JP2004243215A - シーラー塗布装置のロボットティーチング方法及びシーラー塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】オフライン及びオンラインにおいて、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得る。
【解決手段】ワークモデルの3次元座標データを読み込み、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上で産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する。
【選択図】 図1
【解決手段】ワークモデルの3次元座標データを読み込み、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上で産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のウインドガラス等を始めとする作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するためのシーラー塗布装置及び、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御させるのに必要な動作軌道用ティーチングデータを得るシーラー装置のロボットティーチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ウインドガラス等のワークにシーラーを塗布する作業を自動化するためには、予め、作業対象ワークを作業用治具に取り付けて固定した状態で産業用ロボットを手動操作し、シーラー供給装置の先端をワークの外周部に沿って移動させながら要所要所でティーチング(教示)操作を行うことによって、コンピュータシステムに産業用ロボットの移動軌跡座標を記憶させておく必要がある。
【0003】
そして、生産ラインにおける実際のシーラーの塗布作業は、コンピュータシステムがプレイバックモードの処理で前述の移動軌跡座標に沿って産業用ロボットを駆動制御することにより達成される。
【0004】
従って、ティーチング操作の場合とプレイバックモードの場合で産業用ロボットに対するワークの位置や姿勢に変化が生じていると、ティーチング操作が適切で、かつ、教示された動作を産業用ロボットが的確に再現したとしても、作業対象ワークと産業用ロボットとの相対的な位置関係の変化のために、シーラー供給装置の先端が作業対象ワークの外周部に倣って的確に移動しなくなるといった問題が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の問題を解決するためには、ワークの位置や姿勢を常に一定の状態に保持する必要があり、この目的を達成するため、例えば、図17に示されるような作業用治具100が提案されている。
【0006】
この作業用治具100は、作業対象ワークとなる複数種のウインドウガラス101a,101bを移送するためのパレット102と、パレット102上の任意位置に設けられる複数種のステイ103a,103bとによって構成され、各ステイ103a,103bの先端部には先細りのテーパ状の縮径部が形成されている。
【0007】
つまり、種類の異なるステイ103a,103bは、種類の異なるウインドウガラス101a,101bにそれぞれ外接する状態にパレット102上に設けられ、そのテーパ状の縮径部でウインドウガラス101a,101bの外接部を支えることによってウインドウガラス101a,101bの位置と姿勢とを正しい状態に規制しようとするものである。
【0008】
図17に示す従来技術では、塗布ガン104aをウインドウ101a,101bの周縁部のシーラー塗布部に沿って実際に移動させることにより、産業用ロボット105の動作点情報をティーチングデータとして取得し、この取得したティーチングデータに基いて産業用ロボット105を動作させ塗布ガン104aにてシーラーをウインドウ101a,101bの周縁部に塗布している。
【0009】
上述したように、図17に示す従来例では、産業用ロボット105を動作させるために必要な動作軌跡用ティーチングデータを取得させる際には、作業治具に設置された作業対象ワーク上に産業用ロボットを手動で移動させてティーチングデータを取得する、いわゆるオンラインティーチング法により、産業用ロボットのティーチングデータの作成が行われている。
【0010】
前記オンラインティーチング法によるティーチングデータを取得した後は、そのデータを用いて連続してシーラー塗布作業が行われるため、連続供給される作業対象ワークに形状のバラツキがあると、統一した規格の作業用治具に作業対象ワークを設置したとしても、前記バラツキが原因となって塗布ガンと作業対象ワークとの間の隙間寸法にバラツキが生じ、塗布ガンと作業対象ワークとの接触,シーラーの浮き等により、作業対象ワークへの損傷,塗布不良等が発生してしまうという問題があった。
【0011】
また、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータを取得する場合には、常に作業用治具に対する作業対象ワークの取付位置,姿勢を同じになるようにする必要があるため、オンラインティーチングを行う作業が煩雑になるという問題がある。
【0012】
そこで、特許文献1には、シーラー供給装置104の先端とウインドガラス101a,101bとの離間距離を測定して補正を行うことにより、そのギャップ寸法を一定化する技術が提案されているが、このような技術では、前述した問題のうち、単純な上下位置の変動にしか対処することができない。
【0013】
また、特許文献2には、作業対象ワークをカメラで撮像し、その3次元画像データでティーチングデータを補正する技術が開示されているが、この技術では、オンラインティーチングを対象とするものである。そのため、オフラインティーチングでのティーチングデータの取得をすることが不可能であり、産業用ロボットを動作させるために必要な動作軌跡用ティーチングデータの取得方法がオンラインティーチングのみに限定されてしまうこととなり、汎用性に欠けるという課題が残されている。
【0014】
また、特許文献3には、教示(ティーチング)作業を短時間で行うことが可能なロボットの教示装置が開示されている。この技術は、作業対象ワークの作業線上にマーキングを施し、このマーキングをCCDカメラにより撮像し、その画像データに基いてティーチングデータを得るものであるから、種類の異なる作業対象ワーク毎にマーキングを施す必要があり、作業が煩雑となる。
【0015】
【特許文献1】特開平10−211458号
【特許文献2】
特開2001−905号
【特許文献3】
特開平5−108131号
【0016】
【発明の目的】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、オンライン及びオフラインでのティーチングデータの取得作業を行うことができ、更には、作業対象ワークの形状のバラツキに対してティーチングデータを補正することができるシーラー塗布装置のロボットティーチング方法及びシーラー塗布装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するため、本発明に係るシーラー装置のロボットティーチング方法は、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込工程と、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定工程と、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する登録工程とを含むという構成を採っている。
【0018】
本発明に係るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法においては、先ずワークモデルの3次元座標データを読込み、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、その設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する。
【0019】
したがって、本発明によれば、産業用ロボットを作業対象ワークの形状に倣って移動させる作業を必要とせず、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータの取得をオフラインで行うことができる。
【0020】
さらに本発明は、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置する設置工程と、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得工程と、データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める演算工程と、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換するデータ変換工程と、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する登録工程とを含むという構成を採っている。
【0021】
上述した本発明においては、先ずシーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得する。次に、データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める。次で、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換し、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する。
【0022】
したがって、シーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させてティーチングデータを取得するため、実際のシーラー塗布ラインにおいてオンラインでティーチングデータを取得することができる。
【0023】
なお、上述した構成では、剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換したが、これに限定されるものではなく、前記剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。
【0024】
上述した構成では、作業対象ワークの形状にバラツキがあるときにも、例えば、そのバラツキが公差範囲などの場合には産業用ロボットと作業対象ワークとの接触等を回避することができるが、前記接触等の問題を確実に解決する必要がある場合がある。この場合には、本発明に係るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法においては、さらにロボット動作点位置ずれ補正工程を備えるようにしている。このロボット動作点位置ずれ補正工程は、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定工程と、前記補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算工程と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算工程と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正工程とを含むという構成を採っている。
【0025】
なお、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定することが望ましいものである。また、前記動作点補正工程は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正するという構成にすることが望ましいものである。この場合、補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定することが望ましいものである。
【0026】
上述したように、ロボット動作点位置ずれ補正工程では、先ず、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定し、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める。次に、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算し、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座漂データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する。
【0027】
したがって、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【0028】
さらに、作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置は、一般的にはコンピュータを用いて構築されるものであり、そのコンピュータを用いて上述したシーラー装置のロボットティーチング方法を実施することが可能である。そこで、本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えている。このティーチングデータ作成手段は、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段と、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する記憶手段とを含むという構成を採っている。
【0029】
また本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えている。このティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置される作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換するデータ変換手段と、前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する記憶手段とを含むという構成を採っている。この場合、上述したデータ変換手段に代えて、剛体変換行列の逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換手段を用いてもよいものである。
【0030】
本発明によれば、オンラインやオフラインのいずれの場合にも、シーラー塗布装置に備えられたティーチングデータ作成手段を使って、ティーチングデータの取得作業を行う。
【0031】
さらに、ロボット動作点位置ずれ補正手段を有することが望ましいものである。当該ロボット動作点位置ずれ補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定手段と、前記補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正手段とを含む構成にすることが望ましいものである。
【0032】
したがって、シーラー塗布装置において、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を前記ロボット動作点位置ずれ補正手段により補正することができ、作業対象ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実にシーラー塗布動作を行うことができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の幾つかについて説明する。図1は本発明を適用した一実施形態のシーラー塗布装置の主要な構成要素について示した機能ブロック図である。
【0034】
この実施形態のシーラー塗布装置1は基本的構成として、産業用ロボット105と、当該産業用ロボット105を駆動制御するロボット制御装置5と、シーラー供給装置104と、作業対象ワークとなるウインドガラス101を保持するための作業用治具3と、この作業用治具3によって保持されたウインドガラス101(101a,101b)を撮影するためのステレオカメラ4と、ロボット制御装置5及びステレオカメラ4を駆動制御する制御装置6とを備えている。
【0035】
次に、各構成要素について簡単に説明する。産業用ロボットl05は3以上の自由度、具体的にいえば、空間内で上下,左右,前後の各方向に複合的に移動できるだけの自由度を有している。この産業用ロボット105は、制御装置6からの駆動制御指令を受けるロボット制御装置5により駆動制御され、ウインドウガラス101の表面に対してシーラー供給装置104の塗布ガン104aを直交させた姿勢に保持して当該塗布ガン104aを移動させながらシーラーの塗布作業を行うようになっている。この実施形態に係る産業用ロボット105は、ウインドガラス101の表面にシーラー供給装置104の塗布ガン104aを直交させた状態で当該塗布ガン104aを移動させながらシーラーの塗布作業を行うため、ウインドウガラス101の曲面に対しても塗布ガン104aを直交姿勢に保持する必要がある関係で傾斜制御が可能な多関節型の産業用ロボット105を利用しているが、この構成のものに限定されるものではない。
【0036】
シーラー供給装置104は、その塗布ガン104aが産業用ロボット105の先端部にアタッチメントとして装着されており、外部(例えばホストコンピュータ)からのオン・オフ指令に基いて塗布ガン104aからのシーラーの送出をオン・オフ制御するようになっている。
【0037】
ステレオカメラ4は、異なった視点から3次元空間中のウインドガラス101を撮影して各カメラの位置関係と画像点の対応関係から撮影対象の形状を復元するためのもので、最低でも2つのカメラユニットを備えている。本実施形態においては、撮影対象物となるウインドガラス101が比較的扁平であって撮影時に死角が生じにくいことを前提とし、3つのカメラユニット4a,4b,4cを備えたステレオカメラ4を用いており、そのステレオカメラ4の3つのカメラユニット4a,4b,4cを平面上でT字型に配備している。なお、撮影対象のワークの形状が扁平でなく立体的な場合には、複数のカメラユニットを、+またはX字型の5眼、或いは格子状の9眼等の態様で配備したステレオカメラ4を用いてもよいものである。ステレオカメラ4は制御装置6からの指令で画像を取込み、撮影した画像のデータを制御装置6に転送する。
【0038】
ステレオカメラ4を構成するカメラユニット4a,4b,4cで撮影された視点の異なる3つの画像の一例を図7に示す。
【0039】
作業用治具3は、ウインドガラス101を移送するためのパレット102と、パレット102上の中央部に立設された柱状のステイ22と、ステイ22の先端部に固設されたワーク保持部23とを有している。ワーク保持部23は、ウインドウガラス101との間に発生させる吸盤の負圧により当該ウインドウガラス101を吸着する、あるいは、真空装置で発生させる負圧を利用してウインドウガラス101を吸着するように構成することができる。
【0040】
ワーク保持部23は、セッティングされたウインドガラス101の姿勢を保持する機能を有すれば十分であり、ウインドガラス101の取り付け姿勢を補正して一様とするための機能が要求されることはない。つまり、ウインドガラス101をどのような姿勢で作業用治具3に取り付けるかは、ウインドウガラス101の表裏を反転するといった極端な姿勢変更を行わない限り、完全に自由である。但し、ワーク保持部23は、ウインドガラス101が一旦セッティングした後に、そのウインドウガラス101の姿勢を取り付け時の状態のままに保持する機能が要求される。
【0041】
また図1に示されるように、シーラー塗布装置1の塗布ラインに沿って設置されたベルトコンベア107の近傍には、このベルトコンベア107で次々と搬送されてくるパレット102の位置を検出するための定位置検出センサ108が設けられており、この定位置検出センサ108からの信号も後述の制御装置6の外部信号入出力装置6aを介して記憶装置6eに一時的に記憶されるようになっている。
【0042】
制御装置6は、ロボット制御装置5とステレオカメラ4とを駆動制御するコンピュータシステムから構成されるものであり、その具体例を図2に示す。
【0043】
図1の制御装置6は図2に示すように、外部信号入出力装置6aと、画像入力装置6bと、通信装置6cと、入出力装置6dと、記憶装置6eと、演算装置6fとを有している。
【0044】
外部信号入出力装置6aは、図示しないホストコンピュータ或いはライン制御装置等に接続され、ホストコンピュータ等との間に信号の授受を行うようになっている。このホストコンピュータは、シーラー供給装置104にデータ転送を行い、当該シーラー供給装置104によるシーラー供給の制御を行う。また外部信号入出力装置6aは、図示しない前記ホストコンピュータから動作プログラムの実行スケジュール等を受け取る場合もある。
【0045】
画像入力装置6bはステレオカメラ4に接続され、ステレオカメラ4で撮像された作業対象ワークの画像データを当該ステオカメラ4から受け取り、これを記憶装置6eに出力するようになっている。また通信装置6cは、ロボット制御装置5に接続されて当該ロボット制御装置5と制御装置6との間にデータ転送を行うようになっている。また入出力装置6dは、キーボード,マウス,モニタ等を含んでおり、シーラー塗布装置1の制御に必要なデータの入力を行うとともに、シーラー塗布装置1の動作状態等をモニタに出力するようになっている。
【0046】
記憶装置6eは、演算装置6fが演算処理を行うのに必要な各種のデータを格納している。これらの各種のデータには、産業用ロボット105の直線補間,円弧補間等の動作やティーチング操作等に必要とされる基本的な制御プログラムのデータ,ユーザがAPT文(Automatic Programming Tool)等を利用して作成した産業用ロボット105のための動作プログラムのデータ,ステレオカメラ4に取り込まれる画像の解析や行列の演算に用いられるアプリケーションプログラムのデータ等が含まれる。
【0047】
記憶装置6eは、更にステレオカメラ4からの画像データを記憶するフレームメモリとしての機能を備えており、記憶装置6eは、このフレームメモリ機能を使って、図8に示すように640ドット×480ドットの3組の画素データを256階調の濃度で記憶するようにしている。なお、記憶装置6eのフレームメモリ機能に必要な解像度や階調等の画素の記憶条件については、必要とされる分解能等に応じて適宜に決めるようになっている。
【0048】
演算装置6fは、記憶装置6eに記憶されたプログラムを使ってシーラー塗布装置1の駆動制御に必要な演算処理を行うようになっている。
【0049】
さらに本発明に係るシーラー塗布装置1は、産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を付加している。このティーチングデータ作成手段は、オフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成する機能と、オンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成する機能とを併せ持っている。
【0050】
オフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、当該読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段と、当該設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する記憶手段とを含む構成になっている。ここに、ワークモデルの3次元座標データは、各種のウインドガラス101の設計上の3次元形状データ(図10参照)を意味するものである。以下、ワークモデルの3次元座標データという語句は、上述した3次元形状データを意味するものとする。
【0051】
本発明においてオフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段を構築するにあたっては、制御装置6がコンピュータシステムから構成されていることに注目して、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、当該読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段とを制御装置6の演算装置6fにより構成し、当該演算装置6fは記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により、前記読込手段と前記設定手段との機能を実行するようになっている。また前記記憶手段として、制御装置6の記憶装置6eを用いている。
【0052】
さらに、オンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具3に設置される作業対象ワーク(図1の実施形態では、ウインドウガラス101)上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105(特にシーラー供給装置104の塗布ガン104a)を移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、当該データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、当該剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換手段と、当該変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する記憶手段とを含む構成になっている。
【0053】
本発明においてオンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段を構築するにあたっても上述したオフラインのティーチングデータ作成手段と同様に、制御装置6及びロボット制御装置5がコンピュータシステムから構成されていることに注目している。しかも、ロボット制御装置5は、制御装置6から出力されるロボットティーチングデータに基づいて産業用ロボット105を駆動制御する機能と、産業用ロボット105を産業対象ワーク上のシーラー塗布個所に移動させたときに当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元データを実測する機能とを備えていることに注目して、任意の位置及び姿勢で作業用治具3に設置される作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105を移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段は、ロボット制御装置5の前記実測機能を利用して当該ロボット制御装置5により構成し、データ取得手段としてのロボット制御装置5で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、当該剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換手段とは、制御装置6の演算装置6fにより構成し、演算装置6fは記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により、前記行列演算手段と前記データ変換手段との機能を実行するようになっている。また前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する記憶手段は、制御装置6の記憶装置6eにより構成している。
【0054】
なお、上述したオンラインでのティーチングデータ作成手段の構成では、剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換したが、これに限定されるものではなく、前記剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。この場合のオンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求める逆行列演算手段と、前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換手段と、前記変換した作業対象ワークの3次元座標データとワークモデルの3次元座標データとを登録する記憶手段とを含む構成になっている。この場合においても、これらの機能を実行するために制御装置6及びロボット制御装置5を流用しており、前記データ取得手段はロボット制御装置5により構成し、前記逆行列演算手段とデータ変換手段とは、記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により前記逆行列演算手段と前記データ変換手段との機能を実行する制御装置6の演算装置6fにより構成される。また前記記憶手段は、制御装置6の記憶装置6eにより構成される。
【0055】
次に、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータをオフラインで得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法について説明する。このロボットティーチング方法は、ワークモデルの3次元座標データを読み込み(図5のステップS1)、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上で産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し(図5のステップS2)、次いで、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録(図5のステップS3)する工程を含んでいる。このロボットティーチング方法を図5,図10及び図11に基づいて具体的に説明する。
【0056】
記憶装置6eに記憶される設計上のウインドガラス101の3次元形状データ(ワークモデルの3次元形状データ)と、この3次元形状データに対応して設定される、シーラー供給装置104に備えられた塗布ガン104aの複数の移動軌跡座標との対応関係の一例を図11の概念図を用いて説明する。
【0057】
図11に示される符号21の部分が、図10に示す設計上のウインドガラス101の3次元形状データ(ワークモデルの3次元形状データ)である。CADを利用した設計作業では、直線,円弧,ベジェ曲線等のベクトルデータを利用して製品の形状を決定するため、このCADによる3次元形状データを自動プログラミング装置等で産業用ロボット105のプログラミング言語(APT文等)に変換する際にオフセット量D及び設定間隔S(図11参照)を決めておけば、産業用ロボット105による移動軌跡、つまり、シーラー供給装置104に備えた塗布ガン104aの移動軌跡座標Q1〜Qnは、産業用ロボットのティーチング(教示)操作を行うことなく記憶手段としての記憶装置6eに予め記憶させることが可能である。
【0058】
そこで、オフラインにより産業用ロボット105のティーチングデータを取得する際には、制御装置6の入出力装置6dから演算装置6fにティーチングデータの取得指令を入力すると、読込手段としての演算装置6fは、先ず記憶装置6eに記憶されている図10に示すワークモデルの3次元形状データを読出す(図5のステップS1)。そして、演算装置6fは図11に示すように、読み出した前記ワークモデルの3次元形状データ上に、前記予め設定されたオフセット量Dと設定間隔Sに基づいて産業用ロボット105による塗布ガン104aの移動軌跡座標Q1〜Qn(産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データ)を設定する(図5のステップS2)。この場合、産業用ロボット105のティーチングデータを取得させる際に、産業用ロボット105の駆動速度データ,塗布ガン104aのオン・オフ制御データ等を同時に設定するようにしてもよいものである。
【0059】
次に、演算装置6は、図11に示す前記設定した3次元座標データを、産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータとして記憶装置6eに記憶させる(図5のステップS3)。演算装置6fは、入出力装置6dから産業用ロボット105による塗布ガン104aの駆動開始指令が入力すると、記憶装置6eに記憶させた前記産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データ(駆動制御指令)を読出し、このデータをロボット制御装置5に出力する。
【0060】
次に、オンラインで産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得る際の動作について説明する。先ず、図6のステップS4に示すように、任意の位置及び姿勢で作業対象ワーク(ウインドウガラス101)を作業用治具3に設置する。次に、図6のステップS5に示すように、前記設置された作業対象ワーク101上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105を移動させて、当該作業対象ワーク101上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データをロボット制御装置5により実測して取得する。次いで図6のステップS6に示すように、前記取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて制御装置6の演算装置6fは、作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める。次に、図6のステップS7に示すように、制御装置6の演算装置6fは、前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換する。次に図6のステップS8に示しように、制御装置6の演算装置6fは、前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを記憶装置6eに記憶登録する。
【0061】
前記剛体変換行列は、基本的には図12及び図13に示す剛体変換行列と同じである。図12の場合は、ロボット動作点の座標を変換しているが、これと同様に、認識により剛体変換行列を求め(図6のステップS5)、得られた剛体変換行列によってワークモデルの3次元座標データを作業対象ワークの3次元座標データに変換している(図6のステップS7)。ワークモデルの3次元座標データは、図12において、モデルを示す点線上に一定間隔で3次元座標点が並んでいる。この点群を剛体変換行列によって、作業ワークを示す実線上の3次元座標データに変換する(図13の式と同じ)。ここに、ワークの位置、姿勢の認識とは、モデルデータに対する剛体変換行列を求めることを意味する。これは、段落番号
【0061】,
【0062】で求めた3次元形状データの実測値の個々の点は誤差、バラツキがあるため、そのままでは作業対象ワークの3次元座標データとして使用できない。そこで、個々のバラツキを剛体変換行列で吸収して、モデルデータを剛体変換行列で変換した結果を作業対象ワークの3次元座標データとする。ただし、ここで言う誤差、バラツキは段落番号
【0063】の位置ずれの補正で言う形状のバラツキよりも小さいものである。
【0062】
なお、前記データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求め、この逆行列演算工程で求めた前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。
【0063】
前記処理において取得した産業用ロボットのティーチングデータの一部を修正(変更,追加,削除)する場合には、オンラインによる産業用ロボットのティーチングデータ作成時と同等に任意の位置及び姿勢で作業対象ワーク(ウインドウガラス101)を作業用治具3に設置し、そのときの作業対象ワークの位置,姿勢を産業用ロボット105とロボット制御装置5を使って認識して剛体変換行列を求める。次に、修正した作業対象ワーク上の点の位置に産業用ロボットを移動させ、修正後の3次元座標データを取得する。上述したようにモデルデータを変換するか、或いは産業用ロボット105の3次元座標データを変換するかのいずれかの処理を行い、モデルデータと産業用ロボットのティーチングデータを更新する。
【0064】
次に図3に基づいて、ステレオカメラ4を用いた作業対象ワークの認識処理について説明する。この場合、制御装置6は、ステレオカメラ4を駆動制御する数値制御機構部としての機能を実行することとなる。この数値制御機構部は図2に示す、演算装置6fと記憶装置6eと入出力装置6dと画像入力装置6cとにより構成される。この数値制御機構部の記憶装置6eは、画像処理に必要なシステムプログラム,画像の解析や剛体変換行列や剛体変換行列の逆行列等の演算に用いられるアプリケーションプログラムを記憶し、かつ演算処理過程におけるデータを一時的に記憶するようになっている。また演算装置6fは、前記画像の解析や剛体変換行列や剛体変換行列の逆行列等の演算処理等を行うようになっている。
【0065】
通信装置6bは、数値制御機構部の演算装置6fとステレオカメラ4とを接続し、その相互間でデータ転送を行うようになっている。ステレオカメラ4の3つのカメラユニット4a,4b,4cで撮影された画像データは、この通信装置6を介して記憶装置6eに送られる。
【0066】
記憶装置6e内におけるデータ配列の一例を図8に示す。この実施形態では、640ドット×480ドットの3組の画素データを256階調の濃度で記憶するようにしているが、解像度や階調等の画素の記憶条件については、必要とされる分解能等に応じて適宜に決めるものとする。
【0067】
前記演算装置6fは、図3のステップS9に示すようにステレオカメラ4を制御して作業用治具3に設置されたウインドウガラス101の画像を取り込み、図3のステップS10に示すように、これを記憶装置6eに記憶させる。次に演算装置6fは、記憶装置6eにインストールされているアプリケーションプログラム、例えば、一般的に使われている線分情報をもとにしたステレオ法等により作業対象ワークの3次元形状データを求める形状認識用のアプリケーションプログラム、及びカメラユニット4a,4b、4cで撮像した3組の画像データを記憶装置6eからそれぞれ読み出し、これらの画像データを画像処理する。具体的には、図7に示すように視点の異なる3つのカメラユニット4a,4b,4cから取り込まれて記憶装置6eに記憶されている画像データのうち1つの画像データに対して、エッジの抽出,領域分割を行い、領域の境界線を特徴点で線分に分割し、2次元の線分データ群を得る。得られた線分データ群の各線分データをもとにして、残りの各画像データに対してエピポーラ線上で線分データのステレオ対応候補を探索する。対応する線分データが見つかった場合に、対となる線分データから3次元形状データを求める。この処理を全ての線分データに対して行うことにより、実測したウインドガラス101の3次元形状データを求める(図3のステップS11)。
【0068】
さらに演算装置6fは、ステップS11にて求められたウインドガラス101の3次元形状データ(実測データ)と、記憶装置6eに予め記憶されているワークモデルの3次元形状データ21(図10参照)とを比較し、前記演算処理による3次元形状データに最も近似するワークモデルの3次元形状データ21を選択する作業対象ワーク特定機能を実行する。この機能は、記憶装置6eに記憶されている形状同定用のアプリケーションプログラムを起動することによって実現する。この形状を同定するための手法としては、例えば、前記演算処理によって求められた3次元形状データの線分データとワークモデルの3次元形状データの線分データとの一致度とを比較する手法がある。具体的に説明すると、前記演算処理による3次元形状データのうちの任意の線分データに対して、記憶装置6eに予め登録されているワークモデルの3次元形状データの全線分データとの組み合わせについて特徴点の一致度を計算して、閾値以上の組み合わせを抽出する。そして、抽出された線分データの各組み合わせに対して、隣の線分データ同士で一致度を計算して、閾値以上の組み合わせを抽出する。これらの処理を繰り返して線分データの組み合わせを絞り込むことにより、ステップS11による3次元形状データとワークモデルの3次元形状データとの相関を求める。以上の処理を、記憶装置6eに記憶されている複数のワークモデルの3次元形状データ21に対して行い、最も高い相関が得られた3次元形状データを、前記演算処理による3次元形状データ(実測データ)に最も近似するワークモデルの3次元形状データ21として設定する。
【0069】
この実施形態では、作業対象となる種々のウインドガラス101の3次元形状データ21が全て記憶装置6eに記憶されており、また、未知の形状のウインドガラス101が作業用治具3に取り付けられるということもないため、形状の同定が不能となるような問題は発生しない。
【0070】
次に、演算装置6は、ステップS11の処理で求められた作業対象ワーク(ウインドウガラス101)の3次元形状データ24とステップS12の処理で特定された設計上の3次元形状データ21とに基いて、図12に示されるように、ワークモデルの3次元形状データ21を作業ワーク対象の3次元形状データ24に写像するための剛体変換行列〔M〕を求める(ステップS13)。具体的には、作業ワーク対象の3次元形状データ24の線分データ等の特徴点群とワークモデルの3次元形状データ21の特徴点群との組み合わせを求め、最小二乗法等により最も誤差が小さくなるような行列を求めて変換行列〔M〕とする。
【0071】
次に、図4を参照して、演算装置6の処理動作及びロボット制御装置5による産業用ロボット105の駆動制御について説明する。
【0072】
まず、ベルトコンベア107に載ったパレット102が図1の定位置に到達すると、定位置検出センサ108が作動してベルトコンベア107を停止させ、同時に、この定位置検出センサ108からの立ち上がり信号が、制御装置6の外部信号入出力装置6aを介して制御装置6に入力される。
【0073】
制御装置6の演算装置6fは、ステップa1の判定処理で立ち上がり信号の入力を検出し、ステレオカメラ4を作動させて画像の取込みを行い(図4のステップS14)、3つのカメラユニット4a,4b,4cで撮影された3組の画像を記憶装置6eに一時記憶させる。
【0074】
次いで、図4のステップS15において、図3に示す認識処理が実行される。具体的には、演算装置6は、形状認識用のアプリケーションプログラムを記憶装置6eから読み込んで起動し、かつ記憶装置6eに読み込まれているカメラユニット4a,4b,4cの3組の画像データを分析し、作業用治具3で保持されているウインドガラス101の3次元形状データを求める。この3次元形状データは、空間内の座標のうちウインドガラス101の内部と表面に位置する座標のデータであるから、実質的には、作業用治具3で保持されているウインドガラス101の3次元形状の他、その位置および姿勢を表すデータでもある。
【0075】
形状認識によって得られたウインドガラス101の3次元形状データ24の一例を図9に示す。
【0076】
次いで、演算装置6fは、形状同定用のアプリケーションプログラムを記憶装置6eから読み込んで起動し、ステップS15の処理で求められた3次元形状データ24(図9参照)と、記憶装置6eに予め記憶されている複数の3次元形状データ21(図10参照)とを比較し、ステップS15の処理で求められた3次元形状データ24に最も近似する設計上の3次元形状データ21を特定する。
【0077】
この実施形態では、作業対象となる種々のウインドガラス101の3次元形状データ21が全て記憶装置6eに記憶されており、また、未知の形状のウインドガラス101が作業用治具3に取り付けられるということもないため、形状の同定が不能となるような問題は発生しない。
【0078】
そこで、演算装置6は、ステップS15の処理で求められた作業対象の3次元形状データ24と前記特定された設計上の3次元形状データ21とに基いて、図14に示されるように、ワークモデルの3次元形状データ21を作業ワーク対象の3次元形状データ24に写像するための剛体変換行列〔M〕を求める。具体的には、作業ワーク対象の3次元形状データ24の線分データ等の特徴点群とワークモデルの3次元形状データ21の特徴点群との組み合わせを求め、最小二乗法等により最も誤差が小さくなるような行列を求めて変換行列〔M〕とする。
【0079】
図12および図14に示されるように、ワークモデル(設計上)の3次元形状データ21上の点Q(xq,yq,zq)が作業ワーク対象の3次元形状データ24上で点P(xp,yp,zp)に対応するとするなら、(xq,yq,zq,1)を(xp,yp,zp,1)に変換する行列〔M〕が剛体変換行列であり、この剛体変換行列は、3次元空間中の平行移動と回転移動とによって点(xq,yq,zq)を点(xp,yp,zp)の位置に移動させる行列である。
【0080】
次に、図4のステップS16に示すように演算装置6は、前記処理で特定された設計上の3次元形状データ21に対応して設定されている、シーラー供給装置104に備えられた塗布ガン104aの複数の移動軌跡座標Q1〜Qn(図11参照;産業用ロボットの動作制御用ティーチングデータ)の値を個々に記憶装置6eから読み込み、剛体変換行列〔M〕に(xq,yq,zq,1)を乗じて、作業ワーク対象の3次元形状データ24に対する位置関係が設計上の3次元形状データ21に対する移動軌跡座標Q(xq,yq,zq)の関係と同値となる移動軌跡座標P(xp,yp,zp)の値を求め、この値(xp,yp,zp)を駆動制御上の最終的な移動目標位置Pとして記憶する。
【0081】
次いで、演算装置6は、現時点で読み出されている移動軌跡座標Qが、設計上の3次元形状データ21に対応して記憶装置6eに設定されている最後の移動軌跡座標であるか否かを判定する。そして、ここで読み出されている移動軌跡座標Qが最後の移動軌跡座標でなければ、移動軌跡座標読出指標の値をインクリメントしながら前記と同様にして処理を繰り返し実行し、設計上の3次元形状データ21に対応して記憶装置6eに設定されている移動軌跡座標Q1〜Qnの全て(図11参照)に対して駆動制御上の最終的な移動軌跡座標P1〜Pnの値を求める。演算装置6fは、これらの移動軌跡座標P1〜Pnを、ロボット制御装置5の動作用テーチングデータとして記憶装置6eに記憶させる(ステップS16)。
【0082】
さらに本発明に係る作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置は、ロボット動作点位置ずれ補正手段を有している。このロボット動作点位置ずれ補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定手段と、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正手段とを含む構成になっている。なお、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定することが望ましいものである。
【0083】
前記動作点補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正するように構成されている。なお、前記補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されるものである。
【0084】
次にロボット動作点位置ずれ補正処理について具体的に説明する。図14のステップS18において、図15に実線で示すワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点Xを設定する。動作点Xとしては、ワークモデルの3次元形状を構成する直線や曲線の端点,中心点等を用いる。その理由は、これらの座標値であれば、ワークモデルの3次元座標データから自動的に求めることができるからである。
【0085】
次に図14のステップS19において、図15及び図16に示すように補正対象となる産業用ロボットの動作点Xを囲む、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点4点(a1,b1,b2,a2)を求める。これらの計測点は、ワークモデルの3次元座標データ上に4点求めたが、これに限定されるものではなく、後述の面を決められる少なくとも3点を求めればよいものである。
【0086】
次に図14のステップS20において、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点(a1,b1,b2,a2)に対応する、作業対象ワークの3次元座標データ(産業用ロボットの動作制御用ティーチングデータ)上での点(a1´,b1´,b2´,a2´)を求める。
【0087】
次に図14のステップS21において、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点(a1,b1,b2,a2)から決まる面上の産業用ロボットの動作点Xを通る補正線Lを求める。なお、前記補正線Lは、ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されるものであり、実施形態では面に対して90度の角度をもつ垂線として設定しているが、これに限定されるものではない。
【0088】
次に図14のステップS22において、補正線Lが前記作業対象ワークの3次元座標データ、特に計測点(a1´,b1´,b2´,a2´)で形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点X´として補正する。
【0089】
図14の処理フローに基づいて、図4のステップS17におけるロボットの動作軌跡の計算による産業用ロボットの駆動制御データに対してロボット動作点位置ずれ補正の処理が終了すると、制御装置6からロボット制御装置5にロボットの駆動制御指令が出力され、図4のステップS17において産業用ロボット105が作業対象ワーク(ウインドウガラス101)上の塗布箇所に塗布ガン104aを移動させ、塗布ガン104aからシーラーを塗布してシーラーの塗布動作が実行される。
【0090】
そして、演算装置6fは、1枚のウインドガラス101に対するシーラーの塗布に必要とされる全ての処理を終了し、制御装置6からロボット制御装置5に次のデータが入力されるのを待つ初期の待機状態に復帰する。
【0091】
その後、ベルトコンベア107に送りが掛けられ、次の作業対象であるウインドガラス101をセッティングしたパレット102が定位置に達すると、定位置検出センサ108が再び立ち上がり信号を送出し、前記と同様にして制御装置6側の処理とロボット制御装置5側の処理が繰り返し実行され、次の作業対象であるウインドガラス101の形状とその時点でのウインドガラス101の位置および姿勢に最適化された移動軌跡座標P1〜Pnに沿ったシーラーの塗布作業が前記と同様の処理手順で繰り返し実行されることになる。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ワークモデルの3次元座標データを読込み、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、その設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録するため、産業用ロボットを作業対象ワークの形状に倣って移動させる作業を必要とせず、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータの取得をオフラインで行うことができる。
【0093】
さらに本発明は、任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得し、その取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求め、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換する、或いは剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換し、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録するため、シーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させてティーチングデータを取得するため、実際のシーラー塗布ラインにおいてオンラインでティーチングデータを取得することができる。
【0094】
さらに本発明は、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための計測点を設定し、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の前記計測点を求め、前記ワークモデルの3次元座標データ上の前記計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での点を演算し、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定するため、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【0095】
さらに、本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えているため、オンラインやオフラインのいずれの場合にも、シーラー塗布装置に備えられたティーチングデータ作成手段を使って、ティーチングデータの取得作業を行うことができる。
【0096】
さらに、シーラー塗布装置において、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業対象ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した一実施形態のシーラー塗布装置の主要な構成要素について示した機能ブロック図である。
【図2】コンピュータシステムの一部を構成する制御装置の構成の概略について示した機能ブロック図である。
【図3】本発明においてステレオカメラを用いて作業対象ワークを認識する動作を示すフローチャートである。
【図4】本発明におけるシーラー塗布装置の全体動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明において、オフラインでの産業用ロボットのテーチングデータを作成する工程を示すフローチャートである。
【図6】本発明において、オンラインでの産業用ロボットのテーチングデータを作成する工程を示すフローチャートである。
【図7】ステレオカメラを構成する各カメラユニットで撮影された視点の異なる3つの画像の一例を示した概念図である。
【図8】記憶装置内のフレームメモリ機能におけるデータ配列の一例を示した概念図である。
【図9】作業用治具で保持されているウインドガラスを示す3次元形状データの一例を示した概念図である。
【図10】ワークモデルの3次元形状データを示す図である。
【図11】ワークモデルの3次元形状データ上に塗布軌跡を設定した例を示す図である。
【図12】設計上の3次元形状データを作業対象の3次元形状データに写像するための剛体変換行列の作用について示した概念図である。
【図13】設計上の3次元形状データを作業対象の3次元形状データに写像するための剛体変換行列について示した図である。
【図14】本発明における動作点の位置ずれを補正する方法を示すフローチャートである。
【図15】本発明において、補正後動作点の計算例を示す図である。
【図16】本発明における位置ずれ補正用計測点の設定例を示す図である。
【図17】従来型のシーラー塗布装置を利用したシーラーの塗布作業について示した概念図である。
【符号の説明】
1 シーラー塗布装置
3 作業用治具
4a,4b,4c カメラユニット
4 ステオカメラ
5 ロボット制御装置
6 制御装置
101 ウインドウガラス
l05 産業用ロボット
X ロボット動作位置ずれ補正用動作点
X´ 補正後の動作点
L 補正線
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のウインドガラス等を始めとする作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するためのシーラー塗布装置及び、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御させるのに必要な動作軌道用ティーチングデータを得るシーラー装置のロボットティーチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ウインドガラス等のワークにシーラーを塗布する作業を自動化するためには、予め、作業対象ワークを作業用治具に取り付けて固定した状態で産業用ロボットを手動操作し、シーラー供給装置の先端をワークの外周部に沿って移動させながら要所要所でティーチング(教示)操作を行うことによって、コンピュータシステムに産業用ロボットの移動軌跡座標を記憶させておく必要がある。
【0003】
そして、生産ラインにおける実際のシーラーの塗布作業は、コンピュータシステムがプレイバックモードの処理で前述の移動軌跡座標に沿って産業用ロボットを駆動制御することにより達成される。
【0004】
従って、ティーチング操作の場合とプレイバックモードの場合で産業用ロボットに対するワークの位置や姿勢に変化が生じていると、ティーチング操作が適切で、かつ、教示された動作を産業用ロボットが的確に再現したとしても、作業対象ワークと産業用ロボットとの相対的な位置関係の変化のために、シーラー供給装置の先端が作業対象ワークの外周部に倣って的確に移動しなくなるといった問題が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の問題を解決するためには、ワークの位置や姿勢を常に一定の状態に保持する必要があり、この目的を達成するため、例えば、図17に示されるような作業用治具100が提案されている。
【0006】
この作業用治具100は、作業対象ワークとなる複数種のウインドウガラス101a,101bを移送するためのパレット102と、パレット102上の任意位置に設けられる複数種のステイ103a,103bとによって構成され、各ステイ103a,103bの先端部には先細りのテーパ状の縮径部が形成されている。
【0007】
つまり、種類の異なるステイ103a,103bは、種類の異なるウインドウガラス101a,101bにそれぞれ外接する状態にパレット102上に設けられ、そのテーパ状の縮径部でウインドウガラス101a,101bの外接部を支えることによってウインドウガラス101a,101bの位置と姿勢とを正しい状態に規制しようとするものである。
【0008】
図17に示す従来技術では、塗布ガン104aをウインドウ101a,101bの周縁部のシーラー塗布部に沿って実際に移動させることにより、産業用ロボット105の動作点情報をティーチングデータとして取得し、この取得したティーチングデータに基いて産業用ロボット105を動作させ塗布ガン104aにてシーラーをウインドウ101a,101bの周縁部に塗布している。
【0009】
上述したように、図17に示す従来例では、産業用ロボット105を動作させるために必要な動作軌跡用ティーチングデータを取得させる際には、作業治具に設置された作業対象ワーク上に産業用ロボットを手動で移動させてティーチングデータを取得する、いわゆるオンラインティーチング法により、産業用ロボットのティーチングデータの作成が行われている。
【0010】
前記オンラインティーチング法によるティーチングデータを取得した後は、そのデータを用いて連続してシーラー塗布作業が行われるため、連続供給される作業対象ワークに形状のバラツキがあると、統一した規格の作業用治具に作業対象ワークを設置したとしても、前記バラツキが原因となって塗布ガンと作業対象ワークとの間の隙間寸法にバラツキが生じ、塗布ガンと作業対象ワークとの接触,シーラーの浮き等により、作業対象ワークへの損傷,塗布不良等が発生してしまうという問題があった。
【0011】
また、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータを取得する場合には、常に作業用治具に対する作業対象ワークの取付位置,姿勢を同じになるようにする必要があるため、オンラインティーチングを行う作業が煩雑になるという問題がある。
【0012】
そこで、特許文献1には、シーラー供給装置104の先端とウインドガラス101a,101bとの離間距離を測定して補正を行うことにより、そのギャップ寸法を一定化する技術が提案されているが、このような技術では、前述した問題のうち、単純な上下位置の変動にしか対処することができない。
【0013】
また、特許文献2には、作業対象ワークをカメラで撮像し、その3次元画像データでティーチングデータを補正する技術が開示されているが、この技術では、オンラインティーチングを対象とするものである。そのため、オフラインティーチングでのティーチングデータの取得をすることが不可能であり、産業用ロボットを動作させるために必要な動作軌跡用ティーチングデータの取得方法がオンラインティーチングのみに限定されてしまうこととなり、汎用性に欠けるという課題が残されている。
【0014】
また、特許文献3には、教示(ティーチング)作業を短時間で行うことが可能なロボットの教示装置が開示されている。この技術は、作業対象ワークの作業線上にマーキングを施し、このマーキングをCCDカメラにより撮像し、その画像データに基いてティーチングデータを得るものであるから、種類の異なる作業対象ワーク毎にマーキングを施す必要があり、作業が煩雑となる。
【0015】
【特許文献1】特開平10−211458号
【特許文献2】
特開2001−905号
【特許文献3】
特開平5−108131号
【0016】
【発明の目的】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、オンライン及びオフラインでのティーチングデータの取得作業を行うことができ、更には、作業対象ワークの形状のバラツキに対してティーチングデータを補正することができるシーラー塗布装置のロボットティーチング方法及びシーラー塗布装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するため、本発明に係るシーラー装置のロボットティーチング方法は、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込工程と、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定工程と、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する登録工程とを含むという構成を採っている。
【0018】
本発明に係るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法においては、先ずワークモデルの3次元座標データを読込み、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、その設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する。
【0019】
したがって、本発明によれば、産業用ロボットを作業対象ワークの形状に倣って移動させる作業を必要とせず、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータの取得をオフラインで行うことができる。
【0020】
さらに本発明は、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置する設置工程と、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得工程と、データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める演算工程と、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換するデータ変換工程と、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する登録工程とを含むという構成を採っている。
【0021】
上述した本発明においては、先ずシーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得する。次に、データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める。次で、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換し、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する。
【0022】
したがって、シーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させてティーチングデータを取得するため、実際のシーラー塗布ラインにおいてオンラインでティーチングデータを取得することができる。
【0023】
なお、上述した構成では、剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換したが、これに限定されるものではなく、前記剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。
【0024】
上述した構成では、作業対象ワークの形状にバラツキがあるときにも、例えば、そのバラツキが公差範囲などの場合には産業用ロボットと作業対象ワークとの接触等を回避することができるが、前記接触等の問題を確実に解決する必要がある場合がある。この場合には、本発明に係るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法においては、さらにロボット動作点位置ずれ補正工程を備えるようにしている。このロボット動作点位置ずれ補正工程は、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定工程と、前記補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算工程と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算工程と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正工程とを含むという構成を採っている。
【0025】
なお、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定することが望ましいものである。また、前記動作点補正工程は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正するという構成にすることが望ましいものである。この場合、補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定することが望ましいものである。
【0026】
上述したように、ロボット動作点位置ずれ補正工程では、先ず、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定し、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める。次に、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算し、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座漂データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する。
【0027】
したがって、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【0028】
さらに、作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置は、一般的にはコンピュータを用いて構築されるものであり、そのコンピュータを用いて上述したシーラー装置のロボットティーチング方法を実施することが可能である。そこで、本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えている。このティーチングデータ作成手段は、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段と、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する記憶手段とを含むという構成を採っている。
【0029】
また本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えている。このティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置される作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換するデータ変換手段と、前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録する記憶手段とを含むという構成を採っている。この場合、上述したデータ変換手段に代えて、剛体変換行列の逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換手段を用いてもよいものである。
【0030】
本発明によれば、オンラインやオフラインのいずれの場合にも、シーラー塗布装置に備えられたティーチングデータ作成手段を使って、ティーチングデータの取得作業を行う。
【0031】
さらに、ロボット動作点位置ずれ補正手段を有することが望ましいものである。当該ロボット動作点位置ずれ補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定手段と、前記補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正手段とを含む構成にすることが望ましいものである。
【0032】
したがって、シーラー塗布装置において、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を前記ロボット動作点位置ずれ補正手段により補正することができ、作業対象ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実にシーラー塗布動作を行うことができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の幾つかについて説明する。図1は本発明を適用した一実施形態のシーラー塗布装置の主要な構成要素について示した機能ブロック図である。
【0034】
この実施形態のシーラー塗布装置1は基本的構成として、産業用ロボット105と、当該産業用ロボット105を駆動制御するロボット制御装置5と、シーラー供給装置104と、作業対象ワークとなるウインドガラス101を保持するための作業用治具3と、この作業用治具3によって保持されたウインドガラス101(101a,101b)を撮影するためのステレオカメラ4と、ロボット制御装置5及びステレオカメラ4を駆動制御する制御装置6とを備えている。
【0035】
次に、各構成要素について簡単に説明する。産業用ロボットl05は3以上の自由度、具体的にいえば、空間内で上下,左右,前後の各方向に複合的に移動できるだけの自由度を有している。この産業用ロボット105は、制御装置6からの駆動制御指令を受けるロボット制御装置5により駆動制御され、ウインドウガラス101の表面に対してシーラー供給装置104の塗布ガン104aを直交させた姿勢に保持して当該塗布ガン104aを移動させながらシーラーの塗布作業を行うようになっている。この実施形態に係る産業用ロボット105は、ウインドガラス101の表面にシーラー供給装置104の塗布ガン104aを直交させた状態で当該塗布ガン104aを移動させながらシーラーの塗布作業を行うため、ウインドウガラス101の曲面に対しても塗布ガン104aを直交姿勢に保持する必要がある関係で傾斜制御が可能な多関節型の産業用ロボット105を利用しているが、この構成のものに限定されるものではない。
【0036】
シーラー供給装置104は、その塗布ガン104aが産業用ロボット105の先端部にアタッチメントとして装着されており、外部(例えばホストコンピュータ)からのオン・オフ指令に基いて塗布ガン104aからのシーラーの送出をオン・オフ制御するようになっている。
【0037】
ステレオカメラ4は、異なった視点から3次元空間中のウインドガラス101を撮影して各カメラの位置関係と画像点の対応関係から撮影対象の形状を復元するためのもので、最低でも2つのカメラユニットを備えている。本実施形態においては、撮影対象物となるウインドガラス101が比較的扁平であって撮影時に死角が生じにくいことを前提とし、3つのカメラユニット4a,4b,4cを備えたステレオカメラ4を用いており、そのステレオカメラ4の3つのカメラユニット4a,4b,4cを平面上でT字型に配備している。なお、撮影対象のワークの形状が扁平でなく立体的な場合には、複数のカメラユニットを、+またはX字型の5眼、或いは格子状の9眼等の態様で配備したステレオカメラ4を用いてもよいものである。ステレオカメラ4は制御装置6からの指令で画像を取込み、撮影した画像のデータを制御装置6に転送する。
【0038】
ステレオカメラ4を構成するカメラユニット4a,4b,4cで撮影された視点の異なる3つの画像の一例を図7に示す。
【0039】
作業用治具3は、ウインドガラス101を移送するためのパレット102と、パレット102上の中央部に立設された柱状のステイ22と、ステイ22の先端部に固設されたワーク保持部23とを有している。ワーク保持部23は、ウインドウガラス101との間に発生させる吸盤の負圧により当該ウインドウガラス101を吸着する、あるいは、真空装置で発生させる負圧を利用してウインドウガラス101を吸着するように構成することができる。
【0040】
ワーク保持部23は、セッティングされたウインドガラス101の姿勢を保持する機能を有すれば十分であり、ウインドガラス101の取り付け姿勢を補正して一様とするための機能が要求されることはない。つまり、ウインドガラス101をどのような姿勢で作業用治具3に取り付けるかは、ウインドウガラス101の表裏を反転するといった極端な姿勢変更を行わない限り、完全に自由である。但し、ワーク保持部23は、ウインドガラス101が一旦セッティングした後に、そのウインドウガラス101の姿勢を取り付け時の状態のままに保持する機能が要求される。
【0041】
また図1に示されるように、シーラー塗布装置1の塗布ラインに沿って設置されたベルトコンベア107の近傍には、このベルトコンベア107で次々と搬送されてくるパレット102の位置を検出するための定位置検出センサ108が設けられており、この定位置検出センサ108からの信号も後述の制御装置6の外部信号入出力装置6aを介して記憶装置6eに一時的に記憶されるようになっている。
【0042】
制御装置6は、ロボット制御装置5とステレオカメラ4とを駆動制御するコンピュータシステムから構成されるものであり、その具体例を図2に示す。
【0043】
図1の制御装置6は図2に示すように、外部信号入出力装置6aと、画像入力装置6bと、通信装置6cと、入出力装置6dと、記憶装置6eと、演算装置6fとを有している。
【0044】
外部信号入出力装置6aは、図示しないホストコンピュータ或いはライン制御装置等に接続され、ホストコンピュータ等との間に信号の授受を行うようになっている。このホストコンピュータは、シーラー供給装置104にデータ転送を行い、当該シーラー供給装置104によるシーラー供給の制御を行う。また外部信号入出力装置6aは、図示しない前記ホストコンピュータから動作プログラムの実行スケジュール等を受け取る場合もある。
【0045】
画像入力装置6bはステレオカメラ4に接続され、ステレオカメラ4で撮像された作業対象ワークの画像データを当該ステオカメラ4から受け取り、これを記憶装置6eに出力するようになっている。また通信装置6cは、ロボット制御装置5に接続されて当該ロボット制御装置5と制御装置6との間にデータ転送を行うようになっている。また入出力装置6dは、キーボード,マウス,モニタ等を含んでおり、シーラー塗布装置1の制御に必要なデータの入力を行うとともに、シーラー塗布装置1の動作状態等をモニタに出力するようになっている。
【0046】
記憶装置6eは、演算装置6fが演算処理を行うのに必要な各種のデータを格納している。これらの各種のデータには、産業用ロボット105の直線補間,円弧補間等の動作やティーチング操作等に必要とされる基本的な制御プログラムのデータ,ユーザがAPT文(Automatic Programming Tool)等を利用して作成した産業用ロボット105のための動作プログラムのデータ,ステレオカメラ4に取り込まれる画像の解析や行列の演算に用いられるアプリケーションプログラムのデータ等が含まれる。
【0047】
記憶装置6eは、更にステレオカメラ4からの画像データを記憶するフレームメモリとしての機能を備えており、記憶装置6eは、このフレームメモリ機能を使って、図8に示すように640ドット×480ドットの3組の画素データを256階調の濃度で記憶するようにしている。なお、記憶装置6eのフレームメモリ機能に必要な解像度や階調等の画素の記憶条件については、必要とされる分解能等に応じて適宜に決めるようになっている。
【0048】
演算装置6fは、記憶装置6eに記憶されたプログラムを使ってシーラー塗布装置1の駆動制御に必要な演算処理を行うようになっている。
【0049】
さらに本発明に係るシーラー塗布装置1は、産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を付加している。このティーチングデータ作成手段は、オフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成する機能と、オンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成する機能とを併せ持っている。
【0050】
オフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、当該読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段と、当該設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する記憶手段とを含む構成になっている。ここに、ワークモデルの3次元座標データは、各種のウインドガラス101の設計上の3次元形状データ(図10参照)を意味するものである。以下、ワークモデルの3次元座標データという語句は、上述した3次元形状データを意味するものとする。
【0051】
本発明においてオフラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段を構築するにあたっては、制御装置6がコンピュータシステムから構成されていることに注目して、ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、当該読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段とを制御装置6の演算装置6fにより構成し、当該演算装置6fは記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により、前記読込手段と前記設定手段との機能を実行するようになっている。また前記記憶手段として、制御装置6の記憶装置6eを用いている。
【0052】
さらに、オンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具3に設置される作業対象ワーク(図1の実施形態では、ウインドウガラス101)上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105(特にシーラー供給装置104の塗布ガン104a)を移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、当該データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、当該剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換手段と、当該変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する記憶手段とを含む構成になっている。
【0053】
本発明においてオンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段を構築するにあたっても上述したオフラインのティーチングデータ作成手段と同様に、制御装置6及びロボット制御装置5がコンピュータシステムから構成されていることに注目している。しかも、ロボット制御装置5は、制御装置6から出力されるロボットティーチングデータに基づいて産業用ロボット105を駆動制御する機能と、産業用ロボット105を産業対象ワーク上のシーラー塗布個所に移動させたときに当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元データを実測する機能とを備えていることに注目して、任意の位置及び姿勢で作業用治具3に設置される作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105を移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段は、ロボット制御装置5の前記実測機能を利用して当該ロボット制御装置5により構成し、データ取得手段としてのロボット制御装置5で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、当該剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換手段とは、制御装置6の演算装置6fにより構成し、演算装置6fは記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により、前記行列演算手段と前記データ変換手段との機能を実行するようになっている。また前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する記憶手段は、制御装置6の記憶装置6eにより構成している。
【0054】
なお、上述したオンラインでのティーチングデータ作成手段の構成では、剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換したが、これに限定されるものではなく、前記剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。この場合のオンラインでの動作軌跡用ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成手段は、任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求める逆行列演算手段と、前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換手段と、前記変換した作業対象ワークの3次元座標データとワークモデルの3次元座標データとを登録する記憶手段とを含む構成になっている。この場合においても、これらの機能を実行するために制御装置6及びロボット制御装置5を流用しており、前記データ取得手段はロボット制御装置5により構成し、前記逆行列演算手段とデータ変換手段とは、記憶装置6eに記憶されている動作プログラムに基づくソフトウェア処理により前記逆行列演算手段と前記データ変換手段との機能を実行する制御装置6の演算装置6fにより構成される。また前記記憶手段は、制御装置6の記憶装置6eにより構成される。
【0055】
次に、作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータをオフラインで得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法について説明する。このロボットティーチング方法は、ワークモデルの3次元座標データを読み込み(図5のステップS1)、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上で産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し(図5のステップS2)、次いで、前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録(図5のステップS3)する工程を含んでいる。このロボットティーチング方法を図5,図10及び図11に基づいて具体的に説明する。
【0056】
記憶装置6eに記憶される設計上のウインドガラス101の3次元形状データ(ワークモデルの3次元形状データ)と、この3次元形状データに対応して設定される、シーラー供給装置104に備えられた塗布ガン104aの複数の移動軌跡座標との対応関係の一例を図11の概念図を用いて説明する。
【0057】
図11に示される符号21の部分が、図10に示す設計上のウインドガラス101の3次元形状データ(ワークモデルの3次元形状データ)である。CADを利用した設計作業では、直線,円弧,ベジェ曲線等のベクトルデータを利用して製品の形状を決定するため、このCADによる3次元形状データを自動プログラミング装置等で産業用ロボット105のプログラミング言語(APT文等)に変換する際にオフセット量D及び設定間隔S(図11参照)を決めておけば、産業用ロボット105による移動軌跡、つまり、シーラー供給装置104に備えた塗布ガン104aの移動軌跡座標Q1〜Qnは、産業用ロボットのティーチング(教示)操作を行うことなく記憶手段としての記憶装置6eに予め記憶させることが可能である。
【0058】
そこで、オフラインにより産業用ロボット105のティーチングデータを取得する際には、制御装置6の入出力装置6dから演算装置6fにティーチングデータの取得指令を入力すると、読込手段としての演算装置6fは、先ず記憶装置6eに記憶されている図10に示すワークモデルの3次元形状データを読出す(図5のステップS1)。そして、演算装置6fは図11に示すように、読み出した前記ワークモデルの3次元形状データ上に、前記予め設定されたオフセット量Dと設定間隔Sに基づいて産業用ロボット105による塗布ガン104aの移動軌跡座標Q1〜Qn(産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データ)を設定する(図5のステップS2)。この場合、産業用ロボット105のティーチングデータを取得させる際に、産業用ロボット105の駆動速度データ,塗布ガン104aのオン・オフ制御データ等を同時に設定するようにしてもよいものである。
【0059】
次に、演算装置6は、図11に示す前記設定した3次元座標データを、産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータとして記憶装置6eに記憶させる(図5のステップS3)。演算装置6fは、入出力装置6dから産業用ロボット105による塗布ガン104aの駆動開始指令が入力すると、記憶装置6eに記憶させた前記産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データ(駆動制御指令)を読出し、このデータをロボット制御装置5に出力する。
【0060】
次に、オンラインで産業用ロボット105を動作させるのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得る際の動作について説明する。先ず、図6のステップS4に示すように、任意の位置及び姿勢で作業対象ワーク(ウインドウガラス101)を作業用治具3に設置する。次に、図6のステップS5に示すように、前記設置された作業対象ワーク101上のシーラー塗布箇所に産業用ロボット105を移動させて、当該作業対象ワーク101上での産業用ロボット105の動作点の位置を示す3次元座標データをロボット制御装置5により実測して取得する。次いで図6のステップS6に示すように、前記取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて制御装置6の演算装置6fは、作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める。次に、図6のステップS7に示すように、制御装置6の演算装置6fは、前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換する。次に図6のステップS8に示しように、制御装置6の演算装置6fは、前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを記憶装置6eに記憶登録する。
【0061】
前記剛体変換行列は、基本的には図12及び図13に示す剛体変換行列と同じである。図12の場合は、ロボット動作点の座標を変換しているが、これと同様に、認識により剛体変換行列を求め(図6のステップS5)、得られた剛体変換行列によってワークモデルの3次元座標データを作業対象ワークの3次元座標データに変換している(図6のステップS7)。ワークモデルの3次元座標データは、図12において、モデルを示す点線上に一定間隔で3次元座標点が並んでいる。この点群を剛体変換行列によって、作業ワークを示す実線上の3次元座標データに変換する(図13の式と同じ)。ここに、ワークの位置、姿勢の認識とは、モデルデータに対する剛体変換行列を求めることを意味する。これは、段落番号
【0061】,
【0062】で求めた3次元形状データの実測値の個々の点は誤差、バラツキがあるため、そのままでは作業対象ワークの3次元座標データとして使用できない。そこで、個々のバラツキを剛体変換行列で吸収して、モデルデータを剛体変換行列で変換した結果を作業対象ワークの3次元座標データとする。ただし、ここで言う誤差、バラツキは段落番号
【0063】の位置ずれの補正で言う形状のバラツキよりも小さいものである。
【0062】
なお、前記データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求め、この逆行列演算工程で求めた前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するようにしてもよいものである。
【0063】
前記処理において取得した産業用ロボットのティーチングデータの一部を修正(変更,追加,削除)する場合には、オンラインによる産業用ロボットのティーチングデータ作成時と同等に任意の位置及び姿勢で作業対象ワーク(ウインドウガラス101)を作業用治具3に設置し、そのときの作業対象ワークの位置,姿勢を産業用ロボット105とロボット制御装置5を使って認識して剛体変換行列を求める。次に、修正した作業対象ワーク上の点の位置に産業用ロボットを移動させ、修正後の3次元座標データを取得する。上述したようにモデルデータを変換するか、或いは産業用ロボット105の3次元座標データを変換するかのいずれかの処理を行い、モデルデータと産業用ロボットのティーチングデータを更新する。
【0064】
次に図3に基づいて、ステレオカメラ4を用いた作業対象ワークの認識処理について説明する。この場合、制御装置6は、ステレオカメラ4を駆動制御する数値制御機構部としての機能を実行することとなる。この数値制御機構部は図2に示す、演算装置6fと記憶装置6eと入出力装置6dと画像入力装置6cとにより構成される。この数値制御機構部の記憶装置6eは、画像処理に必要なシステムプログラム,画像の解析や剛体変換行列や剛体変換行列の逆行列等の演算に用いられるアプリケーションプログラムを記憶し、かつ演算処理過程におけるデータを一時的に記憶するようになっている。また演算装置6fは、前記画像の解析や剛体変換行列や剛体変換行列の逆行列等の演算処理等を行うようになっている。
【0065】
通信装置6bは、数値制御機構部の演算装置6fとステレオカメラ4とを接続し、その相互間でデータ転送を行うようになっている。ステレオカメラ4の3つのカメラユニット4a,4b,4cで撮影された画像データは、この通信装置6を介して記憶装置6eに送られる。
【0066】
記憶装置6e内におけるデータ配列の一例を図8に示す。この実施形態では、640ドット×480ドットの3組の画素データを256階調の濃度で記憶するようにしているが、解像度や階調等の画素の記憶条件については、必要とされる分解能等に応じて適宜に決めるものとする。
【0067】
前記演算装置6fは、図3のステップS9に示すようにステレオカメラ4を制御して作業用治具3に設置されたウインドウガラス101の画像を取り込み、図3のステップS10に示すように、これを記憶装置6eに記憶させる。次に演算装置6fは、記憶装置6eにインストールされているアプリケーションプログラム、例えば、一般的に使われている線分情報をもとにしたステレオ法等により作業対象ワークの3次元形状データを求める形状認識用のアプリケーションプログラム、及びカメラユニット4a,4b、4cで撮像した3組の画像データを記憶装置6eからそれぞれ読み出し、これらの画像データを画像処理する。具体的には、図7に示すように視点の異なる3つのカメラユニット4a,4b,4cから取り込まれて記憶装置6eに記憶されている画像データのうち1つの画像データに対して、エッジの抽出,領域分割を行い、領域の境界線を特徴点で線分に分割し、2次元の線分データ群を得る。得られた線分データ群の各線分データをもとにして、残りの各画像データに対してエピポーラ線上で線分データのステレオ対応候補を探索する。対応する線分データが見つかった場合に、対となる線分データから3次元形状データを求める。この処理を全ての線分データに対して行うことにより、実測したウインドガラス101の3次元形状データを求める(図3のステップS11)。
【0068】
さらに演算装置6fは、ステップS11にて求められたウインドガラス101の3次元形状データ(実測データ)と、記憶装置6eに予め記憶されているワークモデルの3次元形状データ21(図10参照)とを比較し、前記演算処理による3次元形状データに最も近似するワークモデルの3次元形状データ21を選択する作業対象ワーク特定機能を実行する。この機能は、記憶装置6eに記憶されている形状同定用のアプリケーションプログラムを起動することによって実現する。この形状を同定するための手法としては、例えば、前記演算処理によって求められた3次元形状データの線分データとワークモデルの3次元形状データの線分データとの一致度とを比較する手法がある。具体的に説明すると、前記演算処理による3次元形状データのうちの任意の線分データに対して、記憶装置6eに予め登録されているワークモデルの3次元形状データの全線分データとの組み合わせについて特徴点の一致度を計算して、閾値以上の組み合わせを抽出する。そして、抽出された線分データの各組み合わせに対して、隣の線分データ同士で一致度を計算して、閾値以上の組み合わせを抽出する。これらの処理を繰り返して線分データの組み合わせを絞り込むことにより、ステップS11による3次元形状データとワークモデルの3次元形状データとの相関を求める。以上の処理を、記憶装置6eに記憶されている複数のワークモデルの3次元形状データ21に対して行い、最も高い相関が得られた3次元形状データを、前記演算処理による3次元形状データ(実測データ)に最も近似するワークモデルの3次元形状データ21として設定する。
【0069】
この実施形態では、作業対象となる種々のウインドガラス101の3次元形状データ21が全て記憶装置6eに記憶されており、また、未知の形状のウインドガラス101が作業用治具3に取り付けられるということもないため、形状の同定が不能となるような問題は発生しない。
【0070】
次に、演算装置6は、ステップS11の処理で求められた作業対象ワーク(ウインドウガラス101)の3次元形状データ24とステップS12の処理で特定された設計上の3次元形状データ21とに基いて、図12に示されるように、ワークモデルの3次元形状データ21を作業ワーク対象の3次元形状データ24に写像するための剛体変換行列〔M〕を求める(ステップS13)。具体的には、作業ワーク対象の3次元形状データ24の線分データ等の特徴点群とワークモデルの3次元形状データ21の特徴点群との組み合わせを求め、最小二乗法等により最も誤差が小さくなるような行列を求めて変換行列〔M〕とする。
【0071】
次に、図4を参照して、演算装置6の処理動作及びロボット制御装置5による産業用ロボット105の駆動制御について説明する。
【0072】
まず、ベルトコンベア107に載ったパレット102が図1の定位置に到達すると、定位置検出センサ108が作動してベルトコンベア107を停止させ、同時に、この定位置検出センサ108からの立ち上がり信号が、制御装置6の外部信号入出力装置6aを介して制御装置6に入力される。
【0073】
制御装置6の演算装置6fは、ステップa1の判定処理で立ち上がり信号の入力を検出し、ステレオカメラ4を作動させて画像の取込みを行い(図4のステップS14)、3つのカメラユニット4a,4b,4cで撮影された3組の画像を記憶装置6eに一時記憶させる。
【0074】
次いで、図4のステップS15において、図3に示す認識処理が実行される。具体的には、演算装置6は、形状認識用のアプリケーションプログラムを記憶装置6eから読み込んで起動し、かつ記憶装置6eに読み込まれているカメラユニット4a,4b,4cの3組の画像データを分析し、作業用治具3で保持されているウインドガラス101の3次元形状データを求める。この3次元形状データは、空間内の座標のうちウインドガラス101の内部と表面に位置する座標のデータであるから、実質的には、作業用治具3で保持されているウインドガラス101の3次元形状の他、その位置および姿勢を表すデータでもある。
【0075】
形状認識によって得られたウインドガラス101の3次元形状データ24の一例を図9に示す。
【0076】
次いで、演算装置6fは、形状同定用のアプリケーションプログラムを記憶装置6eから読み込んで起動し、ステップS15の処理で求められた3次元形状データ24(図9参照)と、記憶装置6eに予め記憶されている複数の3次元形状データ21(図10参照)とを比較し、ステップS15の処理で求められた3次元形状データ24に最も近似する設計上の3次元形状データ21を特定する。
【0077】
この実施形態では、作業対象となる種々のウインドガラス101の3次元形状データ21が全て記憶装置6eに記憶されており、また、未知の形状のウインドガラス101が作業用治具3に取り付けられるということもないため、形状の同定が不能となるような問題は発生しない。
【0078】
そこで、演算装置6は、ステップS15の処理で求められた作業対象の3次元形状データ24と前記特定された設計上の3次元形状データ21とに基いて、図14に示されるように、ワークモデルの3次元形状データ21を作業ワーク対象の3次元形状データ24に写像するための剛体変換行列〔M〕を求める。具体的には、作業ワーク対象の3次元形状データ24の線分データ等の特徴点群とワークモデルの3次元形状データ21の特徴点群との組み合わせを求め、最小二乗法等により最も誤差が小さくなるような行列を求めて変換行列〔M〕とする。
【0079】
図12および図14に示されるように、ワークモデル(設計上)の3次元形状データ21上の点Q(xq,yq,zq)が作業ワーク対象の3次元形状データ24上で点P(xp,yp,zp)に対応するとするなら、(xq,yq,zq,1)を(xp,yp,zp,1)に変換する行列〔M〕が剛体変換行列であり、この剛体変換行列は、3次元空間中の平行移動と回転移動とによって点(xq,yq,zq)を点(xp,yp,zp)の位置に移動させる行列である。
【0080】
次に、図4のステップS16に示すように演算装置6は、前記処理で特定された設計上の3次元形状データ21に対応して設定されている、シーラー供給装置104に備えられた塗布ガン104aの複数の移動軌跡座標Q1〜Qn(図11参照;産業用ロボットの動作制御用ティーチングデータ)の値を個々に記憶装置6eから読み込み、剛体変換行列〔M〕に(xq,yq,zq,1)を乗じて、作業ワーク対象の3次元形状データ24に対する位置関係が設計上の3次元形状データ21に対する移動軌跡座標Q(xq,yq,zq)の関係と同値となる移動軌跡座標P(xp,yp,zp)の値を求め、この値(xp,yp,zp)を駆動制御上の最終的な移動目標位置Pとして記憶する。
【0081】
次いで、演算装置6は、現時点で読み出されている移動軌跡座標Qが、設計上の3次元形状データ21に対応して記憶装置6eに設定されている最後の移動軌跡座標であるか否かを判定する。そして、ここで読み出されている移動軌跡座標Qが最後の移動軌跡座標でなければ、移動軌跡座標読出指標の値をインクリメントしながら前記と同様にして処理を繰り返し実行し、設計上の3次元形状データ21に対応して記憶装置6eに設定されている移動軌跡座標Q1〜Qnの全て(図11参照)に対して駆動制御上の最終的な移動軌跡座標P1〜Pnの値を求める。演算装置6fは、これらの移動軌跡座標P1〜Pnを、ロボット制御装置5の動作用テーチングデータとして記憶装置6eに記憶させる(ステップS16)。
【0082】
さらに本発明に係る作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置は、ロボット動作点位置ずれ補正手段を有している。このロボット動作点位置ずれ補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定手段と、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算手段と、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正手段とを含む構成になっている。なお、前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定することが望ましいものである。
【0083】
前記動作点補正手段は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正するように構成されている。なお、前記補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されるものである。
【0084】
次にロボット動作点位置ずれ補正処理について具体的に説明する。図14のステップS18において、図15に実線で示すワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点Xを設定する。動作点Xとしては、ワークモデルの3次元形状を構成する直線や曲線の端点,中心点等を用いる。その理由は、これらの座標値であれば、ワークモデルの3次元座標データから自動的に求めることができるからである。
【0085】
次に図14のステップS19において、図15及び図16に示すように補正対象となる産業用ロボットの動作点Xを囲む、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点4点(a1,b1,b2,a2)を求める。これらの計測点は、ワークモデルの3次元座標データ上に4点求めたが、これに限定されるものではなく、後述の面を決められる少なくとも3点を求めればよいものである。
【0086】
次に図14のステップS20において、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点(a1,b1,b2,a2)に対応する、作業対象ワークの3次元座標データ(産業用ロボットの動作制御用ティーチングデータ)上での点(a1´,b1´,b2´,a2´)を求める。
【0087】
次に図14のステップS21において、図15の実線で示すワークモデルの3次元座標データ上の計測点(a1,b1,b2,a2)から決まる面上の産業用ロボットの動作点Xを通る補正線Lを求める。なお、前記補正線Lは、ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されるものであり、実施形態では面に対して90度の角度をもつ垂線として設定しているが、これに限定されるものではない。
【0088】
次に図14のステップS22において、補正線Lが前記作業対象ワークの3次元座標データ、特に計測点(a1´,b1´,b2´,a2´)で形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点X´として補正する。
【0089】
図14の処理フローに基づいて、図4のステップS17におけるロボットの動作軌跡の計算による産業用ロボットの駆動制御データに対してロボット動作点位置ずれ補正の処理が終了すると、制御装置6からロボット制御装置5にロボットの駆動制御指令が出力され、図4のステップS17において産業用ロボット105が作業対象ワーク(ウインドウガラス101)上の塗布箇所に塗布ガン104aを移動させ、塗布ガン104aからシーラーを塗布してシーラーの塗布動作が実行される。
【0090】
そして、演算装置6fは、1枚のウインドガラス101に対するシーラーの塗布に必要とされる全ての処理を終了し、制御装置6からロボット制御装置5に次のデータが入力されるのを待つ初期の待機状態に復帰する。
【0091】
その後、ベルトコンベア107に送りが掛けられ、次の作業対象であるウインドガラス101をセッティングしたパレット102が定位置に達すると、定位置検出センサ108が再び立ち上がり信号を送出し、前記と同様にして制御装置6側の処理とロボット制御装置5側の処理が繰り返し実行され、次の作業対象であるウインドガラス101の形状とその時点でのウインドガラス101の位置および姿勢に最適化された移動軌跡座標P1〜Pnに沿ったシーラーの塗布作業が前記と同様の処理手順で繰り返し実行されることになる。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ワークモデルの3次元座標データを読込み、その読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定し、その設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録するため、産業用ロボットを作業対象ワークの形状に倣って移動させる作業を必要とせず、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータの取得をオフラインで行うことができる。
【0093】
さらに本発明は、任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得し、その取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求め、その剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの3次元座標データに変換する、或いは剛体変換行列の逆行列を求め、その逆行列により実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換し、その変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した作業対象ワークの3次元座標データとを登録するため、シーラー塗布ラインの任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置し、その設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させてティーチングデータを取得するため、実際のシーラー塗布ラインにおいてオンラインでティーチングデータを取得することができる。
【0094】
さらに本発明は、ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための計測点を設定し、補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の前記計測点を求め、前記ワークモデルの3次元座標データ上の前記計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での点を演算し、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定するため、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【0095】
さらに、本発明は、オフラインでの産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータをシーラー塗布装置の利用により取得することを可能とするために、シーラー塗布装置に、産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を備えているため、オンラインやオフラインのいずれの場合にも、シーラー塗布装置に備えられたティーチングデータ作成手段を使って、ティーチングデータの取得作業を行うことができる。
【0096】
さらに、シーラー塗布装置において、産業用ロボットの動作軌跡用ティーチングデータに対して、作業対象ワーク毎の形状のバラツキ(微小変形)を補正することができ、作業対象ワーク毎に形状のバラツキがあっても、その形状のバラツキを補正して確実に塗布動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した一実施形態のシーラー塗布装置の主要な構成要素について示した機能ブロック図である。
【図2】コンピュータシステムの一部を構成する制御装置の構成の概略について示した機能ブロック図である。
【図3】本発明においてステレオカメラを用いて作業対象ワークを認識する動作を示すフローチャートである。
【図4】本発明におけるシーラー塗布装置の全体動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明において、オフラインでの産業用ロボットのテーチングデータを作成する工程を示すフローチャートである。
【図6】本発明において、オンラインでの産業用ロボットのテーチングデータを作成する工程を示すフローチャートである。
【図7】ステレオカメラを構成する各カメラユニットで撮影された視点の異なる3つの画像の一例を示した概念図である。
【図8】記憶装置内のフレームメモリ機能におけるデータ配列の一例を示した概念図である。
【図9】作業用治具で保持されているウインドガラスを示す3次元形状データの一例を示した概念図である。
【図10】ワークモデルの3次元形状データを示す図である。
【図11】ワークモデルの3次元形状データ上に塗布軌跡を設定した例を示す図である。
【図12】設計上の3次元形状データを作業対象の3次元形状データに写像するための剛体変換行列の作用について示した概念図である。
【図13】設計上の3次元形状データを作業対象の3次元形状データに写像するための剛体変換行列について示した図である。
【図14】本発明における動作点の位置ずれを補正する方法を示すフローチャートである。
【図15】本発明において、補正後動作点の計算例を示す図である。
【図16】本発明における位置ずれ補正用計測点の設定例を示す図である。
【図17】従来型のシーラー塗布装置を利用したシーラーの塗布作業について示した概念図である。
【符号の説明】
1 シーラー塗布装置
3 作業用治具
4a,4b,4c カメラユニット
4 ステオカメラ
5 ロボット制御装置
6 制御装置
101 ウインドウガラス
l05 産業用ロボット
X ロボット動作位置ずれ補正用動作点
X´ 補正後の動作点
L 補正線
Claims (14)
- 作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込工程と、
前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上で産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定工程と、
前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する登録工程とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置する設置工程と、
前記設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算工程と、
前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換工程と、
前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する登録工程とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 作業対象ワークの周縁部にシーラーを塗布するための産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
任意の位置及び姿勢で作業対象ワークを作業用治具に設置する設置工程と、
前記設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求める逆行列演算工程と、
前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換工程と、
前記変換した作業対象ワークの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する登録工程とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 請求項1,2又は3のいずれかl項に記載のシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
さらに、ロボット動作点位置ずれ補正工程を有し、
当該ロボット動作点位置ずれ補正工程は、
前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定工程と、
前記補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算工程と、
前記ワークモデルの3次元座標データ上の前記計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算工程と、
前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正工程とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 請求項4に記載のシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定することを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 請求項4に記載のシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
前記動作点補正工程は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正することを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 請求項6に記載のシーラー塗布装置のロボットティーチング方法において、
前記補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されることを特徴とするシーラー塗布装置のロボットティーチング方法。 - 作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置において、
前記産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を付加しており、
当該ティーチングデータ作成手段は、
ワークモデルの3次元座標データを読み込む読込手段と、
前記読込んだワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを設定する設定手段と、
前記設定された3次元座標データを前記動作軌跡用ティーチングデータとして登録する記憶手段とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置。 - 作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置において、
前記産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を付加しており、
当該ティーチングデータ作成手段は、
任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置される作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列を求める行列演算手段と、
前記剛体変換行列によりワークモデルの3次元座標データを、前記実測した作業対象ワークの位置,姿勢のデータに変換するデータ変換手段と、
前記変換したワークモデルの3次元座標データと前記実測した3次元座標データとを登録する記憶手段とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置。 - 作業対象ワークの周縁部にシーラーを産業用ロボットにより塗布するためのシーラー塗布装置において、
前記産業用ロボットを動作制御するのに必要な動作軌跡用ティーチングデータを得るためのティーチングデータ作成手段を付加しており、
当該ティーチングデータ作成手段は、
任意の位置及び姿勢で作業用治具に設置された作業対象ワーク上のシーラー塗布箇所に産業用ロボットを移動させて、当該作業対象ワーク上での産業用ロボットの動作点の位置を示す3次元座標データを実測して取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段で取得された作業対象ワークの3次元座標データに基づいて作業対象ワークの位置,姿勢を認識してワークモデルからの剛体変換行列の逆行列を求める逆行列演算手段と、
前記剛体変換行列の逆行列により前記実測した作業対象ワークの3次元座標データを、ワークモデルの3次元座標データ上のデータに変換するデータ変換手段と、
前記変換した作業対象ワークの3次元座標データとワークモデルの3次元座標データとを登録する記憶手段とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置。 - 請求項8,9又は10のいずれか1項に記載のシーラー塗布装置において、
さらに、ロボット動作点位置ずれ補正手段を有し、
当該ロボット動作点位置ずれ補正手段は、
前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を設定する動作点設定手段と、
補正対象となる産業用ロボットの動作点を囲む、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点を求める第1の計測点演算手段と、
前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点に対応する、前記作業対象ワークの3次元座標データ上での計測点を演算する第2の計測点演算手段と、
前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点に対応して、前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面上に補正後の産業用ロボットの動作点を設定する動作点補正手段とを含むことを特徴とするシーラー塗布装置。 - 請求項11に記載のシーラー塗布装置において、
前記ワークモデルの3次元座標データ上に、産業用ロボットの動作点を補正するための動作点を少なくとも3点以上設定したものであることを特徴とするシーラー塗布装置。 - 請求項11に記載のシーラー塗布装置において、
前記動作点補正手段は、
前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面上の産業用ロボットの動作点を通る補正線を求め、前記補正線が前記作業対象ワークの3次元座標データで形成される面と交叉する点を補正後の産業用ロボットの動作点として補正するものであることを特徴とするシーラー塗布装置。 - 請求項13に記載のシーラー塗布装置において、
前記補正線は、前記ワークモデルの3次元座標データ上の計測点から決まる面に対して、産業用ロボットの動作点を補正する方向への角度をもつ姿勢に設定されるものであることを特徴とするシーラー塗布装置。
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