JP2005014108A

JP2005014108A - Interference avoiding method of multi-articulated robot

Info

Publication number: JP2005014108A
Application number: JP2003178307A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kondo; 俊之近藤; Kensaku Kaneyasu; 健策金安; Eisaku Hasegawa; 栄作長谷川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently avoid interference between a multi-articulated robot having redundancy of an attitude and a workpiece, by providing joints of seven shafts or more. <P>SOLUTION: A position and the attitude of a tip part 36 of the multi-articulated robot 14 having the seven joints of the shafts J1 to J7. While maintaining the position and the attitude of the determined tip part, the attitude of the shafts J1 to J7 of the multi-articulated robot 14 is determined, so as to maximize a distance M up to a comparison object point Q1 arranged on the shaft J4 of the multi-articulated robot 14, from a prescribed comparison reference point P1 arranged on a vertical directional shaft 24 of the workpiece W. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、７軸以上の関節を備え、姿勢の冗長性を有する多関節ロボットの干渉回避方法に関し、特に、先端部をワークに対して適切な位置及び姿勢に保持したまま、肘関節等がワークに干渉することを防止する多関節ロボットの干渉回避方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先端に専用のエンドエフェクタを設けた多関節ロボットは、溶接作業、塗装作業等に広範に用いられている。多関節ロボットの姿勢は、先ずエンドエフェクタのワークに対する位置及び姿勢を決定した後に、この位置及び姿勢を維持したまま、他の関節の動きを求めることがある。
【０００３】
エンドエフェクタをワークに対して自由な位置及び姿勢に設定するためには、いわゆる６自由度の動作が必要であり、これを実現するために多関節ロボットは６軸の関節が必要である。エンドエフェクタの位置及び姿勢を実現するために、６軸の多関節ロボットは有限個の姿勢をとり得ることから、このうち任意の姿勢を選択すればよい。しかしながら、６軸の多関節ロボットでは、エンドエフェクタの位置及び姿勢の条件以外に他の条件（例えば、干渉回避）を考慮すると適当な姿勢がない場合があり、姿勢の設定上の汎用性、融通性が劣るため、エンドエフェクタの位置及び姿勢を決定した状態で、多関節ロボットの姿勢を自由に設定する性能である冗長性を備えるために、７軸の多関節ロボットを用いることになる。
【０００４】
ところが、７軸の多関節ロボットは、冗長性を備える一方、制御する方法はやや複雑になる。７軸の多関節ロボットを制御する方法として、マスタ・スレーブ構造を用い、マスタの肘関節にセンサを設けて制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３００８７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
７軸の多関節ロボットでは、冗長性を利用することにより、特異姿勢回避、障害物回避、機構的な制限の回避等の種々の動作が可能であるが、制御アルゴリズムが複雑になり、状況に応じてどのような姿勢を設定すればよいかが問題となる。
【０００７】
特に、動作が予め決められてなく、ワークの形状等に応じてリアルタイムに姿勢を決定する必要がある場合において、ワークや障害物に対して効率的に干渉を回避する方法がない。
【０００８】
前記特許文献１の技術は、マスタ・スレーブ構造であって、オペレータが介在する必要があることから半自動である。従って、スレーブである多関節ロボットを自動的に動作させることはできない。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、多関節ロボットの先端位置及び姿勢を維持したまま、ワークに対して効率的に干渉を回避することを可能にする多関節ロボットの干渉回避方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法は、７軸以上の関節を備え、姿勢の冗長性を有する多関節ロボットの先端位置及び姿勢を決定する第１ステップと、前記第１ステップで決定した先端位置及び姿勢を維持したまま、ワークに設けた所定の比較基準点から前記多関節ロボットの比較対象点までの距離が最大となるように前記多関節ロボットの姿勢を決定する第２ステップと、を実行することを特徴とする。ここで、ワークとは、多関節ロボットの作業対象物に限らず、その周辺障害物を含む。
【００１１】
このように、多関節ロボットの先端位置及び姿勢を維持したまま、比較基準点と比較対象点との距離が最大となるように多関節ロボットの姿勢を決定することにより、多関節ロボットとワークとの干渉を効率的に回避することができる。
【００１２】
この場合、前記比較対象点は、前記多関節ロボットの所定関節の中心に設定されていると、より効率的に干渉を回避することができる。
【００１３】
また、前記比較対象点は、前記多関節ロボットの２つの関節を接続するアームの中点に設定されていると、２つの関節をそれぞれワークから離間させることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法は、７軸以上の関節を備え、姿勢の冗長性を有する多関節ロボットの先端位置及び姿勢を決定する第１ステップと、前記第１ステップで決定した先端位置及び姿勢を維持したまま、ワークに設けた複数の比較基準点から前記多関節ロボットの比較対象点までの各距離を求め、それぞれに重み付けをする第２ステップと、重み付けをした前記距離の和が最大となるように前記多関節ロボットの姿勢を決定する第３ステップと、を実行することを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法は、７軸以上の関節を備え、姿勢の冗長性を有する多関節ロボットの先端位置及び姿勢を決定する第１ステップと、前記第１ステップで決定した先端位置及び姿勢を維持したまま、ワークに設けた所定の比較基準点から前記多関節ロボットの複数の比較対象点までの各距離を求め、それぞれに重み付けをする第２ステップと、重み付けをした前記距離の和が最大となるように前記多関節ロボットの姿勢を決定する第３ステップと、を実行することを特徴とする。
【００１６】
このように、比較基準点又は比較対象点を複数設定し、比較基準点と比較対象点とのそれぞれの距離に重み付けをして加算した変数が最大となるように多関節ロボットの姿勢を決定することにより、ワークＷが複雑な形状である場合や、多関節ロボットが多数の関節を備える場合に、干渉するおそれのある箇所同士をそれぞれバランスよく離間させることができる。
【００１７】
前記多関節ロボットの先端部を前記ワークに倣わせて移動させながら、リアルタイムで前記多関節ロボットの姿勢を決定するようにしてもよい。
【００１８】
前記多関節ロボットはベース部が移動可能であり、前記比較基準点は、前記多関節ロボットの移動に伴い、該多関節ロボットとの相対的な位置を保持するように移動設定してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る多関節ロボットの干渉回避方法が適用される３次元形状測定システム１０は、車両の形状をしたワークＷの３次元形状を測定するシステムであって、ワークＷの面形状を測定するレーザスキャナ１２をエンドエフェクタとして備えた多関節ロボット１４と、レーザスキャナ１２の位置を検出する位置検出装置１６と、多関節ロボット１４及び位置検出装置１６から供給されるデータを処理するデータ処理部１８とを有する。多関節ロボット１４は、移動台車２２上に載置されており、該移動台車２２の内部には、多関節ロボット１４を制御する制御部１９が設けられている。ワークＷは形状がデータ化されていないクレーモデルであって、制御部１９において形状が認識されていない。
【００２１】
多関節ロボット１４は７軸の関節を備え、姿勢の冗長性を有する。すなわち、多関節ロボット１４は、レーザスキャナ１２の位置及び姿勢を保持したまま様々な姿勢（理論上、無限大個の姿勢）をとり得る。図２に示すように、多関節ロボット１４の先端部３６には、支持部２０ａを介してワークＷ（図３参照）までの距離を測定するレーザ変位計２０が設けられている。
【００２２】
多関節ロボット１４は、図１に示すように、矢印Ａで示される基本のティーチングデータに基づきワークＷの面に沿ってレーザスキャナ１２を移動させる。このとき、レーザ変位計２０のデータを参照しながら、レーザスキャナ１２をワークＷの表面から所定の距離であるＬ±εとなるように維持しながら移動させる。
【００２３】
また、多関節ロボット１４が載置される移動台車２２上は自走可能であり、ワークＷの縦方向軸２４と平行に延在するレール２６に沿って移動することができる。多関節ロボット１４は移動可能であることから、ワークＷの所定区域毎の測定を行った後に多関節ロボット１４を移動させて次の区域の測定を行うことができる。縦方向軸２４はワークＷの位置を示すためにワークＷの中心に設定される仮想の軸であり、該縦方向軸２４における多関節ロボット１４の略正面には比較基準点Ｐ１が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、多関節ロボット１４は、ベース部３０と、該ベース部３０を基準にして、順に第１アーム３２、第２アーム３４を有し、第２アーム３４の先の先端部３６に前記レーザスキャナ１２が設けられている。第１アーム３２はベース部３０に対して水平及び垂直に回動可能な軸Ｊ１、Ｊ２によって接続されている。また、第１アーム３２は途中の軸Ｊ３によって捻り回転が可能である。
【００２５】
第２アーム３４は第１アーム３２と軸Ｊ４で回動可能に連結されている。第２アーム３４は途中の軸Ｊ５によって捻り回転が可能である。
【００２６】
先端部３６は第２アーム３４と軸Ｊ６で回動可能に連結されており、軸Ｊ７により捻り回転が可能である。
【００２７】
このように多関節ロボット１４は７軸の関節を有することから、前記のとおり姿勢の冗長性を有し、人間の腕のように自由な動作が可能である。また、軸Ｊ４は、人間の腕における肘部とみなすことができ、上下左右に突出しやすい。従って、軸Ｊ４はワークＷに対しても干渉を起こしやすいが、本実施の形態に係る多関節ロボット１４の干渉回避方法を行うことにより、この干渉を効率的に回避することができる。軸Ｊ４の中心部には、比較基準点Ｐ１（図１参照）に対する仮想的な対象点である比較対象点Ｑ１が設定されている。
【００２８】
多関節ロボット１４の軸Ｊ１〜Ｊ７は、全てが回転動作を行う軸である必要はなく、姿勢の冗長性を有する構成であれば、伸縮動作、平行リンク動作等の動作部を有するものであってもよい。関節の構成は８軸以上であってもよい。
【００２９】
図３に示すように、レーザスキャナ１２は、３つの突起部にそれぞれ赤外線ＬＥＤ４０を備えている。位置検出装置１６（図１参照）は、１次元ＣＣＤからなる３つの検出部４２により赤外線ＬＥＤ４０が発光する赤外線を検出して３次元空間上におけるレーザスキャナ１２の位置を正確に検出することができる。検出部４２は、２個以上の２次元ＣＣＤでもよい。
【００３０】
具体的には、３つの赤外線ＬＥＤ４０からのエネルギーを検出部４２によってそれぞれ検出し、各検出部４２から赤外線ＬＥＤ４０の方向を認識する。これにより、レーザスキャナ１２の空間的位置及び姿勢を求めることができる。この処理はリアルタイムで行われる。
【００３１】
レーザスキャナ１２は、投光部５０からレーザを矢印Ｂ方向に走査しながらワークＷに照射して幅Ｄの区間の形状を測定することができる。また、レーザスキャナ１２は、ワークＷの表面から投光部５０までの距離がＬ±εの範囲に設定されている必要があり、レーザ変位計２０によってこの距離を測定している。該レーザ変位計２０による測定データは、制御部１９に供給されて処理され、レーザスキャナ１２が適切な位置となるように多関節ロボット１４の姿勢を制御する。
【００３２】
図４に示すように、制御部１９はサーボドライバ５２を介して多関節ロボット１４を動作させる運動制御ボード５４と、入出力インターフェース５６と、コンピュータ５８とを有する。コンピュータ５８は、運動制御ボード５４及び入出力インターフェース５６と接続されており、制御部１９全体の制御を行う。
【００３３】
制御部１９は、レーザスキャナインターフェース６０を介してレーザスキャナ１２の計測データを取得することができる。また、制御部１９は、アンプ６２を介して走行軸モータ６４を動作させ、移動台車２２を自走させることができる。さらに、制御部１９は、矢印Ａ（図１参照）で示される基本のティーチングデータを設定するためのティーチングボックス６６及び操作ボックス６８と接続されており、相互にデータ通信が可能である。移動台車２２には無停電電源を搭載し、該無停電電源を介して制御部１９等に電源を供給するようにすると、動作信頼性が向上する。
【００３４】
次に、このように構成される３次元形状測定システム１０を用いて、多関節ロボット１４のワークＷに対する干渉を回避する方法について図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３５】
先ず、ステップＳ１において、ティーチングボックス６６（図４参照）を用いて、矢印Ａ（図１参照）で示される基本のティーチングデータを設定する。このティーチングデータは、ワークＷから適当な距離だけ離間したおおよその経路を示すものであればよく、ワークＷの形状が正確に把握されていない状況でも設定可能である。
【００３６】
次に、ティーチングデータに基づいて多関節ロボット１４を動作させるとともに、位置検出装置１６でレーザスキャナ１２の位置を検出しながら該レーザスキャナ１２によってワークＷの形状を測定し、測定したデータをデータ処理部１８に供給する。
【００３７】
具体的には、先ず、ステップＳ２において、ティーチングデータで示される位置にレーザスキャナ１２を配置させ、レーザ変位計２０によりレーザスキャナ１２とワークＷの表面との距離を測定する。この距離がＬ±εの範囲内に入っていないときには、レーザスキャナ１２をワークＷに対して進退させてＬ±εとなるように設定する。
【００３８】
このようにして先端部３６及びレーザスキャナ１２の位置及び姿勢が決定される。なお、このステップＳ２の処理は、先端部３６及びレーザスキャナ１２の位置及び姿勢が計算上で決定されればよく、この時点で多関節ロボット１４を実際に動作させる必要はない。
【００３９】
次に、ステップＳ３において、前記ステップＳ２（又はステップＳ５）で決定した先端部３６の位置及び姿勢を維持したまま、多関節ロボット１４の軸Ｊ１〜Ｊ７の姿勢を決定する。この際、多関節ロボット１４は、７軸の関節を備え姿勢の冗長性を有することから、とり得る姿勢は理論上無限通り存在する。
【００４０】
ところで、ワークＷと多関節ロボット１４との干渉は回避しなければならないが、ワークＷはクレーモデルであって、正確な形状は制御部１９で認識されていない。実際上、ワークＷに対して干渉する可能性が大きい箇所は、人間の腕でいう肘部に相当する軸Ｊ４であることは明らかである。そこで、本実施の形態に係る多関節ロボット１４の干渉回避方法では、ワークＷの中心部に設けた比較基準点Ｐ１から、多関節ロボット１４の軸Ｊ４に設けたの比較対象点Ｑ１までの距離Ｍ（図６参照）が最大となるように多関節ロボット１４の軸Ｊ１〜Ｊ７の姿勢を決定する。
【００４１】
つまり、多関節ロボット１４の姿勢を決定する条件は２つあり、１つは、ステップＳ２で求めた先端部３６及びレーザスキャナ１２の位置及び姿勢であり、もう１つは、比較基準点Ｐ１から比較対象点Ｑ１までの距離Ｍが最大となることである。このステップＳ３の詳細な処理については後述する。
【００４２】
次に、ステップＳ４において、前記ステップＳ３で求めた結果に基づいて多関節ロボット１４を実際に動作させる。これにより、レーザスキャナ１２はワークＷに対してＬ±εの範囲となってワークＷの形状を測定することができる。測定したデータは、レーザスキャナインターフェース６０及び制御部１９を介してデータ処理部１８に供給される。該データ処理部１８には、位置検出装置１６からレーザスキャナ１２の位置及び姿勢に関するデータが供給されることから、結果としてデータ処理部１８においてワークＷの表面形状を正確に測定することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ５において、先端部３６及びレーザスキャナ１２を移動させる位置を求める。この移動は、現在の先端部３６及びレーザスキャナ１２の位置及び姿勢に基づいて、矢印Ａで示される方向と略同じ方向に設定すればよい。また、レーザ変位計２０のデータを考慮し、レーザスキャナ１２がワークＷの表面に対してＬ±εの範囲を逸脱しないように適当な補正をかけて移動方向を決定すればよい。例えば、レーザスキャナ１２とワークＷとの距離がＬ＋εに近い値であるときには先端部３６及びレーザスキャナ１２をワークＷに接近させる方向に補正し、レーザスキャナ１２とワークＷとの距離がＬ−εに近い値であるときには先端部３６及びレーザスキャナ１２をワークＷから離間させる方向に補正すればよい。
【００４４】
なお、この移動方向は、現在の先端部３６及びレーザスキャナ１２の位置及び姿勢に基づいて決定すればよく、先端部３６及びレーザスキャナ１２を、矢印Ａで示されるティーチングデータの位置まで戻す必要はない。これにより、レーザスキャナ１２をワークＷの表面に対してＬ±εの距離に保ったまま測定を連続的に続行することができる。
【００４５】
この後、前記ステップＳ３に戻り、ステップＳ５で決定した先端部３６の位置及び姿勢を維持したまま、多関節ロボット１４の軸Ｊ１〜Ｊ７の姿勢を決定し、測定を続行する。このようにステップＳ３〜Ｓ５を連続的に実行することにより、レーザスキャナ１２がワークＷに対して距離Ｌ±εに保たれたまま倣い動作を行うことができ、リアルタイムにワークＷの形状を測定することができる。
【００４６】
換言すると、多関節ロボット１４の先端部３６をワークＷに倣わせて移動させながらリアルタイムで多関節ロボット１４の姿勢を決定することにより、正確な形状が不明である種々のワークＷに対して、干渉を回避させながら形状の計測を行うことができる。
【００４７】
矢印Ａで示されるティーチングデータに基づいてワークＷの測定を行った後、別のティーチングデータ（例えば、矢印Ａに対して隣接し、略平行で反対方向のティーチングデータ）に基づいて同様の測定を行う。
【００４８】
さらにまた、所定本数のティーチングデータに基づいて、ワークＷの所定区域の測定が終了した後、走行軸モータ６４（図４参照）を駆動させて移動台車２２をレール２６（図１参照）に沿って移動させ、隣接する区域について同様の測定を行う。この場合、移動台車２２の移動量Ｙ１に応じて、比較基準点Ｐ１も同方向に移動量Ｙ１だけ距離を移動させるとよい。このようにすると、比較基準点Ｐ１は、多関節ロボット１４の略正面の位置に保たれ、ワークＷと多関節ロボット１４との干渉を回避しやすい。
【００４９】
また、移動台車２２の移動に無関係に固定された比較基準点Ｐ１０を比較基準点Ｐ１の代わりとして用いてもよい。特に、ワークＷの形状が比較的単純である場合に、比較基準点Ｐ１０をワークＷの中心部に設けるとよい。実際上、車両の形状のワークＷに対しては固定された比較基準点Ｐ１０が有効である。比較基準点Ｐ１０は、移動台車２２の位置に応じて移動させる必要がないことから、制御手順が簡素化される。この固定された比較基準点Ｐ１０を用いることにより、多関節ロボット１４を任意の配置に設定可能であり、例えば、多関節ロボット１４をワークＷの正面に配置して、フロントウィンド及びボンネットの形状を測定することができる。
【００５０】
次に、前記ステップＳ３の詳細な処理について図６を参照しながら説明する。
【００５１】
７自由度を有する多関節ロボット１４は、その第ｉ関節（ｉ＝１、２、…７）の関節変数をｑ_ｉとしたとき、アームの姿勢を示すベクトルｑは、ｑ＝［ｑ_１、ｑ_２、…ｑ_７］^Ｔと表される。レーザスキャナ１２の絶対位置を（ｘ、ｙ、ｚ）、姿勢を（φ、θ、ψ）と表したとき、作業変数ｙはｙ＝［ｘ、ｙ、ｚ、φ、θ、ψ］^Ｔと表される。このとき、多関節ロボット１４の目標軌道ｙ_ｄ（ｔ）が与えられたときの目標関節角度ｑ_ｄの時間微分値である目標関節速度ｑ_ｄ’（＝ｄｑ_ｄ／ｄｔ）に関する一般解は（１）式で与えられる。
ｑ_ｄ’＝Ｊ^＋ｙ_ｄ’＋（Ｉ−Ｊ^＋Ｊ）ｋ …（１）
【００５２】
ここでＪはｙのｑに関するヤコビ行列Ｊ（ｑ）＝ｄｙ／ｄｑ^Ｔ、Ｉは適当なサイズの単位行列、Ｊ^＋はＪに関する一般化逆行列、ｋは７次元任意定数ベクトル、ｙ_ｄ’は目標軌跡ｙ_ｄの時間微分値である。（１）式の第１項はｙ_ｄを実現するための１つの関節速度で、第２項は解の冗長性を表すことになる。
【００５３】
目標軌跡ｙ_ｄを実現し、その際に残った冗長性を利用するための評価関数ｐを（２）式で表す。
ｐ＝Ｖ（ｑ） …（２）
【００５４】
このような評価関数ｐをできるだけ大きくするような解の１つは、（１）式のｋを次の（３）式、（４）式及び（５）式により求めればよい。
ｋ＝ξｋ_ｐ …（３）
ξ＝［ξ_１、ξ_２、…、ξ_７］^Ｔ …（４）
ξ_ｌ＝∂Ｖ（ｑ）／∂ｑ_ｌ …（５）
【００５５】
ここでｋ_ｐは適当な正の定数である。
【００５６】
つまり、評価関数ｐ＝Ｖ（ｑ）を比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１の距離Ｍとして記述して解けば多関節ロボット１４の姿勢を求めることができる。
【００５７】
具体的には、多関節ロボット１４が図６のようにモデル化して表される場合、比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１との距離Ｍの二乗Ｍ^２は、

として表される。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ比較基準点Ｐ１の絶対座標、ｌ_１、ｌ_２はベース部３０及び第１アーム３２の長さ、ｑ_１、ｑ_２は軸Ｊ１、Ｊ２の回動角度である。このようにして求められる距離Ｍの二乗Ｍ^２を評価関数ｐ＝Ｖ（ｑ）に適用して多関節ロボット１４の姿勢を求めればよい。
【００５８】
また、ステップＳ３の処理をブロック図として表わす場合、図７に示すように、フィードフォワードの作用を持つ干渉回避計算モジュール８２と、該干渉回避計算モジュール８２の出力値を積分する積分器８４等で表される。これらの干渉回避計算モジュール８２及び積分器８４等は、多関節ロボット１４からのフィードバック信号であるｑ（ｔ）及びその時間微分値であるｑ’（ｔ）（＝ｄｑ（ｔ）／ｄｔ）に基づいて出力信号を算出することができる。
【００５９】
次に、本実施の形態に係る多関節ロボット１４の干渉回避方法の第１〜３の変形例について説明する。
【００６０】
図８に示すように、第１の変形例では、比較対象点Ｑ１を軸Ｊ４と軸Ｊ６を接続する第２アーム３４の中点に設定する。つまり、第２アーム３４の長さｌ_３に対して、軸Ｊ４及び軸Ｊ６からの距離がそれぞれｌ_３／２となる位置に比較対象点Ｑ１を設定し、その他の処理は、上記の実施の形態と同様に行う。
【００６１】
この第１の変形例では、軸Ｊ６よりも先の部分である先端部３６が長く、軸Ｊ４に加えて軸Ｊ６も肘部の１つとみなされ、ワークＷに対して軸Ｊ４及び軸Ｊ６のいずれか一方の干渉を回避させても他方が干渉するおそれがあるような場合に有効である。つまり、干渉のおそれのある軸Ｊ４と軸Ｊ６の中点を比較対象点Ｑ１とすることにより、軸Ｊ４及び軸Ｊ６の双方をワークＷに対して干渉を回避させることができる。
【００６２】
また、例えば、統計的手法等により、多関節ロボット１４におけるワークＷに対して干渉する確率の高い箇所が求められる場合には、その箇所に比較対象点Ｑ１を設定してもよい。
【００６３】
図９に示すように、第２の変形例では、ワークＷにおいて、比較基準点Ｐ１に加えて別の箇所に比較基準点Ｐ２を設定し、比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１との距離Ｍ１、及び比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１との距離Ｍ２を求める。
【００６４】
次に、上記の実施の形態における距離Ｍに相当する変数Ｎの二乗Ｎ^２を、Ｎ^２＝α１・Ｍ１^２＋α２・Ｍ２^２として求め、前記（２）式の評価関数に対して適用すればよい。ここで、α１及びα２は、適当な重み付け係数である。α１及びα２はそれぞれ同値であってもよい。
【００６５】
このように、比較基準点Ｐ１の他に比較基準点Ｐ２を設ける方法は、ワークＷが複雑な形状である場合に有効である。例えば、比較基準点Ｐ２をバックミラー８０のような突起部に設定することにより、このバックミラー８０に対して軸Ｊ４を離間させることができる。
【００６６】
また、ワークＷの概略表面形状が既知である場合には、その表面形状に沿って比較基準点を３以上設定してもよい。この場合、各比較基準点から比較対象点Ｑ１までの距離を求め、重み付けをして加算し（２）式の評価関数に適用すればよい。さらに、比較基準点Ｐ２は、ワークＷ以外の周辺の障害物に設定してもよい。
【００６７】
図１０に示すように、第３の変形例では、９つの軸Ｊ１〜Ｊ９を備える多関節ロボット１４ａとワークＷとの干渉を回避させる。多関節ロボット１４ａは、９つの軸Ｊ１〜Ｊ９を備え、肘に相当する箇所が軸Ｊ４、Ｊ６及びＪ８の３箇所存在する。これらの各軸Ｊ４、Ｊ６及びＪ８にそれぞれ比較対象点Ｑ１、Ｑ２及びＱ３を設定し、比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１との距離Ｍ１、及び比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ１との距離Ｍ２、及び、比較基準点Ｐ１と比較対象点Ｑ３との距離Ｍ３を求める。
【００６８】
次に、上記の実施の形態における距離Ｍに相当する変数Ｎの二乗Ｎ^２を、Ｎ^２＝α１・Ｍ１^２＋α２・Ｍ２^２＋α３・Ｍ３^２として求め、前記（２）式の評価関数に対して適用すればよい。ここで、α１、α２及びα３は、適当な重み付け係数である。α１、α２及びα３はそれぞれ同値であってもよい。
【００６９】
このように、多数の関節を備え、ワークＷに干渉するおそれのある箇所が複数存在する多関節ロボット１４ａに対しては、干渉するおそれのある箇所それぞれに比較対象点Ｑ１、Ｑ２及びＱ３を設けるとよい。これにより、比較対象点Ｑ１〜Ｑ３をバランスよくワークＷから離間させることができ、干渉を回避させることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態に係る多関節ロボットの干渉回避方法は、３次元形状測定システム１０に適用し、比較基準点Ｐ１をワークＷに設定したが、該比較基準点Ｐ１は、ワークＷ以外の周辺の障害物に設定してもよい。
【００７１】
本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至手順を採り得ることはもちろんである。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多関節ロボットの干渉回避方法では、７軸以上の関節を備え、姿勢の冗長性を有する多関節ロボットの先端位置及び姿勢を維持したまま、ワークの比較基準点と多関節ロボットの比較対象点との距離が最大となるように多関節ロボットの姿勢を決定する。従って、多関節ロボットとワークとの干渉を効率的に回避することができる。
【００７３】
また、比較基準点又は比較対象点を複数設定し、比較基準点と比較対象点とのそれぞれの距離に重み付けをして加算した変数が最大となるように多関節ロボットの姿勢を決定してもよい。これにより、ワークＷが複雑な形状である場合や、多関節ロボットが多数の関節を備える場合に、干渉するおそれのある箇所同士をそれぞれバランスよく離間させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る多関節ロボットの干渉回避方法が適用される３次元形状測定システムの概略斜視図である。
【図２】レーザスキャナを備える多関節ロボット及び該多関節ロボットが載置される移動台車を示す斜視図である。
【図３】レーザスキャナ及びレーザ変位計を用いてワークの形状を測定する様子を示す概略斜視図である。
【図４】本実施の形態に係る多関節ロボットの干渉回避方法が適用される３次元形状測定システムの概略ブロック図である。
【図５】本実施の形態に係る多関節ロボットの干渉回避方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】ワークの比較基準点と多関節ロボットの肘部に設定された比較対象点との距離を示すモデル図である。
【図７】コンピュータの内部における多関節ロボットの姿勢を決定する部分の作用を示すブロック図である。
【図８】ワークの比較基準点と多関節ロボットのアームの中点に設定された比較対象点との距離を示すモデル図である。
【図９】ワークの複数の比較基準点と多関節ロボットの肘部に設定された比較対象点との各距離を示すモデル図である。
【図１０】ワークの比較基準点と多関節ロボットの複数の比較対象点との各距離を示すモデル図である。
【符号の説明】
１０…３次元形状測定システム１２…レーザスキャナ
１４、１４ａ…多関節ロボット１６…位置検出装置
１８…データ処理部１９…制御部
２０…レーザ変位計２２…移動台車
２４…縦方向軸３２…第１アーム
３４…第２アーム３６…先端部
４０…赤外線ＬＥＤ４２…検出部
Ｊ１〜Ｊ７…軸Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…距離
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１０…比較基準点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３…比較対象点
Ｗ…ワーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference avoidance method for an articulated robot having joints of seven or more axes and having posture redundancy, and in particular, an elbow joint or the like while holding a tip portion in an appropriate position and posture with respect to a workpiece. The present invention relates to an interference avoidance method for an articulated robot that prevents interference with a workpiece.
[0002]
[Prior art]
Articulated robots having a dedicated end effector at the tip are widely used for welding work, painting work, and the like. As for the posture of the multi-joint robot, after first determining the position and posture of the end effector with respect to the workpiece, the movement of other joints may be obtained while maintaining this position and posture.
[0003]
In order to set the end effector in a free position and posture with respect to the workpiece, a so-called six-degree-of-freedom operation is required, and the articulated robot needs a six-axis joint to realize this. In order to realize the position and posture of the end effector, the 6-axis articulated robot can take a finite number of postures, and any of these postures may be selected. However, a 6-axis articulated robot may not have an appropriate posture in consideration of other conditions (for example, interference avoidance) in addition to the position and posture conditions of the end effector. Since the performance is inferior, a 7-axis articulated robot is used in order to provide redundancy, which is the ability to freely set the attitude of the articulated robot with the position and orientation of the end effector determined.
[0004]
However, while the 7-axis articulated robot has redundancy, the control method is somewhat complicated. As a method of controlling a seven-axis articulated robot, a method of controlling by using a master / slave structure and providing a sensor at the elbow joint of the master has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-300871
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A 7-axis articulated robot can perform various actions such as avoiding singular postures, avoiding obstacles, and avoiding mechanical limitations by using redundancy, but the control algorithm becomes complicated and What kind of posture should be set accordingly becomes a problem.
[0007]
In particular, there is no method for efficiently avoiding interference with a workpiece or an obstacle when the motion is not determined in advance and it is necessary to determine the posture in real time according to the shape of the workpiece.
[0008]
The technique of Patent Document 1 has a master / slave structure and is semi-automatic because it requires an operator to intervene. Therefore, the articulated robot as a slave cannot be automatically operated.
[0009]
The present invention has been made in consideration of such problems, and is an articulated robot that can efficiently avoid interference with a workpiece while maintaining the tip position and posture of the articulated robot. An object is to provide an interference avoidance method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention includes a first step of determining a tip position and a posture of a multi-joint robot having joints having seven or more axes and having posture redundancy, and the first step is determined in the first step. A second step of determining the posture of the articulated robot so that the distance from the predetermined comparison reference point provided on the workpiece to the comparison target point of the articulated robot is maximized while maintaining the tip position and posture; It is characterized by performing. Here, the work is not limited to the work target of the articulated robot, but includes surrounding obstacles.
[0011]
Thus, by determining the posture of the articulated robot so that the distance between the comparison reference point and the comparison target point is maximized while maintaining the tip position and posture of the articulated robot, Can be efficiently avoided.
[0012]
In this case, when the comparison target point is set at the center of the predetermined joint of the articulated robot, interference can be avoided more efficiently.
[0013]
Further, when the comparison target point is set to the midpoint of the arm connecting the two joints of the multi-joint robot, the two joints can be separated from the workpiece.
[0014]
Furthermore, the multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention includes a first step of determining a tip position and a posture of a multi-joint robot having seven or more joints and having posture redundancy, and the first step. While maintaining the determined tip position and posture, each distance from the plurality of comparison reference points provided on the workpiece to the comparison target point of the articulated robot is obtained, and the second step of weighting each, and the weighted And a third step of determining the posture of the articulated robot so that the sum of distances is maximized.
[0015]
Furthermore, the multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention includes a first step of determining a tip position and a posture of a multi-joint robot having seven or more joints and having posture redundancy, and the first step. A second step of obtaining each distance from a predetermined comparison reference point provided on the workpiece to a plurality of comparison target points of the articulated robot and weighting each distance while maintaining the tip position and posture determined in step And a third step of determining the posture of the articulated robot so as to maximize the sum of the distances.
[0016]
In this way, a plurality of comparison reference points or comparison target points are set, and the posture of the articulated robot is determined so that the variable added by weighting the distance between the comparison reference point and the comparison target point is maximized. As a result, when the workpiece W has a complicated shape, or when the multi-joint robot includes a large number of joints, it is possible to separate the portions that may interfere with each other in a balanced manner.
[0017]
You may make it determine the attitude | position of the said articulated robot in real time, moving the front-end | tip part of the said articulated robot following the said workpiece | work.
[0018]
The base of the articulated robot may be movable, and the comparison reference point may be set to move so as to maintain a relative position with the articulated robot as the articulated robot moves.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0020]
As shown in FIG. 1, a three-dimensional shape measurement system 10 to which the multi-joint robot interference avoidance method according to the present embodiment is applied is a system that measures a three-dimensional shape of a workpiece W having the shape of a vehicle. The multi-joint robot 14 provided with a laser scanner 12 for measuring the surface shape of the workpiece W as an end effector, the position detection device 16 for detecting the position of the laser scanner 12, the multi-joint robot 14 and the position detection device 16 are supplied. And a data processing unit 18 for processing data. The articulated robot 14 is placed on a movable carriage 22, and a control unit 19 that controls the articulated robot 14 is provided inside the movable carriage 22. The workpiece W is a clay model whose shape is not converted into data, and the shape is not recognized by the control unit 19.
[0021]
The multi-joint robot 14 has 7-axis joints and has posture redundancy. That is, the articulated robot 14 can take various postures (theoretically infinite postures) while maintaining the position and posture of the laser scanner 12. As shown in FIG. 2, a laser displacement meter 20 that measures the distance to the workpiece W (see FIG. 3) via the support portion 20 a is provided at the distal end portion 36 of the articulated robot 14.
[0022]
As shown in FIG. 1, the articulated robot 14 moves the laser scanner 12 along the surface of the workpiece W based on basic teaching data indicated by an arrow A. At this time, the laser scanner 12 is moved while maintaining a predetermined distance L ± ε from the surface of the work W while referring to the data of the laser displacement meter 20.
[0023]
The movable carriage 22 on which the articulated robot 14 is placed can be self-propelled and can move along a rail 26 that extends parallel to the longitudinal axis 24 of the workpiece W. Since the articulated robot 14 is movable, the articulated robot 14 can be moved after the measurement for each predetermined area of the workpiece W to measure the next area. The vertical axis 24 is a virtual axis that is set at the center of the workpiece W to indicate the position of the workpiece W, and a comparison reference point P1 is provided substantially in front of the articulated robot 14 on the vertical axis 24. Yes.
[0024]
As shown in FIG. 2, the articulated robot 14 includes a base portion 30, a first arm 32 and a second arm 34 in order with respect to the base portion 30, and a tip end portion of the second arm 34. The laser scanner 12 is provided at 36. The first arm 32 is connected to the base portion 30 by axes J1 and J2 that can be rotated horizontally and vertically. The first arm 32 can be twisted and rotated by a shaft J3 in the middle.
[0025]
The second arm 34 is connected to the first arm 32 so as to be rotatable about an axis J4. The second arm 34 can be twisted and rotated by a shaft J5 on the way.
[0026]
The distal end portion 36 is connected to the second arm 34 so as to be rotatable about the axis J6, and can be twisted and rotated about the axis J7.
[0027]
Since the articulated robot 14 has 7-axis joints as described above, it has posture redundancy as described above, and can freely move like a human arm. In addition, the axis J4 can be regarded as an elbow portion of a human arm, and easily protrudes vertically and horizontally. Therefore, although the axis J4 is likely to cause interference with the workpiece W, this interference can be efficiently avoided by performing the interference avoidance method of the articulated robot 14 according to the present embodiment. A comparison target point Q1, which is a virtual target point with respect to the comparison reference point P1 (see FIG. 1), is set at the center of the axis J4.
[0028]
All of the axes J1 to J7 of the articulated robot 14 do not have to be rotational axes, and have an operation unit such as an expansion / contraction operation and a parallel link operation as long as the posture is redundant. May be. The configuration of the joint may be eight or more axes.
[0029]
As shown in FIG. 3, the laser scanner 12 includes infrared LEDs 40 at three protrusions. The position detection device 16 (see FIG. 1) can detect the position of the laser scanner 12 in the three-dimensional space by detecting the infrared light emitted from the infrared LED 40 by the three detection units 42 formed of a one-dimensional CCD. . The detection unit 42 may be two or more two-dimensional CCDs.
[0030]
Specifically, the energy from the three infrared LEDs 40 is detected by the detection unit 42, and the direction of the infrared LED 40 is recognized from each detection unit 42. Thereby, the spatial position and orientation of the laser scanner 12 can be obtained. This process is performed in real time.
[0031]
The laser scanner 12 can measure the shape of the section of the width D by irradiating the workpiece W while scanning the laser beam from the light projecting unit 50 in the arrow B direction. In the laser scanner 12, the distance from the surface of the workpiece W to the light projecting unit 50 needs to be set in a range of L ± ε, and the laser displacement meter 20 measures this distance. Data measured by the laser displacement meter 20 is supplied to the control unit 19 and processed to control the posture of the articulated robot 14 so that the laser scanner 12 is in an appropriate position.
[0032]
As shown in FIG. 4, the control unit 19 includes a motion control board 54 that operates the articulated robot 14 via a servo driver 52, an input / output interface 56, and a computer 58. The computer 58 is connected to the motion control board 54 and the input / output interface 56 and controls the entire control unit 19.
[0033]
The control unit 19 can acquire measurement data of the laser scanner 12 via the laser scanner interface 60. Further, the control unit 19 can operate the traveling shaft motor 64 via the amplifier 62 to cause the mobile carriage 22 to self-run. Further, the control unit 19 is connected to a teaching box 66 and an operation box 68 for setting basic teaching data indicated by an arrow A (see FIG. 1), and can perform data communication with each other. If the mobile carriage 22 is equipped with an uninterruptible power supply and the power is supplied to the control unit 19 and the like via the uninterruptible power supply, the operation reliability is improved.
[0034]
Next, a method for avoiding interference of the articulated robot 14 with respect to the workpiece W using the three-dimensional shape measurement system 10 configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0035]
First, in step S1, basic teaching data indicated by an arrow A (see FIG. 1) is set using a teaching box 66 (see FIG. 4). The teaching data only needs to indicate an approximate route separated from the workpiece W by an appropriate distance, and can be set even when the shape of the workpiece W is not accurately grasped.
[0036]
Next, the articulated robot 14 is operated based on the teaching data, and the shape of the workpiece W is measured by the laser scanner 12 while detecting the position of the laser scanner 12 by the position detection device 16, and the measured data is subjected to data processing. Supply to unit 18.
[0037]
Specifically, first, in step S <b> 2, the laser scanner 12 is arranged at a position indicated by teaching data, and the distance between the laser scanner 12 and the surface of the workpiece W is measured by the laser displacement meter 20. When this distance does not fall within the range of L ± ε, the laser scanner 12 is set to advance and retract with respect to the workpiece W so as to be L ± ε.
[0038]
In this way, the positions and postures of the tip portion 36 and the laser scanner 12 are determined. In the process of step S2, the positions and postures of the distal end portion 36 and the laser scanner 12 may be determined by calculation, and it is not necessary to actually operate the articulated robot 14 at this point.
[0039]
Next, in step S3, the postures of the axes J1 to J7 of the articulated robot 14 are determined while maintaining the position and posture of the distal end portion 36 determined in step S2 (or step S5). At this time, since the multi-joint robot 14 has seven-axis joints and has posture redundancy, there are theoretically infinite number of possible postures.
[0040]
Incidentally, it is necessary to avoid the interference between the workpiece W and the articulated robot 14, but the workpiece W is a clay model, and the accurate shape is not recognized by the control unit 19. In practice, it is clear that the portion having a high possibility of interference with the workpiece W is the axis J4 corresponding to the elbow portion of a human arm. Therefore, in the interference avoidance method for the articulated robot 14 according to the present embodiment, the distance from the comparison reference point P1 provided at the center of the workpiece W to the comparison target point Q1 provided on the axis J4 of the articulated robot 14. The postures of the axes J1 to J7 of the articulated robot 14 are determined so that M (see FIG. 6) is maximized.
[0041]
That is, there are two conditions for determining the posture of the articulated robot 14, one is the position and posture of the tip 36 and the laser scanner 12 obtained in step S2, and the other is from the comparison reference point P1. That is, the distance M to the comparison target point Q1 is maximized. Detailed processing in step S3 will be described later.
[0042]
Next, in step S4, the articulated robot 14 is actually operated based on the result obtained in step S3. Thereby, the laser scanner 12 can measure the shape of the workpiece W within a range of L ± ε with respect to the workpiece W. The measured data is supplied to the data processing unit 18 via the laser scanner interface 60 and the control unit 19. Since the data processing unit 18 is supplied with data relating to the position and orientation of the laser scanner 12 from the position detection device 16, the data processing unit 18 can accurately measure the surface shape of the workpiece W as a result.
[0043]
Next, in step S5, a position for moving the tip 36 and the laser scanner 12 is obtained. This movement may be set in substantially the same direction as the direction indicated by the arrow A based on the current position and orientation of the distal end portion 36 and the laser scanner 12. Further, in consideration of the data of the laser displacement meter 20, the moving direction may be determined by performing an appropriate correction so that the laser scanner 12 does not deviate from the range of L ± ε with respect to the surface of the workpiece W. For example, when the distance between the laser scanner 12 and the workpiece W is close to L + ε, the tip 36 and the laser scanner 12 are corrected so as to approach the workpiece W, and the distance between the laser scanner 12 and the workpiece W is L−ε. When the value is close to, the tip 36 and the laser scanner 12 may be corrected in the direction away from the workpiece W.
[0044]
The moving direction may be determined based on the current position and orientation of the tip portion 36 and the laser scanner 12, and it is necessary to return the tip portion 36 and the laser scanner 12 to the teaching data position indicated by the arrow A. Absent. Thereby, the measurement can be continuously continued while the laser scanner 12 is kept at a distance of L ± ε with respect to the surface of the workpiece W.
[0045]
Thereafter, returning to the step S3, the postures of the axes J1 to J7 of the articulated robot 14 are determined while maintaining the position and posture of the tip portion 36 determined in step S5, and the measurement is continued. By continuously executing steps S3 to S5 in this way, the laser scanner 12 can perform a copying operation while being kept at a distance L ± ε with respect to the workpiece W, and measure the shape of the workpiece W in real time. can do.
[0046]
In other words, by determining the posture of the articulated robot 14 in real time while moving the tip portion 36 of the articulated robot 14 following the work W, for various workpieces W whose exact shape is unknown, The shape can be measured while avoiding interference.
[0047]
After measuring the workpiece W based on the teaching data indicated by the arrow A, the same measurement is performed based on another teaching data (for example, teaching data adjacent to the arrow A and substantially parallel and in the opposite direction). Do.
[0048]
Furthermore, after the measurement of the predetermined area of the workpiece W is completed based on the predetermined number of teaching data, the traveling shaft motor 64 (see FIG. 4) is driven to move the movable carriage 22 along the rail 26 (see FIG. 1). And make similar measurements for adjacent areas. In this case, the comparison reference point P1 may be moved by the movement amount Y1 in the same direction according to the movement amount Y1 of the moving carriage 22. In this way, the comparison reference point P1 is kept at a position substantially in front of the articulated robot 14, and it is easy to avoid interference between the workpiece W and the articulated robot 14.
[0049]
Moreover, you may use the comparison reference point P10 fixed irrespective of the movement of the mobile trolley | bogie 22 instead of the comparison reference point P1. In particular, when the shape of the workpiece W is relatively simple, the comparison reference point P10 may be provided at the center of the workpiece W. In practice, the fixed comparison reference point P10 is effective for the workpiece W having the shape of the vehicle. Since the comparison reference point P10 does not need to be moved according to the position of the mobile carriage 22, the control procedure is simplified. By using this fixed comparison reference point P10, the articulated robot 14 can be set in an arbitrary arrangement. For example, the articulated robot 14 is arranged in front of the workpiece W, and the shapes of the front window and the hood are changed. Can be measured.
[0050]
Next, detailed processing of step S3 will be described with reference to FIG.
[0051]
The articulated robot 14 having 7 degrees of freedom sets the joint variable of the i-th joint (i = 1, 2,... 7) to q _i The vector q indicating the posture of the arm is q = [q ₁ , Q ₂ ... q ₇ ] ^T It is expressed. When the absolute position of the laser scanner 12 is represented as (x, y, z) and the posture is represented as (φ, θ, ψ), the work variable y is y = [x, y, z, φ, θ, ψ]. ^T It is expressed. At this time, the target trajectory y of the articulated robot 14 _d Target joint angle q when (t) is given _d Target joint speed q which is the time derivative of _d '(= Dq _d The general solution for / dt) is given by equation (1).
q _d '= J ⁺ y _d '+ (I-J ⁺ J) k (1)
[0052]
Where J is a Jacobian matrix for q of y J (q) = dy / dq ^T , I is an appropriately sized identity matrix, J ⁺ Is a generalized inverse matrix for J, k is a 7-dimensional arbitrary constant vector, y _d 'Is the target trajectory y _d Is the time derivative of. The first term in equation (1) is y _d The second term represents the redundancy of the solution at one joint speed to achieve
[0053]
Target locus y _d An evaluation function p for realizing the above and utilizing the remaining redundancy at that time is expressed by equation (2).
p = V (q) (2)
[0054]
One solution for increasing the evaluation function p as much as possible is to obtain k in equation (1) from the following equations (3), (4), and (5).
k = ξk _p ... (3)
ξ = [ξ ₁ , Ξ ₂ , ..., ξ ₇ ] ^T ... (4)
ξ _l = ∂V (q) / ∂q _l ... (5)
[0055]
Where k _p Is an appropriate positive constant.
[0056]
That is, the posture of the articulated robot 14 can be obtained by describing and solving the evaluation function p = V (q) as the distance M between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1.
[0057]
Specifically, when the articulated robot 14 is modeled and represented as shown in FIG. 6, the square M of the distance M between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1. ² Is

Represented as: Here, X, Y, and Z are the absolute coordinates of the comparison reference point P1, respectively. ₁ , L ₂ Is the length of the base 30 and the first arm 32, q ₁ , Q ₂ Is the rotation angle of the axes J1 and J2. The square M of the distance M obtained in this way ² May be applied to the evaluation function p = V (q) to determine the posture of the articulated robot 14.
[0058]
Further, when the processing of step S3 is represented as a block diagram, as shown in FIG. 7, an interference avoidance calculation module 82 having a feed-forward action, an integrator 84 that integrates the output value of the interference avoidance calculation module 82, and the like. expressed. The interference avoidance calculation module 82, the integrator 84, and the like generate the feedback signal q (t) from the articulated robot 14 and the time derivative q ′ (t) (= dq (t) / dt). Based on this, an output signal can be calculated.
[0059]
Next, first to third modifications of the interference avoidance method for the articulated robot 14 according to the present embodiment will be described.
[0060]
As shown in FIG. 8, in the first modification, the comparison target point Q1 is set to the midpoint of the second arm 34 connecting the axis J4 and the axis J6. That is, the length l of the second arm 34 ₃ , The distance from the axis J4 and the axis J6 is 1 ₃ The comparison target point Q1 is set at a position that becomes / 2, and other processing is performed in the same manner as in the above embodiment.
[0061]
In the first modified example, the tip portion 36 that is a portion ahead of the axis J6 is long, and in addition to the axis J4, the axis J6 is also regarded as one of the elbows, and either the axis J4 or the axis J6 with respect to the workpiece W is selected. This is effective in the case where there is a possibility that the other interferes even if one of the interferences is avoided. That is, by setting the midpoint between the axis J4 and the axis J6 that may cause interference as the comparison target point Q1, it is possible to avoid interference between the axis J4 and the axis J6 with respect to the workpiece W.
[0062]
Further, for example, when a location with a high probability of interfering with the workpiece W in the multi-joint robot 14 is obtained by a statistical method or the like, the comparison target point Q1 may be set at that location.
[0063]
As shown in FIG. 9, in the second modification, in the workpiece W, a comparison reference point P2 is set at another location in addition to the comparison reference point P1, and a distance M1 between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1. And a distance M2 between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1.
[0064]
Next, the square N of the variable N corresponding to the distance M in the above embodiment ² N ² = Α1 ・ M1 ² + Α2 ・ M2 ² And may be applied to the evaluation function of the equation (2). Here, α1 and α2 are appropriate weighting factors. α1 and α2 may be the same value.
[0065]
Thus, the method of providing the comparison reference point P2 in addition to the comparison reference point P1 is effective when the workpiece W has a complicated shape. For example, the axis J4 can be separated from the rearview mirror 80 by setting the comparison reference point P2 to a protrusion such as the rearview mirror 80.
[0066]
When the approximate surface shape of the workpiece W is known, three or more comparison reference points may be set along the surface shape. In this case, the distance from each comparison reference point to the comparison target point Q1 may be obtained, weighted and added, and applied to the evaluation function of equation (2). Further, the comparison reference point P2 may be set at an obstacle around the work W.
[0067]
As shown in FIG. 10, in the third modified example, interference between the articulated robot 14 a having nine axes J1 to J9 and the workpiece W is avoided. The articulated robot 14a has nine axes J1 to J9, and there are three positions corresponding to the elbows, the axes J4, J6, and J8. The comparison target points Q1, Q2, and Q3 are set on these axes J4, J6, and J8, respectively, the distance M1 between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1, and the distance between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q1. M2 and a distance M3 between the comparison reference point P1 and the comparison target point Q3 are obtained.
[0068]
Next, the square N of the variable N corresponding to the distance M in the above embodiment ² N ² = Α1 ・ M1 ² + Α2 ・ M2 ² + Α3 ・ M3 ² And may be applied to the evaluation function of the equation (2). Here, α1, α2, and α3 are appropriate weighting coefficients. α1, α2, and α3 may be the same value.
[0069]
As described above, for the multi-joint robot 14a that includes a large number of joints and has a plurality of places that may interfere with the workpiece W, the comparison target points Q1, Q2, and Q3 are provided at the places where there is a possibility of interference. Good. Thereby, the comparison target points Q1 to Q3 can be separated from the work W in a balanced manner, and interference can be avoided.
[0070]
The multi-joint robot interference avoidance method according to the present embodiment is applied to the three-dimensional shape measurement system 10 and the comparison reference point P1 is set to the workpiece W. However, the comparison reference point P1 is other than the workpiece W. You may set it as a nearby obstacle.
[0071]
The multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations and procedures can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, in the multi-joint robot interference avoidance method according to the present invention, a workpiece comparison criterion while maintaining the tip position and posture of a multi-joint robot having seven or more joints and having posture redundancy. The posture of the articulated robot is determined so that the distance between the point and the comparison target point of the articulated robot is maximized. Therefore, interference between the articulated robot and the workpiece can be efficiently avoided.
[0073]
Alternatively, the posture of the articulated robot may be determined so that a plurality of comparison reference points or comparison target points are set, and the weighted and added variables of the respective distances between the comparison reference point and the comparison target point are maximized. Good. Thereby, when the workpiece | work W is a complicated shape, or when an articulated robot is provided with many joints, the parts which may interfere can be spaced apart with sufficient balance, respectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a three-dimensional shape measurement system to which an interference avoidance method for an articulated robot according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing an articulated robot including a laser scanner and a movable carriage on which the articulated robot is placed.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which the shape of a workpiece is measured using a laser scanner and a laser displacement meter.
FIG. 4 is a schematic block diagram of a three-dimensional shape measurement system to which the multi-joint robot interference avoidance method according to the present embodiment is applied.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of an interference avoidance method for an articulated robot according to the present embodiment.
FIG. 6 is a model diagram showing a distance between a workpiece comparison reference point and a comparison target point set on an elbow of an articulated robot.
FIG. 7 is a block diagram showing the operation of a part that determines the posture of the articulated robot inside the computer.
FIG. 8 is a model diagram showing the distance between a workpiece comparison reference point and a comparison target point set at the midpoint of the arm of the articulated robot.
FIG. 9 is a model diagram showing distances between a plurality of comparison reference points of a workpiece and a comparison target point set on an elbow of an articulated robot.
FIG. 10 is a model diagram showing distances between a workpiece comparison reference point and a plurality of comparison target points of an articulated robot.
[Explanation of symbols]
10 ... 3D shape measurement system 12 ... Laser scanner
14, 14a ... articulated robot 16 ... position detection device
18 ... Data processing unit 19 ... Control unit
20 ... Laser displacement meter 22 ... Moving carriage
24 ... Vertical axis 32 ... First arm
34 ... Second arm 36 ... Tip
40 ... Infrared LED 42 ... Detector
J1-J7 ... axis M, M1, M2, M3 ... distance
P1, P2, P10 ... Comparison reference points Q1, Q2, Q3 ... Comparison points
W ... Work

Claims

A first step of determining a tip position and posture of an articulated robot having joints of seven axes or more and having posture redundancy;
While maintaining the tip position and posture determined in the first step, the posture of the articulated robot is adjusted so that the distance from the predetermined comparison reference point provided on the workpiece to the comparison target point of the articulated robot is maximized. A second step of determining;
An interference avoidance method for an articulated robot characterized in that

The multi-joint robot interference avoidance method according to claim 1,
The method for avoiding interference of an articulated robot, wherein the comparison target point is set at the center of a predetermined joint of the articulated robot.

The multi-joint robot interference avoidance method according to claim 1,
The method for avoiding interference of an articulated robot, wherein the comparison target point is set at a midpoint of an arm connecting two joints of the articulated robot.

A first step of determining a tip position and posture of an articulated robot having joints of seven axes or more and having posture redundancy;
A second step of obtaining respective distances from a plurality of comparison reference points provided on the workpiece to the comparison target point of the articulated robot, and maintaining weights, while maintaining the tip position and posture determined in the first step; ,
A third step of determining the posture of the articulated robot so that the sum of the weighted distances is maximized;
An interference avoidance method for an articulated robot characterized in that

A first step of determining a tip position and posture of an articulated robot having joints of seven axes or more and having posture redundancy;
While maintaining the tip position and posture determined in the first step, each distance from a predetermined comparison reference point provided on the workpiece to a plurality of comparison target points of the articulated robot is obtained, and each is weighted. Steps,
A third step of determining the posture of the articulated robot so that the sum of the weighted distances is maximized;
An interference avoidance method for an articulated robot characterized in that

In the multi-joint robot interference avoidance method according to any one of claims 1 to 5,
An interference avoidance method for an articulated robot, characterized in that the posture of the articulated robot is determined in real time while moving the tip of the articulated robot following the workpiece.

In the multi-joint robot interference avoidance method according to any one of claims 1 to 6,
The articulated robot has a base unit movable, and the comparison reference point is set to move so as to maintain a relative position with the articulated robot as the articulated robot moves. Interference avoidance method for articulated robots.