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
【課題】円弧部分を有する作業ワークであっても、適切なセンシング動作の自動生成をして、センシング動作データの修正、再設定作業の負荷を軽減する。
【解決手段】本発明の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Ｃを有する作業ワークＷに接触可能な接触式センサ３を備えた作業マニピュレータ２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際に好適なものである。センシング動作生成方法は、作業ワークＷの円弧部分Ｃが離散点Ｄで近似された離散ワークモデルＤＭにもとづいて、離散点Ｄ間が補間されたリアルワークモデルＲＭを推定し、推定されたリアルワークモデルＲＭをもとに作業マニピュレータ２のセンシング動作データを生成する。
【解決手段】本発明の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Ｃを有する作業ワークＷに接触可能な接触式センサ３を備えた作業マニピュレータ２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際に好適なものである。センシング動作生成方法は、作業ワークＷの円弧部分Ｃが離散点Ｄで近似された離散ワークモデルＤＭにもとづいて、離散点Ｄ間が補間されたリアルワークモデルＲＭを推定し、推定されたリアルワークモデルＲＭをもとに作業マニピュレータ２のセンシング動作データを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業マニピュレータの適切なセンシング動作データを、オフライン環境下で自動的に生成する方法、及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業マニピュレータが作業ワークに対して作業をする前に、作業マニピュレータに設けられた接触式センサを「センシング動作データ」にもとづいて作業ワークに接触させることで、コンピュータ上における作業ワークと作業マニピュレータとの位置関係を検証し、この検証結果にもとづいて作業マニピュレータの教示データを修正するといったセンシング作業が行われるのが常である。
【０００３】
例えば、コンピュータ上の教示データにもとづいて、作業マニピュレータが適切な位置、姿勢で溶接作業しているつもりであっても、実際の作業ワークの形状や据付誤差、作業マニピュレータ自体の初期位置、重力による関節部のたわみやバックラッシュ等があるため、実際の作業ワーク情報と教示データとの間に誤差が生じ、実際に溶接作業をさせようとすると、溶接部位がずれたり、作業マニピュレータの溶接ワイヤ以外の部位が作業ワークに当たったりすることがある。
【０００４】
そこで、作業マニピュレータに溶接等の作業をさせる前に、実際に溶接ワイヤを作業ワークに接触させて、実際の作業ワーク情報とコンピュータ上の作業ワークの教示データとの誤差を修正するための、センシング作業が必要である。
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。
【０００５】
特許文献１の技術は、作業ワークの円弧部分上の任意の３点を作業ワークの現在位置をセンシングする位置とし、その各センシング位置で円弧の中心位置を通る方向に接触動作する教示データを生成する産業用ロボットの作業線修正制御方法である。
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。
【０００６】
この１点目のセンシング位置で得られた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誤差（補正値）を所定メモリに記憶しておき、円筒部材上の２点目のセンシング位置にロボットを接触させにいく。
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。
【０００７】
そして、センシング位置として３点でロボットを円筒部材に接触させることによって、実際の作業ワークにおける円弧中心の座標が検出でき、検出した円弧中心座標と、コンピュータ上の作業ワークにおける円弧中心の座標との差を、円弧センシング補正値として、４点目以降のセンシング動作や、実際の溶接作業に役立てることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９８５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献1の方法でセンシング動作データを生成することは可能であるものの、実際にロボットを作業ワークに接触しなくては補正量を検出することができず、作業ワークの円弧中心の位置補正したセンシング動作データを、オフライン環境下で生成することはできない。
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。
【００１０】
すなわち、オフライン環境下での作業マニピュレータの周辺環境の曲面は、作業マニピュレータ及び、周辺環境の描画や干渉チェックの演算の高速化、ＣＡＤデータの軽量化のため、作業ワークを多角形近似で表現される場合（図２，図３参照）がほとんどであり、オフライン環境内で再現された作業マニピュレータや周辺環境の曲面は実際の作業ワークの曲面とは位置、形状が異なるため、実際の作業ワークの面上にセンシング位置を作成できない場合がある。
【００１１】
例えば、図３（ａ）のように、多角形近似された作業ワーク上でセンシング位置を設定しても、図３（ｂ）に示す如く、実際の作業ワークに対してセンシング位置がずれ、接触しようとした作業マニピュレータの接触式センサ（溶接ワイヤ等）が作業ワークに届かないようなセンシング教示データを作成してしまう場合がある。また、図示はしないものの、作業マニピュレータの接触式センサが作業ワークに干渉するようなセンシング教示データを作成してしまう場合も考えられる。
【００１２】
このようなセンシング教示データをロボット実機に適用しても、算出したい円弧の中心位置を得られるような検出位置となっていないため、結局は作業オペレータが、教示ペンダントなどを使うなどして、マニュアルでセンシング位置を修正する必要が生じる。
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。
【００１３】
上述した問題に鑑み、本発明は、円弧部分を有する作業ワークにおいて、算出したい円弧中心位置を得られるような検出位置を含んだセンシング動作データ、言い換えるならば、円弧部分を正確にセンシング可能とするセンシング動作データをオフライン環境下で生成し、作業マニピュレータのセンシング動作の修正作業や教示作業の負荷を軽減することができる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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
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。
【００１５】
これによって、円弧部分を有する作業ワークであっても、離散ワークモデルよりも実際の作業ワークに近いリアルワークモデルを推定することで、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誤差を減らし、実際の作業ワークに対して作業マニピュレータが適切に接触可能なセンシング動作データをオフライン環境下で且つ自動で生成可能となり、作業マニピュレータのセンシング動作データの修正作業の負担が軽減されるため、センシング動作データの生成時間が短縮でき、教示データ生成の作業効率を向上させることができる。なお、リアルワークモデルとは、作業ワークの円弧部分をほぼ忠実に再現するワークモデルのことであり、コンピュータ上に設定されたモデルである。このリアルワークモデルを基にセンシング動作データの再設定などが可能である。
【００１６】
好ましくは、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とよい。
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。
【００１７】
これらにより、離散点間を円弧形状で補間、又は作業モデルそのものを１つの円で推定しているため、実際の作業ワークに対してさらに近いリアルワークモデルを推定することが可能となって、コンピュータ上の作業モデルと実際の作業ワークが大きく異なる地点（例えば、離散点間）にセンシング位置を設定しても、実際の作業ワークに届かなかったり、作業ワークと干渉することがなくなり、円弧中心を正確に計算できる位置に接触位置を設定することができる。
【００１８】
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が好ましい。
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。
【００１９】
特に、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としてもよい。
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。
【００２０】
これらにより、再設定される前のセンシング位置に加え、推定したリアルワークモデルの円弧中心や、センシング動作時における接触式センサの移動方向を利用することで、センシング位置を確実にリアルワークモデルの円弧上に再設定することができ、実際の作業ワークのセンシング位置と、コンピュータの作業ワークのセンシング位置との誤差をさらに減らし、完全にオフライン環境下で生成しつつも、精度の高いセンシング動作データを自動で生成可能となって、センシング動作データ修正の負担軽減や、センシング動作データ生成の時間短縮が実現できる。
【００２１】
さらには、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も好適である。
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。
【００２２】
好ましくは、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するとよい。
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。
【００２３】
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が好ましい。
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。
【００２４】
特に、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するとよい。
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。
【００２５】
さらに好ましくは、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してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、コンピュータ上のワークモデルの円弧部分が離散データで構成されていても、実際の作業ワークに対して作業マニピュレータが適切に接触できるセンシング位置を含んだセンシング動作データの自動生成が可能となり、センシング動作の修正及び教示の作業負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置の構成図である。
【図２】実際の作業ワークと、これを近似した離散ワークモデルとを示す図であって、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は平面図である。
【図３】（ａ）はコンピュータ上の作業ワークにおけるセンシング位置の設定、（ｂ）は実際の作業ワークではセンシング位置がずれる（届かない、又は干渉する）ことを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は離散ワークモデル上における接触式センサが接触する面と基準面とのエッジを示す平面図、斜視図、（ｃ）、（ｄ）はエッジの端点から抽出された円を示す斜視図、平面図である。
【図５】（ａ）は最初のセンシング位置と抽出された円を示す平面図、（ｂ）は最初のセンシング位置と円弧中心とを利用して再設定されたセンシング位置を示す平面図、（ｃ）は最初のセンシング位置と接触式センサの移動方向とを利用して再設定されたセンシング位置を示す平面図である。
【図６】作業マニピュレータのセンシング動作生成方法のフローチャートを示す図である。
【図７】作業マニピュレータのセンシング動作生成装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図７にもとづき説明する。
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。
【００２９】
このセンシング動作生成装置１は、作業マニピュレータ２と、この作業マニピュレータ２を内蔵された教示データに従って動かす制御盤１１と、教示データを入力可能な教示ペンダント１２とを有している。さらに、制御盤１１には、オフライン教示用のコンピュータ４が接続されている。
［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。
【００３０】
加えて、コンピュータ４は、オフライン上の教示データにおける作業ワークＷの位置と、溶接ワイヤ３によって検知取得した実際の作業ワークＷ位置が異なった時には、検知した位置との差分を用いて、センシング動作を行った箇所以降の作業マニピュレータ２の動作を逐次修正しながらセンシング作業を行わせることができる。
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。
【００３１】
作業マニピュレータ２は、溶接用ロボットとして一般的な６軸の多関節型ロボットであり、その手先２ａ（先端）に溶接ワイヤ３が配備されている。なお、作業マニピュレータ２は、スライダを備えたものや７軸以上であるものでもよい。
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。
【００３２】
ところで、上述した「センシング動作」とは、作業マニピュレータ２が適切な位置、姿勢で溶接作業しているつもりでも、実際の作業ワークＷ情報と教示データとの間に誤差が生じることがあるため、実際に溶接作業をさせる前に溶接ワイヤ３を作業ワークＷに接触させて、コンピュータ４上の作業マニピュレータ２や、コンピュータ４上の作業ワークＷ（つまりワークモデルＭ）に関する形状や配置、さらにはワークモデルＭ上におけるセンシング位置Ｐ（作業マニピュレータ２の溶接ワイヤ３が、オフライン環境下でワークモデルＭに接触する位置）を、修正乃至は再設定する作業のことである。
［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。
【００３３】
図１、２に示されるように、本実施形態で考える作業ワークＷは、基準となる平板材（この上面が後述する基準面Ｋに相当）から円筒状部材が立設したものであって、この場合、円筒状部材の内周面及び外周面が、作業ワークＷにおける円弧部分Ｃである。
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。
【００３４】
また、図２（ｂ）右図に示す如く、ワークモデルＭは、実際の作業ワークＷ上に間隔をあけて存在する点（離散点Ｄ）の間を直線で結び、作業ワークＷの円弧部分Ｃを離散点Ｄを頂点とする多角形で表されている。
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。
【００３５】
この離散ワークモデルＤＭを利用して、オフライン環境下で、接触式センサ３を作業ワークＷに接触させる教示データを生成する場合を考える。
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。
【００３６】
このようなセンシング位置Ｐが、円弧部分Ｃ（すなわち、離散点Ｄ間）に設定されると、仮想線にて示した実際の作業ワークＷの内周面から離れた内側にセンシング位置Ｐが配置されたり、実際の作業ワークＷの内周面より外側、つまり実際の作業ワークＷの内部にセンシング位置Ｐが配置されたりすることとなる。
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。
【００３７】
そのため、このような干渉等の場合には、実際の作業ワークＷ情報と教示データとの誤差分だけ、教示データにおけるセンシング位置Ｐを修正し再設定する必要がある。
［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。
【００３８】
なお、センシング動作生成装置１は、本発明に係るセンシング動作生成方法を実行するためのコンピュータプログラム（センシング動作生成プログラム）を有している。
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。
【００３９】
ステップＳ１（データ生成ステップ）において、図６に示した如く、溶接ワイヤ３と作業ワークＷとが接触するセンシング位置Ｐを、まずは離散ワークモデルＤＭ上で３点を指定する。
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）。
【００４０】
すべてのセンシング位置Ｐが離散点Ｄと不一致であると判断された場合には、処理はステップＳ３へ移される。また、そうでない場合は処理は終了する。
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。
【００４１】
このリアルワークモデルＲＭとは、作業ワークＷの円弧部分Ｃをほぼ忠実に再現するワークモデルＭのことであり、コンピュータ４上に設定されたモデルである。このリアルワークモデルＲＭを基にセンシング動作データの再設定などが可能である。
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。
【００４２】
以下、ステップＳ１〜ステップＳ４の詳細を説明する。
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。
【００４３】
これらのセンシング位置Ｐは、マウスやキーボードにてコンピュータ４上の規定項目を指定する、又はデータベースを検索するなど、蓄積されたデータに基づいてセンシング動作データを生成することで指定される。
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。
【００４４】
そこでステップＳ２では、オフライン環境下で、離散点判断手段Ｍ２によって指定した３つのセンシング位置Ｐ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こととなる。
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。
【００４５】
なお、３つのセンシング位置Ｐが離散点Ｄと一致する場合、つまり溶接ワイヤ３が実際の作業ワークＷ上にある離散点Ｄに接触する場合には、最初に設定した３つのセンシング位置Ｐを通る円を計算すれば、教示データと実際の作業ワークＷとの間の誤差は生じず、以下に示すリアルワークモデルＲＭの推定やセンシング位置Ｐの再設定をしなくとも、上述した干渉等は起こらないため、適切なセンシング動作データを生成できていることとなる。
【００４６】
ステップＳ３では、モデル推定手段Ｍ３によって、接触面Ｔと基準面ＫとのエッジＥにおける端点ＥＰを通る円ＲＣを、リアルワークモデルＲＭとして抽出する。
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。
【００４７】
次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示す如く、抽出したエッジＥの端点ＥＰすべて（６つ）を通る１つの円ＲＣを、リアルワークモデルＲＭとして抽出する。
［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。
【００４８】
このセンシング位置Ｐ２への再設定は、最初に設定したセンシング位置Ｐ１を利用して行われる。
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。
【００４９】
最初のセンシング位置Ｐ１は、離散ワークモデルＤＭ上に３つ設定されていたことから、再設定されたセンシング位置Ｐ２も、リアルワークモデルＲＭ上に３つ設けられることとなる。
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。
【００５０】
したがって、作業マニピュレータ２実機を動かさなくとも、オフライン環境下で、溶接ワイヤ３が実際の作業ワークＷに接触しうるセンシング位置Ｐを設定でき、適切なセンシング動作データを自動で生成することが可能となる。
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。
【００５１】
この場合も同様に、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。
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。
【００５２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。センシング動作生成装置１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
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。
【００５３】
作業マニピュレータ２は、溶接用のマニピュレータに限らず、塗装用、組立用など各種マニピュレータでもかまわない。
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。
【符号の説明】
【００５４】
１ センシング動作生成装置
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業マニピュレータの適切なセンシング動作データを、オフライン環境下で自動的に生成する方法、及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業マニピュレータが作業ワークに対して作業をする前に、作業マニピュレータに設けられた接触式センサを「センシング動作データ」にもとづいて作業ワークに接触させることで、コンピュータ上における作業ワークと作業マニピュレータとの位置関係を検証し、この検証結果にもとづいて作業マニピュレータの教示データを修正するといったセンシング作業が行われるのが常である。
【０００３】
例えば、コンピュータ上の教示データにもとづいて、作業マニピュレータが適切な位置、姿勢で溶接作業しているつもりであっても、実際の作業ワークの形状や据付誤差、作業マニピュレータ自体の初期位置、重力による関節部のたわみやバックラッシュ等があるため、実際の作業ワーク情報と教示データとの間に誤差が生じ、実際に溶接作業をさせようとすると、溶接部位がずれたり、作業マニピュレータの溶接ワイヤ以外の部位が作業ワークに当たったりすることがある。
【０００４】
そこで、作業マニピュレータに溶接等の作業をさせる前に、実際に溶接ワイヤを作業ワークに接触させて、実際の作業ワーク情報とコンピュータ上の作業ワークの教示データとの誤差を修正するための、センシング作業が必要である。
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。
【０００５】
特許文献１の技術は、作業ワークの円弧部分上の任意の３点を作業ワークの現在位置をセンシングする位置とし、その各センシング位置で円弧の中心位置を通る方向に接触動作する教示データを生成する産業用ロボットの作業線修正制御方法である。
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。
【０００６】
この１点目のセンシング位置で得られた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誤差（補正値）を所定メモリに記憶しておき、円筒部材上の２点目のセンシング位置にロボットを接触させにいく。
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。
【０００７】
そして、センシング位置として３点でロボットを円筒部材に接触させることによって、実際の作業ワークにおける円弧中心の座標が検出でき、検出した円弧中心座標と、コンピュータ上の作業ワークにおける円弧中心の座標との差を、円弧センシング補正値として、４点目以降のセンシング動作や、実際の溶接作業に役立てることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９８５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献1の方法でセンシング動作データを生成することは可能であるものの、実際にロボットを作業ワークに接触しなくては補正量を検出することができず、作業ワークの円弧中心の位置補正したセンシング動作データを、オフライン環境下で生成することはできない。
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。
【００１０】
すなわち、オフライン環境下での作業マニピュレータの周辺環境の曲面は、作業マニピュレータ及び、周辺環境の描画や干渉チェックの演算の高速化、ＣＡＤデータの軽量化のため、作業ワークを多角形近似で表現される場合（図２，図３参照）がほとんどであり、オフライン環境内で再現された作業マニピュレータや周辺環境の曲面は実際の作業ワークの曲面とは位置、形状が異なるため、実際の作業ワークの面上にセンシング位置を作成できない場合がある。
【００１１】
例えば、図３（ａ）のように、多角形近似された作業ワーク上でセンシング位置を設定しても、図３（ｂ）に示す如く、実際の作業ワークに対してセンシング位置がずれ、接触しようとした作業マニピュレータの接触式センサ（溶接ワイヤ等）が作業ワークに届かないようなセンシング教示データを作成してしまう場合がある。また、図示はしないものの、作業マニピュレータの接触式センサが作業ワークに干渉するようなセンシング教示データを作成してしまう場合も考えられる。
【００１２】
このようなセンシング教示データをロボット実機に適用しても、算出したい円弧の中心位置を得られるような検出位置となっていないため、結局は作業オペレータが、教示ペンダントなどを使うなどして、マニュアルでセンシング位置を修正する必要が生じる。
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。
【００１３】
上述した問題に鑑み、本発明は、円弧部分を有する作業ワークにおいて、算出したい円弧中心位置を得られるような検出位置を含んだセンシング動作データ、言い換えるならば、円弧部分を正確にセンシング可能とするセンシング動作データをオフライン環境下で生成し、作業マニピュレータのセンシング動作の修正作業や教示作業の負荷を軽減することができる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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
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。
【００１５】
これによって、円弧部分を有する作業ワークであっても、離散ワークモデルよりも実際の作業ワークに近いリアルワークモデルを推定することで、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誤差を減らし、実際の作業ワークに対して作業マニピュレータが適切に接触可能なセンシング動作データをオフライン環境下で且つ自動で生成可能となり、作業マニピュレータのセンシング動作データの修正作業の負担が軽減されるため、センシング動作データの生成時間が短縮でき、教示データ生成の作業効率を向上させることができる。なお、リアルワークモデルとは、作業ワークの円弧部分をほぼ忠実に再現するワークモデルのことであり、コンピュータ上に設定されたモデルである。このリアルワークモデルを基にセンシング動作データの再設定などが可能である。
【００１６】
好ましくは、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とよい。
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。
【００１７】
これらにより、離散点間を円弧形状で補間、又は作業モデルそのものを１つの円で推定しているため、実際の作業ワークに対してさらに近いリアルワークモデルを推定することが可能となって、コンピュータ上の作業モデルと実際の作業ワークが大きく異なる地点（例えば、離散点間）にセンシング位置を設定しても、実際の作業ワークに届かなかったり、作業ワークと干渉することがなくなり、円弧中心を正確に計算できる位置に接触位置を設定することができる。
【００１８】
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が好ましい。
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。
【００１９】
特に、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としてもよい。
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。
【００２０】
これらにより、再設定される前のセンシング位置に加え、推定したリアルワークモデルの円弧中心や、センシング動作時における接触式センサの移動方向を利用することで、センシング位置を確実にリアルワークモデルの円弧上に再設定することができ、実際の作業ワークのセンシング位置と、コンピュータの作業ワークのセンシング位置との誤差をさらに減らし、完全にオフライン環境下で生成しつつも、精度の高いセンシング動作データを自動で生成可能となって、センシング動作データ修正の負担軽減や、センシング動作データ生成の時間短縮が実現できる。
【００２１】
さらには、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も好適である。
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。
【００２２】
好ましくは、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するとよい。
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。
【００２３】
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が好ましい。
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。
【００２４】
特に、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するとよい。
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。
【００２５】
さらに好ましくは、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してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、コンピュータ上のワークモデルの円弧部分が離散データで構成されていても、実際の作業ワークに対して作業マニピュレータが適切に接触できるセンシング位置を含んだセンシング動作データの自動生成が可能となり、センシング動作の修正及び教示の作業負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の作業マニピュレータのセンシング動作生成装置の構成図である。
【図２】実際の作業ワークと、これを近似した離散ワークモデルとを示す図であって、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は平面図である。
【図３】（ａ）はコンピュータ上の作業ワークにおけるセンシング位置の設定、（ｂ）は実際の作業ワークではセンシング位置がずれる（届かない、又は干渉する）ことを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は離散ワークモデル上における接触式センサが接触する面と基準面とのエッジを示す平面図、斜視図、（ｃ）、（ｄ）はエッジの端点から抽出された円を示す斜視図、平面図である。
【図５】（ａ）は最初のセンシング位置と抽出された円を示す平面図、（ｂ）は最初のセンシング位置と円弧中心とを利用して再設定されたセンシング位置を示す平面図、（ｃ）は最初のセンシング位置と接触式センサの移動方向とを利用して再設定されたセンシング位置を示す平面図である。
【図６】作業マニピュレータのセンシング動作生成方法のフローチャートを示す図である。
【図７】作業マニピュレータのセンシング動作生成装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図７にもとづき説明する。
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。
【００２９】
このセンシング動作生成装置１は、作業マニピュレータ２と、この作業マニピュレータ２を内蔵された教示データに従って動かす制御盤１１と、教示データを入力可能な教示ペンダント１２とを有している。さらに、制御盤１１には、オフライン教示用のコンピュータ４が接続されている。
［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。
【００３０】
加えて、コンピュータ４は、オフライン上の教示データにおける作業ワークＷの位置と、溶接ワイヤ３によって検知取得した実際の作業ワークＷ位置が異なった時には、検知した位置との差分を用いて、センシング動作を行った箇所以降の作業マニピュレータ２の動作を逐次修正しながらセンシング作業を行わせることができる。
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。
【００３１】
作業マニピュレータ２は、溶接用ロボットとして一般的な６軸の多関節型ロボットであり、その手先２ａ（先端）に溶接ワイヤ３が配備されている。なお、作業マニピュレータ２は、スライダを備えたものや７軸以上であるものでもよい。
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。
【００３２】
ところで、上述した「センシング動作」とは、作業マニピュレータ２が適切な位置、姿勢で溶接作業しているつもりでも、実際の作業ワークＷ情報と教示データとの間に誤差が生じることがあるため、実際に溶接作業をさせる前に溶接ワイヤ３を作業ワークＷに接触させて、コンピュータ４上の作業マニピュレータ２や、コンピュータ４上の作業ワークＷ（つまりワークモデルＭ）に関する形状や配置、さらにはワークモデルＭ上におけるセンシング位置Ｐ（作業マニピュレータ２の溶接ワイヤ３が、オフライン環境下でワークモデルＭに接触する位置）を、修正乃至は再設定する作業のことである。
［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。
【００３３】
図１、２に示されるように、本実施形態で考える作業ワークＷは、基準となる平板材（この上面が後述する基準面Ｋに相当）から円筒状部材が立設したものであって、この場合、円筒状部材の内周面及び外周面が、作業ワークＷにおける円弧部分Ｃである。
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。
【００３４】
また、図２（ｂ）右図に示す如く、ワークモデルＭは、実際の作業ワークＷ上に間隔をあけて存在する点（離散点Ｄ）の間を直線で結び、作業ワークＷの円弧部分Ｃを離散点Ｄを頂点とする多角形で表されている。
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。
【００３５】
この離散ワークモデルＤＭを利用して、オフライン環境下で、接触式センサ３を作業ワークＷに接触させる教示データを生成する場合を考える。
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。
【００３６】
このようなセンシング位置Ｐが、円弧部分Ｃ（すなわち、離散点Ｄ間）に設定されると、仮想線にて示した実際の作業ワークＷの内周面から離れた内側にセンシング位置Ｐが配置されたり、実際の作業ワークＷの内周面より外側、つまり実際の作業ワークＷの内部にセンシング位置Ｐが配置されたりすることとなる。
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。
【００３７】
そのため、このような干渉等の場合には、実際の作業ワークＷ情報と教示データとの誤差分だけ、教示データにおけるセンシング位置Ｐを修正し再設定する必要がある。
［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。
【００３８】
なお、センシング動作生成装置１は、本発明に係るセンシング動作生成方法を実行するためのコンピュータプログラム（センシング動作生成プログラム）を有している。
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。
【００３９】
ステップＳ１（データ生成ステップ）において、図６に示した如く、溶接ワイヤ３と作業ワークＷとが接触するセンシング位置Ｐを、まずは離散ワークモデルＤＭ上で３点を指定する。
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）。
【００４０】
すべてのセンシング位置Ｐが離散点Ｄと不一致であると判断された場合には、処理はステップＳ３へ移される。また、そうでない場合は処理は終了する。
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。
【００４１】
このリアルワークモデルＲＭとは、作業ワークＷの円弧部分Ｃをほぼ忠実に再現するワークモデルＭのことであり、コンピュータ４上に設定されたモデルである。このリアルワークモデルＲＭを基にセンシング動作データの再設定などが可能である。
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。
【００４２】
以下、ステップＳ１〜ステップＳ４の詳細を説明する。
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。
【００４３】
これらのセンシング位置Ｐは、マウスやキーボードにてコンピュータ４上の規定項目を指定する、又はデータベースを検索するなど、蓄積されたデータに基づいてセンシング動作データを生成することで指定される。
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。
【００４４】
そこでステップＳ２では、オフライン環境下で、離散点判断手段Ｍ２によって指定した３つのセンシング位置Ｐ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こととなる。
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。
【００４５】
なお、３つのセンシング位置Ｐが離散点Ｄと一致する場合、つまり溶接ワイヤ３が実際の作業ワークＷ上にある離散点Ｄに接触する場合には、最初に設定した３つのセンシング位置Ｐを通る円を計算すれば、教示データと実際の作業ワークＷとの間の誤差は生じず、以下に示すリアルワークモデルＲＭの推定やセンシング位置Ｐの再設定をしなくとも、上述した干渉等は起こらないため、適切なセンシング動作データを生成できていることとなる。
【００４６】
ステップＳ３では、モデル推定手段Ｍ３によって、接触面Ｔと基準面ＫとのエッジＥにおける端点ＥＰを通る円ＲＣを、リアルワークモデルＲＭとして抽出する。
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。
【００４７】
次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示す如く、抽出したエッジＥの端点ＥＰすべて（６つ）を通る１つの円ＲＣを、リアルワークモデルＲＭとして抽出する。
［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。
【００４８】
このセンシング位置Ｐ２への再設定は、最初に設定したセンシング位置Ｐ１を利用して行われる。
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。
【００４９】
最初のセンシング位置Ｐ１は、離散ワークモデルＤＭ上に３つ設定されていたことから、再設定されたセンシング位置Ｐ２も、リアルワークモデルＲＭ上に３つ設けられることとなる。
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。
【００５０】
したがって、作業マニピュレータ２実機を動かさなくとも、オフライン環境下で、溶接ワイヤ３が実際の作業ワークＷに接触しうるセンシング位置Ｐを設定でき、適切なセンシング動作データを自動で生成することが可能となる。
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。
【００５１】
この場合も同様に、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。
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。
【００５２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。センシング動作生成装置１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
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。
【００５３】
作業マニピュレータ２は、溶接用のマニピュレータに限らず、塗装用、組立用など各種マニピュレータでもかまわない。
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。
【符号の説明】
【００５４】
１ センシング動作生成装置
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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１〜３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。
【請求項５】
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１〜４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。
【請求項６】
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５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。
【請求項７】
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５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。
【請求項８】
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１〜７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。
【請求項９】
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作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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請求項９又は１０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。
【請求項１２】
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９〜１１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。
【請求項１３】
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９〜１２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。
【請求項１４】
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１３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。
【請求項１５】
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１３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。
【請求項１６】
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９〜１５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。
【請求項１】
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作業マニピュレータのセンシング動作生成方法。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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１〜３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。
【請求項５】
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１〜４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。
【請求項６】
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５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。
【請求項７】
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５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。
【請求項８】
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１〜７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。
【請求項９】
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作業マニピュレータのセンシング動作生成装置。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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請求項９又は１０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。
【請求項１２】
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９〜１１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。
【請求項１３】
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９〜１２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。
【請求項１４】
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１３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。
【請求項１５】
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１３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。
【請求項１６】
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９〜１５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。
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２４７１０（Ｐ２０１１−２２４７１０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９６０６６（Ｐ２０１０−９６０６６）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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