JPH0699376A - ロボット軌道を教示するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明の目的は、ロボット軌道に関わる情報
を入力・編集する利用者の負担をできるだけ軽減し、誤
差の少ない軌道情報を効率的に生成するロボット軌道を
教示するための方法及びシステムを提供することであ
る。 【構成】 本発明は表示装置を有するコンピュータ・シ
ステム１００と、表示装置１０１に画面上で指定された
ロボット軌道情報を指定し、指定された位置でロボット
軌道に対する変更操作に基づいて視覚的イメージを変更
する軌道情報指定手段２０１とを有し、コンピュータ・
システムに結合されるポインティング装置２００とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット軌道を教示す
るための方法及びシステムに係り、特に、ロボット教示
技術分野、ロボット・マニピュレータの制御技術分野、
及び人間と機械の対話に関するヒューマンインタフェー
ス技術分野に属するもので、具体的にはロボット利用者
がロボットに実行して貰いたい作業をロボットに効率的
に伝えるロボット作業教示装置（情報入力インタフェー
ス装置）を用いたロボット軌道を教示するための方法及
びシステムに関する。

【０００２】さらに詳しくは、ロボット作業教示装置に
より対象とするワークの形状にならった軌道を持つ加工
作業一般の軌道情報をコンピュータの表示に基づいて効
率的に生成するために改良された方法に関するものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、ロボットの軌道教示には位置・姿
勢情報を教示するダイレクトティーチ法、リモートティ
ーチ法、間接ティーチ法及びオフラインティーチ法があ
る（引用文献：「ロボット工学ハンドブック」、日本ロ
ボット学会編、１９９０年コロナ社発行、pp.519-52
9）。

【０００４】上記従来の第１の方法であるダイレクトテ
ィーチ法は、ロボットのアーム部を直接動かす方法であ
る。上記従来の第２の方法であるリモートティーチ法
は、ロボット本体から離れた場所において、ティーチン
グペンダントと呼ばれる教示装置でロボットアームに直
接触れることなく教示を行う方法である。上記従来の第
３の方法である間接ティーチ法は、教示専用のマニピュ
レーションアームを用意し、このアームの手先部が所要
の経路に沿って動作するように操作し、この時のアーム
位置・姿勢を記憶させることによりロボットに教示を行
う方法である。上記従来の第４の方法であるオフライン
ティーチ法は実際に作業を行うロボットを用いることな
く、実作業環境から離れて教示する方法である。この方
法では、既に形状設計されたワークの幾何形状情報を利
用してロボットの軌道を生成することができるため、作
業者の負担を大きく軽減できるという長所をもってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第１〜第３の方法はいずれも入力された軌道情報を
先ず表示し、変更作業を行うためには、数値で表現され
た軌道情報を文字表示装置に表示し、利用者はその表示
された行を指定してその数値を変更する必要がある。利
用者はそのために数値で表現された教示点の情報により
所望の位置の教示点を発見しなければならず、利用者に
熟練を強いるという欠点がある。また、教示点を所望の
位置・姿勢に修正するには、直接その数値を変更する
か、または、上記の教示方法を用いて再度その点の新し
いデータを取り込む必要があり、操作の繁雑さを招き、
教示作業の効率を低下させることがある。

【０００６】また、上記従来の第４の方法であるオフラ
インティーチ法は、軌道教示にはＣＡＤ等によりすでに
生成されたワークの幾何形状情報を前提としているた
め、ＣＡＤによるワークの形状情報を利用しづらい加工
作業には適用が困難である。

【０００７】オフラインティーチ法で生成された軌道を
実作業環境で動作させようとすると、マニピュレータ、
治具、ワーク等の実環境での誤差要因により誤差が生じ
ることが多い。誤差を減少させるためにマニピュレータ
のキャリブレーションを綿密に行う等の対処が行われる
が、マニピュレータの繰り返し精度に比べ、キャリブレ
ーションで追い込んだ絶対精度は一般に大きく、現物合
わせが必要である。現物合わせによる軌道の修正は、上
記のダイレクトティーチ法と同様に繁雑な操作が必要と
なる。

【０００８】さらに、新しい製品に対応するために製造
ラインの更新サイクルが短くなるほど、ロボットの軌道
教示の駆動コストの示す割合が大きくなり、軌道教示の
効率が問題となる。上記の実環境の誤差の問題で最初に
入力された軌道を最終的な軌道に編集する編集・調整作
業が軌道教示全体に占める割合が大きく、この部分での
ヒューマンインタフェースの改善の及ぼす効果は大き
い。

【０００９】また、上記の従来の方法は、いづれもマニ
ピュレータの位置・姿勢情報を教示するものであり、ロ
ボットの作業の位置・姿勢以外に力の目標及びマニピュ
レータとワークの間の相対的な柔らかさに関する設定の
ためのコンプライアンス・マトリックス等の運動に付随
した情報を直接与えることができない。

【００１０】また、いずれの方法でも教示点の位置・姿
勢を与えるコマンドの前後でパラメータ設定のコマンド
を挿入したり、あるいは、教示点を与えるコマンドの引
き数として与えるしかない。このような運動に付随した
情報を編集するには一般にテキスト編集エディタを用い
て、そのコマンド行を選択し、その行を書き換えること
によって行うため、コマンド行のサーチ・選択に労力が
かかる。さらに、同様なコマンドが多箇所に出現するた
め、本当に修正すべきコマンドの発見に手間取る、ある
いは、誤りが多い等の問題点がある。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
上記問題点を解決し、ロボット軌道に関わる情報を入力
・編集する利用者の負担をできるだけ軽減し、誤差の少
ない軌道情報を効率的に生成するロボット軌道を教示す
るための方法及びシステムを提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図を示し、図２は本発明の原理構成図を示す。

【００１３】本発明は、表示装置を有するコンピュータ
・システムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法
であって、コンピュータ・システムの表示装置内にワー
クの形状情報と形状情報の中でワークのエッジを構成す
る接触点を結んだ接触点軌跡情報とロボット軌道情報を
同時に視覚的イメージに変換して表示し、表示装置の画
面上で利用者により指定されたロボット軌道情報に対す
る変更操作に基づいて編集されたロボット軌道情報の視
覚的イメージを表示する。

【００１４】また、本発明は、表示装置を有するコンピ
ュータ・システムを利用して、ロボットの軌道を作成す
る方法において、ロボットの軌道の軌跡の開始点から終
点までの間の軌道の表示色を連続的に変化させて表示装
置に表示する。

【００１５】本発明は表示装置を有するコンピュータ・
システムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法に
おいて、軌道の軌跡の開始点から終点までの間の軌道を
順に輝度を変化させて表示装置に点滅表示する。

【００１６】本発明は、表示装置を有するコンピュータ
・システムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法
において、ロボット軌道情報を構成する教示点における
運動の自然拘束情報と人工拘束情報を教示点の属性情報
として含み、教示点における自然拘束情報と、人工拘束
情報を表示装置に表示し、表示画面上で利用者により指
定された自然拘束情報と、人工拘束情報の変更操作に基
づいて編集された自然拘束情報及び人工拘束情報を表示
する。

【００１７】本発明は、表示装置を有するコンピュータ
・システムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法
において、ロボット軌道情報を構成する教示点情報に教
示点の位置に関する正確さの情報を含み、教示点におけ
る位置の正確さを表示画面に表示し、表示画面上で利用
者により指定された正確さの情報の変更操作に基づいて
編集された正確さの情報を表示する。

【００１８】本発明は、表示装置及びポインティング装
置を有するコンピュータ・システムを利用して、ロボッ
トの軌道を作成する方法であって、コンピュータ・シス
テムの表示装置内に表示された接触点又は軌道上の教示
点をポインティング装置により選択し、接触点または軌
道上の教示点の属性情報を表示し、属性情報を必要に応
じて書き換え、書き換えられた属性情報を入力し、書き
換えられた属性情報に基づいてロボット軌道を生成す
る。

【００１９】本発明は、表示装置及びポインティング装
置を有するコンピュータ・システムを利用して、ロボッ
トの軌道を作成する方法であって、コンピュータ・シス
テムの表示装置内に表示された接触点軌跡または、ロボ
ット軌道の全部または一部を選択し、利用者による任意
の変更操作を行い、選択された接触点軌跡またはロボッ
ト軌道に含まれる全ての接触点及び教示点の属性を利用
者による任意の変更操作に従って変更して表示する。

【００２０】本発明はコンピュータ・システムの表示装
置内にワークの形状情報と工具の接触点軌跡情報とロボ
ット軌道情報を同時に視覚的イメージに変換する視覚的
イメージ変換手段と、イメージ変換手段により変換され
たイメージを表示するイメージ表示手段とを含む表示装
置を有するコンピュータ・システムと、表示装置に画面
上で指定されたロボット軌道情報を指定し、指定された
位置でロボット軌道に対する変更操作に基づいて視覚的
イメージを変更する軌道情報指定手段とを有し、コンピ
ュータ・システムに結合されるポインティング装置とを
有する。

【００２１】

【作用】本発明は、表示装置を有するコンピュータ・シ
ステムを利用して、表示装置内にワークの形状情報とワ
ークと接触点軌跡情報とロボット軌道情報を同時に視覚
的イメージに変換して表示し、表示された情報に対する
変更操作を行い、変更された情報を表示装置内に表示す
ることにより、ワークの形状情報、接触点軌跡情報、軌
道情報の３種類の情報を表示するので、利用者は軌道の
修正・編集操作に対して操作の及ぼす変化を常に把握
し、ワーク形状との空間位置関係を確認しながら入力す
ることができる。

【００２２】また、本発明は、表示装置に表示された軌
道の軌跡の開始点から終点までの間の表示色を連続的に
変化させて表示し、さらに、開始点から終点までの間の
教示点位置を連続的に輝度の変換により点滅表示する。
これにより利用者は、空間的な軌道の位置及び進行の方
向を利用者が容易に把握できる。さらに、軌跡の開始点
から終点までの間の表示色を連続的に変化させる、或い
は、軌道順序を点滅表示させることにより軌道の進行方
向を把握しながら操作することができる。

【００２３】また、本発明は、教示点情報の属性とし
て、運動の引力、重力等の自然拘束情報と自然拘束情報
以外の人工拘束情報を保持し、その情報を編集すること
により運動の制御則を作用点まわりの局所座標系におい
て６自由度に分解して細かく指定することができ、接触
点をもつ接触倣い作業やセンサーフィードバック作業の
作業教示を容易にすることができる。

【００２４】また、本発明は教示点情報の属性として教
示点の位置に関する正確さの情報を保持し、編集するこ
とにより利用者が教示点の位置を修正・編集するために
正確さの情報を参考にしながらマニピュレータが軌道に
沿って運動するときに起こり得る対象物の形状変動、位
置変動などの不確定要因に対して、教示点の位置に関す
る正確さ情報をもとにして実軌道を生成することがで
き、不確定要因にも対処しながらロボットマニピュレー
タに対する教示ができる。

【００２５】また、ポインティング装置により教示点ま
たは接触点を選択し、その位置を変更するためのダイア
ログボックスを用いて属性値書き換えのためのユーザイ
ンタフェースを用いることにより、利用者による軌道上
の各教示点での速度・姿勢に関する属性値の指定が容易
になり、空間的な点の位置を把握し易く、点の選択作業
及び軌道編集作業の負担を軽減する。

【００２６】また、本発明は、接触点軌跡、ロボット軌
道の全部または、一部を一括選択し、その接触点軌跡及
びロボットの軌跡に含まれる接触点及び教示点の属性を
修正・変更することにより、その点における位置・姿勢
・速度・力・コンプライアンス等の属性の一括修正、平
均化した値による修正、均等分割値による修正を行うこ
とができ、利用者の軌道の修正作業の負担を軽減する。
さらに、軌道あるいは作用点軌跡上の複数点を選択し、
選択された点群のもつ位置・姿勢・速度等の属性を選択
点群間で平均値を求め、その値で選択点群全ての属性を
書き換える平滑化操作、及び点群の開始点と終点の属性
値の変化を点群間でなだらかに吸収する平均補間操作、
及び開始点と終点の間の点群密度を変化させて、点群を
増減させ、点群の属性値を平滑化あるいは平均補間で与
える密度変更操作の３種類の操作に代表される点属性の
一括操作をメニュー等のコマンド指定インタフェースに
より提供する。これにより、滑らかな軌道が容易に作成
でき、利用者の軌道教示稼働を削減することが可能とな
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の軌道教示の方法とシステムに
ついて図面と共に説明する。

【００２８】図３は本発明の一実施例のコンピュータ・
システムとロボットシステムの構成を示す。

【００２９】同図において、ロボットシステムはロボッ
トマニピュレータ１、センサー固定治具２、レーザーレ
ンジスキャナ３、照射レーザ光４により構成され、コン
ピュータシステム５は、表示装置６、キーボード７、キ
ーボード接続ケーブル８、マウス９、マウス接続ケーブ
ル１０、処理装置１１、マニピュレータ・コントローラ
１２、コンピュータ接続ケーブル１３により構成され
る。

【００３０】コンピュータ・システム５の処理装置１１
は、グラフィックプロセッサ、記憶装置、中央演算処理
装置（図示せず）を含むことが望ましく、本実施例では
ワークステーションを利用する。処理装置１１には、表
示装置６、キーボード７及びグラフィック・ポインティ
ング装置であるマウス９が接続されている。表示装置６
はカラーモニタまたは、白黒モニタを利用してもよい。
キーボード７は標準のコンピュータキーボードとするこ
とが望ましく、ケーブル８により処理装置１１に結合さ
れる。

【００３１】なお、本実施例ではグラフィック・ポイン
ティング装置としてマウス９を用いるが、この例に限定
されることなく、ライトペンやタッチ画面、トラックボ
ール、ダイアルボタン等、どのようなグラフィックポイ
ンティング装置を用いてもよい。

【００３２】ロボット・マニピュレータ１の先端にはレ
ーザ・レンジスキャナ３が結合されている。ロボット・
マニピュレータ１は各関節軸にエンコーダ（図示せず）
を含むことが望ましい。エンコーダーにより、ロボット
・マニピュレータ１の位置・姿勢をキネマティック演算
により求めることができる。ロボット・マニピュレータ
１はダンパーモードで制御され、作業者は、レーザレン
ジスキャナ２を把持して、ロボット・マニピュレータ１
の可操作域内の自由な位置・姿勢にレーザレンジスキャ
ナ２を移動することができる。レーザレンジスキャナ２
を加工作業の軌道に沿って移動させ、移動中にレーザ光
を照射することによって、ワーク台１５上のワーク１４
の形状を計測する。

【００３３】一回のレーザ光照射によって得られるワー
クの形状を表す情報をフレーム情報という。レーザ光を
照射したときのレーザレンジスキャナ２の位置・姿勢は
その時のロボット・マニピュレータ１に含まれるエンコ
ーダの値によって求められる。測定されたセンサ情報と
レーザ・レンジスキャナ２の位置・姿勢情報はコンピュ
ータ・システム５に転送される。

【００３４】コンピュータ・システム５は測定されたフ
レーム情報とレーザレンジスキャナ２の位置・姿勢情報
とを演算することにより、世界座標系におけるワークの
形状の表面の位置情報を算出する。このワーク１４の表
面の位置情報はサーフェスモデルと呼ばれる。

【００３５】本発明では、ワーク形状のサーフェスモデ
ルを得るために、ロボット・マニピュレータ１とレーザ
レンジスキャナ２を使用するが、本発明を実現するため
にには、ＣＡＤ（Computer Aided Design)システムや、
３次元レーザデジタイジングシステム等のどのようなサ
ーフェスモデル生成装置を利用して本発明の方法を実施
してもよい。

【００３６】ロボット・マニピュレータ１はマニピュレ
ータ・コントローラ１２に接続されており、マニピュレ
ータ・コントローラ１２は、コンピュータ・システム５
から転送されたロボットの位置・姿勢目標値をもとに目
標位置姿勢となるようロボット・マニピュレータ１を制
御する。

【００３７】本実施例では、ロボット・マニピュレータ
１は、６自由度垂直多関節型ロボットが使用されている
が、目標位置・姿勢に手首を制御できるどのようなロボ
ット・マニピュレータを用いてもよい。

【００３８】図４は、本発明の一実施例の動作を説明す
るための図を示す。

【００３９】同図にはコンピュータ表示画面１６が表示
されている。このコンピュータ表示画面１６には、主表
示ウィンドウ１７、メニューバー１８、プルダウンメニ
ュー１９、マウス・カーソル２０、座標アイコン２１、
工具編集サブウィンンドウ２３、フレーム編集サブウィ
ンドウ２４、形状編集サブウィンドウ２５、選択ボタン
２６、選択ボタン群２７、フレーム情報２８、接触点軌
跡２９、ロボット軌道３０、複数オブジェクト選択線分
４０、アンカーポイント４１、複数オブジェクト選択線
分指定ポイント４２が示される。

【００４０】表示画面１６の主表示ウィンドウ１７には
対象とするワーク１４から得られた多数のフレーム情報
と、それぞれのフレーム情報のなかで定められた接触点
を結んだ接触点軌跡２９及びロボット軌道３０が表示さ
れている。フレーム情報はサーフェスモデルに含まれる
観測点群により構成され、このフレーム情報に含まれる
観測点群は順に接続されている。この実施例ではフレー
ム情報のなかでワーク１４のエッジを構成する点が接触
点であり、接触点軌跡２９は、接触点が順次接続されて
表示されたものである。

【００４１】なお、ワーク１４のサーフェスモデルの表
示は、本実施例のような複数のフレーム情報による表示
の他に、三角パッチ等の平面パッチ法のようなどのよう
な表示法を利用して実施してもよい。

【００４２】次に、メニューバー１８をマウスカーソル
２０が所定の位置に移動した時マウス９をクリックする
ことによりプルダウンメニュー１９が表示される。利用
者は、プルダウンメニュー１９に含まれるコマンドをマ
ウスカーソル２０で選択することにより、コマンドを指
定する。 なお、コマンドの選択法は、本実施例のよう
なプルダウンメニューの他のグラフィカルユーザインタ
フェースに基づく指定法を利用して本発明を実施しても
よい。

【００４３】なお、上記のことから、コマンド選択法は
いわゆるグラフィカルインターフェース標準、例えば、
アップル社の提唱するツールボックス、或いは、オープ
ンソフトウェア社の提唱するＯＳＦ／Motif などを利用
して本発明を実施してもよい。 選択ボタン群２７は、
複数の選択ボタン２６によって構成される。選択ボタン
２６は例えばフレーム情報を表示するかしないかのオン
・オフを指定するために用いられる。表示のオン・オフ
の指定には選択ボタンのほかにもメニューダイアログボ
ックス等どのようなユーザインタフェースを用いてもよ
い。

【００４４】次に動作について説明する。

【００４５】利用者は、ダンパー制御されたマニピュレ
ータの選択部を持ち、レーザレンジスキャナ３をワーク
１４上での接触点軌跡となるべき軌跡をレーザレンジス
キャナ３のスキャン領域の中に常に含むようにしてマニ
ピュレータ１を移動させる。なお、マニピュレータ１の
移動については、利用者が設定した概略軌道上をマニピ
ュレータ１を移行させるようにしてもよい。

【００４６】レーザレンジスキャナ３は移動中、一定間
隔あるいは、利用者の指定したタイミングでワーク１４
の形状を計測する。レーザレンジスキャナ３が１回に計
測した情報をフレーム情報（図示せず）と呼ぶ。フレー
ム情報を計測した時点のレーザレンジスキャナ３の世界
座標系における位置・姿勢情報をマニピュレータ１の各
関節に設置されたエンコーダ（図示せず）の情報をもと
に生成する。この位置・姿勢情報をロボット位置姿勢情
報と呼ぶ。計測したフレーム情報とロボット位置・姿勢
情報は逐次コンピュータ・システム５に転送されるか、
あるいは、移動中の情報を蓄えておいて、運動終了後に
コンピュータ・システム５に一括転送される。

【００４７】コンピュータ・システム５は転送されたフ
レーム情報とロボット位置・姿勢情報をもとにフレーム
情報を世界座標系に変換し、主表示ウィンドウ１７にフ
レーム情報２８として表示する。主表示ウィンドウ１７
に表示されたフレーム群はワーク１４の形状を表す形状
情報として利用者が利用することができる。フレーム情
報２８には接触点が含まれている。ユーザインタフェー
スを通じて利用者がそれぞれのフレーム情報に対し１点
の接触点を定め、さらに、接触点情報の連鎖を接触点軌
跡として、主表示ウィンドウ１７に表示する。この接触
点軌跡に対し、利用者はその接触点軌跡に基ついて軌道
の規制をユーザインタフェースを用いて入力する。

【００４８】形状点軌跡及び軌道はそれぞれ形状点及び
教示点で構成されている。表示画面１６中ではフレーム
情報２８、形状点、形状規制２９、教示点、軌道３０等
が選択対象となる。この場合の選択はマウス９の操作に
よって、画面中を移動するマウス・カーソル２０を上記
の選択対象上に持ってきた後、マウス９のボタンをクリ
ックすることにより行う。選択された対象の位置・姿勢
はマウス９を操作することにより行う。位置・姿勢の操
作は、マウス９以外の多次元データの入力装置を用いて
行ってもよい。

【００４９】軌道は開始点から終了点への方向性を持っ
ており、本実施例では開始点から終了点に向かって教示
点の表示色を以下のように次第に変更する。

【００５０】開始点＝（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ） 終了点＝（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ） ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はそれぞれ赤、緑、青の３原色
の強度を表し、０を最小、２５５を最大としている。

【００５１】開始点と終了点の間の点については、次の
色を与える。

【００５２】 教示点（ｉ）＝（（Ｘｓ＋ｉｘ（Ｘｅ−Ｘｓ）／ｎ）， （Ｘｓ＋ｉｘ（ｘｅ−Ｘｓ）／ｎ）， （Ｘｓ＋ｉｘ（Ｘｅ−Ｘｓ）／ｎ）） 但しｉ＝１，ｎ 本実施例では、Ｘｓ＝２５５，Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０，Ｘ
ｅ＝０，Ｙｅ＝２５５，Ｚｅ＝０とする。なお、本例で
は開始点が赤で終了点が青であるとする。

【００５３】このように開始点から終了点までの色を教
示点の進行に従って除々に変化させることにより、利用
者は軌道の信号方向を容易に理解することができる。

【００５４】色の変化は、本実施例のように赤から青の
補間にも利用者が容易に区別のつく色であるならば、開
始点と終了点の色はどのような組み合わせでもよい。ま
た、途中の教示点の色の変化も本実施例以外の方法にお
いても次第に色が変化する方法であれば、どのような方
法で実現してもよい。

【００５５】また、他の実施例として、メニューバー１
８内のたとえば“表示”と名付けられたメニューをマウ
スボタンを押下して選択し、押下したままメニューの中
で「点滅表示」というコマンドをクリックして、「点滅
表示」コマンドを選択した場合に、軌道の開始点から終
了点に向けて進行方向に順に教示点をハイライトさせ
る。ハイライトは例えば、その教示点の色として最大の
明度を与えられることにより得られる。これにより利用
者は軌道の信号方向を容易に理解することができる。

【００５６】教示点を選択した状態でメニューバー１８
の中の例えば「オブジェクト」というメニューをマウス
ボタンを押下して選択し、押下したまま「属性編集」の
コマンドをクリックすると属性編集ダイアログが主教示
ウィンドウ１７上に表示され、利用者はダイアログを通
じて現在の教示点の属性を読み取ることができると同時
にマウス９を操作してマウス・カーソル２０により属性
値を選択することにより属性値を入力・修正する。

【００５７】図５は、本発明の一実施例の属性編集ダイ
アログウィンドウの例を示す。

【００５８】ダイアログウィンドウはダイアログウィン
ドウ枠３８、属性指定・表示枠３１、アップダウンボタ
ン３２、加速型アップダウンボタン３３、コントロール
バー３４、スライダー３５、作業運動モデル指定・表示
枠３６、信頼度指定・表示枠３７により構成される。

【００５９】利用者は、属性編集ダイアログを通じてそ
の教示点における位置・姿勢情報、速度情報、作業運動
モデル、位置・姿勢の信頼度情報等の属性値が既に与え
られている場合は、これらを読み取ることができる。与
えられていなければ属性値を入力する。さらに、属性編
集ダイアログのそれぞれの属性値を修正・変更すること
ができる。

【００６０】位置・姿勢情報のうちのＸ，Ｙ，Ｚは世界
座標における教示点の位置を表し、アップダウンボタン
３２をマウス９よりクリックして、属性値を増加・減少
させることができる。加速側アップダウンボタン３３
は、アップダウンボタン３２と同様の働きをするがより
大きな変化率によって属性値の増減を行う。

【００６１】位置・姿勢情報のうちのＯ，Ａ，Ｔは世界
座標の姿勢に対する教示点でのローカル座標の姿勢を表
現するオイラー角を表している。このオイラー角を修正
・編集するには直接属性指定・表示枠を書き換える方法
の他にコントロールバー３４のスライダ３５を左右に変
化させることで、属性値を指定することができる。

【００６２】作業運動モデル指定・表示枠３６を用いて
与える作業運動モデルは例えば、文献「K.Kubota: “Co
mponent Feature Model for Robot Tasks ”, Proceedi
ngsof Internatinal Workshop on Intelligent Robots
and Systems IROS'91, vol.2, pp619-624, 1991」に示
されているようなＣＦモデルとよばれる運動の訂正モデ
ルがあげられる。

【００６３】図６は噴霧塗装例を示す図である。同図
は、上記の論文から転載した噴霧塗装作業例である。こ
の噴霧塗装作業中の運動は次のような訂正モデルで表現
される。 0,0,0,0,0,0, V(t),V(t),V(dist),V(dist),V(disk),Vfree,0,0,0,0,0,0 (1) 作業運動モデル指定・表示枠３６には、（１）式に示さ
れる文字列を入力する。教示システムは入力された作業
運動モデルに基づいて、６自由度の運動制御則を定め、
その制御則に従った制御プログラムを起動することによ
り、望ましいロボットの運動を実現する。

【００６４】位置・姿勢の信頼度指定・表示枠３７には
教示点の持つ位置・姿勢の信頼度をパーセント形式で入
力する。

【００６５】また、本実施例ではマウス９を操作して、
主表示ウィンドウ１７に表示されている複数の教示点あ
るいは、作用点などの点オブジェクトを選択した状態
で、メニューバー１８のうちの例えば「編集」というメ
ニューをマウスボタンをクリックして選択し、マウス９
のボタンを押下したままメニューの中で例えば「スムー
シング」というコマンドをクリックし、そのサブメニュ
ーから例えば「姿勢スムーシング」というコマンドを選
択する。これにより、軌道編集システムでは点群の開始
点と終点の属性値を用いて、点群の個数による等差数列
が求められ、その値で各点の属性を書き替える平均補間
を行う。属性が表示画面に変化を及ぼす場合には、表示
画面がコマンド操作に従って書き換えられる。

【００６６】同様に「速度スムージング」というコマン
ドを選択すると、軌道編集システムでは点群の速度属性
の平均値を求め、その値で各点の速度属性を書き換える
平滑化を行う。

【００６７】図７は本発明の一実施例の一連の動作を説
明するためのフローチャートを示す。

【００６８】ステップ１０：表示装置のメニューバー１
８より主表示ウィンドウ１７の画面上の利用者メニュー
を選択して点オブジェクトを検出する。

【００６９】ステップ１１：属性として「編集」を指定
した場合にはステップ１２に移行し、「編集」以外であ
れば、ステップ１０に戻る。

【００７０】ステップ１２：表示装置は、属性編集のダ
イアログ・ボックス表示１９を表示する。

【００７１】ステップ１３：利用者が指定したコマンド
を検出する。

【００７２】ステップ１４：候補群メニュー表示要求が
されているかを判断し、要求されていない場合にはステ
ップ１７に移行する。

【００７３】ステップ１５：候補群メニュー表示要求が
されている場合には、表示装置は、候補群メニューを表
示する。

【００７４】ステップ１６：制御則が指定されているこ
とを検出し、ステップ２０に移行する。

【００７５】ステップ１７：制御則指定されているかを
判断し、指定されている場合にはステップ２０に移行す
る。

【００７６】ステップ１８：制御則指定されていない場
合には、教示点の位置の正確さの情報が指定がされてい
るかを判断し、指定されていなければ、ステップ１３に
移行する。

【００７７】ステップ１９：教示点の位置の正確さの情
報が指定されている場合には、教示点位置の正確さデー
タを書き換える。

【００７８】ステップ２０：ステップ１７において制御
則指定されている場合には、指定されている属性に従っ
て制御則データを書き換える。

【００７９】本発明は、上記のように、第１にワークの
形状情報、接触点軌跡、軌道情報の３種類の情報を表示
するために、利用者の軌道の修正・編集操作に対し、操
作の及ぼす変化を常に把握し、ワーク形状との空間位置
関係を確かめながら作業教示の入力ができる。

【００８０】また、第２に軌跡の開始点から終点までの
間の表示色を連続的に変化させる、或いは、軌道順序を
点滅表示させ、軌道の進行方向を把握しながら操作でき
る。

【００８１】また、第３に運動の自然拘束と人工拘束の
関係を利用して、運動の制御則を作用点周りの局所座標
系において分解して指定する方法であるので、運動の制
御則を教示情報の属性として細かく指定することができ
る。

【００８２】また、第４に教示点情報の属性として、教
示点の位置に関する正確さを教示点情報の属性として入
力・編集することによりマニピュレータ１はその軌道に
沿って運動するときに起こり得る対象物の形状変動、位
置変更などの不確定要因についても、教示点の位置に関
する正確さ情報に基づいて実軌道を生成する。

【００８３】また、第５に速度・姿勢の編集、教示点の
選択にマウスボタンを利用してダイアログボックスを用
いた属性値書き換えを行うことにより、各教示点での速
度・姿勢に関する属性値の指定が容易である。

【００８４】また、第６に軌道あるいは、作用点軌跡上
の複数点を選択し、選択された点群のもつ位置・姿勢・
速度当の属性を選択点群間での平均値を求め、その値で
選択点群全ての属性を書き換える平滑化、及び点群の始
点と終点の属性値の変化を点群間でなだらかに吸収する
平均補間操作、始点と終点の間の点群密度を変化させて
点群を増減させる点群の属性値を平滑化操作、平均補間
で与える密度変更操作等の点属性の一括操作をメニュー
等のコマンド指定して、滑らかな軌道を作成する。

【００８５】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、利用者は
軌道生成に必要なワーク形状をフレーム情報の形式で容
易に入力することができ、また、形状情報だけでなく、
フレームの順序という形式で開始点から終了点までへの
方向性を示すの情報も同時に入力することができる。ま
た、本発明は、フレーム情報に基づいてマニピュレータ
の軌跡を生成しているために利用者は正確なロボットの
位置を保って入力しなくとも、たかだかレーザレンジス
キャナの測定領域のなかに接触点が入るように移動させ
ればよいため、軌道教示の利用者の負担を軽減すること
ができる。

【００８６】また、利用者は、表示画面に表示されたフ
レーム情報によってワーク１４の形状を理解することが
でき、フレーム情報を処理して得られる接触点軌跡及
び、接触点軌跡をもとに作成された軌道情報の３種類の
情報を同時に表示画面の中でその位置・姿勢を比較しな
がら確認することができる。これにより、利用者は３種
類の情報の空間位置関係を把握しやすく、最終的な出力
情報である軌道情報を効率良く作成することができる。

【００８７】次に、本発明では、軌跡の開始点から終了
点までの間の教示色を赤から青等へ等差的に連続に変化
させ、表示することにより、例えば、ある教示点を選択
したときにマニピュレータがその教示点からどちらの方
向へ進行するのかを利用者が容易に理解することがで
き、軌道に関しての誤解を減らすことができる。さら
に、空間上で近接した軌道上の教示点を選択するときに
も、色の差から利用者が選択しようとしている教示点を
はっきりと見定めることができ、選択操作が容易にな
る。

【００８８】さらに、本発明では、コマンド選択により
軌道に開始点から終了点までの間の教示点を次々に光の
強度を変えて点滅表示させることができるため、利用者
は軌道の方向を目で追いながら、作成した軌道の正確さ
を確かめることができる。

【００８９】さらに、本発明では、属性編集ダイアログ
ボックスを通じて、ＣＦモデルのような運動の自然拘束
と人工拘束の関係を利用し、運動の制御則を作用点周り
の局所座業系において、分解して指定する方法を取り入
れているため、利用者はロボット作業の運動の制御則を
教示点の属性として細かく指定することができる。さら
に、ダイアログボックスにおいて、指定すべきＣＦモデ
ルの候補群をメニューにより表示し、利用者に選択させ
ることにより、利用者は、作業の定性モデルを容易に指
定することができる。

【００９０】次に、本発明では、属性編集ダイアログボ
ックスを通じて、利用者は、教示点情報の属性として教
示点の位置に関する正確さを教示点情報の属性として入
力・編集することができる。そのため、軌道に沿って運
動するときに起こり得る対象物の形状変動、位置変動な
どの不確定要因に対して表示点の位置に関する正確さ情
報をもとにして実軌道を生成するようなマニピュレータ
への教示が著しく容易になる。

【００９１】また、速度の編集、及び姿勢の編集におけ
る教示点の選択にマウスボタンを利用して、ダイアログ
ボックスを用いた属性値書き換えのためのユーザインタ
ーフェースにより軌道情報の各教示点での速度・姿勢に
関する属性値の指定が容易になり、利用者の軌道教示稼
働量が削減できる。

【００９２】また、本発明は、軌道あるいは作用点軌跡
上の複数の点を選択し、選択された点群の持つ位置・姿
勢・速度等の属性を選択点群間での平均値を求め、その
値で選択点群全ての属性を書き換える平滑化操作、及び
点群の始点と終点の属性値の変化を点群間でなだらかに
吸収する平均補間操作、及び始点と終点との間の点群密
度を変化させて、点群を増減させ、点群の属性値を平滑
化あるいは平均補間で与える密度変更操作の３種類の操
作に代表される点属性の一括操作をメニュー等のコマン
ド指定インターフェースにより提供したため、滑らかな
軌道を容易に作成し、利用者の軌道教示稼働が削減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の原理説明図である。

【図２】本発明の第２の原理構成図である。

【図３】本発明の一実施例のコンピュータ・システムと
ロボット・システムの構成図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図５】本発明の一実施例の属性編集ダイアログウィン
ドウの例を示す図である。

【図６】噴霧塗装例を示す図である。

【図７】本発明の一実施例の一連の動作を説明するため
のフローチャートである。

【符号の説明】

１ ロボット・マニピュレータ ２ センサ固定治具 ３ レーザレンジスキャナ ４ 照射レーザ光 ５ コンピュータ・システム ６ 表示装置 ７ キーボード ８ キーボード接続ケーブル ９ マウス １０ マウス接続ケーブル １１ 処理装置 １２ マニピュレータコントローラ １３ コンピュータ接続ケーブル １４ ワーク １５ ワーク台 １６ コンピュータ表示画面 １７ 主表示ウィンドウ １８ メニューバー １９ プルダウンメニュー ２０ マウス・カーソル ２１ 座標アイコン ２３ 工具編集サブウィンドウ ２４ フレーム編集サブウィンドウ ２５ 形状編集サブウィンドウ ２６ 選択ボタン ２７ 選択ボタン群 ２８ フレーム情報 ２９ 接触点軌跡 ３０ ロボット軌道 ３８ ダイアログウィンドウ枠 ３１ 属性指定・表示枠 ３２ アップダウンボタン ３３ 加速型アップダウンボタン ３４ コントロールバー ３５ スライダ ３６ 作業運動モデル指定・表示枠 ３７ 信頼度指定・表示枠 １００ コンピュータ・システム １０１ 表示装置 １０２ 視覚的イメージ変換手段 １０３ イメージ表示手段 ２００ ポインティング装置 ２０１ 軌道情報指定手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示装置を有するコンピュータ・システ
   ムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法であっ
   て、 該コンピュータ・システムの表示装置内にワークの形状
   情報と該形状情報の中で該ワークのエッジを構成する接
   触点を結んだ接触点軌跡情報とロボット軌道情報を同時
   に視覚的イメージに変換して表示し、 該表示装置の画面上で利用者により指定された該ロボッ
   ト軌道情報に対する変更操作に基づいて編集されたロボ
   ット軌道情報の該視覚的イメージを表示することを特徴
   とするロボット軌道を教示するための方法。
2. 【請求項２】 表示装置を有するコンピュータ・システ
   ムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法におい
   て、 前記ロボットの軌道の軌跡の開始点から終点までの間の
   軌道の表示色を連続的に変化させて前記表示装置に表示
   する請求項１記載のロボット軌道を教示するための方
   法。
3. 【請求項３】 表示装置を有するコンピュータ・システ
   ムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法におい
   て、 前記軌道の軌跡の開始点から終点までの間の軌道を順に
   輝度を変化させて前記表示装置に点滅表示する請求項１
   記載のロボット軌道を教示するための方法。
4. 【請求項４】 表示装置を有するコンピュータ・システ
   ムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法におい
   て、 前記ロボット軌道情報を構成する教示点における運動の
   自然拘束情報と人工拘束情報を該教示点の属性情報とし
   て含み、 該教示点における該自然拘束情報と、該人工拘束情報を
   前記表示装置に表示し、 前記表示装置上で利用者により指定された該自然拘束情
   報と、該人工拘束情報に基づいて編集された自然拘束情
   報及び人工拘束情報を表示する請求項１記載のロボット
   の軌道を教示するための方法。
5. 【請求項５】 表示装置を有するコンピュータ・システ
   ムを利用して、ロボットの軌道を作成する方法におい
   て、 前記ロボット軌道情報を構成する教示点情報に教示点の
   位置に関する正確さの情報を含み、 該教示点における位置の正確さを表示画面に表示し、 該表示画面上で利用者により指定された正確さの変更操
   作に基づいて編集された正確さの情報を表示する請求項
   １記載のロボットの軌道を教示するための方法。
6. 【請求項６】 表示装置及びポインティング装置を有す
   るコンピュータ・システムを利用して、ロボットの軌道
   を作成する方法であって、 該コンピュータ・システムの表示装置内に表示された接
   触点又は軌道上の教示点を該ポインティング装置により
   選択し、 該接触点または該軌道上の教示点の属性情報を表示し、 該属性情報を必要に応じて書き換え、書き換えられた属
   性情報を入力し、 該書き換えられた属性情報に基づいてロボット軌道を生
   成することを特徴とするロボット軌道を教示するための
   方法。
7. 【請求項７】 表示装置及びポインティング装置を有す
   るコンピュータ・システムを利用して、ロボットの軌道
   を作成する方法であって、 該コンピュータ・システムの表示装置内に表示された接
   触点軌跡または、ロボット軌道の全部または一部を選択
   し、 利用者による任意の変更操作を行い、 選択された接触点軌跡またはロボット軌道に含まれる全
   ての接触点及び教示点の属性を該利用者による任意の変
   更操作に従って変更して表示することを特徴とするロボ
   ット軌道を教示するための方法。
8. 【請求項８】 該コンピュータ・システムの表示装置内
   にワークの形状情報と該ワークの形状情報の中で該ワー
   クのエッジを構成する接触点を結んだ接触点軌跡情報と
   ロボット軌道情報を同時に視覚的イメージに変換する視
   覚的イメージ変換手段と、該イメージ変換手段により変
   換されたイメージを表示するイメージ表示手段とを含む
   表示装置を有するコンピュータ・システムと、 該表示
   装置に画面上で指定されたロボット軌道情報を指定し、
   指定された位置でロボット軌道に対する変更操作に基づ
   いて視覚的イメージを変更する軌道情報指定手段とを有
   し、該コンピュータ・システムに結合されるポインティ
   ング装置とを有することを特徴とするロボット軌道を教
   示するためのシステム。