ロボットティーチング装置

【課題】カメラを接続して映像を取り込んで行うティーチングはもちろん、カメラを使用しないオフライン作業においても、簡単にロボットのティーチングと同時にプログラミングができるロボットティーチング装置を提供する。
【解決手段】ロボットティーチング装置は、画像データ入力機能、ロボット動作プログラム作成機能及びロボット位置座標データ作成機能を有するコンピュータ、入力される画像データを表示するディスプレイ、及び上記ディスプレイに表示された画像の位置を指定するポインティングデバイスを備えたロボットティーチング装置において、上記コンピュータは、上記ポインティングデバイスにより指定された上記ディスプレイに表示された画像の位置情報に基づいて、ロボット位置座標データを作成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットのティーチングをするロボットティーチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造現場では数多くの産業用ロボット（以下、ロボットと略称する）が加工、組立、検査の工程に導入され、バリ取り、溶接、半田付、ねじ締め、塗布など様々な作業で利用されている。
ロボットは、汎用コンピュータと同様に、記憶したプログラムの命令を順次読み出して実行することにより目的の作業を行う。従って、プログラムや加工、組立、検査のツールを入れ替えることによりロボットは、ねじ締め機となったり、塗布機となったりと汎用性に特徴があるが、導入後すぐに使用できるものではなく、プログラミングやティーチングを必要とする。
【０００３】
ロボットを使用する利点の一つに多品種少量生産、短期間での段取り替え、装置組み替えが容易に行えることがある。ここで装置組み替えとは設備を有効に使用するため、例えば、ねじ締め機用のロボットを塗布機用のロボットに替えたり、半田付用に替えたりなど１つのロボットを様々な装置に仕立てることを言う。段取り替えや装置組み替えは生産設備の有効活用に役立っている。
【０００４】
ロボットを使用するには、製造現場でのプログラミングやティーチングに要する時間の短縮や、オペレータに特殊な技能を必要としないことが重要になる。従来のロボットのティーチング方法においては、ロボットを目的位置に移動させ、その位置を登録する方法や図面の寸法を元に数値を入力する方法がある。また、ティーチングはあくまでもロボットに動作位置を登録する作業であり、ロボットを動作させて目的の作業を行わせるには、別途動作プログラムを記述することも必要であった。
【０００５】
より簡単にティーチング作業を行うためカメラを利用した方法も提案されている。開示されている方法においては、ＴＶカメラ、画像処理装置、計算機、ＣＲＴモニタ、ライトペン、キーボード、ＸＹアドレス発生部、同期信号発生部、画像メモリ、加算回路、ロボット、ロボット制御装置で構成している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２７９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のロボットを移動させて位置を登録するティーチング方法では、所要とする各位置ヘロボットを移動させなければならないため手間がかかり、対象のワークや動作するロボットを手元に準備しないとティーチングができなかった。一方、数値を入力してティーチングする方法では図面から目的の座標を計算して入力しなければならならず、手間もかかり入力した座標と実際のロボットの位置関係が分かりにくく使い勝手が悪かった。
【０００８】
製造現場においてロボットを導入し自動化を進め品質や生産性を上げたいと言う要望があっても、ロボットのプログラミング、ティーチングを行うことは、オペレータにまだまだ高度な技能を要求し、ロボットの導入やメンテナンスの障害となっていた。
【０００９】
特許文献１の画像を利用したティーチング方法では、ライトペンで位置指定したマークと、ＴＶカメラで撮影した映像の表示は、ＴＶカメラの映像信号と表示マーク画像の同期を取り、合成するために計算機以外に専用の画像処理装置を必要としていた。そのため、画像の表示に対象となるワークとＴＶカメラを常時必要としていた。また、より細部のティーチングを行うため画像を拡大したり、撮影した画像がロボット座標に対して傾いた場合、画像を回転して補正する機能がなく使い勝手が良くないという問題を有していた。
【００１０】
また、従来のティーチング方法では、動作位置のティーチング作業と、その動作位置ヘロボット移動させるために必要なスピードや補間動作等の指示は、別途動作プログラムとして記述しなければならなかった。
【００１１】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、カメラを接続して映像を取り込んで行うティーチングはもちろん、カメラを使用しないオフライン作業においても、簡単にロボットのティーチングと同時にプログラミングができるロボットティーチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るロボットティーチング装置は、画像データ入力機能、ロボット動作プログラム作成機能及びロボット位置座標データ作成機能を有するコンピュータ、入力される画像データを表示するディスプレイ、及び上記ディスプレイに表示された画像の位置を指定するポインティングデバイスを備えたロボットティーチング装置において、上記コンピュータは、上記ポインティングデバイスにより指定された上記ディスプレイに表示された画像の位置情報に基づいて、ロボット位置座標データを作成する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るロボットティーチング装置は、画像の表示や処理に映像信号だけではなく画像データも使用できるように構成したので、写真、図面、カタログ等の画像データがあればカメラを必要としないオフラインティーチングも可能であり、画像の拡大、回転をさせながらより操作しやすいユーザーインターフェース画面を提供できる。この結果ティーチング時のロボットの操作や座標の計算が不要になり、ワークを表示させた画面上で位置指定するだけの簡単な操作でティーチングを行うことができるため、ティーチングに特殊な技能を必要とせず、ロボットの導入時間を短縮することが可能である。このため製造現場へのロボットの導入に絶大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るロボットティーチング装置のシステム構成図である。
【図２】画像データの詳細を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１を用いたティーチング手順を示すフローチャートである。
【図４】携帯電話のボタン押し試験の様子を示す図である。
【図５】ワークの画像を示す図である。
【図６】画像データの入力を示す図である。
【図７】ポインタ、ポインタ属性を示す図である。
【図８】画面でのポイントを示す図である。
【図９】画像の拡大を示す図である。
【図１０】スケーリングを示す図である。
【図１１】基準点を示す図である。
【図１２】ロボット動作例を示す図である。
【図１３】ロボット動作例を示すローチャートである。
【図１４】画像の回転を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係るカメラからの画像入力を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係るテンプレート設定の図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る自動ポイントの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のロボットティーチング装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係るロボットティーチング装置のシステム構成を示すブロック図である。
ロボット８をティーチングするロボットティーチング装置１は、画像データ５を入力する手段、ロボット動作プログラム６及びロボット位置座標７を作成する手段、ロボット動作プログラム６及びロボット位置座標７を出力する手段を有するコンピュータ２、コンピュータ２が入力した画像データ５を画像として表示するディスプレイ３、ディスプレイ３に表示される画像のポイントに所定の位置を指定するポインティングデバイス４で構成する。
この一連の処理はオペレータの操作とコンピュータ２のプログラムにより実行され、作成したロボット動作プログラム６及びロボット位置座標７をロボット８へ転送する。
【００１６】
図２は、図１の画像データ５の詳細を示した図である。
コンピュータ２に入力される画像データ５は、写真１２、図面１３、カタログ１４の画像データである。手元にあるカタログ１４や設計時の図面１３、現物を撮影した写真１２があれば、コンピュータ２に接続されたカメラ１１の映像信号がなくても画像データを用いて本発明によるティーチングが可能である。
【００１７】
本発明のティーチング作業全体の流れを図３のフローチャートに示す。
オペレータはこの手順でコンピュータ２を操作してティーチング作業を行う。
始めにステップ２０で、画像データ５をコンピュータ２に入力すると、ディスプレイ３に画像が表示される。また、ポインティングデバイス４により表示位置が移動されるポインタがディスプレイ３に表示される。
次に、ステップ２１で、ポインタをディスプレイ３に表示されている画像の目的の位置に移動させ所定の位置を指定する。
次に、ステップ２２で、位置指定が完了したか否かを判断し、位置指定が完了していないときステップ２１に戻り、位置指定が完了したときステップ２３に進む。
次に、ステップ２３で、画像上での距離とロボット座標の距離を対応させるためのスケーリングを行う。
次に、ステップ２４で、ロボット座標と画像の位置を合わせるために指定した所定位置の中から基準点を設定して、この位置でのロボット座標を入力する。
次に、ステップ２５で、コンピュータ２はロボット動作プログラムを作成する。
最後に、ステップ２６で、ロボット位置座標を作成してティーチングを完了する。
【００１８】
本実施の形態１では図４に示すワーク３０の携帯電話のボタン押し試験を例に各工程を説明する。
実行するボタン押し試験は、説明が分かり易いように動作を簡単にし、４つのボタン、数字４を入力するボタン（以下、４ボタンと称す）、数字６を入力するボタン（以下、６ボタンと称す）、数字７を入力するボタン（以下、７ボタンと称す）、数字９を入力するボタン（以下、９ボタンと称す）を順にロボットツール先端３１により垂直に押下する試験とする。この場合、ロボットツール先端３１を動作するために、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｙ）、高さ方向（Ｚ）の３つの位置指定が必要となる。
【００１９】
従来のティーチング方法で４ボタンの押し位置をティーチングするには、実際にロボットツール先端３１を横方向（Ｘ）、縦方向（Ｙ）、高さ方向（Ｚ）へ移動させる操作を繰り返し行い４ボタンの押し位置を決定する。そして、この作業を６ボタン、７ボタン、９ボタンと必要なボタンの数だけ行う必要があった。そして、携帯電話では機種数が多く新機種への切り替えサイクルも短いため作業が大変煩雑になっていた。
【００２０】
本実施の形態１では、画像データ５として図５に示す携帯電話のボタン部の写真を用意し、コンピュータ２のティーチング用プログラムを起動する。そして、図６に示すように、ティーチング用プログラムのファイルメニューから画像を読み込む。なお、用意する画像データ５は、コンピュータ２で読み込むことができるファイルであればその種類は問わない。
【００２１】
図７は、ポインティングデバイス４を用いて画像上で携帯電話のボタン押し位置を指定するポインタ３２を示す図である。
ポインタ３２は位置指定を行うだけでなく、位置指定された各ポインタでのロボットの動作を指示する情報であるポインタ属性３３を付加する。ここで動作を指示する情報とは、ロボットツール先端３１の高さ方向（Ｚ）の位置、ロボットツール先端３１の降下スピード、補間動作などである。
【００２２】
図８は、携帯電話のボタン部をディスプレイ３に表示した画像にポイントを指定した状態を示す図である。
ポインタ３２を用いて図８に示す画像上の任意の位置を指定して携帯電話の各ボタンの押し位置を決定する。ポイント３４、ポイント３５、ポイント３６、ポイント３７は携帯電話の４ボタン、６ボタン、７ボタン、９ボタンの押し位置を示す。
ポインタ３２は、前述のように、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｙ）の位置だけでなく、高さ方向（Ｚ）の位置、スピード、補間動作などロボットの動作を指定する情報（ポインタ属性３３）を有している。
【００２３】
ロボット動作プログラム６を作成する手段は、ポインタ３２により位置指定されたポイント順にロボットツール先端３１を動作するように、横方向（Ｘ）の位置、縦方向（Ｙ）位置、高さ方向（Ｚ）の位置、スピード、補間動作を用いて、ロボット動作プログラムを作成する。
従って、オペレータがロボット動作プログラムを別途作成するという面倒な作業が不要となる。
【００２４】
なお、ディスプレイ３へ表示した画像は拡大または縮小することができる。ポインタ３２をより正確な位置へ配置する手段に拡大等の画像処理を用いることは有効であり、現物の目視以上に細かな位置を指示することができる。図９に拡大した画面の例を示す。
【００２５】
次に、画像上の距離をロボット座標の実際の距離に変換するための情報を入力する。ここでスケーリング３８（図１０）と基準点３９（図１１）を次のように定義する。
スケーリング３８は画像上の距離をロボット座標の距離に換算する換算値を設定することを言う。
また、画像上に指定したポイントの位置を実際のロボットの絶対座標に対応させるためには、指定したポイントに対応するロボット座標を与えなければならない。これは画像上で１か所指定すれば良く、このポイントを基準点３９（図１１）とする。スケーリング３８及び基準点３９の設定からコンピュータ２は、各ポイントの座標を実際のロボット座標に変換する。
【００２６】
図１０はポインティングデバイス４を使用してスケーリング３８を行う画面である。
あらかじめ距離の分かっている端から端までをポインティングデバイス４でドラッグして線を引き伸ばし、ロボット座標での距離を入力する。引かれた線の長さ（画素数）はコンピュータ２で計算でき、画面上の距離に対応した実際のロボット座標の距離を得ることができる。
【００２７】
図１１は基準点３９を設定する画面である。
ポイント（図８）の中の一つを基準点として選択し、その位置のロボット座標を入力する。例では４ボタンを基準として、この４ボタンのロボット座標を入力している。
以上の作業で図４のフローチャートの手順を完了する。
【００２８】
上記ティーチング例で作成したロボットの実際の動作を説明する。
図１２にロボットツール先端３１が順に４つのボタンを押して移動する概略図を、図１３にロボットツール先端３１の動作のフローチャートを示す。
４ボタン、６ボタン、７ボタン、９ボタンの画像上に配置したポイント（図８）にはその位置座標と、ポインタ属性３３で設定した動作スピード、ロボットツール先端３１が上下する高さ位置が与えられている。
コンピュータ２で作成されたロボット動作プログラム６およびロボット位置座標７をロボット８に転送して実行すると最初、移動０（４０）でボタン４へ移動してロボットツール先端３１が下降し４ボタンを押して上昇する。この動作を移動１（４１）、移動２（４２）、移動３（４３）の順に繰り返し移動する。
【００２９】
本実施の形態では、画像データ５を利用して様々な画像処理を施し、より正確にティーチングを行うことができる。
その一例である画像の傾きを補正を図１４に示す。撮影時にカメラがワークに対して傾いている場合は、図１４の画面のように画像が傾いてしまいロボット位置座標７（図１）作成時に誤差を生じる。
図１４の例では右に傾いた画像に水平、垂直の補助線を表示しこの補助線を目安に右、左の回転ボタンを押すことで傾きを微調整している。
【００３０】
実施の形態２.
実施の形態１では、ティーチングに使用する画像５（図１）を画像データ５（図２）のファイルとして読み込んだが、図２に示すようにカメラ１１を接続して画像（図５）取り込むこともできる。ワークを撮影するカメラ１１はロボット座標に対して水平、垂直に設置してあれば、ロボット本体に取り付けても別のスタンドに設置してもよい。カメラ１１の映像信号はコンピュータ２で静止画に変換して画像データ５とする。
【００３１】
図１５は図２に示すカメラ１１の映像をコンピュータ２へ取り込む画面である。図１５の画面では、画面左にカメラ１１の映像（動画）が表示される。オペレータは画面の映像を見ながら画面のシャッターボタンを押して画像データ（静止画）をコンピュータ２へ取り込む。この画像はそのままティーチングに使用することが可能であり、以下実施の形態１と同様の方法でティーチングを行う。
【００３２】
実施の形態３.
実施の形態１では、オペレータが画像を見ながら手動操作でティーチングを行ったが、画像処理により自動ティーチングを行うこともできる。実施の形態３では、テンプレートマッチングを用い自動的にポインタ３２（図７）を作成する。テンプレートマッチングを用いて自動ティーチングを行うには画像の中に同一図形があることが条件である。実施例の携帯電話のボタンの場合、ボタン形状は同じであるがボタン毎に異なった文字が記されているため同一図形とみなすことができない。そこで簡単にボタンを同一図形にするため図１６のようにボタンの上からボタン４、ボタン６、ボタン７、ボタン９に同一のマークシールを貼り自動ティーチングを行う例を示す。
【００３３】
図１６にボタンに添付したマークをテンプレート５０とする設定方法を示す。例では図１６のボタン４のマークを選びテンプレート５０を設定する。設定はポインティングデバイス４（図１）で画面の中の目的の図形を囲むことで行う。テンプレート５０設定後、自動ティーチングを実行した結果が図１７の画面である。コンピュータ２（図１）はテンプレート５０をサーチしてテンプレートマッチングを行い、検出した図形を自動的に位置指定して自動ポイント５１を作成する。本実施例では４個のボタン４、ボタン６、ボタン７、ボタン９を検出して自動的にティーチングを行う場合を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１ロボット制御システム、２コンピュータ、３ディスプレイ、４ポインティングデバイス、５画像データ、６ロボット動作プログラム、７ロボット位置座標、８ロボット、１０ファイルメニュー、１１カメラ、１２写真、１３図面、１４カタログ、３０ワーク、３１ロボットツール先端、３２ポインタ、３３ポインタ属性、３４ポイント、３５ポイント、３６ポイント、３７ポイント、３８スケーリング、３９基準点、４０移動０、４１移動１、４２移動２、４３移動３、５０テンプレート、５１自動ポイント。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データ入力機能、ロボット動作プログラム作成機能及びロボット位置座標データ作成機能を有するコンピュータ、入力される画像データを表示するディスプレイ、及び上記ディスプレイに表示された画像の位置を指定するポインティングデバイスを備えたロボットティーチング装置において、
上記コンピュータは、上記ポインティングデバイスにより指定された上記ディスプレイに表示された画像の位置情報に基づいて、ロボット位置座標データを作成することを特徴とするロボットティーチング装置。
【請求項２】
カメラ映像入力機能、ロボット動作プログラム作成機能及びロボット位置座標作成機能を有するコンピュータ、入力された画像データを表示するディスプレイ、及び上記ディスプレイに表示された画像の位置を指定するポインティングデバイスを備えたロボットティーチング装置において、
上記コンピュータは、上記ポインティングデバイスにより指定された上記ディスプレイに表示された画像の位置情報に基づき、ロボット位置座標データを作成することを特徴とするロボットティーチング装置。
【請求項３】
上記コンピュータは、上記ディスプレイ上で位置が指定された画像のポイントにロボットのスピード、高さ位置、補間動作等のロボット動作情報であるポイント属性を付加することで、ロボット動作プログラムを作成することを特徴とする請求項１または２に記載のロボットティーチング装置。
【請求項４】
画像上の同一図形を自動的にサーチして目的の動作位置を検出することにより、自動ティーチングを行うことを特徴とする請求項１または２に記載のロボットティーチング装置。

【図１】