JP2011251395A - ロボット教示システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率の向上化が図れ、なお且つ、危険も伴わないロボット教示システムを提供することを目的としている。
【解決手段】ワークＷに対して溶接等の作業を行うロボット１と、前記ロボット１の作業現場を撮影可能な複数の多視点画像撮影カメラ２と、前記各多視点画像撮影カメラ２によって撮影された画像を取得し、且つ、その取得した画像から前記ロボット１の作業現場の任意視点画像を生成する画像生成手段と、前記生成された任意視点画像を表示する表示手段と、前記表示された画像を用いて前記ロボット１の作動を指示可能な指示手段と、前記指示手段によって指示された作動に応じて前記ロボット１を制御するロボット制御手段とを有してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに対して溶接等の作業を行うロボットを教示（ティーチング）するロボット教示システムに関する。

近年、様々な分野においてロボットによる作業が行われている。そして、この種のロボットは、制御装置からの信号に基づき、ワークに対して溶接やシーリング、あるいは塗装、切断、研磨、ハンドリング等の作業を行っている。また、そのロボットの作動にあたっては、作業者が、ティーチペンダントやコンピュータを用いて上記作業装置に上記ロボットの作業手順を教示させることで作動させている。

ところで、この作業手順を教示させる方法としては、一般に、オンラインティーチング方法とオフラインティーチング方法という２つの方法が知られている。オンラインティーチング方法とは、作業現場でワークを直接見ながら、ティーチペンダントを用いて上記ロボットの作業位置等を教示する方法である。一方、オフラインティーチング方法とは、作業現場以外のコンピュータにインストールされているオフラインティーチングソフトを使用して、ワーク及びロボットのＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）データを作成し、画面上に疑似的なワーク及びロボットの画像を描画した上で、キーボードやマウス等によって作業者に座標位置等のデータを入力させることで、上記ロボットに作業手順を教示させる方法である（例えば、特許文献１）。

特開平９−１７９６２４号公報

しかしながら、上記のようなティーチング方法には次のような問題があった。すなわち、上記オンラインティーチング方法は、作業現場での作業となるため、ロボットへの教示作業中はロボット自体を停止させなければならず、それゆえ、設備稼働率の低下による生産性の悪化を招いてしまうという問題があった。また、当該方法は、実際の作業現場での作業となるため危険を伴うという問題があった。

一方、上記オフラインティーチング方法は、当該ロボットへの教示中も作業が行え、オンラインティーチング方法より利点を有する。しかしながら、当該方法では、実際の作業現場に存在するロボットのケーブル、ホース等が、ワークやロボット自身に、実際にどのように干渉するのか不明であり、そしてまた、当該方法では、ワークのＣＡＤデータを作成しているため、コンピュータ上の疑似的なワークと、実際のワークとの誤差が生じることが多々あり、実際はオフラインティーチング方法のみでロボットへの教示作業を完了させることができず、作業現場での修正作業が必要となっていた。そのため、作業者の作業負担が増大するばかりか、実際の作業現場での作業が必要となるため危険を伴うという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、作業効率の向上化が図れ、なお且つ、危険も伴わないロボット教示システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るロボット教示システムを、図面の参照符号を付して示せば、ワークＷに対して溶接等の作業を行うロボット１と、前記ロボット１の作業現場を撮影可能な複数の多視点画像撮影カメラ２と、前記各多視点画像撮影カメラ２によって撮影された画像を取得し、且つ、その取得した画像から前記ロボット１の作業現場の任意視点画像を生成する画像生成手段（画像生成部３０）と、前記生成された任意視点画像を表示する表示手段（表示部３５）と、前記表示された画像を用いて前記ロボット１の作動を指示可能な指示手段（指示部３３）と、前記指示手段（指示部３３）によって指示された作動に応じて前記ロボット１を制御するロボット制御手段（ロボット制御部３７）とを有してなることを特徴としている。

また、請求項２に係るロボット教示システムは、上記請求項１に記載のロボット教示システムにおいて、前記ロボット１の３次元ＣＡＤモデルを格納する３次元ＣＡＤモデル格納手段（３次元ＣＡＤモデル格納部３１）と、前記３次元ＣＡＤモデル格納手段（３次元ＣＡＤモデル格納部３１）に格納されている前記ロボット１の３次元ＣＡＤモデルと前記画像生成手段（画像生成部３０）によって生成される任意視点画像とを合成する画像合成手段（画像合成部３６）とをさらに有し、前記画像合成手段（画像合成部３６）によって合成された画像は、前記表示手段（表示部３５）に表示され、その表示された画像は、前記指示手段（指示部３３）によって前記ロボット１の作動を指示するために用いられてなることを特徴としている。

一方、請求項３に係るロボット教示システムは、上記請求項１又は２に記載のロボット教示システムにおいて、前記指示手段（指示部３３）はマウスであり、前記表示手段（表示部３５）に表示された画像をマウス操作することにより、前記ロボット１の作動を指示してなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず請求項１の発明にかかるロボット教示システムでは、複数の多視点画像撮影カメラ２によって撮影されたワークＷに対して溶接等の作業を行うロボット１の作業現場の撮影画像が、画像生成手段（画像生成部３０）にて任意視点画像として生成される。そして、その生成された任意視点画像が表示手段（表示部３５）に表示される。これにより、作業者は、表示手段（表示部３５）に表示された画像を用いて、マウス等の指示手段（指示部３３）を用いて上記ロボット１の作動を指示することができる。そして、この作動指示に応じてロボット制御手段（ロボット制御部３７）はロボット１の作動を制御することとなる。

そのため、表示手段（表示部３５）にロボット１の作業現場のリアルタイム画像を表示することができ、その画像を用いて作業者は、ロボット１の教示作業を行うことができる。それゆえ、ロボット１のケーブル、ホース等が、ワークＷやロボット１自身に、実際にどのように干渉するのか判断することができ、さらには、ワークＷのＣＡＤデータを作成する必要がないため、コンピュータ上の疑似的なワークと、実際のワークとの誤差が生じにくくなる。したがって、作業現場での修正作業が必要なくなり、作業負担が大幅に軽減されるばかりか、遠隔地で作業を行うことができるため、危険を伴うということもない。また、作業現場で直接、ロボット１への教示作業を行う必要がないため、ロボット１への教示作業中にロボット１自体を停止させることがない。そのため、設備稼働率の低下による生産性の悪化を招いてしまうということもない。

したがって、本発明によれば、作業効率の向上化が図れると共に、危険が伴うということもない。

また、請求項２の発明によれば、画像生成手段（画像生成部３０）にて生成したロボット１の作業現場の任意視点画像と３次元ＣＡＤモデル格納手段（３次元ＣＡＤモデル格納部３１）にて格納されているロボット１の３次元ＣＡＤモデルを、画像合成手段（画像合成部３６）にて合成した画像を用いてロボット１の教示作業を行うことができる。そのため、教示作業の指示対象であるロボット１は表示手段（表示部３５）に明確に表示されることとなるため、作業者は、その明確に表示された３次元ＣＡＤモデルを用いてロボット１に対して的確な教示作業を行うことが可能となる。

したがって、本発明によれば、高精度な教示作業を行うことができる。

一方、請求項３の発明によれば、上記指示手段（指示部３３）はマウスであり、上記表示手段（表示部３５）に表示された画像をマウス操作することで、上記ロボット１の作動を指示している。そのため、作業者は、上記表示手段（表示部３５）に表示された画像を見ながら、その画像を、マウスを用いて例えばドラック＆ドロップ等の操作をすることで、上記ロボット１の作動指令を行うことができる。

しかして、作業者はマウス操作のみで、ロボット１の教示作業を行うことができるため、熟練を要さずとも直感的な操作でロボット１の教示作業を行うことができる。さらに、マウス操作のみであるから、従来のティーチング方法で用いていたティーチペンダントやオフラインソフトのように操作方法がロボットメーカによって異なるということがない。

したがって、本発明によればロボットの教示作業が非常に簡単容易となる。

本発明の一実施形態に係るロボット教示システムの概略構成図である。 同実施形態に係るロボット教示装置のブロック図である。

以下、本発明に係る一実施形態について、図１及び図２を参照して具体的に説明する。

本実施形態に係るロボット教示システムは、図１に示すように、ワークＷに対して溶接等の作業を行う６軸の多関節汎用ロボット１と、複数の多視点画像撮影カメラ（図示では、５台）２と、ロボット教示装置３とで構成されている。この多関節汎用ロボット１は、ロボット教示装置３にてその作動が制御され、そのロボット１の作業現場が上記複数の多視点画像撮影カメラ２にて撮影されている。なお、本実施形態において、ロボット１は、６軸の多関節汎用ロボットを例示したが、これに限らずどのようなロボットを用いてもよい。

一方、多視点画像撮影カメラ２は、色彩画像とともに視差画像を撮ることのできるデジタルカメラであり、図示はしないがワークＷ及びロボット１の周囲に設けられた安全柵上に取付けられている。そして、このように安全柵上に取付けられた多視点画像撮影カメラ２は、上記多関節汎用ロボット１の作業現場を撮影し、その撮影した画像をロボット教示装置３に出力する。なお、この複数の多視点画像撮影カメラ２から出力された画像は、ロボット教示装置３によって取得される。

また一方、このロボット教示装置３は、汎用のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等からなるもので、図２に示すような構成からなる。すなわち、ロボット教示装置３は、画像生成部３０と、３次元ＣＡＤモデル格納部３１と、教示プログラム格納部３２と、指示部３３と、中央制御部３４と、表示部３５と、画像合成部３６と、ロボット制御部３７とで構成されている。なお、ロボット教示装置３は、１台の汎用ＰＣ等で構成しても良いし、処理内容を分散させ、複数台の汎用ＰＣ等で構成しても良い。

ところで、上記画像生成部３０は、画像取得部３０ａを有しており、この画像取得部３０ａにて上記複数の多視点画像撮影カメラ２にて撮影された色彩画像及び視差画像が取得される。そして、これら取得された画像は、画像生成部３０が有する画像処理部３０ｂに出力される。

このように画像取得部３０ａによって出力された画像は、画像処理部３０ｂによって、シルエット（輪郭）が抽出され、シルエット画像として生成される。そして、画像処理部３０ｂは、生成したシルエット画像及び色彩画像をＪＰＥＧ圧縮し、画像生成部３０が有する復元処理部３０ｃに出力する。

一方、このようにＪＰＥＧ圧縮した画像を用いて、復元処理部３０ｃは、８分木モデルの生成を行う。なお、８分木モデルの生成には、シルエット法による形状生成手法とともに、８分木生成アルゴリズム（ｏｃｔｒｅｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）の手法を用いる。この手法を用いれば、処理時間を短縮することができるためである。

また、復元処理部３０ｃは、８分木モデルを生成した後、ボクセルモデルを生成し、その後内部ボクセルの除去を行う。このように内部ボクセルの除去を行った後、復元処理部３０ｃは、表面ボクセルに彩色を施す。これにより、ロボット１の作業現場の任意視点画像が生成されることとなる。

他方、３次元ＣＡＤモデル格納部３１には、予め作成しておいたロボット１の３次元ＣＡＤモデルが格納されている。また、教示プログラム格納部３２には、上記ロボット１を教示するための教示プログラムが格納されている。なお、ロボット１の３次元ＣＡＤモデルを作成する方法は、上記教示プログラム格納部３２に格納されている教示プログラムを用いて作成しても良いし、他のプログラムを用いて作成しても良い。

ところで、このように教示プログラム格納部３２に格納されている教示プログラムを起動させるには、作業者がマウスからなる指示部３３を用いて起動指令を行うことにより、その起動指令を受け取ったＣＰＵ等からなる中央制御部３４が上記教示プログラムを起動させることとなる。そして、その教示プログラムを起動させた中央制御部３４は、その起動内容を液晶等からなる表示部３５に表示させる。

かくして、作業者は、表示部３５に表示された教示プログラムの内容に応じて、上記ロボット１の作動指令を行うこととなる。すなわち、作業者は、まず、マウスからなる指示部３３を用いて、上記３次元ＣＡＤモデル格納部３１に格納されているロボット１の３次元ＣＡＤモデル及び上記画像生成部３０にて生成したロボット１の作業現場の任意視点画像を読み出す指令を行う。これにより、中央制御部３４は、上記３次元ＣＡＤモデル格納部３１に格納されているロボット１の３次元ＣＡＤモデル及び上記画像生成部３０にて生成したロボット１の作業現場の任意視点画像を読み出し、画像合成部３６に出力する。そして、画像合成部３６は、そのロボット１の作業現場の任意視点画像とロボット１の３次元ＣＡＤモデルとを合成した画像を生成する。すなわち、上記任意視点画像で表現されているロボット１にロボット１の３次元ＣＡＤモデルを融合させた合成画像を生成するものである。このように、画像合成部３６にて合成された合成画像は、中央制御部３４を介して表示部３５に表示される。

そして次に、作業者は、ロボット１の作動指令を行うため、上記表示部３５に表示された合成画像のうち３次元ＣＡＤモデルで作成したロボット１をマウスからなる指示部３３を用いて、例えばドラック＆ドロップ等のマウス操作を行う。これにより作業者は、ロボット１の作動指令を行うことができる。

しかして作業者は、マウス操作のみで、ロボット１の教示作業を行うことができるため、熟練を要さずとも直感的な操作でロボット１の教示作業を行うことができる。さらに、マウス操作のみであるから、従来のティーチング方法で用いていたティーチペンダントやオフラインソフトのように操作方法がロボットメーカによって異なるということがない。したがって、ロボット１の教示作業が非常に簡単容易となる。

またこのように、ロボット１の教示作業を行う際、画像生成部３０にて生成したロボット１の作業現場の任意視点画像にロボット１の３次元ＣＡＤモデルを融合させた合成画像を使用しているため、指示対象であるロボット１は表示部３５に明確に表示されることとなる。したがって、作業者は、その明確に表示された３次元ＣＡＤモデルを用いてロボット１に対して的確な教示作業を行うことができる。そのため、高精度な教示作業をロボット１に対して行うことができる。なお、指示部３３としてはマウスを用いて構成した方が好ましいが、他の機器を用いてもよい。

一方、上記のように、作業者が、表示部３５に表示された教示プログラム内容に応じて、上記ロボット１の作動指令を行うと、中央制御部３４はロボット制御部３７にその作動指令を出力する。そしてロボット制御部３７は、その作動指令の内容に応じてロボット１を作動させるための制御を行う。これにより、ロボット１はその制御内容に応じて作動し、ワークＷに対して溶接等の作業を行うこととなる。

したがって、以上説明した本実施形態によれば、複数の多視点画像撮影カメラ２によって撮影されたワークＷに対して溶接等の作業を行うロボット１の作業現場の撮影画像が、画像生成部３０にて任意視点画像として生成される。そして、その生成された任意視点画像が表示部３５に表示される。これにより、作業者は、表示部３５に表示された画像を用いて、マウス等の指示部３３を用いて上記ロボット１の作動を指示することができる。そして、この作動指示に応じてロボット制御部３７はロボット１の作動を制御することとなる。

そのため、表示部３５にロボット１の作業現場のリアルタイム画像を表示することができ、その画像を用いて作業者は、ロボット１の教示作業を行うことができる。それゆえ、ロボット１のケーブル、ホース等が、ワークＷやロボット１自身に、実際にどのように干渉するのか判断することができ、さらには、ワークＷのＣＡＤデータを作成する必要がないため、コンピュータ上の疑似的なワークと、実際のワークとの誤差が生じにくくなる。そのため、作業現場での修正作業が必要なくなり、作業負担が大幅に軽減されるばかりか、遠隔地で作業を行うことができ、危険を伴うということもない。また、作業現場で直接、ロボット１への教示作業を行う必要がないため、ロボット１への教示作業中にロボット１自体を停止させることがない。そのため、設備稼働率の低下による生産性の悪化を招いてしまうということもない。

したがって、本実施形態によれば、作業効率の向上化が図れると共に、危険が伴うということもない。

なお、多視点画像撮影カメラによって撮影された画像から任意視点画像を生成する方法は、本実施形態において例示した方法に限らず、種々様々な方法を用いることが可能である。

Ｗ ワーク
１ ロボット
２ 多視点画像撮影カメラ
３ ロボット教示装置
３０ 画像生成部（画像生成手段）
３１ ３次元ＣＡＤモデル格納部（３次元ＣＡＤモデル格納手段）
３３ 指示部（指示手段）
３５ 表示部（表示手段）
３６ 画像合成部（画像合成手段）
３７ ロボット制御部（ロボット制御手段）

Claims (3)

1. ワークに対して溶接等の作業を行うロボットと、
   前記ロボットの作業現場を撮影可能な複数の多視点画像撮影カメラと、
   前記各多視点画像撮影カメラによって撮影された画像を取得し、且つ、その取得した画像から前記ロボットの作業現場の任意視点画像を生成する画像生成手段と、
   前記生成された任意視点画像を表示する表示手段と、
   前記表示された画像を用いて前記ロボットの作動を指示可能な指示手段と、
   前記指示手段によって指示された作動に応じて前記ロボットを制御するロボット制御手段とを有してなることを特徴とするロボット教示システム。
2. 前記ロボットの３次元ＣＡＤモデルを格納する３次元ＣＡＤモデル格納手段と、
   前記３次元ＣＡＤモデル格納手段に格納されている前記ロボットの３次元ＣＡＤモデルと前記画像生成手段によって生成される任意視点画像とを合成する画像合成手段とをさらに有し、
   前記画像合成手段によって合成された画像は、前記表示手段に表示され、その表示された画像は、前記指示手段によって前記ロボットの作動を指示するために用いられてなることを特徴とする請求項１に記載のロボット教示システム。
3. 前記指示手段はマウスであり、前記表示手段に表示された画像をマウス操作することにより、前記ロボットの作動を指示してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット教示システム。

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