JP4282874B2 - マニピュレータ向け制御用データの生成方法 - Google Patents
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Description
【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16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15b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15a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27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、27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、32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yz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39a〜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、28、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12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41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18b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34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HDD44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(MPU)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。EWS52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GUI(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55a、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55a、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XYZ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XYZ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55a、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57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55a、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63、64が抽出される。これら第1および第2目標点63、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67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71は特定される。特定された第1〜第5目標点63、64、67、69、71では、各目標点63、64、67、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、71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21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55a、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、78 疑似輪郭線。
Claims (8)
- 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2つの端点を特定する工程と、当該2つの端点を結ぶ直線に平行で当該2つの端点の間で輪郭線に最も離れた位置で接する基準直線を切断平面上で特定する工程と、輪郭線および基準直線の接点を特定する工程と、パラメトリック曲線で前記2つの端点および接点を結び直して三次元部材の疑似輪郭線を描き出す工程と、描き出された疑似輪郭線を順番に結び付けて三次元物体の疑似表面を描き出す工程と、描き出された疑似表面に対してマニピュレータの動作点の三次元座標値および方向ベクトルを算出する工程と、算出された三次元座標値および方向ベクトルを制御用データとして出力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。
- 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、前記三次元座標値および方向ベクトルの算出にあたって、前記接点に向かって前記基準直線に垂直に下ろされる垂線の方向ベクトルを算出す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。
- 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2つの端点を特定する工程と、当該2つの端点を結ぶ直線に平行で当該2つの端点の間で輪郭線に最も離れた位置で接する基準直線を切断平面上で特定する工程と、パラメトリック曲線で前記2つの端点および接点を結び直して三次元部材の疑似輪郭線を描き出す工程と、描き出された疑似輪郭線を順番に結び付けて三次元物体の疑似表面を描き出す工程と、描き出された疑似表面に対してマニピュレータの動作点の三次元座標値および方向ベクトルを算出する工程と、算出された三次元座標値および方向ベクトルを制御用データとして出力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。
- 請求項3に記載の記憶媒体において、前記三次元座標値および方向ベクトルの算出にあたって、前記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。
- 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2つの端点を特定する工程と、当該2つの端点を結ぶ直線に平行で当該2つの端点の間で輪郭線に最も離れた位置で接する基準直線を切断平面上で特定する工程と、輪郭線および基準直線の接点を特定する工程と、パラメトリック曲線で前記2つの端点および接点を結び直して三次元部材の疑似輪郭線を描き出す工程と、描き出された疑似輪郭線を順番に結び付けて三次元物体の疑似表面を描き出す工程と、三次元物体の疑似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、抽出した動作点の三次元座標値を特定する工程と、特定した三次元座標値を制御データとして出力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。
- 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2つの端点を特定する工程と、当該2つの端点を結ぶ直線に平行で当該2つの端点の間で輪郭線に最も離れた位置で接する基準直線を切断平面上で特定する工程と、輪郭線および基準直線の接点を特定する工程と、パラメトリック曲線で前記2つの端点および接点を結び直して三次元部材の疑似輪郭線を描き出す工程と、描き出された疑似輪郭線を順番に結び付けて三次元物体の疑似表面を描き出す工程と、三次元物体の疑似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、抽出した動作点の三次元座標値を特定する工程と、特定した三次元座標値を制御データとして出力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。
- 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、作業具の移動方向を規定する座標軸に沿って、切断平面内で端点から輪郭線を延長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。
- 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、作業具の移動方向を規定する座標軸に沿って、切断平面内で端点から輪郭線を延長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。
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