JP2001310279A - マニピュレータ向け制御用データの生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状データに基づき塗装ガンの移動経路を特
定するにあたって、塗装ガンの急激な姿勢変化を回避す
ることができるマニピュレータ向け制御用データの生成
方法を提供する。 【解決手段】 三次元物体の表面を表現する形状データ
に基づき、三次元物体の表面上で複数個の操作点は抽出
される。抽出された操作点に基づき三次元物体の表面が
描き直されると、形状データで表現される三次元物体の
表面に比べて滑らな疑似表面５５ａ、５５ｂが描き出さ
れることができる。こうした疑似表面５５ａ、５５ｂで
は細かな溝や凹凸、段差、開口は除去されることができ
る。マニピュレータの動作はこうした疑似表面に基づき
決定されることができる。その結果、マニピュレータに
装着される作業具では、細かな溝や凹凸、段差、開口に
拘わらず急激な姿勢変化は確実に回避されることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マニピュレータに
装着された作業具を移動させる際に用いられる制御用デ
ータの生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車製造の分野では、車体の塗
装にあたってマニピュレータすなわち塗装ロボットが用
いられる。こうした塗装ロボットでは、アームの先端に
作業具すなわち塗装ガンが装着される。塗料は、塗装ガ
ンから車体の表面に向けて吹き付けられる。塗料の吹き
付けにあたって、塗装ガンは車体の表面に沿って移動し
続ける。

【０００３】塗装ガンの移動は、車体の表面を基準に描
き出される移動経路に沿って実現される。こうした移動
経路は、例えば特開平５−２８９７２２号公報に開示さ
れるように、物体の三次元形状を表現する形状データに
基づき特定されることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、塗装面に対し
て塗装ガンの面直姿勢が維持されると、美しく高品質に
塗装面は仕上げられることができる。したがって、車体
の表面のように湾曲面に対して塗装を実施する場合に
は、例えば特開平５−２８９７２２号公報に開示される
ように、車体の湾曲面に追随して塗装ガンの角度は変化
することが望まれる。

【０００５】その一方で、車体の表面には細かな溝や凹
凸、段差、開口が形成されることが多い。こうした細か
な溝や凹凸、段差、開口では塗装ガンの姿勢は急激に変
化しなければならない。塗装ガンの姿勢変化が追随し切
れなければ、仕上がり面に塗装ムラが生じてしまう。塗
装ガンの移動速度を落として塗装ガンの面直姿勢を維持
すると、塗装時間は著しく増加してしまう。

【０００６】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、形状データに基づき塗装ガンの移動経路を特定する
にあたって、塗装ガンの急激な姿勢変化を回避すること
ができるマニピュレータ向け制御用データの生成方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明によれば、三次元座標系に従って少なくと
も三次元物体の表面を表現する形状データを取得する工
程と、形状データに基づき、三次元物体の表面上で複数
個の操作点を抽出する工程と、抽出された操作点に基づ
き、三次元物体の表面に単純化表面を描き出す工程とを
備えることを特徴とするマニピュレータ向け制御用デー
タの生成方法が提供される。

【０００８】かかる制御用データの生成方法によれば、
限られた個数の操作点に基づき三次元物体の表面が描き
直されると、形状データで表現される三次元物体の表面
に比べて滑らな疑似表面すなわち単純化表面が描き出さ
れることができる。こうした単純化表面では細かな溝や
凹凸、段差、開口は除去されることができる。マニピュ
レータの動作はこうした単純化表面に基づき決定される
ことができる。

【０００９】このように単純化表面が用いられれば、マ
ニピュレータに装着される作業具では、形状データ上で
表現される細かな溝や凹凸、段差、開口に拘わらず急激
な姿勢変化は確実に回避されることができる。特に、こ
ういった制御用データの生成方法は、三次元物体の表面
が湾曲面で構成される場合に大いに役立つことができ
る。そういった三次元物体は例えば自動車の車体に代表
される。このとき、制御用データの生成方法は、車体に
向かって塗料を吹き付ける塗装ロボットを制御するにあ
たって大いに役立つことができる。

【００１０】こうしたマニピュレータ向け制御用データ
の生成方法は、前記形状データに基づき、三次元物体の
断面形状が現れる切断平面上で三次元物体の輪郭線を特
定する工程と、輪郭線上で前記操作点を抽出する工程
と、操作点同士を結び直して疑似輪郭線を描き出す工程
と、描き出された疑似輪郭線に基づき前記単純化表面を
描き出す工程とをさらに備えてもよい。これらの工程に
よれば、比較的に簡単に三次元物体の表面に沿って単純
化表面は描き出されることができる。描き出された疑似
輪郭線では、細かな溝や凹凸、段差、開口は確実に除去
されることができる。

【００１１】また、第２発明によれば、三次元物体の断
面形状が現れる切断平面上で三次元物体の輪郭線を特定
する工程と、輪郭線上で第１および第２目標点を抽出す
る工程と、第１および第２目標点を結ぶ直線に平行で第
１および第２目標点の間で輪郭線に外接する基準直線を
特定する工程と、輪郭線および基準直線の接点を特定す
る工程とを備えることを特徴とするマニピュレータ向け
制御用データの生成方法が提供される。

【００１２】かかる制御用データの生成方法によれば、
第１および第２目標点に加えて輪郭線および基準直線の
接点が作業具の動作点に用いられることができる。こう
した動作点に基づき作業具の動作が制御されると、作業
具の移動経路は著しく単純化されることができる。した
がって、マニピュレータでは、作業具の急激な姿勢変化
は回避されることができる。その結果、作業具の作業速
度は高められることができる。特に、こういった制御用
データの生成方法は、第１および第２目標点の間に曲線
で輪郭線が描かれる場合に大いに役立つことができる。
こういった輪郭線は例えば自動車の車体上で特定される
ことができる。このとき、制御用データの生成方法は、
車体に向かって塗料を吹き付ける塗装ロボットを制御す
るにあたって大いに役立つことができる。

【００１３】こういった制御用データの生成方法は、輪
郭線および基準直線の接点に向かって下ろされる垂線の
方向ベクトルを算出する工程をさらに備えてもよい。マ
ニピュレータに装着される作業具の姿勢は、こうして算
出された方向ベクトルに基づき制御されることができ
る。その結果、作業具の姿勢は輪郭線の湾曲に応じて変
化することができる。

【００１４】さらに、第３発明によれば、三次元物体の
表面に移動経路の投影像を描く工程と、投影像上で作業
具の動作点を抽出する工程とを備えることを特徴とする
マニピュレータ向け制御用データの生成方法が提供され
る。

【００１５】かかる制御用データの生成方法によれば、
マニピュレータに装着された作業具は、限られた個数の
動作点に基づき制御されることができる。したがって、
三次元物体の表面に形成される細かな溝や凹凸、段差、
開口に拘わらず、作業具の急激な姿勢変化は回避される
ことができる。

【００１６】さらにまた、第４発明によれば、三次元座
標系に従って少なくとも三次元物体の表面を表現する形
状データを取得する工程と、形状データに基づき、三次
元物体の断面形状が現れる切断平面上で三次元物体の輪
郭線を特定する工程と、輪郭線上で作業範囲の切れ目を
規定する端点を特定する工程と、切断平面内で端点を通
過する直線を特定する工程とを備えることを特徴とする
マニピュレータ向け制御用データの生成方法が提供され
る。

【００１７】一般に、マニピュレータに装着される作業
具は、作業対象となる三次元物体の表面に対して面直姿
勢に維持されることが望まれる。三次元物体の表面の切
れ目すなわち作業範囲の切れ目で面直姿勢が維持される
と、作業具には急激な姿勢変化が強いられてしまう。前
述のように輪郭線の切れ目に直線が補われれば、こうし
た急激な姿勢変化は確実に回避されることができる。

【００１８】以上のような制御用データの生成方法は、
コンピュータ装置に組み込まれるソフトウェアプログラ
ムによって実現されてもよい。こういったソフトウェア
プログラムは、例えばフロッピーディスク（ＦＤ）やコ
ンパクトディスク（ＣＤ）といった可搬性の記憶媒体で
コンピュータ装置に取り込まれてもよく、インターネッ
トやＬＡＮ（構内通信網）といったネットワークを通じ
てコンピュータ装置に取り込まれてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】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。

【００２０】図１は一具体例に係る自動車製造ラインの
一部を概略的に示す。この自動車製造ライン１１は、規
定の経路に沿って台車１２を移動させるコンベヤ１３を
備える。台車１２の移動は、コンベヤ１３に接続される
駆動システム１４の働きによって実現される。駆動シス
テム１４は、予め決められた一定の速度で台車１２を移
動させる。台車１２上には自動車の車体１５が搭載され
る。台車１２の速度は例えばエンコーダ１６によって検
知されることができる。駆動システム１４は、台車１２
の速度を一定に維持するにあたって例えばエンコーダ１
６の出力信号を利用する。

【００２１】コンベヤ１３は塗装ブース１７を貫通す
る。この塗装ブース１７には、車体１５の外板すなわち
左側サイドパネル１５ａを塗装する２台のマニピュレー
タすなわち第１および第２塗装ロボット１８ａ、１８ｂ
と、同様に車体１５の外板すなわち右側サイドパネル１
５ｂを塗装する２台のマニピュレータすなわち第１およ
び第２塗装ロボット１８ａ、１８ｂとが配置される。台
車１２に搭載された無着色の車体１５いわゆるホワイト
ボディが塗装ブース１７に進入すると、各塗装ロボット
１８ａ、１８ｂは車体１５の外板を塗装する。車体１５
の進入は、コンベヤ１３に組み込まれたリミットスイッ
チ１９によって検知される。塗装後の車体１５はコンベ
ヤ１３の働きによって塗装ブース１７から運び出され
る。その他、塗装ブース１７には、ボンネットや屋根と
いった車体１５の上面を塗装する複数台のマニピュレー
タすなわち塗装ロボット（図示せず）が配置されてもよ
い。

【００２２】図２を併せて参照すると明らかなように、
左側の第１塗装ロボット１８ａは左側サイドパネル１５
ａで上半分の塗装を担当する。左側の第２塗装ロボット
１８ｂは左側サイドパネル１５ａで下半分の塗装を担当
する。同様に、右側の第１塗装ロボット１８ａは右側サ
イドパネル１５ｂで上半分の塗装を担当し、右側の第２
塗装ロボット１８ｂは右側サイドパネル１５ｂで下半分
の塗装を担当する。

【００２３】各塗装ロボット１８ａ、１８ｂは同一の構
成を備えればよい。以下、代表して左側の第１塗装ロボ
ット１８ａの構成を詳述する。図２に示されるように、
第１塗装ロボット１８ａは、車体１５の外板に向かって
塗料を吹き付ける塗装ガン２１を備える。塗装ガン２１
には例えばエアガンやベルガンが用いられることができ
る。この塗装ガン２１は、車体１５の進行方向に直交す
る１平面すなわち移動平面内で移動することができる。
しかも、塗装ガン２１は、そういった移動平面内で姿勢
を変化させることができる。こうした移動や姿勢の変化
は例えばアーム機構２２の働きによって実現されること
ができる。

【００２４】アーム機構２２は、先端で塗装ガン２１を
支持する第１アーム部材２３を備える。塗装ガン２１
は、第１連結軸２４によって第１アーム部材２３の先端
に連結される。この第１連結軸２４の働きによれば、塗
装ガン２１と第１アーム部材２３との間には第１連結軸
２４回りで相対回転が実現されることができる。第１連
結軸２４回りの相対回転量（角度）は、例えば第１連結
軸２４に連結されるサーボモータ２５の働きによって制
御される。ここで、第１連結軸２４は、前述の移動平面
に直交する姿勢に維持される。

【００２５】第１アーム部材２３の基端には第２アーム
部材２６の先端が連結される。この連結には例えば第１
連結軸２４に平行に延びる第２連結軸２７が用いられ
る。この第２連結軸２７の働きによれば、第１および第
２アーム部材２３、２６同士の間には第２連結軸２７回
りで相対回転が実現されることができる。第２連結軸２
７回りの相対回転量（角度）は、例えば第２連結軸２７
に連結されるサーボモータ２８の働きによって制御され
る。

【００２６】第２アーム部材２６の基端は、例えば工場
の壁面２９に固定される台座３０に連結される。この連
結には、前述と同様に、第１および第２連結軸２４、２
７に平行に延びる第３連結軸３１が用いられる。この第
３連結軸３１の働きによれば、第２アーム部材２６と台
座３０との間には第３連結軸３１回りで相対回転が実現
されることができる。第３連結軸３１回りの相対回転量
（角度）は、例えば第３連結軸３１に連結されるサーボ
モータ３２の働きによって制御される。

【００２７】塗装ガン２１には、周知の通り、塗料を供
給する塗料供給システム３３が接続される。塗料供給シ
ステム３３は、例えば、各色の塗料を貯蔵する塗料タン
クや、塗料タンクから塗料を吸い上げて塗装ガン２１に
向けて吐き出すポンプ、塗料タンクから塗装ガン２１に
向かって供給される塗料の流量を調整する流量制御弁な
どを備えればよい。塗料供給システム３３から塗料が供
給されると、塗装ガン２１は車体１５の表面に向けて塗
料を噴霧する。

【００２８】塗装ロボット１８ａには、塗装ガン２１の
移動や姿勢変化といった動作を制御する位置決め制御回
路３４が接続される。位置決め制御回路３４は、アーム
機構２２に組み込まれた各サーボモータ２５、２８、３
２に制御信号を供給する。供給される制御信号に基づけ
ば、各サーボモータ２５、２８、３２の制御量すなわち
回転量は決定される。

【００２９】同様に塗装ロボット１８ａには、塗料の吹
き付け動作を制御する塗装制御回路３５が接続される。
塗装制御回路３５は、塗料供給システム３３に組み込ま
れた各々の流量制御弁に制御信号を供給する。供給され
る制御信号によれば、各流量制御弁の開閉動作や開き度
は決定される。

【００３０】位置決め制御回路３４および塗装制御回路
３５には前述のエンコーダ１６やリミットスイッチ１９
が接続される。エンコーダ１６やリミットスイッチ１９
の出力信号は位置決め制御回路３４や塗装制御回路３５
に取り込まれる。こうしたエンコーダ１６やリミットス
イッチ１９の出力信号によれば、塗装ガン２１の移動や
姿勢変化とともに塗料の吹き付け動作は台車１２の移動
に関連付けられることができる。しかも、位置決め制御
回路３４の制御動作と塗装制御回路３５の制御動作とは
相互に同期化されることができる。

【００３１】位置決め制御回路３４の制御動作は、位置
決め制御回路３４に取り込まれる動作プログラムすなわ
ちティーチングデータに基づき実現される。この動作プ
ログラムは、例えば図３に示されるように、タイムチャ
ートに従って各経過時間ｔ１〜ｔ５ごとに塗装ガン２１
の位置および姿勢を特定する。塗装ガン２１の位置は、
塗装ガン２１から延びる軸心３６の延長線と塗装面３７
との交差点すなわち動作点３８ａ〜３８ｅによって表現
されることができる。こうした動作点３８ａ〜３８ｅ
は、塗装ガン２１の移動平面に重ね合わせられる二次元
の機械座標系ｙｚに基づき規定されることができる。こ
のとき、動作点３８ａ〜３８ｅの位置は、機械座標系ｙ
ｚに従って二次元座標値（ｙ，ｚ）で表現されることが
できる。

【００３２】その一方で、塗装ガン２１の姿勢は、図３
から明らかなように、機械座標系ｙｚに沿って特定され
る方向ベクトル３９ａ〜３９ｅによって表現されること
ができる。方向ベクトル３９ａ〜３９ｅは例えば動作点
３８ａ〜３８ｅを基準に規定されればよい。こうした方
向ベクトル３９ａ〜３９ｅは、例えば図３に示されるよ
うに、ｙｚ平面内に設定される水平線と塗装ガン２１の
軸心３６との間で確立される揺動角θ１〜θ５によって
表現されることができる。

【００３３】こうして動作点３８ａ〜３８ｅの位置と、
動作点３８ａ〜３８ｅに関連付けられた方向ベクトル３
９ａ〜３９ｅとが特定されると、周知の通り、ロボット
工学の運動学モデルに基づき各サーボモータ２５、２
８、３２の制御量すなわち回転量は算出されることがで
きる。算出された回転量で各サーボモータ２５、２８、
３２が作動すると、そういった動作点３８ａ〜３８ｅの
位置および方向ベクトル３９ａ〜３９ｅで特定される塗
装ガン２１の位置や姿勢は確立されることができる。

【００３４】位置決め制御回路３４の働きによれば、隣
接する動作点３８ａ〜３８ｅの間には、図３から明らか
なように、ｙｚ平面上で動作点３８ａ〜３８ｅ同士を直
線で結ぶ移動経路４１が描き出されることができる。こ
のとき、塗装ガン２１の先端から延びる軸心３６の延長
線は移動経路４１上を等速度で移動する。塗装ガン２１
の先端と移動経路４１との間には常に一定の間隔が維持
される。各サーボモータ２５、２８、３２は、隣接する
動作点３８ａ〜３８ｅの間で塗装ガン２１の姿勢を等速
度で変化させる。

【００３５】こうした機械座標系ｙｚ上の塗装ガン２１
の動作に台車１２の動きが関連付けられると、図３から
明らかなように、台車１２に設定される三次元の物体座
標系ＸＹＺ上で動作点３８ａ〜３８ｅや移動経路４１は
特定されることができる。ここでは、機械座標系ｙｚは
物体座標系ＸＹＺのｙｚ平面に重ね合わせられればよ
い。この重ね合わせによって物体座標系ＸＹＺのｘ座標
軸は台車１２の進行方向に一致する。したがって、各動
作点３８ａ〜３８ｅや移動経路４１のｘ座標値は台車１
２の移動量によって規定されることができる。台車１２
の移動量はエンコーダ１６の出力信号に基づき特定され
ることができる。

【００３６】そうした一方で、塗装制御回路３５の制御
動作は、塗装制御回路３５に取り込まれる作業プログラ
ムに基づき実現される。この作業プログラムは、タイム
チャートに従って例えば吹き付けの開始時ｔ１や終了時
ｔ５を特定する。こうした作業プログラムに記述される
タイムチャートと、前述の動作プログラムに記述される
タイムチャートとが関連付けられると、図３から明らか
なように、物体座標系ＸＹＺに描き出される移動経路４
１上では、塗料の吹き付けを開始する動作点３８ａや、
塗料の吹き付けを終了する動作点３８ｅは特定されるこ
とができる。

【００３７】なお、前述のような位置決め制御回路３４
や塗装制御回路３５は、例えば左側の第１および第２塗
装ロボット１８ａ、１８ｂに共通に設けられてもよく、
右側の第１および第２塗装ロボット１８ａ、１８ｂに共
通に設けられてもよい。また、位置決め制御回路３４や
塗装制御回路３５は、左右の第１塗装ロボット１８ａに
共通に設けられてもよく、左右の第２塗装ロボット１８
ｂに共通に設けられてもよい。その他、全ての塗装ロボ
ット１８ａ、１８ｂに共通に単一の位置決め制御回路３
４や塗装制御回路３５が設けられてもよい。位置決め制
御回路３４および塗装制御回路３５は統合化されてもよ
い。

【００３８】図４は前述の動作プログラムを生成するコ
ンピュータシステム４２を示す。このコンピュータシス
テム４２は、例えば車体１５の三次元形状を表現する形
状データに基づき動作点３８ａ〜３８ｅの位置や方向ベ
クトル３９ａ〜３９ｅのベクトル値といった制御用デー
タを算出する第１演算処理回路（ＣＰＵ）４３を備え
る。この第１演算処理回路４３は、制御用データの算出
にあたって、例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）
４４といった大容量記憶媒体に記憶されたソフトウェア
プログラムを実行する。こうしたソフトウェアプログラ
ムは、例えばフロッピーディスク（ＦＤ）４５やコンパ
クトディスク（ＣＤ）４６といった可搬性の記憶媒体か
らＨＤＤ４４に取り込まれればよい。その他、ソフトウ
ェアプログラムは、インターネットやＬＡＮ（構内通信
網）といったネットワーク（図示せず）を通じてＨＤＤ
４４に取り込まれてもよい。

【００３９】第１演算処理回路４３には例えばディスク
アレイ（ＲＡＩＤ）装置といった大容量記憶装置４８が
接続される。この大容量記憶装置４８には、例えば多数
の形状データを管理するデータベースが構築される。こ
ういった形状データは例えばＣＡＤ（コンピュータ支援
設計）システムによって作成されることができる。制御
用データの算出にあたって、第１演算処理回路４３はデ
ータベースから形状データを取得することができる。た
だし、こういった形状データは、例えばＦＤやＣＤとい
った可搬性の記憶媒体によって第１演算処理回路４３に
受け渡されてもよい。

【００４０】形状データでは、三次元座標系に従って少
なくとも車体１５すなわち三次元物体の表面が表現され
ればよい。一般に、こうした表現にあたっては、例えば
ベジエ曲面やＮＵＲＢＳ曲面といったパラメトリック曲
面が用いられることができる。ただし、三次元物体の表
面は、その他のサーフェスモデルで表現されてもよく、
ボクセル表現といったソリッドモデルで表現されてもよ
い。

【００４１】第２演算処理回路（ＣＰＵ）４９は、第１
演算処理回路４３で算出された制御用データに基づき前
述の動作プログラムを作成する。この第２演算処理回路
４９は、動作プログラムの作成にあたって、例えばＦＤ
やＣＤといった可搬性の記憶媒体や、ＬＡＮ（構内通信
網）といったネットワークから制御用データを取得す
る。第２演算処理回路４９の演算処理は、例えばハード
ディスク駆動装置（ＨＤＤ）５１といった大容量記憶媒
体に記憶されたソフトウェアプログラムに基づき実現さ
れればよい。

【００４２】図４から明らかなように、第１および第２
演算処理回路４３、４９は、個別のコンピュータ装置す
なわちエンジニアリングワークステーション（ＥＷＳ）
５２およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）５３によっ
て提供されてもよい。こういった場合には、ＥＷＳ５２
および大容量記憶装置４８はＣＡＤシステムを構築して
もよい。このとき、前述のソフトウェアプログラムは、
ＣＡＤシステムの１モジュールとして機能すればよい。
こうした構成によれば、ソフトウェアプログラムの実行
にあたってＣＡＤシステムの機能は流用されることがで
きる。したがって、ソフトウェアプログラムの軽量化に
寄与することができる。反対に、第１および第２演算処
理回路４３、４９は単一の超小型演算処理回路（ＭＰ
Ｕ）によって実現されてもよい。こういった場合には、
第１演算処理回路４３で実行されるソフトウェアプログ
ラムと、第２演算処理回路４９で実行されるソフトウェ
アプログラムとは１ソフトウェアプログラムに統合され
てもよい。

【００４３】ここで、第１演算処理回路４３の動作すな
わち本発明に係るマニピュレータ向け制御用データの生
成方法を詳述する。いま、例えば車体１５の左側サイド
パネル１５ａに塗装を実現するにあたって動作点の位置
や方向ベクトルのベクトル値を算出する場面を想定す
る。この算出にあたって、第１演算処理回路４３は、例
えば車体１５全体の形状を規定する形状データを大容量
記憶装置４８内のデータベースから取得する。ＥＷＳ５
２に付属するディスプレイ装置の画面には、例えば図５
に示されるように、取得された形状データに基づき車体
１５の二次元像が描き出されることができる。形状デー
タは、例えば前述の物体座標系ＸＹＺに従って車体１５
の形状を特定する。

【００４４】こうして車体１５の全体像が把握される
と、例えば図６に示されるように、車体１５上で塗装面
すなわち左側サイドパネル１５ａが抽出される。こうい
った塗装面の抽出には、例えばマウスなどを用いたＧＵ
Ｉ（グラフィックユーザインターフェース）が用いられ
ればよい。ＧＵＩによれば、操作者は、画面に映し出さ
れた車体１５の二次元像上で左側サイドパネル１５ａを
指定することができる。こうしたＧＵＩは第１演算処理
回路４３の演算処理に基づき実現される。

【００４５】こうして塗装面すなわち左側サイドパネル
１５ａが抽出されると、第１演算処理回路４３は、例え
ば図７に示されるように、左側サイドパネル１５ａの表
面に上下１対の単純化表面５５ａ、５５ｂすなわち三次
元物体の疑似表面を描き出す。こういった単純化表面５
５ａ、５５ｂの生成方法の詳細は後述される。これらの
単純化表面５５ａ、５５ｂでは、後述されるように、車
体１５の表面に形成される細かな溝や凹凸や、段差、開
口は省略される。その結果、こういった単純化表面５５
ａ、５５ｂに基づき前述の動作プログラムが記述される
と、細かな溝や凹凸、段差、開口の存在に拘わらず、塗
装ロボット１８ａ、１８ｂでは塗装ガン２１の急激な姿
勢変化は回避されることができる。一般に、車体１５で
は、外板同士の継ぎ目に溝が形成されたり、ドアハンド
ル周辺に細かな凹凸が形成されたり、車輪すなわちホイ
ールハウス周りに段差が形成されたり、給油口といった
開口が形成されたりする。

【００４６】その後、第１演算処理回路４３は、各単純
化表面５５ａ、５５ｂ上で動作点の位置や方向ベクトル
のベクトル値を算出する。動作点の位置は物体座標系Ｘ
ＹＺに従って三次元座標値で特定されればよい。方向ベ
クトルを特定するにあたっては、例えば物体座標系ＸＹ
Ｚで各座標軸に対して規定される相対角が用いられれば
よい。

【００４７】まず、第１演算処理回路４３は、例えば図
８に示されるように、物体座標系ＸＹＺのｘ座標軸に等
間隔で単純化表面５５ａ、５５ｂの輪郭線５６を特定す
る。こうした輪郭線５６の特定にあたって、第１演算処
理回路４３は相互に平行な切断平面５７で単純化表面５
５ａ、５５ｂを輪切りにする。切断平面５７は三次元座
標系ＸＹＺのｘ座標軸に直交する。隣接する切断平面５
７同士の間隔はいわゆるレシプロ幅Ｗの２分の１に設定
される。レシプロ幅Ｗは、周知の通り、塗装ガン２１か
ら吹き付けられる塗料の塗布範囲（大きさ）や塗り重ね
回数などに基づき決定されることができる。

【００４８】続いて第１演算処理回路４３は、特定され
た単純化表面５５ａ、５５ｂの輪郭線５６上で１対の端
点すなわち上端５８ａおよび下端５８ｂを特定する。こ
ういった端点５８ａ、５８ｂは塗装範囲すなわち単純化
表面５５ａ、５５ｂの切れ目で規定される。第１演算処
理回路４３は、図９に示されるように、配列された輪郭
線５６の上端５８ａおよび下端５８ｂを交互に直線経路
５９で連結していく。こうして直線経路５９によってジ
グザグな基準移動経路は描き出されることができる。

【００４９】特定された各直線経路５９は、図１０に示
されるように、単純化表面５５ａ、５５ｂに投影され
る。この投影によって、単純化表面５５ａ、５５ｂの輪
郭線６１、すなわち、動作点の移動経路は描き出され
る。こうした投影にあたって、第１演算処理回路４３
は、直線経路５９を含む切断平面６２で単純化表面５５
ａ、５５ｂを輪切りにする。各切断平面６２は、物体座
標系ＸＹＺのｙ座標軸に沿って各直線経路５９を平行移
動させることによって規定されればよい。第１演算処理
回路４３は、こうして規定された各切断平面６２上で単
純化表面５５ａ、５５ｂの輪郭線６１を特定する。

【００５０】各切断平面６２では、例えば図１１に示さ
れるように、輪郭線６１上で第１および第２目標点６
３、６４が抽出される。これら第１および第２目標点６
３、６４は例えば前述の端点５８ａ、５８ｂと一致して
もよい。第１および第２目標点６３、６４は直線６５で
互いに連結される。第１演算処理回路４３は、描き出さ
れた直線６５に平行で第１および第２目標点６３、６４
の間で輪郭線６１に外接する基準直線６６を特定する。
複数本の基準直線６６が特定される場合には、第１およ
び第２目標点６３、６４を連結する直線６５から最も離
れた基準直線６６が抽出されればよい。こうして基準直
線６６が特定されると、第１演算処理回路４３は、輪郭
線６１および基準直線６６の接点すなわち第３目標点６
７を特定する。

【００５１】続いて第１演算処理回路４３は、図１２に
示されるように、第１および第３目標点６３、６７の間
や、第３および第２目標点６７、６４の間で同様な演算
処理を実行する。第１および第３目標点６３、６７の間
で描き出される基準直線６８によって第４目標点６９は
特定される。同様に、第３および第２目標点６７、６４
の間で描き出される基準直線７０によって第５目標点７
１は特定される。特定された第１〜第５目標点６３、６
４、６７、６９、７１では、各目標点６３、６４、６
７、６９、７１で単純化表面５５ａ、５５ｂに直交する
垂線の方向ベクトルが特定される。特定された第１〜第
５目標点６３、６４、６７、６９、７１の三次元座標値
や方向ベクトルのベクトル値は制御データとして出力さ
れる。各目標点６３、６４、６７、６９、７１によって
塗装ガン２１の動作点は特定されることができる。塗装
ガン２１の姿勢は各目標点６３、６４、６７、６９、７
１ごとにベクトル値すなわち揺動角によって特定され
る。

【００５２】こうして特定された各目標点６３、６４、
６７、６９、７１が移動経路の動作点に用いられると、
塗装ガン２１は単純化された移動経路を辿ることができ
る。したがって、塗装ロボット１８ａ、１８ｂでは塗装
ガン２１の急激な姿勢変化は回避されることができる。
塗装ガン２１の作業速度は高められることができる。し
かも、塗装ガン２１の姿勢は塗装面の湾曲に応じて変化
することから、仕上がりの美しさは著しく損なわれるこ
とはない。その上、前述のような基準直線６６、６８、
７０に基づき動作点が特定されることから、塗装ガン２
１が塗装面に著しく接近したり塗装面に衝突することも
回避されることができる。

【００５３】以上のような制御用データの生成方法で
は、目標点の個数は５個に限られることはなく、５個以
下に減らされてもよく５個以上に増やされてもよい。目
標点の個数は塗装の品質や塗装時間などに基づき任意に
決定されればよい。

【００５４】次に前述の単純化表面５５ａ、５５ｂの生
成方法を詳述する。まず、第１演算処理回路４３は、例
えば図１３に示されるように、物体座標系ＸＹＺのｘ座
標軸に等間隔で左側サイドパネル１５ａの輪郭線７３を
特定する。こうした輪郭線７３を特定するにあたって、
第１演算処理回路４３は相互に平行な切断平面７４で左
側サイドパネル１５ａを輪切りにする。切断平面７４は
三次元座標系のｘ座標軸に直交する。隣接する切断平面
７４同士の間隔は任意の値（例えばＷ／２）に設定され
ればよい。

【００５５】続いて第１演算処理回路４３は、例えば図
１４に示されるように、各切断平面７４に沿って左側サ
イドパネル１５ａの輪郭線７３を延長する。こうした輪
郭線７３の延長にあたって、第１演算処理回路４３は、
各切断平面７４内で輪郭線７３の端点７５を通過する直
線７６を特定する。こういった直線７６は例えば物体座
標系ＸＹＺのｚ座標軸に平行に描かれればよい。ここ
で、輪郭線７３の端点７５すなわち上端や下端は左側サ
イドパネル１５ａすなわち塗装面の切れ目を規定する。

【００５６】その後、第１演算処理回路４３は、例えば
図１５に示されるように、各輪郭線７３上で複数個（例
えば５個）の操作点７７を特定する。こういった操作点
７７は、前述のように上端および下端を連結する直線に
平行で上端および下端の間で輪郭線７３に外接する基準
直線に基づき抽出されてもよい（図１１および図１２参
照）。操作点７７は、予め決められた基準に従って抽出
されればよい。

【００５７】第１演算処理回路４３は、特定された操作
点７７を結び直して滑らかな疑似輪郭線７８を描き出
す。疑似輪郭線７８はスプライン曲線などのパラメトリ
ック曲線で表現されればよい。このとき、各操作点７７
はスプライン曲線に制御点に用いられてもよい。こうい
った疑似輪郭線７８が描かれると、外板同士の継ぎ目や
ドアハンドル周辺の凹凸、ホイールハウス周りの段差、
給油口といった開口などは除去されることができる。こ
うした継ぎ目や凹凸、段差、開口の除去にあたって、第
１演算処理回路４３は、近隣のデータを対象に例えば最
小二乗法といった計算処理を実現すればよい。

【００５８】描き出された疑似輪郭線７８は各塗装ロボ
ット１８ａ、１８ｂの塗布範囲ごとに分割される。こう
して分割された疑似輪郭線７８が次々に結び付けられる
と、図７に示されるように、上下１対の単純化表面５５
ａ、５５ｂは描き出されることができる。

【００５９】なお、前述のように生成された制御用デー
タは、前述のように車体１５を移動させながら車体１５
の塗装を実現する自動車製造ライン１１に適用されるこ
とができるだけでなく、車体１５を停止させたまま塗装
ガン２１のみを移動させて車体１５の塗装を実現する自
動車製造ラインにも適用されることができる。また、そ
ういった制御用データは、前述のように塗装ガンが装着
された塗装ロボットに用いられることができるだけでな
く、三次元物体の形状を正確になぞることなく加工その
他の作業が実現される工作機その他のマニピュレータに
用いられることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御用デ
ータを生成するにあたって三次元物体の表面上で細かな
溝や凹凸、段差、開口などが省略されることから、マニ
ピュレータに装着される作業具の急激な姿勢変化は回避
されることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 自動車製造ラインの一部すなわち塗装ブース
の構造を概略的に示す平面図である。

【図２】 塗装ロボットの構造を概略的に示す正面図お
よびブロック図である。

【図３】 位置決め制御回路の制御動作を示す概念図で
ある。

【図４】 本発明に係るマニピュレータ向け制御用デー
タの生成方法を実現するコンピュータシステムの構成を
概略的に示すブロック図である。

【図５】 ディスプレイ装置の画面上に映し出される車
体の全体像を概略的に示す図である。

【図６】 画面上で抽出された車体の左側サイドパネル
の様子を概略的に示す図である。

【図７】 左側サイドパネルの表面に描き出された単純
化表面の様子を概略的に示す図である。

【図８】 ｘ座標軸に沿って等間隔に特定される単純化
表面の輪郭線を示す図である。

【図９】 ジグザグな基準移動経路の概念を示す図であ
る。

【図１０】 単純化表面に描き出された動作点の移動経
路を示す図である。

【図１１】 輪郭線上で抽出された第３目標点の概念を
示す図である。

【図１２】 輪郭線上で抽出された第４および第５目標
点の概念を示す図である。

【図１３】 ｘ座標軸に沿って等間隔に特定される左側
サイドパネルの輪郭線を示す図である。

【図１４】 切断平面に沿って延長された輪郭線の概念
を示す図である。

【図１５】 抽出された操作点に基づき生成された疑似
輪郭線の概念を示す図である。

【符号の説明】

１５ 三次元物体としての車体、１８ａ，１８ｂ マニ
ピュレータとしての塗装ロボット、２１ 作業具として
の塗装ガン、４５ 記憶媒体としてのフロッピーディス
ク（ＦＤ）、４６ 記憶媒体としてのコンパクトディス
ク（ＣＤ）、５５ａ，５５ｂ 単純化表面、６１ 輪郭
線（移動経路の投影像）、６２ 切断平面、６３ 第１
目標点（動作点）、６４ 第２目標点（動作点）、６６
基準直線、６７ 接点としての第３目標点（動作
点）、６８ 基準直線、６９ 接点としての第４目標点
（動作点）、７０ 基準直線、７１ 接点としての第５
目標点（動作点）７３ 輪郭線、７４ 切断平面、７５
端点、７６ 端点を通過する直線、７７ 操作点、７
８ 疑似輪郭線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉見 重則 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山下 行秀 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 AA07 AA13 BA02 BA10 BC07 BC10 CA01 CA06 CA09 DA02 DA05 DA08 DB09 DC08 DD01 FA03 FA10 FB01 FB05 FB21 FB22 FC02 FC03 FC07 FC13 FC14 5H269 AB13 AB19 AB33 CC09 JJ04 QC06 RB11 9A001 BB02 BB03 CC08 GG04 HH29 JJ25 JJ50 KK54

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元座標系に従って少なくとも三次元
   物体の表面を表現する形状データを取得する工程と、形
   状データに基づき、三次元物体の表面上で複数個の操作
   点を抽出する工程と、抽出された操作点に基づき、三次
   元物体の表面に単純化表面を描き出す工程とを備えるこ
   とを特徴とするマニピュレータ向け制御用データの生成
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマニピュレータ向け制
   御用データの生成方法において、前記形状データに基づ
   き、三次元物体の断面形状が現れる切断平面上で三次元
   物体の輪郭線を特定する工程と、輪郭線上で前記操作点
   を抽出する工程と、操作点同士を結び直して疑似輪郭線
   を描き出す工程と、描き出された疑似輪郭線に基づき前
   記単純化表面を描き出す工程とをさらに備えることを特
   徴とするマニピュレータ向け制御用データの生成方法。
3. 【請求項３】 三次元座標系に従って少なくとも三次元
   物体の表面を表現する形状データを取得する工程と、形
   状データに基づき、三次元物体の表面上で複数個の操作
   点を抽出する工程と、抽出された操作点に基づき、三次
   元物体の表面に単純化表面を描き出す工程とをコンピュ
   ータに実現させるプログラムを記憶することを特徴とす
   るコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の記憶媒体において、前
   記形状データに基づき、三次元物体の断面形状が現れる
   切断平面上で三次元物体の輪郭線を特定する工程と、輪
   郭線上で前記操作点を抽出する工程と、操作点同士を結
   び直して疑似輪郭線を描き出す工程と、描き出された疑
   似輪郭線に基づき前記単純化表面を描き出す工程とをさ
   らにコンピュータに実現させるプログラムを記憶するこ
   とを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
5. 【請求項５】 三次元物体の断面形状が現れる切断平面
   上で三次元物体の輪郭線を特定する工程と、輪郭線上で
   第１および第２目標点を抽出する工程と、第１および第
   ２目標点を結ぶ直線に平行で第１および第２目標点の間
   で輪郭線に外接する基準直線を特定する工程と、輪郭線
   および基準直線の接点を特定する工程とを備えることを
   特徴とするマニピュレータ向け制御用データの生成方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のマニピュレータ向け制
   御用データの生成方法において、輪郭線および基準直線
   の接点に向かって下ろされる垂線の方向ベクトルを算出
   する工程をさらに備えることを特徴とするマニピュレー
   タ向け制御用データの生成方法。
7. 【請求項７】 三次元座標系に従って三次元物体の形状
   を表現する形状データを取得する工程、形状データに基
   づき、三次元物体の断面形状が現れる切断平面上で三次
   元物体の輪郭線を特定する工程と、輪郭線上で第１およ
   び第２目標点を抽出する工程と、第１および第２目標点
   を結ぶ直線に平行で第１および第２目標点の間で輪郭線
   に外接する基準直線を特定する工程と、輪郭線および基
   準直線の接点で三次元座標値を取得する工程とをコンピ
   ュータに実現させるプログラムを記憶することを特徴と
   するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の記憶媒体において、輪
   郭線および基準直線の接点に向かって下ろされる垂線の
   方向ベクトルを算出する工程をさらにコンピュータに実
   現させるプログラムを記憶することを特徴とするコンピ
   ュータ読み取り可能な記憶媒体。
9. 【請求項９】 三次元物体の表面に移動経路の投影像を
   描く工程と、投影像上で作業具の動作点を抽出する工程
   とを備えることを特徴とするマニピュレータ向け制御用
   データの生成方法。
10. 【請求項１０】 三次元座標系に従って少なくとも三次
    元物体の表面を表現する形状データを取得する工程と、
    形状データに基づき、三次元物体の断面形状が現れる切
    断平面上で三次元物体の輪郭線を特定する工程と、輪郭
    線上で作業範囲の切れ目を規定する端点を特定する工程
    と、切断平面内で端点を通過する直線を特定する工程と
    を備えることを特徴とするマニピュレータ向け制御用デ
    ータの生成方法。
11. 【請求項１１】 三次元座標系に従って少なくとも三次
    元物体の表面を表現する形状データを取得する工程と、
    形状データに基づき、三次元物体の断面形状が現れる切
    断平面上で三次元物体の輪郭線を特定する工程と、輪郭
    線上で作業範囲の切れ目を規定する端点を特定する工程
    と、切断平面内で端点を通過する直線を特定する工程と
    をコンピュータに実現させるプログラムを記憶すること
    を特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。