JP2024076462A - 治具データ生成装置、ロボットコントローラ、ロボットシミュレーション装置、および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】治具への悪影響を抑制することが可能となる治具データ生成装置およびロボットシミュレーション装置を提供する。
【解決手段】治具データ生成装置は、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置により製造された治具の形状データを取得する取得部と、取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、決定された前記治具範囲のデータを含む治具データを生成する生成部と、を備える。
【選択図】図６

Description

本開示は、治具データ生成装置に関する。

従来、ワークを把持することが可能なハンドを備えるロボットが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１７－３６９２４号公報

特に産業用ロボットを用いた製品の組み立て工程においては、ワークを保持するための治具が用いられることが多い。しかしながら、ロボットのハンドがワークに接触することで、ワークを保持する治具に負荷がかかり、治具に悪影響を及ぼすおそれがあり、ロボット制御の改善あるいは治具の設計方法の改善が求められる。

上記状況に鑑み、本開示は、治具への悪影響を抑制することが可能となる治具データ生成装置およびロボットシミュレーション装置を提供することを目的とする。

本開示の例示的な治具データ生成装置は、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置により製造された治具の形状データを取得する取得部と、取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、決定された前記治具範囲のデータを含む治具データを生成する生成部と、を備える。

また、本開示の例示的なロボットシミュレーション装置は、治具の形状データを取得する取得部と、取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、操作入力部の操作に応じてシミュレータ空間において前記治具を配置する配置部と、仮想的なロボットを動作させる動作シミュレーション部と、を備える。前記動作シミュレーション部は、前記ロボットの動作中に前記ロボットの所定位置が前記治具範囲に含まれる場合に、前記所定位置の動作方向を記録する。

本開示の例示的な治具データ生成装置およびロボットシミュレーション装置によれば、治具への悪影響を抑制することが可能となる。

図１は、ＦＤＭ方式の３Ｄ印刷装置の一例を示す概略図である。 図２は、３Ｄ印刷装置で製造された治具の一例を模式的に示す図である。 図３は、治具に対する負荷の方向の一例を示す図である。 図４は、本開示の例示的な実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。 図５は、多関節ロボットの一例を示す概略図である。 図６は、治具データ生成装置（外部ＰＣ）の構成を示すブロック図である。 図７は、治具データを生成するためのステップの流れを示すフローチャートである。 図８は、３Ｄモデリングにおける治具の表示例と、３Ｄ印刷ソフトによる治具の配置例を示す図である。 図９は、治具範囲が直方体である場合の決定方法を示すフローチャートである。 図１０は、直方体の治具範囲を示す図である。 図１１は、治具範囲が球体である場合の決定方法を示すフローチャートである。 図１２は、球体の治具範囲を示す図である。 図１３は、ロボットシステムにおけるロボット制御に関する構成を示す図である。 図１４は、本開示の例示的な実施形態に係るロボット制御に関するフローチャートである。 図１５は、ロボットの作業環境の一例を示す模式図である。 図１６は、微小動作の移動量の分解を示す図である。 図１７は、治具範囲が重複する例を示す図である。 図１８は、本開示の例示的なロボットシミュレーション装置の構成を示す図である。 図１９は、印刷時の治具の積層方向を決定する方法を示すフローチャートである。 図２０は、シミュレータ空間を示す概略図である。 図２１は、治具モデルと動作方向モデルの一例を示す図である。 図２２は、本開示の例示的な制御装置の構成を示す図である。 図２３は、治具モデルと動作方向モデルを印刷用に配置した一例を示す図である。

以下に図面を参照して本開示の例示的な実施形態を説明する。

＜１．３Ｄ印刷装置により製造される治具＞
３Ｄ印刷装置（３Ｄプリンタ）は、樹脂等を使用して複雑な構造の立体モデルを、金型不要で簡単に形成することができるため、様々な分野で活用されている。製品を組み立てるための工場においては、製品の生産時に補助的に使用される器具である治具が用いられる。治具は、ワークを保持するために使用される。ワークに合わせた治具を製造することで、ワークを作業しやすい位置または角度に固定することが可能となる。

３Ｄ印刷装置には、ＦＤＭ（Fused Deposition Modeling）方式（熱溶解積層方式）と呼ばれる方式で印刷を実行する装置がある。図１は、ＦＤＭ方式の３Ｄ印刷装置の一例を示す概略図である。図１に示す３Ｄ印刷装置５は、フォームベース５１と、印刷ヘッド５２と、モデル材スプール５３と、サポート材スプール５４と、を備える。モデル材スプール５３から印刷対象物Ｐ用の材料であるフィラメントが印刷ヘッド５２に送られる。サポート材スプール５４からサポート部Ｓ用の材料であるフィラメントが印刷ヘッド５２に送られる。サポート部Ｓは、印刷時に印刷対象物Ｐを支持する部材である。上記フィラメントは、樹脂材料から構成される。

印刷ヘッド５２をｘｙ方向に移動、かつフォームベース５１をｚ方向に移動させつつ、印刷ヘッド５２から加熱溶融されたフィラメントをフォームベース５１へ向かって吐出することで、溶融樹脂の積層構造により印刷対象物Ｐおよびサポート部Ｓがフォームベース５１上に印刷形成される。印刷後、印刷対象物Ｐからサポート部Ｓを分離することで、印刷対象物Ｐを得ることができる。

治具を製造するために３Ｄ印刷装置が用いられる場合がある。図２は、３Ｄ印刷装置で製造された治具の一例を模式的に示す図である。先述したＦＤＭ方式などの３Ｄ印刷装置は下から材料を積層するように治具を形成するため、図２に示すように製造された治具Ｊは、積層方向Ｄｊに材料が積層された構造を有する。なお、図１では、治具Ｊに保持されるワークＷが図示される。

しかしながら、３Ｄ印刷装置を用いて製造された治具は、図３に示すように、積層方向Ｄｊの負荷（ＬＡなど）に対しては強度が強いが、積層方向Ｄｊに直交する方向の負荷（ＬＢ，ＬＣなど）に対しては強度が弱いという特徴を有する。

ワークを把持可能な構成を有するロボットの作業環境に治具を配置する場合、ロボットがワークに接触すると、ワークを保持する治具に負荷がかかる。治具が３Ｄ印刷装置により製造された場合、負荷がかかる方向によっては治具に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、このような治具への悪影響を抑制すべく、ロボットの適切な制御が求められる。

＜２．システム構成＞
図４は、本開示の例示的な実施形態に係るロボットシステム１０の構成を示す図である。ロボットシステム１０は、ロボット１と、ロボットコントローラ２と、ティーチングペンダント３と、外部ＰＣ（パソコン）４と、を有する。

ロボット１は、図５に一例を模式的に示すように、産業用の多関節ロボット（ロボットアーム）である。ロボット１は、各関節軸にモータが搭載されており、先端部にハンド１Ａを有する。ハンド１Ａは、ワークを把持するように構成される。なお、ハンド１Ａは、指によってワークを把持する構成であってもよいし、吸着によってワークを把持する構成であってもよい。モータの駆動によりハンド１Ａは所定の位置・姿勢に制御される。

また、ロボット１は、各関節部にトルクセンサ１Ｂを有する。トルクセンサ１Ｂは、各関節軸にかかるトルクを検出するように構成され、例えばひずみゲージにより構成される。各関節軸のトルクを検出して総合的に評価することで、ハンド１Ａの把持状態を推測することができる。なお、ハンド１Ａの把持状態を把握するためには、トルクセンサの代わりに、ハンド１Ａの手首部に設けられる力覚センサ、あるいはハンド１Ａの指先に設けられる触覚センサを用いてもよい。

ロボットコントローラ２は、ロボット１を制御するための装置であり、例えばＰＣにより構成される。

ロボットコントローラ２には、ティーチングペンダント３と呼ばれる操作装置が接続される。ティーチングペンダント３を用いて、ロボットコントローラ２にロボット１の位置姿勢を登録することができる。例えば、ティーチングペンダント３における操作によりロボット１の関節を制御し、所望の位置姿勢のときにティーチングペンダント３において登録操作をすると、そのときの位置姿勢がロボットコントローラ２に登録される。このような登録作業をティーチングと呼び、登録された位置姿勢は、教示点と呼ばれる。なお、教示点は、ロボット１の先端部（ハンド１Ａ）の位置姿勢情報である。

外部ＰＣ４は、ロボットコントローラ２の外部に設けられる。外部ＰＣ４には、各種ソフトウェアが保存される。外部ＰＣ４により、例えばロボット１への指令を与えるためのロボットプログラミングを行うことができる。また、外部ＰＣ４により、後述するように治具を３Ｄモデリングしたり、３Ｄ印刷装置５を制御したり、治具データを生成することができる。外部ＰＣ４の詳細については、後述する。なお、例えばロボットプログラミングを行うための外部ＰＣと、治具関係の処理を行うための外部ＰＣは、別個のＰＣであってもよい。

３Ｄ印刷装置５は、治具を造形するために用いられ、先述した例えばＦＤＭ方式の装置として構成される。

＜３．治具データ生成＞
ここでは、本開示に係るロボット制御について説明する前に、当該ロボット制御のために必要となる治具データを生成する方法について説明する。

図６は、外部ＰＣ４の構成を示すブロック図である。外部ＰＣ４は、操作入力部４１と、表示部４２と、制御部４３と、記憶部４４と、を備える。

操作入力部４１は、操作に応じて制御部４３に入力する入力信号を生成するように構成される。操作入力部４１は、例えばマウスおよびキーボードを含む。

表示部４２は、各種画像を表示するように構成され、例えば液晶表示部により構成される。

制御部４３は、ＣＰＵおよびメモリなどを有する。記憶部４４は、３Ｄモデリングソフト４４Ａ、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂ、および治具データ生成ソフト４４Ｃを記憶する記憶装置である。記憶部４４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などにより構成される。記憶部４４に記憶されたソフトウェアをＣＰＵが実行することで、制御部４３の各種機能が実現される。図６に図示された取得部４３Ａ、決定部４３Ｂ、および生成部４３Ｃは、治具データ生成ソフト４４ＣをＣＰＵが実行した場合に実現される各種の機能ブロックである。この場合、外部ＰＣ４は、治具データ生成装置４Ａとして機能する。

ここで、治具データを生成するためのステップの流れを図７に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１では、ユーザが外部ＰＣ４に３Ｄモデリングソフト（ＣＡＤツール）４４Ａを実行させて、治具の３Ｄモデルを設計する。図８の左側には、設計された治具Ｊの表示部４２での表示例を示す。治具の設計が完了すると、ステップＳ２で、外部ＰＣ４が３Ｄモデリングソフト４４Ａを実行することで、設計された治具に関するＳＴＬファイルが出力される。ＳＴＬファイルは、三次元形状を表現するデータを保存するファイルフォーマットの一つであり、三次元形状を構成する各三角形要素（ポリゴン）の頂点座標（３つの座標）と法線ベクトルを含む。出力されたＳＴＬファイルは、記憶部４４に保存される。

次に、ステップＳ３で、外部ＰＣ４で３Ｄ印刷ソフト４４Ｂを実行することにより、上記ＳＴＬファイルを読み込む。すると、治具のモデルが表示部４２に表示され、操作入力部４１の操作により印刷用に治具の配置を決定することができる（ステップＳ４）。図８の右側には、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂの実行により表示部４２に表示された治具Ｊのモデル表示例を示す。表示部４２には治具Ｊとともに３Ｄ印刷装置５におけるフォームベース５１が表示される。これにより、治具Ｊのフォームベース５１に対する配置を表示上で操作できる。

治具の配置は、３Ｄモデリングソフト４４Ａにおける直交座標系（ＸＹＺ）（図８の左側に図示）のＸＹＺ各軸に沿った平行移動による位置調整と、上記直交座標系のＸＹＺ各軸周りの回転による姿勢調整により行うことができる。治具をフォームベース５１に配置したときのフォームベース５１のベース面に垂直な上方向Ｕ（図８）が、治具を印刷するときの治具の積層方向となる。

３Ｄ印刷ソフト４４Ｂによれば、３Ｄ印刷のための治具の配置の他に、治具を支持するためのサポート部の決定、および各種パラメータ（素材、充填率など）の決定を行うことができる。

印刷のための条件が決定すると、ステップＳ５に進み、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂを実行することで、制御部４３は３Ｄ印刷装置５を制御する。これにより、３Ｄ印刷装置５は、治具の配置などの決定条件に基づき治具およびサポート部を積層によって印刷形成する。

そして、ステップＳ６で、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂの実行により、３Ｄ印刷情報データが出力される。３Ｄ印刷情報データは、実行された３Ｄ印刷に関する情報を含んでいる。具体的には、３Ｄ印刷情報データは、治具（印刷対象物）の形状データ、治具の配置データ、サポート部の形状データ、およびパラメータ（素材、充填率など）を含む。治具の形状データは、ステップＳ２で出力されたＳＴＬファイルに含まれる三角形要素の頂点座標データである。治具の配置データは、位置データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と姿勢データ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）である。姿勢データは、オイラー角のデータである。

次に、ステップＳ７に進み、外部ＰＣ４で治具データ生成ソフト４４Ｃを実行することにより、上記３Ｄ印刷情報データを読み込む。このとき、外部ＰＣ４は治具データ生成装置４Ａとして機能する。取得部４３Ａ（図６）は、３Ｄ印刷情報データに含まれるデータのうち治具の形状データ、姿勢データ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）、およびパラメータを取得する。

次に、ステップＳ８に進み、決定部４３Ｂは、取得された治具の形状データに基づき、治具を囲む所定の治具範囲を決定する。治具範囲は、後述するようにロボット１のハンド１Ａが治具に近づいたことを検出するために設けられる。

ここで、治具範囲の具体的な決定方法の一例について説明する。図９は、治具範囲が直方体である場合の決定方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１で、治具（印刷対象物）の形状データが取得される。先述したように、当該形状データは、３Ｄモデリングソフト４４Ａでの直交座標系（ＸＹＺ）を基準とする各三角形要素の頂点座標データである。

そして、ステップＳ１２で、上記形状データに含まれるすべての頂点座標について、Ｘ，Ｙ，Ｚ成分それぞれの最大値Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ，Ｚｍａｘと最小値Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ，Ｚｍｉｎが取得される。

最大値Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ，Ｚｍａｘと最小値Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ，Ｚｍｉｎが決まると、図１０に示すように直方体における８つの頂点が決まる。従って、ステップＳ１３で、治具Ｊを囲む直方体としての治具範囲ＳＳが決定される。

図１１は、治具範囲が球体である場合の決定方法を示すフローチャートである。図１１においてステップ２１からステップＳ２３までは先述した図９におけるステップＳ１１からステップＳ１３までと同様であり、直方体が決定される。そして、ステップＳ２４で、図１２に示すように、直方体の中心を中心Ｃとし、中心Ｃから直方体の頂点までの距離を半径Ｒとした球体を治具範囲ＳＳとして決定する。

図７に説明を戻し、ステップＳ８で治具範囲が決定されると、ステップＳ９に進む。ここで、生成部４３Ｃ（図６）は、上記形状データと、決定された治具範囲のデータと、治具の積層方向を示す積層方向ベクトルのベクトル情報と、パラメータ（素材および充填率など）と、を含めた治具データを生成する。積層方向ベクトルは、図８に示す上方向Ｕに沿ったベクトルである。３Ｄモデリングソフト４４Ａにおける直交座標系（ＸＹＺ）に対する積層方向ベクトルは、上記姿勢データ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）により決まるため、上記ベクトル情報として上記姿勢データを用いることができる。従って、治具データにおいて、３Ｄモデリングソフトにおける直交座標系（ＸＹＺ）をそれぞれ基準とした形状データ、治具範囲データ、および積層方向ベクトルのデータを含めることができる。

ステップＳ１０で、生成された治具データが外部ＰＣ４からロボットコントローラ２へ送信される。これにより、ロボットコントローラ２は、治具データを用いてロボット１の制御を行うことができる。

このように、本開示の治具データ生成装置４Ａは、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置５により製造された治具の形状データを取得する取得部４３Ａと、取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲ＳＳを決定する決定部４３Ｂと、決定された前記治具範囲のデータを含む治具データを生成する生成部４３Ｃと、を備える。これにより、積層物である治具の強度を考慮したロボットのワーク把持制御をするための治具データを、治具の形状データを用いることで容易に生成することができる。

また、上記形状データは、上記治具の３Ｄモデルを構成する多角形（三角形要素）のそれぞれの各頂点座標を含む。これにより、ポリゴンデータに基づいて治具範囲を決定することができる。

また、上記多角形のそれぞれの各頂点座標は、３Ｄモデリングソフト４４Ａにおいて扱われる座標系（ＸＹＺ）における座標である。生成部（４３Ｃ）は、治具の積層方向を示す積層方向ベクトルのベクトル情報を含めた治具データを生成する。上記ベクトル情報は、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂによって治具のモデルを印刷用に配置したときの姿勢データとして治具データに含められる。これにより、形状データは、３Ｄモデリングソフト４４Ａにより生成される形状データを流用でき、積層方向ベクトルのベクトル情報は、３Ｄ印刷ソフトにより生成される姿勢データを流用できる。

また、決定部４３Ｂは、上記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された最大値および最小値に基づいて直方体である治具範囲ＳＳを決定する。これにより、治具範囲ＳＳを直方体で管理することができる。

また、決定部４３Ｂは、上記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された最大値および最小値に基づいて直方体を決定し、決定された直方体の中心位置を中心Ｃとし、上記中心位置から上記直方体の頂点までの距離を半径Ｒとする球体としての治具範囲ＳＳを決定する。これにより、治具範囲ＳＳを球体で管理することができる。

また、取得部４３Ａは、治具の素材および充填に関する情報の少なくとも一方のデータを取得する。生成部４３Ｃは、上記少なくとも一方のデータを治具データに含める。これにより、治具の強度に応じてロボット１がワーク把持制御をより適切に実行できる。

＜４．ロボット制御＞
次に、上記のように生成された治具データを用いて実行されるロボット制御について説明する。図１３は、ロボットシステム１０におけるロボット制御に関する構成を示す図である。

ロボットコントローラ２は、制御部２１と、記憶部２２と、を有する。制御部２１は、記憶部２２に記憶されたロボットプログラム２２Ａ、教示点データ２２Ｂ、および制御プログラム２２Ｃを用いて各種制御を実行する。

ロボットプログラム２２Ａは、例えばBASICまたはPythonなどのプログラミング言語により構成される。外部ＰＣ４において、教示点データ２２Ｂを用いた動作指令をプログラミングすることでロボットプログラム２２Ａを生成することが可能である。制御プログラム２２Ｃは、ロボットプログラム２２Ａにより指令される動作を実現するための制御を行うプログラムである。制御部２１に含まれる把持制御部２１Ａは、ロボット１によるワークの把持に関する制御を実行する。把持制御部２１Ａは、制御プログラム２２Ｃに従って制御を実行する。

制御部２１に含まれるデータ取得部２１Ｂは、治具データ生成装置４Ａとしての外部ＰＣ４から送信された治具データを取得する。ロボットコントローラ２は、操作入力に応じて治具データに基づき、ロボット１の作業空間に治具を配置することができる。治具が配置された状態での治具範囲のデータは治具範囲データ２２Ｄとして、治具が配置された状態での治具の積層方向を示す積層方向ベクトルのデータは積層方向ベクトル情報２２Ｅとして記憶部２２に記憶される。

次に、ロボットコントローラ２による制御について、図１４に示すフローチャートを参照して説明する。図１４に示す制御は、把持制御部２１Ａにより実行され、ハンド１Ａがワークを把持するための目標地点に到達するまでの制御を示す。

ここで、ロボット１の作業環境の一例を図１５に模式的に示すが、当該作業環境においては、３Ｄ印刷装置５を用いて製造された治具Ｊ（Ｊ１，Ｊ２）が複数配置されることとする。なお、本開示は、治具Ｊが単数配置される作業環境に適用することも可能である。

図１４に示す処理が開始されると、まずステップＳ３１で、把持制御部２１Ａは、ロボット１の先端部（ハンド１Ａ）の現在位置を取得する。なお、ハンド１Ａの位置などの各種位置座標は、図１５に示すように固定座標系（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）において特定される。

次に、ステップＳ３２に進み、把持制御部２１Ａは、目標地点（目標座標）に移動するための、ロボット一制御周期分の微小動作を算出する。そして、ステップＳ３３で、把持制御部２１Ａは、微小動作後のハンド１Ａの位置が治具範囲データ２２Ｄで表される治具範囲内であるかを判定する。治具範囲は、先述したように例えば直方体あるいは球体である。

ステップＳ３３において治具範囲が例えば球体である場合は、ハンド１Ａの微小動作後の位置と中心Ｃの位置との間の距離が設定された半径Ｒ以下であるかにより、ハンド１Ａが治具範囲ＳＳ内であるかを判定できる。これにより、ハンド１Ａが治具Ｊに近い位置にあるかを判定できる。なお、ステップＳ３３では、複数の治具Ｊのうち一つについて判定される。

ステップＳ３３において治具範囲内である場合は（ステップＳ３３のＹ）、ステップＳ３４に進む。ステップＳ３４において、図１６に示すように、把持制御部２１Ａは、積層方向ベクトル情報２２Ｅにより表される治具Ｊの積層方向ベクトルＶｊとハンド１Ａの微小動作方向とがなす角度θを算出する。角度θは、０度から９０度の範囲で算出される。角度θが９０度に近いほど、微小動作方向が治具Ｊの強度が弱い方向であることを示す。ここで、積層方向ベクトル情報２２Ｅは、複数の治具Ｊごとにあらかじめ記憶部２２に格納される（図１５のＶｊ１，Ｖｊ２）。

次に、ステップＳ３５で、図１６に示すように、把持制御部２１Ａは、微小動作の移動量Ｍを治具Ｊの積層方向の成分Ｍ１とそれに直交する方向の成分Ｍ２に分解する。

そして、ステップＳ３６に進み、把持制御部２１Ａは、上記直交する方向の成分（移動量成分）Ｍ２を減少させる。ここでは、上記算出された角度θが９０度に近いほど減少量を大きくする。例えば、角度θに比例した減少量とする。

次に、ステップＳ３７に進み、把持制御部２１Ａは、上記直交する方向の減少後の成分と積層方向の成分とから微小動作を更新する。これにより、ロボット１制御周期における微小動作の移動量が減少され、ハンド１Ａの動作速度が減少される。従って、ハンド１Ａが治具Ｊに近づいた場合に、ハンド１Ａがワークに接触する前にあらかじめハンド１Ａの動作速度を減少させ、ハンド１Ａがもしワークに接触した場合でも治具Ｊの強度が弱い方向への負荷を抑制できる。なお、更新後の微小動作における移動量が、移動量の減衰によって最低移動量よりも小さくなった場合は、更新後の微小動作における移動量を最低移動量とする。

なお、ステップＳ３４で算出される角度θが所定の角度閾値以上であるか否かに応じて、ステップＳ３６における減少処理を実行するかを切り替えてもよい。この場合、ステップＳ３６では、減少量を一定値とする。

ステップＳ３７の後、ステップＳ３８で、把持制御部２１Ａは、負荷検出閾値の低下処理を実行する。負荷検出閾値は、ハンド１Ａにかかる過負荷を検出するための閾値であり、例えばロボット１に設けられるトルクセンサ１Ｂのトルク検出閾値である。この場合、ステップＳ３８では、トルク検出閾値が初期値から低下される。この場合の低下量は、例えばステップＳ３４で算出された角度θに比例した低下量である。あるいは、角度θが所定の角度閾値以上であるか否かに応じて、トルク検出閾値を一定値だけ低下させるかを切り替えてもよい。

なお、負荷検出閾値は、トルクセンサ１Ｂにより検出されるトルクから推測される負荷の閾値であってもよい。トルク検出閾値などの負荷検出閾値の初期値は、データ取得部２１Ｂにより取得される治具データに含まれるパラメータに応じて設定される。３Ｄ印刷装置５で製造された治具Ｊの強度は、材質（ＡＢＳ、ＰＬＡなど）、または内部の充填率、充填方式によって変化するため、治具Ｊの強度に応じて上記初期値を設定する。具体的には、強度が強いほど、初期値を大きくすればよい。

一方、ステップＳ３３で治具範囲外である場合は（ステップＳ３３のＮ）、ステップＳ３９に進む。

ステップＳ３８（またはステップＳ３３）の後、ステップＳ３９に進み、把持制御部２１Ａは、全ての治具Ｊについて処理されたかを判定する。全ての治具Ｊについて処理されていない場合は（ステップＳ３９のＮ）、ステップＳ３３に戻る。ここで、治具範囲内である場合は（ステップＳ３３のＹ）、ステップＳ３４以降の処理が実行される。

例えば図１７に示すように、治具Ｊ１の治具範囲ＳＳ１と治具Ｊ２の治具範囲ＳＳ２とが重複領域ＳＡで重なる場合、重複領域ＳＡにハンド１Ａが位置する場合に治具Ｊ１，Ｊ２それぞれについてステップＳ３４以降の処理が実行される。

全ての治具Ｊについて処理が完了した場合は（ステップＳ３９のＹ）、ステップＳ４０に進み、把持制御部２１Ａは、ハンド１Ａの微小動作を実行する。そして、ステップＳ４１で、把持制御部２１Ａは、ハンド１Ａが目標地点に到達したかを判定する。もし到達していない場合は（ステップＳ４１のＮ）、ステップＳ３１に戻る。この場合、ステップＳ３２で算出される微小動作の移動量は、ステップＳ４０で実行された微小動作の移動量と同じとする。もし到達している場合は（ステップ４１のＹ）、図１４の処理は完了となる。

なお、把持制御部２１Ａは、図１４の処理と並行して負荷検出閾値を用いた制御を実行している。具体的には、例えば、ハンド１Ａの現在位置が複数の治具Ｊのいずれの治具範囲内に位置しているかを判定し、ハンド１Ａが位置している治具範囲ＳＳについて中心Ｃの位置とハンド１Ａの位置との距離を算出し、最も距離が短い治具Ｊについての負荷検出閾値と現在の負荷検出値（例えばトルクセンサ１Ｂのトルク検出値）を比較する。比較結果として、負荷検出値が負荷検出閾値を上回っている場合、ロボット１の動作を停止させる。ステップＳ３８において負荷検出閾値が低下されている場合、ロボット１の動作が停止しやすくなり、過負荷による治具Ｊへの悪影響を抑制することができる。

また、図１４の処理は、製品の量産時におけるロボット１の稼働時に実行されるが、ティーチング後の動作確認のときに実行されてもよい。これにより、例えば、動作速度の減少を確認した場合に、ハンド１Ａの軌跡を変更するように再度ティーチングすることも可能である。

以上を換言すれば、ロボットコントローラ２は、ワークを把持可能なロボット１を制御するためのロボットコントローラである。ロボットコントローラ２は、治具データ生成装置４Ａにより生成された治具データを取得するデータ取得部２１Ｂと、ワークを保持するための治具が有する積層構造の積層方向を示す積層方向ベクトル情報２２Ｅを記憶する記憶部２２と、ワークをロボット１により把持するときに、積層方向ベクトル情報２２Ｅに基づいてロボット１の把持に関する制御を実行する把持制御部２１Ａと、を備える。把持制御部２１Ａは、ロボット１における所定位置が治具データにおける治具範囲ＳＳに含まれるかを判断し、含まれる場合にロボット１の把持に関する制御を実行する。これにより、ロボット１によりワークを把持するときに、積層構造の治具における強度の弱い方向へ過負荷がかかりにくくなり、治具への悪影響を抑制できる。

＜５．変形例＞
先述したステップＳ６（図７）で出力される３Ｄ印刷情報データに含める治具の形状データは、ステップＳ２で出力されたＳＴＬファイルに含まれる三角形要素の頂点座標データ、すなわち３Ｄモデリングソフト４４Ａでの直交座標系を基準とする座標データであった。しかしながら、これに限らず、上記治具の形状データは、ＳＴＬファイルに含まれる座標データを３Ｄ印刷ソフト４４Ｂでの直交座標系を基準とするデータに変換した座標データとしてもよい。この場合、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂでの直交座標系における積層方向ベクトル（図８の上方向Ｕに沿うベクトル）は、例えば単位ベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，１）として決まっているので、治具データに積層方向ベクトルの情報を含めなくてもよい。

＜６．印刷時の積層方向の決定方法＞
次に、ロボットシミュレーションを事前に行うことで、ロボットの動作に対応して強度を向上させるように治具を３Ｄ印刷するときの積層方向を決定する方法について説明する。

図１８は、本開示の例示的なロボットシミュレーション装置４Ｂの構成を示す図である。ロボットシミュレーション装置４Ｂは、ＰＣ４の記憶部４４に保存されたロボットシミュレーションソフト４４ＤをＣＰＵが実行することにより実現される。すなわち、ＰＣ４がロボットシミュレーション装置４Ｂとして機能する。なお、ＰＣ４の記憶部４４には、３Ｄモデリングソフト４４Ａおよび３Ｄ印刷ソフト４４Ｂも保存される。

印刷時の治具の積層方向を決定する方法について、図１９に示すフローチャートに沿って説明する。まず、ステップＳ４１で、３Ｄモデリングソフト４４ＡをＰＣ４で実行することで、治具をモデリングして設計する。そして、ステップＳ４２で、３Ｄモデリングソフト４４Ａによりモデリングされた治具に関するＳＴＬファイルが出力される。

次に、ロボットシミュレーションソフト４４ＤをＰＣ４で実行することにより、ロボットシミュレーション装置４Ｂが起動する。図１８に示す制御部４３に含まれる取得部４３Ｄ、決定部４３Ｅ、配置部４３Ｆ、および動作シミュレーション部４３Ｇは、ロボットシミュレーションソフト４４Ｄの実行により実現される。

ステップＳ４３で、ロボットシミュレーションソフト４４ＤによりＳＴＬファイルが読み込まれる。このとき、取得部４３Ｄは、ＳＴＬファイルに含まれる治具の形状データを取得する。次に、ステップＳ４４で、決定部４３Ｅは、取得された形状データに基づいて治具範囲を決定する。治具範囲は、先述したように例えば直方体あるいは球体として決定される。

次に、ステップＳ４５で、操作入力部４１における操作に応じて、配置部４３Ｆがシミュレータ空間における治具の配置を行う。シミュレータ空間には、仮想的なロボットも配置される。そして、ステップＳ４６で、動作シミュレーション部４３Ｇは、シミュレータ空間において仮想的なロボットを動作させる。図２０は、シミュレータ空間を示す概略図であり、シミュレータ空間にはロボット１と治具Ｊが配置されている。シミュレータ空間においてロボット１が動作中に、ロボット１のハンド１Ａが治具Ｊについての治具範囲ＳＳ内に位置する場合は、ハンド１Ａの動作方向が記録される。ロボットの制御周期単位（例えば４ｍｓ）ごとに記録が行われる。

このようなロボットシミュレーションが完了すると、ステップＳ４７で、ロボットシミュレーション装置４Ｂにより、ＳＴＬファイルが出力される。当該ＳＴＬファイルには、ステップＳ４２で３Ｄモデリングソフト４４Ａにより出力されたＳＴＬファイルに含まれるデータに加えて、記録された動作方向のデータが含められる。当該動作方向のデータは、図２１に示す動作方向Ｌのように、直線集合モデルデータとしてＳＴＬファイルに含められる。

次に、３Ｄ印刷ソフト４４ＢをＰＣ４で実行することにより、図２２に示す制御装置４Ｃが起動する。制御装置４Ｃは、３Ｄ印刷装置５を制御するための装置である。図２２に示す制御部４３に含まれるファイル取得部４３Ｈおよび印刷制御部４３Ｉは、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂの実行により実現される。

ステップＳ４８では、ステップＳ４７で出力されたＳＴＬファイルが３Ｄ印刷ソフト４４Ｂにより読みこまれる。このとき、ファイル取得部４３ＨによりＳＴＬファイルが取得される。これにより、図２３に示すように、表示部４２には、治具Ｊのモデルと動作方向Ｌのモデルがフォームベース５１とともに表示される。操作入力部４１によって治具のモデルと動作方向のモデルは、一体として平行移動および座標軸周りの回転を行うことができる。ユーザは、動作方向を確認できるため、動作方向がフォームベース５１に対してなるべく垂直になるように、かつ治具が印刷のしやすい姿勢となるように治具を印刷用に配置することができる。なお、治具が印刷しやすい姿勢とは、例えば治具のなるべく広い面がフォームベース５１上に載るような姿勢である。このように治具の配置が決定されると、図２３に示すようにフォームベース５１のベース面に対して垂直な上方向Ｕに沿う方向が積層方向として決定されることになる。これにより、ロボットの動作方向に対して強度が向上されるように治具の積層方向を決定することができる。

なお、上記のようにユーザが操作入力部４１を操作して治具の配置を調整してもよいが、これに限らず、３Ｄ印刷ソフト４４Ｂの実行により、動作方向に基づいて治具を自動的に配置してもよい。

そして、ステップＳ５０で、印刷制御部４３Ｉは、上記で決定された治具の配置に基づいて３Ｄ印刷装置５を制御して、３Ｄ印刷装置５に治具を印刷形成させる。

以上のように、本開示のロボットシミュレーション装置４Ｂは、治具の形状データを取得する取得部４３Ｄと、取得された上記形状データに基づき、上記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部４３Ｅと、操作入力部４１の操作に応じてシミュレータ空間において上記治具を配置する配置部４３Ｆと、仮想的なロボット１を動作させる動作シミュレーション部４３Ｇと、を備える。上記動作シミュレーション部４３Ｇは、上記ロボット１の動作中にロボット１の所定位置が上記治具範囲に含まれる場合に、上記所定位置の動作方向を記録する。これにより、上記所定位置の動作方向の記録データに基づき、３Ｄ印刷装置５により印刷する積層方向を決めることができ、ロボット１の動作に対応して強度を向上させた治具を製造することができる。

また、本開示の制御装置４Ｃは、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置５を制御する制御装置であって、ロボットシミュレーション装置４Ｂにおいて記録された上記動作方向のデータと、上記治具の形状データを含むデータファイル（ＳＴＬファイル）を取得するファイル取得部４３Ｈと、取得された上記データファイルに基づいて決定された積層方向に従った印刷を３Ｄ印刷装置５に実行させる印刷制御部４３Ｉと、を備える。これにより、決定された積層方向に積層されることで、ロボットの動作に対応して強度を向上させた治具を製造することができる。

＜７．その他＞
以上、本開示の実施形態を説明した。なお、本開示の範囲は上述の実施形態に限定されない。本開示は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

＜８．付記＞
以上のように、本開示の一態様に係る治具データ生成装置は、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置により製造された治具の形状データを取得する取得部と、
取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、
決定された前記治具範囲のデータを含む治具データを生成する生成部と、
を備える構成としている（第１の構成）。

また、上記第１の構成において、前記形状データは、前記治具の３Ｄモデルを構成する多角形のそれぞれの各頂点座標を含む構成としてもよい（第２の構成）。

また、上記第２の構成において、前記多角形のそれぞれの前記各頂点座標は、３Ｄモデリングソフトにおいて扱われる座標系における座標であり、
前記生成部は、前記治具の積層方向を示す積層方向ベクトルのベクトル情報を含めた前記治具データを生成し、
前記ベクトル情報は、３Ｄ印刷ソフトによって前記治具のモデルを印刷用に配置したときの姿勢データとして前記治具データに含められる構成としてもよい（第３の構成）。

また、上記第２または第３の構成において、前記決定部は、前記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された前記最大値および前記最小値に基づいて直方体である前記治具範囲を決定する構成としてもよい（第４の構成）。

また、上記第２または第３の構成において、前記決定部は、前記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された前記最大値および前記最小値に基づいて直方体を決定し、決定された直方体の中心位置を中心とし、前記中心位置から前記直方体の頂点までの距離を半径とする球体としての前記治具範囲を決定する構成としてもよい（第５の構成）。

また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記取得部は、前記治具の素材および充填に関する情報の少なくとも一方のデータを取得し、
前記生成部は、前記少なくとも一方のデータを前記治具データに含める構成としてもよい（第６の構成）。

また、本開示の一態様に係るロボットコントローラは、ワークを把持可能なロボットを制御するためのロボットコントローラであって、
上記第１から第６のいずれかの構成の治具データ生成装置により生成された前記治具データを取得するデータ取得部と、
前記ワークを保持するための治具が有する積層構造の積層方向を示す積層方向ベクトル情報を記憶する記憶部と、
前記ワークを前記ロボットにより把持するときに、前記積層方向ベクトル情報に基づいて前記ロボットの把持に関する制御を実行する把持制御部と、
を備え、
前記把持制御部は、前記ロボットにおける所定位置が前記治具データにおける前記治具範囲に含まれるかを判断し、含まれる場合に前記ロボットの把持に関する制御を実行する構成としている（第７の構成）。

また、本開示の一態様に係るロボットシミュレーション装置は、治具の形状データを取得する取得部と、
取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、
操作入力部の操作に応じてシミュレータ空間において前記治具を配置する配置部と、
仮想的なロボットを動作させる動作シミュレーション部と、
を備え、
前記動作シミュレーション部は、前記ロボットの動作中に前記ロボットの所定位置が前記治具範囲に含まれる場合に、前記所定位置の動作方向を記録する構成としている（第８の構成）。

また、本開示の一態様に係る制御装置は、積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置を制御する制御装置であって、
上記第８の構成のロボットシミュレーション装置において記録された前記動作方向のデータと、前記治具の形状データを含むデータファイルを取得するファイル取得部と、
取得された前記データファイルに基づいて決定された積層方向に従った印刷を前記３Ｄ印刷装置に実行させる印刷制御部と、
を備える構成としている（第９の構成）。

本開示の技術は、例えば、産業用のロボットシステムに利用することができる。

１ ロボット
１Ａ ハンド
１Ｂ トルクセンサ
２ ロボットコントローラ
３ ティーチングペンダント
４ 外部ＰＣ
４Ａ 治具データ生成装置
４Ｂ ロボットシミュレーション装置
４Ｃ 制御装置
５ ３Ｄ印刷装置
１０ ロボットシステム
２１ 制御部
２１Ａ 把持制御部
２１Ｂ データ取得部
２２ 記憶部
２２Ａ ロボットプログラム
２２Ｂ 教示点データ
２２Ｃ 制御プログラム
２２Ｄ 治具範囲データ
２２Ｅ 積層方向ベクトル情報
４１ 操作入力部
４２ 表示部
４３ 制御部
４３Ａ 取得部
４３Ｂ 決定部
４３Ｃ 生成部
４３Ｄ 取得部
４３Ｅ 決定部
４３Ｆ 配置部
４３Ｇ 動作シミュレーション部
４３Ｈ ファイル取得部
４３Ｉ 印刷制御部
４４ 記憶部
４４Ａ ３Ｄモデリングソフト
４４Ｂ ３Ｄ印刷ソフト
４４Ｃ 治具データ生成ソフト
４４Ｄ ロボットシミュレーションソフト
５１ フォームベース
５２ 印刷ヘッド
５３ モデル材スプール
５４ サポート材スプール
Ｊ，Ｊ１，Ｊ２ 治具
Ｌ 動作方向
Ｐ 印刷対象物
Ｓ サポート部
ＳＳ，ＳＳ１，ＳＳ２ 治具範囲
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置により製造された治具の形状データを取得する取得部と、
   取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、
   決定された前記治具範囲のデータを含む治具データを生成する生成部と、
   を備える、治具データ生成装置。
2. 前記形状データは、前記治具の３Ｄモデルを構成する多角形のそれぞれの各頂点座標を含む、請求項１に記載の治具データ生成装置。
3. 前記多角形のそれぞれの前記各頂点座標は、３Ｄモデリングソフトにおいて扱われる座標系における座標であり、
   前記生成部は、前記治具の積層方向を示す積層方向ベクトルのベクトル情報を含めた前記治具データを生成し、
   前記ベクトル情報は、３Ｄ印刷ソフトによって前記治具のモデルを印刷用に配置したときの姿勢データとして前記治具データに含められる、請求項２に記載の治具データ生成装置。
4. 前記決定部は、前記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された前記最大値および前記最小値に基づいて直方体である前記治具範囲を決定する、請求項２に記載の治具データ生成装置。
5. 前記決定部は、前記形状データに含まれるすべての頂点座標に基づき、直交座標系の各成分の最大値および最小値を取得し、取得された前記最大値および前記最小値に基づいて直方体を決定し、決定された直方体の中心位置を中心とし、前記中心位置から前記直方体の頂点までの距離を半径とする球体としての前記治具範囲を決定する、請求項２に記載の治具データ生成装置。
6. 前記取得部は、前記治具の素材および充填に関する情報の少なくとも一方のデータを取得し、
   前記生成部は、前記少なくとも一方のデータを前記治具データに含める、請求項１に記載の治具データ生成装置。
7. ワークを把持可能なロボットを制御するためのロボットコントローラであって、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の治具データ生成装置により生成された前記治具データを取得するデータ取得部と、
   前記ワークを保持するための治具が有する積層構造の積層方向を示す積層方向ベクトル情報を記憶する記憶部と、
   前記ワークを前記ロボットにより把持するときに、前記積層方向ベクトル情報に基づいて前記ロボットの把持に関する制御を実行する把持制御部と、
   を備え、
   前記把持制御部は、前記ロボットにおける所定位置が前記治具データにおける前記治具範囲に含まれるかを判断し、含まれる場合に前記ロボットの把持に関する制御を実行する、ロボットコントローラ。
8. 治具の形状データを取得する取得部と、
   取得された前記形状データに基づき、前記治具の少なくとも一部を囲む所定の治具範囲を決定する決定部と、
   操作入力部の操作に応じてシミュレータ空間において前記治具を配置する配置部と、
   仮想的なロボットを動作させる動作シミュレーション部と、
   を備え、
   前記動作シミュレーション部は、前記ロボットの動作中に前記ロボットの所定位置が前記治具範囲に含まれる場合に、前記所定位置の動作方向を記録する、ロボットシミュレーション装置。
9. 積層方向に積層して積層物を製造するための３Ｄ印刷装置を制御する制御装置であって、
   請求項８に記載のロボットシミュレーション装置において記録された前記動作方向のデータと、前記治具の形状データを含むデータファイルを取得するファイル取得部と、
   取得された前記データファイルに基づいて決定された積層方向に従った印刷を前記３Ｄ印刷装置に実行させる印刷制御部と、
   を備える、制御装置。