(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-08
(45)【発行日】2022-11-17
(54)【発明の名称】ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法
(51)【国際特許分類】
B25J 13/00 20060101AFI20221109BHJP
B25J 9/22 20060101ALI20221109BHJP
B05B 12/00 20180101ALI20221109BHJP
B24C 1/10 20060101ALI20221109BHJP
B24C 5/02 20060101ALI20221109BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20221109BHJP
【ＦＩ】
B25J13/00 Z
B25J9/22 A
B05B12/00 A
B24C1/10 Z
B24C5/02 C
B23K9/12 331K
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2022502250
(86)(22)【出願日】2021-10-01
(86)【国際出願番号】 JP2021036454
(87)【国際公開番号】W WO2022071585
(87)【国際公開日】2022-04-07
【審査請求日】2022-01-13
(31)【優先権主張番号】P 2020167845
(32)【優先日】2020-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】朝戸 達健
(72)【発明者】
【氏名】磯田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】勝部 優仁
【審査官】國武 史帆
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－２１６１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０５８３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２６２５４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２６２５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－３００８８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１００８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２８７７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－０５１８２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６４－０４０２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２８７１７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５７７７６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２
Ｂ０５Ｂ １２／００
Ｂ２４Ｃ １／００ － １１／００
Ｂ２３Ｋ ９／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンドエフェクタを備えたロボットと、位置及び姿勢を移動可能である位置姿勢指示部を含む操作部と、
前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢に応じて前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢に応じて前記エンドエフェクタを移動させる際に、第１制御と第２制御とのうちの少なくとも一方を実行し、
前記制御部は、前記第１制御では、前記エンドエフェクタに設定される所定軸上における前記エンドエフェクタと制御被加工面との距離を一定に維持しつつ、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢に前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させ、
前記制御被加工面は、前記ワークの被加工面、又は前記ワークの仮想の被加工面であり、
前記制御部は、前記第２制御では、前記エンドエフェクタの前記所定軸と前記制御被加工面との交点における前記制御被加工面の法線に対する、前記エンドエフェクタの前記所定軸の角度を一定角度に維持しつつ、前記位置姿勢指示部の位置に応じた位置に前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させる、ロボットシステム。
【請求項2】
前記制御部は、前記エンドエフェクタが前記制御被加工面から所定の距離範囲に位置し、且つ、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの向きが所定の向き範囲にある場合に、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行う、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項3】
エンドエフェクタを備えたロボットと、操作部と、
前記操作部の操作に基づいて前記エンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記操作部の操作に基づいて前記エンドエフェクタを移動させる際に、前記エンドエフェクタと、前記ワークの被加工面又は前記ワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行し、
前記制御部は、前記エンドエフェクタが前記制御被加工面から所定の距離範囲に位置し、且つ、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの向きが所定の向き範囲にある場合に、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行う、ロボットシステム。
【請求項4】
前記制御部は、前記エンドエフェクタが前記ワークの被加工面に加工を行う間、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行う、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項5】
前記操作部は、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を示す位置姿勢指示部と、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部と、
前記加工を操作するための加工指示部と、
を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項6】
前記制御部は、前記ワークの３次元データを記憶しており、前記制御部は、前記ワークの３次元データと前記エンドエフェクタの位置とに基づいて前記第１制御を行い、又は、前記ワークの３次元データと前記エンドエフェクタの姿勢とに基づいて前記第２制御を行う、請求項１乃至５のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項7】
前記第１制御及び前記第２制御にそれぞれ用いられる前記エンドエフェクタの位置及び前記エンドエフェクタの姿勢が、それぞれ、前記位置姿勢検出部が検出した前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢であり、前記第１制御及び前記第２制御における前記制御被加工面が、前記ワークの仮想の被加工面である、請求項５に記載のロボットシステム。
【請求項8】
前記ロボットシステムは、前記エンドエフェクタを移動させ且つ当該エンドエフェクタに前記加工を行わせるために前記制御部が出力する制御信号を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は記憶モード及び再生モードを有し、
前記制御部は、前記記憶モードにおいて、前記制御信号を時系列で前記記憶部に記憶させ、前記再生モードにおいて、前記記憶部に記憶された前記制御信号を前記ロボット及び前記エンドエフェクタに出力する、請求項１乃至６のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項9】
前記エンドエフェクタによる前記加工が、前記エンドエフェクタからの加工用の物質又はエネルギーの前記ワークの被加工面への放出による加工である、請求項１乃至８のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項10】
前記エンドエフェクタからの前記加工用の物質又はエネルギーの前記ワークの被加工面への放出による加工が、塗装ガンからの液状又は粉状の塗料の噴射による塗装、洗浄ノズルからの洗浄液の噴射による洗浄、噴射ノズルからの投射材粒体と空気又は水との混合物の噴射によるショットブラスト又はショットピーニング、電極からの電流の放出によるアーク溶接、及びバーナーからの火炎の放出による炙り加工のいずれかである、請求項９に記載のロボットシステム。
【請求項11】
エンドエフェクタを備えたロボットと、位置及び姿勢を移動可能である位置姿勢指示部を含む操作部とを備えたロボットシステムの制御方法であって、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢に応じて前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせ、
前記エンドエフェクタを移動させる際に、第１制御と第２制御とのうちの少なくとも一方を実行し、
前記第１制御では、前記エンドエフェクタに設定される所定軸上における前記エンドエフェクタと制御被加工面との距離を一定に維持しつつ、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢に前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させ、
前記第２制御では、前記エンドエフェクタの前記所定軸と前記制御被加工面との交点における前記制御被加工面の法線に対する、前記エンドエフェクタの前記所定軸の角度を一定角度に維持しつつ、前記位置姿勢指示部の位置に応じた位置に前記ロボットに前記エンドエフェクタを移動させ、
前記制御被加工面は、前記ワークの被加工面、又は前記ワークの仮想の被加工面である、ロボットシステムの制御方法。
【請求項12】
エンドエフェクタを備えたロボットと操作部とを備えたロボットシステムの制御方法であって、前記操作部の操作に基づいて前記エンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせ、
前記エンドエフェクタを移動させる際に、前記エンドエフェクタと、前記ワークの被加工面又は前記ワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行し、
前記エンドエフェクタが前記制御被加工面から所定の距離範囲に位置し、且つ、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの向きが所定の向き範囲にある場合に、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行う、ロボットシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【0001】
本件出願は、２０２０年１０月２日に日本特許庁に出願された特願２０２０－１６７８４５号の優先権を主張するものであり、その全体を参照することにより本件出願の一部をなすものとして引用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【0003】
従来、ロボットに塗装ガンを装着して被塗装物を塗装することが知られている。例えば、特許文献１に開示されたタイヤ内面塗装装置では、教示によって予め設定された塗装ガンの目標経路のデータと、距離センサにより計測される塗装ガンとタイヤの被塗装面との距離とに基づいて、ロボットに装着された塗装ガンとタイヤの被塗装面との距離を一定に維持しながら塗装を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－０４７８３４号公開特許公報
【発明の概要】
【0005】
塗膜の厚みの均一度は、少なくとも、塗装ガンの移動経路に依存する。従って、塗装ガンの移動経路は、実際のワークへの塗装状態を確認しながら決定することが望ましい。均一度としては、例えば、塗装むらの少なさが挙げられる。
【0006】
しかし、上記タイヤ内面塗装装置では、塗装面に平行な方向における塗装ガンの移動経路は、実際に塗装ガンとタイヤの被塗装面との距離を一定に維持しながら塗装ガンで塗装する状態において決定されておらず、予め設定されている。そのため、実際の塗装状態が、望ましい状態になる保証がない。
【0007】
また、ロボットによる塗装ガンを用いた塗装においては、被塗装面に対して一定の角度で塗装することが考えられる。しかし、この場合においても、塗装ガンの移動経路を塗装ガンで塗装する状態において決定しないと実際の塗装状態が望ましい状態になる保証がない。
【0008】
これらの問題点は、ロボットを用いて、ワークの被加工面に対して非接触で加工を行う場合にも共通する。そのような場合として、例えば、加工用の物質又はエネルギーをエンドエフェクタからワークの被加工面へ放出する加工が挙げられる。
【0009】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ワークの被加工面に対して非接触で加工を行う場合に、実際の加工状態を向上させることが可能なロボットシステム及びロボットシステムの制御方法を提供することを目的としている。
【0010】
上記目的を達成するために、本開示のある形態に係るロボットシステムは、エンドエフェクタを備えたロボットと、操作部と、前記操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部と、を備え、前記制御部は、前記操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させる際に、前記エンドエフェクタと、前記ワークの被加工面又は前記ワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。
【0011】
また、本開示の他の形態に係るロボットシステムの制御方法は、エンドエフェクタを備えたロボットと操作部とを備えたロボットシステムの制御方法であって、前記操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせ、前記エンドエフェクタを移動させる際に、前記エンドエフェクタと、前記ワークの被加工面又は前記ワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。
【開示の効果】
【0012】
本開示は、ワークの被加工面に対して非接触で加工を行う場合に、実際の加工状態を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【開示を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の具体的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の図は、本開示を説明するための図であるので、本開示に無関係な要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、簡略化される場合、複数の図において互いに対応する要素の形態が一致しない場合等がある。また、本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【0015】
（実施形態の概要）
本開示の実施形態のロボットシステムは、エンドエフェクタを備えたロボットと、操作部と、操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部と、を備える。制御部は、操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させる際に、エンドエフェクタと、ワークの被加工面又はワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。ここで、第２制御における「一定角度」は、エンドエフェクタによる加工に好適な角度が選択される。例えば、塗装ガンを用いた塗装加工では、９０度が選択される。もちろん、他の加工では、他の角度が選択されてもよい。
本開示の実施形態のロボットシステムは、エンドエフェクタを備えたロボットと、操作部と、操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させ、当該エンドエフェクタにワークの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部と、を備える。制御部は、操作部の操作に基づいてエンドエフェクタを移動させる際に、エンドエフェクタと、ワークの被加工面又はワークの仮想の被加工面である、制御被加工面との距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面に対する前記エンドエフェクタの角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。ここで、第２制御における「一定角度」は、エンドエフェクタによる加工に好適な角度が選択される。例えば、塗装ガンを用いた塗装加工では、９０度が選択される。もちろん、他の加工では、他の角度が選択されてもよい。
【0016】
前記操作部は、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を示す位置姿勢指示部と、前記位置姿勢指示部の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部と、前記加工を操作するための加工指示部と、を備える。
【0017】
以下では、第１及び第２制御における制御被加工面がワークの実際の加工面である形態を、実施形態１において説明し、第１及び第２制御における制御被加工面がワークの仮想の加工面である形態を、実施形態２において説明する。
【0018】
（実施形態１）
［構成］
｛ハードウェアの構成｝
図１は、本開示の実施形態１に係るロボットシステムの構成の一例を示す模式図である。図２は、図１のロボット１及び位置・姿勢センサ４の配置を模式的に示す平面図である。
［構成］
｛ハードウェアの構成｝
図１は、本開示の実施形態１に係るロボットシステムの構成の一例を示す模式図である。図２は、図１のロボット１及び位置・姿勢センサ４の配置を模式的に示す平面図である。
【0019】
図１を参照すると、本実施形態１では、ロボットシステムは、例えば、塗装ロボットシステム１００である。この塗装ロボットシステム１００は、ロボット１と、位置姿勢指示部の一例である指示器２と、制御部の一例であるシステム制御器３と、位置姿勢検出部の一例である位置・姿勢センサ４と、特定制御スイッチ５と、記憶部の一例である記憶器７と、を備える。ロボット１のエンドエフェクタ装着部であるＥＦ装着部１ａには、エンドエフェクタの一例である塗装ガン６が装着される。指示器２と位置・姿勢センサ４とが、操作部の一例である操作器８を構成している。
【0020】
ここで、塗装ロボットシステム１００は、本開示の実施形態に係るロボットシステムの一例である。このロボットシステムでは、エンドエフェクタによる加工が、エンドエフェクタからの加工用の物質又はエネルギーの前記ワークの被加工面への放出による加工である。以下では、エンドエフェクタからの加工用の物質又はエネルギーのワークの被加工面への放出による加工である放出加工として、塗装ガン６からの塗料の噴射による塗装が例示される。しかし、放出加工は、これ以外の放出加工であってもよい。また、以下の塗装ガン６からの塗料の噴射による塗装の開示内容を、これ以外の放出加工に、適宜、適用することによって、当該放出加工を行うロボットシステムを実現することができる。ロボットシステムは、全て、原理が、エンドエフェクタから物質又はエネルギーをワークの被加工面へ放出することによって加工を行うという点で共通するからである。
【0021】
ここで、加工用の「物質又はエネルギー」は特に限定されない。「加工用の物質」として、液体、気体、粉状又は粒状の固体、火炎等が例示される。「加工用のエネルギー」として、電流、電磁波、光、音波等が例示される。電磁波として、電波、放射線等が例示される。光には、紫外線及び赤外線が含まれる。音波として、超音波等が例示される。「加工」は、被加工面に、少なくとも物理的変化又は化学的変化を生じさせることを意味する。物理的変化として、被加工面の形状の変化、硬さの変化、色の変化、特性の変化等が例示される。被加工面の形状の変化として、凹部の形成、被加工面の剥離、被覆層の形成、溶融変形等が例示される。溶融変形には溶接が含まれる。特性の変化として導電性、磁性等の変化が例示される。化学的変化として、酸化、還元、化合、重合、分解等が例示される。物質又はエネルギーの「放出」として、物質又はエネルギーの、放射、噴射、吐出、流出等が例示される。
【0022】
また、「エンドエフェクタの物質又はエネルギーの放出の向き」は、例えば、物質又はエネルギーの主要放出方向、エンドエフェクタの物質又はエネルギーの放出口の中心線の延在方向又は法線の方向とされる。以下では、塗装ガン６が「エンドエフェクタ」であり、塗料が加工用の物質であり、塗料の噴射が、「物質の放出」であり、塗装ガン６の塗料の噴射の向きが、「エンドエフェクタの物質の放出の向き」である。以下では、簡略化のために、「塗装ガン６の塗料の噴射の向き」を「塗装ガン６の向き」と呼ぶ。
【0023】
また、以下では、第１制御の一例である「ＥＦ距離一定制御」を「ガン距離一定制御」と呼び、第２制御の一例である「ＥＦ面直制御」を「ガン面直制御」と呼ぶ。
【0024】
また、以下では、塗装ガン６の位置及び姿勢を指示する指示部と当該指示した塗装ガン６の位置及び姿勢を検出するセンサ部とが、それぞれ、指示器２と位置・姿勢センサ４とに分離された操作器８が例示される。しかし、当該指示部とセンサ部とが一体化された操作器８を用いてもよい。
【0025】
また、以下では、エンドエフェクタによる加工を操作するための加工指示部がトリガ２ａであり、このトリガ２ａが、指示器２に設けられた操作器８が例示される。しかし、加工指示部は、操作器８と分離して設けられてもよい。加工指示部は、例えば、システム制御器３のディスプレイに表示されてもよい。
【0026】
次に、これらの要素の配置を説明する。図２を参照すると、ロボット１及び被塗装物であるワークＷは、例えば、密閉された塗装室１３の内部に配置される。なお、図２には、図を見やすくするために、ロボット１の代わりに手首部であるＥＦ装着部１ａが示されている。参照符号１０は、塗装ガン６から噴出される塗料を示す。塗装室１３の１つの側壁が透明な仕切り板１２で構成され、この透明な仕切り板１２に隣接して制御エリアが形成されている。
【0027】
制御エリアにおけるワークＷ及び塗装ガン６が見える場所に操作位置が想定されている。この操作位置に特定制御スイッチ５が配置され、且つ、この操作位置の周囲に複数の位置・姿勢センサ４が配置されている。ここでは、位置・姿勢センサ４の数は、３つである。操作者１１は、この操作位置に位置して、ワークＷ及び塗装ガン６を見ながら、指示器２を一方の手に持ち、塗装ガン６を操作すべく指示器２を動かす。ここでは、一方の手は、例えば右手である。この指示器２の位置及び姿勢を位置・姿勢センサ４が検出する。また、操作者１１は、特定制御スイッチ５を他方の手で操作し、ガン距離一定制御及びガン面直制御の少なくともいずれかを指令する。ここでは、他方の手は、例えば左手である。なお、以下では、ガン距離一定制御及びガン面直制御を「特定制御」と総称する。
【0028】
システム制御器３は、例えば、塗装室１３以外の適宜な場所に配置される。システム制御器３は、例えば、制御エリアの操作位置に近接して配置されてもよい。なお、システム制御器３を小型化するとともに図３に示されたロボット制御器９と一体化してもよい。この場合、一体化したシステム制御器３をロボット１の基台の内部に配置してもよい。
【0029】
記憶器７は、任意の場所に配置され得る。ここでは、システム制御器３の内部に配置される。
【0030】
以下、これらの要素を詳しく説明する。
【0031】
＜ロボット１＞
ロボット１は、塗装ガン６を移動させる要素である。従って、ロボット１は、塗装ガン６を装着できるものであればよい。ロボット１として、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、直交座標型ロボット等が例示される。
ロボット１は、塗装ガン６を移動させる要素である。従って、ロボット１は、塗装ガン６を装着できるものであればよい。ロボット１として、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、直交座標型ロボット等が例示される。
【0032】
以下では、ロボット１が６軸の垂直多関節ロボットである場合が例示される。ロボット１のＥＦ装着部１ａに塗装ガン６が装着される。ＥＦ装着部１ａは、塗装ガン６が装着される装着部の一例である。ロボット１が他のタイプである場合は、塗装ガン６の装着部の呼称が変わり得る。
【0033】
ロボット１にとって、塗装ガン６は、ＥＦ装着部１ａに装着される各種のエンドエフェクタの一種であるので、塗装ガン６の位置及び姿勢は、塗装ガン６の装着部であるＥＦ装着部１ａの位置及び姿勢を制御することによって制御される。従って、以下では、ＥＦ装着部１ａの位置及び姿勢の制御を説明するが、ＥＦ装着部１ａの位置及び姿勢を制御することは、塗装ガン６の位置及び姿勢を制御することと同義である。また、「ＥＦ装着部１ａの向き」は、ＥＦ装着部１ａに装着された塗装ガン６の向きと同義である。
【0034】
＜指示器２＞
指示器２は、塗装ガン６の位置及び姿勢を示し、且つ、塗装ガン６の塗料の噴射を操作するための要素である。指示器２は、ここでは、塗装ガン６の形状を簡略化して模擬したガン形状に形成されている。これによって、指示器２の位置及び姿勢によって、塗装ガン６の位置及び姿勢を示すことができる。但し、指示器２の形状は、ガン形状でなくてもよい。例えば、任意の形状の指示器２にマーカを設け、当該マーカを位置・姿勢センサ４が検出することによって、指示器２の位置及び姿勢を特定できるようにしてもよい。
指示器２は、塗装ガン６の位置及び姿勢を示し、且つ、塗装ガン６の塗料の噴射を操作するための要素である。指示器２は、ここでは、塗装ガン６の形状を簡略化して模擬したガン形状に形成されている。これによって、指示器２の位置及び姿勢によって、塗装ガン６の位置及び姿勢を示すことができる。但し、指示器２の形状は、ガン形状でなくてもよい。例えば、任意の形状の指示器２にマーカを設け、当該マーカを位置・姿勢センサ４が検出することによって、指示器２の位置及び姿勢を特定できるようにしてもよい。
【0035】
指示器２には、ここでは、塗装ガン６の塗料の噴射を操作するためにトリガ２ａが設けられている。トリガ２ａは、原位置に復帰するように付勢されつつ押し込み可能に構成されている。操作者１１が指でトリガ２ａを押し込むことにより塗装ガン６から塗料が噴射される。操作者１１がトリガ２ａから指を放すと、塗装ガン６からの噴射が停止される。また、トリガ２ａの押し込み量に応じて塗料の噴射量が増減する。塗料の噴射量は、例えば、単位時間当たりの噴射量であってもよい。
【0036】
＜システム制御器３＞
システム制御器３は、塗装ガン６が位置・姿勢センサ４で検出された指示器２の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢を取るようロボット１の動作を制御する基本制御を行い、且つ、塗装ガン６の塗料の噴射に関する指示器２の操作に応じて塗装ガン６の塗料の噴射を制御する。また、システム制御器３は、基本制御の中において、塗装ガン６とワークＷの被塗装面ｆとの距離を一定にするガン距離一定制御及び塗装ガン６の向きをワークＷの塗装面に垂直にするガン面直制御の少なくともいずれかを行う。被塗装面ｆは、被加工面の一例である。
システム制御器３は、塗装ガン６が位置・姿勢センサ４で検出された指示器２の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢を取るようロボット１の動作を制御する基本制御を行い、且つ、塗装ガン６の塗料の噴射に関する指示器２の操作に応じて塗装ガン６の塗料の噴射を制御する。また、システム制御器３は、基本制御の中において、塗装ガン６とワークＷの被塗装面ｆとの距離を一定にするガン距離一定制御及び塗装ガン６の向きをワークＷの塗装面に垂直にするガン面直制御の少なくともいずれかを行う。被塗装面ｆは、被加工面の一例である。
【0037】
具体的には、システム制御器３は、位置・姿勢センサ４で検出された指示器２の位置及び姿勢データとワークＷの３次元データとワークＷの位置データとに基づいて、ロボット１及び塗装ガン６の制御信号を生成し、これらを図３に示されたロボット制御器９に送信する。位置及び姿勢データは、位置・姿勢信号を意味する。
【0038】
ワークＷの３次元データは、予め、図３に示されたシステム制御器３の記憶器７に記憶されている。ワークＷの３次元データとして、ワークＷのＣＡＤデータ、ワークＷの実測データ等が例示される。
【0039】
システム制御器３は、図３に示されたプロセッサＰｒとメモリＭｅとを有する演算器で構成される。図３のモード切替スイッチ３１は、この演算器において、メモリＭｅに格納された制御プログラムをプロセッサＰｒが実行することによって実現される機能ブロックである。この演算器は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成される。これらは、集中制御を行う単独の演算器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の演算器で構成されてもよい。
【0040】
ここで、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、「器」及び「部」は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、「器」及び「部は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアは、ハードウェア及び/又はプロセッサの構成に使用される。
【0041】
＜位置・姿勢センサ４＞
位置・姿勢センサ４は、操作器の位置及び姿勢を検出する要素である。従って、位置・姿勢センサ４は、指示器２の位置及び姿勢を検出できるセンサであればよい。
位置・姿勢センサ４は、操作器の位置及び姿勢を検出する要素である。従って、位置・姿勢センサ４は、指示器２の位置及び姿勢を検出できるセンサであればよい。
【0042】
位置・姿勢センサ４として、例えば、複数の距離センサを組み合わせるタイプＡ、立体カメラの一例である３Ｄカメラを用いるタイプＢ、深度カメラを用いるタイプＣ、並びに、３軸加速度センサ、ジャイロセンサ、及び地磁気センサを組み合わせるタイプＤが挙げられる。
【0043】
タイプＡによれば、例えば、複数の赤外線距離センサが検出した距離データを組み合わせて解析することにより、指示器２の位置及び姿勢を取得することができる。
【0044】
タイプＢによれば、例えば、１以上の３Ｄカメラが撮像した奥行の情報を含む画像を解析することにより、指示器２の位置及び姿勢を取得することができる。
【0045】
タイプＣによれば、例えば、１以上のＴＯＦカメラが撮像した深度付き画像を解析することにより、指示器２の位置及び姿勢を取得することができる。
【0046】
タイプＤによれば、指示器２に取り付けられた３軸加速度センサによって、指示器２の位置及び姿勢を取得することができる。また、指示器２に、３軸加速度センサに加えて、ジャイロセンサ及び地磁気センサを取り付け、それらの出力を組み合わせて解析することによって、高精度で指示器２の位置及び姿勢を取得することができる。
【0047】
ここでは、位置・姿勢センサ４として、タイプＢが用いられる。この場合、例えば、指示器２に、当該指示器２の位置及び姿勢を３Ｄカメラの撮像画像から特定するためのマーカが付されてもよい。
【0048】
＜特定制御スイッチ５＞
特定制御スイッチ５は、ガン距離一定スイッチ５ａと、ガン面直スイッチ５ｂとを備える。例えば、ガン距離一定スイッチ５ａを回すとガン距離一定制御ＯＮ信号が出力され、ガン距離一定スイッチ５ａを戻すと、ガン距離一定制御ＯＮ信号が消滅する。また、ガン面直スイッチ５ｂを回すとガン面直制御ＯＮ信号が出力され、ガン面直スイッチ５ｂを戻すと、ガン面直制御ＯＮ信号が消滅する。
特定制御スイッチ５は、ガン距離一定スイッチ５ａと、ガン面直スイッチ５ｂとを備える。例えば、ガン距離一定スイッチ５ａを回すとガン距離一定制御ＯＮ信号が出力され、ガン距離一定スイッチ５ａを戻すと、ガン距離一定制御ＯＮ信号が消滅する。また、ガン面直スイッチ５ｂを回すとガン面直制御ＯＮ信号が出力され、ガン面直スイッチ５ｂを戻すと、ガン面直制御ＯＮ信号が消滅する。
【0049】
＜塗装ガン６＞
塗装ガン６は、特に限定されない。ここでは、塗装ガン６は、塗料の噴射量を変えることができる。塗料は、例えば、液体、気体、粉体、及びこれらの１以上の混合物のいずれであってもよい。
塗装ガン６は、特に限定されない。ここでは、塗装ガン６は、塗料の噴射量を変えることができる。塗料は、例えば、液体、気体、粉体、及びこれらの１以上の混合物のいずれであってもよい。
【0050】
＜記憶器７＞
記憶器７は、ワークＷの３次元データを記憶する。また、記憶器７は、システム制御器３がロボット１の動作及び塗装ガン６の塗料の噴射を制御するためにロボット１及び塗装ガン６にそれぞれ出力するロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を時系列で記憶する。記憶器７は、ここでは、システム制御器３を構成するメモリＭｅで構成されていて、システム制御器３の内部に構築されている。
記憶器７は、ワークＷの３次元データを記憶する。また、記憶器７は、システム制御器３がロボット１の動作及び塗装ガン６の塗料の噴射を制御するためにロボット１及び塗装ガン６にそれぞれ出力するロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を時系列で記憶する。記憶器７は、ここでは、システム制御器３を構成するメモリＭｅで構成されていて、システム制御器３の内部に構築されている。
【0051】
記憶器７は、システム制御器３の外部に独立した要素として設けられてもよい。例えば、記憶器７は、ティーチングペンダントで構成されていてもよい。
【0052】
【0053】
図３を参照すると、塗装ロボットシステム１００は、さらに、モード切替スイッチ３１を備える。モード切替スイッチ３１は、例えば、図１に示されたシステム制御器３が備えるディスプレイに表示される。モード切替スイッチ３１は、記憶モードと再生モードを互いに切り替えるモード切替信号をシステム制御器３に出力する。
【0054】
指示器２は、トリガ２ａの押し込み量に応じた塗装ガン６における塗料の噴射量を表す噴射信号をシステム制御器３に出力する。
【0055】
位置・姿勢センサ４は、検出した指示器２の位置及び姿勢を表す位置・姿勢信号をシステム制御器３に出力する。
【0056】
特定制御スイッチ５は、ガン距離一定スイッチ５ａ及びガン面直スイッチ５ｂの操作に応じて、それぞれ、ガン距離一定制御ＯＮ信号及びガン面直制御ＯＮ信号をシステム制御器３に出力する。
【0057】
ロボット１は、入力されるロボット制御信号及び塗装ガン制御信号に従って、それぞれ、ロボット１及び塗装ガン６の動作を制御するロボット制御器９を備える。
【0058】
システム制御器３は、位置・姿勢センサ４から入力される位置・姿勢信号に基づいてロボット制御信号をロボット１のロボット制御器９に出力し、ロボット１の動作を介して、塗装ガン６の位置及び姿勢を制御する。
【0059】
また、システム制御器３は、指示器２から入力される噴射信号に基づいて塗装ガン制御信号をロボット１のロボット制御器９に出力し、ロボット制御器９を介して、塗装ガン６の塗料の噴射のＯＮ／ＯＦＦ及び噴射量を制御する。
【0060】
また、システム制御器３は、ロボット１の動作を基本制御している最中に、特定制御スイッチ５からガン距離一定制御ＯＮ信号又はガン面直制御ＯＮ信号が入力されると、ガン距離一定制御又はガン面直制御を行う、すなわち、ガン距離一定制御又はガン面直制御をＯＮする。
【0061】
さらに、システム制御器３は、モード切替スイッチ３１からモード切替信号が入力されると、ロボット１の動作における記憶モードと再生モードとを相互に切り替える。そして、システム制御器３は、記憶モードにおいては、自身が出力するロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を時系列で記憶器７に記憶させる。そして、システム制御器３は、再生モードにおいて、記憶器７から時系列で記憶されたロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を順次読み出してロボット１及び塗装ガン６に出力する。
【0062】
＜ガン距離一定制御＞
次に、ガン距離一定制御について説明する。図４は、ガン距離一定制御の概要を示す斜視図である。
次に、ガン距離一定制御について説明する。図４は、ガン距離一定制御の概要を示す斜視図である。
【0063】
図４を参照すると、ガン距離一定制御では、ロボット１のＥＦ装着部１ａが、ワークＷの被塗装面ｆから一定の距離を維持するように、ロボット１の動作が制御される。ロボット１のＥＦ装着部１ａが、ワークＷの被塗装面ｆから一定の距離に維持される結果、塗装ガン６が、ワークＷの被塗装面ｆから一定の距離に維持される。その一方、ロボット１の塗装ガン６が装着されたＥＦ装着部１ａは、ＥＦ装着部１ａの向きに垂直な方向においては、指示器２の位置に応じた位置に移動するよう制御される。ガン距離一定制御は、指示器２のトリガ２ａが押し込まれている期間に渡って行われる。
【0064】
＜ガン面直制御＞
次に、ガン面直制御について説明する。図５は、ガン面直制御の概要を示す平面図である。図５において、ＥＦ装着部１ａにおける点線は、指示器２の姿勢に応じた塗装ガン６の姿勢を示し、実線はガン面直制御された塗装ガン６の姿勢を示す。指示器２の姿勢に応じた塗装ガン６の姿勢は、基本制御における姿勢を意味する。
次に、ガン面直制御について説明する。図５は、ガン面直制御の概要を示す平面図である。図５において、ＥＦ装着部１ａにおける点線は、指示器２の姿勢に応じた塗装ガン６の姿勢を示し、実線はガン面直制御された塗装ガン６の姿勢を示す。指示器２の姿勢に応じた塗装ガン６の姿勢は、基本制御における姿勢を意味する。
【0065】
図５を参照すると、ガン面直制御では、塗装ガン６の向きが、ワークＷの被塗装面ｆに対して垂直になるように、ロボット１の動作が制御される。その一方、塗装ガン６のＥＦ装着部１ａの位置Ｐ０は制約されず、塗装ガン６は任意の方向に移動可能である。ガン面直制御は、指示器２のトリガ２ａが押し込まれている期間に渡って行われる。
【0066】
＜ワークＷのＣＡＤデータの設定＞
図６は、ワークＷのＣＡＤデータのロボット座標系への設定の一例を示す模式図である。
図６は、ワークＷのＣＡＤデータのロボット座標系への設定の一例を示す模式図である。
【0067】
図６を参照すると、例えば、ワークＷの３次元データとして、ワークＷのＣＡＤデータがシステム制御器３の記憶器７に格納される。その際に、ロボット１の座標系に、原点Ｏから見たワークＷの座標が設定される。この原点から見たワークＷの位置は、例えば、メジャー等で実測される。
【0068】
［動作］
次に、以上のように構成された塗装ロボットシステム１００の動作を説明する。塗装ロボットシステム１００の動作は、塗装ロボットシステム１００の制御方法を意味する。
次に、以上のように構成された塗装ロボットシステム１００の動作を説明する。塗装ロボットシステム１００の動作は、塗装ロボットシステム１００の制御方法を意味する。
【0069】
｛記憶モード｝
まず、記憶モードについて説明する。記憶モードでは、システム制御器３が、以下に述べる動作において、自身が出力するロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を時系列で記憶器７に記憶させる。
まず、記憶モードについて説明する。記憶モードでは、システム制御器３が、以下に述べる動作において、自身が出力するロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を時系列で記憶器７に記憶させる。
【0070】
＜基本制御＞
図２及び図３を参照すると、操作者１１は、まず、システム制御器３のディスプレイに表示されたモード切替スイッチ３１を操作して、ロボット１の動作を記憶モードにする。そして、操作者１１は、操作位置に位置して、ワークＷ及び塗装ガン６を見ながら、指示器２を一方の手に持ち、塗装ガン６を操作すべく指示器２を動かす。この指示器２の位置及び姿勢を位置・姿勢センサ４が検出し、その検出信号である位置・姿勢信号に応じて、システム制御器３が、ＥＦ装着部１ａ、ひいては、塗装ガン６の位置及び姿勢が指示器２の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢になるようロボット１の動作を制御する。
図２及び図３を参照すると、操作者１１は、まず、システム制御器３のディスプレイに表示されたモード切替スイッチ３１を操作して、ロボット１の動作を記憶モードにする。そして、操作者１１は、操作位置に位置して、ワークＷ及び塗装ガン６を見ながら、指示器２を一方の手に持ち、塗装ガン６を操作すべく指示器２を動かす。この指示器２の位置及び姿勢を位置・姿勢センサ４が検出し、その検出信号である位置・姿勢信号に応じて、システム制御器３が、ＥＦ装着部１ａ、ひいては、塗装ガン６の位置及び姿勢が指示器２の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢になるようロボット１の動作を制御する。
【0071】
そして、操作者１１が指示器２のトリガ２ａを指で押し込むと、システム制御器３が、指示器２からの噴射信号に応じた噴射量の塗料１０を塗装ガン６に噴射させる。システム制御器３は、指示器２のトリガ２ａが押し込まれている期間に渡って、次に述べる特定制御を行う。
【0072】
【0073】
特定制御では、まず、ガン面直スイッチ５ｂがＯＮ信号を出力しているか否か判定する（ステップＳ１）。ガン面直スイッチ５ｂがＯＮ信号を出力していない場合（ステップＳ１でＮＯ）、ステップＳ３に進む。
【0074】
ガン面直スイッチ５ｂがＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、ガン面直処理（ガン面直制御）を行う（ステップＳ２）。
【0075】
次いで、システム制御器３は、ガン距離一定スイッチ５ａがＯＮ信号を出力しているか否か判定する（ステップＳ３）。ガン距離一定スイッチ５ａがＯＮ信号を出力していない場合（ステップＳ３でＮＯ）、この特定制御を終了する。
【0076】
ガン距離一定スイッチ５ａがＯＮ信号を出力している場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ガン距離一定処理（ガン距離一定制御）を行う（ステップＳ４）。
【0077】
そして、システム制御器３は、この特定制御を終了する。
【0078】
システム制御器３は、この特定制御を、所定の制御間隔で繰り返す。
【0079】
＜ガン距離一定制御＞
図８は、ロボット１のガン距離一定制御の内容の一例を示すフローチャートである。図９は、ガン距離一定制御の内容及び塗装ガン６の位置に関する補正許容位置範囲２１を示す平面図である。ロボット１のガン距離一定制御は、ロボット１のガン距離一定処理を意味する。
図８は、ロボット１のガン距離一定制御の内容の一例を示すフローチャートである。図９は、ガン距離一定制御の内容及び塗装ガン６の位置に関する補正許容位置範囲２１を示す平面図である。ロボット１のガン距離一定制御は、ロボット１のガン距離一定処理を意味する。
【0080】
図８及び図９を参照すると、ガン距離一定制御では、システム制御器３は、まず、位置・姿勢センサ４から入力される位置・姿勢信号からロボット１のＥＦ装着部１ａの位置Ｐ０及び向きを取得する（ステップＳ１１）。ここで、ＥＦ装着部１ａの向きは、既述のように、ＥＦ装着部１ａに装着された塗装ガン６の向きと一致する。塗装ガン６の向きは、適宜、定義される。塗装ガン６の向きは、例えば、塗料の主吐出方向、塗料の吐出口の中心線の延在方向等と定義され得る。エンドエフェクタである塗装ガン６は、その向きがＥＦ装着部１ａのエンドエフェクタの向きを表す軸線に一致するように装着される。ここでは、塗装ガン６は、ＥＦ装着部１ａの捩じり回転軸線に一致するように装着される。従って、ＥＦ装着部１ａの向きは、ＥＦ装着部１ａの捩じり回転軸線の延在方向を意味する。
【0081】
次いで、システム制御器３は、ＥＦ装着部１ａの捩じり回転軸線とワークＷの被塗装面ｆとの交点Ｐ１の位置を求める（ステップＳ１２）。これにより、被塗装面ｆにおけるＥＦ装着部１ａとの距離の基準となる点Ｐ１が特定される。
【0082】
次いで、システム制御器３は、補正条件が満たされるか否か判定する（ステップＳ１３）。ここで、「補正」は、塗装ガン６の基本制御における目標位置及び目標姿勢から特定制御であるガン距離一定制御及びガン面直制御における目標位置及び目標姿勢への変更を指す。エンドエフェクタである塗装ガン６がワークＷの被塗装面ｆから大きく離れて位置し、あるいは、ワークＷの被塗装面ｆから大きく外れた方向を向いている場合、操作者１１がガン距離一定制御又はガン面直制御を行う意志がないと想定される。そこで、本実施形態では、操作者１１のそのような意志に沿うために、補正が、所定の補正条件を満たす場合に制限される。
【0083】
補正条件は、塗装ガン６の位置に関する補正条件と塗装ガン６の姿勢に関する補正条件とを含む。
【0084】
図９を参照すると、システム制御器３には、ＥＦ装着部１ａの位置に関する補正許容位置範囲２１が設定されている。ここで、「設定されている」とは記憶器７に記憶されていることを意味する。補正許容位置範囲２１は、適宜、設定される。補正許容位置範囲２１は、ここでは、ワークＷの被塗装面ｆから所定の距離範囲にある立体の領域として設定されている。所定の距離範囲は、所定距離Ｌｃを含む。立体の領域は、ここでは直方体状である。システム制御器３は、位置・姿勢センサ４から入力される位置・姿勢信号から取得したＥＦ装着部１ａの位置Ｐ０が補正許容位置範囲２１にある場合、ＥＦ装着部１ａの位置に関する補正条件が満たされると判定する。
【0085】
図１０は、ＥＦ装着部１ａの向きに関する補正許容角度範囲を示す平面図である。図１０を参照すると、システム制御器３には、ＥＦ装着部１ａの向きに関する補正許容角度範囲２２が設定されている。補正許容角度範囲２２は、適宜、設定される。ここでは、補正許容角度範囲２２は、ワークＷの被塗装面ｆの法線２３に対して所定の角度範囲にある円錐状の領域として設定されている。システム制御器３は、ワークＷの被塗装面ｆの交点Ｐ１における被塗装面ｆに対するＥＦ装着部１ａの回動軸線の交差角と法線２３との差角θを求め、当該差角θが補正許容角度範囲にある場合、ＥＦ装着部１ａの姿勢に関する補正条件が満たされると判定する。
【0086】
システム制御器３は、これらのＥＦ装着部１ａの位置に関する補正条件及び姿勢に関する補正条件が満たされると判定すると、補正条件が満たされると判定する。
【0087】
システム制御器３は、補正条件が満たされないと判定する（ステップＳ１３でＮＯ）と、ガン距離一定制御を終了する。
【0088】
一方、システム制御器３は、補正条件が満たされると判定する（ステップＳ１３でＹＥＳ）と、ＥＦ装着部１ａの回動軸線上の交点Ｐ１から所定距離Ｌｃだけ離れた点（以下、一定距離点という）Ｐ２の位置を求める（ステップＳ１４）。所定距離Ｌｃは、塗装ガン６が被塗装面ｆを塗装するのに好適な距離となる、ＥＦ装着部１ａと被塗装面ｆとの距離であり、操作者１１の経験、実験、シミュレーション、計算等によって決定される。
【0089】
次いで、システム制御器３は、ＥＦ装着部１ａを一定距離点Ｐ２に位置させる（ステップＳ１５）。
【0090】
その後、システム制御器３は、ガン距離一定制御を終了する。
【0091】
＜ガン面直制御＞
図１１は、ロボットのガン面直制御の内容の一例を示すフローチャートである。ガン面直制御は、ガン面直処理を意味する。
図１１は、ロボットのガン面直制御の内容の一例を示すフローチャートである。ガン面直制御は、ガン面直処理を意味する。
【0092】
図１１を参照すると、ガン面直制御では、システム制御器３は、まず、位置・姿勢センサ４から入力される位置・姿勢信号からロボット１のＥＦ装着部１ａの姿勢として、ＥＦ装着部１ａの向きを取得する（ステップＳ２１）。
【0093】
次いで、システム制御器３は、補正条件が満たされるか否か判定する（ステップＳ２２）。この補正条件が満たされるか否かの判定は、上述のガン距離一定制御の場合と同じであるので、その説明を省略する。
【0094】
システム制御器３は、補正条件が満たされないと判定する（ステップＳ２２でＮＯ）と、ガン面直制御を終了する。
【0095】
一方、システム制御器３は、補正条件が満たされると判定する（ステップＳ２２でＹＥＳ）と、ワークＷの被塗装面ｆに垂直になるＥＦ装着部１ａの姿勢を求める（ステップＳ２３）。この処理は、ＥＦ装着部１ａの姿勢のデータとワークＷのＣＡＤデータとを用いて、適宜、行うことができる。ここでは、例えば、ワークＷの被塗装面ｆの法線ベクトルを入力として、下記のように処理される。なお、下記処理において、ベクトル[0 1 0]は、基準となる単位ベクトルを示す。
【0096】
Ａ．ベクトル[0 1 0]をロボット１のＥＦ装着部１ａの向きに向けるクォータニオンを求める。
【0097】
Ｂ．Ａの処理で求めたクォータニオンを回転行列に変換する。
【0098】
Ｃ．ベクトル[0 1 0]を被塗装面ｆの法線ベクトルに向けるクォータニオンを求める。
【0099】
Ｄ．Ｃの処理で求めたクォータニオンを回転行列に変換する。
【0100】
Ｅ．Ｂの処理で求めた回転行列を、Ｄの処理で求めた回転行列に変換する変換行列を求める。
【0101】
Ｆ．Ｅの処理で求めた変換行列をロボット１のＥＦ装着部１ａの姿勢に掛け合わせ、補正後のロボット１のＥＦ装着部１ａの姿勢である面直姿勢とする。
【0102】
次いで、システム制御器３は、補正後のＥＦ装着部１ａの位置及び姿勢について、補正条件が満たされるか否か判定する（ステップＳ２４）。この補正条件が満たされるか否かの判定は、上述のガン距離一定制御の場合と同じであるので、その説明を省略する。
【0103】
システム制御器３は、補正条件が満たされないと判定する（ステップＳ２４でＮＯ）と、ガン面直制御を終了する。
【0104】
一方、システム制御器３は、補正条件が満たされると判定する（ステップＳ２４でＹＥＳ）と、ＥＦ装着部１ａの姿勢を、上記求めた面直姿勢に補正する（ステップＳ２５）。
【0105】
その後、システム制御器３は、ガン面直制御を終了する。
【0106】
｛再生モード｝
図２及び図３を参照すると、操作者１１は、システム制御器３のディスプレイに表示されたモード切替スイッチ３１を操作して、ロボット１の動作を再生モードにする。すると、システム制御器３が、記憶器７から、時系列で記憶されたロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を順次読み出してロボット１及び塗装ガン６に出力する。これにより、記憶モードにおいて、熟練の操作者によって１つのワークに対して行われた塗装作業が、同じ仕様の多数のワークについて自動的に行われる。
図２及び図３を参照すると、操作者１１は、システム制御器３のディスプレイに表示されたモード切替スイッチ３１を操作して、ロボット１の動作を再生モードにする。すると、システム制御器３が、記憶器７から、時系列で記憶されたロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を順次読み出してロボット１及び塗装ガン６に出力する。これにより、記憶モードにおいて、熟練の操作者によって１つのワークに対して行われた塗装作業が、同じ仕様の多数のワークについて自動的に行われる。
【0107】
以上に説明したように、本実施形態の塗装ロボットシステム１００によれば、塗装ガン６とワークＷの被塗装面ｆとの距離を一定にする制御及び塗装ガン６の向きをワークＷの被塗装面ｆに垂直にする制御の少なくともいずれかを行う状態において、塗装を行いながら塗装ガン６の移動経路を決めることができる。
【0108】
また、熟練の操作者によって１つのワークに対して行われた塗装作業を、同じ仕様の多数のワークについて自動的に行うことができる。
【0109】
また、操作者１１が、指示器２によって塗装ガン６の塗料の噴射を操作しながら指示器２を塗装ガン６に模して動かすことによって、実際の塗装ガン６を手に持って塗装するようにして、ワークへの塗装を行うことができる。
【0110】
｛変形例１｝
図１２は、変形例１の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１を参照すると、変形例１では、ワークＷの被塗装面ｆが、例えば、曲面である。また、システム制御器３が、特定制御として、ガン距離一定制御及びガン面直制御を行う。これ以外の点は、実施形態１と同様である。
図１２は、変形例１の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１を参照すると、変形例１では、ワークＷの被塗装面ｆが、例えば、曲面である。また、システム制御器３が、特定制御として、ガン距離一定制御及びガン面直制御を行う。これ以外の点は、実施形態１と同様である。
【0111】
このような変形例１によっても、実施形態１と同様の効果が得られる。また、実施形態１及び変形例１から明らかなように、ワークＷの被塗装面ｆの形状は特に限定されない。
【0112】
（実施形態２）
図１３は、実施形態２の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１３を参照すると、実施形態２では、実際のワークＷｓについて、仮想のワークＷｖが設定されている。実際のワークＷｓは、粗い被塗装面ｆｓを有する。仮想のワークＷｖは、実際のワークＷｓの被塗装面ｆｓを均した仮想の被塗装面ｆｖを有し、且つ、この仮想の被塗装面ｆｖ以外の部分が実際のワークＷｓの表面に沿うように設定されている。従って、実際のワークＷｓ及び仮想のワークＷｖを含む概念として「ワークＷ」が存在する。この「ワークＷ」の「被塗装面」を「制御被塗装面ｆ」と称する。従って、実施形態１及び変形例１では、実際のワークＷの被塗装面が制御被塗装面ｆである。
図１３は、実施形態２の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１３を参照すると、実施形態２では、実際のワークＷｓについて、仮想のワークＷｖが設定されている。実際のワークＷｓは、粗い被塗装面ｆｓを有する。仮想のワークＷｖは、実際のワークＷｓの被塗装面ｆｓを均した仮想の被塗装面ｆｖを有し、且つ、この仮想の被塗装面ｆｖ以外の部分が実際のワークＷｓの表面に沿うように設定されている。従って、実際のワークＷｓ及び仮想のワークＷｖを含む概念として「ワークＷ」が存在する。この「ワークＷ」の「被塗装面」を「制御被塗装面ｆ」と称する。従って、実施形態１及び変形例１では、実際のワークＷの被塗装面が制御被塗装面ｆである。
【0113】
仮想のワークＷｖは、例えば、ＣＡＤデータで特定され、３次元データとして、記憶器７に記憶される。そして、システム制御器３が、仮想の被塗装面ｆｖを制御被塗装面ｆとして、特定制御としてのガン距離一定制御及びガン面直制御を行う。これ以外の点は、実施形態１と同様である。
【0114】
実際のワークＷｓの実際の被塗装面ｆｓが粗い場合において、当該実際の被塗装面ｆｓに対する塗装ガン６の距離又は角度に基づいて、第１制御又は第２制御を行うと、塗装ガン６の位置及び姿勢が実際の被塗装面ｆｓの状態に追随しきれなくなって乱れてしまい、好ましい塗装状態が得られなくなる可能性がある。
【0115】
本実施形態２によれば、実際の被塗装面ｆｓを均した仮想の被塗装面ｆｖがワークＷに設定され、当該仮想の被塗装面ｆｓに対して第１制御又は第２制御が行われるので、塗装ガン６の位置及び姿勢が仮想の被塗装面ｆｓの状態に追随し、塗装ガン６の位置及び姿勢が乱れるのを防止することができる。
【0116】
｛変形例２｝
図１４は、変形例２の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１４を参照すると、変形例２では、仮想のワークＷｖの仮想の被塗装面ｆｖが、実際のワークＷｓの実際の被塗装面ｆｓを均した形状に設定されるだけはなく、仮想の被塗装面ｆｖが、第２制御において、実際の被塗装面ｆｓに所望の方角から塗装ガン６によって塗料が吹き付けられるように設定される。具体的には、仮想の被塗装面ｆｖの法線が前記所望の方角を向くように当該仮想の被塗装面ｆｖが設定される。これ以外の点は、実施形態２と同様である。
図１４は、変形例２の特定制御の内容の一例を示す平面図である。図１４を参照すると、変形例２では、仮想のワークＷｖの仮想の被塗装面ｆｖが、実際のワークＷｓの実際の被塗装面ｆｓを均した形状に設定されるだけはなく、仮想の被塗装面ｆｖが、第２制御において、実際の被塗装面ｆｓに所望の方角から塗装ガン６によって塗料が吹き付けられるように設定される。具体的には、仮想の被塗装面ｆｖの法線が前記所望の方角を向くように当該仮想の被塗装面ｆｖが設定される。これ以外の点は、実施形態２と同様である。
【0117】
このような変形例２によれば、実際の被塗装面ｆｓに所望の方角から塗装ガン６によって塗料が吹き付けられるので、所望の塗装状態を得ることができる。
【0118】
（その他の実施形態）
上記実施形態において、記憶モード及び再生モードを省略し、ロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を記憶しない他は記憶モードと同様の通常の動作モードのみ有するように塗装ロボットシステム１００を構成してもよい。
上記実施形態において、記憶モード及び再生モードを省略し、ロボット制御信号及び塗装ガン制御信号を記憶しない他は記憶モードと同様の通常の動作モードのみ有するように塗装ロボットシステム１００を構成してもよい。
【0119】
上記実施形態において、放出加工が、塗装以外の放出加工であってもよい。そのような放出加工として、例えば、洗浄ノズルからの洗浄液の噴射による洗浄、噴射ノズルからの投射材粒体と空気又は水との混合物の噴射によるショットブラスト又はショットピーニング、電極からの電流の放出によるアーク溶接、又は、バーナーからの火炎の放出による炙り加工が挙げられる。
【0120】
上記実施形態において、指示部とセンサ部とが一体化された操作器８を用いてもよい。そのような操作器８として、ジョイスティック、ロボット１と相似の形状を有するマスターロボットアーム、専用の操作器等が例示される。
【0121】
前記システム制御器は、前記エンドエフェクタが前記物質又はエネルギーを放出するように前記操作器が操作されている期間に渡って、前記ＥＦ距離一定制御及び前記ＥＦ面直制御の少なくともいずれかを行うように構成されていてもよい。
【0122】
この構成によれば、エンドエフェクタが物質又はエネルギーを放出しない場合には、エンドエフェクタを自由な移動経路及び姿勢の少なくともいずれかで移動させることができる。
【0123】
（実施形態による効果）
以上に説明したように、上記実施形態１及び２においては、エンドエフェクタ６を備えたロボット１と、操作部８と、前記操作部８の操作に基づいてエンドエフェクタ６を移動させ、当該エンドエフェクタ６にワークＷの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部３と、を備え、前記制御部３は、前記操作部８の操作に基づいてエンドエフェクタ６を移動させる際に、前記エンドエフェクタ６と、前記ワークＷの被加工面ｆｓ又は前記ワークＷの仮想の被加工面ｆｖである、制御被加工面ｆとの距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面ｆに対する前記エンドエフェクタ６の角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。
以上に説明したように、上記実施形態１及び２においては、エンドエフェクタ６を備えたロボット１と、操作部８と、前記操作部８の操作に基づいてエンドエフェクタ６を移動させ、当該エンドエフェクタ６にワークＷの被加工面に対して非接触で加工を行わせる制御部３と、を備え、前記制御部３は、前記操作部８の操作に基づいてエンドエフェクタ６を移動させる際に、前記エンドエフェクタ６と、前記ワークＷの被加工面ｆｓ又は前記ワークＷの仮想の被加工面ｆｖである、制御被加工面ｆとの距離を一定にする第１制御と、前記制御被加工面ｆに対する前記エンドエフェクタ６の角度を一定角度にする第２制御とのうちの少なくとも一方を実行する。
【0124】
この構成によれば、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行いながら、操作部８の操作に基づいてエンドエフェクタ６を移動させ、当該エンドエフェクタ６にワークＷの被加工面ｆｓに対して非接触で加工を行わせることができるので、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかによる実際のワークＷへの加工状態を確認しながらエンドエフェクタ６の移動経路を決定することができる。その結果、操作者１１が望ましいと思う加工状態を得ることができるため、エンドエフェクタ６を予め設定された経路で移動させながら、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行う場合に比べて、実際の加工状態を向上させることができる。
【0125】
前記制御部３は、前記エンドエフェクタ６が前記ワークＷの被加工面ｆｓに加工を行う間、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行ってもよい。
【0126】
この構成によれば、エンドエフェクタ６がワークＷの被加工面ｆｓを加工しない場合には、エンドエフェクタ６を自由な移動経路及び姿勢の少なくともいずれかで移動させることができる。
【0127】
前記操作部８は、前記エンドエフェクタ６の位置及び姿勢を示す位置姿勢指示部２と、前記位置姿勢指示部２の位置及び姿勢を検出する位置姿勢検出部４と、前記加工を操作するための加工指示部２ａと、を備えてもよい。
【0128】
この構成によれば、エンドエフェクタ６の位置及び姿勢が、位置姿勢検出部４によって検出される位置姿勢指示部２の位置及び姿勢に応じた位置及び姿勢になるとともに加工指示部２ａの操作に応じてエンドエフェクタ６による加工が制御されるので、操作者１１は、加工指示部２ａによってエンドエフェクタ６による加工を操作しながら位置姿勢指示部２をエンドエフェクタ６に模して動かすことによって、実際のエンドエフェクタ６を手に持って加工するようにして、ワークＷへの加工を行うことができる。
【0129】
前記制御部３は、前記ワークＷの３次元データを記憶しており、前記制御部３は、前記ワークＷの３次元データと前記エンドエフェクタ６の位置とに基づいて前記第１制御を行い、又は、前記ワークＷの３次元データと前記エンドエフェクタ６の姿勢とに基づいて前記第２制御を行ってもよい。ここで、「３次元データ」として、例えば、ＣＡＤデータ、実測データ等が挙げられる。
【0130】
この構成によれば、ワークＷの３次元データを用いた演算により第１制御及び第２制御を行うことができる。
【0131】
前記第１制御及び前記第２制御にそれぞれ用いられる前記エンドエフェクタ６の位置及び前記エンドエフェクタ６の姿勢が、それぞれ、前記位置姿勢検出部４が検出した前記位置姿勢指示部２の位置及び姿勢であり、前記第１制御及び前記第２制御における制御被加工面ｆが、前記ワークＷの仮想の被加工面ｆｖであってもよい。
【0132】
ワークＷの実際の被加工面ｆｓが粗い場合において、当該実際の被加工面ｆｓに対するエンドエフェクタ６の距離又は角度に基づいて、第１制御又は第２制御を行うと、エンドエフェクタ６の位置及び姿勢が実際の被加工面ｆｓの状態に追随しきれなくなって乱れてしまい、好ましい加工状態が得られなくなる可能性がある。この構成によれば、例えば、実際の被加工面ｆｓを均した仮想の被加工面ｆｖをワークＷに設定すると、当該仮想の被加工面ｆｓに対して第１制御又は第２制御が行われるので、エンドエフェクタ６の位置及び姿勢が仮想の被加工面ｆｓの状態に追随し、エンドエフェクタ６の位置及び姿勢が乱れるのを防止することができる。
【0133】
前記ロボットシステム１００は、前記エンドエフェクタ６を移動させ且つ当該エンドエフェクタ６に前記加工を行わせるために前記制御部３が出力する制御信号を記憶する記憶部７をさらに備え、前記制御部３は記憶モード及び再生モードを有し、前記制御部３は、前記記憶モードにおいて、前記制御信号を時系列で前記記憶部７に記憶させ、前記再生モードにおいて、前記記憶部７に記憶された前記制御信号を前記ロボット１及び前記エンドエフェクタ６に出力してもよい。
【0134】
この構成によれば、記憶モードにおいて、熟練の操作者１１によって１つのワークＷを加工し、その後、再生モードにおいて、同じ仕様の多数のワークＷについて、自動的に熟練の操作者１１と同様に加工を行うことができる。
【0135】
前記制御部３は、前記エンドエフェクタ６が前記制御被加工面ｆから所定の距離範囲に位置し、且つ、前記制御被加工面ｆに対する前記エンドエフェクタ６の向きが所定の向き範囲にある場合に、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれかを行ってもよい。
【0136】
エンドエフェクタ６がワークＷの被加工面ｆｓから大きく離れて位置し、あるいは、ワークＷの被加工面ｆｓから大きく外れた方向を向いている場合、操作者１１が第１制御又は第２制御を行う意志がないと想定される。この構成によれば、そのような場合に、操作者１１の意図に適切に沿うことができる。
【0137】
前記エンドエフェクタ６による前記加工が、前記エンドエフェクタ６からの加工用の物質又はエネルギーの前記ワークの被加工面への放出による加工であってもよい。
【0138】
この構成によれば、エンドエフェクタ６からの加工用の物質又はエネルギーの前記ワークＷの被加工面ｆｓへの放出による加工において、操作者１１が望ましいと思う加工状態を得ることができる。
【0139】
前記エンドエフェクタ６からの前記加工用の物質又はエネルギーの前記ワークＷの被加工面ｆｓへの放出による加工が、塗装ガンからの液状又は粉状の塗料の噴射による塗装、洗浄ノズルからの洗浄液の噴射による洗浄、噴射ノズルからの投射材粒体と空気又は水との混合物の噴射によるショットブラスト又はショットピーニング、電極からの電流の放出によるアーク溶接、及びバーナーからの火炎の放出による炙り加工のいずれかであってもよい。
【0140】
この構成によれば、これらの加工において、操作者１１が望ましいと思う加工状態を得ることができる。
【0141】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0142】
１ ロボット
１ａ ＥＦ装着部
２ 指示器
２ａ トリガ
３ システム制御器
４ 位置・姿勢センサ
５ 特定制御スイッチ
６ 塗装ガン
７ 記憶器
８ 操作器
９ ロボット制御器９
１０ 塗料
２１ 補正許容位置範囲
２２ 補正許容角度範囲
２３ 法線
３１ モード切替スイッチ
１００ 塗装ロボットシステム
ｆ 被塗装面、制御被塗装面
Ｌｃ 所定の一定距離
Ｍｅ メモリ
Ｏ 原点
Ｐ０ ＥＦ装着部の位置
Ｐ１ 交点
Ｐ２ 一定距離点
Ｐｒ プロセッサ
Ｗ ワーク
θ 差角
１ａ ＥＦ装着部
２ 指示器
２ａ トリガ
３ システム制御器
４ 位置・姿勢センサ
５ 特定制御スイッチ
６ 塗装ガン
７ 記憶器
８ 操作器
９ ロボット制御器９
１０ 塗料
２１ 補正許容位置範囲
２２ 補正許容角度範囲
２３ 法線
３１ モード切替スイッチ
１００ 塗装ロボットシステム
ｆ 被塗装面、制御被塗装面
Ｌｃ 所定の一定距離
Ｍｅ メモリ
Ｏ 原点
Ｐ０ ＥＦ装着部の位置
Ｐ１ 交点
Ｐ２ 一定距離点
Ｐｒ プロセッサ
Ｗ ワーク
θ 差角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】