JP2016221659A - Robot system, robot system control method, program, recording medium, and article manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置とシミュレータとを有するロボットシステム、ロボットシステムの制御方法、プログラム、記録媒体及び物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a robot system having a control device and a simulator, a control method of the robot system, a program, a recording medium, and an article manufacturing method.
産業用ロボットを用いた組立部品の生産において、オフラインシミュレータと呼ばれる、ワークステーションまたはパーソナルコンピュータ等のコンピュータでロボットの動作を模するソフトウェアが多数開発され、使用されている。ここで、オフラインとは、ロボットに関連する装置(通常はロボットコントローラなどのロボットを制御する装置を指す)が、実際のロボットに接続していない状態を指す用語である。逆に、産業用ロボットにおけるオンラインとは、ロボットコントローラがロボットと接続された状態を指す用語である。 In the production of assembly parts using an industrial robot, a lot of software called an off-line simulator that simulates the operation of a robot on a computer such as a workstation or a personal computer has been developed and used. Here, the off-line is a term indicating a state in which a device related to the robot (usually a device that controls the robot such as a robot controller) is not connected to the actual robot. Conversely, online in an industrial robot is a term indicating a state in which a robot controller is connected to a robot.
したがって、ロボットにおけるオフラインシミュレータとは、実際のロボットを直接操作することなく、シミュレーションができるような装置(例えば、シミュレーションを行うソフトウェアを導入したコンピュータ)を指す。シミュレーションは、ロボットに限らず、実際の物理装置を用いずに、その物理装置に近い現象の再現を仮想空間において実現するために用いられる。したがって、ロボットにおけるシミュレータも、通常のシミュレーションの用途と同様に、オフラインシミュレータの形態を取る。逆に、ロボットの教示作業(ロボットコントローラに動作点を記憶させる作業)において、実際にロボットを動作させながら教示を行うことは、オンライン教示と称することが多い。このように、産業用ロボットにおいては、実際のロボットを用いる場合と用いない場合を明確に区分して作業を行う。この違いをオンライン、オフラインという用語で表現する。 Therefore, an offline simulator in a robot refers to an apparatus that can perform a simulation without directly operating an actual robot (for example, a computer into which software for performing simulation is installed). The simulation is used not only for the robot but also for reproducing a phenomenon close to the physical device in a virtual space without using an actual physical device. Therefore, the simulator in the robot also takes the form of an offline simulator, similar to the normal simulation application. On the contrary, in the teaching operation of the robot (operation for storing the operating point in the robot controller), teaching while actually operating the robot is often referred to as online teaching. As described above, in the industrial robot, the work is performed by clearly dividing the case where the actual robot is used and the case where the actual robot is not used. This difference is expressed in terms of online and offline.
オフラインシミュレータは、主にロボット又はロボット周辺の物体に不可逆な物理的損害を与えるような事象を検証するためによく用いられる。その最も代表的な事象の例が、ロボットが他の物体と接触する「干渉」である。 Off-line simulators are often used to verify events that cause irreversible physical damage primarily to the robot or objects around the robot. The most typical example of this is “interference” in which the robot comes into contact with another object.
ロボットがロボット周辺の物体と干渉すると、ロボット又は物体が損傷する可能性があるため、ロボットがロボット周辺の物体と干渉しないようにロボットを動作させなければならない。このため、オフラインシミュレーションは、干渉を起こさないようなロボットの動作を実際のロボットを動作させる前に予め検討する確認作業において、非常に有用である。なお、オフラインシミュレータを使わずに、実際のロボットを用いて干渉確認を行うこともある。この場合は、実際のロボットをいつでも人間が停止できるような十分に遅い速度で動作させながら、干渉確認を行う。 If the robot interferes with an object around the robot, the robot or the object may be damaged. Therefore, the robot must be operated so that the robot does not interfere with the object around the robot. For this reason, the offline simulation is very useful in a confirmation operation in which a robot operation that does not cause interference is examined in advance before the actual robot is operated. In some cases, an actual robot is used to check interference without using an offline simulator. In this case, the interference is confirmed while operating the actual robot at a sufficiently slow speed so that a human can always stop.
しかしながら、ロボットの動作のシミュレーションを行うためには、ロボットの動作を演算するためのプログラムを、ロボットコントローラとは別に、シミュレータに用意する必要があった。 However, in order to simulate the robot operation, it is necessary to prepare a program for calculating the robot operation in the simulator separately from the robot controller.
これに対し、ロボットコントローラが、ロボットの軌道を計算してその計算結果をシミュレータに送り、シミュレータが、仮想ロボットを動作させて、その動作結果を表示装置に表示させるものが提案されている(特許文献1)。シミュレーションの結果、ロボットの動作が許容されるものであれば、ロボットコントローラにて、軌道データに従って実際にロボットを動作させることとなる。 On the other hand, a robot controller has been proposed in which the robot trajectory is calculated and the calculation result is sent to the simulator, and the simulator operates the virtual robot and displays the operation result on the display device (patent) Reference 1). As a result of the simulation, if the robot operation is allowed, the robot controller actually operates the robot according to the trajectory data.
しかし、軌道計算及びシミュレーションには、さまざまな演算処理が必要であり、多大な演算時間を必要とする。したがって、これら軌道計算及びシミュレーションの演算時間を大幅に短縮するのは難しい。従来技術では、軌道計算の終了後にシミュレーションを行い、シミュレーションの終了後にロボットを動作させていた。したがって、軌道計算を開始してからロボットを動作させるまでに多大な時間を費やしており、ロボットによる物品の生産性が低いものであった。 However, the trajectory calculation and simulation require various calculation processes and require a large amount of calculation time. Therefore, it is difficult to significantly reduce the calculation time of these trajectory calculations and simulations. In the prior art, a simulation is performed after the trajectory calculation is completed, and the robot is operated after the simulation is completed. Therefore, a great amount of time is spent from the start of trajectory calculation until the robot is operated, and the productivity of articles by the robot is low.
本発明は、ロボットの動作の信頼性を確保しつつ、シミュレータの計算負荷を低減しながら、ロボットの軌道計算を開始してからロボットの動作を開始するまでの時間を短縮して、ロボットによる物品の生産性を向上させることを目的とする。 The present invention reduces the time required to start the robot motion from the start of the robot trajectory calculation while reducing the calculation load of the simulator while ensuring the reliability of the robot operation. The purpose is to improve productivity.
本発明のロボットシステムは、ロボットと、軌道データに従って前記ロボットの動作を制御する制御装置と、前記ロボットに対応する仮想ロボット及び前記ロボットの周囲にある物体に対応する仮想物体を、仮想空間内に配置し、前記仮想ロボットの動作をシミュレーションするシミュレータと、を備え、前記制御装置は、前記軌道データを、始点から終点に向かって順次計算し、計算が完了した部分軌道データから、逐次、前記シミュレータに送信し、前記シミュレータは、逐次、前記制御装置から受信した前記部分軌道データに従って、前記仮想ロボットを動作させる動作シミュレーションを行い、該動作シミュレーションの結果、前記ロボットを停止させる場合に停止信号を前記制御装置に送信し、前記制御装置は、前記シミュレータが最初の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了した後であって、最後の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了する前に、前記ロボットの動作を開始させ、前記停止信号を前記シミュレータから受信したときは前記ロボットの動作を停止させることを特徴とする。 The robot system of the present invention includes a robot, a control device that controls the operation of the robot according to trajectory data, a virtual robot corresponding to the robot, and virtual objects corresponding to objects around the robot in a virtual space. And a simulator for simulating the operation of the virtual robot, wherein the control device sequentially calculates the trajectory data from a start point to an end point, and sequentially calculates the simulator from partial trajectory data that has been calculated. The simulator sequentially performs an operation simulation for operating the virtual robot according to the partial trajectory data received from the control device, and a stop signal is output when the robot is stopped as a result of the operation simulation. Transmitted to the control device, the control device is the simulator After the operation simulation of the first partial trajectory data is completed and before the operation simulation of the last partial trajectory data is completed, the operation of the robot is started and the stop signal is received from the simulator. When this occurs, the operation of the robot is stopped.
本発明によれば、制御装置がロボットの軌道を計算するので、シミュレータの計算負荷が低減する。また、制御装置は、軌道全体の計算が終了するのを待たずに、部分軌道データをシミュレータに送信した後、ロボットを部分軌道データに従って動作させるので、ロボットの軌道計算を開始してからロボットの動作を開始するまでの時間を短縮することができる。これにより、ロボットによる物品の生産性が向上する。また、制御装置は、停止信号を受信したときにはロボットの動作を停止させるが、シミュレータによる動作シミュレーションに対して実際のロボットの動作のタイミングを遅らせている。したがって、制御装置は、停止信号を受信した際に事前にロボットの動作を停止させることができるので、ロボットの動作の信頼性が確保される。 According to the present invention, since the control device calculates the trajectory of the robot, the calculation load of the simulator is reduced. In addition, the control device does not wait for the calculation of the entire trajectory to end, and transmits the partial trajectory data to the simulator and then operates the robot according to the partial trajectory data. The time until the operation is started can be shortened. Thereby, the productivity of the article by the robot is improved. The control device stops the operation of the robot when receiving the stop signal, but delays the actual operation timing of the robot with respect to the operation simulation by the simulator. Accordingly, since the control device can stop the operation of the robot in advance when receiving the stop signal, the reliability of the operation of the robot is ensured.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムを示す概略図である。ロボットシステム500は、ロボット100と、制御装置(ロボットコントローラ)200と、シミュレータ300と、入力装置350と、表示装置360と、ロボット操作端末400と、を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view showing a robot system according to the first embodiment of the present invention. The
ロボット100は、垂直多関節のロボットアーム101と、エンドエフェクタとしてのロボットハンド102と、を有している。ロボットアーム101の基端は、架台160の上面に固定されている。ロボットアーム101は、複数のリンクが複数の関節で旋回又は回転可能に連結されている。ロボットアーム101の基端が固定端であり、ロボットアーム101の先端が自由端である。ロボットハンド102は、ロボットアーム101の先端に取り付けられている。ロボットアーム101の各関節を駆動することにより、ロボットハンド102の位置及び姿勢を変更することができる。
The
ロボットハンド102は、複数のフィンガーを有し、複数のフィンガーを閉動作させることにより、部品W1又は部品W2を把持することができ、複数のフィンガーを開動作させることにより、部品W1又は部品W2を把持解放することができる。ロボット100により部品W1を別の部品W2に嵌合する嵌合作業を行い、物品(組立品)を製造することができる。
The
制御装置200は、コンピュータで構成され、ロボット100、即ちロボットアーム101及びロボットハンド102と信号線及び電力線で接続可能に構成されている。制御装置200は、信号線及び電力線でロボット100に接続された際に、ロボット100の動作を制御する。具体的には、制御装置200は、軌道データを計算し、算出した軌道データに従ってロボット100の動作を制御する。
The
シミュレータ300は、ワークステーション等の汎用のコンピュータで構成され、制御装置200に接続可能に構成され、制御装置200に接続された際に、制御装置200と通信を行うよう構成されている。シミュレータ300は、ロボット100に対応する仮想ロボットやロボット100の周囲にある物体(例えば、ツールや他のロボット等)に対応する仮想物体を、仮想空間内に配置し、仮想ロボットの動作をシミュレーションするものである。
The
入力装置350は、キーボード等で構成され、シミュレータ300に接続可能に構成されている。入力装置350は、シミュレータ300に接続された際に、操作者の操作入力を受け、操作者の操作に応じた入力信号をシミュレータ300に出力する。シミュレータ300は、入力信号に応じて各種処理を実行する。
The
表示装置360は、液晶モニタ等で構成され、シミュレータ300に接続可能に構成されている。表示装置360は、シミュレータ300に接続された際に、シミュレータ300の制御の下、画像を表示する。
The
ロボット操作端末400は、制御装置200に接続可能に構成され、制御装置200に接続された際に、ロボットアーム101やロボットハンド102を駆動制御する指令や教示点のデータを制御装置200に送信可能に構成されている。
The
図2は、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムの制御系を示すブロック図である。制御装置200は、コンピュータで構成されており、演算部(制御部)としてのCPU(Central Processing Unit)201を備えている。また、制御装置200は、記憶部として、ROM(Read Only Memory)202、RAM(Random Access Memory)203、HDD(Hard Disk Drive)204を備えている。また、制御装置200は、各種のインタフェース211〜214を備えている。シミュレータ300は、コンピュータで構成されており、演算部としてのCPU301を備えている。また、シミュレータ300は、記憶部として、ROM302、RAM303、HDD304を備えている。また、シミュレータ300は、記録ディスクドライブ305及び各種のインタフェース311〜313を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the robot system according to the first embodiment of the present invention. The
ここで、ロボットアーム101は、関節を駆動する駆動源であるモータ120と、制御装置200からの指令に応じてモータ120に電流を供給する駆動制御装置130と、を有している。モータ120及び駆動制御装置130は、各関節に対応して設けられている。例えば、ロボットアーム101は、6つ関節を有する場合、6つのモータ120と、6つの駆動制御装置130とを有する。
Here, the
また、ロボットハンド102は、複数のフィンガーを駆動する駆動源であるモータ140と、制御装置200からの指令に応じてモータ140に電流を供給する駆動制御装置150と、を有している。
The
駆動制御装置130,150は、プリント回路板で構成されている。駆動制御装置130,150は、CPU、記憶部としてのEEPROM及びモータ駆動回路等を備えている。駆動制御装置130,150のCPUが制御装置200からの指令に基づいて電流指令を生成し、モータ駆動回路が電流指令に応じたPWM波形の電圧をモータ120,140に出力することで、モータ120,140に電流を供給する。
The
CPU201には、ROM202、RAM203、HDD204及びインタフェース211〜214が、バス210を介して接続されている。ROM202には、BIOS等の基本プログラムが格納されている。RAM203は、CPU201の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
A
HDD204は、CPU201の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、CPU201に、後述する演算処理を実行させるためのプログラム220を記録するものである。CPU201は、HDD204に記録(格納)されたプログラム220に基づいてロボットシステムの制御方法の各工程を実行する。なお、制御装置200には、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の不図示の外部記憶装置が接続されていてもよい。インタフェース212には、ロボットアーム101(駆動制御装置130)が接続されている。インタフェース213には、ロボットハンド102(駆動制御装置150)が接続されている。
The
ロボット操作端末400は、いわゆるティーチングペンダントであり、インタフェース214に接続されている。ロボット操作端末400は、ロボット100を教示する教示点のデータやロボットプログラム等を操作者が入力操作することにより、HDD204に格納(設定)させることができる。CPU201は、HDD204に設定(格納)された教示点のデータやロボットプログラムを読み出し、これらデータに基づいて、ロボット100の軌道データを計算することができる。
The
CPU301には、ROM302、RAM303、HDD304及びインタフェース311〜313が、バス310を介して接続されている。ROM302には、BIOS等の基本プログラムが格納されている。RAM303は、CPU301の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
A
HDD304は、CPU301の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、CPU301に、後述する演算処理を実行させるためのプログラム320を記録するものである。CPU301は、HDD304に記録(格納)されたプログラム320に基づいてロボットシステムの制御方法の各工程を実行する。なお、シミュレータ300には、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の不図示の外部記憶装置が接続されていてもよい。
The
シミュレータ300のインタフェース311と制御装置200のインタフェース211とがケーブル等で接続されており、シミュレータ300(CPU301)と制御装置200(CPU201)とが互いに通信(信号の送受信)が可能となっている。インタフェース312には、入力装置350が接続されている。インタフェース313には、表示装置360が接続されている。
The
なお、第1実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がHDD204,304であり、HDD204,304にプログラム220,320が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム220,320は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラム220,320を供給するための記録媒体としては、図2に示す記録ディスク321、不図示の外部記憶装置等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性メモリ、ROM等を用いることができる。図2では、記録ディスク321から読み出されたプログラム320,220が、HDD304,204にCPU301,201が実行可能な状態で格納されている。
In the first embodiment, the case where the computer-readable recording media are the
図3は、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムを示す機能ブロック図である。図3において、制御装置200及びシミュレータ300については、CPU201,301がプログラム220,320を実行することにより機能するブロックを図示している。具体的に説明すると、制御装置200のCPU201は、プログラム220を実行することにより、ロボット動作信号受信部231、ロボットプログラム読出部232、ロボット軌道計算部233及びロボット軌道送信部234として機能する。更に、CPU201は、時間差計算部235、信号処理部236、動作判断部237及びサーボ制御部238として機能する。また、シミュレータ300のCPU301は、プログラム320を実行することにより、シミュレーション動作部331、異常動作検出部332及び信号送信部333として機能する。ロボット操作端末400は、ロボット動作信号送信部401を有する。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the robot system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, for the
操作者は、ロボット操作端末400において、ロボット100による生産を開始する操作をする。ここで、開始対象となるロボット100の動作は、ロボット100の複数の動作が一連に続いたものを想定している。すなわち、この場合の用途として、ロボット100の動作を逐次確認するような動作(通称手動動作)ではなく、一連の動作を連続して実行するような動作(通称自動動作)を想定する。物品(組立品)を生産する際には、ロボット100を自動動作で動作させる。この操作により、ロボット操作端末400のロボット動作信号送信部401がロボット100の動作を開始させる信号を、制御装置200に送信する。
The operator performs an operation for starting production by the
制御装置200のロボット動作信号受信部231は、ロボット操作端末400のロボット動作信号送信部401からの信号を検知する。ロボット動作信号受信部231が信号を検知した場合、ロボットプログラム読出部232は、ロボットプログラム(教示点データを含む)を読み出し、ロボット軌道計算部233は、ロボット100(具体的にはロボットアーム101)の軌道データを計算する。つまり、ロボット軌道計算部233は、ロボット100の軌道データを、始点の教示点から終点の教示点に向かって順次計算する。ロボットプログラムに一連の複数の動作が記述されている場合には、各動作の軌道データを計算することになるが、一連の動作のうち最初の動作の軌道データから順次計算する。
The robot operation
ロボット軌道送信部234は、ロボット軌道計算部233がある1つの動作に対応する軌道データを計算中に、軌道計算が完了した分の軌道データ(部分軌道データ)から、逐次、シミュレータ300に送信する。部分軌道データとは、計算完了して未送信の軌道データのことである。
The robot
この部分軌道データを受信したシミュレータ300のシミュレーション動作部331は、受信した部分軌道データに従って、逐次、仮想ロボットを動作させる動作シミュレーションを行う。また、シミュレーション動作部331は、動作シミュレーション結果を示す仮想ロボットの動作画像を、表示装置360に表示させる。これにより、操作者は、視覚的にシミュレーション結果を把握できる。
The
異常動作検出部332は、この動作シミュレーションの結果に基づき、仮想ロボットを停止させる必要があるかどうか、すなわち仮想ロボットが仮想物体に干渉するかどうかを判断する。信号送信部333は、一定の時間間隔D1で、割り込み信号、具体的にはロボット100の動作を停止させる停止信号又はロボット100の動作を許可する許可信号を、制御装置200に送信する。
Based on the result of this motion simulation, the abnormal
一方、制御装置200の時間差計算部235は、シミュレータ300に最初の部分軌道データを送信してから一定時間D0が経過したかを計算する。一定時間D0は、任意に設定可能であるが、例えば時間間隔D1と同じに設定されている。
On the other hand, the time
また、制御装置200の信号処理部236は、受信した割り込み信号が、停止信号であるかどうか、即ち停止信号か許可信号かを判定する。
The
動作判断部237は、時間差計算部235にて計時した時間が一定時間D0を経過した後、信号処理部236の判定結果に応じて、ロボット100の動作の可否を判断し、サーボ制御部238に判断命令を出す。この判断命令は、許可信号の場合は動作命令、停止信号の場合は停止命令である。
The
サーボ制御部238は、動作判断部237の判断命令を受けて、ロボットアーム101に動作または停止の指令を送信する。ロボットアーム101の駆動制御装置130は、制御装置200からの動作または停止の指令をうけて、ロボットアーム101を動作または停止させる。
The
つまり、制御装置200は、軌道データの計算途中に、計算が完了した部分軌道データからロボット100を動作させるという、軌道データの計算とロボット100の動作とを並行して実施する。
That is, the
その際に、計算したばかりの部分軌道データは、未チェックであるため、制御装置200は、シミュレータ300にロボット100の干渉確認を行わせるべく、計算が完了した部分軌道データを、逐次、シミュレータ300に送信する。つまり、制御装置200及びシミュレータ300により、軌道データの計算、動作シミュレーション及びロボット100の動作を並行して実施する。
At this time, since the partial trajectory data just calculated has not been checked, the
そして、もしシミュレータ300がシミュレーションで干渉を検知したら、ロボット100が周囲の物体に干渉する前に、ロボット100の動作を停止させる必要がある。そのため、制御装置200は、シミュレータ300が最初の部分軌道データの動作シミュレーションが完了した後であって、最後の部分軌道データの動作シミュレーションが完了する前に、ロボット100の動作を開始させるものである。つまり、シミュレータ300によるシミュレーションを、ロボット100の動作に先行して行わせるものである。
If the
このときのロボット100の動作は、干渉確認の動作ではなく、実際に物品(組立品)の製造を行う動作(前述した自動動作)である。つまり、制御装置200は、計算した軌道データに従ってロボット100を動作させて、部品W1を部品W2に組付ける等、実際に物品(組立品)を製造する。
The operation of the
以下、ロボットシステムの制御方法(物品の製造方法)について詳細に説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る制御装置による軌道計算処理(軌道計算工程)を示すフローチャートである。図5は、本発明の第1実施形態に係るシミュレータによるシミュレーション処理(シミュレーション工程)を示すフローチャートである。図6は、本発明の第1実施形態に係る制御装置によるロボット制御処理(ロボット制御工程)を示すフローチャートである。 The robot system control method (article manufacturing method) will be described in detail below. FIG. 4 is a flowchart showing trajectory calculation processing (trajectory calculation step) by the control device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart showing a simulation process (simulation process) by the simulator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing a robot control process (robot control process) by the control device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図4の軌道計算処理のフローチャートについて説明する。制御装置200は、軌道データを、始点の教示点から終点の教示点に向かって順次計算し、計算が完了した部分軌道データから、逐次、シミュレータ300に送信する(ST1)。制御装置200は、軌道データの計算が完了したか否かを判断し(ST2)、完了していれば(ST2:Yes)そのまま終了し、完了していない場合(ST2:No)、停止信号を受信したか否かを判断する(ST3)。制御装置200は、シミュレータ300から送信された停止信号を受信した場合は(ST3:Yes)、軌道データの計算途中であっても、計算を終了し、停止信号を受信していない場合は(ST3:No)、ステップST1の処理に戻る。
First, the flowchart of the trajectory calculation process in FIG. 4 will be described. The
次に、図5のシミュレーション処理のフローチャートについて説明する。シミュレータ300は、制御装置200にて送信された部分軌道データを受信したか否かを判断し(ST11)、受信した場合(ST11:Yes)、逐次、受信した部分軌道データに従って、仮想ロボットを動作させる動作シミュレーションを行う(ST12)。
Next, the flowchart of the simulation process in FIG. 5 will be described. The
シミュレータ300は、この動作シミュレーションにより、仮想ロボットが仮想物体に干渉するか否かを判断する(ST13)。
The
シミュレータ300は、この判断の結果、干渉していないと判断した場合は(ST13:No)許可信号を(ST14)、干渉したと判断した場合は(ST13:Yes)停止信号を、割り込み信号として制御装置200に送信する(ST15)。このように、シミュレータ300は、動作シミュレーションの結果、ロボット100の動作を許可する許可信号及び停止信号のいずれかを、割り込み信号として制御装置200に送信する。
As a result of this determination, if the
シミュレータ300は、シミュレーションを継続するか否かを判断し(ST16)、継続すると判断した場合は(ST16:Yes)ステップST11の処理に戻り、継続しないと判断した場合は(ST16:No)シミュレーションを終了する。具体的に説明すると、シミュレータ300は、停止信号を送信した場合、又は全ての軌道データのシミュレーションを完了した場合は、シミュレーションを継続しないと判断し、それ以外はシミュレーションを継続すると判断する。シミュレータ300は、停止信号を送信してシミュレーションを終了した場合には、その旨を示す画像を表示装置360に表示させる。これにより、操作者は、教示点を変更する必要があることを判断できる。
The
シミュレータ300は、ステップST11〜ST16のルーチンにより、割り込み信号を、一定の時間間隔D1で制御装置200に送信し、送信する割り込み信号が停止信号となった後は、割り込み信号の送信を停止する。このように、シミュレータ300は、仮想ロボットが仮想物体に干渉したときは、ロボット100を停止させる場合として停止信号を制御装置200に送信する。
The
次に、図6のロボット制御処理のフローチャートについて説明する。制御装置200は、シミュレータ300に最初に部分軌道データを送信してから予め設定された一定時間D0が経過したか否かを判断する(ST21)。
Next, the flowchart of the robot control process of FIG. 6 will be described.
制御装置200は、一定時間D0が経過した後(ST21:Yes)、割り込み信号を受信しているかどうかを判断する(ST22)。制御装置200は、未だシミュレータ300からの割り込み信号を受信していない場合は、割り込み信号を受信するまで待機する。
一定時間D0は、シミュレータ300の演算処理能力、制御装置200の信号処理能力に依存する。よって一定時間D0は、シミュレータ300の演算処理能力及び制御装置200の信号処理能力に応じ、シミュレータ300が干渉を検知して停止信号を送信した際にロボット100を停止させるまでにロボット100が干渉しない時間に設定されている。この一定時間D0は、時間間隔D1以上、シミュレータ300が軌道データについてシミュレーションを終える時間よりも短い時間の範囲内で、任意に設定可能である。第1実施形態では、一定時間D0は、シミュレータ300の割り込み信号の時間間隔D1と同じに設定されている。
The fixed time D0 depends on the arithmetic processing capability of the
次に、制御装置200は、割り込み信号を受信している場合、最近(直近)の割り込み信号について、割り込み信号が許可信号か否かを判断する(ST23)。例えば、割り込み信号を1つ受信していた場合は、最近の割り込み信号はその割り込み信号となるが、割り込み信号を2つ以上受信していた場合は、これら受信した割り込み信号のうち最後に受信した割り込み信号が最近の割り込み信号となる。制御装置200は、割り込み信号が許可信号でなければ(ST23:No)、即ち停止信号であれば、そのまま処理を終了する。制御装置200は、割り込み信号が許可信号であれば(ST23:Yes)、ロボット100の動作を開始させる(ST24)。
Next, when receiving an interrupt signal,
これにより、制御装置200は、シミュレータ300が最初の部分軌道データの動作シミュレーションが完了した後であって、最後の部分軌道データの動作シミュレーションが完了する前に、ロボット100の動作を開始させることとなる。
Thus, the
次に、制御装置200は、ロボット100を動作させながら、次の割り込み信号を待ち受ける(ST25)。そして、制御装置200は、次の割り込み信号を受信したとき、受信した割り込み信号が停止信号であるかどうか、即ち停止信号か許可信号かを判定する(ST26)。
Next,
制御装置200は、シミュレータ300から受信した割り込み信号が許可信号のときは(ST26:No)、ステップST25に戻る。制御装置200は、割り込み信号が停止信号のときは(ST26:Yes)、ロボット100の動作を停止させ(ST27)、ロボット制御処理を終了する。
When the interrupt signal received from
シミュレータ300により軌道データの最初から最後に亘って干渉が確認されなかったら、制御装置200は、ロボット100の動作により1つの物品(組立品)を製造したことになる。なお、次回からは、教示点を変更しない限り、同じ軌道データに従ってロボット100を動作させるので、2つ目以降の物品の製造については、シミュレータ300によるシミュレーションは行わなくてもよい。つまり、第1実施形態では、教示点を変更したとき等、最初の1回のみシミュレータ300でシミュレーションをすればよい。
If no interference is confirmed from the beginning to the end of the trajectory data by the
以上の動作を、具体例を挙げて説明する。以下の例においては、予め教示作業が終了し、動作確認が完了しているロボットシステム500において、一部の教示点のみを変更し、動作確認するような事例を想定する。
The above operation will be described with a specific example. In the following example, it is assumed that in the
図7は、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムの制御装置200、シミュレータ300およびロボット100の動作の一例を示すタイムチャートである。図7の例では、計算される軌道データは3つあり、3つの軌道データの算出タイミングをB11,B12,B13とする。各軌道データは、1単位のロボット動作に対応し、少なくとも始点となる教示点と終点となる教示点とを用いて生成される。1単位のロボットの動作とは、ある始点からある終点までの動作として定義されるので、その1つの動作を指す。各軌道データにおいて、B11,B12,B13において破線で区切られた区間で部分軌道データが生成される。
FIG. 7 is a time chart showing an example of operations of the
制御装置200は、部分軌道データの計算が終えたら、シミュレータ300に送信するが、制御装置200が部分軌道データを送信してからシミュレータ300が部分軌道データに基づきシミュレーションを行うまでに遅延時間DS(=T1−T0)が発生する。
When the calculation of the partial trajectory data is completed, the
図7中、各軌道データに対応する動作シミュレーションの計算時間をSB11,SB12,SB13とする。また、図7中、各軌道データに対応するロボット100の動作時間をRB11,RB12,RB13とする。
In FIG. 7, the calculation time of the operation simulation corresponding to each trajectory data is SB11, SB12, and SB13. In FIG. 7, the operation time of the
制御装置200は、シミュレータ300が最初の部分軌道データの動作シミュレーションが完了した後であって、最後の部分軌道データの動作シミュレーションが完了する前に、ロボット100の動作を開始させる。図7の例では、時刻T2と時刻T6の間の時刻T3でロボット100の動作を開始させている。
The
また、制御装置200は、シミュレータ300が最初の部分軌道データの動作シミュレーションが完了した後であって、次の部分軌道データの動作シミュレーションが完了する前に、ロボット100の動作を開始させるのが好ましい。図7の例では、時刻T2と時刻T4の間の時刻T3でロボット100の動作を開始させている。
In addition, it is preferable that the
シミュレータ300は、一定の時間間隔D1で制御装置200に向けて割り込み信号S1を送信する。時間間隔D1は、操作者が任意に設定することが可能な時間である。時間間隔D1は、図7においてD1=T4−T2=T5−T4となる。この時間間隔D1は、例えば前述した一定時間D0と同じ時間に設定されている。
The
なお、一定時間D0を時間間隔D1と同じ時間に設定することで、ロボット100は、制御装置200が部分軌道データを最初に送信したタイミングから一定時間D0以上遅延して動作することとなる。
In addition, by setting the fixed time D0 to the same time as the time interval D1, the
時間間隔D1は任意に設定することができるが、以下に述べる条件を成立させるのに十分な値を設定する必要がある。割り込み信号S1がシミュレータ300から制御装置200に送信され、制御装置200にて割り込み信号S1を受信し、割り込み信号S1が停止信号か許容信号かを判定して、ロボット100の動作を停止又は継続させるまでに要する時間をD2とする。
The time interval D1 can be set arbitrarily, but it is necessary to set a value sufficient to satisfy the conditions described below. An interrupt signal S1 is transmitted from the
つまり、シミュレータ300が割り込み信号S1を送信してから遅延時間D2(=T3−T2)のタイミングでロボット100の動作を停止又は継続させることとなる。図3の機能ブロック図で考えた場合、時間D2は、シミュレータ300が割り込み信号S1を送信してから制御装置200の信号処理部236の処理を経て、動作判断部237にわたり、その動作判断からサーボ制御部238にわたるまでの時間ともいえる。
That is, the operation of the
よって、第1実施形態では、D1>D2の条件が成立するように時間間隔D1が設定されている。仮にD1<D2となる場合を考えると、制御装置200において、割り込み信号S1について処理が完了していないときに、次の割り込み信号S1を受信することになり、未処理の割り込み信号が累積し、割り込み信号S1の判断が遅延する。この遅延により、ロボット100が物体に干渉する前にロボット100を停止させることができない場合が生じることがある。
Therefore, in the first embodiment, the time interval D1 is set so that the condition of D1> D2 is satisfied. Considering the case where D1 <D2, the
ここで、シミュレータ300で干渉を検出した場合を考える。図7においては、3つ目の動作シミュレーションの実行中、即ち時間SB13中に時刻T7においてシミュレータ300が干渉を検知したとする。このとき、シミュレータ300は、割り込み信号として停止信号S3を、制御装置200に送信する。この割り込み信号S3を受けた制御装置200は、遅延時間D2後、ロボット100の動作を停止させる。このとき、かかった時間においてSB13<RB13となる。つまり、すべての時間SBn(nは数字を表す)およびすべての時間RBnに対して、
SBn≦RBn
の関係が成立している。つまり、シミュレータ300の演算時間がロボット100の動作時間に比して短い場合は、演算処理が早く終わるので、ロボット100が干渉する前に事前に停止させることができ特に問題はない。一方、シミュレータ300の演算時間が長い場合は、ロボット100が干渉する前に事前に停止するように、ロボット100の動作時間をシミュレータ300の演算速度に合わせて長くすればよい。これにより、ロボット100がシミュレーションで発生したエラー箇所より少し前の動作段階で停止することになる。
Here, a case where interference is detected by the
SBn ≦ RBn
The relationship is established. That is, when the calculation time of the
また、割り込み信号の送信の時間間隔D1は、シミュレーションの時間SBnに対して、
SBn>D1
の条件も満たす必要がある。つまり、1つのロボット100の動作に対して、シミュレーションの結果(即ち割り込み信号S1)を1回以上、シミュレータ300が送信する必要がある。これは、シミュレータ300での仮想ロボットの動作とほぼ並行な状態で、実際のロボット100を動作させるという意図によるものである。
Further, the transmission time interval D1 of the interrupt signal is equal to the simulation time SBn.
SBn> D1
It is necessary to satisfy the conditions. That is, for the operation of one
以上、第1実施形態によれば、制御装置200がロボット100の軌道を計算するので、シミュレータ300の計算負荷が低減する。また、制御装置200は、軌道全体の計算が終了するのを待たずに、部分軌道データをシミュレータ300に送信した後、ロボット100を部分軌道データに従って動作させる。したがって、ロボット100の軌道計算を開始してからロボット100の動作を開始するまでの時間を短縮することができる。これにより、ロボット100による物品(組立品)の生産性が向上する。また、制御装置200は、停止信号を受信したときにはロボット100の動作を停止させるが、シミュレータ300による動作シミュレーションに対して実際のロボット100の動作のタイミングを遅らせている。したがって、制御装置200は、停止信号を受信した際に事前にロボット100の動作を停止させることができるので、ロボット100の動作の信頼性が確保される。
As mentioned above, according to 1st Embodiment, since the
また、第1実施形態では、シミュレータ300は、割り込み信号として、停止信号と許可信号のいずれかを送信し、制御装置200は、許可信号を受けて、許可された部分軌道データに基づき、ロボット100を動作させている。そして、制御装置200は、停止信号を受けて、ロボット100の動作を停止させている。これにより、ロボット100の動作の信頼性が更に向上する。
In the first embodiment, the
また、シミュレータ300は、仮想ロボットの干渉確認を行い、干渉する場合には停止信号を制御装置200に送信するので、実際のロボット100がまわりの物体に干渉する前にロボット100を停止させることができる。したがって、ロボット100の動作の信頼性を確保できる。
Further, the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボットシステムの制御方法について説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係るロボットシステムの制御装置、シミュレータおよびロボットの動作の一例を示すタイムチャートである。なお、ロボットシステムの構成は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a robot system control method according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a time chart showing an example of the operation of the control device, simulator, and robot of the robot system according to the second embodiment of the present invention. Note that the configuration of the robot system is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
第1実施形態では、シミュレータ300が、割り込み信号として、許可信号及び停止信号のいずれかを送信する場合について説明したが、第2実施形態では、停止信号のみを送信する。即ち、シミュレータ300は、許可信号を送信しない。
In the first embodiment, the case where the
したがって、制御装置200は、最初の部分軌道データを送信してから一定時間D0が経過してからロボット100の動作を開始させる。そして、制御装置200は、停止信号を受信したときにロボット100の動作を停止させればよい。一定時間D0は、第1実施形態と同様、停止信号を受信してからロボット100を停止させても、ロボット100が干渉する前に停止するよう設定しておけばよい。
Therefore, the
これにより、第2実施形態では、第1実施形態と同様の効果を奏する。即ち、ロボット100の動作の信頼性を確保しつつ、シミュレータ300の計算負荷を低減しながら、ロボット100の軌道計算を開始してからロボット100の動作を開始するまでの時間を短縮される。したがって、ロボット100による物品(組立品)の生産性が向上する。
Thereby, in 2nd Embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment. That is, while ensuring the reliability of the operation of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るロボットシステムについて説明する。図9は、本発明の第3実施形態に係るロボットシステムを示す概略図である。なお、第3実施形態のロボットシステムについて、第1実施形態のロボットシステムと同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a robot system according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 9 is a schematic view showing a robot system according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the robot system of 3rd Embodiment, about the structure similar to the robot system of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
ロボットシステム500Aは、ロボット100、制御装置(ロボットコントローラ)200、シミュレータ300、入力装置350、表示装置360及びロボット操作端末400のほか、撮像装置としてのカメラ600を備えている。
A
カメラ600は、ロボット100のロボットハンド102により把持する把持対象物である部品W1を撮像するためのものであり、架台160に対して相対的に移動しないように不図示の枠体等に固定されている。
The
シミュレータ300及び制御装置200は、第1実施形態と同様の処理を行うが、図4のステップST1にて生成するロボットの軌道データが、第1実施形態と異なる。
The
即ち、制御装置200は、図4のステップST1では、カメラ600により撮像された撮像画像から、部品W1の位置及び姿勢を計算し、部品W1の位置及び姿勢に応じて、ロボットハンド102が部品W1に向かう軌道データを計算する。つまり、部品W2に組付ける部品W1の位置及び姿勢は、毎回異なるため、軌道データは、物品(組立品)を製造する毎に毎回計算することとなる。
That is, in step ST1 of FIG. 4, the
このように、カメラ600の画像データにより、1つの物品(組立品)を製造する毎に毎回軌道データを計算する場合には、シミュレータ300は、毎回計算される軌道データに対して毎回シミュレーションを行う。
As described above, when the trajectory data is calculated every time one article (assembly) is manufactured from the image data of the
第3実施形態によれば、毎回変更される軌道データに対してシミュレーションを行う場合、軌道データの計算、シミュレーション及びロボット100の動作を並行して行うことで、ロボット100による物品(組立品)の生産性が向上する。
According to the third embodiment, when the simulation is performed on the trajectory data that is changed every time, the calculation of the trajectory data, the simulation, and the operation of the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention. In addition, the effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
また、上述の実施形態では、ロボットアーム101が垂直多関節のロボットアームの場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアーム101が、例えば、水平多関節のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、直交ロボット等、種々のロボットアームであってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
また、エンドエフェクタがロボットハンド102の場合について説明したがこれに限定するものではない。例えばエンドエフェクタが電動ドライバー等のツールであってもよい。
Moreover, although the case where the end effector is the
また、上述の実施形態では、制御装置200及びシミュレータ300がそれぞれ1つのCPUを有している場合について説明したが、これに限定するものではなく、それぞれが複数のCPUを有していてもよい。そして、各CPUに図3に示す各部として機能させてもよい。
In the above-described embodiment, the case where each of the
100…ロボット、200…制御装置、300…シミュレータ、500…ロボットシステム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
軌道データに従って前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
前記ロボットに対応する仮想ロボット及び前記ロボットの周囲にある物体に対応する仮想物体を、仮想空間内に配置し、前記仮想ロボットの動作をシミュレーションするシミュレータと、を備え、
前記制御装置は、前記軌道データを、始点から終点に向かって順次計算し、計算が完了した部分軌道データから、逐次、前記シミュレータに送信し、
前記シミュレータは、逐次、前記制御装置から受信した前記部分軌道データに従って、前記仮想ロボットを動作させる動作シミュレーションを行い、該動作シミュレーションの結果、前記ロボットを停止させる場合に停止信号を前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、前記シミュレータが最初の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了した後であって、最後の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了する前に、前記ロボットの動作を開始させ、前記停止信号を前記シミュレータから受信したときは前記ロボットの動作を停止させることを特徴とするロボットシステム。 With robots,
A control device for controlling the operation of the robot according to the trajectory data;
A virtual robot corresponding to the robot and a virtual object corresponding to an object around the robot are arranged in a virtual space, and a simulator for simulating the operation of the virtual robot,
The control device sequentially calculates the trajectory data from the start point to the end point, and sequentially transmits the partial trajectory data from the start point to the simulator,
The simulator sequentially performs an operation simulation for operating the virtual robot according to the partial trajectory data received from the control device, and transmits a stop signal to the control device when the robot is stopped as a result of the operation simulation. And
The controller starts the operation of the robot after the simulator completes the motion simulation of the first partial trajectory data and before the motion simulation of the last partial trajectory data is completed. When the stop signal is received from the simulator, the operation of the robot is stopped.
前記制御装置は、前記許可信号を受信してから前記ロボットの動作を開始させることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。 As a result of the operation simulation, the simulator transmits either the permission signal that permits the operation of the robot or the stop signal as an interrupt signal to the control device,
The robot system according to claim 1, wherein the control device starts the operation of the robot after receiving the permission signal.
前記ロボットハンドにより把持する把持対象物を撮像する撮像装置を更に備え、
前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された撮像画像から、前記把持対象物の位置及び姿勢を計算し、前記把持対象物の位置及び姿勢に応じて、前記ロボットハンドが前記把持対象物に向かう前記軌道データを計算することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のロボットシステム。 The robot has a robot arm and a robot hand attached to the robot arm,
An image pickup device for picking up an object to be grasped by the robot hand;
The control device calculates the position and orientation of the gripping object from the captured image captured by the imaging device, and the robot hand heads toward the gripping object according to the position and orientation of the gripping object. 6. The robot system according to claim 1, wherein the trajectory data is calculated.
前記制御装置が、前記軌道データを、始点から終点に向かって順次計算し、計算が完了した部分軌道データから、逐次、前記シミュレータに送信する軌道計算工程と、
前記シミュレータが、逐次、前記制御装置から受信した前記部分軌道データに従って、前記仮想ロボットを動作させる動作シミュレーションを行い、該動作シミュレーションの結果、前記ロボットを停止させる場合に停止信号を前記制御装置に送信するシミュレーション工程と、
前記制御装置が、前記シミュレータが最初の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了した後であって、最後の前記部分軌道データの前記動作シミュレーションが完了する前に、前記ロボットの動作を開始させ、前記停止信号を前記シミュレータから受信したときは前記ロボットの動作を停止させるロボット制御工程と、を備えたことを特徴とするロボットシステムの制御方法。 A robot, a control device that controls the operation of the robot according to trajectory data, a virtual robot corresponding to the robot and a virtual object corresponding to an object around the robot are arranged in a virtual space, and the virtual robot A robot system control method comprising a simulator for simulating an operation,
The control device sequentially calculates the trajectory data from the start point to the end point, and from the partial trajectory data for which the calculation is completed, sequentially transmits the trajectory to the simulator,
The simulator sequentially performs an operation simulation for operating the virtual robot according to the partial trajectory data received from the control device, and transmits a stop signal to the control device when the robot is stopped as a result of the operation simulation. Simulation process to
The controller starts the operation of the robot after the simulator completes the motion simulation of the first partial trajectory data and before the motion simulation of the last partial trajectory data is completed; And a robot control step for stopping the operation of the robot when the stop signal is received from the simulator.
前記ロボット制御工程では、前記制御装置が、前記許可信号を受信してから前記ロボットの動作を開始させることを特徴とする請求項7に記載のロボットシステムの制御方法。 In the simulation step, as a result of the operation simulation, the simulator transmits either the permission signal for allowing the operation of the robot or the stop signal to the control device as an interrupt signal,
The robot system control method according to claim 7, wherein, in the robot control step, the control device starts the operation of the robot after receiving the permission signal.
前記ロボットシステムは、前記ロボットハンドにより把持する把持対象物を撮像する撮像装置を更に備え、
前記軌道計算工程では、前記制御装置が、前記撮像装置により撮像された撮像画像から、前記把持対象物の位置及び姿勢を計算し、前記把持対象物の位置及び姿勢に応じて、前記ロボットハンドが前記把持対象物に向かう前記軌道データを計算することを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法。 The robot has a robot arm and a robot hand attached to the robot arm,
The robot system further includes an imaging device that images a gripping object gripped by the robot hand,
In the trajectory calculation step, the control device calculates the position and orientation of the gripping object from the captured image captured by the imaging device, and the robot hand moves the robot hand according to the position and orientation of the gripping object. The robot system control method according to any one of claims 7 to 11, wherein the trajectory data toward the gripping object is calculated.
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