JP7401277B2

JP7401277B2 - ロボットプログラミング装置

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Publication number: JP7401277B2
Application number: JP2019219554A
Authority: JP
Inventors: 寛之米山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP2021088031A; DE102020131477B4; US11504848B2; CN112904801A; DE102020131477A1; US20210170593A1

Description

本発明は、ロボットのプログラミングを行うためのロボットプログラミング装置に関する。

ロボットに搭載した工具でワークを加工する際には、ロボットの動作を事前に教示する必要がある。ロボットの教示では、いわゆるオフラインプログラミングが行われる場合も多い。オフラインプログラミングに関し、特許文献１は、「少なくとも一つのノズルを備えたスプレー装置を搭載したロボットにより、その動作プログラムに基づいて前記スプレー装置を移動させながら前記ノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業のシミュレーションを、前記ロボットの三次元モデルおよび前記被塗布部材の三次元モデルを画面上に同時に表示しつつ、実施する塗布作業シミュレーション装置において、前記スプレー装置に対する前記ノズルの位置、および該ノズルから噴射される噴射物の噴射形状を指定する指定部と、前記噴射物の出力および停止のための指令を含む前記ロボットの動作プログラムを実行して、シミュレーションにより前記ロボットの三次元モデルを動作させ、前記噴射形状の三次元モデルと前記被塗布部材の三次元モデルとの間の干渉箇所を所定時間毎に算出する干渉箇所算出部と、前記被塗布部材の三次元モデルの表面上において、前記干渉箇所算出部により算出された前記干渉箇所のそれぞれにおいて干渉回数を前記所定時間毎に算出する干渉回数算出部と、該干渉回数算出部により算出された干渉回数に前記所定時間を乗算して前記干渉箇所のそれぞれにおける塗布時間を算出する塗布時間算出部と、該塗布時間算出部により算出された塗布時間に応じて前記被塗布部材の三次元モデルの表面を色分けして表示する表示部と、を備えることを特徴とした、塗布作業シミュレーシション装置」を記載する（請求項１）。

また、特許文献２は、「選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する立体形状配置部（２７）と、動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する加工経路作成部（２８）と、作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、工具モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する工具位置姿勢決定部（２９）と、を含むオフラインプログラミング装置（１０）」を記載する（要約書）。

特許第４８７０８３１号公報特許第５３４０４５５号公報

特許文献２に記載のように予め作成した動作パターンに基づいて加工経路を求めることでオフラインプログラミングの工数が削減される。しかしながら、特許文献２に記載のプログラミング装置により塗布作業のプログラミングを行う場合、噴射物を被塗布部材に塗布した場合を事前に考慮した教示を行うことはできないため、所望の塗布状態が得られるまで塗布作業の教示を試行錯誤的に繰り返す必要があった。噴射物の塗布状態を得るシミュレーションを的確に実行することのできるロボットプログラミング装置が望まれている。

本開示の一態様は、スプレー装置を搭載したロボットにより前記スプレー装置を移動させながら前記スプレー装置のノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業の動作プログラムを作成するためのロボットプログラミング装置であって、前記スプレー装置の動作を示す動作パターンであって、一定のパターンの周期的な繰り返しを含む連続した軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する動作パターン記憶部と、前記動作パターン記憶部に記憶された複数種類の前記動作パターンのうちの一つの動作パターンについて、前記スプレー装置のノズルによる噴射物の噴射特性を表す噴射パラメータに基づいて前記一つの動作パターンにおける前記一定のパターンの周期的な繰り返しのピッチ間隔を決定するピッチ間隔決定部と、を備えるロボットプログラミング装置である。

上記構成によれば、塗布作業の動作プログラムを作成する際、噴射物を被塗布部材に塗布した場合を事前に考慮した教示を行うことができ、教示工数を削減することが可能となる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

一実施形態に係るロボットプログラミング装置の機能ブロック図である。ピッチ間隔決定処理を表すフローチャートである。仮想空間内にロボットモデル、スプレー装置モデル、及びワークモデルが配置された状態を表す図である。スプレー装置モデルに対するノズル位置の指定を説明するための図である。噴射パラメータを説明するための図である。動作パターン記憶部に記憶された複数種類の動作パターンを表す図である。動作パターンにおけるピッチ間隔及びストロークを表す図である。図７におけるピッチ間隔に沿った方向の軸線Ｘ方向における噴射量の分布を表す図である。加工経路決定処理を表すフローチャートである。仮想空間内にロボットモデル、スプレー装置モデル、及びワークモデルが配置された状態を表す図である。立体形状記憶部に記憶された複数種類の立体形状を表す図である。ワークモデルに対する立体形状の位置決め及び動作パターンの投影を説明するための図である。ワークモデルに対する立体形状の位置決め及び動作パターンの投影を説明するための図である。ワークモデルに対する立体形状の位置決め及び動作パターンの投影を説明するための図である。ワークモデルに対する立体形状の位置決め及び動作パターンの投影を説明するための図である。ワークモデルに対するスプレー装置モデルの姿勢の決定を説明するための図である。スプレー装置記憶部に記憶される４種類のスプレー装置を示す図である。ロボットモデルにスプレー装置モデルを装着した状態を表す図である。塗装作業のシミュレーション結果を表す図である。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は一実施形態に係るロボットプログラミング装置１００の機能ブロック図である。ロボットプログラミング装置１００は、ロボットの動作プログラムをオフラインで作成する、いわゆるオフラインプログラミング装置である。ロボットプログラミング装置１００は、一例として、図３に表したような、工具としてのスプレー装置１２０を搭載したロボット１１０がワークＷ１に対する塗布作業を行うための動作プログラムをオフラインで教示するのに用いられる。なお、図３は、スプレー装置１２０、ロボット１１０、及びワークＷ１の三次元モデルデータが表示部６０に表示されている状態を表しているが、本明細書では説明の便宜上これらのモデルデータを、スプレー装置１２０、ロボット１１０、及びワークＷ１等の物体名で記載する場合がある。ロボットプログラミング装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、操作部、表示部、入出力インタフェース、ネットワークインタフェース等を有する一般的なコンピュータとしての構成を有していても良い。図１には、表示部６０及び操作部７０も図示している。

ここで、塗布作業とは、塗料、離型剤等の噴射物を被塗布部材（ワーク）に塗布する場合のほか、研磨材を対象ワークに吹き付けるブラスト加工など、噴射物をワークに対して噴射する各種の作業を含むものとする。

ロボットプログラミング装置１００は、仮想空間作成部２１と、モデル配置部２２と、ノズル位置指定部２３と、噴射パラメータ設定部２４と、動作パターン記憶部２５と、動作パターン選択部２６と、噴射条件指定部２７と、ピッチ間隔決定部２８と、動作速度決定部２９と、立体形状記憶部３０と、立体形状選択部３１と、立体形状配置部３２と、加工経路作成部３３と、スプレー装置位置姿勢決定部３４と、スプレー装置記憶部３５と、スプレー装置選択部３６と、シミュレーション実行部３７とを備える。なお、これらの機能ブロックは、ロボットプログラミング装置１００のＣＰＵが、記憶装置に格納された各種ソフトウェアを実行することで実現されても良く、或いは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated IC）等のハードウェアを主体とした構成により実現されても良い。

仮想空間作成部２１は、ロボット１１０の作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する。モデル配置部２２は、仮想空間作成部２１により作成された仮想空間内にロボットモデル、スプレー装置モデル、ワークモデルを配置する。図３は、例示として、ロボット１１０のロボットモデル、スプレー装置１２０のスプレー装置モデル、及びワークＷ１のワークモデルが仮想空間に配置（表示部６０に表示）された状態を表している。ロボットモデル、スプレー装置モデル、及びワークモデルの間の位置関係は、現実の作業空間におけるロボット１１０、スプレー装置１２０、及びワークＷ１の位置関係に対応している。

動作パターン記憶部２５は、スプレー装置１２０の動作を示す動作パターンであって、一定のパターンの周期的な繰り返しを含む連続した軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する。立体形状記憶部３０は、曲面を含む立体形状Ａ２及び連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１を記憶する（図１１参照）。動作パターン選択部２６は、動作パターン記憶部２５に記憶された複数種類の動作パターンから一つの動作パターンを選択する機能を提供する。立体形状選択部３１は、曲面を含む立体形状Ａ２または連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１を立体形状記憶部３０から選択する機能を提供する。

立体形状配置部３２は、立体形状選択部３１により選択された立体形状の曲面または連続した複数の平面を、動作パターン選択部２６により選択された一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、動作パターンがワークモデルの少なくとも一つの面に投影されるように立体形状を仮想空間に配置する。

加工経路作成部３３は、立体形状の曲面または連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデルの少なくとも一つの面に投影して工具の加工経路を作成する。スプレー装置位置姿勢決定部３４は、加工経路作成部３３により作成された加工経路とワークモデルの少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、スプレー装置モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する。

ノズル位置指定部２３は、スプレー装置モデルに対するノズルの位置を指定する機能を提供する。噴射パラメータ設定部２４は、スプレー装置１２０のノズルによる噴射物の噴射特性を表す噴射パラメータを設定する機能を提供する。噴射条件指定部２７は、スプレー装置１２０による噴射物の噴射条件（スプレー装置の使用条件又は仕上がり条件）を指定する機能を提供する。ピッチ間隔決定部２８は、噴射パラメータと噴射条件とに基づいて動作パターンにおける一定のパターンの周期的な繰り返しのピッチ間隔を決定する。動作速度決定部２９は、噴射パラメータ及び／又は噴射条件に基づいてスプレー装置１２０の動作速度を決定する。

スプレー装置記憶部３５は、スプレー装置に対するノズルの位置及びノズルから噴射される噴射物の噴射パラメータが定義されたスプレー装置の三次元モデルを複数種類記憶している。スプレー装置選択部３６は、スプレー装置記憶部３５に記憶された複数種類のスプレー装置モデルから所望のスプレー装置を選択する機能を提供する。シミュレーション実行部３７は、動作プログラムにしたがってロボットモデル及びスプレー装置モデルを模擬的に動作させてワークモデルに対する塗布作業のシミュレーションを実行する。

図２は、噴射パラメータ及び噴射条件に基づいて動作パターンにおける一定のパターンの周期的な繰り返しのピッチ間隔を決定するための処理（以下、ピッチ間隔決定処理とも記載する）を表すフローチャートである。なお、ピッチ間隔決定処理では、スプレー装置の動作速度を決定しても良い。図２のピッチ間隔決定処理は、ロボットプログラミング装置１００のＣＰＵによる制御の下で実行される。はじめに、ステップＳ１１において、仮想空間作成部２１が作業空間を表す仮想空間を作成し表示部６０に表示する。次に、モデル配置部２２により、仮想空間内に、ロボット１１０のロボットモデル、スプレー装置１２０のスプレー装置モデル、及びワークＷ１のワークモデルが実際に配置情報にしたがって配置される。図３は、ステップＳ１１の処理により、仮想空間内にロボットモデル、スプレー装置モデル、及びワークモデルが配置され表示部６０に表示されている状態を表している。

次に、ステップＳ１２では、ノズル位置指定部２３は、スプレー装置モデルに対するノズルの位置の指定を受け付ける。ノズルの位置は、例えば、オペレータが操作部７０を介して指定する。ノズル位置指定部２３は、一例として図４に示すように、ノズル１２１を表すノズルモデルをスプレー装置モデル上の所望の位置に配置するような操作入力を受け付けるグラフィカルユーザインタフェースを提供しても良い。なお、ノズルの位置はスプレー装置モデルに対して予め設定されていても良い。その場合は、ステップＳ１２の処理を省略することができる。

次に、ステップＳ１３では、噴射パラメータ設定部２４は、噴射パラメータの設定を受け付ける。噴射パラメータの設定は、例えば、オペレータが操作部７０を操作して行う。噴射パラメータは、以下のパラメータの少なくとも１つを含む。
・ノズルから噴射される噴射物の最大到達距離及び最大到達距離において噴射物が塗布される範囲の半径からなる噴射形状
・単位時間・単位面積当たりの噴射量（密度分布）
図５は噴射パラメータを説明するための図であり、ノズル１２１から噴射物が噴射された状態を表している。図５において、符号１３１を付した矢印は、ノズル１２１から噴射される噴射物の最大到達距離を示し、符号１３２を付した矢印は、最大到達距離において噴射物が塗布される範囲の半径を表す。最大到達距離と半径により、噴射物の噴射形状が決定される。なお、噴射パラメータとしての情報に、ノズルを駆動するためのロボットの外部信号の指定（どのような信号によりスプレー装置１２０をアクティブ（噴射状態）とするかの指定）を含めても良い。

図５におけるグラフ１３３は、最大到達距離における、「一定の面積当たりの噴射量（噴射量分布）」を表している。「一定の面積当たりの噴射量」は、噴射パラメータとしての「単位時間・単位面積当たりの噴射量」と、噴射条件としての噴射時間から以下のように求められる。

（一定の面積当たりの噴射物の噴射量）＝（単位時間・単位面積たりの噴射量）×噴射時間×（噴射する領域の面積）

噴射物には密度分布があるため、上述のように算出される「一定の面積当たりの噴射物の噴射量」には分布（噴射量分布）が生じる。グラフ１３３に示される通り、噴射量分布は、ノズルの中心軸線上にある中心位置Ｐをピークとして中心位置Ｐから遠ざかるにしたがって次第に減少する分布となる。なお、ここでは、噴射パラメータを操作者が操作部７０を介して入力する場合について説明したが、噴射パラメータは外部装置からネットワークを介してロボットプログラミング装置１００に入力されても良い。

次に、ステップＳ１４では、動作パターン選択部２６は、動作パターン記憶部２５に記憶された複数種類の動作パターンから一つを選択する操作を受け付ける。図６は、動作パターン記憶部２５に記憶された動作パターンの例を示している。ステップＳ１４では、図６に示す複数種類の動作パターンを表示してユーザ操作により動作パターンの選択を受け付けるグラフィカルユーザインタフェースが提供されても良い。

次に、ステップＳ１５では、噴射条件指定部２７は噴射条件の指定を受け付ける。噴射条件は、噴射時間、一定面積当たりの噴射物の噴射量又は膜厚の少なくとも一つを含む。次に、ピッチ間隔決定部２８は、ステップＳ１３で指定された噴射パラメータ及びステップＳ１５で指定された噴射条件に基づいて、ステップＳ１４で選択された動作パターンにおける一定のパターンの周期的な繰り返しのピッチ間隔を決定する（ステップＳ１６）。また、動作速度決定部２９は、噴射パラメータ及び／又は噴射条件に基づいて、ステップＳ１４で選択された動作パターンでスプレー装置１２０を動作させる場合の動作速度を決定する（ステップＳ１７）。

ピッチ間隔及び動作速度の決定の詳細について以下説明する。Ｕ字状の繰り返しパターンを含む動作パターンＰＴ１の場合、ピッチ間隔Ｄ及びストローク長Ｌは図７のように定義される。例えば、噴射条件として噴射時間が与えられている場合、スプレー装置１２０の動作速度は以下のように決定する。

動作速度＝（経路長）／（噴射時間）

ここで、経路長は、ピッチ間隔が決定された動作パターンの経路全体の長さ、或いはストローク長から設定することができる。

図７には、動作パターンＰＴ１の一部に沿って噴射物１４１が塗布された状態も表されている。ピッチ間隔Ｄの決定では、図５に示した噴射物の噴射量分布（密度分布）に基づき、噴射物が塗布される範囲における噴射物の重なりも考慮して全体の噴射量が均一になるように決定を行う。なお、噴射量と膜厚の関係が既知である場合には、噴射量分布に基づいて膜厚の分布を求め、噴射物が塗布される領域全体の膜厚が均一になるようにピッチ間隔を決定しても良い。図８は、ピッチ間隔Ｄの決定を説明するための図であり、図７におけるピッチ間隔Ｄに沿った方向の軸線Ｘ方向における噴射量の分布を表している。なお、図８のグラフは、図７中の動作パターンＰＴ１全体にわたり噴射物を塗布した場合を想定する。図８の噴射量分布のグラフにおける横軸は、図７に示した軸線Ｘに対応し、縦軸は軸線Ｘ上における噴射物の噴射量（或いは膜厚）を表す。図８に示されるように、噴射量分布は、動作パターンＰＴ１における各ストロークＬの位置Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃でピークが現れるような分布となる。各位置Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃のうち隣接する位置の間では、隣接する噴射量の分布同士が重なり合い噴射量はそれらの合計となる。隣接する各噴射量分布間の重なり部分での合計後の噴射量の分布を図８では破線（符号１５１を付す）で示している。

ここでは、噴射量のピーク値Ｖ₀を中心とする許容範囲ＴＨを設定し、合計後の噴射量の分布が許容範囲ＴＨに収まっている場合に噴射量が均一になっているとみなす。ピッチ間隔Ｄを調整して、このように合計後の噴射量の分布が許容範囲ＴＨに収まる値を探索する。各ストローク（各ライン）が平行となる動作パターンＰＴ１の場合には均一な噴射量分布を実現することが比較的容易であるため、許容範囲ＴＨの値として比較的小さい値を設定することができる。他方、動作パターンＰＴ２のように隣接するラインの間隔が一定でない場合には（図６参照）、許容範囲ＴＨに比較的大きめの値を設定し、均一とみなす噴射量分布の許容範囲を広げるようにしても良い。

以上のように決定したピッチ間隔及び動作速度は、動作パターン記憶部２５に対象の動作パターン（ここでは動作パターンＰＴ１）に関連付けて記憶しておく。後述する加工経路決定処理では、ここで記憶したピッチ間隔及び動作速度を使用する。

以上説明したピッチ間隔決定処理によれば、動作パターンについて均一な噴射量（膜厚）を実現するピッチ間隔を自動的に決定することができ、噴射物の塗布状態を得るシミュレーションを的確に実行することが可能となる。

なお、上述の説明では一定の噴射領域における噴射量分布を求めた上でピッチ間隔を決定しているが、ピッチ間隔を噴射パラメータとしての噴射物の密度分布から求めても良い。

図９は、スプレー装置１２０の加工経路を決定するための処理（加工経路決定処理）を表すフローチャートである。この加工経路決定処理は、ロボットプログラミング装置１００のＣＰＵの制御の下で実行される。はじめに、ステップＳ２１において、仮想空間作成部２１が作業空間を表す仮想空間を作成し表示部６０に表示する。次に、モデル配置部２２により、仮想空間内に、ロボットモデル、スプレー装置モデル、及びワークモデルが実際に配置情報にしたがって配置される。図１０には一例として、ロボット１１０のロボットモデル、スプレー装置２２１のスプレー装置モデル、及びワークＷ２のワークモデルが配置され表示部６０に表示されている状態が示されている。

次に、ステップＳ２２では、動作パターン選択部２６は、動作パターン記憶部２５に記憶された複数種類の動作パターンから一つを選択する操作を受け付ける。ここでは、操作者が予め図２のピッチ間隔決定処理を実行し、目的の塗布作業に使用するスプレー装置（ここではスプレー装置２２１）に関してピッチ間隔及び動作速度が設定されている動作パターンが選択されるものとする。

次に、ステップＳ２３において、立体形状選択部３１は、立体形状記憶部３０に記憶された複数種類の立体形状のうちの一つを選択する操作を受け付ける。一例として、図１１に示すように、立体形状記憶部３０には、連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１、曲面を含む立体形状Ａ２が記憶されているものとする。以下では、動作パターンＰＴ１が選択されると共に、連続した複数の平面を含む立体形状Ａ１が選択されたものとして説明を続ける。

次に、ステップＳ２４では、立体形状配置部３２が、選択された立体形状Ａ１の連続した複数の平面を動作パターンＰＴ１によって塗りつぶす。そして、立体形状配置部３２は、塗りつぶされた立体形状を表示部６０の仮想空間内に配置する。

図１２～図１５はワークモデル（ワークＷ２）に対する立体形状の位置決め及び動作パターンの投影を説明するための図である。図１２に示されるように、立体形状配置部３２が単に立体形状Ａ１を表示部６０の仮想空間に配置したのみでは、立体形状Ａ１がワークモデルに対して適切な向きでない場合がある。

そのような場合には、図１２及び図１３に示されるように立体形状配置部３２が立体形状Ａ１の向きをワークモデルに適合するように変更する。具体的には、立体形状Ａ１の連続した複数の平面がワークモデルの連続する複数の内面のそれぞれに対して平行になるように、立体形状Ａ１を位置決めする。

ステップＳ２５においては、加工経路作成部３３は、立体形状Ａ１の連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークモデル（ワークＷ２）の内面に投影する。図１４に示されるように、立体形状Ａ１の各平面の動作パターンが、対応するワークモデル（ワークＷ２）のそれぞれの内面に投影される。その結果、図１５に示されるように、ワークモデル（ワークＷ２）の連続した複数の平面には、投影された動作パターンが加工経路Ｂ１として表示されるようになる。

次いで、ステップＳ２６においては、加工経路Ｂ１とワークモデル（ワークＷ２）の連続する複数の内面の法線方向とに基づいて、スプレー装置位置姿勢決定部３４がスプレー装置２２１のモデルの位置または位置姿勢を自動的に決定する。スプレー装置はワークに対して所望の角度であるとき、例えばスプレー装置２２１がワークＷ２の内面に対して垂直であるときに、その機能を有効に発揮できる。ここでは、図１６に示すように、ワークモデル（ワークＷ２）の内面の位置Ｐ₂₁、Ｐ₂₂、Ｐ₂₃に対して塗布作業を行うときのスプレー装置２２１の姿勢を、スプレー装置２２１の中心軸線方向が位置Ｐ₂₁、Ｐ₂₂、Ｐ₂₃のそれぞれにおける内面に対する法線方向Ｎ₂₁、Ｎ₂₂、Ｎ₂₃に沿った方向となるように決定する。従って、ステップＳ２６においては、加工経路Ｂ１の或る箇所におけるスプレー装置２２１の位置姿勢は、スプレー装置２２１がワークＷ２に対して所望の角度をなすように配置すれば自動的に定まる。スプレー装置位置姿勢決定部３４はそのような作業を加工経路Ｂ１に沿って順次実施し、それにより、加工経路Ｂ１全体に亙ってスプレー装置２２１の位置または位置姿勢を決定することができる。

このように、本実施形態においては、立体形状Ａ１の連続した複数の平面を塗りつぶす動作パターンをワークＷ２の内面に投影してスプレー装置２２１の加工経路Ｂ１を作成している。このため、作成された加工経路Ｂ１はワークＷ２の内面の形状に適合している。さらに、本実施形態では、そのような加工経路Ｂ１に基づいてスプレー装置２２１の位置または位置姿勢を自動的に決定することができる。従って、ワークＷの加工されるべき面が湾曲部、例えば隅部を含む場合であっても、加工経路Ｂ１を容易に求められ、その結果、スプレー装置２２１の位置または位置姿勢を求めるのに要求される工数を大幅に削減することができる。

以上説明した加工経路決定処理は、操作部７０に対する所定の操作により起動されるものであっても良いし、或いは、ピッチ間隔決定処理の完了に応じて自動的に起動されても良い。加工経路決定処理が自動的に起動される場合には、ステップＳ２１においてロボットモデルに装着されるスプレー装置モデルとして、ピッチ間隔決定処理で用いられたスプレー装置モデルが用いられ、ステップＳ２２ではピッチ間隔決定処理（Ｓ１４）で選択された動作パターンが自動的に選択されても良い。

ロボットプログラミング装置１００は、予め登録された複数種類のスプレー装置モデルから所望のスプレー装置モデルを選択する操作を受け付け、選択されたスプレー装置モデルをロボットモデルに仮想的に取り付け、上述のピッチ間隔決定処理及び加工経路決定処理に適用する機能を有していても良い。詳細には、スプレー装置記憶部３５は、噴射パラメータが定義された複数種類のスプレー装置の三次元モデルを記憶する。例示として、図１７（ａ）から図１７（ｄ）には、スプレー装置記憶部３５に記憶される４種類のスプレー装置１２０、３２１、２２１、４２１を示している。それぞれのスプレー装置モデルには、噴射パラメータ及びノズル位置が定義されている。なお、それぞれのスプレー装置１２０、３２１、２２１、４２１に対しては、ノズルの中心軸線上の前方の位置にツール先端点Ｐ１２０、Ｐ３２１、Ｐ２２１、Ｐ４２１を定義し、加工経路はこれらのツール先端位置の動作軌跡として作成される。

スプレー装置選択部３６は、操作者による操作部７０を介してのスプレー装置の選択を受け付ける。スプレー装置選択部３６は、図１７（ａ）から図１７（ｄ）に示したスプレー装置のモデルの画像を表示してユーザ操作によるスプレー装置の選択を受け付けるグラフィカルユーザインタフェースを提供しても良い。例えば、図１７（ｄ）に示したスプレー装置４２１が選択されたとする。この場合、スプレー装置選択部３６は、選択されたスプレー装置４２１のスプレー装置モデルをロボット１１０のロボットモデルのアーム先端に仮想的に装着する（図１８参照）。このように操作者により選択されたスプレー装置を用いて、ピッチ間隔決定処理及び加工経路決定処理を実行することができる。

シミュレーション実行部３７は、噴射パラメータが定義されたスプレー装置モデルが仮想的に装着されたロボットモデルによるワークモデルに対する塗布作業を、ワークモデルが配置された仮想空間内で動作プログラムにしたがって模擬的に実行する。この場合、ロボットモデルには例えばスプレー装置選択部３６が提供する機能により選択されたスプレー装置が装着され、動作プログラムには、当該選択されたスプレー装置を用いて上述のピッチ間隔決定処理、及び加工経路決定処理により決定された動作パターン、ピッチ間隔、動作速度、及び加工経路が反映されている。

図１９は、例示としてスプレー装置モデル（スプレー装置１２０）を搭載したロボットモデル（ロボット１１０）によるワークモデル（ワークＷ１）に対する塗装作業のシミュレーションを動作プログラムにしたがって実行した場合の動作結果としてのシミュレーション画面を示している。図１９のシミュレーション結果の画面では、ワークＷ１の表面には、塗布された塗料を表す画像１６１が膜厚に応じて色分けする態様で表示される。このような塗布状態を表す画像１６１は、動作プログラムに基づいて得られるスプレー装置モデルのツール先端位置及び姿勢（加工経路）、噴射パラメータ、噴射条件、ワークモデルの位置及び形状等を用いて算出される。

操作者は、図１９に例示したようなシミュレーション結果の画面により塗布作業の仕上げ状態を視覚的に把握することができ、噴射物を被塗布部材に塗布した場合を事前に考慮した教示を行うことができる。これにより塗布作業の教示工数を大幅に削減することができる。

なお、シミュレーション実行部３７によるシミュレーションは、操作部７０を介した所定の操作入力により起動されても良いし、加工経路決定処理の完了に応じて自動的に起動されても良い。すなわち、ピッチ間隔決定処理、加工経路決定処理及びシミュレーション実行部３７による塗布作業のシミュレーションは一つの処理として一括的に実行されても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、噴射物の塗布状態を得るシミュレーションを的確に実行することが可能である。すなわち、塗布作業の動作プログラムを作成する際、噴射物を被塗布部材に塗布した場合を事前に考慮した教示を行うことができ、教示工数を削減することが可能となる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

ロボットプログラミング装置は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット端末等を含む各種情報処理装置により構成することができる。

上述した実施形態におけるピッチ間隔決定処理、加工経路決定処理等の各種の処理を実行するプログラムは、コンピュータに読み取り可能な各種記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク）に記録することができる。

２１仮想空間作成部
２２モデル配置部
２３ノズル位置指定部
２４噴射パラメータ設定部
２５動作パターン記憶部
２６動作パターン選択部
２７噴射条件指定部
２８ピッチ間隔決定部
２９動作速度決定部
３０立体形状記憶部
３１立体形状選択部
３２立体形状配置部
３３加工経路作成部
３４スプレー装置位置姿勢決定部
３５スプレー装置記憶部
３６スプレー装置選択部
３７シミュレーション実行部
６０表示部
７０操作部
１００ロボットプログラミング装置
１１０ロボット
１２０スプレー装置

Claims

スプレー装置を搭載したロボットにより前記スプレー装置を移動させながら前記スプレー装置のノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業の動作プログラムを作成するためのロボットプログラミング装置であって、
前記スプレー装置の動作を示す動作パターンであって、一定のパターンの周期的な繰り返しを含む連続した軌跡からなる動作パターンを複数種類記憶する動作パターン記憶部と、
前記動作パターン記憶部に記憶された複数種類の前記動作パターンのうちの一つの動作パターンについて、前記スプレー装置のノズルによる噴射物の噴射特性を表す噴射パラメータに基づいて前記一つの動作パターンにおける前記一定のパターンの周期的な繰り返しのピッチ間隔を決定するピッチ間隔決定部と、
を備えるロボットプログラミング装置。
前記ピッチ間隔決定部は、前記一つの動作パターンに沿って前記スプレー装置を移動させながら前記被塗布部材に対して前記噴射物を噴射させた場合の前記被塗布部材上における前記噴射物の膜厚又は噴射量が均一になるように前記ピッチ間隔を決定する、請求項１に記載のロボットプログラミング装置。
前記ピッチ間隔決定部は、噴射時間、一定面積当たりの噴射物の噴射量又は膜厚の少なくとも一つを含む噴射条件に更に基づいて前記ピッチ間隔を決定する、請求項１又は２に記載のロボットプログラミング装置。
前記噴射パラメータと前記噴射条件とに基づいて、前記一つの動作パターンに沿って前記スプレー装置を移動させる場合の動作速度を決定する動作速度決定部を更に備える、請求項３に記載のロボットプログラミング装置。
作業空間を三次元的に表現した仮想空間を作成する仮想空間作成部と、
前記作業空間内での前記ロボット、前記スプレー装置及び前記被塗布部材の配置情報に基づいて、前記仮想空間内に前記ロボットの三次元モデル、前記スプレー装置の三次元モデル及び前記被塗布部材の三次元モデルを配置するモデル配置部と、
前記スプレー装置の三次元モデルに対する前記ノズルの位置を指定する操作入力を受け付けるノズル位置指定部と、
前記噴射パラメータを設定する操作入力を受け付ける噴射パラメータ設定部と、
前記噴射条件を指定する操作入力を受け付ける噴射条件指定部と、
前記動作パターン記憶部に記憶された複数種類の動作パターンのうち一つの動作パターンを選択する操作入力を受け付ける動作パターン選択部と、を更に備える請求項３又は４に記載のロボットプログラミング装置。
曲面を含む立体形状および連続した複数の平面を含む立体形状を記憶する立体形状記憶部と、
前記曲面を含む立体形状または前記連続した複数の平面を含む立体形状を前記立体形状記憶部から選択する操作入力を受け付ける立体形状選択部と、
前記立体形状選択部により選択された前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を、前記ピッチ間隔決定部により前記ピッチ間隔が決定された前記一つの動作パターンにより塗りつぶすと共に、前記一つの動作パターンが前記被塗布部材の三次元モデルの少なくとも一つの面に投影されるように前記立体形状を前記仮想空間に配置する立体形状配置部と、
前記立体形状の前記曲面または前記連続した複数の平面を塗りつぶす前記一つの動作パターンを前記被塗布部材の三次元モデルの前記少なくとも一つの面に投影して前記スプレー装置の三次元モデルの加工経路を作成する加工経路作成部と、
該加工経路作成部により作成された前記加工経路と前記被塗布部材の三次元モデルの前記少なくとも一つの面の法線方向とに基づいて、前記スプレー装置の三次元モデルの位置または位置姿勢を自動的に決定するスプレー装置位置姿勢決定部と、を更に備える請求項５に記載のロボットプログラミング装置。
前記加工経路作成部により作成された前記加工経路と、前記スプレー装置位置姿勢決定部により決定された前記スプレー装置の三次元モデルの位置姿勢とに基づいて、前記スプレー装置の三次元モデルを移動させながら前記ノズルから噴射される噴射物を前記被塗布部材の三次元モデルに塗布する塗布作業のシミュレーションを実行するシミュレーション実行部を更に備える、請求項６に記載のロボットプログラミング装置。
前記スプレー装置の三次元モデルに対する前記ノズルの位置及び前記噴射パラメータが定義された複数種類の前記スプレー装置の三次元モデルを記憶するスプレー装置記憶部と、
前記スプレー装置記憶部に記憶された前記複数種類のスプレー装置の三次元モデルから一つのスプレー装置の三次元モデルを選択する操作入力を受け付け、選択された前記スプレー装置の三次元モデルを前記ロボットの三次元モデルのアーム先端に仮想的に取り付けるスプレー装置選択部と、を更に備える、請求項５から７のいずれか一項に記載のロボットプログラミング装置。