JPH08328632A

JPH08328632A - ロボット動作のシミュレーション方法

Info

Publication number: JPH08328632A
Application number: JP12854095A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Hatake; 一志畠; Koichi Mitani; 宏一三谷; Takuya Nakatani; 卓也中谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットを実際に動作させずに、作成したプロ
グラムの教示点が望ましいか否かを検証する。【構成】ワークの加工作業に用いるロボットのプログラ
ムを作成した後（Ｓ１）、ロボットシミュレータを用い
て教示点の適否を検証する。プログラムにより定義され
た各教示点の周囲に位置ずれ許容領域を設定し（Ｓ
２）、シミュレーションを行なって（Ｓ３）、位置ずれ
許容領域内がロボットの可動範囲に含まれかつその領域
内で他部材との干渉がないことを検証する（Ｓ４）。い
ずれかの条件が満たされなければ教示点を補正して（Ｓ
８）再び検証する。シミュレーションにより適正と判断
されると、その教示点を有するプログラムがロボットに
与えられ（Ｓ５）、ワークの位置に応じて教示点を補正
した後（Ｓ６）、ロボットによる加工を行なう（Ｓ
７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットシミュレータ
を用いて産業用ロボットの動作をシミュレートすること
によりプログラミングを行なうロボット動作のシミュレ
ーション方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワークに対してバリ取り、穴加
工、切断、塗装、溶接などの各種作業を、産業用ロボッ
トを用いて行なうことが多くなってきている。ロボット
を用いれば、レーザ加工機、ウォータジェット、溶接
機、スプレーガンなどの各種工具を用いて立体物を容易
に加工することができる。

【０００３】ところで、ロボットの動作をティーチング
する際に、プレイバックロボットではオンラインのティ
ーチングを行なうが、ティーチングの間は生産ラインを
停止させなければならず、動作の一部を変更しようとす
れば全体のティーチングをやり直すことになり、また細
かい動作を教示するのが難しいといった各種の問題があ
る。そこで、生産ラインを停止させることなくロボット
の動作を指示するプログラムを作成することができるよ
うに、生産ライン外でのティーチングを行なうオフライ
ンのティーチングが従来より採用されている。

【０００４】オフラインのティーチングを行なう際に
は、熟練者でなくてもプログミングができるように、ロ
ボットの動作をシミュレートするロボットシミュレータ
が用いられる。この種のロボットシミュレータでは、ロ
ボットによる作業環境（ワークの位置や形状、ロボット
の動作特性など）をモデル化してグラフィックディスプ
レイに表示し、オペレータがグラフィックディスプレイ
の上でコンピュータと対話しながら、作業の種類とワー
クへの作業を施すのに必要な位置（教示点という）とを
指定してプログラムを作成する（図１４のＳ１）。ま
た、完成したプログラムをグラフィックディスプレイ上
でシミュレートし（図１４のＳ２）、シミュレートの結
果をオペレータが確認することにより、ティーチングし
たロボットの動作が検証されるようになっている。

【０００５】その後、図１４にＳ３として示すように、
ロボットにプログラムを与えてロボットを実際に動作さ
せる。ここで、一般にワークの変形による寸法誤差、生
産ライン上でのワークの位置や姿勢の誤差、ロボットお
よびワークのモデルと実体との誤差など各種の誤差があ
るから、ロボットシミュレータで作成したプログラム上
でのロボットの位置や姿勢を補正することが要求され
る。

【０００６】たとえば、ロボットを用いてＦＲＰ（強化
プラスチック）の成形品の外周を切断する場合について
言えば、ワークの成形時に生じる歪によってロボットの
教示点とワークの実際の位置とにずれが生じやすい。し
たがって、その位置ずれ分の補正を行なってロボットの
動作軌跡を補正する必要があるが、補正量によってはロ
ボットの動作範囲外を指示したりワークや周辺障害物と
の干渉が生じることがある。したがって、実際のロボッ
トの動作に際しては、個々のワークの位置ずれを求め
（図１４のＳ４）、加工可能か否かを判断して（図１４
のＳ５）、加工が可能であればロボットによる加工作業
を行ない（図１４のＳ６）、加工作業ができない条件で
あれば教示点を補正するのである（図１４のＳ７）。

【０００７】このような教示点の補正作業に際してもロ
ボットを実際に動作させると、他部材にロボットが干渉
することがある。そこで、特開平３−１１３５１２号公
報には、ロボットシミュレータで作成したプログラムの
各教示点のうちワークのモデルとの距離が所定値以内の
教示点を求めて、それらの教示点の位置データに所定の
オフセット値を加算して補正した後、補正したプログラ
ムを用いて実際にロボットを動作させて教示点の修正を
行なう方法が記載されている。この方法を用いると、動
作範囲を逸脱したり、ワークと干渉したりするのを防止
することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載された技術は、ロボットを実際に動作させることに
よってプログラムを修正するものであり、ワークとの距
離が近いと考えられる教示点についてはオフセット値を
加算することによってロボットハンドがワークと干渉す
るのを回避している。しかしながら、オフセット値を与
えることでロボットがワークに干渉するのを回避してい
るだけであり、そのプログラムでロボットの動作に支障
が生じないことを検証するのではないから、ロボットを
実際に動作させて教示点を修正する際に教示点が動作範
囲外に位置したり、ロボットが何らかの部材に干渉した
り、ロボットに許容されていない特異点を通るなどの事
態が発生する場合がある。その結果として、ロボットを
用いた生産設備の立ち上げが遅れるという問題が生じた
り、あるいは、ワークを加工する際にロボットが動作範
囲外に逸脱したり他部材に干渉したりしてロボットを途
中で停止せざるを得なくなり、稼働率が低下するといっ
た問題が生じたりしている。

【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、作成したプログラムを検証する際
に、ロボットを実際に動作させることなく望ましい教示
点か否かを検証することができるロボット動作のシミュ
レーション方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、ワークに対する所要の作業を
行なうロボットのティーチングをオフラインで行なうに
あたり、ロボットとワークと周辺機器とのモデルを表示
するグラフィックディスプレイを備えたロボットシミュ
レータ上に上記モデルを設定し、ロボットを動作させる
プログラムを作成した後に、作成したプログラムによる
ロボットの動作をロボットシミュレータ上でのシミュレ
ーションにより検証するロボット動作のシミュレーショ
ン方法において、上記モデルの上で設定した各教示点に
対して、実際のワークおよびロボットの各教示点で許容
される範囲を各教示点の位置ずれ許容領域として与え、
次に上記教示点を用いてロボットを動作させたときに、
上記位置ずれ許容領域がロボットの可動範囲に含まれか
つ位置ずれ許容領域に他部材が干渉しないかを検証する
方法を採用している。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、位置ずれ許容領域を教示点ごとに個別に設定可能
としている。請求項３の発明では、請求項１または請求
項２の発明において、ロボットの可動範囲をロボットの
各関節ごとの可動範囲として設定する。請求項４の発明
では、請求項１ないし請求項３の発明において、位置ず
れ許容領域をワークの平行移動および回転移動を含む形
で設定している。

【００１２】請求項５の発明では、請求項１ないし請求
項３の発明において、作成したプログラムによるロボッ
トの動作の軌跡に沿って隣接する各一対の教示点の近傍
に、それぞれ位置ずれ許容領域を設定し、隣接する各一
対の位置ずれ許容領域の境界上に教示点の位置ずれを想
定した複数個の仮想教示点を設定し、隣接する各一対の
位置ずれ許容領域に設定した各仮想教示点間を結ぶ直線
をプログラムによるロボットの動作の軌跡とみなし、こ
の直線がロボットの可動範囲に含まれかつワーク以外の
部材と干渉しないかを検証する。

【００１３】請求項６の発明では、請求項１ないし請求
項３の発明において、作成したプログラムによるロボッ
トの動作の軌跡に沿って隣接する各一対の教示点の近傍
に、それぞれ位置ずれ許容領域を設定し、隣接する各一
対の位置ずれ許容領域の境界上および位置ずれ許容領域
の内側に教示点の位置ずれを想定した複数個の仮想教示
点を設定し、隣接する各一対の位置ずれ許容領域に設定
した各仮想教示点間を結ぶ直線をプログラムによるロボ
ットの動作の軌跡とみなし、この直線がロボットの可動
範囲に含まれかつワーク以外の部材と干渉しないかを検
証する。

【００１４】請求項７の発明では、請求項５または請求
項６の発明において、隣接する各一対の位置ずれ許容領
域に設定した各仮想教示点間を結ぶすべての直線がロボ
ットの可動範囲に含まれかつワーク以外の部材と干渉し
ないときに、各位置ずれ許容領域を設定した教示点を実
際のロボットに与える教示点として採用する。請求項８
の発明では、請求項１ないし請求項６の発明において、
実際のロボットを操作して作成したプログラムをロボッ
トシミュレータにより検証する。

【００１５】請求項９の発明では、請求項１ないし請求
項６の発明において、シミュレーョン中におけるロボッ
トのモデルの位置および姿勢の時間変化をグラフィック
ディスプレイの画面上に表示する。

【００１６】

【作用】請求項１の発明の方法によれば、モデルの上で
設定した各教示点に対して、実際のワークおよびロボッ
トの各教示点で許容されなければならない領域を各教示
点の位置ずれ許容領域として与え、次に上記教示点を用
いてロボットを動作させたときに、上記位置ずれ許容領
域がロボットの可動範囲に含まれかつ位置ずれ許容領域
に他部材が干渉しないかを検証するのであって、ワーク
の位置ずれやロボットの制御の際の誤差などによって生
じる位置ずれを見込んで、各教示点に位置ずれ許容領域
を設定することができるから、位置ずれ許容領域がロボ
ットの可動範囲に含まれ、かつ位置ずれ許容領域に他部
材の干渉がないことを検証すれば、教示点がロボットの
可動範囲外に逸脱して作業が停止したり、教示点が他部
材と干渉して停止するなどの障害が生じないことを保証
したプログラムをロボットに与えることができる。つま
り、ロボットの動作中に可動範囲外に逸脱したり、他部
材と干渉したりすることによって停止するのを防止する
ことができ、結果的にロボットの稼働率の低下を防止す
ることができる。また、実際にロボットを動作させてロ
ボットの可動範囲や他部材との干渉を検証する場合に比
較すると、ロボットシミュレータのみによって検証する
ことができることで、プログラムの検証作業が簡素化さ
れ、仕様設計からロボットでの実際の作業に至るまでの
時間が短縮され、結果的に生産ラインの立ち上がりに要
する時間を従来よりも短縮できることになる。

【００１７】請求項２の発明の方法によれば、位置ずれ
許容領域を教示点ごとに個別に設定可能としているの
で、ワークの場所ごとの変形のしやすさなどを考慮し
て、各場所ごとに位置ずれの程度を設定してプログラム
に対する過不足のない検証が可能になる。請求項３の発
明の方法によれば、ロボットの可動範囲をロボットの各
関節ごとの可動範囲として設定しているから、ロボット
の各関節ごとに可動範囲内か否かを検証することがで
き、また可動範囲内であっても急激な姿勢の変化が生じ
ていないかも検証することができ、プログラムを一層き
め細かく検証することができる。

【００１８】請求項４の発明の方法によれば、位置ずれ
許容領域をワークの平行移動および回転移動を含む形で
設定しているから、各教示点の位置がワークやロボット
の平行移動によってずれる場合のほか、ワークにねじれ
変形が生じていてロボットハンドに把持させる工具の向
きを変える必要があるような位置ずれに対してもプログ
ラムを検証することができ、プログラムを一層厳しい条
件で検証することができる。

【００１９】請求項５の発明の方法によれば、各教示点
の近傍にそれぞれ設定した位置ずれ許容領域の境界上に
教示点の位置ずれを想定した複数個の仮想教示点を設定
し、ロボットの動作の軌跡に沿って隣接する一対の位置
ずれ許容領域に設定した仮想教示点間を結ぶ直線が、ロ
ボットの可動範囲に含まれかつワーク以外の部材と干渉
しないかを検証するから、教示点だけではなくロボット
の動作の軌跡についても可動範囲内かつ他部材と干渉し
ないかを検証することができる。

【００２０】請求項６の発明の方法によれば、各教示点
の近傍にそれぞれ設定した位置ずれ許容領域の境界上お
よび位置ずれ許容領域の内側に教示点の位置ずれを想定
した複数個の仮想教示点を設定し、ロボットの動作の軌
跡に沿って隣接する一対の位置ずれ許容領域に設定した
仮想教示点間を結ぶ直線が、ロボットの可動範囲に含ま
れかつワーク以外の部材と干渉しないかを検証するか
ら、請求項５の発明と同様の作用に加えて、さらにきめ
細かくロボットの動作の軌跡について可動範囲かつ他部
材と干渉しないかを検証することができる。

【００２１】請求項７の発明の方法によれば、各位置ず
れ許容領域に設定した仮想教示点を結ぶすべての直線が
ロボットの可動範囲に含まれかつ他部材と干渉しないと
きに、各位置ずれ許容領域を設定した教示点を実際のロ
ボットに与える教示点として採用するから、ロボットの
移動軌跡まで検証した上での教示点をロボットに与える
ことができる。また、作成されたプログラムにより指定
された教示点を、実際にロボットを動作させることなく
ロボットシミュレータの上で修正することができ、しか
も、修正後には教示点およびロボットの動作の軌跡につ
いてロボットの可動範囲内でありかつ他部材と干渉しな
いことが保証されるから、修正後のプログラムをロボッ
トに与えるだけでロボットを動作させることが可能にな
る。

【００２２】請求項８の発明の方法によれば、実際のロ
ボットを操作して作成したプログラムをロボットシミュ
レータにより検証するのであって、シミュレーションを
行なう対象となるプログラムを容易に作成することがで
きる。請求項９の発明の方法によれば、シミュレーョン
中におけるロボットのモデルの位置および姿勢の時間変
化をグラフィックディスプレイの画面上に表示するか
ら、プログラムによるロボットの動作を目視することに
よって検証することができ、別途の処理によってロボッ
トの動作を検証する場合に比較すると、ロボットシミュ
レータの処理の負担が少なくなり、検証作業が短時間で
行なえることになる。

【００２３】

【実施例】本実施例では、図３および図４に示すよう
に、ＦＲＰの成形品であるバスタブをワークＡとし、ワ
ークＡの外周縁のバリ取りおよび開口を形成する作業を
ロボット１０を用いて行なう例を示す。ロボット１０は
ロボットハンドに加工用の工具としてウォータジェット
１１を把持する。また、ウォータジェット１１には、図
３、図４に示すように、変位センサ１２が着脱自在に装
着される。つまり、変位センサ１２による計測時以外に
は変位センサ１２はロボット１０から取り外され、ウォ
ータジェット１１による加工作業中に変位センサ１２が
作業の妨げにならないようにしてある。変位センサ１２
としては、光ビームをワークに照射し照射位置の視線方
向に基づく三角測量によりワークまでの距離を求める光
学式のものや、進退自在な接触針を備えワークに接触針
の先端が接触したときの接触針の進退量に基づいてワー
クまでの距離を求める触針式のものなどを用いることが
できる。ここでは、ワークに対して非接触、非破壊での
変位測定が可能な光学式のものを用いる。また、ロボッ
ト１０としては多関節ロボットを図示しているが、他の
形式のロボット１０でもよい。

【００２４】ロボット１０はコンピュータ装置である主
制御装置１３により制御され、主制御装置１３では、図
２に示すロボットシミュレータ２０により作成されたプ
ログラムに従ってロボット１０を制御する。ロボットシ
ミュレータ２０と主制御装置１３との間でのプログラム
の受渡しは、ロボットシミュレータ２０で作成したプロ
グラムを磁気ディスク（フロッピーディスク）に格納
し、この磁気ディスクを主制御装置１３に装填すること
によりプログラムを主制御装置１３で使用できるように
するのが一般的であるが、データ通信によりロボットシ
ミュレータ２０から主制御装置１３に対してプログラム
を転送してもよい。

【００２５】ロボットシミュレータ２０は、比較的大型
のグラフィックディスプレイ２１を備え、入力装置とし
てキーボード２３およびマウス２４を備えている。さら
に、ロボットシミュレータ２０には、主制御装置１３へ
のプログラムの受渡しのために、磁気ディスクドライブ
２２ないしは通信装置（図示せず）が設けられている。
磁気ディスクドライブ２２ないし通信装置は、ロボット
１０やワークＡに関する情報をＣＡＤデータからロボッ
トシミュレータ２０に持ち込む際にも用いられる。

【００２６】上述した変位センサ１２によるワークＡの
計測は、通常はロボットシミュレータ２０からロボット
１０に対してプログラムが与えられた後であって、ワー
クＡを実際に加工する前に行なわれる。つまり、変位セ
ンサ１２で実際のワークＡを計測することによって主制
御装置ロボット１０は与えられたプログラム１との偏差
を求め、ロボット１０の動作の軌跡をワークＡに合わせ
て修正するのである。また、ロボットシミュレータ２０
によりプログラムを作成する際のＣＡＤデータによるワ
ークＡのモデルＡ′に加えて、変位センサ１２での実測
値によってモデルＡ′を与えることによってワークＡの
位置ずれや変形がどの程度生じるかを知ることができ
る。この実測値はロボット１０を動作させることによっ
て得られるから、ロボット１０の位置決めの誤差も含む
ことになり、後述する位置ずれ許容領域の設定に利用す
ることができる。変位センサ１２での実測値をロボット
シミュレータ２０で用いる場合には、実測値を主制御装
置１３で磁気ディスクに書き込み、その磁気ディスクを
ロボットシミュレータ２０に装填するか、主制御装置１
３からのデータ通信によってロボットシミュレータ２０
に転送する。

【００２７】次に、本実施例の処理手順について説明す
る。本実施例では、基本的に、ロボットシミュレータ２
０の上でロボット１０を動作させるためのプログラムを
作成（すなわち、オフラインのティーチング）する第１
過程と、ロボットシミュレータ２０の上でプログラムに
よるロボット１０の動作範囲が実際のロボット１０の可
動範囲内か否か、またロボット１０が他の部材に干渉し
ないか否かの検証を行なう第２過程と、検証後のプログ
ラムを実際のロボット１０に与えてワークＡに対する作
業を行なう第３過程とからなる。

【００２８】まず、ロボットシミュレータ２０の上での
プログラミングを行なう第１過程について説明する。第
１過程では、生産ライン上の基準位置に変形や歪みのな
いワークＡが存在し、ロボット１０も誤差なく動作する
という理想化したデータを用いる。つまり、ロボットシ
ミュレータ２０は、ＣＡＤデータなどによって、ワーク
Ａの形状に関する情報およびロボット１０の形状や動作
特性、周辺機器のレイアウトなどを得て、ロボット１
０、ワークＡ、周辺機器についての基準のモデル１
０′，Ａ′（周辺機器のモデルは図示していない）を作
成し、グラフィックディスプレイ２１の画面にモデル１
０′，Ａ′を表示する。また、ロボット１０のモデル１
０′に対して、キーボード２３やマウス２４を用いて教
示点の位置および作業内容を指示する。たとえば、バリ
取りを行なう直線の始点と終点とを教示点としたり、角
穴を形成するのであれば４隅の位置などを教示点として
示すのである。この作業が終了すれば、ロボットシミュ
レータ２０ではロボット１０の教示点、動作の軌跡、作
業内容を含むプログラムを自動的に作成する。つまり、
ここまでの処理は従来より知られているオフラインのテ
ィーチングでの一般的作業である（図１のＳ１）。

【００２９】ここにおいて、ロボットシミュレータ２０
によりシミュレートするプログラムは、必ずしもロボッ
トシミュレータ２０の上で作成する必要はなく、オンラ
インでのティーチングの場合と同様に、ロボットを実際
に操作することによって作成してもよい。この場合、ロ
ボット動作プログラムファイルを設けておき、作成した
プログラムに含まれる、各教示点におけるロボットの各
軸の回転角度、直線補間を行なう場合のデータ、入出力
の設定などを格納しておく。

【００３０】次に、作成されたプログラムによってロボ
ット１０を動作させたときに、ロボット１０の可動範囲
を逸脱したり、ロボット１０が他部材と干渉したりする
ことがないかをロボットシミュレータ２０の上で検証す
る。つまり、ＣＡＤデータのような理想的なデータに基
づいて作成されたプログラムは、ロボット１０の理想的
な教示点や理想的な動作の軌跡を示すが、ワークＡはＦ
ＲＰの成形品であるから局所的な変形や反りが生じてい
ることが多く、実際のワークＡに加工を施すには、上述
のように、変位センサ１２での実測の結果に基づいてロ
ボット１０の位置を補正することが必要になる。しかし
ながら、補正した位置はロボット１０の可動範囲である
保証はなく、また他部材に干渉しないという保証もな
い。そこで、本実施例では補正した位置がロボット１０
の可動範囲内であって他部材に干渉しない位置であるか
どうかを、あらかじめ検証した上でロボット１０に与え
るのである。

【００３１】この検証作業にあたっては、まず、図５に
示すように、ワークＡのモデルＡ′における各教示点Ｐ
ｉ（ｉ＝１，２，……，５）の周囲に教示点Ｐｉの範囲
として許容されなければならない領域としての位置ずれ
許容領域Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，５）を設定する（図
１のＳ２）。位置ずれ許容領域Ｄｉは各教示点Ｐｉを中
心とする同じ半径の球として設定される。

【００３２】位置ずれ許容領域Ｄｉの半径は、ワークＡ
の変形、生産ライン上でのワークＡの位置決めの誤差、
ロボット１０の位置決めの誤差などを考慮して、経験的
に設定される。ただし、上述のように変位センサ１２に
よりワークＡを実測し、複数個のワークＡの実測値に基
づいて決定することも可能である。位置ずれ許容領域Ｄ
ｉの設定に際しては、決定した位置ずれ量をキーボード
２３を用いてロボットシミュレータ２０に入力するので
あり、この操作によってグラフィックディスプレイ２１
の画面上の各教示点Ｐｉの周囲に位置ずれ許容領域Ｄｉ
が表示される。ここにおいて画面上では３次元表示を行
なう。

【００３３】上述のように位置ずれ許容領域Ｄｉを設定
した後、図６のように、ロボット１０に規定されている
３次元直交座標系の各座標軸の方向の直線であって各教
示点Ｐｉを通る各直線と、各位置ずれ許容領域Ｄｉの境
界との交点に仮想教示点Ｑを設定する。つまり、１つの
教示点Ｐｉに対して６個の仮想教示点Ｑが設定されるこ
とになる。仮想教示点Ｑを設定する教示点Ｐｉがオフラ
インのティーチングによる教示点でない場合は、オンラ
インのティーチングによる教示点として上述したロボッ
ト動作プログラムファイルから教示点のデータを読み出
し、仮想教示点Ｑを設定する。

【００３４】各位置ずれ許容領域Ｄｉの半径は同じでも
よいが、ワークＡの各部分ごとに位置ずれの生じる量に
差があるときには、図７に示すように、各教示点Ｐｉご
との位置ずれ許容領域Ｄｉの半径を適宜設定することが
可能になっている。各教示点Ｐｉごとに位置ずれ許容領
域Ｄｉの半径を異なる値に設定するか、一律に等しい半
径を設定するかは、キーボード２３ないしマウス２４で
選択できるようにしてある。

【００３５】また、ワークＡにはねじれが生じることも
あり、この場合には工具としてのウォータジェット１２
の向き（姿勢）を調節することが必要になる。そこで、
ロボット１０がウォータジェット１２の向きについても
制御可能なものである場合には、図８に示すように、ウ
ォータジェット１２の向きの制御範囲を考慮して、各仮
想教示点Ｑごとに３次元の各方向が設定されることにな
る。つまり、各仮想教示点Ｑは、教示点Ｐｉとの距離に
よって平行移動による誤差分を考慮することになり、３
次元の各方向によって回転移動による誤差分を考慮する
ことになる。

【００３６】以上のような位置ずれ許容領域Ｄｉおよび
仮想教示点Ｑの設定後に、ロボットシミュレータ２０の
上でロボット１０の動作のシミュレーションを行なう
（Ｓ３）。動作のシミュレーションに際しては、まず、
図９に示すように、ウォータジェット１２が各教示点Ｐ
ｉと各仮想教示点Ｑとにそれぞれ到達したときのロボッ
ト１０の各関節の回転角を求める。このとき、ロボット
１０の各関節が回転しうる可動範囲を逸脱していない
か、他部材（ワークＡの他の箇所や周辺機器）との干渉
はないかをグラフィックディスプレイ２１の画面上で確
認する。また、上述のようにウォータジェット１２の向
きが制御可能な場合には、位置ずれ許容領域Ｄｉの境界
の上に設定した仮想教示点Ｑでのウォータジェット１２
の向きが教示点Ｐｉでのウォータジェット１２の向きに
対して所定角度より大きく変化していないか否かを確認
する。ロボット１０の各関節の可動範囲を逸脱したり、
他部材と干渉したり、あるいはウォータジェット１２の
向きが大幅に変化している場合には、プログラムが適切
ではないと判断する。

【００３７】教示点Ｐｉに関する上記した検証の処理を
まとめると、図１０のようになる。すなわち、まず教示
点Ｐｉの周囲に設定した位置ずれ許容領域Ｄｉの範囲
で、ワークＡのモデルＡ′との干渉がないか否かを判定
する（Ｓ１）。干渉がなければロボット１０の動作可能
範囲（各関節の回転角が規定範囲）であるか否かを判定
する（Ｓ２）。さらに、動作可能範囲であれば、ロボッ
ト１０の各関節の回転角の変化が所定範囲内か否かを判
定する（Ｓ３）。このようにして３段階の判定条件をす
べて満たしたときに、その挟持点Ｐｉが採用されるので
ある（Ｓ４）。一方、いずれかの判定条件が満たされな
いときには、干渉があればその教示点をグラフィックデ
ィスプレイ２１に表示し（Ｓ５）、動作範囲外になれば
その関節と値とを表示し（Ｓ７）に表示し、関節の回転
角に急激な変化（所定値以上の変化）があればその関節
と教示点とを表示する（Ｓ９）。このように判定条件が
満たされないときには、さらに、教示点Ｐｉの修正も行
なう（Ｓ６、Ｓ８，Ｓ１０）。つまり、干渉があれば干
渉しない方向に教示点Ｐｉを修正し（Ｓ６）、ロボット
１０の動作範囲外であればその関節に着目し（Ｓ８）、
また関節の回転角が急激に変化したときには変化した関
節に着目することによって（Ｓ１０）、教示点を修正す
る。

【００３８】ところで、位置ずれ許容領域Ｄｉの半径が
比較的小さい場合には、図１１のように、多数の仮想教
示点Ｑを位置ずれ許容領域Ｄｉの境界上に設定し、ロボ
ット１０の動作の軌跡に沿って隣接する一対の教示点Ｐ
ｉについて設定した位置ずれ許容領域Ｄｉの上のすべて
の仮想教示点Ｑを相互に結ぶ直線を設定する。これらの
直線の集合はロボット１０がとりうる動作の軌跡の集合
になるから、直線の集合によってロボット１０が移動す
ると予想される動作軌跡領域Ｅ₁₂，Ｅ₁₄を示すことにな
る。そこで、各直線に沿ってロボット１０の動作のシミ
ュレーションを行ない、ロボット１０の可動範囲で移動
可能であるか、また他部材との干渉がないかを検証す
る。つまり、教示点Ｐｉの検証のみではなく、ロボット
１０の移動軌跡についてもプログラムの適否を検証す
る。ここでも、教示点Ｐｉの検証と同様に、ロボット１
０の可動範囲を逸脱していたり、他部材との干渉があれ
ば教示点Ｐｉを補正する。

【００３９】また、位置ずれ許容領域Ｄｉの半径が比較
的大きい場合には、図１２に示すように、各位置ずれ許
容領域Ｄｉの内部に教示点Ｐｉを中心とする少なくとも
１個の球面Ｃ₁〜Ｃ₃を設定し、位置ずれ許容領域Ｄｉ
の境界および上記球面Ｃ₁〜Ｃ₃に多数の仮想教示点Ｑ
を設定する。その後、図１１に示した例と同様に、隣接
する位置ずれ許容領域Ｄｉの仮想教示点Ｑ同士を結ぶ直
線を設定することにより、動作軌跡領域Ｅ₁₂，Ｅ₁₄を設
定し、各直線の上でロボット１０を移動させた場合のロ
ボット１０の可動範囲との関係および他部材との干渉を
検証する。このような処理によって、各教示点Ｐｉとロ
ボット１０の動作の軌跡とについて、ロボット１０の可
動範囲および他部材との干渉を検証することができる。
また、図１２に示した方法を採用することによって、位
置ずれ許容領域Ｄｉが比較的大きく設定されている場合
でもロボット１０の軌跡として予想される範囲について
プログラムを万遍なく検証することができる。

【００４０】上述したように、ロボット１０のモデル１
０′のシミュレーション中の動作は、ロボットシミュレ
ータ２０のグラフィックディスプレイ２１の画面上に表
示し、目視によってプログラムを検証できるようにす
る。また、グラフィックディスプレイ２１をカラー表示
可能なものとする場合には、教示点Ｐｉを修正した際に
修正前と修正後との教示点Ｐｉの色を変えることによっ
て教示点Ｐｉの変更の視認を容易にする。

【００４１】上述のようなプログラムの検証作業によっ
て問題がなければ、図１３に示すように、動作軌跡領域
Ｅ₁₂，Ｅ₁₄をシミュレーションにより検証されたシミュ
レーション範囲Ｆ₁₂，Ｆ₁₄として採用する。また、シミ
ュレーション範囲Ｆ₁₂，Ｆ₁₄を決定したときの教示点Ｐ
ｉを実際のロボット１０に与える教示点として採用し、
隣接する教示点Ｐｉを結ぶ直線をロボット１０の動作軌
跡Ｔ₁₂，Ｔ₁₄として採用する。また、プログラムの検証
作業におけるいずれかの段階で問題が生じれば、その教
示点Ｐｉでは加工ができないものとして（Ｓ４）、教示
点Ｐｉを修正して（Ｓ８）上記検証作業を繰り返す。

【００４２】適切な教示点Ｐｉが設定された後には、実
際のロボット１０にプログラムを与え（Ｓ５）、実際の
各ワークＡの位置を変位センサ１２で測定することによ
り、ワークＡの位置に応じてプログラムで指示された教
示点を補正し（Ｓ６）、ロボット１０による加工作業を
行なうのである（Ｓ７）。ここで、実際のワークＡに応
じた補正を行なっても、補正が許容される範囲について
はロボットシミュレータ２０によるシミュレーションで
問題のないことが保証されているから、ロボット１０が
可動範囲を逸脱したり、他部材と干渉したりして停止す
ることがないのである。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明は、モデルの上で設定し
た各教示点に対して、実際のワークおよびロボットの各
教示点で許容されなければならない領域を各教示点の位
置ずれ許容領域として与え、次に上記教示点を用いてロ
ボットを動作させたときに、上記位置ずれ許容領域がロ
ボットの可動範囲に含まれかつ位置ずれ許容領域に他部
材が干渉しないかを検証するので、ワークの位置ずれや
ロボットの制御の際の誤差などによって生じる位置ずれ
を見込んで、各教示点に位置ずれ許容領域を設定するこ
とができ、位置ずれ許容領域がロボットの可動範囲に含
まれ、かつ位置ずれ許容領域に他部材の干渉がないこと
を検証すれば、教示点がロボットの可動範囲外に逸脱し
て作業が停止したり、教示点が他部材と干渉して停止す
るなどの障害が生じないことを保証したプログラムをロ
ボットに与えることができるという利点を有する。つま
り、ロボットの動作中に可動範囲外に逸脱したり、他部
材と干渉したりすることによって停止するのを防止する
ことができ、結果的にロボットの稼働率の低下を防止す
ることができるという効果がある。また、実際にロボッ
トを動作させてロボットの可動範囲や他部材との干渉を
検証する場合に比較すると、ロボットシミュレータのみ
によって検証することができることで、プログラムの検
証作業が簡素化され、仕様設計からロボットでの実際の
作業に至るまでの時間が短縮され、結果的に生産ライン
の立ち上がりに要する時間を従来よりも短縮できるとい
う利点がある。

【００４４】請求項２の発明は、位置ずれ許容領域を教
示点ごとに個別に設定可能としているので、ワークの場
所ごとの変形のしやすさなどを考慮して、各場所ごとに
位置ずれの程度を設定してプログラムに対する過不足の
ない検証が可能になるという利点がある。請求項３の発
明は、ロボットの可動範囲をロボットの各関節ごとの可
動範囲として設定しているから、ロボットの各関節ごと
に可動範囲内か否かを検証することができ、また可動範
囲内であっても急激な姿勢の変化が生じていないかも検
証することができ、プログラムを一層きめ細かく検証す
ることができるという利点がある。

【００４５】請求項４の発明は、位置ずれ許容領域をワ
ークの平行移動および回転移動を含む形で設定している
から、各教示点の位置がワークやロボットの平行移動に
よってずれる場合のほか、ワークにねじれ変形が生じて
いてロボットハンドに把持させる工具の向きを変える必
要があるような位置ずれに対してもプログラムを検証す
ることができ、プログラムを一層厳しい条件で検証する
ことができるという効果を奏する。

【００４６】請求項５の発明は、各教示点の近傍にそれ
ぞれ設定した位置ずれ許容領域の境界上に教示点の位置
ずれを想定した複数個の仮想教示点を設定し、ロボット
の動作の軌跡に沿って隣接する一対の位置ずれ許容領域
に設定した仮想教示点間を結ぶ直線が、ロボットの可動
範囲に含まれかつワーク以外の部材と干渉しないかを検
証するから、教示点だけではなくロボットの動作の軌跡
についても可動範囲内かつ他部材と干渉しないかを検証
することができるという利点がある。

【００４７】請求項６の発明は、各教示点の近傍にそれ
ぞれ設定した位置ずれ許容領域の境界上および位置ずれ
許容領域の内側に教示点の位置ずれを想定した複数個の
仮想教示点を設定し、ロボットの動作の軌跡に沿って隣
接する一対の位置ずれ許容領域に設定した仮想教示点間
を結ぶ直線が、ロボットの可動範囲に含まれかつワーク
以外の部材と干渉しないかを検証するから、請求項５の
発明と同様の作用に加えて、さらにきめ細かくロボット
の動作の軌跡について可動範囲かつ他部材と干渉しない
かを検証することができるという利点がある。

【００４８】請求項７の発明は、各位置ずれ許容領域に
設定した仮想教示点を結ぶすべての直線がロボットの可
動範囲に含まれかつ他部材と干渉しないときに、各位置
ずれ許容領域を設定した教示点を実際のロボットに与え
る教示点として採用するから、ロボットの移動軌跡まで
検証した上での教示点をロボットに与えることができる
という効果を奏する。また、作成されたプログラムによ
り指定された教示点を、実際にロボットを動作させるこ
となくロボットシミュレータの上で修正することがで
き、しかも、修正後には教示点およびロボットの動作の
軌跡についてロボットの可動範囲内でありかつ他部材と
干渉しないことが保証されるから、修正後のプログラム
をロボットに与えるだけでロボットを動作させることが
可能になるという利点がある。

【００４９】請求項８の発明は、実際のロボットを操作
して作成したプログラムをロボットシミュレータにより
検証するのであって、シミュレーションを行なう対象と
なるプログラムを容易に作成することができるという利
点がある。請求項９の発明は、シミュレーョン中におけ
るロボットのモデルの位置および姿勢の時間変化をグラ
フィックディスプレイの画面上に表示するから、プログ
ラムによるロボットの動作を目視することによって検証
することができ、別途の処理によってロボットの動作を
検証する場合に比較すると、ロボットシミュレータの処
理の負担が少なくなり、検証作業が短時間で行なえると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の処理手順を示す動作説明図で
ある。

【図２】実施例に用いるロボットシミュレータの正面図
である。

【図３】実施例に用いるロボットに変位センサを取り付
けた状態の斜視図である。

【図４】実施例に用いるロボットにウォータジェットを
取り付けた状態の斜視図である。

【図５】実施例での位置ずれ許容領域を示す図である。

【図６】実施例での可動教示点を示す図である。

【図７】実施例での位置ずれ許容領域の他の設定例を示
す図である。

【図８】実施例での仮想教示点の他の設定例を示す図で
ある。

【図９】実施例での可動教示点を用いたプログラムの検
証の概念を示す図である。

【図１０】実施例における教示点に関する検証の手順を
示す動作説明図である。

【図１１】（ａ）は実施例でのロボットの動作の軌跡を
検証する概念を示す図、（ｂ）は同図（ａ）の例での仮
想教示点の設定例を示す図である。

【図１２】（ａ）は実施例でのロボットの動作の軌跡を
検証する他例の概念を示す図、（ｂ）は同図（ａ）の例
での仮想教示点の設定例を示す図である。

【図１３】実施例でのロボットの動作軌跡およびシミュ
レーション範囲の概念を示す図である。

【図１４】従来例における処理手順を示す動作説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ロボット１０′ ロボットのモデル１１ウォータジェット１２変位センサ１３主制御装置２０ロボットシミュレータ２１グラフィックディスプレイ２２磁気ディスクドライブ２３キーボード２４マウスＡワークＡ′ ワークのモデルＤ₁〜Ｄ₅ 位置ずれ許容領域Ｅ₁₂，Ｅ₁₄ 動作軌跡領域Ｆ₁₂，Ｆ₁₄ シミュレーション範囲Ｐ₁〜Ｐ₅ 教示点Ｑ仮想教示点Ｔ₁₂，Ｔ₁₄ 動作軌跡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークに対する所要の作業を行なうロボ
ットのティーチングをオフラインで行なうにあたり、ロ
ボットとワークと周辺機器とのモデルを表示するグラフ
ィックディスプレイを備えたロボットシミュレータ上に
上記モデルを設定し、ロボットを動作させるプログラム
を作成した後に、作成したプログラムによるロボットの
動作をロボットシミュレータ上でのシミュレーションに
より検証するロボット動作のシミュレーション方法にお
いて、上記モデルの上で設定した各教示点に対して、実
際のワークおよびロボットの各教示点で許容される範囲
を各教示点の位置ずれ許容領域として与え、次に上記教
示点を用いてロボットを動作させたときに、上記位置ず
れ許容領域がロボットの可動範囲に含まれかつ位置ずれ
許容領域に他部材が干渉しないかを検証することを特徴
とするロボット動作のシミュレーション方法。
【請求項２】位置ずれ許容領域は教示点ごとに個別に
設定可能とされていることを特徴とする請求項１記載の
ロボット動作のシミュレーション方法。
【請求項３】ロボットの可動範囲はロボットの各関節
ごとの可動範囲として設定されることを特徴とする請求
項１または請求項２記載のロボット動作のシミュレーシ
ョン方法。
【請求項４】位置ずれ許容領域はワークの平行移動お
よび回転移動を含む形で設定されていることを特徴とす
る請求項１ないし請求項３記載のロボット動作のシミュ
レーション方法。
【請求項５】作成したプログラムによるロボットの動
作の軌跡に沿って隣接する各一対の教示点の近傍に、そ
れぞれ位置ずれ許容領域を設定し、隣接する各一対の位
置ずれ許容領域の境界上に教示点の位置ずれを想定した
複数個の仮想教示点を設定し、隣接する各一対の位置ず
れ許容領域に設定した各仮想教示点間を結ぶ直線をプロ
グラムによるロボットの動作の軌跡とみなし、この直線
がロボットの可動範囲に含まれかつワーク以外の部材と
干渉しないかを検証することを特徴とする請求項１ない
し請求項３記載のロボット動作のシミュレーション方
法。
【請求項６】作成したプログラムによるロボットの動
作の軌跡に沿って隣接する各一対の教示点の近傍に、そ
れぞれ位置ずれ許容領域を設定し、隣接する各一対の位
置ずれ許容領域の境界上および位置ずれ許容領域の内側
に教示点の位置ずれを想定した複数個の仮想教示点を設
定し、隣接する各一対の位置ずれ許容領域に設定した各
仮想教示点間を結ぶ直線をプログラムによるロボットの
動作の軌跡とみなし、この直線がロボットの可動範囲に
含まれかつワーク以外の部材と干渉しないかを検証する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のロボッ
ト動作のシミュレーション方法。
【請求項７】隣接する各一対の位置ずれ許容領域に設
定した各仮想教示点間を結ぶすべての直線がロボットの
可動範囲に含まれかつ他部材と干渉しないときに、各位
置ずれ許容領域を設定した教示点を実際のロボットに与
える教示点として採用することを特徴とする請求項５ま
たは請求項６記載のロボット動作のシミュレーション方
法。
【請求項８】実際のロボットを操作して作成したプロ
グラムをロボットシミュレータにより検証することを特
徴とする請求項１ないし請求項６記載のロボット動作の
シミュレーション方法。
【請求項９】シミュレーョン中におけるロボットのモ
デルの位置および姿勢の時間変化をグラフィックディス
プレイの画面上に表示することを特徴とする請求項１な
いし請求項６記載のロボット動作のシミュレーション方
法。