技术领域
[0001] 本发明涉及一种辅助应使机器人进行的作业的装置和方法。
相关背景技术
[0002] 已知一种使用模拟装置来预先对使用了机器人的各种动作进行模拟的技术。例如，如下模拟技术是公知的：在利用机器人把持工件并向弯折设备供给该工件的弯折加工中，显示工件的展开图，从而使得作业者能够决定工件的弯折顺序(例如参照专利文献1)。
[0003] 另外，如下技术是公知的：使用对象物的三维CAD数据来获取二维的投影数据，由此能够选择性地仅制作所需的部分的NC数据(例如参照专利文献2)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2004‑082216号公报
[0007] 专利文献2：日本特开平05‑088732号公报
具体实施方式
[0026] 图1是包括优选的实施方式所涉及的作业辅助装置和机器人的系统的概要框图。系统10具有：至少一台机器人12；机器人控制装置14，其控制机器人12；作业辅助装置16，其通过后述的处理来辅助机器人12应进行的作业；以及形状数据存储装置18，其存储机器人
12的作业对象物(工件)的三维(3D)形状的数据(例如CAD数据)等，这些装置有线或无线地以能够通信的方式相互连接。
[0027] 机器人12例如是产业用的多关节机器人，构成为能够基于从机器人控制装置14发送来的指令来执行后述的弯折加工、取出操作等各种动作。机器人控制装置14具备处理器和存储器等，构成为基于所准备的机器人程序、作业辅助装置16的模拟结果等来控制机器人12。
[0028] 作业辅助装置16例如是独立于机器人控制装置14的个人计算机(PC)等计算机，具备用于执行后述的处理的处理器20、存储器22、键盘或触摸面板等输入部24、以及显示器26。但是，控制装置14和作业辅助装置16还能够设为实质上成一体的装置。形状数据存储装置18例如是CAD装置，能够保存工件的3D形状数据等数据。另外，作业辅助装置16和形状数据存储装置18还能够设为实质上成一体的装置。
[0029] 作业辅助装置16具有投影图制作功能和作业部位设定功能，该投影图制作功能用于使用保存于CAD装置18等的工件的三维数据，来在虚拟空间内制作将作业对象面沿与该作业对象面垂直的方向进行投影而得到的投影图，其中，该作业对象面是机器人12对该工件进行作业的部位，该作业部位设定功能用于在所制作出的投影图上设定被机器人12进行作业的部位。在本实施方式中，设为作业辅助装置16的处理器承担投影图制作功能和作业部位转换功能，处理器和输入部承担作业部位指定功能。下面，说明作业辅助装置16中的处理的具体例。
[0030] (实施例1)
[0031] 在本实施例中，作为使用机器人对对象物的加工的一例，对进行弯折加工的模拟的装置和方法进行说明。图2和图3示出显示于作业辅助装置16的显示器26等的虚拟空间，在这里，设为进行以下模拟：利用机器人12把持作为平板状的金属片的工件30，并沿着在工件的作业对象面32上指定的加工线(例如弯折线)34对工件30进行加工(在这里为弯折加工)。
[0032] 作为指定弯折线34的一个方法，存在以下方法：在虚拟空间内设定如图3所示那样的虚拟平面36，将工件30与平面36的相交线设为弯折线34。通常，金属片的弯折是针对该金属片的最薄的方向进行的，因此，平面36的法线方向38优选被指定为与板金的最薄的方向正交的方向。
[0033] 在这里，如图2和图3所示，如果虚拟三维空间的机器人坐标系40的各轴的方向与工件30的各边平行，则只要进行使得平面36的法线方向38与坐标系40的一个轴方向(在这里为x方向)一致这样的指定即可，因此，作业者能够借助作业辅助装置16的输入部24等来比较容易地指定弯折线34。
[0034] 但是，如图4所示，在坐标系40的各轴的方向与工件30的各边都不平行的情况下，平面36的法线方向38与坐标系40的任何轴方向都不一致，因此，作业者必须在指定弯折线34之前对法线方向38进行适当的变更(旋转移动等)。这样的操作还依赖于作业者的熟练度，是困难且需要时间的。
[0035] 因此，在实施例1中，如图5所示，由作业者指定或通过后述的处理来求出与工件30的作业对象面32垂直的方向(在本实施例中为工件30的最薄的方向)42，制作将作业对象面32投影到以该方向42为法向量的平面(即与作业对象面32平行的面)所得到的投影图，并在所制作出的投影图上指定弯折线。下面，参照图6的流程图来说明这些处理。
[0036] 首先，在步骤S1中，将保存于CAD装置18的工件30的3D数据分割为适宜数量的网格，并获取网格的顶点等代表点的坐标组。
[0037] 接着，在步骤S2中，如图7所示，在以机器人坐标系40为基准的虚拟空间内制作包含工件30、更具体地说是包含所获取到的顶点的坐标组的有向包围盒(Oriented Bounding Box；下面也称为OBB)44。OBB 44是具有方向性的长方体，OBB 44本身及其制作方法是公知的，因此，省略详细的说明。此外，OBB 44的各边的方向由针对OBB 44设定的OBB坐标系46来表示，但是在图7中，为了清楚，放大了工件30的厚度方向(坐标系46的z方向)上的尺寸。
[0038] 接着，在步骤S3中，制作以OBB 44的最短的边的方向向量(在图示的例子中为OBB坐标系46的z方向)为法向量的虚拟平面48(参照后述的图9)。在这里，OBB的z方向是工件30的最薄的方向，并且是与作业对象面32垂直的方向。
[0039] 接着，在步骤S4中，将在步骤S1中获取到的坐标组沿上述法向量方向(OBB坐标系46的z方向)射影到所制作出的平面48上，来制作如图8所示的投影图50。
[0040] 接着，在步骤S5中，作业者等借助输入部24等来在显示于显示器26的投影图50上输入、指定弯折线34的位置，显示器26显示所指定的弯折线34。最后，在步骤S6中，将在投影图50上指定的弯折线34的位置转换为以机器人坐标系40为基准的虚拟空间的位置，由此完成弯折线的设定。像这样，得到能够在机器人12进行弯折加工时使用的弯折线的三维数据。
[0041] 此外，步骤S1‑步骤S6中的除步骤S5以外的步骤能够由作业辅助装置16自动地执行，步骤S5是基于作业者的输入来进行的。但是，还能够通过预先设定弯折线的条件等来使步骤S5也由作业辅助装置16的处理器20等自动地执行。
[0042] 在实施例1中，制作将工件30的3D模型沿其最薄的方向进行投影而得到的投影图50，由此作业者能够在投影图50上指定弯折线34的位置。投影图50准确地反映出作业对象面32的形状，因此即使在工件30的各边的方向与机器人坐标系40的各轴方向不一致的情况下，作业者也能够不进行3D模型的旋转等烦琐的作业就容易且准确地指定所期望的弯折线。
[0043] 另外，如果使用OBB 44，则OBB 44的最短的边的方向向量(在这里为z方向)与工件30的最薄的方向一致，因此能够更容易地计算、制作适合于弯折线34的指定的投影图50。
[0044] 图9是示出工件30的作业对象面32与制作出投影图50的平面48的位置关系的概要图。即使在如图9那样工件30的厚度不均匀的情况下，也通过将如由点52、点54以及点56表示的那样的各网格的顶点射影到以OBB 44的最短的边的方向(坐标系46的z方向)为法向量的平面48上并在投影图50上设定点58、点60以及点62，来得到适合于弯折线的指定的投影图。
[0045] 通常，弯折线被指定在工件的最薄的部位，因此在图9的例子中，弯折线能够被指定在点60，而不被指定在点58和点62。因此，在厚度不均匀的情况下，能够利用工件的作业面与投影图之间的距离根据部位而不同这一情况，基于工件30上的各点与平面48上的对应的各点之间的距离(例如点54与点60之间的距离)通过色彩、标记形状的变更等来使得能够在视觉上识别投影图上的各点。由此，例如将位于工件30的薄的部位的点60以与位于厚的部位的点58及点62的色彩、形状不同的色彩、形状显示，因此，作业者能够更明确地掌握应在投影图上的哪个部位指定弯折线。
[0046] 像这样，在实施例1中，作业辅助装置16作为构成为能够执行弯折加工的模拟并将该模拟结果发送到机器人控制装置14的模拟装置发挥功能。
[0047] (实施例2)
[0048] 在实施例2中，作业辅助装置16作为辅助由机器人12进行的物品的取出作业的装置发挥功能。在这里，考虑如下作业：如图10所示，散乱堆积着多个具有椭圆形状的作业对象面68的工件64，基于通过视觉传感器对这些工件进行检测所得到的结果(例如由摄像机拍摄到的图像)，来利用机器人12逐个取出工件64。
[0049] 在该情况下也与实施例1同样地，将工件64分割为适宜数量的网格，并获取表示网格的顶点等代表点的点组66。接着，将点组66射影到虚拟平面来制作投影图，但是，由于散乱堆积的工件64是倾斜的，因此，例如若将点组66射影到与铅垂方向70垂直的虚拟平面72，则在所得到的投影图上有时没有准确地反映出各点之间的距离、位置关系。
[0050] 因此，在实施例2中，优选的是，将点组66沿方向74射影到与作业对象面(在这里为由机器人12的手部进行吸附等保持的面)68的法向量74垂直的(即与作业对象面68平行的)虚拟平面76上来得到投影图。由此，如图11所示，得到包含位置关系与作业对象面68上的点组的位置关系相同的点组的投影图78，因此作业者能够正确地指定应将作业对象面68上的哪个部位设为吸附等的作业对象部位。此外，替代由作业者进行的指定，例如，还能够基于投影图78内的点组66的位置来自动地计算作业对象面68的重心位置，并将该重心位置设为作业对象部位。利用通过这样得到的作业对象部位的位置，能够适当地决定应被机器人12保持的作业对象面68的部位。
[0051] 此外，在实施例2中也是，如果预先将工件64的3D数据保存于CAD装置18等，则作业辅助装置16还能够基于该3D数据和工件的摄像机图像来制作如实施例1那样的OBB。在该情况下，如果将工件64和点组66沿OBB中的与工件64的作业对象面68(例如XY面)垂直的方向(例如Z轴方向)进行投影来制作与该作业对象面68平行的投影图，则能够得到与实施例1同样的效果。
[0052] 根据本公开，通过虚拟地生成与作业对象面平行的投影图，能够容易且准确地进行弯折线的指定、工件把持位置的指定等由机器人进行的各种作业所需的设定。
[0053] 附图标记说明
[0054] 10：系统；12：机器人；14：机器人控制装置；16：作业辅助装置；18：形状数据存储装置；20：处理器；22：存储器；24：输入部；26：显示器；30、64：工件；32、68：作业对象面；34：弯折线；36、48、72、76：虚拟平面；38、42、74：法向量；40：机器人坐标系；44：有向包围盒；46：OBB坐标系；50、78：投影图。
