JP5495915B2 - 作業マニピュレータのセンシング動作生成方法及びセンシング動作生成装置 - Google Patents
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係るセンシング作業を行うに際しては、作業マニピュレータに対するセンシング動作データが必要であって、このセンシング動作データを生成する方法、すなわち作業マニピュレータのセンシング動作生成方法は、作業オペレータが手動で行うこともしばしばであるが、センシング動作を自動で生成する技術も幾つか開発されている。特許文献1には、円弧形状を有する作業ワークに対して円弧上の任意の3点で接触させることで、その作業ワークの現在位置のセンシングを行い、実際の作業ワークとコンピュータ上の作業ワークにおける円弧中心のズレを計算し、実際の溶接作業等の作業動作に利用する技術が開示されている。
詳解すれば、特許文献1では、円筒部材と平板部材との間の円弧状作業線(溶接線)に対してセンシング動作を行う場合、コンピュータ上の位置情報にもとづいて、円筒部材の外周面上の1点目のセンシング位置に作業マニピュレータ(ロボット)を、実際に接触させる。
この2点目のセンシング位置での接触の際には、1点目のセンシング位置で得られた補正値を利用して、コンピュータ上の位置情報に修正を加え、2点目のセンシング位置にロボットを接触させることとなる。また、3点目のセンシング位置にロボットを接触させにいく際にも、1、2点目のセンシング位置で得られた補正値を利用してコンピュータ上の位置情報を修正することとなる。
ところで、この特許文献1で開示された方法に限らず、センシング動作データの生成において、従来の技術では回避できない問題がある。
したがって、作業オペレータが修正を行った場合、この修正作業の分だけ教示作業の負担が増える問題がある。
本発明に係る作業マニピュレータのセンシング動作生成方法は、円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成方法であって、前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定し、前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成することを特徴とする。
また、前記リアルワークモデルの推定に際しては、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出することが好適である。
なお、前記センシング動作データの生成に際しては、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置を求め、求めたセンシング位置をリアルワークモデル上に再設定し、前記再設定されたセンシング位置を含むようにセンシング動作データを生成するとよい。
また、前記センシング動作データの生成に際しては、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記接触式センサの移動方向に重なる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定してもよい。
本発明に係る作業マニピュレータのセンシング動作生成装置は、円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成装置であって、前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定するモデル推定手段と、前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成するデータ生成手段とを有していることを特徴とする。
また、前記モデル推定手段は、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出するように構成することが好適である。
なお、前記データ生成手段は、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置を求め、求めたセンシング位置をリアルワークモデル上に再設定し、前記再設定されたセンシング位置を含むようにセンシング動作データを生成するように構成してもよい。
また、前記データ生成手段は、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記接触式センサの移動方向に重なる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定するように構成されていることも好適である。
なお、本発明に係る作業マニピュレータのセンシング動作生成方法の最も好ましい形態は、円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成方法であって、前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定し、前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成するものであって、前記リアルワークモデルの推定に際しては、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出することを特徴とする。
また、本発明に係る作業マニピュレータのセンシング動作生成装置の最も好ましい形態は、円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成装置であって、前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定するモデル推定手段と、前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成するデータ生成手段とを有していて、前記モデル推定手段は、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出するように構成されていることを特徴とする。
なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
[作業マニピュレータの構成]
図1には、本発明に係る作業マニピュレータ2(作業用ロボット)のセンシング動作生成装置1が示されている。
[センシング動作について]
本実施形態におけるコンピュータ4は、オフライン環境下において、作業マニピュレータ2に設けられた溶接ワイヤ3(接触式センサ)を作業ワークWに接触させることで、センシング位置P、センシング時の作業マニピュレータ2のセンシング姿勢とを含んだセンシング動作の教示データ(センシング動作データ)を生成する。
なお、作業オペレータは、コンピュータ4や教示ペンダント12による入力にて、あらかじめ動作を教示したプログラム(教示プログラム)に従って、作業マニピュレータ2を制御したり、センシング動作データを手動で生成したりすることもできる。
溶接ワイヤ3は、所定長さを有した条材であって、センシング作業時には、作業ワークWとの接触を検知する接触式センサの役目も果たすことができる。例えば、作業マニピュレータ2の手先2aの電極に電流を流し、手先2aを作業ワークWに近づけ、溶接ワイヤ3との接触時における短絡状態を見て、接触したか否かを判断できる。
[センシング動作データを生成する際の問題点]
このセンシング動作を作業マニピュレータ2にさせるためのセンシング動作データは、コンピュータ4上における作業ワークWのモデル(ワークモデルM)にもとづいて作成される。
特に図2で示す如く、作業ワークWのワークモデルMは、曲面を有した実際の作業ワークWを多面体、特に平面視においては円弧部分Cを多角形(図2(b)参照)で近似している。これは、ワークモデルMを簡素化することで、コンピュータ4上のCADデータの軽量化や、干渉チェックの演算の高速化等を図るためである。
このように、実際の作業ワークW上に存在する離散点Dを利用して近似した(つまり、離散点Dで近似した)ワークモデルMを「離散ワークモデルDM」とする。なお、離散ワークモデルDMは、離散点Dを直線で結ばなくとも、スプライン曲線などで結んでもよい。
図3(a)に示す如く、コンピュータ4上で前記離散ワークモデルDMにセンシング位置Pを設定する。
ここで、センシング位置Pとは、具体的には、溶接ワイヤ3が作業ワークW(この場合は、離散ワークモデルDM)に接触する位置とともに、この接触動作時に溶接ワイヤ3が移動する方向を示すベクトル(センシングベクトルSV)や、このときの作業マニピュレータ2の姿勢情報も含む。
このとき、離散ワークモデルDMを使って、実際の作業ワークWからずれたところにセンシング位置Pが配置されたセンシング動作データが生成されると、作業マニピュレータ2実機を動かして、溶接ワイヤ3を実際の作業ワークWに接触させようとすると、図3(b)に示すように、溶接ワイヤ3が作業ワークWの内壁に届かなかったり、接触式センサ3や作業マニピュレータ2の一部が作業ワークWに干渉(作業ワークWも内壁からめり込む)してしまう。
[本発明におけるセンシング動作データの生成方法:リアルワークモデルの推定]
この状況をふまえ、図6、図7を用いて、本発明に係る作業マニピュレータ2のセンシング動作生成方法を説明する。このセンシング動作生成の処理は、制御盤11に接続されたオフライン教示用のコンピュータ4で行われる。
センシング動作生成プログラムは、図6のフローチャートに示されたように、センシング動作データを生成する処理をコンピュータ4にさせるために、コンピュータ4に読み取り可能な形式のデータとして記録媒体(図示省略)に記録している。
ステップS2において、指定した3つのセンシング位置Pすべてが、離散ワークモデルDM上の離散点Dと一致するかを判断する(離散点判断ステップ)。
ステップS3(モデル推定ステップ)において、離散ワークモデルDMに溶接ワイヤ3が接触する接触面Tと基準面K(平板材の上面)との交線(エッジE)を抽出し、このエッジEの端点EPのすべて(6つ)を通る円弧RCを、リアルワークモデルRMとして抽出する。
次に、ステップS4(再設定ステップ)において、抽出したリアルワークモデルRM上に、あらためてセンシング位置Pを再設定し、この再設定したセンシング位置Pを含むように、センシング動作データを再び生成する。
ステップS1では、まず作業マニピュレータ2及び作業ワークWの幾何学的形状と配置との幾何学データから、コンピュータ4上で離散ワークモデルDMを生成する。
次に、センシング動作指定手段M1(データ生成手段)によって、生成された離散ワークモデルDM上に溶接ワイヤ3のセンシング位置Pが3つ指定される。
ここで、教示データと実際の作業ワークWの形状、位置及び姿勢との誤差があり(図2参照)、上述したように、実際の作業ワークWに溶接ワイヤ3を接触させる前に、センシング動作データを修正する必要がある。
離散点判断手段M2が3つのセンシング位置Pが離散点Dと一致しないと判断した場合には、処理は次のステップS3へ移る。
図4(a)、(b)に示すように、離散ワークモデルDMに3つのセンシング位置P(最初に設定したセンシング位置P1)を設定することによって、コンピュータ4上で、各センシング位置Pに対応する溶接ワイヤ3が接触する接触面Tがそれぞれ決まる(各センシング位置Pに対して一意に抽出できる)。そして、これらの接触面Tと、これらの接触面Tが立設する基準面K(平板材の上面)との交線(エッジE)もそれぞれ抽出できる。
[本発明におけるセンシング動作データの生成方法:リアルワークモデルに基づくセンシング動作データの再設定]
ステップ4では、再設定手段M4によって、リアルワークモデルRM上にセンシング位置Pを再設定し、再設定した後のセンシング位置P2を含むセンシング動作データを生成する。
例えば、図5(a)、(b)に示すように、最初のセンシング位置P1を通り、リアルワークモデルRMである円の円弧中心Oから、円の径外方向に沿って延びる直線Lを設定する。この直線Lが、リアルワークモデルRMの円と交わる点を、新たなセンシング位置P2として再設定する。
ここで、リアルワークモデルRMは、実際の作業ワークWの形状に沿うように、離散点D間を補間したものであるから、リアルワークモデルRM上においたセンシング位置P2は、実際の作業ワークW上に位置することとなる。
なお、上述のセンシング位置P2の再設定は、以下に示す手順で行われていてもよい。
図5(a)、(c)に示すように、最初のセンシング位置P1を通り、再設定前における溶接ワイヤ3の移動方向(センシングベクトルSV)に沿って円の径外方向に延びる直線L’を設定する。この直線L’とリアルワークモデルRMとが交わる点を、再設定されたセンシング位置P2とする。
したがって、オフライン環境下で適切なセンシング動作データを自動で生成することができる。
上述したように、センシング動作についてステップS1〜ステップS4を行うことで、自動で適切なセンシング位置Pを指示するセンシング動作データの生成がオフライン環境下で可能となり、このセンシング動作データを作業マニピュレータ2実機に適用すれば、作業オペレータによる修正、再設定が不要となり、作業ワークWの円弧部分Cにおける中心位置の補正値検出が確実に行えるとともに、教示作業負担の低減が図れる。
作業マニピュレータ2のセンシング動作生成装置1は、離散点判断手段M2によって、センシング位置Pが離散点Dと一致するかを判断したが、離散点判断手段M2を有さない、つまり、センシング位置Pが離散点Dと一致するか否かにかかわらず、必ずリアルワークモデルRMの推定を行うものとしてもよい。
接触式センサ3は、ワイヤに電流を流し接触時における短絡状態を見る接触式の溶接ワイヤに限らず、ロードセルを備えた荷重検出センサであってもよい。
再設定手段M4は、再設定前のセンシング位置P1と円弧中心Oとを結ぶ等して、リアルワークモデルRM上にセンシング位置P2を再設定したが、再設定前のセンシング位置P1に最も近いリアルワークモデルRM上の点を、再設定したセンシング位置P2としてもよい。
2 作業マニピュレータ
3 接触式センサ(溶接ワイヤ)
4 コンピュータ
W 作業ワーク
C 作業ワークの円弧部分
D 離散点
DM 離散ワークモデル
RM リアルワークモデル
T 接触面
K 基準面
E 接触面と基準面との交線(エッジ)
EP エッジの端点
RC エッジの端点を通る円弧
P センシング位置
O 円弧中心
P1 再設定される前のセンシング位置
P2 再設定されたセンシング位置
M1 センシング動作指定手段(データ生成手段)
M2 離散点判断手段
M3 モデル推定手段
M4 再設定手段
Claims (14)
- 円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成方法であって、
前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定し、
前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成するものであって、
前記リアルワークモデルの推定に際しては、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出することを特徴とする作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。 - 前記リアルワークモデルの推定に際しては、前記離散点間を円弧形状により補間することを特徴とする請求項1に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
- 前記離散ワークモデルが、前記離散点を頂点とする多角形で構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
- 前記センシング動作データの生成に際しては、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置を求め、求めたセンシング位置をリアルワークモデル上に再設定し、前記再設定されたセンシング位置を含むようにセンシング動作データを生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
- 前記センシング動作データの生成に際しては、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記離散点間を円弧形状により補間したリアルワークモデルの円弧中心から径外方向へのびる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定することを特徴とする請求項4に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
- 前記センシング動作データの生成に際しては、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記接触式センサの移動方向に重なる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定することを特徴とする請求項4に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
- 前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置が、離散点と一致するかを判断し、
前記センシング位置が離散点と不一致と判断された場合に、前記リアルワークモデルを推定することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。 - 円弧部分を有する作業ワークに接触可能な接触式センサを備えた作業マニピュレータがセンシング動作を行う際に用いられるセンシング動作データを生成するセンシング動作生成装置であって、
前記作業ワークの円弧部分が離散点で近似された離散ワークモデルにもとづいて、前記離散点間が補間されたリアルワークモデルを推定するモデル推定手段と、
前記推定されたリアルワークモデルをもとに作業マニピュレータのセンシング動作データを生成するデータ生成手段とを有していて、
前記モデル推定手段は、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触する接触面を抽出し、抽出された接触面と当該接触面が立設する基準面との交線を抽出し、抽出された交線の端点を通る円弧を、前記リアルワークモデルとして抽出するように構成されていることを特徴とする作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。 - 前記モデル推定手段は、前記離散点間を円弧形状により補間するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
- 前記離散ワークモデルが、前記離散点を頂点とする多角形で構成されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
- 前記データ生成手段は、前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置を求め、求めたセンシング位置をリアルワークモデル上に再設定し、前記再設定されたセンシング位置を含むようにセンシング動作データを生成するように構成されていることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
- 前記データ生成手段は、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記離散点間を円弧形状により補間したリアルワークモデルの円弧中心から径外方向へのびる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
- 前記データ生成手段は、再設定される前のセンシング位置を通り且つ前記接触式センサの移動方向に重なる直線が前記リアルワークモデルと交わる点を、センシング位置として再設定するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
- 前記離散ワークモデルに接触式センサが接触するセンシング位置が、離散点と一致するかを判断する離散点判断手段を有し、
前記モデル推定手段は、前記離散点判断手段でセンシング位置が離散点と不一致と判断された場合に、前記リアルワークモデルを推定するように構成されていることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
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