特開 2025-21099 情報処理システム、情報処理プログラム及び情報処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025021099

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】情報処理システム、情報処理プログラム及び情報処理方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/127 20060101AFI20250205BHJP

   B23Q 17/20 20060101ALI20250205BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

B23K9/127 509B

B23Q17/20 Z

G05B19/4093 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124823

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】517425446

【氏名又は名称】リンクウィズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100175396

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 隆記

(72)【発明者】

【氏名】池ヶ谷 文生

【テーマコード（参考）】

3C029

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C029BB01

3C269AB12

3C269AB33

3C269BB08

3C269EF59

3C269EF71

3C269JJ19

3C269MN16

(57)【要約】

【課題】従来の手法では、三次元モデルデータにおいて溶接線が線として定義されていなければ、軌跡情報を生成することが出来ない問題があった。
【解決手段】本発明の情報処理システムは、作業対象物の三次元モデルデータから作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理（Ｓ３）と、作業対象物の作業対象箇所をマスタ点群データから抽出し、抽出した作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理（Ｓ５）と、を行うように構成された少なくとも１つの演算装置を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理と、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理と、
を行うように構成された少なくとも１つの演算装置を備える、情報処理システム。

【請求項2】

前記第１の作業情報データ生成処理は、
前記マスタ点群データから作業対象線が設定される母材面を抽出する母材面抽出処理と、
前記マスタ点群データ上の前記母材面の外周を規定する境界線を抽出する境界線抽出処理と、
前記境界線のうち前記作業対象線に指定される線を、近似線が連続する連続線データに変換する連続線データ変換処理と、
前記連続線データに基づきロボットアームに備え付けられたツールの移動軌跡を規定するツールパスを決定するツールパス決定処理と、
を含む、請求項１に記載の情報処理システム。

【請求項3】

前記連続線データに含まれる近似線毎の端点を抽出する端点抽出処理と、
前記端点毎に法線を算出する法線算出処理と、
前記端点毎に、前記法線をＺ軸、次の端点に向かう方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸の外積をＹ軸として、前記Ｚ軸、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を正規化して直交座標系データを算出する直交座標系算出処理と、
前記端点毎に算出された前記直交座標系データを前記連続線データの始点から端点に向かって順につなぎ合わせて前記作業情報データを生成するデータ生成処理と、
を有する、請求項２に記載の情報処理システム。

【請求項4】

前記作業対象箇所の位置情報は、前記三次元モデルデータに含まれる属性データにより定義される請求項１に記載の情報処理システム。

【請求項5】

前記作業対象物の三次元モデルデータを取得して、前記作業対象物の三次元メッシュデータを生成するデータ変換処理と、
前記三次元メッシュデータ上に前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されているか否かを判定する形状判定処理と、
前記形状判定処理において、前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、前記三次元メッシュデータから、プリミティブ形状を抽出して、プリミティブ形状データを生成するプリミティブ形状データ抽出処理と、
前記プリミティブ形状データ上の前記線データに沿って前記作業情報データを生成する第２の作業情報データ生成処理と、を含み、
前記形状判定処理において、前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、前記マスタ点群データ生成処理と、前記第１の作業情報データ生成処理と、を実施する請求項１に記載の情報処理システム。

【請求項6】

センサを用いて前記作業対象物から現物点群データを取得する現物点群データ取得処理と、
前記現物点群データに基づき前記作業情報データを補正した補正済み作業情報データを生成する作業情報データ補正処理と、を含み、
前記作業情報データ補正処理は、
前記現物点群データと前記マスタ点群データとについて、予め指定した特徴箇所の位置が前記マスタ点群データと前記現物点群データとで一致するように前記マスタ点群データを変換させる変換行列を算出する変換行列算出処理と、
前記変換行列の逆行列を前記作業情報データに適用して前記補正済み作業情報データを生成するデータ補正処理と、
を行う、請求項１に記載の情報処理システム。

【請求項7】

作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理と、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理と、
を演算装置に実行させる、情報処理プログラム。

【請求項8】

コンピュータを用いて三次元モデルデータから作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する情報処理方法であって、
作業対象物の前記三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成し、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対応した前記作業情報データを生成する、
情報処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は情報処理システム、情報処理プログラム及び情報処理方法に関し、特に、ロボット制御に用いる作業情報データを生成する情報処理システム、情報処理プログラム及び情報処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶接等の作業を行う作業ロボットの制御では、アームをどのような軌跡で動作させるかの情報を少なくとも含む作業情報データを生成する必要がある。そこで、作業情報データの生成に必要な軌跡情報を生成する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、三次元ＣＡＤデータを基に溶接線を迅速に抽出する、溶接線選定方法が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１８４２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、三次元モデルデータにおいて溶接線が線として定義されていなければ、溶接線（例えば、軌跡情報）を生成することが出来ない問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理と、前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理と、を行うように構成された少なくとも１つの演算装置を備える、情報処理システムである。

【0006】

本発明の一態様は、作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理と、前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理と、を演算装置に実行させる情報処理プログラムである。

【0007】

本発明の一態様は、コンピュータを用いて三次元モデルデータから作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する情報処理方法であって、作業対象物の前記三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成し、前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対応した前記作業情報データを生成する情報処理方法である。

【0008】

本発明の一態様は、三次元モデルデータから生成したマスタ点群データを用いて、作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、三次元モデルデータにおいて線データとして定義されていない箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１にかかる作業ロボットシステムの概略図である。

【図2】実施の形態１にかかる作業ロボットシステムを用いた作業の一例を説明する図である。

【図3】実施の形態１にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。

【図4】実施の形態１にかかる情報処理システムにおける作業情報データ生成処理の流れを説明するフローチャートである。

【図5】図４に示したフローチャートのステップＳ１０からステップＳ１３までの動作の具体例を説明する図である。

【図6】実施の形態１にかかる情報処理システムにおけるツールパス決定処理の流れを説明するフローチャートである。

【図7】図６に示したフローチャートのステップＳ２０、Ｓ２２、Ｓ２４の動作の具体例を説明する図である。

【図8】実施の形態２にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。

【図9】実施の形態３にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。

【図10】実施の形態３にかかる情報システムにおける作業情報データ補正処理の流れを説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0012】

また、上述したプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0013】

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる作業ロボットシステムの概略図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１は、コンピュータ１０と作業ロボット２０とを備える。また、作業ロボット２０は、基台にロボットアーム２１が設けられ、作業ロボット２０の先端に作業ツール２２及び作業部センサ２３が取り付けられる。

【0014】

コンピュータ１０は、他で生成された三次元モデルデータの受信、或いは、三次元モデルデータの生成を行う。また、コンピュータ１０は、三次元モデルデータを用いて作業ロボット２０の制御で利用される作業情報データを生成する。ここで、作業データの生成では、複数の処理を行うが、これらの処理は、少なくとも１台のコンピュータ１０を用いて実施されてもよく、作業ロボットシステム１に含まれるコンピュータ１０は１台に限られない。また、コンピュータ１０は、生成した作業情報データを作業ロボット２０に送信する。実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、作業ロボット２０は、ロボットアーム２１を制御する制御部（不図示）を有し、制御部が受信した作業情報データを利用してロボットアーム２１を制御する。

【0015】

作業ロボット２０は、溶接作業、塗装作業、塗布作業、切削作業、研磨作業、研削作業、旋削作業のうちの少なくとも１つに対応する。ロボットアーム２１は、先端に取り付けられる作業ツール２２を作業情報データによって規定される軌跡に沿って作業ツール２２及び作業部センサ２３を動かす。

【0016】

作業ツール２２は、実施する作業に応じて異なるツールとなるものである。作業ツール２２は、例えば溶接作業を行う場合は溶接トーチ、ノズル、溶接棒等であり、塗装作業では塗装用ガンなどの塗装用具である。その他、作業ツールとしては、塗布用具（例えば、塗布スプレー）、切削工具（例えば、ドリル、エンドミル、フライス）、研磨用具（例えば、研磨ブラシ）、切削工具（砥石、カップブラシ、ダイヤモンドバー）、旋削用具（例えば、バイト）等が考えられる。

【0017】

作業部センサ２３は、作業対象物の形状をスキャンするセンサである。このようなセンサとしては、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、ラインスキャナ、三次元スキャナ等が考えられる。実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、作業部センサ２３を用いて作業実施前の作業対象物の形状の認識、作業実施後の作業対象物の形状の認識を行う。

【0018】

図２は、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１を用いた作業の一例を説明する図である。図２に示す例は、母材３０に非溶接部材３１が重ねられ、非溶接部材３１を端部に設定した溶接対象線ＷＬに沿って溶接を行うことで、非溶接部材３１を母材３０に接合する作業である。この場合、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、作業ロボット２０は、作業ツール２２の先端が溶接対象線ＷＬに沿って所定の速度、かつ、母材３０に対して所定の角度で溶接対象線ＷＬに沿って進むようにロボットアーム２１を制御する。

【0019】

実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、生産活動を行う前に、作業対象物に対して行う作業毎に作業情報データを作成する必要がある。そして、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、コンピュータ１０において、三次元モデルデータから作業情報データを作成する。このように、三次元モデルデータから作業情報データを作成することで、作業ロボット２０を用いて試作品等の現物を用いることなく作業情報データの作成を行う。

【0020】

ここで、三次元モデルデータは、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）データ、および、後述の属性データが含まれる。ＣＡＤデータは、作業対象物の形状を示す面の情報があるデータであればよい。ＣＡＤデータのデータ形式は、ＳＴＥＰ（Standard for the Exchange of Product model data）、ＩＧＥＳ（Intial Graphics Exchange Specification）、ＳＴＬ（STereoLithography）などである。また、属性データには、パーツ名、品番、材料、寸法、作業条件、輪郭形状等のデータが含まれる。後述のように、属性データには作業対象線が含まれていてもよい。属性データは、三次元モデルデータに含まれた、コンピュータ読み取り可能なデータ形式で構成されたデータであってもよく、紙に描かれた図面に記載された組立や部品のデータ（例えば、ＡＳＳＹ（Assenmbly）データ）であってもよい。作業情報データには、作業対象物が有する輪郭線の形状データ、および、作業対象物における輪郭線の位置を示す位置データ、作業対象物の寸法、作業位置、作業経路、作業対象物の部位毎の材質や板厚等の作業情報に関するデータが含まれる。属性データは、例えば、溶接作業であれば、溶接電流、溶接速度、トーチ角度等の溶接条件のデータの少なくとも１つを含む場合もある。

【0021】

実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、現物を用いることなく、コンピュータ１０上で、三次元モデルデータから作業情報データを生成するモデルベース作業情報データ生成処理を実施する。このモデルベース作業情報データ生成処理は、コンピュータ１０に搭載された記憶装置に格納された情報処理プログラムをＣＰＵ等の演算装置で実行することで行う。

【0022】

以下では、このモデルベース作業情報データ生成処理について詳細に説明する。また、モデルベース作業情報データ生成処理には複数の処理が含まれるが、この複数の処理は、１台のコンピュータで実行されても良く、複数台のコンピュータで実行されても良いため、以下の説明では、コンピュータ１０を情報処理システムと称す。また、モデルベース作業情報データ生成処理について、以下では、説明を簡単にするために溶接作業に対応した作業情報データを生成する例を用いて説明する。しかしながら、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、溶接作業以外の種々の作業に適用可能である。

【0023】

図３は、実施の形態１にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。

【0024】

図３に示すように以下で説明する情報処理システムは、作業対象物の三次元モデルデータから作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理（ステップＳ１～Ｓ３）と、作業対象物の作業対象箇所をマスタ点群データから抽出し、抽出した作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理（ステップＳ５）と、を行うように構成された少なくとも１つの演算装置を備える。

【0025】

図３に示すように、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、まず、既に生成されている作業対象物の三次元モデルデータを取得するモデルデータ取得処理を行う（ステップＳ１）。次いで、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、ステップＳ１で取得した三次元モデルデータから作業対象物の三次元メッシュデータを生成する三次元メッシュデータ生成処理を行う（ステップＳ２）。このステップＳ１とステップＳ２をまとめてデータ変換処理と称すことがある。

【0026】

ここで、ステップＳ２で生成する三次元メッシュデータは、所定の大きさで定義される単位メッシュにより作業対象物の全体の形状を表したものである。三次元メッシュデータによれば、作業対象物の形状を面の集合により作業対象物の形状を扱うことが可能になる。

【0027】

続いて、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、作業対象物の三次元モデルデータから作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理を行う（ステップＳ３）。図２に示す例では、ステップＳ２において生成した三次元メッシュデータを三次元モデルデータとしてステップＳ３で利用する。実施の形態１にかかるマスタ点群データ生成処理では、例えば、三次元メッシュデータ全体を覆うような仮想立方体を定義し、仮想立方体の一面から面に垂直な計測線を三次元メッシュデータに延ばした時に、計測線と三次元メッシュデータと交わる点をマスタ点群データの１つとする。マスタ点群データは、多数の計測線と三次元メッシュデータとの交点を含むものであり、無数の点情報の集合である。この点情報は例えば、座標情報である。ここで、例えば、仮想立方体の一面は、作業対象物が作業台に設置された状態で、作業部センサ２３が作業対象物を観測可能と考えられる面であると、実際の作業において作業部センサ２３が取得する作業対象物の現物点群データとの相関が取れるため、作業効率を高めることができる。

【0028】

続いて、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、三次元モデルデータから属性データを抽出する属性データ抽出処理を行う（ステップＳ４）。ステップＳ４において抽出される属性データには、作業対象物の寸法、作業位置、作業経路により定義される作業対象箇所の位置情報が少なくとも含まれる。また、属性データには、作業対象物における輪郭線の位置を示す位置データ、作業対象物の部位毎の材質や板厚等の作業情報に関するデータが含まれることもある。ここで、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、一例として、前記作業対象箇所の位置情報は、前記三次元モデルデータに含まれる属性データにより定義される。

【0029】

続いて、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、作業対象物の作業対象箇所をマスタ点群データから抽出し、抽出した作業対象箇所に対して作業を行う作業ツール２２の動作経路（例えば、ツールパス）を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理（例えば、ステップＳ５の作業情報データ生成処理）を行う。ステップＳ５の作業情報データ生成処理は、複数の処理を含むため、図４及び図５を参照してステップＳ５の作業情報データ生成処理について詳細に説明する。

【0030】

図４は、実施の形態１にかかる情報処理システムにおける作業情報データ生成処理の流れを説明するフローチャートである。図５は、図４に示したフローチャートのステップＳ１０からステップＳ１３までの動作の具体例を説明する図である。なお、図５では、点群が設定される作業対象物の面をハッチングで示した。また、図５では、母材３０の表面に被作業対象材（例えば、非溶接部材３１）が載せられ、非溶接部材３１の外周のうち局面で構成される部分を溶接の対象とする。つまり、実施の形態１では、曲線を有する作業対象線に対応する作業情報データを生成する例を説明する。

【0031】

図４に示すように、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、マスタ点群データから作業対象線が設定される母材面を抽出する母材面抽出処理（ステップＳ１０、Ｓ１１）と、マスタ点群データ上の母材面の外周を規定する境界線を抽出する境界線抽出処理（ステップＳ１２）と、境界線のうち作業対象線に指定される線を、近似線が連続する連続線データに変換する連続線データ変換処理（ステップＳ１３）と、連続線データに基づきロボットアーム２１に備え付けられた作業ツール２２の移動軌跡を規定するツールパスを決定するツールパス決定処理（ステップＳ１４）と、を含む。

【0032】

図４に示すように、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、まず、ステップＳ３で生成したマスタ点群データを取得する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０で取得するマスタ点群データは、例えば、図５のステップＳ１０に対応して示した図のものであり、母材３０の表面に非溶接部材３１が載せられたものである。実施の形態１では、非溶接部材３１の外周のうち局面で構成される部分を溶接の対象とする。

【0033】

続いて、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、マスタ点群データから作業対象線が設定される母材面を抽出する母材面抽出処理を行う（ステップＳ１１）。図５のステップＳ１１に対応する図に示すように、ステップＳ１１では、マスタ点群データからから非溶接部材３１に対応する部分の点群データを除く領域を母材面として抽出する。

【0034】

続いて、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、マスタ点群データ上の母材面の外周を規定する境界線を抽出する境界線抽出処理を行う（ステップＳ１２）。図５のステップＳ１２に対応する図に示すように、ステップＳ１２では、母材面の外周を規定する境界線３２をマスタ点群データから抽出する。

【0035】

続いて、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、境界線３２のうち作業対象線３３に指定される線を、近似線が連続する連続線データに変換する連続線データ変換処理を行う（ステップＳ１３）。図５のステップＳ１３に対応する図では、ステップＳ１３において抽出された作業対象線３３のみを示した。この作業対象線３３は、それぞれが直線となる複数の近似線の組み合わせにより連続線データとして定義される。また、近似線には、曲線が含まれていても良い。なお、この作業対象線３３は、ステップＳ４で抽出した属性データにより指定されたものでもよく、ユーザーが画面を参照しながら指定するものであっても良い。

【0036】

続いて、ステップＳ５の作業情報データ生成処理では、連続線データに基づきロボットアームに備え付けられたツール（例えば、作業ツール２２）の移動軌跡を規定するツールパスを決定するツールパス決定処理を行う（ステップＳ１４）。ここで、ステップＳ１４のツールパス決定処理は、複数の処理により実行されるため、図６及び図７を参照して、ツールパス決定処理について詳細に説明する。

【0037】

図６は、実施の形態１にかかる情報処理システムにおけるツールパス決定処理の流れを説明するフローチャートである。図７は、図６に示したフローチャートのステップＳ２０、Ｓ２２、Ｓ２４の動作の具体例を説明する図である。なお、図７においても、点群が設定される作業対象物の面をハッチングで示した。また、図７は、図５と同じ例を示したものである。なお、図７で示した連続線データは、説明のために実際の連続線データを構成する近似線の数よりも少ない近似線を有する模式的なものとした。

【0038】

図６に示すように、ステップＳ１４のツールパス決定処理では、連続線データに含まれる近似線毎の端点３４を抽出する端点抽出処理（ステップＳ２０）と、端点３４毎に法線３６を算出する法線算出処理（ステップＳ２２、Ｓ２３）と、端点３４毎に、法線３６をＺ軸、次の端点３４に向かう方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸の外積をＹ軸として、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸を正規化して直交座標系データを算出する直交座標系算出処理（ステップＳ２４）と、端点３４毎に算出された直交座標系データを連続線データの始点から端点に向かって順につなぎ合わせて作業情報データを生成するデータ生成処理（ステップＳ２７）と、を有する。

【0039】

図６に示すように、ステップＳ１４のツールパス決定処理では、まず、ステップＳ１３で得た連続線データに含まれる近似線毎の端点を抽出する端点抽出処理を行う（ステップＳ２０）。図７に示したステップＳ２０に対応した図に示すように、端点抽出処理により、連続線データ上に多数の端点３４が設定される。なお、複数の端点３４は、連続線データの始点となるものを０番、終点となるものをＮｅ番とした。また、図６では、端点の番号を示す変数としてＮを示した。

【0040】

続いて、ステップＳ１４のツールパス決定処理では、Ｎを０に初期化し（ステップＳ２１）、Ｎを１つずつ増やし（ステップＳ２６）ながら端点番号Ｎが終点の端点番号Ｎｅとなるまで、ステップＳ２２～ステップＳ２４の処理を繰り返し行う（ステップＳ２５）。

【0041】

ステップＳ１４のツールパス決定処理では、端点毎に法線を算出する法線算出処理をステップＳ２２、Ｓ２３にて行う。ステップＳ２２では、処理対象の端点を中心とした半径Ｒの範囲にある点群データを抽出する。図７に示したステップＳ２２に対応した図に示すように、ステップＳ２２では、処理対象の端点３４を中心とした半径Ｒの範囲内にある点群データのみが抽出される。そして、ステップＳ２３では、ステップＳ２２で抽出した点群データを用いて処理対象の端点３４における法線を算出する。図７に示したステップＳ２３に対応した図に示すように、ステップＳ２３では、処理対象の端点３４を始点とした法線３６が算出される。この法線は、例えば、主成分分析（Principle Component Analysis、ＰＣＡ）等の手法を用いて端点３４を中心とした半径Ｒの範囲内にある点群データを分析することで算出される。

【0042】

続いて、ステップＳ１４のツールパス決定処理では、端点毎に、法線をＺ軸、次の端点に向かう方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸の外積をＹ軸として、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸を正規化して直交座標系データを算出する直交座標系算出処理を行う（ステップＳ２４）。図７に示したステップＳ２４に対応した図では、３つの端点３４について、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸が定義されることを示したが、ステップＳ２４では、全ての端点についてＺ軸、Ｘ軸及びＹ軸を正規化した直交座標系データを算出する。

【0043】

続いて、ステップＳ１４のツールパス決定処理では、ステップＳ２２～Ｓ２６の繰り返し処理のステップＳ２４において算出された端点毎に算出された直交座標系データを連続線データの始点から端点に向かって順につなぎ合わせて作業情報データ（ツールパス）を生成するデータ生成処理を行う（ステップＳ２７）。また、ステップＳ２７では、生成した作業データをコンピュータ１０上の格納部の１つである作業情報データ格納部に格納する。

【0044】

上記説明より、実施の形態１かかる情報処理システムでは、三次元モデルデータから生成したマスタ点群データを用いて作業情報データを生成する。このように、三次元モデルデータをマスタ点群データに変換することで、作業対象箇所が三次元モデルデータ上では線データとして定義されていない場合であっても、マスタ点群データ上で作業対象線３３を定義することが可能になる。そして、この作業対象線３３を用いることで、実施の形態１にかかる情報処理システムでは、作業ロボット２０に適用可能な作業情報データを生成することが可能になる。

【0045】

また、実施の形態１にかかる情報処理システムにより、現物を用いることなく、作業情報データを生成することで、作業ロボット２０と試作品を利用して作業情報データを生成する必要がなくなるため、例えば、作業ロボット２０の設置場所にかかわらず作業情報データを生成することができる。つまり、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、作業ロボット２０を事前に動作させることなく作業情報データを作成できるため、事業効率を高めることが可能になる。

【0046】

また、実際の作業対象物と作業ロボット２０とを用いて作業情報データを作成した場合、作業対象物の置き方のばらつき等が作業情報データの精度に悪影響を及ぼすことがある。しかしながら、実施の形態１にかかる作業ロボットシステム１では、ばらつきのない三次元モデルデータから作業情報データを生成するため、作業対象物の置き方のばらつき等に関係の無い、精度の高い作業情報データを生成することが可能になる。

【0047】

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理の別の形態について説明する。なお、実施の形態２の説明において実施の形態１で説明した事項に関しては、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

【0048】

図８は、実施の形態２にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。図８に示すように、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理にステップＳ３０～Ｓ３３の処理を追加したものである。

【0049】

実施の形態２にかかる情報処理システムは、作業対象物の三次元モデルデータを取得して、作業対象物の三次元メッシュデータを生成するデータ変換処理（ステップＳ１、Ｓ２）と、三次元メッシュデータ上に作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されているか否かを判定する形状判定処理（ステップＳ３０）と、形状判定処理（ステップＳ３０）において、作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、三次元メッシュデータから、プリミティブ形状を抽出して、プリミティブ形状データを生成するプリミティブ形状データ抽出処理（ステップＳ３１）と、プリミティブ形状データ上の線データに沿って作業情報データを生成する第２の作業情報データ生成処理（ステップＳ３２、Ｓ３３）と、を含み、形状判定処理（ステップＳ３０）において、作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、マスタ点群データ生成処理（ステップＳ３）と、第１の作業情報データ生成処理（ステップＳ５）と、を実施する。

【0050】

実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、三次元メッシュデータ生成処理（ステップＳ２）の次に、作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されているか否かを判断する形状判定処理を実施する（ステップＳ３０）。

【0051】

３次元モデルデータでは、部材の形状を規定する線が線データとして定義される。そのため、端面と端面を接合するような場合は、部材の端面の外周を定義する線データが三次元モデルデータ上に定義されているため、この線データを作業対象線として作業情報データを生成することができる。一方、例えば、一方の部材の面上に他の部材を重ね合わせるような加工を行う場合、一方の部材の面上には線データが定義されず、実施の形態１で説明したマスタ点群データ（ステップＳ３）を用いた作業情報データ生成処理（ステップＳ５）を実施する必要がある。

【0052】

そして、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、ステップＳ３０の形状判定処理において、作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されていない場合は、実施の形態１で説明したステップＳ３～Ｓ５の処理を実施する。

【0053】

一方、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、ステップＳ３０の形状判定処理において、作業対象箇所が三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合は、三次元メッシュデータから、プリミティブ形状を抽出して、プリミティブ形状データを生成するプリミティブ形状データ抽出処理を行う（ステップＳ３１）。

【0054】

ここで、プリミティブ形状とは、立方体、直方体、球、円柱、円錐など、予め決定された比較的単純な形状である。このような形状の線及び面の情報を有するデータをプリミティブ形状データと称す。そして、ステップＳ３１のプリミティブ形状データ抽出処理では、作業対象物をプリミティブ形状の組み合わせたモデルデータに置き換える。

【0055】

続いて、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、ステップＳ４と同様に三次元モデルデータから属性データを抽出する属性データ抽出処理を行う（ステップＳ３２）。その後、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、プリミティブ形状データ上の線データに沿って作業情報データを生成する第２の作業情報データ生成処理（例えば、作業情報データ生成処理（ステップＳ３３））を行う。

【0056】

プリミティブ形状データを用いたモデルデータの置き換えは、マスタ点群データを作成する場合に比べて計算負荷を軽くすることができる。そのため、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理を用いることで、作業対象物の複雑さや、作業内容に応じて適宜情報処理システムの演算量を抑えることができる。つまり、実施の形態２にかかるモデルベース作業情報データ生成処理を用いることで、作業情報データの生成に要する時間を削減することが可能になる。

【0057】

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理の別の形態について説明する。なお、実施の形態３の説明において実施の形態１で説明した事項に関しては、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

【0058】

図９は、実施の形態３にかかる情報処理システムの動作を説明するフローチャートである。図１０は、実施の形態３にかかる情報システムにおける作業情報データ補正処理の流れを説明するフローチャートである。

【0059】

図９及び図１０に示すように、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、作業部センサ２３を用いて作業対象物から現物点群データを取得する現物点群データ取得処理（ステップＳ４０）と、現物点群データに基づき作業情報データを補正した補正済み作業情報データを生成する作業情報データ補正処理（ステップＳ４１）と、を含み、作業情報データ補正処理（ステップＳ４１）は、現物点群データとマスタ点群データとについて、予め指定した特徴箇所の位置がマスタ点群データと現物点群データとで一致するようにマスタ点群データを変換させる変換行列を算出する変換行列算出処理（ステップＳ５０、Ｓ５１）と、変換行列の逆行列を作業情報データに適用して補正済み作業情報データを生成するデータ補正処理（ステップＳ５２）と、を行う。

【0060】

図９に示すように、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、実施の形態１にかかるモデルベース作業情報データ生成処理にステップＳ４０、Ｓ４１の処理を追加したものである。具体的には、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理は、ステップＳ４０、４１により、作業台に載置された作業対象物（現物）の状況に応じてステップＳ５で生成した作業情報データを補正する。

【0061】

そこで、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、ステップＳ５の作業情報データ生成処理の後に、センサ（例えば、作業部センサ２３）を用いて作業対象物から現物点群データを取得する現物点群データ取得処理を行う（ステップＳ４０）。

【0062】

続いて、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、現物点群データに基づき作業情報データを補正した補正済み作業情報データを生成する作業情報データ補正処理を行う（ステップＳ４１）。ここで、ステップＳ４１の作業情報データ補正処理では、複数の処理を行うため、この複数の処理を図１０を参照して説明する。

【0063】

図１０に示すように、ステップＳ４１の作業情報データ補正処理では、ステップＳ３で作成したマスタ点群データとステップＳ４０で取得した現物点群データとの両方から形状的な特徴となる特徴部分を抽出する特徴部分抽出処理を行う（ステップＳ５０）。この特徴部分は、例えば、作業対象物に設けられたノッチ、穴、特定の場所の法線が考えられる。

【0064】

続いて、ステップＳ４１の作業情報データ補正処理では、現物点群データとマスタ点群データとについて、予め指定した特徴箇所（例えば、ステップＳ５０で抽出した特徴部分）の位置がマスタ点群データと現物点群データとで一致するようにマスタ点群データを変換させる変換行列を算出する変換行列算出処理を行う（ステップＳ５１）。

【0065】

続いて、ステップＳ４１の作業情報データ補正処理では、変換行列の逆行列をステップＳ５で生成した作業情報データに適用して補正済み作業情報データを生成するデータ補正処理を行う（ステップＳ５２）。このステップＳ５２のデータ補正処理により、マスタ点群データに対する現物点群データのズレ量に対応したオフセット量によりステップＳ５で生成した作業情報データをオフセットした補正済み作業情報データが生成される。

【0066】

上記説明より、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理では、現物がマスタ点群データで規定される形状とズレた位置或いは傾きで作業台に載置された倍においても、当該ズレに対応した補正を加えた作業情報データに基づき作業ロボット２０を動作させることが可能になる。このような作業情報データを行うことで、作業ロボット２０による作業の精度を向上させることが可能になる。

【0067】

なお、実施の形態３にかかるモデルベース作業情報データ生成処理の現物点群データ取得処理（ステップＳ４０）と作業情報データ補正処理（ステップＳ４１）は、コンピュータ１０で行っても良いが、作業ロボット２０の近くに置かれるコンピュータ、或いは、作業ロボット２０に内蔵される制御部内のプロセッサで行っても良い。

【0068】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各実施の形態で説明した特徴を適宜組み合わせて実施することは当業者であれば容易に想到しうるものである。

【0069】

最後に、本発明の実施の形態を図面等を用いて総括する。本発明の実施の形態は、図１～図１０に示すように、以下のように示される。

【0070】

（付記１）
作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理（Ｓ１～Ｓ３）と、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理（Ｓ５）と、
を行うように構成された少なくとも１つの演算装置を備える、情報処理システム。

【0071】

（付記２）
前記第１の作業情報データ生成処理（Ｓ５）は、
前記マスタ点群データから作業対象線が設定される母材面を抽出する母材面抽出処理（Ｓ１０、Ｓ１１）と、
前記マスタ点群データ上の前記母材面の外周を規定する境界線を抽出する境界線抽出処理（Ｓ１２）と、
前記境界線のうち前記作業対象線に指定される線を、近似線が連続する連続線データに変換する連続線データ変換処理（Ｓ１３）と、
前記連続線データに基づきロボットアームに備え付けられたツールの移動軌跡を規定するツールパスを決定するツールパス決定処理（Ｓ１４）と、
を含む、付記１に記載の情報処理システム。

【0072】

（付記３）
前記連続線データに含まれる近似線毎の端点を抽出する端点抽出処理（Ｓ２０）と、
前記端点毎に法線を算出する法線算出処理（Ｓ２２、Ｓ２３）と、
前記端点毎に、前記法線をＺ軸、次の端点に向かう方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸の外積をＹ軸として、前記Ｚ軸、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を正規化して直交座標系データを算出する直交座標系算出処理（Ｓ２４）と、
前記端点毎に算出された前記直交座標系データを前記連続線データの始点から端点に向かって順につなぎ合わせて前記作業情報データを生成するデータ生成処理（Ｓ２７）と、
を有する、付記２に記載の情報処理システム。

【0073】

（付記４）
前記作業対象箇所の位置情報は、前記三次元モデルデータに含まれる属性データにより定義される、付記３に記載の情報処理システム。

【0074】

（付記５）
前記作業対象物の三次元モデルデータを取得して、前記作業対象物の三次元メッシュデータを生成するデータ変換処理（Ｓ１、Ｓ２）と、
前記三次元メッシュデータ上に前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されているか否かを判定する形状判定処理（Ｓ３０）と、
前記形状判定処理において、前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、前記三次元メッシュデータから、プリミティブ形状を抽出して、プリミティブ形状データを生成するプリミティブ形状データ抽出処理（Ｓ３１）と、
前記プリミティブ形状データ上の前記線データに沿って前記作業情報データを生成する第２の作業情報データ生成処理（Ｓ３２、Ｓ３３）と、を含み、
前記形状判定処理（Ｓ３０）において、前記作業対象箇所が前記三次元モデルデータ上で線データとして定義されている場合に、前記マスタ点群データ生成処理（Ｓ３）と、前記第１の作業情報データ生成処理（Ｓ５）と、を実施する、付記１乃至４のいずれか１つに記載の情報処理システム。

【0075】

（付記６）
センサを用いて前記作業対象物から現物点群データを取得する現物点群データ取得処理（Ｓ４０）と、
前記現物点群データに基づき前記作業情報データを補正した補正済み作業情報データを生成する作業情報データ補正処理（Ｓ４１）と、を含み、
前記作業情報データ補正処理（Ｓ４１）は、
前記現物点群データと前記マスタ点群データとについて、予め指定した特徴箇所の位置が前記マスタ点群データと前記現物点群データとで一致するように前記マスタ点群データを変換させる変換行列を算出する変換行列算出処理（Ｓ５０、Ｓ５１）と、
前記変換行列の逆行列を前記作業情報データに適用して前記補正済み作業情報データを生成するデータ補正処理（Ｓ５２）と、
を行う、付記１乃至５のいずれか１つに記載の情報処理システム。

【0076】

（付記７）
作業対象物の三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成するマスタ点群データ生成処理（Ｓ１～Ｓ３）と、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対して作業を行う作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する第１の作業情報データ生成処理（Ｓ５）と、
を演算装置に実行させる、情報処理プログラム。

【0077】

（付記８）
コンピュータを用いて三次元モデルデータから作業ツールの動作経路を少なくとも含む作業情報データを生成する情報処理方法であって、
作業対象物の前記三次元モデルデータから前記作業対象物の表面形状を点群にて定義したマスタ点群データを生成し（Ｓ１～Ｓ３）、
前記作業対象物の作業対象箇所を前記マスタ点群データから抽出し、抽出した前記作業対象箇所に対応した前記作業情報データを生成する（Ｓ５）、
情報処理方法。

【符号の説明】

【0078】

１ 作業ロボットシステム
１０ コンピュータ
２０ 作業ロボット
２１ ロボットアーム
２２ 作業ツール
２３ 作業部センサ
３０ 母材
３１ 非溶接部材
ＷＬ 溶接対象線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】