・・ＣＲＴディスプレイ ５・・・フロッピィディスク装置 ６・・・コンビエータ に１・・・グラフィックカーソル に２・・・楔形グラフィックカーソル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像表示装置にワークモデルとグラフィックカーソ
   ルを表示し、そのグラフィックカーソルを用いて作業点
   または作業線を教示するロボットのオフライン教示シス
   テムにおいて、画面に表示するワークモデルの縮尺と同
   じ 縮尺にした作業工具の大きさを表し且つ作業工具の向き
   と位置とを表示しうるパターンのグラフィックカーソル
   を表示することを特徴とするロボットのオフライン教示
   方法。 ２、グラフィックカーソルの向きと位置とを指定するこ
   とを通じて、作業工具の姿勢およびワークに対する相対
   位置を教示する特許請求の範囲第１項に記載のロボット
   のオフライン教示方法。 ３、グラフィックカーソルのパターンが、錐体図形であ
   り、その向きで作業工具の姿勢を教示し、その頂点の位
   置で作業工具の作用点の位置を教示し、その大きさが、
   画面に表示されたワークモデルと同縮尺にした作業工具
   の大きさを示す特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   のロボットのオフライン教示方法。 ４、画面の空間モデルにおいてグラフィックカーソルの
   位置を指定し、作業空間での作業工具の位置を教示する
   特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか一つに記載
   のロボットのオフライン教示方法。 ５、画面のワークモデルに対してグラフィックカーソル
   の位置を指定し、ワークに対する相対位置で作業工具の
   位置を教示する特許請求の範囲第１項から第４項のいず
   れか一つに記載のロボットのオフライン教示方法。