CN106363622A - 人协作型机器人系统的机器人模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人协作型机器人系统的机器人模拟装置。一种能够使作业者以较少负担容易进行人协作型机器人系统的模拟以及周期时间的计算的机器人模拟装置。模拟装置具备：作业分配部，其根据按照协作作业所包含的多个作业的每个种类设定的成为各作业的对象的物品的重量、搬运距离、以及各作业的需要时间，将多个作业分别分配给机器人和人；程序生成部，其根据作业分配部分配的作业分配结果，生成机器人和人的动作程序；以及周期时间计算部，其执行动作程序的模拟，来计算动作程序的周期时间。

Description

人协作型机器人系统的机器人模拟装置

技术领域

本发明涉及一种在机器人的脱机系统中执行人协作型机器人系统的模拟的机器人模拟装置。

背景技术

近年来，在进行部件的装配等的生产系统中，有时采用使用了与人进行协作作业的人协作型机器人的人协作型机器人系统。在这样的机器人系统中，有时需要在实机的运转前在脱机系统中进行模拟

作为与之相关的公知技术，例如在日本特开2010-211726号公报中记载了如下的模拟方法，该模拟方法包括：指定工序，指定包含作业者的各身体部位的可动范围和动作速度的动作特性；以及决定工序，对每个作业者的可配置位置和机器人的可配置位置的组合，通过动作模拟计算出基于作业者和机器人的协作的生产作业的需要时间，根据计算出的需要时间来决定需要时间最短的作业者位置和机器人位置的组合。

日本特开2010-211726号公报所记载的技术能够通过指定人的可动范围和动作速度来进行人的模拟，同时通过变更机器人和人的配置来实现使周期时间最佳化。但是，在现有技术中，在执行模拟前需要预先决定机器人与人的作业内容和动作速度。此外，以往通过变更机器人和人的配置来使周期时间最佳化，最佳化时动作程序不变更。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够在作业者的较少负担下容易进行人协作型机器人系统的模拟以及周期时间的计算的机器人模拟装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种机器人模拟装置，是配置于虚拟空间内的、进行机器人和人共享作业空间而搬运1件以上的物品的协作作业的人协作型机器人系统的模拟装置，其中，该机器人模拟装置具备：作业分配部，其根据按照上述协作作业所包含的多个作业的每个种类设定出的成为各作业的对象的物品的重量、上述物品的搬运距离、以及各作业的需要时间，将上述多个作业分配给上述机器人和上述人；程序生成部，其根据上述作业分配部分配的作业分配结果，生成上述机器人和上述人的动作程序；以及周期时间计算部，其执行上述动作程序的模拟，来计算上述动作程序的周期时间。

机器人模拟装置可以还具备：执行判定部，其根据除了成为各作业的对象的物品的重量、上述物品的搬运距离、以及各作业的需要时间以外的条件，判定能否通过上述机器人或上述人执行向上述机器人或上述人分配的作业。

机器人模拟装置可以还具备：动作速度判断部，其在上述作业分配部向上述机器人和上述人分配了协作搬运1件物品的作业的情况下，判断上述机器人能否以上述人的动作速度以上的速度来动作，在该情况下，在上述动作速度判断部判断为上述机器人无法以上述人的动作速度以上的动作速度来动作的情况下，上述程序生成部使上述人的速度与上述机器人的最高速度一致来生成动作程序。

机器人模拟装置可以还具备：动作速度限制部，其在上述作业分配部向上述机器人和上述人分别分配了不同的作业的情况下，在上述人靠近动作中的上述机器人直到相距一定距离时，使上述机器人的动作速度下降；以及周期时间延长抑制部，其通过在上述动作程序中追加待机时间，对因上述人向上述机器人的接近导致的上述机器人的动作速度变慢、上述机器人和上述人协作动作时的周期时间延长进行抑制。

附图说明

参照附图对以下的优选实施方式进行说明，从而使本发明的上述或其他目的、特征、以及优点变得更加明确。

图1是表示本发明的优选实施方式的机器人模拟装置的系统结构例的图。

图2是图1的机器人模拟装置的功能框图。

图3是表示本发明的机器人模拟装置中的处理的一例的流程图。

图4是说明将多个作业分配给机器人和人的例子的图。

图5是说明判定向机器人或人分配的作业能否被分配目标物执行的处理的流程图。

图6是说明在向机器人和人分配了协作搬运1件物品的作业的情况下，判断机器人能否以与人的动作程序相同的速度进行动作的处理的流程图。

图7是说明在机器人周边设定了低速区域的情况下，抑制周期时间的延长的处理的流程图。

具体实施方式

图1是表示本发明的优选实施方式的机器人模拟装置(以下，也简单地称作模拟装置)10的系统结构例的图，图2是模拟装置的功能框图。模拟装置10例如是具备键盘12、鼠标14等输入装置的个人计算机，是进行配置于虚拟空间(显示器)16上的机器人18与人(作业者)20共享作业空间来搬运1件以上的物品22的协作作业的人协作型机器人系统的模拟的装置，该模拟装置10具备：作业分配部24，其根据对协作作业所包含的多个作业的每个种类设定的成为各作业的对象的物品22的重量、物品22的搬运距离、以及各作业的需要时间，将多个作业分别分配给机器人18和人20；程序生成部26，其根据作业分配部24分配的作业分配结果，生成机器人18和人20的动作程序；以及周期时间计算部28，其执行动作程序的模拟来计算动作程序的周期时间。

接着，参照图3的流程图，对模拟装置10的作用进行说明。首先，在步骤S1中，在人协作型系统中按照种类划分应当进行的多个作业。在此，例如如图4所示，将多个作业划分为作业A、B以及C这3种。

接着，在步骤S2中，从按照种类分类的作业中选择1种作业，比较在所选择的作业中要处理的对象物品的重量和预定的容许值(步骤S3)。在物品的重量超过容许值的情况下，将该作业分配给机器人(步骤S4)。例如，将预定的容许值设定为在人持有物品的情况下不成为负担的重量。

在物品的重量为容许值以下的情况下，在步骤S5中，判定用机器人的最高速度Vmax除物品的搬运距离D而得的最短搬运时间(D/Vmax)是否为预先决定的需要时间以上。在机器人的最短搬运时间不足需要时间的情况下，可以通过机器人在需要时间以内执行该作业，因此将该作业分配给机器人(步骤S4)，相反，在需要时间以上的情况下，一般分配给动作速度比机器人快的人(步骤S6)。例如，在图4中，将作业A和B分配给机器人18，将作业C分配给人20。

接着，在步骤S7中，判断是否分配了所有的作业，在残留有尚未分配的作业的情况下重复进行步骤S2～S6的处理。这样，将按照种类分类的全部作业分配给人或机器人中的某一个。

若分配了全部作业，则根据该分配结果，生成机器人和人的动作程序(步骤S8)。然后，执行所生成的动作程序的模拟，计算出人协作型系统的模拟的周期时间(步骤S9)。

这样，在本发明中，可以根据物品的重量和需要时间(搬运时间)将多个作业分别自动地分配给机器人或人，并根据分配结果生成动作程序来对该动作程序进行模拟，因此能够自动且适当地计算、评价人协作型机器人系统的周期时间。

如图2所示，模拟装置10还可以具有：执行判定部30，其根据其他条件判定通过作业分配部24向机器人和人分配的作业能否被机器人或人实施。然后，也可以任意地在图3的步骤S4或步骤S6之后，根据其他条件判断分配给机器人和人的作业能否被机器人或人实施。

例如，如图5所示，在步骤S4之后追加步骤S10，判定分配给机器人的作业(在图4的例子中为作业A、B)能否被机器人实施。作为具体的条件，列举了：分配的作业可以在机器人的动作范围内进行、或未超过机器人的动作速度等。在满足这些条件的情况下，处理前进到图3的步骤S7，在不满足的情况下，解析为分配给机器人的作业实际上是无法被机器人实施的不适当的作业，因此优选结束处理。

同样地，如图5所示，在步骤S6之后追加步骤S11，判定分配给人的作业(在图4的例子中为作业C)能否被人实施。作为具体的条件，列举了：分配的作业可以在人的动作范围内进行、或未超过人的动作速度等。在满足这些条件的情况下，处理前进到图3的步骤S7，在不满足的情况下，解析为分配给人的作业实际上是无法被人实施的不适当的作业，因此优选结束处理。

如图2所示，模拟装置10还可以具有：动作速度判断部32，其在通过作业分配部24向机器人和人分配了协作搬运1件物品的作业的情况下，判断机器人能否以与人的动作程序相同的速度进行动作。

向机器人和人双方分配机器人和人协作搬运1件物品的作业。在该情况下，如图6所示，也可以在程序生成部26生成动作程序之后(例如，图3中的步骤S8之后)追加动作速度判断部32判断机器人能否以人的动作速度以上的动作速度进行动作的步骤S12。一般，人的动作速度比机器人快，因此在判断为机器人无法以人的动作速度以上的速度进行动作的情况下，程序生成部26使人的速度与机器人的最高速度对应(一致)(也就是说，使人的动作速度下降)来生成动作程序(步骤S13)。相反，在人的动作速度始终比机器人的最高速度慢的情况下，不经过步骤S13而前进到步骤S9。通过这样的处理，能够避免因机器人的动作速度不足而无法适当地进行模拟的故障。

此外，如图2所示，模拟装置10还可以具有：动作速度限制部34，其在通过作业分配部24分别向机器人和人分配了不同的作业的情况下，当人靠近动作中的机器人直至相距预定距离时，降低机器人的动作速度；以及周期时间延长抑制部36，其抑制因人的接近导致的机器人的动作速度变慢，机器人和人协作动作时的周期时间延长。参照图7的流程图，对动作速度限制部34和周期时间延长抑制部36的处理的一例进行说明。

动作速度限制部34具有如下的功能：在分别向机器人和人分配了不同的作业的情况下，人靠近动作中的机器人直至相距预定距离时，降低机器人的动作速度。换言之，动作速度限制部34构成为，将与机器人相距预定距离以内的范围设定为低速区域，当人进入低速区域时使机器人的动作速度下降。

如图7所示，在程序生成部26生成动作程序后(例如，图3中的步骤S8之后)，判定在动作程序中是否包含至少1次人进入低速区域的动作(步骤S14)。在动作程序中包含人进入低速区域的动作的情况下，执行基于该动作程序的模拟，并计算该动作程序的执行时间(周期时间)(步骤S15)。将计算出的周期时间作为第1周期时间(周期时间1)而存储在适当的存储器等中。

接着，在人的动作程序中，选择人进入低速区域前的动作之一(例如，即将进入低速区域之前的动作)(步骤S16)，在即将进行所选择的动作之前追加包含预定的待机时间的待机命令(步骤S17)。然后，执行基于追加了待机命令(待机时间)后的动作程序的模拟，计算该动作程序的执行时间(周期时间)作为第2周期时间(周期时间2)(步骤S18)。另外，将预定的待机时间设定为例如2秒至10秒之间的值(优选固定值)。

接着，在步骤S19中，比较第1周期时间与第2周期时间，在待机命令追加后的周期时间(第2周期时间)较短的情况下，将第2周期时间的值代入到第1周期时间中(步骤S20)，进一步追加待机时间来再次进行周期时间的比较。继续进行该处理直到待机命令追加后的周期时间2成为追加前的周期时间1以上。

在步骤S19中，在第2周期时间为第1周期时间以上的情况下，表示之前追加的待机命令(待机时间)是不需要的，因此消除人的动作程序中的最近的变更(待机命令的追加)(步骤S21)。另外，优选对人进入机器人的低速区域的全部动作进行上述待机命令(待机时间)追加处理(步骤S22)。

也就是说，在图7的例子中示出了用于如下情况的具体方法：企图抑制人进入低速区域导致的机器人的动作速度的降低(以及与之相伴的周期时间的延长)，通过追加待机时间来延迟人进入低速区域的定时，从而不降低机器人的动作速度地迅速进行机器人的作业。并且，在图7的例子中，以适当的时间步长(刻み時間幅)追加待机时间来比较追加前后的周期时间，由此能够自动生成周期时间最小的动作程序。

另外，在图5～图7中说明的应用例既可以分别单独使用，也可以适当进行组合后使用。

本发明的机器人模拟装置在图1的例中作为个人计算机而进行了说明，但也可以包含在对模拟对象即机器人的实机进行控制的机器人控制装置中，换言之，该机器人控制装置也可以具有机器人模拟装置的功能。这样，可以通过机器人控制装置进行人协作型机器人系统的模拟，并能够顺利地进行基于模拟结果的实机的动作。

通过本发明，可以根据与作业相关的物品的重量、搬运距离、以及需要时间而自动地向机器人和人分配作业，对各个动作程序进行模拟来计算周期时间，因此作业者能够以较少负担容易进行人协作型机器人系统的模拟以及周期时间评价。

Claims (4)

1.一种机器人模拟装置，是进行如下协作作业的人协作型机器人系统的模拟装置：配置于虚拟空间内的机器人和人共享作业空间来搬运1件以上物品，其特征在于，

该机器人模拟装置具备：

作业分配部，其根据按上述协作作业所包含的多个作业的种类而设定的、成为各作业的对象的物品的重量、上述物品的搬运距离、以及各作业的需要时间，将上述多个作业分配给上述机器人和上述人；

程序生成部，其根据上述作业分配部所分配的作业分配结果，生成上述机器人和上述人的动作程序；以及

周期时间计算部，其执行上述动作程序的模拟来计算上述动作程序的周期时间。

2.根据权利要求1所述的机器人模拟装置，其特征在于，

该机器人模拟装置还具备：执行判定部，其根据除了成为各作业的对象的物品的重量、上述物品的搬运距离、以及各作业的需要时间以外的条件，判定能否通过上述机器人或上述人来执行分配给上述机器人或上述人的作业。

3.根据权利要求1或2所述的机器人模拟装置，其特征在于，

该机器人模拟装置还具备：动作速度判断部，其在上述作业分配部将协作搬运1件物品的作业分配给上述机器人和上述人的情况下，判断上述机器人能否以上述人的动作速度以上的速度来进行动作，

在上述动作速度判断部判断为上述机器人无法以上述人的动作速度以上的动作速度来进行动作的情况下，上述程序生成部使上述人的速度与上述机器人的最高速度一致来生成动作程序。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人模拟装置，其特征在于，

该机器人模拟装置还具备：

动作速度限制部，其在上述作业分配部分别将不同的作业分配给上述机器人和上述人的情况下，在上述人靠近动作中的上述机器人到一定距离时，降低上述机器人的动作速度；以及

周期时间延长抑制部，其通过在上述动作程序中追加待机时间，对因上述人向上述机器人的接近导致的上述机器人的动作速度变慢，上述机器人和上述人协作动作时的周期时间延长这一情况进行抑制。