JP5977314B2 - ロボットの干渉エリア設定方法及び干渉エリア設定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対して作業を行うロボットの作業エリアに、前記ロボットが迂回する干渉エリアを設定するロボットの干渉エリア設定方法及び干渉エリア設定装置に関する。

車両等の製造工程では、ロボットのアーム先端に取り付けられた溶接ガンをティーチングされた経路に沿って移動させてワークを溶接する作業が行われている。新種のワーク（新規ワークという）を溶接する際には、ティーチングや、新規ワークを支持する治具の位置の決定、治具の設計等、種々の作業が必要である。これらの作業は工数を要するため、工数削減が望まれている。

溶接前の準備作業の工数短縮を図る技術の一つが、例えば特許文献１で開示されている。特許文献１には、新規ワークに対する溶接の準備作業として、既存のワーク（既存ワークという）に対するティーチング情報を一部修正して流用することによって、ティーチング作業を自動化すると共に工数短縮する技術が開示されている。また、特許文献１には、ティーチング情報に基づいて溶接ガンの動作シミュレーションを行い、溶接ガンの経路に障害物が存在する場合には、その障害物の迂回路を設定する技術が開示されている。

特開２００７−１４４５３８号公報（段落［００５５］）

現在、特許文献１にあるように、障害物の迂回路を設定する作業を自動化することは考慮されている。ところで、動作シミュレーションに障害物の情報を反映させるためには、障害物が占有するエリアの情報を把握し設定する必要がある。しかし、特許文献１ではそうした設定作業について考慮されていない。

ワークを溶接する際に、溶接ガンは、ワークを支持する治具との接触を避ける必要がある。このため、特許文献１の技術を実行する場合には、正規の治具の設計情報に基づいて、治具の占有エリアを求め、求めた占有エリアを干渉エリアとして設定したうえで、ティーチングを行う必要がある。つまり、正規の治具を設計した後に干渉エリアの設定作業を行い、その後にティーチング作業を行うことになるため、溶接作業の全体的な工数が延びる要因となる。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、干渉エリアの設定作業を治具の設計値を用いることなく実施し、溶接作業の全体的な工数を短縮することが可能なロボットの干渉エリア設定方法及び干渉エリア設定装置を提供することを目的とする。

本発明は、ワークに対して作業を行うロボットが迂回する干渉エリアを設定するロボットの干渉エリア設定方法において、前記ワークに対する治具の設定位置及び姿勢を把握する設定条件把握工程と、前記設定条件把握工程で把握した前記設定位置及び前記姿勢に適合する前記治具の形状を推測する治具推測工程と、前記治具推測工程で推測した前記治具の形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの前記類似治具を選択する治具選択工程と、前記治具選択工程で選択した前記類似治具を含み且つ該類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する治具エリア設定工程と、前記ワークに対して、前記治具エリア設定工程で設定した前記治具エリアを、前記設定条件把握工程で把握した前記設定位置及び前記姿勢に基づいて配置して、前記ロボットが迂回すべき前記干渉エリアとする干渉エリア設定工程とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、ワークに対して作業を行うロボットが迂回する干渉エリアを設定するロボットの干渉エリア設定装置において、前記ワークに対する治具の設定位置及び姿勢を把握する設定条件把握部と、前記設定条件把握部で把握した前記設定位置及び前記姿勢に適合する前記治具の形状を推測する治具推測部と、前記治具推測部で推測した前記治具の形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの前記類似治具を選択する治具選択部と、前記治具選択部で選択した前記類似治具を含み且つ該類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する治具エリア設定部と、前記ワークに対して、前記治具エリア設定部で設定した前記治具エリアを、前記設定条件把握部で把握した前記設定位置及び前記姿勢に基づいて配置して、前記ロボットが迂回すべき前記干渉エリアとする干渉エリア設定部とを備えたことを特徴とする。

本発明では、治具の設定位置（クランプ位置）及び治具の姿勢から治具の形状を予測し、予測した治具に類似する類似治具のユニットの中から最大の類似治具を選択する。そして、選択した類似治具に対して、その類似治具を含み且つその周りを囲む治具エリアを設定し、その治具エリアを治具の設定位置（クランプ位置）に配置して干渉エリアとする。本発明によれば、ロボットが迂回すべき治具の干渉エリアを、正規の治具の設計情報に頼ることなく設定する。このため、正規の治具の設計作業が終了していなくても、干渉エリアの設定作業及びティーチング作業を行うことが可能になる。結果として、溶接作業の全体的な工数が短縮される。

本発明によれば、ロボットが迂回する治具の干渉エリアを、正規の治具の設計情報に頼ることなく設定する。このため、正規の治具の設計作業が終了していなくても、干渉エリアの設定作業及びティーチング作業を行うことが可能になる。結果として、溶接作業の全体的な工数が短縮される。

図１は干渉エリアを説明するための模式図である。 図２は本実施形態に係るロボットの干渉エリア設定装置のブロック構成図である。 図３は本実施形態に係るロボットの干渉エリア設定装置の動作説明に供されるフローチャートである。 図４Ａ、図４Ｂは類似治具に治具エリアが設定された干渉エリアを示す構成図である。 図５は治具汎用部と治具エリアを示す構成図である。

本発明に係るロボットの干渉エリア設定方法及び干渉エリア設定装置の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、以下の説明では、溶接するワークとして、車体のアッシーを想定している。

図１は干渉エリア９４を説明するための模式図である。６軸ロボット９０は、ティーチングで設定された経路に沿ってワーク９２を溶接する。ワーク９２は、複数の治具９６で支持されて、ロボット９０の作業エリア９８に設置される。各治具９６の回りには干渉エリア９４が設定されており、この干渉エリア９４を避けるようにティーチングが行われる。本実施形態は、この干渉エリア９４を設定するものである。

［装置構成］
図２は本実施形態に係るロボットの干渉エリア設定装置１０のブロック構成図である。ロボットの干渉エリア設定装置１０（以下、単に「干渉エリア設定装置１０」という。）は、ワークの設計情報Ｄｉを情報処理部２０に対して出力する設計情報記憶部１２と、類似する治具の治具情報Ｊｉをユニット化して記憶するテンプレート１４と、情報処理部２０で処理された新規ワークの設計情報Ｄｉを記憶する記憶部１６と、各種の情報処理を行う情報処理部２０と、ユーザインタフェース４０と、を備える。なお、設計情報記憶部１２と記憶部１６をまとめることも可能である。

設計情報記憶部１２は、ワークの設計情報Ｄｉを記憶しており、記憶したワークの設計情報Ｄｉを情報処理部２０に対して出力する。ここで記憶されるワークの設計情報Ｄｉには、ワークの識別情報［車体の系統（軽、セダン、ミニバン等）やアッシーの種別等の情報］Ｉｉとワークの形状情報Ｓｉとクランプ位置を示す位置情報Ｐｉが含まれる。

テンプレート１４は、例えばデータベースにて構成されており、治具の形状情報を含む治具情報Ｊｉを記憶する。テンプレート１４は、互いに形状が類似する複数の治具の各治具情報Ｊｉをユニットとして分類して記憶する。以下、テンプレート１４に治具情報Ｊｉが記憶される個々の治具を類似治具という。類似治具の各治具情報Ｊｉはユニット番号に紐付けされて記憶されている。

記憶部１６は、情報処理部２０で処理されたワークの設計情報Ｄｉを記憶する。ここで記憶される新規ワークの設計情報Ｄｉには、ワークの識別情報Ｉｉとワークの形状情報Ｓｉとクランプ位置を示す位置情報Ｐｉとクランプ位置における干渉エリアを示す干渉エリア情報Ａｉが含まれる。

情報処理部２０は、コンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、タイマ等を有する。情報処理部２０は、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部、具体的には、図２に示されるように、設定条件把握部２２と治具推測部２４と治具選択部２６と治具エリア設定部２８と干渉エリア設定部３０と設計情報入出力部３２として機能する。

設定条件把握部２２は、ワークに対する治具の設定位置及び姿勢を把握する。治具推測部２４は、設定条件把握部２２で把握した設定位置及び姿勢に適合する治具の形状を推測する。治具選択部２６は、治具推測部２４で推測した治具の形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの類似治具を選択する。治具エリア設定部２８は、治具選択部２６で選択した類似治具を含み且つその類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する。干渉エリア設定部３０は、ワーク９２（図１参照）に対して、治具エリア設定部２８で設定した治具エリアを、設定条件把握部２２で把握した治具の設定位置及び姿勢に基づいて配置して、ロボット９０（図１参照）が迂回する干渉エリア９４（図１参照）とする。

設計情報入出力部３２は、設計情報記憶部１２からワークの設計情報Ｄｉを入力して情報処理部２０で処理可能にし、また、情報処理部２０で処理されたワークの設計情報Ｄｉを記憶部１６に対して出力する。

ユーザインタフェース４０は、例えばパーソナルコンピュータにて構成される。ユーザインタフェース４０は、マウスやキーボード等の入力装置４２と、ディスプレイやスピーカやプリンタ等の出力装置４４を備える。ユーザインタフェース４０は、入力装置４２に対して行われる入力操作に応じた入力情報を情報処理部２０に対して出力し、また、情報処理部２０から出力された各種情報を出力装置４４によりオペレータに提供する。

［動作］
図３は本実施形態に係る治具情報設定装置の動作説明に供されるフローチャートである。なお、下記処理は３次元の仮想空間にて行われ、ユーザインタフェース４０の出力装置４４にて処理の過程が表示される。

ステップＳ１にて、オペレータがユーザインタフェース４０の入力装置４２により処理開始の操作をすると、設計情報入出力部３２は設計情報記憶部１２から新規ワークの設計情報Ｄｉを入力する。

ステップＳ２にて、ワークの設計情報Ｄｉに設定される複数のクランプ位置の中からいずれかが選択されると、情報処理部２０は、下記ステップＳ３〜ステップＳ８の処理を選択されたクランプ位置に対して行う。なお、クランプ位置の選択は、プログラムの動作によって行われてもよく、入力装置４２を介する選択操作によって行われてもよい。

ステップＳ３にて、設定条件把握部２２は、ワークの設計情報Ｄｉに含まれる位置情報Ｐｉからワークに対する治具の設定位置、すなわちクランプ位置を把握する。また、クランプ位置における治具の姿勢を把握する。治具の姿勢は、例えばクランプ位置におけるワークの断面形状や断面の向き等から把握される。

ステップＳ４にて、治具推測部２４は、ステップＳ３で把握した治具の設定位置及び治具の姿勢に適合する治具の形状を推測する。治具の形状は、クランプ位置及びその治具の姿勢により大まかに決めることができる。ここで治具推測部２４は、設定条件把握部２２で把握したクランプ位置及び治具の姿勢に応じた最適な治具の形状（種類）を推測する。この推測の際には、例えば過去のクランプ位置及び治具の姿勢と、治具の形状（種類）との対応関係等が参照される。

ステップＳ５にて、治具選択部２６は、ステップＳ４で推測した治具の一部又は全ての形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの類似治具を選択する。治具選択部２６は、治具推測部２４により推測された治具の形状から、その治具と類似する類似治具群のユニット番号を特定する。そして、そのユニット番号に対応する類似治具群をテンプレート１４から検索する。さらに、検索したユニットに含まれる１以上の類似治具の中から最大サイズの類似治具を選択する。

ステップＳ６にて、治具エリア設定部２８は、ステップＳ５で選択した類似治具を含み且つその類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する。以下で、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を用いて、治具エリア５２又は治具エリア５４、５６、５８の設定方法を説明する。

例えば、図４Ａに示されるように、ステップＳ５で最大サイズの類似治具５０を選択したとする。治具エリア設定部２８は、類似治具５０の周りに、その類似治具５０を含む治具エリア５２を設定する。治具エリア５２は、類似治具５０の全ての部位を含む直方体として設定される。治具エリア５２は、一つの直方体からなる単純な形状であるため、設定が容易である。治具エリア５２は直方体以外の多面体や円柱等の他の立体であってもよい。

また、治具エリア設定部２８は、図４Ｂに示されるような治具エリア５４、５６、５８を設定することも可能である。治具エリア設定部２８は、類似治具５０を複数のパーツ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに分け、パーツ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ毎に治具エリア５４、５６、５８を設定する。治具エリア５４は、類似治具５０のパーツ５０ａの全ての部位を含む直方体として設定される。同様に、治具エリア５６、５８は、類似治具５０のパーツ５０ｂ、５０ｃの全ての部位を含む直方体として設定される。治具エリア５４、５６、５８は、図４Ａに示される治具エリア５２と比較してサイズが小さいため、無駄な干渉エリアの設定を抑制できる。結果として、治具９６（図１参照）周辺において、ロボット９０の動作可能エリアが広くなる。治具エリア５４、５６、５８は直方体以外の多面体や円柱等の他の立体であってもよい。以下、本実施形態では図４Ｂに示される治具エリア５４、５６、５８を設定するものとして説明を進める。

図５に示すように、治具エリア設定部２８は、治具汎用部８０に治具エリア５４、５６、５８を設定し、類似治具５０に関する治具エリア５４、５６、５８の設定処理を終了する。

ステップＳ７にて、ステップＳ２で選択されたクランプ位置に対して、全ての治具エリアの設定処理が完了したか判別される。図５に示す治具汎用部８０に全ての治具エリアが設定されていない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ５に戻ってステップＳ５〜ステップＳ６の処理が繰り返される。例えば、図５に示す治具汎用部８０に、類似治具６０に関する治具エリア６２、６４及び類似治具７０に関する治具エリア７２、７４が設定されていなければ、これらの設定処理が行われる。一方、図５に示す治具汎用部８０に全ての治具エリアが設定されている場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８にて、干渉エリア設定部３０は、ワーク９２（図１参照）に対して、ステップＳ６で設定した治具エリア５４、５６、５８、治具エリア６２、６４、治具エリア７２、７４及び治具汎用部８０を、ステップＳ３で把握した治具の設定位置及び姿勢に基づいて配置して、ロボットが迂回する干渉エリア９４（図１参照）とする。すなわち、干渉エリア設定部３０は、治具エリア５４、５６、５８、治具エリア６２、６４、治具エリア７２、７４及び治具汎用部８０のエリア情報（例えば位置情報）を干渉エリア情報Ａｉとして、ワークの設計情報Ｄｉに設定する。干渉エリア情報Ａｉは、クランプ位置を示す位置情報Ｐｉと関連付けられる。

ステップＳ９にて、設計情報入出力部３２は、位置情報Ｐｉに干渉エリア情報Ａｉが紐付されたワークの設計情報Ｄｉを記憶部１６に対して出力する。

［本実施形態のまとめ］
本実施形態では、治具の設定位置（クランプ位置）及び治具の姿勢から治具の形状を予測し、予測した治具に類似する類似治具のユニットの中から最大の類似治具を選択する。そして、選択した類似治具に対して、その類似治具を含み且つその周りを囲む治具エリアを設定し、その治具エリアを治具の設定位置（クランプ位置）に配置して干渉エリアとする。本発明によれば、ロボットが迂回する治具の干渉エリアを、正規の治具の設計情報に頼ることなく設定する。このため、正規の治具の設計作業が終了していなくても、干渉エリアの設定作業及びティーチング作業を行うことが可能になる。結果として、溶接作業の全体的な工数が短縮される。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、ワークは車体に限らない。本実施形態は、ワークを支持する治具であればどのような治具に対しても適用可能である。

例えば、テンプレート１４で分類される各ユニットに、そのユニットに属する最大の類似治具の治具エリアの情報が予め記憶されていてもよい。

１０…干渉エリア設定装置 １２…設計情報記憶部
１４…テンプレート １６…記憶部
２０…情報処理部 ２２…設定条件把握部
２４…治具推測部 ２６…治具選択部
２８…治具エリア設定部 ３０…干渉エリア設定部
３２…設計情報入出力部 ４０…ユーザインタフェース
４２…入力装置 ４４…出力装置
５０、６０、７０…類似治具
５２、５４、５６、６２、６４、７２、７４…治具エリア
９０…ロボット ９２…ワーク
９４…干渉エリア ９６…治具

Claims (2)

1. ワークに対して作業を行うロボットが迂回する干渉エリアを設定するロボットの干渉エリア設定方法において、
   前記ワークに対する治具の設定位置及び姿勢を把握する設定条件把握工程と、
   前記設定条件把握工程で把握した前記設定位置及び前記姿勢に適合する前記治具の形状を推測する治具推測工程と、
   前記治具推測工程で推測した前記治具の形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの前記類似治具を選択する治具選択工程と、
   前記治具選択工程で選択した前記類似治具を含み且つ該類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する治具エリア設定工程と、
   前記ワークに対して、前記治具エリア設定工程で設定した前記治具エリアを、前記設定条件把握工程で把握した前記設定位置及び前記姿勢に基づいて配置して、前記ロボットが迂回すべき前記干渉エリアとする干渉エリア設定工程とを備えたことを特徴とするロボットの干渉エリア設定方法。
2. ワークに対して作業を行うロボットが迂回する干渉エリアを設定するロボットの干渉エリア設定装置において、
   前記ワークに対する治具の設定位置及び姿勢を把握する設定条件把握部と、
   前記設定条件把握部で把握した前記設定位置及び前記姿勢に適合する前記治具の形状を推測する治具推測部と、
   前記治具推測部で推測した前記治具の形状と類似する形状を呈する類似治具のユニットの中から最大サイズの前記類似治具を選択する治具選択部と、
   前記治具選択部で選択した前記類似治具を含み且つ該類似治具の周りを囲む治具エリアを設定する治具エリア設定部と、
   前記ワークに対して、前記治具エリア設定部で設定した前記治具エリアを、前記設定条件把握部で把握した前記設定位置及び前記姿勢に基づいて配置して、前記ロボットが迂回すべき前記干渉エリアとする干渉エリア設定部とを備えたことを特徴とするロボットの干渉エリア設定装置。

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