JP2012061567A - Track information generation device of multijoint robot arm type transport device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多関節ロボットアーム型搬送装置を搬送制御するための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する装置に係り、特に搬送装置の適正な駆動を実現する軌道情報を得る軌道情報生成装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for generating trajectory information related to a trajectory for controlling an articulated robot arm type transport apparatus and a speed on the trajectory, and in particular, trajectory information generation for obtaining trajectory information for realizing proper driving of the transport apparatus. Relates to the device.
搬送装置は、特許文献1に例示されるように、複数のリンクを回転可能に接続した多関節ロボットアームの搬送機構を用いて搬送対象物を移動させる装置であり、予め設定された軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を用いて搬送制御を行うのが一般的である。この搬送制御に用いる軌道情報は、軌道情報生成装置によって搬送制御の事前に予め生成される。軌道情報生成装置の多くは、特許文献2に例示されるように、ロボットアームの動力学モデルをもとに最適化手法を用いて所望の始点から終点までの移動時間が最短となる適切な軌道情報を生成するのが一般的である。
The transfer device is a device that moves a transfer object using a transfer mechanism of an articulated robot arm in which a plurality of links are rotatably connected, as exemplified in
しかしながら、上記従来の軌道情報生成装置で得られる軌道情報は、移動速度を可能な限り高速化して移動時間を最短とするものであるが、移動によって生ずる振動が考慮されておらず、高速移動に伴い移動制御に無視できない振動が発生する場合があり、発生する振動が問題とならない程度に移動速度を低減させる等の処置を要し、移動効率の低下を招く場合がある。 However, the trajectory information obtained by the conventional trajectory information generation device is intended to increase the moving speed as much as possible to minimize the moving time. Along with this, vibration that cannot be ignored may occur in the movement control, and it is necessary to take measures such as reducing the movement speed to such an extent that the generated vibration does not cause a problem, which may lead to a decrease in movement efficiency.
また、上記のような多関節ロボットアーム型の搬送装置では、搬送装置の動力学モデルとして直線や曲線動作を含む種々の動作に対応可能な動力学モデルを用いるのが一般的であるが、このような従来の一般的な動力学モデルでは、複数のリンクの回転動作を同時に且つ適切に行わなければ実現できない直線動作を制約条件にすると、制約条件が最適化計算に対して厳しいものとなり、最適化計算の収束性が悪化して軌道情報の生成に要する時間が増大してしまう場合がある。 Moreover, in the articulated robot arm type transfer device as described above, it is common to use a dynamic model that can cope with various operations including linear and curved operations as a dynamic model of the transfer device. In such a conventional general dynamic model, if the linear motion that cannot be realized unless the rotational motion of multiple links is performed simultaneously and appropriately is set as the constraint, the constraint becomes strict for the optimization calculation. There is a case where the convergence time of the calculation is deteriorated and the time required for generating the trajectory information is increased.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、所望の始点から終点までの搬送対象物を直線移動させるにあたり、軌道情報の生成に要する時間を低減しつつ、移動時間の短縮と移動によって生ずる振動の低減とを両立した軌道情報を生成する新たな軌道情報生成装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and its purpose is to reduce the time required for generating trajectory information when moving a conveyance object from a desired start point to an end point in a straight line. Another object of the present invention is to provide a new trajectory information generation device that generates trajectory information that achieves both reduction in travel time and reduction in vibration caused by movement.
本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明に係る多関節ロボットアーム型搬送装置の軌道情報生成装置は、複数のリンクを回転可能に接続した多関節ロボットアーム型搬送装置に対し、搬送対象物を所望の始点から終点まで直線移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する装置であって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段と、前記受付手段に受け付けられた情報と前記搬送装置の動力学モデルとに基づいて始点から終点までの移動に要する時間をパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて前記軌道情報を生成する軌道情報生成手段とを具備してなり、前記軌道情報生成手段は、前記動力学モデルとして前記搬送対象物を搬送する先端リンクの動作を直線動作に限定したモデルを予め設定しておき、予め設定された搬送装置の振動特性を用いて先端リンクの移動により生じる模擬振動の大きさを算出し、算出した模擬振動の大きさをパラメータの一つとして前記評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータを含む前記評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成することを特徴とする。 That is, the trajectory information generation device of the articulated robot arm type transport device according to the present invention is configured to linearly move the object to be transported from a desired start point to an end point with respect to the articulated robot arm type transport device in which a plurality of links are rotatably connected. An apparatus for generating trajectory information related to a trajectory to be moved and a speed on the trajectory, including receiving means for receiving start point information and end point information, information received by the receiving means, and a dynamic model of the transfer device And a trajectory information generating means for generating the trajectory information using an optimization method so that the value of the evaluation function including the time required for moving from the start point to the end point as a parameter is minimized. The trajectory information generation means sets in advance a model in which the motion of the tip link for transporting the transport object is limited to a linear motion as the dynamic model. Calculating the magnitude of the simulated vibration generated by the movement of the tip link using the vibration characteristics of the conveying device set in advance, and including the calculated magnitude of the simulated vibration as one of the parameters in the evaluation function, The trajectory information is generated so that the value of the evaluation function including two parameters is minimized.
この構成によれば、移動により生ずる模擬振動の大きさと移動時間とを合わせた評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報を生成するので、振動抑制を考慮したうえで移動時間が最短となり、移動効率を向上させることができる。しかも、搬送装置の動力学モデルとして搬送対象物を搬送する先端リンクの動作を直線動作に限定したモデルを予め設定しておき、このモデルを用いているので、直線動作という制約条件が最適化処理に対して厳しくならず、最適化計算の収束性を向上させて軌道情報の生成に要する演算時間を低減させることが可能となる。 According to this configuration, the trajectory information is generated using the optimization method so that the value of the evaluation function that combines the magnitude of the simulated vibration caused by the movement and the movement time is minimized. The movement time is minimized and the movement efficiency can be improved. In addition, as a dynamic model of the transport device, a model that limits the movement of the tip link that transports the object to be transported to linear motion is set in advance, and this model is used, so the constraint condition of linear motion is optimized. However, it is possible to improve the convergence of the optimization calculation and reduce the calculation time required to generate the trajectory information.
特に、軌道情報の生成に要する演算時間を低減させつつ、ロードポート等への搬入出動作を実現するためには、前記軌道情報生成手段は、前記先端リンクの向きを一定とする制約条件が課されていることが好ましい。 In particular, in order to reduce the calculation time required to generate the trajectory information and realize the loading / unloading operation to / from the load port or the like, the trajectory information generation means is imposed with a constraint condition that makes the direction of the tip link constant. It is preferable that
振動抑制又は移動時間低減のいずれを優先するかを容易に変更可能とするためには、変更操作を受け付けて当該変更操作に応じて前記評価関数に対する模擬振動の大きさと移動時間との重み付けを変更する重み付け変更手段を有することが望ましい。 In order to be able to easily change which of vibration suppression or travel time reduction is prioritized, a change operation is accepted, and the weight of the simulated vibration magnitude and the travel time for the evaluation function is changed according to the change operation It is desirable to have weight change means for
本発明は、以上説明したように、移動により生ずる模擬振動の大きさと移動時間とを合わせた評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報を生成するので、振動抑制を考慮したうえで移動時間が最短となり、移動効率を向上させることができる。しかも、搬送装置の動力学モデルとして搬送対象物を搬送する先端リンクの動作を直線動作に限定したモデルを予め設定して、このモデルを用いているので、直線動作という制約条件が最適化処理に対して厳しくならず、最適化計算の収束性を向上させて軌道情報の生成に要する演算時間を低減させることが可能となる。したがって、軌道情報の生成に要する時間を低減しつつ、移動時間の短縮と移動によって生ずる振動の低減とを両立した搬送を提供することが可能となる。 As described above, the present invention generates the trajectory information using the optimization method so that the value of the evaluation function that combines the magnitude of the simulated vibration caused by the movement and the movement time is minimized. Considering this, the travel time is minimized and the travel efficiency can be improved. In addition, as a dynamic model of the transfer device, a model in which the movement of the tip link for transferring the object to be transferred is limited to linear movement is used in advance, and this model is used. On the other hand, it is possible to improve the convergence of the optimization calculation and reduce the calculation time required to generate the trajectory information. Therefore, it is possible to provide transport that reduces both the travel time and the vibration caused by the movement while reducing the time required to generate the trajectory information.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すようにロボットアーム等の搬送機構131を駆動することにより半導体ウエハー等の搬送対象物Wを搬送する搬送装置103は、予めメモリに記憶されている軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報132に基づいて搬送対象物Wの搬送制御を行うものである。本実施形態に係る搬送装置103は、図4に示す矩形状の通路ac内及びこの通路acに隣接配置された複数のロードポート等の搬入出部Lo内を搬送対象物Wの移動領域としている。
As shown in FIG. 1, a
本実施形態に係る搬送装置の軌道情報生成装置2は、図1及び図4に示すように、搬送装置103の搬送制御に用いられる軌道情報132を生成する装置であり、受付手段21と、搬入出部Loの入り口p2(始点S)と内部p3(終点E)との間を直線移動させるための軌道情報132を生成する軌道情報生成手段22とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 4, the trajectory
受付手段21は、ディスプレイやキーボード、マウス等の既知の操作部を用いて、軌道情報132を生成するために必要な軌道の始点や終点、制約条件となる位置情報等の各種情報の入力を受け付けるものである。勿論、受付手段をティーチングペンダント(教示装置)として構成したり、上位システムや支援ツールからの通信による設定を受け付けるようにしたりしてもよい。 The accepting means 21 accepts input of various information such as a starting point and an ending point of the trajectory necessary for generating the trajectory information 132, and positional information serving as a constraint condition using a known operation unit such as a display, a keyboard, and a mouse. Is. Of course, the receiving means may be configured as a teaching pendant (teaching device), or may be configured to receive settings by communication from a host system or a support tool.
軌道情報生成手段22は、受付手段21に受け付けられた情報に基づいて始点Sから終点Eまで最適な軌道情報を生成する最適化処理部23を有しており、この最適化処理部23は、CPU、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてCPUが予め記憶されている図示しない軌道情報生成処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現されるものである。
The trajectory
この最適化処理部23は、予めメモリに記憶されている動力学モデルと振動特性モデルと制約条件とに基づいて導き出せる軌道情報のうち、その移動時間及び移動に伴い生ずる振動が最小となる適切な軌道情報を最適化手法により生成するものである。
The
以下、具体的に説明すると、駆動対象となる搬送機構131は、図2に示すように、複数のリンク134・135・136を回転可能に直列接続した、いわゆる多関節ロボットアームであり、ロボットアームの先端に設定された保持部136bに搬送対象物Wを載置した状態で各関節にある図示しないモータの駆動により各々のリンク間の角度θ1・θ2・θ3を変更して搬送対象物Wを所望の位置に移動させるものである。本実施形態の搬送機構131は、ベース133に基端134aが接続された第1のリンク134と、第1のリンク134の先端134bに基端135aが接続された第2のリンク135と、第2のリンク135の先端135bに基端136aが接続され先端に搬送対象物Wを載置するための保持部136bが設定された第3のリンク136とを備え、各リンク134〜136はそれぞれ水平方向に回転可能に接続されて三軸水平多関節ロボットを構成している。各リンク134〜136の長さはそれぞれL1、L2、L3に設定してある。
Specifically, the
この搬送機構131の動力学モデルは、図4に示すように、矢印X方向のみにエンドエフェクタ(保持部136b)が移動しY方向及び姿勢(保持部136bの向き)が固定されていることに着目して、一般的なロボットの動力学モデルをエンドエフェクタ(先端リンク136)の一方向(X方向)動作に限定したものに変換したもので、各リンク134・135・136の質量分布がリンク先端での集中負荷であるとして簡略的に以下の式で表される。なお、iはリンクの番号を示し、例えば、i=1は第1のリンク134、i=2は第2のリンク135、i=3は第3のリンク136である。ここでは各リンクの質量分布がリンク先端での集中負荷であるとして式を構成しているが、勿論、各リンクの質量分布がリンクの重心周りにあるとして式を構成してもよい。また、移動により生ずる振動を考慮するための振動特性モデルは、図3に示すようなX方向にのみ変位する仮想的な質量−バネモデルを適用しており、バネ定数Kは、実験により計測したエンドエフェクタ(保持部136b)の固有振動数fに基づき算出している。
J=diag{Ji}, Ji>0
G=diag{Gi}, Gi>0
i=1,2,3
z=[x,y,φ]T
τ=[τ1,τ2,τ3]T
上部に二つの点を付記した変数は、加速度を示す。
上付き添え字の「−1」は逆行列を意味し、上付き添え字の「T」は行列またはベクトルの転置を意味する。
xaは、エンドエフェクタ(保持部136b)の変位を示す。
Maは、エンドエフェクタ(保持部136b)の質量を示す。
Jiは、第i関節のモータの慣性モーメントである。
Giは、第i関節を駆動するモータに取り付けられた減速器のギア比である。
τiは、第i関節のモータの駆動トルクである。
x,yは、エンドエフェクタ(保持部136b)の位置を示す。
φは、エンドエフェクタ(保持部136b)の姿勢(向き)を示す。
S1=sin(θ10)
S12=sin(θ10+θ20)
S123=sin(θ10+θ20+θ30)
C1=cos(θ10)
C12=cos(θ10+θ20)
C123=cos(θ10+θ20+θ30)
θ10,θ20,θ30は、それぞれ各関節の直線動作開始位置における角度であり、これらは定数として設定される。なお、上記の動力学モデルや振動特性モデルに係る情報は、図1に示すように、予め軌道情報生成手段22のメモリに記憶されているが、受付手段21を通じて設定可能に構成してもよい。
In the dynamic model of the
J = diag {J i }, J i > 0
G = diag {G i }, G i > 0
i = 1, 2, 3
z = [x, y, φ] T
τ = [τ 1 , τ 2 , τ 3 ] T
Variables with two dots at the top indicate acceleration.
The superscript “−1” means an inverse matrix, and the superscript “T” means a matrix or vector transpose.
x a denotes the displacement of the end effector (holding
M a represents the mass of the end effector (holding
J i is the moment of inertia of the i-th joint motor.
G i is the gear ratio of the speed reducer attached to the motor that drives the i-th joint.
τ i is the driving torque of the i-th joint motor.
x and y indicate the position of the end effector (holding
φ indicates the posture (direction) of the end effector (holding
S 1 = sin (θ 10 )
S 12 = sin (θ 10 + θ 20 )
S 123 = sin (θ 10 + θ 20 + θ 30 )
C 1 = cos (θ 10 )
C 12 = cos (θ 10 + θ 20 )
C 123 = cos (θ 10 + θ 20 + θ 30 )
θ 10 , θ 20 , and θ 30 are angles at the linear motion start positions of the respective joints, and these are set as constants. In addition, although the information regarding said dynamic model and vibration characteristic model is previously memorize | stored in the memory of the track information generation means 22, as shown in FIG. .
軌道情報の制約条件の一つとして、各リンク134・135・136を回転させるモータの駆動制約が図1に示すメモリに予め設定されている。このモータの駆動制約はモータが出力可能な最大トルクを用いており、以下の式で示される。この最大トルクはアクチュエータの定格トルクから摩擦トルクを差し引いた値に設定している。τliは逆回転(θiが負の方向に駆動しようと)する場合の最大トルクであり、τuiは正回転(θiが正の方向に駆動しようと)する場合の最大トルクを示す。勿論、速度や加速度で表現されるものであってもよい。
As one of the restriction conditions of the trajectory information, the drive restriction of the motor that rotates each
また、本実施形態では、図4に示すように、搬送機構131が直線状に動作するため、エンドエフェクタ(保持部136b)のY方向の位置変化量及び姿勢変化量は常に0となる必要がある。そこで、下記の制約条件を課して、軌道の位置を直線状に制限している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, since the
受付手段21で受け付けられた始点及び終点の二つの位置情報は、XY座標で示される始点位置及び終点位置、並びに始点速度及び終点速度であり、これらを制約条件の一つとしている。なお、本実施形態では、終点速度を0として取り扱っている。
The two pieces of position information of the start point and the end point received by the receiving
上記は、左から右へ順に始点位置、終点位置、始点速度、終点速度を表す。teは移動時間を表す。始点速度及び終点速度は、速度及び向きを有する速度ベクトルであるが、直線運動のみであるので、向きはX方向に固定されている。なお、これらY方向やエンドエフェクタの姿勢、始点及び終点に関する制約条件に係る情報は、図1に示すように、予め軌道情報生成手段22のメモリに記憶されているが、受付手段21を通じて設定可能に構成している。
The above represents the start point position, end point position, start point speed, and end point speed in order from left to right. t e represents the travel time. The start point velocity and the end point velocity are velocity vectors having a velocity and a direction. However, since only the linear motion is performed, the direction is fixed in the X direction. Note that the information related to the Y direction, the posture of the end effector, the constraint conditions regarding the start point and the end point are stored in advance in the memory of the trajectory
上記のモデル及び制約条件の下で、以下の式で示される評価関数の値が最小となるように軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を最適化手法により求める。
Under the above model and constraint conditions, the trajectory information on the trajectory and the velocity on the trajectory is obtained by an optimization method so that the value of the evaluation function represented by the following formula is minimized.
この評価関数は、振動特性モデルで算出される模擬振動の大きさ(x−xa)をパラメータの一つとし、移動時間teをパラメータの一つとして、これら2つのパラメータを少なくとも含む関数である。具体的には、模擬振動の大きさ(x−xa)に重み付け情報である重み付け係数αを乗じて移動時間teと結合したものである。なお、最適化手法については一般的な手法を用いているので、ここでは説明を省略する。また、図1に示すように、この重み付け係数αを、受付手段21になされる変更操作に応じて変更する重み付け変更手段24が設けられており、重み付け係数αを変更することで振動抑制又は最短時間短縮のいずれかを優先するかを変更することが可能となる。本実施形態では、模擬振動の大きさ(x−xa)が負の値を含むため、これを二乗して正の値にしているが、(x−xa)の絶対値を取る式にしてもよい。
The evaluation function, the magnitude of the simulated vibrations calculated by the vibration characteristics model (x-x a) as one of the parameters, as one of the travel time t e parameters, the function including these two parameters at least is there. Specifically, those bound to travel time t e is multiplied by the simulation weighting information on the size (x-x a) is the weighting factor of the vibration alpha. In addition, since the general method is used about the optimization method, description is abbreviate | omitted here. Further, as shown in FIG. 1, there is provided a
ここで、上記の最適化問題を解くにあたり演算時間を低減するために離散化を考え、これに伴い軌道情報132も離散化して生成している。具体的には、軌道情報132は、図5に模式的に示すように、移動軌道Ptを、時間間隔TでN等分し、始点S及び終点Eを含む複数の点P0〜Nで表現する離散データであり、各々の点Pkのxy座標(xk,yk)を、以下の式を用いて各リンク134〜136の角度θ1k・θ2k・θ3kで表現している。
xk=L1cosθ1k+L2cos(θ1k+θ2k)+L3cos(θ1k+θ2k+θ3k)
yk=L1sinθ1k+L2sin(θ1k+θ2k)+L3sin(θ1k+θ2k+θ3k)
Here, discretization is considered in order to reduce the calculation time in solving the above optimization problem, and the trajectory information 132 is also discretized and generated accordingly. Specifically, the trajectory information 132 is represented by a plurality of points P 0 to N including a start point S and an end point E, and the moving trajectory Pt is equally divided into N by a time interval T as schematically shown in FIG. The xy coordinates (x k , y k ) of each point P k are expressed by the angles θ 1k · θ 2k · θ 3k of the
x k = L 1 cos θ 1k + L 2 cos (θ 1k + θ 2k ) + L 3 cos (θ 1k + θ 2k + θ 3k )
y k = L 1 sin θ 1k + L 2 sin (θ 1k + θ 2k ) + L 3 sin (θ 1k + θ 2k + θ 3k )
そして、上記で述べたモデル及び制約条件を中心差分法を用いて離散化すると以下の式で表される。なお、以下では、k時点目の点Pkの位置をx[k]=x(kT)と略記する。
振動を考慮したモデル:
始点及び終点における位置や速度の制約条件:
アクチュエータトルクの制約条件:
ただし、τi[k]=τi(kT)である。
ロボット手先(エンドエフェクタ136、先端リンク136)のY方向動作及び姿勢(回転動作)の制約条件:
評価関数:
Then, when the model and the constraint condition described above are discretized using the central difference method, it is expressed by the following expression. Hereinafter, the position of the point P k of the k time th abbreviated as x [k] = x (kT ).
Model considering vibration:
Position and velocity constraints at the start and end points:
Actuator torque constraints:
However, τ i [k] = τ i (kT).
Restrictions on Y-direction motion and posture (rotational motion) of robot hand (
Evaluation function:
上記のモデル及び制約条件を用いて軌道情報132を生成するにあたり、具体的には、初期値として始点Sから終点Eまで直線で結んだ軌道情報を生成し、この初期軌道をもとに上記モデル及び制約条件に基づいて既存の逐次二次計画法を用いた最適化計算を行い、x[k],τ[k]及び時間間隔Tを求める。 When the trajectory information 132 is generated using the above model and constraint conditions, specifically, trajectory information connected as a straight line from the start point S to the end point E is generated as an initial value, and the model is based on the initial trajectory. Then, an optimization calculation using the existing sequential quadratic programming method is performed based on the constraint condition, and x [k], τ [k] and the time interval T are obtained.
ここで、従来の最短時間のみを追求した軌道情報での移動制御と、本実施形態の振動抑制も考慮した軌道情報での移動制御との比較実験を行うために、上記重み付け係数αを0として最短時間のみを追求した軌道情報と、本実施形態に係る振動抑制も考慮した軌道情報とを生成し、それぞれの軌道情報を駆動指令に変換してロボットアームを駆動させ、移動によって発生する振動及びモータの駆動パルスを計測したところ、移動に要する時間にほとんど変化がなかったものの、図6に示すように、従来の最短時間のみを追求した軌道情報に比べて本実施形態の振動抑制も考慮した軌道情報は、モータの駆動パルスがより滑らかな波形になり、省電力化を追求するうえで好ましいとともに、振動の最大値が少なくとも約二割程度抑えられていることがわかる。なお、図中では、最短時間のみを追求した場合の振動の最大値を基準値1として示している。
Here, the weighting coefficient α is set to 0 in order to perform a comparison experiment between the conventional movement control based on the trajectory information pursuing only the shortest time and the movement control based on the trajectory information considering the vibration suppression of the present embodiment. The trajectory information pursuing only the shortest time and the trajectory information considering vibration suppression according to the present embodiment are generated, the respective trajectory information is converted into drive commands to drive the robot arm, and vibrations generated by movement and As a result of measuring the motor drive pulse, although there was almost no change in the time required for movement, as shown in FIG. 6, the vibration suppression of this embodiment was also considered compared to the conventional orbit information pursuing only the shortest time. The trajectory information has a smoother motor drive pulse, which is preferable for pursuing power saving, and the maximum vibration value is suppressed by at least about 20%. Togawakaru. In the figure, the maximum value of vibration when only the shortest time is pursued is shown as a
また、ロボットの関節毎に振動モデルを定義する等の厳密な運動特性を用いると計算量が莫大となり実運用に好ましくなかったが、本実施形態のように直線運動に限定した単一の質量−バネモデルに簡略化することで最適化計算の収束性を向上させ、実用性を保つ範囲内に計算量を低減している。軌道情報を生成するのに要する時間は、環境により種々変化するが、一例であるが、ある環境では従来に比べて数十〜数百分の1程度の時間に短縮することができた。 In addition, using a strict motion characteristic such as defining a vibration model for each joint of a robot is not preferable for actual operation because the calculation amount becomes enormous, but a single mass − limited to linear motion as in this embodiment − By simplifying to the spring model, the convergence of the optimization calculation is improved, and the amount of calculation is reduced within a range that maintains the practicality. The time required to generate the trajectory information varies depending on the environment, but is only an example, but in some environments, the time can be reduced to about several tens to several hundreds of times compared to the conventional case.
以上のように本実施形態に係る多関節ロボットアーム型搬送装置の軌道情報生成装置は、複数のリンク134・135・136を回転可能に接続した多関節ロボットアーム型搬送装置103に対し、搬送対象物Wを所望の始点Sから終点Eまで直線移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報132を生成する装置であって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段21と、受付手段21に受け付けられた情報と搬送装置103の動力学モデルとに基づいて始点Sから終点Eまでの移動に要する時間teをパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報132を生成する軌道情報生成手段22とを具備してなり、軌道情報生成手段22は、動力学モデルとして搬送対象物Wを搬送する先端リンク136の動作を直線動作に限定したモデルを予め設定しておき、予め設定された搬送装置の振動特性を用いて先端リンク136の移動により生じる模擬振動の大きさ(x−xa)を算出し、算出した模擬振動の大きさ(x−xa)をパラメータの一つとして前記評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータである移動時間te及び模擬振動の大きさ(x−xa)を含む前記評価関数の値が最小となるように軌道情報132を生成する。
As described above, the trajectory information generation device of the articulated robot arm type transport device according to the present embodiment is a transport target for the articulated robot arm
このように、移動により生ずる模擬振動の大きさ(x−xa)と移動時間teとを合わせた評価関数の値が最小となるように逐次二次計画法を始めとする最適化手法を用いて軌道情報132を生成するので、振動抑制を考慮したうえで移動時間が最短となり、移動効率を向上させることができる。しかも、搬送装置103の動力学モデルとして搬送対象物Wを搬送する先端リンク136の動作を直線動作に限定したモデルを予め設定しておき、このモデルを用いているので、直線動作という制約条件が最適化処理に対して厳しくならず、最適化計算の収束性を向上させて軌道情報132の生成に要する演算時間を低減させることが可能となる。
Thus, the optimization techniques which the value of the simulated vibration magnitude evaluation function obtained by combining the (x-x a) and travel time t e caused by movement including sequential quadratic programming to minimize Since the trajectory information 132 is generated by using it, the movement time is minimized in consideration of vibration suppression, and the movement efficiency can be improved. Moreover, as a dynamic model of the
さらに、本実施形態では、軌道情報生成手段22は、先端リンク136の向きφを一定とする制約条件が課されているので、軌道情報132の生成に要する演算時間を低減させつつ、ロードポート等への搬入出動作を実現することが可能となる。
Furthermore, in the present embodiment, the trajectory information generation means 22 is imposed with a constraint that makes the direction φ of the
加えて、本実施形態では、受付手段21を介して変更操作を受け付けて変更操作に応じて評価関数に対する模擬振動の大きさ(x−xa)と移動時間teとの重み付けを表す重み付け係数αを変更する重み付け変更手段24を有するので、変更操作を行うことで、評価関数に対する模擬振動(x−xa)と移動時間teとの重み付けを表す重み付け係数αが変更され、振動抑制又は移動時間低減のいずれを優先するかを変更することが可能となる。しかも、重み付け係数αはワンパラメータであるので、パラメータ設定が取り扱いやすくなる。
In addition, in the present embodiment, the weighting coefficients representing the weights of the magnitude of the simulated vibration on the evaluation function in response to the change operation accepting changed via the
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described based on drawing, it should be thought that a specific structure is not limited to these embodiment. The scope of the present invention is shown not only by the above description of the embodiments but also by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、本実施形態では、ロボットアームの振動特性モデルを定義するにあたり、アーム先端部分に着目して単一の質量−バネモデルとしているが、アームの根元部分に着目してアーム全体を単一の質量−バネモデルとして定義してもよく、振動を考慮するモデルとして他のモデルを採用してもよい。また、本実施形態では、始点速度及び終点速度を0として取り扱っているが、これら速度が0でない場合にも適用可能である。 For example, in this embodiment, in defining the vibration characteristic model of the robot arm, a single mass-spring model is formed by focusing on the tip of the arm. -You may define as a spring model and may employ | adopt another model as a model which considers a vibration. Further, in this embodiment, the start point speed and the end point speed are handled as 0, but the present invention can also be applied when these speeds are not 0.
その他、上記に述べた軌道情報生成は、複数のリンク134・135・136を回転可能に直列接続したロボットアーム式の搬送機構131を用いて搬送対象物Wを移動する搬送装置103に適用しているが、複数のリンクを並列接続したパラレルマニピュレータ等の搬送装置などにも適用可能である。図1に示す各機能部は、所定プログラムをプロセッサで実行することにより実現しているが、各機能部を専用回路で構成してもよい。
In addition, the trajectory information generation described above is applied to the
各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
103…搬送装置
131…搬送機構(多関節ロボットアーム)
132…軌道情報
134・135・136…リンク
21…受付手段
22…軌道情報生成手段
24…重み付け変更手段
S…始点
E…終点
W…搬送対象物
Pt…軌道
te…移動時間
(x−xa)…模擬振動の大きさ
103 ... Conveying
132 ...
Claims (3)
始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段と、
前記受付手段に受け付けられた情報と前記搬送装置の動力学モデルとに基づいて始点から終点までの移動に要する時間をパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて前記軌道情報を生成する軌道情報生成手段とを具備してなり、
前記軌道情報生成手段は、前記動力学モデルとして前記搬送対象物を搬送する先端リンクの動作を直線動作に限定したモデルを予め設定しておき、予め設定された搬送装置の振動特性を用いて先端リンクの移動により生じる模擬振動の大きさを算出し、算出した模擬振動の大きさをパラメータの一つとして前記評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータを含む前記評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成することを特徴とする多関節ロボットアーム型搬送装置の軌道情報生成装置。 A device that generates trajectory information about the trajectory and the speed on the trajectory for linearly moving the object to be transported from a desired start point to an end point for an articulated robot arm type transport device in which a plurality of links are rotatably connected. ,
Receiving means for receiving start point information and end point information;
An optimization method that minimizes the value of the evaluation function including, as one of the parameters, the time required to move from the start point to the end point based on the information received by the reception unit and the dynamic model of the transfer device Using orbit information generating means for generating the orbit information using,
The trajectory information generation means sets in advance a model in which the motion of the tip link for transporting the transport object is limited to a linear motion as the dynamic model, and uses the preset vibration characteristics of the transport device. The magnitude of the simulated vibration generated by the movement of the link is calculated, and the calculated magnitude of the simulated vibration is included as one of the parameters in the evaluation function so that the value of the evaluation function including at least the two parameters is minimized. The trajectory information generating apparatus for an articulated robot arm type transport apparatus, characterized in that the trajectory information is generated at a time.
The trajectory of the articulated robot arm type transfer device according to claim 1 or 2, further comprising weight changing means for accepting a change operation and changing a weight between a magnitude of simulated vibration and a moving time for the evaluation function according to the change operation. Information generator.
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