JPH0772844B2

JPH0772844B2 - ロボット教示装置

Info

Publication number: JPH0772844B2
Application number: JP60235201A
Authority: JP
Inventors: 秀彰的場; 峻治毛利; 賢石川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPS6297012A; US4831548A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、ロボットの教示装置に係り、特に、ロボット
ハンドに固定して定義されたハンド座標系の例えば原点
位置に取り付けた視点から見た画面表示を用いることに
より、ロボットの動作教示の簡易化に好適な装置に関す
る。

〔発明の背景〕

従来ロボットの教示方法としては、特開昭59−41012号
公報、特開昭59−60507号公報等が知られている。また
グラフィック応用ロボット教示システムにおいては、画
面の視点を変更するための方法として、視点の方向ベク
トルを数値入力して、視点を決定するという方法がとら
れている。その表示例を第８図に示す。

このような方法で視点変更を行ないながら、例えばロボ
ットの部品挿入作業を教示しようとすると、（１）部品の挿入作業がわかり易い視点方向ベクトルの
数値情報が常に与えられていなければならない。

（２）挿入対象物が見やすいように画面の視点を変更
後、対象物に合わせるようにロボットを移動させて挿入
作業を教示するというように二段階の操作が必要であ
る。

という二点から、使い易いものではなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、グラフィックを用いたロボット教示方
法において、移動中または停止中のロボットのハンドに
固定して定義されたハンド座標系の原点位置または原点
から所定座標の位置に取り付けた視点から周辺環境を見
た場合の表示を可能とするロボット表示方法を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

以下、図面を用いて本発明の概要を説明する。

第１図は、部品挿入例を示したもので、部品を斜めに挿
入する場合を示しているが、このような場合の教示を行
なうためには、従来方法では以下のような手順が必要で
ある。

（１）画面の方向が挿入方向に合うように画面全体を回
転させる。（以下（ｉ），（ii）のような手順）（ｉ）挿入面の見える方向まで、視点の方向ベクトルを
変更することにより画面を回転する。（第８図（ｂ）の
例）（ii）挿入方向が画面の方向に合うように、視点の方向
ベクトルを変更することにより画面を回転する。（第８
図（ｃ）の例）（２）ロボットの腕を動かして、把持している部品20の
中心位置（部品20の場合、円筒の中心位置）と挿入方向
（部品20の場合、円筒の長手方向）が、挿入される部品
21の挿入位置（部品21の場合、穴の中心位置）と挿入方
向（部品21の場合、穴の中心線の方向）に合うようにす
る。（第８図の例）以上より明らかなように、従来方法では、挿入される部
品の挿入位置が見えるまで画面を回転／移動する、ロボ
ットハンドが把持している部品が挿入できるように画面
を回転／移動する、という操作が必要である。そこで、
本発明の場合には、上記手順を簡易化するために、ロボ
ットハンドに固定して定義されたハンド座標系の原点位
置または原点から所定座標の位置に取り付けた視点から
見た画面表示を考えるようにしたものであり、画面上に
は、上記視点から見た周辺環境、およびロボットハン
ド、および該ロボットハンドで把持している部品を表示
し、該ロボットハンド（すなわちロボットの各軸）を動
かす毎に、周辺環境が常にロボットハンド座標系の原点
位置または原点から所定座標の位置に取り付けた視点か
ら見たように変化させてゆくことにより、上記（１），
（２）の手順を同時に実行できるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

第２図は教示システムの構成を示しており、１は図形・
文字・記号等の表示用グラフィックディスプレイ、２は
表示画面上の一点を指示するためのマウス、３は図形情
報の格納用メモリ、４は演算処理装置である。

第１図は表示画面の例であり、ロボット，部品，各種メ
ニュー等が表示されている。

第３図は第１図に示した（挿入部品）を（挿入される部
品）へ挿入する場合を例にとり、本発明の方法を用いて
教示する際の画面の変遷を示したものである。（組付け
部分のみを拡大）第４図は構成要素間の情報の流れを表わしたブロック図
であり、５が演算処理装置、６が指示装置、７がグラフ
ィックディスプレイ、８がメモリ、９が図形情報読み出
し指令、10が図形情報、11が格納図形情報、12が二次元
座標データ、13が表示データを表わしている。

第５図は図形情報の内容を表わしており、図形データと
ハンド座標系データを含んでいる。

第３図に示した例を用いて、本発明の処理手順を示す。
（第１図〜第５図参照）まず、三次元ワールド座標（グラフィックディスプレイ
の持つ三次元座標）上に定義された図形を、グラフィッ
クディスプレイの二次元スクリーン図形として作り出す
ための方法について示す。

三次元ワールド座標系で定義された図形から、二次元ス
クリーン図形を作り出すためには、三次元ワールド空間
の適当な位置に投影面を指定し、投影の方向および平行
投影、透視投影等の投影の種類を定める必要がある。

実施例１では、投影面、投影の方向、視点の位置および
投影の種類を以下のように定める。

・投影面：ハンド座標系のxy平面・投影方向：ハンド座標系のｚ軸方向（視点はハンド座
標系の原点位置にある）・投影の種類：平行投影以上の設定のもとに、以下に示す２ステップの操作によ
り、三次元ワールド図形から二次元スクリーン図形を作
り出す。

（ｉ）ワールド座標系で記述されているデータをハンド
座標系によるデータに変換する。（この際の変換マトリ
ックスをTvとする）（ii）（ｉ）で求めたデータで表わされる図形を、ハン
ド座標系のxy平面へ平行投影してその投影図形を２次元
スクリーン図形とする。（この際の変換マトリックスを
Tpとする）すなわち、三次元ワールド座標系における任意の点
〔x_w,y_w,z_w〕と、これをハンド座標系の所定のxy平面に
投影した点〔x_e,y_e,z_e〕の間には、次の関係が成立す
る。

〔x_w,y_w,z_w〕TvTp＝〔x_e,y_e,z_e〕（１）ここで、〔x_w,y_w,z_w〕は第５図に示す図形状情報の三次
元データに、また、〔x_e,y_e,z_e〕は第５図に示す図形状
情報の二次元データに対応している。

第３図（ａ）は、ロボットハンド座標系の原点位置に取
り付けた視点からそのｚ軸方向に周辺環境を見た図を示
している。同時に、ロボットハンドと、該ロボットハン
ドが把持している部品を表示している。また、ロボット
ハンド座標系の方向が分かるようにするための座標系の
矢印を右側に表示している。

以下、（ａ）の状態からロボットハンドを回転して
（ｂ）状態（挿入する部品の軸方向が、挿入方向と合っ
た状態）とし、最後に（ｃ）の状態（挿入する部品の位
置と方向が、挿入位置・方向と合った場合）とするまで
の手順を示す。

（１）挿入する部品の方向と挿入方向を合わせるため
に、ハンドをハンド座標系のｘ軸回りに＋方向（右回
り）に回転するように指示する。回転指示には、第１図
に示したマニュアル動作用メニューのｘ＋を示す矢印を
指示装置６を用いてピック（指示装置マーカーを矢印の
所へ移動させた後、指示装置のボタンを押す）する。

（２）指示装置６より入力した表示画面上の二次元座標
データ12が、演算処理装置５に取り込まれる。

（３）演算処理装置５は、図形情報読み出し指令９を用
いてメモリ８内の表示画面に関する二次元データを読み
出し（図形情報10）、画面上のどの図形（or文字・記
号）が指示されたかを見つける。

この処理は、メモリ８内の二次元データと、指示装置６
より入力された二次元座標データ12との距離を計算する
ことにより行なう。

結果として、ｘ＋の矢印が入力されたことが判明する。

（４）演算処理装置５は、図形情報読み出し指令９を用
いてメモリ８より、その第５図に示すセグメント種別が
周辺環境（ロボットとその把持部品以外のもの）の三次
元データを読み込む（図形情報10）。また、同時にハン
ド座標系データも読み込む（図形情報10）。

（５）ハンド座標系の回転（ハンドが回転するから）に
従い、演算処理装置５は、（４）で入力したハンド座標
系データ（軸の方向ベクトル）を更新する。

（６）（５）で更新されたハンド座標系データに従い、
演算処理装置５は、変換マトリックスTv,Tpを更新す
る。

（７）演算処理装置５は、（４）で入力した三次元デー
タと（６）で求めた変換マトリックスより、式（１）を
用いて、二次元データ（画面表示データ）を計算する。

（８）演算処理装置５は、（５），（７）で求められた
ハンド座標系データと二次元データをメモリ８へ格納す
る（格納図形情報11）。

（９）演算処理装置５は、（７）で求めた二次元データ
を表示データ13としてグラフィックディスプレイ７へ送
る。（第３図の（ｂ）の状態を表示）（10）挿入する部品と、挿入穴の中心を合わせるため
に、ハンドを平行移動するように指示する。平行移動指
示には、第１図に示したマニュアル動作用メニューを用
いる。第１図のマニュアル動作メニューは、「回」の表
示が示すように回転移動用のメニューであるが、以下の
操作により平行移動（ハンド座標系の各軸方向）用のメ
ニューとして利用可能となる。

（ｉ）「回」のメニューをピックする。

（ii）演算処理装置５は、（２），（３）と同様の手順
で「回」のメニューがピックされたことを知る。

（iii）演算処理装置５は、「回」のメニューがピック
された場合、移動モードの変化要求であると希釈し、図
形情報読み出し指令９を用いてメモリ内の図形データに
登録されている「並」のメニュー（平行移動を表わす）
の二次元データを読み込み（図形情報10）、グラフィッ
クディスプレイ上の「回」のメニューを消した後にグラ
フィックディスプレイ７に出力する（表示データ13）。

以下、第１図のマニュアル動作メニューの矢印がピック
された場合、ピックされた矢印方向の平行移動要求であ
ると解釈される。

（11）マニュアル動作メニュー入力後の処理は（４）〜
（９）と同様である。ただし、ステップ（５）において
は、平行移動に対応して、ハンド中心座標を更新する。
以上の処理手順を第６図及び第７図のフローチャートに
示す。

なお前記実施例では、投影の種類として平行投影を用い
ているが、透視投影を用いた場合も変換マトリックスTp
および視点を変更するだけで同様の手順で処理可能であ
る。

また前記実施例では、指示装置としてマウスを用いるも
のとしたが、これ以外にも、ジョイスティック，タブレ
ット，トラックボールetc、画面上の任意の一点の座標
値を入力できるものであれば代替可能である。

また前記実施例では、視点をハンド座標系の原点位置に
置いたが、その他に、ロボットの腕の任意の位置／方向
や、コンベア上を移動する物体等の上に設定することも
可能である。

また前記実施例では、動作教示に用いる場合の例を示し
たが、本発明は、ロボットの動作シミュレーション時に
おける、動的な視点からの画面表示にも利用可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ロボットの動作目
標点の数示を、ロボットハンドの回転／平行移動だけで
行なえるようになり、教示工数の低減がはかれる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る表示画面例を示した図、第２図は
本発明に係る教示システムの構成を示した図、第３図は
本発明に係る部品挿入例を示した図、第４図は本発明の
一実施例を示す処理ブロック図、第５図は図形データと
ハンド座標系データの内容を示した図、第６図及び第７
図は本発明に係る処理のフローチャートを示した図、第
８図は従来技術の問題点を説明するための図である。 1,7……グラフィックディスプレイ、 2,6……指示装置（マウス）、 3,8……図形情報格納用メモリ、 4,5……演算処理装置、９……図形情報読み出し指令、 10……図形情報、 11……格納図形情報、 12……二次元座標データ、 13……表示データ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7531−3ＨＧ０５Ｂ 19/42 Ｊ (72)発明者石川賢神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−97409（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−165112（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】文字・記号・図形を表示できる図形表示装
置と、表示画面上の任意の一点を指示できる指示装置と、文字・記号・図形情報を保持するためのメモリと、ロボットを動かすための指示である上記指示装置より入
力した表示画面上の二次元座標データと上記メモリから
読みだした表示画面に関する二次元データとの距離を計
算して上記指示を判断し、上記メモリに記憶された三次元データとハンド座標系デ
ータを取り込み、上記ロボットを動かすための指示に従
い該ハンド座標系データを更新し、ワールド座標系で記述されている該三次元データをロボ
ットのハンドに固定されたハンド座標系によるデータに
変換する変換マトリックスTvと、該ハンド座標系に対し
て前もって指定された投影面に、該ハンド座標系に対し
て前もって指定された投影方向に上記三次元データを投
影するための二次元データに変換する変換マトリックス
Tpを算出し、該算出された変換マトリックスTv、Tpにより、上記三次
元データを投影用二次元データに変換し、該二次元データと上記更新されたハンド座標系データを
上記メモリに格納し、上記ハンド座標系の原点位置または原点から所定座標の
位置に取り付けた視点から周辺環境を見た場合の表示と
して、上記投影面に投影された該周辺環境の上記投影用
二次元データによる図形を上記図形表示装置に表示さ
せ、及び同時に上記投影面に投影された上記ハンド形状
と上記ハンドが把持した部品形状を上記図形表示装置に
表示させる演算手段と、を具備したことを特徴とするロボット教示装置。