JPH05108131A - ロボツトの教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 教示作業を短時間で容易に行うことが可能な
ロボットの教示装置を提供する。 【構成】 ロボット本体１は、Ｚ軸移送装置４の先端部
の液剤塗布ツール５を、固定配置されたワーク６に対し
て、その作業線７に沿ってトレースさせることにより液
剤塗布作業を行う。塗布作業を行うにあたり、ＣＣＤカ
メラ９により作業線７上にマーキングを施したワーク６
が撮影され、この画像データが画像処理装置１０に送ら
れる。画像処理装置１０は、作業線７に対応した座標列
のデータを得、このデータを計算機１１に送る。計算機
１１は、その作業線データを、ロボットの内部座標に変
換して液剤塗布ツール５がトレースすべき経路を設定
し、さらにロボットの動作プログラムを作成して制御装
置８に送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定配置されたワーク
に対し、液剤の塗布，切断，トリミング，ばり取り等の
作業を所定の経路にてツールをトレースすることにより
行うようにしたロボットに、前記経路を教示するための
ロボットの教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば板材等のワークの表面の所定の線
（作業線）に沿って液剤を塗布する作業を行うロボット
にあっては、ロボットの制御装置は、アーム先端に設け
られたツール（塗布ガン）を、液剤を吐出させつつ前記
作業線に沿う所定の経路にて移動させることを繰返し実
行させる。このようなロボットにおいては、一般に、ロ
ボットによる作業を開始させるにあたって、ティーチン
グプレイバック方式による教示が行われる。

【０００３】この教示（ティーチング）は、前記ワーク
の作業線上に、オペレータが複数個の目標点を設定し、
手動操作によりツールをそれら目標点上に実際に動かし
つつ、それら各目標点の座標をロボットの制御装置に記
憶させることにより行われる。そして、記憶させた各目
標点の間を、直線，円弧，スプライン曲線等により補間
して前記作業線に沿った所定の経路を得るようにロボッ
トの動作プログラムを設定するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の教示方式では、作業線の形状が複雑になってく
ると多数個の目標点を教示させなければならない関係
上、教示作業が面倒で時間がかかるものとなってしま
う。特に、ワークが多品種であったり短期間で品種の切
替えを行わなければならない場合などには、従来のティ
ーチングプレイバック方式による教示では対応しきれな
くなってきている。従って、本発明の目的は、教示作業
を短時間で容易に行うことが可能なロボットの教示装置
を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のロボットの教示
装置は、固定配置されたワークに対し、このワークの作
業線に沿った経路にてツールをトレースすることにより
作業を行うロボットに、前記経路を教示するためのもの
であって、前記作業線に対応したマーキングが施された
ワークを撮影する撮像手段と、この撮像手段により得ら
れた画像データから作業線を検出する作業線検出手段
と、この作業線検出手段により検出された作業線データ
に基づいて前記ツールの経路を設定する経路設定手段と
を具備するところに特徴を有する。

【０００６】

【作用】上記手段によれば、ワークに作業線に対応した
マーキングを施し、このワークを撮像手段により撮影す
ることにより、その画像データから、作業線検出手段が
作業線を自動的に検出する。そして、その作業線検出手
段により得られた作業線データから、経路設定手段がツ
ールの経路を自動的に設定する。

【０００７】従って、オペレータが、手動操作によりツ
ールをワークの作業線上の複数個の目標点にいちいち移
動させる必要がなくなり、この結果、教示作業を容易に
済ませることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図１乃至図
５を参照して説明する。尚、ここでは、平板状のワーク
の表面に液剤を塗布する場合を例として取上げている。

【０００９】図１は制御系を含むロボットの全体の構成
を示しており、ここで、ロボット本体１は、周知の３軸
直交座標形ロボットよりなり、図示しない加工テーブル
上に、Ｘ軸移送装置２及びＹ軸移送装置３並びにＺ軸移
送装置４を備えて構成されている。前記Ｘ軸移送装置２
は加工テーブルに固定的に設けられ、図示しないモータ
などからなる駆動機構により、前記Ｙ軸移送装置３をＸ
軸方向に自在に移動させるようになっている。

【００１０】前記Ｙ軸移送装置３は、これも図示しない
駆動機構により、先端に設けられたＺ軸移送装置４をＹ
軸方向に自在に移動させるようになっている。そして、
前記Ｚ軸移送装置４の先端部には、液剤塗布ツール５が
取付けられている。これにて、液剤塗布ツール５は、常
に下向きの同一姿勢を保ちながら、前記Ｘ軸移送装置２
及びＹ軸移送装置３により、Ｘ−Ｙ平面上の任意の位置
に自在に移動され、また、Ｚ軸移送装置４により上下方
向の任意の位置に自在に移動されるようになっている。
この液剤塗布ツール５は、下向きのノズル部５ａを有
し、その先端から液剤が所定速度で吐出されるように構
成されている。

【００１１】一方、平板状をなすワーク６は、前記加工
テーブル上に表面を上向きにして固定配置されるように
なっている。本実施例では、ワーク６は、図３や図４に
も示すように、角部に丸みを有する略平行四辺形状をな
し、前記ロボット本体１は、このワーク６の表面に、そ
の周縁部より所定の幅だけ内側に位置して環状に液剤を
塗布する作業を行うようになっている。この液剤が塗布
されるべき環状の部位がワーク６の作業線７となるので
ある。

【００１２】そして、前記ロボット本体１は、マイクロ
コンピュータ等から構成される制御装置８により制御さ
れるようになっている。この場合、液剤塗布ツール５
は、高さ位置（Ｚ軸座標）を一定にしたまま、液剤を吐
出しつつ前記作業線７に沿った経路にてトレースされる
ことにより、液剤の塗布作業を実行する。この作業を行
うにあたって、前記制御装置８は、後述するように、メ
モリに記憶された動作プログラムに従って、サンプリン
グ制御によりロボット本体１の各軸のモータ等を制御す
るようになっている。

【００１３】さて、上述のようなロボット本体１による
液剤の塗布作業を行うにあたっては、前記液剤塗布ツー
ル５がトレースすべき経路に関するデータが必要となる
が、この経路に関するデータは、以下のように構成され
た本実施例に係る教示装置により、自動的に作成される
ようになっている。

【００１４】即ち、前記Ｚ軸移送装置４には、撮像手段
たるＣＣＤカメラ９が設けられている。このＣＣＤカメ
ラ９は、前記ワーク６を撮影するためのものであるが、
この場合、後述するように、マーキングを施してないワ
ーク６と、作業線７上にマーキングを施したワーク６と
の２つの画像を撮影するようになっている。

【００１５】このＣＣＤカメラ９による画像データは、
画像処理装置１０に送られるようになっている。この画
像処理装置１０は、上記２つの画像を二値化処理し、一
方を白黒反転して他方との和をとることにより、前記マ
ーキングの画像を抽出する。さらに、そのマーキングの
画像を１ピクセル幅に細線化して、作業線７に対応した
座標列のデータを得るようになっている。従って、この
画像処理装置１０が、本発明にいう作業線検出手段とし
て機能する。

【００１６】そして、この座標列のデータは、例えばパ
ーソナルコンピュータからなる計算機１１に送られる。
この計算機１１は、前記作業線７に対応した座標列のデ
ータを、予め設定されたキャリブレーション式により、
ロボットの内部座標に変換して前記液剤塗布ツール５が
トレースすべき経路を設定する。従って、この計算機１
１が、本発明にいう経路設定手段として機能するように
なっている。

【００１７】さらに、この計算機１１は、ロボットの動
作速度（液剤塗布ツール５の移動速度）が設定されるこ
とに伴い、ロボット本体１の制御サンプリング時刻ごと
の座標を前記データより補間計算して求め、位置指令デ
ータを作成する。そして、この位置指令に、液剤塗布ツ
ール５の上下方向（Ｚ軸方向）の位置、周辺装置とのイ
ンターロックや液剤塗布ツール５のオン・オフ条件等を
付け加えることにより、動作プログラムを自動的に作成
するようになっている。この動作プログラムは、前記制
御装置８に送られ、メモリに記憶されるのである。

【００１８】次に、上記構成の作用について、図２乃至
図５も参照して述べる。図２には、ロボット本体１によ
るワーク６への液剤の塗布作業を行うにあたって、本実
施例に係る教示装置が液剤塗布ツール５の経路を自動的
に設定し、さらに動作プログラムを作成して制御装置８
に入力する手順を示している。

【００１９】まず、ステップＳ１では、ＣＣＤカメラ９
によるワーク６の撮影が行われる。この撮影は、図４に
示すように、ワーク６が所定の作業位置に固定配置され
た状態で、その上方にＣＣＤカメラ９を移動させて行
う。このとき、ＣＣＤカメラ９の画面９ａには、図４に
示すようにワーク６の画像が撮影され、その画像データ
は、画像処理装置１０にて二値化処理される。図３
（ａ）には、このときの二値化画像が示されており、こ
こでは、ワーク６が黒レベル、背景が白レベルの画像と
されている。

【００２０】次のステップＳ２では、オペレータによ
り、前記ワーク６の作業線７のマーキングが行われる。
そして、ステップＳ３では、ステップＳ１と同様にして
ＣＣＤカメラ９により、マーキングが施されたワーク６
の撮影が行われる。この画像データも、画像処理装置１
０にて二値化処理される。図３（ｂ）は、このときの二
値化画像を示し、背景及びマーキング部分が白レベルの
画像となる。

【００２１】このように、画像処理装置１０に２つの画
像データが入力されると、ステップＳ４にて、画像処理
装置１０は、一方を白黒反転して他方との和をとること
により、図３（ｃ）に示すように、前記マーキングのみ
の画像を抽出する。この画像は、数ピクセルの幅を有す
る環状となっているため、ステップＳ５にて、画像処理
装置１０は、図３（ｄ）に示すように、そのマーキング
画像の幅の中心を通るような１ピクセル幅の細線を抽出
する。

【００２２】さらに、ステップＳ６にて、前記マーキン
グ画像を１ピクセル幅に細線化した画像を構成する各点
の座標（ｘ，ｙ）から、作業線データたる座標列（ｘ1
，ｙ1 ），（ｘ2 ，ｙ2 ），……（ｘn ，ｙn ）が求
められる。この座標列は、ワーク６の作業線７に相当す
るものであるが、この場合、液剤の塗布作業は、例えば
ワーク６の作業線７のうち、右上部分から時計回り方向
に一周するように行われ、その作業の始点が座標（ｘ1
，ｙ1 ）に対応し、終点が座標（ｘn ，ｙn ）に対応
するのである。

【００２３】この座標列のデータは計算機１１に入力さ
れ、計算機１１は、ステップＳ７にて、その座標列のデ
ータをキャリブレーション式によりロボットの内部座標
（Ｘ，，Ｙ）に変換し、前記液剤塗布ツール５がトレー
スすべき経路データを求める。この経路データは、ＸＹ
座標列（Ｘ1 ，Ｙ1 ），（Ｘ2 ，Ｙ2 ），……（Ｘn，
Ｙn ）で表わされる。

【００２４】そして、ステップＳ８にて、ロボットの動
作速度が設定されると、動作時間に対する液剤塗布ツー
ル５のＸ，Ｙ座標が、図５（ａ）に示すように決定され
る。ステップＳ９にて、計算機１１は、この関係から、
各サンプリング時刻における位置座標を求める。この場
合、サンプリングの時間間隔がΔｔとすると、図５
（ｂ）に示すように、各サンプリング時刻における座標
列（Ｘ1 ´，Ｙ1 ´），（Ｘ2 ´，Ｙ2 ´），……（Ｘ
m ´，Ｙm ´）が、上記図５（ａ）の各データを補間す
ることにより求められる。これら各座標が、ロボットの
位置指令となるのである。

【００２５】さらに、液剤塗布ツール５の上下方向（Ｚ
軸方向）の位置座標、周辺装置とのインターロックや液
剤塗布ツール５のオン・オフ条件等が設定されると、ス
テップＳ１０にて、計算機１１は、それらのデータと前
記位置指令とから動作プログラムを作成する。ステップ
Ｓ１１にて、この動作プログラムが前記制御装置８のメ
モリに書込まれ、しかる後、ロボット本体１が起動され
るのである（ステップＳ１２）。

【００２６】制御装置８は、このように作成された動作
プログラムにより、ロボット本体１を制御し、これによ
り、液剤塗布ツール５は、加工テーブル上に固定配置さ
れたワーク６の上方を、液剤を吐出しつつワーク６の作
業線７に沿った経路でトレースされ、もって、ワーク６
に対する液剤塗布作業が実行されるのである。この作業
は同一種類のワーク６に対して繰返し実行され、ワーク
６の種類が変更される場合には、再び上述のような動作
プログラムの作成が行われるのである。

【００２７】このように本実施例によれば、従来では手
動操作に基づいて行っていた教示作業が、自動的に行わ
れるようになる。従って、作業線の形状が複雑なワーク
であっても、教示作業を面倒な作業なしに短時間にて済
ませることができ、ひいては、多品種少量生産に十分に
対応することが可能となるものである。

【００２８】尚、上記実施例では、ワーク６が平板状
（Ｚ軸座標が常に一定）の場合について説明したが、図
６に示すように、ワーク２１が例えば液剤を塗布すべき
面に起伏を有している場合もあり、このような場合には
位置指令にＸ軸，Ｙ軸座標の他にＺ軸座標も必要となっ
てくる。かかる場合については、上記実施例における構
成に加えて、例えば液剤塗布ツール５に距離センサ２２
を設けるようにすれば良い。

【００２９】即ち、まず、ＸＹ座標での動作プログラム
を上記実施例で説明したと同様に作成し、この後、Ｚ軸
座標を固定した状態でその動作プログラムにより液剤塗
布ツール５を動作させる。そして、このときに、位置指
令のサンプリング時刻ごとに距離センサ２２によるワー
ク２１との間の距離の測定を行い、そのデータから、液
剤塗布ツール５にノズル５ａの先端が常にワーク２１の
表面から塗布作業に最適な一定距離を保つようにサンプ
リング時刻ごとのＺ軸座標列を求め、上記動作プログラ
ムにこのＺ軸座標を加味して、最終的な動作プログラム
を作成するのである。

【００３０】さらに、上記実施例では、ツールの姿勢が
常に一定な液剤塗布作業を行う場合について説明した
が、ロボットにより例えばカッターによる切断作業を行
う場合には、図７に示すように、切断用ツール２３の向
きを常に作業線７の接線方向に一致させていなければな
らない。このような場合には、切断用ツール２３の水平
方向の回転角度（θ軸）の指令データが必要となる。

【００３１】かかる場合には、図７に示すように、画像
データから、隣接する各点を結んだ線分の傾き（θ1 ，
θ2 ，……θn ）を求めて、これをθ軸の指令として動
作プログラムに加味するようにすれば良い。

【００３２】その他、本発明は上記し且つ図面に示した
実施例に限定されるものではなく、例えばツールとして
は、液剤塗布や切断のほかにもトリミング，ばり取り，
穴あけ等を行うものであっても良く、また、３軸直角座
標形ロボットの他にも多関節形ロボットや円筒座標形ロ
ボットにも適用できるなど、要旨を逸脱しない範囲内で
適宜変更して実施し得るものである。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
のロボットの教示装置によれば、作業線に対応したマー
キングが施されたワークを撮影する撮像手段と、この撮
像手段により得られた画像データから作業線を検出する
作業線検出手段と、この作業線検出手段により検出され
た作業線データに基づいてツールの経路を設定する経路
設定手段とを設けたので、ツールの経路を自動的に設定
することができ、この結果、教示作業を短時間で容易に
行うことができるという優れた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、制御系を含む
ロボットの全体構成を示す斜視図

【図２】動作プログラム作成の手順を示す図

【図３】画像処理装置による二値化画像を示す図

【図４】ＣＣＤカメラによるワークの撮影時の様子を示
す斜視図

【図５】位置指令値の算出方法を説明するための図

【図６】本発明の他の実施例を示す要部の側面図

【図７】図６とは異なる他の実施例を示すθ軸指令の算
出方法を説明するための図

【符号の説明】

図面中、１はロボット本体、５は液剤塗布ツール（ツー
ル）、６，２１はワーク、７は作業線、８は制御装置、
９はＣＣＤカメラ（撮像手段）、１０は画像処理装置
（作業線検出手段）、１１は計算機（経路設定手段）、
２２は距離センサを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定配置されたワークに対し、このワー
   クの作業線に沿った経路にてツールをトレースすること
   により作業を行うロボットに、前記経路を教示するため
   のものであって、前記作業線に対応したマーキングが施
   されたワークを撮影する撮像手段と、この撮像手段によ
   り得られた画像データから作業線を検出する作業線検出
   手段と、この作業線検出手段により検出された作業線デ
   ータに基づいて前記ツールの経路を設定する経路設定手
   段とを具備することを特徴とするロボットの教示装置。