DE102015102399A1

DE102015102399A1 - Robotersimulationsvorrichtung zur Erzeugung einer Bewegungsbahn eines Roboters

Info

Publication number: DE102015102399A1
Application number: DE102015102399.7A
Authority: DE
Inventors: Toshiya Takeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2035-02-21
Also published as: US9573273B2; JP2015160277A; DE102015102399B4; US20150239121A1; JP5860081B2; CN104875203B; CN104875203A

Abstract

Eine Robotersimulationsvorrichtung zum automatischen Erzeugen einer praktischen Kollisionsvermeidungsbewegungsbahn unabhängig vom Qualifikationsniveau eines Bedieners. Die Vorrichtung schließt ein: einen Bewegungsbahnerlangungsabschnitt, der eine erste Bewegungsbahn durch Simulieren eines Roboterbewegungsprogramms erlangt; einen Lehr-Punktspezifizierungsabschnitt, der erkennt, ob ein Roboter mit einem peripheren Objekt auf der ersten Bahn kollidiert, und der entsprechend erste und zweite Lehr-Punkte unmittelbar bevor und nachdem die Kollision erfolgt, spezifiziert; einen Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt, der automatisch einen dritten Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Punkten einfügt und zweite Bewegungsbahnen zum Vermeiden der Kollision basierend auf einer Suchrichtung und einer Entfernung, die durch eine Zufallszahl bestimmt werden, erzeugt; einen Bewertungsabschnitt, der jede zweite Bahn basierend auf einem vorbestimmten Parameter bewertet; und einen Bewegungsbahnauswahlabschnitt, der eine optimale Bewegungsbahn von den zweiten Bahnen basierend auf einem Bewertungsergebnis auswählt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Robotersimulationsvorrichtung zum Ausführen einer Simulation eines Roboters und insbesondere eine Simulationsvorrichtung zum Erzeugen einer Bewegungsbahn, anhand der verhindert werden kann, dass der Roboter mit peripherer Ausrüstung kollidiert.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Stand der Technik wurde eine Simulationsvorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Bewegungsbahn eines Roboters erzeugt wird, sodass der Roboter einen vorbestimmten Arbeitsvorgang ausführen kann, während er eine Kollision mit peripherer Ausrüstung vermeidet. Beispielsweise offenbart JP 2003-091303 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Einstellen einer engen Bereichsbewegungsbahn zum Zurückziehen eines Endstücks eines Mehrgelenkroboters von einem Arbeitspunkt an einem Werkstück und einer weiten Bereichsbewegungsbahn zum Bewegen zwischen den Arbeitspunkten.
Weiter offenbart JP 2000-020117 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Planen eines Bewegungspfads eines Mehrgelenkmanipulators (Roboter), wobei eine Ausrichtungsbahn einer Roboterhand unter Verwendung eines Potenzialfeldverfahrens berechnet wird.
Das Potenzialverfahren, wie es in JP 2000-020117 beschrieben wird, ist ein bekannter Algorithmus, der verwendet wird, um eine Roboterbahn usw. zu erzeugen. Konkret wird in dem Verfahren der Raum, in dem der Roboter betrieben wird, in Raster eingeteilt und die Energie jedes Rasters bestimmt, sodass ein Raster, in dem ein Hindernis existiert, eine hohe Energie aufweist, und die Energie des Rasters verringert wird, während sich das Hindernis davon fortbewegt. Dann wird durch Bewegen des Roboters von der aktuellen Position zu einem Raster, das energiearm ist, eine Bahn erzeugt, anhand der der Roboter eine Kollision mit dem Hindernis vermeiden kann.
Wenn eine komplexe Bewegungsbahn (oder eine Bahn zum Vermeiden einer Kollision) unter Verwendung des Potenzialverfahrens berechnet wird, kann jedoch die Berechnung zum Erzeugen der Bahn in einer Endlosschleife gefangen sein oder eine optimale Lösung aufgrund von einer lokalen Lösung nicht erlangt werden. In solch einem Fall muss ein Bediener eine Berechnungsbedingung ändern oder eine erzeugte Bewegungsbahn anpassen, was unhandlich ist und ein hohes Qualifikationsniveau erfordert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Robotersimulationssystem bereitzustellen, das fähig ist, automatisch eine praktische Bewegungsbahn eines Roboters zu erzeugen, um eine Kollision unabhängig vom Qualifikationsniveau eines Bedieners zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird eine Robotersimulationsvorrichtung für das Ausführen einer Simulation eines Roboters durch Positionieren von dreidimensionalen Modellen des Roboters und eines peripheren Objekts, das um den Roboter im gleichen virtuellen Raum angeordnet ist, bereitgestellt, wobei die Robotersimulationsvorrichtung umfasst: einen Bewegungsbahnerlangungsabschnitt, der eine erste Bewegungsbahn des Roboters durch Ausführen einer Simulation eines Bewegungsprogramms des Roboters erlangt; einen Lehr-Punktspezifizierungsabschnitt, der erkennt, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter die erste Bewegungsbahn entlangbewegt wird, und der einen ersten Lehr-Punkt spezifiziert, der einem Lehr-Punkt unmittelbar bevor die Kollision erfolgt entspricht, und einen zweiten Lehr-Punkt, der einem Lehr-Punkt unmittelbar, nachdem die Kollision erfolgt, entspricht; einen Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt, der automatisch mindestens einen dritten Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Lehr-Punkten hinzufügt und unterschiedliche zweite Bewegungsbahnen, anhand denen die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt nicht erfolgt, erzeugt, wobei der dritte Lehr-Punkt vom ersten oder zweiten Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist; einen Bewertungsabschnitt, der jede der zweiten Bewegungsbahnen basierend auf mindestens einem zuvor bestimmten Parameter bewertet; und einen Bewegungsbahnauswahlabschnitt, der eine optimale Bewegungsbahn des Roboters von den zweiten Bewegungsbahnen basierend auf einem Bewertungsergebnis vom Bewertungsabschnitt auswählt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erkennen die Bewegungsbahnerzeugungsabschnittdaten, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter eine Bewegungsbahn von dem ersten Lehr-Punkt zu einem Zwischen-Lehr-Punkt entlangbewegt wird, der vom ersten Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist, und fügen den Zwischen-Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Lehr-Punkten ein, wenn die Kollision nicht erfolgt; und wobei der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt erkennt, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter eine Bewegungsbahn von dem zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt zu dem zweiten Lehr-Punkt entlangbewegt wird, und die zweite Bewegungsbahn durch Wiederholen eines Prozesses erzeugt, um einen neuen einen Zwischen-Lehr-Punkt einzufügen, der vom zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist, bis die Kollision nicht erfolgt.
In diesem Fall kann der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt mindestens eine der Funktionen aufweisen, um: einen Anfangszustand einzustellen, bei dem eine Wahrscheinlichkeit höher ist, dass eine Zufallszahl für das Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der eine Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt kleiner ist als eine Entfernung zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt, als eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Zufallszahl für das Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der die Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt größer ist als die Entfernung zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt; und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt in der Bewegungsbahn vom ersten Lehr-Punkt zum Zwischen-Lehr-Punkt erfolgt, und eine Einstellung vorzunehmen, bei der eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Suchrichtung, anhand der die Kollision nicht erfolgt, in einer nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird, höher ist als eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Suchrichtung, anhand der die Kollision erfolgt, bei der nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird.
Weiter kann in diesem Fall die Robotersimulationsvorrichtung einen Lehr-Punktlöschabschnitt umfassen, der einen überzähligen Lehr-Punkt vom dritten Lehr-Punkt löscht, wobei der Lehr-Punktlöschabschnitt mindestens eine der Funktionen aufweisen kann, um: eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsentfernung von jedem der eingefügten dritten Lehr-Punkte zu speichern und dann die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte durch Hinzufügen der Bewegungsentfernungen der zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einen neuen Lehr-Punkt zu kombinieren, wenn die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn die gleichen sind; die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einen neuen Lehr-Punkt zu kombinieren oder die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte durch Annullieren der Bewegungsentfernungen der zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte zu löschen, wenn die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn einander entgegengesetzt sind; und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt in Bezug auf eine Bahn erfolgt, die zwei willkürliche nicht aufeinanderfolgende dritte Lehr-Punkte auf der zweiten Bewegungsbahn verbindet, und einen Lehr-Punkt zwischen den zwei willkürlichen nicht aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten zu löschen, wenn die Kollision nicht erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt der mindestens eine Parameter ein: (a) eine Bewegungsdauer des Roboters; (b) eine Mindestentfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt; (c) einen Betrag an Wärmeerzeugung eines Motors zum Antreiben des Roboters; (d) eine Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes des Roboters; und (e) eine aufgenommene Leistung des Roboters, und wobei der Bewertungsabschnitt mehrere willkürliche Parameter von den Parametern (a) bis (e) in Bezug auf die zweite Bewegungsbahn und jeden dritten Lehr-Punkt, der in der zweiten Bewegungsbahn eingeschlossen ist, auswählt und einen Bewertungswert durch Gewichten der zuvor ausgewählten Parameter berechnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Robotersimulationsvorrichtung weiter einen Lehr-Punktanpassungsbschnitt, der die Position des dritten Lehr-Punktes anpasst, wobei der Lehr-Punktanpassungsbschnitt konfiguriert ist: jeden dritten Lehr-Punkt, der in der zweiten Bewegungsbahn eingeschlossen ist, basierend auf mindestens einem vorbestimmtem Parameter zu bewerten; wiederholt einen Prozess zum Verschieben der Position des dritten Lehr-Punktes auszuführen, der durch eine kleine Entfernung innerhalb eines vorbestimmten akzeptablen Bereichs anzupassen ist, und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt; und einen dritten Lehr-Punkt einzustellen, der die höchste Bewertungsmarkierung unter den dritten Lehr-Punkten aufweist, innerhalb des vorbestimmten akzeptablen Bereichs als eine angepasste Position des dritten Lehr-Punktes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lehr-Punkterzeugungsabschnitt konfiguriert: einen ersten Relaispunkt in der Nähe des ersten Lehr-Punkts zu erzeugen, bei dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter um eine vorbestimmte Entfernung in jeder Richtung bewegt wird; einen zweiten Relaispunkt in der Nähe des zweiten Lehr-Punkts zu erzeugen, bei dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter um eine vorbestimmte Entfernung in jeder Richtung bewegt wird; und entsprechend Bewegungsbahnen zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem ersten Relaispunkt, zwischen dem ersten Relaispunkt und dem zweiten Relaispunkt und zwischen dem zweiten Relaispunkt und dem zweiten Lehr-Punkt zu erzeugen, anhand denen der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt konfiguriert: mehrere Blöcke durch Teilen mehrerer Lehr-Punkte zu erzeugen, die in der ersten Bewegungsbahn an einer Position eingeschlossen sind, an der die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt; eine Reihenfolge von mindestens zwei der Blöcke zu ändern und/oder eine Reihenfolge der in jedem Block eingeschlossenen Lehr-Punkte umzukehren; und automatisch eine Bewegungsbahn zwischen dem letzten Lehr-Punkt im Block und einem ersten Lehr-Punkt im nachfolgenden Block zu erzeugen, anhand der der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Robotersimulationsvorrichtung in einem Controller zum Steuern eines tatsächlichen Roboters aufgenommen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher:
1 ist ein Funktionsdiagramm einer Robotersimulationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens in der Robotersimulationsvorrichtung der Erfindung zeigt;
3 erklärt ein Beispiel für das Erzeugen eines Zwischen-Lehr-Punktes, um eine Kollision zu vermeiden;
4 erklärt ein Beispiel, bei dem ein RelaisLehr-Punkt in eine zweite Bewegungsbahn eingefügt wird;
5 zeigt ein Beispiel einer Reihe von Lehr-Punkten, die in einer Roboterbewegungsbahn eingeschlossen sind, bevor eine Kollisionsvermeidungsbahn erzeugt wird;
6 zeigt ein Beispiel, bei dem die Reihe von Lehr-Punkten wie gezeigt in 5 in mehrere Blöcke eingeteilt ist, eine Reihenfolge von einigen Blöcken geändert ist und eine Reihenfolge der Lehr-Punkte in jedem von einigen Blöcken umgekehrt ist; und
7 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Kollisionsvermeidungsbahn in die Reihe von Lehr-Punkten wie gezeigt in 6. eingefügt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Funktionsdiagramm einer Robotersimulationsvorrichtung (im Folgenden auch lediglich als Simulationsvorrichtung bezeichnet) 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Simulationsvorrichtung 10 führt eine Simulation eines Roboters 12 (normalerweise offline) durch Positionieren von dreidimensionalen Modellen des Roboters 12 und einem peripheren Objekt 14 wie externe Ausrüstung aus, die um den Roboter 12 im gleichen virtuellen Raum angeordnet ist.
Die Simulationsvorrichtung 10 schließt ein: einen Bewegungsbahnerlangungsabschnitt 16, der eine erste Bewegungsbahn des Roboters 12 durch Ausführen einer Simulation eines vorbestimmten Bewegungsprogramms des Roboters 12 erlangt; einen Lehr-Punktspezifizierungsabschnitt 18, der erkennt, ob die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 erfolgt, wenn der Roboter 12 die erste Bewegungsbahn entlangbewegt wird, und der einen ersten Lehr-Punkt spezifiziert (der im Folgenden auch als Startpunkt bezeichnet wird), der einem Lehr-Punkt unmittelbar, bevor die Kollision erfolgt, entspricht, und einen zweiten Lehr-Punkt (der im Folgenden auch als Endpunkt bezeichnet wird), der einem Lehr-Punkt unmittelbar, nachdem die Kollision erfolgt, entspricht; einen Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt 20, der automatisch mindestens einen dritten Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Lehr-Punkten hinzufügt oder einfügt und unterschiedliche zweite Bewegungsbahnen, anhand denen die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt nicht erfolgt, erzeugt, wobei der dritte Lehr-Punkt vom ersten oder zweiten Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist; einen Bewertungsabschnitt 22, der jede der zweiten Bewegungsbahnen basierend auf mindestens einem zuvor bestimmten Parameter bewertet; und einen Bewegungsbahnauswahlabschnitt 24, der eine optimale Bewegungsbahn des Roboters 12 von den zweiten Bewegungsbahnen basierend auf einem Bewertungsergebnis durch den Bewertungsabschnitt 22 auswählt.
Optional kann die Simulationsvorrichtung 10 einen Anzeigeabschnitt 26, der den virtuellen Raum usw. anzeigt, wo sich die dreidimensionalen Modelle des Roboters 12 und das periphere Objekt 14 befinden, einen Lehr-Punktlöschabschnitt 28, der einen überzähligen Lehr-Punkt vom dritten Lehr-Punkt löscht, und einen Lehr-Punktanpassungsbschnitt 30, der die Position des dritten Lehr-Punktes anpasst, einschließen. Die Funktionen des Löschabschnitts 28 und des Anpassungsabschnitts 30 werden nachfolgend erklärt.
Unter jetziger Bezugnahme auf die 2 und 3 wird das Verfahren in der Simulationsvorrichtung 10 erklärt. Zuerst wird in Schritt S1 die Simulation des Bewegungsprogramms, das zuvor für den Roboter 12 vorbereitet wurde, ausgeführt, um die erste Bewegungsbahn 32 des Roboters 12 zu erlangen. Die erste Bewegungsbahn schließt mehrere Lehr-Punkte zum Spezifizieren der Position und Ausrichtung eines repräsentativen Punktes (beispielsweise ein Werkzeugarbeitspunkt) von Roboter 12 basierend auf dem Bewegungsprogramm ein. In der ersten Bewegungsbahn wird die Kollision zwischen Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 nicht berücksichtigt.
Im nächsten Schritt S2 wird erkannt, ob die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 erfolgt, wenn der Roboter 12 die erste Bewegungsbahn entlangbewegt wird. Wenn die Kollision erfolgt, dann wird der erste Lehr-Punkt (oder der Startpunkt), der einem Lehr-Punkt unmittelbar bevor die Kollision erfolgt entspricht, und der zweite Lehr-Punkt (oder der Endpunkt), der einem Lehr-Punkt unmittelbar, nachdem die Kollision erfolgt, entspricht, spezifiziert. Da die Kollision zwischen den Lehr-Punkten Pm und Pn erfolgt, die in der ersten Bewegungsbahn 32 eingeschlossen sind, sind im Beispiel von 3 der Lehr-Punkt Pm und der Lehr-Punkt Pn entsprechend als der Startpunkt und der Endpunkt spezifiziert.
Im nächsten Schritt S3 wird mindestens automatisch ein dritter Lehr-Punkt zwischen dem Startpunkt Pm und dem Endpunkt Pn hinzugefügt, um eine zweite Bewegungsbahn 34 zu erzeugen, anhand der die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 nicht erfolgt, wobei der dritte Lehr-Punkt vom Punkt Pm oder Pn in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist. Im Beispiel von 3 wird erkannt, ob die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 erfolgt, wenn der Roboter 12 eine Bewegungsbahn 34 entlangbewegt wird, die sich vom Startpunkt Pm zu einem Zwischen-Lehr-Punkt P1 erstreckt, der vom Startpunkt Pm in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist. Da die Kollision in der Bewegungsbahn 34 nicht erfolgt, wird der Zwischen-Lehr-Punkt P1 zwischen Startpunkt Pm und Endpunkt Pn eingefügt. Im Gegensatz dazu wird der Zwischen-Lehr-Punkt P1 verworfen und ein anderer Zwischen-Lehr-Punkt gesucht, wenn die Kollision in der Bewegungsbahn 34 erfolgt.
Dann wird erkannt, ob die Kollision zwischen dem Roboter 12 und dem peripheren Objekt 14 erfolgt, wenn der Roboter eine Bewegungsbahn 36 entlangbewegt wird, die sich vom zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt (in diesem Fall der Punkt P1) zum Endpunkt Pn erstreckt. Da im veranschaulichten Beispiel die Kollision in der Bewegungsbahn 36 erfolgt, wird ein neuer Zwischen-Lehr-Punkt P2, der vom Zwischen-Lehr-Punkt P1 in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist, berechnet, und dann wird erkannt, ob die Kollision in einer Bewegungsbahn 38 zwischen den Zwischen-Lehr-Punkten P1 und P2 erfolgt. Da die Kollision in der Bewegungsbahn 38 nicht erfolgt, wird der Zwischen-Lehr-Punkt P2 zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt P1 und dem Endpunkt Pn eingefügt. Im Gegensatz dazu wird der Zwischen-Lehr-Punkt P2 verworfen und ein anderer Zwischen-Lehr-Punkt gesucht, wenn die Kollision in der Bewegungsbahn 38 erfolgt. Wenn eine Bewegungsbahn anhand der die Kollision nicht erfolgt, nicht erlangt wird, selbst nachdem das Suchen des Punktes P2 eine vorbestimmte Anzahl an Malen wiederholt wurde, wird Punkt P1 verworfen und Punkt P1 erneut gesucht.
Das vorstehende Verfahren wird wiederholt, bis die Kollision nicht erfolgt. Da im veranschaulichten Beispiel die Kollision in einer Bewegungsbahn 40 nicht erfolgt, die sich vom zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt (in diesem Fall Punkt P2) zum Endpunkt Pn erstreckt, wird eine Bewegungsbahn vom Startpunkt Pm zum Endpunkt Pn über die Zwischen-Lehr-Punkte P1 und P2 (d. h., eine Bahn, welche die Bewegungsbahnen 34, 38 und 40 einschließt) als die zweite Bewegungsbahn erzeugt, anhand der die Kollision nicht erfolgt. Außerdem ist die Bewegung des Roboters basierend auf der Suchrichtung und der Suchentfernung, die durch eine Zufallszahl bestimmt werden, nicht auf eine Translationsbewegung begrenzt und kann eine Rotationsbewegung einschließen.
Wie oben erklärt, ist in der vorliegenden Erfindung die arithmetische Verarbeitung weder in einer Endlosschleife gefangen noch gibt sie eine lokale Lösung aus, wodurch eine Kollisionsvermeidungsbahn erlangt werden kann, da die Suchrichtung und die Suchentfernung für das Berechnen des Zwischen-Lehr-Punktes unter Verwendung einer Zufallszahl zufällig bestimmt werden. Weiter kann durch Verwenden der Zufallszahl die Bewegungsbahn erzeugt werden, ohne vom Qualifikationsniveau des Bedieners abhängig zu sein. In dieser Hinsicht kann die Zufallszahl zum Bestimmen der Bewegungsrichtung des Roboters wie nachfolgend beschrieben bestimmt werden, um die zweite Bewegungsbahn effektiver zu erzeugen.

(i) Bezüglich der Richtung der Translationsbewegung des Roboters kann ein Anfangszustand eingestellt werden, wobei eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Zufallszahl zum Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der der Roboter sich dem Endpunkt nähert (d. h., die Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem Endpunkt ist kleiner als die Entfernung zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt) höher ist als eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Zufallszahl zum Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der der Roboter vom Endpunkt entfernt ist (d. h., die Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem Endpunkt ist größer als die Entfernung zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt).
(ii) Bezüglich der neuen Position (oder dem Zwischen-Lehr-Punkt) ist für die Suchrichtung (die Bewegungsrichtung), die durch eine Zufallszahl bestimmt wird, eine Wahrscheinlichkeit, dass die Suchrichtung, anhand der eine Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt zwischen der neuen Position und dem Lehr-Punkt erfolgt, der sich auf der Bewegungsbahn unmittelbar davor befindet, bei der nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird, höher eingestellt, als eine Wahrscheinlichkeit, dass die Suchrichtung, anhand der die Kollision erfolgt, bei der nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird. In dieser Hinsicht ist es vorzuziehen, dass eine Untergrenze der Wahrscheinlichkeit vorbestimmt wird, um zu verhindern, dass die Suchrichtung, anhand der die Kollision erfolgt, im späteren Verfahren niemals ausgewählt wird.

Mittels mindestens einem aus den obigen Elementen (i) und (ii) kann die Bewegungsbahn des Roboters (die zweite Bewegungsbahn), anhand der die Kollision nicht erfolgt, mit einer geringeren Anzahl an Versuchen erlangt werden.
In der zweiten Bewegungsbahn, die in Schritt S3 erzeugt wurde, können die dritten Lehr-Punkte einen überzähligen Lehr-Punkt, wie beispielsweise mehrere aufeinanderfolgende Punkte, einschließen, welche die gleiche Bewegungsrichtung aufweisen, einen Lehr-Punkt, der die Bewegungsrichtung aufweist, die dem Lehr-Punkt unmittelbar davor entgegengesetzt ist, und einen Lehr-Punkt, der nach dem Passieren einiger Lehr-Punkte zum vorhergehenden Lehr-Punkt zurückkehrt usw. einschließen. Daher wird in Schritt S4 solch ein überzähliger Lehr-Punkt von den eingefügten oder hinzugefügten Zwischen-Lehr-Punkten als die dritten Lehr-Punkte gelöscht. Konkret werden, wenn die zweite Bewegungsbahn erzeugt werden soll, zuerst die Bewegungsrichtung und die Bewegungsentfernung jedes dritten Lehr-Punktes in einem geeigneten Speicher gespeichert usw. Dann werden die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn verglichen. Wenn die Bewegungsrichtungen die gleichen sind, dann wird ein neuer Lehr-Punkt, der durch Hinzufügen der Bewegungsentfernungen der zwei Lehr-Punkte erlangt wird, eingefügt und die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte werden gelöscht. Mit anderen Worten werden die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einem neuen Lehr-Punkt kombiniert.
Wenn andererseits die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn einander entgegengesetzt sind, dann wird ein neuer Lehr-Punkt, der durch Annullieren der Bewegungsentfernungen der zwei Lehr-Punkte zueinander erlangt wurde, eingefügt und die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte werden gelöscht. Mit anderen Worten werden auch in diesem Fall die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einem neuen Lehr-Punkt kombiniert. Wenn die Bewegungsrichtungen der zwei Lehr-Punkte einander entgegengesetzt sind und die Bewegungsentfernung davon die gleiche ist, dann wird der Roboter nach dem Passieren der zwei Lehr-Punkte zur vorhergehenden Position zurückgeführt. In solch einem Fall können die zwei Lehr-Punkte lediglich gelöscht werden.
Wenn der Roboter mit dem peripheren Objekt auf einer Bewegungsbahn (normalerweise eine gerade Linie) zwischen zwei willkürlich ausgewählten nicht aufeinanderfolgenden Lehr-Punkten nicht kollidiert, können außerdem alle Lehr-Punkte zwischen den zwei nicht aufeinanderfolgenden Lehr-Punkten gelöscht werden.
Auf Grund des obigen Verfahrens kann der überzählige Lehr-Punkt von den dritten Lehr-Punkten gelöscht werden, wodurch eine einfachere Bewegungsbahn des Roboters erlangt werden kann. Außerdem ist Schritt S4 optional, da die zweite Bewegungsbahn den überzähligen Lehr-Punkt nicht einschließen mag.
Wie vorstehend erklärt, kann die zweite Bewegungsbahn ohne Abhängigkeit vom Qualifikationsniveau des Bedieners erzeugt werden, während die zweite Bewegungsbahn eine offensichtlich unnötige Bewegung des Roboters einschließen kann. Daher wird eine Simulation ausgeführt, bei der der Roboter jede der erlangten zweiten Bewegungsbahnen entlangbewegt wird und jeder dritte Lehr-Punkt, der in der zweiten Bewegungsbahn eingeschlossen ist, mittels des Bewertungsabschnitts 22 basierend auf einem vorbestimmten Parameter bewertet (Schritt S5). Dann wird ein Lehr-Punkt, der einen relativ niedrigen Bewertungswert aufweist (insbesondere ein Lehr-Punkt, der den niedrigsten Bewertungswert aufweist), angepasst, um den Bewertungswert davon zu vergrößern (Schritt S6). Indem dieses Verfahren wiederholt wird, kann die zweite Bewegungsbahn praktischer sein.
Als der Parameter (oder das Bewertungselement) für das Berechnen des vorstehenden Bewertungswerts können beispielsweise die folgenden Parametern verwendet werden. Die folgenden Parameter können durch Ausführen der Simulation entlang der zweiten Bewegungsbahn berechnet oder bewertet werden.

(a) eine Bewegungsdauer des Roboters
(b) eine Mindestentfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt
(c) ein Betrag an Wärmeerzeugung eines Motors zum Antreiben des Roboters
(d) eine Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes des Roboters
(e) eine aufgenommene Leistung des Roboters

Durch Verwenden von mindestens einem von den obigen Parametern kann der Bewertungswert jedes Lehr-Punktes basierend auf den folgenden Kriterien erlangt werden. Weiter kann durch Integrieren der Bewertungswerte der in der gleichen Bewegungsbahn eingeschlossenen Lehr-Punkte ein Gesamtbewertungswert der Bewegungsbahn erlangt werden.

(a) Die Bewegungsdauer des Roboters wird berechnet und je kürzer die Bewegungsdauer ist, desto höher ist der Bewertungswert.
(b) Die Mindestentfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt wird berechnet und je länger die Mindestentfernung ist, desto höher ist der Bewertungswert.
(c) Der Betrag an Wärmeerzeugung des Motors zum Antreiben des Roboters wird bewertet und je kleiner der Betrag an Wärmeerzeugung ist, desto höher ist der Bewertungswert.
(d) Die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes des Roboters wird bewertet und je länger die Lebensdauer ist, desto höher ist der Bewertungswert.
(e) Die aufgenommene Leistung des Roboters wird bewertet, und je kleiner die aufgenommene Leistung ist, desto höher ist der Bewertungswert.

Bezüglich des obigen Parameters (b) erfolgt die Kollision leicht zwischen dem tatsächlichen Roboter und dem tatsächlichen peripheren Objekt, wenn die Entfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt zu kurz ist. Wenn andererseits die Entfernung dazwischen zu lang ist, tendiert der Bewertungswert dazu, bezüglich der anderen Parameter verringert zu werden. In Bezug auf den Parameter (b) kann daher eine geeignete Entfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt vorbestimmt werden (z. B. 5 cm bis 10 cm) und der Bewertungswert vergrößert werden, während eine Differenz zwischen der geeigneten Entfernung und der Mindestentfernung verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Obergrenze der Entfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt vorbestimmt werden (z. B. 50 cm bis 100 cm) und der Bewertungswert kann konstant sein, wenn die Mindestentfernung die Obergrenze überschreitet.
Jedoch können zwei oder mehr der obigen Parameter (a) bis (e) verwendet werden, um den Bewertungswert zu berechnen. In diesem Fall wird bevorzugt, zuvor die Gewichtung jedes Parameters zu klassifizieren und den Bewertungswert basierend auf der Gewichtung zu berechnen.
Als ein Verfahren zum Anpassen des dritten Lehr-Punktes in Schritt S6 kann die Position des Lehr-Punktes geändert werden. Konkret wird die Position des Lehr-Punktes, der anzupassen ist, (d. h., der Lehr-Punkt, der den niedrigen oder minimalen Bewertungswert aufweist), um eine kleine Entfernung verschoben, um eine Bewegungsbahn des Roboters zwischen dem verschobenen Lehr-Punkt und den Lehr-Punkten vor/nach den verschobenen Lehr-Punkten zu erlangen. Wenn die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt nicht auf der erlangten Bewegungsbahn erfolgt, wird der Bewertungswert des neuen (verschobenen) Lehr-Punktes berechnet. Dieses Verfahren wird eine vorbestimmte Anzahl an Malen innerhalb eines vorbestimmten akzeptablen Bereichs wiederholt (z. B. eine Region, in der die Lehr-Punkte vor/nach den verschobenen Lehr-Punkten nicht eingeschlossen sind) und die Position, die den höchsten Bewertungswert aufweist, als die Position eines angepassten Lehr-Punktes bestimmt. In dieser Hinsicht kann die obige „kleine Entfernung” abhängig von der Anwendung des Roboters und/oder der Entfernung zwischen jedem Lehr-Punkt usw. geeignet bestimmt werden. Beispielsweise kann der akzeptable Bereich in mehrere Netze eingeteilt werden, wobei die Länge jeder Seite jedes Netzes 1 mm bis 5 mm beträgt, und der Lehr-Punkt in jedes Netz bewegt werden.
Anderweitig kann das Verfahren zum Erlangen des Bewertungswerts der gesamten Bewegungsbahn wiederholt werden, während die Bewegungsbahn des Roboters erlangt wird, anhand der die Kollision nicht erfolgt, der überzählige Lehr-Punkt gelöscht wird und der Lehr-Punkt angepasst wird. Dann kann durch Auswählen der Bewegungsbahn, die den höchsten Bewertungswert aufweist, eine praktischere Bewegungsbahn erlangt werden. In diesem Fall kann das obige Verfahren eine vorbestimmte Anzahl an Malen wiederholt werden oder es kann wiederholt werden, bis der Bewertungswert einen voreingestellten Wert erreicht. Außerdem sind die Schritte S5 und S6 optional.
Im nächsten Schritt S7 wird der Bewertungswert der erzeugten zweiten Bewegungsbahn berechnet. Der Bewertungswert der Bewegungsbahn kann durch Integrieren der Bewertungswerte der in der Bewegungsbahn eingeschlossenen Lehr-Punkte berechnet werden.
Im nächsten Schritt S8 wird beurteilt, ob das Erzeugen der zweiten Bewegungsbahn eine vorbestimmte Anzahl an Malen wiederholt wird. Obwohl mindestens zwei zweite Bewegungsbahnen erzeugt werden, ist zu bevorzugen, dass im Hinblick auf eine arithmetische Kapazität der Simulationsvorrichtung usw. so viele Bewegungsbahnen erzeugt werden wie möglich.
Letztendlich wird in Schritt S9 unter den erzeugten zweiten Bewegungsbahnen eine Bewegungsbahn, die einen hohen (normalerweise den höchsten) Bewertungswert aufweist, als eine optimale Bewegungsbahn (oder eine Kollisionsvermeidungsbahn) des Roboters ausgewählt. Als solches kann eine praktische Kollisionsvermeidungsbahn des Roboters automatisch ohne Abhängigkeit vom Qualifikationsniveau des Bedieners erzeugt werden.
Wenn die Entfernung zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt relativ lang ist, oder wenn der Start- und Endpunkt in ausgesparten Abschnitten von unterschiedlichen peripheren Objekten usw. positioniert sind, kann beim Erzeugen der zweiten Bewegungsbahn außerdem eine Kollisionsvermeidungsbahn vom Startpunkt zum Endpunkt nicht erzeugt werden, selbst wenn das Verfahren zum Bestimmen der Suchrichtung und der Suchentfernung unter Verwendung einer Zufallszahl eine praktische Anzahl an Malen wiederholt wird. Im Folgenden wird ein Verfahren für das Erzeugen der Kollisionsvermeidungsbahn (oder der zweiten Bewegungsbahn) in solch einem Fall erklärt.
4 zeigt ein Beispiel, bei dem der Startpunkt Pm und der Endpunkt Pn entsprechend in ausgesparten Abschnitten der peripheren Objekte 14a und 14b positioniert sind. In diesem Fall kann die zweite Bewegungsbahn nicht erzeugt werden, selbst wenn das Verfahren für das Bestimmen der Suchrichtung und der Suchentfernung unter Verwendung einer Zufallszahl eine praktische Anzahl an Malen wiederholt wird. Dann wird zuerst in der Nähe des Startpunkts Pm ein erster RelaisLehr-Punkt P3 erzeugt, anhand dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter vom Punkt P3 in jeder Richtung um eine bestimmte Entfernung bewegt wird. Ähnlich wird in der Nähe des Startpunkts Pn ein zweiter RelaisLehr-Punkt P4 erzeugt, anhand dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter von Punkt P4 in jeder Richtung um eine bestimmte Entfernung bewegt wird.
Beispielsweise schließt ein konkretes Verfahren zum Erzeugen des ersten RelaisLehr-Punktes P3 die folgenden Schritte ein:

(i) Erzeugen einer neuen Position, die vom Startpunkt Pm in einer Richtung zur Position des Ausgangspunktes des Roboters durch eine willkürliche Entfernung getrennt ist;
(ii) Bewegen des Roboters um eine kleine Entfernung innerhalb eines festgelegten akzeptablen Bereichs (beispielsweise ein Kreis 42 mit einem Durchmesser von 5 cm bis 10 cm) um die neue Position und Erkennen der Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt; und
(iii) (i) und (ii) wiederholen, bis der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert. Ähnlich schließt beispielsweise ein konkretes Verfahren für das Erzeugen des ersten RelaisLehr-Punktes P4 die folgenden Schritte ein:
(iv) Erzeugen einer neuen Position, die vom Endpunkt Pn in einer Richtung zur Position des Ausgangspunktes des Roboters durch eine willkürliche Entfernung getrennt ist;
(v) Bewegen des Roboters um eine kleine Entfernung innerhalb eines vorgesehenen akzeptablen Bereichs (beispielsweise ein Kreis 44 mit einem Durchmesser von 5 cm bis 10 cm) um die neue Position, und Erkennen der Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt; und
(vi) (iv) und (v) wiederholen, bis der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert.

Als Nächstes werden aufgrund des ähnlichen Verfahrens die Bewegungsbahnen 46, 48 und 50, anhand denen der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert (oder Kollisionsvermeidungsbahnen), zwischen dem Startpunkt Pm und Relaispunkt P3 in der Nähe des Startpunktes, zwischen den Relaispunkten P3 und P4 und zwischen dem Endpunkt Pn und Relaispunkt P4 in der Nähe des Endpunktes entsprechend erzeugt.
Dann kann durch Kombinieren der Bewegungsbahnen 46 und 48 und durch Kombinieren der Bewegungsbahnen 48 und 50 die zweite Bewegungsbahn zwischen dem Startpunkt Pm und Endpunkt Pn erzeugt werden, anhand der der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert.
Wenn die Bewegungsbahn zum Vermeiden einer Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt nicht erzeugt werden kann, selbst wenn der durch das vorstehende Verfahren erzeugte Relaispunkt verwendet wird, kann die Bewegungsrichtung für das Erzeugen der neuen Position außerdem in mindestens einem der obigen Schritte (i) und (iv) geändert werden. Beispielsweise sind in 4 die Bewegungsrichtung vom Startpunkt Pm zum Relaispunkt P3 und die Bewegungsrichtung vom Endpunkt Pn zum Relaispunkt P4 einander entgegengesetzt.
Die 5 bis 7 zeigen ein Beispiel als eine Anwendung der Erfindung, bei der Lehr-Punkte in mehrere Blöcke eingeteilt sind und eine Kollisionsvermeidungsbahn erzeugt wird, wenn die Kollision an mehreren Positionen erfolgt. In diesem Fall schließt wie gezeigt in 5 die erste Bewegungsbahn 52, die durch die Simulation des Bewegungsprogramms erlangt wurde, die Lehr-Punkte A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3, D1, D2, D3, E1, E2 und E3 in dieser Reihenfolge ein. Weiter kann der Roboter mit dem peripheren Objekt an vier Positionen, d. h., zwischen den Lehr-Punkten A3 und B1, zwischen den Lehr-Punkten B3 und C1, zwischen den Lehr-Punkten C3 und D1 und zwischen den Lehr-Punkten D3 und E kollidieren.
Auch kann im Beispiel von 5 eine Kollisionsvermeidungsbahn durch Einfügen der entsprechenden dritten Lehr-Punkte an den vier Positionen gemäß dem vorstehend erklärten Verfahren erzeugt werden. Es kann jedoch eine weitere Kollisionsvermeidungsbahn, die einen höheren Bewertungswert aufweist, durch Einteilen von Lehr-Punkten in mehrere Blöcke unter Bezugnahme auf eine Begrenzung, an der die Kollision erfolgt, und durch Ändern der Reihenfolge der Blöcke und/oder Umkehren der Reihenfolge von Lehr-Punkten in jedem Block erzeugt werden.
Konkret sind wie gezeigt in Abschnitt (a) von 6 die ersten Lehr-Punkte in fünf Blöcke unterteilt, d. h., einen ersten Block 54, der die Lehr-Punkte A1, A2, A3 einschließt; einen zweiten Block 56, der die Lehr-Punkte B1, B2, B3 einschließt; einen dritten Block 58, der die Lehr-Punkte C1, C2, C3 einschließt; einen vierten Block 60, der die Lehr-Punkte D1, D2, D3 einschließt; und einen fünften Block 62, der die Lehr-Punkte E1, E2, E3 einschließt.
Dann werden zwei willkürliche Blöcke von den Blöcken ausgewählt, die durch Teilen der ersten Bewegungsbahn 52 erlangt wurden. In diesem Fall sind der zweite Block 56 und der vierte Block 60 ausgewählt. Dann wird die Reihenfolge der ausgewählten Blöcke (einschließlich des Blocks dazwischen) geändert. Mit anderen Worten wird wie gezeigt, in Abschnitt (b) von 6 die Reihenfolge der fünf Blöcke wie folgt geändert:

erster Block -> vierter Block -> dritter Block -> zweiter Block -> fünfter Block

Optional kann der Lehr-Punkt in jedem Block umgekehrt werden. Im veranschaulichten Beispiel wird die Reihenfolge der Lehr-Punkte in jedem der zweiten, dritten und vierten Blöcke umgekehrt, wodurch der zweite Block 56', der dritte Block 58' und der vierte Block 60' gebildet wird. Mit anderen Worten wird im Abschnitt (b) von 6 die Reihenfolge der Lehr-Punkte von B1 bis D3 umgekehrt.
In der Konfiguration der Blöcke im Abschnitt (b) von 6 wird eine Kollisionsvermeidungsbahn gemäß dem vorstehend erklärten Verfahren erzeugt, wobei der letzte Lehr-Punkt in jedem Block als der Startpunkt bestimmt wird und der erste Lehr-Punkt im nachfolgenden Block als der Endpunkt bestimmt wird. Gemäß dem eine zweite Bewegungsbahn von Lehr-Punkt A1 zu Lehr-Punkt E3 wie gezeigt in 7.
Durch wiederholtes Ändern der Reihenfolge der Blöcke oder Umkehren der Reihenfolge der Lehr-Punkte in jedem Block kann eine optimale Bewegungsbahn erlangt werden. Konkret wird bevorzugt ein Annealing-Verfahren zu verwenden, um die optimale Bewegungsbahn wie folgt zu erlangen. Nachdem eine Bewegungsbahn, anhand der der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, erlangt wurde, wird zuerst ein erster Bewertungswert der erlangten Bewegungsbahn gemäß dem Verfahren wie es vorstehend erklärt wurde berechnet. Dann wird ebenfalls ein zweiter Bewertungswert in Bezug auf eine Bewegungsbahn berechnet, nachdem die Reihenfolge der Blöcke geändert oder die Reihenfolge der Lehr-Punkte in jedem Block umgekehrt wurde. Wenn der zweite Bewertungswert größer ist als der erste Bewertungswert, wird das letztere Resultat (oder die Bewegungsbahn, die den zweiten Bewertungswert aufweist) verwendet. Außerdem wird das letztere Resultat verwendet, wenn die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Bewertungswert innerhalb eines vorbestimmten Referenzwertes liegt, selbst wenn der zweite Bewertungswert kleiner ist als der erste Bewertungswert.
Durch Wiederholen des vorstehenden Vergleichs der Bewertungswerte, während der Referenzwert allmählich ausreichend verringert wird, kann eine Bewegungsbahn, die einen höheren Bewertungswert aufweist, erlangt werden, ohne in eine lokale Lösung zu fallen. Außerdem kann die zwischen den Blöcken eingefügte Kollisionsvermeidungsbahn in einem geeigneten Speicher gespeichert werden. Durch Verwenden der gespeicherten Kollisionsvermeidungsbahn beim Einfügen einer Kollisionsvermeidungsbahn zwischen den gleichen Blöcken im späteren Verfahren kann die Berechnungsdauer reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Robotersimulationsvorrichtung kann in einer Robotersteuerung aufgenommen werden, um einen tatsächlichen Roboter zu steuern, der simuliert werden soll. Mit anderen Worten kann die Robotersteuerung die Funktion der Robotersimulationsvorrichtung aufweisen. Wenn die Robotersteuerung Informationen bezüglich der Formen des Roboters und des peripheren Objekts und der Anordnungspositionen davon speichert, kann die Robotersteuerung die Kollisionsvermeidungsbahn wie oben beschrieben erzeugen. Weiter kann aufgrund dessen der tatsächliche Roboter basierend auf dem Resultat der Simulation reibungsloser betrieben werden.
Durch Erzeugen des dritten Lehr-Punktes zum Vermeiden einer Kollision unter Verwendung einer Zufallszahl kann die Kollisionsvermeidungsbahn erfindungsgemäß mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erlangt werden, ohne in eine lokale Lösung zu fallen. Da die Kollisionsvermeidungsbahn automatisch erzeugt wird, kann eine praktische Bahn des Roboters zum Vermeiden einer Kollision erzeugt werden, ohne vom Qualifikationsniveau des Bedieners abhängig zu sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-091303 A [0002]
JP 2000-020117 A [0003]
JP 2000-020117 [0004]

Claims

Robotersimulationsvorrichtung (10) zum Ausführen einer Simulation eines Roboters (12) durch Positionieren von dreidimensionalen Modellen des Roboters und eines peripheren Objekts (14), das um den Roboter im gleichen virtuellen Raum angeordnet ist, wobei die Robotersimulationsvorrichtung umfasst: einen Bewegungsbahnerlangungsabschnitt (16), der eine erste Bewegungsbahn des Roboters durch Ausführen einer Simulation eines Bewegungsprogramms des Roboters erlangt; einen Lehr-Punktspezifizierungsabschnitt (18), der erkennt, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter die erste Bewegungsbahn entlangbewegt wird, und der einen ersten Lehr-Punkt spezifiziert, der einem Lehr-Punkt unmittelbar bevor die Kollision erfolgt entspricht, und einen zweiten Lehr-Punkt, der einem Lehr-Punkt unmittelbar nachdem die Kollision erfolgt, entspricht; einen Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt (20), der automatisch mindestens einen dritten Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Lehr-Punkten hinzufügt und unterschiedliche zweite Bewegungsbahnen erzeugt anhand denen die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt nicht erfolgt, wobei der dritte Lehr-Punkt vom ersten oder zweiten Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist; einen Bewertungsabschnitt (22), der jede der zweiten Bewegungsbahnen basierend auf mindestens einem zuvor bestimmten Parameter bewertet; und einen Bewegungsbahnauswahlabschnitt (24), der eine optimale Bewegungsbahn des Roboters von den zweiten Bewegungsbahnen basierend auf einem Bewertungsergebnis vom Bewertungsabschnitt auswählt.
Robotersimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt (20) -Daten erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter eine Bewegungsbahn vom ersten Lehr-Punkt zu einem Zwischen-Lehr-Punkt entlangbewegt wird, der vom ersten Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist, und den Zwischen-Lehr-Punkt zwischen den ersten und zweiten Lehr-Punkten einfügen, wenn die Kollision nicht erfolgt; und wobei der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt erkennt, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt, wenn der Roboter eine Bewegungsbahn vom zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt zu dem zweiten Lehr-Punkt entlangbewegt wird, und die zweite Bewegungsbahn durch Wiederholen eines Prozesses erzeugt, um einen neuen einen Zwischen-Lehr-Punkt einzufügen, der vom zuletzt eingefügten Zwischen-Lehr-Punkt in einer durch eine Zufallszahl bestimmten Suchrichtung um eine durch eine Zufallszahl bestimmte Suchentfernung getrennt ist, bis die Kollision nicht erfolgt.
Robotersimulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt (20) mindestens eine von den Funktionen aufweist, um: einen Anfangszustand einzustellen, bei dem eine Wahrscheinlichkeit höher ist, dass eine Zufallszahl für das Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der eine Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt kleiner ist als eine Entfernung zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt, als eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Zufallszahl für das Bestimmen der Suchrichtung ausgewählt wird, anhand der die Entfernung zwischen dem Zwischen-Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt größer ist als die Entfernung zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem zweiten Lehr-Punkt; und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt in der Bewegungsbahn vom ersten Lehr-Punkt zum Zwischen-Lehr-Punkt erfolgt, und eine Einstellung vorzunehmen, bei der eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Suchrichtung, anhand der die Kollision nicht erfolgt, in einer nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird, höher ist als eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Suchrichtung, anhand der die Kollision erfolgt, bei der nächsten oder späteren Suche ausgewählt wird.
Robotersimulationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersimulationsvorrichtung weiter einen Lehr-Punktlöschabschnitt (28) umfasst, der einen überzähligen Lehr-Punkt vom dritten Lehr-Punkt löscht, wobei der Lehr-Punktlöschabschnitt mindestens eine von den Funktionen aufweist, um: eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsentfernung von jedem der eingefügten dritten Lehr-Punkte zu speichern und dann die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte durch Hinzufügen der Bewegungsentfernungen der zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einen neuen Lehr-Punkt zu kombinieren, wenn die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn die gleichen sind; die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte in einen neuen Lehr-Punkt zu kombinieren oder die zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte durch Annullieren der Bewegungsentfernungen der zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte zu löschen, wenn die Bewegungsrichtungen von zwei aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten auf der zweiten Bewegungsbahn einander entgegengesetzt sind; und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt in Bezug auf eine Bahn erfolgt, welche die zwei willkürlichen nicht aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkte auf der zweiten Bewegungsbahn verbindet, und einen Lehr-Punkt zwischen den zwei willkürlichen nicht aufeinanderfolgenden dritten Lehr-Punkten zu löschen, wenn die Kollision nicht erfolgt.
Robotersimulationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter einschließt: (a) eine Bewegungsdauer des Roboters; (b) eine Mindestentfernung zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt; (c) einen Betrag an Wärmeerzeugung eines Motors zum Antreiben des Roboters; (d) eine Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes des Roboters; und (e) eine aufgenommene Leistung des Roboters, und wobei der Bewertungsabschnitt (22) mehrere willkürliche Parameter von den Parametern (a) bis (e) in Bezug auf die zweite Bewegungsbahn und jeden dritten Lehr-Punkt, der in der zweiten Bewegungsbahn eingeschlossen ist, auswählt und einen Bewertungswert durch Gewichten der zuvor ausgewählten Parameter berechnet.
Robotersimulationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersimulationsvorrichtung weiter einen Lehr-Punktanpassungsbschnitt (30) umfasst, der die Position des dritten Lehr-Punktes anpasst, wobei der Lehr-Punktanpassungsbschnitt konfiguriert ist: jeden dritten Lehr-Punkt, der in der zweiten Bewegungsbahn eingeschlossen ist, basierend auf mindestens einem vorgebestimmten Parameter zu bewerten; wiederholt einen Prozess zum Verschieben der Position des dritten Lehr-Punktes auszuführen, der durch eine kleine Entfernung innerhalb eines vorbestimmten akzeptablen Bereichs anzupassen ist, und zu erkennen, ob die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt; und einen dritten Lehr-Punkt einzustellen, der die höchste Bewertungsmarkierung unter den dritten Lehr-Punkten aufweist, innerhalb des vorbestimmten akzeptablen Bereichs als eine angepasste Position des dritten Lehr-Punktes.
Robotersimulationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lehr-Punkterzeugungsabschnitt (20) konfiguriert ist: einen ersten Relaispunkt in der Nähe des ersten Lehr-Punkts zu erzeugen, bei dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter um eine vorbestimmte Entfernung in jeder Richtung bewegt wird; einen zweiten Relaispunkt in der Nähe des zweiten Lehr-Punkts zu erzeugen, bei dem der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert, selbst wenn der Roboter um eine vorbestimmte Entfernung in jeder Richtung bewegt wird; und Bewegungsbahnen zwischen dem ersten Lehr-Punkt und dem ersten Relaispunkt, zwischen dem ersten Relaispunkt und dem zweiten Relaispunkt und zwischen dem zweiten Relaispunkt und dem zweiten Lehr-Punkt entsprechend zu erzeugen, anhand denen der Roboter nicht mit dem peripheren Objekt kollidiert.
Robotersimulationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsbahnerzeugungsabschnitt (20) konfiguriert ist: mehrere Blöcke durch Teilen mehrerer Lehr-Punkte zu erzeugen, die in der ersten Bewegungsbahn eingeschlossen sind, an einer Position, an der die Kollision zwischen dem Roboter und dem peripheren Objekt erfolgt; eine Reihenfolge von mindestens zwei der Blöcke zu ändern und/oder eine Reihenfolge der in jedem Block eingeschlossenen Lehr-Punkte umzukehren; und automatisch eine Bewegungsbahn zwischen dem letzten Lehr-Punkt im Block und einem führenden Lehr-Punkt im nachfolgenden Block zu erzeugen, anhand der der Roboter mit dem peripheren Objekt nicht kollidiert.
Robotersimulationsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersimulationsvorrichtung in einem Controller für das Steuern eines tatsächlichen Roboters aufgenommen ist.