JP2022122312A - ロボットの動作制御データ生成装置及び動作制御データ生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させつつ作業時間のロスを低減することを少ない教示の手間で実現すること。【解決手段】噴射区間（始点Ａｉから終点Ｂｉ）で塗装ガン１１Ｆ（エンドエフェクタ）を一定速度Ｖ１で移動させながら被塗物３０を塗装する塗装用ロボット１０の動作制御データを生成する制御装置１３であって、制御部１４は、一定速度Ｖ１で移動する塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで減速させた場合に塗装ガン１１Ｆが最大円速度Ｖ２に達する距離を減速距離Ｄとして求め、減速開始位置Ｇｉから移動方向に減速距離Ｄだけ離間した位置を、塗装ガン１１Ｆの減速終了位置Ｅｉとして求める。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットの動作制御データ生成装置及び動作制御データ生成方法に関する。

従来、作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させながら作業対象物に対して所定の作業を行うロボットとして、作業対象物に液材を噴射するロボット、作業対象物を溶接するロボットなどが知られている。作業対象物に噴射する液材としては、液体塗料、粉体塗料、離型剤、潤滑剤、シーリング材などが例示される。

ロボットに作業を行わせる場合は、一般にオペレータがロボットに動作を教示している。例えば特許文献１に記載のロボット制御装置では、教示オペレータがマニピュレータ２を移動させながら、塗装ガン８（エンドエフェクタに相当）の移動軌跡を生成するための教示点Ｐｋ、塗料オンする点Ａｉ、塗料オフする点Ｂｉを教示する。当該ロボット制御装置は、塗料オフ領域では塗装ガン８の動作速度を一定加速度でＶｏｆｆまで加速し、塗料オン領域を一定速度Ｖｏｆｆで移動させる。そして、当該ロボット制御装置は、所定時間経過して塗装ガン８が塗料オン領域を通過すると、動作速度を一定減速度でＶｏｎまで減速する。

上述したように、同文献に記載のロボット制御装置では、教示オペレータは塗料オンする点Ａｉ及び塗料オフする点Ｂｉに加えて、複数の教示点Ｐｋも教示する。同文献の図２に示されているように、当該ロボット制御装置は塗装ガン８を教示点Ｐｋ＋１の近傍まで右に向かって直線的に移動させ、教示点Ｐｋ＋１の近傍で小さな半径の円に沿って下に向きを変える。そして、当該ロボット制御装置は塗装ガン８を下に向かって直線的に移動させ、次の教示点Ｐｋ＋２の近傍で小さな半径の円に沿って左方向に向きを変える。

特開平１１－１８８６８６号公報

前述したように特許文献１に記載のロボット制御装置では教示オペレータが教示点Ｐｋを教示する。しかしながら、教示オペレータが教示点Ｐｋを教示する場合、以下のような問題がある。

例えば同文献の図２に示されている教示点Ｐｋ＋１を教示オペレータが教示する場合、塗料オフする点Ｂ１に近い位置に教示点Ｐｋ＋１を設定すると、点Ｂ１を通過した塗装ガン８を所定の加速度で減速させた場合に、塗装ガン８が教示点Ｐｋ＋１の近傍に達しても右方向への移動速度が十分に低下せず、教示点Ｐｋ＋１を通り過ぎる可能性がある。この場合、ロボット制御装置は、教示点Ｐｋ＋１の近傍で右方向への移動速度が十分に低下しているようにするために、塗装ガン８が点Ｂ１に到達するより前に塗装ガン８の減速を開始しなければならない。点Ｂ１に到達するより前に塗装ガン８の減速を開始すると、塗料オン領域で塗装ガン８の移動速度が変化し、均一な塗膜厚を確保できないという問題がある。

このため、教示オペレータは、塗装ガン８を所定の加速度で減速した場合に教示点Ｐｋ＋１の近傍で塗装ガン８が十分に減速しているために必要な距離を自身で判断し、点Ｂ１から当該判断した距離以上離れた位置に教示点Ｐｋ＋１を設定する必要がある。しかしながら、必要な距離を教示オペレータが正確に判断することは一般に困難である。このため、教示オペレータは安全を見て点Ｂ１から必要以上に遠い位置（すなわち上述した必要な距離以上に離れた位置）に教示点Ｐｋ＋１を設定する可能性がある。しかしながら、必要以上に遠い位置に教示点Ｐｋ＋１を設定すると塗装ガン８の移動距離が長くなり、作業時間のロスが生じるという問題がある。

また、同文献の塗装ガン８は教示点Ｐｋ＋１の近傍で小さな半径の円に沿って下に向きを変えるため、教示点Ｐｋ＋１の近傍で右方向への移動速度を０に近い速度まで減速する必要がある。このため減速に必要な距離が長くなり、作業時間のロスが生じる。また、下に向かって直線的に伸びる区間を移動するときは左右方向への移動速度が０であることから、教示点Ｐｋ＋２の近傍で左方向に向かって移動を開始するときには速度が０の状態から加速する必要がある。このため、左方向への移動速度が目的の速度に到達するまでに長い距離が必要となり、作業時間のロスが生じる。

更に、同文献のロボット制御装置では、教示オペレータは塗料オンする点Ａｉや塗料オフする点Ｂｉだけでなく、複数の教示点Ｐｋも教示しなければならない。このため、塗料オンする点Ａｉや塗料オフする点Ｂｉだけを教示する場合に比べて教示オペレータの手間が大きいという問題もある。

本明細書では、作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させつつ作業時間のロスを低減することを少ない教示の手間で実現できる技術を開示する。

（１）本明細書で開示するロボットの動作制御データ生成装置は、作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させながら作業対象物に対して所定の作業を行うロボットの動作制御データを生成する動作制御データ生成装置であって、互いに平行な複数の前記作業区間を表す作業区間データが記憶される記憶部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記一定速度で移動する前記エンドエフェクタを所定の加速度で加速又は減速させた場合に前記エンドエフェクタが所定の速度に達する距離を加減速距離として求める第１の処理と、前記作業区間データが表す前記作業区間の終点を加減速開始位置とし、又は、前記作業区間の終点から前記エンドエフェクタの移動方向に所定距離離間した位置を加減速開始位置とし、前記加減速開始位置から前記移動方向に前記加減速距離だけ離間した位置を、前記エンドエフェクタの加減速終了位置として求める第２の処理と、前記作業区間の始点から前記加減速開始位置まで前記エンドエフェクタが前記一定速度で移動し、前記加減速開始位置から前記加減速終了位置まで前記エンドエフェクタが前記所定の加速度で加速又は減速し、前記加減速終了位置を起点として前記作業区間の終点から次の前記作業区間の始点までの距離の１／２の距離を半径とする半円状の折り返し経路を前記エンドエフェクタが前記所定の速度で移動するように前記動作制御データを生成する第３の処理と、を実行する。

上記の動作制御データ生成装置によると、上述した一定速度、所定の加速度及び所定の速度から加減速距離を求め、加減速開始位置から加減速距離だけ離間した位置を加減速終了位置とするので、必要以上に遠い位置に加減速終了位置が設定されないようにすることができる。このため、オペレータが安全を見て遠い位置に加減速終了位置を設定する場合に比べてエンドエフェクタの移動経路が短くなり、作業時間のロスを低減できる。

更に、上記の動作制御データ生成装置によると、エンドエフェクタは上述した半円状の折り返し経路を移動するので、小さな半径の円（作業区間の終点から次の作業区間の始点までの距離の１／２の距離より小さい距離を半径とする円）に沿って移動する場合に比べて所定の速度（折り返し経路を移動するときの速度）を速くすることができる。このため、エンドエフェクタを所定の速度まで減速させるために必要な距離が短くなる。そして、エンドエフェクタが折り返し経路の終点に到達したときには所定の速度から加速を開始すればよいため、速度０から加速する場合に比べて速度が一定速度に到達するまでの移動距離も短くてよい。このため作業時間のロスを低減できる。

更に、上記の動作制御データ生成装置によると、作業区間の終点、又は、作業区間の終点から所定距離離間した位置を加減速開始位置とするので、エンドエフェクタが作業区間の終点に到達するより前にエンドエフェクタが加減速を開始しないようにすることができる。このため作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させることができる。

更に、上記の動作制御データ生成装置によると、オペレータは作業区間を教示すればよく、特許文献１に記載の教示点Ｐｋについては教示が不要であるので、オペレータの手間を低減できる。
よって上記の動作制御データ生成装置によると、作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させつつ作業時間のロスを低減することを少ない教示の手間で実現できる。

（２）前記制御部は、前記第３の処理において、前記折り返し経路の終点から次の前記作業区間の始点に向かって前記加減速距離だけ離間した位置まで前記エンドエフェクタが前記所定の加速度で減速又は加速するように前記動作制御データを生成してもよい。

上記の動作制御データ生成装置によると、エンドエフェクタが次の作業区間の始点に到達したときにエンドエフェクタの速度が一定速度に達しているようにすることができる。

（３）前記所定の加速度は、前記エンドエフェクタが直線上を移動するときに加減速可能な最大加速度であってもよい。

上記の動作制御データ生成装置によると、加減速開始位置から加減速終了位置までエンドエフェクタを最大加速度で加速又は減速させるので、エンドエフェクタの速度が所定の速度に達するまでの移動距離を最短にできる。このため、作業時間のロスをより低減できる。

（４）前記所定の速度は前記１／２の距離を半径とする円上を前記エンドエフェクタが移動するときに移動可能な最大速度であってもよい。

上記の動作制御データ生成装置によると、半円状の折り返し経路を最短時間で移動できる。このため、作業時間のロスをより低減できる。

（５）前記制御部は、前記第３の処理において、前記エンドエフェクタが前記作業区間の始点に到達するより前に前記エンドエフェクタに前記作業の開始を指示するように前記動作制御データを生成してもよい。

作業区間データによって表される作業区間の始点にエンドエフェクタが到達したタイミングでエンドエフェクタに作業の開始を指示すると、エンドエフェクタに作業の開始を指示してから実際に作業が開始されるまでのタイムラグによって、実際に作業が開始される位置が、作業区間データによって表される作業区間の始点を通り過ぎた位置になる可能性がある。
上記の動作制御データ生成装置によると、上述したタイムラグを見越して、エンドエフェクタが作業区間の始点に到達するより前に作業の開始を指示するので、実際に作業が開始される位置を、作業区間データによって表される作業区間の始点に一致させること、あるいは作業区間の始点より前にすることができる。

（６）前記所定の作業は、前記作業対象物に液材を噴射する作業であってもよい。

上記の動作制御データ生成装置によると、作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させることができるので、作業区間で液材を均一に噴射できる。

本明細書によって開示される発明は、装置、方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現できる。

実施形態１に係る塗装用ロボットの模式図 制御装置の電気的構成を示すブロック図 塗装ガンの移動経路の一例を示す模式図 塗装ガンの速度の変化を示すグラフ 動作制御データの生成のフローチャート

＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図５によって説明する。以降の説明では図３に示す左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向との両方に直交する方向（紙面に垂直な方向）をＺ方向と定義する。

（１）塗装用ロボットの構成
図１を参照して、実施形態１に係る塗装用ロボット１０（ロボットの一例）について説明する。塗装用ロボット１０は被塗物（作業対象物の一例）に塗料４０（液材の一例）を噴射することによって被塗物を塗装するロボットである。塗装用ロボット１０は多軸のマニピュレータ１１、ティーチングペンダント１２及び制御装置１３（動作制御データ生成装置の一例）を備えている。

マニピュレータ１１は床面に固定される固定ベース１１Ａ、鉛直軸回りに回転可能に固定ベース１１Ａに設けられている旋回ベース１１Ｂ、旋回ベース１１Ｂを回転駆動する図示しないサーボモータ、一端側が旋回ベース１１Ｂに軸支されて軸回りに回動する第１アーム１１Ｃ、第１アーム１１Ｃを回転駆動する図示しないサーボモータ、一端側が第１アーム１１Ｃの他端側に軸支されて軸回りに回動する第２アーム１１Ｄ、第２アーム１１Ｄを回転駆動する図示しないサーボモータ、第２アーム１１Ｄの他端側に設けられ、３自由度（ヨー方向、ロール方向、ピッチ方向）の回転運動が可能な手首部１１Ｅ、手首部１１Ｅの先端側に取り付けられている塗装ガン１１Ｆ、塗装ガン１１Ｆの３次元の位置を検出する図示しないセンサなどを備えている。塗装ガン１１Ｆはエンドエフェクタの一例である。エンドエフェクタは手先効果器と称されることもある。

上述したセンサは、例えば各サーボモータが備えるエンコーダである。エンコーダによって各サーボモータの回転をカウントすることにより、塗装ガン１１Ｆの３次元の位置を検出できる。
マニピュレータ１１は上述した構成によって合計６自由度を有している。塗装ガン１１Ｆはマニピュレータ１１の動作範囲内であれば任意の位置及び姿勢をとることができる。

ティーチングペンダント１２はオペレータが塗装用ロボット１０に動作を教示するための装置である。ティーチングペンダント１２はオペレータが所持する小型の端末であり、制御装置１３と有線接続（又は無線接続）されている。ティーチングペンダント１２は塗料４０の噴射区間（作業区間の一例）の始点を教示するための始点教示ボタンや、噴射区間の終点を教示するための終点教示ボタンなどを備えている。ティーチングペンダント１２を用いた動作の教示についての説明は後述する。

図２を参照して、制御装置１３の電気的構成について説明する。制御装置１３は制御部１４、操作部１５、記憶部１６及びインタフェース部１７を備えている。制御部１４はＣＰＵ１４Ａ及びＲＡＭ１４Ｂを備えている。操作部１５は液晶ディスプレイなどの表示装置、及び、タッチパネル、キーボード、マウスなどの入力装置を備えている。記憶部１６はハードディスクなどの記憶媒体を有している。記憶部１６には塗装用ロボット１０の動作を制御するための動作制御プログラムや動作制御データ等が記憶されている。インタフェース部１７は制御部１４にマニピュレータ１１やティーチングペンダント１２を接続するためのインタフェースである。制御装置１３は記憶部１６に記憶されている動作制御プログラムを実行することによってマニピュレータ１１の動作を制御する。

（２）ティーチングデータの作成
図３において一点鎖線５０は被塗物３０の平坦面３０Ａを塗装するときの塗装ガン１１Ｆの移動経路の一例を示している。移動経路５０においてＰ０は塗装ガン１１Ｆの原点位置を示している。移動経路５０においてＡｉからＢｉまでは塗装ガン１１Ｆが塗料４０を噴射する噴射区間であり、その他の区間は塗料４０を噴射しない非噴射区間である。

図３に示す例では水平方向に延びる複数の噴射区間が上下方向に並列に並んでおり、塗装ガン１１Ｆが噴射区間を移動するときの移動方向が交互に変わる。塗装ガン１１Ｆは、噴射区間を移動するとき、塗膜厚にムラが生じないように一定速度Ｖ_１で移動しながら塗装するものとする。

ティーチングデータ（作業区間データの一例）は上述した各噴射区間の始点Ａｉと終点Ｂｉとが記録されているデータである。ティーチングデータには塗装ガン１１Ｆの向きなどの他のデータも記録されるが、ここでは他のデータについての説明は省略する。
ここではＰＴＰ（Ｐｏｉｎｔ Ｔｏ Ｐｏｉｎｔ）ティーチングによってティーチングデータを作成する場合を例に説明する。ＰＴＰティーチングでは、オペレータは噴射区間の始点Ａｉとする位置に塗装用ロボット１０の塗装ガン１１Ｆを手作業で移動させ、その状態でティーチングペンダント１２の始点教示ボタンを押下する。オペレータが始点教示ボタンを押下すると、その時の塗装ガン１１Ｆの位置がセンサによって取得され、噴射区間の始点Ａｉとしてティーチングデータに記録される。

次に、オペレータは噴射区間の終点とする位置に塗装ガン１１Ｆを手作業で移動させ、その状態で終点教示ボタンを押下する。オペレータが終点教示ボタンを押下すると、その時の塗装ガン１１Ｆの位置がセンサによって取得され、噴射区間の終点Ｂｉとしてティーチングデータに記録される。これを繰り返すことによってティーチングデータが作成される。

（３）動作制御データの生成
制御部１４はティーチングデータに基づいて動作制御データを生成する。動作制御データは、塗装ガン１１Ｆの移動経路５０、移動経路５０上の各区間における塗装ガン１１Ｆの加速度、噴射開始位置、噴射停止位置などが設定されているデータである。動作制御データの生成では、制御部１４は以下に説明する第１の処理、第２の処理及び第３の処理を実行する。

（３－１）第１の処理
図４を参照して、第１の処理について説明する。第１の処理は、速度Ｖ_１で移動する塗装ガン１１Ｆを所定の加速度Ａ［ｍ／ｓ^２］で減速させた場合に、塗装ガン１１Ｆの速度が所定の速度Ｖ_２（＜Ｖ_１）まで減速する距離（以下、減速距離Ｄという）を計算によって求める処理である。減速距離Ｄは加減速距離の一例である。

上述した速度Ｖ_１はオペレータによって指定される。所定の加速度Ａは塗装ガン１１Ｆが直線上を移動するときの加減速可能な最大加速度である。最大加速度は塗装用ロボット１０の特性に応じて予め決まっている。所定の速度Ｖ_２は前の噴射区間の終点Ｂｉと次の噴射区間の始点Ａｉ＋１との距離の１／２の距離Ｒを半径とする円上を塗装ガン１１Ｆが移動するときの移動可能な最大速度（便宜上、最大円速度という）である。距離Ｒが決まると塗装用ロボット１０の特性に応じて最大円速度Ｖ_２が一意に決まる。

図３を参照して、上述した減速距離Ｄの計算について具体的に説明する。制御部１４は以下の式１によって距離Ｒを計算する。式１において（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）は噴射区間の終点Ｂｉの３次元座標であり、（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）は次の噴射区間の始点Ａｉ＋１の３次元座標である。

ここで、被塗物３０の平坦面３０Ａが鉛直線を含む平面である場合は、距離Ｒは単純にＹ_２とＹ_１との差の１／２の距離である。しかしながら、被塗物３０の平坦面３０Ａは鉛直線に対して傾いている場合もある。このため、制御部１４は３次元空間上の２点間の距離を２で除算することによって距離Ｒを求める。制御部１４は求めた距離Ｒから最大円速度Ｖ_２を特定する。
そして、制御部１４は以下の式２から式４によって減速距離Ｄを計算する。具体的には、加速度Ａは式２に示すように表される。

_/

式２を変形することにより、塗装ガン１１Ｆが減速距離Ｄを移動する時間ｔは式３に示すように表される。

距離、速度、加速度及び時間の関係は以下の式４によって表される。

制御部１４は式３によって時間ｔを求め、速度Ｖ_１、最大加速度Ａ及び時間ｔを式４に代入することによって減速距離Ｄを計算する。

（３－２）第２の処理
図３を参照して、第２の処理について説明する。第２の処理は、１つの噴射区間の終点Ｂｉから塗装ガン１１Ｆの移動方向に所定距離離間した位置を減速開始位置Ｇｉ（加減速開始位置の一例）とし、減速開始位置Ｇｉから移動方向に減速距離Ｄだけ離間した位置を、塗装ガン１１Ｆの減速終了位置Ｅｉ（加減速終了位置の一例）として求める処理である。
ここで、噴射区間の終点Ｂｉから所定距離離間した位置を減速開始位置Ｇｉとしている理由は、終点Ｂｉに到達した塗装ガン１１Ｆが減速を開始するまでにある程度のマージンを持たせるためである。

（３－３）第３の処理
図３を参照して、第３の処理について説明する。第３の処理は、噴射区間の始点Ａｉから減速開始位置Ｇｉまで塗装ガン１１Ｆが速度Ｖ_１で移動し、減速開始位置Ｇｉから減速終了位置Ｅｉまで塗装ガン１１Ｆが最大加速度Ａで減速し、前述した距離Ｒを半径とする半円状の折り返し経路Ｈｉを塗装ガン１１Ｆが最大円速度Ｖ_２で移動するように動作制御データを生成する処理である。
図３において加速終了位置Ｋｉ（ｉ≧２）は、直前の折り返し経路Ｈｉ－１の終点から次の噴射区間の始点Ａｉに向かって減速距離Ｄだけ離間した位置である。制御部１４は、折り返し経路Ｈｉ－１の終点から次の噴射区間の手前の加速終了位置Ｋｉまで塗装ガン１１Ｆが最大加速度Ａで加速するように動作制御データを生成する。

以下、第３の処理について具体的に説明する。第３の処理では、制御部１４は動作制御データに塗装ガン１１Ｆの移動経路５０、移動経路５０上の各区間における塗装ガン１１Ｆの加速度、噴射開始位置及び噴射停止位置を設定する。

（３－３－１）塗装ガンの移動経路の設定
塗装ガン１１Ｆの移動経路５０の設定では、制御部１４は以下の（Ａ１）から（Ａ８）を設定する。

（Ａ１）制御部１４は、最初の噴射区間の始点Ａ１から、塗装ガン１１Ｆが当該最初の噴射区間を移動するときの移動方向とは逆側（図３において左側）に向かって所定距離離間した位置を最初の加速終了位置Ｋ１として設定する。

（Ａ２）制御部１４は速度０の塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで速度Ｖ_１まで加速するために必要な距離を計算し、最初の加速終了位置Ｋ１から上述した逆側に向かって当該計算した距離だけ離間した位置を塗装ガン１１Ｆの原点位置Ｐ０として設定する。

（Ａ３）制御部１４は噴射区間の終点Ｂｉから塗装ガン１１Ｆの移動方向に所定距離離間した位置を減速開始位置Ｇｉとして設定する。

（Ａ４）制御部１４は第２の処理で求めた位置（すなわち減速開始位置Ｇｉから塗装ガン１１Ｆの移動方向に減速距離Ｄだけ離間した位置）を減速終了位置Ｅｉとして設定する。以降の説明では減速開始位置Ｇｉから減速終了位置Ｅｉまでの区間を減速区間という。

（Ａ５）制御部１４は、減速終了位置Ｅｉを起点とする折り返し経路Ｈｉであって、前述した１／２の距離Ｒを半径とする半円状の折り返し経路Ｈｉを設定する。

（Ａ６）制御部１４は折り返し経路Ｈｉの終点を加速開始位置Ｓｉとして設定する。

（Ａ７）制御部１４は加速開始位置Ｓｉ（折り返し経路Ｈｉの終点）から次の噴射区間の始点Ａｉ＋１に向かって減速距離Ｄだけ離間した位置を加速終了位置Ｋｉ＋１として設定する。以降の説明では加速開始位置Ｓｉから加速終了位置Ｋｉ＋１までの区間を加速区間という。

（Ａ８）制御部１４は速度Ｖ_１の塗装ガン１１Ｆを速度０まで最大加速度Ａで減速するために必要な距離を計算し、最後の減速開始位置Ｇ６から、塗装ガン１１Ｆが最後の噴射区間を移動するときの移動方向（図３において左側）に向かって当該計算した距離だけ離間した位置を塗装ガン１１Ｆの停止位置Ｐ１として設定する。

（３－３－２）移動経路上の各区間における塗装ガンの加速度の設定
塗装ガン１１Ｆの加速度の設定では、制御部１４は以下の（Ｂ１）から（Ｂ６）を設定する。

（Ｂ１）制御部１４は原点位置Ｐ０から最初の加速終了位置Ｋ１までの区間の加速度を最大加速度Ａに設定する。原点位置Ｐ０から最初の加速終了位置Ｋ１までの距離は速度０の塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで加速したときに速度Ｖ_１に達する距離であるので、塗装ガン１１Ｆが最初の加速終了位置Ｋ１に到達したとき、塗装ガン１１Ｆは速度Ｖ_１に達している。

（Ｂ２）制御部１４は加速終了位置Ｋｉから減速開始位置Ｇｉまでの区間の加速度を０に設定する。加速度０のため、塗装ガン１１Ｆは当該区間を速度Ｖ_１で定速移動する。

（Ｂ３）制御部１４は減速区間（減速開始位置Ｇｉから減速終了位置Ｅｉまでの区間）の加速度を最大加速度Ａに設定する。減速区間の距離は速度Ｖ_１で移動する塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで減速したときに塗装ガン１１Ｆの速度が速度Ｖ_２まで低下する距離であるので、塗装ガン１１Ｆが減速終了位置Ｅｉに到達したとき、塗装ガン１１Ｆの速度は速度Ｖ_２まで低下している。

（Ｂ４）制御部１４は折り返し経路Ｈｉの加速度を０に設定する。加速度０のため、塗装ガン１１Ｆは折り返し経路Ｈｉを最大円速度Ｖ_２で定速移動する。

（Ｂ５）制御部１４は加速区間（加速開始位置Ｓｉから加速終了位置Ｋｉ＋１）の加速度を最大加速度Ａに設定する。加速開始位置Ｓｉから加速終了位置Ｋｉ＋１までの距離は速度Ｖ_２で移動する塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで加速したときに塗装ガン１１Ｆの速度が速度Ｖ_１に達する距離であるので、塗装ガン１１Ｆが加速終了位置Ｋｉ＋１に到達したとき、塗装ガン１１Ｆの速度は速度Ｖ_１に達している。

（Ｂ６）制御部１４は最後の噴射区間の減速開始位置Ｇ６から停止位置Ｐ１までの区間（塗装ガン１１Ｆを減速させる区間）の加速度を最大加速度Ａに設定する。

（３－３－３）噴射開始位置及び噴射停止位置の設定
制御部１４は、塗装ガン１１Ｆに噴射を指示してから実際に塗料４０が噴射され始めるまでのタイムラグを見越して、オペレータが教示した噴射区間の始点Ａｉより前に噴射開始位置を設定する。どの程度前に噴射開始位置を設定するかは塗装用ロボット１０の特性などに応じて適宜に決定可能である。オペレータが教示した始点Ａｉより前に噴射開始位置を設定するので、実際に塗装を行うときは、オペレータが教示した始点Ａｉに塗装ガン１１Ｆが到達するより前に塗装ガン１１Ｆに噴射が指示される。

噴射停止位置Ｂｉについても同様である。ただし、噴射を停止するタイミングが多少遅れても塗装品質への影響は少ないため、噴射停止位置についてはオペレータが教示した終点Ｂｉをそのまま設定してもよい。

（３－４）動作制御データの生成のフロー
図５を参照して、動作制御データの生成のフローについて説明する。動作制御データの生成はオペレータが操作部１５を操作して動作制御データの生成を指示すると開始される。オペレータは動作制御データの生成を指示するとき、前述した速度Ｖ_１を指定するものとする。なお、速度Ｖ_１は予めティーチングデータに設定されていてもよい。

Ｓ１０１では、制御部１４は前述した式１により、噴射区間の終点Ｂｉと次の噴射区間の始点Ａｉ＋１との距離の１／２の距離Ｒを計算する。
Ｓ１０２では、制御部１４は距離Ｒを半径とする円上を塗装ガン１１Ｆが移動するときの移動可能な最大円速度Ｖ_２を求める。

Ｓ１０３では、制御部１４は前述した式３及び式４によって減速距離Ｄを求める。
Ｓ１０４では、制御部１４は塗装ガン１１Ｆの減速終了位置Ｅｉを求める。
Ｓ１０５では、制御部１４は動作制御データに塗装ガン１１Ｆの移動経路５０を設定する。具体的には、制御部１４は前述した（Ａ１）から（Ａ８）を設定する。

Ｓ１０６では、制御部１４は動作制御データに各区間の加速度を設定する。具体的には、制御部１４は前述した（Ｂ１）から（Ｂ６）を設定する。
Ｓ１０７では、制御部１４は動作制御データに塗装ガン１１Ｆの噴射開始位置及び噴射停止位置を設定する。

（４）実施形態の効果
制御装置１３によると、速度Ｖ_１、最大加速度Ｖ_１及び最大円速度Ｖ_２から減速距離Ｄを求め、減速開始位置Ｇｉから減速距離Ｄだけ離間した位置を減速終了位置Ｅｉとするので、必要以上に遠い位置に減速終了位置Ｅｉが設定されないようにすることができる。このため、オペレータが安全を見て遠い位置に減速終了位置Ｅｉを設定する場合に比べて移動経路５０が短くなり、作業時間のロスを低減できる。

更に、制御装置１３によると、塗装ガン１１Ｆは半径Ｒの半円状の折り返し経路Ｈｉを移動するので、小さな半径の円に沿って移動する場合に比べて折り返し経路Ｈｉを移動するときの速度Ｖ_２を速くすることができる。このため、塗装ガン１１Ｆを速度Ｖ_２まで減速させるために必要な距離が短くなる。そして、塗装ガン１１Ｆが折り返し経路Ｈｉの終点（加速開始位置Ｓｉ）に到達したときには速度Ｖ_２から加速を開始すればよいため、速度０から加速する場合に比べて速度Ｖ_１に到達するまでの移動距離も短くてよい。このため作業時間のロスを低減できる。

更に、制御装置１３によると、噴射区間の終点Ｂｉから所定距離離間した位置を減速開始位置Ｇｉとするので、塗装ガン１１Ｆが終点Ｂｉに到達するより前に塗装ガン１１Ｆが減速を開始しないようにすることができる。このため、噴射区間で塗料４０を均一に噴射できる。

更に、制御装置１３によると、オペレータは噴射区間を教示すればよく、特許文献１に記載の教示点Ｐｋについては教示が不要であるので、オペレータの手間を低減できる。
よって制御装置１３によると、噴射区間で塗料４０を均一に噴射しつつ作業時間のロスを低減することを少ない教示の手間で実現できる。

制御装置１３によると、折り返し経路Ｈｉの終点（加速開始位置Ｓｉ）から加速終了位置Ｋｉ＋１まで塗装ガン１１Ｆが最大加速度Ａで加速するように動作制御データを生成するので、塗装ガン１１Ｆが次の噴射区間の始点Ａｉ＋１に到達したときに塗装ガン１１Ｆが速度Ｖ_１に達しているようにすることができる。

制御装置１３によると、減速開始位置Ｇｉから減速終了位置Ｅｉまで塗装ガン１１Ｆを最大加速度Ａで減速させるので、塗装ガン１１Ｆの速度が最大円速度Ｖ_２に達するまでの移動距離を最短にできる。このため、作業時間のロスをより低減できる。

制御装置１３によると、所定の速度Ｖ_２は１／２の距離Ｒを半径とする円上を塗装ガン１１Ｆが移動するときに移動可能な最大速度であるので、半円状の折り返し経路を最短時間で移動できる。このため、作業時間のロスをより低減できる。

制御装置１３によると、実際に塗料４０の噴射が開始される位置を、ティーチングデータによって表される噴射区間の始点Ａｉに一致させること、あるいは噴射区間の始点Ａｉより前にすることができる。これにより、噴射区間の塗膜厚をより確実に均一化できる。

制御装置１３によると、噴射区間で塗装ガン１１Ｆを一定速度Ｖ_１で移動させることができるので、噴射区間で塗料を均一に噴射できる。このため均一な塗膜厚を確保できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では速度Ｖ_１が最大円速度Ｖ_２より大きい場合を例に説明したが、速度Ｖ_１は最大円速度Ｖ_２より小さくてもよい。例えば噴射する塗料４０の種類によっては塗装ガン１１Ｆを最大円速度Ｖ_２より遅い速度で移動させる場合もある。その場合は噴射区間を通過した後に塗装ガン１１Ｆが最大円速度Ｖ_２まで加速され、最大円速度Ｖ_２で折り返し経路を移動した後、速度Ｖ_１まで減速されることになる。

（２）上記実施形態では噴射区間の終点Ｂｉから塗装ガン１１Ｆの移動方向に所定距離離間した位置を減速開始位置Ｇｉとしているが、終点Ｂｉを減速開始位置Ｇｉとしてもよい。このようにすると噴射区間の終点Ｂｉから減速開始位置Ｇｉまでの区間が不要になるので移動経路５０をより短くできる。

（３）上記実施形態では所定の加速度Ａとして直線上を移動するときに加減速可能な最大加速度を例に説明したが、所定の加速度Ａは必ずしも最大加速度Ａでなくてもよい。

（４）上記実施形態では所定の速度Ｖ_２として半径Ｒの円上を移動するときに移動可能な最大速度を例に説明したが、所定の速度Ｖ_２は必ずしも最大速度でなくてもよい。

（５）上記実施形態ではオペレータがティーチングペンダント１２を用いて教示する場合を例に説明したが、教示用の模擬的な手吹き塗装ガンを用いて教示してもよい。例えばオペレータが教示用の手吹き塗装ガンのトリガを引くとカメラで塗装ガンの位置を検出してその位置を噴射区間の始点として記録し、オペレータがトリガを戻すとカメラで塗装ガンの位置を検出してその位置を噴射区間の終点として記録してもよい。

ここで、前述したティーチングペンダント１２を用いた教示ではオペレータが塗装ガン１１Ｆを手作業で移動させる。塗装用ロボット１０の塗装ガン１１Ｆを手作業で移動させる場合は、各噴射区間の幅や隣り合う噴射区間の間隔を揃えることや、複数の噴射区間を完全に平行にすることが比較的容易である。これに対し、教示用の手吹き塗装ガンを用いる場合は各噴射区間の幅がばらついていたり、隣り合う噴射区間の間隔がばらついていたり、各噴射区間が完全に平行でなかったりすることもある。その場合は、各噴射区間の幅及び隣り合う噴射区間の間隔が等しく、且つ、全ての噴射区間が平行になるように制御装置１３がティーチングデータを補正してもよい。

（６）上記実施形態では塗装用ロボット１０の制御装置１３が動作制御データを生成する場合を例に説明したが、外部のコンピュータで動作制御データを生成し、生成した動作制御データを制御装置１３の記憶部１６に記憶させてもよい。

（７）上記実施形態ではエンドエフェクタとして塗装用ロボット１０が備える塗装ガン１１Ｆを例に説明したが、エンドエフェクタはこれに限られない。例えば、エンドエフェクタは作業対象物に粉体塗料、離型剤、潤滑剤、シーリング材などの液材を噴射するものであってもよいし、作業対象物を溶接するものであってもよい。

（８）上記実施形態ではロボットがマニピュレータ１１を備えている場合を例に説明したが、ロボットは必ずしもマニピュレータ１１を備えていなくてもよい。

（９）上記実施形態は以下の付記項に示す発明として把握することもできる。
［付記項１］
作業区間でエンドエフェクタを移動させながら作業対象物に対して所定の作業を行うロボットの動作制御データを生成する動作制御データ生成装置であって、
前記作業区間を表す作業区間データが記憶される記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記作業区間データが表す前記作業区間の始点に前記エンドエフェクタが到達するより前に前記エンドエフェクタに作業の開始を指示するように前記動作制御データを生成する、ロボットの動作制御データ生成装置。

１０：塗装用ロボット（ロボットの一例）
１１Ｆ：塗装ガン（エンドエフェクタの一例）
１３：制御装置（動作制御データ生成装置の一例）
１４：制御部
１６：記憶部
Ｇｉ：減速開始位置（加減速開始位置の一例）
Ｅｉ：減速終了位置（加減速終了位置の一例）
Ａｉ：噴射区間の始点
Ｂｉ：噴射区間の終点
Ｈｉ：折り返し経路

Claims (7)

1. 作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させながら作業対象物に対して所定の作業を行うロボットの動作制御データを生成する動作制御データ生成装置であって、
   互いに平行な複数の前記作業区間を表す作業区間データが記憶される記憶部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記一定速度で移動する前記エンドエフェクタを所定の加速度で加速又は減速させた場合に前記エンドエフェクタが所定の速度に達する距離を加減速距離として求める第１の処理と、
   前記作業区間データが表す前記作業区間の終点を加減速開始位置とし、又は、前記作業区間の終点から前記エンドエフェクタの移動方向に所定距離離間した位置を加減速開始位置とし、前記加減速開始位置から前記移動方向に前記加減速距離だけ離間した位置を、前記エンドエフェクタの加減速終了位置として求める第２の処理と、
   前記作業区間の始点から前記加減速開始位置まで前記エンドエフェクタが前記一定速度で移動し、前記加減速開始位置から前記加減速終了位置まで前記エンドエフェクタが前記所定の加速度で加速又は減速し、前記加減速終了位置を起点として前記作業区間の終点から次の前記作業区間の始点までの距離の１／２の距離を半径とする半円状の折り返し経路を前記エンドエフェクタが前記所定の速度で移動するように前記動作制御データを生成する第３の処理と、
   を実行する、ロボットの動作制御データ生成装置。
2. 請求項１に記載のロボットの動作制御データ生成装置であって、
   前記制御部は、前記第３の処理において、前記折り返し経路の終点から次の前記作業区間の始点に向かって前記加減速距離だけ離間した位置まで前記エンドエフェクタが前記所定の加速度で減速又は加速するように前記動作制御データを生成する、ロボットの動作制御データ生成装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のロボットの動作制御データ生成装置であって、
   前記所定の加速度は、前記エンドエフェクタが直線上を移動するときに加減速可能な最大加速度である、ロボットの動作制御データ生成装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボットの動作制御データ生成装置であって、
   前記所定の速度は前記１／２の距離を半径とする円上を前記エンドエフェクタが移動するときに移動可能な最大速度である、ロボットの動作制御データ生成装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロボットの動作制御データ生成装置であって、
   前記制御部は、前記第３の処理において、前記エンドエフェクタが前記作業区間の始点に到達するより前に前記エンドエフェクタに前記作業の開始を指示するように前記動作制御データを生成する、ロボットの動作制御データ生成装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロボットの動作制御データ生成装置であって、
   前記所定の作業は、前記作業対象物に液材を噴射する作業である、ロボットの動作制御データ生成装置。
7. 作業区間でエンドエフェクタを一定速度で移動させながら作業対象物に対して所定の作業を行うロボットの動作制御データを生成する動作制御データ生成方法であって、
   前記一定速度で移動する前記エンドエフェクタを所定の加速度で加速又は減速させた場合に前記エンドエフェクタが所定の速度に達する距離を加減速距離として求める第１の工程と、
   互いに平行な複数の作業区間を表す作業区間データが表す前記作業区間の終点を加減速開始位置とし、又は、前記作業区間の終点から前記エンドエフェクタの移動方向に所定距離離間した位置を加減速開始位置とし、前記加減速開始位置から前記移動方向に前記加減速距離だけ離間した位置を、前記エンドエフェクタの加減速終了位置として求める第２の工程と、
   前記作業区間の始点から前記加減速開始位置まで前記エンドエフェクタが前記一定速度で移動し、前記加減速開始位置から前記加減速終了位置まで前記エンドエフェクタが前記所定の加速度で加速又は減速し、前記加減速終了位置を起点として前記作業区間の終点から次の前記作業区間の始点までの距離の１／２の距離を半径とする半円状の折り返し経路を前記エンドエフェクタが前記所定の速度で移動するように前記動作制御データを生成する第３の工程と、
   を含む、ロボットの動作制御データ生成方法。

Images