JP3971773B2

JP3971773B2 - ロボットのオフライン教示装置

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Publication number: JP3971773B2
Application number: JP2005297426A
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Inventors: 嘉治長塚; 幸三井上
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-09-05
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Description

本発明は、ロボットのプログラミング技術に関し、特に、ロボットの加工動作をオフラインで教示するオフライン教示装置に関する。

ロボット、特に産業用ロボットを用いた生産システムにおいて、ロボットのアーム端に装着した加工ツール（すなわちエンドエフェクタ）により、ワーク（すなわち作業対象物）に対しアーク溶接等の加工作業を遂行する加工ロボットシステムは知られている。この種の加工ロボットシステムでは、生産現場の稼動効率を向上させるべく、実機のロボットを動かさずに加工動作を教示するオフライン教示法が行なわれている。一般にオフライン教示法では、電算機にロボット及びその作業環境のモデルを持たせ、表示画面上でロボットモデルに所望のロボット動作を模擬的に遂行させることで、実機ロボットに教示すべき位置／姿勢データ、動作順序データ及び加工条件データを得ている。

加工ロボットシステムでオフライン教示法を行なう場合は、通常、電算機に所要のソフトウェアをインストールして構成されたオフライン教示装置が、ロボット及び作業環境のモデルを用いて加工プログラムを作製した後に、その加工プログラムを、実機ロボットを制御するロボット制御装置に与え、ロボットに、ロボット制御装置の制御下でワークに対する加工作業を試行させる。そして、加工品質を確認しながら、アームの加工姿勢、教示点の加工順序、加工条件等を調整したり、必要に応じて命令を追加したりすることで、最適な加工プログラムを決定する。ここで、加工条件には一般に、速度、加速度、補間方式等のアーム動作に関する条件と、溶接電流、レーザ出力等の加工作業内容に関する条件とが含まれる。

上記加工ロボットシステムを採用した生産現場では、形状や寸法等の幾何学的特徴が類似したワークに同種の加工作業を実施する場合がある。このような場合に、特定のワークに対して用意された加工プログラムに含まれる種々のデータを、他の類似ワークの加工プログラムに利用できれば、類似ワークに対するロボットのプログラミングが容易になり、生産現場の稼動効率が一層向上すると考えられる。

例えば特許文献１は、溶接ロボットのオフライン教示装置において、基本型ワークの教示データ（マスタプログラム）を用いて、基本型ワークに対し拡大、縮小、組み合わせで構成できる類似ワークの教示データを作成する構成を開示する。類似ワークの教示データは、マスタプログラムの位置データを拡大、縮小、組み合わせで変更した位置データと、マスタプログラムの姿勢データ及び溶接条件データをそのまま用いた姿勢データ及び溶接条件データとを含む。また特許文献２は、特定ワークに関する既存の教示データのうち、個々の教示点における姿勢データを、類似ワークの対応教示点の姿勢データに変換して、類似ワークの教示データを作成するオフライン教示法を開示する。この構成では、類似ワークの各教示点の位置は、予め設定されている。

特開平６−３３７７１１号公報特開２００４−３６２０１８号公報

前述した特許文献１に開示される従来のオフライン教示装置では、基本型ワークに対し拡大、縮小、組み合わせで構成できる類似ワークに関してのみ、マスタプログラムを利用したプログラミングが可能である。つまり、基本型ワークの溶接作業に対比して、ロボットの姿勢変更が要求されるような形状のワークについては、マスタプログラムを利用したプログラミングを行なうことができない。他方、特許文献２に開示されるオフライン教示法は、既存の教示データのうち姿勢データのみを、類似ワークのプログラミングに流用するものであって、類似ワークに関しても個々の教示点の位置を予め設定することが前提となっている。このような教示点の位置設定には、加工作業についての深い知識と熟練が要求される。

本発明の目的は、ロボットの加工動作をオフラインで教示するオフライン教示装置において、特定ワークに対し幾何学的特徴が類似したワークの加工プログラムを作成する際に、特定ワークに関する既存の教示データを可及的有効に利用することで、特定ワークの加工作業に対比してロボットの姿勢変更が要求されるような形状のワークについても、実機ロボットによるプログラム試行、教示データの調整、命令の追加等の作業を繰り返すことなく、加工プログラムを容易に作成でき、以って生産現場の稼動効率を著しく向上させることができるオフライン教示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロボットの加工動作をオフラインで教示するオフライン教示装置において、第１ワークに対する既存の加工プログラムから、加工実行に関わる複数の既定教示点の個々の位置データ及び姿勢データ並びに補間命令を含む加工条件データを取得するデータ取得部と、データ取得部が取得した複数の既定教示点の位置データ及び姿勢データと補間命令とから、既存の加工プログラムにおける加工経路を求める加工経路演算部と、第１ワークとは異なる幾何学的特徴を有する第２ワークをモデル化した第２ワークモデルのデータを用いて、第２ワークモデルに対する加工対象箇所の入力指示に従い、第２ワークの被加工部分を示す加工線を第２ワークモデルに付加して生成するモデル生成部と、加工経路演算部が求めた加工経路とモデル生成部が生成した加工線との幾何学的相関性を求めるとともに、データ取得部が取得した複数の既定教示点の位置データ及び姿勢データと幾何学的相関性とに基づき、加工線における複数の教示点の個々の位置及び姿勢を求める教示点演算部と、データ取得部が取得した複数の既定教示点の加工条件データと、教示点演算部が求めた複数の教示点の位置及び姿勢とを用いて、第２ワークに対する加工プログラムを生成するプログラム生成部と、を具備し、教示点演算部が求める幾何学的相関性は、加工経路と加工線との長さ方向寸法比と、第１ワークに対する既存の加工プログラムにおいて複数の既定教示点を定める既定基準座標系と第２ワークに対する加工プログラムにおいて複数の教示点を定める基準座標系との間の座標変換で表される相関性とを含み、教示点演算部は、複数の既定教示点の位置データと長さ方向寸法比とに基づき、複数の教示点の位置を求めるとともに、複数の既定教示点の姿勢データと座標変換で表される相関性とに基づき、複数の教示点の姿勢を求めること、を特徴とするオフライン教示装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオフライン教示装置において、プログラム生成部は、第２ワークモデルの加工線に対し予め用意された複数の仮教示点の位置及び姿勢のデータを用いて、教示点演算部が求めた位置及び姿勢を個々に有する複数の教示点と、予め用意された複数の仮教示点との中で、加工線上で最近接の相対位置関係を有する教示点と仮教示点との教示点ペアについて、教示点演算部が求めた教示点の位置を仮教示点の位置に変更して、加工プログラムを生成するオフライン教示装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のオフライン教示装置において、教示点演算部は、教示点ペアについて、仮教示点の姿勢を、教示点演算部が求めた教示点の姿勢に変更するオフライン教示装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のオフライン教示装置において、プログラム生成部は、加工線における複数の教示点及び複数の仮教示点のうち、教示点ペアに含まれない教示点及び仮教示点の少なくとも一方が存在する場合に、存在する教示点及び仮教示点の少なくとも一方を加工プログラムに挿入するオフライン教示装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオフライン教示装置において、データ取得部は、既存の加工プログラムから、加工経路における加工開始時の既定教示点の前の前段既定教示点の位置データ及び姿勢データを取得し、教示点演算部は、前段既定教示点と加工開始時の既定教示点との相対位置関係と、教示点演算部が求めた加工線における加工開始時の教示点の位置及び姿勢とに基づき、加工線における加工開始時の教示点の前の前段教示点の位置及び姿勢を求め、プログラム生成部は、前段教示点の位置及び姿勢を用いて、第２ワークに対する加工プログラムを生成するオフライン教示装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオフライン教示装置において、データ取得部は、既存の加工プログラムから、加工経路における加工終了時の既定教示点の後の後段既定教示点の位置データ及び姿勢データを取得し、教示点演算部は、後段既定教示点と加工終了時の既定教示点との相対位置関係と、教示点演算部が求めた加工線における加工終了時の教示点の位置及び姿勢とに基づき、加工線における加工終了時の教示点の後の後段教示点の位置及び姿勢を求め、プログラム生成部は、後段教示点の位置及び姿勢を用いて、第２ワークに対する加工プログラムを生成するオフライン教示装置を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、教示点演算部が、既存加工プログラムから得た加工経路と第２ワークモデルの加工線との幾何学的相関性（例えば長さ方向寸法比）に従って、加工経路上の複数の既定教示点の位置データ及び姿勢データを、加工線上の複数の教示点の位置及び姿勢にそれぞれ変換することができる。そしてプログラム生成部が、加工経路上の複数の既定教示点における加工条件データを、加工線上の複数の教示点にそのまま使用して、位置及び姿勢のデータに付加することで、第２ワークの加工プログラムを生成することができる。したがって、特定の第１ワークに対し幾何学的特徴が類似した第２ワークの加工プログラムを作成する際に、第１ワークに関する既存加工プログラムの教示データを可及的有効に利用して、第１ワークの加工作業に対比してロボットの姿勢変更が要求されるような形状の第２ワークについても、実機ロボットによるプログラム試行、教示データの調整、命令の追加等の作業を繰り返すことなく、加工プログラムを容易に作成することが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、第２ワークモデル及び加工線の幾何学的特徴を考慮して、最適な加工品質を期待できる理想の教示データ（位置、姿勢、加工条件）を有する仮教示点を、第２ワークモデルに関して設定し、位置については、教示点演算部が求めた教示点の位置を仮教示点の理想の位置にそれぞれ変更して、加工プログラムを生成する。それにより、オペレータのスキルを活用することができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに、姿勢については、教示点演算部が、教示点ペアの仮教示点の理想の姿勢を、教示点演算部が求めた教示点の姿勢に変更するようにしたから、試行により最適化した姿勢データを活用できる。

請求項４に記載の発明によれば、教示点演算部が算出した教示点とオペレータが設定した仮教示点との中で、最近接の関係を有する教示点ペアを組むことができない点についても、そのような教示点又は仮教示点のデータを用いることができる。

請求項５に記載の発明によれば、既存加工プログラムの教示データを用いて、第２ワークに対する加工開始前の前段教示点の位置及び姿勢を求めることができる。

請求項６に記載の発明によれば、既存加工プログラムの教示データを用いて、第２ワークに対する加工終了後の後段教示点の位置及び姿勢を求めることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るオフライン教示装置１０の基本構成を機能ブロック図で示す。オフライン教示装置１０は、ロボットの加工動作をオフラインで教示するものであって、例えばパーソナルコンピュータ等の電算機に所要のソフトウェアをインストールすることにより構成できる。

オフライン教示装置１０は、第１ワークに対する既存の加工プログラムＰ１から、加工実行に関わる複数の既定教示点の個々の位置データＰＤ及び姿勢データＯＤ並びに補間命令Ｉを含む加工条件データＣＤを取得するデータ取得部１２と、データ取得部１２が取得した複数の既定教示点の位置データＰＤ及び姿勢データＯＤと補間命令Ｉとから、既存の加工プログラムＰ１における加工経路Ｔ１を求める加工経路演算部１４と、第１ワークとは異なる幾何学的特徴を有する第２ワークをモデル化した第２ワークモデルＭ２のデータを用いて、第２ワークモデルＭ２に対する加工対象箇所の入力指示に従い、第２ワークの被加工部分を示す加工線Ｌ２を第２ワークモデルＭ２に付加して生成するモデル生成部１６と、加工経路演算部１４が求めた加工経路Ｔ１とモデル生成部１６が生成した加工線Ｌ２との幾何学的相関性を求めるとともに、データ取得部１２が取得した複数の既定教示点の位置データＰＤ及び姿勢データＯＤと幾何学的相関性とに基づき、加工線Ｌ２における複数の教示点の個々の位置ＰＡ及び姿勢ＯＡを求める教示点演算部１８と、データ取得部１２が取得した複数の既定教示点の加工条件データＣＤと、教示点演算部１８が求めた複数の教示点の位置ＰＡ及び姿勢ＯＡとを用いて、第２ワークに対する加工プログラムＰ２を生成するプログラム生成部２０とを備えて構成される。

上記構成を有するオフライン教示装置１０では、教示点演算部１８が、既存加工プログラムＰ１から得た加工経路Ｔ１と第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌ２との幾何学的相関性（例えば長さ方向寸法比）に従って、加工経路Ｔ１上の複数の既定教示点の位置データＰＤ及び姿勢データＯＤを、加工線Ｌ２上の複数の教示点の位置ＰＡ及び姿勢ＯＡにそれぞれ変換することができる。そしてプログラム生成部２０が、加工経路Ｔ１上の複数の既定教示点における加工条件データＣＤを、加工線Ｌ２上の複数の教示点にそのまま使用して、位置ＰＡ及び姿勢ＯＡのデータに付加することで、第２ワークの加工プログラムＰ２を生成することができる。

したがって、特定の第１ワークに対し幾何学的特徴が類似した第２ワークの加工プログラムＰ２を作成する際に、第１ワークに関する既存加工プログラムＰ１の教示データを可及的有効に利用して、第１ワークの加工作業に対比してロボットの姿勢変更が要求されるような形状の第２ワークについても、実機ロボットによるプログラム試行、教示データの調整、命令の追加等の作業を繰り返すことなく、加工プログラムＰ２を容易に作成することが可能になる。その結果、オフライン教示装置１０によれば、生産現場における加工ロボットシステムの立ち上げ時間を短縮できるとともに、システムの稼動効率を著しく向上させることができる。

図２は、オフライン教示装置１０を取り入れた加工ロボットシステム２２の概要を例示する。加工ロボットシステム２２は、例えば多関節型の構成を有するロボット（機構部）２４と、ロボット２４のアーム先端に取り付けられるエンドエフェクタとしての加工ツール２６と、ロボット２４及び加工ツール２６の動作を制御するロボット制御装置２８と、ＬＡＮ３０を介してロボット制御装置２８に接続されるオフライン教示装置１０とを備える。ロボット２４は、既存加工プログラムＰ１（図１）に従い、ロボット制御装置２８による制御下で動作して、加工ツール２６を用いて、第１ワークＷ１に指定加工経路Ｔ１に沿った加工を施す。さらにロボット２４は、オフライン教示装置１０が作成した加工プログラムＰ２（図１）に従い、ロボット制御装置２８による制御下で動作して、加工ツール２６を用いて、第２ワークＷ２に、加工線Ｌ２（図１）に対応する指定加工経路Ｔ２に沿った加工を施す。

ここで、例として第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とは、互いに曲率の異なる湾曲面を有し、前者の加工経路Ｔ１と後者の加工経路Ｔ２とは、互いに曲率及び長さが異なる湾曲経路となっている。本発明によれば、このような類似性を有する第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とに対し、ロボット２４は、ロボット制御装置２８に記憶した既存加工プログラムＰ１（図１）と、既存加工プログラムＰ１における位置データＰＤ、姿勢データＯＤ及び加工条件データＣＤ（図１）を有効利用してオフライン教示装置１０で作成した加工プログラムＰ２（図１）とに従い、それぞれに加工ツール２６を用いた最適な加工作業を遂行する。つまり、本願発明における「第１ワークと第２ワークとが異なる幾何学的特徴を有する」という要件は、それらワークの形状が、板、棒、筒、球、枠等の幾何学的カテゴリーに関しては、大略同一のカテゴリーに属する類似性を有する一方で、互いに１〜３次元の寸法差を含んでいたり、曲面の曲率差を含んでいたり、局所的な形状の違いを含んでいたりすることによって、個々のワークの対応箇所を加工する際に、加工プログラムにおける位置及び姿勢データの変更が必要となるような構成を、想定したものである。

なお、既存加工プログラムＰ１における加工条件データＣＤは、ロボット２４のアーム動作に関する速度、加速度、補間方式等の動作条件データと、加工ツール２６を用いた加工作業内容に関する溶接電流、レーザ出力等の作業条件データとを含むものである。オフライン教示装置１０では、加工プログラムＰ２の作成に際して、加工条件データＣＤに含まれるこれら全てのデータを一律に使用する必要はない。例えば、第１ワークＷ１の材料と第２ワークＷ２の材料とが異なる場合には、作業条件データの変更が必要となる可能性があるが、そのような場合にも、変更を要しないデータを適宜流用することで、加工プログラムＰ２を容易に作成することができる。また、モデル生成部１６が加工線Ｌ２を生成する際に用いる第２ワークモデルＭ２のデータに関しては、オフライン教示装置１０にＣＡＤ（コンピュータ支援設計）等の設計機能を付加してオフライン教示装置１０自体がデータを作成する構成としてもよいし、ＣＡＤ等の設計機能を有する外部装置によって作成したデータをオフライン教示装置１０に取り込んで使用する構成としてもよい。

上記したオフライン教示装置１０において、教示点演算部１８が求める幾何学的相関性は、加工経路Ｔ１の長さＧ（図２）と加工線Ｌ２の長さｇ（図２）との長さ方向寸法比Ｇ／ｇを含むことができる。この場合、教示点演算部１８は、個々の既定教示点の位置データＰＤと長さ方向寸法比Ｇ／ｇとに基づき、個々の教示点の位置ＰＡを求める。また、教示点演算部１８が求める幾何学的相関性は、第１ワークＷ１に対する既存加工プログラムＰ１において複数の既定教示点（すなわち加工経路Ｔ１）を定める既定基準座標系Ｓ１（図２）と、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２において複数の教示点（すなわち加工線Ｌ２）を定める基準座標系Ｓ２（図２）との間の座標変換で表される相関性（すなわち座標変換関係）Ｈ（図２）を含むことができる。この場合、教示点演算部１８は、個々の既定教示点の姿勢データＯＤと座標変換関係Ｈとに基づき、個々の教示点の姿勢ＯＡを求める。

このような構成を有するオフライン教示装置１０による加工プログラム作成手順の一例を、図３を参照して以下に説明する。
まず、既存の加工プログラムＰ１（図１）を用いて前述したように加工経路Ｔ１を演算し、加工開始点（既定教示点）Ｑ０から加工終了点（既定教示点）Ｑｎ（ｎは自然数）までの全経路長Ｇと、加工開始点Ｑ０から個々の既定教示点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３・・・までの経路距離Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・とを、位置データＰＤ（図１）から求める（図３（ａ））。このとき、各規定教示点Ｑ０〜Ｑｎにおける加工ツール２６の姿勢データＯＤ及び加工条件データＣＤ（図１）も、合わせて取得する。

次に、第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌ２の全長ｇを求める（図３（ｂ））とともに、加工経路Ｔ１の全経路長Ｇと加工線Ｌ２の全長ｇとの寸法比Ｇ／ｇを求める。そして、加工線Ｌ２の両端に、加工開始点（教示点）Ｒ０と加工終了点（教示点）Ｒｎとをそれぞれ設定する。さらに、加工経路Ｔ１における個々の既定教示点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３・・・の経路距離Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・に、寸法比Ｇ／ｇを乗じて距離ｇ１、ｇ２、ｇ３・・・を求め、加工線Ｌ２の加工開始点Ｒ０から距離ｇ１、ｇ２、ｇ３・・・の位置に、それぞれ教示点Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・を設定する（図３（ｃ））。これにより、第２ワークモデルＭ２に関する個々の教示点Ｒ０〜Ｒｎの位置ＰＡ（図１）が決まる。

続いて、既存加工プログラムＰ１で用いた既定基準座標系Ｓ１（図２）における、個々の既定教示点Ｑ０〜Ｑｎのそれぞれの姿勢行列を求める。ここで、既存加工プログラムＰ１がオフライン教示法で作成されている場合は、第１ワークＷ１及び加工経路Ｔ１をモデル化した第１ワークモデルＭ１及び加工線Ｌ１が存在する。したがって、第１ワークモデルＭ１において、基準面Ｆ１と各既定教示点Ｑ０〜Ｑｎにおける法線ベクトルＶ１と加工線Ｌ１とから、既定基準座標系Ｓ１を求めるとともに、各既定教示点Ｑ０〜Ｑｎの姿勢行列を求めることができる（図３（ｄ））。他方、既存加工プログラムＰ１がロボット２４を用いて作成されている場合は、第１ワークモデルＭ１及び加工線Ｌ１が存在しないので、例えば３個の連続する既定教示点と、実際の基準面及び各既定教示点の法線ベクトルとから、既定基準座標系Ｓ１及び各既定教示点Ｑ０〜Ｑｎの姿勢行列を求めることができる。

次に、第２ワークモデルＭ２において、基準面Ｆ２と各教示点Ｒ０〜Ｒｎにおける法線ベクトルＶ２と加工線Ｌ２とから、加工プログラムＰ２で用いる基準座標系（行列）Ｓ２（図２）を求める（図３（ｅ））。そして、既存加工プログラムＰ１から求めた各既定教示点Ｑ０〜Ｑｎの姿勢行列に、基準座標系Ｓ２（行列）を掛ける（すなわち座標変換関係Ｈを適用する）ことで、各教示点Ｒ０〜Ｒｎの姿勢行列を求める。これにより、第２ワークモデルＭ２に関する個々の教示点Ｒ０〜Ｒｎの姿勢ＯＡ（図１）が決まる。

以上の手順により、既存加工プログラムＰ１における複数の既定教示点Ｑ０〜Ｑｎのそれぞれの位置データＰＤ及び姿勢データＯＤが、第２ワークモデルＭ２上の複数の教示点Ｒ０〜Ｒｎのそれぞれの位置ＰＡ及び姿勢ＯＡに変換される。そして、既存加工プログラムＰ１の各既定教示点Ｑ０〜Ｑｎの加工条件データＣＤを、各教示点Ｒ０〜Ｒｎにそのまま設定することにより、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２が作成される。作成された加工プログラムＰ２は、例えばＬＡＮ３０を介してロボット制御装置２８に与えられ、ロボット２４が加工プログラムＰ２に従って加工動作を遂行する。

上記構成を有するオフライン教示装置１０は、オペレータの経験、知識、熟練を必要とせずに、第１ワークＷ１に対する既存加工プログラムＰ１を用いて、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２を作成できるものである。この構成に加えて、オペレータの経験、知識、熟練を活用したい場合には、第２ワークモデルＭ２及び加工線Ｌ２の幾何学的特徴を考慮して、オペレータが予め、最適な加工品質を期待できる理想の教示データ（位置、姿勢、加工条件）を有する仮教示点を、第２ワークモデルＭ２に関して設定しておくことが有利である。

図４及び図５は、オペレータのスキルを活用できる本発明の第２の実施形態によるオフライン教示装置４０を示す。オフライン教示装置４０は、上記した仮教示点を設定するとともにその教示データを活用する構成を有する点以外は、前述したオフライン教示装置１０の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。

オフライン教示装置４０は、プログラム生成部２０が、第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌ２に対し予め用意された複数の仮教示点Ｕ０〜Ｕｎの位置ＰＢ及び姿勢ＯＢのデータを使用する構成を有する。そして、プログラム生成部２０は、教示点演算部１８が前述した手順で求めた位置ＰＡ及び姿勢ＯＡを個々に有する複数の教示点Ｒ０〜Ｒｎと、予め用意された複数の仮教示点Ｕ０〜Ｕｎとの中で、加工線Ｌ２上で最近接の相対位置関係を有する教示点Ｒｍ（０≦ｍ≦ｎ）と仮教示点Ｕｍ（０≦ｍ≦ｎ）との所望数の教示点ペアＲＵについて、教示点演算部１８が求めた教示点Ｒｍの位置ＰＡを仮教示点Ｕｍの理想の位置ＰＢにそれぞれ変更して、加工プログラムＰ２を生成する。

また、教示点演算部１８が求める幾何学的相関性は、第１ワークＷ１（図２）に対する既存の加工プログラムＰ１において複数の既定教示点Ｑ０〜Ｑｎ（図３）を定める既定基準座標系Ｓ１（図２）と、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２において教示点ペアＲＵの仮教示点Ｕｍを定める基準座標系Ｓ３（＝Ｓ２（図２））との座標変換関係Ｈ（図２）を含む。そして、教示点演算部１８は、個々の既定教示点Ｑ０〜Ｑｎの姿勢データＯＤと座標変換関係Ｈとに基づき、教示点ペアＲＵの仮教示点Ｕｍの理想の姿勢ＯＢを、教示点演算部１８が求めた教示点Ｒｍの姿勢ＯＡに変更する。

さらに、プログラム生成部２０は、第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌ２における複数の教示点Ｒ０〜Ｒｎ及び複数の仮教示点Ｕ０〜Ｕｎのうち、教示点ペアＲＵに含まれない教示点Ｒｍ及び仮教示点Ｕｍの少なくとも一方が存在する場合に、その存在する教示点Ｒｍ及び仮教示点Ｕｍの少なくとも一方を、加工プログラムＰ２に挿入する処理を行なう。

このような構成を有するオフライン教示装置４０による加工プログラム作成手順の一例を、図５の記載に従ってさらに詳述する。
まず、前述した手順（図３）に従って、第２ワークモデルＭ２上の複数の教示点Ｒ０〜Ｒｎのそれぞれの位置ＰＡ、姿勢ＯＡ及び加工条件（既定の加工条件データＣＤに対応）が決定されているものとする（図５（ａ））。他方、オペレータは、第２ワークモデルＭ２及び加工線Ｌ２の幾何学的特徴（曲率、寸法等）を考慮して、最適な加工品質を期待できる理想の教示データ（位置、姿勢、加工条件）をそれぞれに有する複数の仮教示点Ｕ０〜Ｕｎを、第２ワークモデルＭ２に設定しておく（図５（ｂ））。

次に、加工線Ｌ２に沿って最近接の相対位置関係を有する教示点ペアＲＵ（図ではＲ０・Ｕ０、Ｒ１・Ｕ２、Ｒ２・Ｕ３、Ｒ３・Ｕ４、Ｒｎ・Ｕｎの５ペア）に関し、教示点演算部１８が求めた各教示点Ｒの位置ＰＡを仮教示点Ｕの理想の位置ＰＢにそれぞれ変更するとともに、オペレータが設定した仮教示点Ｕの理想の姿勢ＯＢを、教示点演算部１８が求めた教示点Ｒの姿勢ＯＡに変更する（図５（ｃ））。その後、教示点ペアＲＵに含まれない教示点Ｒ（図ではＲ４）及び仮教示点Ｕ（図ではＵ１）を、加工プログラムＰ２に挿入する（図５（ｄ））。これにより、加工プログラムＰ２が作成される。

上記したオフライン教示装置１０、４０による加工プログラム作成手順は、オペレータが、オフライン教示装置１０、４０に設けられた表示画面を参照しながら遂行することができる。図６は、上記した加工プログラム作成手順の主要ステップにおいて、表示画面に表示される画像の一例を示す。以下、図６の記載に沿って、上記した加工プログラム作成手順の主要ステップを、オペレータの入力指示操作に関連付けて説明する。

まず、オフライン教示装置１０、４０の表示画面５０に、ロボット２４のモデルと第２ワークモデルＭ２とを表示する（図６（ａ））。次に、マウス等の入力装置（図示せず）を操作して、第２ワークモデルＭ２の画像上に、加工対象箇所を指示し、それによって生成した加工線Ｌ２を表示する（図６（ｂ））。続いて、例えばロボット制御装置２８（図２）から既存加工プログラムＰ１（図１）を入手して、その加工経路Ｔ１及び既定教示点Ｑｎをオフライン教示装置１０の表示画面５０に表示する（図６（ｃ））。

次に、既存加工プログラムＰ１（図１）の既定教示点Ｑｎのうち、データ変更を要する既定教示点Ｑを、マウス等の入力装置により画面上で指示する（図６（ｄ））。この指示に従い、オフライン教示装置１０は前述した処理を実行し、その結果、第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌに沿って、複数の教示点Ｒが表示される（図６（ｅ））。最後に、既存加工プログラムＰ１（図１）の既定教示点のうち、加工経路Ｔ１の前段すなわち加工開始前の１つの既定教示点Ｑｕと、加工経路Ｔ１の後段すなわち加工終了後の１つの既定教示点Ｑｄとを、既定教示点Ｑから教示点Ｒへの変更に対応して、第２ワークモデルＭ２の加工線Ｌ２の前段すなわち加工開始前の１つの教示点Ｒｕと、加工線Ｌ２の後段すなわち加工終了後の１つの教示点Ｒｄとにそれぞれ変更する（図６（ｆ））。

上記した図６（ｆ）における処理を可能にするためのオフライン教示装置１０の構成を、簡単に説明する（装置構成要素については図１及び図４を参照のこと）。
まず、データ取得部１２は、既存の加工プログラムＰ１から、加工開始前の１つ以上の既定教示点Ｑｕの位置データ及び姿勢データを取得する。次いで、教示点演算部１８は、加工開始前の既定教示点Ｑｕと加工経路Ｔ１における加工開始時の既定教示点Ｑ０（図３）との第２の幾何学的相関性（例えば相対位置関係）を求めるとともに、教示点演算部１８が求めた加工線Ｌ２における加工開始時の教示点Ｒ０（図３）の位置及び姿勢と第２の幾何学的相関性とに基づき、第２ワークＷ２に対する加工開始前の１つ以上の教示点Ｒｕの位置及び姿勢を求める。そして、プログラム生成部２０は、加工開始前の教示点Ｒｕの位置及び姿勢を用いて、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２を生成する。

同様に、データ取得部１２は、既存の加工プログラムＰ１から、加工終了後の１つ以上の既定教示点Ｑｄの位置データ及び姿勢データを取得する。次いで、教示点演算部１８は、加工終了後の既定教示点Ｑｄと加工経路Ｔ１における加工終了時の既定教示点Ｑｎ（図３）との第３の幾何学的相関性（例えば相対位置関係）を求めるとともに、教示点演算部１８が求めた加工線Ｌ２における加工終了時の教示点Ｒｎ（図３）の位置及び姿勢と第３の幾何学的相関性とに基づき、第２ワークＷ２に対する加工終了後の１つ以上の教示点Ｒｄの位置及び姿勢を求める。そして、プログラム生成部２０は、加工終了後の教示点Ｒｄの位置及び姿勢を用いて、第２ワークＷ２に対する加工プログラムＰ２を生成する。

上記構成において、加工線Ｌ２における加工開始時の教示点Ｒ０と第２の幾何学的相関性とに基づき、第２ワークＷ２に対する加工開始前の教示点Ｒｕを求める手法としては、例えば、既存加工プログラムＰ１において、加工経路Ｔ１上の加工開始時の既定教示点Ｑ０から見た加工開始前の既定教示点Ｑｕの座標系（すなわち第２の幾何学的相関性）を求め、この座標系を、加工線Ｌ２上の加工開始時の教示点Ｒ０の座標に掛ける手法を採用できる。同様に、加工線Ｌ２における加工終了時の教示点Ｒｎと第３の幾何学的相関性とに基づき、第２ワークＷ２に対する加工終了後の教示点Ｒｄを求める手法としては、例えば、既存加工プログラムＰ１において、加工経路Ｔ１上の加工終了時の既定教示点Ｑｎから見た加工終了後の既定教示点Ｑｄの座標系（すなわち第３の幾何学的相関性）を求め、この座標系を、加工線Ｌ２上の加工終了時の教示点Ｒｎの座標に掛ける手法を採用できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、特定ワークに対し幾何学的特徴が類似したワークの加工プログラムを作成する際に、特定ワークに関する既存の教示データを可及的有効に利用して、特定ワークの加工作業に対比してロボットの姿勢変更が要求されるような形状の類似ワークについても、実機ロボットによるプログラム試行、教示データの調整、命令の追加等の作業を繰り返すことなく、加工プログラムを容易に作成することが可能になる。その結果、本発明によれば、生産現場における加工ロボットシステムの立ち上げ時間の短縮及び稼動効率の向上が達成される。

本発明に係るオフライン教示装置の基本構成を示す機能ブロック図である。本発明に係るオフライン教示装置を組み込んだ加工ロボットシステムの概要を例示する図である。図１のオフライン教示装置による加工プログラム作成手順を示す図で、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ主要ステップを示す。本発明の一実施形態によるオフライン教示装置の構成を示す機能ブロック図である。図４のオフライン教示装置による加工プログラム作成手順を示す図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ主要ステップを示す。図１又は図４のオフライン教示装置による加工プログラム作成手順を示す図で、（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ主要ステップの状況を表示画面上の画像として示す。

符号の説明

１０、４０オフライン教示装置
１２データ取得部
１４加工経路演算部
１６モデル生成部
１８教示点演算部
２０プログラム生成部
２４ロボット
２６加工ツール
２８ロボット制御装置
Ｐ１既存加工プログラム
Ｐ２加工プログラム

Claims

ロボットの加工動作をオフラインで教示するオフライン教示装置において、
第１ワークに対する既存の加工プログラムから、加工実行に関わる複数の既定教示点の個々の位置データ及び姿勢データ並びに補間命令を含む加工条件データを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部が取得した前記複数の既定教示点の前記位置データ及び前記姿勢データと前記補間命令とから、前記既存の加工プログラムにおける加工経路を求める加工経路演算部と、
前記第１ワークとは異なる幾何学的特徴を有する第２ワークをモデル化した第２ワークモデルのデータを用いて、該第２ワークモデルに対する加工対象箇所の入力指示に従い、該第２ワークの被加工部分を示す加工線を該第２ワークモデルに付加して生成するモデル生成部と、
前記加工経路演算部が求めた前記加工経路と前記モデル生成部が生成した前記加工線との幾何学的相関性を求めるとともに、前記データ取得部が取得した前記複数の既定教示点の前記位置データ及び前記姿勢データと該幾何学的相関性とに基づき、前記加工線における複数の教示点の個々の位置及び姿勢を求める教示点演算部と、
前記データ取得部が取得した前記複数の既定教示点の前記加工条件データと、前記教示点演算部が求めた前記複数の教示点の前記位置及び前記姿勢とを用いて、前記第２ワークに対する加工プログラムを生成するプログラム生成部と、
を具備し、
前記教示点演算部が求める前記幾何学的相関性は、
前記加工経路と前記加工線との長さ方向寸法比と、
前記第１ワークに対する前記既存の加工プログラムにおいて前記複数の既定教示点を定める既定基準座標系と前記第２ワークに対する前記加工プログラムにおいて前記複数の教示点を定める基準座標系との間の座標変換で表される相関性とを含み、
前記教示点演算部は、
前記複数の既定教示点の前記位置データと前記長さ方向寸法比とに基づき、前記複数の教示点の前記位置を求めるとともに、
前記複数の既定教示点の前記姿勢データと前記座標変換で表される相関性とに基づき、前記複数の教示点の前記姿勢を求めること、
を特徴とするオフライン教示装置。
前記プログラム生成部は、前記第２ワークモデルの前記加工線に対し予め用意された複数の仮教示点の位置及び姿勢のデータを用いて、前記教示点演算部が求めた前記位置及び前記姿勢を個々に有する前記複数の教示点と、該予め用意された複数の仮教示点との中で、前記加工線上で最近接の相対位置関係を有する前記教示点と該仮教示点との教示点ペアについて、前記教示点演算部が求めた前記教示点の前記位置を該仮教示点の該位置に変更して、前記加工プログラムを生成する、請求項１に記載のオフライン教示装置。
前記教示点演算部は、前記教示点ペアについて、前記仮教示点の前記姿勢を、該教示点演算部が求めた前記教示点の前記姿勢に変更する、請求項２に記載のオフライン教示装置。
前記プログラム生成部は、前記加工線における前記複数の教示点及び前記複数の仮教示点のうち、前記教示点ペアに含まれない該教示点及び該仮教示点の少なくとも一方が存在する場合に、該存在する教示点及び仮教示点の少なくとも一方を前記加工プログラムに挿入する、請求項２又は３に記載のオフライン教示装置。
前記データ取得部は、前記既存の加工プログラムから、前記加工経路における加工開始時の前記既定教示点の前の前段既定教示点の位置データ及び姿勢データを取得し、前記教示点演算部は、該前段既定教示点と該加工開始時の該既定教示点との相対位置関係を求めるとともに、該教示点演算部が求めた前記加工線における加工開始時の前記教示点の前記位置及び前記姿勢と該相対位置関係とに基づき、該加工線における該加工開始時の該教示点の前の前段教示点の位置及び姿勢を求め、前記プログラム生成部は、該前段教示点の該位置及び該姿勢を用いて、前記第２ワークに対する前記加工プログラムを生成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオフライン教示装置。
前記データ取得部は、前記既存の加工プログラムから、前記加工経路における加工終了時の前記既定教示点の後の後段既定教示点の位置データ及び姿勢データを取得し、前記教示点演算部は、該後段既定教示点と該加工終了時の該既定教示点との相対位置関係を求めるとともに、該教示点演算部が求めた前記加工線における加工終了時の前記教示点の前記位置及び前記姿勢と該相対位置関係とに基づき、該加工線における該加工終了時の該教示点の後の後段教示点の位置及び姿勢を求め、前記プログラム生成部は、該後段教示点の該位置及び該姿勢を用いて、前記第２ワークに対する前記加工プログラムを生成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオフライン教示装置。