JP7309592B2 - ロボット曲面倣い制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに曲面を倣わせる制御に関する。

従来から、３次元自由曲面を有する対象ワークの表面に対して、先端部に取り付けられた作業具で所定作業を行うロボットに、対象ワークの曲面を倣わせるための制御方法が知られている。特許文献１は、この種のパイプ表面の倣い制御方法を開示する。

特許文献１のパイプ表面の倣い制御方法は、力制御ロボットの先端部を対象ワークであるパイプの表面に接触させながら移動させて、先端部の移動軌跡からパイプの断面の形状を測定することにより、形状情報及び位置情報を得て、パイプのモデルを作成するとともに、作成したパイプモデルに基づいてパイプと力制御ロボットとの相対的な位置誤差を修正する構成となっている。

特開平７－２１０２３０号公報

しかし、上記特許文献１の構成は、事前に、対象ワークの表面に接触して走査しながら測定することで、対象ワークの形状情報を取得する必要がある。従って、対象ワークの形状情報の取得等、事前準備が煩雑である。また、風船等の柔軟物を対象ワークとする場合、その表面を接触して走査して形状情報を取得するが、走査によって風船が破損してしまう可能性があるという点で改善の余地があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、対象ワークが柔軟質であっても、曲面に対しても好適に倣うことができるロボット曲面倣い制御方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のロボット曲面倣い制御方法が提供される。このロボット曲面倣い制御方法は、ハンド部と、アーム部と、制御部と、を備えるロボットを制御するために用いられる。前記ロボットのハンド部には、作業具が取り付けられている。前記アーム部は、前記ハンド部に連結する。前記制御部は、前記ハンド部及び前記アーム部の動作を制御する。このロボット曲面倣い制御方法は、法線方向特定工程と、作業具姿勢制御工程と、を含む処理を行う。前記法線方向特定工程では、曲面を有する対象ワークの形状を近似する数式に基づいて、前記ハンド部に取り付けられた前記作業具が、前記数式によって表した仮想形状に接触する仮想位置における当該仮想形状の法線方向を求める。前記作業具制御工程では、前記対象ワークの表面で前記仮想位置に対応する位置である対応位置において、前記ハンド部に取り付けられた前記作業具を、前記法線方向特定工程で特定された前記法線方向に沿う姿勢で前記対象ワークに接触させる。

これにより、対象ワークの曲面に対して、ロボットを好適に倣わせながら作業を行うことができるとともに、事前準備処理を簡単にすることができる。また、対象ワークが柔軟物である場合であっても、その表面に良好に倣うことができる。

本発明によれば、事前準備を簡単にすることができ、対象ワークが柔軟質であっても、曲面に対しても好適に倣うことができる。

本発明の一実施形態に係るロボット曲面倣い制御方法が適用されるロボットが風船の表面に倣う様子を示す側面図。 事前処理装置で行う事前準備の流れを示す図。 ２次元作業軌跡を球体の表面に投影する様子を示す図。 作業時においてロボットが行う作業の流れの一例を示すフローチャート。 ペンの動作の制御を説明する側面図。 ペンの動作の制御を説明する斜視図。 ペンの先端に対する高さ調節を示す側面図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボット曲面倣い制御方法が適用するロボット１００が風船Ｗの表面に倣う様子を示す側面図である。

図１に示すロボット１００は、例えば、垂直型の多関節ロボットとして構成される。ロボット１００は、対象ワークに対して、組立て、加工、塗装、洗浄等の作業を行うことができる。ロボット１００は、支持台１１と、多関節アーム（アーム部）１２と、エンドエフェクタ（ハンド部）１３と、制御部１０と、を備える。

支持台１１は、ロボット１００を固定するために用いられる。多関節アーム１２には、それぞれの関節を動かすための図略の電動モータが配置されている。ロボット１００は、この電動モータを介して多関節アーム１２の関節を動かすことで、例えば、エンドエフェクタ１３（作業具１５）を、３次元空間移動させることができる。また、各関節には、多関節アーム１２及びエンドエフェクタ１３を駆動するための電動モータの回転角度を検出するエンコーダが設けられている。

後述の制御部１０は、このエンコーダにより検出された電動モータの回転角度に基づいて、エンドエフェクタ１３の移動軌跡等を算出することができる。また、制御部１０は、ロボット１００のある姿勢におけるエンコーダの出力（即ち各電動モータの回転角度）を記憶することで、記憶された回転角度で各電動モータの回転を制御することで、当該姿勢を再現することができる。

エンドエフェクタ１３は、多関節アーム１２の先端に取り付けられる。エンドエフェクタ１３には、作業内容に応じた作業具１５が着脱可能に取り付けられている。エンドエフェクタ１３の動作は、制御部１０からの動作指令に応じて制御される。エンドエフェクタ１３は、多関節アーム１２の駆動により、３次元空間内で位置と姿勢を移動可能である。なお、エンドエフェクタ１３が対象ワークに直接的に接触して作用する場合、当該エンドエフェクタ１３が作業具に相当する。

エンドエフェクタ１３には、力センサ１４が取り付けられている。力センサ１４は、エンドエフェクタ１３に取り付けられている作業具１５に加わる力を検出することができる。

力センサ１４は、力に代えて又は加えてモーメントを検出するように構成されても良い。力センサ１４は、対象ワークに対する押付け力を検出できれば、エンドエフェクタ１３と多関節アーム１２との間、作業具１５等の部位に取り付けられても良い。

制御部１０は、多関節アーム１２及びエンドエフェクタ１３の姿勢、動作等を制御するために用いられる。制御部１０は、公知のコンピュータとして構成されており、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶部と、外部装置と通信可能な通信部と、を備える。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、通信部を介して外部装置から入力された各種の設定閾値、曲面倣いに関する各種データ等が記憶されている。

制御部１０は、力センサ１４の検出値に基づいて、作業具１５に作用する外力を取得し、当該外力が一定値（所定閾値又は所定閾値範囲内）となるように、多関節アーム１２を駆動する図略の電動モータを制御することで、作業具１５を対象ワークの表面に押し付けながら予め設定された作業軌跡に沿って移動させる。即ち、制御部１０は、対象ワークの表面に対する作業具１５の押付け力を制御しながら、作業具１５を対象ワークの表面形状に倣って移動させる。

続いて、対象ワークである風船Ｗの表面（詳細には、上面）に任意のイラストレーションを描画する場合を例にして、本実施形態のロボット曲面倣い制御方法について、詳細に説明する。この例において、エンドエフェクタ１３に取り付けられる作業具１５は、図５に示す描画用のペン１５ａである。

本実施形態のロボット曲面倣い制御方法は、図２に示すように、事前処理装置２（図１）を用いて、倣う対象ワークの形状（風船Ｗの外周形状）に対する近似形状の決定等の事前処理を行う。そして、このロボット曲面倣い制御方法では、作業（描画）時において、ロボット１００の制御部１０を用いて、事前処理で得られた近似形状に基づいてエンドエフェクタ１３（ひいてはペン１５ａ）の姿勢及び移動に関するデータを算出しながら、ペン１５ａの動きを制御する。

事前処理装置２は、図１に示すように、近似形状決定部２１と、数式演算部２２と、作業軌跡作成部２３と、を備える。事前処理装置２は、例えば、ロボット１００の制御部１０とは別途に設けられる。

事前処理装置２は、公知のコンピュータとして構成されており、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶部と、外部装置と通信可能な通信部と、を備える。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム等が記憶されている。このハードウェアとソフトウェアの協働により、事前処理装置２を、近似形状決定部２１、数式演算部２２、及び作業軌跡作成部２３として機能させることができる。

近似形状決定部２１は、図２に示す事前準備の第１準備ステップＳ１０１を行う。第１準備ステップＳ１０１では、近似形状決定部２１が風船Ｗの形状情報を分析し、風船Ｗの形状に近似する近似形状（仮想形状）を決定する。現実の風船Ｗの形状は３次元であるため、近似形状も３次元形状となる。風船Ｗの３次元の形状情報は、例えば、風船Ｗがセットされる位置の周辺に設置された図略の複数のカメラにより画像を取得し、複数の画像を解析することにより、得ることができる。複数のカメラに代えて、３次元レーザスキャナ等により得られた３次元点群データから、風船Ｗの形状情報を取得しても良い。

近似形状の決定は、例えば、近似形状の表面の位置と、現実の風船Ｗの表面の位置と、の誤差が所定閾値以内となるように行うことができる。誤差の閾値は、作業に要求される精度を考慮して決定される。近似形状は、予め定められた複数の幾何学的な３次元形状（例えば、球体、楕円球体、円柱体、円錐体、角柱等）から選択される。本実施形態においては、風船Ｗに近似する近似形状は、例えば、図１等に示す球体３に決定される。近似形状の決定は、例えば、機械学習により予め構築された学習済モデルによって自動的に行うことができる。風船Ｗの大きさ、形状、及びセットされる位置等が予め（概ね）決まっている場合は、形状情報の分析は省略し、作業者等によって予め設定された近似形状をそのまま用いることができる。

数式演算部２２は、図２に示す事前準備の第２準備ステップＳ１０２及び第３準備ステップＳ１０３を行う。第２準備ステップＳ１０２では、数式演算部２２が、近似形状決定部２１で決定された近似形状を表す数式である形状数式を取得する。近似形状の種類と形状数式の対応関係は、事前処理装置２に予め記憶されている。近似形状が球体３である場合、得られる形状数式は、例えば下記の式（１）となる。

ただし、Ｒは、球体３の半径である。（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C）は、球体３の中心である。（ｘ，ｙ，ｚ）は、球体３の表面のある点を表す位置座標である。

そして、第３準備ステップＳ１０３では、数式演算部２２が、第１準備ステップＳ１０１で決定された近似形状の表面の任意の位置における法線ベクトルを表す数式である法線数式を取得する。近似形状の種類と法線数式の対応関係は、近似形状の種類と形状数式の対応関係と同様に、事前処理装置２に予め記憶されている。近似形状が球体３である場合、得られる法線数式は、例えば下記の式（２）となる。式（２）で得られる法線ベクトルは、球体３の表面の各位置から球体３の中心（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C）に向くベクトルである。

数式演算部２２は、上記のように得られた法線数式を表すパラメータを、例えば、通信部を介してロボット１００の制御部１０に送信する。この場合、制御部１０は、この式（２）を用いて、球体３（ひいては風船Ｗ）の表面における作業予定（描画予定）の各位置の法線ベクトルを算出する。

上述の第１準備ステップＳ１０１、第２準備ステップＳ１０２及び第３準備ステップＳ１０３は、法線方向特定工程に相当する。

作業軌跡作成部２３は、図２に示す事前準備の第４準備ステップＳ１０４を行う。第４準備ステップでは、作業軌跡作成部２３が、外部装置から入力された（又は作業者が入力した）２次元作業軌跡５を、近似形状の球体３の表面に沿う３次元作業軌跡６に変換する。今回説明する例においては、当該作業軌跡（２次元作業軌跡５又は３次元作業軌跡６）は、描画予定のイラストレーションを構成する線の軌跡である。３次元作業軌跡６は、現実の風船Ｗの形状が近似形状と一致すると仮定した場合に、ペン１５ａが当該風船Ｗ（言い換えれば、球体３）と接触する点である仮想接触点（仮想位置）のそれぞれから構成された軌跡ということもできる。

２次元作業軌跡５は、ベクターグラフィックス形式で表される。２次元作業軌跡５は、例えば、作業者がドローイングソフトにより作成しても良いし、適宜のカメラで撮影した画像データを画像処理することにより自動的に作成しても良い。２次元作業軌跡５は、例えば、ＸＹ２次元座標系における点の位置を示す座標と、描画（ストローク）するかしないかを表す情報と、の組合せを、ペン１５ａの移動順序に従って並べたデータとして表現することができる。曲面を有する形状への描画の仕上がりを考慮して、点と次の点の間の距離は、十分短くなるように定められる。

作業軌跡作成部２３は、入力された２次元作業軌跡５を構成するそれぞれの点を、図３に示すように球体３の表面に投影して、得られた投影点の位置座標のそれぞれを求めることで、３次元作業軌跡６を作成する。この変換により、３次元作業軌跡６は、例えば、３次元座標系における点の位置を示す座標と、その点で描画するかしないかを表す情報と、の組合せを、ペン１５ａの移動順序に従って並べたデータとなる。ただし、３次元作業軌跡６（又は３次元作業軌跡６に関する位置座標等のデータ）の作成方法は上記に限定されない。３次元作業軌跡６におけるそれぞれの点座標は、近似によって得られる仮想的な球体３の表面にペン１５ａが接触する点である仮想接触点と考えることができる。

以下、任意の仮想接触点を第１仮想接触点と呼び、第１仮想接触点の次の仮想接触点を第２仮想接触点と呼ぶ。３次元作業軌跡６の各仮想接触点は、２次元作業軌跡５の各点に対応しているので、第１仮想接触点と第２仮想接触点の間の距離は十分に短い。従って、第１仮想接触点から第２仮想接触点へ向かうベクトルは、実質的に、第１仮想接触点における法線方向に垂直な平面内（言い換えれば、第１仮想接触点で球体３の表面に接する平面内）に沿った向きとなる。このように、仮想接触点から次の仮想接触点へ向かう向きは、近似形状である球体３に対して常に接線方向である。

詳細は後述するが、現実のペン１５ａの進行方向は上記のベクトルに基づいて定められるので、以下では、当該ベクトルをペン進行方向ベクトル（作業具進行方向ベクトル）と呼ぶことがある。ペン進行方向ベクトルは、通過順序が隣接する２つの仮想接触点の差分に相当する。従って、３次元作業軌跡６は、通常、多数の仮想接触点のデータを含んでいるが、このデータ系列は、多数のペン進行方向ベクトルの群と考えることができる。

作業軌跡作成部２３は、得られた３次元作業軌跡６を、通信部を介して、ロボット１００の制御部１０（又は数式演算部２２）に送信する。

上記のように事前準備が完了した後、実際の描画作業が開始される。通常、イラストレーションは多数本の描画（ストローク）から構成されるが、以下では、説明を簡単にするために、１本の描画を開始してから終了するまでに着目して説明する。

風船Ｗの上面に描画を開始する場合、ロボット１００は、最初の仮想接触点（描画開始点）から上方に十分に離れ、かつ当該仮想接触点と上下方向で対応する位置に、ペン１５ａの先端が位置するように、ペン１５ａを移動させる。また、ロボット１００は、ペン１５ａの姿勢を、当該仮想接触点における法線方向と一致するように調整する。

その後、ロボット１００は、ペン１５ａの姿勢を保持しつつ、力センサ１４の検出値を監視しながら下向きに動かす。ペン１５ａを下向きに移動させると、やがて、ペン１５ａが現実の風船Ｗに接触し、それに伴う力が力センサ１４によって検出される。移動の過程で、力センサ１４の検出値が所定値に到達すると、ペン１５ａの下向きへの移動が停止される。移動停止時のペン１５ａの先端の位置（現実のペン１５ａの位置と考えることができる。）は、仮想接触点より下になることもあれば、上になることもある。

その後、ロボット１００は、ペン１５ａを移動させる。この移動の向きは、現在の仮想接触点から次の仮想接触点までに至る向きである。この向きは、上述したように、３次元作業軌跡６に応じた接線方向ということができる。ロボット１００は、この移動の過程で、ペン１５ａの姿勢を、新しい仮想接触点における法線方向と一致するように調整する。更に、この過程で、ペン１５ａの上下方向の位置（即ち、ペン１５ａの先端と風船Ｗとの接触の強さ）が、力センサ１４の検出値に応じて調節される。

最後の仮想接触点に至ると、ロボット１００はペン１５ａを上向きに移動させ、この結果、ペン１５ａが現実の風船Ｗから離れる。以上により、ペン１５ａによって１本の線が風船Ｗの表面に描かれる。このようにして、ロボット１００は、仮想接触点における球体３と現実の風船Ｗの形状の誤差を吸収しつつ、現実の風船Ｗの外周面にペン１５ａを倣わせながら描画作業を行う。

図４には、上記の動作を実現するための処理がフローチャートとして示されている。以下、この処理を説明する。ただし、図４に示すフローチャートは一例であり、処理の順序又は内容を変更することができる。

描画作業が開始すると、ロボット１００の制御部１０は、先ず、描画作業を行うため、３次元作業軌跡６に含まれる仮想接触点のそれぞれについて、当該仮想接触点における法線ベクトルを、上記式（２）を用いて求める（ステップＳ２０１）。

そして、制御部１０は、処理が完了していない仮想接触点が存在するか否か（即ち、描画作業が完了したか否か）を判定する（ステップＳ２０２）。この判断は、全ての仮想接触点に対して後述の処理を反復するためのものである。従って、全ての仮想接触点に対する処理（即ち、描画作業）が完了するまで、後述のステップＳ２０３以降の処理が繰返し実行される。

ステップＳ２０２の判断で、描画作業がまだ完了していないと判定した場合、制御部１０は、今回のループ回で処理する仮想接触点が最初の仮想接触点であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３の判断で、処理する仮想接触点が最初の仮想接触点であった場合、制御部１０は、当該仮想接触点における法線ベクトルに沿うようにペン１５ａの姿勢を調整した後（ステップＳ２０５）、ペン１５ａを風船Ｗに近づくように移動させる（ステップＳ２０６、ステップＳ２０７）。制御部１０は、力センサ１４の検出値に基づいて、ペン１５ａに加わる力が所定閾値（又は所定閾値範囲内）となるような位置で、ペン１５ａの移動を停止させる。即ち、制御部１０は、ペン１５ａを、最初の仮想接触点における法線ベクトルと一致する姿勢で、風船Ｗに対して適切な押付け力で接触させる（ステップＳ２０６及びステップＳ２０７）。上述したように、球体３は風船Ｗの近似形状であるため、ペン１５ａと風船Ｗとの実際の接触点である実接触点（対応位置）は、仮想接触点と一致しない場合が殆どである。その後、処理がステップＳ２０２に戻り、次の仮想接触点に対する処理が行われる。

ステップＳ２０３の判断で、今回のループ回が最初の仮想接触点に対する処理ではないと判定した場合、直前回の仮想接触点から今回の仮想接触点に向けてペン１５ａを移動させる（ステップＳ２０４）。２つの仮想接触点の距離は十分に短いため、ペン１５ａの移動距離は短い。また、ペン１５ａの移動方向は、直前回の仮想接触点を含み、かつ、当該仮想接触点における法線ベクトルと垂直な平面（接平面）に沿ったものとなる。

以下においては、図５から図７までを参照して、図５に示す仮想接触点（ｋ－１）から仮想接触点（ｋ）までペン１５ａを移動させる例を用いて、ステップＳ２０３に示す処理を詳細に説明する。仮想接触点（ｋ－１）は直前回の仮想接触点に相当し、仮想接触点（ｋ）は今回の仮想接触点に相当する。図５等においては、説明を分かり易くするために、処理順序が隣接する仮想接触点（ｋ－１）と仮想接触点（ｋ）とが大きく離れるように誇張して描かれている。

図５には、直前回の仮想接触点（ｋ－１）における法線ベクトルｚ_T（ｋ－１）が示されている。また、図５には、直前回の仮想接触点（ｋ－１）から今回の仮想接触点（ｋ）に向かう方向のベクトルｇ_T（ｋ－１）が示されている。図５においてベクトルｇ_T（ｋ－１）の向きは、直前回の仮想接触点（ｋ－１）と今回の仮想接触点（ｋ）とを結ぶ直線の向きと一致していないが、これは、上述した表現の誇張によるものである。

以下では、３次元の作業具座標系を一時的に考える。この作業具座標系は、処理対象の仮想接触点が変わる毎に再定義される。この作業具座標系では、直前回の仮想接触点（ｋ－１）を含み、法線ベクトルｚ_T（ｋ－１）に垂直な平面（図６の接平面ＴＰ）をＸＹ平面とする。また、当該作業具座標系では、法線ベクトルに沿う方向がＺ軸となる。この作業具座標系で、当該仮想接触点（ｋ－１）における上述のベクトルｇ_T（ｋ－１）は、例えば、下記式（３）を用いて表すことができる。

ただし、ｄｘ_Tは、作業具座標系のｘ軸における移動量指令値である。ｄｙ_Tは、作業具座標系のｙ軸における移動量指令値である。式（３）においてＺ座標が常にゼロであることから分かるように、求められたベクトルｇ_T（ｋ－１）は、上記の接平面ＴＰに含まれる。従って、このベクトルｇ_T（ｋ－１）を、接線ベクトルと呼ぶことができる。

制御部１０は、ロボット１００を制御することで、上記のように求められた接線ベクトルに従って、ペン１５ａを現在の現実の位置から新しい位置へ移動させる。また、制御部１０は、ペン１５ａを移動させながら、又は移動後において、ペン１５ａの姿勢を、今回の仮想接触点（上記の例においては、仮想接触点（ｋ））における法線ベクトルと一致させる（ステップＳ２０５）。

その後、制御部１０は、力センサ１４の検出値に基づいて、ペン１５ａの先端の高さ（即ち、ペン１５ａの先端と風船Ｗとの接触具合）を調節する必要があるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

例えば、制御部１０は、力センサ１４の検出値が所定閾値（又は所定閾値範囲の最大値）より上回る場合、ペン１５ａの高さを調整する必要があると判定し、ペン１５ａの姿勢を保ったまま、ペン１５ａの先端を上方（即ち、風船Ｗから離れる方向）に退避させる。

また、力センサ１４の検出値が所定閾値（又は所定閾値範囲の最小値）以下である場合、制御部１０は、ペン１５ａの高さを調整する必要があると判定し、ペン１５ａの姿勢を保ったまま、ペン１５ａの先端を下側（即ち風船Ｗから近づく方向）に進出させる。

図５の例においては、直前回の仮想接触点（ｋ－１）から今回の仮想接触点（ｋ）へのベクトルに従って移動したペン１５ａは、現実の風船Ｗに対してめり込む形となる。従って、ペン１５ａは、適切な接触具合で風船Ｗと接触するように上方に移動する。逆に、移動後のペン１５ａが現実の風船Ｗから離れることも考えられる。この場合、ペン１５ａは、適切な接触具合で風船Ｗと接触するように下方に移動する。

下方は、球体３から内側へ進出する方向に相当し、上方は、球体３から外側へ退避する方向に相当する。なお、実際は、ペン１５ａが十分に小さな距離だけ移動する毎に高さが調整されるため、ペン１５ａが風船Ｗを割ったり、ペン１５ａが風船Ｗから離れて描画が途切れたりすることはない。

また、ステップＳ２０６の判断で、ペン１５ａの先端の高さを調節する必要がない（即ち、力センサ１４の検出値が所定閾値（又は所定閾値範囲内）である）と判定した場合、処理はステップＳ２０２に戻り、制御部１０は次の仮想接触点に対する処理を行う。

上述のステップＳ２０５、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７は、作業具姿勢制御工程に相当する。

このように、本発明のロボット曲面倣い制御方法を用いて、対象ワークの表面形状を事前に測定しなくても、ロボット１００のエンドエフェクタ１３に取り付けられた作業具１５を、対象ワークの曲面に倣いながら、作業を行わせることができる。

以上に説明したように、本実施形態のロボット曲面倣い制御方法は、ペン１５ａが取り付けられるエンドエフェクタ１３と、エンドエフェクタ１３に連結する多関節アーム１２と、エンドエフェクタ１３及び多関節アーム１２の動作を制御する制御部１０と、を備えるロボット１００を制御するために用いられる。このロボット曲面倣い制御方法は、法線方向特定工程と、作業具姿勢制御工程と、を含む処理を行う。法線方向特定工程では、曲面を有する風船Ｗの形状を近似する数式に基づいて、エンドエフェクタ１３に取り付けられたペン１５ａが、数式によって表した形状である球体３に接触する仮想接触点における当該球体３の法線方向を求める。作業具姿勢制御工程では、風船Ｗの表面で仮想接触点に対応する位置である実接触点において、エンドエフェクタ１３に取り付けられたペン１５ａを、法線方向特定工程で特定された法線方向に沿う姿勢で風船Ｗに接触させる。

これにより、事前準備処理を簡単にしながら、風船Ｗ等の対象ワークの曲面に対して、ロボット１００を好適に倣わせながら作業を行うことができる。また、柔軟物である風船Ｗ等に対しても、その表面に良好に倣うことができる。

また、本実施形態のロボット曲面倣い制御方法の対象のロボット１００には、力センサ１４が設けられている。ロボット曲面倣い制御方法では、数式で表した球体３の表面に沿ってペン１５ａを進行させる経路が、法線方向に垂直な接平面ＴＰでの向きの移動を示すペン進行方向ベクトルの群として表現されている。作業具姿勢制御工程では、法線方向に沿う姿勢のペン１５ａを、それぞれのペン進行方向ベクトルに沿って移動させるとともに、力センサ１４の検出値に応じて、球体３から内側へ進出する方向又は球体３から外側へ退避する方向にペン１５ａの位置を補正する。

これにより、風船Ｗ等の対象ワークに対する接触力を一定値に維持することができる。

また、本実施形態のロボット曲面倣い制御方法において、作業具姿勢制御工程では、力センサ１４の検出値が所定閾値を上回る場合、ペン１５ａの姿勢を保ちながら、ペン１５ａを位置補正方向の一側（高さ方向上側）へ移動させる。力センサ１４の検出値が所定閾値以下である場合、ペン１５ａの姿勢を保ちながら、ペン１５ａを位置補正方向の他側（高さ方向下側）へ移動させる。位置補正方向が、球体３の法線方向にかかわらず一定である。

これにより、簡単な制御で、風船Ｗ等の対象ワークに対する接触力を一定値に維持することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

制御部１０は、作業軌跡を作成する等、事前処理装置２で行う処理の一部乃至全部を実行しても良い。制御部１０は、事前処理装置２で行う全ての処理を行う場合、事前処理装置２が省略されても良い。

３次元作業軌跡６を構成する各仮想接触点における法線ベクトル及び／又は接線ベクトルは、事前準備において、事前処理装置２により算出しても良い。

イラストレーションは、風船Ｗの上面ではなく、側面等に描画することもできる。この場合、力センサ１４の検出値に応じてペン１５ａを動かす方向（位置補正方向）は、上下方向とは異なる。上述の例では位置補正方向は法線方向にかかわらず一定であるが、力センサ１４の検出値に応じて、ペン１５ａを、上述の法線ベクトルの方向に動かしても良い。

本発明のロボット曲面倣い制御方法は、曲面ワークに対する罫書き作業、磨き作業、塗布作業、ケーキの表面（特に湾曲している側面）にクリームを塗る作業及び塗ったクリームの整形作業、壁の曲面に対する左官作業等に適用することができる。

１０ 制御部
１２ 多関節アーム（アーム部）
１３ エンドエフェクタ（ハンド部）
１５ 作業具
１５ａ ペン（作業具）
Ｗ 風船（対象ワーク）
１００ ロボット

Claims (3)

1. 作業具が取り付けられるハンド部と、前記ハンド部に連結するアーム部と、前記ハンド部及び前記アーム部の動作を制御する制御部と、を備えるロボットを制御するためのロボット曲面倣い制御方法であって、
   曲面を有する対象ワークの形状を近似する数式に基づいて、前記ハンド部に取り付けられた前記作業具が、前記数式によって表した形状である仮想形状に接触する仮想位置における当該仮想形状の法線方向を求める法線方向特定工程と、
   前記対象ワークの表面で前記仮想位置に対応する位置である対応位置において、前記ハンド部に取り付けられた前記作業具を、前記法線方向特定工程で特定された前記法線方向に沿う姿勢で前記対象ワークに接触させる作業具姿勢制御工程と、
   を含む処理を行うことを特徴とするロボット曲面倣い制御方法。
2. 請求項１に記載のロボット曲面倣い制御方法であって、
   前記ロボット又は前記作業具には、力センサが設けられており、
   前記数式で表した前記仮想形状の表面に沿って前記作業具を進行させる経路が、前記法線方向に垂直な平面での向きの移動を示す作業具進行方向ベクトルの群として表現されており、
   前記作業具姿勢制御工程では、前記法線方向に沿う姿勢の前記作業具を、それぞれの作業具進行方向ベクトルに沿って移動させるとともに、前記力センサの検出値に応じて、前記仮想形状から内側へ進出する方向又は前記仮想形状から外側へ退避する方向に前記作業具の位置を補正することを特徴とするロボット曲面倣い制御方法。
3. 請求項２に記載のロボット曲面倣い制御方法であって、
   前記作業具姿勢制御工程では、
   前記力センサの検出値が所定閾値を上回る場合、前記作業具の姿勢を保ちながら、前記作業具を位置補正方向の一側へ移動させ、
   前記力センサの検出値が所定閾値以下である場合、前記作業具の姿勢を保ちながら、前記作業具を前記位置補正方向の他側へ移動させ、
   前記位置補正方向が、前記仮想形状の法線方向にかかわらず一定であることを特徴とするロボット曲面倣い制御方法。

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