JP7181436B1 - ロボットの制御方法、およびロボットの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得工程と、
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出工程と、
前記導出工程にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正工程と、
を有する制御方法。
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースを保持する保持手段と、
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得手段と、
前記データベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定手段と、
前記特定手段にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出手段と、
前記導出手段にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正手段と、
を有する。
以下、本発明の第1の実施形態について説明を行う。ここでは、積層造形を実行可能な積層造形システムを例に挙げて説明する。しかし、本発明の本質部分を実装可能な構成であれば、これに限定するものではない。
図1は、本発明を適用可能な積層造形システムの概略構成図である。
本実施形態では、設計データにて示される積層造形物Wに対する形状データにおいて、その造形時の経路(以下、「パス」とも称する)上の点(以下、「指定点」と称する)が指定される。この指定点に対して造形を行うためにトーチ102の先端部分を配置した場合、溶接ロボット104の製造誤差などにより位置ずれが生じ得る。そこで、この位置ずれを補正するための補正量を導出するために、本実施形態では、3次元座標系における座標や姿勢ごとの補正量を定義したデータベース(以下、「ロボット誤差マップ」とも称する)を用いる。このデータベースは、例えば、溶接ロボット104のトーチ102の先端部を対象の座標に対して移動させた際の実測値に基づいて予め規定される。
dijk(γ)=(1-t)dijk(γw1)+tdijk(γw2) ・・・(1)
ただし、0<t<1,γw1≠γw2,γw1<γ<γw2とする
図4は、本実施形態に係る指定点に対する位置ずれの補正処理のフローチャートである。本処理フローは、情報処理装置200により実行される。例えば、情報処理装置200が備えるCPUなどの処理部が図1に示した各部位を実現するためのプログラムを記憶部(不図示)から読み出して実行することにより実現されてよい。また、本処理フローが実行される前に、ロボット誤差マップ300が規定され、また、積層造形のための積層計画データが準備されているものとする。なお、本処理フローは、積層造形の動作が開始される前に予め実施されてもよいし、積層造形の動作の際に平行して実行されてもよい。
図5A~図5Cは、指定点すなわち狙い位置に対し、本実施形態に係る手法により得られる補正量(推定値)と、実際のトーチ102の先端の位置ずれを実測することで得られた実測値とを比較した例を示す図である。補正量を精度良く推定できた場合とは、すなわち、発生する位置ずれを適切に補正できることを意味する。図5A~図5Cにおいて、縦軸がずれ量[mm]を示し、横軸が個々の指定点を示す。指定点の間隔は、100mmとする。また、図5A~図5Cにおいて、破線より左側は、姿勢情報であるα、β、γのパラメータのうちのいずれか一つが変化した場合の値を示す。また、破線より右側は、姿勢情報であるα、β、γのパラメータのうちの複数が変化した場合の値を示す。
本実施形態の変形例について説明する。積層計画データにて指定された移動経路に沿ってトーチ102を動かす場合を考える。このとき、移動経路の位置ごとにずれ量は変動し得る。図6Aは、移動経路600におけるずれ量の変化を説明するための図であり、縦軸はX軸方向を示し、横軸はY軸方向を示す。また、図6A中のハッチングは、XY平面上におけるずれ量を示す。例えば、移動経路600があり、そこに指定点601と指定点602が含まれているものとする。
図8は、同じ狙い位置に対して、溶接ロボット104の姿勢のパラメータの1つであるβを切り替えた際に発生するずれ量の変化を示す図である。図8において、縦軸はずれ量を示し、横軸はβの値を示す。図8の例によると、βの値が0の場合に、ずれ量を略0にすることができる。つまり、同じ狙い位置であっても、姿勢を変化させることで位置ずれを抑制できる場合がある。
上記の構成では、式(2)~式(6)に示したように最小二乗法を用いて補正量を算出した。これに代えて、指定点Pに対する補正量を機械学習により得られる学習済みモデルを用いて導出してもよい。この場合は、式(2)~式(6)のパラメータのうち、A行列の各パラメータを入力とし、b行列の各パラメータ(すなわち、補正量)を出力とする学習処理を繰り返すことで、学習済みモデルを生成して用いてもよい。なお、学習の際に用いられる入力データ(パラメータ)は、溶接ロボット104の座標情報や姿勢情報の一部または全部であってよい。または、指定点の座標情報や姿勢情報、およびロボット誤差マップ300から特定される格子点の各種パラメータを入力とし、ずれ量を出力するような学習処理を繰り返すことで、学習済みモデルを生成して用いてもよい。ここでの機械学習は、例えば、ニューラルネットワークによるディープラーニング(深層学習)の手法を用い、教師あり学習を例に挙げて説明する。なお、ディープラーニングのより具体的な手法(アルゴリズム)は特に限定するものではなく、例えば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)など公知の方法が用いられてよい。なお、姿勢情報を補間したデータを学習データに用いてもよく、このようにすることで学習データを増やすことができ、指定点に対するずれ量の予測精度を向上させることができる。
また、本発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
(1) アーム先端部に溶接トーチを備えたロボットの制御方法であって、
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得工程と、
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出工程と、
前記導出工程にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正工程と、
を有する制御方法。
これにより、ロボットの溶接トーチ先端の狙い位置の位置ずれを自動的に補正することが可能となる。このとき、予め規定されたロボット誤差マップに含まれていない座標に対しても精度良く位置ずれを補正することが可能となり、オペレータの手間を削減することが可能となる。
前記導出工程において、前記ずれ量を、前記複数の頂点に対応付けられたずれ量の内挿補間により導出する、(1)に記載の制御方法。
これにより、データベースに登録されていない座標についても精度良く位置ずれを補正することが可能となる。
これにより、狙い位置に対してロボットがとり得る複数の姿勢を考慮して位置ずれを補正することが可能となる。特に、ずれ量の大きい姿勢や小さい姿勢といった溶接トーチの傾斜姿勢に基づく狙い位置ずれの傾向を直接的に反映することができる。
前記導出工程において、前記指定点に対する姿勢情報と、前記特定工程にて特定された頂点に対応付けられたずれ量の情報にて示される姿勢のパラメータとの差分に基づく補間を行うことにより、前記ずれ量を導出する、
(3)に記載の制御方法。
これにより、データベースに登録されていない姿勢における位置ずれについても、登録された姿勢のパラメータに基づいて位置ずれに基づいて推定することが可能となる。
前記導出工程において、前記頂点の座標情報と前記頂点における前記ロボットの姿勢情報を入力とし、前記頂点に対するずれ量を出力として学習が行われることにより生成された学習済みモデルに対して、前記指定点の座標情報と姿勢情報を入力して得られる出力を前記指定点からのずれ量として導出する、(1)に記載の制御方法。
これにより、機械学習にて得られた学習済みモデルを用いて位置ずれを推定することができ、複雑な数理モデルを用いる必要が無くなる。また、学習済みモデルが座標情報と姿勢情報の両方を予め学習しているので、姿勢補間や座標補間といった工程を段階的に(step by stepで)行う必要がなく、姿勢や座標の影響をまとめて考慮する形でずれ量を導出できる。
これにより、移動経路上の位置ずれを抑制し、造形物の品質を向上させることが可能となる。
これにより、複数の指定点を含む移動経路に対するロボットの位置ずれを、当該複数の指定点に対する位置ずれに基づいて補正することが可能となる。
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースを保持する保持手段と、
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得手段と、
前記データベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定手段と、
前記特定手段にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出手段と、
前記導出手段にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正手段と、
を有する制御装置。
これにより、ロボットの溶接トーチ先端の狙い位置の位置ずれを自動的に補正することが可能となる。このとき、予め規定されたロボット誤差マップに含まれていない座標に対しても精度良く位置ずれを補正することが可能となり、オペレータの手間を削減することが可能となる。
100…積層造形装置
101…形状センサ
102…トーチ
103…ベース
104…溶接ロボット
106…ロボットコントローラ
107…電源
108…溶接ビード
200…情報処理装置
201…造形制御部
202…電源制御部
203…送給制御部
204…DB(データベース)管理部
205…形状データ取得部
206…教示データ取得部
207…補正量算出部
208…周辺装置制御部
W…積層造形物
M…溶加材
Claims (8)
- アーム先端部に溶接トーチを備えたロボットの制御方法であって、
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得工程と、
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出工程と、
前記導出工程にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正工程と、
を有する制御方法。 - 前記特定工程において、複数の前記頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定し、
前記導出工程において、前記ずれ量を、前記複数の頂点に対応付けられたずれ量の内挿補間により導出する、請求項1に記載の制御方法。 - 前記データベースは更に、前記溶接トーチの傾斜姿勢のパラメータが対応付けられる、請求項1に記載の制御方法。
- 前記取得工程において、前記指定点に対する姿勢情報を更に取得し、
前記導出工程において、前記指定点に対する姿勢情報と、前記特定工程にて特定された頂点に対応付けられたずれ量の情報にて示される姿勢のパラメータとの差分に基づく補間を行うことにより、前記ずれ量を導出する、
請求項3に記載の制御方法。 - 前記取得工程において、前記指定点に対する姿勢情報を更に取得し、
前記導出工程において、前記頂点の座標情報と前記頂点における前記ロボットの姿勢情報を入力とし、前記頂点に対するずれ量を出力として学習が行われることにより生成された学習済みモデルに対して、前記指定点の座標情報と姿勢情報を入力して得られる出力を前記指定点からのずれ量として導出する、請求項1に記載の制御方法。 - 前記取得工程にて取得された移動経路において、新たな指定点を追加する追加工程を更に有する、請求項1に記載の制御方法。
- 前記補正工程において、前記移動経路に含まれる複数の指定点に対するずれ量に基づいて、前記移動経路に沿って前記ロボットを動作させる際の、前記ロボットの前記移動経路に対する狙い位置を補正する、請求項1に記載の制御方法。
- アーム先端部に溶接トーチを備えたロボットの制御装置であって、
前記溶接トーチ先端の狙い位置の座標と、当該狙い位置に対する前記溶接トーチ先端のずれ量とが対応付けられたデータベースを保持する保持手段と、
前記ロボットを動作させる際の、前記溶接トーチ先端の移動経路に含まれる指定点の座標情報を取得する取得手段と、
前記データベースから、前記指定点を内包する格子の頂点に対応付けられたずれ量の情報を特定する特定手段と、
前記特定手段にて特定されたずれ量と、前記指定点と前記頂点の座標に基づいて、前記指定点を狙い位置として前記ロボットを動作させた際の、前記指定点からの前記溶接トーチ先端のずれ量を導出する導出手段と、
前記導出手段にて導出した前記ずれ量に基づいて、前記ロボットの前記指定点に対する狙い位置を補正する補正手段と、
を有する制御装置。
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