JP2000137740A

JP2000137740A - アセンブリモデル作成方法およびアセンブリモデル作成処理プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP2000137740A
Application number: JP11234687A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kondo; 藤浩一近
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP3643504B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機構解析や障害物回避動作計画に用いること
が可能なアセンブリモデルを得ることを目的とする。【解決手段】複数の部品の各々の部分形状と、これら
の部分形状の間の拘束関係を入力し、記憶装置に記憶す
るステップと、前記記憶装置に記憶されている前記部分
形状および前記拘束関係に基づいて前記複数の部品の相
対的位置関係を算出するステップと、前記算出された相
対的位置関係に基づいてアセンブリモデルを作成するス
テップと、前記作成されたアセンブリモデルに自由度が
あるか否かを判定するステップと、自由度があると判定
された場合に、この自由度を減らすために前記部分形状
の間に付加すべき拘束関係を決定するステップと、を備
えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアセンブリモデル作
成方法およびアセンブリモデル作成処理プログラムを記
録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ支援設計（Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ（以下、ＣＡＤと
云う））システムを用いて、２次元形状または３次元形
状の複数の部品のアセンブリモデルを作成する方法が知
られている。この従来のアセンブリモデル作成方法は、
複数の部品の形状データをＣＡＤシステムを用いて入力
するとともに、形状特徴と呼ばれるこれら部品の部分形
状の間に、平行、直角、一致、距離、角度、同心などの
幾何学的な拘束関係を入力し、これらの形状データ（部
分形状）および拘束関係に基づいて部品間の位置関係を
コンピュータソフトウエアによって自動的に算出し、ア
センブリのモデルを作成するものである。

【０００３】一方、機構解析を行う目的で、自由度をも
つ部分を例えば関節として入力し、機構パラメータ（例
えば関節角）の変化や、上記関節に対する駆動力によ
り、機構の運動などのシミュレーションを行うソフトウ
エアが知られている。

【０００４】また、機構の持つ自由度と、機構の位置・
姿勢を一意に決めるパラメータの組みを入力することに
より、予め定義された周囲の障害物との干渉を回避し
て、与えられた初期位置から目標位置までの移動経路を
自動的に算出する障害物回避動作計画が知られている。

【０００５】従来のアセンブリモデル作成方法は、作成
した機構が自由度を持っているかどうかをチェックする
機能や、自由度を持つ部品をディスプレイ画面の上で指
定し、移動方向を指定すると、拘束関係を満たしたまま
指定された移動方向に最も近い動きをさせる機能を備え
ている。

【０００６】しかし、これらの機能はアセンブリ中の部
品を移動させた後に、部品の位置をずらして拘束を満た
すようにすることによって実現される。

【０００７】このため従来のアセンブリ作成方法は、ど
のようなパラメータを機構パラメータとして指定すれ
ば、機構の運動を一意に記述できるかという情報、すな
わち、機構解析や障害物回避動作計画に必要な情報を提
供することができない。

【０００８】したがって、機構解析や障害物回避動作計
画を行う際には、従来のアセンブリモデル作成方法によ
って得られるアセンブリモデルのデータが存在する場合
であっても、改めてどの部分を関節として入力するかを
人手により検討し、関節として設定された数に過不足が
無いかどうかを人手によりチェックし、これらの関節の
機構パラメータの零点の位置指定を人手により行うなど
の必要がある。このような作業は複雑な機構になればな
るほど困難な作業となり、多くの場合、機構解析を実際
に一度実行することによって関節の設定ミスを探すなど
の手間が必要になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のアセンブリモデル作成方法によって得られるアセン
ブリモデルのデータは直接に機構解析や障害物回避動作
計画に利用することができず、機構解析や障害物回避動
作計画に用いる際には非常に手間がかかるという問題が
あった。

【００１０】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、機構解析や障害物回避動作計画に用いること
が可能なアセンブリモデルを作成することのできるアセ
ンブリモデル作成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】上記の目的を達成するた
めに本発明は、複数の部品の各々の部分形状と、これら
の部分形状の間の拘束関係を入力し、記憶装置に記憶す
るステップと、前記記憶装置に記憶されている前記部分
形状および前記拘束関係に基づいてアセンブリモデルと
なる前記複数の部品の相対的位置関係を算出するステッ
プと、前記作成されたアセンブリモデルに自由度がある
か否かを判定するステップと、自由度があると判定され
た場合に、この自由度を減らすために前記部分形状の間
に付加すべき拘束関係を決定するステップとを備えたア
センブリモデル作成方法とした。

【００１２】ここで、前記決定された拘束関係を前記ア
センブリモデルに付加し、自由度が減少したか否かを判
定するステップと、自由度が減少しないと判定された場
合には、前記付加した拘束関係を削除した後、前記拘束
関係を決定するステップに戻るステップと、自由度が減
少した場合には前記付加した拘束関係に付随するパラメ
ータを登録した後、前記自由度があるか否かを判定する
ステップとを更に備えてもよい。

【００１３】また、前記登録されたパラメータはアセン
ブリモデルの部品の運動を規定するパラメータとして利
用されてもよい。

【００１４】また、前記拘束関係を決定するステップ
は、前記アセンブリモデルの構成要素であるすべての部
品についての部分形状を列挙するステップと、前記部品
間の部分形状と、部分形状間の拘束関係との組み合せを
列挙するステップと、前記列挙された組み合わせを順序
付けるステップと、前記順序付けられた順序に従って拘
束関係を決定するステップとを備えてもよい。

【００１５】また、前記部品間の部分形状と、この部分
形状間の拘束関係との組みが複数組第２の記憶装置に記
憶されており、前記拘束関係を決定するステップは、前
記第２の記憶装置に記憶されている複数組の中から１つ
の組を選択し、この選択された組の拘束関係を付加すべ
き拘束関係として決定するように構成してもよい。

【００１６】また、前記複数の組は順序付けられてお
り、前記拘束関係を決定するステップは、順序付けられ
た順序に従って複数組の中から１つの組を順次選択する
ように構成してもよい。

【００１７】さらに本発明は、記憶装置に記憶されてい
る、複数の部品の各々の部分形状と、これらの部分形状
間の拘束関係とに基づいて前記複数の部品の相対的位置
関係を算出する手順と、前記算出された相対的位置関係
に基づいてアセンブリモデルを作成する手順と、前記作
成されたアセンブリモデルに自由度があるか否かを判定
する手順と、自由度があると判定された場合に、この自
由度を減らすために前記部分形状の間に付加すべき拘束
関係を決定する手順とを、コンピュータに実行させるア
センブリモデル作成処理プログラムを記録したコンピュ
ータ読取り可能な記録媒体とした。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明によるアセンブリモデル作
成方法の第１の実施の形態を図１、図２、図３を参照し
て説明する。

【００１９】この第１の実施の形態のアセンブリモデル
作成方法の処理手順を図１に示し、この第１の実施の形
態の処理手順を図２に示す部品２，４，６からなるアセ
ンブリモデルを作成する場合を例にとって説明する。な
お、図３は本発明に使用されるコンピュータシステムの
一構成例を示すブロック図である。

【００２０】まず図１のステップＦ１に示すように部品
形状の入力を行う。例えば図２に示す部品２，４，６の
各形状を例えば図３に示すコンピュータ８０の入力装置
８１を用いて読込み、記憶装置８５に記憶する。このと
き、読込まれた各部品は表示装置８３によって例えば図
２に示すように表示される。

【００２１】次に部品の部分形状間の関係について入力
すべき関係がある場合には部分形状とその関係を、上記
入力装置８１を用いて入力し、上記記憶装置８５に格納
する。（図１のステップＦ２、Ｆ３参照）。例えば図２
に示す部品２，４，６からアセンブリモデルを作成する
ために、部品２と部品４に関して部品２の部分形状であ
る平面２ａと部品４の部分形状である平面４ａが一致
し、かつ部品２の部分形状である円筒面２ｂと部品４の
部分形状である円筒面４ｂが同軸であるという関係を入
力する。同様に部品４と部品６に関しては、部品４の部
分形状である平面４ｃと部品６の部分形状である平面６
ａとが一致するという関係、および部品４の部分形状で
ある平面４ａと部品６の部分形状である平面６ｂが一致
するという関係を入力する。

【００２２】このように入力された関係が上記記憶装置
８５においてどのように記憶されるかを模式的に示した
例を図４に示す。図４から分かるように記憶装置８５に
おいては、部品２，４，６の情報および部分形状の情報
の他に、平面同士の一致関係３ａ，５ａ，５ｂおよび同
筒同士の同軸関係３ｂがデータとして存在している。

【００２３】次に図１のステップＦ４に示すように、記
憶装置８５に格納された情報に基づいて、部品２，４，
６の相対的位置関係を算出する。この相対的位置関係を
算出する機能は、一般にソフトウエアとして提供されて
おり、例えば英国Ｄ・Ｃｕｂｅｄ社の３Ｄ−ＤＣＭ−Ｐ
３ｖｅｒ．１．８．０はそのようなソフトウエアの一
例である。以下、このようなソフトウエアを幾何拘束処
理ライブラリともいう。具体的には、各部品には、部品
特有のローカル座標系が設定されており、このローカル
座標系と、アセンブリモデルを作成すべき空間に固定さ
れたワールド座標系との間の変換マトリクスという形で
上記相対的位置関係が表現される。すなわち、図４に示
されている部品間の関係３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂから部
品２と部品４および部品６の位置を表現する変換マトリ
クスが上記幾何拘束処理ライブラリによって自動的に計
算される。

【００２４】ここで、幾何拘束処理ライブラリの処理内
容を２次元の簡単な例で詳しく説明する。図１２に示す
ように、ワールド座標系１０１で示される空間に、部品
１０２と部品１０３が存在する。今、部品１０２の部分
形状である直線１０４と部品１０３の部分形状である直
線１０５を一致させて、部品１０２と部品１０３の位置
を計算することを考える。まず直線１０４は部品１０２
のローカル座標系１０６ａにおいて

【数１】と表現されている。また直線１０５は部品１０３のロー
カル座標系１０６ｂにおいて

【数２】という方程式で表現されている。

【００２５】部品１０２の位置を示すワールド座標系１
０１から部品１０２のローカル座標系１０６ａへの変換
マトリックスは

【数３】であり、部品１０３のワールド座標系１０１から部品１
０３のローカル座標系１０６ｂへの変換マトリックスは

【数４】であるとする。このとき、直線１０４のワールド座標系
１０１における方程式を

【数５】とし、直線１０５のワールド座標系１０１における方程
式を

【数６】とすると、これらの関係は以下のようなマトリクスで表
される。

【００２６】

【数７】一方、２つの直線が一致する条件は、一方の直線上の一
点が他の直線上にあること、および、方向ベクトルが平
行（外積が０）であること、の２つの幾何学的条件と等
価である。これをワールド座標系１０１において表現す
ると、

【数８】となる。

【００２７】この条件を加えて方程式を解けば、直線１
０４と直線１０５が一致する条件を満たす部品１０２お
よび部品１０３の位置が算出できる。方程式を解く都合
からsinθとcosθをそれぞれｓとｃとおくと、以下のよ
うな２次の連立方程式になる。

【００２８】

【数９】ここには、１２の独立な式があり、直線１０４と直線１
０５のローカル座標系１０６ａ，１０６ｂにおける直線
の方程式を表す８つの定数x₁,y₁,x₂,y₂,a₁,b₁,a₂,b₂が
含まれる。変数は１６あり、このうち求めたいのは部品
１０２と部品１０３の位置を示すパラメーターc₁,s₁,
c₂,s₂,α₁,β₁,α₂,β₂である。これらの値を求めるに
は、上記２次連立方程式から８つの定数x₁,y₁,x₂,y₂,
a₁,b₁,a₂,b₂と部品１０２と部品１０３の位置を示すパ
ラメーターc₁,s₁,c₂,s₂,α₁,β₁,α₂,β₂以外の変数を
消去し、c₁,s₁,c₂,s₂,α₁,β₁,α₂,β₂の値を求めれば
良い。このように変数を消去する方法としては、多項式
イデアル(polynomial ideal)のグレブナー基底(Groebne
r basis)を求めるブッフバーガーアルゴリズム(Buchber
ger algorithm)が知られているので、この方法を用いて
不要な変数を消去してからc₁,s₁,c₂,s₂,α₁,β₁,α₂,β
₂の値を求めてもよいし、上記２次連立方程式の定数を
代入して直接解いてもよい。いずれにしても、式の数よ
りも変数の数が４多いことから、式として４自由度があ
ることが分る。

【００２９】この式はワールド座標系１０１において定
義されており、今注目しているのが２つの部品の相対的
位置関係であることに注意すれば、どちらか一方の部品
の位置を固定しても構わないので、例えば部品１０２を
固定するとして、c₁,α₁,β₁を定数とすると、式の数よ
りも変数が１つ多いことになり、相対的な自由度は１あ
ることが分る。部品１０３の位置を算出するには、c₂,s
₂,α₂,β₂の値の内１つを定数として決めて（現在の値
に固定して）、他の値を求めればよい。また一般に、も
し拘束条件が実現できないような状況（例えば２つの直
線が平行でかつ垂直である）で定義されていれば、連立
方程式に解が存在しなくなるので、検知可能である。

【００３０】このように、幾何拘束処理ライブラリは、
与えられた拘束関係を代数的な式として表現しなおし
て、処理を行なう。このため、自由度の検出や、拘束の
整合性のチェックなどが効率的に可能になるが、もとの
形状にもどって、直線にそった並進の自由度が２つの部
品の間に存在することなどを発見することは極めて困難
である。

【００３１】上述の各部品の部分形状の間で定義された
一致関係、すなわち部分形状間の拘束関係をすべて満足
するように、算出された部品間の相対的位置関係（アセ
ンブリモデル）の一例を図５に示す。この図５に示す相
対的位置関係は、自動的に計算された部品の変換マトリ
クスを、部品の形状データに作用させて得られた部品の
位置を示している。この相対的位置関係は図３に示す表
示装置８３を用いて表示される。

【００３２】この図５からも分かるように、上述のよう
にして求められたアセンブリモデルは、部品間の相対的
位置関係を完全に決定するだけの拘束関係を一般的に有
しているとは限らない。例えば図５に示すように、部品
２と部品４との間で相対的な回転１０を行っても、ま
た、部品４と部品６の間で相対的に平行移動１２を行っ
ても、依然として図４に示す関係はすべて保たれてい
る。すなわち図５に示すアセンブリモデルは、回転自由
度１０と、並進自由度１２とを有している。

【００３３】そこで、再び図１に戻り、ステップＦ４で
部品の相対的位置関係を算出した後は、ステップＦ２に
戻り、部品の相対的位置関係を規定する拘束関係を入力
するかどうかをチェックする。そして拘束関係の入力が
無い場合には、ステップＦ５に進み、作成されたアセン
ブリモデルに自由度があるかどうかが判定される。この
自由度があるかどうかを判定する機能は例えば上述の幾
何拘束処理ライブラリに備えられている。

【００３４】しかし、上記幾何拘束処理ライブラリは、
自由度があるかどうかは判定するが、自由度があると判
定した場合には、その自由度が回転自由度であるのか、
または並進自由度であるのかは導出しない。更に、これ
らの２つの自由度は回転角や平行移動距離などのパラメ
ータによって記述されるが、これらのパラメータの種類
（例えば角度、距離等）と、これらのパラメータの基準
（例えば、どの点とどの点の距離なのか、どちらの向き
を＋にとるか等）に関する情報は上記幾何拘束処理ライ
ブラリによっては与えられない。

【００３５】また上記幾何拘束処理ライブラリは、図５
において、部品６を斜め上方に移動させようとしたとき
には、与えられた拘束を満足させながら移動させる、す
なわち水平方向に移動させる機能は備えている。しか
し、この機能は、並進のパラメータを陽に用いていな
い。

【００３６】一方機構解析、障害物回避動作計画などの
分野においては機構の自由度を規定するパラメータによ
り運動を記述する。すなわち図５の例においては、回転
自由度１０に対応する回転角と並進自由度１２に対応す
る平行移動距離の２つのパラメータがこれに対応する。

【００３７】本発明は上述のパラメータを自動的に算出
するように構成されている。これらのパラメータを規定
する部分形状について図６参照して説明する。

【００３８】図６は、これらのパラメータを規定するた
めの部分形状の例を示している。符号８ａ，８ｂは円筒
面の中心軸と直交する方向ベクトルを表す直線である。
これら直線８ａ，８ｂは円筒面に剛体接続されていると
考える。同筒同士が同軸という拘束関係があれば上記直
線８ａ，８ｂ同士の角度を新たな拘束関係として付加す
ることにより、この角度が回転自由度のパラメータとな
る。従って、このような直線８ａ，８ｂは円筒の形状な
いしは位置姿勢を表す要素であるので、本発明において
は部分形状であると定義する。

【００３９】また図６において符号９ａ，９ｂは、部品
４，６上の頂点である。これらの頂点９ａ，９ｂは平面
同士が一致するという拘束関係が既に定義されている平
面の部分形状ではないが、平面上の幾何要素であり、幾
何学的ないしは位相的に関係している。このため部品４
の平面４ｃと部品６の平面６ｂが一致している拘束関係
の下で、各々の平面上の同一直線上の頂点９ａ，９ｂ間
の距離を新たな拘束関係として付加することにより、こ
の距離が並進自由度のパラメータとなる。

【００４０】再び図１に戻り、ステップＦ５において、
自由度があると判定された場合には、自由度の個数を減
らすために部品の部分形状間に付加すべき拘束関係の候
補を決定する（図１のステップＦ６参照）。そしてこの
決定された拘束関係を、アセンブリモデルに付加する
（図１のステップＦ７参照）。例えば図５に示すアセン
ブリモデルに、図６に示す直線８ａ，８ｂのなす角度、
頂点９ａ，９ｂ間の距離を新たな拘束関係１４，１６と
して付加したときに記憶装置に記憶されている様子を図
７に示す。

【００４１】次にステップＦ７で新たな拘束関係を付加
した後、自由度が減少したかどうかを例えば前述の幾何
拘束処理ライブラリを用いてチェックする（図１のステ
ップＦ８参照）。自由度が減少しなかったり、過剰拘束
になる場合には、上記新たに付加した拘束関係を削除し
（図１のステップＦ９参照）、ステップＦ６に戻り、付
加すべき拘束関係の候補を新たに決定し上述のことを繰
り返す。

【００４２】ステップＦ８において、自由度が減少した
場合には、ステップＦ７で付加した拘束関係をパラメー
タとして登録する（図１のステップＦ１０参照）。その
後ステップＦ５に戻り、自由度があるかどうかをチェッ
クする。自由度が無い場合にアセンブリモデルの作成が
終了する。なお上記登録したパラメータは機構解析や障
害物回避動作計画に用いることができる。

【００４３】なお、ステップＦ３で入力された拘束関係
はアセンブリモデルを作成するための拘束関係であるの
に対して、ステップＦ７で付加された拘束関係は自由度
を減らすための拘束関係である。このため後者の拘束関
係に属性を付加することにより前者の拘束関係と区別す
るようにしておく。

【００４４】以下では、本発明の特徴であるステップＦ
６の部分形状と関係の候補の決定の処理手順についてさ
らに細かく説明する。すなわち、図７における部分形状
８ａ，８ｂとその拘束関係１４および頂点９ａ，９ｂと
その拘束関係１６を、どのような手順で候補として選び
出すかについて説明する。図８は最も単純な処理手順の
フローを表している。

【００４５】まず、ステップＦ２１で部分形状の組合わ
せが、既に列挙または順序付けされているか否かをチェ
ックする。列挙または順序付けされている場合にはステ
ップＦ２５に進む。列挙または順序付けされていない場
合はそれぞれの部品について部分形状のあらゆる候補を
列挙する（ステップＦ２２）。図４および図５の例で
は、部品２、部品４、部品６それぞれについて関係を少
なくとも１種類は付けることのできる部分形状をすべて
列挙する。列挙すべき部分形状としては、平面、球面、
円筒面、直線、円弧、頂点などが典型的であり、この例
においてはすべての形状要素が候補になる。自由曲面な
どをもつ形状の場合には、そのような面は候補から除外
される場合が多い。候補として列挙すべきかどうかは、
幾何拘束処理ライブラリが扱えるか否かで決まる。

【００４６】次にステップＦ２３においては、部品間
で、幾何拘束処理ライブラリの扱うことが可能なあらゆ
る部分形状の組とそれらの部分形状間の拘束関係との組
合せを列挙する。ただし、ここで列挙する拘束関係は角
度、距離などの位置を示すパラメータが付随するものに
限られる。例えば、平面と平面の一致の関係を付加し
て、自由度を減少させることは可能であるが、このよう
な関係は、ユーザーがアセンブリ作成の際に意図してい
ない拘束を付加するものであり、本来可能な運動を不可
能にしてしまうからである。

【００４７】一方、距離や角度の拘束は、そのパラメー
タである距離の値や角度の値を特定の値の決定した場合
には、それに対応する特定の機構の（すなわちアセンブ
リの）位置姿勢を表すが、パラメータの値を変化させる
ことで、ユーザーの意図した運動を実現することが可能
となる。すなわち、ステップＦ２３において列挙される
関係は、平面と平面の距離、平面と頂点の距離、円筒と
円筒の距離、頂点と頂点の距離、頂点と平面の距離、直
線と直線の距離、平面と平面の角度、直線と直線の角度
などが例として考えられる。ステップＦ２４ではこれら
の関係について列挙された順番で順序付けし、ステップ
Ｆ２５では最初の候補を出力する。２回目以降の候補決
定の際には、すなわち図１においてステップＦ７の実行
の結果ステップＦ８，Ｆ９を介してステップＦ６に戻っ
てきた場合には、ステップＦ２１の判定処理を介してス
テップＦ２５に直接飛び、順次２番目以降の関係を候補
として出力する。これらの関係の候補は図１のステップ
Ｆ７において試験的に付加され、自由度が減少すればそ
の拘束関係に属性をつけて残すことにより機構パラメー
タとして採用される。

【００４８】しかし、この方法ではチェックすべき拘束
関係の候補の数が一般には膨大になり、効率が低い。こ
のため予めリストアップされた候補を優先することが考
えられる。この予めリストアップされた候補を優先する
方法は、この問題を解決し、図１のステップＦ６を効率
化することを可能にする。そのために、すでにアセンブ
リを定義するためにユーザーにより入力された関係（図
４においては３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ）は、多くの場合
機構の関節などに関連することに着目する。すなわち、
このようにアセンブリモデル作成の際に入力された関係
のタイプごとに、機構パラメータとなる可能性のある関
係を表の形でデーターベース化しておき、図８において
すべての関係の組合わせを列挙する前に、これら表の形
のデータベースに格納されている関係を優先的にステッ
プＦ６、Ｆ７に適用する。以下の表はそのようなデータ
ベースとなるテーブルの一例を示している。

【００４９】

【表１】例えば図４に示す関係５ａは平面４ｃと平面６ａの一致
の関係であるので、上記表の１行目にあるようにこれら
平面４ａと平面６ａの同一直線上の頂点の組みである、
図６に示す頂点９ａと９ｂが膨大な組合わせをチェック
することなしに候補として選ばれる。実際の機構におい
ては、回転関節や並進スライドジョイントなどは何らか
の摺動部を持つことが多く、かつこのような摺動面はア
センブリ入力の際にユーザーにより入力されているた
め、現実の機構の摺動部に即した形で関係が付加され、
機構パラメータが定義されるメリットもある。同様に図
４に示す円筒２ｂと円筒４ｂの同軸関係３ｂは表の６行
目に一致し、図７に示す関係１４が候補として選ばれ
る。このようなデータベースないしは表を参照する機能
を加えた場合の処理手順は図９に示すフローのようにな
る。この図９に示すフローは図８に示すフローにステッ
プＦ３１とＦ３２が付加された構成となる。

【００５０】さらに、本発明により自動的に付加される
拘束関係がユーザーからも直観的となるように処理手順
を改善する方法を図１０および図１１を参照して説明す
る。図１０は、２つの三角柱６１，６２が平面と平面の
一致の関係と軸穴対偶に相当する円筒と円筒の同軸関係
とによりアセンブリモデルとして定義されたことを示す
図である。図１０（ａ）はその斜視図であり図１０
（ｂ）はその平面図である。

【００５１】上記表のデータベースによれば、このアセ
ンブリの機構パラメータとなる関係としては「平面と平
面の一致」という関係から「頂点６４と頂点６５の距
離」が候補として考えられる。また同様に「円筒と円筒
が同軸」という関係から「直線６６と直線６７の角度」
も候補として考えられる。機構パラメータとしては、ど
ちらも自由度を正しく相殺し、距離や角度のパラメータ
によって機構の運動を制御できることから、正しい拘束
であると言える。

【００５２】しかし、「直線６６と直線６７の角度」に
ついては、実際の機構において軸６３にモータをつける
などして角度のパラメータを実際に制御できるのに対し
て、「頂点６４と頂点６５の距離」は新たな伸縮機構を
備えたリンクを加えるなどしないと機構の制御が難し
い。このような理由から、回転の角度をパラメータとし
て選択する方が、より実際の人間の感覚に近いことが分
かる。

【００５３】これを実際の処理手順に反映させると、図
１１に示すようになる。候補として選択された部分形状
とその関係について、図１１のステップＦ４１におい
て、そのようなパラメータ（すなわち並進あるいは回
転）の自由があるかどうかをチェックするのである。図
１０に示す例では、「頂点６４と頂点６５の距離」は距
離の関係であり並進自由度に対応する。しかし、部品６
１を固定してこの距離を増加する状況を考えると、６９
に示されるような位置に部品６２が移動することにな
り、頂点６４と頂点６５を結ぶ直線６８上は移動しない
ことが分かる。一方、「直線６６と直線６７の角度」に
ついては、その値を増加させて位置６９まで部品６２を
移動させても、回転中心は移動していないことが分か
る。このような比較により、この機構においては、「直
線６６と直線６７の角度」に対応する回転が本質的であ
り、「頂点６４と頂点６５の距離」はこの自由度を別の
距離というパラメータにより制御することが可能である
ことを示しているに過ぎないことが分かる。このよう
に、パラメータに対応する関係を比較し、より人間の直
感に近いものを優先させれば、よりユーザーにとって使
いやすいものになる。

【００５４】以上では、機構パラメータとそれに対応す
る関係をどのように決定するかに重点をおいて説明して
きた。機構解析や障害物回避動作計画などのアプリケー
ションにこのようなデータを送ることにより、アセンブ
リモデルのデータから直接機構解析や障害物回避動作計
画などのアプリケーションを実行することが可能にな
る。また、関節パラメータの変化から機構の動きを求め
るような簡単な機構解析は、以下のようにそのまま実行
することも可能である。すなわち、以上のステップで決
定された機構パラメータに対するある時刻における値が
与えられると、図１のステップＦ４で実行するのと同様
に幾何拘束処理ライブラリによって個々の部品の３次元
ないしは２次元空間における位置・姿勢を決定し、これ
を時刻の刻み幅にあわせて順次変化させることで、機構
としての動きをシミュレーションとして確認するなどの
作業を行うことが可能になる。

【００５５】また上記実施の形態においては、図１に示
すステップＦ４からステップＦ１０までの処理手順は、
プログラムとして記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、光
磁気ディスク、またはＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒ
ｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）等の光ディスクや、フロッピ
ーディスク、メモリカード等）に記録される。

【００５６】したがって、図８に示すステップＦ２１〜
Ｆ２５までの処理手順、図９に示すステップＦ２１〜Ｆ
２５およびステップＦ３１、Ｆ３２の処理手順、または
図１１に示すステップＦ２１〜Ｆ２５、ステップＦ３
１、Ｆ３２、およびステップＦ４１の処理手順は各々図
１のステップＦ６として記録媒体に記録されることにな
る。

【００５７】この記録は次のようにして行われる。まず
図３に示すようにコンピュータ８０を起動し、記録媒体
を記憶装置（図３においてはＦＤドライブ８７またはＣ
Ｄ−ＲＯＭドライブ８９）にセットする。続いて入力手
段（例えばキーボード）８１を用いて、例えば上記実施
の形態の場合はステップＦ４からステップＦ１０までの
処理手順をプログラムとして順次入力する。するとこの
入力されたプログラムはコンピュータ８０のＣＰＵ（図
示せず）によって、記録媒体に書込まれる。この書込む
際には表示装置８６を利用すると便利である。

【００５８】このような記録媒体に記録されたアセンブ
リモデル作成処理手順を実行する場合について説明す
る。まずアセンブリモデル処理手順をプログラムとして
記録された記録媒体を、読取り装置（図３ではＦＤドラ
イブ８７またはＣＤ−ＲＯＭドライブ８９）にセットす
る。続いて上記読取り装置に接続されたコンピュータ８
０のＣＰＵによって上記記録媒体から上記プログラムが
読出されて順次実行される。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のアセンブリ
モデル作成方法によれば、形状特徴間の拘束関係を入力
することにより作成されたアセンブリのモデルに、機構
解析や障害物回避動作計画に利用するために必要となる
付加的な幾何拘束関係とそれに付随する機構パラメータ
が自動的に設定され、そのまま、機構解析や障害物回避
動作計画を実行することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアセンブリモデル作成方法の一実
施の形態の処理手順を示すフローチャート。

【図２】アセンブリモデルの構成部品を示す斜視図。

【図３】本発明によるアセンブリモデル作成方法が使用
されるコンピュータシステムの一構成例を示すブロック
図。

【図４】アセンブリモデルを作成する際に各部品の部分
形状と、これらの部分形状の間に定義された拘束関係と
が記憶装置に記録されたときの様子を示す模式図。

【図５】各部品の部分形状間に拘束関係が定義されたと
きに、どの自由度が残っているかを説明する斜視図。

【図６】自由度を相殺するために導入される部分形状の
例を説明する各部品の斜視図。

【図７】各部品の部分形状と、これらの部分形状の間の
拘束関係と、自由度を相殺するために導入された拘束関
係とが記憶装置に記録されたときの様子を示す模式図。

【図８】部分形状と拘束関係の候補を決定する処理の第
１の具体例を示すフローチャート。

【図９】部分形状と拘束関係の候補を決定する処理の第
２の具体例を示すフローチャート。

【図１０】ユーザーにとって直感的な関係を優先する処
理手順を説明する説明図。

【図１１】ユーザーにとって直感的な関係を優先する処
理を考慮したときの部分形状と拘束関係の候補を決定す
る処理手順を示すフローチャート。

【図１２】幾何拘束処理ライブラリの処理内容を示す線
図。

【符号の説明】

２部品２ａ平面２ｂ円筒３ａ拘束関係３ｂ拘束関係４部品４ａ平面４ｂ円筒４ｃ平面４ｄ平面５ａ拘束関係５ｂ拘束関係６部品６ａ平面６ｂ平面８ａ部分形状（直線）８ｂ部分形状（直線）９ａ頂点９ｂ頂点１０回転自由度１２並進自由度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の部品の各々の部分形状と、これらの
部分形状の間の拘束関係を入力し、記憶装置に記憶する
ステップと、前記記憶装置に記憶されている前記部分形状および前記
拘束関係に基づいてアセンブリモデルとなる前記複数の
部品の相対的位置関係を算出するステップと、前記作成されたアセンブリモデルに自由度があるか否か
を判定するステップと、自由度があると判定された場合に、この自由度を減らす
ために前記部分形状の間に付加すべき拘束関係を決定す
るステップと、を備えたことを特徴とするアセンブリモデル作成方法。
【請求項２】前記決定された拘束関係を前記アセンブリ
モデルに付加し、自由度が減少したか否かを判定するス
テップと、自由度が減少しないと判定された場合には、前記付加し
た拘束関係を削除した後、前記拘束関係を決定するステ
ップに戻るステップと、自由度が減少した場合には前記付加した拘束関係に付随
するパラメータを登録した後、前記自由度があるか否か
を判定するステップと、を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のアセンブ
リモデル作成方法。
【請求項３】前記登録されたパラメータはアセンブリモ
デルの部品の運動を規定するパラメータとして利用され
ることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ
モデル作成方法。
【請求項４】前記拘束関係を決定するステップは、前記
アセンブリモデルの構成要素であるすべての部品につい
ての部分形状を列挙するステップと、前記部品間の部分形状と、部分形状間の拘束関係との組
み合せを列挙するステップと、前記列挙された組み合わせを順序付けるステップと、前記順序付けられた順序に従って拘束関係を決定するス
テップと、を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載のアセンブリモデル作成方法。
【請求項５】前記部品間の部分形状と、この部分形状間
の拘束関係との組みが複数組第２の記憶装置に記憶され
ており、前記拘束関係を決定するステップは、前記第２の記憶装
置に記憶されている複数組の中から１つの組を選択し、
この選択された組の拘束関係を付加すべき拘束関係とし
て決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載のアセンブリモデル作成方法。
【請求項６】前記複数の組は順序付けられており、前記
拘束関係を決定するステップは、順序付けられた順序に
従って複数組の中から１つの組を順次選択することを特
徴とする請求項５記載のアセンブリモデル作成方法。
【請求項７】記憶装置に記憶されている、複数の部品の
各々の部分形状と、これらの部分形状間の拘束関係とに
基づいて前記複数の部品の相対的位置関係を算出する手
順と、前記算出された相対的位置関係に基づいてアセンブリモ
デルを作成する手順と、前記作成されたアセンブリモデルに自由度があるか否か
を判定する手順と、自由度があると判定された場合に、この自由度を減らす
ために前記部分形状の間に付加すべき拘束関係を決定す
る手順と、を、コンピュータに実行させるアセンブリモデル作成処
理プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録
媒体。