DE112021007790T5

DE112021007790T5 - Simulationsgerät

Info

Publication number: DE112021007790T5
Application number: DE112021007790.2T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Takeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2024-04-25
Also published as: CN117957096A; WO2023037456A1; TW202310995A; JPWO2023037456A1

Abstract

Simulationsgerät (50), das versehen ist mit: einer Einheit zur Einstellung des Bereichs (151), die einen zulässigen Bewegungsbereich für einen Roboter einstellt; einer Schätzungseinheit (153), die den Betrieb des Roboters ableitet, nachdem eine Stoppsteuerung an dem Roboter als Reaktion auf den Betrieb des Roboters außerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs durchgeführt wird; und einer Visualisierungseinheit (154), die auf der Grundlage des abgeleiteten Betriebs des Roboters ermöglicht, dass der Teil des Roboters außerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs visualisiert wird.

Description

FELD
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Simulationsgerät.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen werden in einem Robotersystem Maßnahmen ergriffen, um zu verhindern, dass der Roboter ein in der Nähe befindliches Gerät oder ähnliches stört, indem ein zulässiger Bewegungsbereich für den Roboter festgelegt wird, der Roboter so gesteuert wird, dass er den zulässigen Bewegungsbereich nicht verlässt, und ein Schutzzaun außerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs angeordnet wird. Im Hinblick auf die Erzeugung eines Bewegungsbereichs eines Roboters beschreibt PTL 1 „eine Robotersteuervorrichtung, die eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Bewegungsbereichs für jede Achse eines Roboters und eines Arbeitswerkzeugs, eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Auslaufstrecke des Roboters, die in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters und/oder dem Gewicht des Arbeitswerkzeugs bestimmt wird, und eine Berechnungseinrichtung für den erreichbaren Bereich zum Berechnen eines erreichbaren Bereichs, den der Roboter erreichen kann, auf der Grundlage des durch die Einstelleinrichtung eingestellten Bewegungsbereichs und der in der Speichereinrichtung gespeicherten Auslaufstrecke enthält“ (Zusammenfassung).
PTL 2 beschreibt „ein Verfahren zur Regulierung der Roboterbewegung, das durchgeführt wird, indem ein Armbelegungsbereich eines Arms, der einen Arm eines Roboters und ein Werkstück und ein Werkzeug, die an einem Handgelenk des Arms angebracht sind, umfasst, und ein Bewegungsverbotsbereich, in den der Arm nicht eintreten darf, in einem Speicher definiert werden, ein Auslaufwinkel jeder Achse des Roboters geschätzt wird, wenn der Roboter kurzzeitig angehalten wird, während ein Befehl zur Bewegung zur nächsten Zielposition ausgeführt wird, Berechnen einer vorhergesagten Auslaufposition des Roboters durch Addieren des Auslaufwinkels jeder Achse des Roboters zu der nächsten Zielposition, Bestätigen, ob der Arm, der den Bereich an der vorhergesagten Auslaufposition einnimmt, in den für die Bewegung verbotenen Bereich eintritt oder nicht, und wenn der Eintritt bestätigt wird, Durchführen einer Steuerung, um die Bewegung des Roboters sofort anzuhalten“ (Zusammenfassung).
[ZITI ERLI STE]
[PATENTLITERATUR]

[PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2009-090403 A
[PTL 2] PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2009/072383 A1

ZUSAMMENFASSUNG
[TECHNISCHES PROBLEM]
Im Allgemeinen werden bei der Bestimmung, ob ein Roboter einen zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat oder nicht, der Roboter und ein Werkzeug virtuell von einfachen Formmodellen wie einem Kugelmodell, einem Zylindermodell und einem Quadermodell umschlossen, und die Bestimmung, ob die Formmodelle den zulässigen Bewegungsbereich verlassen haben oder nicht, wird auf simulierte Weise durchgeführt. Hinsichtlich des Notstopps, der auf den Roboter angewendet wird, wenn der Roboter den Bereich mit der zulässigen Bewegung verlassen hat oder erwartet wird, dass er ihn verlässt, gibt es zwei Fälle: einen Fall, in dem ein Notstopp auf den Roboter in dem Moment angewendet wird, in dem der Roboter den Bereich mit der zulässigen Bewegung verlassen hat; und einen Fall, in dem, damit der Roboter den Bereich mit der zulässigen Bewegung nicht verlässt, ein Notstopp auf den Roboter angewendet wird, bevor der Roboter eine Grenze des Bereichs mit der zulässigen Bewegung erreicht, indem eine Auslaufstrecke auf der Grundlage einer aktuellen Bewegungsposition und Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters geschätzt wird.
Wenn der Roboter in dem Moment notgestoppt wird, in dem er den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, bleibt er an einer Position stehen, an der er aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausragt, da der Roboter nach dem Notstopp bis zum tatsächlichen Stillstand ausweicht. Obwohl es daher erforderlich ist, einen Bereich, der in gewissem Maße größer ist als der zulässige Bewegungsbereich, durch einen Zaun zu umschließen, gibt es einige Fälle, in denen ein unnötig großer Bereich durch einen Zaun umschlossen wird, da es im Allgemeinen schwierig ist, zu erfassen, wie groß der erforderliche Spielraum für die Umschließung durch einen Zaun ist.
(LÖSUNG DES PROBLEMS)
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Simulationsgerät, das eine Einheit zur Einstellung des Bereichs, die so konfiguriert ist, dass sie einen zulässigen Bewegungsbereich für einen Roboter einstellt, eine Schätzungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Roboters schätzt, wenn eine Steuerung, die den Roboter zum Anhalten veranlasst, auf den Roboter angewendet wird, die durch eine Abweichung des Roboters von dem für die zulässigen Bewegungsbereich verursacht wird, und eine Visualisierungseinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, auf der Grundlage einer geschätzten Bewegung des Roboters visualisiert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Simulationsgerät, das eine Einheit zur Einstellung des Bereichs, die so konfiguriert ist, dass sie einen verbotenen Bewegungsbereich für einen Roboter einstellt, eine Schätzungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Roboters schätzt, wenn eine Steuerung, die den Roboter zum Anhalten veranlasst, auf den Roboter angewendet wird, die durch das Eindringen des Roboters in den verbotenen Bewegungsbereich verursacht wird, und eine Visualisierungseinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des Roboters, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist, auf der Grundlage einer geschätzten Bewegung des Roboters visualisiert.
[VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, einen Teil des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, oder einen Teil des Roboters, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingedrungen ist, zu erkennen und einen Zaun an einer geeigneten Stelle zu installieren.
Der Gegenstand, die Merkmale und die Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden durch die detaillierte Beschreibung typischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Roboters 1, der als Ziel einer Simulation dient, die von einem Simulationsgerät gemäß einer Ausführungsform durchgeführt wird.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration des Simulationsgeräts zeigt.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Simulationsgeräts.
4 ist ein grundlegendes Flussdiagramm, das die Verarbeitung zur Visualisierung eines Teils des Roboters veranschaulicht, der einen zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat (ein Teil des Roboters, der in einen verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist), wobei die Verarbeitung in dem Simulationsgerät ausgeführt wird.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein spezifisches Beispiel für die Verarbeitung der Schätzung in Schritt S3 im Basisflussdiagramm zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, bei dem angenommen wird, dass der zulässige Bewegungsbereich ein rechtwinkliges Parallelepiped ist und Gitterpunkte, die als Bezugspunkte dienen, auf einer Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs angeordnet sind.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem der zulässige Bewegungsbereich als Kugelform angenommen wird und Referenzpunkte auf einer äußeren Oberfläche des zulässigen Bewegungsbereichs gesetzt werden.
8 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Roboter veranlasst wird, eine lineare Bewegung in Richtung eines Referenzpunktes auszuführen.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Tabelle zeigt, die eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit unmittelbar vor dem Beginn des Auslaufens und dem Gewicht eines Werkzeugs und dem Auslauf einer Achse darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Zustand visualisiert wird, in dem der Roboter nach der in 8 dargestellten Bewegung den zugelassenen Bewegungsbereich verlassen hat und angehalten wurde.
11A ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem sich der Roboter zu einem Referenzpunkt bewegt, während sich ein Werkzeug in einer Position befindet, in der eine Richtung der -X-Achse eines Werkzeug-Koordinatensystems mit einer Bewegungsrichtung des Roboters übereinstimmt.
11B ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem sich der Roboter zum Referenzpunkt bewegt, während sich das Werkzeug in einer Position befindet, in der eine Richtung der +Y-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit der Bewegungsrichtung des Roboters übereinstimmt.
11C ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem sich der Roboter in Richtung des Referenzpunktes bewegt, während sich das Werkzeug in einer Position befindet, in der eine Richtung der +Z-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit der Bewegungsrichtung des Roboters übereinstimmt.
12 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem verschiedene Körperhaltungen visualisiert werden, wenn der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat.
13 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Installationsbeispiel eines Zauns in Verbindung mit verschiedenen Haltungen visualisiert wird, wenn der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat.
14 ist ein Beispiel, in dem ein Zustand, in dem der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat (oder ein Zustand, in dem der Roboter einen verbotenen Bewegungsbereich betreten hat), visualisiert wird, und veranschaulicht einen Zustand, in dem der Roboter von einer seitlichen Seite aus gesehen wird.
15 ist ein Beispiel, in dem ein Zustand visualisiert wird, in dem der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat (oder ein Zustand, in dem der Roboter den verbotenen Bewegungsbereich betreten hat), und zeigt einen Zustand, in dem der Roboter von einer schrägen Oberseite aus betrachtet wird.
16 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Zustands, in dem der auf einer fahrenden Plattform montierte Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt.
17 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Zustands, in dem der auf der fahrenden Plattform montierte Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt und eine Haltung des Roboters sich von einer in 16 dargestellten Haltung unterscheidet.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, sind die gleichen Bestandteile oder Funktionskomponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um das Verständnis zu erleichtern, sind die Maßstäbe in den Zeichnungen entsprechend geändert. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen nur ein Beispiel für die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Im Folgenden wird ein Simulationsgerät 50 gemäß einer Ausführungsform (siehe 2 und 3) beschrieben. Das Simulationsgerät 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt eine Bewegungssimulation eines Roboters durch und visualisiert dabei einen Teil des Roboters, der einen zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, wenn der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt und zum Anhalten gesteuert wird, oder einen Teil des Roboters, der in einen verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist, wenn der Roboter in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt und zum Anhalten gesteuert wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die beispielhaft einen Roboter 1 zeigt, der ein Ziel der von dem Simulationsgerät 50 durchgeführten Simulation ist. Der Roboter 1 ist ein Gelenkroboter mit Armen 12a und 12b, einer Handgelenkeinheit 16 und einer Vielzahl von Gelenkeinheiten 13. An der Handgelenkeinheit 16 des Roboters 1 ist ein Arbeitswerkzeug 17 befestigt, das als Endeffektor dient. Der Roboter 1 verfügt über eine Antriebsvorrichtung, die in jeder der Gelenkeinheiten 13 ein Bauteil antreibt. Die Antriebsvorrichtung umfasst einen Motor 14, der ein Bauteil in der Gelenkeinheit 13 antreibt. Durch den Antrieb des Motors 14 in jeder der Gelenkeinheiten 13 auf der Grundlage eines Positionsbefehls kann jeder der Arme 12a und 12b und die Handgelenkeinheit 16 in eine gewünschte Position und Haltung gebracht werden. Der Roboter 1 umfasst auch eine Basiseinheit 19, die an einer Montagefläche 20 befestigt ist, und eine Dreheinheit 11, die sich in Bezug auf die Basiseinheit 19 dreht. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Roboter 1 ein sechsachsiger Roboter ist, und die Drehrichtungen einer Achse J1, einer Achse J2, einer Achse J3, einer Achse J4, einer Achse J5 und einer Achse J6 sind in 1 durch die Pfeile 91, 92, 93, 94, 95 bzw. 96 gekennzeichnet.
Obwohl es sich bei dem an der Handgelenkeinheit 16 des Roboters 1 angebrachten Arbeitswerkzeug 17 um eine Schweißzange zum Punktschweißen handelt, können ohne Einschränkung verschiedene Werkzeuge als Arbeitswerkzeug 17 entsprechend den Arbeitsdetails angebracht werden.
Im Allgemeinen werden in vielen Fällen, wenn die Abweichung eines Roboters von einem zulässigen Bewegungsbereich oder die Interferenz des Roboters mit einem verbotenen Bewegungsbereich durch Berechnungsverarbeitung erkannt werden soll, eine Armeinheit, eine Gelenkeinheit, ein Arbeitswerkzeug und dergleichen des Roboters virtuell von vereinfachten Formmodellen, wie einem Zylindermodell, einem Kugelmodell und einem rechtwinkligen Parallelepipedmodell, umschlossen, und ob die Formen den zulässigen Bewegungsbereich verlassen oder mit dem verbotenen Bewegungsbereich interferieren, wird unter den Gesichtspunkten der Lastreduzierung bei der Berechnungsverarbeitung und der Sicherung einer Marge bestimmt. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform auch davon ausgegangen wird, dass die Armeinheiten (die Arme 12a und 12b) des Roboters 1, die Gelenkeinheiten 13 und das Arbeitswerkzeug 17 von Formen wie einem Zylinder, einer Kugel und einem rechtwinkligen Parallelepiped umschlossen sind, und die Abweichung der Formen von dem zulässigen Bewegungsbereich oder die Interferenz der Formen mit dem verbotenen Bewegungsbereich berechnet wird, kann die Abweichung von dem zulässigen Bewegungsbereich oder die Interferenz mit dem verbotenen Bewegungsbereich unter Verwendung eines Modells berechnet werden, das die Formen des eigenen Körpers des Roboters und des eigenen Körpers des Arbeitswerkzeugs darstellt. Es ist zu beachten, dass es einen Fall gibt, in dem ein Bezugszeichen 1M einer Form gegeben wird, die den Roboter 1 umschließt, und die Form als Roboter 1M bezeichnet wird (siehe z.B. 6).
In 2 ist ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration des Simulationsgeräts 50 dargestellt. Wie in 2 dargestellt, kann das Simulationsgerät 50 eine Konfiguration als allgemeiner Computer haben, in dem ein Speicher 52 (ein ROM, ein RAM, ein nichtflüchtiger Speicher und dergleichen), eine Anzeigeeinheit 53, eine Betriebseinheit 54, die durch ein Eingabegerät, wie eine Tastatur (oder Softwaretasten), ein Speichergerät 55 (eine Festplatte oder dergleichen), eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 56 und dergleichen gebildet wird, über einen BUS mit einem Prozessor 51 verbunden sind. Als Simulationsgerät 50 können verschiedene Arten von Informationsverarbeitungsgeräten, wie z. B. ein Personal Computer, ein Laptop, ein Tablet-Computer usw. verwendet werden.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Simulationsgeräts 50. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Simulationsgerät 50 eine Einheit zur Einstellung des Bereichs 151, eine Einheit zur Einstellung des Referenzpunkts 152, eine Schätzungseinheit 153 und eine Visualisierungseinheit 154. Beachten Sie, dass in 3 auch die Anzeigeeinheit 53, die Betriebseinheit 54 und das Speichergerät 55, die als Hardware-Bestandteile dienen, dargestellt sind.
Die Einheit zur Einstellung des Bereichs 151 bietet eine Funktion zum Einstellen eines zulässigen Bewegungsbereichs oder eines verbotenen Bewegungsbereichs. Zum Beispiel akzeptiert die Einheit zur Einstellung des Bereichs 151 einen Vorgang zum Einstellen oder Auswählen eines zulässigen Bewegungsbereichs oder eines verbotenen Bewegungsbereichs durch einen Benutzervorgang. Zum Beispiel akzeptiert die Einheit zur Einstellung des Bereichs 151 einen Vorgang, um eine oder mehrere Flächen (wie eine Fläche, die von flachen Oberflächen eines rechtwinkligen Parallelepipeds, einer polygonalen Säule oder ähnlichem eingeschlossen ist, und eine Fläche, die von einer gekrümmten Oberfläche wie einer Kugel eingeschlossen ist) als einen zulässigen Bewegungsbereich oder einen verbotenen Bewegungsbereich in einem Arbeitsraum einzustellen. Ein Benutzer kann einen gewünschten zulässigen Bewegungsbereich oder einen verbotenen Bewegungsbereich einstellen, indem er die Anzahl, die Größe und dergleichen der zulässigen Bewegungsbereiche oder der verbotenen Bewegungsbereiche unter Berücksichtigung verschiedener Arten von Objekten, die im Arbeitsraum angeordnet sind, wie z.B. ein nahegelegenes Gerät, festlegt. Alternativ kann die Einheit zur Einstellung des Bereichs so konfiguriert sein, dass sie einen Benutzervorgang akzeptiert, um einen zulässigen Bewegungsbereich aus einer Vielzahl von Arten von zulässigen Bewegungsbereichen auszuwählen (zum Beispiel einen zulässigen Bewegungsbereich, wenn eine Tür einer Werkzeugmaschine geschlossen ist, und einen zulässigen Bewegungsbereich, wenn die Tür der Werkzeugmaschine geöffnet ist), die im Voraus vorbereitet wurden.
Die Einheit zur Einstellung des Referenzpunkts 152 legt eine Position fest, die als Referenz in einer Berechnung verwendet wird, wenn eine Bewegung simuliert wird, bei der der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder eine Bewegung, bei der der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt). Ein Referenzpunkt kann als Zielposition, Zwischenposition, Bewegungsstartposition oder ähnliches verwendet werden, wenn der Roboter 1 (Kontrollpunkt) veranlasst wird, sich in einer simulativen Weise zu bewegen. Beispielsweise können Referenzpunkte als eine Reihe von Punkten festgelegt werden, die auf einer Außenfläche (einer Grenzfläche) des zulässigen Bewegungsbereichs oder des verbotenen Bewegungsbereichs verteilt sind. Wenn der zulässige Bewegungsbereich (verbotene Bewegungsbereich) auf ein rechtwinkliges Parallelepiped festgelegt ist, können die Referenzpunkte als Gitterpunkte auf jeder Ebene festgelegt werden. Die Einheit zur Einstellung des Referenzpunkts 152 kann z.B. einen Benutzervorgang akzeptieren, um einen Abstand zwischen gitterförmigen Referenzpunkten einzustellen und dadurch Referenzpunkte zu setzen. Alternativ kann die Einheit zur Einstellung des Referenzpunkts 152 automatisch Referenzpunkte setzen.
Die Schätzungseinheit 153 schätzt eine Bewegung, bei der der Roboter 1 so gesteuert wird, dass er anhält, da der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, oder eine Bewegung, bei der der Roboter 1 so gesteuert wird, dass er anhält, da der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt. Die Schätzungseinheit 153 berechnet beispielsweise einen Teil des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, indem sie das Modell des Roboters 1 veranlasst, eine simulierte Bewegung auszuführen, bei der sich der Kontrollpunkt (z. B. ein Werkzeugmittelpunkt (TCP)) des Roboters 1 zu einem Referenzpunkt bewegt.
Die Visualisierungseinheit 154 visualisiert einen Teil des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, oder einen Teil des Roboters 1, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist, indem sie den Teil z. B. auf der Anzeigeeinheit 53 anzeigt.
Beachten Sie, dass in dem Speichergerät 55 verschiedene Arten von dreidimensionalen Geometriedaten, wie z. B. ein Robotermodell und ein den Roboter umgebendes Formmodell, die in der Bewegungssimulation verwendet werden, sowie Gewichtsdaten verschiedener Arten von Objekten, wie z. B. Arme und ein Arbeitswerkzeug, gespeichert sind.
4 ist ein grundlegendes Flussdiagramm, das die Verarbeitung (im Folgenden auch als Visualisierungsverarbeitung bezeichnet) zur Visualisierung eines Teils des Roboters 1 veranschaulicht, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat (ein Teil des Roboters 1, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist), wobei die Verarbeitung in dem Simulationsgerät 50 ausgeführt wird. Die Visualisierungsverarbeitung in 4 wird unter der Steuerung eines Prozessors 51 des Simulationsgeräts 50 ausgeführt.
Der Benutzer erstellt zunächst ein Bewegungsprogramm, indem er verschiedene Arten des Anlernens am Roboter 1 durchführt (Schritt S1). Anschließend wird mit Hilfe der Funktion der Einheit zur Einstellung des Bereichs 151 ein zulässiger Bewegungsbereich oder ein verbotener Bewegungsbereich festgelegt (Schritt S2). Als Beispiel wird hier ein rechtwinkliger, parallelepipedförmiger, zulässiger Bewegungsbereich 300, wie z.B. in 6 dargestellt, oder ein kugelförmiger, zulässiger Bewegungsbereich 400, wie z.B. in 7 dargestellt, festgelegt.
Als Nächstes schätzt das Simulationsgerät 50 (die Schätzungseinheit 153) eine Bewegung des Roboters 1, wenn der Roboter 1 so gesteuert wird, dass er anhält, weil der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (wenn der Roboter 1 so gesteuert wird, dass er anhält, weil der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt) (Schritt S3).
Als Nächstes visualisiert das Simulationsgerät 50 (die Visualisierungseinheit 154) einen Teil des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat (oder einen Teil des Roboters 1, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist) (Schritt S4).
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Bewegung simuliert wird, bei der der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder eine Bewegung, bei der der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt), die im oben beschriebenen Schritt S3 ausgeführt wird. Als Elemente zur Festlegung der Simulationsgrundlage kommen in diesem Fall die im Folgenden beschriebenen Elemente (A1) bis (A4) in Betracht. Die Berücksichtigung und Auswahl solcher Elemente und die Einrichtung der Simulation ermöglichen die Durchführung einer Simulation mit verschiedenen Merkmalen. Obwohl der Einfachheit halber im Folgenden ein Fall beschrieben wird, in dem sich der Roboter aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausbewegt, können die im Folgenden beschriebenen Elemente auch auf eine Bewegung angewendet werden, bei der der Roboter in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt.

(A1) Anordnung der Referenzpunkte
(A2) Haltung eines Arbeitswerkzeugs
(A3) Art der Bewegung des Roboters
(A4) Geschwindigkeit und Richtung in Richtung eines Referenzpunktes
(A5) Art der Stoppsteuerung des Roboters nach Erkennung einer Abweichung

Die Elemente (A1) bis (A5) werden im Folgenden beschrieben.
(A1) Anordnung der Referenzpunkte
Referenzpunkte sind Positionen, die als Referenzpunkte verwendet werden, wenn der Roboter 1 veranlasst wird, eine Bewegung auszuführen, um den zulässigen Bewegungsbereich zu verlassen, und Punkte, die auf einer Grenzfläche des zulässigen Bewegungsbereichs (verbotenen Bewegungsbereichs) liegen, sind ein repräsentatives Beispiel für die Referenzpunkte. Die Referenzpunkte können als Gitterpunkte gesetzt werden, die in vorbestimmten Abständen auf jeder Ebene angeordnet sind, die als Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs dient, wenn der zulässige Bewegungsbereich als rechteckiges Parallelepiped geformt ist, wie in 6 dargestellt. In 6 ist ein Zustand dargestellt, in dem eine Vielzahl von Referenzpunkten 331 als Gitterpunkte auf Außenflächen (drei Ebenen 301 bis 303) des in einem rechtwinkligen Parallelepiped geformten zulässigen Bewegungsbereichs 300 festgelegt sind. Alternativ können die Referenzpunkte als gleichmäßig auf der kugelförmigen Außenfläche (Begrenzungsfläche) verteilte Punkte festgelegt werden, wenn der verbotene Bewegungsbereich eine Kugelform hat, wie in 7 dargestellt. In 7 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem eine Vielzahl von Referenzpunkten 411 so gesetzt werden, dass sie gleichmäßig auf der Außenfläche des kugelförmigen zulässigen Bewegungsbereichs 400 verteilt sind.
(A2) Haltung eines Arbeitswerkzeugs
Die Form und die Flugbahn eines Teils eines Roboters, der einen zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, ändern sich in Abhängigkeit von der Haltung eines Arbeitswerkzeugs, wenn das Teil den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (mit anderen Worten, wenn sich der Teil in Richtung eines Referenzpunkts bewegt). Wenn der Roboter 1 veranlasst wird, eine Bewegung auszuführen, und ein Abweichungsteil visualisiert wird, kann daher die Durchführung von Simulationen in Bezug auf eine Vielzahl von Haltungen des Arbeitswerkzeugs ein Simulationsergebnis effektiver machen. Wenn beispielsweise eine Bewegung durchgeführt wird, bei der der TCP des Roboters dazu veranlasst wird, sich linear zu einem Referenzpunkt zu bewegen, kann eine Simulation in Bezug auf eine Vielzahl von Haltungen des Arbeitswerkzeugs durchgeführt werden, bei denen jeweils eine der ± Richtungen der X-Achse, der ± Richtungen der Y-Achse und der ± Richtungen der Z-Achse eines Werkzeug-Koordinatensystems, das auf das Arbeitswerkzeug eingestellt ist, mit einer Bewegungsrichtung des Roboters 1 übereinstimmt. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Haltungen können Werkzeughaltungen, die durch Drehen des Arbeitswerkzeugs um eine oder mehrere Achsen zwischen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse erreicht werden, hinzugefügt werden.
(A3) Art des Bewegungsbefehls des Roboters
Die Bewegungsbefehle des Roboters umfassen eine lineare Bewegung, bei der der Kontrollpunkt (TCP) des Roboters linear zu einer Zielposition bewegt wird, und eine gemeinsame Bewegung, bei der der Kontrollpunkt die Zielposition erreicht, indem jede Achse bewegt wird. Die lineare Bewegung kann in geeigneter Weise verwendet werden, wenn eine Simulation durchgeführt wird, bei der der Kontrollpunkt (TCP) des Roboters mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in einer vorgegebenen Richtung zu einem Referenzpunkt bewegt wird. Die gemeinsame Bewegung kann z.B. dann eingesetzt werden, wenn eine Simulation durchgeführt wird, bei der jede der Achsen mit der maximalen Geschwindigkeit der Achse von einem Referenzpunkt aus bewegt wird.
(A4) Geschwindigkeit und Richtung in Richtung eines Referenzpunktes
Form und Flugbahn eines Teils des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, können sich je nach Geschwindigkeit und Richtung des Roboters 1, der sich auf einen Referenzpunkt zu bewegt, ändern. Es wird beispielsweise angenommen, dass der zulässige Bewegungsbereich ein rechteckiges Parallelepiped ist. Wenn der Kontrollpunkt (TCP) des Roboters 1 in einer linearen Bewegung auf einen Gitterpunkt zubewegt wird, wird davon ausgegangen, dass die Einstellung einer Bewegungsrichtung des TCP senkrecht zu einer Ebene, die als Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs dient, auf der der Gitterpunkt existiert, und einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des TCP wirksam ist, um einen Abweichungsanteil zu maximieren. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass in einem Bereich nahe einer Ecke des zulässigen Bewegungsbereichs eine Neigung der Bewegungsrichtung des TCP in Bezug auf eine Außenfläche (eine Ebene) (z. B. indem die Bewegungsrichtung des TCP in die Nähe einer Richtung gebracht wird, die vom geometrischen Mittelpunkt des zulässigen Bewegungsbereichs in Richtung des Eckbereichs zeigt) wirksam ist, um einen Abweichungsanteil zu maximieren. Beachten Sie, dass die oben beschriebenen Sachverhalte auch für den Fall gelten, dass ein Eintrittsanteil in einen verbotenen Bewegungsbereich berechnet wird. Die Schätzungseinheit 153 kann die oben beschriebenen Punkte bei der Berechnung eines Abweichungsbereichs (Eintrittsbereich) berücksichtigen. Es ist zu beachten, dass die Geschwindigkeit und der Winkel des Roboters 1, der sich auf einen Gitterpunkt zubewegt, auf beliebige Werte eingestellt werden können, wobei z. B. die Eigenschaften des Arbeitsraums berücksichtigt werden.
(A5) Art der Stoppkontrolle
Als Bewegung, bei der der Roboter 1 zum Anhalten gesteuert wird, nachdem eine Abweichung des Roboters 1 aus dem zulässigen Bewegungsbereich (ein Eintritt in den verbotenen Bewegungsbereich) erkannt wurde, ist nicht nur eine Bewegung beim Ausrollen aufgrund eines Notstopps, sondern auch eine Bewegung denkbar, bei der der Roboter 1 zum Anhalten unter einer vorgegebenen Verzögerungssteuerung gesteuert wird. Wenn eine Bewegung des Auslaufens aufgrund eines Notstopps berechnet wird, wird im Voraus berechnet, wie weit jede Achse des Roboters 1 ausläuft, wenn der Roboter 1 einen Notstopp durchführt. Wenn eine vorbestimmte Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, wenn der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder wenn der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt), kann eine Bewegung, wenn der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder wenn der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt) aus einem Verzögerungssteuerungs-Muster der Verzögerungssteuerung berechnet werden. Man beachte, dass als vorbestimmte Verzögerungssteuerung eine Steuerung denkbar ist, bei der eine Bahn geplant wird, die den Roboter 1 zum sanften Anhalten veranlasst, und der Roboter 1 veranlasst wird, sich entlang der geplanten Bahn zu bewegen.
Ein spezifisches Beispiel für die von der Schätzungseinheit 153 im oben beschriebenen Schritt S3 durchgeführte Schätzungsverarbeitung wird im Folgenden beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein spezielles Beispiel für die von der Schätzungseinheit 153 in Schritt S3 durchgeführte Schätzungsverarbeitung zeigt. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der zulässige Bewegungsbereich aus einem rechteckigen Parallelepiped besteht und dass die Referenzpunkte als Gitterpunkte auf jeder Ebene festgelegt sind, die als Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs dient.
In Schritt S31 setzt das Simulationsgerät 50 (die Einheit zur Einstellung des Referenzpunktes 152) Gitterpunkte, die als Referenzpunkte dienen, wenn ein Teil des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, oder ein Teil des Roboters 1, der in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt, auf Oberflächen (Außenfläche) berechnet wird, die den zulässigen Bewegungsbereich oder den verbotenen Bewegungsbereich umschließen. Zum Beispiel kann das Simulationsgerät 50 (die Einheit zur Einstellung des Referenzpunktes 152) eine Betriebseingabe akzeptieren, die ein Intervall zwischen Gitterpunkten vom Benutzer spezifiziert, und Gitterpunkte in bestimmten Intervallen auf den Oberflächen setzen, die den zulässigen Bewegungsbereich oder den verbotenen Bewegungsbereich umschließen.
In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass ein rechteckiger, parallelepipedförmiger Bereich 300, wie in 6 dargestellt, festgelegt wird. Es wird auch angenommen, dass Referenzpunkte (Gitterpunkte) 331 in den angegebenen Abständen auf sechs Ebenen (drei Ebenen 301 bis 303 sind in 6 dargestellt) gesetzt werden, die die äußere Oberfläche des zulässigen Bewegungsbereichs 300 bilden.
In Schritt S32 legt das Simulationsgerät 50 (die Schätzungseinheit 153) eine Haltung des Arbeitswerkzeugs fest, wenn sich der Roboter 1 auf einen Gitterpunkt zubewegt. Die Schätzungseinheit 153 berechnet eine Bewegung, nachdem der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich vom Gitterpunkt aus verlassen hat, bis der Roboter 1 zum Stillstand kommt (oder eine Bewegung, nachdem der Roboter 1 den verbotenen Bewegungsbereich vom Gitterpunkt aus betreten hat, bis der Roboter 1 zum Stillstand kommt) (Schritt S33).
Die Schätzungseinheit 153 führt die Bewegungen in den Schritten S32 und S33 wiederholt in Bezug auf alle Gitterpunkte aus (ein Schleifenprozess in Schritt S34) und führt die Bewegungen auch wiederholt in Bezug auf verschiedene Werkzeughaltungen aus (ein Schleifenprozess in Schritt S35).
Es wird ein spezifisches Bewegungsbeispiel in den Schritten S32 bis S35 beschrieben. In einem im Folgenden beschriebenen Bewegungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass, wenn der Roboter 1 mit maximaler Geschwindigkeit aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 in Richtung der Oberfläche senkrecht zur Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs 300 herausfährt, die Auslaufstrecke groß wird. Daher wird in diesem Fall der Roboter 1 veranlasst, sich mit der maximalen Geschwindigkeit in einer linearen Bewegung so zu bewegen, dass sich der TCP in Richtung eines Gitterpunkts in der Richtung senkrecht zur Oberfläche (der äußeren Oberfläche des zulässigen Bewegungsbereichs) bewegt, auf der sich der Gitterpunkt befindet, jede Stoppposition, wenn der Roboter 1 aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausragt, wird geschätzt, und ein Teil, der aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausragt, wird sichtbar gemacht. Als Stoppbewegung wird ein Fall angenommen, in dem nach einer Abweichung des Roboters 1 (Roboter 1M) aus dem zulässigen Bewegungsbereich eine Notstoppbewegung durchgeführt wird und der Roboter 1 ausweicht und zum Stillstand kommt. Als Werkzeughaltung werden Bewegungen in drei Haltungen angenommen, bei denen jeweils eine der Richtungen der -X-Achse, der +Y-Achse und der +Z-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit einer Richtung übereinstimmt, in der sich der TCP zu einem Gitterpunkt bewegt.
Wie in 8 dargestellt, wird die Richtung der -X-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems, das auf das Arbeitswerkzeug 17 eingestellt ist, veranlasst, mit einer Bewegungsrichtung des TCP (dem Ursprung des Werkzeug-Koordinatensystems) des Roboters 1 zusammenzufallen. Der Roboter 1, der sich in einem Zustand der oben beschriebenen Haltung 101 befindet, wird veranlasst, eine lineare Bewegung zu einem Referenzpunkt (Gitterpunkt) 331 in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des zulässigen Bewegungsbereichs 300, d. h. in Richtung der -X-Achse, mit der maximalen Geschwindigkeit des Roboters 1 (TCP) auszuführen. Eine Haltung 102 ist eine Haltung in dem Moment, in dem der Roboter 1 (Roboter 1M) aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 herauskommt. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Roboter 1 (Roboter 1M) an einer Position P1 in der Nähe des Armspitzenbereichs aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 herausragt. Die Haltung (Winkel) jeder Achse in diesem Moment wird berechnet. Außerdem wird eine Haltung jeder Achse an einer Position berechnet, an der der Roboter 1 (Roboter 1M) um einen winzigen Abstand von der Haltung 102 zur nahen Seite (in diesem Fall in +X-Richtung des TCP) bewegt wird. Die Differenzwerte, die durch Subtraktion der letztgenannten Achsenhaltungen von den erstgenannten Achsenhaltungen berechnet werden, werden zu einem Verhältnis der Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen des Roboters 1 in dem Moment, in dem der Roboter in einer linearen Bewegung aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 herauskommt. Als Beispiel wird angenommen, dass der Roboter 1 ein Sechs-Achsen-Roboter ist, und ein Verhältnis der Bewegungsgeschwindigkeiten, das in diesem Beispiel berechnet wird, wird dargestellt durch m1:m2:m3:m4:m5:m6 in Bezug auf die Achsen J1 bis J6.
Aus dem Wert des Verhältnisses und den maximalen Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen des Roboters 1 können die Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen des Roboters 1 in dem Moment berechnet werden, in dem der Roboter 1 eine lineare Bewegung mit der maximalen Geschwindigkeit ausführt, die der Roboter 1 erreichen kann, und aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 herauskommt. Mit anderen Worten, wenn der Wert des Verhältnisses der Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen mit n multipliziert wird, ist es nur erforderlich, einen Wert von n zu berechnen, der bewirkt, dass ein Wert der Bewegungsgeschwindigkeit in Bezug auf eine der Achsen eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit der Achse ist und die Werte der Bewegungsgeschwindigkeiten der anderen Achsen eine Geschwindigkeit kleiner oder gleich den maximalen Bewegungsgeschwindigkeiten sind. Wenn in dem Fall, in dem die oben beschriebenen Werte m1 bis m6 des Verhältnisses mit n multipliziert werden, ein Wert (n × m6) der Achse J6 die maximale Geschwindigkeit der Achse J6 ist und jeder der Werte (n × m1), (n × m2), (n × m3), (n × m4), und (n × m5) der anderen Achsen kleiner oder gleich der Höchstgeschwindigkeit der Achse ist, sind die Geschwindigkeiten die Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen in dem Moment, in dem der Roboter 1, während er eine lineare Bewegung mit der Höchstgeschwindigkeit ausführt, die der Roboter 1 erreichen kann, aus dem zulässigen Bewegungsbereich herauskommt.
Wenn die Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen berechnet sind, kann eine Position berechnet werden, an der der Roboter 1 von der Position, an der er aus dem zulässigen Bewegungsbereich herauskommt und zum Stillstand kommt, ausläuft. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Umfang des Auslaufens jeder Achse des Roboters 1 mit der Geschwindigkeit unmittelbar vor Beginn des Auslaufens und dem Gewicht des Arbeitswerkzeugs 17 in Bezug auf jede Achse zusammenhängt. Die Beziehung zwischen dem Nachlaufbetrag jeder Achse und der Geschwindigkeit unmittelbar vor Beginn des Nachlaufs und dem Gewicht des Werkzeugs wird im Voraus durch Versuche oder Ähnliches ermittelt. Das Simulationsgerät 50 speichert Informationen, die die Beziehung zwischen dem Auslaufbetrag jeder Achse und der Geschwindigkeit unmittelbar vor dem Beginn des Auslaufs und dem Gewicht des Arbeitswerkzeugs 17 darstellen, beispielsweise in dem Speichergerät 55 im Voraus.
In 9 ist eine Tabelle dargestellt, die in Bezug auf eine Antriebsachse den Betrag des Auslaufens (den Betrag der Änderung) der Antriebsachse darstellt, wenn der Notstopp des Roboters 1 durchgeführt wird. Die Tabelle veranschaulicht in Bezug auf eine Antriebsachse den Betrag der Änderung der Antriebsachse, wenn der Notstopp des Roboters 1 während einer Zeitspanne durchgeführt wird, in der der Roboter 1 in einer vorbestimmten Richtung mit einer vorbestimmten Bewegungsgeschwindigkeit gefahren wird. Der Betrag der Änderung einer Antriebsachse entspricht einem Drehwinkel, nachdem der Notstopp durchgeführt wurde, bis der Roboter 1 vollständig zum Stillstand gekommen ist.
Der Betrag der Änderung einer Antriebsachse wird durch eine Funktion der Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebsachse unmittelbar vor dem Notstopp und dem Gewicht des Arbeitswerkzeugs dargestellt. Je schwerer das Arbeitsgerät wird, desto größer ist der Betrag der Änderung einer Antriebsachse nach einem Notstopp. Je größer die Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebsachse bei einem Notstopp ist, desto größer ist der Änderungsbetrag der Antriebsachse. Der in 9 dargestellte Betrag der Änderung einer Antriebsachse kann im Voraus durch den tatsächlichen Betrieb des Roboters 1 ermittelt werden. Das Simulationsgerät 50 speichert eine Tabelle, wie sie in 9 in Bezug auf jede Antriebsachse dargestellt ist.
Es wird zum Beispiel angenommen, dass die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Beginns des Auslaufens und das Gewicht des Arbeitswerkzeugs in Bezug auf die Achse, die in der Tabelle in 9 dargestellt sind, 20 Grad/s bzw. 30 kg betragen. In diesem Fall erhält die Schätzungseinheit 153 des Simulationsgeräts 50 Informationen, die darauf hinweisen, dass der Betrag des Auslaufens (Winkel) der Achse 8 Grad aus der Tabelle beträgt. Die Schätzungseinheit 153 ermittelt den Betrag des Nachlaufs in Bezug auf jede Achse aus der Geschwindigkeit der Achse zum Zeitpunkt des Beginns des Nachlaufs, der durch das oben beschriebene Verfahren erfasst wird, auf der Grundlage von Beziehungen, wie in 9 dargestellt, die im Voraus in Bezug auf jede Achse gespeichert werden. Durch diese Verarbeitung ist die Schätzungseinheit 153 in der Lage, eine Bewegung des Roboters 1 zu erfassen, bis der Roboter 1 ausrollt und aufgrund eines Notstopps zum Stillstand kommt.
In 10 ist ein Beispiel für einen Zustand dargestellt, in dem der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich 300 verlassen und angehalten hat, wobei dieser Zustand durch Ausführen der oben beschriebenen Bewegung erreicht wird. In diesem Beispiel wird ein Zustand, in dem das Arbeitswerkzeug 17 und der Armspitzenabschnitt (vereinfachte Formen, die das Arbeitswerkzeug 17 und den Armspitzenabschnitt umschließen) des Roboters 1 von der Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs 300 abweicht, als eine Haltung 103 dargestellt. Beachten Sie, dass in diesem Beispiel zwar ein Zustand beschrieben wird, in dem der Roboter 1 angehalten hat, dass es aber auch so konfiguriert werden kann, dass ein Zustand des Roboters 1 visualisiert wird, der eine Bewegung des Roboters 1 einschließt, bis der Roboter 1 zum Stillstand kommt.
Das Simulationsgerät 50 visualisiert eine Abweichung des Roboters 1 vom zulässigen Bewegungsbereich 300 (oder einen Eintritt in den verbotenen Bewegungsbereich), wie oben beschrieben, in Bezug auf alle Gitterpunkte.
Die Schätzungseinheit 153 führt auch eine Visualisierung eines Abweichungsabschnitts des Roboters 1 aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 (oder eines Eintrittsabschnitts in den verbotenen Bewegungsbereich) in Bezug auf alle Werkzeughaltungen durch. Im vorliegenden Beispiel berechnet die Schätzungseinheit 153 eine Position und Haltung eines Abweichungsabschnitts (oder eines Eintrittsabschnitts) des Roboters 1, wenn der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder wenn der Roboter 1 in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt), an einem Gitterpunkt, in Bezug auf drei Bewegungen, einschließlich der Haltung des Werkzeugs:

- eine Bewegung, bei der sich der Roboter 1 (TCP 111) zu einem Referenzpunkt (Gitterpunkt) 331 bewegt, während sich das Werkzeug in einer Haltung befindet, in der die Richtung der -X-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit einer Bewegungsrichtung des Roboters 1 (TCP 111) übereinstimmt (11A);
- eine Bewegung, bei der sich der Roboter 1 (TCP 111) zum Referenzpunkt (Gitterpunkt) 331 bewegt, während sich das Werkzeug in einer Haltung befindet, in der die Richtung der +Y-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit der Bewegungsrichtung des Roboters 1 (TCP 111) übereinstimmt (11B); und
- eine Bewegung, bei der sich der Roboter 1 (TCP 111) zum Referenzpunkt (Gitterpunkt) 331 bewegt, während sich das Werkzeug in einer Position befindet, in der die Richtung der +Z-Achse des Werkzeug-Koordinatensystems mit der Bewegungsrichtung des Roboters 1 (TCP 111) übereinstimmt (11C).

Wenn davon ausgegangen wird, dass der Roboter von einer beliebigen Position im zulässigen Bewegungsbereich aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausragt, während sich das Werkzeug in einer beliebigen Haltung befindet und so gesteuert wird, dass es zum Stillstand kommt, kann mit der oben beschriebenen Verarbeitung ein Bereich abgeschätzt und visualisiert werden, in dem der Roboter aus dem zulässigen Bewegungsbereich herausragen kann. Ebenso kann ein Bereich abgeschätzt und visualisiert werden, in dem der Roboter in den verbotenen Bewegungsbereich eintreten kann.
In 12 ist ein Beispiel dargestellt, in dem alle Haltungen des Roboters 1 (Roboter 1M), der den zulässigen Bewegungsbereich 300 durch die unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Schritte S31 bis S35 beschriebene simulierte Bewegung verlassen hat, visualisiert werden. Ein Simulationsergebnis, wie es in 12 dargestellt ist, wird z. B. auf der Anzeigeeinheit 53 angezeigt. Der Benutzer kann auf der Grundlage des Simulationsergebnisses eine Anordnung der Sicherheitszäune F1 und F2 bestimmen, z. B. in einer in 12 dargestellten Anordnungsbeziehung.
Alternativ kann die Schätzungseinheit 153 so konfiguriert sein, dass sie, wenn ein Zustand, wie in 13 dargestellt, als Simulationsergebnis berechnet wird, wenn der Roboter 1 (Roboter 1M) den zulässigen Bewegungsbereich 300 verlässt, eine Anordnung eines Sicherheitszauns F10 basierend auf dem Simulationsergebnis berechnet. Eine Anordnung eines Sicherheitszauns, die von der Schätzungseinheit 153 berechnet wird, kann von der Visualisierungseinheit 154 visualisiert werden. Beispielsweise kann eine Position des Sicherheitszauns F10 so bestimmt werden, dass die Position einen vorbestimmten Abstand zum maximalen Überstand des Roboters 1 (Roboter 1M) von jeder Oberfläche des zulässigen Bewegungsbereichs 300 hat.
Obwohl in dem simulierten Bewegungsbeispiel, das oben unter Bezugnahme auf die Schritte S31 bis S35 in 5 beschrieben ist, ein Beispiel für einen Fall beschrieben wird, in dem der Roboter 1 veranlasst wird, eine lineare Bewegung auszuführen, ist auch ein Beispiel denkbar, in dem der Roboter 1 veranlasst wird, eine Gelenkbewegung auszuführen, und eine Bewegung berechnet wird, bei der der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, wie oben beschrieben. Wenn die gemeinsame Bewegung verwendet wird, kann eine Bewegung wie die folgende Bewegung (B1) oder (B2) verwendet werden.

(B1) Der Roboter 1 wird veranlasst, die gemeinsame Bewegung so auszuführen, dass der Roboter 1 einen Referenzpunkt passiert oder die gemeinsame Bewegung mit dem Referenzpunkt als Ausgangspunkt der Bewegung ausführt. Wenn eine Abweichung des Roboters 1 vom zulässigen Bewegungsbereich festgestellt wird, wird der Roboter 1 so gesteuert, dass er einen Notstopp durchführt. Das Ausmaß der Bewegung jeder Achse nach dem Notstopp kann mit Hilfe einer Tabelle berechnet werden, wie sie in 9 dargestellt ist, unter der Annahme, dass sich jede Achse zu dem Zeitpunkt, zu dem der Roboter 1 den Notstopp ausführt, mit der maximalen Geschwindigkeit der Achse bewegt hat. Alternativ können als Verhalten des Roboters 1 in der Nähe einer Position, an der der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, die Geschwindigkeiten der Achsen zu dem Zeitpunkt, an dem der Roboter 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, und die Geschwindigkeiten der Achsen an einer Position, an der der Roboter 1 von der Abweichungsposition auf die nahe Seite bewegt wird, berechnet werden, und wenn sich die Geschwindigkeiten der Achsen in zunehmender Richtung ändern, kann der Betrag des Nachlaufs auf die gleiche Weise wie oben beschrieben berechnet werden, unter der Annahme, dass sich die Achsen des Roboters zu dem Zeitpunkt, zu dem der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, mit den maximalen Geschwindigkeiten der Achsen bewegen.
(B2) Der Roboter wird veranlasst, ein Verhalten auszuführen, bei dem der Roboter eine bestimmte Achse weitgehend von einem Referenzpunkt aus bewegt, und die Position und Haltung eines Teils des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, wird berechnet. So ist beispielsweise ein Beispiel denkbar, bei dem der Roboter veranlasst wird, ein Verhalten auszuführen, bei dem der Roboter nur die Achse J1 innerhalb eines zulässigen Bewegungsbereichs schwenkt, oder ein Beispiel, bei dem der Roboter veranlasst wird, ein Verhalten auszuführen, bei dem der Roboter nur die Achsen J2 und J3 innerhalb zulässiger Bewegungsbereiche der Achsen J2 bzw. J3 schwenkt.

In den 14 und 15 ist ein Beispiel dargestellt, in dem ein Zustand, in dem der Roboter 1M den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat und zum Stillstand gekommen ist, durch die oben beschriebene Visualisierungsverarbeitung visualisiert wird. Man beachte, dass 14 ein Beispiel für die Visualisierung zeigt, wenn der Roboter 1M von einer seitlichen Seite aus betrachtet wird, und 15 ist das Beispiel für die Visualisierung, wenn der Roboter 1 von einer schrägen Oberseite aus betrachtet wird. In diesem Beispiel sind die Formen, die den Roboter 1 umschließen, weggelassen. Im vorliegenden Beispiel hat ein Armspitzenabschnitt 1A des Roboters 1 den zulässigen Bewegungsbereich verlassen. Beachten Sie, dass, wenn ein Raum 500 außerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs 300, als ein verbotener Bewegungsbereich, 14 und 15 einen Zustand zeigen, in dem der Roboter 1 (Roboter 1M) in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist (der Raum 500).
Abgesehen von dem in 1 dargestellten Fall, in dem der Roboter 1 an der Montagefläche 20 befestigt ist, wird der Roboter 1 manchmal auf einer fahrbaren Plattform montiert. Unter Bezugnahme auf die 16 und 17 wird die Visualisierungsverarbeitung eines Abweichungsabschnitts von einem zulässigen Bewegungsbereich beschrieben, wenn der Roboter 1 auf einer beweglichen Plattform montiert ist. Wie in 16 dargestellt, umfasst ein mobiler Mechanismus 180 eine Schiene 181, eine Fahrplattform 182, die auf der Schiene 181 beweglich montiert ist, und einen Motor 183 zum Antrieb der Fahrplattform 182. Der Roboter 1 (Roboter 1M) ist auf der Fahrplattform 182 montiert.
In 16 ist auch ein zulässiger Bewegungsbereich 300A dargestellt, der festgelegt wird, wenn der Roboter 1 auf die oben beschriebene Weise konfiguriert ist. In diesem Beispiel wird der Roboter 1 (Roboter 1M) veranlasst, sich in Richtung eines Referenzpunktes zu bewegen, der auf einer Fläche auf der linken Seite in der Zeichnung (im Folgenden als vordere Fläche bezeichnet) des zulässigen Bewegungsbereichs 300A in einer Bewegung festgelegt ist, die als Beispiel in den Schritten S31 bis S35 beschrieben ist, und die Fahrplattform 182 wird ebenfalls veranlasst, sich in der Zeichnung in Richtung nach links (nach vorne) zu bewegen. Bei der oben beschriebenen Bewegung wird an einer Position P21 eine Abweichung des Armspitzenbereichs des Roboters 1 von dem zulässigen Bewegungsbereich 300 festgestellt. Unter der Annahme, dass der Roboter 1 und die Fahrplattform 182 ab diesem Zeitpunkt zu einem Notstopp veranlasst werden, wird die Bewegung eines Teils des Roboters 1, der den zulässigen Bewegungsbereich 300 aufgrund des Auslaufens verlässt, berechnet.
Was den Nachlauf des Roboters 1 betrifft, so kann der Nachlauf jeder Achse durch eine Berechnungsmethode unter Verwendung einer Tabelle, wie in 8 dargestellt, berechnet werden, wie oben beschrieben. Was die Fahrplattform 182 betrifft, so kann die Nachlaufstrecke in diesem Fall berechnet werden, indem eine Beziehung zwischen dem Lastgewicht und der Nachlaufstrecke, z. B. als numerische Daten (Tabelle), im Voraus berechnet wird. Durch Addition der Nachlaufstrecke der Fahrplattform 182 und des Nachlaufs des Roboters 1 wird die Bewegung eines Teils, der aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 austritt, berechnet.
17 zeigt ein Beispiel für einen Fall, in dem der auf der Fahrplattform 182 montierte Roboter 1 an einer Position P22 aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300A herausragt. Da in diesem Fall die Position der Fahrplattform 182, wenn der Roboter 1 aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300 herausragt, sich von der Position der Fahrplattform 182 im Fall von 16 unterscheidet, ist die Haltung des Roboters 1, wenn der Roboter 1 aus dem zulässigen Bewegungsbereich 300A herausragt, eine andere Haltung als die Haltung in dem in 16 dargestellten Fall.
Obwohl in diesem Beispiel eine Bewegung beschrieben wird, wenn der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, kann die obige Beschreibung auch auf einen Fall angewendet werden, in dem ein Teil des Roboters berechnet wird, der in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt.
Wie oben beschrieben, ist es in einem Konfigurationsbeispiel, in dem der Roboter 1 auf einer Fahrplattform montiert ist, auch möglich, einen Teil des Roboters zu berechnen und zu visualisieren, der den zulässigen Bewegungsbereich verlässt (oder einen Teil des Roboters, der in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt).
Wie im Vorangegangenen beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Teil des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, oder einen Teil des Roboters, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingedrungen ist, sichtbar zu machen und einen Zaun an einer geeigneten Stelle anzubringen.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben anhand einer typischen Ausführungsform beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass Änderungen und andere verschiedene Modifikationen, Auslassungen und Ergänzungen an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Verschiedene Arten von Funktionen zur Berechnung und Visualisierung einer Bewegung des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, können ebenfalls auf einen Fall angewendet werden, in dem eine Bewegung des Roboters, der in den verbotenen Bewegungsbereich eintritt, berechnet und visualisiert wird.
Es ist zum Beispiel nicht so, dass in dem in 3 dargestellten Funktionsblockdiagramm alle Elemente wesentlich sind. Es kann zum Beispiel so konfiguriert sein, dass ein von der Visualisierungsverarbeitung berechnetes Bild auf einer Anzeigeeinheit eines externen Geräts des Simulationsgeräts 50 angezeigt wird. Es kann so konfiguriert sein, dass das Simulationsgerät 50 dreidimensionale Geometriedaten, Gewichtsdaten, die in 9 dargestellte Tabelle und ähnliches von einem externen Gerät erhält.
Die in 3 dargestellten Funktionsblöcke des Simulationsgeräts können durch einen Prozessor des Simulationsgeräts erreicht werden, der verschiedene Arten von Software ausführt, die in dem Speichergerät gespeichert sind, oder sie können durch eine Konfiguration erreicht werden, bei der hauptsächlich Hardware, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), verwendet wird.
Programme, die verschiedene Arten der Verarbeitung, wie die Visualisierungsverarbeitung, in der oben beschriebenen Ausführungsform ausführen, können in verschiedenen Arten von computerlesbaren Aufzeichnungsmedien aufgezeichnet werden (zum Beispiel in einem Halbleiterspeicher, wie einem ROM, einem EEPROM und einem Flash-Speicher, einem magnetischen Aufzeichnungsmedium und einer optischen Platte, wie einer CD-ROM und einer DVD-ROM).
REFERENZZEICHENLISTE

1, 1M: Roboter
11: Dreheinheit
12a, 12b: Arm
13: Gelenkeinheit
14: Motor
16: Handgelenkeinheit
17: Arbeitswerkzeug
19: Basiseinheit
20: Montagefläche
50: Simulationsgerät
51: Prozessor
52: Speicher
53: Anzeigeeinheit
54: Betriebseinheit
55: Speichergerät
56: Eingangs-/Ausgangsschnittstelle
111: TCP
151: Einheit zur Einstellung des Bereichs
152: Einheit zur Einstellung des Referenzpunktes
153: Schätzungseinheit
154: Visualisierungseinheit
180: Mobiler Mechanismus
181: Schiene
182: Fahrplattform
183: Motor
300, 400: Zulässiger Bewegungsbereich
331, 411: Referenzpunkt
F1, F2, F10: Sicherheitszaun

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009090403 A [0003]
WO 2009/072383 A1 [0003]

Claims

Ein Simulationsgerät, das Folgendes umfasst: eine Einheit zur Einstellung des Bereichs, die so konfiguriert ist, dass sie einen zulässigen Bewegungsbereich für einen Roboter einstellt; eine Schätzungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Roboters schätzt, wenn eine Steuerung, die den Roboter zum Anhalten veranlasst, auf den Roboter angewendet wird, die durch eine Abweichung des Roboters von dem zulässigen Bewegungsbereich verursacht wird; und eine Visualisierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des Roboters, der den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, auf der Grundlage einer geschätzten Bewegung des Roboters visualisiert.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 1, wobei die Einheit zur Einstellung des Bereichs den zulässigen Bewegungsbereich auf der Grundlage von Benutzereingaben einstellt.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schätzungseinheit eine Bewegung des Roboters in Bezug auf jede einer Vielzahl von Haltungen eines an dem Roboter angebrachten Arbeitswerkzeugs schätzt.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem umfasst eine Einheit zur Einstellung des Referenzpunktes, die so konfiguriert ist, dass sie einen Referenzpunkt einstellt, der als eine Zielposition, eine Zwischenposition oder eine Bewegungsstartposition verwendet wird, wenn der Roboter auf simulative Weise in der Schätzungseinheit bewegt wird.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 4, wobei die Einheit zur Einstellung des Referenzpunktes den Referenzpunkt auf der Grundlage von Benutzereingaben einstellt.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Referenzpunkt als eine Vielzahl von Punkten definiert ist, die auf einer Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs verteilt sind.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Schätzungseinheit eine Bewegung des Roboters schätzt, indem sie den Roboter veranlasst, sich in einer linearen Bewegung oder einer Gelenkbewegung in einer simulativen Weise zu bewegen.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Schätzungseinheit einen Steuerpunkt des Roboters veranlasst, sich in einer linearen Bewegung in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf den Referenzpunkt mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf simulative Weise zu bewegen.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 6, wobei die Schätzungseinheit einen Steuerpunkt des Roboters veranlasst, sich in einer linearen Bewegung in einer Richtung senkrecht zu einer Außenfläche des zulässigen Bewegungsbereichs, auf dem sich der Referenzpunkt befindet, mit einer Höchstgeschwindigkeit des Roboters auf simulative Weise auf den Referenzpunkt zuzubewegen.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuerung, die den Roboter zum Anhalten veranlasst, entweder durch einen Notstopp oder einen Stopp durch eine vorbestimmte Verzögerungssteuerung erfolgt.
Das Simulationsgerät nach Anspruch 10, wobei die Steuerung, die das Anhalten des Roboters veranlasst, durch den Notstopp erfolgt, und die Schätzungseinheit eine Bewegung des Roboters berechnet, nachdem der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlassen hat, bis der Roboter anhält, und zwar auf der Grundlage von Informationen, die eine Beziehung zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit jeder Achse zu einem Zeitpunkt, zu dem der Roboter den zulässigen Bewegungsbereich verlässt, und dem Gewicht eines an dem Roboter angebrachten Arbeitswerkzeugs und einem Auslaufbetrag jeder Achse darstellen.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Schätzungseinheit eine Anordnung eines Sicherheitszauns berechnet, der außerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs angeordnet werden soll, basierend auf einem Schätzungsergebnis der Bewegung des Roboters, und die Visualisierungseinheit außerdem den Sicherheitszaun, basierend auf einer berechneten Anordnung des Sicherheitszauns, visualisiert.
Das Simulationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Schätzungseinheit in Bezug auf den auf einer Fahrplattform montierten Roboter eine Bewegung des Roboters und der Fahrplattform schätzt, wenn eine Steuerung, die den Roboter und die Fahrplattform zum Anhalten veranlasst, auf den Roboter und die Fahrplattform angewendet wird, die durch eine Abweichung des Roboters von dem zulässigen Bewegungsbereich verursacht wird.
Ein Simulationsgerät, das Folgendes umfasst: eine Einheit zur Einstellung des Bereichs, die so konfiguriert ist, dass sie einen verbotenen Bewegungsbereich für einen Roboter einstellt; eine Schätzungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Roboters schätzt, wenn eine Steuerung, die den Roboter zum Anhalten veranlasst, auf den Roboter angewendet wird, die durch das Eindringen des Roboters in den verbotenen Bewegungsbereich verursacht wird; und eine Visualisierungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage einer geschätzten Bewegung des Roboters einen Teil des Roboters visualisiert, der in den verbotenen Bewegungsbereich eingetreten ist.