JP2018039060A

JP2018039060A - ロボットシミュレーション装置

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Publication number: JP2018039060A
Application number: JP2016173015A
Authority: JP
Inventors: 幸三井上; Kozo Inoue
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: US10603788B2; CN107791246A; JP6571616B2; CN107791246B; US20180065249A1

Abstract

【課題】必要な機能を満足しかつ周辺機器との干渉を回避することができるツールの設計を簡易に行う。【解決手段】ツールに備えられる１以上のハンドの種類を設定するツール情報設定部１０と、ハンドの種類とハンドの３次元モデルおよびツール座標系とを対応づけて記憶するハンドモデル記憶部５と、ロボットの取付面に取り付けられるツールの各ハンドの位置および姿勢を設定するハンド位置姿勢設定部１１と、設定されたハンドの種類に基づいて読み出したハンドの３次元モデルを、設定されたハンドの位置および姿勢で取付面に取り付けたロボットの３次元モデルを生成し、ツール座標系を設定するロボットモデル生成部３とを備え、生成されたロボットの３次元モデルおよびツール座標系を用いて、ツールが取付面に取り付けられたロボットのシミュレーションを行うロボットシミュレーション装置１を提供する。【選択図】図１

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る。

従来、ロボットの動作を画面上でシミュレーションするロボットシミュレーション装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このロボットシミュレーション装置は、ハンドを取り付けたロボットのシミュレーションを実施しながら、ケース内に山積みされたワークをハンドによってケースから取り出す際に、ハンドとケースに干渉が生じないようにハンドの形状モデルを変更して、変更後のハンドの形状モデルから実際のハンドの寸法データを取得するようになっている。

特開２００７−３３４６７８号公報

しかしながら、ハンドの設計には設計者のノウハウが必要であり、干渉を回避できるように変形された形状が必ずしもハンドの必要な機能を満足しているとは限らないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、必要な機能を満足しかつ周辺機器との干渉を回避することができるツールの設計を簡易に行うことができるロボットシミュレーション装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ツールに備えられる１以上のハンドの種類を設定するツール情報設定部と、前記ハンドの種類と該ハンドの３次元モデルおよびツール座標系とを対応づけて記憶するハンドモデル記憶部と、ロボットの取付面に取り付けられる前記ツールの各前記ハンドの位置および姿勢を設定するハンド位置姿勢設定部と、前記ツール情報設定部により設定された前記ハンドの種類に基づいて前記ハンドモデル記憶部から読み出した前記ハンドの３次元モデルを前記ハンド位置姿勢設定部により設定された前記ハンドの位置および姿勢で前記取付面に取り付けた前記ロボットの３次元モデルを生成し、ツール座標系を設定するロボットモデル生成部とを備え、該ロボットモデル生成部により生成された前記ロボットの３次元モデルおよび前記ツール座標系を用いて、前記ツールが前記取付面に取り付けられた前記ロボットのシミュレーションを行うロボットシミュレーション装置を提供する。

本態様によれば、ツール情報設定部により、ツールに備えられる１以上のハンドの種類が設定され、ハンド位置姿勢設定部によりロボットの取付面に取り付けられるツールにおける各ハンドの位置および姿勢が設定されると、ハンドモデル記憶部に記憶されているハンドの３次元モデルおよびツール座標系が読み出され、ロボットモデル生成部において、設定された位置および姿勢で取付面にツールが取り付けられ、ツール座標系が設定されたロボットの３次元モデルが生成される。これにより、取付面にツールが取り付けられたロボットのシミュレーションが、ハンドのツール座標系を用いて行われる。

すなわち、本態様によれば、必要情報を入力するだけで、予め記憶されているツールの３次元モデルおよびツール座標系が選択され、ロボットの取付面に所望の位置および角度でツールを取り付けたロボットのシミュレーションを簡易に行うことができる。したがって、入力する情報を変更して、種々のツールを装着したロボットについてシミュレーションを簡易に行って、ツール毎の干渉チェックやサイクルタイムの評価等を簡易に行うことができる。この場合に、予め記憶されているハンドの３次元モデルを用いるので、必要な機能を満たしたツールによるシミュレーションを行うことができる。

上記態様においては、前記ツールが、前記ハンドと該ハンドを前記ロボットに取り付けるための取付部材とを備え、前記ハンド位置姿勢設定部が、前記取付部材の形状を設定してもよい。
このようにすることで、ハンド位置姿勢設定部により取付部材の形状を設定することによって、ロボットの取付面に取り付けるハンドの位置および姿勢を簡易に設定することができる。

また、上記態様においては、前記ハンドが、ハンド本体と、該ハンド本体に対して移動する１以上の爪とを備え、前記ツール情報設定部が、前記爪の種類および大きさを設定してもよい。
このようにすることで、ハンドの動作時に、ハンド本体の可動部により移動させられる
１以上の爪を所望の種類および大きさに設定してシミュレーションを行うことができる。

また、上記態様においては、前記ハンドが前記爪の動作を開始させる際に前記ロボットから出力される出力信号と、前記爪の動作完了時に前記ハンドから前記ロボットに入力される入力信号とを設定する信号設定部を備えていてもよい。
このようにすることで、ロボットの動作プログラムに記述された入出力信号によって、ロボットの動作中にハンド本体の可動部を動作させて爪を動作させるシミュレーションを行うことができる。

また、上記態様においては、前記ロボットの３次元モデルとは分離して前記ハンドの３次元モデルのシミュレーションを行ってもよい。
このようにすることで、ツールはロボットの取付面に取り付けられてロボットの動作によって種々の方向に移動するので、ハンドの３次元モデルをロボットの３次元モデルとは分離してシミュレーションすることで、ハンドの動作を見易い位置で確認することができる。

また、上記態様においては、前記爪が前記ロボットの付加軸により駆動されてもよい。
このようにすることで、ロボットを動作させる各駆動軸と同様の動作指令によってハンドを駆動させて、ツールを含むロボットのシミュレーションを行うことができる。

また、上記態様においては、前記ツール情報設定部が、複数の前記ツールの情報を設定可能であり、前記ロボットモデル生成部が、前記ツール情報設定部により設定されたいずれかの前記ツールを択一的に選択して前記ロボットのシミュレーションを行ってもよい。
このようにすることで、複数のツールを設定しておき、いずれか１つのツールを選択して、その３次元モデルを取付面に取り付けた状態のロボットモデルによるシミュレーションを、設定されたツールを切り替えて実施することにより、干渉やサイクルタイム等を比較しながら評価することができる。

本発明によれば、必要な機能を満足しかつ周辺機器との干渉を回避することができるツールの設計を簡易に行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシミュレーション装置を示すブロック図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられたツール情報設定部によるハンドの数の入力画面例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられたツール情報設定部によるハンドの種類の入力画面例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられたツール情報設定部によるハンドの爪の寸法の入力画面例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられた取付形状設定部による取付部材の形状の入力画面例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられた模擬ロボット生成部によるツール座標系の設定例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置の模擬ロボット生成部により生成されたハンド本体と取付部材とを組み合わせた３次元モデルの一例を示す図である。図１のロボットシミュレーション装置の模擬ロボット生成部により生成された爪の３次元モデルの一例を示す斜視図である。図１のロボットシミュレーション装置に備えられた信号設定部による入出力信号と爪の動作との対応関係を示す図である。（ａ）図１のロボットシミュレーション装置の変形例であって、ロボット本体の付加軸によって駆動されるハンドの一例、（ｂ）ハンド本体の一例および（ｃ）爪の一例をそれぞれ示す斜視図である。図１のロボットシミュレーション装置の他の変形例であって、複数のツールの３次元モデルを生成する場合を示す図である。

本発明の一実施形態に係るロボットシミュレーション装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシミュレーション装置１は、パーソナルコンピュータ等の計算機によって実現されるものである。

このロボットシミュレーション装置１は、図１に示されるように、ロボット本体２０およびロボット本体２０のアーム先端の取付面１５に取り付けられるツール１３を模擬する装置であって、ロボットの制御装置から出力されるハードウェア情報およびソフトウェア情報を読み込むロボット本体情報読込部２と、ロボット本体情報読込部２により読み込まれたハードウェア情報およびソフトウェア情報に基づいてロボット本体２０の３次元モデルを生成するロボット本体モデル生成部（ロボットモデル生成部）３と、ツール１３の情報を入力するツール情報入力部４と、ツール１３を構成するハンド１２の３次元モデルを記憶するハンドモデル記憶部５と、ツール情報入力部４により入力されたツール１３の情報と、ハンドモデル記憶部５に記憶されたハンド１２の３次元モデルと、ロボット本体モデル生成部３により生成されたロボット本体２０の３次元モデルとに基づいて、ロボット本体２０の取付面１５にツール１３を取り付けたロボットの３次元モデルを生成する模擬ロボット生成部６と、ツール１３を動作させるための信号を設定する信号設定部７と、生成されたロボットの３次元モデルを用いて、ロボットのソフトウェア情報に含まれている動作プログラムを実行するプログラム実行部８と、実行結果を表示するモニタ９とを備えている。

ロボットの制御装置から読み込まれる情報には、当該ロボットの識別情報、各軸の加速度、最高速度および動作範囲等のパラメータおよび動作プログラムが含まれている。
ロボット本体モデル生成部３は、ロボットから読み込まれたハードウェア情報に基づいて、ロボットシミュレーション装置１上で動作するロボット本体２０の３次元モデルを生成し、各軸の加速度、最高速度および動作範囲を設定するようになっている。

ツール情報入力部４は、図１に示されるように、ツール１３に備えられるハンド１２の数と種類を設定するツール情報設定部１０と、ロボットの取付面１５にハンド１２を取り付ける取付部材１６の形状を設定する取付形状設定部（ハンド位置姿勢設定部）１１とを備えている。
ツール情報設定部１０は、図２に示されるように、異なる数のハンド１２を有する複数種類のツール１３をモニタ９上に表示してユーザに選択させることで、ツール１３に備えられるハンド１２の数を設定するようになっている。なお、ハンド１２の数は、ユーザに数値入力させることにより設定してもよい。

また、ツール情報設定部１０は、図３に示されるように、異なる種類のハンド１２をモニタ９上に表示してユーザに選択させることで、ツール１３に備えられるハンド１２の種類を設定するようになっている。
ハンドモデル記憶部５には、ハンド１２の種類を示す識別情報とハンド１２の３次元モデルとが対応づけて記憶されており、ツール情報設定部１０によりハンド１２の種類が設定されると、ハンドモデル記憶部５に、当該種類に対応して記憶されているハンド１２の３次元モデルが読み出されるようになっている。ハンドモデル記憶部５には、ハンド本体１２ａと該ハンド本体１２ａに適合する爪１４の３次元モデルが別々に記憶されている。

また、ツール情報設定部１０は、ハンド１２の種類が入力された後に、ハンド１２に備えられる１以上の爪１４の情報を設定するようになっている。ハンド１２の種類が設定されることにより、ハンドモデル記憶部５に当該種類に対応して記憶されているハンド本体１２ａと、該ハンド本体１２ａに適合する爪１４の３次元モデルが読み出されるようになっている。

設定する爪１４の情報としては、爪１４の形状および寸法を挙げることができる。ハンドモデル記憶部５から読み出されたハンド本体１２ａに適合する爪１４の形状を列挙してモニタ９に表示することで、所望の爪１４の種類をユーザに選択させ、図４に示されるように、選択された種類の爪１４を特定するための寸法（長さＬ１、幅Ｌ２、厚さＬ３等）をユーザに入力させるようになっている。

取付形状設定部１１は、図５に示されるように、取付面１５からハンド本体１２ａまでを結ぶ単純化された形状の取付部材１６の寸法ＡからＥをユーザに設定させるようになっている。これにより、ロボットの取付面１５に対するハンド本体１２ａの位置および姿勢を設定することができるようになっている。

模擬ロボット生成部６は、図７に示されるように、選択されたハンド本体１２ａの３次元モデルと設定された取付部材１６とを組み合わせたツール１３の３次元モデルを生成するとともに、図８に示されるように、設定された爪１４の３次元モデルをハンド本体１２ａの３次元モデルとは別個に生成する。また、模擬ロボット生成部６は、ロボット本体モデル生成部３により生成されたロボット本体２０の３次元モデルの取付面１５に、生成されたツール１３の３次元モデルを取り付けたロボットの３次元モデルを生成するとともに、生成された爪１４の３次元モデルをハンド本体１２ａに対して移動可能に組み合わせ、ツール座標系を設定するようになっている。模擬ロボット生成部６において、ツール座標系は、例えば、図６に示されるように、ハンド１２に備えられる２以上の爪１４の中央位置に設定されるようになっている。

信号設定部７は、図９に示されるように、ハンド１２の各爪１４と、各爪１４を作動開始させるための出力信号および作動終了をロボット本体２０に知らせるための入力信号との対応関係を設定するようになっている。図９においては３つの爪１４（Ｃｌａｗ１，Ｃｌａｗ２，Ｃｌａｗ３）の入出力信号と、移動距離および動作・動作時間が対応づけられている。

このように構成された本実施形態に係るロボットシミュレーション装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシミュレーション装置１を用いてツール１３を取り付けたロボットのシミュレーションを行うには、ロボット本体情報読込部２によってロボットの制御装置からロボット本体２０の情報を読み込む。

これにより、ロボット本体情報読込部２により読み込まれたハードウェア情報に基づいて、ロボット本体モデル生成部３により、ロボット本体２０の３次元モデルが生成される。
次いで、ユーザがツール情報入力部４によってツール１３に備えられるハンド１２の数および種類を入力する。これにより、入力された種類に対応するハンド１２の３次元モデルが入力された数だけハンドモデル記憶部５から読み出される。

ツール１３に備えられるハンド１２の種類が設定されると、設定された種類に対応してハンドモデル記憶部５に記憶されているハンド本体１２ａの３次元モデルと該ハンド本体１２ａに適合する爪１４の３次元モデルとが読み出され、読み出された爪１４の候補がモニタ９に表示されるので、ユーザがいずれかの爪１４を選択すると、その爪１４の寸法をユーザに入力させる画面が表示される。これに応じて、ユーザが爪１４の寸法を入力することにより、所望の形状および大きさの爪１４を有するハンド１２の３次元モデルが生成される。

そして、ユーザが取付形状設定部１１によって取付面１５からハンド本体１２ａまでを結ぶ単純化された形状の取付部材１６の寸法を設定すると、取付部材１６の形状によって決定された取付面１５に対する位置および姿勢で１以上のハンド本体１２ａがロボット本体２０に固定され、ハンド本体１２ａに対して爪１４が移動するロボットの３次元モデルが生成され、ハンド１２の爪１４の間に原点を有するツール座標系が設定される。

次いで、ユーザは、信号設定部７により、ハンド１２の各爪１４と、各爪１４を作動開始させるための出力信号および作動終了をロボット本体２０に知らせるための入力信号との対応関係を設定する。これにより、ロボットの動作プログラムの各実行行に記述されている出力信号に対応してハンド１２の爪１４を動作させることができ、ハンド１２の爪１４の動作終了が入力信号として入力されたことを検出して次の実行行に移行することができるようになる。

この後に、プログラム実行部８により、ロボットの制御部から読み込んだソフトウェア情報に含まれている動作プログラムを作動させること、および、モニタ９上においてロボットの３次元モデルを動作プログラムに従って動作させ、ロボットのシミュレーションを行うことができる。ロボットのシミュレーション結果としては、例えば、サイクルタイム、最大負荷、干渉有無および到達可不可が出力される。ユーザはサイクルタイムや最大負荷が、所定の基準より大きかったり、干渉が発生したり、動作範囲が足りなかったりする場合には、取付部材１６の形状を変更したり、ハンド１２の種類を変更したりして、全ての条件に適合するハンド１２の位置および姿勢を評価することができる。

このように、本実施形態に係るロボットシミュレーション装置１によれば、周辺機器との干渉が発生した場合にハンド１２の形状モデルを変形するのではなく、予め用意されたハンドモデルを用いてその位置や姿勢を変更してシミュレーションを行うので、周辺機器との干渉を回避しつつツール１３の必要な機能を損なわないようにツール１３を設計することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、信号設定部７により設定された入出力信号によって、動作プログラムに記述された出力信号によりハンド１２の爪１４を動作させることとしたが、図１０（ａ）から（ｃ）に示されるように、ハンド本体１２ａとしてロボット本体２０の付加軸により動作する方式のものを採用し、ロボット本体２０の他の駆動軸の作動指令と同様に、付加軸への作動指令によって爪１４を駆動するハンド１２を採用してもよい。

また、本実施形態においては、１以上のハンド１２を有する単一のツール１３の３次元モデルを生成して、ロボット本体２０の取付面１５に取り付けた状態のロボットの動作のシミュレーションを実施することとしたが、これに代えて、図１１に示されるように、２以上のツール１３の３次元モデルを生成して、ツール１３を交換しながらシミュレーションを行うことにしてもよい。これにより、サイクルタイム、最大負荷、干渉有無および到達可不可等のシミュレーション結果をツール１３間で比較して評価することができるという利点がある。

１ロボットシミュレーション装置
３ロボット本体モデル生成部（ロボットモデル生成部）
５ハンドモデル記憶部
７信号設定部
１０ツール情報設定部
１１取付形状設定部（ハンド位置姿勢設定部）
１２ハンド
１２ａハンド本体
１３ツール
１４爪
１５取付面
１６取付部材

Claims

ツールに備えられる１以上のハンドの種類を設定するツール情報設定部と、
前記ハンドの種類と該ハンドの３次元モデルおよびツール座標系とを対応づけて記憶するハンドモデル記憶部と、
ロボットの取付面に取り付けられる前記ツールの各前記ハンドの位置および姿勢を設定するハンド位置姿勢設定部と、
前記ツール情報設定部により設定された前記ハンドの種類に基づいて前記ハンドモデル記憶部から読み出した前記ハンドの３次元モデルを前記ハンド位置姿勢設定部により設定された前記ハンドの位置および姿勢で前記取付面に取り付けた前記ロボットの３次元モデルを生成し、ツール座標系を設定するロボットモデル生成部とを備え、
該ロボットモデル生成部により生成された前記ロボットの３次元モデルおよび前記ツール座標系を用いて、前記ツールが前記取付面に取り付けられた前記ロボットのシミュレーションを行うロボットシミュレーション装置。
前記ツールが、前記ハンドと該ハンドを前記ロボットに取り付けるための取付部材とを備え、
前記ハンド位置姿勢設定部が、前記取付部材の形状を設定する請求項１に記載のロボットシミュレーション装置。
前記ハンドが、ハンド本体と、該ハンド本体に対して移動する１以上の爪とを備え、
前記ツール情報設定部が、前記爪の種類および大きさを設定する請求項１または請求項２に記載のロボットシミュレーション装置。
前記ハンドが前記爪の動作を開始させる際に前記ロボットから出力される出力信号と、前記爪の動作完了時に前記ハンドから前記ロボットに入力される入力信号とを設定する信号設定部を備える請求項３に記載のロボットシミュレーション装置。
前記ロボットの３次元モデルとは分離して前記ハンドの３次元モデルのシミュレーションを行う請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットシミュレーション装置。
前記爪が前記ロボットの付加軸により駆動される請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットシミュレーション装置。
前記ツール情報設定部が、複数の前記ツールの情報を設定可能であり、
前記ロボットモデル生成部が、前記ツール情報設定部により設定されたいずれかの前記ツールを択一的に選択して前記ロボットのシミュレーションを行う請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボットシミュレーション装置。