JP2021142596A - シミュレーション装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態に係るシミュレーション装置1は、典型的には、ワークを搬送または加工する機器の一例であるロボットの動作を制御するアプリケーションに適用可能である。また、シミュレーション装置1は、ロボットと、ワークの搬送または加工に関連して動作する1つ以上の機器とを備えるシステムについても総合的に機器の挙動をシミュレーションできる。
<B.制御システムの例>
図2は、本実施の形態にかかる生産ラインにおけるロボットと周辺装置の一例を模式的に示す図である。シミュレーション装置1は、FAの生産ラインに備えられる制御システム2のプログラマブルロジックコントローラ200(以下、PLC200と呼ぶ)が制御する実機であるロボット30を含む機器の挙動を算出することが可能なように構成される。図2を参照して、シミュレーション装置1は、たとえば、据え置き型のPC(Personal Computer)、または携帯型のタブレット端末などを含む汎用コンピュータで構成される情報処理装置100に実装され得て、情報処理装置100は、所定のプログラムを実行することにより、ロボット30を含む機器の挙動を算出するシミュレーションを実施する。情報処理装置100は、ユーザーが制御システム2を運用するのを支援するための支援ツールを提供する。支援ツールは、シミュレーションの実行環境、制御システム2のための制御プログラムの設計および実行のための環境、および制御システム2の通信環境等を準備するための設定ツールを含む。これらの支援ツールは、例えばUI(User Interface)によってユーザーに提供される。
図2を参照して、ロボット30の制御と仮想空間の挙動について説明する。
本実施の形態にかかるロボット30の関節1300〜1305のそれぞれに繋がるアーム306の3次元の仮想空間における位置姿勢を算出する過程の一例を説明する。本実施の形態のシミュレーションでは、ロボットハンド210と、先端のアーム306とは一体化された剛体として扱われる。また、本実施の形態では、3次元の仮想空間における座標系として、ロボット30およびPLC200などが共有するX軸、Y軸およびZ軸で規定されるワールド座標系を例示する。
次に、本実施の形態にかかるシミュレーション装置1のハードウェア構成の一例について説明する。
次に、本実施の形態にかかるシミュレーション装置1の機能構成の一例について説明する。図4は、本実施の形態にかかるシミュレーション装置1を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。図4に示す機能は、典型的には、情報処理装置100のプロセッサ102がプログラムを実行することで実現される。
ケーブルシミュレータ154は、ロボット30に取付けられるケーブル341に対応するオブジェクトの3次元の仮想空間における挙動を算出するケーブルシミュレーションを実行する。この3次元の仮想空間は、ロボット30の挙動を算出するための3次元の仮想空間と同一の空間である。
ロボット30の各関節に対応した軸の可動範囲を説明する。図5は、実施の形態にかかるロボット30の各軸の可動範囲の一例を模式的に示す図である。図5を参照して、ロボット30の関節1300,1301,1302,1303,1304,1305のそれぞれに備えられるモータMが、ロボットコントローラ310からの指令に基づく回転量に従い駆動されると、各関節に対応の軸は回転量に従い動く。本実施の形態では、関節1300,1301,1302,1303,1304,1305それぞれに対応の軸を、第6の軸、第5の軸、第4の軸、第3の軸、第2の軸、第1の軸とそれぞれ区別して称する。
データ群180のデータと当該データの設定について説明する。
図6は、実施の形態にかかる教示点データ184と位置姿勢データ187の一例を示す図である。図6を参照して、ロボット30の複数の教示点1841と、各教示点1841に対応付けて位置姿勢データ187が示される。複数の教示点1841は、例えば、ピックアンドプレースの目標軌道に対応して設定された複数の教示点1841を示す。例えば、ロボット30は、アーム先端の位置姿勢を、複数の教示点1841に従って、例えばLOC1→LOC2→LOC3→…LOCi→…と順次変化させることによって、ワーク232を目標軌道に沿って搬送することができる。
図7は、実施の形態にかかる可動範囲を設定するためのUIの画面の一例を模式的に示す図である。画面は、ティーチングペンダント300の後述する表示部303のディスプレイにおいて、ダイレクトティーチングを実施中に表示される。ダイレクトティーチングを実施時に、ユーザーは、ロボット30の教示点毎に1つ以上の軸を選択し、選択した1つ以上の軸のそれぞれについて可動範囲を設定する。当該画面を用いたダイレクトティーチングの詳細は、図19で後述する。
図8は、実施の形態にかかる可動範囲データ185の一例を模式的に示す図である。シミュレーション装置1は、可動範囲データ185を、ティーチングペンダント300からのダイレクトティーチング情報330を用いて設定する。図8を参照して、可動範囲データ185は、教示点“LOC1”に対応して、ダイレクトティーチング情報330によって複数の軸1622と、軸1622のそれぞれに対応して、ダイレクトティーチング情報330に基づき設定された可動範囲1624とを含む。可動範囲1624は、下限値1628と上限値1629の組合せで示される。図8では、ダイレクトティーチング情報330が示す第2の軸、第3の軸、第5の軸および第6の軸のそれぞの可動範囲が設定されて、他の軸である第1の軸および第4の軸の可動範囲1624は、教示点“LOC1”に対応のデフォルト値が設定されている。図8は、教示点“LOC1”について設定される各軸に対応の可動範囲データ185を示したが、他の教示点についても同様に各軸に対応の可動範囲データ185を設定することができる。
図9は、実施の形態にかかる確認項目データ186の一例を模式的に示す図である。確認項目データ186は、ダイレクトティーチング情報330によって設定された各軸の可動範囲が適切であるか否か、すなわシミュレーションにおいて異常が発生していないか否かを評価するために、シミュレーションの結果を用いて確認するべき確認項目1630を示す。確認項目1630は、例えば、「ロボットと周辺装置の干渉」1631と、「ロボットとハンドの干渉」1632と、「ハンドと周辺装置の干渉」1633と、「ケーブルの破損」1634とを含む。確認項目1630の種類は、これらに限定されない。
評価モジュール155は、シミュレーション装置1によって実施されたシミュレーションの結果を評価する。具体的には、評価モジュール155は、シミュレーション結果である仮想空間情報105が示すオブジェクトの位置姿勢に基づき、オブジェクトどうしの干渉の有無の検出、およびケーブル341の破損の可能性を検出する。
評価モジュール155は、仮想空間情報105が示す各オブジェクトの位置姿勢に基づき、「干渉」の有無を検出する。例えば、「干渉」は、仮想的空間におけるロボット30に対応のオブジェクトと、当該オブジェクトとは異なる1つ以上のオブジェクトが配置される。異なるオブジェクトは、周辺装置、ワーク232、ケーブル341などに対応するオブジェクトを含む。
評価モジュール155は、ケーブルシミュレータ154が算出したケーブル341に対応するオブジェクトの挙動に基づき、ケーブルの破損の可能性の有無を検出する。これにより、ケーブルに対応するオブジェクトの挙動が評価される。評価モジュール155は、例えば、ケーブル341のオブジェクトの挙動から算出される当該オブジェクトにかかる負荷、より特定的には挙動に影響を及ぼすような種類の負荷に基づき、当該挙動を評価する。このような負荷の種類は、限定されないが、例えば伸び、曲げおよびひねり等の少なくとも1つを含み得る。
図10と図11は、実施の形態にかかるシミュレーション装置1において実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。図12と図13は、実施の形態にかかるシミュレーションの態様を模式的に示す図である。図14は、実施の形態にかかる可動範囲の変更の一例を模式的に示す図である。
図15は、実施の形態にかかるシミュレーション結果の表示の一例を示す図である。例えば、図10のステップS12でディスプレイ109に表示される画面の一例が示される。図15の画面では、領域1100に、シミュレーション結果として可動範囲データ1096と、異常の確認項目毎の確認結果1097と、対象軸の可動範囲の設定を変更するか否かを選択するために操作されるボタン1098とが表示される。ボタン1098は、ステップS13において、ユーザーによって操作される。
図17は、実施の形態にかかるティーチングペンダントの構成を模式的に示す図である。ロボット教示用のティーチングペンダント300は、ロボット30を実際に動かし、その挙動(関節の軸またはエンドエフェクタの位置姿勢)を検出し記憶する可搬式の教示装置である。また、ティーチングペンダント300は、記録された位置姿勢を再生することにより、再生された挙動に基づきロボットを動作させることもできる。
図18は、実施の形態にかかるダイレクトティーチングのシーンを模式的に示す図である。図19は、実施の形態にかかるダイレクトティーチングの処理手順を示すフローチャートである。図18を参照して、ユーザーが、ロボット30を操作することにより1つ以上の教示点を設定するシーンを説明する。ダイレクトティーチングは、生産ラインに備えられる、いわゆる実機のロボット30に対するティーチングであって、ティーチングは周辺装置、ワークなどはロボット30の周囲には存在しない、例えば生産ラインは停止している環境で実施されるとする。また、説明を簡単にするために、ティーチング時にケーブル341に負荷はかからないとする。
図20は、実施の形態にかかる位置姿勢データ187の取得の処理手順を示すフローチャートである。図20の処理は、図10のステップS7において、位置姿勢取得プログラム127が実行されることにより実現される。
PLC200のハードウェア構成例について説明する。図21は、実施の形態にかかるPLC200のハードウェア構成例を示す模式図である。
図22は、実施の形態にかかるデータ転送の一例を模式的に示す図である。図22を参照して、PLC200は、所定の制御周期77毎に、優先度に従いプログラムを実行する。例えば、優先度の高いプログラム88が実行される。プログラム88は、モーション制御プログラムを含む。プログラム88の実行が終了すると、次位の優先度である軌道生成プログラム99が実行され得る。軌道生成プログラム99は、例えば、複数の制御周期77毎に実行される。さらに優先度の低いシステムサービス10のプログラムが、軌道生成プログラム99の実行周期よりも長い周期で実行される。
図10と図11に示すシミュレーションは、図3の情報処理装置100のプロセッサ102がストレージ120などのメモリに格納されるプログラムを実行することにより提供される構成を例示したが、これらの提供される構成の一部または全部を、専用のハードウェア回路(たとえば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)など)を用いて実装してもよい。あるいは、情報処理装置100の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェアを用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のOSを並列的に実行させるとともに、各OS上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。
実施の形態にかかるシミュレーションを利用することにより、ロボット30の各関節に対応の軸の可動範囲を、干渉およびケーブル破損を回避可能な範囲である適正範囲となるように調整することができる。また、シミュレーションでは、「対象軸」の初期設定の可動範囲1624(上限値1629および下限値1628)は、干渉およびケーブル破損の可能性が検出されると、狭める方向に変更される。これにより、「対象軸」の可動範囲1624を、可能な限り広い範囲に決定することができる。「対象軸」の可動範囲1624は可能な限り広い範囲に決定されることで、ロボット30の可動範囲も可能な限り広い範囲に設定することができる。設定された各軸の可動範囲は、PLC200が実行するロボット制御プログラムが参照する可動範囲の閾値に設定することができる。
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
複数の関節(1300〜1305)を有した機器(30)の挙動を推定するシミュレーション装置(1)であって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記シミュレーション装置は、
前記機器に対するダイレクトティーチングの情報(330)であって、前記複数の軸のうち1つ以上の軸の可動範囲を含む情報に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する第1のシミュレータ(160)と、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成する画像生成部(164)と、を備える、シミュレーション装置。
各前記1つ以上の軸の可動範囲を変更する範囲変更部(166)を、さらに備え、
前記第1のシミュレータは、さらに、
各前記1つ以上の軸の変更された前記可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する、構成1に記載のシミュレーション装置。
前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器の周辺装置に対応する対象を含み、
前記機器に対応する対象の挙動は、当該対象の前記仮想空間における位置を含み、
前記範囲変更部は、前記仮想空間における前記機器に対応の対象と前記異なる対象との位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、各軸の可動範囲を変更する、構成2に記載のシミュレーション装置。
前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器に取付けられるケーブル(341)に対応する前記仮想空間に配置された対象(340)を含み、
前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき、ケーブルの取付けに関するパラメータを用いて、当該ケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する第2のシミュレータ(154)を、さらに備える、構成2または3に記載のシミュレーション装置。
前記シミュレーション装置は、
前記第2のシミュレータによって算出された前記ケーブルに対応する対象の挙動に基づき、当該対象にかかる負荷を算出し、
前記範囲変更部は、算出された前記負荷が所定条件を満たすとき、各前記1つ以上の軸の可動範囲を変更する、構成4に記載のシミュレーション装置。
前記ダイレクトティーチングの情報は、前記機器がとるべき位置姿勢を示す教示点(LOC(i))に関連づけされた前記1つ以上の軸の可動範囲の情報を含み、
前記第1のシミュレータは、さらに、
前記教示点が示す位置姿勢と当該教示点に関連づけされた各前記1つ以上の軸の可動範囲とに基づいて、前記機器に対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する、構成1から5のいずれか1に記載のシミュレーション装置。
前記可動範囲は、上限値および下限値を用いて示され、
前記可動範囲を用いて前記機器を制御するコントローラ(200)に、前記第1のシミュレータが前記機器の挙動の算出に用いた各前記1つ以上の軸の可動範囲を示すデータを送信する転送部(400)を、さらに備える、構成1から6のいずれか1に記載のシミュレーション装置。
コンピュータ(100)に、複数の関節(1300〜1305)を有した機器(30)の挙動を推定する方法を実行させるためのプログラムであって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記方法は、
前記機器に対するダイレクトティーチングの情報(330)であって、前記複数の軸のうちの1つ以上の軸の可動範囲を含む情報に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップ(S11)と、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成するステップと、を備える、プログラム。
Claims (8)
- 複数の関節を有した機器の挙動を推定するシミュレーション装置であって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記シミュレーション装置は、
前記機器に対するダイレクトティーチングの情報であって、前記複数の軸のうちの1つ以上の軸の可動範囲を含む情報に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する第1のシミュレータと、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成する画像生成部と、を備える、シミュレーション装置。 - 各前記1つ以上の軸の可動範囲を変更する範囲変更部を、さらに備え、
前記第1のシミュレータは、さらに、
各軸の変更された前記可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する、請求項1に記載のシミュレーション装置。 - 前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器の周辺装置に対応する対象を含み、
前記機器に対応する対象の挙動は、当該対象の前記仮想空間における位置を含み、
前記範囲変更部は、前記仮想空間における前記機器に対応の対象と前記異なる対象との位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、各前記1つ以上の軸の可動範囲を変更する、請求項2に記載のシミュレーション装置。 - 前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器に取付けられるケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象を含み、
前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき、前記ケーブルの取付けに関するパラメータを用いて、当該ケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する第2のシミュレータを、さらに備える、請求項2または3に記載のシミュレーション装置。 - 前記シミュレーション装置は、
前記第2のシミュレータによって算出された前記ケーブルに対応する対象の挙動に基づき、当該対象にかかる負荷を算出し、
前記範囲変更部は、算出された前記負荷が所定条件を満たすとき、各前記1つ以上の軸の可動範囲を変更する、請求項4に記載のシミュレーション装置。 - 前記ダイレクトティーチングの情報は、前記機器がとるべき位置姿勢を示す教示点に関連づけされた前記1つ以上の軸の可動範囲の情報を含み、
前記第1のシミュレータは、さらに、
前記教示点が示す位置姿勢と当該教示点に関連づけされた各前記1つ以上の軸の可動範囲とに基づいて、前記機器に対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する、請求項1から5のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 - 前記可動範囲は、上限値および下限値を用いて示され、
前記可動範囲を用いて前記機器を制御するコントローラに、前記第1のシミュレータが前記機器の挙動の算出に用いた各前記1つ以上の軸の可動範囲を示すデータを送信する転送部を、さらに備える、請求項1から6のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 - コンピュータに、複数の関節を有した機器の挙動を推定する方法を実行させるためのプログラムであって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記方法は、
前記機器に対するダイレクトティーチングの情報であって、前記複数の軸のうちの1つ以上の軸の可動範囲を含む情報に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップと、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成するステップと、を備える、プログラム。
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