JPH07104702B2

JPH07104702B2 - ロボットのオフライン教示方法

Info

Publication number: JPH07104702B2
Application number: JP1160479A
Authority: JP
Inventors: 亜矢子真木; 好幸岡田; 隆彦近藤
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH0325507A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ロボット本体を用いずに、ロボットおよび
ワークの画像を利用してロボットアームの動作を教示す
るロボットのオフライン教示方法に関する。

（従来の技術）ロボットのアームの動作を教示するにあたっては、ロボ
ット本体を用いる場合が多い。しかし、その教示中には
ロボットに作業させることができないため、ロボットの
稼動率が低下してしまうという問題がある。この問題を
解決するため、ロボット本体を用いずに、ワークとロボ
ットのエンドエフェクタの画像をCRT画面上に表示し、
画面上でエンドエフェクタを移動させつつその動作を教
示するオフライン教示方法が採用される場合がある。オ
フライン教示方法では、一般に、ワークの外形を表わす
線分（外形線）を用いてワークの形状を表示している。

（発明が解決しようとする課題）ワーク上の作業経路（作業線）は、ワークの形状を表示
する外形線の一部に相当しているので、ワークが複雑な
形状を有する場合、数多くの線分の中から作業経路とし
て教示すべき線分を認識することが困難であった。従っ
て、オペレータが画面上のエンドエフェクタをワークの
作業経路に正確に移動させることが困難であった。

（発明の目的）この発明は、従来技術における上述の課題を解決するた
めになされたものであり、画面上において、ワークの作
業経路にロボットのエンドエフェクタを正確に移動させ
ることが容易なオフライン教示方法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）上述の課題を解決するため、この発明の第１の構成で
は、画像表示手段に表示されたワークの画像を利用して
ロボットの動作を教示するロボットのオフライン教示方
法において、前記画像表示手段には、前記ワークの外形
線と、前記ロボットのエンドエフェクタの作業経路を示
す作業線とを、互いに異なる種類の線を用いて表示す
る。

また、この発明の第２の構成では、前記作業線のうち、
教示済の作業線部分を教示前の作業線部分とさらに異な
る種類の線を用いて表示する。

さらに、この発明の第３の構成では、画像表示手段に表
示されたワークの画像を利用してロボットの動作を教示
するロボットのオフライン教示方法において、前記画像
表示手段に、前記ロボットのエンドエフェクタ部分と、
前記ワークの外形線と、前記エンドエフェクタの作業経
路を示す作業線とを表示するとともに、前記作業線に沿
って教示を開始するにあたって、前記作業線上で予め選
択された点のうち、前記エンドエフェクタ部分の作業点
に最も近い点に前記エンドエフェクタ部分の作業点を自
動的に移動させる。

（作用）ワークの外形線と作業線とを互いに異なる種類の線を用
いて表示すれば、オペレータがこれらの線を容易に区別
できる。

また、教示済の作業線部分を教示前の作業線部分と異な
る種類の線を用いて表示すれば、オペレータは、教示前
の作業線部分のみを容易に認識することができる。

また、教示を開始するにあたって、エンドエフェクタ部
分の作業点を作業線上の一点に自動的に移動させるよう
にすれば、画面上の多くの線の中から教示すべき作業線
を探す手間を省くことができる。

（実施例） A.ロボットシステムの概略構成第１図は、この発明を適用してロボットの動作を教示す
るロボットとしての溶接ロボットシステムの構成を示す
概略斜視図である。この溶接ロボットRBは２つの基台1a
および1bの上にそれぞれ垂直に立設されたコラム2a,2b
を有しており、さらにコラム2a,2bの頂部にはＹ方向に
延びるビーム３が架設されている。このビーム３の上に
は、Ｘ方向に伸びるとともに、モータM₁によってＹ方向
に移動可能な移動ビーム４が設けられている。移動ビー
ム４は、また図示しないモータによってＸ方向に移動可
能となっている。移動ビーム４の一端には、Ｚ方向に延
びるとともに、図示しないモータによってＺ方向に移動
可能な移動コラム５が設けられている。

移動コラム５の下端には、アーム６が設けられ、さらに
その先端にはエンドエフェクタとしての溶接トーチＴが
設けられている。アーム６は垂直な軸まわりにθ_R方向
に回転するとともに、溶接トーチＴを含むアーム６の先
端部分はψ方向に回動する。この結果、トーチＴの位置
および姿勢がX,Y,Z,θ_R，ψの５つの座標によって決定
される。

この溶接ロボットRBには、ワークの位置と姿勢とを変え
るための外部軸系として、ポジショナPSが付設されてい
る。ポジショナPSは、ロボットRBの基台1a,1bの上にそ
れぞれ垂直に立設された支持コラム11a,11bを有し、ま
た支持コラム11a,11bにはＵ字型ビーム12が軸支されて
いる。このＵ字型ビーム12は、支持コラム11aに取付け
られたモータM₂によって、水平な軸まわりにφ方向に回
動する。さらに、ビーム12の中央部上には、回転治具13
が取付けられており、回転治具13の上部にある回転台13
aが図示しないモータで駆動されて、θ_P方向に回転す
る。ワークはこの回転台13aの上に据付けられ、溶接ロ
ボットRBの作業が行ない易いように、溶接ロボットRBに
対するワークの相対的な位置および姿勢が適宜変更され
る。すなわち、ワークはポジショナPSによってφ方向お
よびθ_P方向に回転されることにより、ワーク上の所望
の溶接線に対してトーチＴが動作し易い位置および姿勢
になるように設定される。

溶接ロボットRBの動作は、ロボット制御盤20によって制
御される。また、図の例ではポジショナPSの動作もロボ
ット制御盤20によって制御される。すなわち、ロボット
制御盤20には、溶接ロボットRBのX,Y,Z,θ_R，ψの５軸
の座標値と、ポジショナPSのθ_P，ψの２軸の座標値を
含む教示データが記憶されており、この教示データに従
ってトーチＴの動作およびポジショナPSの動作が制御さ
れる。

また、ロボット制御盤20にはオフライン教示装置として
のパーソナルコンピュータ30が接続されている。このパ
ーソナルコンピュータ30は、CRT31,キーボード32,マウ
ス33,ハードディスク34およびプリンタ35などを備えて
いる。オペレータは、まずこのパーソナルコンピュータ
30を用いて、溶接ロボットRB本体を動作させることなく
教示データを作成し、作成された教示データをロボット
制御盤20に転送して記憶させる。

B.実施例の動作第２図は実施例の動作手順を示すフローチャートであ
る。まず、ステップS1ではワークの形状データ，溶接ロ
ボットRBに対するワークの相対的な位置および姿勢のデ
ータ、および作業線データ等が、キーボード32を用いて
オペレータにより入力される。

第３図は、この実施例で用いられるワークＷを示す斜視
図である。ワークＷは、矩形の平板41の上に、ロの字形
の枠状板42が載置されたものである。そして、枠状板42
の下部面と平板41とが接する２つの線C₁，C₂が作業線
（溶接線）として教示される対象となる。

ステップS1においては、このワークＷの形状データとし
て、その外形を示すすべての線分L₁，L₂…の両端となる
点P₁，P₂，P₃…の座標値が入力される。すなわち、ワー
クＷの形状は、これらの線分L₁，L₂…の集合で構成され
るものとして記憶される。これらの端点P₁，P₂，P₃…の
座標値は、このワークＷにおける所定の基準位置（例え
ば点P₁）に対するワーク系座標（X_W，Y_W，Z_W）上の座標
値として与えられる。

また、溶接ロボットRBに対するワークＷの相対的な位置
および姿勢のデータとしては、回転台13a上におけるワ
ークＷの据付位置，およびポジショナPSのθ_P軸とφ軸
の座標の初期値（例えば共に０゜）などが入力される。

なお、作業線C₁およびC₂の端点P₅〜P₈およびP₉〜P₁₂の
座標値は、他の端点の座標値と区別して入力される。そ
して、作業線C₁，C₂の端点の座標値は作業線データとし
て、また、ワークの他の外形線の端点の座標値は外形線
データとして、それぞれパーソナルコンピュータ30内の
図示しないデータファイル（作業物形状データファイ
ル）内に格納される。

次に、ステップS2ではシステムデータの入力または変更
が行われる。システムデータは、溶接ロボットRBおよび
ポジショナPSの主要形状データ，軸構成および各軸（X,
Y,Z,θ_P，ψ），（θ_P，φ）の可動範囲を示すデータを
含んでいる。主要形状データは後述するステップにおい
てワークＷとロボットRBとの干渉をチェックする際に、
ロボットRBとポジショナPSの主要な形状をCRT31上に表
示できるようにするためのデータである。この実施例に
おいてはこの主要形状データとして、アーム6,ビーム12
および回転台13aなどの外形を示すデータが入力され
る。なお、ステップS2で入力するシステムデータはロボ
ットRBとポジショナPSとが同一であれば常に一定である
ので、一度そのデータを設定した後にハードディスク34
などに記憶しておくようにすれば、教示の都度キーボー
ド32から入力する必要は無い。

次に、ステップS3では、ワークＷおよびトーチマーカを
CRT31上に表示する。第4A図ないし第4C図はこの実施例
においてCRT31に表示される画像を示す図であり、第4A
図はステップS3において表示されたワークＷおよびトー
チマーカＭの立体的画像を示している。ワークの画像
は、外形線L₁，L₂…によって表わされる。

なお、ワークを表す外形線のうち、作業線C₁，C₂に属す
る線分LC₁，LC₂…は、第4A図に示すように他の線分と異
なる種類の線で表示されている。例えば、作業線C₁，C₂
は赤で表示され、他の外形線は青で表示されている。な
お、画面の背景は例えば黒色になっている。このように
作業線C₁，C₂を他の外形線と異なる色で表示すれば、オ
ペレータが作業線C₁，C₂を容易に認識することができ
る。

トーチマーカＭは、溶接ロボットRBのトーチＴ先端の作
業点CPとトーチＴの姿勢を概念的に示すマーカであり、
第4A図では三角錐の頂点で作業点CPを示し、また、三角
錐の姿勢でトーチＴの姿勢を示している。トーチマーカ
Ｍの形状は三角錐のほか、円錐や単なる矢印のようなも
のでよく、その姿勢と作業点CPの位置が特定できるもの
であればよい。

ステップS4では、トーチマーカＭの先端の作業点CPを最
初の作業線C₁上に移動させる。これはオペレータが手動
で行ってもよいが、例えば次のような２つの方法のどち
らかによって自動的に行うことができる。

第１の方法では、作業線C₁上の端点P₅〜P₈のうち、ステ
ップS4の直前の状態（この場合は第4A図）におけるトー
チマーカＭの作業点CPの位置から最も近い端点P₅に作業
点CPを移動する。第4B図は、この方法に従ってトーチマ
ーカＭを移動させた後の画像を示す図である。

第２の方法では、作業線C₁上の任意の点のうち、トーチ
マーカＭの作業点CPから最も近い点に作業点CPを移動す
る。この「最も近い点」は、トーチマーカＭの作業点CP
から作業線C₁上の各線分LC₁〜LC₄に垂線をおろした点の
うち、作業点CPからの距離が最も短い点である。なお、
この場合に対応する図は省略する。

この実施例のパーソナルコンピュータ30は、上記の２つ
の方法をいずれも利用できるようになっている。例え
ば、種々のティーチング作業の項目を示すメニュー画面
をCRT31上に表示し、オペレータがマウス33などを用い
て、画面上に表示された項目のうち、上記の２つの方法
のいずれかを選択する。すると、パーソナルコンピュー
タ30が選択された方法に従ってトーチマーカＭを移動さ
せる。この結果、例えば第4B図のような画像がCRT31上
に表示される。

ステップS5では、オペレータがCRT31上に表示されたワ
ークＷとトーチマーカＭの画像を見ながら作業線C₁に沿
ってトーチマーカＭの動作を教示していく。例えば、ま
ず作業線C₁の最初の点P₅において、トーチマーカＭの姿
勢を適宜調整する。トーチマーカＭの姿勢はマウス33に
設けられている図示しない姿勢変更用のスイッチを押す
ことによって調整される。点P₅におけるトーチマーカＭ
の位置と姿勢が決定されると、これを示す位置・姿勢デ
ータが教示データとしてパーソナルコンピュータ30内に
記憶される。なお、この位置・姿勢データはワーク座標
系（X_W，Y_W，Z_W）における座標および方向を示すデータ
として記憶される。点P₅における教示が終了すると、次
にマウス33を用いてCRT31上のトーチマーカＭを線分LC₁
に沿って移動させ、点P₅とP₆の間の任意の数点をおい
て、適宜トーチマーカＭの位置および姿勢を調整して教
示データの作成および記憶を行う。

なお、ステップS4において作業線C₁上にトーチマーカＭ
を一度移動させれば、オペレータは教示を行うべき作業
線C₁をCRT画面上で容易に追跡していくことができる。
従って、線分LC₁において、点P₅とP₆の間の数点にわた
ってトーチマーカＭを順次移動させていく作業は、上記
のようにマウス33などを用いて容易に行うことができ
る。

第4C図は、線分LC₁上の中間の点P₁まで教示データの作
成が終了した時点における画像を示す図である。この図
に示すように、教示が完了した作業線部分（線分▲
▼）は、教示が完了していない他の作業線部分およ
びワークの外形線と異なる種類の線で表示される。例え
ば線分▲▼は黄色で表示され、赤色で表示され
ている他の作業線や、青色で表示されているワークの外
形線と区別がつけやすいようになっている。このように
すれば、オペレータは教示を完了した作業線部分を容易
に認識できるので、作業経路の一部の教示を忘れたり、
重複して教示したりすることがなくなるという利点があ
る。

このように、作業線C₁上の各線分LC₁〜LC₄において同様
の教示動作を繰り返すことにより、線分LC₁〜LC₄で形成
される作業線C₁に対して、トーチＴの動作が教示され
る。このように、作業線C₁に沿ってトーチＴの位置及び
姿勢を教示することを、この明細書では「作業経路を教
示する」と呼ぶこととする。ステップS5では作業経路を
教示するほかに、トーチＴの速度や溶接電流，溶接電圧
などの溶接条件なども合せて教示され、トーチマーカＭ
の位置・姿勢データとともに教示データとして作成．記
憶される。以下では、ステップS5における教示を「ワー
ク系教示」と呼ぶ。

作業線C₁の教示が終了すると、ステップS6からS4に戻
り、次の作業線C₂に対して同様に作業経路が教示され
る。

ステップS7では、ステップS5で作成されたワーク座標系
の教示データを、ロボット座標系の教示データに変換す
る。この変換に際しては、ステップS1において入力され
た回転台13a上のワークＷの据付位置データなども用い
られる。また、ステップS7においてはワークＷの形状デ
ータもロボット座標系に変換される。

ステップS8ではロボット座標系に変換されたワークＷの
形状データと、ステップS2で入力された主要形状データ
とに基づいて、ポジショナPSの主要形状，ワークＷおよ
び少なくとも溶接ロボットRBのエンドエフェクタ部分の
立体的画像がCRT31上に表示される。第５図は、このと
きの画像を示す図である。ポジショナPSの主要形状とし
て、ビーム12と回転台13aのみが表示されている。但
し、ビーム12と回転台13aの画像は簡単のために近似的
な形状として表示される。また、ロボットの立体的画像
としては、トーチＴを含むアーム６の画像が表示されて
いるが、簡単のためにトーチマーカＭが表示されていて
もよい。

ステップS9では、教示データの修正が行われる。例え
ば、CRT31の画面上において、トーチマーカＭを教示デ
ータに従って自動的に移動させ、トーチマーカＭの動き
がトーチＴの可動範囲にあるか否か、およびトーチＴが
ワークＷやビーム12などと干渉（以下、「機構的干渉」
と呼ぶ。）するか否かがチェックされる。トーチＴの動
きに何らかの不具合があった場合には、オペレータはキ
ーボード32を用いてポジショナPSの座標値などの教示デ
ータを適宜変更して、トーチＴが可動範囲内で、かつ機
構的干渉を生じないで動きうるようにする。そして、作
業線C₁，C₂の全体にわたってトーチＴ（すなわちトーチ
マーカＭ）が可動範囲内で機構的干渉を生じること無く
動きうるまで教示データが修正されると教示が終了す
る。

C.変形例なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、たとえば次のような変形も可能である。

上記実施例では、教示前の作業線を赤色、教示後の
作業線を黄色、ワークの他の外形線を青色で表示すると
したが、これらを異なる色でなく太線，細線，実線，破
線，一点鎖線，点線などで区別してもよい。すなわち、
教示前の作業線と教示済の作業線と他の外形線とを互い
に異なる種類の線を用いて表示すればよい。

上記実施例では、ワークの形状データ等をキーボー
ド32を用いて入力するとしたが、予め他のCADシステム
などを用いて作成した形状データ等をパーソナルコンピ
ュータ30に伝送して用いるようにしてもよい。

トーチマーカＭを作業線上の１点に移動させるに
は、前述の第1,第２の方法に限らず、作業線上で予め選
択された点のうち、トーチマーカＭの作業点CPから最も
近い点に移動させるようにすればよい。

（発明の効果）以上説明したように、この発明の第１の構成によれば、
オペレータが画像表示手段に表示されたワークの外形線
と作業線とを容易に区別できるので、画面上において作
業線上にエンドエフェクタを正確に移動させることが容
易にできるという効果がある。

また、この発明の第２の構成によれば、教示前の作業線
部分を教示済の作業線部分から容易に区別できるので、
教示前の作業線部分に沿ってエンドエフェクを移動させ
ることがさらに容易になるという効果がある。

また、この発明の第３の構成によれば、教示を開始する
にあたって、エンドエフェクタ部分の作業点を自動的に
作業線上の一点に移動させるので、画面上の多くの線の
中から教示すべき作業線を探す手間を省くことができ、
エンドエフェクタを容易に作業線上に移動することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用するロボットの構成を示す概略
斜視図、第２図は実施例の動作を示すフローチャート、第３図はワークを示す斜視図、第4A図ないし第4C図、および第５図は実施例における画
像を示す概念図である。 RB…溶接ロボット、PS…ポジショナ、Ｔ…溶接トーチ、
Ｍ…トーチマーカ、C₁，C₂…作業線、６…アーム、L₁，
L₂…外形線、30…パーソナルコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示手段に表示されたワークの画像を
利用してロボットの動作を教示するロボットのオフライ
ン教示方法において、前記画像表示手段には、前記ワークの外形線と、前記ロ
ボットのエンドエフェクタの作業経路を示す作業線と
を、互いに異なる種類の線を用いて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。
【請求項２】前記作業線のうち、教示済の作業線部分を
教示前の作業線部分とさらに異なる種類の線を用いて表
示する請求項１記載のロボットのオフライン教示方法。
【請求項３】画像表示手段に表示されたワークの画像を
利用してロボットの動作を教示するロボットのオフライ
ン教示方法において、前記画像表示手段に、前記ロボットのエンドエフェクタ
部分と、前記ワークの外形線と、前記エンドエフェクタ
の作業経路を示す作業線とを表示するとともに、前記作業線に沿って教示を開始するにあたって、前記作
業線上で予め選択された点のうち、前記エンドエフェク
タ部分の作業点に最も近い点に前記エンドエフェクタ部
分の作業点を自動的に移動させることを特徴とするロボ
ットのオフライン教示方法。