JPH10133730A - 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】 オフライン方式において、任意の形状のワー
クに対するティーチポイントの設定及び動作プログラム
の作成を容易にできるようにする。 【解決手段】 基礎データ記憶部に記憶されたデータの
中から、基本立体図形、それに対応するティーチポイン
ト、動作プログラムを選択すると共に、寸法情報を入力
する。そして、選択した基本立体図形を複数組み合わせ
てワークに近似したワークモデルを作成する。これに基
づき、作成されたワークモデルに対応するティーチポイ
ントが自動的に設定されると共に、動作プログラムが自
動的に作成される。従って、基本立体図形を複数組み合
わせてワークモデルを作成することにより、任意の形状
のワークに対するティーチポイントの設定及び動作プロ
グラムの作成が容易にできるようになる。

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、実際のワークを対象として行
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あっ
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ると共に、実際の
塗装ラインと同様な作業環境を作る必要があり、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がある。

【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して表
示画面に表示し、その表示画面上において、作業のポイ
ントとなるティーチポイントを設定すると共に、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、そして、表示画面上においてロボットを動作プ
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、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
実際の作業環境にあった動作の設定が可能となる利点が
ある。また、仮実機方式の場合とは違い、ティーチング
用のロボットを必要としないと共に、実際の塗装ライン
と同様な作業環境を作る必要もない。

【０００７】しかしながら、ワークに対応したティーチ
ポイントの設定及び動作プログラムの作成を行うには、
表示画面において、ワークに忠実な三次元モデルを作成
し、その三次元モデルに対して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。特に、ワークの形状
が複雑になると、その作業は一層面倒で、時間がかかる
ものとなる。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、オフライン方式において、任意の形
状のワークに対するティーチポイントの設定及び動作プ
ログラムの作成を容易に行う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。

【０００９】

【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、
基本立体図形を複数組み合わせてワークに近似したワー
クモデルを作成し、前記各基本立体図形に対して予め設
定されたティーチポイントのデータと、前記ワークモデ
ルのデータとに基づいて、当該ワークモデルに対応する
ティーチポイントを設定すると共に、前記各基本立体図
形に対して予め設定された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のデータと、
前記ワークモデルに対応するティーチポイントのデータ
とに基づいて、当該ワークモデルに対応する動作プログ
ラムを作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）。

【００１０】このような方法によれば、基本立体図形を
複数組み合わせてワークに近似したワークモデルを作成
すると、各基本立体図形に対して予め設定されたティー
チポイントのデータと前記ワークモデルのデータとに基
づいて、当該ワークモデルに対応するティーチポイント
が自動的に設定されると共に、各基本立体図形に対して
予め設定された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のデータと前記ワークモ
デルに対応するティーチポイントのデータとに基づい
て、当該ワークモデルに対応する動作プログラムが自動
的に作成されるようになる。従って、使用者としては、
作成したワークモデルに対して、ティーチポイントを指
示したり、各ティーチポイントの通過順序などを指示し
たりする必要がなくなる。

【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、複数の基本立体図形、
及びこれら各基本立体図形に対応するティーチポイン
ト、並びに各基本立体図形に対応する各ティーチポイン
トの通過順序などを定めたロボットの動作プログラムに
関する各データを記憶する基礎データ記憶手段と、この
基礎データ記憶手段に記憶された前記基本立体図形、テ
ィーチポイント、並びに動作プログラムに関するデータ
を選択する選択手段と、この選択手段により選択された
前記基本立体図形を複数組み合わせることにより、ワー
クに近似したワークモデルを作成するワークモデル作成
手段と、前記選択手段により選択された前記各基本立体
図形に対応するティーチポイントのデータと、前記ワー
クモデル作成手段により作成された前記ワークモデルの
データとに基づいて、当該ワークモデルに対応するティ
ーチポイントを設定するティーチポイント設定手段と、
前記選択手段により選択された前記各基本立体図形に対
応する動作プログラムのデータと、前記ティーチポイン
ト設定手段により設定されたティーチポイントのデータ
とに基づいて、前記ワークモデルに対応する動作プログ
ラムを作成する動作プログラム作成手段とを具備した構
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には塗装用のロボ
ット１の外観が示されており、このロボット１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２
に、塗料を吹き付けるためのスプレイガン３が取り付け
られている。図３には塗装対象であるワーク４の一例が
示されており、このワーク４は、この場合、ほぼ直方体
をなす台５と、ほぼ立方体をなし、台５の上面の一端側
に設けられた状態の凸部６とを組み合わせた形状となっ
ている。台５及び凸部６の各角部５ａ，６ａは、曲面状
となるように面取りされている。

【００１３】一方、図４は、上記ロボット１の動作プロ
グラムを作成するための作成装置の概略的なブロック構
成を示している。この動作プログラムの作成装置は、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、例えばＣＲＴディスプレイから成る表示部１８と、
キーボード１９及びマウス２０などから構成されてい
る。

【００１４】このうち、基礎データ記憶部１１は、本発
明における基礎データ記憶手段を構成するものであり、
この基礎データ記憶部１１には、複数の基本立体図形
（立方体、直方体、円柱、球、錐など）に関するデー
タ、各基本立体図形における塗装面のティーチポイント
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。この場合、基本立体図形と、この基
本立体図形における塗装面と、その塗装面に対するティ
ーチポイントと、その塗装面を塗装する際の動作プログ
ラムとが一つのセットになっている。

【００１５】ロボットモデル記憶部１２には、上記ロボ
ット１をモデル化した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。
また、環境モデル記憶部１３には、ロボット１が使用さ
れる周囲の設備、例えば仕切壁や搬送用レール、ハンガ
ーなどをモデル化した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。

【００１６】ワークモデル記憶部１４は、後述するよう
に、基本立体図形を複数組み合わせて作成されるワーク
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、そのワークモデルに対して設定されるティ
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、ワークモデルに対して作成される動作
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。

【００１７】プログラム記憶部１７には、ロボットの動
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、ワークモデル、ロボットモデル、環境モデル、ワー
クモデルに対するティーチポイントなどを表示すると共
に、この表示画面上において作業のシミュレーションを
実行する構成となっており、表示手段及び出力手段を構
成している。

【００１８】キーボード１９及びマウス２０は、ワーク
モデルを作成する際に、基本立体図形、塗装面、ティー
チポイント、動作プログラムなどを選択する際の選択手
段を構成すると共に、寸法情報などを入力する入力手段
を構成している。

【００１９】そして、上記演算・制御部１０は、キーボ
ード１９及びマウス２０の操作に基づき、後述するよう
に、ワークモデルを作成する機能（ワークモデル作成手
段）、作成されたワークモデルに対応するティーチポイ
ントを設定する機能（ティーチポイント設定手段）、作
成されたワークモデルに対応する動作プログラムを作成
する機能（動作プログラム作成手段）、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】次に上記した構成の作成装置により、図３
のワーク４を塗装する動作プログラムを作成する際の手
順について、図１と、図５〜図８も参照して説明する。
この場合、ワーク４において、台５の上面５ｂと、凸部
６の前面６ｂとにわたって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、使用者は、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
データの中から、表示部１８の表示を見ながら、基本立
体図形、ティーチポイント、動作プログラムを選択する
と共に、寸法情報を入力する（ステップＳ１）。この場
合、基本立体図形には、塗装面と、その塗装面における
ティーチポイントと、その塗装面を塗装する際の動作プ
ログラムとがセットになっている。

【００２２】ここで、使用者は、基本立体図形を選択す
る際に、ワーク４を複数の基本立体図形に分割して考
え、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、凸部６に対
応した基本立体図形である立方体２１と、台５に対応し
た基本立体図形である直方体２２とを選択する。このと
き、選択する立方体２１は、立方体のなかでも、塗装面
及び塗装方向が凸部６の前面６ｂを塗装するのに合った
ものを選択する。また、直方体２２も、直方体のなかで
も、塗装面及び塗装方向が台５の上面５ｂを塗装するの
に合ったものを選択する。選択された基本立体図形（立
方体２１、直方体２２）は表示部１８に表示される。図
５の（ａ）及び（ｂ）において、黒塗りの点はティーチ
ポイントＴＰを、ＴＰの後の数字は通過順序を、一点鎖
線Ｌは通過経路（塗装経路）を示している。なお、ティ
ーチポイントＴＰの数は、簡略化して示されている。

【００２３】そして、使用者は、キーボード１９或いは
マウス２０を操作して、これら立方体２１と直方体２２
とをどのように組み合わせるかの指示をする。

【００２４】すると、演算・制御部１０では、基本立体
図形を組み合わせてワークモデル２３（図５の（ｃ）参
照）を作成する（ステップＳ２）。このワークモデル２
３を作成するサブルーチンのフローチャートを図６に示
す。

【００２５】まず、選択された基本立体図形（立方体２
１と直方体２２）の組み合わせに伴う演算を行う（ステ
ップＴ１）。この演算は、例えばコンピュータグラフィ
ックスの分野で用いられる、ＣＳＧ（constructive sol
id geometry ）の手法、或いはＢ-reps （boundary rep
resentation ）の手法を用いる。そして、このようにし
て作成されたワークモデル２３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Ｔ２）、メイ
ンルーチンに戻る。

【００２６】演算・制御部１０では、次に、上記ステッ
プＳ２で作成されたワークモデル２３に対応するティー
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Ｓ３）。このティーチポイント設定、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７
に示す。

【００２７】ここでは、まず、ワークモデル２３に対応
するティーチポイントの選択・統合の演算を行う（ステ
ップＵ１）。具体的には、立方体２１において予め設定
されたティーチポイントＴＰのデータと、直方体２２に
おいて予め設定されたティーチポイントＴＰのデータ
と、立方体２１と直方体２２とを組み合わせた上記ワー
クモデル２３のデータとに基づいて、ワークモデル２３
に対応するティーチポイントを設定する。この場合、直
方体２２の上面の一部が立方体２１により覆われた状態
となることに伴い、直方体２２の上面側の一部のティー
チポイントをキャンセルする。図５（ｃ）において、白
抜きの点はキャンセルするティーチポイント（ＣＴＰ）
を示している。このようにして、ワークモデル２３に対
応するティーチポイントＴＰを設定し、このティーチポ
イントＴＰのデータをティーチポイント記憶部１５にフ
ァイルする（ステップＵ２）。

【００２８】次に、ワークモデル２３に対応するティー
チポイントＴＰに番号付けを行い（ステップＵ３）、こ
のデータと、立方体２１に予め設定された動作プログラ
ムのデータと、直方体２２に予め設定された動作プログ
ラムのデータとに基づいて、ワークモデル２３に対応す
る動作プログラムが作成される。この動作プログラムを
作成する際には、通過経路（塗装経路）の他、スプレイ
ガン３のオン位置及びオフ位置、向き、移動速度なども
決定される。このようにして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Ｕ
４）、メインルーチンに戻る。

【００２９】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、ロボットモデルによる作業のシミュレーシ
ョンを実行する（ステップＳ４）。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８
に示す。

【００３０】まず、ロボットモデル記憶部１２からロボ
ットモデル、環境モデル記憶部１３から環境モデル（仕
切壁や搬送用レールなどのモデル）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に表示する（ス
テップＶ１）。また、ワークモデル記憶部１４から上記
ワークモデル２３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Ｖ２）。

【００３１】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Ｓ３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
衝突や干渉がある場合、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ある場合には、
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。このような作業のシミュ
レーションが終了したら、メインルーチンに戻る。

【００３２】上記シミュレーションの結果、ティーチポ
イントや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Ｓ５）、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Ｓ
６）。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、再度シミュレーションを行う。ステップＳ５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Ｓ７）。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。

【００３３】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。

【００３４】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、ワーク１を塗装する
ための動作プログラムを作成する場合、まず、基礎デー
タ記憶部１１に記憶されたデータの中から、ワーク１に
近似したワークモデル１４を構成するための基本立体図
形（立方体２１、直方体２２）と、塗装面に対応するテ
ィーチポイント及び動作プログラムを選択すると共に、
寸法情報を入力する。そして、選択した基本立体図形を
組み合わせてワーク１に近似したワークモデル２３を作
成することに基づき、そのワークモデル２３に対応する
ティーチポイントが自動的に設定されると共に、動作プ
ログラムが自動的に作成されるようになるので、オフラ
イン方式において、任意の形状のワークに対するティー
チポイントの設定及び動作プログラムの作成を容易に、
しかも短時間で行うことができるようになる。

【００３５】また、ワークモデル２３を作成する場合、
ワーク４に近似した図形を扱うため、ティーチポイント
の取り扱いが容易であると共に、多少複雑な形状のワー
クに対しても容易に対応することができる。

【００３６】そして、ワークとしては特定の形状に限定
されず、任意の形状のワークに対して対応できるから、
ソフトのパッケージ化（量産）が可能となる利点もあ
る。

【００３７】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。基礎データ記憶部に、基本立体図形、ティーチポ
イント、動作プログラムを記憶させる場合、それらをセ
ットした状態で記憶させることに代えて、それらを別々
に記憶させておくこともできる。このようにした場合に
は、使用者が、それら基本立体図形、ティーチポイン
ト、動作プログラムを組み合わせることが必要となる。

【００３８】作業のシミュレーションは、必ずしも必要
なものではなく、必要に応じて行うようにすれば良い。
さらに、本発明は、塗装用のロボットに限られず、例え
ば研磨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。

【００３９】

【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、基本立体図形を複数組み合わせてワークに近
似したワークモデルを作成すると、各基本立体図形に対
して予め設定されたティーチポイント及び動作プログラ
ムのデータと、作成されたワークモデルのデータとに基
づき、ワークモデルに対応するティーチポイントが自動
的に設定されると共に、動作プログラムが自動的に作成
されるようになるので、オフライン方式において、任意
の形状のワークに対するティーチポイントの設定及び動
作プログラムの作成を容易に、しかも短時間で行うこと
ができるようになる。

【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】ロボットの斜視図

【図３】ワークの斜視図

【図４】作成装置のブロック構成図

【図５】基本立体図形及びワークモデルの斜視図

【図６】ワークモデルを作成するプログラムのフローチ
ャート

【図７】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８】シミュレーションを行うプログラムのフローチ
ャート

【符号の説明】

１はロボット、３はスプレイガン、４はワーク、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）、１１は基礎デ
ータ記憶部（基礎データ記憶手段）、１８は表示部、１
９はキーボード（選択手段）、２０はマウス（選択手
段）、２１は立方体（基本立体図形）、２２は直方体
（基本立体図形）、２３はワークモデルである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本立体図形を複数組み合わせてワーク
   に近似したワークモデルを作成し、 前記各基本立体図形に対して予め設定されたティーチポ
   イントのデータと、前記ワークモデルのデータとに基づ
   いて、当該ワークモデルに対応するティーチポイントを
   設定すると共に、 前記各基本立体図形に対して予め設定された各ティーチ
   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
   ラムのデータと、前記ワークモデルに対応するティーチ
   ポイントのデータとに基づいて、当該ワークモデルに対
   応する動作プログラムを作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】 複数の基本立体図形、及びこれら各基本
   立体図形に対応するティーチポイント、並びに各基本立
   体図形に対応する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に関する各データを記
   憶する基礎データ記憶手段と、 この基礎データ記憶手段に記憶された前記基本立体図
   形、ティーチポイント、並びに動作プログラムに関する
   データを選択する選択手段と、 この選択手段により選択された前記基本立体図形を複数
   組み合わせることにより、ワークに近似したワークモデ
   ルを作成するワークモデル作成手段と、 前記選択手段により選択された前記各基本立体図形に対
   応するティーチポイントのデータと、前記ワークモデル
   作成手段により作成された前記ワークモデルのデータと
   に基づいて、当該ワークモデルに対応するティーチポイ
   ントを設定するティーチポイント設定手段と、 前記選択手段により選択された前記各基本立体図形に対
   応する動作プログラムのデータと、前記ティーチポイン
   ト設定手段により設定されたティーチポイントのデータ
   とに基づいて、前記ワークモデルに対応する動作プログ
   ラムを作成する動作プログラム作成手段とを具備したこ
   とを特徴とするロボットの動作プログラム作成装置。