(57)【要約】【課題】ロボット軌跡生成装置を提供する。【解決手段】疑似３次元空間を設定し、読み込んだ２次元データをこの３次元空間での特定の面に貼り付ける。この結果、３次元データが生成され、この３次元データに基づいてロボットのツール軌跡を生成する。２次元データが複数の面に跨る場合も、一筆書きでのロボットのツール軌跡を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
疑似３次元空間を設定する３次元空間設定手段と、
２次元データを読み込む２次元データ読込手段と、
読み込んだ２次元データを上記疑似３次元空間の特定の面に貼り付けることにより３次元データを生成する３次元データ生成手段と、
生成した３次元データに基づいてロボットのツールの軌跡を生成するロボット軌跡生成手段と、を含むロボット軌跡生成装置。
【請求項２】
上記３次元データ生成手段において生成された３次元データにロボットのツールに応じて決定される条件データを付加する条件付加手段を備えた請求項１に記載のロボット軌跡生成装置。
【請求項３】
上記３次元データ生成手段は、複数の２次元データを複数の面に貼り付けることにより生成された３次元データを生成する請求項１または請求項２に記載のロボット軌跡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はロボット軌跡生成装置、詳しくは２次元データを用いてロボットのツールの軌道を生成するロボット軌跡生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
団塊世代の退職、少子高齢化によるものづくりの基盤技術の損出、少子高齢化による労働力の減少および人件費の高騰という問題から、生産が海外へ移ってしまう可能性が指摘されている。
これらの問題点の解決手段の一つとして、汎用性の高いロボットの活用が期待されている。例えば、これまで手作業で行われていたバリ取り作業にロボットを応用した自動バリ取りシステムの開発など、ロボットの応用展開が図られてきた。
しかしながら、多くの中小製造業においては、ロボットを導入活用するまでには至っていないのが現状である。
その原因は以下の通りである。すなわち、ロボットはその機構・構造が複雑であるため、ツール軌跡の設定のみでは不十分であり、ロボット自体の姿勢やワークとの間の位置関係も設定する必要がある。よって、ロボットのツール軌跡についてのプログラムの作成が困難である。また、実際にロボット本体を操作してワークなどの位置やその姿勢を記憶させるオンラインティーチング方式では、そのプログラムの作成中は、ロボットの動作を停止させる必要があった。つまり、その間は生産を停止する結果となっていた。さらに、プログラムの作成についてロボット本体を使用しない既存のオフラインティーチングでは、高価な３次元ＣＡＤや、ロボットメーカ専用（固有）のシステムが必要となっていた。これは、その費用面において中小製造業でのロボット採用を困難としていた。加えて、現状においても２次元ＣＡＤを取り扱うオペレータは多いが、３次元ＣＡＤのそれは少ない。
【０００３】
２次元データを用いるこの種のロボット軌跡生成装置としては、従来、特許文献１に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載された３次元計算機支援設計装置にあっては、３次元モデリングの基礎となるスケッチ画面への基本平面形状の取り込みが簡単にでき、かつ既存の２次元図面データを設計資産として活用することができる。すなわち、３次元図面データを表示し、この３次元図面データから平面形状を指定してスケッチ画面（２次元の領域）に、２次元データを取り込む。取り込まれた平面形状の２次元データに対して、厚みなどのデータを付加することにより３次元データ（３次元モデル）に変換され、スケッチ基本平面形状の３次元モデル（３次元データ）が作成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された３次元計算機支援設計装置においては、３次元データ（３次元モデル）を作成した後、例えばシミュレーションソフトなどを使用してこの３次元モデルに基づいてロボット軌跡を生成する必要があった。この場合、３次元シミュレーションソフトを使用する必要があり、その使用法の習熟などにおいて困難な状況が生じていた。また、そのソフトウェア自体が高価であった。
【０００６】
そこで、この発明は、中小企業において広く普及している２次元ＣＡＤにあってその２次元ＣＡＤデータをそのまま使用することにより、ロボット軌跡の生成を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、 疑似３次元空間を設定する３次元空間設定手段と、２次元データを読み込む２次元データ読込手段と、読み込んだ２次元データを上記疑似３次元空間の特定の面に貼り付けることにより３次元データを生成する３次元データ生成手段と、生成した３次元データに基づいてロボットのツールの軌跡を生成するロボット軌跡生成手段と、を含むロボット軌跡生成装置である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、２次元データを有効に活用してロボット軌跡を生成することができる。疑似３次元空間を設定した後、２次元データ（例えばオートＣＡＤ社のＤＸＦデータ）を読み込み、さらに、この２次元データを上記疑似３次元空間の特定の面に貼り付けることにより、３次元データを作成する。
そして、この３次元データに基づいてロボットメーカーの使用するロボット言語を使いロボット軌跡プログラムを生成することとなる。ロボット言語としては、例えば安川電機株式会社のＩＮＦＯＲＭ言語などがある。
なお、面にデータを貼り付けるとは、具体的には選択された２次元ＤＸＦデータの線分等をＰＣ上のメモリー内に一旦格納して疑似３次元空間上の指定された面に展開することである。
また、３次元データに基づいてロボット軌跡プログラムを生成するとは、例えば３次元データが直線を示す場合、ロボット言語による直線命令を生成することである。これらの３次元データと命令言語との対応関係は予め登録しておくことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記３次元データ生成手段において生成された３次元データにロボットのツールに応じて決定される条件データを付加する条件付加手段を備えた請求項１に記載のロボット軌跡生成装置である。
請求項２に記載の発明によれば、作業により異なるロボットツールに応じてその条件データを決定し、これを３次元データの生成において付加することができる。よって、実際の作業に対応したロボット軌跡プログラムを生成することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記３次元データ生成手段は、複数の２次元データを複数の面に貼り付けることにより生成された３次元データを生成する請求項１または請求項２に記載のロボット軌跡生成装置である。
請求項３に記載の発明によれば、複数の面に跨る２次元データについても３次元データを生成することができる。実際のロボット軌跡に対応したプログラムを得ることができることとなる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るロボット軌跡生成装置によれば、２次元データを用いて容易にロボットのツール軌跡を生成することができる。
その結果、２次元データを有効に活用することができ、中小企業などにおけるロボットの普及に資することができる。また、ロボット軌跡の生成に際して高価でかつ熟練を有する３次元ＣＡＤを使用する必要がない。きわめて容易にロボット軌跡プログラムを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係るロボット軌跡生成装置の全体構成を示すそのブロック図である。
【図２】この発明に係るロボット軌跡生成装置における２次元データの３次元データへの変換を説明するための模式図である。
【図３】この発明に係るロボット軌跡生成装置の使用状況を示す概念図である。
【図４】この発明に係るロボット軌跡生成装置での一筆書き形状のロボット軌跡を説明するための模式図である。
【図５】この発明の一実施例に係るロボット軌跡生成装置でのロボット軌跡生成ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】この発明の一実施例に係るロボット軌跡生成ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】この発明の一実施例に係るロボット軌跡生成装置にあって面に跨る要素についてのルーチンを示すフローチャートである。
【図８】この発明の一実施例に係る２次元図面データの３次元データへの変換を説明するための模式図である。
【図９】この発明の一実施例に係る連続線分の定義を説明するための模式図である。
【図１０】この発明の一実施例に係る面を跨る要素の定義を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明に係るロボット軌跡生成装置にあっては、中小企業などにおいて広く普及している２次元ＣＡＤデータ（図面データ；例えばオートキャド社によるＤＸＦデータ）を使用してツールが３次元空間を動く際の軌跡を示すロボット軌跡プログラムを作成することができる。
すなわち、このロボット軌跡生成装置では、図１において示すように、まず疑似３次元空間を設定し（１０１）、この３次元空間の特定の面を指定して読み込んだ２次元データをこの指定した面に貼り付けて（１０２，１０３）、つまり２次元データにこの指定した面のデータを付加することにより、３次元データを生成する。２次元データを３次元データに変換するものである。そして、この３次元データに基づいてロボットのアーム先端のツールの軌跡を生成する（１０４）。
ここで、疑似３次元空間へのＤＸＦデータの簡易貼付機能は、２次元ＣＡＤで平面的に描かれた例えば溶接・プラズマ切断・溶断開先取りのための基本軌道を、簡易操作により、３次元空間に展開させる機能である。
図２に示すように、２次元図面内に描かれているモデルには立体的情報は含まれていない。このため、ある図形がモデルの上面部に描かれているのか、側面部に描かれているのかを、ロボットは判断することができない。この機能は、２次元ＣＡＤで平面的に描かれたロボットのための基本軌道を簡易操作により疑似３次元空間に展開させるものである。
この基本軌道の生成には、ＣＡＤ関連業界における実質的な標準形式であるＤＸＦを利用することができる。
ＤＸＦデータを疑似３次元空間に展開させることで、ロボット座標系における溶接・プラズマ切断・溶断開先取りの動きを３次元的に正確に確認することができる。
具体的には、まずＰＣ（パソコン）上で擬似的に３次元空間（立方体）を定義し、２次元図面内に描かれている図形を選択して、先に定義した疑似３次元空間（立方体）上でのある面に展開する。ロボット座標系を設定した後、疑似３次元空間における対象要素のロボット軌跡である輪郭線などを選択し、ロボットのアーム先端に保持したツールの３次元軌跡を生成するものである。したがって、オペレータは、従来のティーチペンダントを用いることなく、ロボットのための大まかな基本軌道をオフラインでコンピュータにて定義することが可能となる。
例えば図３に示すように２次元図形を架空の立体に貼り付けて高さや奥行きを表現する。そして、ジョブ自動生成によりロボットのツール軌跡が生成される。この生成された軌跡プログラムを例えばファイルとしてティーチペンダントに読込み、このプログラムに基づいてコントローラを介してロボットをその軌跡の通り駆動することとなる。
また、複数の２次元ＣＡＤデータについて、これらを連結する機能が必要となる場合がある。例えば、ロボットをプラズマ切断等に使用する場合、面を跨いだ連続線分（一筆書き形状）的要素が発生する。そこで、コンピュータＰＣ上の疑似３次元空間において展開された２つ以上のＣＡＤデータの連続性などを考慮して繋ぎ合わせる機能（疑似３次元空間での面を跨ぐ一筆書き形状や円筒形状への展開）が必要となる。
具体的には、図４に示すように、２次元図面に描かれている連続線分となり得る２つの図形を選択し、これらの図形について疑似３次元空間での跨る面（複数の面）をそれぞれ指示し、面と面とを跨ぐ形状（Ｒ形状；面取り面）を２次元図面より更に指示し、面を跨ぐ連続線分を生成することとなる。
さらに、疑似３次元空間からのロボット制御言語の自動生成機能は、疑似３次元空間に定義された溶接・プラズマ切断・溶断開先取りロボットのための基本軌道を組み合わせて目標軌道を指定し、その目標軌道から実際に産業用ロボットを動作させるためのロボット制御言語を生成させる機能である。アプリケーションの中でこの目標軌道はＪＯＢと呼ばれる。
複数のＪＯＢをまとめて一つのＪＯＢとして登録し、連続動作を行わせることも可能である。
また、ＰＣの設定画面から送り速度などの用途別の設定条件を指定しておけば、ロボット制御言語生成時にそれらに対応したロボットコマンドが自動的に組み込まれる。さらに、一般的にロボットアーム先端の姿勢の設定には熟練を要していたため、今回のシステムでは、姿勢データは事前に定義してユーザに提供することとする。
具体的には、疑似３次元空間上に展開されている図形の中でロボット軌跡となる線分を選択し、ロボット進行方向や平面上の連続処理定義または線分に対して、溶接やプラズマ切断を行う側、電流、電圧、トーチ送り速度の指示などの属性情報を付加することを可能とする。
【実施例】
【００１４】
この発明の一実施例に係るロボット軌跡生成装置の構成を、図１を参照して以下説明する。
この図１において示すように、このロボット軌跡生成装置１００は、公知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータおよび外部記憶装置、モニタなどの付属装置によって構成されている。疑似３次元空間設定手段１０１は、例えばＸＹＺ軸を設定することにより所定サイズの３次元空間を設定することとなる。２次元データ読込手段１０２は、例えばＤＸＦデータなどの２次元データ（例えば線分）を読み込む。この読み込まれた２次元データについて３次元データ生成手段１０３は、上記疑似３次元空間における特定の面を指定して、この面に貼り付けることにより３次元データを生成する。そして、この３次元データについて溶接条件などの付加情報が、付加情報設定手段１０４において付加・設定される。ロボット軌跡生成手段１０５は、生成された３次元データに基づいてロボット制御言語を生成する。３次元空間でのロボット軌跡を表す制御プログラムを生成するのである。
【００１５】
次に、この発明に係るロボット軌跡生成装置の作用について説明する。図５〜図７のフローチャートによりロボット軌跡を生成する手順を示す。
まず、ＰＣにあって疑似３次元空間のサイズを設定する（Ｓ１０１）。
パソコンＰＣ画面上の疑似３次元空間設定画面より空間の大きさ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を入力する。例えば、Ｘの入力域に３００，Ｙの入力域に３００，Ｚの入力域に３００と入力してＯＫボタンをクリックすると、一辺が３００ｍｍの疑似３次元空間立方体がパソコン画面上にて定義される。
次に、ＤＸＦデータを読み込む（Ｓ１０２）。
例えばパソコンＰＣ内のあるフォルダ（所定のメモリ空間）に保存されている該当するＤＸＦデータファイル（図面ファイル）を選択する。
次に、この読み込んだＤＸＦデータをモニタにグラフィック表示する（Ｓ１０３）。例えば立体図形を示す６面図を２次元直交座標表示することとなる。
さらに、読み込んだデータが面を跨ぐ図形（線分）データか否かについて判断する（Ｓ１０４）。例えば面を跨ぐデータの場合には所定の入力がなされていることとする。面を跨ぐデータである場合は、後述するルーチン（Ｓ１３１〜Ｓ１３６）により処理される。
面を跨ぐ図形データではない場合は、次のステップに進み、ここでは疑似３次元空間に配置する要素を選択する（Ｓ１０５）。すなわち、上記グラフィック表示された図形要素の中より疑似３次元空間に配置したい要素を選択する。例えば三角形の３辺を選ぶことにより三角形の図形を選択する。
次に、疑似３次元空間への貼付時の条件を設定する（Ｓ１０６）。例えば要素を登録する面（３次元空間の面）、要素を配置する時の要素の回転、２次元要素側の基準点、３次元配置面側の基準点、配置時のオフセット値（２次元要素基準点と３次元面の基準点との差値；ＸＹ平面であれば原点からのＸＹ座標値で表される）を設定する。
次に、上記要素について上記設定した条件で疑似３次元空間に貼付する（Ｓ１０７）。疑似３次元空間への当該要素の配置において当該要素は２次元座標値から３次元座標値に変換されることとなる。図８はこの関係を示す。
さらに、指定すべき次の要素が存在するか否かを確認する（Ｓ１０８）。例えば所定の入力の有無により確認する。存在する場合は、上記ステップＳ１０５に戻り、その要素を選択し、Ｓ１０６では貼付の条件を設定し、Ｓ１０７では疑似３次元空間に貼り付ける。
存在しない場合は、図６のフローチャートに示す手順によりロボット軌跡を生成する。
【００１６】
すなわち、まず、ロボット原点を設定する（Ｓ１０９）。ここでは、疑似３次元空間の原点とロボット先端座標のロボット原点との位置関係を入力することとなる。例えば疑似３次元空間での座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）についてそれぞれの値（１００，２００，−５０）を入力すると、所定の演算によりロボット座標値に変換される。
次に、疑似３次元空間に配置された要素の中でロボット軌跡とする要素が含まれている面を、モニタ上にて選択する。つまり、ロボット軌跡生成面（疑似３次元面）を指定する（Ｓ１１０）。
次いで、連続した線分を指定するか否かを判断する（Ｓ１１１）。例えば線分指定のための所定入力の有無を判断する。選択した面上での要素で連続線分として設定する場合は、連続要素選択モードを選択するフラグをＯＮとする（Ｓ１２１）。そして、選択した面上の要素で連続線分として設定する要素をグラフィック表示から選択する。例えば図９に示すように、三角形の２辺(1)，(2)を選択することでこれらの要素(1)と要素(2)とが１つの要素として定義される。
連続線分を指定しない場合は、ロボット軌跡にする要素を選択する（Ｓ１１２）。選択した面上の１要素をグラフィック表示から選択する。
次に、ロボット軌跡を追加する（Ｓ１１３）。要素を選択した状態でグラフィック表示域で表示されたメニュよりロボット軌跡追加メニュを選択すると、ジョブとして追加される。
この後、ロボット進行方向、溶接方向を指定する（Ｓ１１４）。例えばロボット（ツール）の進行方向に向かって左側または右側を溶接するか設定する。
次に、溶接条件を指定する（Ｓ１１５）。例えば溶接の対象であるワークの板厚を設定し、この板厚に適した電流・電圧・速度値が設定される。なお、板厚と電流・電圧・速度との関係については予め設定、登録しておく。
さらに、ロボット軌跡を作成するための次の要素が存在するか否かを確認する（Ｓ１１６）。次の要素が存在する場合は、Ｓ１１０に戻る。
存在しない場合は、次のステップに進み、連続ＪＯＢを定義する（Ｓ１１７）。すなわち、追加したＪＯＢ（ジョブ）が複数存在する場合、それら単独ＪＯＢを１つの連続したＪＯＢとして定義する。
次いで、生成したＪＯＢについてフォルダを指定してＪＯＢファイルが生成される（Ｓ１１８）。ジョブファイル作成時、疑似３次元空間上に定義され、３次元座標およびロボット（ツール）の進行方向、溶接方向（溶接用のツールであるトーチをワークに対して左右どちら側に傾けるか）、溶接条件にロボット姿勢データを付加してロボット言語に変換することとなる。なお、ロボット姿勢データについてはロボット姿勢データベースから読み込まれる（Ｓ１２３）。このステップＳ１２３は、ステップＳ１１７の前に実行される。
このＪＯＢファイルが作成され、格納された後、このルーチンは終了する。
【００１７】
また、上記ステップＳ１０４においてＤＸＦデータを要素として選択する場合、その要素が面を跨ぐ場合について以下説明する。
この場合、一筆書き要素(1)を選択する（Ｓ１３１）。例えば、図１０において示すように、角筒形状のワークについてプラズマ切断を行うロボットについて想定し、二次元データより平面ａにて要素(1)を選択し（Ｓ１３１）、疑似３次元空間の平面ｂにて要素(1)’を選択する（Ｓ１３２）。続いて２次元データ表示にて平面ｃから要素(2)を選択し（Ｓ１３３）、疑似３次元空間上では面ｄから要素(2)’を選択する（Ｓ１３４）。この後、要素(1)と要素(2)とを繋ぐ要素(3)を平面ｅから選択し（Ｓ１３５）、疑似３次元空間にて要素(3)’として選択する。これらの要素を疑似３次元空間に貼付する（Ｓ１３６）。このようにして面を跨ぐ要素（線分）についての疑似３次元空間への面を指定しての貼付が完了する。そして、この後、上述したステップＳ１０８に進み、上記ルーチンによりロボット軌跡が生成されることとなる。
【００１８】
以上のように、二次元データから疑似三次元空間内のロボット軌道の自動生成方法とは、ＰＣ上の疑似三次元空間において、二次元ＤＸＦデータを展開するための各平面を選択し、疑似三次元空間における対象要素のロボット軌跡なる輪郭線などを選択し、ロボット先端作業ツールの三次元軌跡を生成する手法である。この発明は、各種産業ロボットのロボット軌跡生成においてきわめて有用である。
【符号の説明】
【００１９】
１００  ロボット軌跡生成装置、
１０１  ３次元空間設定手段、
１０２  ２次元データ読込手段、
１０３  ３次元データ生成手段、
１０４  条件付加手段、
１０５  ロボット軌跡生成手段。
【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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【図７】
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【図８】
2012061529.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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