JP5338408B2 - Robot simulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハンドによりワークを把持して移動することを実演シミュレートするロボットシミュレータに関する。 The present invention relates to a robot simulator for demonstrating that a workpiece is held and moved by a hand.
現在のロボットシミュレータは、ワークの把持判定に対し、ハンドにワーク把持予定空間を形成し、このワーク把持予定空間の立体座標とワークに対応した立体座標が一定値以上重複すると判断されたときにワークを把持できたと判断し、ハンドの移動に合わせてワークを移動するように処理している(特許文献1参照)。 The current robot simulator forms a workpiece gripping space in the hand for the workpiece gripping determination, and when it is determined that the solid coordinate of the workpiece gripping space and the solid coordinate corresponding to the workpiece overlap by a certain value or more, It is determined that the workpiece has been gripped, and processing is performed so as to move the workpiece in accordance with the movement of the hand (see Patent Document 1).
しかしながら、このような処理方法は、確かに精度は高いものの、立体座標と立体座標との比較であることから計算の負荷が大きい。そのため、低スペックパーソナルコンピュータ(例えばラップトップ型PC)で営業マン等が客先でワーク把持から移動の実演シミュレーションを行いたいという要望に対して、どうしても低速度でのシミュレーションしか再現できず、実際のロボットがどの程度の動きができるかを客に理解させることが難しかった。 However, although such a processing method is certainly high in accuracy, it is a comparison between the solid coordinates and the solid coordinates, so that the calculation load is large. Therefore, in response to a demand for a salesman to perform a demonstration of movement from gripping a workpiece at the customer's site on a low-spec personal computer (for example, a laptop PC), only a low-speed simulation can be reproduced. It was difficult for customers to understand how much the robot could move.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ハンドによりワークを把持して移動することを実演シミュレートする場合に、処理の負荷を軽減して実際のロボットの動きを再現することができるロボットシミュレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the processing load and reproduce the actual movement of the robot when demonstrating that the hand is held and moved by the hand. It is to provide a robot simulator that can do this.
請求項1の発明によれば、グリッパ内側空間に設定されたハンド側把持判定用座標(直線座標または面座標)とワークに設定されたワーク側把持判定用座標(立体座標)とが交差したときにハンドはワークを把持したと判断するようにしたので、直線座標または面座標と立体座標との比較となり、把持成否を判断するための計算量が少なくて済み、従来のシミュレータよりは低スペックPCでも実際のロボットと同じような動作を再現することができる。このように把持の判断の処理を軽減するにしても、もともと実演用シミュレーションであるので、客に対して違和感のない十分なシミュレーション表現を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the hand-side gripping determination coordinates (linear coordinates or surface coordinates) set in the gripper inner space intersect with the workpiece-side gripping determination coordinates (solid coordinates) set for the workpiece. Since the hand is judged to have gripped the workpiece, it becomes a comparison between the linear coordinates or the surface coordinates and the solid coordinates, and the calculation amount for judging the success / failure of the grip is small, and the PC is lower spec than the conventional simulator. But it can reproduce the same behavior as an actual robot. Even if the gripping determination process is reduced in this way, since it is originally a demonstration simulation, it is possible to provide a sufficient simulation expression without a sense of incongruity to the customer.
請求項2の発明によれば、2個のグリップの内側空間にグリッパの把持方向と直交する方向に延長された面座標とワーク側の立体座標との交差で把持を判断するので、グリップ内側空間に位置するワークを2つのグリッパで挟むという動作に対応した判断を適切に行うことができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、グリップの内側空間の中心から外方に延長された複数の面座標とワーク側の立体座標との交差で把持を判断するので、グリップ内側空間に位置するワークを3つ以上のグリッパで掴むという動作に対応した判断を適切に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since gripping is determined by the intersection of a plurality of surface coordinates extended outward from the center of the inner space of the grip and the solid coordinates on the workpiece, the work positioned in the grip inner space is selected. It is possible to appropriately make a determination corresponding to the operation of grasping with three or more grippers.
以下、本発明の第1実施形態について図1乃至図10を参照して説明する。
例えば営業マンが携帯するラップトップ型パーソナルコンピュータ(以下「PC」という)には、本発明のロボットシミュレータとしても機能するアプリケーションプログラムがハードディスクにインストールされており、営業マンが客先でロボットの動作を実演シミュレートする場合は、アプリケーションプログラムを起動する。但し、ロボットシミュレータには必ずしもPCを用いる必要はなく、例えばシミュレータとしての機能に特化した装置を別途構成しても良い。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
For example, in a laptop personal computer (hereinafter referred to as “PC”) carried by a salesman, an application program that also functions as a robot simulator of the present invention is installed on the hard disk. To simulate a demonstration, start an application program. However, it is not always necessary to use a PC for the robot simulator. For example, an apparatus specialized for the function as a simulator may be separately configured.
ここで、PCに組み込まれているシミュレーションプログラムついて概略的に説明する。図3は、シミュレーションプログラムの機能ブロック図である。シミュレーションプログラムは、シミュレート手段1、把持判定手段2、設定手段3、表示手段4の各機能を実現するように構成されている。シミュレート手段1は、仮想ロボット(以下「ロボット」という)を含む組立設備内の種々の装置や機器を3D化する機能を有しており、3D化した情報は、表示手段4によりPCのディスプレイに表示される。
Here, a simulation program incorporated in the PC will be schematically described. FIG. 3 is a functional block diagram of the simulation program. The simulation program is configured to realize each function of the
設定手段3には、ハンドがワークを把持したかを判断するためのハンド側把持判定用座標及びワーク側把持判定用座標が予め設定されており、把持判定手段2は、両方の把持判定用座標の交差に基づいてハンドによるワーク把持の成否を判定する機能を有している。
把持判定手段2は、把持判定に対応する出力(予め割り付けられたIO番号のデータ)をオンまたはオフに設定する機能を有している。この場合、ハンドによるワークの把持が成功したときに、把持成功に対応するIOの出力をオンに設定し、把持を失敗したときには、そのIOをオフするように設定されている。尚、把持の成否と、IOの出力のオン/オフの設定との関係を、上述した設定と反対にしても良い。
The setting means 3 is preset with hand-side gripping determination coordinates and workpiece-side gripping determination coordinates for determining whether the hand has gripped the workpiece. The gripping determination means 2 has both gripping determination coordinates. It has a function of determining the success or failure of gripping the workpiece by the hand based on the intersection of the two.
The
図2は、ロボットを含む組立設備を3D画像で示す図である。ロボット6は直動テーブル7上に搭載されており、直動テーブル7の移動に伴って直線移動する。ロボット6のアーム8の先端にはハンド9が設けられており、ワーク把持位置に移動した状態で搬送テーブル10上に載置されているワーク11を把持し、ワーク排出位置へ移動してからワーク11を排出するという一連の動作をワーク11の数だけ繰返して実行するようにプログラムされている。
FIG. 2 is a diagram showing an assembly facility including a robot in a 3D image. The
図1は、ロボット6のハンド9を3D画像で示す図である。ハンド9は、ハンド筐体12に一対の対向するグリップ13を有して構成されており、ハンド筐体12の把持動作に伴ってグリッパ13が互いに接近するグリップ動作を行うことによりワーク11を把持するようになっている。尚、発明が理解しやすいようにグリップ13をワイヤフレーム構造で示している。
FIG. 1 is a diagram showing a 3D image of the
ここで、ハンド筐体12においてグリップ13の内側空間となる部位には本発明に関連してニードル14が立設されている。このニードル14は、2つのグリッパ13により形成されるグリッパ内側空間のうち、各グリッパ13の距離が最小、つまり把持状態となる場合の各グリッパ13の先端側の中心点とハンド筐体12のグリッパ内側空間側の中心点とを通過する中心線上に設定されている。このニードル14は、実際のロボットには設けられておらず、シミュレータのみに仮想的に設けられているもので、実際にはディスプレイ5に表示されることはない。ニードル14の長さは、ワーク11の高さ寸法に対応して設定されており、ワーク11の高さ寸法が大きくなるほど小さい寸法に設定されている。本実施形態では、ニードル14に対応した直線座標がハンド側把持判定用座標として設定されており、そのハンド側把持用座標が設定手段3に予め記憶されている。
Here, a
図4は、ロボット6の把持対象となるワーク11を示す斜視図である。ワーク11は扁平な円筒形状をなしている。本実施形態では、ワークを最外側から覆う空間に位置する立体座標(図中に網目状に示す)がワーク側把持判定用座標として設定されており、そのワーク側把持判定用座標が設定手段3に予め記憶されている。この場合、図4に示すようにワーク11に穴部11aが形成されている場合は、穴部11aもワーク側把持判定用座標として設定されている。これは、グリッパ13の種別によっては、図5に示すようにワーク11の穴部11aへの挿入状態でワーク11を把持することが可能な場合が想定されるからである。
FIG. 4 is a perspective view showing the
図6はワーク把持のデモプログラムを示す図、図7及び図8は、図6のデモプログラムの動作を説明するためのフローチャートで、図6に行の先頭に示す数字(以下で説明する数字)が図7のフローチャート中の数字がそれぞれ対応している。また、図9は、デモプログラムに従って動作するロボットを3D画像で示す図である。
(1)プログラムを開始する。
(2)変数としてiNOを規定する。
(3)ロボット6の使用権を取得する。
(4)移動速度を100%に設定する。
(5)ワーク分(n個、本実施形態では6個)以下の動作を繰り返す。
(6)n個目の把持位置のZ軸方向50mm手前の位置へ移動する(図9(a)参照)。
(7)速度10%で、n個目のワーク把持位置へ移動する(図9(b)参照)。このワーク把持位置は予め設定されている。
(8)ワーク11を把持する(IO ON)。このとき、IO64をONして把持確認サブルーチンを呼ぶ。
FIG. 6 is a diagram showing a workpiece gripping demonstration program, and FIGS. 7 and 8 are flowcharts for explaining the operation of the demonstration program in FIG. 6. FIG. 6 shows numbers at the beginning of the line (numbers described below). However, the numbers in the flowchart of FIG. 7 correspond to each other. FIG. 9 is a diagram showing a 3D image of a robot that operates according to the demo program.
(1) Start the program.
(2) Define iNO as a variable.
(3) The right to use the
(4) Set the moving speed to 100%.
(5) The following operations are repeated for workpieces (n, in this embodiment, 6).
(6) Move to a
(7) Move to the n-th workpiece gripping position at a speed of 10% (see FIG. 9B). This workpiece gripping position is set in advance.
(8) Grasp the work 11 (IO ON). At this time, the
図8は、把持確認サブルーチンを示すフローチャートである。ニードルデータ(線座標)を取得し、ワークデータ(立体座標)を取得してから、ニードルデータ(線座標)とワークデータ(立体座標)とが交差するかをチェックする。図10(a)に示すようにニードルデータの一点がワークデータと同じ座標となった場合は、ワーク把持を成功したと判定してIO128をONする。図10(b)に示すように両者が交差しない場合は、ワーク把持を失敗したと判定してIO128をOFFし、リターンする。 FIG. 8 is a flowchart showing a grip confirmation subroutine. After acquiring needle data (line coordinates) and workpiece data (solid coordinates), it is checked whether the needle data (line coordinates) and workpiece data (solid coordinates) intersect. As shown in FIG. 10A, when one point of the needle data has the same coordinates as the workpiece data, it is determined that the workpiece has been successfully gripped and the IO 128 is turned on. If the two do not intersect as shown in FIG. 10B, it is determined that the workpiece gripping has failed and the IO 128 is turned OFF and the process returns.
(9)速度10%で、Z軸方向に50mm離れた位置へ移動する(図9(c)参照)。
(10)把持確認する(把持確認サブルーチンでセットされるIOで判断する)。
[YESの場合]
(11)ワーク排出位置へ移動する(図9(d)参照)。
(12)ワークを開放する(IO OFF)
[NOの場合]
(16)エラーメッセージを表示する。
以上のようにしてハンド9によるワーク11の把持が成功したと判断した場合は、ハンド9とワーク11とを結合し、ハンド9の移動に伴ってワーク11を移動することによりハンド9によるワーク11の把持状態を表示する。
(9) Move to a
(10) Confirm gripping (determined by IO set in the gripping confirmation subroutine).
[If YES]
(11) Move to the workpiece discharge position (see FIG. 9D).
(12) Release the workpiece (IO OFF)
[If NO]
(16) An error message is displayed.
When it is determined that the gripping of the
このような実施形態によれば、ハンド側に設定されたニードルデータ(線座標)の一点がワーク側に設定されたワークデータ(立体座標)と同じ座標となったか否かに応じて、ハンド9によるワーク11の把持の成否を判断するようにしたので、把持の成否を判断するための計算量を大幅に軽減することができ、ラップトップ型PCのような低スペックPCでも実際のロボットと同じような動作を再現することができる。このように把持の判断の処理を軽減するにしても、もともと実演用シミュレーションであるので、客に対して違和感のない十分なシミュレーション表現を提供することができる。
According to such an embodiment, depending on whether one point of the needle data (line coordinates) set on the hand side is the same coordinate as the work data (solid coordinates) set on the work side, the
尚、ニードル14の数は1本に限定されることなく、図11に示すようにグリッパ内側空間の中心線を挟んだ2本としてもよい。この場合、ハンド9によるワーク11の把持が成功したか否かの判断は、図12に示すようにいずれかのニードル14に対応する直線座標の一点がワーク11の立体座標と同じ座標となったか否かにより行う。この場合、ニードル14が1本の場合に比較して、ハンド9に対するワーク11の位置精度の許容範囲を大きくすることができる。
The number of
また、図13に示すようにニードル14の長さを短く設定してもよい。この場合、ニードル14が短いことから、図14に示すように高さ寸法の大きなワーク11の把持成否を判断する場合に好適する。
また、図15に示すようにニードル14を3本以上(図15では4本)設けるようにしてもよい。このようにニードル14を3本以上設定した場合であっても、いずれかのニードル14に対応する線座標の一点がワーク11に対応する立体座標と同じ座標となったか否かでハンド9によるワーク11の把持の成否を判断することになる。ニードル14の本数の設定は、ハンド9の形状とワーク11の形状、或いは位置精度により決定されるもので、柔軟な把持判定が可能となる。
Further, the length of the
Further, as shown in FIG. 15, three or more needles 14 (four in FIG. 15) may be provided. Even when three or
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について図16及び図17を参照して説明するに、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第2実施形態は、ハンド側把持判定用座標を面座標で規定したことを特徴とする。
ハンド筐体12にはグリッパ13の把持方向と直交する方向に延長されたブレード15(第1実施形態のニードル14に相当するもので、ディスプレイ5に表示されることはない)が設けられている。このブレード15は、グリッパ内側空間の中心線を交差する面座標で表されており、当該面座標がハンド側把持判定用座標として設定されている。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 16 and FIG. The second embodiment is characterized in that the hand-side grip determination coordinates are defined by plane coordinates.
The
本実施形態では、ブレード15に対応する面座標とワーク11に対応する立体座標とが交差したか否かによりハンド9によるワーク11の把持の成否を判断する。この場合、図17(a)に示すようにハンド側の面座標の一点がワーク側の立体座標と同じ座標となった場合は、把持が成功したと判断し、図17(b)に示すように面座標と立体座標とが全く交差しない場合は、不成功と判断する。
In the present embodiment, the success or failure of gripping the
このような実施形態によれば、ハンド側の面座標の一点がワーク側の立体座標と同じ座標となったか否かによりハンドによるワーク把持の成否を判断するようにしたので、第1実施形態と同様に、ハンド9によるワーク11に対する把持の成否を判断するための計算量が少なくて済み、PCの負荷を軽減することができる。この場合、ワーク11に対してハンド9に対して傾いていた場合でも把持と判定可能となるので、第1実施形態に比較して、ワーク11に対するハンド9の姿勢精度の許容範囲を高めることができる。
According to such an embodiment, whether or not the gripping of the workpiece by the hand is determined based on whether or not one point of the surface coordinate on the hand side is the same coordinate as the solid coordinate on the workpiece side is the same as in the first embodiment. Similarly, the amount of calculation for determining whether or not the
尚、ブレード15の形状としては、図18に示すようにグリッパ13の把持方向と直交する方向に延長された三角形状としたり、図19に示すようにグリッパ13の把持方向に延長された三角形状としたりしてもよい。このような三角形状を採用した場合、ワーク側の立体座標との交差座標を監視することによりワーク11に対するハンド9の把持姿勢を判断することが可能となるので、今まで不自然な形で掴んでいたワーク11を違和感のない自然な把持を再現することができ、ハンド9の把持精度を高めることができる。
The
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について図20及び図21を参照して説明する。この第3実施形態は、ハンド9のグリッパが3個の場合を示しており、ハンド側把持判定用座標を次のように設定している。
上述した第1実施形態及び第2実施形態のようにグリッパが2個の場合は、グリッパによりワークを挟むという動作から、グリッパとワークとの位置精度が比較的低くても把持動作に支障を生じることはないものの、図20に示すようにグリッパ16が3個以上の場合は、グリッパ16によりワーク11を掴むという動作となり、グリッパ16とワーク11との位置精度を高める必要がある。特にワーク11が小さい場合は、グリッパ16とワーク11との位置関係が極めて重要となることから、ハンド側把持判定用座標を次のように設定した。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This third embodiment shows the case where the
When there are two grippers as in the first and second embodiments described above, the gripping operation is hindered even if the position accuracy between the gripper and the workpiece is relatively low due to the operation of sandwiching the workpiece with the gripper. However, when there are three or
即ち、ハンド側把持判定用座標は、各グリッパ16の把持位置の中心位置から隣り合うグリッパ16が互いに離れる方向の動作ベクトルを合成した合成ベクトルに沿って延長された複数のブレード17を組み合わして設定されており、それらのブレード17に対応した複数の面座標がハンド側把持判定用座標に設定されている。この場合、図21(a)に示すようにハンド側の複数の面座標とワーク側の立体座標とが完全に交差した場合に、把持を成功したと判断し、図21(b)に示すように面座標の一部でも立体座標からはみ出した場合は、不成功と判断する。
That is, the hand-side grip determination coordinates are obtained by combining a plurality of
このような実施形態によれば、グリッパ16とワーク11との位置関係を精度良く規定することができるので、3個以上のグリッパ16によりワーク11を掴むという動作をシミュレーションする場合であっても、ハンド9によるワーク11の把持の成否を確実に判断することができる。
According to such an embodiment, since the positional relationship between the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
ハンド側把持判定用座標とワーク側把持判定用座標との交差量を任意に設定できるようにしてもよい。
ハンド側把持判定用座標として、線座標と面座標とを組み合わせるようにしてもよい。
ハンドのグリッパとして、ワークの穴部をグリップの拡開により把持するようにしてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
The amount of intersection between the hand-side grip determination coordinates and the workpiece-side grip determination coordinates may be arbitrarily set.
Line coordinates and surface coordinates may be combined as hand-side grip determination coordinates.
As the gripper of the hand, the hole portion of the workpiece may be gripped by expanding the grip.
図面中、1はシミュレート手段、2は把持判定手段、3は設定手段、4は表示手段、5はディスプレイ、6はロボット、9はハンド、11はワーク、12はハンド筐体、13はグリッパ、14はニードル、15はフレード、16はグリッパ、17はブレードである。 In the drawings, 1 is a simulation means, 2 is a gripping determination means, 3 is a setting means, 4 is a display means, 5 is a display, 6 is a robot, 9 is a hand, 11 is a work, 12 is a hand housing, and 13 is a gripper. , 14 is a needle, 15 is a flade, 16 is a gripper, and 17 is a blade.
Claims (3)
前記ワークは、当該ワークを最外側から覆う空間に位置する立体座標をワーク側把持判定用座標として設定され、
前記ハンドは、複数のグリッパにより形成されるグリッパ内側空間のうち、前記各グリッパの距離が最小となる場合の各グリッパ先端側の中心点とハンド筐体のグリッパ内側空間側の中心点とを通過する中心線上または当該中心線に対して対象となる線上に設定された線座標、または前記中心線と交差するように設定された面座標をハンド側把持判定用座標として設定され、
前記ロボットを含む組立設備をシミュレートするシミュレート手段と、
前記シミュレート手段がシミュレートした組立設備を表示する表示手段と、
前記ハンド側把持判定用座標と前記ワーク側把持判定用座標とが交差するのに基づいて前記ハンドが前記ワークを把持したかを判断する把持判定手段と、を備え、
前記シミュレート手段は、前記把持判定手段が把持したと判断した場合に、前記ハンドと前記ワークとを結合した状態で前記表示手段に表示することを特徴とするロボットシミュレータ。 A robot simulator that performs a demonstration simulation of a robot that moves by holding a workpiece with a hand,
The workpiece is set as a coordinate for determination of gripping on the workpiece side, which is a solid coordinate located in a space covering the workpiece from the outermost side,
The hand passes through the center point on the gripper tip side and the center point on the gripper inner space side of the hand housing when the distance between the grippers is the smallest among the gripper inner spaces formed by a plurality of grippers. The line coordinates set on the center line or the target line with respect to the center line, or the plane coordinates set to intersect the center line are set as the hand side gripping determination coordinates,
Simulating means for simulating an assembly facility including the robot;
Display means for displaying the assembly equipment simulated by the simulation means;
Grip determination means for determining whether the hand has gripped the workpiece based on the intersection of the hand-side grip determination coordinate and the workpiece-side grip determination coordinate;
The robot simulator according to claim 1, wherein the simulation unit displays the hand and the work in a coupled state on the display unit when it is determined that the grip determination unit has gripped.
前記ハンド側把持判定用座標は、前記グリッパの動作方向と直交する方向を指向した面座標であることを特徴とする請求項1記載のロボットシミュレータ。 The hand has two grippers;
2. The robot simulator according to claim 1, wherein the hand-side grip determination coordinates are plane coordinates oriented in a direction orthogonal to an operation direction of the gripper.
前記ハンド側把持判定用座標は、各グリッパの把持位置の中心位置から隣り合うグリッパが互いに離れる方向の動作ベクトルを合成したベクトル方向を指向した面座標を組み合わして設定されていることを特徴とする請求項1記載のロボットシミュレータ。 The hand has three or more grippers;
The hand-side grip determination coordinates are set in combination with plane coordinates directed in a vector direction obtained by combining motion vectors in directions in which adjacent grippers move away from the center position of gripping positions of the grippers. The robot simulator according to claim 1.
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