JP2020199625A

JP2020199625A - シミュレーション装置

Info

Publication number: JP2020199625A
Application number: JP2019110626A
Authority: JP
Inventors: 寛之米山; Hiroyuki Yoneyama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17
Also published as: US11345027B2; US20200391377A1; CN112077826A; DE102020205294A1

Abstract

【課題】ロボットの動作の適否を正確に確認することができるシミュレーション装置を提供すること。【解決手段】本開示に係るシミュレーション装置は、供給装置、ロボット及び受取装置の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、ワークの三次元モデルを搬送面上に配置するワーク供給部と、搬送面上のワークを受取面上に移動させるようロボットを動作させるロボット動作制御部と、を備え、モデル配置部は、設定される条件に従って新たに配置するワークの位置及び向きを算出する基準位置算出部と、ワークが占有するワーク領域を設定するワーク領域設定部と、ワーク領域に隣接する干渉領域を設定する干渉領域設定部と、ワーク領域及び干渉領域を示す画面を表示する表示制御部と、新たに配置するワークのワーク領域が先に配置されたワークのワーク領域及び干渉領域と重ならないよう、新たに配置するワークの相対位置を調整する供給位置調整部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、シミュレーション装置に関する。

例えばベルトコンベア等によって次々と供給されるワークをロボットによってピックアップして他のベルトコンベアやテーブル等に逐次移載するロボット移載システムが知られている。また、このようなロボット移載システムの動作を疑似的に確認するシミュレーションシステムも提案されている。

例として、特許文献１には、「搬送装置によって搬送される複数のワークに対してロボットが作業を行うロボットシステムのシミュレーション装置であって、前記複数のワークおよび前記搬送装置のそれぞれをモデル化した複数のワークモデルおよび搬送装置モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、前記搬送装置モデルに対して予め定められた前記複数のワークモデルの各々の基準位置からの、個々の前記ワークモデルのオフセット量を設定するオフセット設定部と、前記基準位置と前記オフセット量とから求めた位置に各々が配置される前記複数のワークモデルを、順次、前記搬送装置モデルによって搬送する搬送動作を実行する搬送動作実行部と、前記搬送装置モデルによって順次搬送される少なくとも２つの前記ワークモデルの間の干渉を検出する干渉検出部と、前記干渉が検出された前記少なくとも２つのワークモデルのうち少なくとも１つのワークモデルに対し、前記干渉が生じなくなる非干渉位置を検索する非干渉位置検索部と、検索した前記非干渉位置に基づき、前記搬送装置モデルに配置される前記少なくとも１つのワークモデルの位置を修正するワーク位置修正部と、を備える、シミュレーション装置」が開示されている。

特開２０１８−１４０４７６号公報

特許文献１に記載のシミュレーション装置では、ワークモデル同士が干渉する場合にはいずれかのワークモデルの位置を修正してワークモデル同士の干渉を解消している。しかしながら、ロボットのハンドがワークの側面を把持するグリッパである場合には、ワーク同士が干渉しないようにしても、把持するワークの近傍に位置するワークにグリッパが干渉するため、実際のロボット移載システムで同じ動作を行うとトラブルが発生する。また、ハンドが、ワークの上面を吸着する吸着パッドを用いるものであっても、吸着パッドをワークに押し当てるための弾性がパッドを横方向に移動させるよう作用し、ワークをわずかに横方向に移動させるよう作用し、理論上干渉しないはずのワーク同士が干渉してしまう場合がある。そこで、ロボット移載システムにおけるロボットの動作の適否を正確に確認することができるシミュレーション装置が望まれる。

本開示の一態様に係るシミュレーション装置は、ワークが配置される搬送面を有する供給装置と、前記搬送面上の前記ワークを撮影して前記ワークの位置を算出する画像処理装置と、前記搬送面上の前記ワークを保持するハンドを有し、前記画像処理装置の算出結果に基づいて前記ワークを前記搬送面から取り上げるロボットと、前記ロボットにより前記ワークが配置される受取面を有する受取装置と、を備えるロボット移載システムの動作を疑似的に確認するシミュレーション装置であって、前記供給装置、前記ロボット及び前記受取装置の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、前記ワークの三次元モデルを前記供給装置の三次元モデルにおける搬送面上に配置するワーク供給部と、前記搬送面上の前記ワークの三次元モデルを前記受取面上に移動させるよう、前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作制御部と、を備え、前記モデル配置部は、設定される条件に従って、新たに配置する前記ワークの位置及び向きを算出する基準位置算出部と、前記ワークが占有するワーク領域を設定するワーク領域設定部と、前記ワーク領域に隣接する干渉領域を設定する干渉領域設定部と、新たに配置する前記ワークの前記ワーク領域が先に配置された前記ワークの前記ワーク領域及び前記干渉領域と重ならないよう、新たに配置する前記ワークの相対位置を調整する供給位置調整部と、を有する。

本開示によれば、ロボット移載システムにおけるロボットの動作の適否を正確に確認することができるシミュレーション装置を提供することができる。

本開示の一実施形態のシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。図１のシミュレーション装置によりシミュレーションされるロボット移載システムの構成を示す模式的斜視図である。図１のシミュレーション装置における搬送面上のワークの配置を説明する模式図である。図１のシミュレーション装置におけるワークとロボットのハンドとの関係を説明する模式的側面図である。図６のハンドを用いる場合のワーク領域と干渉領域とを例示する模式的平面図である。図１のシミュレーション装置においてワークの位置が調整される場合のワークの配置を例示する模式的平面図である。図１のシミュレーション装置におけるロボット移載システムのシミュレーションの手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本開示の一実施形態に係るシミュレーション装置１の構成を示す。

シミュレーション装置１は、図２に示すように、ワークＷ（以下ワークの番号を付記する場合がある）が配置される搬送面Ｓｆを有する供給装置Ｆと、搬送面Ｓｆ上のワークＷを撮影してワークＷの位置を算出する画像処理装置Ｖと、搬送面Ｓｆ上のワークＷを保持するハンドＨを有し、画像処理装置Ｖの算出結果に基づいてワークＷを搬送面Ｓｆから取り上げるロボットＲと、ロボットＲによりワークＷが配置される受取面Ｓｃを有する受取装置Ｃと、を備えるロボット移載システムの動作を疑似的に確認する。

シミュレーション装置１は、供給装置Ｆ、ロボットＲ及び受取装置Ｃの三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部１０と、ワークＷの三次元モデルを供給装置Ｆの三次元モデルにおける搬送面Ｓｆ上に配置するワーク供給部２０と、搬送面Ｓｆ上のワークＷの三次元モデルを受取面Ｓｃ上に移動させるよう、ロボットＲの三次元モデルを動作させるロボット動作制御部３０と、を備える。

モデル配置部１０は、仮想空間内に、供給装置Ｆ、ロボットＲ及び受取装置Ｃの予め設定される形状の三次元モデルを仮想空間に配置する。このため、モデル配置部１０は、供給装置Ｆ、ロボットＲ及び受取装置Ｃの形状及び機構に関する情報を記憶する。

ワーク供給部２０は、設定される条件に従って、新たに配置するワークＷｎ（ｎは正整数）の位置及び向きを算出する基準位置算出部２１と、各ワークＷが占有するワーク領域Ａｗ（図３参照）を設定するワーク領域設定部２２と、ワーク領域Ａｗに隣接する干渉領域Ａｉ（図３参照）を設定する干渉領域設定部２３と、ワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉを示す画面を表示する表示制御部２４と、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗが先に配置されたワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を調整する供給位置調整部２５と、を有する。

基準位置算出部２１は、ユーザによって予め設定される例えばパラメータに基づいて、搬送面Ｓｆ上に新たに配置するワークＷｎの基準となる位置及び向き（水平方向の角度）を定める。ユーザが設定できるパラメータとしては、ワークＷの時間当たりの供給量、ワークＷの位置の搬送方向の座標範囲、搬送方向に垂直な方向のオフセット範囲、向きのオフセット範囲等が挙げられる。基準位置算出部２１は、これらのパラメータを、数値入力、画面上でのマウスドラッグ等により、ユーザが入力できるよう構成されてもよい。

基準位置算出部２１は、ユーザが設定した範囲内で、ワークの搬送方向位置、垂直方向位置及び向きをランダムに、又は例えばガウス分布、ポワソン分布等の予め設定される分布に従って変化させる。これにより、現実のロボット移載システムの上流側の設備によるワークＷの供給のばらつきを再現することができる。

ワーク領域設定部２２は、それぞれのワークＷが占有する領域をワーク領域Ａｗとする。このため、ワーク領域設定部２２は、ワークＷの三次元形状、例えば長さ、幅及び高さ等の情報を記憶する。なお、複数のワークＷのワーク領域Ａｗが互いに重なり合う場合、ワークＷ同士が干渉し、搬送面Ｓｆ上にワークＷを平面的に配置することができない状態である。ワーク領域設定部２２は、例えばワーク領域Ａｗを、ワークＷの最大高さと等しい一定の高さを有する三次元の領域として設定してもよい。また、ワーク領域設定部２２は、ワーク領域Ａｗを高さの情報を有しない二次元の領域として設定してもよい。

干渉領域設定部２３は、平面視においてワーク領域Ａｗに隣接するよう、予め設定される大きさの干渉領域Ａｉを設定する。この干渉領域Ａｉは、ロボットＲのハンドＨの構造に応じて、ハンドＨ又はハンドＨが保持することによりワークＷが位置し得る空間に対応する。このような干渉領域Ａｉの設定を行うために、干渉領域設定部２３は、ワークＷに対応する干渉領域Ａｉの形状を特定する情報を記憶する。干渉領域設定部２３は、干渉領域Ａｉを、ワークＷの最大高さと等しい一定の高さを有する三次元の領域として設定してもよく、高さの情報を有しない二次元の領域として設定してもよい。

例として、図４に示すようにハンドＨがワークＷの側面を把持する少なくとも一対の把持部Ｇを有するグリッパである場合、干渉領域設定部２３は、ワーク領域Ａｗの側方にハンドＨの把持部Ｇが位置し得る空間を干渉領域Ａｉとして設定する。この場合、干渉領域Ａｉは、図５に示すように、ワークＷの把持部Ｇによって把持される側面に隣接する部分にのみ設定される。また、ハンドＨがワークＷの上面を吸着する吸着パッドを有する場合にも、吸着パッドが傾斜するよう変形し、ワークＷを搬送面Ｓｆから持ち上げる瞬間や、受取面Ｓｃに載置する瞬間にワークＷが側方に移動するおそれがある。このため、このような方向性を有しないワークＷの干渉が生じ得る場合には、図３に例示したようにワーク領域Ａｗの全周を取り囲むよう干渉領域Ａｉが設定され得る。

表示制御部２４は、ロボット移載システムにおいて画像処理装置Ｖが撮影するのと同じ視点及び画角で、搬送面Ｓｆ上のワークＷの三次元モデルのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉを示す画像を生成し、シミュレーション装置１に接続又はシミュレーション装置１に内蔵されるディスプレイ等の表示装置に表示する。これにより、ワークＷ同士の干渉を視覚的に確認することができる。

表示制御部２４は、ワークＷの三次元モデルのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉを示すと共に、後述する供給位置調整部２５によって行われる新たに配置するワークＷｎの相対位置の調整のためのパラメータ等を設定可能な表示を行ってもよい。

供給位置調整部２５は、搬送面Ｓｆに新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉが他のワークＷ（通常は、直前に搬送面Ｓｆ上に配置したワークＷｎ−１だけを考慮すればよい）のワーク領域Ａｗと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を調整する。搬送面Ｓｆ上に配置されているワークＷをハンドＨにより保持するためには、そのワークＷのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉに他のワークＷｎ−１が存在しないことが必要とされる。ロボット動作制御部３０がワーク供給部２０が配置したワークＷをワーク供給部２０が配置した順番に搬送面Ｓｆから取り上げて受取面Ｓｃ上に移動させる場合、供給位置調整部２５は、ロボットＲにより先に取り上げられるべき、先に搬送面Ｓｆ上に配置されているワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉに新たなワークＷｎのワーク領域Ａｗが重ならないように新たなワークＷｎを配置する。これにより、ロボットＲが搬送面Ｓｆ上に配置された順番にワークＷを搬送面Ｓｆから取り上げることが可能となる。

図７に図示するように、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉは他のワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗと重ならないが、新たに配置するワークＷｎの干渉領域Ａｉに先に配置されているワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗが重なる場合も考えられる。この場合、ロボットＲによって後から搬送面Ｓｆ上に配置したワークＷを先に搬送面Ｓｆ上から取り上げることはできない。ロボット動作制御部３０が搬送面Ｓｆ上のワークＷをワーク供給部２０が配置した順番と異なる順番で取り上げる可能性がある場合、供給位置調整部２５は、さらに、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉが先に配置されているワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を調整する。つまり、供給位置調整部２５は、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉが他のワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉと干渉しないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を調整してもよい。この場合、ロボット動作制御部３０が搬送面Ｓｆ上のワークＷをロボットＲによって任意の順番で取り上げることが可能となる。

供給位置調整部２５による新たに配置するワークＷｎの相対位置の調整は、新たにワークＷｎを配置する仮想空間内の絶対位置及び新たに配置するワークＷｎの向きの少なくとも一方を調整することによって行ってもよい。このように、新たに配置するワークＷｎの絶対位置や向きを調整することによってワークＷ同士のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉの重複を排除することができる。ワークＷｎの相対位置の調整は、搬送方向に垂直な方向の移動を含むことが好ましい。搬送方向の移動によって新たなワークＷの先に配置されたワークＷｎ−１とのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉの重複をなくそうとすると、新たに配置するワークＷｎの配置位置を搬送面Ｓｆの上流側へ移動することになる。この場合、そのワークＷｎと次のワークＷｎ＋１のとのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉの干渉を連鎖的に引き起こすため、時間当たりに必要な量のワークＷを供給できなくなるおそれがある。

また、新たに配置するワークＷｎの相対位置の調整は、予め設定される検索範囲内で行ってもよい。これにより、演算負荷の増大を抑制し、定期的にワークＷを干渉しないように搬送面Ｓｆ上に配置することができる。この検索範囲は、仮想空間内で不動の座標範囲とされ、その範囲内でワークＷｎの配置位置を搬送面Ｓｆの上流側へ移動しても、連鎖的な干渉によりワークＷが供給できなくなることを防止できるよう設定されることが好ましい。また、この検索範囲内での新たに配置するワークＷｎの相対位置の調整は、位置の移動方向に優先順位を設定して行ってもよい。例として、先ず、ワークＷｎの配置位置を搬送方向に移動し、検索範囲の外縁まで移動しても干渉を解消できない場合に垂直方向にさらに移動することで干渉を解消するようにしてもよい。

また、供給位置調整部２５による新たに配置するワークＷｎの相対位置の調整は、搬送面Ｓｆの移動速度を調整することによって行ってもよく、搬送面Ｓｆに配置するワークＷの数（時間当たりに配置するワークＷの数）を調整することによって行ってもよい。搬送面Ｓｆの移動速度を大きくすれば、必然的にワークＷ同士の距離が大きくなるため、ワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉの重なりを解消できる。また、搬送面Ｓｆに配置するワークＷの数を低減することによっても、必然的にワークＷ同士の距離が大きくなるため、ワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉの重なりを解消できる。

ロボット動作制御部３０は、ロボットＲに、供給装置Ｆの搬送面Ｓｆ上のワークＷを取り上げて、受取装置Ｃの受取面Ｓｃの上に載置する動作を繰り返し行わせる。ロボット動作制御部３０は、受取面Ｓｃに新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉが他の先に配置されたワークＷのワーク領域Ａｗと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を定める移載位置調整部３１を有する。これによって、シミュレーション装置１は、ロボットＲによって搬送面Ｓｆ上から受取面Ｓｃ上にワークＷを移動させる動作を再現することができる。

図７に、シミュレーション装置１におけるロボット移載システムのシミュレーションの手順を示す。シミュレーション装置１におけるシミュレーションは、仮想空間にロボット移載システムの三次元モデルを配置する工程（ステップＳ１）と、供給装置Ｆの三次元モデルの搬送面Ｓｆ上にワークＷの三次元モデルを配置する基準位置を算出する工程（ステップＳ２）と、配置するワークＷのワーク領域Ａｗを設定する工程（ステップＳ３）と、配置するワークＷの干渉領域Ａｉを設定する工程（ステップＳ４）と、ワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉを画面に表示する工程（ステップＳ５）と、配置するワークＷの位置を調整する工程（ステップＳ６）と、を備える。

ステップＳ１では、モデル配置部１０により、仮想空間に供給装置Ｆ、ロボットＲ及び受取装置Ｃの三次元モデルを配置する。

ステップＳ２では、基準位置算出部２１により、供給装置Ｆの搬送面Ｓｆ上に供給するワークＷの三次元モデルの基準となる位置を算出する。

ステップＳ３では、ワーク領域設定部２２により、ステップＳ２で算出した基準位置にワーク領域Ａｗを設定する。

ステップＳ４では、干渉領域設定部２３により、ステップＳ３で設定したワーク領域Ａｗに所定方向に隣接するよう干渉領域Ａｉを設定する。

ステップＳ５では、表示制御部２４により、新たに搬送面Ｓｆ上に配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉ、並びに既に配置されている近傍のワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉを表示装置に表示させる。

ステップＳ６では、供給位置調整部２５により、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗが既に配置されているワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの位置を調整する。

上述したように、シミュレーション装置１は、新たに配置するワークＷｎのワーク領域Ａｗが先に配置されたワークＷｎ−１のワーク領域Ａｗ及び干渉領域Ａｉと重ならないよう、新たに配置するワークＷｎの相対位置を調整する供給位置調整部２５を有するワーク供給部２０を備えるので、供給装置ＦにロボットＲで取り上げることが可能な配置にワークＷを供給することができる。これによって、シミュレーション装置１は、ワークＷの供給の不具合を排除して、ロボット移載システムにおけるロボットＲの動作の適否を正確に確認することができる。

以上、本開示に係るシミュレーション装置の一実施形態について説明したが、本開示に係るシミュレーション装置は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本開示から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係るシミュレーション装置による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係るシミュレーション装置において、搬送面及び受取面には、ワークが複数列に配置されてもよい。また本開示に係るシミュレーション装置において、受取装置は、固定された受取面を有するテーブル等であってもよい。

１シミュレーション装置
１０モデル配置部
２０ワーク供給部
２１基準位置算出部
２２ワーク領域設定部
２３干渉領域設定部
２４表示制御部
２５供給位置調整部
３０ロボット動作制御部
３１移載位置調整部
Ｆ供給装置
Ｃ受取装置
Ｈハンド
Ｒロボット
Ｓｃ受取面
Ｓｆ搬送面
Ｖ画像処理装置
Ｗワーク

Claims

ワークが配置される搬送面を有する供給装置と、前記搬送面上の前記ワークを撮影して前記ワークの位置を算出する画像処理装置と、前記搬送面上の前記ワークを保持するハンドを有し、前記画像処理装置の算出結果に基づいて前記ワークを前記搬送面から取り上げるロボットと、前記ロボットにより前記ワークが配置される受取面を有する受取装置と、を備えるロボット移載システムの動作を疑似的に確認するシミュレーション装置であって、
前記供給装置、前記ロボット及び前記受取装置の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、
前記ワークの三次元モデルを前記供給装置の三次元モデルにおける搬送面上に配置するワーク供給部と、
前記搬送面上の前記ワークの三次元モデルを前記受取面上に移動させるよう、前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作制御部と、
を備え、
前記モデル配置部は、
設定される条件に従って、新たに配置する前記ワークの位置及び向きを算出する基準位置算出部と、
前記ワークが占有するワーク領域を設定するワーク領域設定部と、
前記ワーク領域に隣接する干渉領域を設定する干渉領域設定部と、
新たに配置する前記ワークの前記ワーク領域が先に配置された前記ワークの前記ワーク領域及び前記干渉領域と重ならないよう、新たに配置する前記ワークの相対位置を調整する供給位置調整部と、
を有する、シミュレーション装置。
前記供給位置調整部は、前記搬送面に新たに配置する前記ワークの前記ワーク領域及び前記干渉領域が他の前記ワークの前記ワーク領域と重ならないよう、新たに配置する前記ワークの相対位置を調整する、請求項１に記載のシミュレーション装置。
前記供給位置調整部は、新たに前記ワークを配置する絶対位置及び新たに配置する前記ワークの向きの少なくとも一方を調整する、請求項１又は２に記載のシミュレーション装置。
前記供給位置調整部は、前記搬送面の移動速度を調整することにより、新たに配置する前記ワークの相対位置を調整する、請求項１から３のいずれかに記載のシミュレーション装置。
前記供給位置調整部は、前記搬送面に配置する前記ワークの数を調整することにより、新たに配置する前記ワークの相対位置を調整する、請求項１から４のいずれかに記載のシミュレーション装置。
前記供給位置調整部は、前記ワーク領域及び前記干渉領域を示す画面を表示する表示制御部をさらに有する請求項１から５のいずれかに記載のシミュレーション装置。
前記ロボット動作制御部は、前記受取面に新たに配置する前記ワークの前記ワーク領域及び前記干渉領域が他の先に配置されたワークの前記ワーク領域と重ならないよう、新たに配置する前記ワークの相対位置を定める移載位置調整部を有する、請求項１から６のいずれかに記載のシミュレーション装置。