JPH0825262A

JPH0825262A - ロボットの教示方法

Info

Publication number: JPH0825262A
Application number: JP6185134A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 淳渡辺; Tomoyuki Terada; 知之寺田; Shinsuke Sakamoto; 伸介坂本
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-01-30
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP3804994B2; US5920678A

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットの経路教示の効率化と干渉事故防
止。【構成】パーソナルコンピュータ１０に３個の正整数
の組（ｉ，ｊ，ｋ）でアドレス指定されるＭ³ 個のレジ
スタを２系列設定する。第１のレジスタは属性データ蓄
積用のものであり２値レジスタとして設定される。第２
のレジスタは経路決定時に使用される。Ｍ³ はロボット
軸空間内に設定される微小体積要素Γijk（ｉ，ｊ，ｋ
＝１，２，３・・・Ｍ）の総数である。ジョグ経路Ｐ1
〜Ｑ1 ，・・・Ｐn 〜Ｑn について、対応する（ｉ，
ｊ，ｋ）のレジスタ値を０から１に反転する。ロボット
移動経路の教示時には、第１レジスタ値が１とされた各
アドレスについて、第２レジスタに経路始点からの距離
（ロボット軸空間上）を表わす値ｄを順に付与する。ｄ
値の小さくする条件で、経路終点希望位置に到達または
接近する経路を定め、そこに含まれるΓijk の代表点を
教示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、工場等で自動化、省
力化手段として利用される産業用ロボット（以下、単に
「ロボット」と言う。）に移動経路を教示する方法に関
し、特に、ロボットのジョグ送り時の移動経路データを
利用して干渉を回避出来る移動経路をロボットに教示す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より最も一般的に採用されているロ
ボットの教示方法は、プレイバック方式と呼ばれるもの
である。この方式では、オペレータが教示操作盤を操作
してジョグ送りにより実際にロボットを移動させなが
ら、教示点に選択された位置に対応したロボット位置を
位置データとしてロボットに順次記憶させるという手順
が実行される。

【０００３】従って、教示点位置あるいは教示点間のロ
ボット軌跡（通常、直線あるいは円弧で指定される）を
周辺機器等との間の干渉の恐れのないものとする為に
は、オペレータの判断で、教示点の位置を慎重に選択す
る必要があった。また、教示後の再生運転時に干渉の危
険が判明した時には、教示点位置の修正、追加等の処置
を施すことが要求されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、教示点及び教示点間経路についての干渉可能性
有無のチェックは、専らオペレータの判断で実行しなけ
らばならなかったので、熟練したオペレータであっても
教示作業にかかる負担が軽くなかった。また、教示の為
のジョグ送り時や教示後の再生運転時に誤操作あるいは
不適切な教示の為に、ロボットと周辺機器の衝突等の干
渉事故の起る可能性も低くなかった。

【０００５】そして、干渉事故を確実に回避する為に、
ロボット移動速度（オーバライド値として表わされる）
を低く指定した状態から教示作業を始め、徐々に移動速
度（オーバライド）を上昇させてロボット軌道を確認し
ながら教示作業を進めた場合には、それだけ作業時間が
長くなるという問題が生じていた。

【０００６】本願発明の目的は、このような従来技術の
問題点を克服し、オペレータに重い負担をかけることな
く干渉の危険性が低いロボット移動経路を教示すること
が出来るロボット教示方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記目的を
達成する為の基本的な技術手段として、「ロボット制御
装置を用いてロボットのジョグ送り時に通過したロボッ
ト軸空間上の領域を表わすデータをロボット通過可能軸
空間領域データとして蓄積する段階と、ロボットの移動
経路を指定する段階を含むロボットの教示方法であっ
て、前記ロボットの移動経路の少なくとも一部について
は、ソフトウェア処理により、前記蓄積されたロボット
通過可能軸空間領域データで表現されたロボット軸空間
上の領域内を通過するようにロボット移動経路の指定が
行なわれることを特徴とする前記方法」を提案したもの
である。

【０００８】また、上記方法における、「ロボット通過
可能軸空間領域データを蓄積する段階」について、「ロ
ボット軸空間を体積的に分割することによって形成され
る多数の領域要素の内、前記ジョグ時に支障なく通過し
た領域要素に対して通過可能を表わす属性を付与する段
階を含んでいると共に、前記ロボットの移動経路の少な
くとも一部について行なわれるソフトウェア処理による
ロボット経路の指定が、前記通過可能の属性を付与され
た隣接領域要素を接続し、ロボット経路移動のロボット
軸空間上の目標位置に接近または到達する経路を指定す
る段階を含んでいる」とういう要件を課すことにによ
て、より具体化されたロボット教示方法を併せて提案し
たものである。

【０００９】

【作用】ある作業環境（周辺機器の配置状況等）の下
で、教示等の目的を以てオペレータがロボットのジョグ
送りを実行した場合、誤操作による干渉事故（干渉直前
の危険状態を含む。）を起こさない限り、ジョグ送りの
過程で通過したロボット経路は安全なロボット移動経路
であると判断される。従って、繰り返し実行されるジョ
グ送りでロボットが安全に通過した実績のあるロボット
移動経路について、ロボット軸変数θs （ｓ＝１，２，
３・・・Ｎ；Ｎはロボットの軸数）の組合せを集積すれ
ば、ロボット軸空間上の点集合を得ることが出来る。こ
の点を「安全点」と呼ぶことにする。この安全点が極く
近傍に存在するようなロボット軸空間上の点は、干渉を
起こさないロボット位置に対応している可能性が高いと
考えられる。

【００１０】そこで、これら各安全点の周囲の近傍領域
をロボットがほぼ安全に存在し得る軸空間領域とみな
し、その合併集合に相当する領域をロボット軸空間上に
定めることが出来れば、そのような領域内を通過するロ
ボット移動経路は安全度が高いと判断される。本願発明
では、このような考え方に基づいて定められたロボット
軸空間内の領域をロボット通過可能軸空間領域と呼び、
教示時には、可能な限りこのロボット通過可能軸空間領
域を通るようなロボット移動経路が選択される。

【００１１】ロボット通過可能軸空間領域の定め方とし
ては、ロボット軸空間を体積的に多数の領域要素に分割
し、安全が確認された領域要素をロボットのジョグ送り
実行毎に集積していく方法が実際的である。安全の確認
は、ジョグ送り時にその領域要素内をロボットが安全に
通過したことを以て行なうことが出来る。

【００１２】このような安全が確認された領域要素があ
る程度蓄積されたならば、ロボット軸空間上には相当程
度の拡がりをもった連続領域が形成されるものと期待さ
れる。従って、適当なソフトウェア処理によって、この
連続領域（即ち、ロボット通過可能軸空間領域）内を通
過する経路を自動作成し、その経路を代表する軸値デー
タあるいは位置データ換算値をロボットに記憶させるこ
とによって、ロボットに移動経路を教示することが出来
る。ロボット通過可能軸空間領域を通過する移動経路が
複数本存在する場合には、軸空間上で経路の始点と終点
間の経路距離が最短のものを選択することが好ましい。

【００１３】なお、希望する経路終点に対応するロボッ
ト軸空間上の位置が安全未確認の領域（ロボット通過可
能軸空間領域外）である場合には、希望する経路終点に
接近する移動経路をロボット通過可能軸空間領域で定
め、そこから先は、オペレータによるジョグ移動により
希望する経路終点にロボットを到達させる過程で教示点
を追加する形で従来方式を併用することが出来る。

【００１４】本願発明で設定されるロボット軸空間は、
ロボットの位置に関係するすべての軸変数で張られる空
間とするのがベストである。しかし、例えば基本３軸の
軸値（θ1 〜θ3 ）を決めることによってもロボットの
存在範囲は相当程度限定されるから、使用されるロボッ
ト制御装置及び併用する情報処理装置（パーソナルコン
ピュータ等）の処理能力やメモリの記憶容量等を考慮し
て、基本３軸のような一部のロボット軸のみでロボット
軸空間を設定しても良い。

【００１５】

【実施例】図１は、本願発明を実施する際に利用される
システム構成を、概念的に２次元描示した作業空間と併
せて例示したものである。図中、符号１は作業空間を概
念的に表わしており、便宜上２次元的な領域で描示され
ている。符号２は、作業空間１内に設置されたロボット
であり、符号１０で指示されたロボット制御装置１０に
接続されている。ロボット制御装置１０はＣＰＵ，ＲＯ
Ｍメモリ，ＲＡＭメモリ，入出力装置（Ｉ／Ｏ）及び教
示操作盤１１を備えた通常構成のものである。ロボット
制御装置１０は、入出力装置（Ｉ／Ｏ）を介して外部の
情報処理装置（ここでは、パーソナルコンピュータ）１
０に接続されている。パーソナルコンピュータ１０は、
ＣＰＵ，ＲＯＭメモリ，ＲＡＭメモリ，入出力装置（Ｉ
／Ｏ）等を有する通常構成のもので、必要に応じて入出
力装置（Ｉ／Ｏ）を介して、ハードディスク装置、プリ
ンタ等（図示省略）が接続される。

【００１６】本実施例では、ロボット軸空間として基本
３軸（軸変数；θ1 〜θ3 ）で張られる空間を設定し、
上記システム構成を用いて作業空間１内に存在する周辺
機器３及び４との干渉を生じないロボット移動経路教示
を実行する手順及び処理について順を追って説明する。［１］ロボット軸空間と微小体積要素の設定ロボット軸空間を定義するために、パーソナルコンピュ
ータ１０側の適当なメモリ（例えば、ハードディスク）
に、３個の正整数の組（ｉ，ｊ，ｋ）でアドレス指定さ
れるＭ³ 個のレジスタを２系列設定する。第１のレジス
タは属性データ蓄積用のものであり２値レジスタとして
設定される。第２のレジスタは後述する経路決定時に使
用されるもので、分割数Ｍの数倍程度の十分大きな計数
飽和値を持つレジスタとして設定される。ここで、Ｍ³
はロボット軸空間内に設定される微小体積要素Γijk
（ｉ，ｊ，ｋ＝１，２，３・・・Ｍ）の総数である。

【００１７】各微小体積要素Γijk は、図２に示されて
いるように、ロボット軸空間上で各軸に設定されている
許容範囲（最大３６０度）θs(min)〜θs(max)；（ｓ＝
１，２，３）をＭ等分に分割することによって形成され
る微小体積要素を表わすものとする。Δs ＝（θs(max)
−θs(min)）／Ｍとすれば、微小体積要素Γijk は、区
間［θ1(min)＋（ｉ-１）Δ1 〜θ1(min)＋ｉΔ1 ；θ2
(min)＋（ｊ-１）Δ2〜θ2(min)＋ｊΔ2 ；θ3(min)＋
（ｋ-１）Δ3 〜θ3(min)＋ｋΔ3 ］で定義された領域
となる。

【００１８】なお、各微小体積領域の大きさを決める分
割数Ｍの大きさは、近接する２つの経路が交差または接
続しているとみなせる最大の角度間隔に各ΔS が相当す
るように設定されることが好ましい。また、各軸毎に分
割数Ｍ1 〜Ｍ3 を個別に設定し、例えば、各微小体積領
域がロボット軸空間上の立方体となるような設定を行な
っても良い。

【００１９】［２］ジョグ送り経路データの蓄積ロボット軸空間と微小体積要素の設定が終了したら、す
べての第１レジスタ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を初期値０にク
リヤした状態でジョグ経路データの蓄積を開始する。図
１には、ジョグ送りの経路Ｐ1 〜Ｑ1 ，・・・Ｐn 〜
Ｑn が例示されている。これらのジョグ送りを実行する
毎に図３、図４のフローチャートに示した処理１（ロボ
ット制御装置１０）、処理２（パーソナルコンピュータ
２０）を実行する。

【００２０】ロボット制御装置１０の側では、先ずジョ
グ送り時のロボット軸値（基本３軸値）をパーソナルコ
ンピュータへ転送する（ステップＳ１）。オペレータに
よるジョグキー押下状態が検出されたならば（ステップ
Ｓ２でイエス）、押下されているジョグキーに従ってロ
ボット移動目標位置を計算し（ステップＳ４）、ロボッ
ト移動目標位置へ移動する（ステップＳ５）。そして、
ステップＳ１へ戻ってパーソナルコンピュータへロボッ
ト軸値（基本３軸値）を転送する。

【００２１】ジョグキーの押下が中断乃至終了されると
（ステップＳ２でノー）、ステップＳ３で、ジョグ終了
指令の有無を判断する。ノーであれば、ステップＳ２に
戻り、再度ジョグキー押下状態をチェックする。以下、
同様の処理を繰り返し、ステップＳ３でイエスの判断が
なされた時点で処理１を終了する。

【００２２】一方、パーソナルコンピュータ２０側では
先ず、ロボット制御装置１０からのロボット軸値データ
の転送を待つ態勢に入る（ステップＴ１）。転送を受け
たならば、ステップＴ３へ進み、各軸値を分割数Ｍで除
して対応するΓijk を決定する。そして、アドレス
（ｉ，ｊ，ｋ）で指定される第１レジスタのレジスタ値
をチェックする（ステップＴ４）。

【００２３】もし、レジスタ値＝１であれば、Γijk に
ついて既にロボット通過の安全性が、確認され、ロボッ
ト通過可能の属性が与えられていることを意味している
から、ステップＴ１へ戻り、次のデータ転送を待つ。一
方、レジスタ値＝０であれば、Γijk について今回初め
てロボット通過の安全性が確認されたことを意味するか
ら、ロボット通過可能の属性をΓijk に付与すべくレジ
スタ値を０から１に反転した上でステップＴ２へ戻る。

【００２４】このような処理は、ステップＴ２に引続き
周期的に実行されるステップＴ２で処理終了指令（ロボ
ット制御装置１０から転送）が確認されるまで、繰り返
される。以上説明した処理１及び２をジョグ送り実行毎
に、新たにロボット通過可能が確認されたΓijk に対応
した第１レジスタのレジスタ値が１に反転する。図５
は、相当回数のジョグ送りによってもたらされる第１レ
ジスタのレジスタ値分布を２次元で例示したものであ
る。図中、○印はレジスタ値１（ロボット通過可能確認
済み）を表わし、＊印はレジスタ値０（ロボット通過可
能未確認）を表わしている。

【００２５】［３］ロボット移動経路の教示相当回数のジョグ送りを経て十分なデータ蓄積がなされ
たと判断されたならば、図８〜図９のフローチャートに
記した処理３によるロボット移動経路の教示を実行す
る。処理３は、経路始点からのロボット軸空間上の経路
長を表わす指標ｄをｄ＝１に初期設定した状態で開始さ
れる。また、ロボットの経路始点位置（現在位置）に対
応する各軸値の属するΓijk のアドレスの第２レジスタ
値＝０、それ以外のすべての第２レジスタ値＝γ（計数
飽和値）に初期設定されているものとする。更に、ロボ
ットの経路始点位置（現在位置）は既に第１レジスタ値
が１となっている軸値領域に対応する位置に選択されて
いるものとする。

【００２６】先ず、経路終点希望位置の位置データをロ
ボット制御装置１０に入力すると（ステップＷ１）、逆
演算によって基本３軸の軸値が計算される（ステップＷ
２）。

【００２７】次いで、対応するΓijk が求められ（ステ
ップＷ３）、そのアドレス（ｉ，ｊ，ｋ）の第１レジス
タ値が１であるか否かチェックされる（ステップＷ
４）。第１レジスタ値＝１は、経路終点希望位置につい
て安全（ロボット通過可能）が確認されていることを意
味し、第１レジスタ値＝０は、安全（ロボット通過可
能）未確認であることを意味する。

【００２８】先に、前者の場合を説明する。ステップＷ
４でイエスである場合には、第２レジスタ値がｄ−１の
アドレスに隣接し、且つ第１レジスタ値が１であるアド
レス（Γijk ）を１つ捜す（ステップＷ５）。そのよう
なアドレスが見つかった場合には、ステップＷ８へ進
み、その捜し出されたアドレスが経路終点希望位置に該
当していなければ、ステップＷ９へ進み、捜し出された
アドレスの第２レジスタ値をｄとした上でステップＷ５
へ戻る。第２レジスタ値がｄ−１のアドレスに隣接し、
且つ第１レジスタ値が１であるアドレス（Γijk ）が新
たに見い出されなくなると、ステップＷ６でノーの判断
がなされ、ステップＷ７へ進んで経路長指標ｄを１アッ
プしてステップＷ５へ戻る。

【００２９】このようにして、ステップＷ５〜ステップ
Ｗ９を繰り返すと、やがて経路終点位置に対応したΓij
k （アドレス）に到達し、ステップＷ８でイエスの判断
がなされ、教示経路が決定される（ステップＷ１０）。
ここまでの経過を図５の事例に対応させて示したものが
図６である。図６において、Ｓは経路始点、Ｅは経路終
点に対応したアドレス乃至微小体積要素Γijk を表わし
ている。始点Ｓからの距離に従ってｄ値１，２，３・・
・・が記されている。この例では、ｄ＝６で終点Ｅが隣
接アドレスとして見いだされた状態が示されている。従
って、図６では、矢印（→）で示された経路が教示経路
に採用される。

【００３０】具体的には、ステップＷ１１で、Ｅ→６→
・・・→１→Ｓの経路の各Γijk を代表する軸値データ
または位置データ（基本３軸以外のデータについては、
始点終点各位置の軸値を補間して定める。）が教示さ
れ、処理が終了される。

【００３１】次に、図９のフローチャート及び図７を参
照図に加えて、ステップＷ４でノーの場合（経路終点希
望位置について安全が未確認）の処理について説明す
る。この場合には、ステップＷ４からステップＷ１２へ
進み、第２レジスタ値がｄ−１のアドレスに隣接し、且
つ第１レジスタ値が１であるアドレス（Γijk ）を１つ
捜す。そのようなアドレスが見つかった場合には、ステ
ップＷ１３からステップＷ１４へ進み、捜し出されたア
ドレスの第２レジスタ値をｄとした上でステップＷ１２
へ戻る。

【００３２】ステップＷ１２の条件を満たすアドレスが
見つからなくなると、ステップＷ１３からステップＷ１
５へ進む。そして、第２レジスタ値がｄであるアドレス
を捜し、もしあればステップＷ１６で経路長指標ｄを１
アップしてステップＷ１２へ戻る。

【００３３】このような処理を繰り返すことでやがてス
テップＷ１２の条件を満たす隣接アドレスが１個も見つ
からなくなり、ステップＷ１５でノーの判断がなされる
ことになる。これは、図７に例示したように、経路終点
Ｅに希望した位置に対応するΓijk 乃至アドレス（ｉ，
ｊ，ｋ）に接近・到達する経路が途絶えてしまったこと
を意味している。そこで、ステップＷ１７で、第２レジ
スタ値＝ｄ−１であるアドレスの内、経路終点希望位置
に最も近いものを捜す。図７の例で言えば、「○印で囲
まれた７」の欄がそれを表わしている。

【００３４】そして、ステップＷ１８では、ステップＷ
１７で捜し出されたアドレスに至る経路（図７の例で言
えば矢印の経路）の各Γijk を代表する軸値データまた
は位置データ（基本３軸以外のデータについては、始点
終点各位置の軸値を補間して定める。）を教示する。そ
して、この教示結果に基づいてロボットを、ステップＷ
１７で捜し出されたアドレスに対応した教示位置まで移
動させる（ステップＷ１９）。この位置（図７では、
「○印で囲まれた７」の欄）から経路終点希望位置まで
（図７では、二重矢印で表示）は、オペレータの判断で
ジョグ送りによって、経路終点希望位置（図７のＥ）に
ロボットを到達させるまでの追加教示を行なって（ステ
ップＷ２０）、処理３を終了する。

【００３５】なお、以上説明した各処理中のステップの
多くは、一般にロボット制御装置あるいは外部の情報処
理装置（パーソナルコンピュータ）のいずれの側で実行
しても構わない。また、ロボット軸空間を基本３軸では
なく、それ以上の軸変数で定義しても同様の処理で本願
発明の方法が実施出来ることは明らかである。

【００３６】

【発明の効果】本願発明によれば、ある程度のジョグ送
りを経験した後には、ロボットの移動経路の全部または
一部をジョグ送りを行なうことなく自動的に教示するこ
とが出来る。従って、ロボットの経路教示に要するオペ
レータの負担が大幅に軽減され、誤操作等による干渉事
故を未然に回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明を実施する際に利用されるシステム構
成を、概念的に２次元描示した作業空間と併せて例示し
たものである。

【図２】ロボット軸空間上に設定される微小体積要素Γ
ijk について説明する図である。

【図３】ジョグ送り経路データの蓄積時にロボット制御
装置側で実行される処理の概要を記したフローチャート
である。

【図４】ジョグ送り経路データの蓄積時にパーソナルコ
ンピュータ側で実行される処理の概要を記したフローチ
ャートである。

【図５】相当回数のジョグ送りによってもたらされる第
１レジスタのレジスタ値分布を２次元で例示したもので
ある。

【図６】ステップＷ１０に至るまでの経過を図５の事例
に対応させて説明する図である。

【図７】経路終点希望位置について安全が未確認である
ケースを２次元的に例示した図である。

【図８】図９と併せて、ロボット移動経路の教示を実行
する為の処理の概要を説明するフローチャートである。

【図９】図８と併せて、ロボット移動経路の教示を実行
する為の処理の概要を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１作業空間２ロボット３，４周辺機器１０ロボット制御装置２０パーソナルコンピュータ（外部情報処理装置）Ｐ1 〜Ｑ1 ，・・・Ｐn 〜Ｑn ジョグ送り経路 Γijk ロボット軸空間内に設定される微小体積要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 19/42 Ｇ０５Ｂ 19/42 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット制御装置を用いてロボットのジ
ョグ送り時に通過したロボット軸空間上の領域を表わす
データをロボット通過可能軸空間領域データとして蓄積
する段階と、ロボットの移動経路を指定する段階を含む
ロボットの教示方法であって、前記ロボットの移動経路の少なくとも一部については、
ソフトウェア処理により、前記蓄積されたロボット通過
可能軸空間領域データで表現されたロボット軸空間上の
領域内を通過するようにロボット移動経路の指定が行な
われることを特徴とする前記方法。
【請求項２】前記ロボット通過可能軸空間領域データ
を蓄積する段階が、ロボット軸空間を体積的に分割する
ことによって形成される多数の領域要素の内、前記ジョ
グ時に支障なく通過した領域要素に対して通過可能を表
わす属性を付与する段階を含んでいると共に、前記ロボットの移動経路の少なくとも一部について行な
われるソフトウェア処理によるロボット経路の指定が、
前記通過可能の属性を付与された隣接領域要素を接続
し、ロボット経路移動のロボット軸空間上の目標位置に
接近または到達する経路を指定する段階を含んでいるこ
とを特徴とする請求項１に記載されたロボット教示方
法。