(57)【要約】【課題】塗装品質に維持しつつ特異点を回避することが可能な塗装ロボットの教示方法を提供する。【解決手段】塗装ロボットの教示方法は、教示点の間を補間する際に、直線補間した塗装ロボットの姿勢を予め算出し（ステップＳ３０）、その姿勢が特異点をとる場合（ステップＳ４０にてＹＥＳ）に、塗装ガンの中心軸を中心として塗装ガンを回転させて（ステップＳ５０）、特異点を回避する姿勢に塗装ロボットの姿勢を変更する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装ガンを備えた塗装ロボットの教示方法であって、
教示点の間を補間する際に、直線補間した前記塗装ロボットの姿勢を予め算出し、その姿勢が特異点をとる場合に、前記塗装ガンの中心軸を中心として前記塗装ガンを回転させて、前記特異点を回避する姿勢に前記塗装ロボットの姿勢を変更することを特徴とする塗装ロボットの教示方法。
【請求項２】
前記教示点における前記塗装ロボットの姿勢が特異点をとる場合に、前記塗装ガンの中心軸を中心として前記塗装ガンを回転させて、前記特異点を回避する姿勢に前記塗装ロボットの姿勢を変更することを特徴とする請求項１記載の塗装ロボットの教示方法。
【請求項３】
前記特異点を回避するように変更した変更後の前記塗装ロボットの姿勢を、新たな教示点として前記塗装ロボットに教示することを特徴とする請求項１又は２記載の塗装ロボットの教示方法。
【請求項４】
前記塗装ガンにより被塗物に塗着した塗装パターンは、実質的に真円形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の塗装ロボットの教示方法。
【請求項５】
前記塗装ガンは、回転霧化式塗装ガンであることを特徴とする請求項４記載の塗装ロボットの教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車ボディや自動車部品の塗装に適用される塗装ロボットの教示（以下、ティーチングともいう。）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの教示点間の補間方法として、各軸補間や直線補間等が従来から知られているが、自動車ボディや自動車部品の塗装工程では、塗装ガンと被塗物の間の塗装距離や、被塗物に対する塗装ガンの塗装角度を一定にして塗装品質を確保するため、直線補間が採用されている。
【０００３】
この直線補間では、教示点の座標点からロボットの各軸のパラメータを算出するので、ロボットの姿勢が一意的に定まらない特異点が物理的に発生する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
こうした特異点は、教示点を変更することで回避することができる。しかしながら、このような回避手法では、塗装上最適な姿勢位置として設定されている教示点を変更することとなるため、塗装品質上必ずしも好ましくない。
【０００５】
また、コンティニュアスラインを流れる被塗物に塗装ロボットが追従しながら塗装作業を行うトラッキング動作に対応した塗装ロボットでは、教示時と再生時（実際の塗装作業時）で塗装ロボットの姿勢が変化するため、教示時に発生しなかった特異点が再生時に発生する場合もあり、上記のような一時的な教示点の変更では特異点を完全に取り除くことは困難である。
【０００６】
さらに、実際の生産現場にてランダムなタイミングで発生するコンベアの一旦停止や、不具合発生時のプログラム修正等によっても、塗装ロボットの姿勢が変化して特異点が新たに生じる場合もある。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２４１１０８号公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、塗装品質に維持しつつ特異点を回避することが可能な塗装ロボットの教示方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によれば、塗装ガンを備えた塗装ロボットの教示方法であって、教示点の間を補間する際に、直線補間した前記塗装ロボットの姿勢を予め算出し、その姿勢が特異点をとる場合に、前記塗装ガンの中心軸を中心として前記塗装ガンを回転させて、前記特異点を回避する姿勢に前記塗装ロボットの姿勢を変更することを特徴とする塗装ロボットの教示方法が提供される。
【００１０】
本発明では、教示点の間を直線補間した塗装ロボットの姿勢を予め算出し、その姿勢が特異点となる場合に塗装ガンを回転させて塗装ロボットの姿勢を変更する。塗装ガンを回転させることにより、塗装ロボットの各軸の値が修正されるので、特異点を回避することができる。また、塗装ガンを回転させることで塗装ロボットの姿勢を変更するので、塗装品質は維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態における塗装ロボットが設けられた塗装ラインを示す概略図、図２は本発明の実施形態における塗装ロボットを示す概略側面図、図３は図２に示す塗装ロボットに装着された塗装ガンによる塗装パターンを示す平面図である。
【００１３】
本実施形態における塗装ロボット１０は、自動車のボディＢの塗装を行う塗装ラインＬの塗装ブースＳ内に設置されている。この塗装ロボット１０の先端には、エンドエフェクタとして塗装ガン２０が装着されている。この塗装ガン２０は、塗料ホース３１を介して塗料供給装置３０に連結されており、塗料供給装置３０から供給される塗料を塗装ガン２０から塗布することにより自動車ボディＢを静電塗装することが可能となっている。塗装ロボット１０及び塗料供給装置３０には、制御装置４０が制御可能に接続されている。
【００１４】
被塗物である自動車ボディＢは、移動台車Ｄにより塗装ブースＳ内を移動可能となっており、塗装ロボット１０は、移動する自動車ボディＢに追従しながら塗装作業（トラッキング動作）を行うことが可能となっている。
【００１５】
本実施形態における塗装ロボット１０は、図２に示すような第１軸１１〜第６軸１６から成る６つの関節を備えた多関節ロボットであり、先端に装着された塗装ガン２０を３次元空間上で任意に移動及び姿勢制御することが可能となっている。
【００１６】
なお、このような骨格系を有する塗装ロボット１０に教示した教示点間を直線補間する場合、逆変換の方程式を用いて、教示点の座標ＴＰｍ（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、αｍ、βｍ、γｍ）から塗装ロボット１０の第１軸〜第６軸１１〜１６の角度（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が算出される。この際、第５軸１５の角度Ｓ５が０度近傍（具体的には、例えば−５度≦Ｓ５≦＋５度）となると、塗装ロボット１０の姿勢の解が無限大となってしまい、塗装ロボット１０の姿勢が一意的に定まらない特異点となってしまう場合がある。
【００１７】
塗装ガン２０は、特に図示しないが、塗料を微粒化して噴霧するために回転可能に支持されたベルカップ（霧化頭）を備えた回転霧化式塗装ガン（ベル式塗装ガン）である。塗装ガン２０のベルカップは、実質的に真円形状の開口を有するカップ形状を有している。塗装時には、このベルカップがその軸心を中心として回転しながら塗料を噴霧し、周囲から噴射されるシェーピングエアにより噴霧パターンを整えながら塗装を行う。
【００１８】
図３に示すように、この塗装ガン１０から噴霧された塗料は、被塗物である自動車ボディＢの表面に実質的に真円形状の塗装パターンを形成する。塗装パターンが真円形状であるので、塗装ガン２０のγの値が任意であっても塗装品質上特に影響はなく、塗装品質のために塗装ガン２０のγ回転を制御する必要がない。なお、本発明においては、塗装ガンの形態は回転霧化式塗装ガンに特に限定されず、被塗物に塗着した際の塗装パターンが実質的に真円形状であれば、例えばエア霧化式塗装ガンであっても良い。
【００１９】
図４は本発明の実施形態に係る塗装ロボットの教示方法を示すフローチャート、図５は本発明の実施形態における塗装ロボットへの教示点を説明するための自動車ボディの正面図、図６Ａは変更前の塗装ガンの姿勢を示す概念図、図６Ｂは変更後の塗装ガンの姿勢を示す概念図である。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態における塗装ロボットの教示方法について説明する。
【００２１】
先ず、図５に示すように、自動車ボディＢを塗装するのに必要な教示点ＴＰｍ（図５に示す例ではＴＰ１〜ＴＰ８）を塗装ロボット１０に教示する。なお、塗装品質を確保するために、各教示点ＴＰｍは、自動車ボディＢの表面から塗装ガン２０までの距離が一定となっており、自動車ボディＢの表面に対する塗装ガン２０の姿勢も一定となっている。
【００２２】
次に、図４のステップＳ１０に示すように、ある教示点ＴＰｍ（例えば図５のＴＰ１）と、次の教示点ＴＰｍ＋１（例えば図５のＴＰ２）との間を結ぶ直線上に、仮想の教示点ＴＱｉをＮ個作成して、当該直線上の塗装ロボット１０の姿勢を計算する。
【００２３】
次いで、先ずｉ＝１の場合において（ステップＳ２０）、教示点ＴＰｍの座標と次の教示点ＴＰｍ＋１の座標とから、仮想教示点ＴＱ１の直線補間時の塗装ロボット１０の各軸１１〜１６の角度（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の値を算出する（ステップＳ３０）。
【００２４】
次いで、ステップＳ３０にて算出した塗装ロボット１０の姿勢において、第５軸１５の角度Ｓ５が０度近傍であるか否かの判断を行う（ステップＳ４０）。
【００２５】
ステップＳ４０の判断において、第５軸１５の角度Ｓ５が０度近傍であると判断された場合（ステップＳ４０にてＹＥＳ）には、図６Ａに示す仮想教示点ＴＱ１における塗装ガン２０の姿勢をγ方向に回転させて、図６Ｂに示す仮想教示点ＴＱ１’のように変更する（ステップＳ５０）。ここで、図６Ａでは、変更前の仮想教示点ＴＱ１のγ値がγｉとなっているのに対し、図６Ｂでは、変更後の仮想教示点ＴＱ１’のγ値がγｉ’に変更されている。塗装ガン２０の姿勢をγ方向に回転させることにより、塗装ロボット１０の第５軸１５の角度Ｓ５が０度近傍から遠ざかるので、塗装ロボット１０の姿勢が特異点となるのを回避することができる。
【００２６】
次いで、変更後の仮想教示点ＴＱ１’における塗装ロボット１０の姿勢（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の値を算出し（ステップＳ３０）、塗装ロボット１０の姿勢において第５軸１５の角度Ｓ５が０度近傍であるか否かの判断を再度行う（ステップＳ４０）。
【００２７】
第５軸１５の角度Ｓ５が未だ０度近傍である場合（ステップＳ４０にてＹＥＳ）には、再度、仮想教示点の変更を行う（ステップＳ５０）。
【００２８】
一方、ステップＳ４０の判断において、第５軸１５の角度Ｓ５が、例えば１０度のように０度近傍でない場合（ステップＳ４０にてＮＯ）には、仮想教示点ＴＱ１において塗装ロボット１０が特異点をとっていないと判断して、その仮想教示点ＴＱ１を新たな教示点として記憶する（ステップＳ６０）。なお、ステップＳ５０にて仮想教示点ＴＱ１がＴＱ１’に変更されている場合には、ステップＳ６０においては変更後の仮想教示点ＴＱ１’が新たな教示点として記憶される。
【００２９】
ステップＳ１０において教示点ＴＰ１、ＴＰ２の間に作成されたＴＱ２〜ＴＱＮについても（ステップＳ７０及びＳ８０）、以上の処理（ステップＳ３０〜Ｓ６０）を繰り返し、特異点を回避した仮想教示点を新たな教示点として記憶する。次いで、ステップＳ９０において、新教示点ＴＱ１〜ＴＱＮ（仮想教示点の変更が行われている場合にはＴＱｉ’）について通常の直線補間を行って、教示点ＴＰｍ、ＴＰｍ＋１間の教示を完了する。
【００３０】
図５に示す動作軌跡を例にした場合には、以上の処理を、ＴＰ１とＴＰ２の間、ＴＰ３とＴＰ４の間、ＴＰ５とＴＰ６の間、及び、ＴＰ７とＴＰ８の間についてそれぞれ行って、それぞれの教示点間における特異点を回避する。
【００３１】
また、トラッキング動作の再生時や、コンベアの一旦停止、プログラム修正等により塗装ロボット１０の姿勢が変化している場合に、上記の処理を行って特異点を取り除いても良い。
【００３２】
以上のように本実施形態では、塗装ガン２０を回転させることにより、塗装ロボット１０の各軸１１〜１６の値（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が修正されるので、特異点を回避することができる。また、塗装パターンが実質的に真円であるので、塗装ガン２０を回転させても、塗装品質は維持される。
【００３３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３４】
例えば、上述の実施形態では、教示点間における塗装ロボットの姿勢が特異点をとる場合について説明したが、本発明においては、特にこれに限定されず、教示点ＴＰｍ（図５におけるＴＰ１〜ＴＰ８）において塗装ロボットの姿勢が特異点となる場合に、当該教示点ＴＰｍにおける塗装ガン２０の姿勢をγ方向に回転させて教示点ＴＰｍ’に変更しても良く、さらに変更後の教示点ＴＰｍ’を新教示点として教示しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の実施形態における塗装ロボットが設けられた塗装ラインを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における塗装ロボットを示す概略側面図である。
【図３】図３は、図２に示す塗装ロボットに装着された塗装ガンによる塗装パターンを示す正面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る塗装ロボットの教示方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態における塗装ロボットへの教示点を示す平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、変更前の塗装ガンの姿勢を示す概念図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、変更後の塗装ガンの姿勢を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…塗装ロボット
１１…第１〜第６の関節
２０…塗装ガン
３０…塗料供給装置
３１…塗料配管
４０…制御装置
Ｂ…自動車ボディ
Ｄ…移動台車
Ｌ…塗装ライン
Ｓ…塗装ブース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008137143.tif 000006
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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