JP7758762B2 - プログラミング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プログラミング装置に関する。

ロボットに所定の動作を教示する方法として、オンラインで教示する方法やオフラインで教示する方法等が提案されている。例えば、オンラインで教示する方法として、ティーチングプレイバック方式による教示方法が知られている（特許文献１）。一方、オフラインで教示する方法として、シミュレーション方式による教示方法がある。シミュレーション方式によるオフラインティーチングは、ロボット、エンドエフェクタ、ワーク、周辺機器などの３次元モデルを作成し、パソコンに表示された仮想空間内で全体のシステムを動作させながら動作プログラムを作成することができるため、実機を操作する必要がなく、広く利用されている。

特開平０９－０６２３３５号公報

しかしながら、シミュレーション型のオフラインティーチングでは、コンピュータ上に表示された仮想的な教示操作盤をオンラインティーチングの時と同様に操作する必要がある。具体的には、ロボットモデルを教示位置へ移動させる操作、その教示位置を登録する操作が必要となる。また、教示位置を登録するごとに、動作速度、補間形式、移動形式などの動作条件を入力する操作が必要である。このような教示操作盤の操作は非常に手間がかかるものである。また、画面上にロボットモデルと教示操作盤とを表示する必要があるため、ロボットモデルを小さく表示せざるを得ず、ロボットモデルの確認がしづらいことも、教示操作盤の操作の手間を増長させていた。そのため、従来の方法に比べて手間のかからないシミュレーション型のオフラインティーチングの方法が望まれている。

本開示の一態様に係るプログラミング装置は、ロボットの動作プログラムの教示をオフラインで行うプログラミング装置であって、操作部と、操作部に対するユーザ操作に従って移動と停止を繰り返すようにロボットの３次元モデルを表示する表示部と、３次元モデルの停止に従って複数の教示候補点を次々と記録する記録部と、記録された複数の教示候補点のうちユーザ指示に従って選択された複数の教示候補点を教示点として登録する教示点登録部と、登録された複数の教示点に基づいて動作プログラムを作成する作成部と、を具備する。

本態様によれば、従来の方法に比べて手間のかからないシミュレーション型のオフラインティーチングを実現することができる。

図１は、本実施形態に係るプログラミング装置の機能ブロック図である。 図２は、図１のプログラミング装置の表示部に表示される教示位置を手動で登録する場合の教示画面の一例を示す図である。 図３は、図１のプログラミング装置の表示部に表示される教示位置を自動で登録する場合の教示画面の一例を示す図である。 図４は、図１のプログラミング装置の表示部に表示される編集画面の一例を示す図である。 図５は、図１のプログラミング装置による動作プログラムの作成手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るプログラミング装置を説明する。本実施形態に係るプログラミング装置は、主にロボット装置の動作シミュレーションを利用しながら動作プログラムを教示する用途に使用されるものである。本実施形態では、ロボットアーム機構の手首にハンドが装着されたロボット装置に対してワークのピッキング作業を実施させるための動作プログラムを教示する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１に示すように、本実施形態に係るプログラミング装置１は、プロセッサ２（ＣＰＵ等）に対して操作部３、表示部４、通信部５、及び記憶部６などのハードウェアが接続されて構成される。プログラミング装置１は、パソコン、タブレット等の一般的な情報処理端末により提供される。

操作部３は、キーボード、マウス、ジョグ等の入力装置を有する。なお、操作部３と表示部４とを兼用するタッチパネル等を使用するようにしてもよい。ユーザは、操作部３を介して、各種情報をプログラミング装置１に入力することができる。各種情報は、教示モード、補間形式、及び移動形式に関する選択情報、プログラム名、動作速度の入力情報、教示画面に表示されたロボット装置の操作情報を含む。補間形式は、２つの教示点の間の補間形式に関する条件である。例えば、補間形式「カクジク」は、ロボット装置の各関節部に負担がかからないように２つの教示点の間を円弧補間することを表す。補間形式は、直線補間などの他の補間形式も含む。移動形式は、複数の教示点の間をどのように移動させるかに関する条件である。例えば、移動形式「イチギメ」は、教示点を必ず通るように移動させることを表す。移動形式「ナメラカ」は、教示点を必ずしも通る必要はなく、教示点又はその付近を通るように滑らかに移動させることを表す。動作速度は、予め規定された最大速度に対する割合として表現されている。例えば動作速度「１００％」は最大速度でロボット装置を動作させることを表している。

表示部４は、ＬＣＤなどの表示装置を有する。表示部４は、教示画面作成部２２により作成された教示画面、編集画面作成部２３により作成された編集画面等を表示する。

記憶部６は、ＨＤＤ、ＳＳＤなどの記憶装置を有する。記憶部６には、教示プログラム６１、３次元モデル６２のデータが予め記憶されている。３次元モデル６２のデータは、ロボット装置の３次元モデルデータ、ワークの３次元モデルデータを含む。３次元モデル６２のデータは、ＣＡＤデータにより提供される。明細書の記載において、ロボット装置の３次元モデルを単にロボット装置、ワークの３次元モデルを単にワークと称する場合がある。

記憶部６には、教示候補点の自動登録処理の過程で発生された各種情報が記憶される。例えば、各種情報は、プログラム名、補間形式、動作速度及び移動形式などの動作プログラムの設定に関する情報と、後述の教示候補点記録部２６により記録された複数の教示候補点に関する情報と、教示点登録部２７により登録された複数の教示点に関する情報と、を含む。

通信部５は、ロボット制御装置との間でデータの送受信を制御する。例えば、通信部５の処理により、プログラミング装置１により作成された動作プログラムがロボット制御装置に提供される。

記憶部６に記憶されている教示プログラム６１がプロセッサ２により実行されることで、プログラミング装置１は、３次元モデル作成部２１、教示画面作成部２２、編集画面作成部２３、動作状態特定部２４，動作条件設定部２５、教示候補点記録部２６、教示点登録部２７、及びプログラム作成部２８として機能する。

３次元モデル作成部２１は、記憶部６に記憶された３次元モデル６２のデータを用いて、ロボット装置及びワークの３次元モデルを作成する。

教示画面作成部２２は、ロボット装置の動作プログラムをオフラインで教示するための教示画面を作成する。教示画面の詳細は後述する。

編集画面作成部２３は、教示候補点記録部２６により記録された複数の教示候補点から実際に動作プログラムで使用する複数の教示点の選択操作、動作条件の修正操作を受け付けるための編集画面を作成する。編集画面の詳細は後述する。

動作状態特定部２４は、ロボット装置の動作状態を特定する。教示画面上において、ロボット装置は、シミュレーション領域１１０上のユーザ操作に従って動かすことができる。ロボット装置を動かすための複数のコマンドが操作部３を介した複数種類の操作にそれぞれ割り当てられている。動作状態特定部は、操作部３からのユーザ操作の入力を受け付け、ロボット装置を動作させるコマンドが入力されたことに従って、ロボット装置が動き出したこと、ロボット装置が動いている状態から停止した状態に遷移したことを特定する。ここでの停止した状態とは、ロボット装置を動作させるコマンドの入力が操作部３から予め決められた経過時間ない状態をいう。この経過時間は、ユーザ指示に従って任意に変更可能である。

動作条件設定部２５は、操作部３を介して入力された補間形式、移動形式、プログラム名、動作速度を動作条件として設定する。

教示候補点記録部２６は、動作状態特定部２４によりロボット装置が動いている状態から停止した状態に遷移したことが特定されたタイミングにおけるロボット装置の手先基準点の位置及び手先姿勢を教示候補点として記憶部６に記録する。教示候補点は、手先基準点の位置に関する情報と手先姿勢に関する情報とを含む。手先基準点の位置はロボットハンドの一対のフィンガーの中間位置に設定されている。手先基準点の位置は仮想空間内の直交３軸上の位置（Ｘ、Ｙ，Ｚ）で表され、手先姿勢は、各軸周りの回転角度（Ｗ、Ｐ，Ｒ）で表される。

教示点登録部２７は、教示候補点記録部２６により記録された複数の教示候補点から、編集画面上のユーザ操作に従って選択された教示候補点を教示点として記憶部６に登録する。

プログラム作成部２８は、動作条件設定部２５により設定された動作条件と、教示点登録部２７により登録された複数の教示点とに基づいて、動作プログラムを作成する。

以下、教示画面作成部２２により作成される教示画面について図２、図３を参照して説明する。図２、図３は教示画面の一例を示している。図２，図３に示すように、教示画面１００、２００には、教示モードを切り替えるプルダウンメニュー１０１が含まれる。教示モードのプルダウンリストは、１つ１つの教示位置をユーザが手動で登録する“手動モード”と、教示位置が自動的に次々と登録される“自動モード”とを含む。

図２は、教示モードとして“自動モード”が選択されたときの教示画面１００（自動教示画面１００と称する）の一例を示している。図２に示すように、自動教示画面１００は、プログラム名及びロボット装置の動作速度の入力を受け付ける複数の入力欄１０２，１０４、補間形式及び移動形式の入力を受け付ける複数のプルダウンメニュー１０３，１０５を含む。このように、自動教示画面１００は、動作プログラムの作成に必要な各種動作条件を一括して受け付けられるように構成される。

また、自動教示画面１００は、ロボット装置７０及びワークＷが配置された仮想空間を表示するシミュレーション領域１１０を含む。シミュレーション領域１１０には、３次元モデル作成部２１により作成された手首部にロボットハンド７２を装備したロボットアーム機構７１であるロボット装置７０及びワークＷの３次元モデルが２次元的に表示される。シミュレーション領域１１０に表示されたロボット装置７０及びワークＷの位置や姿勢は、操作部３を介したユーザ操作により、変更することができる。例えば、マウスで操作する場合、ロボット装置７０の手先基準点ＲＰは、手先基準点ＲＰを選択した状態で所望の位置に移動させることができる。また、ロボット装置７０の手先基準点ＲＰは、シミュレーション領域１１０上の所定の操作によって所望の向きに変更することができる。このように、自動教示画面１００は、ユーザが操作部３を介してロボット装置７０を直接的に操作できるように構成される。自動教示画面１００には、シミュレーション領域１１０に表示されたロボット装置７０の教示の終了を受け付ける教示終了ボタン１２０が表示される。

図３は、教示モードとして“手動モード”が選択されたときの教示画面２００（手動教示画面２００と称する）を示している。図３に示すように、手動教示画面２００には、自動教示画面１００と同様のシミュレーション領域１１０を含む。一方、自動教示画面１００とは異なる構成として、手動教示画面２００には、プログラム名、ロボット装置の動作速度、補間形式及び移動形式の入力、ロボット装置の移動操作を受け付けるための教示操作盤１３０が表示される。

以下、編集画面作成部２３により作成される編集画面について図４を参照して説明する。図４は編集画面の一例を示している。図４に示すように、編集画面３００は、左側に配置された教示候補点表示領域３１０と、右側に配置された教示点表示領域３２０と、それらの間に配置された選択ボタン３３０とを含む。教示候補点表示領域３１０には、記録された順序に従って整列された複数の教示候補点３１１，３１２，３１３，３１４が一覧表示される。教示点表示領域３２０には、動作順序に従って整列された複数の教示点３２１，３２２，３２３が一覧表示される。ユーザは、複数の教示候補点３１１，３１２，３１３，３１４から特定の教示候補点を選択し、選択ボタン３３０をクリックすることで、当該特定の教示候補点を教示点として登録することができる。登録した教示点の順序は、ボタン３４１，３４２の操作により変更することができる。また、登録した教示点は、削除ボタン３４３の操作により削除することができる。さらに、教示点を選択することで、動作条件を任意に変更することができる。編集画面３００には、編集終了を受け付ける編集終了ボタン３５０と、教示を再開するために自動教示画面１００に戻るためのボタン３６０とが表示される。

以下、図５を参照して、教示点の自動登録処理について説明する。プログラミング装置１には、図２に示すような自動教示画面１００が表示されているものとする。

教示画面上のユーザ操作に従って入力されたプログラム名、補間形式、動作速度及び移動形式を一括して受け付ける（Ｓ１１）。また、自動教示画面１００に表示されたロボット装置７０の動作状態の監視を開始する（Ｓ１２）。ロボット装置７０に対する操作部３を介したユーザ操作を受け付けるまで待機する（Ｓ１３；ＮＯ）。ロボット装置７０に対する操作部３を介したユーザ操作を受け付け、ロボット装置７０が動き出すと（Ｓ１３；ＹＥＳ）、ロボット装置７０に対するユーザ操作が一定期間なく、ロボット装置７０が停止するまで教示候補点の記録を待機する（Ｓ１４；ＮＯ）。ロボット装置７０に対するユーザ操作が一定期間なく、ロボット装置７０の動作が停止されると（Ｓ１４；ＹＥＳ）、その時点におけるロボット装置７０の手先基準点ＲＰの位置及び手先姿勢を教示候補点として記録する（Ｓ１５）。工程Ｓ１３乃至工程Ｓ１５の処理は、教示終了まで、繰り返し実行される（工程Ｓ１６；ＮＯ）。ここでの教示終了とは、教示終了ボタン１２０がクリックされたこと、または教示モードが切り替えられたことを契機とするものである。教示が終了されると（Ｓ１６；ＹＥＳ）、ロボット装置７０の動作状態の監視を終了するとともに（Ｓ１７）、図４に示すような編集画面３００を表示する（Ｓ１８）。そして、編集画面３００上のユーザ操作により教示点の登録処理を受け付ける（Ｓ１９）。ユーザによる教示点の登録は、編集が終了されるまで繰り返し行われる（Ｓ２０；ＮＯ）。編集が終了されると（Ｓ２０；ＹＥＳ）、工程Ｓ１９において登録された複数の教示点と、工程Ｓ１１において受け付けた動作条件とに基づいて、動作プログラムを作成し（Ｓ２１）、作成した動作プログラムを工程Ｓ１１のおいて受け付けたプログラム名を付して保存する。

本実施形態に係るプログラミング装置１によれば、以下のような効果を奏する。すなわち、自動教示画面１００に表示されたロボット装置７０の動作が停止するたびに、停止時点における手先基準点ＲＰの位置及び手先姿勢を教示候補点として次々と記録することができる。手先基準点ＲＰの位置及び手先姿勢を教示候補点として記録するためには、ロボット装置７０を停止させればよく、記録するためのボタン操作等の特別な操作が不要である。ユーザは、ロボット装置７０を動かす操作だけすればよく、動作プログラムの教示の手間を省くことができる。

また、自動教示画面１００に表示された各入力欄、各プルダウンメニューに対する操作部３を介したユーザ操作により、動作プログラムの作成に必要な各種動作条件を一括して受け付けることができる。それにより、教示点間の動き、速度、経路をユーザが気にすることなく、ロボット装置に対するマウス操作、ジョグ操作等の操作部３の操作を行うことができる。

このように、動作プログラムの作成に必要な動作条件を一括して受け付け、教示位置は自動的に記録されるため、図３の手動教示画面２００に示すような教示操作盤１３０を表示する必要がない。図２の自動教示画面１００に示すように、シミュレーション領域１１０を広くとることができ、ロボット装置７０を大きく表示することができる。それにより、ロボット装置７０の位置、姿勢が確認しやすくなり、ロボット装置７０が小さく、確認しにくいがために発生していた操作ミスを減らせ、また、ロボット装置７０を操作するストレスを低減することができる。その結果、ロボット装置７０の動作プログラムを教示する手間を低減することができる。

また、ロボット装置７０の手先基準点ＲＰの位置や手先姿勢が誤った状態で教示候補点として記録されてしまっても、その誤って記録された教示候補点を教示後の編集画面３００上のユーザ操作によって、教示点として登録しなければよいだけである。そのため、手先基準点ＲＰの位置及び手先姿勢が誤った状態で教示候補点として記録した時点で、誤って記録された教示候補点を削除するような操作をする必要はなく、自動教示画面１００上のロボット装置７０に対する操作を中断することなく、継続して行うことができる。このように、自動教示画面１００上で動作プログラムの作成に必要な動作条件を入力し、教示候補点の記録するフェーズと、入力した動作条件と記録した教示候補点を編集するフェーズとを時分割で分けたことによって、教示位置を記録する作業と教示位置を編集作業とを繰り返し行う必要はなく、結果として効率的に動作プログラムを教示することができる。

本実施形態では、ロボット装置７０が動作している状態から停止した状態に遷移した時点におけるロボット装置７０の手先基準点ＲＰの位置及び向きを教示候補点として記録していた。しかしながら、ユーザがシミュレーション領域１１０に表示されたロボット装置７０を操作しながら、自動的に教示候補点を記録できるのであれば、その契機はロボット装置７０の停止に限定されない。例えば、シミュレーション領域１１０に対するユーザ操作が一定期間ない時点や自動教示画面１００に対するユーザ操作が一定期間ない時点を教示候補点を記録する契機としてもよい。また、操作部３による特定の操作に、教示候補点を記録するコマンドを割り当て、手動で記録できるようにしてもよい。

本実施形態では、ロボット装置７０の手先基準点ＲＰの位置及び向きを教示候補点として記録していた。しかしながら、教示候補点を一意に特定できるのであれば、記録する基準点の位置は手先基準点に限定されない。例えば、ロボット装置７０上の所定の点の位置及び向きを教示候補点として記録してもよい。

本実施形態に係るプログラミング装置１に表示される編集画面３００において、教示候補点は座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ、Ｗ、Ｐ，Ｒ）で表記されていた。しかしながら、教示候補点の表示態様は、本実施形態に限定されない。例えば、自動教示画面１００のシミュレーション領域１１０に表示されたロボット装置７０を含む仮想空間に、複数の教示候補点を位置及び向きを一致させて重ねて表示するようにしてもよい。このとき、教示点として選択した教示候補点と、選択していない教示候補点とが識別して表示することが望ましい。

本実施形態に係るプログラミング装置１は、ユーザの手間を省くために、教示画面１００上で動作条件を一括で受け付ける機能、教示画面１００上のロボット装置７０を操作するだけで自動的に教示候補点を記録する機能、教示作業後に表示される編集画面３００上の編集作業で教示候補点から教示点として登録する教示候補点の選択操作を受け付ける機能などを有する。しかしながら、ユーザの手間を省くという観点だけであれば、プログラミング装置は、上記の機能のうち１つだけ有する構成であってもよい。また、プログラミング装置の機能をロボットを制御する制御装置が有する構成でもよい。

また、本実施形態に係るプログラミング装置１が有する各機能は、実機を用いたダイレクトティーチングなどのオンラインティーチングにおけるユーザの手間を省くことに利用することができる。例えば、ダイレクトティーチングにおいては、ロボット装置が実際に停止した位置を教示候補点又は教示点として登録することで、教示候補点又は教示点として登録するための操作を不要とし、ダイレクトティーチングにおけるユーザの手間を省くことができる。同様に、一括して動作条件を受け付けることで、ダイレクトティーチングにおいて、ユーザは、操作速度、操作経路を気にすることなく、ロボット装置を移動操作することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…プログラミング装置、２…プロセッサ、３…操作部、４…表示部、５…通信部、６…記憶部、２１…３次元モデル作成部、２２…教示画面作成部、２３…編集画面作成部、２４…動作状態特定部、２５…動作条件設定部、２６…教示候補点記録部、２７…教示点登録部、２８…プログラム作成部、６１…教示プログラム、６２…３次元モデル。

Claims (5)

1. ロボットの動作プログラムの教示をオフラインで行うプログラミング装置であって、
   操作部と、
   前記操作部に対するユーザの操作に従って移動と停止を繰り返すように前記ロボットの３次元モデルを表示する表示部と、
   前記３次元モデルの停止に従って複数の教示候補点を次々と記録する記録部と、
   前記記録された複数の教示候補点のうち前記ユーザの操作に従って選択された複数の教示候補点を教示点として登録する教示点登録部と、
   前記登録された複数の教示点に基づいて前記動作プログラムを作成する作成部と、
   を具備するプログラミング装置。
2. 前記複数の教示点間の補間形式及び移動速度を前記ユーザの操作に従って一括設定する設定部をさらに備え、
   前記作成部は、前記登録された複数の教示点とともに前記補間形式及び移動速度に基づいて前記動作プログラムを作成する、請求項１記載のプログラミング装置。
3. 前記設定部は、前記ユーザの指示に従って前記動作プログラムの名称を設定する、請求項２記載のプログラミング装置。
4. 前記表示部は、前記記録された複数の教示候補点を一覧表示し、前記ユーザは一覧表示された前記複数の教示候補点から前記複数の教示点を選択する、請求項１記載のプログラミング装置。
5. 前記表示部は、前記記録された複数の教示候補点を前記３次元モデルに重ねて表示し、前記ユーザは前記３次元モデル上に重ねて表示された複数の教示候補点から教示点を選択する、請求項１記載のプログラミング装置。