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図面 (20)

課題

スポット溶接ガンが装着された1溶接ロボット生産ラインに配置するにあたって、他のスポット溶接ガンや溶接ロボットとの衝突干渉を簡単に回避することができる作業ロボットレイアウトシミュレーション方法を提供する。

解決手段

溶接ロボットに配分された配分済み未処理打点(5,6)のワーク上の位置に基づき溶接ロボットの位置を特定する。新たに1溶接ロボットをその作業ステーションに配置するにあたって、配分済み未処理打点(5,6)から最も離れた未処理打点(15,15)が抽出される。抽出された未処理打点(15,15)に基づき、新たに配置される1溶接ロボットの位置が決定される。

概要

背景

自動車製造の分野で知られる「増し打ちライン」では、組み立てられた車体フレーム骨組みに対してスポット溶接が実施される。このスポット溶接によって車体フレームを構成する構成部材同士の接合強度補強される。ラインに沿って配置される各スポット溶接ガンには、処理すべき車体フレーム上のスポット溶接打点が予め配分される。増し打ちラインを車体フレームが通過すると、各スポット溶接ガンが配分されたスポット溶接打点を処理し、その結果、車体フレームが仕上げられるのである。

こうした増し打ちラインでは、作業ステーションで車体フレームが停止するたびにスポット溶接ガンが処理を実行する。1作業ステーションには複数台のスポット溶接ガンが配置されることができ、配置されたスポット溶接ガンは同時に作業を実施することができる。1車体フレームに対して複数台のスポット溶接ガンが同時に作業を実施することによって、1車体フレーム当たりの生産時間が短縮されるのである。

概要

スポット溶接ガンが装着された1溶接ロボット生産ラインに配置するにあたって、他のスポット溶接ガンや溶接ロボットとの衝突干渉を簡単に回避することができる作業ロボットレイアウトシミュレーション方法を提供する。

溶接ロボットに配分された配分済み未処理打点(5,6)のワーク上の位置に基づき溶接ロボットの位置を特定する。新たに1溶接ロボットをその作業ステーションに配置するにあたって、配分済み未処理打点(5,6)から最も離れた未処理打点(15,15)が抽出される。抽出された未処理打点(15,15)に基づき、新たに配置される1溶接ロボットの位置が決定される。

目的

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、スポット溶接ガンといった作業ツールが装着された1作業ロボットを生産ラインに配置するにあたって、他の作業ツールや作業ロボットとの衝突や干渉を簡単に回避することができる作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

ワーク上の全ての未処理打点の位置を特定する打点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1溶接ロボットを指定する工程と、指定された溶接ロボットが所属する作業ステーションで他の溶接ロボットに配分された配分済み未処理打点を特定する工程と、前記打点データに基づき、特定された配分済み未処理打点から最も離れたワーク上の未処理打点を指定する工程とを備えることを特徴とする作業ロボットレイアウトシミュレーション方法

請求項2

請求項1に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記指定された未処理打点に基づいて前記指定された溶接ロボットの配置を決定することを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項3

請求項1または2に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点を指定するにあたって、前記打点データに基づき、ワーク上の各未処理打点から前記配分済み未処理打点までの距離を算出する工程と、算出された距離の最大値に対応する未処理打点を記憶する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項4

請求項3に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記配分済み未処理打点ごとに、1未処理打点からの距離を算出する工程と、その1未処理打点に対して、算出された距離の最小値登録する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項5

請求項3に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記距離を算出するにあたって、1溶接ロボットごとに、配分済み未処理打点の分布を代表する代表点が特定されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項6

請求項5に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記代表点は、配分済み未処理打点の分布の重心であることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項7

請求項1〜6のいずれかに記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記指定された未処理打点は、前記指定された溶接ロボットに最初に配分されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項8

請求項7に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記打点データで示される未処理打点ごとに使用可能なスポット溶接ガンを特定するガンデータを取得する工程と、前記指定された未処理打点が配分されると、ガンデータを用いて、前記指定された溶接ロボットに装着される1スポット溶接ガンを特定する工程と、ガンデータを用いて、特定された1スポット溶接ガンで処理される未処理打点を抽出する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項9

請求項7または8に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、各溶接ロボットに装着されるスポット溶接ガンの作動範囲を示す作動範囲データを取得する工程と、前記打点データに基づき、前記指定された未処理打点を含む作動範囲を前記ワーク上で画定する工程と、画定された作動範囲に含まれる未処理打点を特定する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項10

請求項9に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記ワーク上では、前記指定された未処理打点を中心に描かれる球面によって前記作動範囲が規定されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項11

請求項1〜10のいずれかに記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、指定された1溶接ロボットごとに、割り振られた1未処理打点に順番に打順を付与する工程と、打順が付与された未処理打点を溶接ロボットごとに特定するシミュレーション結果を出力する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項12

請求項11に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、打順を付与するたびに、その打順で特定される1未処理打点までに1溶接ロボットに装着された1スポット溶接ガンが費やす処理時間を算出する工程と、算出された処理時間が作業時間データで示される1作業ステーション当たりの最大作業時間に達するか否かを判定する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項13

請求項12に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記処理時間は、1対の未処理打点間で費やされるスポット溶接ガンの2点間移動時間を示す移動時間データを用いて算出されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項14

請求項13に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、付与された打順に従って相前後する1対の未処理打点に対してスポット溶接ガンのアプローチ方向を規定するベクトルを特定する工程と、ベクトル同士の位置関係を検出する工程と、検出された位置関係に基づいて、溶接ロボットの姿勢変化の有無を判断する工程とをさらに備え、前記姿勢変化がないと判断されると、短ピッチ移動時間データで示されるスポット溶接ガンの短ピッチ移動時間を前記2点間移動時間に用いて前記処理時間が算出されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項15

請求項14に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記短ピッチ移動時間データは1対の未処理打点ごとに個別に前記短ピッチ移動時間を特定することを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項16

請求項14または15に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記姿勢変化があると判断されると、姿勢変化時間データで示される溶接ロボットの姿勢変化時間を前記2点間移動時間に用いて前記処理時間が算出されることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項17

請求項16に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記姿勢変化時間データは1対の未処理打点ごとに個別に前記姿勢変化時間を特定することを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項18

請求項13〜17のいずれかに記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記2点間移動時間は、溶接ロボットのオフラインティーチステムで得られる2点間移動時間によって置き換えられることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項19

ワーク上の全ての未処理作業点の位置を特定する作業点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1作業ロボットを指定する工程と、指定された作業ロボットが所属する作業ステーションで他の作業ロボットに配分された配分済み未処理作業点を特定する工程と、前記作業点データに基づき、特定された配分済み未処理作業点から最も離れたワーク上の未処理作業点を指定する工程とを備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項20

請求項19に記載の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法において、前記配分済み未処理作業点から最も離れた未処理作業点を指定するにあたって、前記作業点データに基づき、ワーク上の各未処理作業点から前記配分済み未処理作業点までの距離を算出する工程と、算出された距離の最大値に対応する未処理作業点を記憶する工程とをさらに備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法。

請求項21

ワーク上の全ての未処理打点の位置を特定する打点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1溶接ロボットを指定する工程と、指定された溶接ロボットが所属する作業ステーションで他の溶接ロボットに配分された配分済み未処理打点を特定する工程と、前記打点データに基づき、特定された配分済み未処理打点から最も離れたワーク上の未処理打点を指定する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする記録媒体

請求項22

請求項21に記載の記録媒体において、前記配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点を指定するにあたって、前記打点データに基づき、ワーク上の各未処理打点から前記配分済み未処理打点までの距離を算出する工程と、算出された距離の最大値に対応する未処理打点を記憶する工程とをさらにコンピュータに実行させることを特徴とする記録媒体。

請求項23

ワーク上の全ての未処理作業点の位置を特定する作業点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1作業ロボットを指定する工程と、指定された作業ロボットが所属する作業ステーションで他の作業ロボットに配分された配分済み未処理作業点を特定する工程と、前記作業点データに基づき、特定された配分済み未処理作業点から最も離れたワーク上の未処理作業点を指定する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする記録媒体。

請求項24

請求項23に記載の記録媒体において、前記配分済み未処理作業点から最も離れた未処理作業点を指定するにあたって、前記作業点データに基づき、ワーク上の各未処理作業点から前記配分済み未処理作業点までの距離を算出する工程と、算出された距離の最大値に対応する未処理作業点を記憶する工程とをさらにコンピュータに実行させることを特徴とする記録媒体。

技術分野

0001

本発明は、1生産ラインに沿って配列された例えばスポット溶接ガンといった作業ツール一連の作業を配分しつつ、そういった作業ツールが装着される作業ロボットを生産ラインに沿って配置することができる作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法に関する。

背景技術

0002

自動車製造の分野で知られる「増し打ちライン」では、組み立てられた車体フレーム骨組みに対してスポット溶接が実施される。このスポット溶接によって車体フレームを構成する構成部材同士の接合強度補強される。ラインに沿って配置される各スポット溶接ガンには、処理すべき車体フレーム上のスポット溶接打点が予め配分される。増し打ちラインを車体フレームが通過すると、各スポット溶接ガンが配分されたスポット溶接打点を処理し、その結果、車体フレームが仕上げられるのである。

0003

こうした増し打ちラインでは、作業ステーションで車体フレームが停止するたびにスポット溶接ガンが処理を実行する。1作業ステーションには複数台のスポット溶接ガンが配置されることができ、配置されたスポット溶接ガンは同時に作業を実施することができる。1車体フレームに対して複数台のスポット溶接ガンが同時に作業を実施することによって、1車体フレーム当たりの生産時間が短縮されるのである。

発明が解決しようとする課題

0004

1作業ステーション当たりにスポット溶接ガンを詰め込めば詰め込むほど、生産時間は短縮される。しかしながら、こうしてスポット溶接ガンが詰め込まれると、スポット溶接ガンが装着される溶接ロボット同士が干渉する確率が高まってしまう。干渉し合う溶接ロボットに装着されたスポット溶接ガンは配分されたスポット溶接打点に到達することはできない。スポット溶接打点を処理することはできないのである。生産ラインでは、こうした干渉を回避しつつ溶接ロボットが配置されなければならない。これまでのところ、こうした溶接ロボットの配置は熟練した作業者経験則に頼らざるを得なかった。

0005

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、スポット溶接ガンといった作業ツールが装着された1作業ロボットを生産ラインに配置するにあたって、他の作業ツールや作業ロボットとの衝突や干渉を簡単に回避することができる作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法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

0006

上記目的を達成するために、本発明によれば、ワーク上の全ての未処理打点の位置を特定する打点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1溶接ロボットを指定する工程と、指定された溶接ロボットが所属する作業ステーションで他の溶接ロボットに配分された配分済み未処理打点を特定する工程と、前記打点データに基づき、特定された配分済み未処理打点から最も離れたワーク上の未処理打点を指定する工程とを備えることを特徴とする作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法が提供される。

0007

かかるレイアウトシミュレーション方法によれば、配分済み未処理打点を特定することによって、指定された溶接ロボット以外の溶接ロボットの位置が特定される。こうして他の溶接ロボットの位置が特定されれば、他の溶接ロボットが作業時に占有する占有空間推定されることができる。その結果、指定された溶接ロボットを1作業ステーションに配置するにあたって、そういった占有空間との干渉関係を簡単かつ確実に予想することが可能となる。このとき、他の溶接ロボットの占有空間の広がりは、使用される溶接ロボットの種類やスポット溶接ガンの種類、それらの組み合わせ方によって変動する。配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点に基づき指定された溶接ロボットが配置されれば、その溶接ロボットや溶接ロボットに装着されるスポット溶接ガンが占有空間に侵入する確率は最も低くなると考えられる。

0008

前記配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点を指定するにあたって、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、前記打点データに基づき、ワーク上の各未処理打点から前記配分済み未処理打点までの距離を算出する工程と、算出された距離の最大値に対応する未処理打点を記憶する工程とを備えることができる。こうした処理工程によれば、打点データを利用して、配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点を簡単に特定することが可能となる。

0009

また、前記距離の最大値を算出するにあたって、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、前記配分済み未処理打点ごとに、1未処理打点からの距離を算出する工程と、その1未処理打点に対して、算出された距離の最小値登録する工程とを備えてもよい。距離が算出される1未処理打点に着目すると、最小値で示される距離より内側に配分済み未処理打点が存在することはない。したがって、こうした最小値同士が比較される結果、最大の最小値を備える未処理打点が抽出されれば、全ての配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点が特定されることができるのである。こうして全ての配分済み未処理打点を基準に最も離れた未処理打点が指定されれば、スポット溶接ガンや溶接ロボットが衝突したり干渉したりする確率が一層低減されることができる。

0010

前述のように距離を算出するにあたって、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法では、1溶接ロボットごとに、配分済み未処理打点の分布を代表する代表点が特定されてもよい。このように配分済み未処理打点の分布を特定の代表点で代表させれば、全ての配分済み未処理打点に対して距離を算出する場合に比べ、シミュレーション方法の計算処理の負担を軽減させることができる。そういった代表点は、例えば、配分済み未処理打点の分布の重心であればよい。

0011

指定された未処理打点は、前記指定された溶接ロボットに対して最初に配分されることが望ましい。前述したように、指定された未処理打点の周囲には、配分済み未処理打点を処理するスポット溶接ガンや溶接ロボットに干渉しない空間が広く確保される。したがって、指定された未処理打点を基準に指定された溶接ロボットに未処理打点を配分していけば、干渉の影響を回避しながら数多くの未処理打点を指定された溶接ロボットに配分することができると考えられる。

0012

また、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、前記打点データで示される未処理打点ごとに使用可能なスポット溶接ガンを特定するガンデータを取得する工程と、前記指定された未処理打点が配分されると、ガンデータを用いて、前記指定された溶接ロボットに装着される1スポット溶接ガンを特定する工程と、ガンデータを用いて、特定された1スポット溶接ガンで処理される未処理打点を抽出する工程とを備えてもよい。一般に、生産ラインでは、未処理打点の特性に応じて処理に用いられるスポット溶接ガンの種類が異なる。1溶接ロボットには、その溶接ロボットに装着されるスポット溶接ガンで処理可能な未処理打点が必ず割り振られなければならない。ガンデータに基づき未処理打点ごとに使用可能なスポット溶接ガンの種類が特定されれば、指定された溶接ロボットに対して最初に未処理打点が配分された時点で、指定された溶接ロボットに装着されるべきスポット溶接ガンを簡単に抽出することができる。加えて、その未処理打点に続いてそのスポット溶接ガンに割り振られるべき未処理打点も簡単に抽出されることができる。

0013

さらに、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、各溶接ロボットに装着されるスポット溶接ガンの作動範囲を示す作動範囲データを取得する工程と、前記打点データに基づき、前記指定された未処理打点を含む作動範囲を前記ワーク上で画定する工程と、画定された作動範囲に含まれる未処理打点を特定する工程とをさらに備えてもよい。一般に、生産ラインでは、溶接ロボットの動きに基づいてスポット溶接ガンの作動範囲が限定されてしまう。この作動範囲外に存在する未処理打点をスポット溶接ガンが処理することはできない。したがって、1スポット溶接ガンには必ず作動範囲内の未処理打点が割り振られなければならない。ワーク上でスポット溶接ガンの作動範囲が特定されれば、作動範囲に含まれる未処理打点を簡単に抽出することが可能となる。

0014

例えば、ワーク上では、前記指定された未処理打点を中心に描かれる球面によって前記作動範囲が規定されてもよい。こうして指定された未処理打点に基づいて一義的に作動範囲が画定されれば、シミュレーション方法の計算処理を簡略化することができる。その他、このレイアウトシミュレーション方法は、決定された1溶接ロボットの配置に基づいて前記ワークに対する1溶接ロボットの位置関係を特定する工程と、1溶接ロボット固有座標軸空間で特定される前記作動範囲を前記ワーク上に投影する工程とを備えてもよい。こうして溶接ロボットごとに作動範囲が画定されれば、作動範囲を厳密に規定することができ、その結果、シミュレーション結果の信頼性を一層高めることができる。

0015

さらに、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、例えば、指定された1溶接ロボットごとに、割り振られた1未処理打点に順番に打順を付与する工程と、打順が付与された未処理打点を溶接ロボットごとに特定するシミュレーション結果を出力する工程とを備えることができる。このように溶接ロボットごとに未処理打点の配分結果と打順とが出力されれば、それらの配分結果や打順に基づいて溶接ロボットに装着されるスポット溶接ガンの移動経路を決定することができる。移動経路の決定にあたっては、例えば溶接ロボットのコントローラを含むオフラインティーチステムが用いられればよい。このオフラインティーチシステムによれば、例えば作業者の手でスポット溶接ガンを実際に移動させることによって移動経路が決定され、決定された移動経路を実現する溶接ロボットの動きがコントローラに記憶されることができる。

0016

さらにまた、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法は、打順を付与するたびに、その打順で特定される1未処理打点までに1溶接ロボットに装着された1スポット溶接ガンが費やす処理時間を算出する工程と、算出された処理時間が作業時間データで示される1作業ステーション当たりの最大作業時間に達するか否かを判定する工程とをさらに備えることができる。一般に、生産ラインでは、1作業ステーションごとに作業時間が限定される。限定された作業時間すなわち最大作業時間内にスポット溶接ガンは処理を完了しなければならない。未処理打点が割り振られるたびに処理時間が最大作業時間と比較されれば、確実に最大作業時間内に処理される未処理打点のみが溶接ロボットに装着される1スポット溶接ガンに割り振られることができる。

0017

前記処理時間は、例えば、1対の未処理打点間で費やされるスポット溶接ガンの2点間移動時間を示す移動時間データを用いて算出されればよい。一般に、1対の未処理打点間の距離が異なったり、未処理打点間でスポット溶接ガンのアプローチ方向が異なったりすれば、それらの未処理打点間でスポット溶接ガンが費やす移動時間も異なってくる。したがって、2点間移動時間を考慮して処理時間を算出すれば、生産ラインの実情に則した信頼性の高いシミュレーション結果を提供することができるのである。

0018

2点間移動時間は全ての1対の未処理打点間で共通に設定されてもよい。その一方で、レイアウトシミュレーション方法は、付与された打順に従って相前後する1対の未処理打点に対してスポット溶接ガンのアプローチ方向を規定するベクトルを特定する工程と、ベクトル同士の位置関係を検出する工程と、検出された位置関係に基づいて、溶接ロボットの姿勢変化の有無を判断する工程とを備えてもよい。こうして姿勢変化の有無に応じて2点間移動時間を区別することができれば、シミュレーション結果の信頼性を高めることができる。

0019

この場合には、姿勢変化がないと判断されると、短ピッチ移動時間データで示されるスポット溶接ガンの短ピッチ移動時間を用いてスポット溶接ガンの前記処理時間が算出される。短ピッチ移動時間データによれば、2未処理打点間でスポット溶接ガンを直線的に移動させることができる場合のスポット溶接ガンの2点間移動時間が特定される。全ての該当する2未処理打点の組み合わせに対して共通に短ピッチ移動時間データが設定されれば、一義的に処理時間を算出することができ、シミュレーション方法の計算処理を簡略化することができる。その一方で、短ピッチ移動時間データは該当する2未処理打点の組み合わせに対して個別に設定されてもよい。シミュレーション結果の信頼性を一層高めることができるからである。例えば、短ピッチ移動時間データは2未処理打点間の距離に比例して設定されればよい。

0020

また、姿勢変化があると判断されると、姿勢変化時間データで示される溶接ロボットの姿勢変化時間を用いてスポット溶接ガンの前記処理時間が算出される。姿勢変化時間データによれば、2未処理打点間で直線的にスポット溶接ガンを移動させることができず、一方の未処理打点を処理後に一旦ワークからスポット溶接ガンを後退させ、他方の未処理打点に向けてスポット溶接ガンを前進させる必要がある場合のスポット溶接ガンの2点間移動時間が特定される。全ての該当する2未処理打点の組み合わせに対して共通に姿勢変化時間データが設定されれば、一義的に処理時間を算出することができ、シミュレーション方法の計算処理を簡略化することができる。その一方で、姿勢変化時間データは該当する2未処理打点の組み合わせに対して個別に設定されてもよい。生産ラインの実情に則した信頼性の高いシミュレーション結果を提供することができるからである。例えば、姿勢変化時間データはスポット溶接ガンのアプローチ方向の角度偏差に比例して設定されればよい。

0021

また、2点間移動時間は、溶接ロボットのオフラインティーチシステムで得られる2点間移動時間によって置き換えられてもよい。オフラインティーチシステムでは、本発明に係るレイアウトシミュレーション方法から出力される未処理打点の配分結果や打順に基づいて移動経路が決定されることができる。オフラインティーチシステムで移動経路が決定されると、決定された移動経路に応じて正確に2点間移動時間が算出されることができる。この実際の移動経路に応じた2点間移動時間に基づいて前述の処理時間が算出されれば、一層信頼性の高いシミュレーション結果が得られることとなる。

0022

以上の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法は、前述した通り溶接ロボットが配置される生産ラインに適用されることができるだけでなく、広く一般の生産ラインに適用されることができる。すなわち、本発明に係る作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法は、ワーク上の全ての未処理作業点の位置を特定する作業点データを取得する工程と、生産ラインに沿って配置される1作業ロボットを指定する工程と、指定された作業ロボットが所属する作業ステーションで他の作業ロボットに配分された配分済み未処理作業点を特定する工程と、前記作業点データに基づき、特定された配分済み未処理作業点から最も離れたワーク上の未処理作業点を指定する工程とを備えることができる。

0023

ここで、作業ツールは、少なくとも2部材を互いに接合する接合ツールであればよく、そういった接合には、少なくとも、溶接ボルト打ちおよびリベット打ちのいずれか1つが含まれることができる。ただし、これらの用途に限定されるわけではない。

0024

なお、以上の作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法はコンピュータを利用したソフトウェア処理によって実施されることができる。しかも、本発明に係る作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法を実行するソフトウェアは、FDフロッピーディスク)やCD(コンパクトディスク)、DVD(デジタルビデオディスク)といった可搬性記録媒体に格納されて配布されることができる。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

0026

図1は自動車の車体フレームを製造する生産ラインの一具体例を示す。この生産ライン10は、例えば、車体フレーム11を構成する構成部材同士を少数のスポット溶接打点で接合し、車体フレーム11の骨組みを組み立てる組み立てライン12と、スポット溶接打点を打ち増して、組み立てられた骨組みの接合強度を向上させるいわゆる「増し打ちライン」13とを備える。例えば、増し打ちライン13には、入り口から出口に向かって9つの作業ステーション13a〜13iが設定される。各作業ステーション13a〜13iには複数台の溶接ロボット14が配置される。こうした溶接ロボット14の配置は、後述するように、例えば本発明に係る作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法によって決定されることができる。決定された溶接ロボット14の配置に応じて1生産ライン当たりの作業ステーション数STが決定されることとなる。

0027

生産ライン10には、全ての作業ステーション13a〜13iを通過するライン搬送装置16が設けられる。このライン搬送装置16は、生産ライン10に沿って同期して間欠的に移動する複数の台車17を備える。各台車17は、所定の搬送時間Ttで、例えば各作業ステーション13a〜13iから次の作業ステーションに移動する。作業ステーション13a〜13iでは、台車17は、所定のタクト時間Tqその位置に停止する。この停止の間に、各溶接ロボット14に装着されたスポット溶接ガンが作業を実施する。台車17に搭載された車体フレーム11すなわちワークは、それらの移動および停止を繰り返しながら控え位置Psから最終位置Pfまで運ばれ完全な車体フレーム11に仕上げられていく。搬送時間Ttは、一般に、台車17を移動させるライン搬送装置16の搬送速度によって規定される。

0028

例えば図2に示されるように、各溶接ロボット14は、先端にスポット溶接ガン19が装着される例えば1本のアーム20を備える。スポット溶接ガン19の移動は、アーム基点21に対するアーム20の進退運動Ma、首振り運動Mbおよび回転運動Mcによって規定される。スポット溶接ガン19の移動範囲の最外縁によって、溶接ロボット14のリーチに基づく作動範囲Oaは規定される。ただし、溶接ロボット14のアーム20は1以上の関節を備えていてもよい。

0029

スポット溶接ガン19には、例えば図3に示されるように、様々な形態のものSCA、SCB…が存在する。車体フレーム11上のスポット溶接打点の位置や向き、スポット溶接される打点の接合強度を始めとする様々な要因によって各スポット溶接打点に使用されるスポット溶接ガン19の種類は異なる。各溶接ロボット14に装着されるスポット溶接ガン19の形態SCA、SCB…は、後述するように、例えば本発明に係る作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法によって決定されることができる。

0030

各溶接ロボット14は、タクト時間Tq内に全ての作業を完了しなければならない。各溶接ロボット14の作業に必要とされる作業時間は、例えば図4に示されるように、第1打点に対してスポット溶接ガン19を接近させる際に費やされる前進時間Tfや、最終打点からスポット溶接ガン19を離反させる際に費やされる後退時間Tbのほか、1対の打点間でスポット溶接ガン19を移動させる際に費やされる短ピッチ移動時間Tpおよび姿勢変化時間Tcといった2点間移動時間によって特定されることができる。例えば、同一平面上に配置される連続した1対の打点間で直線的にスポット溶接ガン19を移動させることができる場合には、短ピッチ移動時間Tpが2点間移動時間に適用される。1対の打点間でスポット溶接ガン19を移動させるにあたって、1対の打点間で直線的にスポット溶接ガン19を移動させることができず、一方の打点を処理後に一旦車体フレーム11からスポット溶接ガン19を後退させ、他方の打点に向けてスポット溶接ガン19を再び前進させる必要がある場合には、姿勢変化時間Tcによって2点間移動時間が特定される。これらの移動時間パラメータは、一般に、アーム20を駆動するサーボモータ(図示せず)の作動速度によって規定される。同時に、作業時間には、スポット溶接ガン19に対する通電時間、ホールド時間およびI/F(インターフェース)時間の総計によって算出される溶接時間Twやガン開閉時間Tgといったパラメータが含まれることができる。

0031

いま、例えば図5に示される車体フレーム11を製造するために新たに増し打ちライン13を構築する場合を考える。車体フレーム11上には、構成部材同士の接合強度を考慮して複数個のスポット溶接打点23が設定される。各スポット溶接打点23は、後述されるレイアウトシミュレーション方法によって第1作業ステーション13aから順番に溶接ロボット14に配分されていく。スポット溶接打点23は、後述するレイアウトシミュレーション方法の計算処理を簡略化するためにグループ化される。

0032

図6は作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法を実現するCADCAMコンピュータ支援設計製造)システム24を示す。このCAD/CAMシステム24は、例えばCD(コンパクトディスク)やFD(フロッピーディスク)といった可搬性の記録媒体25からシミュレーションソフトウェアを取り込み、取り込んだシミュレーションソフトウェアを実行するコンピュータ本体26を備える。シミュレーションソフトウェアの実行にあたって、コンピュータ本体26は、キーボードマウスといった入力装置27や、例えばディスクアレイ装置28によって構築されるデータベースから必要な情報を受け取る。シミュレーションの結果は、ディスプレイ装置プリンタ装置といった出力装置29を通じて作業者に提示される。

0033

このシミュレーションソフトウェアによれば、1作業ステーション当たりに許容される溶接ロボット14の許容台数を示す許容台数データや、各溶接ロボット14に装着されるスポット溶接ガン19の作動範囲Oaを示す作動範囲データが入力装置27から指定されると、1生産ライン10に必要とされる作業ステーション数STや、各作業ステーション13a〜13iにおける溶接ロボット14の構成のほか、各溶接ロボット14に装着されるスポット溶接ガン19の種類、各スポット溶接ガン19に配分される車体フレーム11上のスポット溶接打点23や打順、といった情報が出力される。

0034

シミュレーションによって得られるスポット溶接打点23の配分結果や打順は、コンピュータ本体26に接続されるオフラインティーチシステム30に受け渡されることができる。このオフラインティーチシステム30によれば、各溶接ロボット14ごとに、受け取った配分結果と打順とに基づきスポット溶接ガン19の移動経路が決定されることができる。

0035

こうした移動経路の決定にあたっては、作業者の手で、溶接ロボット14に装着されたスポット溶接ガン19が実際に動かされる。作業者は、受け取った打順に従ってスポット溶接打点23を次々に連結するようにスポット溶接ガン19を移動させればよい。コントローラ31は、その移動に必要とされるアーム20の進退運動Ma、首振り運動Mbおよび回転運動Mcを特定し記憶する。

0036

こうした移動経路の覚え込ませすなわちオフラインティーチは、例えば生産ライン10に沿って実際に溶接ロボット14が配置された場合のように、溶接ロボット14と車体フレーム11との位置関係を確認しながら行われる。実際に生産ライン10が稼動すると、コントローラ31は、記憶したアーム20の進退運動Ma、首振り運動Mbおよび回転運動Mcに従って溶接ロボット14を作動させ、作業者が設定した移動経路に従ってスポット溶接ガン19を移動させる。

0037

こうしてオフラインティーチシステム30で移動経路が決定されると、決定された実際の移動経路に基づいて、個別具体的に、前述した前進時間Tfや後退時間Tb、短ピッチ移動時間Tp、姿勢変化時間Tcといったスポット溶接ガン19の移動時間を正確に求めることができる。求められた移動時間は、後述するように、データベースにフィードバックされることができる。

0038

シミュレーション結果には、特定された打順に従ってスポット溶接打点23を次々に連結する仮想移動経路が含まれてもよい。こうした仮想移動経路を用いれば、作業者がコントローラ31にスポット溶接ガン19の動きを覚え込ませるに先立って、スポット溶接ガン19の動きを作業者の目に確認させることができる。作業者は、確認した移動経路を土台に、自らの経験則を加え、新たに最適な移動経路を設定することができる。その結果、オフラインティーチにおける作業者の負担は軽減される。

0039

次に、シミュレーションソフトウェアの実行に必要とされるデータベースの構造を詳述する。図6に示されるように、データベースは設備データ32、ワークデータ33およびオフラインティーチデータ34に大きく区分けされる。設備データ32には、増し打ちライン13に付帯する設備の三次元CADデータや、スポット溶接ガン19の形態ごとに固有の占有空間を示す占有空間データが含まれる。設備の三次元CADデータを用いれば、シミュレーションによって決定される増し打ちライン13に沿った溶接ロボット14の配置を特定することができる。溶接ロボット14の配置は、例えば、溶接ロボット14が所属する作業ステーション13a〜13iの識別子と、各作業ステーション13a〜13iに仮想的に設定された三次元座標軸に基づく三次元座標値とによって特定されればよい。

0040

占有空間データは、作業時にスポット溶接ガン19が占有可能な最大占有空間を特定する。占有空間は、例えば図7に示すように、スポット溶接打点23を中心に描かれ、スポット溶接ガン19をすっぽりと囲む規定半径rの球面によって規定されればよい。こうした占有空間は、スポット溶接打点23の三次元座標と半径rの大きさとによって簡単に特定されることができる。その一方で、スポット溶接ガン19の形状を示す三次元形状データを用いてこうした占有空間を表現すれば、実際のスポット溶接ガン19の占有空間に則した精度の高い占有空間を特定することができる。

0041

その他、設備データ32には、前述した搬送時間Ttを一律的に示す搬送時間データや、タクト時間Tqを一律的に示すタクト時間データが含まれる。タクト時間データすなわち作業時間データによって1作業ステーション当たりの最大作業時間すなわち各溶接ロボット14の最大作業時間が特定される。

0042

ワークデータ33には、ワークすなわち車体フレーム11上の全ての未処理打点の位置を示す打点データや、打点データで示される未処理打点ごとに、車体フレーム11の特性によって必然的に決定される打順を特定する打順データ、打点データで示される未処理打点ごとに使用可能なスポット溶接ガンを特定するガンデータが含まれる。

0043

打点データは、例えば図8および図9に示されるように、各スポット溶接打点23の位置を三次元座標(T,B,H)によって特定する。座標Tは、例えば基準点CCを基準に車体前後方向位置を規定する。座標Bは、基準点CCを基準に車体幅方向位置すなわち奥行き方向位置を規定する。座標Hは、基準点CCを基準に車体の高さ方向位置を規定する。こうした打点データは、例えばCAD/CAMシステム24に取り込まれる車体フレーム11の三次元設計データに基づいて算出されればよい。なお、図8および図9では、説明の便宜上、座標Bは無視されている。

0044

図5を併せて参照すると明らかなように、この打点データでは、大分類「A」〜「K」によって車体フレーム11の部位ごとに未処理打点群が大まかに分類される。各大分類「A」〜「K」は、同一のスポット溶接ガン19で連続的に処理可能な未処理打点群を示す中分類「A1」〜「K3」に細分化される。この細分化は、スポット溶接ガン19のアプローチ方向やガン開閉時の姿勢に基づいて行われればよい。小分類「A1−1」〜「K3−2」は、5打点を目安に未処理打点群をグループ化し、打点位置の明確化を図っている。打点データには、小分類「A1−1」〜「K3−2」ごとに、所属する未処理打点の打点数および中央位置の三次元座標値が示される。ただし、このように未処理打点がグループ化される必要は必ずしもなく、全ての未処理打点が個々に独立に取り扱われてもよい。

0045

また、車体フレーム11では、任意の構成部材に覆われてしまうスポット溶接打点23が存在する。こういったスポット溶接打点23は、車体フレーム11にそうした構成部材が取り付けられる以前に処理されなければならない。打順データは、例えば図8および図9に示されるように、そういったスポット溶接打点23の処理順番を特定する。図8および図9では、順番付けが必要となる打点に「1」「2」「3」といった順番が表示され、順番に関係なく処理可能な打点には「−1」が表示されている。

0046

打点データには、さらに、各未処理打点に必要とされる溶接時間Twを示す溶接時間データ(図示せず)が付加される。溶接時間データは、1小分類「A1−1」〜「K3−2」ごとに、その小分類に所属する未処理打点に共通に溶接時間Twを特定してもよい。

0047

ガンデータは、例えば図10に示されるように、各中分類「A1」〜「K3」ごとに使用可能なスポット溶接ガンの種類SCA、SCB…を特定する。車体フレーム11上のスポット溶接打点23の位置や向き、スポット溶接される打点23の接合強度を始めとする様々な要因によって各スポット溶接打点23の処理に使用されるべきスポット溶接ガン19の種類は異なる。図10から明らかなように、1つの中分類「A1」〜「K3」に対して複数の種類SCA、SCB…のスポット溶接ガン19が特定されていてもよい。

0048

オフラインティーチデータ34には、1溶接ロボット14と1スポット溶接ガン19との組み合わせごとに、スポット溶接ガン19の作動範囲Oaを示す作動範囲データや、スポット溶接ガン19のガン開閉時間Tgを示すガン開閉時間データのほか、スポット溶接ガン19の移動時間を示す移動時間データが含まれる。

0049

作動範囲データは、例えば、アーム基点21に原点が設定された各溶接ロボット14固有の三次元座標軸に基づく三次元座標値によって作動範囲Oaを特定する。作動範囲Oaは、例えばアーム基点21を中心に描かれ、アーム20のリーチを半径とした球面によって規定されればよい。こうした作動範囲Oaは、アーム基点21の三次元座標とアーム20のリーチの大きさとによって簡単に特定されることができる。その一方で、溶接ロボット14の各関節作動域を考慮した三次元キネマティクス解でこうした作動範囲Oaを表現すれば、実際のスポット溶接ガン19の作動範囲に則した厳密な作動範囲Oaを特定することができる。

0050

移動時間データには、前進時間Tfを示す前進時間データや、後退時間Tbを示す後退時間データ、短ピッチ移動時間Tpを示す短ピッチ移動時間データ、姿勢変化時間Tcを示す姿勢変化時間データが含まれる。前進時間データや後退時間データは、全ての未処理打点に共通に前進時間Tfや後退時間Tbを特定することができる。短ピッチ移動時間データや姿勢変化時間データは、1対の未処理打点のあらゆる組み合わせに対して共通に短ピッチ移動時間Tpや姿勢変化時間Tcを特定することができる。こうした移動時間データを用いれば、レイアウトシミュレーション方法の計算処理は軽減される。

0051

その一方で、前進時間データや後退時間データは、各未処理打点ごとに個別に前進時間Tfや後退時間Tbを特定することができ、短ピッチ移動時間データや姿勢変化時間データは、1対の未処理打点のあらゆる組み合わせに対して個別に2点間移動時間すなわち短ピッチ移動時間Tpや姿勢変化時間Tcを特定することができる。こうした移動時間データは、例えば各溶接ロボット14ごとに、各関節の加減速に基づいて個別に推定されればよい。その他、短ピッチ移動時間データはスポット溶接打点23間の距離に比例して設定されてもよく、姿勢変化時間データは2つのスポット溶接打点23に対するアプローチ方向の角度偏差に比例して設定されてもよい。しかも、これらの移動時間データは、前述したようにオフラインティーチシステム30で求められた前進時間Tfや後退時間Tb、短ピッチ移動時間Tp、姿勢変化時間Tcで置き換えられることができる。こうした移動時間データを用いれば、シミュレーション結果の信頼性を高めることができる。

0052

次に生産ラインの作業配分シミュレーション方法を詳述する。図11に示されるように、CAD/CAMシステム24のコンピュータ本体26は、ステップS1で設備データ32を取得し、続いてステップS2でワークデータ33を取得する。

0053

ステップS3で、コンピュータ本体26は、作業者に変数条件の入力を促す。入力を促された作業者は、入力装置27を用いて、1作業ステーション当たりに許容される溶接ロボット14の許容台数や、各溶接ロボット14に装着されるスポット溶接ガン19の作動範囲を指定する。指定された許容台数は許容台数データとして取り込まれる。許容台数は例えば1以上の整数Nで表現されればよい。作動範囲データは、前述したオフラインティーチデータ34から取り込まれる。作業者が溶接ロボット14の種類を指定すると、指定された種類の溶接ロボット14に関するアーム基点21の三次元座標値やアーム20のリーチの大きさが特定されるのである。

0054

いま、許容台数データ=3が入力された場合を考える。コンピュータ本体26は、ステップS4で、作業ステーション数STの初期値=1を記憶する。ステップS5では、記憶された作業ステーション数STの値に応じて1作業ステーションが指定される。この指定によって、まず、第1作業ステーションが指定される。

0055

第1作業ステーションが指定されると、ステップS6で、溶接ロボット数RBの初期値=1が記憶される。ステップS7では、記憶された溶接ロボット数RBに応じてその作業ステーション内で1溶接ロボットが指定される。この指定によって、第1作業ステーション内の第1溶接ロボットが指定される。この時点で、例えば図12に示されるように、打点配置結果データ41の溶接ロボット指定欄42には、第1作業ステーションの第1溶接ロボットを示す「11」が登録される。

0056

第1溶接ロボットが指定されると、ステップS8で、その第1溶接ロボットに未処理打点が割り振られる。割り振り工程の詳細は後述される。割り振られた未処理打点は、図13に示されるように、小分類「A1−1」〜「K3−2」単位で打点配置結果データ41の打順欄44に登録される。登録される数値によって打順が特定される。カッコ内の数値は各小分類に含まれる打点数を示す。打点データ上では、割り振られた未処理打点は消去される。

0057

ステップS9では、割り振られた未処理打点に対して占有領域が設定される。1スポット溶接ガン19が1スポット溶接打点23を処理する間、その1スポット溶接ガン19の占有領域に存在する他のスポット溶接打点23を他のスポット溶接ガン19が処理することはできない。他のスポット溶接ガン19がその占有領域に侵入すると、スポット溶接ガン19同士が衝突してしまうからである。この占有領域の設定によれば、同一の作業ステーション内で同居する他のスポット溶接ガン19が踏み込めない干渉領域が画定されることとなる。

0058

例えば溶接ロボット「11」に対して未処理打点の小分類「H3」「B1−1」〜「B1−3」「A6−1」〜「A8」が割り振られると、図14に示されるように、それらの未処理打点の占有領域45が設定される。こうした占有領域45は、設備データ32に含まれる占有空間データに基づいて規定されるスポット溶接ガン19の占有空間を車体フレーム11に投影させることによって画定されればよい。球面によって占有空間が表現されていれば、未処理打点の三次元座標値と規定半径rとによって簡単に占有空間を車体フレーム11に投影させることができる。その一方で、スポット溶接ガン19の形状を示す三次元形状データで占有空間が表現されていれば、占有領域45を一層厳密に画定することができ、シミュレーション結果の信頼性を高めることができる。

0059

第1溶接ロボットに対する未処理打点の割り振りが登録されると、ステップS10で溶接ロボット数RBが計数される。ステップS11では、計数された溶接ロボット数RBが許容台数データで示される許容台数=3と比較される。溶接ロボット数RBが許容台数=3を超えないので、ステップS7に戻って、溶接ロボット数RBの値に基づいて新たに第2溶接ロボットが指定される。この指定によって、図15に示すように、第1作業ステーション内の第2溶接ロボットを示す「12」が打点配置結果データ41の溶接ロボット指定欄42に登録される。第2溶接ロボットが指定されると、ステップS7〜S11の処理が実施される。

0060

ステップS7〜S11の処理は、ステップS10で計数される溶接ロボット数RBが許容台数=3を超えるまで繰り返される。溶接ロボット数RBが許容台数=3を超えた時点で、第1作業ステーション内の3つの溶接ロボット「11」「12」「13」に対して未処理打点の割り振りが完了される。

0061

ステップS10で計数された溶接ロボット数RBが許容台数を超えると、ステップS12で作業ステーション数STが計数される。続いて、ステップS13で、1作業ステーションに対して設定されていた占有領域45が解除される。この解除によって、新たな作業ステーションに対して占有領域45が白紙化される。その後、ステップS14で、打点データ内に未処理打点が残存するか否かが判断される。未処理打点が残存していれば、ステップS5に戻って、作業ステーション数STの値に基づいて新たに1作業ステーションが指定される。この指定によって、第2作業ステーションが指定されることとなる。

0062

第2作業ステーションが指定されると、ステップS6、S7で、第2作業ステーション内の第1溶接ロボットを示す「21」が打点配置結果データ41の溶接ロボット指定欄42に登録される。この第2作業ステーションに対してステップS7〜S11の処理が繰り返される結果、第2作業ステーション内の3つの溶接ロボット「21」「22」「23」に対して割り振られた未処理打点が打点配置結果データ41に登録される。

0063

第2作業ステーションに対して未処理打点の登録が完了すると、再びステップS5に戻って新たに1作業ステーションが指定される。この指定によって第3作業ステーションが指定されることとなる。その結果、この第3作業ステーションに対してステップS6〜S13の処理が実施される。

0064

こうしてステップS5〜S14の処理が繰り返され、車体フレーム11上の全ての未処理打点が打点配置結果データ41に登録される。その結果、割り振られるべき未処理打点が存在しないことがステップS14で検出され、ステップS15で打点配置結果データ41が出力される。

0065

なお、第2作業ステーション以降では、ステップS11で溶接ロボット数RBが許容台数を超えるまでに、干渉などの影響によって、未処理打点が残存するにも拘らず未処理打点が全く割り振られない溶接ロボット14が存在することがある。このように残存した未処理打点は次作ステーションの溶接ロボットに持ち越される。この場合には、溶接ロボット指定欄42に記入された溶接ロボットの指定は消去されればよい。

0066

次に、図11のステップS8における打点配分の検討工程を詳述する。この工程では、例えば図16に示されるように、ステップP1で、図11のステップS2で取得された打順データに基づいて、各未処理打点の打順が検索される。検索の結果、最も若い打順「1」に相当する未処理打点が抽出される。こうしてステップP2以降で、打順の若い未処理打点が優先的に1溶接ロボット14に割り振られていくことになる。

0067

ステップP2では、1作業ステーション内で先行する溶接ロボット14に設定された占有領域45が検出される。検出された占有領域45以外の領域から、ステップP1で特定された打順の未処理打点群が呼び出される。特定された打順の全ての未処理打点が占有領域45に含まれる場合には、打順に関係のない打順「−1」の未処理打点が呼び出されることとなる。

0068

ステップP3では、呼び出された未処理打点群の中から、図11のステップS7で指定された1溶接ロボット14に対して最初に割り振られるべき第1未処理打点が抽出される。抽出された第1未処理打点に対して溶接ロボット14が位置決めされる。位置決めにあたっては、作業ステーションに停止する車体フレーム11の三次元座標空間に対して溶接ロボット14固有の三次元座標空間が取り込まれればよい。第1未処理打点の抽出工程の詳細は後述される。

0069

第1未処理打点が抽出されると、ステップP4で、図11のステップS2で取得されたガンデータに基づいて、その第1未処理打点に適したデフォルトの1スポット溶接ガン19が指定される。指定されたスポット溶接ガン19を示す識別子「MCF」は、図17に示すように、打点配置結果データ41の使用ガン欄43に登録される。

0070

ステップP5で、指定されたスポット溶接ガン「MCF」で処理される未処理打点が抽出され、抽出された未処理打点が1溶接ロボット14に割り振られる。この打点配分の決定工程の詳細は後述される。

0071

図18に示すフローチャートを参照し、図16のステップP3における第1未処理打点の抽出工程を詳述する。この工程では、図16のステップP2で呼び出された未処理打点の中から、他の溶接ロボット14に配分された配分済み未処理打点から最も離れた未処理打点が抽出される。

0072

まず、ステップQ1で、図11のステップS7で指定された1溶接ロボット14が所属する作業ステーションの他の溶接ロボット14に配分された配分済み未処理打点が存在するか否かが判断される。

0073

配分済み未処理打点が存在しないと判断されると、ステップQ2に進み、図16のステップP2で呼び出された未処理打点の中から第1未処理打点が決定される。この工程では、図16のステップP2で呼び出された未処理打点の中から、例えば、車体フレーム11に設定された任意の基準点CCから最も離れた未処理打点が抽出される。全ての未処理打点に対して基準点CCからの距離DBが算出され、算出された距離DBの一番大きな未処理打点が選択されるのである。基準点CCには、例えば図5に示されるように、三次元座標軸TBHに対して車体フレーム11の中心座標(0,0,0)が選択されればよい。この決定工程の詳細は後述される。

0074

配分済み未処理打点が存在すると判断されると、ステップQ3で、図16のステップP2で呼び出された未処理打点の中から1未処理打点が指定される。ステップQ4では、指定された1未処理打点に対してポテンシャル値PTTが算出される。この算出工程の詳細は後述される。算出されたポテンシャル値PTTはステップQ5で登録される。

0075

ポテンシャル値PTTの算出および登録は各未配分の未処理打点ごとに実施される。ステップQ6で、全ての未配分の未処理打点に対してポテンシャル値PTTが算出され登録されたことが確認されると、処理はステップQ7に進む。ステップQ7では、ポテンシャル値PTTが最も大きい未配分の未処理打点が特定される。その結果、唯一の未処理打点が抽出されれば、その未処理打点が第1未処理打点に設定される。ステップQ8では、第1未処理打点に設定された1未処理打点が図16のステップP4に引き渡されることとなる。ステップQ7で、複数の未処理打点が最大のポテンシャル値PTTを有することとなった場合には、処理はステップQ2に進む。

0076

ここで、例えば図19に示されるように、正方形の1平面内で等間隔に分布する15×15個の未処理打点を想定し、ポテンシャル値PTTの概念を簡単に説明する。ポテンシャル値PTTは配分済み未処理打点からの距離に相当する。したがって、配分済み未処理打点ではポテンシャル値PTTはゼロを示す。配分済み未処理打点からの距離が増加するにつれてポテンシャル値PTTは高くなっていく。例えば図20に示されるように、1作業ステーション内で第1溶接ロボット14に対して未処理打点(5,6)が配分されると、未処理打点(5,6)からの距離に比例してポテンシャル値PTTは高くなり、その結果、未処理打点(5,6)から最も離れた未処理打点(15,15)でポテンシャル値PTTは最大値を示す。

0077

配分済み未処理打点(5,6)が特定されると、この未処理打点(5,6)を基準に第1溶接ロボット14の位置が推定され、その結果、スポット溶接ガン19および溶接ロボット14の占有空間が推定されることができる。ただし、占有空間の広がりは、溶接ロボットの種類やスポット溶接ガンの種類、それらの組み合わせ方によって変動する。いま、例えば図21に示されるように、円弧を用いて仮想的に複数の占有空間SS1〜SS7を規定してみる。ポテンシャル値PTTの比較的に低い未処理打点(8,8)を選択してみると、図21から明らかなように、占有空間SS1〜SS7の広がり方に関係なく未処理打点(8,8)は占有空間SS1〜SS7に覆われてしまう。未処理打点(8,8)よりもポテンシャル値PTTの高い未処理打点(12,12)を選択してみると、広がりの比較的大きい占有空間SS5〜SS7に覆われてしまうものの、広がりの小さい占有空間SS1〜SS4であれば占有空間との干渉を回避することができる。したがって、未処理打点(8,8)よりもポテンシャル値PTTが高い未処理打点(12,12)では、使用されるスポット溶接ガン19や溶接ロボット14が占有空間に侵入する確率が低いこととなる。こうした考え方を突き詰めれば、ポテンシャル値PTTが最も高い未処理打点(15,15)では、使用されるスポット溶接ガン19や溶接ロボット14が占有空間に侵入する確率は最も低くなる。したがって、未処理打点(5,6)を基準に第1溶接ロボット14が配置された後に、未処理打点(15,15)に基づいて第2溶接ロボット14が配置されれば、2つの溶接ロボット14やスポット溶接ガン19が衝突したり干渉したりする確率は、他の未処理打点が選択された場合に比べて相対的に低くなる。

0078

2以上の未処理打点が配分されると、未配分の各未処理打点では、距離的に近い配分済み未処理打点に基づいてポテンシャル値PTTが与えられる。例えば、前述したポテンシャル値PTTに基づいて、未処理打点(5,6)に加えて新たに未処理打点(15,15)が配分されたと仮定すると、図22に示されるように、2つの配分済み未処理打点(5,6)、(15,15)でポテンシャル値PTTはゼロを示す。各配分済み未処理打点(5,6)、(15,15)からの距離が増加するにつれてポテンシャル値PTTは高くなっていく。その結果、未処理打点(5,6)との距離と、未処理打点(15,15)との距離とが均衡した時点でポテンシャル値PTTも均衡する。この場合、図20と比較すると明らかなように、未処理打点(15,15)よりも未処理打点(5,6)に近い未処理打点のポテンシャル値PTTは未処理打点(15,15)の影響を受けない。すなわち、ポテンシャル値PTTは、距離的に近い配分済み未処理打点の影響しか受けないのである。その結果、1作業ステーション内で第1および第2溶接ロボット14に対して未処理打点(5,6)、(15,15)が配分されると、未処理打点(15,15)の影響を受けずに未処理打点(5,6)から最も離れた未処理打点(15,1)でポテンシャル値PTTは最大値を示す。

0079

図23から明らかなように、ポテンシャル値PTTが最大値を示す未処理打点(15,1)では、一方の未処理打点(5,6)を基準にポテンシャル値PTTが算出されていることから、一方の未処理打点(5,6)との干渉関係が最大限に回避されることは明らかである。しかも、他方の未処理打点(15,15)は一方の未処理打点(5,6)よりも距離的に離れていることから、一方の未処理打点(5,6)との干渉の確率が他方の未処理打点(15,15)との干渉の確率を上回ることはない。結果的に、ポテンシャル値PTTが最も高い未処理打点(15,1)では、使用されるスポット溶接ガン19や溶接ロボット14が2配分済み未処理打点に対する占有空間に侵入する確率は最も低くなる。したがって、未処理打点(5,6)、(15,15)を基準に第1および第2溶接ロボット14が配置された後に、未処理打点(15,1)を基準に第3溶接ロボット14が配置されれば、3つの溶接ロボット14やスポット溶接ガン19が衝突したり干渉したりする確率は、他の未処理打点が選択された場合に比べて相対的に低くなる。3以上の未処理打点が配分されていたとしても同様にポテンシャル値PTTを用いて干渉や衝突を最大限に回避することができる。

0080

なお、配分済み未処理打点を特定するにあたっては、前述したように各配分済み未処理打点が個別に扱われてもよく、1塊の配分済み未処理打点群ごとに座標値が特定されてもよい。こうした座標値の特定には、例えば、1溶接ロボット14ごとに配分済み未処理打点の分布を代表する代表点が用いられてもよい。そういった代表点は、例えば、配分済み未処理打点の分布の重心であればよい。

0081

次に図24に示すフローチャートを参照し、図18のステップQ4におけるポテンシャル値PTTの算出工程を詳述する。この工程では、まずステップR1で1配分済み未処理打点が指定される。ステップR2では、打点データに基づいて、図18のステップQ3で指定された1未処理打点と、指定された1配分済み未処理打点との距離Disが算出される。算出された距離Disは、ステップR3でポテンシャル値PTTに登録される。

0082

配分済み未処理打点が1つしか存在しなければ、ステップR4で、他に配分済み未処理打点が存在しないことが確認され、処理はステップR5に進む。ステップR5では、得られたポテンシャル値PTTが図18のステップQ5に引き渡される。

0083

他に配分済み未処理打点が存在すれば、ステップR6に進み、新たに1配分済み未処理打点を指定する。続いてステップR7で、打点データに基づいて、図18のステップQ3で指定された1未処理打点と、指定された1配分済み未処理打点との距離Disが算出される。算出された距離Disが既存のポテンシャル値PTTより小さければ、ステップR8で、算出された距離Disの値がポテンシャル値PTTに置き換えられる。こうして、図18のステップQ3で指定された未処理打点に対して、全ての配分済み未処理打点からの距離Disが算出され、距離Disの最小値がポテンシャル値PTTとして未処理打点に割り振られることとなる。こうして登録された最小値で示される距離より内側に配分済み未処理打点が存在することはない。したがって、指定された1未処理打点に最も距離的に近い配分済み未処理打点が特定され、その影響度がポテンシャル値PTTによって規定されることとなる。

0084

距離Disの最小値がポテンシャル値PTTとして得られると、ステップR4で、他に配分済み未処理打点が存在しないことが確認され、処理はステップR5に進む。ステップR5では、得られたポテンシャル値PTTが図18のステップQ5に引き渡される。

0085

次に図25に示すフローチャートを参照し、図18のステップQ2における第1未処理打点の決定工程を詳述する。まず、ステップT1でパラメータDA=0が設定される。ステップT2では、基準点CCの三次元座標(0,0,0)に対する1未処理打点(T,B,H)の距離DBが算出される。ステップT3で、算出された距離DBがパラメータDAを超えていれば、ステップT4で、算出された距離DBの値がパラメータDAに置き換えられる。パラメータDAが置き換えられると、ステップT5で、その未処理打点PPの三次元座標(T,B,H)が記憶される。続いてステップT6で次の未処理打点を探しにいく。

0086

ステップT3で、算出された距離DBがパラメータDAを超えなければ、パラメータDAを置き換えずに次の未処理打点を探しにいく(ステップT6)。その結果、常に基準点CCから最も離れた未処理打点PPの三次元座標(T,B,H)が記憶され続ける。全ての未処理打点に対する基準点CCからの距離が算出されると、ステップT7で、記憶された未処理打点が三次元座標(T,B,H)で特定されることとなる。打点配置結果データ41の打順欄44では、例えば図17に示されるように、特定された第1未処理打点に対して打順「1」が登録される。

0087

次に図26に示すフローチャートを参照し、図16のステップP5における打点配分の決定工程を詳述する。この決定工程では、まず、ステップU1で、以下の処理で用いられるパラメータT1、T2、TOが初期化される。

0088

ステップU2では、1溶接ロボット14に最初に割り振られた第1未処理打点に対して、図11のステップS3で指定された作動範囲Oaが画定される。この画定にあたっては、作動範囲データで示される作動範囲Oaが車体フレーム11に対して投影される。作動範囲Oaは、例えば図27に示されるように、第1未処理打点「H2」「K3−2」を中心に作動範囲データで示される半径の球面を車体フレーム11に投影させることによって規定されてもよい。その他、図16のステップP3で車体フレーム11の三次元座標空間に取り込まれた溶接ロボット14の位置を用いれば、溶接ロボットのアーム基点21を中心に描かれる球面や、溶接ロボット14の三次元キネマティクス解に基づいて作動範囲Oaは規定されることができる。

0089

作動範囲Oaが画定されると、ステップU3で、図16のステップP2で呼び出された未処理打点の中から、その作動範囲Oaに含まれる未処理打点が特定される。その後、ステップU4以下で、特定された未処理打点の中から、指定された1スポット溶接ガン19で処理される未処理打点が抽出される。

0090

詳述すると、ステップU4で、ガンデータを用いて、指定されたスポット溶接ガン19で次に処理される次未処理打点が決定される。この次未処理打点には、第1未処理打点に最近の未処理打点が選択されればよい。決定された次未処理打点にはステップU5で打順が付与される。次未処理打点の打順「2」は打点配置結果データ41の打順欄44に登録される。

0091

打順「2」が登録されると、第1未処理打点から第2未処理打点までスポット溶接ガン19が移動する際に費やされる移動時間T1が取得される。未処理打点の組み合わせが特定されれば、前述したとおり、オフラインティーチデータ34によって移動時間T1は特定されることができる。ただし、この場合には、1対の未処理打点のあらゆる組み合わせに対して2点間の移動時間T1を予め登録しておかなければならない。ここでは、溶接ロボットの姿勢変化の有無を判断し、その判断に基づいて短ピッチ移動時間Tpや姿勢変化時間Tcの規定値を用いて簡略的に移動時間T1を導き出すこととする。

0092

まず、ステップU6で、第1および第2未処理打点47、48に対してスポット溶接ガン19のアプローチ方向を規定するベクトル50、51を設定する。ベクトル50、51は、打点データに含まれる未処理打点の三次元座標値と、この三次元座標値で示される三次元座標点に対して設定されるベクトル値とによって特定されればよい。すなわち、ベクトル値を示すデータを予め打点データに付属させておけばよいのである。こうしたベクトルは、CAD/CAMシステム24に取り込まれる車体フレーム11の三次元設計データや、溶接ロボット14のコントローラ31に記憶されるデータ等に基づいて特定されればよい。

0093

2つのベクトル50、51が比較されると、スポット溶接ガン19の姿勢変化の有無が判断される。例えば図28に示されるように、第1未処理打点47と第2未処理打点48との間でスポット溶接ガン19のアプローチ方向を規定するベクトル50、51同士が平行であれば、図29に示されるように、溶接ロボット14の姿勢変化を起因することなく、2つの未処理打点47、48間でスポット溶接ガン19は直線的に移動することができる。これに対し、例えば図30に示されるようにベクトル50、51同士が平行でなければ、図31に示されるように、第1未処理打点47を処理後に一旦車体フレーム11からスポット溶接ガン19を後退させ、第2未処理打点48に向けてスポット溶接ガン19を前進させる必要がある。したがって、1対のベクトル50、51を比較すれば溶接ロボット14の姿勢変化の有無を判断することができるのである。

0094

ステップU6で姿勢変化がないと判断されれば、ステップU7で短ピッチ移動時間Tpの規定値が取得される。その一方で、姿勢変化があると判断されれば、ステップU7で姿勢変化時間Tcの規定値が取得される。いずれの場合でも、取得された規定値は、2つの未処理打点47、48間で必要とされる短ピッチ移動時間データまたは姿勢変化時間データとしてオフラインティーチデータ34に登録される。こうしてシミュレーションを実行しながら該当する2未処理打点間の移動時間T1が特定されるのである。

0095

移動時間T1が取得されると、ステップU8で、第1未処理打点47から第2未処理打点48までの総移動時間T2が算出される。ここでは、前回までの総移動時間T2=0であるから、移動時間T1がそのまま総移動時間T2に置き換えられる。

0096

ステップU9では、算出された総移動時間T2に基づいて、第1未処理打点47から第2未処理打点48までの処理時間TOが算出される。この算出にあたっては、設備データ32からガン開閉時間データが取得され、ワークデータ33から溶接時間データが取得され、オフラインティーチデータ34から前進時間データや後退時間データが取得される。例えば溶接ロボット14の姿勢が変化しない場合、例えば図29に示すように、処理時間TOは、第1未処理打点47までの前進時間Tf、第1未処理打点47から第2未処理打点48までの短ピッチ移動時間Tp、第2未処理打点48からの後退時間Tb、第1および第2未処理打点47、48での溶接時間Twおよびガン開閉時間Tgなどによって特定される。溶接ロボット14の姿勢が変化する場合、例えば図31に示すように、処理時間TOには、図29の短ピッチ移動時間Tpに代えて、姿勢変化時間Tcが含まれることとなる。

0097

算出された処理時間TOは、ステップU10で、タクト時間データすなわち最大作業時間データで示される最大作業時間と比較される。処理時間TOが最大作業時間を超えていれば、ステップU11に進み、打点配分は完了する。第2未処理打点48の処理が最大作業時間内に終了しないと判断され、第2未処理打点48の割り振りは失敗に終わる。指定された溶接ロボット14には第1未処理打点のみが配分されることとなる。その一方で、処理時間TOが最大作業時間を超えていなければ、ステップU12で、第2未処理打点が前未処理打点として登録され、処理工程はステップU4に戻る。

0098

ステップU4では、再び次未処理打点が検出される。この次未処理打点には、既に割り振られた第2未処理打点48に最近の未処理打点が選択されればよい。検出されなければ、ステップU11に進み、打点配分は完了する。1溶接ロボット14に配分された未処理打点や打順は図11の後工程に引き渡される。こうして打順が特定されれば、打順に従って移動するスポット溶接ガン19の移動経路が設定されてもよい。例えば、2つのベクトル50、51を用いれば、第1未処理打点47に接近する際の移動経路や第2未処理打点48から離反する際の移動経路は特定されることができる。溶接ロボット14の姿勢変化がなければ、2つの打点同士47、48を直線的に連結することで移動経路は特定されることができ、姿勢変化があれば、2つのベクトル50、51の基点同士を連結することで移動経路は特定されることができる(図29および図31を参照のこと)。

0099

図32に示すように再び次未処理打点49が検出されると、ステップU5で次未処理打点49に打順「3」が付与される。付与された打順「3」は打点配置結果データ41の打順欄44に登録される。こうして打順「3」が登録されると、前述と同様に、第2および第3未処理打点48、49間でベクトル51、53が比較され(ステップU6)、比較結果に基づいて第2未処理打点48から第3未処理打点49までの移動時間T1が取得される。

0100

続いてステップU8では、取得された移動時間T1に基づいて総移動時間T2が算出される。ここでは、前回記憶された総移動時間T2に、今回算出された移動時間T1が加えられる。前回の総移動時間T2は、こうして移動時間T1が加えられた総移動時間T2によって置き換えられる。

0101

総移動時間T2が算出されると、ステップU9で、第1未処理打点47から第3未処理打点49までの処理時間TOが算出される。その結果、第1〜第3未処理打点47〜49で溶接ロボット14の姿勢が全く変化しない場合には、例えば図33に示すように、処理時間TOは、第1未処理打点47までの前進時間Tf、第1未処理打点47から第3未処理打点49までの2短ピッチ移動時間Tp、第3未処理打点49からの後退時間Tb、第1〜第3未処理打点47〜49での溶接時間Twおよびガン開閉時間Tgなどによって特定される。

0102

算出された処理時間TOは、ステップU10で再び最大作業時間と比較される。処理時間TOが最大作業時間を超えていれば、ステップU11に進み、打点配分は完了する。ここでは、第3未処理打点49の処理が最大作業時間内に終了しないと判断され、第3未処理打点49の割り振りは失敗に終わる。その結果、指定された1溶接ロボット14に、第1および第2未処理打点47、48が配分される。こうした配分結果と打順とは図11の後工程に引き渡される。

0103

処理時間TOが最大作業時間を超えていなければ、ステップU12で、第3未処理打点49が前未処理打点に置き換えられ、処理工程は再びステップU4に戻る。ステップU4以下の処理工程が再び実行される。こうして、ステップU10で処理時間TOが最大作業時間を超えるまで、あるいは、ステップU4で次未処理打点が検出されなくなるまで、ステップU4〜U12の処理工程が繰り返されていく。その結果、指定された1溶接ロボット14に対して未処理打点が配分されるのである。ステップU11では、指定された溶接ロボットごとに、未処理打点の配分と打順とが図11の後工程に引き渡されることとなる。

0104

なお、本発明は、前述したいわゆる増し打ちラインを構築する際に用いられるだけでなく、同様に作業ロボットが配列されるその他の生産ラインを構築する際に用いられることができる。

発明の効果

0105

以上のように本発明によれば、スポット溶接ガンといった作業ツールが装着された作業ロボットを生産ラインに配置するにあたって、他の作業ツールや作業ロボットとの衝突や干渉を回避することに大いに寄与することができる。

図面の簡単な説明

0106

図1自動車の車体フレームを製造する生産ラインの一具体例を示す概略平面図である。
図2溶接ロボットの一具体例を示す斜視図である。
図3各スポット溶接ガンの形状を示す図である。
図4各溶接ロボットの作業に必要とされる作業時間を算出する方法を示す模式図である。
図5車体フレーム上の打点群の一具体例を示す図である。
図6作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法を実現するCAD/CAM(コンピュータ支援設計製造)システムの構成を概略的に示すブロック図である。
図7占有領域の特定方法を示す図である。
図8打点データの構造を示す図である。
図9打点データの構造を示す図である。
図10ガンデータの構造を示す図である。
図11作業ロボットのレイアウトシミュレーション方法の処理工程を概略的に示すフローチャートである。
図12溶接ロボット指定欄に対する「11」の登録を示す図である。
図13打順欄に対する打順の登録を示す図である。
図14車体フレーム上に設定された占有領域を示す図である。
図15溶接ロボット指定欄に対する「12」の登録を示す図である。
図16打点配分の検討工程を示すフローチャートである。
図17第1未処理打点に対する1スポット溶接ガン「MCF」の登録を示す図である。
図18第1未処理打点の抽出工程を示すフローチャートである。
図1915×15個の未処理打点の配列を示す図である。
図20配分済み未処理打点(5,6)に対するポテンシャル値の分布を示す図である。
図21配分済み未処理打点(5,6)に対して仮想的に設定された占有空間を示す図である。
図22配分済み未処理打点(5,6)および(15,15)に対するポテンシャル値の分布を示す図である。
図23配分済み未処理打点(5,6)および(15,15)に対して仮想的に設定された占有空間を示す図である。
図24ポテンシャル値の算出工程を示すフローチャートである。
図25第1未処理打点の決定工程を示すフローチャートである。
図26打点配分の決定工程を示すフローチャートである。
図27車体フレーム上に設定された作動範囲を示す図である。
図28溶接ロボットの姿勢が変化しない場合に第1および第2未処理打点に対してアプローチ方向を規定するベクトルを示す図である。
図29溶接ロボットの姿勢が変化しない場合に第1および第2未処理打点に対して想定される処理時間を示す図である。
図30溶接ロボットの姿勢が変化する場合に第1および第2未処理打点に対してアプローチ方向を規定するベクトルを示す図である。
図31溶接ロボットの姿勢が変化する場合に第1および第2未処理打点に対して想定される処理時間を示す図である。
図32第2および第3未処理打点に対してアプローチ方向を規定するベクトルを示す図である。
図33第1〜第3未処理打点に対して想定される処理時間を示す図である。

--

0107

10生産ライン、11 ワークとしての車体フレーム、13a〜13i作業ステーション、14溶接ロボット、19スポット溶接ガン、23スポット溶接打点、30オフラインティーチシステム、31コントローラ、32作業時間データを含む設備データ、33打点データ、打順データおよびガンデータを含むワークデータ、34作動範囲データ、短ピッチ移動時間データおよび姿勢変化時間データを含むオフラインティーチデータ、50,51,53ベクトル、Oa 作動範囲、TO 処理時間、Tc2点間移動時間としての姿勢変化時間、Tp 2点間移動時間としての短ピッチ移動時間。

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