JPH10161719A - 産業用ロボットのシステム構築シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】産業用ロボットのシステム構築に必要な装置の
組合せおよび配置をディスプレイ上に描画するシミュレ
ーション装置の改良に関するものである。 【解決手段】産業用ロボットのシステムを構築する各要
素の類形を各構成要素の種別に１グループとし各グルー
プ毎に三次元図形データを各構成要素に対応したそれぞ
れの簡略図形データとともに記憶した三次元図形データ
記憶部から各グループ毎に所属する構成要素に対応する
簡略図形データを読み出して一覧表示し、この一覧表示
されたグループ内の簡略図形の中から指定された特定の
簡略図形に対応する構成要素の三次元図形データを読み
出して、この構成要素に関する形状パラメータと関連す
る他の構成要素との相互位置関係データを入力し、読み
出した三次元図形データ、形状パラメータおよび構成要
素相互位置関係データとからそれぞれの接合基準点同志
を一致させるて結合・配置して、総合装置としてディス
プレイに三次元図形を描画する産業用ロボットのシステ
ム構築シミュレーション装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
システム構築に際して必要な装置の組合せおよび配置を
ディスプレイ上に描画するシミュレーション装置の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】汎用シミュレータあるいはシミュレーシ
ョン機能を備えたオフラインソフトウエアを用いてロボ
ットシステムをディスプレイ上に描画してシステム構成
を検討することが行なわれている。この場合、従来は、
ロボットシステムを構成するツール側マニピュレータ、
スライダー、溶接トーチ等の加工ツール、ワークポジシ
ョナー等の構成要素の図形があらかじめ用意されてお
り、これらを適宜呼び出して相互位置関係を含めて画面
上で指示し、総合的なシステムとなるように試行錯誤を
くりかえすことになる。また、呼び出した各構成要素
は、一旦画面上の基本原点にその要素の原点が一致して
表示され、その後に適位置まで移動して組合せを決定す
るものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来装置
においては、呼び出した各構成要素を要求される相互位
置関係となるようにそれぞれ移動してやる必要がある。
この作業は描画されている図形が二次元図形のときは比
較的簡単であるが、三次元図形のときは極めて頻雑な操
作が必要となるばかりでなく、正確な位置決めができな
い場合も発生する。

【０００４】図形が三次元図形の場合は、図形の表示の
基準となる視点の設定によっては各要素の原点が確認し
にくい場合があり、原点が確認できる位置に視点を移動
することが必要となる。この視点の移動は、即ち描画さ
れた図形を三次元的に回転させることに相当し、かなり
時間がかかるものである。また、画面を視認することに
よって構成要素の相互位置を決定することになるが、各
構成要素の相互接合位置を正確に定めることは極めて繊
細な作業を要し、しかもロボットシステムを構成する各
要素に関して接合可能な位置や方向、対象要素の制限等
に関する詳細な知識を操作者が熟知していることが前提
条件となる。

【０００５】さらに、視点を移動して、ある特定の構成
要素の原点が確認できる状態の図形としたときにこれに
関係して隣接する他の要素の確認の必要な部分、例えば
原点確認している構成要素とこれに接合すべき他の構成
要素の被接合点が確認できる視点とは必らずしも一致せ
ず、この場合には両者の相互配置は概略で定めざるを得
ず、正確な位置決めは望むべくもなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来装置
の内包する課題を解決するためにツール側マニピュレー
タ、ツール、ワーク保持機構およびこれらの附属設備等
を構築するシステムの構成要素の類形を各構成要素の種
別に１グループとし各グループ毎に三次元図形データを
各構成要素に対応したそれぞれの簡略図形データととも
に記憶する三次元図形データ記憶部と、前記三次元図形
データ記憶部から各グループ毎に所属する構成要素に対
応する前記簡略図形データを読み出して一覧表示する手
段と、前記一覧表示されたグループ内の簡略図形の中か
ら指定された特定の簡略図形に対応する構成要素の前記
三次元図形データを前記三次元図形データ記憶部から読
み出す手段と、前記指定された特定の構成要素に関する
形状パラメータおよび相互に関連する他の構成要素との
相互位置関係データを指示にしたがって入力する手段
と、前記読み出した三次元図形データ、形状パラメータ
および構成要素相互位置関係データとから前記各構成要
素の図形をあらかじめ定められた接合基準点同志を一致
させることによって結合・配置して、総合装置としてデ
ィスプレイに描画する三次元図形描画手段とを備えた産
業用ロボットのシステム構築シミュレーション装置を提
案したものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明を詳細
に説明する。図１は本発明の実施の形態を示す全体構成
図であり、図２ないし図５は図１の装置の動作を説明す
るためのフローチャート、図６ないし図１４は本発明を
溶接用ロボットに適用したときの実施の形態を示すディ
スプレイ画面を示す図であり、ツール側マニピュレータ
をスライダー上に設置して溶接トーチをこれに取付け、
かつワークポジショナーを設ける場合の一連の作業とそ
の結果を説明する図である。図１５ないし図２０はその
他の選択を行ったときの実施の形態を示す図である。

【０００８】図１において、１はシステム構成要素選択
入力手段であり、ディスプレイ上に表示された構成要素
に対応する簡略図形の符号と所定のパラメータとを入力
するキーボードまたはこれらを画面上で指示するマウス
等のポインティングデバイスであり、ツール側マニピュ
レータタイプの入力、トーチタイプ入力、スタンドの有
無およびスタンド高さ入力、スライダーの有無およびス
ライダータイプの入力、スライダー上のマニピュレータ
の向き入力、ワーク側機構の選択入力、ツール側マニピ
ュレータとワーク側構成要素との相互位置決定用パラメ
ータの入力などを行う。２は三次元図形データ記憶部で
あり、マニピュレータおよびトーチ、スライダー、ワー
クポジショナー等の部品に関する三次元図形データを各
構成要素の選択時に表示する簡略図形データとともに所
要数だけ、予め定められた基準原点と接合基準点ととも
に記憶してある。３はシステム構成テーブルであり、シ
ステム構成要素の決定順序や各要素相互接合関係データ
等を格納してある。４は汎用の三次元図形描画ソフトで
あり、三次元図形データ記憶部２から読み出した図形デ
ータをシステム構成テーブル３に記憶されている相互接
合関係に基づいてディスプレイ上に描画するものであ
る。５はシステム構成テーブル３に予め定められた構成
要素決定順序に従ってディスプレイ画面に入力要求を出
し、これに従って入力手段１からの指示を受けて三次元
図形データ記憶部２から必要なデータを読み出してディ
スプレイ６に表示描画するように汎用三次元図形描画ソ
フト４を動作させるロボットシステム構築プログラムで
ある。６はシステム構築プログラム５によって読み出さ
れた三次元図形データ記憶部２のデータおよびシステム
構築テーブル３によって設定された相互関係に応じて汎
用三次元図形描画ソフト４が描画する図形を表示するデ
ィスプレイであり、汎用のＣＲＴディスプレイや液晶ま
たはプラズマディスプレイなどが用いられる。

【０００９】次に図１の例の動作を図２ないし図５のフ
ローチャートおよび図６ないし図１３のディスプレイ画
面を参照しながら説明する。

【００１０】始めに、システム構成テーブル３から最初
に選定すべき構成要素としてツール側マニピュレータタ
イプが指定され（図２（１））、これに応じてロボット
システム構築プログラム５は三次元図形データ記憶部２
からマニピュレータの各種タイプの簡略図形データを読
み出して汎用三次元図形描画ソフト４に渡し、このデー
タに基いてマニピュレータタイプ選択画面を図６に示す
ようにマニピュレータタイプ別の簡略図形とともにディ
スプレイ６に表示する。

【００１１】作業者は、この簡略図形の中から目的に合
致したツール側マニピュレータを選択して指定する。ロ
ボットシステム構築プログラム５はこの選択されたマニ
ピュレータタイプの種別記号をシステムパラメータの１
つとして記憶する。

【００１２】次にこのマニピュレータに取りつけるべき
ツールとしての溶接トーチの選択段階（図２−（２））
に移行し、溶接トーチの簡略図形データを三次元図形記
憶部２から読み出して汎用三次元図形描画ソフト４に渡
し、このデータによってロボットシステム構築プログラ
ム５を介してトーチタイプ選択要求画面を図７に示すよ
うにトーチの簡略図形とともにディスプレイ６に表示す
る。作業者はこの簡略図形の中から目的に合致したトー
チタイプを選択指示し、ロボットシステム構築プログラ
ム５はこれをシステムパラメータの一つとして記憶す
る。

【００１３】トーチタイプの選択が終るとシステム構成
テーブル３は次にマニピュレータの設置方式を選択する
画面を表示し（図２−（３））、床置、天吊り、壁掛け
の区別を決定する。このとき床置が選択されると床とマ
ニピュレータの間にスタンドを設けるか否かが問合わさ
れ（図２−（４））、スタンドを設ける場合には図８に
その１例を示すようにさらにスタンド高さの入力要求画
面となる。（図２−（５））。この後、ツール側マニピ
ュレータ移動用スライダーの要否の問合せが行なわれ
る。（図２−（６））

【００１４】スライダーを用いる場合は次に図９に例を
示すようにスライダータイプ選択画面となり、あらかじ
め三次元図形データ記憶部２に用意されている各種スラ
イダーの簡略図形とともに選択要求画面がディスプレイ
６に表示される。この簡略図形の中から目的に適するス
ライダータイプを選択する（図２−（７））とこのスラ
イダータイプの符号がロボット構築プログラム５にシス
テムパラメータの一つとして追加される。さらにスライ
ダーとマニピュレータとの相互位置（スライダーに対す
るマニピュレータの載置方向）を決定する（図２−
（８））。

【００１５】次に被加工物（ワーク）側機構の要否と選
択に移る（図３−（９））。ワーク側機構が必要なとき
はさらにその機構がワークポジショナーかワークハンド
リング用マニピュレータかを指定する（図３−（１
０））。

【００１６】ここでワーク側機構としてワークポジショ
ナーが選択されたときにはさらに、ワークポジショナー
タイプ選択画面が図１０に例を示すように各種のワーク
ポジショナーの簡略図形とともに表示される。これに対
して適当なポジショナーが選択されると、これがロボッ
トシステム構築プログラム５にパラメータの一つとして
追加されるとともに、ツール側マニピュレータとワーク
ポジショナーとの相互配置を定めるための部品位置選択
画面が全体の概略レイアウトを示す簡略図形とともに図
１１に例を示すように表示される（図３−（１６））。

【００１７】この部品位置選択画面に対して目的の配置
関係を選択・指定すると次に図１２に例を示すように、
相互間の具体的な距離を数値で入力するための詳細レイ
アウト入力要求画面となる（図４−（１７））。

【００１８】ここで所要の数値を入力するとこれがパラ
メータの一つとして記憶される。さらにワーク側機構が
必要か否かの問合せがあり、必要であれば先のワーク側
機構選択入力要求画面に戻る（図４−（１９）ないし
（２０））。

【００１９】一連の構成要素の設定が完了するとこの選
択設定結果を記憶したロボットシステム構築プログラム
５は、ツール側マニピュレータタイプ、トーチタイプ、
スタンドの要否および高さ、ツール側マニピュレータ用
スライダーの有無およびタイプ、各構成要素の相互位置
関係および設置距離などの各データに基いて三次元図形
データ記憶部２から必要な詳細図形データを読み出して
汎用三次元図形描画ソフト４によってディスプレイ６に
総合的なロボットシステムを三次元図形として表示する
（図４−（２０））。

【００２０】例えば、上記の図６ないし図１２の各画面
において、それぞれ黒く反転表示されている各要素が選
択されたときの総合詳細図形を図１３に示す。この図形
の描画に際して、各構成要素はそれぞれ元の図形データ
には基準座標と他の構成要素に対する接合基準とが定め
られた状態で三次元図形データ記憶部２に格納されてお
り、また各構成要素はそれぞれ必らず接合されるべき相
手の構成要素が定められている。例えば、ツール側マニ
ピュレータのアーム先端部の接合基準点にはトーチの接
合基準点が対応し、ツール側マニピュレータの底面には
スタンド上面またはスライダー上面あるいは床面（基準
原点）が接合するというように予め定められている。こ
れらの各構成要素の相互接合基準点の関係の例は図１４
にそれぞれ示してある通りである。

【００２１】一方、ワーク側機構としてマニピュレータ
を使用するようにワーク側部品が選択されたとき（図３
−（１０））には、先にツール側マニピュレータを選択
したときと同様に、マニピュレータタイプ選択画面（図
６）が表示される。ここでワーク側マニピュレータが選
択されると先と同様にスタンドの要否および高さ入力、
スライダーの要否およびタイプ選択の各画面（図３−
（１１）ないし（１５））となり、これらにそれぞれ適
値を指定すると、次に先に選択されているツール側マニ
ピュレータとの相互配置関係を定めるための部品位置選
択要求画面がレイアウトの種別を示す簡略図形とともに
図１５に例を示すように表示される（図３−（１
６））。

【００２２】この画面にてツール側マニピュレータとワ
ーク側マニピュレータとの相互位置関係が選択されると
さらに詳細なレイアウト図が図１６に例を示すように表
示され、両マニピュレータの相互距離の数値入力要求画
面となる（図４−（１７））。

【００２３】これらがすべて決定されると、あらかじめ
定められた各構成要素の相互関係と接合基準点とに従っ
て先の図１３、図１４と同様にしてシステム全体の詳細
な総合図形が表示される。

【００２４】またツール側マニピュレータにスライダー
を用いずに、かつワーク側部品としてワークポジショナ
ーを選択したときのマニピュレータとワークポジショナ
ーとの選択に応じて表示される画面の例を図１７ないし
図２０に示す。図１７は、ツール側マニピュレータにス
ライダーなしでスタンドを用い、ワーク側にワークポジ
ショナーを指定した場合の相互配置関係の種類、図１８
は図１７にて選択した結果に対する詳細寸法入力要求画
面、図１９はツール側マニピュレータとして天吊り式の
マニピュレータを選定しワーク側にワークポジショナー
を選定したとき、図２０はツール側マニピュレータに壁
掛式を選定したときのそれぞれ相互位置の詳細寸法入力
要求画面の例である。

【００２５】なお、上記においては、本発明をロボット
システムを構成するすべての構成要素とそれらに関する
相互関係を選択・指定した後にシステム全体の総合図形
を表示するものについて説明したが、各構成要素を選定
し必要に応じて寸法設定を行うと、その都度、それまで
に選定された構成要素までの部分とともに未完成のシス
テムとして順次表示するようにして、構成要素を選定す
る度毎にシステムの総合図形に向って次第に完成してゆ
くようにしてもよい。この場合には、個々の構成要素の
選定の途中でそれまでの選定結果が確認できるので、作
業途中でも選定の不備・誤りが発見しやすくなる。

【００２６】さらにまた、上記いずれにおいても完成さ
れたシステム総合図形が表示された結果に対して、変更
が必要な構成要素に対して修正モードにて、構成要素毎
に選択・設定の変更を可能としておくことが望ましい。
（図５）

【００２７】このためには、システム構築プログラム５
に操作履歴を記憶させておき、必要に応じて、これを遡
るようにしておくことにより容易に実現できる。

【００２８】さらにまた、選択・設定の都度、表示を行
うのではなく、先の例のようにすべての構成要素の選定
を行った後に総合図形を表示するものにおいて、選定の
途中において必要に応じて指示により、仮にそれまでに
選定済みの構成要素の組合せを描画・表示するように途
中表示機能を設けてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明の産業用ロボットのシステム構築
シミュレーション装置は上記の通り、構成要素のタイ
プ、設置方法、位置関係を順序よく選定できるように画
面で次々と選定すべき順序に従って誘導してゆくもので
あるので、作業者が自らの発案で構成要素を指定してゆ
くものとくらべて作業が極めて簡単になる。

【００３０】また各構成要素には予め他の構成要素との
接合基準点が定められており、構成要素を選定するだけ
で相互位置が自動的に接合点にて接合されるので個々の
構成要素を選定の度毎に移動させてこれが接合する相手
の構成要素の接合部位に一致させるような画面上の図形
移動操作をしなくても正確に接合できるので操作が簡単
でかつ正確な結果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の産業用ロボットのシステム構築シミュ
レーション装置の実施の一形態を示す図。

【図２】図１の装置の動作を説明するためのフローチャ
ート（１）。

【図３】図１の装置の動作を説明するためのフローチャ
ート（２）。

【図４】図１の装置の動作を説明するためのフローチャ
ート（３）。

【図５】図１の装置の動作を説明するためのフローチャ
ート（４）。

【図６】本発明の装置におけるマニピュレータタイプ選
択時のディスプレイ画面の例を示す図。

【図７】本発明の装置におけるトーチ選択時のディスプ
レイ画面の例を示す図。

【図８】本発明の装置におけるマニピュレータ載置用ス
タンド高さ入力要求時のディスプレイ画面の例を示す
図。

【図９】本発明の装置におけるスライダー選択時のディ
スプレイ画面の例を示す図。

【図１０】本発明の装置におけるワークポジショナー選
択時のディスプレイ画面の例を示す図。

【図１１】本発明の装置におけるマニピュレータおよび
スライダーとワークポジショナーとの相互配置関係選択
時のディスプレイ画面の例を示す図。

【図１２】図１１においてマニピュレータおよびスライ
ダーとワークポジショナーとの相互位置寸法パラメータ
の入力要求画面の例を示す図。

【図１３】本発明の装置において図６ないし図１２にお
いてそれぞれ白黒反転表示された通りに構成要素が選択
されたときに最終的に総合装置として表示されるディス
プレイ画面の例を示す図。

【図１４】本発明の装置において予め定められた各構成
要素相互間の接合基準点の例を示す図。

【図１５】本発明の装置においてワーク側にもマニピュ
レータを用いるときのツール側マニピュレータとの相互
位置関係を選択するときのディスプレイ画面の例を示す
図。

【図１６】図１５の相互位置関係から選択された特定の
配置に対して、実寸法をパラメータとして入力するとき
の画面の例を示す図。

【図１７】本発明の装置においてツール側マニピュレー
タとワークポジショナーとを別の配置にするときのディ
スプレイ画面の例を示す図。

【図１８】図１７において選択された特定の配置に対し
て、実寸法をパラメータとして入力するときの画面の例
を示す図。

【図１９】本発明の装置において別のマニピュレータと
ワークポジショナーとを選択したときの相互位置関係の
実寸法をパラメータとして入力するときのディスプレイ
画面の例を示す図。

【図２０】本発明の装置において、さらに別のマニピュ
レータとワークポジショナーとを選択したときの相互位
置関係の実寸法をパラメータとして入力するときのディ
スプレイ画面の例を示す図。

【符号の説明】

１ システム構成要素選択入力手段 ２ 三次元図形データ記憶部 ３ システム構成テーブル ４ 汎用三次元図形描画ソフト ５ ロボットシステム構築プログラム ６ ディスプレイ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツール側マニピュレータ、ツール、ワーク
   保持機構およびこれらの附属設備等を構築するシステム
   の構成要素の類形を各構成要素の種別に１グループとし
   各グループ毎に三次元図形データを各構成要素に対応し
   たそれぞれの簡略図形データとともに記憶する三次元図
   形データ記憶部と、前記三次元図形データ記憶部から各
   グループ毎に所属する構成要素に対応する前記簡略図形
   データを読み出して一覧表示する手段と、前記一覧表示
   されたグループ内の簡略図形の中から指定された特定の
   簡略図形に対応する構成要素の前記三次元図形データを
   前記三次元図形データ記憶部から読み出す手段と、前記
   指定された特定の構成要素に関する形状パラメータおよ
   び相互に関連する他の構成要素との相互位置関係データ
   を指示にしたがって入力する手段と、前記読み出した三
   次元図形データ、形状パラメータおよび構成要素相互位
   置関係データとから前記各構成要素の図形をあらかじめ
   定められた接合基準点同志を一致させることによって結
   合・配置して、総合装置としてディスプレイに描画する
   三次元図形描画手段とを備えた産業用ロボットのシステ
   ム構築シミュレーション装置。
2. 【請求項２】前記各構成要素の三次元図形データはそれ
   ぞれに座標系を有し、かつ各図形データ毎に基準原点お
   よび他の構成要素との接合基準点を有し、前記三次元図
   形描画手段は前記各構成要素の図形データの各々の基準
   原点を接合する他の構成要素の接合基準点に一致させる
   ことによって前記各構成要素を結合させて三次元図形に
   仕上げる手段である請求項１に記載の産業用ロボットの
   システム構築シミュレーション装置。
3. 【請求項３】前記三次元図形描画手段は、産業用ロボッ
   トの総合システムとしてディスプレイ上にシステム全体
   を描画した後に修正モードにて各構成要素の選択変更、
   相互位置関係変更の指示にしたがって再描画する請求項
   １または２のいずれかに記載の産業用ロボットのシステ
   ム構築シミュレーション装置。
4. 【請求項４】前記三次元図形描画手段は、各構成要素が
   選択されたときおよび各構成要素の相互に位置関係が指
   示されたときに逐次指定済みの図形を組み立てて描画を
   進める請求項１ないし３のいずれかに記載の産業用ロボ
   ットのシステム構築シミュレーション装置。
5. 【請求項５】前記三次元図形描画手段は、すべての構成
   要素および各構成要素の相互関係が指定された後に総合
   装置としてシステム全体を描画するとともに、構成要素
   および構成要素の相互位置関係の指定が未完であるとき
   には、指示により指定済みの構成要素のみを組み合せた
   図形を仮の図形として描画する請求項１ないし３のいず
   れかに記載の産業用ロボットのシステム構築シミュレー
   ション装置。