JPH11104980A - ロボット作業経路生成倣い方法及びシステム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】代表物体に対して小さくない個体差をもつ物体
を作業対象とした場合でもその個体差を吸収し、センサ
データの誤差を抑制し、多様に変化する作業対象物体上
の経路の全区間に亙って作業し易い経路情報を生成し倣
うロボット作業経路生成倣い方法及びシステム装置の提
供。 【解決手段】個体差情報を含む教示情報を蓄積出力する
経路情報教示蓄積部２と、検出情報を出力する形状計測
部３と、各作業区間の重み付け情報を決定出力する重み
つき対応付け決定部５と、当該重み付け情報を加味した
作業経路履歴情報を蓄積出力する作業済区間情報蓄積部
６と、抽出した前記個体差情報と前記教示情報と前記検
出情報と前記履歴情報とを取り込んで、割り出した予測
情報をもとに現在作業区間の作業経路γ情報を逐次生成
出力する経路生成部４と、当該生成されて来る作業経路
γ情報を逐次追従制御する経路倣い部７とを備える特
徴。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接やバリ除去な
ど、先端に作業ツールを具備したロボットによって作業
経路を追従制御するのに供され、特に、センサによって
与えられる作業経路に関する情報に基づいて作業ツール
が追従すべき経路を生成するロボット作業経路生成倣い
方法及びその実施に直接使用するシステム装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットによる経路追従システム装置で
は高精度化を達成しようとする場合、 ｉ）事前に作業経路に関する情報を得ていること。 ii）生成される作業経路の情報は正確であること。 iii ）生成される作業経路は連続で滑らかであること。 が望まれる。

【０００３】これに対する従来技術として、三次元形状
を直接計測することのできるレーザレンジファインダ等
を用い、先読みされたセンサデータとその信頼度をもと
に関数で表現された経路を生成する手法（特願平４−１
２４９９５号）が提案されている。しかし、レーザレン
ジファインダが出力するデータはノイズが重畳されてい
る場合が多いにもかかわらず、この方式ではノイズによ
るずれやデータ欠落の影響を大きく受けてしまう。この
点に対して、代表物体について予め経路と周囲形状の教
示を行ない、各々の物体について作業をする際にノイズ
やセンサデータの欠落に対して寛容な手法（特願平６−
５９１２２号）が発明されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来方法は各々の
作業対象物体と代表物体の間の位置・姿勢を比較する
際、双方の個体差は微小なものと仮定しているため、現
実に個体差のある対象物体に対して用いるのは難点があ
った。

【０００５】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は、次の通りである。即ち、本発明の第１の目的
は、これらの欠点を解決するためになされたものであ
り、代表物体に対して小さくない個体差をもつ物体を対
象とした場合でもその個体差を吸収し得るロボット作業
経路生成倣い方法及びシステム装置を提供せんとするも
のである。

【０００６】本発明の第２の目的は、センサデータの誤
差を抑制し、多様に変化する作業対象物体上の経路の全
区間にわたって作業しやすい経路情報を発生するロボッ
ト作業経路生成倣い方法及びシステム装置を提供せんと
するものである。

【０００７】本発明の第３の目的は、教示情報と検出情
報の対応付け重ね合せ処理に際し、生成倣い実行済み履
歴情報と教示入力した個体差情報から先取りした予測情
報を加味して前記個体差と前記検出情報誤差等の影響を
同時除去しつつ、各作業対象物体上の作業経路を生成す
るロボット作業経路生成倣い方法及びシステム装置を提
供せんとするものである。

【０００８】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に、特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明か
となろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の経路生成倣いシ
ステム装置は、前記課題の解決に当り、個体差情報を含
む教示情報を蓄積出力する経路情報教示蓄積手段と、検
出情報を出力する形状計測手段と、各作業区間の重み付
け情報を決定出力する重み付き対応決定手段と、当該重
み付け情報を加味した作業経路履歴情報を蓄積出力する
作業済区間情報蓄積手段と、抽出した前記個体差情報と
前記教示情報と前記検出情報と前記履歴情報とを取り込
んで、割り出した予測情報をもとに現在作業区間の作業
経路情報を逐次生成出力する経路生成手段と、当該生成
されて来る作業経路情報に逐次追従制御する経路倣い手
段とを備える。

【００１０】そして、本発明の経路生成倣い方法は、作
業対象物体のうち代表物体に対して作業すべき経路を適
当な区間に分割し、各々の区間に対して作業経路や作業
経路付近の対象物体の形状に関する教示情報として予め
教示する。ここで、個体差を吸収することを目的として
曲率の大きい部分など経路とその周囲に形状特徴が現れ
やすい区間は細かく分割し、これら区間内のみに限定し
た場合は代表物体と作業対象物体の個体差はわずかとな
るようにし、個々の区間内の周囲を含む形状が作業経路
に対してどのような個体差を生じる可能性があるかにつ
いても個体差情報として教示する。

【００１１】個々の物体に対する作業の際には、センサ
から出力される経路データと経路付近の対象物体の形状
に関する検出情報のみならず、すでに作業の終了した部
分でのこれらの履歴情報をも利用して前記個体差情報の
範囲を予測情報として予め予測し、予め教示された作業
経路の形状や経路付近の物体の形状に関する教示情報と
を利用しつつ、個体差情報によるずれの範囲内で前記検
出情報と前記教示情報双方の作業経路と経路周辺の形状
の対応づけ最小二乗法などによって探索し、決定してゆ
く。

【００１２】この際、各々の区間における形状が対応づ
けのパラメータに与える影響を適宜利用するところに特
徴をもつ。この影響も教示などの手段によって与えるこ
とができる。かくして対応が決定された後、これから作
業しようとする作業経路を逐次決定し、作業対象となっ
ている物体について適応的に正確な作業経路発生するも
のである。

【００１３】ここで、更に具体的詳細に述べれば、本発
明が、当該課題解決のために、次に列挙する上位概念か
ら下位概念に亙る新規な特徴的構成手法及び手段を採用
することにより、前記目的を達成する。

【００１４】即ち、本発明方法の第１の特徴は、作業対
象物体群のうちの代表物体上における作業経路と当該作
業経路付近の代表物体の形状に関して予め収得用意して
置いたかつ個体差情報も含む教示情報と、センサデータ
による前記各作業対象物体上における作業経路と当該作
業経路付近の各作業対象物体の形状に関する検出情報と
の対応付け処理により作業経路を逐次決定生成しながら
倣い制御を実行するに当り、当該生成倣い実行済みの作
業履歴経路及び当該作業履歴経路付近の形状情報に基づ
く位置・姿勢の履歴情報と、前記教示情報より抽出した
前記個体差情報と、により割り出したこれから作業しよ
うとする作業経路の位置情報と周囲形状の位置・姿勢の
予測情報を加味して、前記個体差と前記センサデータ誤
差等の影響を同時除去しつつ、前記各作業対象物体上の
作業経路を算出してなるロボット作業経路生成倣い方法
の構成採用にある。

【００１５】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における代表物体上における作業経路
が、全体を複数の区間に分割してなるロボット作業経路
生成倣い方法の構成採用にある。

【００１６】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第２の特徴における複数の区間分割が、個体差を可
及的に吸収自在に分割してなるロボット作業経路生成倣
い方法の構成採用にある。

【００１７】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第２又は第３の特徴における複数の区間分割が、作
業経路とその周囲に形状特徴が現れやすい区間は細かく
分割してなるロボット作業経路生成倣い方法の構成採用
にある。

【００１８】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第４の特徴における区分する形状特徴が、直線区間
と曲線区間、曲率が大きく変化する点、作業経路上の折
れ点、周囲形状の定性的性質が変化する点に代表されて
なるロボット作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００１９】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第２、第３、第４又は第５の特徴における代表物体
上における作業経路が、代表物体上に適当に設定した座
標系上で各々の区間に対し多項式近似された曲線パラメ
ータ等によって表現されてなるロボット作業経路生成倣
い方法の構成採用にある。

【００２０】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける作業経路付近の代表物体形状の教示情報が、当該作
業経路を分割した各々の区間毎にその周囲の形状の定性
的情報や定量的情報を含んでなるロボット作業経路生成
倣い方法の構成採用にある。

【００２１】本発明方法の第８の特徴は、前記本発明方
法の第７の特徴における定性的情報が、平面や曲線や作
業経路に沿った面取りに代表されてなるロボット作業経
路生成倣い方法の構成採用にある。

【００２２】本発明方法の第９の特徴は、前記本発明方
法の第７又は第８の特徴における定量的情報が、平面の
パラメータや各区間の数値的表現に代表されてなるロボ
ット作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００２３】本発明方法の第１０の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８又は第９の特徴における教示情報が、代表物体のＣＡ
Ｄモデル等で表現される形状上の作業経路を適当な区間
に分割し、作業経路位置形状情報と周辺形状に関する情
報であるロボット作業経路生成倣い方法の構成採用にあ
る。

【００２４】本発明方法の第１１の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９又は第１０の特徴における教示情報が、分割し
た各区間毎の作業経路に対する個体差の方向や範囲を含
んでなるロボット作業経路生成倣い方法の構成採用にあ
る。

【００２５】本発明方法の第１２の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０又は第１１の特徴における教示情報と
検出情報との対応付け処理が、当該教示情報と当該検出
情報をもとに代表物体と作業対象物体間の位置・姿勢変
換パラメータを求め、当該代表物体の作業経路情報を当
該作業対象物体に当て嵌めてなるロボット作業経路生成
倣い方法の構成採用にある。

【００２６】本発明方法の第１３の特徴は、前記本発明
方法の第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第
９、第１０、第１１又は第１２の特徴における予測情報
が、教示情報の位置・姿勢を検出情報の位置・姿勢に写
像する変換処理に際し、作業実行済みの区間の作業履歴
経路と、当該作業履歴経路付近の形状の位置・姿勢の履
歴情報と個体差情報と、により割り出したこれから作業
しようとする作業経路と当該作業経路付近の形状の位置
・姿勢の予知情報であるロボット作業経路生成倣い方法
の構成採用にある。

【００２７】本発明方法の第１４の特徴は、前記本発明
方法の第１３の特徴における写像する変換処理が、作業
が終了した履歴部分の内の適当な範囲と先読み区間につ
いての、それぞれ作業経路及び当該作業経路周辺形状の
履歴情報と予測情報が教示情報に最も一致するように順
次変換を求めてなるロボット作業経路生成倣い方法の構
成採用にある。

【００２８】本発明方法の第１５の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３又は第１４
の特徴における履歴情報と予測情報が、写像情報である
ロボット作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００２９】本発明方法の第１６の特徴は、前記本発明
方法の第１５の特徴における履歴情報が、作業対象物体
の個体差や、検出情報と教示情報の相互関係により各区
間での作業対象物体の位置・姿勢決定へ及ぼす異なる影
響を配慮して各々の区間毎に重み付け処理が施されてい
るロボット作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００３０】本発明方法の第１７の特徴は、前記本発明
方法の第１６の特徴における重み付け処理が、現在作業
中の区間に近いほど大きくし、検出情報のうち教示情報
に対応する部分の大きさに応じて大きくしてなるロボッ
ト作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００３１】本発明方法の第１８の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、
第１５、第１６又は第１７の特徴における履歴情報と個
体差情報をもとに教示情報と検出情報との対応付け処理
が、当該検出情報と当該教示情報とを逐次重合する際、
当該履歴情報と当該個体差情報からの個体差によるずれ
の範囲内で前記検出情報と前記教示情報双方の作業経路
と当該作業経路周辺の形状の対応付けを最小二乗法等に
よって探索決定してなるロボット作業経路生成倣い方法
の構成採用にある。

【００３２】本発明方法の第１９の特徴は、前記本発明
方法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４、
第１５、第１６、第１７又は第１８の特徴におけるセン
サデータが、レーザーレンジファインダによる作業経路
付近の三次元形状データであるロボット作業経路生成倣
い方法の構成採用にある。

【００３３】本発明方法の第２０の特徴は、前記本発明
方法の第１又は第１８の特徴における各作業対象物体上
の作業経路の算出が、個体差に起因する不一致が生じた
場合、履歴情報と、教示情報から抽出した個体差情報と
をもとに、当該区間の個体差の範囲をおおよそ定めた上
で当該個体差の範囲を探索し、当該教示情報と検出情報
の双方の形状が最も一致するような回転・並進変換を決
定して前記作業経路を決定してなるロボット作業経路生
成倣い方法の構成採用にある。

【００３４】本発明方法の第２１の特徴は、前記本発明
方法の第２０の特徴における教示情報と検出情報双方の
形状一致が、その尺度を平面近似された表面形状に基づ
いて双方の差分部分の体積比較に代表されてなるロボッ
ト作業経路生成倣い方法の構成採用にある。

【００３５】本発明方法の第２２の特徴は、前記本発明
方法の第１、第１３、第１４、第１５、第１６、第１
７、第１８、第１９又は第２０の特徴における個体差情
報が、作業経路が直線で周囲形状が平面の場合、作業経
路方向は自由度として残るが、当該作業経路周りの姿勢
は信頼性が良く、作業経路が曲率半径の大きい曲線で周
囲形状の教示が困難な場合、作業経路方向の自由度は決
定されるが、姿勢に関する情報の信頼性は良くなく、当
該区間がどのような個体差を生ずるかの可能性の場合、
曲線区間は作業経路に沿った長さ方法に生じ易く直線区
間は生じ難い、以上に代表される特性傾向を数値的に表
現してなるロボット作業経路生成倣い方法の構成採用に
ある。

【００３６】本発明装置の第１の特徴は、経路倣い手段
と、当該経路倣い手段上に取り付けられ、作業対象物体
の三次元的形状を計測する形状計測手段と、作業対象と
なる物体のうち、代表となる物体上における作業経路に
ついて、複数の区間に分割し、当該作業経路に関する情
報や当該経路付近の物体の形状、さらに当該代表物体と
個々の物体との個体差に関する情報等を教示し蓄積する
経路情報教示蓄積手段と、ロボットに対して作業経路情
報を発生する経路生成手段と、当該経路生成手段におい
て経路生成のために用いた当該代表物体と個々の物体と
の対応づけ履歴情報を蓄積する作業済区間情報蓄積手段
とを有するロボットシステムにおいて、前記経路生成手
段は、分割された各々の区間内で前記形状計測手段より
得られる経路や経路周辺の形状に関する検出情報を入力
処理し、その結果得られる代表物体と個別の前記作業対
象物体との位置・姿勢変換による写像情報等からなる対
応づけ履歴情報を前記作業済区間情報蓄積手段に転送
し、当該形状検出情報と、当該経路教示情報蓄積手段に
より提供される代表物体の作業経路形状に関する教示情
報をもとに、当該作業済区間情報蓄積手段より提供され
る対応付け履歴情報と該教示情報蓄積手段により提供さ
れる個体差情報をもとに、作業中の区間について当該代
表物体と個々の物体との対応づけを形状マッチング技術
等で決定自在に構成してなるロボット作業経路生成倣い
システム装置の構成採用にある。

【００３７】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における作業済区間情報蓄積手段が、経
路生成手段での各区間の作業対象物体の位置・姿勢情報
の算出の過程で、変換対応付けされた各区間の写像情報
を、かつ対応各区間について当該経路教示蓄積手段より
提供される位置・姿勢情報に対してその性質に基づいて
重み付けを行なう重みつき対応付け決定手段から重付け
された位置対応付け写像情報を、それぞれ入力自在に接
続してなるロボット作業経路生成倣いシステム装置の構
成採用にある。

【００３８】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における経路情報教示蓄積手段
が、ワークステーション等グラフィックス機能を持つ計
算機により構成してなるロボット作業経路生成倣いシス
テム装置の構成採用にある。

【００３９】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における形状計測手段
が、平面状のレーザ光を発射し、作業対象物体に当たる
線状の光の画像を捉えるレーザレンジファインダで構成
してなるロボット作業経路生成倣いシステム装置の構成
採用にある。

【００４０】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、２、３又は４の特徴における経路倣い手段
が、産業用ロボットによって構成してなるロボット作業
経路生成倣いシステム装置の構成採用にある。

【００４１】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第３、第４又は第５の特徴における経路情報教示蓄
積手段が、代表物体に対して形状計測手段を動作させて
得られた検出データを表示するか又は代表物体に関する
ＣＡＤデータを教示し、表示された形状に対してグラフ
ィックス画面上が種々の操作をすることにより教示を実
施自在に構成してなるロボット作業経路生成倣いシステ
ム装置の構成採用にある。

【００４２】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける経路情報教示蓄積手段が、試作物体や代表物体を対
象として適宜形状計測手段によって、作業経路付近の形
状を計測し、前記経路情報教示蓄積手段において得られ
るデータを複数の教示手段によって教示者に対して理解
し易い表現形式で表示し、前記作業経路形状、当該作業
経路周辺の物体形状やそれらに関する情報を入力するこ
とを可能にした情報入力手段を付加してなるロボット作
業経路生成倣いシステム装置の構成採用にある。

【００４３】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における形状マッチング技術が、写像変
換、座標変換、変換パラメータ算出、最小二乗法、回転
・並進変換、差分部分の体積演算に代表されてなるロボ
ット作業経路生成倣いシステム装置の構成採用にある。

【００４４】本発明装置の第９の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７又は第
８の特徴における経路生成部と作業済区間情報蓄積部
が、計算機によって一体構成してなるロボット作業経路
生成倣いシステム装置の構成採用にある。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面につい
て説明する。図１は、作業対象物体例と作業経路例の外
観斜視図、図２は代表物体上の作業系路例を示す図、図
３（ａ）（ｂ）は作業対象物体に対して検出による入力
状態説明図とその検出情報の例を示す図、図４は外界セ
ンサが出力するデータによって経路を生成する手順説明
図、図５は外界センサが出力するデータによって作業経
路を生成する手順に伴い、適宜な範囲の作業済区間のセ
ンサデータをも使用して作業経路を生成する図である。

【００４６】図１に作業対象となる物体Ａと作業経路γ
の例を示す。このような作業経路γについてセンサより
得られる経路α付近の三次元形状データから作業経路γ
を決定するためには、センサデータより得られる形状の
検出情報をもとに作業対象物体Ａと代表物体Ｂの間の位
置・姿勢の変換パラメータを求め、対象物体Ｂの経路β
の教示情報を作業対象物体Ａに当てはめればよい。

【００４７】図１に示すように作業対象となる経路γの
形状は多様に変化する場合がある。そこでまず、図２に
示すように作業対象物体Ａのうち代表物体Ｂについて、
そのＣＡＤモデル等で表現される作業経路βを適当な区
間に分割し、経路位置形状β′情報と周辺形状β″に関
する教示情報を教示し、記憶する。

【００４８】ここで、作業経路βは、例えば直線区間と
曲線区間という分割や曲率が大きく変化する点や経路β
上の折れ点、あるいは周囲形状の定性的性質が変化する
点などで分割し、それぞれの区間について多項式近似さ
れた曲線などによって表現し、記憶する。

【００４９】また、周囲形状については、各々の区間ご
とにその周囲の形状の定性的情報（平面、曲面など）や
定量的情報（平面のパラメータ等）を教示し、記憶す
る。また、当該区間が経路βに対してどのような個体差
を生じるかについても教示者が判断し、個体差情報の方
向や範囲を入力する。

【００５０】溶接やバリ除去などの作業は、作業対象物
体Ａ上の作業経路γを順に進行しながら実行され、実行
中にセンサ１より経路α位置に関するデータと経路α付
近の物体の形状に関するデータとしての検出情報が出力
される。このような用途によく用いられるセンサとして
はレーザレンジファインダがあり、その出力データは図
３に示すようなものである。

【００５１】図３（ａ）の例は、センサ１より平面状の
レーザ光Ｌを発射し、作業対象物体Ａに当たる線状の光
Ｌの画像をセンサ１が捉えることにより、その線状部分
の三次元的形状が算出されるものである。図３（ｂ）の
データ例に示すような経路断面に特徴的な形状を認識す
ることにより、断面中の経路位置αｎが算出される。

【００５２】しかし、データはしばしば欠落部分やノイ
ズを含むため、図４のようにデータより経路位置αｎの
正確な算出が困難な場合も生じる。このような場合に対
処するため、経路形状α′と経路周囲の形状α″につい
て予め教示された形状の教示情報を利用する。ロボット
が作業経路γ上のある地点までの作業を実行した状態を
考えると、図５に示すようにすでに作業を実行した区間
については作業経路γが生成され、経路γ付近の形状に
関するデータが得られている。

【００５３】よって、図２に示すこれらの教示情報と履
歴情報によって予め教示された作業経路βと周囲形状
β′，β″のデータの位置・姿勢を、図４に示す作業対
象物体Ａの経路αと周囲形状α′，α″の位置・姿勢に
写像する変換を求めることができる。この変換によって
ロボットはこれから作業しようとする作業経路εの位置
情報と周囲形状の情報を予め知ることができる。センサ
１よりこれから作業する区間の予知データが入力された
とき、さきに得られた作業経路γの位置情報と周囲形状
の情報と照合することにより先に述べたセンサ１データ
のうちの誤差を含む部分を除去し、データ欠落部分を補
償した経路γを生成することができる。

【００５４】ところが、一般的に代表物体Ｂと作業対象
物体Ａの間には個体差がある場合が多く、また作業中に
位置ずれや変形を生じる場合も多い。このため、先に述
べた写像によって代表物体Ｂの位置・姿勢を変換しても
作業対象物体Ａに完全に一致しない場合があり得る。本
実施形態例ではこのような場合に対応するため、図５に
示すようにすでに作業が終了した作業経路γ部分のうち
の適当な範囲と先読み区間についてそれぞれの経路γ，
εデータと各経路γ，ε付近の形状データが教示情報に
最も一致するように順次変換を求める。

【００５５】ここで、現在作業中の区間の形状検出デー
タと代表物体Ｂの形状情報との対応づけを決定する際、
前の区間で生じる個体差情報の範囲で最も一致する対応
づけを決定するという処理が必要となる。つまり、前の
区間の個体差情報に対応する自由度の探索が必要とな
り、これは各区間の形状による影響が大きく、予測は可
能である。よって、代表物体Ｂに対して区間に分割して
形状情報を教示する際にこのような個体差情報を追加す
ることより、個体差が生じる場合についてもその影響を
適切に除去しつつ経路γが決定できる。

【００５６】

【実施例】本実施形態の実施例をその装置例と方法例に
つき図面を参照して説明する。なお、本実施例では代表
的に装置例及び方法例を説明するが、本実施例は必ずし
も本装置例の手段及び本方法例の手法等だけに限定され
るものではない。本発明の目的を達成し、後述する効果
を有する範囲内において適宜変更して実施することがで
きるものである。

【００５７】（装置例）図６は本装置例のブロック構成
図である。本装置例は、経路情報教示蓄積部２と形状計
測部３と経路生成部４と重みつき対応付け決定部５と作
業済区間情報蓄積部６と経路倣い部７とから構成され
る。

【００５８】前記経路情報教示蓄積部２は、作業対象物
体Ａ群のうち、代表物体Ｂ上における作業経路βについ
て、複数の区間に分割し、作業経路βに関する情報や経
路付近の物体Ｂの形状β″、さらに、代表物体Ｂと個々
の物体Ａとの個体差に関する情報等を教示し蓄積する機
能を有する。前記形状計測部３は、経路倣い部７上に取
付けられ、作業対象物体Ａの三次元的形状を計測する機
能を有する。

【００５９】前記重みつき対応付け決定部５は、経路生
成部４での各区間の作業対象物体Ａの位置・姿勢情報の
算出過程で、変換対応付けされた写像情報を入力して各
区間について経路教示蓄積部２より提供される位置・姿
勢の教示情報に対してその性質に基づいて重み付けを行
う機能を有する。前記作業済区間情報蓄積部６は、重み
つき対応付け決定部５から重み付けされた位置対応付け
写像情報を入力して経路生成部４において作業経路γ生
成のために用いた代表物体Ｂと個々の物体Ａとの対応付
け履歴情報を蓄積する機能を有する。

【００６０】前記経路生成部４は、ロボットに対して作
業経路γ情報を発生する機能を有し、分割された各々の
区間内で形状計測部３より得られる作業経路αや経路α
周辺の形状α′，α″に関する検出情報を入力処理し、
その結果得られる代表物体Ｂとの個別の作業対象物体Ａ
との位置・姿勢変換による写像情報等からなる対応付け
履歴情報を作業済区間情報蓄積部６に転送し、形状検出
情報と、経路教示情報蓄積部２より提供される代表物体
Ｂの作業経路β形状に関する教示情報をもとに作業済区
間情報蓄積部６により提供される対応付け履歴情報と経
路教示情報蓄積部２より提供される個体差情報をもと
に、作業中の区間について代表物体Ｂと個々の物体Ａと
の対応付けを形状マッチング技術等で決定することによ
り、個体差の影響と形状計測部３の誤差等の影響を同時
に除去しつつ作業物体Ａ上の作業経路γを算出する。

【００６１】なお、経路情報教示蓄積部２はワークステ
ーション等グラフィックス機能を持つ計算機によって構
成することができ、経路生成部４と作業済区間情報蓄積
部６は計算機によって実現できる。また、形状計測部３
はレーザレンジファインダを用いるものとし、経路倣い
部７は産業用ロボットによって構成することができる。

【００６２】（方法例）前記装置例に適用する本実施形
態の方法例を図面によって詳述する。図７は、作業経路
と経路周辺の形状が経路決定のパラメータに及ぼす影響
が異なる区間の例を示す図である。

【００６３】（１）代表物体Ｂに基づく教示手順段階 まず、経路情報教示蓄積部２を用いて作業対象物体Ａの
うちの代表物体Ｂに対して作業経路βとその付近の物体
Ｂ表面の形状β′，β″を教示する。ここで、経路情報
教示蓄積部２は代表物体Ｂに対して形状計測部３を動作
させて得られたデータを検出情報として表示するか、ま
たは代表物体Ｂに関するＣＡＤデータを表示し、表示さ
れた形状に対してグラフィックス画面上で種々の操作を
することにより教示を実施することができる。

【００６４】そこで、作業経路βをその形状β′や周囲
形状β″が大きく変化する点や経路β上の祈れ点までの
区間を一つの区間として分割し、作業経路β全体を複数
の区間として教示する。そして、代表物体Ｂ上に適当に
座標系を設定し、その座標系上で各々の区間に対し多項
式近似された曲線のパラメータなどによって表現するこ
とができる。

【００６５】また、作業経路β付近の物体Ｂ表面の教示
情報は例えば平面部分と曲面部分、経路βに沿った面取
りという具合に定性的な情報によって教示することもで
きるし、代表物体Ｂ上に座標系を設定した上でこれら平
面のパラメータや特願平５−１１４９９８号のように数
値的に表現することもできる。

【００６６】こうして、代表物体Ｂの作業経路βと周囲
形状β′，β″について教示した後、各々の区間につい
て当該区間のセンサデータが物体Ｂ全体の位置・姿勢決
定に与える影響について判断し、教示する。例えば、図
７部分βａのように経路βが直線で周囲形状が平面の集
合、個体差などを考慮すると経路β方向は自由度として
残るが、経路βまわりの姿勢は信頼性よく決定される。

【００６７】一方、部分βｂのように経路βが曲率の大
きい曲線で周囲形状β″の教示が困難な場合、経路β方
向の自由度は決定されるが姿勢に関する個体差情報の信
頼牲は良くないといったものである。また、当該区間が
どのような個体差を生じる可能性があるかについても教
示する。例えば、部分βａのような区間は経路βに沿っ
た長さ方向に個体差を生じやすいが、部分βｂのような
区間は個体差を生じにくいといったものである。

【００６８】（２）各々の作業対象物体Ａに対する作業
実行手順段階 形状計測部３が経路α付近の三次元形状を計測する。こ
れは、例えばレーザレンジファインダに代表されるセン
サ１によって構成することができ、センサ１の出力とし
ては作業経路αの位置と周囲の形状α′，α″を得るこ
とができる。このデータは経路生成部４に送られる。

【００６９】経路生成部４は、現在作業中の区間につい
ての経路γを生成する際、作業済区間情報蓄積部６より
供給される作業が終了した区間の対応づけ情報をもと
に、形状計測部３より転送される形状データの検出情報
と経路情報教示蓄積部２によって供給される現在作業中
の区間の形状についての教示情報とを重ね合わせる。

【００７０】ここで、個体差に起因する不一致が生じた
場合は、当該区間より前の区間について予め教示された
個体差情報を抽出し、当該区間の個体差の範囲をおおよ
そ定めた上で個体差の範囲を探索し、双方の形状が最も
一致するような回転・並進変換を決定し、経路γを決定
する。ここで、形状の一致の尺度としては、例えば平面
近似された表面形状に基づいて、双方の差分部分の体積
などを用いるものが考えられる。

【００７１】こうして、現在作業中の区間の経路γ生成
が終了すると、位置・姿勢の変換の履歴情報と対応する
部分の履歴センサデータとともに作業済区間情報蓄積部
６に蓄える。経路倣い部７は経路生成部４によって出力
される作業経路γに基づいて倣い作業を実施する。

【００７２】また、物体Ａには個体差が存在することや
形状計測部３で得られるセンサ１データと経路情報教示
蓄積部２より供給される教示情報との関係により各々の
区間が物体Ａの位置・姿勢決定に及ぼす影響が異なるこ
とを考慮し、まず初めに、例えば経路情報教示蓄積部２
においてこれ等の影響を教示者が判断して重みの数値を
教示し、重みつき対応付決定部５において経路情報教示
蓄積部２から転送される重みの値と経路生成部４から出
力される区間の対応付け情報に対して重み付け処理を追
加した算出法による回転・並進変換を算出し、作業済区
間情報蓄積部６に転送する。

【００７３】この重みづけは、例えば現在作業中の区間
に近いほど大きくし、また形状計測部３で得られるセン
サ１データのうち経路情報教示蓄積部２より供給される
教示情報に対応する部分の大きさに応じて大きくすれば
よい。また、図６中の経路情報教示蓄積部２において、
形状計測部３によって計測されるレンジデータと物体Ｂ
の画像を重ねて表示し、作業経路α，βや周囲形状
α′，α″，β′，β″などを画面上で対話的に入力す
ることのできる手段を追加付帯することも可能である。

【００７４】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、実際の作業
対象物体は代表物体との間でしばしば個体差をもつた
め、区間に分割された作業経路に対し、予め教示された
経路の形状と経路周辺の物体表面の形状の情報を用い、
センサによって供給される三次元形状データをもとにし
た探索により、このような場合にもより作業の品質を向
上させ得る作業経路の生成が可能である。

【００７５】本発明により、センサデータに欠落を含む
場合でも作業を実行できるので、教示点数を大幅に減少
させることができるし、教示情報に経路上の折れ点に対
する扱いを付加することにより経路上の折れ点にも適応
できる。また、重み付け処理によって、形状に関しさら
に、対話的入力の付加によって、経路情報教示蓄積部２
に教示する際の手間を大幅に削減することができる等優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】作業対象物体例と作業経路例の外観斜視図であ
る。

【図２】代表物体の作業経路の例を示す図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は、作業対象物体に対してそれぞ
れ検出による入力状態説明図とその検出情報の例を示す
図である。

【図４】外界センサが出力するデータによって経路を生
成する手順説明図である。

【図５】外界センサが出力するデータによって経路を生
成する手順に伴い、適当な範囲の作業済区間のセンサデ
ータを使用して作業経路を生成する図である。

【図６】本発明の実施形態の実施例における装置例を示
すブロック構成図である。

【図７】同上における方法例として、作業経路と経路周
辺の形状が経路決定のパラメータに及ぼす影響が異なる
区間の例を示す図である。

【符号の説明】

１…センサ ２…経路情報教示蓄積部 ３…形状計測部 ４…経路生成部 ５…重みつき対応付け決定部 ６…作業済区間情報蓄積部 ７…経路倣い部 Ａ…作業対象物体 Ｂ…代表物体 α，β，γ，ε…作業経路 α′，β′…経路形状 α″，β″…経路周辺（付近・周囲）形状 αｎ…経路位置 βａ…経路βが直線で周囲が平面の部分 βｂ…経路βの曲率の大きい部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 幸博 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 水川 真 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業対象物体群のうちの代表物体上におけ
   る作業経路と当該作業経路付近の代表物体の形状に関し
   て予め収得用意して置いたかつ個体差情報も含む教示情
   報と、センサデータによる前記各作業対象物体上におけ
   る作業経路と当該作業経路付近の各作業対象物体の形状
   に関する検出情報との対応付け処理により作業経路を逐
   次決定生成しながら倣い制御を実行するに当り、 当該生成倣い実行済みの作業履歴経路及び当該作業履歴
   経路付近の形状情報に基づく位置・姿勢の履歴情報と、
   前記教示情報より抽出した前記個体差情報と、により割
   り出したこれから作業しようとする作業経路の位置情報
   と周囲形状の位置・姿勢の予測情報を加味して、 前記個体差と前記センサデータ誤差等の影響を同時除去
   しつつ、前記各作業対象物体上の作業経路を算出する、 ことを特徴とするロボット作業経路生成倣い方法。
2. 【請求項２】代表物体上における作業経路は、 全体を複数の区間に分割する、 ことを特徴とする請求項１に記載のロボット作業経路生
   成倣い方法。
3. 【請求項３】複数の区間分割は、 個体差を可及的に吸収自在に分割する、 ことを特徴とする請求項２に記載のロボット作業経路生
   成倣い方法。
4. 【請求項４】複数の区間分割は、 作業経路とその周囲に形状特徴が現れやすい区間は細か
   く分割する、 ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット作業
   経路生成倣い方法。
5. 【請求項５】区分する形状特徴は、 直線区間と曲線区間、曲率が大きく変化する点、作業経
   路上の折れ点、周囲形状の定性的性質が変化する点に代
   表される、 ことを特徴とする請求項４に記載のロボット作業経路生
   成倣い方法。
6. 【請求項６】代表物体上における作業経路は、 代表物体上に適当に設定した座標系上で各々の区間に対
   し多項式近似された曲線パラメータ等によって表現され
   る、 ことを特徴とする請求項２、３、４又は５に記載のロボ
   ット作業経路生成倣い方法。
7. 【請求項７】作業経路付近の代表物体形状の教示情報
   は、 当該作業経路を分割した各々の区間毎にその周囲の形状
   の定性的情報や定量的情報を含む、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記
   載のロボット作業経路生成倣い方法。
8. 【請求項８】定性的情報は、 平面や曲線や作業経路に沿った面取りに代表される、 ことを特徴とする請求項７に記載のロボット作業経路生
   成倣い方法。
9. 【請求項９】定量的情報は、 平面のパラメータや各区間の数値的表現に代表される、 ことを特徴とする請求項７又は８に記載のロボット作業
   経路生成倣い方法。
10. 【請求項１０】教示情報は、 代表物体のＣＡＤモデル等で表現される形状上の作業経
    路を適当な区間に分割し、作業経路位置形状情報と周辺
    形状に関する情報である、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８又は９に記載のロボット作業経路生成倣い方法。
11. 【請求項１１】教示情報は、 分割した各区間毎の作業経路に対する個体差の方向や範
    囲を含む、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９又は１０に記載のロボット作業経路生成倣い方
    法。
12. 【請求項１２】教示情報と検出情報との対応付け処理
    は、 当該教示情報と当該検出情報をもとに代表物体と作業対
    象物体間の位置・姿勢変換パラメータを求め、当該代表
    物体の作業経路情報を当該作業対象物体に当て嵌める、 ことを特徴をする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０又は１１に記載のロボット作業経路生成倣
    い方法。
13. 【請求項１３】予測情報は、 教示情報の位置・姿勢を検出情報の位置・姿勢に写像す
    る変換処理に際し、作業実行済みの区間の作業履歴経路
    と、当該作業履歴経路付近の形状の位置・姿勢の履歴情
    報と個体差情報と、により割り出したこれから作業しよ
    うとする作業経路と当該作業経路付近の形状の位置・姿
    勢の予知情報である、 ことを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７、８、
    ９、１０、１１又は１２に記載のロボット作業経路生成
    倣い方法。
14. 【請求項１４】写像する変換処理は、 作業が終了した履歴部分の内の適当な範囲と先読み区間
    についての、それぞれ作業経路及び当該作業経路周辺形
    状の履歴情報と予測情報が教示情報に最も一致するよう
    に順次変換を求める、 ことを特徴とする請求項１３に記載のロボット作業経路
    生成倣い方法。
15. 【請求項１５】履歴情報と予測情報は、 写像情報である、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載のロボ
    ット作業経路生成倣い方法。
16. 【請求項１６】履歴情報は、 作業対象物体の個体差や、検出情報と教示情報の相互関
    係により各区間での作業対象物体の位置・姿勢決定へ及
    ぼす異なる影響を配慮して各々の区間毎に重み付け処理
    が施されている、 ことを特徴とする請求項１５に記載のロボット作業経路
    生成倣い方法。
17. 【請求項１７】重み付け処理は、 現在作業中の区間に近いほど大きくし、検出情報のうち
    教示情報に対応する部分の大きさに応じて大きくする、 ことを特徴とする請求項１６に記載のロボット作業経路
    生成倣い方法。
18. 【請求項１８】履歴情報と個体差情報をもとに教示情報
    と検出情報との対応付け処理は、 当該検出情報と当該教示情報とを逐次重合する際、当該
    履歴情報と当該個体差情報からの個体差によるずれの範
    囲内で前記検出情報と前記教示情報双方の作業経路と当
    該作業経路周辺の形状の対応付けを最小二乗法等によっ
    て探索決定する、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６又
    は１７に記載のロボット作業経路生成倣い方法。
19. 【請求項１９】センサデータは、 レーザーレンジファインダによる作業経路付近の三次元
    形状データである、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、
    １７又は１８に記載のロボット作業経路生成倣い方法。
20. 【請求項２０】各作業対象物体上の作業経路の算出は、 個体差に起因する不一致が生じた場合、履歴情報と、教
    示情報から抽出した個体差情報とをもとに、当該区間の
    個体差の範囲をおおよそ定めた上で当該個体差の範囲を
    探索し、当該教示情報と検出情報の双方の形状が最も一
    致するような回転・並進変換を決定して前記作業経路を
    決定する、 ことを特徴とする請求項１又は１８に記載のロボット作
    業経路生成倣い方法。
21. 【請求項２１】教示情報と検出情報双方の形状一致は、 その尺度を平面近似された表面形状に基づいて双方の差
    分部分の体積比較に代表される、 ことを特徴とする請求項２０に記載のロボット作業経路
    生成倣い方法。
22. 【請求項２２】個体差情報は、 作業経路が直線で周囲形状が平面の場合、作業経路方向
    は自由度として残るが、当該作業経路周りの姿勢は信頼
    性が良く、 作業経路が曲率半径の大きい曲線で周囲形状の教示が困
    難な場合、作業経路方向の自由度は決定されるが、姿勢
    に関する情報の信頼性は良くなく、 当該区間がどのような個体差を生ずるかの可能性の場
    合、曲線区間は作業経路に沿った長さ方法に生じ易く直
    線区間は生じ難い、 以上に代表される特性傾向を数値的に表現する、 ことを特徴とする請求項１、１３、１４、１５、１６、
    １７、１８、１９又は２０に記載のロボット作業経路生
    成倣い方法。
23. 【請求項２３】経路倣い手段と、当該経路倣い手段上に
    取り付けられ、作業対象物体の三次元的形状を計測する
    形状計測手段と、作業対象となる物体のうち、代表とな
    る物体上における作業経路について、複数の区間に分割
    し、当該作業経路に関する情報や当該経路付近の物体の
    形状、さらに当該代表物体と個々の物体との個体差に関
    する情報等を教示し蓄積する経路情報教示蓄積手段と、
    ロボットに対して作業経路情報を発生する経路生成手段
    と、当該経路生成手段において経路生成のために用いた
    当該代表物体と個々の物体との対応づけ履歴情報を蓄積
    する作業済区間情報蓄積手段とを有するロボットシステ
    ムにおいて、 前記経路生成手段は、分割された各々の区間内で前記形
    状計測手段より得られる経路や経路周辺の形状に関する
    検出情報を入力処理し、その結果得られる代表物体と個
    別の前記作業対象物体との位置・姿勢変換による写像情
    報等からなる対応づけ履歴情報を前記作業済区間情報蓄
    積手段に転送し、当該形状検出情報と、当該経路教示情
    報蓄積手段により提供される代表物体の作業経路形状に
    関する教示情報をもとに、当該作業済区間情報蓄積手段
    より提供される対応付け履歴情報と該教示情報蓄積手段
    により提供される個体差情報をもとに、作業中の区間に
    ついて当該代表物体と個々の物体との対応づけを形状マ
    ッチング技術等で決定自在に構成する、 ことを特徴とするロボット作業経路生成倣いシステム装
    置。
24. 【請求項２４】作業済区間情報蓄積手段は、 経路生成手段での各区間の作業対象物体の位置・姿勢情
    報の算出の過程で、変換対応付けされた各区間の写像情
    報を、かつ対応各区間について当該経路教示蓄積手段よ
    り提供される位置・姿勢情報に対してその性質に基づい
    て重み付けを行なう重みつき対応付け決定手段から重付
    けされた位置対応付け写像情報を、それぞれ入力自在に
    接続する、 ことを特徴とする請求項２３に記載のロボット作業経路
    生成倣いシステム装置。
25. 【請求項２５】経路情報教示蓄積手段は、 ワークステーション等グラフィックス機能を持つ計算機
    により構成する、 ことを特徴する請求項２３又は２４に記載のロボット作
    業経路生成倣いシステム装置。
26. 【請求項２６】形状計測手段は、 平面状のレーザ光を発射し、作業対象物体に当たる線状
    の光の画像を捉えるレーザレンジファインダで構成す
    る、 ことを特徴とする請求項２３、２４又は２５に記載のロ
    ボット作業経路生成倣いシステム装置。
27. 【請求項２７】経路倣い手段は、 産業用ロボットによって構成する、 ことを特徴とする請求項２３、２４、２５又は２６に記
    載のロボット作業経路生成倣いシステム装置。
28. 【請求項２８】経路情報教示蓄積手段は、 代表物体に対して形状計測手段を動作させて得られた検
    出データを表示するか又は代表物体に関するＣＡＤデー
    タを教示し、表示された形状に対してグラフィックス画
    面上が種々の操作をすることにより教示を実施自在に構
    成する、 ことを特徴とする請求項２５、２６又は２７に記載のロ
    ボット作業経路生成倣いシステム装置。
29. 【請求項２９】経路情報教示蓄積手段は、 試作物体や代表物体を対象として適宜形状計測手段によ
    って、作業経路付近の形状を計測し、前記経路情報教示
    蓄積手段において得られるデータを複数の教示手段によ
    って教示者に対して理解し易い表現形式で表示し、前記
    作業経路形状、当該作業経路周辺の物体形状やそれらに
    関する情報を入力することを可能にした情報入力手段を
    付加する、 ことを特徴とする請求項２３、２４、２５、２６、２７
    又は２８に記載のロボット作業経路生成倣いシステム装
    置。
30. 【請求項３０】形状マッチング技術は、 写像変換、座標変換、変換パラメータ算出、最小二乗
    法、回転・並進変換、差分部分の体積演算に代表され
    る、 ことを特徴とする請求項２３に記載のロボット作業経路
    生成倣いシステム装置。
31. 【請求項３１】経路生成部と作業済区間情報蓄積部は、 計算機によって一体構成する、 ことを特徴とする請求項２３、２４、２５、２６、２
    ７、２８、２９又は３０に記載のロボット作業経路生成
    倣いシステム装置。