JP2006099310A - Robot simulation device, and method thereof - Google Patents

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賢一 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that teaching data has to be corrected so as to obtain a set operating time since the operating time for operating an actual robot is sometimes different from the operating time prepared by simulating off-line teaching data. <P>SOLUTION: A servo simulation part considering servo calculation and robot dynamics is connected to a conventional simulator (motion simulation part), and then, a simulation control part performs controlling by synchronizing the whole simulation. The positioning completion signal of the servo simulation part is processed by the motion simulation part. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ロボットシミュレーション装置に関するものであり、特に、オフライン教示により動作検証や動作所要時間を計測したり、ロボットの機械設計や電気設計、制御設計を支援したりするロボットシミュレーション装置および方法に関する。 The present invention relates to a robot simulation apparatus, in particular, or to measure the operation verification and operation time required by off-line teaching, mechanical design and electric design of the robot, a robot simulation apparatus and method or support control design.

工業製品の製造過程においては、従来より産業用ロボットによる製造ライン自動化が図られており、例えば溶接、部品搬送、切断、組み立て等の工程でロボットが運用されている。 In the production process of industrial products, has been achieved the production line automated by industrial robots conventionally, for example by welding, the parts conveying, cutting, robot in the step of assembling or the like is operated. ロボットを製造工程の中で運用する際は、まずロボットに動作を教える教示という作業が必要である。 When operating a robot in the manufacturing process, it is necessary first task of teaching to teach operations to the robot. 教示を行う際にシミュレータが利用されることも多く、各ロボットメーカ専用あるいは汎用のロボットシミュレータが市販されている。 Many also simulator is utilized in performing the teaching, the robot manufacturer dedicated or general-purpose robot simulator are commercially available. シミュレータを利用することによって、実際のロボットやラインを動かすことなく教示ができるという利点がある。 By utilizing simulator, there is the advantage that it is taught without moving the actual robot or line. ただし、実際の製造現場では生産効率を維持するため、各工程での作業時間(サイクルタイム)を設定しており、そのサイクルタイム内に収まるようにロボットの動作を教示する必要がある。 However, in the actual manufacturing site to maintain the production efficiency, and to set the working time (cycle time) in each step, it is necessary to teach the operation of the robot to fit within the cycle time. このため、通常ロボットシミュレータはロボットの動作時間の計測機能を備えており、教示したデータに基づいてシミュレーションを行って任意の動作区間で動作時間が計測できる。 Therefore, usually the robot simulator is provided with a function of measuring operating time of the robot, the operation time in any operating period can be measured by performing a simulation based on the teaching data. しかしながら、シミュレーションで計測した動作時間が実際のロボットを動かした時のそれと大きく異なっていた場合、実際のロボットの動作時間が設定した動作時間に収まるように、教示データを修正してシミュレーションを行い、再び実際のロボットで動作時間や行程全体のサイクルタイムを評価するといった作業が必要になる。 However, when the operation time measured by the simulation had it with very different when moving the real robot, to fit the operating time operating time of the actual robot has set, simulation is performed to correct the teaching data, it is necessary to work, such as to evaluate the operating time and the entire process cycle time in the actual robot again. よってロボットシミュレータには正確な動作時間を算出することが望まれる。 Thus the robot simulator is desirable to calculate an accurate operation time.
動作時間の誤差の要因としては主に、動作指令に対するサーボ追従遅れ、周辺機器間の処理時間遅れ等がある。 Factors of the error in operation time mainly delayed servo following for operation command, there is a processing time delay in between peripherals. 特にサーボ追従遅れに関しては、従来のロボットシミュレーション装置では、シミュレータ内にサーボ追従遅れ時間推定機能を設けて対応している(例えば、特許文献1参照)。 Particularly with respect to the servo follow-up delay is the conventional robot simulation apparatus corresponds provided servo tracking delay time estimation function in a simulator (e.g., see Patent Document 1).
図6に従来のロボットシミュレーション装置の例を示す。 An example of a conventional robot simulation apparatus in FIG. 61は教示データ生成手段であり、教示データを作成する。 61 is a teaching data generating means generates the teaching data. 62は動作指令生成手段であり、教示データから各軸の動作指令を制御周期ごとに生成する。 62 is an operation command generation means generates an operation command for each axis from the teaching data for each control cycle. 動作指令生成手段62は実際のロボットコントローラの動作指令生成部を模擬したものであり、ここで生成された動作指令はサーボ追従遅れ推定手段63に送られ、追従遅れを考慮したシミュレーションを行い、その結果を描画手段64に送ってロボットの3次元モデルを描画する。 Operation command generating unit 62 is obtained by simulating the operation command generating unit of the real robot controller, the operation command generated here is sent to the servo following delay estimation means 63 performs a simulation considering follow-up delay, the result is sent to drawing means 64 to render a three-dimensional model of the robot. また65は動作時間計測手段であり、シミュレーションでの動作時間を計測する。 The 65 is an operation time measuring means measures the operating time of the simulation. このように、従来のロボットシミュレーション装置は、実際のロボットコントローラを模擬した動作指令生成手段とサーボ追従遅れ推定手段63によって、より正確な動作時間計測を可能としている。 Thus, the conventional robot simulation device, the operation command generation means that simulates the real robot controller and the servo following delay estimation unit 63, thereby enabling more accurate operation time measurement.

特開2004−151976号公報(第5−6頁、図2) JP 2004-151976 JP (5-6 pages, Fig. 2)

しかしながら、従来のロボットシミュレーション装置におけるサーボ追従遅れ推定手段では実際のロボットコントローラでの処理内容を模擬しておらず簡単なフィルタとなっており、さまざまなサーボ制御の制御則の特性や機種に応じたロボットダイナミクスの特性を考慮していない。 However, the servo following delay estimation means in a conventional robot simulation device has a simple filter does not simulate the processing contents of the actual robot controller, according to the characteristics and type of control law various servo control It does not take into account the characteristics of the robot dynamics. これはシミュレーションソフトウェアを簡単にするためであるが、上記のような特性を考慮していないため、実際のロボットを動作させた時と一致するような正確な動作時間を計測することができないという問題があった。 Problem but this is for ease of simulation software, it does not take into account the characteristics as described above, it is impossible to measure the exact operation time that matches the time of operating the actual robot was there.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、シミュレーションソフトウェアを複雑にすることなく、正確な動作時間を計測することができるロボットシミュレーション装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, without complicating the simulation software, and an object thereof is to provide a robot simulation apparatus and method capable of measuring an accurate operation time.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。 To solve the above problems, the present invention is of the following structure.
請求項1に記載の発明は、オフラインにてロボットの教示および動作シミュレーションを実行するロボットシミュレーション装置において、教示データを生成し、前記教示データに基づいて動作指令を生成するモーションシミュレーション部と、前記動作指令に応じてサーボ演算を行うサーボシミュレーション部と、前記モーションシミュレーション部と前記サーボシミュレーション部とのデータ送受信を仲介し、両者の処理を同期させるシミュレーション統括部とを備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1, in the robot simulation apparatus for performing the teachings and operation simulation of the robot off-line, generates the teaching data, and motion simulation unit for generating an operation command based on the teaching data, the operation a servo simulation unit for performing servo operation in accordance with the instruction, mediates data transmission between the motion simulation unit and the servo simulation unit, characterized in that a simulation Division synchronize both processes.
請求項2に記載の発明は、前記シミュレーション統括部は、前記モーションシミュレーション部および前記サーボシミュレーション部との通信を行う統括通信処理手段と、前記モーションシミュレーション部および前記サーボシミュレーション部に対し起動やシミュレーション実行開始・停止を指示するシミュレーション制御手段と、シミュレーション操作をする操作手段とを備えたことを特徴とする。 Invention according to claim 2, wherein the simulation supervising unit, the overall communication processing means for communicating with the motion simulation unit and the servo simulation unit, start and simulations performed on the motion simulation unit and the servo simulation unit a simulation control unit for instructing start and stop, characterized in that an operating means for the simulation operation.
請求項3に記載の発明は、前記モーションシミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信によって前記サーボシミュレーション部へ前記動作指令を送信し、前記サーボシミュレーション部による前記サーボ演算の結果を受信するサーボ通信処理手段と、前記サーボ演算の結果に基づいて前記ロボットの動作をシミュレートし、その所要時間を計測する動作時間計測手段と、前記サーボ演算の結果に基づいて前記ロボットのグラフィック描画を行う描画手段とを備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 3, wherein the motion simulation unit, said through communication with the simulation Division transmits the operation command to the servo simulation unit, the servo communication that receives the result of the servo operation by the servo simulator processing means, on the basis of the result of the servo operation to simulate the operation of the robot, the operating time measuring means for measuring the required time, rendering means for performing a graphic drawing of the robot based on the servo computing results characterized by comprising and.
請求項4に記載の発明は、前記モーションシミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信を有効にし、前記サーボシミュレーション部とのデータ送受信を行うか否かを設定するサーボシミュレーション設定手段と、設定した内容に応じて前記サーボ通信処理手段の有効・無効を切り替えるサーボシミュレーション切り替え手段とを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, the motion simulator is to enable communication with the simulation Division, and servo simulation setting means for setting whether to perform data transmission and reception with the servo simulation unit, set characterized by comprising a servo simulation switching means for switching to enable or disable the servo communication processing means in accordance with the content.
請求項5に記載の発明は、前記サーボミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信によって前記モーションシミュレーション部からの前記動作指令の受信や、前記モーションシミュレーション部への前記サーボ演算の結果の送信を行うモーション通信処理手段と、前記ロボットのダイナミクスシミュレーション演算を行うダイナミクスシミュレーション手段とを備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 5, wherein the servo simulation unit, reception of the operation command from the motion simulation unit by communication with the simulation Division, transmission of the servo calculation result to the motion simulation unit and motion communication processing means for performing, characterized in that a dynamics simulation means for performing dynamics simulation operation of the robot.
請求項6に記載の発明は、前記サーボミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信を有効にし、前記モーションシミュレーション部とのデータ送受信を行うか否かを設定するモーションシミュレーション設定手段と、設定した内容に応じて、前記モーション通信処理手段の有効・無効を切り替えるモーションシミュレーション切り替え手段とを備えたことを特徴とする。 Invention according to claim 6, wherein the servo simulation unit, and motion simulation setting means to enable communication with the simulation Division, sets whether to perform data transmission and reception with the motion simulation unit, set depending on the contents, characterized in that a motion simulation switching means for switching to enable or disable the motion communication processing means.
請求項7に記載の発明は、前記サーボシミュレーション部は、前記サーボ演算の結果に、前記ロボットの各関節軸の指令位置とフィードバック位置との差に応じて生成した位置決め完了信号を含め、前記モーションシミュレーション部は、前記位置決め完了信号に応じて前記動作指令を生成することを特徴とする。 The invention described in claim 7, wherein the servo simulation unit, the servo operation results, including positioning completion signal generated according to the difference between the command position and the feedback position of each joint axis of the robot, the motion simulation unit, and generates the operation command in response to the positioning completion signal.
請求項8に記載の発明は、前記サーボシミュレーション部は、前記サーボ演算の結果に、前記ダイナミクスシミュレーション手段で計算される2次側関節角度のフィードバック位置を含め、前記モーションシミュレーション部は、前記描画手段において、前記2次側関節角度に応じてロボットをグラフィック描画することを特徴とする。 The invention described in claim 8, wherein the servo simulation unit, the servo operation results, including feedback position of the secondary side joint angles calculated by the dynamics simulation means, the motion simulation unit, said drawing means in, characterized by graphic drawing the robot in response to the secondary side joint angle.
また、請求項9に記載の発明は、オフラインにてロボットの教示および動作シミュレーションを実行するロボットシミュレーション方法において、教示データを生成し、前記教示データに基づいて動作指令を生成する第1の工程と、前記動作指令に応じてサーボ演算を行う第2の工程と、前記第1の工程と前記第2の工程とのデータ送受信を仲介し、両者の処理を同期させる第3の工程からなることを特徴とする。 The invention according to claim 9, in the robot simulation method for performing the teachings and operation simulation of the robot off-line, generates the teaching data, a first step of generating an operation command based on the teaching data a second step of performing servo operation according to the operation command, and mediates data transmission between the first step and the second step, to become a third step of synchronizing both the process and features.

請求項1に記載の発明によると、シミュレーションソフトウェアを複雑にすることなく、正確な動作時間を計測することができる。 According to the invention described in claim 1, without complicating the simulation software, it is possible to measure the accurate operation time.
請求項2に記載の発明によると、モーションシミュレーションとサーボシミュレーションのそれぞれのソフトウェアを統括してシミュレーションできるようになり、モーションシミュレーション部やサーボシミュレーション部自体のソフトウェアを複雑にすることがない。 According to the invention of claim 2, oversees each software motion simulation and servo simulation can now simulation, does not complicate the motion simulation unit and the servo simulation unit itself software.
請求項3に記載の発明によると、詳細なサーボシミュレーションのデータを受け取り、その結果に応じてサイクルタイムを計測するので、より正確な動作時間が得られる。 According to the invention described in claim 3, it receives the data detailed servo simulation, since measures the cycle time in accordance with the result, a more accurate operation time is obtained.
請求項4に記載の発明によると、詳細なサーボシミュレーションを行うか否かを選択することができるようになる。 According to the invention described in claim 4, it is possible to select whether or not to perform detailed servo simulation. これによって大まかな動作時間計測でよい場合や、時間計測が不要で動作の確認のみで良い場合等では計算負荷を少なくすることができる。 This and if good in rough operating time measurement, can be time measurement to reduce the computational load in such cases it is only check the operation unnecessary.
請求項5に記載の発明によると、実際のコントローラを模擬した動作指令データでシミュレーションすることができるので、より高精度なサーボ制御シミュレーションが可能となる。 According to the invention of claim 5, it is possible to simulate simulating a real controller operation command data, thereby enabling more precise servo control simulation.
請求項6に記載の発明によると、詳細なモーションシミュレーションを行うか否かを選択することができる。 According to the invention described in claim 6, it is possible to select whether or not to perform detailed motion simulation. これによってサーボシミュレーション部単体でサーボ制御の検証も可能となる。 This verification of the servo control by the servo simulation unit itself also becomes possible.
請求項7に記載の発明によると、より正確な動作時間計測が可能となる。 According to the invention described in claim 7, thereby enabling more accurate operation time measurement.
請求項8に記載の発明によると、より正確なロボットの動作が描画にて確認できる。 According to the invention of claim 8, the operation of the more accurate the robot can be confirmed by drawing.
請求項9に記載の発明によると、シミュレーションソフトウェアを複雑にすることなく、正確な動作時間を計測することができる。 According to the invention described in claim 9, without complicating the simulation software, it is possible to measure the accurate operation time.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, will be described with reference to the drawings embodiments of the present invention.

図1は、本発明のロボットシミュレーション装置の概略図である。 Figure 1 is a schematic view of a robot simulation device of the present invention. 図において、1はモーションシミュレーション部であり、従来のオフライン教示用ロボットシミュレータに相当するものである。 In FIG, 1 is a motion simulation unit, which corresponds to the conventional offline teaching robot simulator. ここでは主にオフライン教示を行って時系列にロボットの各関節軸の動作指令を生成し、シミュレーションの実行結果を3次元グラフィックで描画する。 This generates an operation command for each joint axis of the robot in time series which primarily off-line teaching, the simulation execution results to draw a three-dimensional graphic. 本発明が特許文献1と異なる部分は、これにサーボシミュレーション部2とシミュレーション統括部3を加えた部分である。 Moiety present invention is different from Patent Document 1, this is a part obtained by adding the servo simulation unit 2 and Simulation Division 3. サーボシミュレーション部2では、モーションシミュレーション部1で生成された各関節軸の動作指令を取り込み、ロボットダイナミクスに応じた位置速度の比例積分制御等の演算を行ってその結果をモーションシミュレーション部1に送る。 The servo simulator 2 captures the operation command of each joint shaft that is generated by the motion simulation unit 1, and sends the result to the motion simulation unit 1 performs the calculation of the proportional integral control of the position and speed in accordance with the robot dynamics. このとき、シミュレーション統括部3はモーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2を起動したり、シミュレーション開始・停止等の制御や、双方で同期したデータのやりとりを仲介したりする。 At this time, the simulation Div 3 or start motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2, control of such a simulation start and stop, or mediates exchange of synchronized data both. このような構成にすることによってサーボやロボットダイナミクスの特性を考慮した詳細なシミュレーションが可能になり、実際のロボットに近い動作の描画と正確な動作時間計測が可能となる。 Detailed simulation considering the characteristics of the servo and the robot dynamics by adopting such a configuration allows, it is possible to actual drawing and accurate operation time measurement operation close to the robot. また同時に、モーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2を分散させることで、それぞれのソフトウェアが複雑になることがなく、それぞれを単独で利用することも可能となるため、モーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2が多目的に活用できるようになる。 At the same time, by dispersing the motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2, without the respective software is complicated, since it is possible to utilize singly, motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2 will be able to take advantage of the multi-purpose.

図2にモーションシミュレーション部1の詳細な構成を示す。 It shows a detailed configuration of the motion simulation unit 1 in FIG. モーションシミュレーション部1では、まずオフライン教示を行う教示データ生成手段11で教示データを作成し、記憶しておく。 The motion simulation unit 1, first create a teaching data in the teaching data generating means 11 for off-line teaching and stored. 動作指令生成手段12では教示データを呼び出して、その中に記述されている教示位置や動作コマンドに応じて動作指令を生成する。 Call the operation command generation means 12, the teaching data, and generates an operation command according to the teaching position or operation command described therein. この動作指令生成手段12は、実際のロボットコントローラの指令生成部分のソフトウェアをシミュレータ用に移植して正確に模擬したものであり、実際のコントローラで用いる制御パラメータに応じた加減速や軌跡、直交座標系から関節座標系への変換(逆運動学演算)に基づいて各関節軸の位置指令が生成される。 The operation command generation means 12, which has simulated accurately by transplanting real robot controller command generation portion of the software for the simulator, acceleration and trajectory corresponding to the control parameters used in the actual controller, the orthogonal coordinates position command of each joint axis is generated on the basis of the system for conversion to a joint coordinate system (inverse kinematics calculation).
従来のロボットシミュレーション装置ではここで生成された動作指令をサーボ追従遅れ推定手段13を通して、描画手段14でその結果を描画したり、動作時間計測手段15で動作時間の計算を行ったりしている。 The operation command generated here in the conventional robot simulation device through a servo following delay estimation unit 13, or to draw the results in drawing means 14, or perform calculations operation time operation time measurement means 15.
本発明が従来と異なる部分は、サーボシミュレーション設定手段16とサーボシミュレーション切り替え手段17、およびサーボ通信処理手段18を備えており、この手段の動作に応じて描画手段14で描画する内容が変わったり、動作時間計測手段15で計測される動作時間が変わったりすることである。 Moiety present invention differs from the prior art is provided with a servo simulation setting means 16 and the servo simulation switching means 17 and the servo communication processing unit 18, or change the contents to be drawn by the drawing unit 14 in response to operation of the unit, operation time measured by the operation time measuring means 15 is that the or changed.

まず、サーボシミュレーション設定手段16では、従来のサーボ追従遅れ手段13を用いるか、シミュレーション統括部を通してサーボシミュレーション部2とデータ送受信を行うか否かを設定する。 First, the servo simulation setting means 16, or using a conventional servo following delay unit 13, sets whether to perform the servo simulation unit 2 and the data received and transmitted through the simulation Div. そしてその設定値に応じてサーボシミュレーション切り替え手段17によって動作指令生成手段12の動作指令をどちらに送るかを切り替える。 Then I switched either on or send the operation command operation command generating unit 12 by the servo simulation switching means 17 in accordance with the set value. またその切り替えた方からそのサーボデータを受け取って描画手段14や動作時間計測手段15に送る。 Also sent to the drawing unit 14 and the operation time measurement means 15 receives the servo data from the one in which switching them.
サーボシミュレーション設定手段16によってサーボシミュレーション部2と通信すると設定された場合は、サーボシミュレーション通信処理手段18によって動作指令をシミュレーション統括部3に伝送し、シミュレーション統括部3からサーボシミュレーション結果であるサーボ演算データを受け取る。 If it is set to communicate with the servo simulation unit 2 by the servo simulation setting unit 16 transmits the operation command by the servo simulation communication processing means 18 to the simulation Division 3, servo operation data is servo simulation results from the simulation Div 3 the receive. このよう構成になっているので、詳細なサーボシミュレーションを行うか、従来の簡単なサーボ追従遅れ推定を行うかを選択でき、また、詳細なサーボシミュレーションを選択した場合は実際の位置速度の比例積分制御やロボットダイナミクスを考慮した実際のロボットの動作によく一致した位置フィードバック信号を受け取ることができる。 Since like this are configured, or a detailed servo simulation, can choose to perform conventional simple servo following delay estimation, also, the actual position and speed if you select the advanced servo simulation proportional integral control or robot dynamics can receive a well matched position feedback signal to the actual operation of the robot in consideration of. このため、より正確な動作時間計測が可能となりそれを描画で確認することも可能となる。 Therefore, it is possible to check a more accurate operation time measurement becomes possible draw it. 一方で、ラフな動作時間計測でよい場合や時間計測が不要で動作の確認のみで良い場合等では比較的計算負荷が少ない従来の方法も利用可能である。 On the other hand, conventional methods relatively calculation load is small in such a case good or if the time measured by the rough operation time measurement may only check the operation unnecessary is also available.

図3にサーボシミュレーション部2の詳細な構成を示す。 Figure 3 shows a detailed configuration of the servo simulator 2. 本実施例では市販の汎用制御系シミュレータ「MATLAB/Simulink」(登録商標)を利用した例で説明する。 In this embodiment described example using a commercially available general control system simulator "MATLAB / Simulink" (registered trademark). サーボシミュレーション演算手段21は、入力された動作指令に応じてサーボ演算する部分であり、実際のロボットコントローラで用いられているフィードフォワード制御やフィードバック制御の演算ソフトウェアがシミュレーション用に移植されモジュール化されたものであり、1つのシミュレーションブロックとしてMATLAB/Simulinkのモデル上に登録されている。 Servo simulation operation means 21, in accordance with the input operation command is a part of a servo operation, it was transplanted actual feedforward control and feedback control of the operational software used in the robot controller for simulation modularization ones, and the registered on MATLAB / Simulink model as one simulation block. また同様にダイナミクスシミュレーション手段22はサーボシミュレーション演算手段21のトルク指令出力に基づいてロボットのダイナミクス演算を行うモジュールであり、演算方法としてニュートンオイラー法やラグランジュ法等がよく知られている。 Similarly dynamics simulation means 22 is a module for performing dynamics operation of the robot based on the torque command output of the servo simulation operation unit 21, Newton Euler method or the Lagrange method or the like is well known as a calculation method. そして、ロボットの各関節軸のモータの位置を検出するエンコーダの分解能に応じてサーボシミュレーション演算手段21に各関節軸のモータ位置フィードバック値を返す。 Then, return the motor position feedback value for each joint axis servo simulation operation unit 21 according to the resolution of the encoder for detecting the position of the motor of each joint axis of the robot.

本発明ではモーションシミュレーション部1において正確な動作時間計測を行うために、以下の手段を追加構成している。 For accurate operation time measured in the motion simulation unit 1 in the present invention, are added constitute the following means. すなわちシミュレーション統括部3を通してモーションシミュレーション部1から動作指令を受け取り、サーボシミュレーション結果のサーボ演算データ(例えば位置フィードバック値)をモーションシミュレーション部1に返すための通信を行うモーション通信処理手段23と、モーションシミュレーション部1とデータ送受信を行うか否かの設定を行うモーションシミュレーション設定手段24、モーションシミュレーション設定手段24で設定された値に応じてモーションシミュレーション部1からの動作指令をサーボシミュレーション演算部21に送るか否かを切り替えるモーションシミュレーション切り替え手段25を備えている。 That receives an operation command from the motion simulation unit 1 through simulation Division 3, a motion communication processing unit 23 for performing communication for returning servo operation data of servo simulation results (for example, the position feedback value) to the motion simulation unit 1, the motion simulation part 1 and motion simulation setting means 24 for setting whether or not perform data transmission and reception, send an operation command from the motion simulation unit 1 to the servo simulation unit 21 in accordance with the value set in the motion simulation setting means 24 and a motion simulation switching means 25 for switching the not.
モーションシミュレーション設定手段24によってモーションシミュレーション部1とデータ送受信を行うと設定された場合は、モーションシミュレーション通信処理手段23によって動作指令をシミュレーション統括部3から受け取ってサーボシミュレーション演算を行い、シミュレーション統括部3へサーボ演算データを送る。 By the motion simulation setting means 24 when it is set to perform the motion simulation unit 1 and the data transmission and reception, performs servo simulation operation receives an operation command by the motion simulation communication processing means 23 from the simulation Department 3, the simulation Div 3 Send a servo calculation data.
このよう構成になっているので、モーションシミュレーション部1で正確なサーボシミュレーション結果を得ることが可能となる。 Since like this are configuration, it is possible in the motion simulation unit 1 obtaining accurate servo simulation results. さらに、詳細なモーションシミュレーションを行うか、MATLAB/Simulink上で指令生成ブロック26を作成して指令を生成するかを選択でき、詳細なモーションシミュレーションを選択した場合は実際のロボットコントローラで生成されるのと同じ動作指令を受け取ることができる。 Furthermore, the or a detailed motion simulation, to create the command generation block 26 on MATLAB / Simulink and can choose to generate a command, if you select the advanced motion simulation is generated in the actual robot controller You can receive the same operation command as. このため、より実際のロボットコントローラに即したシミュレーションが可能となり、ロボットの機械設計や電気設計、制御設計にも有用となる。 Therefore, it is possible to simulate in line to the actual robot controller, mechanical design and electric design of the robot, it is useful for control design. また、指令生成ブロック26を選択した場合は、モーションシミュレーション部1やシミュレーション統括部3を用いることなく、サーボシミュレーション部2単独で、サーボ制御のシミュレーション検証が可能となる。 Also, if you select the command generation block 26, without using the motion simulation unit 1 and simulation Division 3, the servo simulation unit 2 alone, it is possible to simulate the verification of the servo control.

ここでは、サーボシミュレーション演算手段21は、実際のロボットコントローラで演算されているフィードフォワード制御やフィードバック制御のソフトウェアがシミュレーション用に移植されモジュール化されたものとしたが、MATLAB/Simulinkで準備しているシミュレーションブロックを接続した簡易的なシミュレーションモデルでもよい。 Here, the servo simulation operation means 21, it is assumed that the actual robot controller feedforward control and the feedback control of the software that is calculated in is by modular implant for simulation, are prepared in MATLAB / Simulink simulation block may be a simple simulation model, which was connected to.
また、産業用ロボットの場合、モータとロボットアームの間に減速機が配置されており、減速機のバネ特性によってモータとアームにねじれ角が生じるのが一般的である。 Moreover, in the case of industrial robots, the reduction gear between the motor and the robot arm are arranged, the helix angle of the motor and the arm by the spring characteristics of the reduction gear results in general. 従ってモータの角度(1次側角度)とアームの角度(2次側角度)は異なっているが、図2のモーションシミュレーション部1の描画手段14で描画させるには2次側角度をモーションシミュレーション部1に送信するのが望ましい。 Thus the motor angle (primary side angle) and arm angle (secondary angle), but are different, motion simulation unit the secondary angle to be drawn by the drawing means 14 of the motion simulation unit 1 of FIG. 2 it is desirable to send to 1. 2次側角度を送信する際はダイナミクスシミュレーション手段22の演算過程の2次側角度データを送信するようにする。 When sending a secondary angle to send the secondary side angle data computation process dynamics simulation means 22. このようにすることで、実際のロボットに近い動作が描画されるようになる。 In this way, so that the operation similar to the actual robot is drawn.
さらに、モーションシミュレーション部1で正確な動作時間を計測可能とするために、サーボシミュレーション演算手段21の中で設定される位置決め完了信号をシミュレーション統括部3を通してモーションシミュレーション部1に送る。 Furthermore, in order to allow measuring the accurate operation time in the motion simulation unit 1 sends a positioning complete signal set in the servo simulation operation unit 21 through the simulation Division 3 to the motion simulation unit 1. 位置決め完了信号は各関節軸のモータの回転指令位置とフィードバック位置との差がある設定した値以下になった場合にONになる信号である。 Positioning completion signal is a signal which becomes ON when it becomes less than the set value of a difference between the rotation command position and the feedback position of the motor of each joint axis. この信号をモーションシミュレーション部1の動作指令生成手段12で検出して位置指令を生成することにより、動作時間計測手段15でより正確な動作時間が計測できることになる。 By generating a position command by detecting the signal with operation command generation means 12 of the motion simulation unit 1, time more accurate operation at operation time measurement means 15 is able to measure.

ここではサーボシミュレーション部1に市販の汎用制御系シミュレータ「MATLAB/Simulink」を利用した例を示したが、これに限定するものではなく、市販されているシミュレータでなくても上記のように構成されていればよい。 Here it is shown an example using a commercially available general control system simulator "MATLAB / Simulink" servo simulation unit 1 is not limited to this, even without a simulator that is commercially available is constructed as described above it is sufficient that.

図4にシミュレーション統括部3の詳細な構成を示す。 It shows a detailed configuration of the simulation Division 3 in FIG. シミュレーション統括部は図2と図3で説明したモーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2を統括して制御するものであり、マンマシンインターフェースである操作手段31と、シミュレーション装置全体を制御するシミュレーション制御手段32、モーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2とのデータ送受信を行う統括通信処理手段33で構成されている。 Simulation Div is intended for generally controlling the motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2 described with reference to FIG 2 and FIG 3, an operation unit 31 is a man-machine interface, simulation control means for controlling the entire simulation apparatus 32, a motion simulation unit 1 and the overall communication processing means 33 for performing data transmission and reception with the servo simulation unit 2.
シミュレーション制御手段32はモーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2の起動やシミュレーション実行開始、停止を行う。 Simulation control means 32 of the motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2 starts or simulation execution start, performs stop. シミュレーションを実行する際は、モーションシミュレーション部1とサーボシミュレーション部2の動作を設定した周期で同期したタイミングで処理を実行させる。 When performing simulation, to execute processing at a timing synchronized with the period set the operation of the motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2.
統括通信処理手段33はシミュレーション制御手段32が発行するコマンドや設定データをモーションシミュレーション部1やサーボシミュレーション部2に送り、その応答データやステータスを受け取る。 Overall communication processing means 33 sends a command and configuration data issued by the simulation control unit 32 to the motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2, receives the response data or status. モーションシミュレーション部に対しては、実行する教示データの読み込み指示やその実行開始、1周期実行要求等のコマンドを送信し、1周期実行時の目標位置指令等のデータを受け取る。 For motion simulation unit reads instructions and their execution start teaching data to be executed, and transmits a command one cycle execution request or the like, receives the data of the target position command or the like during one cycle execution. また、サーボシミュレーション部2に対しては、シミュレーション開始指示や目標位置指令等を送信し、サーボシミュレーション演算とダイナミクスシミュレーションによる位置フィードバック値等のサーボ演算データを受け取る。 Also, for the servo simulation unit 2 transmits a simulation start instruction and the target-position command or the like, receives the servo operation data such position feedback value by servo simulation operation and dynamics simulation.
また、統括通信処理手段33でモーションシミュレーション部1やサーボシミュレーション部2とデータ送受信を行う方法として、共有メモリを利用する方法、ソケットを利用する方法、OLE(Object Linking and Embedding)を利用する方法等、様々な方法が考えられる。 Further, as a method for performing motion simulation unit 1 and the servo simulation unit 2 and data transmission and reception overall communication processing unit 33, a method of utilizing a shared memory, a method utilizing a socket, a method utilizing OLE (Object Linking and Embedding), etc. , it can be considered a variety of ways. いずれにしても異なるプロセスで実行されているプログラムの間でデータの送受信を実現する方法としてよく知られているものであり、シミュレーションを実行する環境に合わせて最適な方法を選択すればよい。 Are those well known as a method for implementing transmission and reception of data between programs running in even different process In any event, may be selected an optimum way in accordance with the environment to run the simulation.

次に、図5に、本発明のロボットシミュレーション装置の動作例のデータフローを示す。 Next, FIG. 5 shows a data flow of an operation example of the robot simulation apparatus of the present invention. 本動作例はサーボシミュレーション部2とのデータ送受信に共有メモリを利用したものである。 This operation example is obtained by use of shared memory to transmit and receive data to and from the servo simulation unit 2. 共有メモリは同じCPU上の異なるプロセス間で高速に通信する際によく利用される手法である。 Shared memory is a technique commonly utilized in high-speed communication between different processes on the same CPU. ここでは、あらかじめオフライン教示した教示データを実行する例を示す。 Here, an example to perform the teaching data previously off-line teaching.
まず、シミュレーション統括部3において、教示データ実行指示を出す(S0-S1)。 First, in the simulation Division 3, it issues a teaching data execution instruction (S0-S1). 図示していないが、モーションシミュレーション部1では教示データ実行指示を受け取った際に初期化を行い、パラメータ読み込みや指定された教示データの読み込み等を行う。 Although not shown, it performs initialization when receiving the motion simulation unit teaching data execution instruction in 1, reads like parameters read and given teaching data. また、この時シミュレーション統括部3はモーションシミュレーション部1から現在のロボットの関節角度(現在値)を取得する(S2)。 At this time simulation Div 3 obtains the joint angle of the current robot (current value) from the motion simulation unit 1 (S2). この現在値を共有メモリにセット(S3)し、サーボシミュレーション部2にシミュレーション開始を指示する(S4)。 The current value is set (S3) in the shared memory, and instructs the simulation start the servo simulation unit 2 (S4). サーボシミュレーション部2はシミュレーション開始の指示を受け取った際に、パラメータ読み込み(図示せず)や現在値の設定(S5-S7)等の初期化を行う。 When the servo simulation unit 2 which has received the instruction of the simulation start, performs parameter read (not shown) and setting the current value (S5-S7) the like are initialized. サーボシミュレーション初期化が終了すればシミュレーション実行の準備が終わり(S8)、周期実行処理に移行する。 If the servo simulation initialization is complete ready for simulation execution is terminated (S8), the process proceeds to cycle execution.

周期実行処理ではまず、シミュレーション統括部3がモーションシミュレーション部1に対して1周期実行指示を出す(S9)。 In cycle execution process, first, the simulation Div 3 issues a one cycle execution instruction to the motion simulation unit 1 (S9). この指示に対する応答として、モーションシミュレーション部1は1周期後の目標位置指令を返す(S10)。 As a response to this instruction, the motion simulation unit 1 returns the target position command after 1 cycle (S10). 次にシミュレーション統括部3がサーボシミュレーション部2に目標位置指令を渡すために、共有メモリに目標位置指令をセットする(S11)。 Then simulation Division 3 to pass the target position command to the servo simulator 2 sets the target position command in the shared memory (S11). サーボシミュレーション部2は共有メモリから目標位置指令を取得し(S12-S13)、サーボシミュレーション演算を行う。 Servo simulation unit 2 obtains the target position command from the shared memory (S12-S13), performs servo simulation operation. その結果の2次側関節角度を共有メモリにセット(S14)し、シミュレーション統括部3がそのデータを取得する(S15-S16)。 Its secondary side joint angle of Result Set (S14) in the shared memory, the simulation Division 3 acquires the data (S15-S16). このような共有メモリを使ってデータのやり取りを行う際は、セマフォを使って同時にデータの読み書きを行わないようにしている。 Such time for exchanging data with the shared memory, using the semaphore is not carried out the read and write data at the same time. この後、シミュレーション統括部3は2次側関節角度を描画更新指示とともにモーションシミュレーション部に送り(S17)、モーションシミュレーション部1で読み込まれた2次側関節角度データに応じてロボットの3次元グラフィクスの更新を行う。 Thereafter, simulation Div 3 sends the motion simulation unit with rendering update instruction to the secondary side joint angle (S17), the 3-dimensional graphics of the robot in accordance with the secondary side joint angle data read by the motion simulation unit 1 perform the update. 以上が周期実行処理の1周期分の処理であり、教示データの最後まで実行を繰り返す(S18以降)。 Or a process of one period of the periodic execution process, and repeats the execution until the last teaching data (S18 or later).

本発明はモーションシミュレーション部とサーボシミュレーション部がシミュレーション統括部によって接続されることで実際のロボットシステムにより近い形でシミュレーションが行えるので、オフライン教示の評価だけでなく機械設計や電気設計、制御設計時の検証用途にも適用できる。 Since the present invention is a simulation can be performed in the form close to the actual robot system by the motion simulation unit and servo simulation unit is connected by the simulation Division, mechanical design and electric design not only evaluation of offline teaching, control design at the time of It can also be applied to the verification applications.

本発明の実施例を示すロボットシミュレーション装置の概略図 Schematic diagram of a robot simulation apparatus according to an embodiment of the present invention 本発明のモーションシミュレーション部の詳細図 Detailed view of the motion simulator of the present invention 本発明のサーボシミュレーション部の詳細図 Detailed view of the servo simulator of the present invention 本発明のシミュレーション統括部の詳細図 Detailed view of the simulation Division of the present invention 本発明のロボットシミュレーション装置のデータフロー図 Data flow diagram of a robot simulation device of the present invention 従来のロボットシミュレーション装置の概略図 Schematic diagram of a conventional robot simulation device

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 モーションシミュレーション部2 サーボシミュレーション部3 シミュレーション統括部11 教示データ生成手段12 動作指令生成手段13 サーボ追従遅れ推定手段14 描画手段15 動作時間計測手段16 サーボシミュレーション設定手段17 サーボシミュレーション切り替え手段18 サーボ通信処理手段21 サーボシミュレーション演算手段22 ダイナミクスシミュレーション手段23 モーション通信処理手段24 モーションシミュレーション設定手段25 モーションシミュレーション切り替え手段26 指令生成ブロック31 操作手段32 シミュレーション制御手段33 統括通信処理手段61 教示データ生成手段62 動作指令生成手段63 サーボ追従遅れ推定手段64 描画手段65 動作時間計測手段 1 motion simulation unit 2 servo simulation unit 3 simulation Div 11 teaching data generating unit 12 operation command generation means 13 servo following delay estimation means 14 drawing means 15 operating time measuring means 16 servo simulation setting means 17 servo simulation switching means 18 servo communication processing means 21 servo simulation operation unit 22 dynamics simulation means 23 motion communication processing means 24 motion simulation setting means 25 motion simulation switching means 26 command generation block 31 the operating means 32 simulation controller 33 overall communication processing unit 61 the teaching data generating unit 62 operation command generation It means 63 servo following delay estimation means 64 drawing means 65 operating time measuring means

Claims (9)

  1. オフラインにてロボットの教示および動作シミュレーションを実行するロボットシミュレーション装置において、 In the robot simulation apparatus to perform the teachings and operation simulation of the robot off-line,
    教示データを生成し、前記教示データに基づいて動作指令を生成するモーションシミュレーション部と、 Generating the teaching data, and motion simulation unit for generating an operation command based on the teaching data,
    前記動作指令に応じてサーボ演算を行うサーボシミュレーション部と、 A servo simulation unit for performing servo operation according to the operation command,
    前記モーションシミュレーション部と前記サーボシミュレーション部とのデータ送受信を仲介し、両者の処理を同期させるシミュレーション統括部とを備えたことを特徴とするロボットシミュレーション装置。 The mediates data transmission and reception of the motion simulation unit and said servo simulation unit, the robot simulation device being characterized in that a simulation Division synchronize both processes.
  2. 前記シミュレーション統括部は、前記モーションシミュレーション部および前記サーボシミュレーション部との通信を行う統括通信処理手段と、 The simulation supervising unit, the overall communication processing means for communicating with the motion simulation unit and the servo simulation unit,
    前記モーションシミュレーション部および前記サーボシミュレーション部に対し起動やシミュレーション実行開始・停止を指示するシミュレーション制御手段と、 A simulation control means for instructing the start and simulation execution start and stop to the motion simulation unit and the servo simulation unit,
    シミュレーション操作をする操作手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載のロボットシミュレーション装置。 Robot simulation apparatus according to claim 1, characterized in that an operating means for the simulation operation.
  3. 前記モーションシミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信によって前記サーボシミュレーション部へ前記動作指令を送信し、前記サーボシミュレーション部による前記サーボ演算の結果を受信するサーボ通信処理手段と、 The motion simulation unit is provided with a servo communication processing means, wherein the communication with the simulation Division transmits the operation command to the servo simulation unit receives the result of the servo operation by the servo simulation unit,
    前記サーボ演算の結果に基づいて前記ロボットの動作をシミュレートし、その所要時間を計測する動作時間計測手段と、 On the basis of the result of the servo operation to simulate the operation of the robot, the operating time measuring means for measuring the time required,
    前記サーボ演算の結果に基づいて前記ロボットのグラフィック描画を行う描画手段とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載のロボットシミュレーション装置。 The servo calculation robot simulation apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a drawing means for performing graphics rendering of the robot based on the results of.
  4. 前記モーションシミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信を有効にし、前記サーボシミュレーション部とのデータ送受信を行うか否かを設定するサーボシミュレーション設定手段と、 The motion simulation unit includes a servo simulation setting means for said enable communication with the simulation Division, sets whether to perform data transmission and reception with the servo simulation unit,
    設定した内容に応じて前記サーボ通信処理手段の有効・無効を切り替えるサーボシミュレーション切り替え手段とを備えたことを特徴とする請求項3記載のロボットシミュレーション装置。 Robot simulation apparatus according to claim 3, characterized in that a servo simulation switching means for switching to enable or disable the servo communication processing means in accordance with the specified settings.
  5. 前記サーボミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信によって前記モーションシミュレーション部からの前記動作指令の受信や、前記モーションシミュレーション部への前記サーボ演算の結果の送信を行うモーション通信処理手段と、 The servo simulation unit, reception of the operation command from the motion simulation unit by communication with the simulation Division, and motion communication processing means for transmitting said servo calculation result to the motion simulation unit,
    前記ロボットのダイナミクスシミュレーション演算を行うダイナミクスシミュレーション手段とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載のロボットシミュレーション装置。 Robot simulation apparatus according to claim 1, wherein in that a dynamics simulation means for performing dynamics simulation operation of the robot.
  6. 前記サーボミュレーション部は、前記シミュレーション統括部との通信を有効にし、前記モーションシミュレーション部とのデータ送受信を行うか否かを設定するモーションシミュレーション設定手段と、 The servo simulation unit, and motion simulation setting means to enable communication with the simulation Division, sets whether to perform data transmission and reception with the motion simulation unit,
    設定した内容に応じて、前記モーション通信処理手段の有効・無効を切り替えるモーションシミュレーション切り替え手段とを備えたことを特徴とする請求項5記載のロボットシミュレーション装置。 Depending on the specified settings, the robot simulation apparatus according to claim 5, characterized in that a motion simulation switching means for switching to enable or disable the motion communication processing means.
  7. 前記サーボシミュレーション部は、前記サーボ演算の結果に、前記ロボットの各関節軸の指令位置とフィードバック位置との差に応じて生成した位置決め完了信号を含め、 The servo simulation unit, the servo operation results, including positioning completion signal generated according to the difference between the command position and the feedback position of each joint axis of the robot,
    前記モーションシミュレーション部は、前記位置決め完了信号に応じて前記動作指令を生成することを特徴とする請求項1乃至6記載のロボットシミュレーション装置。 The motion simulation unit, a robot simulation apparatus according to claim 1 to 6, wherein the generating the operation command in response to the positioning completion signal.
  8. 前記サーボシミュレーション部は、前記サーボ演算の結果に、前記ダイナミクスシミュレーション手段で計算される2次側関節角度のフィードバック位置を含め、 The servo simulation unit, the servo operation results, including feedback position of the secondary side joint angles calculated by the dynamics simulation means,
    前記モーションシミュレーション部は、前記描画手段において、前記2次側関節角度に応じてロボットをグラフィック描画することを特徴とする請求項1乃至6記載のロボットシミュレーション装置。 The motion simulation unit, said the drawing means, the robot simulation apparatus according to claim 1 to 6, wherein the graphically rendered robot according to the secondary side joint angle.
  9. オフラインにてロボットの教示および動作シミュレーションを実行するロボットシミュレーション方法において、 A robot simulation method for performing the teachings and operation simulation of the robot off-line,
    教示データを生成し、前記教示データに基づいて動作指令を生成する第1の工程と、 Generating the teaching data, a first step of generating an operation command based on the teaching data,
    前記動作指令に応じてサーボ演算を行う第2の工程と、 A second step of performing a servo operation according to the operation command,
    前記第1の工程と前記第2の工程とのデータ送受信を仲介し、両者の処理を同期させる第3の工程からなることを特徴とするロボットシミュレーション方法。 Robot simulation method characterized by comprising the first step and mediates transmission and reception of data and the second step, a third step of synchronizing both the process.
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