JPH09244724A - ロボットの動作プログラム作成方法及びその作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業のシミュレーションを行って動作プログ
ラムを完成させるものにおいて、その動作プログラムを
容易に、しかも短時間で作成できるようにする。 【解決手段】 予め記憶された基本形状の中から、塗装
対象となるワークの形状に類似した形状を選択した後、
ワークの大きさなどに関する寸法情報を入力する。これ
に基づき、ワークの三次元モデルを作成すると共に、テ
ィーチポイント及び各ティーチポイントの通過順序など
を定めた動作プログラムを作成する。ついで、表示部
に、ロボットモデルを含む作業環境に関する三次元モデ
ル及びワークの三次元モデルを表示し、ロボットモデル
を、作成された動作プログラムに従って動作させる作業
のシミュレーションを実行する。そして、追加、修正が
あればこれを行い、動作プログラムを完成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗装用ロボットな
どのロボットの動作プログラムを作成するためのロボッ
トの動作プログラム作成方法及びその作成装置に関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】産業用のロボット、例
えば塗装用ロボットを動作させる場合、ロボットを動作
させるための動作プログラム（いわゆるティーチングプ
ログラム）を作成する必要がある。この動作プログラム
を作成する方法としては従来より種々の方法があり、大
きくは、実際の塗装ラインにおいて、実機（ロボット）
を用いて行うオンライン方式と、実際の塗装ライン以外
で行うオフライン方式とに分けられる。また、オフライ
ン方式としては、実際の塗装ラインと同様な作業環境
で、実機と同種のロボットを用いて行う仮実機方式と、
コンピュータによるシミュレーション機能を利用したコ
ンピュータ・シミュレーション方式（ＣＡＤティーチン
グとも呼ばれる）とがある。

【０００３】このうち、オンライン方式の場合には、実
際の塗装ラインにおいて行うものであるから、実際の作
業環境に合った動作の設定が可能となる利点がある。し
かしながら、ティーチング時に塗装ラインを停止させる
必要があり、しかも、ティーチングに多くの時間がかか
ると共に、熟練を要するなどの欠点がある。

【０００４】一方、オフライン方式のうち、仮実機方式
の場合には、実際の塗装ライン以外で行うものであるか
ら、塗装ラインを停止させる必要がなく、しかも、オン
ライン方式の場合と同様に、ほぼ実際の作業環境に合っ
た動作の設定が可能となる利点がある。しかしながら、
実機と同種のロボットが別途必要であり、しかも、実際
の塗装ラインと同様な作業環境を作る必要もある。ま
た、オンライン方式の場合と同様に、ティーチングに多
くの時間がかかると共に、熟練を要するなどの欠点もあ
る。

【０００５】これに対して、コンピュータ・シミュレー
ション方式の場合には、ロボットモデルを含む作業環境
の三次元モデル及びワークの三次元モデルを作成すると
共に、作業のポイントとなるティーチポイントを設定
し、さらに各ティーチポイントの通過順序などを定めて
動作プログラムを作成し、表示画面に、上記ロボットモ
デルを含む作業環境の三次元モデル及びワークの三次元
モデルを表示し、その表示画面上において、ロボットモ
デルを動作プログラムに従って動作させる作業シミュレ
ーションを行い、この結果に基づいて動作プログラムを
完成させるようにしたものである。

【０００６】このようなコンピュータ・シミュレーショ
ン方式の場合には、表示画面において作業シミュレーシ
ョンを行うので、上記した仮実機方式の場合と同様に、
塗装ラインを停止させる必要がなく、しかも、ほぼ実際
の作業環境に合った動作の設定が可能となる利点があ
る。しかしながら、塗装対象のワークの形状や大きさが
変わるごとに、表示画面上において、ワークのモデルを
作成すると共に、そのワークに対するティーチポイント
を逐一指示したり、各ティーチポイントの通過順序など
を逐一指示したりする必要があり、このような作業は非
常に面倒で、時間がかかるものであった。

【０００７】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、作業シミュレーションを行って
動作プログラムを完成させるものにおいて、その動作プ
ログラムを容易に、しかも短時間で作成することができ
るロボットの動作プログラム作成方法及びその作成装置
を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のロボットの動作プログラム作成方法は、
ワークの大きさ・形状などに関するデータに基づき、ワ
ークの三次元モデル、ティーチポイント、並びに各ティ
ーチポイントの通過順序を定めてロボットの動作プログ
ラムを作成し、ロボットモデルを含む作業環境に関する
三次元モデル中に前記作成されたワークの三次元モデル
を重ね、前記ロボットモデルを前記作成された動作プロ
グラムに従って動作させる作業シミュレーションを実行
し、このシミュレーションの結果に基づいて動作プログ
ラムを完成するようにしたことを特徴とするものである
（請求項１の発明）。

【０００９】このような方法によれば、ワークの大きさ
・形状などに関するデータが入力されると、その入力さ
れたデータに基づき、ワークの三次元モデル、ティーチ
ポイント、並びに各ティーチポイントの通過順序を定め
てロボットの動作プログラムが自動的に作成される。従
って、ワークの三次元モデルを人の操作で逐一作成した
り、ティーチポイント及び各ティーチポイントの通過順
序などを人が逐一指示したりする必要がなくなる。この
ため、動作プログラムを容易に作成することができ、し
かも作成する時間を大幅に短縮することが可能になる。

【００１０】また、ロボットモデルを含む作業環境に関
する三次元モデル中にワークの三次元モデルを重ね、ロ
ボットモデルを、作成された動作プログラムに従って動
作させる作業シミュレーションを実行し、このシミュレ
ーションの結果に基づいて動作プログラムを完成するよ
うにしているので、動作プログラムを作る際にラインを
停止させる必要がないことは勿論のこと、ほぼ実際の作
業環境に合った動作の設定が可能となる。

【００１１】また、上述したようなロボットの動作プロ
グラムを作成する装置としては、ワークの大きさ・形状
などに関するデータを入力する入力手段と、この入力手
段から入力されたデータに基づいてワークの三次元モデ
ルを作成するワークモデル作成手段と、前記入力手段か
ら入力されたデータに基づいてワークの三次元モデルに
対するティーチポイントを設定するティーチポイント設
定手段と、このティーチポイント設定手段により設定さ
れた各ティーチポイントの通過順序を定めてロボットの
動作プログラムを作成する動作プログラム作成手段と、
ロボットモデルを含む作業環境の三次元モデルのデータ
を記憶する作業環境モデル記憶手段と、前記ロボットモ
デルを前記動作プログラム作成手段により作成された動
作プログラムに従って動作させて、作業シミュレーショ
ンを実行するシミュレーション実行手段と、シミュレー
ションの結果を出力する出力手段とを具備し、前記シミ
ュレーションの結果に基づいて前記動作プログラムを完
成させるようにする構成とすることが好ましい（請求項
２の発明）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。まず、図２には、塗装対象で
あるワーク１を塗装するための塗装室２の外観が示され
ている。塗装室２は仕切り３により仕切り形成されてい
て、その仕切り３の上部には搬送用レール４が設置され
ている。ワーク１は、ハンガー５を介して搬送用レール
４に吊り下げられており、その搬送用レール４に沿って
図中矢印Ａ方向へ搬送されるようになっている。また、
塗装室２には塗装用のロボット６が設置されている。こ
のロボット６は、この場合多関節形ロボットであり、ア
ーム先端部のハンド７に、塗料を吹き付けるためのスプ
レイガン８が取り付けられている。

【００１３】ワーク１としては、種々の形状のものがあ
るが、この場合には、上下両面が開放された角筒状のも
のが示されている。本実施例では、そのワーク１の外側
側面を塗装する場合について説明する。なお、このよう
な立体形状のワーク１をロボット６により塗装する場
合、通常、ワーク１に対して例えば前面側から塗装する
ロボットと、背面側から塗装するロボットの２台に分け
て作業を行うのであるが、本実施例においては、ワーク
１を上記ロボッド６により前面側から塗装する場合につ
いてのみ説明する。ワーク１の背面側は、例えば図示し
ない次の塗装室において塗装されることになる。

【００１４】次に、ワーク１に対して塗装する場合の上
記ロボット６の動作プログラム（ティーチングプログラ
ム）を作成する装置について説明する。図３はその作成
装置の概略的なブロック構成を示すもので、この作成装
置は、演算・制御部１０と、基礎データ記憶部１１と、
ロボットモデル記憶部１２と、環境モデル記憶部１３
と、ワークモデル記憶部１４と、ティーチポイント記憶
部１５と、動作プログラム記憶部１６と、プログラム記
憶部１７と、表示部１８と、入力手段としてのキーボー
ド１９及びマウス２０などから構成されている。

【００１５】このうち、基礎データ記憶部１１には、塗
装対象であるワークの多数種類の基本形状に関するデー
タ、各基本形状に対応するティーチポイントに関するデ
ータ、並びに各ティーチポイントの通過順序や移動速度
などを定めた動作プログラムに関するデータが記憶され
ている。基本形状に関するデータとしては、例えば角
筒、円筒、直方体、立方体、円柱、円錐、Ｔ字管などの
形状と、配置のし方などがある。

【００１６】ロボットモデル記憶部１２には、上記ロボ
ット６をモデル化し、このロボットモデルについての形
状や各リンクのパラメータなどのデータが記憶されてい
る。環境モデル記憶部１３には、図２の作業環境のうち
上記ロボット６以外の設備、この場合、仕切り３、搬送
用レール４及びハンガー５をモデル化し、この環境モデ
ルについての形状などのデータが記憶されている。これ
らロボットモデル記憶部１２及び環境モデル記憶部１３
により、作業環境モデル記憶手段を構成している。

【００１７】ワークモデル記憶部１４は、後述するよう
に、上記演算・制御部１０により作成されたワークの三
次元モデルについてのデータを記憶し、ティーチポイン
ト記憶部１５は、演算・制御部１０により設定されたテ
ィーチポイントについてのデータを記憶し、動作プログ
ラム記憶部１６は、演算・制御部１０によりティーチポ
イントの通過順序や移動速度などを定めて作成された動
作プログラムについてのデータを記憶するようになって
いる。

【００１８】プログラム記憶部１７には、動作プログラ
ムを作成するために演算・制御部１０を制御するための
プログラムが記憶されている。表示部１８は、例えばＣ
ＲＴディスプレイから構成されていて、ワークモデル、
ロボットモデル、環境モデルなどを表示し、この表示画
面上においてシミュレーションを実行する構成となって
いる。また、表示部１８は、シミュレーションによる結
果を出力する出力手段も構成している。

【００１９】上記演算・制御部１０は、後述するよう
に、キーボード１９及びマウス２０によりワーク１の形
状選択や大きさなどに関する情報、例えば高さや幅、奥
行きなどの具体的な寸法情報に関するデータの入力に基
づき、ワークの三次元モデルを作成する機能、ティーチ
ポイントを設定する機能、動作プログラムを作成する機
能、及びロボットモデルによる作業シミュレーションを
実行する機能などを備えている。

【００２０】次に、本実施例の作用について、図１、及
び図４ないし図６のフローチャートも参照して説明す
る。この場合、図２に示された角筒状のワーク１を塗装
する場合を対象としている。

【００２１】図１は動作プログラムを作成するためのメ
インプログラムを示すもので、このプログラムがスター
トすると、まず、使用者がキーボード１９或いはマウス
２０を操作して、基礎データ記憶部１１に記憶された基
本形状の中からワーク１に類似した形状を選択する（ス
テップＳ１）。この場合、選択する形状としては角筒
で、配置としては縦置きを選択する。ついで、使用者が
ワーク１の大きさなどに関する具体的な情報、例えば高
さや幅、奥行きなどの具体的な寸法データなどを入力す
る（ステップＳ２）。

【００２２】すると、演算・制御部１０では、選択され
た基本形状に関するデータと、入力された大きさなどの
データに基づき、図７に示すようなワークの三次元モデ
ル２１を作成する（ステップＳ３）。このワークの三次
元モデルを作成するサブルーチンのフローチャートを図
４に示す。まず、ワークの三次元モデル２１についての
各頂点（図７の８箇所の点Ｐ参照）の座標の演算を行い
（ステップＴ１）、次に、ワイヤフレーム形状データへ
の変換を行い（ステップＴ２）、この後、面情報を付加
し、サーフェイス形状データに変換する（ステップＴ
３）。そして、このようにして作成されたワークの三次
元モデル２１に関するデータをワークモデル記憶部１４
にファイルし（ステップＴ４）、メインルーチンに戻
る。

【００２３】演算・制御部１０では、次に、ティーチポ
イントを設定すると共に、動作プログラムを作成する
（ステップＳ４）。このティーチポイント設定、及び動
作プログラム作成のサブルーチンのフローチャートを図
５に示す。まず、上記ステップＳ３で作成されたワーク
の三次元モデル２１に基づき、ティーチポイントを演算
して設定する（ステップＵ１）。ティーチポイントと
は、ワークに対して塗装する際に作業のポイントとなる
点のことである。

【００２４】図８には、ワークの三次元モデル２１を正
面から見た状態でのティーチポイントＴＰ１〜ＴＰ１６
の一例を示している。この場合のティーチポイントは、
具体的には、スプレイガン８のスタート点（ＴＰ１）、
スプレイガン８をオンさせる点（ＴＰ２，ＴＰ６，ＴＰ
１０，ＴＰ１４）、スプレイガン８をオフさせる点（Ｔ
Ｐ３，ＴＰ７，ＴＰ１１，ＴＰ１５）、曲り点（ＴＰ
４，ＴＰ５，ＴＰ８，ＴＰ９、ＴＰ１２，ＴＰ１３）な
どを示している。この場合、横方向のピッチ寸法Ｐit
は、スプレイガン８により１回に塗れる幅が予め分かっ
ているので、その幅と、塗装面の幅寸法とから均等にな
るように自動的に設定される。このようにして設定され
たティーチポイントに関するデータは、ティーチポイン
ト記憶部１５にファイルする（ステップＵ２）。

【００２５】次に、各ティーチポイントの通過順序を定
めることにより、塗装順序を決定する（ステップＵ
３）。図８には、各ティーチポイントを通過する経路
を、便宜上、二点鎖線と点線とで示している。このう
ち、二点鎖線は、スプレイガン８がオフ状態（塗料を噴
射しない状態）で移動する軌道を示し、点線は、スプレ
イガン８がオン状態（塗料を噴射する状態）で移動する
軌道を示している。この塗装順序を決定する際に、スプ
レイガン８のオン位置及びオフ位置、スプレイガン８の
移動速度なども決定される。このようにして動作プログ
ラムが作成され、この作成された動作プログラムを動作
プログラム記憶部１６にファイルし（ステップＵ４）、
メインルーチンに戻る。

【００２６】次に、使用者の操作によりシミュレーショ
ンを実行する指示を行う。これに基づき、演算・制御部
１０では、シミュレーションを実行する（ステップＳ
５）。このシミュレーションを実行する際のサブルーチ
ンのフローチャートを図６に示す。

【００２７】まず、ロボットモデル記憶部１２からロボ
ットモデル（ロボット６の三次元モデル）、環境モデル
記憶部１３から環境モデル（仕切り３、搬送用コンベア
４、ハンガー５などの三次元モデル）に関するデータを
それぞれ読み出して、これらを表示部１８に、図２のよ
うな状態で表示する（ステップＶ１）。また、ワークモ
デル記憶部１４からワークの三次元モデル２１に関する
データを読み出して、これを表示部１８に、上記ロボッ
トモデル及び環境モデルと共に表示する（ステップＶ
２）。

【００２８】そして、表示部１８の画面上において、ロ
ボットモデルを、上記ステップＳ４で作成された動作プ
ログラムに従って動作させ、作業のシミュレーションを
行う（ステップＶ３）。そして、チェック用演算を行い
（ステップＶ４）、部材の衝突や干渉の有無、或いはロ
ボットモデルにおいて特異点を通過するか否かなどをチ
ェックする（ステップＶ５）。チェックの結果、部材の
衝突や干渉が有る場合、或いは特異点を通過する場合に
は、表示部１８の画面上にその点の表示を行う（ステッ
プＶ６）。例えば、部材の衝突や干渉が有る場合には、
関係する部材を赤で表示する。また、特異点を通過する
場合には、ロボットモデルの動作速度が極端に早くなる
ため、それによって判別する。このようなシミュレーシ
ョンが終了したら、メインルーチンに戻る。

【００２９】上記シミュレーションの結果、動作プログ
ラムに追加或いは修正をする必要がないかどうかを判別
し（ステップＳ６）、追加或いは修正をする必要がある
場合にはこれを行う（ステップＳ７）。このとき、部材
間の衝突や干渉がある場合には、例えばティーチポイン
トをずらすように修正する入力を行う。また、特異点を
通過するような場合には、例えば、ロボットの姿勢を予
め変えるように、動作プログラムを修正する入力を行
う。そして、ステップＳ４に戻りティーチポイントや動
作プログラムを修正した後、再度シミュレーションを行
う。ステップＳ６において、追加或いは修正をする必要
がない場合には、動作プログラムを完成させる（ステッ
プＳ８）。完成された動作プログラムは、動作プログラ
ム記憶部１６にファイルする。

【００３０】以上により、動作プログラムの作成が完了
する。そして、この作成された動作プログラムを用い
て、実際の塗装ラインにおいてテスト塗装を行い、そこ
で更に修正が必要であれば、それを修正して完成させる
ことになる。

【００３１】上記した本実施例によれば、次のような効
果を得ることができる。すなわち、基本形状の中からワ
ーク１に類似した形状を選択すると共に、ワーク１の大
きさなどに関するデータを入力すると、ワークの三次元
モデル２１、ティーチポイント、並びに各ティーチポイ
ントの通過順序などを定めたロボットの動作プログラム
が自動的に作成される。従って、それらワークの三次元
モデルを人の操作で逐一作成したり、ティーチポイント
及び各ティーチポイントの通過順序などを人が逐一指示
したりする必要がなくなるので、動作プログラムを容易
に作成できると共に、作成する時間を大幅に短縮するこ
とが可能になる。この場合、ワークの三次元モデル２１
としては、ワーク１に必ずしも忠実である必要はなく、
塗装する範囲の形状がワーク１と類似のものであれば良
い。

【００３２】また、ロボットモデルを含む作業環境に関
する三次元モデル中に、作成されたワークの三次元モデ
ル２１を重ね、ロボットモデルを、作成された上記動作
プログラムに従って動作させる作業シミュレーションを
実行し、このシミュレーションの結果に基づいて動作プ
ログラムを完成するようにしているので、動作プログラ
ムを作る際に塗装ラインを停止させる必要がないことは
勿論のこと、ほぼ実際の作業環境に合った動作の設定が
可能となる。そして、部材間の衝突や干渉の有無、或い
はロボットの特異点の通過の有無などを確認し、不具合
があった場合には追加或いは修正することにより、一層
良好な動作プログラムを作成することができる。

【００３３】本発明は、上記した実施例にのみ限定され
るものではなく、次のように変形または拡張することが
できる。ワーク１の形状の選択や大きさなどに関するデ
ータの入力は、キーボード１９やマウス２０を用いて人
の操作により行うことに代えて、例えば、カメラや光セ
ンサなどを用いてワーク１の形状や大きさに関する情報
を自動的に読取り、その読み取ったデータを用いるよう
にしても良い。

【００３４】また、作業のシミュレーションは、必ずし
も表示部１８において表示する必要はなく、例えば演算
・制御部１０において、演算のみにより行うようにして
も良い。さらに、本発明は、塗装用のロボットに限られ
ず、例えば溶接用のロボットの動作プログラムを作成す
る場合にも適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ワークの大きさ・形状などに関するデータに
基づき、ワークの三次元モデル、ティーチポイント、並
びに各ティーチポイントの通過順序を定めてロボットの
動作プログラムが自動的に作成されるので、ワークの三
次元モデルを人の操作で逐一作成したり、ティーチポイ
ント及び各ティーチポイントの通過順序などを人が逐一
指示したりする必要がなくなる。このため、動作プログ
ラムを容易に作成することができ、しかも作成する時間
を大幅に短縮することが可能になる。

【００３６】また、ロボットモデルを含む作業環境に関
する三次元モデル中にワークの三次元モデルを重ね、ロ
ボットモデルを、作成された動作プログラムに従って動
作させる作業シミュレーションを実行し、このシミュレ
ーションの結果に基づいて動作プログラムを完成するよ
うにしているので、動作プログラムを作る際にラインを
停止させる必要がないことは勿論のこと、ほぼ実際の作
業環境に合った動作の設定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、動作プログラ
ムを作成する際のメインプログラムのフローチャート

【図２】塗装環境を示す外観斜視図

【図３】作成装置のブロック構成図

【図４】ワークの三次元モデルを作成するプログラムの
フローチャート

【図５】ティーチポイント設定、及び動作プログラム作
成のプログラムのフローチャート

【図６】シミュレーションを行うプログラムのフローチ
ャート

【図７】ワークの三次元モデルを示す図

【図８】ティーチポイント及び塗装順序などを示すため
の説明図

【符号の説明】 １はワーク、２は塗装室、３は仕切り、４は搬送用レー
ル、５はハンガー、６はロボット、８はスプレイガン、
１０は演算・制御部（ワークモデル作成手段、ティーチ
ポイント設定手段、動作プログラム作成手段、シミュレ
ーション実行手段）、１１は基礎データ記憶部、１２は
ロボットモデル記憶部（作業環境モデル記憶手段）、１
３は環境モデル記憶部（作業環境モデル記憶手段）、１
８は表示部（出力手段）、１９はキーボード（入力手
段）、２０はマウス（入力手段）、２１はワークの三次
元モデルである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの大きさ・形状などに関するデー
   タに基づき、ワークの三次元モデル、ティーチポイン
   ト、並びに各ティーチポイントの通過順序を定めてロボ
   ットの動作プログラムを作成し、 ロボットモデルを含む作業環境に関する三次元モデル中
   に前記作成されたワークの三次元モデルを重ね、前記ロ
   ボットモデルを前記作成された動作プログラムに従って
   動作させる作業シミュレーションを実行し、 このシミュレーションの結果に基づいて動作プログラム
   を完成するようにしたことを特徴とするロボットの動作
   プログラム作成方法。
2. 【請求項２】 ワークの大きさ・形状などに関するデー
   タを入力する入力手段と、 この入力手段から入力されたデータに基づいてワークの
   三次元モデルを作成するワークモデル作成手段と、 前記入力手段から入力されたデータに基づいてワークの
   三次元モデルに対するティーチポイントを設定するティ
   ーチポイント設定手段と、 このティーチポイント設定手段により設定された各ティ
   ーチポイントの通過順序を定めてロボットの動作プログ
   ラムを作成する動作プログラム作成手段と、 ロボットモデルを含む作業環境の三次元モデルのデータ
   を記憶する作業環境モデル記憶手段と、 前記ロボットモデルを前記動作プログラム作成手段によ
   り作成された動作プログラムに従って動作させて、作業
   シミュレーションを実行するシミュレーション実行手段
   と、 シミュレーションの結果を出力する出力手段とを具備
   し、 前記シミュレーションの結果に基づいて前記動作プログ
   ラムを完成させるようにしたことを特徴とするロボット
   の動作プログラム作成装置。