JP2000081906A - 仮想工場シミュレーション装置および仮想工場シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実機の変更に伴う機器モデル構成の変更や、
コントローラ部分と機械部分のシミュレーションを独立
に行うためのモデル構成を容易にする。 【解決手段】 コントローラを模擬する仮想コントロー
ラ２３と機械運動を模擬する仮想機械２２を備えた複数
の仮想機器シミュレータ２１と、仮想機器シミュレータ
によるシミュレーションを実行する実行処理部１４、機
器モデルの３次元形状の干渉をチェックする干渉チェッ
ク処理部１６、シミュレーション内の時間管理を行うシ
ミュレーション時間管理処理部１７、および機器モデル
の３次元形状の表示処理を行う３次元形状表示処理部１
８を備えた仮想工場カーネル２０にて仮想工場システム
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は工場、ライン、セ
ルおよび機器をシミュレーションするための仮想工場シ
ミュレーション装置および方法に関するものであり、特
に工場の機器などのリソースを、動作データおよび３次
元形状データによってモデル化した機器モデルを用いて
シミュレーションする仮想工場シミュレーション装置お
よび仮想工場シミュレーション方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】生産システムが高度化するに従い、複数
の機器を組み合わせてシステムを構成することが増えて
いる。設計者は、ユーザの要求仕様を満たすようにシス
テム設計することが必要であるが、実際にシステムを構
築する前に、システムの能力を定量的に評価することは
非常に難しい。そのため、開発工程としては、机上でシ
ステムの概略性能を評価し、作成された各機器の仕様を
作成した後、実システムを開発する。そして、客先に納
入する前に実機を用いて、まず制御プログラムのテスト
およびデバッグを、極力機器単体で行い、次に実システ
ムを組み上げて制御プログラムのテスト、デバッグを行
う。しかしながら、機器単体のテストにおいて、周辺機
器による入出力データがないとテストできない場合が少
なくない。また、近年納期の短縮が要求されており、す
べての機器を組み合わせて事前にテストできる期間が短
い。特に、個別の機器が特別注文の場合、機器自身の完
成が納期きりぎりになり、組み合わせテストだけでな
く、単体テストですら困難な場合がある。

【０００３】ロボット単体では、従来よりシミュレータ
による性能評価が行われている。複数の機器を含むシス
テムにおいては、機器間でのデータの入出力による依存
関係が発生し、機器単体だけを取り出して性能評価して
も不十分であり、周辺機器を含めた工場、ライン、セル
といったシステム全体でのシミュレーションが必要であ
る。そこで、特開平８−２７２８４４号公報、特開平９
−２０１７４６号公報に示すように、計算機上でまず使
用する機器をすべてモデル化し、さらに工場、ラインも
しくはセルといったシステム規模でのシミュレーション
を行い、そのシステムの性能を評価するケースが増えて
いる。さらに、計算機上で機器の機能を模擬したモデル
を利用して、検証対象機器は実機、周辺機器はシミュレ
ーションにより事前検証することが行われつつある。

【０００４】図２６は例えば、上記特開平９−２０１７
４６号公報に示された従来の仮想工場シミュレーション
装置の概略構成を示すブロック図である。図において、
１はそのシミュレーション装置であり、２はシミュレー
ション装置１を構成する入出力部、３は同じくシミュレ
ーション演算部、４は同じく表示処理演算部、５は同じ
くデータ変換処理演算部である。６はシミュレーション
装置１に接続された表示装置、７は同じく入力装置、８
は同じく外部入力装置、９は同じく外部出力装置であ
る。１０はシミュレーションプログラムが記憶されて、
シミュレーション装置１に接続された記憶手段として記
憶装置であり、この記憶装置１０は、データモデルの関
係を記述しているプログラム記述部、シミュレーション
で使用する実際のデータを記憶するデータ記憶部、シミ
ュレーションで使用するデータを他のシミュレーション
において得られたデータから使用可能な状態に変換する
ためのデータ変換ルールを記憶しているデータ変換ルー
ル部とが一体になった形式で構成されている。

【０００５】次に動作について説明する。シミュレーシ
ョン装置１は、入力装置７を介して使用者により入力さ
れる種々のデータやコマンドなどの操作入力を入出力部
２で受けて、シミュレーション演算部３により処理し、
操作入力のデータやコマンドの入力状態やシミュレーシ
ョン処理の実行状態などを入出力部２より表示装置６に
出力して表示する。また、これらの操作入力や表示出力
あるいはデータは、外部入力装置８あるいは外部出力装
置９に対して授受を行うようになっている。なお、上記
シミュレーション演算部３における処理は、記憶装置１
０から読み込んだ必要な機器のデータモデルを用いて実
行している。

【０００６】ここで、生産設備で使用される実際の機器
の多くは、通常、コントローラ、機械、もしくはその組
み合わせで構成されている。従来の仮想工場シミュレー
ション装置においては、各機器のモデルはその機器単位
で機器を模擬するデータと実行プログラムで構成され、
それ以上には分割されていない。また、実際のロボット
や加工機においては、コントローラと機械の組み合わせ
で構成されており、コントローラと機械部分がハードウ
ェア的に独立している。そして、バージョンアップ等で
コントローラもしくは機械のみが変更され、コントロー
ラと機械の組み合わせが変更される場合も少なくない。
また、ユーザからの要求によって上記組み替えが行われ
る場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の仮想工場シミュ
レーション装置は以上のように構成されているので、例
えば、複数タイプのロボットにおいてコントローラと機
械の組み合わせを変更する際に、同じコントローラに変
更するような場合、シミュレータ側においては各ロボッ
トのコントローラ部分を模擬実行するプログラムをコー
ドレベルで変更することが必要になるという課題があっ
た。

【０００８】また、生産設備で取り扱うワークの動作
は、機器の動作データとは別に、プログラムもしくは移
動位置のデータといったワークの動作データを定義する
ことが必要であり、そのような方式では、機器の動作プ
ログラムのプログラムミスにより機器の動作が誤ってい
ても、ワークは正常に動作するため、機器の制御プログ
ラムの不具合等を見落とす可能性があるといった課題も
あった。

【０００９】さらに、ロボットのような移送機器の動作
プログラムでは、ワークの把持等で周辺機器との相対位
置が関係しており、機器レイアウトが変更される毎に、
各機器の動作プログラムを変更する必要があるという課
題もあった。

【００１０】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、コントローラ部分と機械部分の組
み合わせに変更があっても、実際の機器と同様にモデル
チェンジを行うことができ、誤った機器動作の定義を行
った場合でもワークの動作の異常を見落とすようなこと
がなく、機器レイアウト変更に容易に対応できる仮想工
場シミュレーション装置および方法を得ることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る仮想工場
シミュレーション装置は、複数の仮想機器シミュレータ
と、仮想工場カーネルとからなり、仮想機器シミュレー
タはコントローラを模擬する仮想コントローラと、機械
運動を模擬する仮想機械とを備え、仮想工場カーネルは
仮想機器シミュレータによるシミュレーションを実行す
る実行処理部と、機器モデルの３次元形状の干渉をチェ
ックする干渉チェック処理部と、シミュレーション内の
時間管理を行うシミュレーション時間管理処理部と、機
器モデルの３次元形状の表示処理を行う３次元形状表示
処理部と、外部システムとの通信を行う通信処理部とを
備えたものである。

【００１２】この発明に係る仮想工場シミュレーション
装置は、仮想工場カーネルとの通信を行う通信処理部、
コマンドを解釈するコマンド解析処理部、移動コマンド
入力に対して、動作データに基づく移動軌跡の補間を行
う軌跡補間処理部、得られた補間点列データより仮想機
械の関節変数の値を求めて、移動位置・姿勢データを生
成する逆運動学解析処理部、および動作データや実行プ
ログラムを格納する動作データ格納部を仮想コントロー
ラに持たせたものである。

【００１３】この発明に係る仮想工場シミュレーション
装置は、構成部品の３次元形状データを格納する３次元
形状データ格納部、構成部品の位置・姿勢データを格納
する位置・姿勢データ格納部、構成部品間の機構データ
を格納する機構データ格納部、上記３次元形状データと
機構データから機械の動作を模擬し、位置・姿勢データ
を更新する実行処理部を仮想機械に持たせたものであ
る。

【００１４】この発明に係る仮想工場シミュレーション
装置は、それぞれがデータ格納部とデータ処理部を備え
た通信要素、形状要素、挙動要素、および属性要素を有
して、通信処理部、仮想機械の形状、仮想コントローラ
および仮想機械の挙動、仮想機器の属性を表現する仮想
工場単位オブジェクトによって、仮想機器シミュレータ
を代替したものである。

【００１５】この発明に係る仮想工場シミュレーション
装置は、仮想機器シミュレータの位置・姿勢データを作
業変数として定義する作業変数定義部、定義された作業
変数の情報を格納する作業変数情報格納部、およびその
作業変数を実際の有効な値に変換する作業変数変換処理
部を、仮想工場カーネルに持たせたものである。

【００１６】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、外部システムから転送された動作データを動作
データ格納部に格納し、仮想機器シミュレータに対し
て、その仮想コントローラおよび仮想機械の処理を実行
するための処理タスクをシミュレーション実行データ格
納部に登録し、シミュレーション開始時にその処理タス
クを順番に処理するようにしたものである。

【００１７】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、移動コマンド入力に対する移動軌跡補間を、加
減速パターン等の動作データをもとに、仮想コントロー
ラの軌跡補間処理部で行い、この移動軌跡補間で得られ
た補間点列データから、仮想機械の移動位置・姿勢デー
タをその実行処理部で生成処理するようにしたものであ
る。

【００１８】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、仮想機器と同じ構造で、当該仮想機器が扱うワ
ークも表現するようにしたものである。

【００１９】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、センサーのセンシング領域を３次元形状で表現
することで、仮想機械と同じ構造で当該センサーも表現
するようにしたものである。

【００２０】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、仮想機器がワークを保持したか否かを判定し
て、当該仮想機器とワークの形状との間の親子関係を定
義し、ワークと仮想機器が当該親子関係が定義された仮
想機器の動作区間で一緒に動くことにより、その動作が
別途定義されていないワークの搬送シミュレーションを
実行するようにしたものである。

【００２１】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、通信処理部、仮想機械の形状、仮想コントロー
ラおよび仮想機械の挙動、仮想機器の属性を、通信要
素、形状要素、挙動要素、および属性要素からなる仮想
工場単位オブジェクトとして表現し、その仮想工場単位
オブジェクトの階層関係を管理することで、仮想機器を
構成する仮想コントローラおよび仮想機械を統一的に表
現するようにしたものである。

【００２２】この発明に係る仮想工場シミュレーション
方法は、仮想機器の基準位置・姿勢データを定義して基
準位置・姿勢データ格納部に格納し、仮想機器の基準位
置間の関係を作業変数として定義して、作業変数情報格
納部にその作業変数に関する情報を格納し、作業変数変
換部でその作業変数を実際の有効な値に変換したコマン
ドを仮想コントローラで実行するようにしたものであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による仮
想工場シミュレーション装置を示すブロック図である。
図において、１１は仮想工場システムであり、１２はラ
インコントローラやセルコントローラのような、この仮
想工場システム１１に接続された外部システムである。
この仮想工場システム１１内において、１３は外部シス
テム１２とのデータ入出力を行うための通信処理部であ
り、１４はシミュレーションの実行を行う実行処理部、
１５はこの実行処理部１４におけるシミュレーションの
実行に必要なデータを格納するためのシミュレーション
実行データ格納部である。１６は３次元形状の干渉チェ
ックを行う干渉チェック処理部、１７はシミュレーショ
ン内の時間を管理するシミュレーション時間管理処理
部、１８は機器モデルの３次元形状の表示処理を行う３
次元形状表示処理部であり、１９はユーザによるシミュ
レーションに必要なデータの外部入力装置からのデータ
入力と、表示装置等の外部出力装置とのデータ交換を行
う入出力処理部である。２０はこれら各部１３〜１９か
らなる仮想工場カーネルである。

【００２４】また、２１はロボット、工作機械、あるい
はセンサー等の各機器に対応して用意され、それら各機
器における動作、形状、通信、属性に関するデータと、
データ処理部をもつ仮想機器シミュレータである。この
仮想機器シミュレータ２１内において、２２は仮想機器
の３次元形状および機構部分を表わす仮想機械であり、
２３はこの仮想機械２２の位置・姿勢等の機器の動作に
関するデータ処理を行う仮想コントローラである。

【００２５】図２は上記仮想機械２２の内部構成の一例
を示すブロック図である。図において、３１は機器形状
の位置の更新処理を行う実行処理部であり、３２は構成
部品数、構成部品の接続関係、構成部品に取り付けられ
た座標系の関係パラメータ、関節の種類といった機構デ
ータを格納する機構データ格納部、３３は仮想機械２２
を構成する構成部品の関節変数の値、もしくは空間上で
の位置・姿勢データを格納する位置・姿勢データ格納
部、３４は各構成部品の３次元形状データを格納する３
次元形状データ格納部である。また、３５は仮想コント
ローラ２３との通信を行う通信処理部である。

【００２６】図３は仮想コントローラ２３の内部構成の
一例を示すブロック図である。図において、４１は仮想
工場カーネル２０、あるいは他の仮想機器シミュレータ
２１および仮想機械２２等の当該仮想工場システム１１
の内部構成部品との間でデータ入出力を行うための通信
処理部である。４２は仮想機械２２の制御処理を行う実
行処理部であり、４３はその際に必要なプログラム、加
減速パターン等の動作データを格納しておく動作データ
格納部である。４４は入力されたコマンドを解釈するコ
マンド解析処理部、４５は入力されたコマンドが機器の
移動コマンドであった場合に、機器が動作する軌道の補
間計算を行い、軌跡点列データを生成する軌跡補間処理
部であり、４６はこの軌跡補間処理部４５にて求められ
た軌跡点列データから、仮想機械２２の機構データに基
づいて、各関節での関節変数の値に分解する逆運動学解
析処理部である。

【００２７】次に動作について説明する。ここでは、ま
ず仮想工場システム１１の実行について説明する。仮想
工場システム１１の実行に際して、使用する仮想機器シ
ミュレータ２１の機種、個数、各仮想機器シミュレータ
２１の構成データ、レイアウト情報等が、仮想工場カー
ネル２０の入出力処理部１９から入力される。実行処理
部１４はこの入出力処理部１９より入力されたデータに
基づいて、必要な仮想機器シミュレータ２１の実体を生
成し、それをシミュレーション実行データ格納部１５に
登録する。また、仮想機器シミュレータ２１の構成デー
タにおいて、加減速パターン等の動作データは仮想コン
トローラ２３の動作データ格納部４３に格納し、また機
構構成情報は仮想機械２２の機構データ格納部３２に、
機器の３次元形状データは３次元形状データ格納部３４
にそれぞれ格納する。

【００２８】仮想工場カーネル２０の通信処理部１３
は、セルコントローラのような外部システム１２から送
られてくる、仮想機器シミュレータ２１に関する起動指
示や実行プログラム名といった実行データを受け取る
と、それを該当する仮想機器シミュレータ２１の仮想コ
ントローラ２３に渡す。当該仮想コントローラ２３では
その実行データを通信処理部４１で受け取り、実行処理
部４２にてその受け取った実行データのプログラム名に
基づいて、プログラムデータを動作データ格納部４３ヘ
の格納を行う。そして、仮想工場カーネル２０の実行処
理部１４は、仮想機器シミュレータ２１の仮想機械２２
および仮想コントローラ２３の処理を実行するための処
理タスクを、シミュレーション実行データ格納部１５の
タスクリストヘ登録する。

【００２９】実行処理部１４においてシミュレーション
が実行されると、実行処理部１４は上記シミュレーショ
ン実行データ格納部１５のタスクリストに登録されてい
るタスクを順番に処理する。すなわち、まず各仮想機器
シミュレータ２１のタスクを処理し、当該タスクの処理
が終了した後、システムのタスクである干渉チェック処
理部１６、シミュレーション時間管理処理部１７、およ
び３次元形状表示処理部１８の各タスクを実行する。

【００３０】次に、仮想機器シミュレータ２１の仮想コ
ントローラ２３および仮想機械２２のタスクと、システ
ムに関する上記各タスクについて説明する。まず、仮想
コントローラ２３のタスクにおいては、動作データ格納
部４３に補間点列データが格納されていない場合、実行
処理部４２は動作データ格納部４３に登録されたコマン
ドを取り出し、コマンド解析処理部４４で処理する。処
理するコマンドが移動コマンドの場合には、軌跡補間処
理部４５において、動作データ格納部４３に動作データ
として格納されている加減速パターンをもとに補間点列
データを生成し、それを動作データ格納部４３へ格納す
る。なお、処理するコマンドが移動コマンドでない場合
には、動作データ格納部４３から次のコマンドを取得し
てそれを処理する。

【００３１】ここで、上記補間点列データが存在する場
合には、まず、その補間点列データより点データを取り
出し、逆運動学解析処理部４６にて、仮想機械２２の機
構データ格納部３２に格納されている機構データをもと
に、仮想機械２２の各構成要素の関節変数の値を求め
る。次いで、それにより空間上での各仮想機械２２を構
成する３次元形状の位置・姿勢データを生成し、それを
位置・姿勢データ格納部３３に格納する。なお、この実
施の形態１においては、仮想機械２２の位置・姿勢デー
タを通信処理部３５を介さずに入力するものを示した
が、通信処理部３５を介しても同様に行える。

【００３２】また、仮想機械２２のタスクにおいては、
位置・姿勢データ格納部３３に格納された位置・姿勢デ
ータから各構成部品の３次元形状の位置・姿勢データを
更新し、３次元形状データ格納部３４へ格納する。

【００３３】さらに、システムに関するタスクにおいて
は、干渉チェック処理部１６で、まず仮想機械２２の形
状と他の形状が干渉するかどうかのチェックを行う。そ
の結果、干渉する場合にはシミュレーション実行データ
格納部１５へ、干渉する仮想機器シミュレータ２１に関
する情報を格納する処理を行う。そのとき、シミュレー
ション時間管理処理部１７では、登録されたサンプリン
グタイムだけシミュレーション内の時間を進める処理を
行い、３次元形状表示処理部１８では、３次元形状デー
タ格納部３４に格納されたデータに基づいて仮想機器シ
ミュレータ２１の表示処理を行う。

【００３４】なお、上記仮想コントローラ２３のコマン
ド処理においては、移動コマンド以外でも、時間の経過
を伴うコマンドの場合には上記移動コマンドと同様の処
理を行う。各コマンド毎に必要な情報を動作データ格納
部４３に格納して、コマンド処理よりも優先してそれら
のデータ処理を行う。例えば、待ちコマンドもその例で
あり、指定された待ち時間に対して、１実行周期ごとに
シミュレーション実行データ格納部１５に格納されたサ
ンプリングタイム分だけ減算して、動作データ格納部４
３上のデータの更新処理を行う。

【００３５】上記仮想工場システム１１において、仮想
機器シミュレータ２１が取り扱うワークについても、仮
想機器シミュレータ２１の仮想機械２２の部分だけを用
いて形状を表現することで統一的に表現できる。同様
に、構造物等の形状のみの静止物も仮想機器シミュレー
タ２１として表現することも可能である。

【００３６】また、機構構造を持たない電子デバイスで
ある、物体の有無を検知するようなセンサーについて
も、仮想機器シミュレータ２１の仮想コントローラ２３
で信号処理を行って、仮想機械２２でセンサー形状を表
現することで統一的に表現することができる。特にセン
サーのうち、物体の有無を、接触により検知するセンサ
ーやレーザ、赤外線等の反射もしくは遮断による検知と
いったようにセンシング領域が定義可能なセンサーにお
いて、接触センサーの場合は、センサー形状と被検知物
体との干渉チェック、またセンシング領域が定義可能な
センサーの場合は、センシング領域を３次元形状で表現
し、そのセンシング領域の形状と被検知物体の形状との
干渉チェックといったように、３次元形状の干渉チェッ
クによりセンサーの検知機能を模擬することができる。

【００３７】次に、上記ようなセンサーのセンシング機
能について説明する。図４はこの実施の形態１における
仮想センサーの一例を示す説明図である。図において、
５１はセンサーとしての赤外線センサー（センサー）で
あり、５１Ａは物体を検知するための赤外線を発信する
赤外線発信部、５１Ｂは赤外線発信部５１Ａより発信さ
れた赤外線を受信する赤外線受信部、５１Ｃは赤外線発
信部５１Ａと赤外線受信部５１Ｂの間で授受される赤外
線にて形成される、当該赤外線センサー５１のセンシン
グ領域である。また、５２はこの赤外線センサー５１に
て検知される被検知物体としてのワークであり、５３は
その上に配置されたワーク５２の移送を行うコンベアで
ある。

【００３８】次に、この図４に示すように、コンベア５
３にて移送されるワーク５２の検出について説明する。
まず、赤外線発信部５１Ａと赤外線受信部５１Ｂ、およ
び赤外線によるセンシング領域５１Ｃを仮想機械２２の
形状として登録する。次に、干渉チェック処理部１６に
おいて、赤外線によるセンシング領域５１Ｃと干渉する
物体をチェックする。干渉する物体が存在した場合、シ
ミュレーション実行データ格納部１５に赤外線センサー
５１とワーク５２に関するデータを格納する。仮想コン
トローラ２３は、シミュレーション実行データ格納部１
５に格納された干渉チェックの結果から、ワーク５２が
赤外線センサー５１のセンシング領域５１Ｃに入ったか
どうかを判断する。

【００３９】このようにセンシング領域５１Ｃを３次元
形状で表現し、３次元形状の干渉でチェックを行うこと
によってセンサー機能を実現する。また、干渉チェック
においては、チェック処理を高速化するために、ユーザ
からの入力によりチェックする対象を登録して、シミュ
レーション実行データ格納部１５へ登録しておく方法も
ある。

【００４０】次に、仮想機器シミュレータ２１における
仮想機器によるワーク５２のハンドリングについて説明
する。ここで、図５および図６はこの実施の形態１にお
けるワーク５２の把持を、ロボットハンドを例に示す説
明図である。図において、６１はワーク５２をハンドリ
ングする仮想機器としてのロボットハンドであり、６１
Ａ，６１Ｂは当該ロボットハンド６１の爪である。６２
はこのロボットハンド６１に取り付けれらた座標系であ
り、６３はワーク５２に取り付けられた座標系である。

【００４１】次に、仮想機器シミュレータ２１によるワ
ーク５２のハンドリングについて、この図５，６に示し
たロボットハンド６１を例に説明する。仮想コントロー
ラ２３でロボットハンド６１のクローズコマンドが実行
された場合、コマンド処理時に干渉チェック処理部１６
を用いて、ロボットハンド６１の爪６１Ａ、６１Ｂと接
触している形状を検出する。ここで、図６に示すよう
に、ワーク５２が爪６１Ａと爪６１Ｂとに接触している
場合、ロボットハンド６１はワーク５２を把持してるも
のと判断して、ロボットハンド６１とワーク５２間に親
子関係データを生成し、その親子関係データを３次元形
状データ格納部３４に格納する。

【００４２】親子関係は、ロボットハンド６１がワーク
５２を把持したと判断した場合、ワーク５２に取り付け
られた座標系６３の、ロボットハンド６１に取り付けれ
らた座標系６２に対する変換マトリックスなどによる相
対位置・姿勢データを、ワーク５２と、ロボットハンド
６１の座標系６２とに関連付けて、３次元形状データ格
納部３４に格納する。シミュレーション実行中にロボッ
トハンド６１が移動した場合には、ワーク５２は３次元
形状データ格納部３４に格納された相対位置・姿勢デー
タとロボットハンド６１の座標系６２をもとに、その位
置・姿勢データを更新する。これより、ワーク５２はロ
ボットハンド６１に位置・姿勢の変更が発生した場合、
ロボットハンド６１と同様にワーク５２の位置・姿勢も
同一の移動処理を行う。

【００４３】次に、このような仮想工場シミュレーショ
ン装置をセルに適用した場合について、ＰＤＰ（Ｐｌａ
ｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）蒸着装置用の移
送セルを例に説明する。図７はＰＤＰ蒸着装置用の移送
セルのレイアウトを示す説明図である。図において、７
１（図示の場合には、７１Ａ，７１Ｂ）は蒸着処理が行
われるもしくは行われたガラス基板のパネルであり、７
２（図示の場合には、７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ）はパネ
ル７１を格納するカセットである。７３はカセット７２
を配置するカセットステーションであり、７４はパネル
７１に対して蒸着処理を行うプロセス装置、７５はパネ
ル７１をプロセス装置７４の内部へ挿入するためのキャ
リアである。７６はカセット７２から取り出したパネル
７１の位置・姿勢を調整する供給回転位置決め台であ
り、７７はキャリア７５から取り出したパネル７１の位
置・姿勢を調整する取り出し回転位置決め台である。７
８はカセット７２と、供給回転位置決め台７６もしくは
取り出し回転位置決め台７７との間でパネル７１を搬送
するロボットＧであり、７９はキャリア７５と、供給回
転位置決め台７６もしくは取り出し回転位置決め台７７
間でパネル７１を搬送するロボットＲである。

【００４４】この移送セルはパネル７１に対して蒸着処
理を行うものであり、以下にこの移送セルにおける作業
の流れについて説明する。まず、システムの初期状態に
ついて説明する。 ・ カセットステーション７３には、未処理パネル７１
が満タンに格納された２個のカセット７２Ｂ，７２Ｃ
と、処理済パネル７１を格納するための１個の空カセッ
ト７２Ａがある。 ・ プロセス装置７４のキャリア７５には処理を終えた
２枚のパネル７１Ａおよび７１Ｂがあり、取り出しを待
っている。 ・ ロボットＧ７８、ロボットＲ７９、供給回転位置決
め台７６、取り出し回転位置決め台７７は初期姿勢であ
り、それらにはパネル７１はない。

【００４５】次に、パネル７１をプロセス装置７４から
カセット７２Ａへ移送する場合について説明する。 （手順１）取り出し回転位置決め台７７は、パネル７１
が搭載されていないことと、ロボットＧ７８が干渉外に
あることを確認して、パネル７１を受け取る準備として
９０度回転する。 （手順２）ロボットＲ７９はプロセス装置７４のキャリ
ア７５からパネル７１を１枚取り出し、取り出し回転位
置決め台７７の準備ができていることを確認して、取り
出し回転位置決め台７７の上ヘ取り出したパネル７１を
移送する。 （手順３）取り出し回転位置決め台７７はパネル７１が
置かれたことを確認して初期姿勢に戻る。 （手順４）ロボットＧ７８は、取り出し回転位置決め台
７７が準備できることを確認して、取り出し回転位置決
め台７７からパネル７１を取り出し、取り出したパネル
７１を移送して、それを処理済パネル７１を格納するた
めのカセット７２Ａの中へ格納する。

【００４６】次に、パネル７１をカセット７２Ｂからプ
ロセス装置７４へ移送する場合について説明する。 （手順５）供給回転位置決め台７６はカセット７２Ｂか
らパネル７１を受け取るための準備として初期姿勢にな
る。ロボットＧ７８は供給回転位置決め台７６の準備が
できたことを確認した後、未処理パネル７１が格納され
ているカセット７２Ｂからパネル７１を１枚取り出し
て、それを供給回転位置決め台７６へ移送しておく。 （手順６）供給回転位置決め台７６はパネル７１が置か
れたことを確認して９０度回転する。 （手順７）ロボットＲ７９は、供給回転位置決め台７６
が９０度回転したことと、プロセス装置７４のパネル７
１の受け取りの準備ができたことを確認し、供給回転位
置決め台７６からパネル７１を取り出してキャリア７５
に置く。 （手順８）プロセス装置７４はキャリア７５へ未処理パ
ネル７１が２枚置かれたことを確認してキャリア７５を
引き込む。プロセス装置７４では２枚のパネル７１を１
つのキャリア７５にのせて処理しており、ロボットＲ７
９は処理済パネルの取り出しと未処理パネル７１の供給
を行うが、取り出しと供給が同時に可能な場合には取り
出しを優先する。

【００４７】また、未処理パネル７１が格納されたカセ
ット７２Ｂが空になると、処理済パネル７１を格納する
ためのカセット７２ヘ変更される。処理済パネル７１が
格納されるカセット７２Ａが一杯になったら、ＡＧＶ
（自動搬送車）などによりアンロードされ、未処理パネ
ル７１が格納されたカセット７２と交換される。

【００４８】次に図８を用いて、仮想機器シミュレータ
２１の機構データについて上記ロボットＲ７９を例にし
て説明する。ここで、図８はロボットＲ７９の機構構造
の一例を示す説明図である。なお、この機構構造とは、
各構成部品に取り付けらた座標系（ここではフレームと
呼ぶ）の間の相対位置関係と運動を定義したデータのこ
とである。この図８に示すように、仮想機械２２は複数
の構成部品（ここではリンクと呼ぶ）から構成されてお
り、各リンク（リンク０〜リンク５）は直動もしくは回
転関節（関節１〜関節５）によってシリアルに接続され
ており、それぞれにフレーム（フレーム０〜フレーム
５）が設定してある。

【００４９】ここで、接続されている２リンク間におい
て、そのフレーム間の関係を、ロボットで使用されてい
るＤｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ表記法による
パラメータにより定義する。なお、このＤｅｎａｖｉｔ
−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ表記法は、例えば「ロボティク
ス」（Ｊｏｈｎ Ｊ．Ｃｒａｉｇ著、三浦宏文・下山勲
翻訳、共立出版、１９９１）などによって周知のもの
である。フレーム間に存在する関節の運動は、回転関
節、直動関節もしくはそれらの組み合わせにより表現で
きる。図８に示したロボットＲ７９の、Ｄｅｎａｖｉｔ
−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ表記法によるパラメータデータ
を図９に、関節運動のタイプを図１０にそれぞれ示す。

【００５０】この仮想機器シミュレータ２１における配
置情報、構成部品の構成情報、形状情報、さらには上述
の機構データ等を表わす仮想機器構成データの構成を、
上記図８に示したロボットＲ７９について例示したもの
を図１１に示す。また、図１２にはこの図１１に示した
これら各種データの各パラメータの意味を示す。なお、
この図には、後述する実施の形態３にのみ関連し、この
実施の形態１には関係のない内容についても含まれてい
る。

【００５１】また、この実施の形態１における仮想機器
シミュレータ２１は、自分自身の状態データを仮想コン
トローラ２３の動作データ格納部４３に保持している。
したがって、外部システム１２から仮想機器シミュレー
タ２１を制御する場合、上記作業の流れで述べた、供給
回転位置決め台７６、取り出し回転位置決め台７７やキ
ャリア７５にパネル７１が乗っているかどうか、ロボッ
トＧ７８、ロボットＲ７９、供給回転位置決め台７６、
取り出し回転位置決め台７７が動いているか止まってい
るか、供給回転位置決め台７６、取り出し回転位置決め
台７７が初期状態か９０度回転した状態かといった状態
データを、外部システム１２は通信処理部１３を介し
て、仮想機器シミュレータ２１の仮想コントローラ２３
に対して問い合わせることができる。これにより、外部
システム１２は、仮想機器シミュレータ２１に対する次
の制御命令を決定する。なお、各仮想機器シミュレータ
２１が持つ状態の例を図１３に示す。

【００５２】次に、図１４に示す動作プログラムをロボ
ットＲ７９で実行させる場合について、図１５を用いて
説明する。図１５はこの実施の形態１におけるシミュレ
ーション実行を示す説明図であり、相当部分には図１〜
図３と同一の符号を付してその説明を省略する。図にお
いて、８１は仮想工場カーネル２０のシミュレーション
実行データ格納部１５内に用意されたユーザタスクキュ
ーであり、仮想機械２２の実行処理部３１、あるいは仮
想コントローラ２３の実行処理部４２で処理されるユー
ザタスクが格納される。８２は同様のシステムタスクキ
ューであり、システムタスクが格納される。

【００５３】図１４に示した動作プログラムは、プログ
ラムの最初と最後にあるＳＥＴ＿ＳＴＡＴＥコマンドを
除いて、実機で使用している動作プログラムと同じプロ
グラムである。まず、必要な仮想機器シミュレータ２１
が作成されると、仮想工場カーネル２０のシミュレーシ
ョン実行データ格納部１５に、該当する仮想機器シミュ
レータ２１を呼び出すためのＩＤデータが登録される。
シミュレーション実行時においては、外部システム１２
からの実行すべき仮想機器のＩＤデータ、プログラム名
等を含むメッセージが、仮想工場カーネル２０の通信処
理部１３を介して入力される。

【００５４】通信処理部１３では入力されたメッセージ
を解析し、シミュレーション実行データ格納部１５に格
納されたＩＤデータをもとに、該当する仮想機器シミュ
レータ２１の仮想コントローラ２３を呼び出し、その通
信処理部４１に実行プログラム名等を含むメッセージの
入力を行う。この場合は、仮想コントローラ２３へのメ
ッセージは、例えば“ＥＸＥＣ ＭｏｖｅＯｕｔＳｔａ
ｇｅ”である。仮想コントローラ２３の通信処理部４１
は、入力されたメッセージをコマンド解析処理部４４へ
渡し、コマンド解析処理部４４はメッセージの解析結果
を実行処理部４２へ渡す。実行処理部４２では、図１４
に示す実行すべきプログラム“ＭｏｖｅＯｕｔＳｔａｇ
ｅ”を外部ファイルから読み出し、その内容のコマンド
リストを動作データ格納部４３へ格納する。

【００５５】また、仮想コントローラ２３は自分自身の
タスクを呼び出すためと、仮想機器シミュレータ２１の
生成時に動作データ格納部４３に登録された、対応する
仮想機械２２のタスクを呼び出すための各ＩＤデータ等
の識別データを、仮想工場カーネル２０内のシミュレー
ション実行データ格納部１５に用意されたユーザタスク
キュー８１に登録する。なお、このユーザタスクキュー
８１への登録順序は、１つの仮想機器シミュレータ２１
については、仮想コントローラ２３が先、仮想機械２２
が後となる。このユーザタスクキュー８１への登録は、
複数の仮想機器シミュレータ２１に対して行うことがで
き、それによって複数の仮想機器シミュレータ２１によ
るシミュレーションを実行することができる。

【００５６】一方、シミュレーション実行データ格納部
１５に用意されたシステムタスクキュー８２には、仮想
工場カーネル２０内の干渉チェック処理部１６による干
渉チェックタスク、シミュレーション時間管理処理部１
７による時間管理タスク、および３次元形状表示処理部
１８による３次元表示タスクの各システムタスクが登録
されている。

【００５７】次に、仮想コントローラ２３の動作データ
格納部４３に登録された実行プログラムの実行について
説明する。仮想工場カーネル２０の実行処理部１４はシ
ミュレーションが実行されると、まずシミュレーション
実行データ格納部１５内のユーザタスクキュー８１に登
録されたタスクを逐次実行する。このユーザタスクキュ
ー８１に登録されているユーザタスクの実行がすべて終
了すると、次にシミュレーション実行データ格納部１５
内のシステムタスクキュー８２に登録されているシステ
ムタスクを実行して、シミュレーション時間、表示など
の変更を行う。ここまでで、シミュレーション内でのあ
る時間で実行が終了する。

【００５８】ここで、ユーザタスクキュー８１に登録さ
れた仮想機器シミュレータ２１に関するタスクの実行に
ついて説明する。ユーザタスクキュー８１に登録された
ユーザタスクを呼び出すために、シミュレーション実行
データ格納部１５に登録されたＩＤデータをもとに仮想
コントローラ２３の実行処理部４２が呼び出される。仮
想コントローラ２３の実行処理部４２は、動作データ格
納部４３に補間点列データが格納されていないどうかを
確認し、格納されていない場合は、動作データ格納部４
３に登録されているコマンドリストからコマンドを取り
出し、取り出したコマンドをコマンド解析処理部４４で
処理する。

【００５９】この場合、まずコマンド“ＳＥＴ＿ＳＴＡ
ＴＥ Ｍｏｖｉｎｇ １”が呼び出される。これはシミ
ュレーション専用のコマンドであり、時間経過に関係な
いので、その処理の終了後、次のコマンドが呼び出さ
れ、続けて処理される。次のコマンド“ＭＰ ７７．
０，４５．０，１６０．０，９０，９０，１８０”は移
動コマンドであるので、軌跡補間処理部４５において動
作データ格納部４３に登録された加減速パターンをもと
に補間点列データを生成し、それを動作データ格納部４
３に格納する。

【００６０】次に再度、動作データ格納部４３の補間点
列データをチェックする。この場合には、補間点列デー
タが存在するので、点データを取り出し、仮想機械２２
の機構データ格納部３２に格納された機構データをもと
に、逆運動学解析処理部４６で仮想機械２２の各構成要
素の関節変数の値を求め、各構成部品形状の空間上での
位置・姿勢データを生成する。仮想コントローラ２３
は、このようにして生成された仮想機械２２の各構成部
品の位置・姿勢データを、仮想機械２２の位置・姿勢デ
ータ格納部３３に格納する。

【００６１】以後、仮想コントローラ２３においては、
実行処理部４２が呼び出されると、補間点列データがな
くなるまで上記点列の処理のみを行う。補間点列データ
がなくなると動作データ格納部４３より次のコマンドを
取り出して処理する。

【００６２】仮想コントローラ２３に関する処理が終わ
ると、次に仮想機械２２のタスクを処理する。この仮想
機械２２のタスクの処理も、上記仮想コントローラ２３
に関する処理の場合と同様に、まず登録された仮想機械
２２の実行処理部３１を呼び出す。次いで位置・姿勢デ
ータ格納部３３の情報をもとに、３次元形状データ格納
部３４に格納されている各構成部品形状の位置・姿勢デ
ータを更新する。

【００６３】このようにして、ユーザタスクキュー８１
に登録されているユーザタスクの実行により、仮想コン
トローラ２３に関する処理、および仮想機械２２に関す
る処理が終了すると、シミュレーション実行データ格納
部１５内のシステムタスクキュー８２に登録されている
システムタスクを実行して、システムに関する処理を実
行する。すなわち、干渉チェックタスクにおいて、干渉
チェック処理部１６で仮想機械２２の形状と他の形状が
干渉するかどうかをチェックし、干渉する場合には干渉
する仮想機器シミュレータ２１に関する情報をシミュレ
ーション実行データ格納部１５へ格納する。そのとき時
間管理タスクにおいて、シミュレーション内の時間を登
録されたサンプリングタイムだけ、シミュレーション時
間管理処理部１７で進めた後、表示タスクにおいて、３
次元形状表示処理部１８で３次元形状データ格納部３４
に格納されたデータに基づく仮想機器シミュレータ２１
の表示処理を行う。

【００６４】このようにして、仮想機器シミュレータ２
１が動作プログラムを実行し、３次元形状表示が更新さ
れることで、シミュレーションが進行する。なお、他の
種類の仮想機器シミュレータ２１の動作も同様にして行
われる。

【００６５】次に、上記処理動作のうち、移動コマンド
から補間点列データを作成する方法の一例について説明
する。ここで、図１６および図１７は軌跡補間生成方法
の一例を示す説明図であり、並進運動と回転運動の並進
速度または角速度の時間変化を示している。まず、並進
運動と回転運動毎に、仮想コントローラ２３の動作デー
タ格納部４３に格納された、ロボットの手先の最大加速
度、最大速度、最大角速度、最大角加速度より、図１６
に示す加減速パターンを用いて、各並進・回転運動に必
要な時間を計算する。この場合、並進速度・角速度が上
記最大速度・角速度に達していれば、図１６（ａ）に示
す台形加減速パターンが用いられ、最大速度・角速度に
達しない場合には、図１６（ｂ）に示す三角加減速パタ
ーンが用いられる。

【００６６】次に、並進運動と回転運動のうち、移動時
間の長いものを補間点列データを作成するための移動時
間として使用する。このことによって移動時間が延びた
側の運動に対しては、変更された移動時間に合わせて、
例えば図１７に破線で示すように台形パターンを修正す
る。それら各台形パターンに基づいて、各サンプリング
周期毎の位置・姿勢データを計算し、補間点列データを
作成する。ここで、回転運動の場合は、１軸回転である
等価回転角を用いている。

【００６７】次に、ワークのハンドリングについて説明
する。この実施の形態１の場合、図１１に示した仮想機
器構成データ中の属性“＿ＣＯＬＬＩＳＩＯＮ”の設定
値により、仮想機器シミュレータ２１の生成時に干渉チ
ェックの対象になるかどうかを、シミュレーション実行
データ格納部１５へ登録することができる。干渉チェッ
クはこのシミュレーション実行データ格納部１５への登
録データをもとに行う。これによって、総当たりの干渉
チェックを回避し、実行性能の向上を図っている。

【００６８】すなわち、図７に示すＰＤＰ蒸着装置用の
移送セルおいて、ロボットＲ７９がキャリア７５上のパ
ネル７１を掴む場合、ロボットＲ７９のパネル７１の把
持位置まで移動し、仮想コントローラ２３にパネル７１
の把持命令が入力される。このとき、仮想コントローラ
２３の実行処理部４２は、干渉チェック処理部１６を呼
び出して干渉チェックをさせる。干渉チェック処理部１
６は、チェック対象の登録データを基に干渉チェックを
行い、この干渉チェックの結果をシミュレーション実行
データ格納部１５へ登録する。その後、実行処理部４２
はこのシミュレーション実行データ格納部１５に登録さ
れた干渉チェックの結果をもとに、把持するパネル７１
を見つけだす。

【００６９】次に、ロボットＲ７９のパネル７１と干渉
しているハンドのフレーム座標に対する、パネル７１の
フレーム座標に対する変換マトリックスデータと、ハン
ドのフレーム座標へのリンクデータを、当該パネル７１
に対応する３次元形状データ格納部３４へ格納する。パ
ネル７１の位置・姿勢データが更新される場合、上記ハ
ンドのフレーム座標と変換マトリックスをもとに３次元
位置・姿勢データを計算することにより、ロボットＲ７
９のハンドとパネル７１の相対位置関係を保持し、親子
関係を実現する。

【００７０】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、コントローラ部分と機械部分の組み合わせに変更が
あっても、実際の機器と同様にモデルチェンジを行うこ
とが容易となり、実際のコントローラと仮想機械、もし
くは仮想コントローラと実際の機械といった混合シミュ
レーションシステムを構築することが容易になり、ま
た、能動的に動作する機器と受動的に動作する機器や機
構的動作を伴わない電子デバイス機器についても同一の
方法でモデル化できて、仮想機器として統一構成・管理
が可能となり、さらには、システム開発者が本来の機器
動作の定義作業だけでよく、機器動作の定義を間違った
場合のワークの動作チェックが容易に行えるなどの効果
が得られる。

【００７１】実施の形態２．図１８はこの発明の実施の
形態２による仮想工場シミュレーション装置における仮
想工場単位オブジェクトを示す構成図である。図におい
て、９１は上記実施の形態１における仮想機器シミュレ
ータ２１に代替して配置された仮想工場単位オブジェク
トである。この仮想工場単位オブジェクト９１内におい
て、９２は外部システム１２もしくは他の仮想工場単位
オブジェクト９１との通信を行う通信要素であり、９３
は仮想工場単位オブジェクト９１の動作データの生成処
理や信号処理等のデータ処理を行う挙動要素、９４は仮
想工場単位オブジェクト９１の３次元形状を管理する形
状要素、９５は仮想工場単位オブジェクト９１の属性情
報を管理する属性要素である。

【００７２】また、９１Ａは当該仮想工場単位オブジェ
クト９１内におけるデータの処理を制御するデータ処理
部であり、９１Ｂは上記通信要素９２、挙動要素９３、
形状要素９４、属性要素９５へのリンクデータや、親の
仮想工場単位オブジェクト９１へのリンクデータといっ
た親子、兄弟等のオブジェクト間の関係データが格納さ
れる、この仮想工場単位オブジェクト９１のデータ格納
部である。なお、上記通信要素９２、挙動要素９３、形
状要素９４、属性要素９５のそれぞれも、個別にデータ
処理部とデータ格納部を備えている。

【００７３】この図１８に示すように、仮想工場単位オ
ブジェクト９１は、通信要素９２によって外部システム
１２もしくは他の仮想工場単位オブジェクト９１と通信
し、挙動要素９３で動作データの生成処理や信号処理等
のデータ処理を、形状要素９４で３次元形状の管理を、
属性要素９５で仮想工場単位オブジェクト９１の属性情
報の管理をそれぞれ行う。また、データ格納部９１Ｂに
上記各リンクデータや関係データを格納することで、複
数の仮想工場単位オブジェクト９１の間で階層関係を構
成することができる。なお、ここでは、これら通信要素
９２、挙動要素９３、形状要素９４、属性要素９５の各
要素をオブジェクトで実現するので、以下、それらを通
信オブジェクト９２、挙動オブジェクト９３、形状オブ
ジェクト９４、属性オブジェクト９５と呼び、この４つ
オブジェクト９２〜９５を総称して機能オブジェクトと
呼ぶ。

【００７４】前述のように、この実施の形態２において
は、実施の形態１における各仮想機器シミュレータ２１
を上記仮想工場単位オブジェクト９１にそれぞれ変更し
たものである。したがって、仮想工場単位オブジェクト
９１および機能オブジェクトは、その用途に応じて派生
させたオブジェクトを生成することを可能とし、通常、
各用途により派生されたオブジェクトを使用する。例え
ば、ロボットの場合、仮想機器シミュレータ２１、仮想
コントローラ２３、仮想機械２２、仮想機械２２を構成
する構成部品である仮想部品（リンクおよびハンド）と
いったように機能によって分類することができ、これら
を仮想工場単位オブジェクト９１の派生オブジェクトと
して生成する。

【００７５】このような仮想機器の仮想工場単位オブジ
ェクト９１による構成例を図１９に示す。なお、図中の
黒丸に実線はオブジェクトの保有を表現し、黒丸に破線
はオブジェクトの参照を表現している。図において、１
０１は仮想機器シミュレータ２１に対応する仮想機器オ
ブジェクトであり、１０２は仮想コントローラ２３に対
応する、上記仮想機器オブジェクト１０１が保有する仮
想コントローラオブジェクト、１０３は仮想機械２２に
対応する、上記仮想機器オブジェクト１０１が保有する
仮想機械オブジェクトである。１０４は仮想機械オブジ
ェクト１０３の保有するリンクオブジェクトであり、１
０４Ａはリンク０オブジェクト、１０４Ｂはリンク１オ
ブジェクト、１０４Ｃはリンク２オブジェクト、・・・
・、１０４Ｇはリンク６オブジェクトである。１０５は
同様に仮想機械オブジェクト１０３の保有するハンドオ
ブジェクトである。

【００７６】また、１０６は仮想コントローラオブジェ
クト１０２の保有する通信オブジェクト、１０７は同じ
く仮想コントローラオブジェクト１０２の保有する挙動
オブジェクトであり、１０８は仮想機械オブジェクト１
０３の保有する挙動オブジェクトである。なお、仮想コ
ントローラオブジェクト１０２の保有する挙動オブジェ
クト１０７は、リンク０オブジェクト１０４Ａ、リンク
１オブジェクト１０４Ｂ、・・・・、リンク６オブジェ
クト１０４Ｇ、およびハンドオブジェクト１０５の参照
が可能となっている。１０９はリンクオブジェクト１０
４の保有する通信オブジェクト、１１０はリンクオブジ
ェクト１０４の保有する挙動オブジェクトであり、１１
１はリンクオブジェクト１０４の保有する形状オブジェ
クトである。１１２はハンドオブジェクト１０５の保有
する通信オブジェクト、１１３はハンドオブジェクト１
０５の保有する挙動オブジェクトであり、１１４はハン
ドオブジェクト１０５の保有する形状オブジェクトであ
る。

【００７７】このように、例えば、仮想機器シミュレー
タ２１に対応する仮想機器オブジェクト１０１は、仮想
コントローラ２３に対応する仮想コントローラオブジェ
クト１０２と仮想機械２２に対応する仮想機械オブジェ
クト１０３、仮想機械オブジェクト１０３はリンク０オ
ブジェクト１０４Ａ〜リンク６オブジェクト１０４Ｇお
よびハンドオブジェクト１０５といった仮想部品からな
り、それぞれ階層構造を構成している。

【００７８】この例では、仮想工場単位オブジェクト９
１が、図１８に示す４つすべての機能オブジェクトを保
有してはいないが、これらは各機能オブジェクトの必要
性に応じて保持すればよい。また、仮想コントローラオ
ブジェクト１０２は、制御対象であるリンク０オブジェ
クト１０４Ａ〜リンク６オブジェクト１０４Ｇやハンド
オブジェクト１０５へのリンクデータを格納することに
より、実施の形態１における仮想機器シミュレータ２１
の仮想機械２２を構成する仮想部品を直接的に操作して
もよい。また、リンクオブジェクト１０４の保有する通
信オブジェクト１０９、あるいはハンドオブジェクト１
０５の保有する通信オブジェクト１１２を介して間接的
に操作してもよい。

【００７９】仮想機器シミュレータ２１は、図１９に示
すもの以外でも、例えば図２０に示すもののような簡易
な表現でもモデル化することが可能である。図２０
（ａ）に示す例は、仮想機器オブジェクトに通信オブジ
ェクト、挙動オブジェクト、および形状オブジェクトを
保有させたものであり、図２０（ｂ）に示す例は、仮想
機器オブジェクトに仮想コントローラオブジェクトと仮
想機械オブジェクトを保有させ、その仮想コントローラ
オブジェクトに通信オブジェクトと挙動オブジェクト
を、仮想機械オブジェクトに挙動オブジェクトと形状オ
ブジェクトをそれぞれ保有させたものである。モデルの
詳細度を変更するような場合、適宜オブジェクトを追加
していくだけであるので、詳細化が容易である。

【００８０】次に、図１９に示した仮想コントローラ２
３の挙動オブジェクト１０７の構成例を図２１に示す。
ここで、図３に示した仮想コントローラ２３の通信処理
部４１は、図１９に示す通信オブジェクト１０６で置き
換えられる。なお、仮想コントローラ２３の実行処理部
４２、コマンド解析処理部４４、軌跡補間処理部４５、
逆運動学解析処理部４６、および動作データ格納部４３
は、図２１に示すように挙動オブジェクト１０７の中で
実現する。

【００８１】また、図２２には、図１９に示した仮想機
械２２を構成するリンクやハンド等の構成部品の挙動オ
ブジェクト１１０あるいは１１３の構成例を示す。図２
２に示すように、仮想機械２２のリンクの場合、実行処
理部３１、機構データ格納部３２、および位置・姿勢デ
ータ格納部３３は挙動オブジェクト１１０で実現し、３
次元形状データ格納部３４は形状オブジェクト１１１で
実現する。なお、ハンドの場合も同様にして構成する。

【００８２】なお、上記説明においては、実施の形態１
における仮想機器シミュレータ２１を仮想工場単位オブ
ジェクト９１で代替したものについて説明したが、この
仮想機器シミュレータ２１と仮想工場単位オブジェクト
９１とを併用してもよいことはいうまでもない。

【００８３】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、システム規模が大きければシステムを構成する機器
のモデルを簡素化し、システム規模が小さければ詳細モ
デルを使用するといったことが可能となり、また、初期
段階では概略モデルによるシステム評価を行い、内容が
決定するにしたがってモデルを詳細化して検討を行うよ
うなシステムでのモデル構成が容易になるなどの効果が
得られる。

【００８４】実施の形態３．図２３はこの発明の実施の
形態３による仮想工場シミュレーション装置を示すブロ
ック図であり、相当部分には図１と同一符号を付してそ
の説明を省略する。図において、１２１は仮想機器シミ
ュレータ２１の、基準位置・姿勢データ格納部としての
位置・姿勢データ格納部３３に格納されている、設置基
準点等の位置・姿勢データである基準位置・姿勢データ
より、仮想機器の基準位置間の関係を作業変数として定
義する作業変数定義部である。１２２はこの作業変数定
義部１２１にて定義された作業変数の情報を格納する作
業変数情報格納部であり、１２３はその作業変数を実際
の有効な値へ変換する作業変数変換部、すなわちその作
業変数を用いて定義された動作プログラムを実際のプロ
グラムに変換するプログラム変換処理部である。この実
施の形態３は、これら作業変数定義部１２１、作業変数
情報格納部１２２、およびプログラム変換処理部１２３
を追加している点で、上記実施の形態１の仮想工場シミ
ュレーション装置とは異なっている。

【００８５】また、図２４および図２５は、この実施の
形態３における作業変数によるプログラミングの実行を
示す説明図である。図において、５２はワークであり、
１３１はこのワーク５２が移送される回転位置決め台、
１３２はこの回転位置決め台１３１の基準位置である。
１３３はワーク５２を回転位置決め台１３１に移送する
ロボットであり、１３４はこのロボット１３３の基準位
置である。

【００８６】図２４において、ロボット１３３が回転位
置決め台１３１ヘワーク５２を移送する場合、回転位置
決め台１３１の基準位置１３２のロボット１３３の基準
位置１３４に対する相対位置を、作業変数Ｘとして作業
変数定義部１２１によって定義し、定義された作業変数
Ｘと、回転位置決め台１３１およびロボット１３３との
関係を作業変数情報格納部１２２に登録する。この実施
の形態３の場合、回転位置決め台１３１の基準位置１３
２とロボット１３３の基準位置１３４は、仮想機器シミ
ュレータ２１のべースの座標原点と一致するものとす
る。

【００８７】ここで、ロボット１３３の位置決め台１３
１上のワーク５２への移動プログラムを“ＭＯＶＥ
Ｘ”のように記述しているものとする。仮想コントロー
ラ２３は、コマンド処理実行時に作業変数を検出する
と、実行処理部１４を介してプログラム変換処理部１２
３へそのコマンドを渡す。当該コマンドを受け取ったプ
ログラム変換処理部１２３では、検出された作業変数を
作業変数情報格納部１２２に格納された情報をもとに、
各仮想機器シミュレータ２１が位置・姿勢データ格納部
３３へ格納している基準位置情報を問い合わせ、作業変
数の実際の値を計算する。これにより作業変数を有効な
値に変換したコマンドを、仮想コントローラ２３へ返
す。仮想コントローラ２３はこの変換後のコマンドを実
行する。また、上記“ＭＯＶＥ Ｘ”は、“ＭＯＶＥ
Ｘ＋５０”のように作業変数を含む式でも良い。

【００８８】これにより、図２５に示すように回転位置
決め台１３１が移動しても、ユーザとしてはプログラム
変更なしに正しいプログラムを実行することができる。
また、プログラム変換処理部１２３を用いてオフライン
により、作業変数を用いて定義されたプログラムを通常
のプログラムヘ変換する処理も可能である。

【００８９】このように、この実施の形態３によれば、
設計段階で起こるレイアウト変更に対して容易に対応す
ることが可能となり、また、最終プログラムヘの変換作
業も容易に行えるなどの効果が得られる。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、仮想
機器を実際の機器構成と同一構成でモデル化し、その機
器モデルを、仮想コントローラと仮想機械に分離して構
成しているので、コントローラ部分と機械部分の組み合
わせ変更があった場合でも、仮想コントローラと仮想機
械を組み替えることにより、実際の機器と同様にモデル
チェンジを容易に行うことが可能となり、また、実際の
コントローラと仮想機械、もしくは仮想コントローラと
実際の機械といった混合シミュレーションシステムを容
易に構築できるなどの効果がある。

【００９１】この発明によれば、仮想機器シミュレータ
を、コマンド解析処理部、軌跡補間処理部、逆運動学解
析処理部、通信処理部、および動作データ格納部を有す
る仮想コントローラと、３次元形状データ格納部、位置
・姿勢データ格納部、機構データ格納部、および実行処
理部を有する仮想機械とで形成し、移動コマンド入力に
対して、加減速パターン等の動作データをもとに移動軌
跡補間を行うように構成したので、仮想機械の移動位置
・姿勢データを移動軌跡補間によって得られた補間点列
データから容易に生成できる効果がある。

【００９２】この発明によれば、仮想機器とそれが扱う
ワークとを同一の構造で表現するように構成したので、
仮想機器とワークとを同一の方法でモデル化することが
でき、それらを統一して管理することが可能になる効果
がある。

【００９３】この発明によれば、センサーのセンシング
領域を３次元形状で表現してセンサーを仮想機械と同一
の構造で表現するように構成したので、機構構造を持た
ない電子デバイスであるセンサーについても、仮想機械
と同一の方法でモデル化することができ、それらを統一
して管理することが可能になる効果がある。

【００９４】この発明によれば、仮想機器がワークを保
持したか否かを判定してその親子関係を定義し、当該親
子関係が定義された区間でワークと仮想機器が一緒に動
くことにより、当該ワークの搬送シミュレーションを実
行するように構成したので、仮想機器の動作プログラム
を定義するとワークの動作も同時に定義されるため、ワ
ークの動作を別途定義しなくともワークのシミュレーシ
ョンを実行することができて、システム開発者は本来の
機器動作の定義作業だけを行えばよくなり、機器動作の
定義を間違った場合でも、ワークの動作がおかしくなる
ことによりワークの動作チェックが容易に行えるなどの
効果がある。

【００９５】この発明によれば、通信処理部、仮想機械
の形状、仮想コントローラおよび仮想機械の挙動、仮想
機器の属性を仮想工場単位オブジェクトとして表現して
その階層関係を管理するように構成したので、仮想機器
を構成する仮想コントローラおよび仮想機械を統一的に
表現することができ、さらに、システム規模が大きくな
れば、システムを構成する機器のモデルを簡素化し、シ
ステム規模が小さくなれば詳細モデルを使用するといっ
たことが可能となり、また、設計段階でのシステム検討
において、初期段階では概略モデルによるシステム評価
を行い、内容が決定するにしたがってモデルを詳細化す
るようにして検討を行うといったシステムでのモデル構
成を容易化できるなどの効果がある。

【００９６】この発明によれば、仮想機器の基準位置・
姿勢データを定義して格納し、仮想機器の基準位置間の
関係を作業変数として定義して、その作業変数を実際の
有効な値に変換したコマンドを仮想コントローラで実行
するように構成したので、ワークを乗せた仮想機器とワ
ークの移送操作を行う仮想機器の位置関係を変更して
も、ユーザによるプログラムの変更なしにシミュレーシ
ョンを実行することができるため、設計段階で起こるレ
イアウト変更に対して容易に対応でき、また、最終プロ
グラムヘの変換作業も容易に行えるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による仮想工場シミ
ュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】 上記実施の形態１における仮想機械の構成例
を示すブロック図である。

【図３】 上記実施の形態１における仮想コントローラ
の構成例を示すブロック図である。

【図４】 上記実施の形態１における仮想センサーの一
例を示す説明図である。

【図５】 上記実施の形態１におけるワークの把持を示
す説明図である。

【図６】 上記実施の形態１におけるワークの把持を示
す説明図である。

【図７】 上記実施の形態１におけるＰＤＰ蒸着装置用
の移送セルのレイアウトを示す説明図である。

【図８】 上記実施の形態１におけるロボットの機構構
成を示す説明図である。

【図９】 上記図８に示したロボットのＤｅｎａｖｉｔ
−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ表記法によるパラメータ値を示
す説明図である。

【図１０】 上記図８に示したロボットの関節タイプを
示す説明図である。

【図１１】 上記図８に示したロボットの仮想機器構成
データの一例を示す説明図である。

【図１２】 上記実施の形態１における仮想機器の構成
情報の項目を示す説明図である。

【図１３】 上記実施の形態１における仮想機器シミュ
レータの状態を示す説明図である。

【図１４】 上記実施の形態１における仮想機器の動作
プログラムの一例を示す説明図である。

【図１５】 上記実施の形態１におけるシミュレーショ
ン実行を示す説明図である。

【図１６】 上記実施の形態１における軌跡補間生成方
法の一例を示す説明図である。

【図１７】 上記実施の形態１における軌跡補間生成方
法の一例を示す説明図である。

【図１８】 この発明の実施の形態２による仮想工場シ
ミュレーション装置における仮想工場単位オブジェクト
を示す構成図である。

【図１９】 上記実施の形態２における仮想機器の仮想
工場単位オブジェクトによる構成例を示す説明図であ
る。

【図２０】 上記実施の形態２における仮想機器の仮想
工場単位オブジェクトによる構成例を示す説明図であ
る。

【図２１】 上記実施の形態２における仮想コントロー
ラの挙動オブジェクトの構成例を示す構成図である。

【図２２】 上記実施の形態２における仮想機械の仮想
部品の挙動オブジェクトの構成例を示す構成図である。

【図２３】 この発明の実施の形態３による仮想工場シ
ミュレーション装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２４】 上記実施の形態３における作業変数による
プログラミング実行を示す説明図である。

【図２５】 上記実施の形態３における作業変数による
プログラミング実行を示す説明図である。

【図２６】 従来のシミュレーションシステムの概略構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１２ 外部システム、１３，４１ 通信処理部、１４，
３１ 実行処理部、１５ シミュレーション実行データ
格納部、１６ 干渉チェック処理部、１７ シミュレー
ション時間管理処理部、１８ ３次元形状表示処理部、
２０ 仮想工場カーネル、２１ 仮想機器シミュレー
タ、２２ 仮想機械、２３ 仮想コントローラ、３２
機構データ格納部、３３ 位置・姿勢データ格納部、３
４ ３次元形状データ格納部、４３ 動作データ格納
部、４４ コマンド解析処理部、４５軌跡補間処理部、
４６ 逆運動学解析処理部、５１ 赤外線センサー（セ
ンサー）、５１Ｃ センシング領域、５２ ワーク、６
１ ロボットハンド（仮想機器）、９１ 仮想工場単位
オブジェクト、９２ 通信要素、９３ 挙動要素、９４
形状要素、９５ 属性要素、１２１ 作業変数定義
部、１２２ 作業変数情報格納部、１２３ プログラム
変換処理部（作業変数変換部）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B049 BB07 CC31 EE03 EE41 FF03 FF04 5H004 GA30 GB16 GB18 HA07 HB07 JA04 JB07 KC22 KC27 LA15 LA18 MA38 MA40 MA51 5H269 AB01 AB33 BB07 BB13 BB14 EE01 EE27 QE10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工場の機器などのリソースを、動作デー
   タおよび３次元形状データによってモデル化した機器モ
   デルを用いて工場をシミュレーションする仮想工場シミ
   ュレーション装置において、 前記動作データに基づいてコントローラを模擬する仮想
   コントローラ、 および前記仮想コントローラからの駆動指令により機械
   運動を模擬する仮想機械を有する複数の仮想機器シミュ
   レータと、 前記仮想機器シミュレータの動作データを格納するシミ
   ュレーション実行データ格納部、 前記シミュレーション実行データ格納部に格納されたデ
   ータに基づいて前記仮想機器シミュレータによるシミュ
   レーションを実行する実行処理部、 前記機器モデルの３次元形状の干渉をチェックする干渉
   チェック処理部、 前記実行処理部で実行されるシミュレーション内の時間
   管理を行うシミュレーション時間管理処理部、 前記機器モデルの３次元形状の表示処理を行う３次元形
   状表示処理部、 および外部システムとの通信を行う通信処理部を有する
   仮想工場カーネルとを備えたことを特徴とする仮想工場
   シミュレーション装置。
2. 【請求項２】 仮想コントローラが、 仮想工場カーネルとの通信を行う通信処理部と、 入力されたコマンドを解釈するコマンド解析処理部と、 処理する前記コマンドが移動コマンドであった場合、当
   該移動コマンド入力に対して、動作データに基づく移動
   軌跡の補間を行う軌跡補間処理部と、 前記軌跡補間処理部で得られた補間点列データより仮想
   機械の関節変数の値を求めて、移動位置・姿勢データを
   生成する逆運動学解析処理部と、 前記補間点列データや加減速パターンをはじめとする動
   作データ、および実行プログラムを格納する動作データ
   格納部とを有することを特徴とする請求項１記載の仮想
   工場シミュレーション装置。
3. 【請求項３】 仮想機械が、 機械を構成する構成部品の３次元形状データを格納する
   ３次元形状データ格納部と、 前記機械を構成する構成部品の位置・姿勢データを格納
   する位置・姿勢データ格納部と、 前記機械を構成する構成部品間の機構データを格納する
   機構データ格納部と、 前記機械を構成する構成部品の３次元形状データと機構
   データから、前記機械の動作を模擬し、位置・姿勢デー
   タを更新する実行処理部とを有することを特徴とする請
   求項１記載の仮想工場シミュレーション装置。
4. 【請求項４】 工場の機器などのリソースを動作データ
   および３次元形状データによってモデル化した機器モデ
   ルを用いて工場をシミュレーションする仮想工場シミュ
   レーション装置において、 それぞれがデータ格納部とデータ処理部を備えた通信要
   素、形状要素、挙動要素、および属性要素を有して、通
   信処理部、仮想機械の形状、仮想コントローラおよび仮
   想機械の挙動、仮想機器の属性を表現する複数の仮想工
   場単位オブジェクトと、 前記仮想工場単位オブジェクトの動作データを格納する
   シミュレーション実行データ格納部、 前記シミュレーション実行データ格納部に格納されたデ
   ータに基づいて前記仮想機器シミュレータによるシミュ
   レーションを実行する実行処理部、 前記機器モデルの３次元形状の干渉をチェックする干渉
   チェック処理部、 前記実行処理部で実行されるシミュレーション内の時間
   管理を行うシミュレーション時間管理処理部、 前記機器モデルの３次元形状の表示処理を行う３次元形
   状表示処理部、 および外部システムとの通信を行う通信処理部を有する
   仮想工場カーネルとを備えたことを特徴とする仮想工場
   シミュレーション装置。
5. 【請求項５】 仮想工場カーネルが、 仮想機器シミュレータの設置基準点等の位置・姿勢デー
   タを作業変数として定義する作業変数定義部と、 前記作業変数定義部で定義された作業変数の情報を格納
   する作業変数情報格納部と、 前記作業変数を実際の有効な値に変換する作業変数変換
   処理部とを有することを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の仮想工場シミュレーション装置。
6. 【請求項６】 外部とのデータ通信で得られた動作デー
   タ、もしくはすでに格納されていた動作データに基づい
   てコントローラを模擬する仮想コントローラ、および前
   記仮想コントローラの駆動指令により機械運動を模擬す
   る仮想機械を備えて、仮想機器のシミュレーションを行
   う複数の仮想機器シミュレータと、 前記仮想機器シミュレータの動作データを格納するシミ
   ュレーション実行データ格納部、前記シミュレーション
   実行データ格納部に格納されたデータに基づいて前記仮
   想機器シミュレータによるシミュレーションを実行する
   実行処理部、機器モデルの３次元形状の干渉をチェック
   する干渉チェック処理部、前記実行処理部によるシミュ
   レーション内の時間管理を行うシミュレーション時間管
   理処理部、前記機器モデルの３次元形状の表示処理を行
   う３次元形状表示処理部、および外部システムとの通信
   を行う通信処理部を有する仮想工場カーネルとを備え、 工場の機器などのリソースを、動作データおよび３次元
   形状データによってモデル化した機器モデルを用いて工
   場をシミュレーションする仮想工場シミュレーション方
   法において、 前記外部システムから送られてくる前記仮想機器シミュ
   レータの動作データを受け取ると、それを当該仮想機器
   シミュレータの前記仮想コントローラに渡してその動作
   データ格納部に格納し、 前記仮想工場カーネルの実行処理部は前記仮想機器シミ
   ュレータに対して、その仮想コントローラおよび仮想機
   械の処理を実行するための処理タスクをシミュレーショ
   ン実行データ格納部に登録し、 前記仮想工場カーネルの実行処理部はシミュレーション
   が開始されると、前記シミュレーション実行データ格納
   部に登録された処理タスクを順番に処理することを特徴
   とする仮想工場シミュレーション方法。
7. 【請求項７】 入力されたコマンドを解釈するコマンド
   解析処理部、処理するコマンドが移動コマンドである場
   合にその補間を行う軌跡補間処理部、位置・姿勢データ
   から機械の関節変数の値へ変換する逆運動学解析処理
   部、仮想工場カーネルと通信する通信処理部、および動
   作データを格納する動作データ格納部とを有する仮想コ
   ントローラと、 機械の構成部品の３次元形状データを格納する３次元形
   状データ格納部、前記機械の構成部品の位置・姿勢デー
   タを格納する位置・姿勢データ格納部、前記機械の構成
   部品間の機構データを格納する機構データ格納部、およ
   び前記機械の構成部品の３次元形状と機構データから機
   械の動作を模擬し、位置・姿勢データを更新する実行処
   理部を有する仮想機械とを備え、 前記軌跡補間処理部によって、前記移動コマンド入力に
   対して加減速パターン等の動作データをもとに移動軌跡
   補間を行い、 前記移動軌跡補間によって得られた補間点列データか
   ら、前記仮想機械の移動位置・姿勢データを生成するこ
   とを特徴とする請求項６記載の仮想工場シミュレーショ
   ン方法。
8. 【請求項８】 仮想機器が扱うワークを、前記仮想機器
   と同じ構造で表現することを特徴とする請求項６記載の
   仮想工場シミュレーション方法。
9. 【請求項９】 センサーのセンシング領域を３次元形状
   で表現することによって、前記センサーを仮想機械と同
   じ構造で表現することを特徴とする請求項６記載の仮想
   工場シミュレーション方法。
10. 【請求項１０】 工場の機器などのリソースを、動作デ
    ータおよび３次元形状データによりモデル化した機器モ
    デルを用いて工場をシミュレーションする仮想工場シミ
    ュレーション方法において、 仮想機器が扱うワークを、前記仮想機器が保持したか否
    かを判定して、前記仮想機器の機器形状と前記ワークの
    ワーク形状との間の親子関係を定義し、 前記親子関係を定義された仮想機器の動作区間におい
    て、前記ワークと仮想機器が一緒に動くことで、その動
    作が別途定義されていないワークの搬送シミュレーショ
    ンを実行することを特徴とする仮想工場シミュレーショ
    ン方法。
11. 【請求項１１】 工場の機器などのリソースを動作デー
    タおよび３次元形状データによってモデル化した機器モ
    デルを用いて工場をシミュレーションする仮想工場シミ
    ュレーション方法において、 通信処理部、仮想機械の形状、仮想コントローラおよび
    仮想機械の挙動、仮想機器の属性を、それぞれがデータ
    格納部とデータ処理部を備えた通信要素、形状要素、挙
    動要素、属性要素からなる複数の仮想工場単位オブジェ
    クトとして表現し、 前記仮想工場単位オブジェクトは他の仮想工場単位オブ
    ジェクトとの階層関係を管理することを特徴とする仮想
    工場シミュレーション方法。
12. 【請求項１２】 工場の機器などのリソースを、動作デ
    ータおよび３次元形状データによりモデル化した機器モ
    デルを用いて工場をシミュレーションする仮想工場シミ
    ュレーション方法において、 前記動作データによりコントローラを模擬する仮想コン
    トローラからの駆動指令によって機械運動を模擬する仮
    想機械の基準位置・姿勢データを定義して、それを基準
    位置・姿勢データ格納部に格納し、 前記仮想機器の基準位置間の関係を作業変数定義部にお
    いて作業変数として定義し、 定義された前記作業変数に関する情報を作業変数情報格
    納部に格納し、 前記作業変数を作業変数変換部にて実際の有効な値に変
    換し、 前記変換された作業変数に基づくコマンドを、前記仮想
    コントローラにて実行することを特徴とする仮想工場シ
    ミュレーション方法。