JP2013240849A - ロボットシステムの動作シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットシステムの良好なシミュレーション結果を得る。
【解決手段】ロボットシステムの移動部材１０２に関連付けて、移動部材１０２と一体に移動する移動点Ｐを設定する設定部１０と、プログラムに従いコンピュータ上でロボットシステムを動作させたときの移動点Ｐの時系列の位置データを取得するデータ取得部１２と、プログラムに従いコンピュータ上で動作するロボットシステムの画像を生成するとともに、データ取得部１２により取得された時系列の位置データに基づき、移動点Ｐの移動軌跡の画像を生成する画像生成部１１と、画像生成部１１により生成されたロボットシステム画像２０と移動軌跡画像４０を表示する表示部３とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロボットを有するロボットシステムの動作をコンピュータ上でシミュレーションするロボットシステムの動作シミュレーション装置に関する。

従来より、実際にロボットを動作させる前に、ロボットの動作をコンピュータ上でシミュレーションするようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、教示データに基づいてコンピュータ上でロボットを動作させ、そのときのロボットの動きを、ロボット形状を表す３次元モデルを用いて表示装置に表示させる。

特開２００９−２１１３６９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように、シミュレーション結果として単にロボットの動きを表示するだけでは、特定の部位がどのように動作したのかを、ユーザは容易に把握することができない。

ロボットを有するロボットシステムの動作をコンピュータ上でシミュレーションするロボットシステムの動作シミュレーション装置であって、ロボットシステムは、予め定められたプログラムに従い移動する移動部材を含み、移動部材に関連付けて、移動部材と一体に移動する移動点を設定する設定部と、プログラムに従いコンピュータ上でロボットシステムを動作させたときの移動点の時系列の位置データを取得するデータ取得部と、プログラムに従いコンピュータ上で動作するロボットシステムの画像を生成するとともに、データ取得部により取得された時系列の位置データに基づき、移動点の移動軌跡の画像を生成する画像生成部と、画像生成部により生成されたロボットシステム画像と移動軌跡画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、移動部材に関連付けて設定された移動点の移動軌跡の画像を生成し、表示部に表示するようにしたので、特定の部位がどのように動作するのかを、ユーザは容易に把握することができる。

本発明の第１の実施形態に係る動作シミュレーション装置が適用されるロボットシステムの概略構成を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る動作シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図。 図２の動作シミュレーション装置で設定される移動点の一例を示す図。 図２の動作シミュレーション装置で設定される移動点の他の例を示す図。 図２の制御部で実行される処理の一例を示すフローチャート。 図２の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 図２の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。 図２の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。 図５の変形例を示す図。 図６Ａの変形例を示す図。 図６Ｂの変形例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る動作シミュレーション装置の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る動作シミュレーション装置の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る動作シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図。 図１０の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 図１０の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。 図１１Ａの変形例を示す図。 図１１Ｂの変形例を示す図。 図１１Ａの他の変形例を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る動作シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図。 図１４の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 図１４の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。 本発明の第５の実施形態に係る動作シミュレーション装置の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 本発明の第６の実施形態に係る動作シミュレーション装置が適用されるロボットシステムの概略構成を示す図。 本発明の第６の実施形態に係る動作シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図。 図１８の表示部に表示される表示画像の一例を示す図。 図１８の表示部に表示される表示画像の他の例を示す図。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図８Ｂを参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る動作シミュレーション装置が適用されるロボットシステムの概略構成を示す図である。図１に示すようにロボットシステムは、ロボット１００と、ワークＷを加工する工作機械２００と、周辺機器３００と、制御装置４００と、ロボットシステムの動作をシミュレーションする動作シミュレーション装置１とを有し、ワーク加工用のロボットシステムとして構成している。

ロボット１００は、例えば多関節型ロボットであり、回動可能なアーム１０１と、アーム１０１の先端部に設けられ、ワークＷを把持するハンド１０２とを有する。工作機械２００は、ロボット１００によって受け渡されたワークＷを支持するワーク支持台２０１と、ワークＷを加工する工具２０２とを有する。周辺機器３００は、例えばロボット１００に向けてワークＷを搬送するコンベア、パレット等の搬送装置である。ロボット１００、工作機械２００および周辺機器３００は、それぞれアクチュエータ（サーボモータ等）を有し、アクチュエータの駆動により動作する。

制御装置４００の記憶部および動作シミュレーション装置１の記憶部には、予め、動作プログラム、ロボットシステムを構成する各部の形状データ、およびワークの形状データ等が記憶されている。制御装置４００は、予め記憶された動作プログラムに従いロボット１００、工作機械２００および周辺機器３００の各アクチュエータに制御信号を出力して、ロボットシステムの動作を制御する。動作シミュレーション装置１は、予め記憶された動作プログラムと各部の形状データとに基づいて、動作プログラムの進行に伴い時々刻々と変化するロボットシステムの３次元モデルを作成することができる。

図２は、第１の実施形態に係る動作シミュレーション装置１の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、動作シミュレーション装置１は、ユーザがシミュレーションに関する各種条件を入力する入力部２と、入力部２からの信号に基づきロボットシステムの動作シミュレーションを実行する制御部１０と、制御部１０によるシミュレーション結果を表示する表示部３とを有する。入力部２は、例えばキーボードやマウス等によって構成され、表示部３は、例えば液晶ディスプレイ等により構成される。なお、入力部２と表示部３を例えばタッチパネルにより構成することもできる。

制御部１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ）であり、制御装置４００を動作させない状態（オフライン）で、ロボットシステムの動作シミュレーションを実行することができる。制御部１０は、機能的構成として、表示部３に表示する各種画像を生成する画像生成部１１と、動作プログラムに従いコンピュータ上でロボットシステムを動作させたときの移動点Ｐの位置データを取得するデータ取得部１２とを有する。移動点Ｐとは、ユーザがロボットシステムの特定部位の移動軌跡を把握するために設定する点、すなわちユーザによって着目される（着目点）である。この移動点Ｐは、例えば入力部２の操作により、ロボットシステムの動作中に移動する特定の移動部材５に関連付けた任意の位置に設定される。

図３Ａは、移動点Ｐの一例を示す図である。図３Ａでは、ハンド１０２の先端における一対の把持爪の中心位置に移動点Ｐ１が設定され、工具２０２の先端位置に移動点Ｐ２が設定されている。すなわち、図３Ａの特定移動部材５はハンド１０２および工具２０２であり、移動点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれハンド１０２および工具２０２に関連付けて設定されている。移動点Ｐ１は、ハンド１０２の位置座標を用いて設定することができ、移動点Ｐ２は、工具２０２の位置座標を用いて設定することができる。

図３Ｂは、移動点Ｐの他の例を示す図である。図３Ｂでは、ハンド１０２の一方の把持爪の先端位置に移動点Ｐ３が設定され、アーム１０１の回動軸部に移動点Ｐ４が設定され、周辺機器３００の上面の中央位置に移動点Ｐ５，Ｐ６が設定されている。すなわち、図３Ｂの特定移動部材５は、ハンド１０２、アーム１０１および周辺機器３００であり、移動点Ｐ３〜Ｐ６は、それぞれハンド１０２、アーム１０１および周辺機器３００に関連付けて設定されている。移動点Ｐ３、Ｐ４は、それぞれハンド１０２およびアーム１０１の位置座標を用いて設定することができ、移動点Ｐ５，Ｐ６は、それぞれ周辺機器３００の位置座標を用いて設定することができる。以上の移動点Ｐ１〜Ｐ６は、各移動点Ｐ１〜Ｐ６に対応する特定移動部材５との位置関係を一定に保ったまま、特定移動部材５と一体に移動する。

図４は、制御部１０で実行される処理の一例を示すフローチャートでる。このフローチャートに示す処理は、予め入力部２の操作により移動点Ｐを設定した後、例えば入力部２の操作によりシミュレーション開始指令が入力されると開始され、シミュレーションが終了するまで所定周期で繰り返される。ステップＳ１では、画像生成部１１での処理により、予め記憶部に記憶されたロボットシステムの動作プログラム、ロボットシステムを構成する各部の形状データおよびワークＷの形状データを読み込む。そして、各部の形状データに基づいて動作プログラムの進行に伴う各部の位置座標を演算し、動作プログラムの進行に伴って時々刻々と変化するロボットシステムの３次元モデルの画像（ロボットシステム画像）を生成する。ステップＳ１の処理は、動作プログラムを進行しながら所定周期で繰り返し実行され、動作プログラムの進行に伴いロボットシステム画像が随時更新される。ロボットシステム画像には、ワークＷの３次元形状を表すワーク画像も含まれる。

ステップＳ２では、画像生成部１１での処理により、ロボットシステム画像の生成に同期して、移動点Ｐを表す画像を生成する。本実施形態では、移動点Ｐを所定形状の指標（図５参照）によって表すようにしており、ステップＳ２では、移動点Ｐの位置に対応してこの指標画像を生成する。指標画像の位置は、ステップＳ２の処理が所定周期で繰り返し実行される度に更新される。

ステップＳ３では、データ取得部１２での処理により、動作プログラムの進行に従って移動する移動点Ｐの位置データを取得し、取得した位置データを記憶部に記憶する。ステップＳ３の処理が所定周期で繰り返し実行されることにより、記憶部には、複数の移動点Ｐの位置データが時系列の位置データとして記憶される。

ステップＳ４では、画像生成部１１での処理により、記憶部に記憶された時系列の位置データに基づき、移動点Ｐの移動軌跡の画像（移動軌跡画像）を生成する。この移動軌跡画像は、複数の移動点Ｐを時系列に沿って順次直線で結ぶことで生成され、ステップＳ４の処理が所定周期で繰り返し実行される度に、移動軌跡画像が更新される。なお、複数の移動点Ｐを滑らかな曲線で接続して移動軌跡画像を生成してもよく、複数の移動点Ｐの近似曲線を求め、これを移動軌跡として移動軌跡画像を生成してもよい。

ステップＳ５では、画像生成部１１で生成されたロボットシステム画像、指標画像および移動軌跡画像を、表示部３に表示させる。これにより一回の処理が終了する。

図５は、表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。なお、図では、ロボットシステム画像２０としてロボット１００の画像のみを示している。移動点Ｐ１（図３Ａ参照）は、ロボット１００のハンド１０２の把持爪の先端に設定され、ハンド１０２が特定移動部材５となっている。図中、点線は、シミュレーション開始直後の第１時点ｔ１における画像、すなわち過去に表示された画像であり、実線がシミュレーション開始から所定時間経過後（例えばシミュレーション終了時）の第２時点ｔ２（＞ｔ１）における画像、すなわち現在表示中の画像である。図５では、ロボット１００の移動方向を矢印で示しているが、この矢印は表示部３に表示されない。

図５に示すように、表示部３には、ロボット形状に対応したロボットシステム画像２０が表示されるとともに、移動点Ｐの位置を表す指標画像３０が表示されている。なお、図５では、指標画像３０を丸印で示しているが、指標の形状はこれに限らない。さらに図５には、移動点Ｐの移動軌跡を示す移動軌跡画像４０が表示されている。これにより、ユーザは、移動点Ｐ１の移動軌跡を容易に把握することができ、有用なシミュレーション情報を得ることができる。

図６Ａ、図６Ｂは表示部３に表示される他の表示画像の例を示す図である。図６Ａは、ロボットシステム画像２０として工作機械２００を示し、図６Ｂは、ロボット１００と工作機械２００と周辺機器３００とを示している。なお、図６Ａ、図６Ｂにおいても、点線は、第１時点ｔ１におけるロボットシステム画像２０および指標画像３０であり、実線が、第２時点ｔ２におけるロボットシステム画像２０および指標画像３０である。図６Ａでは、工具２０２の先端部に移動点Ｐ２（図３Ａ参照）が設定され、この移動点Ｐ２の移動軌跡画像４０が表示部３に表示されている。一方、図６Ｂでは、ロボット１００のハンド１０２の先端、アーム１０１の回動軸部および周辺機器３００の上面中央部にそれぞれ移動点Ｐ３〜Ｐ６（図３Ｂ参照）が設定され、これら移動点Ｐ３〜Ｐ６の移動軌跡４０が表示部３に表示されている。

このように第１の実施形態では、特定移動部材５（アーム１０１、ハンド１０２、工具２０２、周辺機器３００）に関連付けて制御部１０で移動点Ｐ１〜Ｐ６を設定し、動作プログラムに従いコンピュータ（制御部１０）上でロボットシステムを動作させたときの移動点Ｐ１〜Ｐ６の時系列の位置データをデータ取得部１２で取得するようにした。さらに、画像生成部１１において、動作プログラムに従いコンピュータ上で動作するロボットシステムの画像２０を生成するとともに、データ取得部１２により取得された時系列の位置データに基づき、移動点Ｐ１〜Ｐ６の移動軌跡の画像４０を生成し、これらロボットシステム画像２０と移動軌跡画像４０を表示部３に表示するようにした。これによりユーザが設定した任意の移動点Ｐ１〜Ｐ６の移動軌跡を、ユーザは表示部３の表示を通じて容易に把握することができる。したがって、ユーザがこのシミュレーション結果を考慮して動作プログラム等を見直すことで、ロボットシステムの制御を最適化することができる。

また、移動点Ｐ１〜Ｐ６は、特定移動部材５に関連付けた任意の位置に設定することができるので、幅広いユーザの要求に応えることができる。表示部３に、移動点Ｐ１〜Ｐ６の位置を表す指標画像３０を併せて表示するようにしたので、ユーザは、移動軌跡画像４０に対応した移動点Ｐ１〜Ｐ６の位置を容易に把握することができる。

図７は図５の変形例であり、図８Ａ，図８Ｂはそれぞれ図６Ａ，図６Ｂの変形例である。なお、図７，図８Ａ，図８Ｂでは、第１時点ｔ１における指標画像（点線）の図示を省略している。図７，図８Ａ，図８Ｂでは、図５，図６Ａ，図６Ｂと異なり、指標画像３１がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交座標系である３次元座標系を模した形に形成されている。画像生成部１１は、動作プログラムと形状データ等に基づいてロボットシステム画像２０を生成する際に、特定移動部材５（ハンド１０２、工具２０２等）の姿勢を特定し、特定移動部材５の姿勢に応じて指標画像３１の向きを決定する。これにより、特定移動部材５の姿勢に応じて指標画像３１の向きが変化し、ユーザは、移動点Ｐの移動軌跡だけでなく現在表示中の特定移動部材５の姿勢を容易に把握することができる。

−第２の実施形態−
図９Ａ，図９Ｂを参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、画像生成部１１における処理である。すなわち、第１の実施形態では、画像生成部１１での処理により、ロボットシステム画像２０と指標画像３０，３１と移動軌跡画像４０とを生成し、これらを表示部３に表示するようにした。これに対し、第２の実施形態では、移動点Ｐを定義する特定移動部材５の画像（移動部材画像）をさらに生成し、これを表示部３に表示する。

図９Ａ、図９Ｂは、表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図９Ａでは、ハンド１０２の把持爪の先端位置に移動点Ｐ３が設定され、図９Ｂでは、工具２０２の先端位置に移動点Ｐ２が設定されている。画像生成部１１は、データ取得部１２により取得された時系列の移動点Ｐのうち、表示部３に表示中の第２時点ｔ２とは異なる時点（第２時点ｔ２よりも前の時点）における移動点Ｐに対応した特定移動部材５の画像を移動部材画像５０として生成する。図９Ａに示した例では、所定時間毎の移動点Ｐ３に対応した複数のハンド１０２の画像を移動部材画像５０として生成し、表示部３に表示している。図９Ｂに示した例では、所定時間毎の移動点Ｐ２に対応した複数の工具２０２の画像を移動部材画像５０として生成し、表示部３に表示している。なお、図９Ａ，図９Ｂでは、ロボットシステム画像２０に含まれる第２時点における特定移動部材５の画像（実線）と区別するために、移動部材画像５０を点線で示しているが、移動部材画像５０を他の表示形態（例えば異なる色）で表示してもよい。

このように第２の実施形態では、動作プログラムに従って移動する各時点の移動点Ｐに対応した特定移動部材５を表す複数の移動部材画像５０を表示するようにしたので、移動点Ｐだけでなく特定移動部材５全体の移動軌跡をも、ユーザが容易に把握することができる。移動部材画像５０を表示することで、移動部材の姿勢変化もユーザは容易に認識することができる。

−第３の実施形態−
図１０〜図１３を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下では第２の実施形態との相違点を主に説明する。第２の実施形態では、所定時間毎に得られる各移動点Ｐに対応した複数の移動部材画像５０を表示するようにしたが、第３の実施形態では、所定の条件を満たす移動部材画像５０のみを表示するように構成する。すなわち、第３の実施形態では、移動点Ｐに対応する特定移動部材５の周囲に障害物が存在する場合を想定し、障害物と干渉する移動部材画像５０のみを表示部３に表示する。障害物の形状および位置（輪郭）を表す位置データは、予め動作シミュレーション装置１の記憶部に記憶され、この記憶部は、障害物の位置データを記憶する障害物記憶部として機能する。

図１０は、第３の実施形態に係る動作シミュレーション装置１の概略構成を示すブロック図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付している。図１０に示すように、制御部１０は、障害物と特定移動部材５との干渉の有無を判定する判定部１３を有する。判定部１３は、例えば動作プログラムに従って特定移動部材５を移動させる度に、その特定移動部材５の輪郭を表す位置データと障害物の輪郭を表す位置データとを比較し、両位置データが重なる場合に、干渉があると判定する。画像生成部１１は、ロボットシステム画像２０と指標画像３０，３１と移動軌跡画像４０とに加え、障害物の形状を表す障害物画像６０（図１１Ａ，図１１Ｂ）を生成する。さらに、判定部１３で、特定移動部材５と障害物とがある時点で干渉すると判定されると、その時点の特定移動部材５に対応した移動部材画像５０を生成する。画像生成部１１で生成された各画像は、表示部３に表示される。

図１１Ａ，図１１Ｂは、表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図１１Ａでは、ハンド１０２の把持爪の先端位置に移動点Ｐ３が設定され、図１１Ｂでは、工具２０２の先端位置に移動点Ｐ２が設定されている。図１１Ａ，図１１Ｂに示すように、表示部３には、障害物と特定移動部材５とが干渉する時点における移動部材画像５０のみが表示され、この移動部材画像５０に障害物画像６０が干渉している。

このように第３の実施形態では、動作プログラムに従った特定移動部材５の移動時における特定移動部材５と障害物との干渉の有無を判定部１３により判定し、両者が干渉すると判定されたときに、その干渉する時点における移動点Ｐに対応した移動部材画像５０を生成し、表示部３に表示するようにした。これによりユーザは、特定移動部材５と障害物との干渉の有無および干渉の状況を容易に把握することができる。

なお、特定移動部材５と障害物とが干渉しない場合には、動作プログラムに従いロボットシステムを動作させたときの特定移動部材５と障害物との距離が最小となる時点を判定部１３で判定し、その判定された時点における移動点Ｐに対応した移動部材画像５０を画像生成部１１で生成するようにしてもよい。図１２Ａ、図１２Ｂは、その場合に表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図１２Ａ，図１２Ｂにおいては、障害物に最も接近した移動部材画像５０が障害物画像６０とともに表示されている。このように障害物との距離が最小となる移動部材画像５０を表示することで、ユーザは特定移動部材５と障害物との間にどの程度のマージンがあるのかを容易に把握することができる。

判定部１３において、障害物との位置関係を判定する代わりに、特定移動部材５が３軸直交座標系の所定の軸方向または各軸方向に最大に変位する時点、つまり動作範囲の限界となる時点を判定し、画像生成部１１で、その時点における移動点Ｐに対応した移動部材画像５０を生成するようにしてもよい。図１３は、この場合に表示部３に表示される表示画像の一例を示す図であり、図中の移動部材画像５０は、動作範囲の限界位置または特異点に位置する移動部材に相当する。なお、動作範囲の限界位置の近傍あるいは特異点の近傍に特定移動部材５が位置する時点を判定し、その時点に対応した移動部材画像５０を表示するようにしてもよい。

−第４の実施形態−
図１４〜図１５Ｂを参照して本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以下では第３の実施形態との相違点を主に説明する。第３の実施形態では、特定移動部材５と障害物との干渉の有無を判定することで、どの時点の移動部材画像５０を表示するのかを決定した。これに対し、第４の実施形態では、特定移動部材５の速度を演算し、その演算結果に応じてどの時点の移動部材画像５０を表示するのかを決定する。

図１４は、第４の実施形態に係る動作シミュレーション装置１の概略構成を示すブロック図である。なお、図３と同一の箇所には同一の符号を付している。図１４に示すように、制御部１０は、特定移動部材５の速度を演算する速度演算部１４を有する。速度演算部１４は、例えばデータ取得部１２で移動点Ｐを取得する度に、動作プログラムに従って移動する特定移動部材５の単位時間当たりの移動量を演算し、各時点における特定移動部材５の速度を算出する。画像生成部１１は、予め定められた所定速度以上または所定速度以下となる時点における移動点Ｐに対応した移動部材画像５０を生成し、表示部３に表示する。

図１５Ａ、図１５Ｂは、第４の実施形態に係る動作シミュレーション装置１による表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図１５Ａでは、特定移動部材５としてハンド１０２が所定速度以上または所定速度以下で移動する時点の複数の移動部材画像５０が表示され、図１５Ｂでは、特定移動部材５として工具２０２が所定速度以上または所定速度以下で移動する時点の複数の移動部材画像５０が表示されている。このように所定速度以上または所定速度以下で移動する時点の移動部材画像５０を表示することで、ユーザは、特定移動部材５の最大速度または最小速度での移動状況を容易に把握することができる。

−第５の実施形態−
図１６を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。なお、以下では第２の実施形態との相違点を主に説明する。第５の実施形態では、工作機械２００の工具２０２を特定移動部材５とし、ワーク画像に沿って移動部材画像５０を相対移動させて移動軌跡画像４０を生成する。

図１６は、第５の実施形態に係る動作シミュレーション装置５の表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図中、点線は、シミュレーション開始直後の第１時点ｔ１における画像であり、実線がシミュレーション開始から所定時間経過後の第２時点ｔ２における画像である。移動点Ｐ２は、工具２０２の先端位置に設定され、特定移動部材５は工具２０２である。ワークＷは、第１時点から第２時点にかけて矢印に示すように並進運動しながら回転運動し、この移動に応じて、ワークＷの基準点におけるワーク座標系を表すワーク原点３２が移動（並進かつ回転）する。

このとき、画像生成部１１は、ワーク画像２１を含むロボットシステム画像２０を生成するとともに、ワーク原点３２の移動に応じてワーク表面に沿って特定移動部材５を相対移動させ、ワーク画像２１を基準にして移動部材画像５０を生成する。これにより図１６に示すようにワーク画像２１の周囲に複数の移動部材画像５０が表示され、ワーク画像２１の表面に移動軌跡画像４０が表示される。

このように第５の実施形態では、工具２０２を表す移動部材画像５０がワーク画像２１に沿って相対移動するようにワーク画像２１を基準にして移動部材画像５０を生成し、表示部３に表示するようにした。これにより、工具２０２の位置を固定してワークＷを加工する場合であっても、ワーク画像２１に沿って工具経路の画像（移動軌跡画像４０）を表示することができる。なお、図１６では、移動部材画像５０と移動軌跡画像４０を表示するようにしたが、移動部材画像５０の表示を省略してもよい。加工部材としての工具２０２はいかなるものでもよい。

−第６の実施形態−
図１７〜図１９Ｂを参照して本発明の第６の実施形態について説明する。なお、以下では第２の実施形態との相違点を主に説明する。第６の実施形態では、溶接トーチを特定移動部材５として構成し、表示部３に、溶接ビードを表すビード画像を表示する。

図１７は、第６の実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示す図である。図１７に示すように、第６の実施形態のロボットシステムでは、ロボット１００のアーム１０１の先端部には溶接トーチ１０３が取り付けられ、溶接トーチ１０３により、ワーク支持台２０１上に載置されたワークＷの溶接を行う。溶接トーチ１０３は、特定移動部材５であり、溶接トーチ１０３の先端に移動点Ｐ７が設定されている。

図１８は、第６の実施形態に係る動作シミュレーション装置１の概略構成を示すブロック図である。なお、図３と同一の箇所には同一の符号を付している。図１８に示すように、制御部１０は、溶接ビードの発生位置を推定するビード推定部１５を有する。溶接ビードは、動作プログラムに従いロボットシステムを動作させて溶接トーチ１０３によりワークＷを溶接したときに発生し、動作プログラムやワークＷの形状データ等に応じて溶接ビードの発生位置を推定できる。

図１９Ａは、表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。画像生成部１１は、ワーク画像２１を含むロボットシステム画像２０を生成するとともに、指標画像３０および移動軌跡画像４０を生成する。さらに、画像生成部１１は、ビード推定部１５によって推定された位置に、溶接ビードを表すビード画像７０を生成する。画像生成部１１によって生成されたロボットシステム画像２０、指標画像３０、移動軌跡画像４０およびビード画像７０は、図１９Ａに示すように表示部３に表示される。

このように第６の実施形態では、溶接ビードの発生位置を推定し、ビード画像７０を表示するようにしたので、溶接トーチ１０３によって生じる溶接ビードをユーザは容易に把握することができる。

なお、ビード推定部１５で、溶接ビードの発生位置を推定するだけでなく、溶接ビード形状（溶接ビードの幅や厚さ）を推定するようにしてもよい。この場合、ビード推定部１５は、例えば溶接速度、溶接トーチ１０３の姿勢、溶接トーチ１０３の進行方向、ワークＷの姿勢、重力の方向、および溶接電流の少なくともいずれかを含む溶接条件に応じて溶接ビード形状を決定すればよい。画像生成部１１は、ビード推定部１５で推定された溶接ビード形状に応じてビード画像７０を推定し、表示部３に表示させる。

図１９Ｂは、この場合の表示部３に表示される表示画像の一例を示す図である。図１９Ｂに示すように、表示部３には、互いに異なる溶接条件によって発生した、互いに異なる形状の溶接ビードを表すビード画像７１，７２が表示されている。これによりユーザは、溶接ビード形状を容易かつ詳細に把握することができる。

以上の実施形態では、入力部２の操作により特定移動部材５に関連付けて、制御部１０に移動点Ｐを設定するようにしたが、設定部の構成はいかなるものでもよい。移動点Ｐに対応した移動部材、すなわち特定移動部材５の構成は、上述したものに限らない。上記実施形態（例えば図５）では、ロボットシステム画像２０と指標画像３０と移動軌跡画像４０を表示するようにしたが、指標画像３０の表示を省略してもよい。すなわち、少なくともロボットシステム画像２０と移動軌跡画像４０を表示するのであれば、シミュレーショ結果の表示形態はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、ロボット１００と工作機械２００と周辺機器３００とによりロボットシステムを構成したが、ロボット１００のみによってロボットシステムを構成してもよい。ロボットシステムをワーク加工用として構成したが、ロボットシステムは他の用途に用いられるものであってもよく、ロボットシステムの構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、制御装置４００とは別に動作シミュレーション装置１を設けたが（図１）、制御装置４００内に動作シミュレーション装置１を組み込むようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ 動作シミュレーション装置
２ 入力部
３ 表示部
５ 特定移動部材
１０ 制御部
１１ 画像生成部
１２ データ取得部
１３ 判定部
１４ 速度演算部
１５ ビード推定部
２０ ロボットシステム画像
２１ ワーク画像
３０，３１ 指標画像
４０ 移動軌跡画像
５０ 移動部材画像
６０ 障害物画像
７０，７１，７２ ビード画像
１００ ロボット
１０３ 溶接トーチ
２００ 工作機械
３００ 周辺機器
４００ 制御装置
Ｐ 移動点
Ｗ ワーク

Claims (11)

1. ロボットを有するロボットシステムの動作をコンピュータ上でシミュレーションするロボットシステムの動作シミュレーション装置であって、
   前記ロボットシステムは、予め定められたプログラムに従い移動する移動部材を含み、
   前記移動部材に関連付けて、該移動部材と一体に移動する移動点を設定する設定部と、
   前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させたときの前記移動点の時系列の位置データを取得するデータ取得部と、
   前記プログラムに従いコンピュータ上で動作する前記ロボットシステムの画像を生成するとともに、前記データ取得部により取得された前記時系列の位置データに基づき、前記移動点の移動軌跡の画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部により生成されたロボットシステム画像と移動軌跡画像を表示する表示部とを備えることを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
2. 請求項１に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記画像生成部は、前記移動点の位置、または前記移動点の位置と前記移動部材の姿勢とを表す指標の画像をさらに生成し、
   前記表示部は、さらに、前記画像生成部により生成された指標画像を表示することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
3. 請求項２に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記指標画像は、前記移動部材の姿勢を表す３次元座標系を模した画像であることを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記画像生成部は、前記データ取得部により取得された移動点のうち、前記表示部に表示中の時点とは異なる時点における移動点に対応した前記移動部材の画像をさらに生成し、
   前記表示部は、前記画像生成部により生成された移動部材画像をさらに表示することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
5. 請求項４に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記移動部材の周囲に存在する障害物の位置データが記憶された障害物記憶部と、
   前記障害物記憶部に記憶された位置データに基づき、前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させたときの前記移動部材と前記障害物との干渉の有無を判定する判定部とをさらに有し、
   前記画像生成部は、前記判定部により前記移動部材と前記障害物とが干渉すると判定されたとき、その干渉する時点における移動点に対応した前記移動部材画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
6. 請求項４に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記移動部材の周囲に存在する障害物の位置データが記憶された障害物記憶部と、
   前記障害物記憶部に記憶された位置データに基づき、前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させたときの前記移動部材と前記障害物との距離が最小となる時点を判定する判定部とをさらに有し、
   前記画像生成部は、前記判定部により判定された前記時点における移動点に対応した前記移動部材画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
7. 請求項４に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させたときに前記移動部材が最大に変位する時点または前記移動部材が特異点に位置する時点を判定する判定部をさらに有し、
   前記画像生成部は、前記判定部により判定された前記時点における移動点に対応した前記移動部材画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
8. 請求項４に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させたときの前記移動部材の速度を演算する速度演算部をさらに有し、
   前記画像生成部は、前記速度演算部により演算された速度が所定速度以上または所定速度以下となる時点における移動点に対応した前記移動部材画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
9. 請求項４に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
   前記移動部材画像は、ワークを加工する加工部材を表す画像であり、
   前記ロボットシステム画像は、前記ワークを表すワーク画像を含み、
   前記画像生成部は、前記ワーク画像に沿って前記移動部材画像が相対移動するように前記ワーク画像を基準にして前記移動部材画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
    前記移動部材は、ワークを溶接する溶接トーチであり、
    前記ロボットシステム画像は、前記ワークを表すワーク画像を含み、
    前記プログラムに従いコンピュータ上で前記ロボットシステムを動作させて前記溶接トーチにより前記ワークを溶接したときの溶接ビードの発生位置を推定するビード推定部を有し、
    前記画像生成部は、前記ビード推定部により推定された発生位置に、溶接ビードを表すビード画像をさらに生成し、
    前記表示部は、前記画像生成部により生成された前記ビード画像をさらに表示することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。
11. 請求項１０に記載のロボットシステムの動作シミュレーション装置において、
    前記ビード推定部は、溶接速度、前記溶接トーチの姿勢、前記溶接トーチの進行方向、前記ワークの姿勢、重力の方向、および溶接電流の少なくともいずれかを含む溶接条件に応じて、前記溶接ビードの形状を決定し、
    前記画像生成部は、前記ビード推定部で決定された溶接ビードの形状に応じて前記ビード画像を生成することを特徴とするロボットシステムの動作シミュレーション装置。

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