JP2023031611A - ロボットの教示方法および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの形状に応じたロボットの教示の適切な方法を提供する。
【解決手段】ロボットの教示方法は、液体を吐出するヘッドと立体的なワークとの相対的な位置および姿勢を印刷経路情報に基づいて変化させる。ロボットの教示方法は、ワークの形状を複数のポリゴンによって表す３次元データを取得する第１ステップと、３次元データと同一の座標系で表される仮想平面を指定する第２ステップと、複数のポリゴンのうち、仮想平面と交差するポリゴンである複数の交差ポリゴンを特定する第３ステップと、複数の交差ポリゴンに基づいて、印刷経路情報の示す位置を設定する第４ステップと、を含む。
【選択図】図５

Description

本開示は、ロボットの教示方法および情報処理装置に関する。

ロボットを用いて立体的なワークの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のシステムは、ロボットと、ロボットに配置される印刷ヘッドと、を有し、物体の湾曲した表面に対して印刷ヘッドからインク滴を噴射させる。

特許文献１には、物体表面の領域を三次元で測定するステップと、当該領域に対応する空間ポイントの集合を作成するステップと、当該領域に対応する三次元のネットを作成するステップと、ロボットを運動させるための三次元経路を作成するステップと、を有する方法が開示される。

特表２０１５－５２００１１号公報

特許文献１には、三次元経路を作成するステップの具体的な方法について開示がない。ロボットを用いてワークの表面に高画質な印刷を行うには、ワークの形状に応じたロボットの教示の適切な方法の実現が望まれる。

以上の課題を解決するために、本開示に係るロボットの教示方法の一態様は、液体を吐出するヘッドと立体的なワークとの相対的な位置および姿勢を印刷経路情報に基づいて変化させるロボットの教示方法であって、前記ワークの形状を複数のポリゴンによって表す３次元データを取得する第１ステップと、前記３次元データと同一の座標系で表される仮想平面を指定する第２ステップと、前記複数のポリゴンのうち、前記仮想平面と交差するポリゴンである複数の交差ポリゴンを特定する第３ステップと、前記複数の交差ポリゴンに基づいて、前記印刷経路情報の示す位置を設定する第４ステップと、を含む。

本開示に係る情報処理装置の一態様は、液体を吐出するヘッドと立体的なワークとの相対的な位置および姿勢を変化させるロボットの動作の制御に用いられる印刷経路情報を生成する情報処理装置であって、前記ワークの形状を複数のポリゴンによって表す３次元データを取得する第１ステップと、前記３次元データと同一の座標系で表される仮想平面を指定する第２ステップと、前記複数のポリゴンのうち、前記仮想平面と交差するポリゴンである複数の交差ポリゴンを特定する第３ステップと、前記複数の交差ポリゴンに基づいて前記印刷経路情報の示す位置を設定する第４ステップと、を実行する。

実施形態に係るロボットの教示方法に用いる立体物印刷装置の概略を示す斜視図である。 実施形態に係るロボットの教示方法に用いる立体物印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 ヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。 ロボットの印刷動作の一例を説明するための図である。 実施形態に係るロボットの教示方法を示すフローチャートである。 第１ステップでの３次元データの取得を説明するための図である。 第２ステップでの仮想平面の指定を説明するための図である。 第３ステップでの交差ポリゴンの特定を説明するための図である。 第４ステップでの位置の設定を説明するための図である。 第４ステップでの複数の交点の間の補間を説明するための図である。 第４ステップでの有効交点および無効交点を説明するための図である。 第５ステップでの姿勢の設定を説明するための図である。 第５ステップでの複数の交点ベクトルの間の補間を説明するための図である。 第５ステップでの有効交点ベクトルおよび無効交点ベクトルを説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

以下の説明は、便宜上、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、以下の説明では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向と反対の方向がＸ２方向である。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向がＹ１方向およびＹ２方向である。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向がＺ１方向およびＺ２方向である。

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述のロボット２が設置される空間に設定されるワールド座標系の座標軸に相当する。典型的には、Ｚ軸が鉛直な軸であり、Ｚ２方向が鉛直方向での下方向に相当する。当該ワールド座標系には、ロボット２の後述の基部２１０の位置を基準とするベース座標系がキャリブレーションにより対応付けられる。以下では、便宜上、ワールド座標系をロボット座標系として用いてロボット２の動作を制御する場合が例示される。

なお、Ｚ軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、直交しない場合もある。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が８０°以上１００°以下の範囲内の角度で互いに交差すればよい。

１－１．立体物印刷装置の概略
図１は、実施形態に係るロボット２の教示方法に用いる立体物印刷装置１の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置１は、立体的なワークＷの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置である。

ワークＷは、印刷対象となる面ＷＦを有する。図１に示す例では、面ＷＦが曲率の異なる複数の部分を有する凸状の曲面である。印刷時のワークＷは、必要に応じて、例えば、所定の設置台、ロボットハンドまたはコンベアー等の構造体により支持される。なお、印刷対象は、ワークＷが有する複数の面のうち面ＷＦ以外の面でもよい。また、ワークＷの大きさ、形状または設置姿勢は、図１に示す例に限定されず、任意である。

図１に示すように、立体物印刷装置１は、ロボット２とヘッドユニット３とコントローラー５と配管部１０と配線部１１とを有する。以下、まず、これらを順に簡単に説明する。

ロボット２は、ワールド座標系でのヘッドユニット３の位置および姿勢を変化させるロボットである。図１に示す例では、ロボット２は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。

図１に示すように、ロボット２は、基部２１０と腕部２２０とを有する。

基部２１０は、腕部２２０を支持する台である。図１に示す例では、基部２１０は、Ｚ１方向を向く床面または基台等の設置面にネジ止め等により固定される。なお、基部２１０が固定される設置面は、いかなる方向を向く面でもよく、図１に示す例に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車等が有する面でもよい。

腕部２２０は、基部２１０に取り付けられる基端と、当該基端に対して３次元的に位置および姿勢を変化させる先端と、を有する６軸のロボットアームである。具体的には、腕部２２０は、リンクとも称されるアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５および２２６を有し、これらがこの順に連結される。

アーム２２１は、基部２１０に対して回動軸Ｏ１まわりに回動可能に関節部２３０＿１を介して連結される。アーム２２２は、アーム２２１に対して回動軸Ｏ２まわりに回動可能に関節部２３０＿２を介して連結される。アーム２２３は、アーム２２２に対して回動軸Ｏ３まわりに回動可能に関節部２３０＿３を介して連結される。アーム２２４は、アーム２２３に対して回動軸Ｏ４まわりに回動可能に関節部２３０＿４を介して連結される。アーム２２５は、アーム２２４に対して回動軸Ｏ５まわりに回動可能に関節部２３０＿５を介して連結される。アーム２２６は、アーム２２５に対して回動軸Ｏ６まわりに回動可能に関節部２３０＿６を介して連結される。

関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれは、基部２１０およびアーム２２１～２２６のうち互いに隣り合う２つの部材の一方を他方に対して回動可能に連結する機構である。なお、以下では、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれを「関節部２３０」という場合がある。

図１では図示しないが、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれには、対応する当該互いに隣り合う２つの部材の一方を他方に対して回動させる駆動機構が設けられる。当該駆動機構は、例えば、当該回動のための駆動力を発生させるモーターと、当該駆動力を減速して出力する減速機と、当該回動の角度等の動作量を検出するロータリーエンコーダー等のエンコーダーと、を有する。なお、関節部２３０＿１～２３０＿６の当該駆動機構の集合体は、後述の図２に示すアーム駆動機構２ａに相当する。

回動軸Ｏ１は、基部２１０が固定される図示しない設置面に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ２は、回動軸Ｏ１に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ３は、回動軸Ｏ２に対して平行な軸である。回動軸Ｏ４は、回動軸Ｏ３に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ５は、回動軸Ｏ４に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ６は、回動軸Ｏ５に対して垂直な軸である。

なお、これらの回動軸について、「垂直」とは、２つの回動軸のなす角度が厳密に９０°である場合のほか、２つの回動軸のなす角度が９０°から±５°程度の範囲内でずれる場合も含む。同様に、「平行」とは、２つの回動軸が厳密に平行である場合のほかに、２つの回動軸の一方が他方に対して±５°程度の範囲内で傾斜する場合も含む。

以上のロボット２の腕部２２０の最も先端に位置するアーム２２６には、エンドエフェクターとして、ヘッドユニット３がネジ止め等により固定された状態で装着される。

ヘッドユニット３は、「液体」の一例であるインクをワークＷに向けて吐出するヘッド３ａを有するアセンブリーである。本実施形態では、ヘッドユニット３は、ヘッド３ａのほか、圧力調整弁３ｂとエネルギー出射部３ｃとを有する。なお、ヘッドユニット３の詳細については、後に図３に基づいて説明する。

当該インクとしては、特に限定されず、例えば、水系溶媒に染料または顔料等の色材を溶解させた水系インク、紫外線硬化型等の硬化性樹脂を用いた硬化性インク、および、有機溶剤に染料または顔料等の色材を溶解させた溶剤系インク等が挙げられる。中でも、硬化性インクが好適に用いられる。硬化性インクは、特に限定されず、例えば、熱硬化型、光硬化型、放射線硬化型および電子線硬化型等のいずれでもよいが、紫外線硬化型等の光硬化型が好適である。なお、当該インクは、溶液に限定されず、分散媒に色材等を分散質として分散させたインクでもよい。また、当該インクは、色材を含むインクに限定されず、例えば、配線等を形成するための金属粒子等の導電性粒子を分散質として含むインクでもよいし、クリアインクでもよいし、ワークＷの表面処理のための処理液でもよい。

ヘッドユニット３には、配管部１０および配線部１１のそれぞれが接続される。配管部１０は、図示しないインクタンクからのインクをヘッドユニット３に供給する配管または配管群である。配線部１１は、ヘッド３ａを駆動する電気信号を供給する配線または配線群である。

コントローラー５は、ロボット２の駆動を制御するロボットコントローラーである。以下、図２に基づいて、立体物印刷装置１の電気的な構成について、コントローラー５の詳細な説明を含めて説明する。

１－２．立体物印刷装置の電気的な構成
図２は、実施形態に係るロボットの教示方法に用いる立体物印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。
図２では、立体物印刷装置１の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。図２に示すように、立体物印刷装置１は、前述の図１に示す構成要素のほか、コントローラー５に通信可能に接続される制御モジュール６と、コントローラー５および制御モジュール６に通信可能に接続されるコンピューター７と、を有する。コンピューター７は、「情報処理装置」の一例である。

なお、図２に示す電気的な各構成要素は、適宜に分割されてもよいし、一部が他の構成要素に含まれてもよいし、他の構成要素と一体で構成されてもよい。例えば、コントローラー５または制御モジュール６の機能の一部または全部は、コンピューター７により実現されてもよいし、ＬＡＮ（Local Area Network）またはインターネット等のネットワークを介してコントローラー５に接続されるＰＣ（personal computer）等の他の外部装置により実現されてもよい。

コントローラー５は、ロボット２の駆動を制御する機能と、ヘッドユニット３でのインクの吐出動作をロボット２の動作に同期させるための信号Ｄ３を生成する機能と、を有する。

コントローラー５は、記憶回路５ａと処理回路５ｂとを有する。

記憶回路５ａは、処理回路５ｂが実行する各種プログラムと、処理回路５ｂが処理する各種データと、を記憶する。記憶回路５ａは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性のメモリーとＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）またはＰＲＯＭ（Programmable ROM）等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。なお、記憶回路５ａの一部または全部は、処理回路５ｂに含まれてもよい。

記憶回路５ａには、印刷経路情報Ｄａが記憶される。印刷経路情報Ｄａは、ロボット２の動作の制御に用いられ、ヘッド３ａの移動すべき経路におけるヘッド３ａの位置および姿勢を示す情報である。印刷経路情報Ｄａは、例えば、ベース座標系またはワールド座標系の座標値を用いて表される。印刷経路情報Ｄａは、後述のロボット２の教示方法において、ワークＷの形状を示す３次元データＤｂに基づいて、コンピューター７により生成される。印刷経路情報Ｄａは、コンピューター７から記憶回路５ａに入力される。なお、印刷経路情報Ｄａは、ワーク座標系の座標値を用いて表されてもよい。この場合、印刷経路情報Ｄａは、ワーク座標系の座標値からベース座標系またはワールド座標系の座標値に変換した後にロボット２の動作の制御に用いられる。

処理回路５ｂは、印刷経路情報Ｄａに基づいてロボット２のアーム駆動機構２ａの動作を制御するとともに、信号Ｄ３を生成する。処理回路５ｂは、例えば、１個以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを含む。なお、処理回路５ｂは、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

ここで、アーム駆動機構２ａは、前述の関節部２３０＿１～２３０＿６の駆動機構の集合体であり、関節部２３０ごとに、ロボット２の関節部を駆動するためのモーターと、ロボット２の関節部の回転角度を検出するエンコーダーと、を有する。

処理回路５ｂは、印刷経路情報Ｄａをロボット２の各関節部２３０の回転角度および回転速度等の動作量に変換する演算である逆運動学計算を行う。そして、処理回路５ｂは、各関節部２３０の実際の回転角度および回転速度等の動作量が印刷経路情報Ｄａに基づく前述の演算結果となるように、アーム駆動機構２ａの各エンコーダーからの出力Ｄ１に基づいて、制御信号Ｓｋ１を出力する。制御信号Ｓｋ１は、アーム駆動機構２ａのモーターの駆動を制御するための信号である。ここで、制御信号Ｓｋ１は、必要に応じて、図示しない距離センサーからの出力に基づいて処理回路５ｂにより補正される。

また、処理回路５ｂは、アーム駆動機構２ａの複数のエンコーダーのうちの少なくとも１つからの出力Ｄ１に基づいて、信号Ｄ３を生成する。例えば、処理回路５ｂは、当該複数のエンコーダーのうちの１つからの出力Ｄ１が所定値となるタイミングのパルスを含むトリガー信号を信号Ｄ３として生成する。

制御モジュール６は、コントローラー５から出力される信号Ｄ３とコンピューター７からの印刷データとに基づいて、ヘッドユニット３でのインクの吐出動作を制御する回路である。制御モジュール６は、タイミング信号生成回路６ａと電源回路６ｂと制御回路６ｃと駆動信号生成回路６ｄとを有する。

タイミング信号生成回路６ａは、信号Ｄ３に基づいてタイミング信号ＰＴＳを生成する。タイミング信号生成回路６ａは、例えば、信号Ｄ３の検出を契機としてタイミング信号ＰＴＳの生成を開始するタイマーで構成される。

電源回路６ｂは、図示しない商用電源から電力の供給を受け、所定の各種電位を生成する。生成した各種電位は、制御モジュール６およびヘッドユニット３の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路６ｂは、電源電位ＶＨＶとオフセット電位ＶＢＳとを生成する。オフセット電位ＶＢＳは、ヘッドユニット３に供給される。また、電源電位ＶＨＶは、駆動信号生成回路６ｄに供給される。

制御回路６ｃは、タイミング信号ＰＴＳに基づいて、制御信号ＳＩと波形指定信号ｄＣｏｍとラッチ信号ＬＡＴとクロック信号ＣＬＫとチェンジ信号ＣＮＧとを生成する。これらの信号は、タイミング信号ＰＴＳに同期する。これらの信号のうち、波形指定信号ｄＣｏｍは、駆動信号生成回路６ｄに入力され、それ以外の信号は、ヘッドユニット３のスイッチ回路３ｅに入力される。

制御信号ＳＩは、ヘッドユニット３のヘッド３ａが有する駆動素子の動作状態を指定するためのデジタルの信号である。具体的には、制御信号ＳＩは、印刷データに基づいて、当該駆動素子に対して後述の駆動信号Ｃｏｍを供給するか否かを指定するための信号である。この指定により、例えば、当該駆動素子に対応するノズルからインクを吐出するか否かを指定したり、当該ノズルから吐出されるインクの量を指定したりする。波形指定信号ｄＣｏｍは、駆動信号Ｃｏｍの波形を規定するためのデジタル信号である。ラッチ信号ＬＡＴおよびチェンジ信号ＣＮＧは、制御信号ＳＩと併用され、当該駆動素子の駆動タイミングを規定することにより、当該ノズルからのインクの吐出タイミングを規定するための信号である。クロック信号ＣＬＫは、タイミング信号ＰＴＳに同期した基準となるクロック信号である。

以上の制御回路６ｃは、例えば、１個以上のＣＰＵ等のプロセッサーを含む。なお、制御回路６ｃは、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

駆動信号生成回路６ｄは、ヘッドユニット３のヘッド３ａの有する各駆動素子を駆動するための駆動信号Ｃｏｍを生成する回路である。具体的には、駆動信号生成回路６ｄは、例えば、ＤＡ変換回路と増幅回路とを有する。駆動信号生成回路６ｄでは、当該ＤＡ変換回路が制御回路６ｃからの波形指定信号ｄＣｏｍをデジタル信号からアナログ信号に変換し、当該増幅回路が電源回路６ｂからの電源電位ＶＨＶを用いて当該アナログ信号を増幅することで駆動信号Ｃｏｍを生成する。ここで、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうち、当該駆動素子に実際に供給される波形の信号が駆動パルスＰＤである。駆動パルスＰＤは、ヘッドユニット３のスイッチ回路３ｅを介して、駆動信号生成回路６ｄから当該駆動素子に供給される。

ここで、スイッチ回路３ｅは、制御信号ＳＩに基づいて、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうちの少なくとも一部を駆動パルスＰＤとして供給するか否かを切り替えるスイッチング素子を含む回路である。

コンピューター７は、プログラムＰＧ等のプログラムをインストールしたデスクトップ型またはノート型等のコンピューターである。コンピューター７は、印刷経路情報Ｄａを生成する機能と、コントローラー５に印刷経路情報Ｄａ等の情報を供給する機能と、制御モジュール６に印刷データＩｍｇ等の情報を供給する機能と、を有する。本実施形態のコンピューター７は、これらの機能のほか、エネルギー出射部３ｃの駆動を制御する機能を有する。

コンピューター７は、記憶回路７ａと処理回路７ｂとを有する。そのほか、図示しないが、コンピューター７は、ユーザーからの操作を受け付けるキーボートまたはマウス等の入力装置を有する。なお、コンピューター７は、印刷経路情報Ｄａの生成に必要な情報を表示する液晶パネル等の表示装置を有してもよい。

記憶回路７ａは、処理回路７ｂが実行する各種プログラムと、処理回路７ｂが処理する各種データと、を記憶する。記憶回路７ａは、例えば、ＲＡＭ等の揮発性のメモリーとＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭ等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。なお、記憶回路７ａの一部または全部は、処理回路７ｂに含まれてもよい。

記憶回路７ａには、印刷経路情報Ｄａと３次元データＤｂとプログラムＰＧとが記憶される。プログラムＰＧは、３次元データＤｂに基づいて印刷経路情報Ｄａを生成するためのプログラムである。３次元データＤｂは、ワークＷの形状を複数のポリゴンによって表すＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式等のデータである。３次元データＤｂには、ポリゴンの各頂点の座標に関する情報である座標情報Ｄｂ１とポリゴン面の表裏を示す法線ベクトルに関する情報であるベクトル情報Ｄｂ２とが含まれる。３次元データＤｂは、ワークＷの３次元形状を示すＣＡＤ（computer-aided design）データを必要に応じて変換処理することにより得られる。なお、３次元データＤｂは、ワーク座標系の座標値を用いて表されてもよいし、ベース座標系またはワールド座標系の座標値を用いて表されてもよい。

処理回路７ｂは、プログラムＰＧ等のプログラムの実行により前述の各機能を実現する。処理回路７ｂは、例えば、１個以上のＣＰＵ等のプロセッサーを含む。なお、処理回路７ｂは、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

処理回路７ｂは、プログラムＰＧの実行により、生成部７ｂ１として機能する。生成部７ｂ１は、３次元データＤｂに基づいて印刷経路情報Ｄａを生成する。生成部７ｂ１による印刷経路情報Ｄａの生成については、後に図５～図１５に基づいて詳述する。

１－３．ヘッドユニットの構成
図３は、ヘッドユニット３の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、便宜上、互いに交差するａ軸、ｂ軸およびｃ軸を適宜に用いて行う。また、以下の説明では、ａ軸に沿う一方向がａ１方向であり、ａ１方向と反対の方向がａ２方向である。同様に、ｂ軸に沿って互いに反対の方向がｂ１方向およびｂ２方向である。また、ｃ軸に沿って互いに反対の方向がｃ１方向およびｃ２方向である。

ここで、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、ヘッドユニット３に設定されるツール座標系の座標軸に相当し、前述のロボット２の動作により前述のワールド座標系またはロボット座標系との相対的な位置および姿勢の関係が変化する。図３に示す例では、ｃ軸が前述の回動軸Ｏ６に平行な軸である。なお、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。なお、ツール座標系とベース座標系またはロボット座標系とは、キャリブレーションにより対応付けされる。

ツール座標系は、ツールセンターポイントＴＣＰを基準として設定される。したがって、ヘッド３ａの位置および姿勢は、ツールセンターポイントＴＣＰを基準として規定される。図３に示す例では、ツールセンターポイントＴＣＰは、ヘッド３ａからインクの吐出方向ＤＥに間隔を隔てた空間に配置される。なお、ツールセンターポイントＴＣＰの位置は、図３に示す例に限定されず、例えば、吐出面ＦＮの中心でもよい。

ヘッドユニット３は、前述のように、ヘッド３ａと圧力調整弁３ｂとエネルギー出射部３ｃとを有する。これらは、図３中の二点鎖線で示される支持体３ｆに支持される。なお、図３に示す例では、ヘッドユニット３が有するヘッド３ａおよび圧力調整弁３ｂのそれぞれの数が１個であるが、当該数は、図３に示す例に限定されず、２個以上でもよい。また、圧力調整弁３ｂの設置位置は、アーム２２６に限定されず、例えば、他のアーム等でもよいし、基部２１０に対して固定の位置でもよい。

支持体３ｆは、例えば、金属材料等で構成されており、実質的な剛体である。なお、図３では、支持体３ｆが扁平な箱状をなすが、支持体３ｆの形状は、特に限定されず、任意である。

以上の支持体３ｆは、前述のアーム２２６に装着される。したがって、ヘッド３ａ、圧力調整弁３ｂおよびエネルギー出射部３ｃが支持体３ｆにより一括してアーム２２６に支持される。このため、アーム２２６に対するヘッド３ａ、圧力調整弁３ｂおよびエネルギー出射部３ｃのそれぞれの相対的な位置が固定される。図３に示す例では、ヘッド３ａに対してｃ１方向の位置には、圧力調整弁３ｂが配置される。ヘッド３ａに対してａ２方向の位置には、エネルギー出射部３ｃが配置される。

ヘッド３ａは、吐出面ＦＮと、吐出面ＦＮに開口する複数のノズルＮと、を有する。吐出面ＦＮは、ノズルＮが開口するノズル面であり、例えば、シリコン(Ｓｉ)または金属等の材料で構成される板状部材にノズルＮが貫通孔として設けられるノズルプレートの面で構成される。図３に示す例では、吐出面ＦＮの法線方向、すなわちノズルＮからのインクの吐出方向ＤＥがｃ２方向であり、当該複数のノズルＮは、ａ軸に沿う方向に互いに間隔をあけて並ぶノズル列Ｌ１とノズル列Ｌ２とに区分される。ノズル列Ｌ１およびノズル列Ｌ２のそれぞれは、ｂ軸に沿う方向に直線状に配列される複数のノズルＮの集合である。ここで、ヘッド３ａにおけるノズル列Ｌ１の各ノズルＮに関連する要素とノズル列Ｌ２の各ノズルＮに関連する要素とがａ軸に沿う方向で互いに略対称な構成である。また、後述する配列方向ＤＮはｂ軸に平行である。

ただし、ノズル列Ｌ１における複数のノズルＮとノズル列Ｌ２における複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致してもよいし異なってもよい。また、ノズル列Ｌ１およびノズル列Ｌ２のうちの一方の各ノズルＮに関連する要素が省略されてもよい。以下では、ノズル列Ｌ１における複数のノズルＮとノズル列Ｌ２における複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致する構成が例示される。

図示しないが、ヘッド３ａは、ノズルＮごとに、駆動素子である圧電素子と、インクを収容するキャビティと、有する。ここで、当該圧電素子は、当該圧電素子に対応するキャビティの圧力を変化させることにより、当該キャビティに対応するノズルからインクを吐出方向ＤＥに吐出させる。このようなヘッド３ａは、例えば、エッチング等により適宜に加工したシリコン基板等の複数の基板を接着剤等により貼り合わせることにより得られる。なお、ノズルからインクを吐出させるための駆動素子として、当該圧電素子に代えて、キャビティ内のインクを加熱するヒーターを用いてもよい。

以上のヘッド３ａには、配管部１０の有する供給管１０ａを介して図示しないインクタンクからインクが供給される。ここで、供給管１０ａとヘッド３ａとの間には、圧力調整弁３ｂが介在する。

圧力調整弁３ｂは、ヘッド３ａ内のインクの圧力に応じて開閉する弁機構である。この開閉により、ヘッド３ａと前述の図示しないインクタンクとの位置関係が変化しても、ヘッド３ａ内のインクの圧力が所定範囲内の負圧に維持される。このため、ヘッド３ａのノズルＮに形成されるインクのメニスカスの安定化が図られる。この結果、ノズルＮ内に気泡が入り込んだり、ノズルＮからインクが溢れ出したりすることが防止される。また、圧力調整弁３ｂからのインクは、図示しない分岐流路を介してヘッド３ａの複数箇所に適宜に分配される。ここで、図示しないインクタンクからのインクは、ポンプ等により所定の圧力で供給管１０ａ内に移送される。

エネルギー出射部３ｃは、ワークＷ上のインクを硬化または固化させるための光、熱、電子線または放射線等のエネルギーを出射する。例えば、インクが紫外線硬化性を有する場合、エネルギー出射部３ｃは、紫外線を出射するＬＥＤ（light emitting diode）等の発光素子等で構成される。また、エネルギー出射部３ｃは、エネルギーの出射方向または出射範囲等を調整するためのレンズ等の光学部品等を適宜に有してもよい。

なお、エネルギー出射部３ｃは、ワークＷ上のインクを完全硬化または完全固化させなくてもよい。この場合、例えば、ロボット２の基部２１０の設置面上に別途に設置される硬化用の光源からのエネルギーにより、エネルギー出射部３ｃからのエネルギー照射後のインクを完全硬化または完全固化させればよい。

１－４．ロボット２の印刷動作
図４は、ロボット２の印刷動作の一例を説明するための図である。図４では、ロボット２よりもＸ２方向の位置に載置されるワークＷの面ＷＦに対して印刷する場合が例示される。

印刷動作では、ロボット２は、印刷経路情報Ｄａに基づいてヘッド３ａの位置および姿勢を変化させる。これにより、ヘッド３ａは、面ＷＦに対して所定の姿勢を保ちつつ移動経路ＲＵに沿って移動する。移動経路ＲＵは、位置ＰＳから位置ＰＥまでの経路である。移動経路ＲＵは、Ｚ２方向にみてＸ軸に沿って延びる直線状をなす。

図４に示す例では、ロボット２は、６個の関節部２３０のうち３個の関節部２３０を動作させることにより印刷動作を行う。より具体的には、ロボット２は、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿５とのそれぞれの回動軸をＹ軸に平行な状態とし、これらの関節部を動作させる。このように、３個の関節部２３０の動作によりヘッド３ａを移動経路ＲＵに沿って安定的に移動させることができる。なお、ロボット２は、６個の関節部２３０のうち４個以上の関節部２３０を動作させることにより印刷動作を行ってもよい。この場合、ワークＷの設置位置および設置姿勢は、図４に示す例に限定されず、任意である。

１－５．ロボット２の教示方法
図５は、実施形態に係るロボット２の教示方法を示すフローチャートである。以下、当該教示方法について、前述の立体物印刷装置１を用いた場合を例に説明する。当該教示方法は、コンピューター７を用いて行われる。コンピューター７、より具体的には、生成部７ｂ１は、当該教示方法により印刷経路情報Ｄａを生成する。

図５に示すように、当該教示方法は、第１ステップＳ１０と第２ステップＳ２０と第３ステップＳ３０と第４ステップＳ４０と第５ステップＳ５０と第６ステップＳ６０とを含んでおり、この順で、これらのステップを実行する。

第１ステップＳ１０は、３次元データＤｂを取得する。第２ステップＳ２０は、仮想平面ＦＶを指定する。第３ステップＳ３０は、３次元データＤｂの表す複数のポリゴンＰＯＬから複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１を特定する。第４ステップＳ４０は、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。第５ステップＳ５０は、ベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。第６ステップＳ６０は、ヘッド３ａの移動方向を指定する。以下、各ステップを順に詳細に説明する。

図６は、第１ステップＳ１０での３次元データＤｂの取得を説明するための図である。第１ステップＳ１０は、３次元データＤｂを取得する。図６では、３次元データＤｂの表す面ＷＤｂの一部が代表的に示される。面ＷＤｂは、ワークＷの面ＷＦに対応する。図６に示す例では、わかりやすさの観点から、説明の便宜上、ベース座標系またはロボット座標系で面ＷＤｂが示される。なお、面ＷＤｂは、ワーク座標系で表されてもよい。

面ＷＤｂは、複数のポリゴンＰＯＬで構成される。図６に示す例では、各ポリゴンＰＯＬは、３個の辺ＬＥおよび３個の頂点ＰＶを有する三角形をなす。ここで、各辺ＬＥは、２個のポリゴンＰＯＬに共有される。１個の辺ＬＥを共有する２個のポリゴンＰＯＬは、当該１個の辺ＬＥを境界として互いに隣り合う。また、各頂点ＰＶは、３個以上のポリゴンＰＯＬに共有される。１個の頂点ＰＶを共有する３個以上のポリゴンＰＯＬは、当該１個の頂点ＰＶを接点として互いに接する。図６では、説明の便宜上、各ポリゴンＰＯＬの法線ベクトルＶｐが図示される。法線ベクトルＶｐは、ベクトル情報Ｄｂ２により表される。なお、各ポリゴンＰＯＬの形状は、三角形に限定されず、四角形等の他の多角形でもよい。

図７は、第２ステップＳ２０での仮想平面ＦＶの指定を説明するための図である。第２ステップＳ２０は、３次元データＤｂと同一の座標系で表される仮想平面ＦＶを指定する。仮想平面ＦＶは、面ＷＤｂを横断する。仮想平面ＦＶおよび面ＷＤｂは、交線ＬＣで互いに交差する。

仮想平面ＦＶの指定は、ユーザーにより設定される印刷位置情報に基づき、コンピューター７によって実行される。印刷位置情報は、ユーザーの希望する印刷時のワークＷの表面上の位置および姿勢のうちの一方または両方に関する情報であり、コンピューター７に対するユーザーによる入力により設定される。例えば、ユーザーがコンピューター７の入力装置を用いて印刷位置情報を入力することで、立体物印刷装置１による印刷画像のワークＷの表面上における位置および姿勢のうちの一方または両方を設定したり適宜に調整したりする。より具体的には、３次元データＤｂに基づいて表示されたワークＷに対応する画像上において、ユーザーは、マウス操作によるカーソルの移動等に応じて当該位置を設定したり、いわゆるドラッグ・アンド・ドロップ等のマウス操作によって当該姿勢を調整したりすることで、印刷位置情報を入力できる。

コンピューター７は、当該印刷位置情報に応じて仮想平面ＦＶを指定する。ここで、仮想平面ＦＶは、交差するポリゴンＰＯＬ（後述する交差ポリゴンＰＯＬ＿１）の法線に対してできるだけ平行となるように指定されることが好ましい。例えば、図９に示すように、交差するポリゴンＰＯＬが５つある場合は、各ポリゴンＰＯＬと仮想平面ＦＶとがなす角と、９０°と、の差分の合計値または平均値等が最小になるように指定される。

ここで、仮想平面ＦＶは、ヘッド３ａによる理想的なインクの吐出方向とヘッド３ａの理想的な移動方向とを表す平面である。つまり、印刷の実行中において、ヘッド３ａは仮想平面ＦＶと平行にインクを吐出し、ヘッド３ａは仮想平面ＦＶと平行な方向に移動する。このように、仮想平面ＦＶは、印刷時のヘッド３ａの位置および姿勢を規定するための基準となる平面である。

本実施形態では、前述のように、ロボット２は、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿５とのそれぞれの回動軸をＹ軸に平行な状態とし、これらの関節部を動作させる。このため、仮想平面ＦＶは、回動軸Ｏ２、Ｏ３、Ｏ５のすべてに直交するように指定される。

図８は、第３ステップＳ３０での交差ポリゴンＰＯＬ＿１の特定を説明するための図である。第３ステップＳ３０は、複数のポリゴンＰＯＬのうち、仮想平面ＦＶと交差するポリゴンＰＯＬである複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１を特定する。前述のように仮想平面ＦＶが面ＷＤｂを横断するので、面ＷＤｂを構成する複数のポリゴンＰＯＬは、仮想平面ＦＶに交差する複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１と、仮想平面ＦＶに交差しない複数のポリゴンＰＯＬ＿２と、に区分される。図８では、説明の便宜上、交差ポリゴンＰＯＬ＿１が網掛け表示される。

図９は、第４ステップＳ４０での位置の設定を説明するための図である。第４ステップＳ４０は、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。具体的には、第４ステップＳ４０は、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの複数の交点Ｐａに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。

図９に示す例では、複数の交点Ｐａの間が補間点Ｐｂで補間される。複数の交点Ｐａおよび複数の補間点Ｐｂからなる複数の点は、印刷経路情報Ｄａの示す位置として設定される。このように、複数の交点Ｐａおよび複数の補間点Ｐｂに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す位置が設定される。なお、図９に示す例では、隣り合う２つの交点Ｐａの間に配置される補間点Ｐｂの数が１つであるが、当該数は、２つ以上でもよい。複数の点Ｐは、等間隔でなくともよい。

また、印刷経路情報Ｄａは、複数の交点Ｐａおよび複数の補間点Ｐｂの少なくとも一方に基づくものであればよく、印刷経路情報Ｄａの示す位置は複数の交点Ｐａおよび複数の補間点Ｐｂの位置と一致しなくともよい。例えば、印刷を施す際にヘッド３ａとワークＷとを離間させて互いの衝突を防ぐために、印刷経路情報Ｄａの示す位置は、複数の交点Ｐａや複数の補間点Ｐｂの位置を交差ポリゴンＰＯＬ＿１から一律に離間させる方向に移動させた位置であってもよい。なお、この場合のロボット２のツールセンターポイントＴＣＰはヘッド３aの吐出面ＦＮ上などに配置される。

図１０は、第４ステップＳ４０での複数の交点Ｐａの間の補間を説明するための図である。図１０では、面ＷＤｂの一部を仮想平面ＦＶで切断した断面が代表的に示される。交線ＬＣ上には、複数の交点Ｐａである交点Ｐａ＿１～Ｐａ＿６がこの順に並ぶ。図１０に示す例では、補間点Ｐｂは、交線ＬＣ上に配置される。複数の交点Ｐａおよび複数の補間点Ｐｂからなる複数の点は、典型的には可能な限り等間隔に配置される。

ここで、補間点Ｐｂは、複数の交点Ｐａを通過する滑らかな曲線上に配置されることが好ましい。こうした曲線は、例えばスプライン関数によって表される。つまり、補間点Ｐｂは、スプライン補間に基づいて配置されることが好ましい。この場合、補間点Ｐｂは、交線ＬＣ上から外れる場合があるが、仮想平面ＦＶ上に位置することが好ましい。なお、補間点Ｐｂは、線形補間に基づいて配置することもできる。ただし、ロボット２によるヘッド３ａの移動経路を滑らかにし、ロボット２の動作に伴う振動を抑制する観点から、スプライン補間等の曲線的な補間手法により補間点Ｐｂを配置することが好ましい。

図１０に示す例では、交点Ｐａ＿１～Ｐａ＿６のうち、交点Ｐａ＿３は、面ＷＤｂに存在する局所的な凹部に位置する。このような交点Ｐａ＿１～Ｐａ＿６のすべてを用いた複数の点を印刷経路情報Ｄａの示す位置として設定すると、交点Ｐａ＿３に起因して、ヘッド３ａの位置が移動方向に対して垂直な方向に急激に変化してしまう。この結果、ヘッド３ａの振動等により画質が低下してしまう。したがって、以下のように、このような交点Ｐａ＿３を用いずに印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定することが好ましい。

図１１は、第４ステップＳ４０での有効交点および無効交点を説明するための図である。第４ステップＳ４０は、複数の交点Ｐａを複数の有効交点と少なくとも１つの無効交点とに選別する。図１１に示す例では、交点Ｐａ＿１、Ｐａ＿２、Ｐａ＿４～Ｐａ＿６が有効交点であり、交点Ｐａ＿３が無効交点である。そして、第４ステップＳ４０は、当該複数の有効交点の間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。ここで、補間は、無効交点である交点Ｐａ＿３を除く複数の交点Ｐａの間について行われる。この結果、前述のようなヘッド３ａの位置が移動方向に対して垂直な方向に急激に変化することが防止される。なお、交点Ｐａ＿３を無効交点としたのに伴い、交点Ｐａ＿２と交点Ｐａ＿４との間では、補間点Ｐｂが交線ＬＣ上から外れて配置される。

図１２は、第５ステップＳ５０での姿勢の設定を説明するための図である。第５ステップＳ５０は、３次元データＤｂのベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。具体的には、第５ステップＳ５０は、ベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの交点Ｐａに対応する法線に沿う方向を示す複数の交点ベクトルＶａを特定する。そして、第５ステップＳ５０は、当該複数の交点Ｐａベクトルに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。

図１２に示す例では、交点ベクトルＶａのほか、補間点Ｐｂに対応する法線に沿う方向を示す複数の補間点ベクトルＶｂが特定される。すなわち、複数の交点ベクトルＶａの間が補間点ベクトルＶｂで補間される。そして、各点Ｐの交点ベクトルＶａまたは補間点ベクトルＶｂが印刷経路情報Ｄａの示す姿勢として設定される。このように、複数の交点ベクトルＶａおよび補間点ベクトルＶｂに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す姿勢が設定される。なお、交点ベクトルＶａおよび補間点ベクトルＶｂのそれぞれは、仮想平面ＦＶに平行であることが好ましい。

交点ベクトルＶａは、対応する交点Ｐａを含む辺ＬＥの両端を共有する複数のポリゴンＰＯＬの法線ベクトルＶｐに基づいて規定されることが好ましい。具体的に説明すると、複数の交点Ｐａのうちの１つの交点を第１交点とすると、第１交点に対応する法線に沿う方向を示す交点ベクトルＶａは、第１頂点ベクトルＶｃ＿１および第２頂点ベクトルＶｃ＿２に基づいて規定されることが好ましい。ここで、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥのうち第１交点を含む辺ＬＥを第１辺ＬＥ＿１とし、第１辺ＬＥ＿１の一端を第１頂点ＰＶ＿１とし、第１辺ＬＥ＿１の他端の第２頂点ＰＶ＿２とすると、第１頂点ベクトルＶｃ＿１は、第１頂点ＰＶ＿１に対応する法線ベクトルであり、第２頂点ベクトルＶｃ＿２は、第２頂点ＰＶ＿２に対応する法線ベクトルである。なお、これらの頂点ベクトルは、３次元データＤｂに含まれるベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、あらかじめ求めておくことが好ましい。

補間点ベクトルＶｂは、例えば、隣り合う２個の交点ベクトルＶａの平均となるように規定される。

図１３は、第５ステップＳ５０での複数の交点ベクトルＶａの間の補間を説明するための図である。図１３では、交点Ｐａ＿１～Ｐａ＿６に対応する交点ベクトルＶａ＿１～Ｖａ＿６とこれらの間を補間する補間点Ｐｂに対応する補間点ベクトルＶｂとが示される。

図１３に示す例では、交点Ｐａ＿３は、面ＷＤｂに存在する局所的な段差面に位置する。このような交点Ｐａ＿３を含む交点Ｐａ＿１～Ｐａ＿６に対応する交点ベクトルＶａ＿１～Ｐａ＿６のすべてを用いた複数のベクトルを印刷経路情報Ｄａの示す姿勢として設定すると、交点Ｐａ＿３に起因して、ヘッド３ａの姿勢が急激に変化してしまう。この結果、ヘッド３ａの振動等により画質が低下したりヘッド３ａがワークＷに衝突したりしてしまう。したがって、以下のように、このような交点ベクトルＶａ＿３を用いずに印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定することが好ましい。

図１４は、第５ステップＳ５０での有効交点ベクトルおよび無効交点ベクトルを説明するための図である。第５ステップＳ５０は、複数の交点ベクトルＶａを複数の有効交点ベクトルと少なくとも１つの無効交点ベクトルとに選別する。図１４に示す例では、交点ベクトルＶａ＿１、Ｖａ＿２、Ｖａ＿４～Ｖａ＿６が有効交点ベクトルであり、交点ベクトルＶａ＿３が無効交点ベクトルである。そして、第５ステップＳ５０は、当該複数の有効交点ベクトルの間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。ここで、補間は、無効交点ベクトルである交点ベクトルＶａ＿３を除く複数の交点ベクトルＶａの間について行われる。この結果、前述のようなヘッド３ａの姿勢が急激に変化することが防止される。

以上のように、印刷経路情報Ｄａの示す位置および姿勢が設定される。その後、第６ステップＳ６０は、印刷経路情報Ｄａの示す位置に沿うヘッド３ａとワークＷとの相対的な移動方向を指定する。本実施形態では、交線ＬＣに沿う一方向とその反対方向とのうち、ロボット２から離れる方向が移動方向として設定される。

以上のように、「情報処理装置」の一例であるコンピューター７は、印刷経路情報Ｄａを生成する。印刷経路情報Ｄａは、前述のように、「液体」の一例であるインクを吐出するヘッド３ａと立体的なワークＷとの相対的な位置および姿勢を変化させるロボット２の動作の制御に用いられる。コンピューター７は、前述のように、第１ステップＳ１０と第２ステップＳ２０と第３ステップＳ３０と第４ステップＳ４０とを実行する。これらのステップを含む方法により、ロボット２の教示が行われる。すなわち、ロボット２の教示方法は、第１ステップＳ１０と第２ステップＳ２０と第３ステップＳ３０と第４ステップＳ４０とを含む。

第１ステップＳ１０は、ワークＷの形状を複数のポリゴンＰＯＬによって表す３次元データＤｂを取得する。第２ステップＳ２０は、３次元データＤｂと同一の座標系で表される仮想平面ＦＶを指定する。第３ステップＳ３０は、複数のポリゴンＰＯＬのうち、仮想平面ＦＶと交差するポリゴンＰＯＬである複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１を特定する。第４ステップＳ４０は、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。

以上のロボット２の教示方法では、ワークＷの表面に沿って並ぶ複数の教示点を複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１に基づいて印刷経路情報Ｄａの示す位置として設定することができる。ここで、当該複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１が複数のポリゴンＰＯＬのうち仮想平面ＦＶと交差するポリゴンＰＯＬであるため、当該複数の教示点が仮想平面ＦＶに沿ってワークＷに向かう方向にみて同一直線上に並ぶ。このような複数の教示点を用いる場合、仮想平面ＦＶに沿ってワークＷに向かう方向にみて同一直線上に並ばない複数の教示点を用いる場合に比べて、ヘッド３ａおよびワークＷの相対的な位置の変化を高精度に制御しやすいという利点がある。この利点は、高画質化に寄与する。このように、ワークＷの形状に応じたロボット２の教示の適切な方法を提供することができる。

前述のように、第４ステップＳ４０は、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの複数の交点Ｐａに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。このため、交差ポリゴンＰＯＬ＿１の面と仮想平面ＦＶとの交線に基づいて印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する場合に比べて、当該位置の設定のための計算量を少なくすることができる。

また、前述のように、第４ステップＳ４０は、複数の交点Ｐａの間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。このため、ワークＷの形状を表すポリゴンＰＯＬの数が少ない場合であっても、教示点の密度を高めることができる。なお、本実施形態では、補間点Ｐｂを追加することにより補間を行う場合が例示されるが、複数の交点Ｐａの間の補間は、これに限定されず、補間用の曲線または線分を追加することにより行ってもよい。また、ワークＷの形状を表すポリゴンＰＯＬの数によっては、当該補間が省略されてもよい。この場合、例えば、複数の交点Ｐａが印刷経路情報の示す位置として設定される。

ここで、前述のように、第４ステップＳ４０は、複数の交点Ｐａを複数の有効交点と少なくとも１つの無効交点とに選別する。そして、第４ステップＳ４０は、当該複数の有効交点の間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す位置を設定する。このため、ワークＷの表面に局所的な凹部が存在しても、当該凹部に対応する交点Ｐａを無効交点として除去することにより、印刷経路情報Ｄａの示す位置が当該無効交点に起因してヘッド３ａの移動方向に対して垂直な方向に急激に変化することを防止することができる。そのうえ、複数の有効交点の間を補間することにより、印刷経路情報Ｄａの示す位置の変化を滑らかにすることができる。

また、前述のように、３次元データＤｂは、複数のポリゴンＰＯＬのそれぞれの法線方向を示すベクトル情報Ｄｂ２を含む。ロボット２の教示方法は、第５ステップＳ５０をさらに含む。第５ステップＳ５０は、ベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。３次元形状を表現するデータの形式として代表的なＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式等の形式では、ポリゴンＰＯＬの各頂点の座標に関する情報である座標情報Ｄｂ１とポリゴンＰＯＬ面の表裏を示す法線ベクトルに関する情報であるベクトル情報Ｄｂ２とが含まれる。したがって、ベクトル情報Ｄｂ２を用いることにより、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定することができる。

さらに、前述のように、第５ステップＳ５０は、ベクトル情報Ｄｂ２に基づいて、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの交点Ｐａに対応する法線に沿う方向を示す複数の交点ベクトルＶａを特定する。そして、第５ステップＳ５０は、当該複数の交点Ｐａベクトルに基づいて印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。このため、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの交点Ｐａごとに印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定することができる。

また、前述のように、第５ステップＳ５０は、複数の交点ベクトルＶａの間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。このため、ワークＷの形状を表すポリゴンＰＯＬの数が少ない場合であっても、教示点の密度を高めることができる。なお、ワークＷの形状を表すポリゴンＰＯＬの数によっては、当該補間が省略されてもよい。この場合、例えば、複数の交点ベクトルＶａが印刷経路情報の示す姿勢として設定される。

ここで、前述のように、第５ステップＳ５０は、複数の交点ベクトルＶａを複数の有効交点ベクトルと少なくとも１つの無効交点ベクトルとに選別する。そして、第５ステップＳ５０は、当該複数の有効交点ベクトルの間を補間することにより印刷経路情報Ｄａの示す姿勢を設定する。このため、ワークＷの表面に局所的な段差が存在しても、当該段差に対応する交点ベクトルを無効交点ベクトルとして除去することにより、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢が無効交点ベクトルに起因して急激に変化することを防止することができる。そのうえ、複数の有効交点ベクトルの間を補間することにより、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢の変化を滑らかにすることができる。

また、前述のように、複数の交点Ｐａのうちの１つの交点を第１交点とすると、第１交点に対応する法線に沿う方向を示す交点ベクトルＶａは、第１頂点ベクトルＶｃ＿１および第２頂点ベクトルＶｃ＿２に基づいて規定されることが好ましい。ここで、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥのうち第１交点を含む辺ＬＥを第１辺ＬＥ＿１とし、第１辺ＬＥ＿１の一端を第１頂点ＰＶ＿１とし、第１辺ＬＥ＿１の他端の第２頂点ＰＶ＿２とすると、第１頂点ベクトルＶｃ＿１は、第１頂点ＰＶ＿１に対応する法線ベクトルであり、第２頂点ベクトルＶｃ＿２は、第２頂点ＰＶ＿２に対応する法線ベクトルである。

このように、第１頂点ＰＶ＿１および第２頂点ＰＶ＿２のそれぞれの周囲の各ポリゴンＰＯＬの法線ベクトルＶｐを考慮した交点ベクトルＶａを規定することができる。したがって、第１辺を介して隣り合う２つのポリゴンＰＯＬの法線ベクトルＶｐのみに基づいて交点ベクトルＶａを規定する場合に比べて、印刷経路情報Ｄａの示す姿勢の変化を滑らかにすることができる。

また、前述のように、ロボット２の教示方法は、第６ステップＳ６０をさらに含む。第６ステップＳ６０は、印刷経路情報Ｄａの示す位置に沿うヘッド３ａとワークＷとの相対的な移動方向を指定する。このため、印刷経路情報Ｄａの示す位置と第６ステップＳ６０で決定した移動方向とに基づいて、所望の方向にヘッドとワークＷとを相対的な移動させることができる。

このように、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの交点Ｐａに基づく位置を印刷経路情報Ｄａの示す位置として設定する。ここで、前述のように、ロボット２は、ヘッド３ａを保持する。ロボット２のツールセンターポイントＴＣＰは、ヘッド３ａからインクの吐出方向ＤＥに間隔を隔てた空間に配置される。このため、複数の交差ポリゴンＰＯＬ＿１の辺ＬＥと仮想平面ＦＶとの交点Ｐａに基づく位置が印刷経路情報Ｄａの示す位置として設定される。また、ツールセンターポイントＴＣＰがヘッド３ａからインクの吐出方向ＤＥに間隔を隔てた空間に配置されるので、ヘッド３ａからワークＷへのインクの着弾位置をツールセンターポイントＴＣＰとして設定することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰが当該着弾位置に一致しない場合に比べて、ヘッド３ａの位置および姿勢の制御を簡単化することができる。

ここで、前述のように、印刷経路情報Ｄａの示す位置におけるヘッド３ａからのインクの吐出方向ＤＥは、仮想平面ＦＶに沿う方向である。このため、印刷経路情報Ｄａの示す位置におけるヘッド３ａからのインクの吐出方向ＤＥをワークＷの表面にできるだけ垂直にすることができる。このようにして得られた印刷経路情報Ｄａを印刷に用いると、画質を高めやすいという利点がある。

２．変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

２－１．変形例１
前述の形態では、ロボットとして６軸の垂直多軸ロボットを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。ロボットは、例えば、６軸以外の垂直多軸ロボットでもよいし、水平多軸ロボットでもよい。また、ロボットの腕部は、回動機構で構成される関節部に加えて、伸縮機構または直動機構等を有してもよい。ただし、印刷動作での印刷品質と非印刷動作でのロボットの動作の自由度とのバランスの観点から、ロボットは、６軸以上の多軸ロボットであることが好ましい。

２－２．変形例２
前述の形態では、ロボットに対するヘッドの固定方法としてネジ止め等を用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、ロボットのエンドエフェクターとして装着されるハンド等の把持機構によりヘッドを把持することにより、ロボットに対してヘッドを固定してもよい。

２－３．変形例３
また、前述の形態では、ヘッドを移動させる構成のロボットが例示されるが、当該構成に限定されず、例えば、液体吐出ヘッドの位置が固定されており、ロボットがワークを移動させ、ヘッドに対してワークの位置および姿勢を３次元的に変化させる構成でもよい。この場合、例えば、ロボットアームの先端に装着されるハンド等の把持機構によりワークが把持される。

２－４．変形例４
前述の形態では、１種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、当該構成に限定されず、２種以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本開示を適用することができる。

２－５．変形例５
本開示の立体物印刷装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する立体物印刷装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する立体物印刷装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、立体物印刷装置は、接着剤等の液体を媒体に塗布するジェットディスペンサーとしても利用できる。

１…立体物印刷装置、２…ロボット、２ａ…アーム駆動機構、３…ヘッドユニット、３ａ…ヘッド、３ｂ…圧力調整弁、３ｃ…エネルギー出射部、３ｅ…スイッチ回路、３ｆ…支持体、５…コントローラー、５ａ…記憶回路、５ｂ…処理回路、６…制御モジュール、６ａ…タイミング信号生成回路、６ｂ…電源回路、６ｃ…制御回路、６ｄ…駆動信号生成回路、７…コンピューター、７ａ…記憶回路、７ｂ…処理回路、７ｂ１…生成部、１０…配管部、１０ａ…供給管、１１…配線部、２１０…基部、２２０…腕部、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３０…関節部、２３０＿１…関節部、２３０＿２…関節部、２３０＿３…関節部、２３０＿４…関節部、２３０＿５…関節部、２３０＿６…関節部、ＣＬＫ…クロック信号、ＣＮＧ…チェンジ信号、Ｃｏｍ…駆動信号、Ｄ１…出力、Ｄ３…信号、ＤＥ…吐出方向、ＤＮ…配列方向、Ｄａ…印刷経路情報、Ｄｂ…３次元データ、Ｄｂ１…座標情報、Ｄｂ２…ベクトル情報、ＦＮ…吐出面、ＦＶ…仮想平面、Ｉｍｇ…印刷データ、Ｌ１…ノズル列、Ｌ２…ノズル列、ＬＡＴ…ラッチ信号、ＬＣ…交線、ＬＥ…辺、ＬＥ＿１…第１辺、Ｎ…ノズル、Ｏ１…回動軸、Ｏ２…回動軸、Ｏ３…回動軸、Ｏ４…回動軸、Ｏ５…回動軸、Ｏ６…回動軸、ＰＤ…駆動パルス、ＰＧ…プログラム、ＰＯＬ…ポリゴン、ＰＯＬ＿１…交差ポリゴン、ＰＯＬ＿２…ポリゴン、ＰＴＳ…タイミング信号、ＰＶ…頂点、ＰＶ＿１…第１頂点、ＰＶ＿２…第２頂点、Ｐａ…交点、Ｐａ＿１…交点、Ｐａ＿２…交点、Ｐａ＿３…交点、Ｐａ＿４…交点、Ｐｂ…補間点、ＲＵ…移動経路、Ｓ１０…第１ステップ、Ｓ２０…第２ステップ、Ｓ３０…第３ステップ、Ｓ４０…第４ステップ、Ｓ５０…第５ステップ、Ｓ６０…第６ステップ、ＳＩ…制御信号、Ｓｋ１…制御信号、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、ＶＢＳ…オフセット電位、Ｖｐ…法線ベクトル、ＶＨＶ…電源電位、Ｖａ…交点ベクトル、Ｖａ＿１…交点ベクトル、Ｖａ＿３…交点ベクトル、Ｖｂ…補間点ベクトル、Ｖｃ＿１…第１頂点ベクトル、Ｖｃ＿２…第２頂点ベクトル、Ｗ…ワーク、ＷＤｂ…面、ＷＦ…面、ｄＣｏｍ…波形指定信号。

Claims (13)

1. 液体を吐出するヘッドと立体的なワークとの相対的な位置および姿勢を印刷経路情報に基づいて変化させるロボットの教示方法であって、
   前記ワークの形状を複数のポリゴンによって表す３次元データを取得する第１ステップと、
   前記３次元データと同一の座標系で表される仮想平面を指定する第２ステップと、
   前記複数のポリゴンのうち、前記仮想平面と交差するポリゴンである複数の交差ポリゴンを特定する第３ステップと、
   前記複数の交差ポリゴンに基づいて、前記印刷経路情報の示す位置を設定する第４ステップと、を含む、
   ことを特徴とするロボットの教示方法。
2. 前記第４ステップは、前記複数の交差ポリゴンの辺と前記仮想平面との複数の交点に基づいて前記印刷経路情報の示す位置を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの教示方法。
3. 前記第４ステップは、前記複数の交点の間を補間することにより前記印刷経路情報の示す位置を設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボットの教示方法。
4. 前記第４ステップは、前記複数の交点を複数の有効交点と少なくとも１つの無効交点とに選別し、
   前記複数の有効交点の間を補間することにより前記印刷経路情報の示す位置を設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のロボットの教示方法。
5. 前記３次元データは、前記複数のポリゴンのそれぞれの法線方向を示すベクトル情報を含んでおり、
   前記ベクトル情報に基づいて、前記印刷経路情報の示す姿勢を設定する第５ステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットの教示方法。
6. 前記第５ステップは、前記ベクトル情報に基づいて、前記複数の交差ポリゴンの辺と前記仮想平面との交点に対応する法線に沿う方向を示す複数の交点ベクトルを特定し、前記複数の交点ベクトルに基づいて前記印刷経路情報の示す姿勢を設定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のロボットの教示方法。
7. 前記第５ステップは、前記複数の交点ベクトルの間を補間することにより前記印刷経路情報の示す姿勢を設定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のロボットの教示方法。
8. 前記第５ステップは、前記複数の交点ベクトルを複数の有効交点ベクトルと少なくとも１つの無効交点ベクトルとに選別し、
   前記複数の有効交点ベクトルの間を補間することにより前記印刷経路情報の示す姿勢を設定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のロボットの教示方法。
9. 前記複数の交点のうちの１つの交点を第１交点とし、
   前記複数の交差ポリゴンの辺のうち前記第１交点を含む辺を第１辺とし、
   前記第１辺の一端を第１頂点とし、
   前記第１辺の他端の第２頂点とし、
   前記第１頂点に対応する法線ベクトルを第１頂点ベクトルとし、
   前記第２頂点に対応する法線ベクトルを第２頂点ベクトルとすると、
   前記第１交点に対応する法線に沿う方向を示す交点ベクトルは、前記第１頂点ベクトルおよび前記第２頂点ベクトルに基づいて規定される、
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のロボットの教示方法。
10. 前記印刷経路情報の示す位置に沿う前記ヘッドと前記ワークとの相対的な移動方向を指定する第６ステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のロボットの教示方法。
11. 前記複数の交差ポリゴンの辺と前記仮想平面との複数の交点に基づく位置を前記印刷経路情報の示す位置として設定し、
    前記ロボットは、前記ヘッドを保持し、
    前記ロボットのツールセンターポイントは、前記ヘッドから液体の吐出方向に間隔を隔てた空間に配置される、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボットの教示方法。
12. 前記印刷経路情報の示す位置における前記ヘッドからの液体の吐出方向は、前記仮想平面に沿う方向である、
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のロボットの教示方法。
13. 液体を吐出するヘッドと立体的なワークとの相対的な位置および姿勢を変化させるロボットの動作の制御に用いられる印刷経路情報を生成する情報処理装置であって、
    前記ワークの形状を複数のポリゴンによって表す３次元データを取得する第１ステップと、
    前記３次元データと同一の座標系で表される仮想平面を指定する第２ステップと、
    前記複数のポリゴンのうち、前記仮想平面と交差するポリゴンである複数の交差ポリゴンを特定する第３ステップと、
    前記複数の交差ポリゴンに基づいて前記印刷経路情報の示す位置を設定する第４ステップと、を実行する、
    ことを特徴とする情報処理装置。

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