CN101088718A - 机器人模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人模拟装置，该装置以规定的位置关系将具有机械手的机器人的形状模型和收放的工件及箱体的形状模型布置在显示器的画面上，模拟通过手的拾取作业，具备：将箱体的形状模型设定为规定的形状、尺寸的箱体尺寸设定部；在使机器人动作而从箱体的内壁一侧取出工件时，检查机械手和箱体的干涉，并且在干涉的场合特别指定干涉部位的干涉检查部；在通过干涉检查部判断为手和箱体干涉的场合，变更机械手的形状模型使得机械手和箱体不干涉的机械手变更部；以及根据通过该机械手变更部变更的机械手的上述形状模型取得上述机械手的实际制品尺寸数据的制品数据取得部。

Description

机器人模拟装置
技术领域
本发明涉及以动画形式模拟机械手的拾取作业的机器人模拟装置。
背景技术
一般来讲，作为以动画形式模拟机器人的动作的机器人模拟装置，已知有日本特开2001-105359号公报所公开的内容。所公开的机器人模拟装置具备：存储机器人、工件、外围设备等的形状模型的存储部；将形状模型显示在显示器上的显示部；以及选择进行尺寸变更的特定的形状模型并在画面上设定该形状模型的尺寸的部。由此，在包括机器人在内的环境状态变化，工件或外围设备的尺寸变更时，不必重新制作并读入CAD的形状模型，能够容易地进行机器人模拟。
还有，虽然与机器人模拟装置不相关，但在日本特开2000-293695号公报中作为一例公开有具备了作为视觉装置的摄像机的进行拾取作业的机器人。摄像机用来拍摄杂乱地堆积在箱体内的工件。通过所拍摄的图像在图像装置上被图像处理，识别工件的位置、姿势，从而能够自动地拾取堆积的工件。
日本特开2001-105359号公报所公开的模拟装置虽然在包括机器人在内的环境状态变化的场合，以使机器人不与周围干涉地动作的方式，能够容易地进行工件或外围设备的尺寸变更，但不是模拟机械手的拾取作业而进行机械手的尺寸变更的装置。为此，必须分析在机械手的拾取作业中，在实际现场使机械手重复动作，机械手对收放在箱体内的工件的可达性和机械手与箱体壁部之间的干涉可能性。因此，存在不得不依赖设计者的知识和经验，而为进行机械手的设计花费非常多的时间的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况，其目的在于提供一种在机器人的拾取作业中能够缩短应对机器人周围环境状态的变化的机械手的设计变更所需分析时间，并能够容易地进行机械手的设计的机器人模拟装置。
为了达到上述目的，本发明的机器人模拟装置以规定的位置关系将具有机械手的机器人的形状模型和所收放的工件及箱体的形状模型布置在显示器的画面上，模拟上述机械手的拾取作业，具备：将上述箱体的形状模型设定为规定的形状、尺寸的箱体尺寸设定部；在使上述机器人动作而从上述箱体的内壁一侧取出上述工件时，检查上述机械手和上述箱体的干涉，并且在干涉的场合特别指定干涉部位的干涉检查部；在通过该干涉检查部判断为上述机械手和上述箱体干涉的场合，变更上述机械手的形状模型使得上述机械手和上述箱体不干涉的机械手变更部；以及根据通过该机械手变更部变更了的上述机械手的上述形状模型取得上述机械手的实际制品尺寸数据的制品数据取得部。
根据该发明，通过箱体尺寸设定部能够将杂乱地收放多个工件的箱体的形状模型设定成与实际箱体相对应的规定的形状、尺寸。通过干涉检查部，在进行模拟的拾取动作时，能够检查机械手和箱体的干涉，并且在干涉的场合特别指定干涉部位。通过机械手变更部，在通过该干涉检查部判断为机械手和箱体干涉的场合，能够根据特别指定的干涉部位变更机械手的形状模型，使得机械手和箱体不干涉。通过制品数据取得部，根据变更了的机械手的形状模型取得实际制品尺寸数据并存储在存储器中。因此，对机械手的设计人员来讲，通过将存储在存储器中的制品尺寸数据反映在实际的机械手的设计上，能够缩短应对机器人周围的环境状态变化的机械手的设计变更所需分析时间，并能够容易地进行机械手的设计。
还有，在本发明的第二方案的机器人模拟装置中，通过上述机械手变更部能够变更上述干涉部位的尺寸。
由此，通过由机械手变更部变更特别指定的干涉部位的尺寸，能够大幅度地缩短机械手的设计变更所需时间。例如，能够将机械手的长度尺寸变更为任意尺寸。
还有，在本发明的第三方案的机器人模拟装置中，通过上述机械手变更部能够从存储在存储器中的机械手的库中选择任意形状的机械手。
由此，通过由机械手变更部从存储有多个机械手的形状模型数据的库(数据库)中选择例如任意长度尺寸的机械手，能够得到与第二方案所述的发明相同的效果。
还有，在本发明的第四方案的机器人模拟装置中，上述干涉检查部能够检查附加在上述机器人的上述机械手上的外围部分和上述箱体的干涉，在判断为上述外围部分和上述箱体干涉的场合，通过上述机械手变更部能够变更上述机械手的形状模型使得上述外围部分和上述箱体不干涉。
由此，由于通过干涉检查部也能够检查与设置在机械手上的附属物的干涉，因此，能够在对拾取作业中有可能产生干涉的各个部分进行干涉检查，能够拓宽机器人模拟装置的适用范围。
还有，在本发明的第五方案的机器人模拟装置中，上述外围部分能够为用来拍摄收放在上述箱体内的上述工件的视觉装置。
由此，能够检查设置在机械手上的作为附属物的视觉装置和箱体的干涉，能够以接近现场中的实际拾取作业的条件进行机器人手臂的设计变更。
附图说明
本发明的上述及其它目的、特征及优点通过参照附图的对以下的优选实施方式的说明将更加清楚。图中：
图1是表示本发明的机器人模拟装置的一个实施方式的构成图；
图2是表示机械手和箱体显示在显示器的画面上的状态的立体图；
图3是表示图1所示机器人模拟装置的模拟流程的流程图；
图4是图3的步骤S2的说明图；
图5是图3的步骤S3及S4的说明图；
图6是表示在本实施方式的变型例中机械手和箱体显示在显示器的画面上的状态的立体图；
图7是表示图6所示机器人模拟装置的模拟流程的流程图；
图8是图6的步骤S2的说明图；
图9是图6的步骤SA1的说明图。
具体实施方式
下面，根据附图说明涉及本发明的机器人模拟装置(下面简称“模拟装置”)。此外，在各图中的相同的部分附注同一附图标记并省略重复说明。
如图1所示，本实施方式的模拟装置1做成用离线模拟能够实施通过实际机器人进行的拾取作业(动作)，具备：具有控制功能的装置主体2；以及连接在装置主体2上显示图形图像的显示器3。此外，虽然未图示，在装置主体2上连接有键盘和在显示器3的画面上指定特定的位置的作为指示器的鼠标器。
装置主体2具备控制部4和未图示的接口。控制部4具备CPU(未图示)和各种存储器(未图示)。存储器由ROM、RAM、闪存器等各种存储器构成。在ROM上存储有整体控制该模拟装置1的系统程序。RAM是用来暂时存储CPU进行处理所用数据的存储器。在闪存器上除了机器人10的动作程序数据和各种设定值以外，还存储有后述的本方法实施上所必要的程序及各种数据。
控制部4做成：借助于接口电连接在显示器3、键盘、鼠标器、未图示的机器人控制装置或CAD装置等上，并收发电信号。从CAD装置输出具有机械手11的机器人10或收放的工件(未图示)及箱体5或其他外围设备的三维模型形状数据，这些形状数据存储在闪存器中，机器人10和箱体5等以规定的位置关系布置在显示器3的画面上。所输入的信号由控制部4处理，从而能够实施各种功能。
作为一种方式，控制部4构成为至少实施下述的功能。控制部4具备：取得从CAD装置输出的机器人10和箱体5等的各种形状数据并显示在显示器3的画面上的数据取得部(未图示)；将收放工件的箱体5的形状模型设定为规定的形状、尺寸的箱体尺寸设定部6；检查在使机器人10动作而从箱体5的内壁一侧取出工件时，有无机械手11和箱体5干涉的干涉检查部7；在通过干涉检查部7判断为机械手11和箱体5干涉的场合，使机械手11和箱体5不干涉地变更机械手11的干涉部位的尺寸的机械手尺寸变更部(机械手变更部)8；以及根据通过机械手尺寸变更部8变更的机械手11的形状模型取得机械手11的实际制品尺寸数据的制品数据取得部9。此外，机械手11和箱体5的干涉部位通过干涉检查部7特别指定。
液晶显示器、CRT等适用于显示器3，在画面上图形显示具有机械手11的机器人10的三维模型和箱体5等的三维模型。在图2中，以规定的位置关系配置有机械手11和箱体5。该位置关系能够再现现场中的位置关系。图形显示方法是任意的，可采用实体模型或框架模型或线模型。虽然机械手11和箱体5的三维模型可从CAD装置直接读入，但也能够借助于存储介质间接地输入。
下面参照图3所示流程图、图4及图5所示说明图说明使用了本实施方式的模拟装置1的拾取模拟。
在步骤S1中，从CAD装置读入箱体5、工件(未图示)、机械手11的三维模型，在步骤S2中，如图4所示，以与实际作业环境对应的相互关系图形显示在显示器3的画面上。
在步骤S3中，如图5所示，设定长方体的箱体5的形状、尺寸，这里设定高度尺寸s、宽度尺寸t、进深尺寸u(箱体尺寸设定部6)。
在步骤S4中，设定杂乱地收放在箱体5内的多个工件相对箱体5所占的虚拟占有空间V的大小。在本实施例中，该虚拟占有空间V作为立体空间设定。
在步骤S5中，求出在虚拟占有空间V以机械手11从箱体5的内壁一侧能够把持工件时的机械手11的姿势(容许倾角θ)。具体来讲，进行在工件所占区域V的下面和上面的各四个角部(共计八个角部)以垂直的姿势降下机械手11时的能够把持工件的确认，若不能把持则相对工件以任意角度倾斜机械手11进行是否能够把持的确认。
在步骤S6中，检查在使机械手11进行模拟动作而从箱体5的内壁一侧(包含箱体5的角部及箱体5的四边在内的内壁一侧)取出工件时，有无机械手11和箱体5的干涉(干涉检查部7)。与此同时，在干涉的场合，特别指定机械手11和箱体5的干涉部位。
在步骤S7中，在机械手11和箱体5干涉的场合，变更机械手11的干涉部位的尺寸(机械手变更部8)。具体来讲，将机械手11的长度尺寸在初始设定值的1/2～3倍的范围内适当地变更，直到不干涉为止重复进行干涉检查。
在步骤S8中，根据机械手11和箱体5不再干涉时的机械手11的形状模型取得机械手11的实际制品尺寸数据(制品数据取得部9)。
如上所述，根据本实施例的模拟装置1，对机械手11的设计人员来讲，通过将存储在存储器中的机械手11的长度尺寸L反映在实际的机械手的设计上，能够缩短应对机器人10周围的环境状态变化的机械手11的设计变更所需分析时间，并能够容易地进行机械手11的设计。
下面对本实施方式的模拟装置的变型例进行说明。如图6所示，该变型例为在图2的机械手11A具备了视觉装置12的例子。在该变型例中对相异之处进行说明，对于主要相同的构成部分附注同一附图标记并省略重复说明。
如图7中的流程图所示，在将具有视觉装置12的机械手11A在步骤S2中布置在显示器3的画面上后，在与步骤S3及S4相继的步骤SA1中，设定视觉装置12的视场空间。具体来讲，指定通过机械手11A不妨碍视觉装置12的视场的范围。在该实施例中做成指定视场宽幅x、视场长度y以及基准距值z(图9)。
在步骤SA2中，使机械手11A沿着箱体5内侧(包括箱体5的角部以及箱体5的四边在内的内壁一侧)的框状的棱线移动，确认视觉装置12的视场空间与箱体5的大小一致或比箱体5大。
接着，执行步骤S5后，在步骤S6中，判断是否视觉装置12和箱体5不干涉且能够把持工件。在判断为不干涉且能够把持工件的场合，执行步骤S8。在判断为产生干涉的场合，在步骤S7变更机械手11A的尺寸使得视觉装置12和箱体5不干涉(手变更部8)。
如上所述，根据本实施例的其它方式，能够检查设置在机械手11A上的作为附属物的视觉装置12和箱体5的干涉，能够以接近实际机械手的条件实施模拟，能够拓宽机器人模拟装置1A的适用范围，并且能够提高模拟精度。
此外，本发明不限定于上述实施方式，在不超出本发明精神的范围的情况下可以进行种种改变。例如，在本实施例及变型例中，虽然变更机械手11的长度尺寸L，但作为其它方式也可以通过从存储有多个机械手的形状模型数据的库中选择长度尺寸不同的机械手来变更机械手。在库中不仅记录有尺寸还可以记录有不同的机械手，能够灵活应对日趋多样化的拾取作业的方式。

Claims (5)

1.一种机器人模拟装置，以规定的位置关系将具有机械手的机器人的形状模型和所收放的工件及箱体的形状模型布置在显示器的画面上，模拟上述机械手的拾取作业，其特征在于，
具备：将上述箱体的形状模型设定为规定的形状、尺寸的箱体尺寸设定部；在使上述机器人动作而从上述箱体的内壁一侧取出上述工件时，检查上述机械手和上述箱体的干涉，并且在干涉的场合特别指定干涉部位的干涉检查部；在通过该干涉检查部判断为上述机械手和上述箱体干涉的场合，变更上述机械手的形状模型使得上述机械手和上述箱体不干涉的机械手变更部；以及根据通过该机械手变更部变更了的上述机械手的上述形状模型取得上述机械手的实际制品尺寸数据的制品数据取得部。
2.根据权利要求1所述的机器人模拟装置，其特征在于，
通过上述机械手变更部变更上述干涉部位的尺寸。
3.根据权利要求1所述的机器人模拟装置，其特征在于，
通过上述机械手变更部从存储在存储器中的机械手的库中选择任意形状的机械手。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的机器人模拟装置，其特征在于，
上述干涉检查部能够检查附加在上述机器人的上述机械手上的外围部分和上述箱体的干涉，在判断为上述外围部分和上述箱体干涉的场合，通过上述机械手变更部变更上述机械手的形状模型使得上述外围部分和上述箱体不干涉。
5.根据权利要求4所述的机器人模拟装置，其特征在于，
上述外围部分为用来拍摄收放在上述箱体内的上述工件的视觉装置。
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