(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの位置の教示を行う装置において、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器にロボットを表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図を表示する手段と、前記対象物の前記表示された近傍にロボットを移動させ、ロボットの位置を教示する手段と、を有することを特徴とするロボット教示装置。
【請求項２】
ロボットの教示位置の修正を行う装置において、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器にロボットを表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図と前記対象物に関連した教示点を前記表示器に表示する手段と、前記教示点の内指定された教示点の近傍にロボットを移動させ、教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段と、を有することを特徴とするロボット教示修正装置。
【請求項３】
ロボットの位置の教示を行う装置において、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器に前記対象物を表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図を表示する手段と、前記対象物の前記表示された近傍にロボットを移動させ、教示点の位置を教示する手段と、を有することを特徴とするロボット教示装置。
【請求項４】
ロボットの教示位置の修正を行う装置において、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器に前記対象物を表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図と前記対象物に関連した教示点を前記表示器に表示する手段と、前記教示点の内指定された教示点の近傍にロボットを移動させ、教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段と、を有することを特徴とするロボット教示修正装置。
【請求項５】
前記教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段により指定された教示点が現在の３次元図の表示方向では作業物の影に隠れてしまうかどうか判断する手段と、指示された教示点が作業物の影に隠れてしまうと判断した場合、その教示点が見えるよう３次元図の表示方向を変更する手段とを備えた請求項２又は請求項４に記載のロボット教示修正装置。
【請求項６】
ロボットを作業する対象物の近傍に移動させると、ロボット又はロボットアーム先端に装着されたツールの少なくとも前記対象物の近傍の部分が、前記対象物の３次元図と同じ表示器に表示されることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のロボット教示装置。
【請求項７】
ロボットを作業する対象物の近傍に移動させると、ロボット又はロボットアーム先端に装着されたツールの少なくとも前記対象物の近傍の部分が、前記対象物の３次元図と同じ表示器に表示されることを特徴とする請求項２、請求項４又は請求項５に記載のロボット教示修正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの教示装置に関し、さらに、モデルと実際のシステムの整合をとって教示位置の修正を行なえるようにしたロボット教示修正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット、周辺機器、ツール、作業対象物のワーク等の３次元モデルに基づいてロボットなどの作業機械のプログラムをオフラインプログラミングシステムで作成した場合、このプログラムの動作経路と所望する動作経路との誤差が大きいのが通例である。そこで通常は、実際のシステムでワークに作業ツール等又は位置修正用ツールの先端を位置付け（タッチアップ）してプログラムを修正している。又、実際のワークや周辺機器の位置をセンサで検出し、この検出位置に基づいてオフラインプログラミングシステム上のワークや周辺機器のモデルの位置姿勢を補正する方法も本願出願人によって提案されている（特願２００１−３４６６４０号）。
さらに、視覚センサなどを使い、ワークの位置と姿勢を決める３点を検出して、プログラム全体をシフトさせることも行われている。しかし、このロボットに視覚センサを搭載して使用する方法においてもロボットのジョグ機能を使い、試行錯誤によりワークの姿勢を決める３点が見える位置に視覚センサを移動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、作業現場とは別の事務所等で行われるオフラインプログラミングの作業に加え、工場現場ではロボットなどの作業機械、周辺機器、ワークの位置・姿勢を検出するセンサの設置、調整や、オフラインプログラミングと実際のシステムの間で必要な教示点のタッチアップやシフトによる修正の作業を行う必要がある。
【０００４】
この作業は多大な時間を要した。特に視覚センサで対象位置を捉え、教示点に位置を修正する際、視覚センサで対象位置を捉える作業に、多大な時間を要し、操作が煩雑であった。
そこで、本発明の目的は、位置の教示が容易なロボット教示装置を提供すること、及び簡単に教示点の位置・姿勢の修正ができるようにした教示修正装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係わる発明は、ロボットの位置の教示を行う装置であって、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器にロボットを表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図を表示する手段と、前記対象物の前記表示された近傍にロボットを移動させ、ロボットの位置を教示する手段とを備える点に特徴を有するロボット教示装置である。
又、請求項２に係わる発明は、ロボットの教示位置の修正を行う装置であって、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器にロボットを表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図と前記対象物に関連した教示点を前記表示器に表示する手段と、前記教示点の内指定された教示点の近傍にロボットを移動させ、教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段とを備える点に特徴を有するロボット教示修正装置である。
【０００６】
請求項３に係わる発明は、ロボットの位置の教示を行う装置であって、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器に前記対象物を表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図を表示する手段と、前記対象物の前記表示された近傍にロボットを移動させ、教示点の位置を教示する手段とを備える点に特徴を有するロボット教示装置である。
又、請求項４に係わる発明は、ロボットの教示位置の修正を行う装置であって、ロボットとロボットが作業する対象物の位置関係を記憶する手段と、前記対象物の周囲を移動させることができる表示器を使って、ロボットを操作する手段と、前記表示器に前記対象物を表わす図が表示され、この図を用いて位置を指示する手段と、指示された位置から見た前記対象物の３次元図と前記対象物に関連した教示点を前記表示器に表示する手段と、前記教示点の内指定された教示点の近傍にロボットを移動させ、教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段とを備える点に特徴を有するロボット教示修正装置である。
【０００７】
さらに、請求項５に係わる発明は、請求項２，請求項４に係る発明において、前記教示点の位置又は姿勢を所望の位置又は姿勢に修正する手段により指定された教示点が現在の３次元図の表示方向では作業物の影に隠れてしまうかどうか判断する手段と、指示された教示点が作業物の影に隠れてしまうと判断した場合、その教示点が見えるよう３次元図の表示方向を変更する手段とを備えるものとした。
【０００８】
又、請求項６、７に係わる発明は、上述したロボット教示装置又はロボット教示修正装置の各発明において、ロボットを作業する対象物の近傍に移動させると、ロボット又はロボットアーム先端に装着されたツールの少なくとも前記対象物の近傍の部分が、前記対象物の３次元図と同じ表示器に表示されることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のロボット教示装置及び教示修正装置の一実施形態の概要図である。符号１はロボット制御装置であり、該ロボット制御装置１には、ロボット本体４のロボット機構部が接続され、該ロボット本体４をロボット制御装置１が制御してロボットのアーム等の各機構部を駆動してロボットを動作させるものである。この点は従来のロボットと何等変わりはない。一方、該ロボット制御装置１には、教示操作盤２及び情報処理装置としてのコンピュータ（この実施形態ではパーソナルコンピュータで構成され、以下ＰＣという）３がケーブル５で接続されている。この接続はイーサネット（登録商標）ケーブル若しくはＲＳ−４２２ケーブルで接続されている。このケーブル５をイーサネット（登録商標）ケーブルで構成した場合には、教示操作盤２とＰＣ３は直接的に情報のやりとりができ、ＲＳ−４２２ケーブルで構成した場合には、教示操作盤２とＰＣ３との間の情報のやりとりは、ロボット制御装置１を介して間接的に行われるという点において相違するのみである。
【００１０】
教示操作盤２には液晶等で構成された表示部２ａが設けられ、ソフトキーや各種指令やデータを入力するためのキー等で構成される操作部２ｂが設けられ、持ち運び可能に構成されている。例えば、この操作部２ｂに、動作シミュレーションの起動、停止を指令するキー、ロボットの指令値を、ロボット本体を駆動するために各軸のサーボモータを駆動制御するサーボ部へ指令するか、ＰＣ３に指令するか、又は両方に指令するかを選択する動作モードスイッチ、ＰＣ３内に記憶するアニメーション（動画）の表示条件データを設定変更するための表示条件変更指令キー、動作シミュレーションに対する操作をこの教示操作盤２側で行うか、ＰＣ３側で行うか、両方で可能とするかの表示操作モード切換スイッチ等が設けられている。
【００１１】
又、ＰＣ３は表示部３ａとキーボード等の操作部３ｂ等を備え、従来のパーソナルコンピュータと同じ構成であるが、特に、このＰＣ３の操作部３ｂにも、動作シミュレーションの起動、停止を指令するキー、ロボットの指令値を、ロボット本体４を駆動するためにサーボ部へ指令するか、ＰＣ３に指令するか、又は両方に指令するかを選択する動作モードスイッチ、アニメーションに対する操作を選択する表示操作モード切換スイッチ等が設けられている。
図２は、このロボット制御装置１，教示操作盤２，ＰＣ３における本発明に関係するソフトウエア構成を示す説明図である。
【００１２】
ロボット制御装置１には、通信インタフェース１ａと、プログラム実行処理のためのソフトウエア、プログラム実行１ｂに基づいてロボットの動作位置情報を作成するモーション部１ｃと、該モーション部１ｃからの動作位置情報に基づき、ロボット本体４の各軸のサーボモータを駆動制御するためのサーボ部１ｄと、サーボ遅れ系を補償したアニメーションのための動作位置情報を得るサーボ遅れモデル１ｅと、教示操作盤（ＴＰ）インタフェース１ｆ、エディタ１ｇ等で構成されている。
【００１３】
又、教示操作盤２は、ユーザインタフェース用プログラム２ａ、ユーザインタフェースエミュレータ２ｂ、プラウザ用ソフトウエア２ｃ等を備えている。ＰＣ３には、通信インタフェース３ａ、グラフィックアニメーション３ｂ、教示操作盤（ＴＰ）エミュレーション３ｃ等を備えている。
そして、この図２で示す例では、イーサネット（登録商標）ケーブル５でロボット制御装置１、教示操作盤２、ＰＣ３が接続されている例を示している。
【００１４】
図３は、ロボット本体４のアーム先端に視覚センサとしてのＣＣＤカメラ６を取付け、対象物としての部品１０に対する教示点の修正をなすときの状態を示す図である。この図３において、符号Ａは、教示操作盤２の表示部２ａの画面を拡大したもので、この画面には、ロボットレイアウトの平面図、側面図と対象部品とロボットレイアウトが表示される。
【００１５】
予め、オフラインプログラミングシステム上でロボット、周辺装置、作業対象物、作業ツール等の３次元モデルを配置する。周辺装置、ワーク等の３次元モデルは、ＣＡＤ装置で用意された２次元図面データを利用して教示装置内で作成してもよい。ロボットやツールの３次元モデルは予めシステム内の記憶装置に用意されているものを利用して作成する。
【００１６】
そして、オフラインプログラミングシステム上でロボットが動作するための教示点を教示し、ロボットの動作プログラムを作成する。さらに、シミュレーションにより動作検証を行い、動作検証後の動作プログラムを現場に適用する。このとき、まず、ロボット、周辺装置、ワーク、作業ツール等の３次元モデルをＰＣ３の画面３ａ上で配置する。ＰＣ３の画面３ａ上に配置されたそれら諸要素は、おおよそ正しい位置、即ち、実際の作業現場等における対応物体（ロボット、周辺装置、ワーク、ツール等の実物あるいはこれを模したダミー）のレイアウト位置と一致することが期待される。
【００１７】
しかし実際のケースにおいては、データの誤差、現場でのレイアウト微調整等により、オフラインプログラミングシステムで作成されＰＣ３の画面２ａ上に表示されたレイアウトと実際のレイアウトとの間にはズレが生じる場合が少なくない。そこで、本発明は、このずれの補正を容易にすることができるようにしたものである。
図４は、本実施形態における教示点の位置・姿勢の修正動作の流れ図である。
【００１８】
まず、教示操作盤２の表示部２ａにＰＣ３に記憶するロボット、対象物部品等の、モデルレイアウトの表示を行う。即ち、教示操作盤２の表示部２ａ画面上に設けられた平面図部分にロボットのレイアウトの平面図を表示し、側面図部分にロボットのレイアウトの側面図を表示する。また、対象部品表示部分に対象部品とロボットのレイアウトの一部を表示する（ステップ１００）。
【００１９】
つぎに、操作者の現在位置を入力することによって、ロボットに対する操作者が居る方向を入力する。即ち、ロボットレイアウトが表示されている平面図上、及び側面図上で、操作者の居る場所にカーソルを移動させてそれぞれ指定し、指定ボタンを押すことにより作業者が居る方向を入力する（ステップ１０１）。これによって、ロボットに対する操作者の方向、すなわち視点位置が決まる。つぎに、対象部品表示画面で修正対象となる教示点を指定する（ステップ１０２）。そして、実行ボタンを押すことにより、視線ベクトルの自動計算処理を行わせ、操作者の現在位置において、障害がなく、修正しようとして選択指定した教示点が見える視点位置から見た対象部品表示画面を表示する（ステップ１０３）。なお、この視線ベクトルの自動計算処理は後述する。
【００２０】
次に、カメラ６の焦点が選択指定した教示点の位置になるようにロボットを移動させ（ステップ１０４）、該位置でカメラ６が捉えた対象物画像をモデル画像と重ねて表示する（ステップ１０５）。そして、モデル画像上の選択指定した教示点をカメラ画像上のこの選択指定教示点に対応する位置に移動させ、その位置を選択指定した教示点の修正教示点の位置・姿勢とすることにより教示する（ステップ１０６）。
【００２１】
オフラインプログラミングシステムで作成されたロボットプログラムにおける教示点について、修正を必要とする教示点に対して、上述した処理動作を行うことによって、オフラインプログラミングシステムで作成されたロボットプログラムにおける教示点を修正し、実際の作業対象物である対象部品１０に対する目標とする位置とロボットプログラム上の対応教示点位置のずれを解消させることができる。
【００２２】
図６は、上述したステップ１０３のＰＣ３が実行する自動計算処理のフローチャートである。
まず、前記操作者の平面図、側面図の指定位置から操作者の位置を計算する（ステップ２００）。つぎに、前記操作者が選択指定した教示点の位置を計算し（ステップ２０１）、設定した操作者の位置を視点位置とし、該視点位置から選択指定した教示点への視線ベクトルを計算する（ステップ２０２）。又、視点を変えるための回転角αも設定し、かつ、この回転角を積算するレジスタＲを「０」にクリアする（ステップ２０３）。
【００２３】
つぎに、視点位置から選択指定した教示点への視線ベクトルとレイアウト内の配置物体と干渉しないか干渉チェックを行う。すなわち、該視点位置から目標とする教示点を見た場合、他のものに妨げられずに観察できるか否かのチェックを行う（ステップ２０４）。干渉が発生していると判断された場合、警告と、視線ベクトルを再計算するか操作者に入力を促すメッセージを教示操作盤２の表示部２ａに表示する（ステップ２０６）。
【００２４】
操作者は、このメッセージを見て、再計算指令を入力すると、レジスタＲに設定回転角度αを積算し（ステップ２０８）、該レジスタＲの値が３６０度以上か判断し（ステップ２０９）、３６０度まで回転させていないときには、現在の視点位置より設定角度＋αだけ回転させた位置を視点位置とする（ステップ２１０）。この場合、図５に示すように、視点から教示点までの距離を半径とする球を考え、その球の緯線方向に視点ベクトルを＋αだけ回転させる位置を算出しその位置を新たな視点位置とする。そして、ステップ２０４に戻り前述した処理を繰り返し実行する。
【００２５】
又、ステップ２０９でレジスタＲに記憶する積算値が３６０度以上となると、この位置では視点を変えても障害なく選択設定した教示点が見ることができないものとしてアラームを出力する（ステップ２１２）。なお、ステップ２０９で判断する基準値は３６０度でなくてもよいが、安全をとってこの実施形態では３６０度としている。
【００２６】
かくして、干渉が発生せず、選択指定した教示点を障害なく監視できる視点位置が求まると、ステップ２０５からステップ２１１にすすみ、対象部品画面を再表示して、求めた視点から対象部品を見たときの対象部品モデル画像を表示する。このとき、表示画面の視野内にロボットアーム先端に取り付けたツールがあればこのツールも表示する。
【００２７】
こうして、選択指定した教示点が、障害がなく見える視点が決まり、その視点からの対象部品表示画面を表示されると前述した図４のステップ１０５以下の処理を行うことによって、選択指定した教示点の位置・姿勢を修正することによって教示する。
上述した実施形態では、教示操作盤２の表示部２ａにロボットのレイアウトの正面図、側面図を表示して、該正面図、側面図上で操作者の居る位置を入力することによって、ロボットに対して操作者の居る方向を入力したが、教示操作盤２の表示部２ａにロボットのレイアウトに変えて、作業対象物の対象部品のレイアウト正面図、側面図を表示して、この正面図、側面図上で操作者の居る位置を入力することによって、対象物に対して操作者の居る方向を入力するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
教示操作の表示器に、操作者が実際に見ている方向の３次元図を表示することによって、直感的に又は簡単に３次元図と対象物の関係を捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における構成図である。
【図２】同実施形態におけるソフトウエア構成図である。
【図３】同実施形態においてロボット本体のアーム先端にカメラ６を取付け、対象物に対する教示点の修正を行うときの状態を示す図である。
【図４】同実施形態における操作アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】同実施形態における視点の回転を説明した説明図である。
【図６】本発明の実施形態における視線計算処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ロボット制御装置
２  教示操作盤
３  パーソナルコンピュータ（情報処理装置）
４  ロボット本体
５  ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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