JP2022027699A - 製造リソースシミュレーションのための仮想化ケーブルモデル化 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態は、ケーブルを含む製造リソースをシミュレーションする。図2は、実施形態を使用してシミュレーションすることができるケーブル221を含む製造リソースの3Dモデル220を示す。図2は、例示的なモデル220を示すが、実施形態は、当技術分野で知られている任意のコンピュータベースのモデルと共に動作することができる。さらに、実施形態で使用されるモデルは、任意のオブジェクトを表現することができる。したがって、実施形態は、ケーブル、たとえばケーブル221を含む任意のオブジェクトをシミュレーションするために使用することができる。
続行して、点の集まりを含むポリラインモデルを作成した後、非零密度の仮想点質量がポリラインモデルの各点に割り当てられる。一実施形態では、点質量の質量および密度は、ユーザー入力に基づく。さらに、一実施形態では、点質量の質量および密度は、シミュレーションされる実世界ケーブルの特性、たとえば材料に基づく。
次に、零質量球がポリラインモデルの各点に関連付けられる。一実施形態によれば、ポリラインモデルの各点に関連付けられた零質量球は、シミュレーションされるケーブルと同じ直径を有する。実施形態では、非限定的な例として、直径情報がユーザインターフェース440などを介してユーザーから受け取られてもよい。球をケーブルと同じ直径に関連付けることによって、実施形態は、ケーブルとオブジェクトとの間の起こり得る衝突を識別することができる。環境内のケーブルとオブジェクトとの間の衝突は、一実施形態において、製造シミュレーションシステムの一部である標準的な技術を使用して決定されてよい。一実施形態によれば、そのような製造シミュレーションシステムは、オブジェクト間の最小距離テストのための内蔵ユーティリティを呼び出すことによってケーブル衝突をチェックする。一実施形態では、このテストは、各時間ステップにおいて、各球について、各ポリライン点において実施され、このテストは、シミュレーションされた製造ワークセル内のすべての潜在的な衝突オブジェクトに照らして各球をチェックする。任意の球についての任意の他のオブジェクトに対する最小距離が零または負である場合、これは、最小距離ユーティリティによって返される深さおよび向き情報と共にケーブル点における衝突を暗示することになる。
続行して、ポリラインモデルは、製造リソースのモデルからのケーブル端位置および向きを、ポリラインモデル開始および終点場所および方向と関連付けることによって強化される。換言すれば、ステップ4では、ケーブルが製造リソースモデルに取り付けられる3D空間内の場所が(製造リソースのモデルのユーザー入力または設定から)知られ、または(たとえば、シミュレーションを実施することによって)決定され、ポリラインモデルの始点および終点は、これらの開始場所および終了場所を3D空間内に有するものとして割り当てられる。このようにして、各時間ステップにおける製造リソースの運動学的な動きがケーブル終点場所および向きの適切な変化に関連付けられるように、ケーブルのモデルが、製造リソースのモデルに関連付けられる。一実施形態では、ケーブルの長さに沿った任意選択の制約点(たとえば、ケーブルとロボットとの間の別の取付け点)と、関連の製造リソースのモーションとの間に、やはり同様の関連付けがある。
ステップ5では、ポリラインモデルの各点質量が外部の重力加速度に関連付けられる。一実施形態によれば、外部の重力加速度は、シミュレーションされる製造リソースワークセルの物理世界座標の垂直方向に従って各点において下向きに働く。
ステップ6では、仮想弾性、すなわち線形弾性が、ポリラインモデルの各区切り、すなわち互いにすぐ横の(隣接する)点間に割り当てられる。換言すれば、ステップ6では、隣接する点間の弾性制約が、これらの点間で仮想弾性力を生成するようにセットアップされる。このようにして、点間の相互作用を定義する点に、制約が適用される。
ステップ7では、仮想ねじり剛性が、ポリラインモデルの隣接するポリライン区切りの各対、すなわち互いにすぐ横の(隣接する)点間に割り当てられる。換言すれば、ステップ7では、隣接する点間のねじり剛性制約が、これらの点間で仮想のねじりの力を生成するようにセットアップされる。このようにして、ポリラインモデルの点間の相互作用をさらに定義する別の制約が点に適用される。
ステップ8では、各点についての力が、各点の点質量、各点の零質量球、およびケーブルの現在の形状に基づいて計算される。一実施形態によれば、ステップ8において各点についての力を計算することは、(1)点質量に対する仮想重力を計算すること、(2)点質量の直接隣にあるものの位置に基づいて点質量に対する仮想弾性力を計算すること、(3)以前、現在、および次の仮想点質量の位置に基づいて点質量に対する仮想ねじり等価力対を計算すること、および(4)その点の零質量球と、ロボット製造リソースならびにワークセル環境との間の起こり得る衝突力を計算することを含む。次いで、以下のようにF=ma手法を使用して、力から点の加速度を決定することができる。一実施形態によれば、点質量に対する結果的に得られる加速度は、その点に対する上記の力のすべての総和をその点の質量値で割ったものに等しい大きさのベクトルである。加速度の計算に対するこの非常に効果的な手法は、零質量衝突球と共に零直径点質量を有するケーブルをモデル化するという革新的な手法によって可能にされる。この手法における零直径点質量は、慣性モーメントを有しておらず、したがって、システムの物理的性質は、純粋に点の集まりの線形速度および加速度からなり、角速度および角加速度を説明するために必要とされる追加の複雑さおよび計算を必要とすることがない。
ステップ9は、シミュレーションの1つの時間ステップについて、前述の仮想ケーブルシステムの物理的性質(加速度および速度)を積分する。各点質量について3D加速度ベクトルを積分することにより、その点質量について3D速度ベクトルが決定され、これらの点について3D速度ベクトルを積分することは、ケーブルのこれらの点の3D位置ベクトルが決定されることを可能にする。このようにして、各点質量における力のシステムによって作り出される加速度は、各点質量についての新しい3D位置の場所に変化し、これは、時間ステップの終わりにおいて新しい仮想ケーブル形状をもたらす。加速度ベクトルおよび速度ベクトルの積分は、各シミュレーション時間ステップの持続時間について行われる。次いで、ポリライン点についての位置ベクトルの結果的に得られる集まりは、時間ステップの終わりにおける各点の3次元空間内の位置に基づいてケーブル形状を指定することが可能である。
続行して、ケーブル端の位置および向きは、ステップ9中に決定された場所、およびシミュレーションの次の時間ステップのための準備中のロボット製造リソースのプランニングされた運動学的な動きに基づいて更新される。ロボット製造リソースのプランニングされた運動学的な動きは、その駆動制御プログラムにおいて指定されたその特定のロボットリソースの運動学的定義およびモーションプランニングアルゴリズムに基づいて計算されたシミュレーションの各時間ステップにおける、関連付けられたロボット製造リソースの各剛体リンクの位置および向きによって定義される。
次いで、ステップ11では、それら自体のプログラムを実行していることがあり、シミュレーションされている仮想ケーブルと相互作用(たとえば、衝突または拘束)し得る機械、工具、またはリソースの追加の運動学的な動きで、シミュレーションにおける仮想ワークセル環境が更新される。
ステップ12では、全体的な製造シミュレーションの持続時間の各時間ステップについて、開始から終了へ進むにつれて、ステップ8、9、10、および11が繰り返される。このようにして、そのような実施形態は、全体的な製造プロセスをシミュレーションすることができる。
Claims (21)
- ケーブルを含む製造リソースをシミュレートするためのコンピューター実装方法であって、
ケーブルのポリラインモデルをコンピューターメモリーにおいて生成するステップであって、前記生成されたモデルは、前記ケーブルを表す点の集まりを含む、ステップと、
前記点の集まりのうちの各点に対して、
前記点へ点質量を関連付けることと、
前記点へ零質量球を関連付けることと、
前記点と隣接する点との間に弾性およびねじり剛性を割り当てることと、
時間ステップの終わりに製造リソースの3次元空間内の位置に基づいて前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの始点および終点の位置および向きを定義するステップと、
(i)前記関連付けられた点質量と、(ii)前記関連付けられた零質量球と、(iii)前記点と隣接する点との間に前記割り当てられた弾性およびねじり剛性と、(iv)前記点の集まりのうちの前記始点および前記終点の前記定義された位置および向きとを使用して前記点の集まりのうちの各点の力を計算することと、
前記計算された力に基づいて前記時間ステップの前記終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定することと
によって、前記時間ステップに対して前記ケーブルのシミュレーションを行うステップと
を備えることを特徴とする方法。 - ケーブル長、ケーブル終点、前記ケーブルを表す点の数、ケーブル密度、前記ケーブルの剛性、前記ケーブルの初期形状、およびケーブル直径のうちの少なくとも1つを示すユーザー入力を受信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ケーブルの前記ポリラインモデルは、前記受信されたユーザー入力に基づいて生成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 各点に関連付けられた前記点質量は、ケーブル密度を示す前記受信されたユーザー入力に基づくことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 各点に関連付けられた前記零質量球は、ケーブル直径を示す前記受信されたユーザー入力に基づくことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記計算された力は、各点の重力、各点の弾性力、各点のねじり等価力のペア、および各点の各零質量と障害物との間の衝突力とのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記計算された力に基づいて前記時間ステップの終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定するステップは、
各点の前記計算された力の組合せのために加速度および速度を積分して、前記時間ステップの前記終わりに各点の3次元空間内の前記位置を決定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記製造リソースのモデルと、前記製造リソースの運動学と、前記製造リソースに対するモーションプランニングと、前記製造リソースの動作環境における1つまたは複数の障害物の動きとのうちの少なくとも1つを使用して前記製造リソースをシミュレートすること
によって、前記時間ステップの前記終わりに前記製造リソースの3次元空間内の前記位置を決定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記製造リソースの前記モデルは、前記製造リソースと前記製造リソースが動くワークセル環境とを表すことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記点の集まりのうちの各点質量と外部の重力加速度を関連付けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 次の時間ステップに対して前記ケーブルをシミュレートするステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記次の時間ステップに対して前記ケーブルをシミュレートするステップは、
前記ポリラインモデルを更新するステップと、
(a)前記関連付けられた点質量と、(b)前記関連付けられた零質量球と、(c)前記点と隣接する点との間に前記割り当てられた弾性およびねじり剛性と、(d)前記更新されたポリラインモデルとを使用して前記次の時間ステップに対して前記点の集まりのうちの各点の前記力を計算することと、
前記更新されたポリラインモデルを使用して計算された前記力に基づいて前記次の時間ステップの終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定することと
によって、前記次の時間ステップに対して前記ケーブルの前記シミュレーションを行うステップと
を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記ポリラインモデルを更新するステップは、
前記時間ステップの前記終わりに前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の前記決定された位置に基づいて各点の位置を更新するステップと、
前記次の時間ステップの前記終わりに前記製造リソースの3次元空間内の位置に基づいて前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの前記始点および前記終点の位置および向きを更新するステップと
のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 前記製造リソースの前記モデルと、前記製造リソースの運動学と、前記製造リソースに対するモーションプランニングと、前記製造リソースの動作環境における1つまたは複数の障害物の動きとのうちの少なくとも1つを使用して前記製造リソースをシミュレートすること
によって、前記次の時間ステップの前記終わりに前記製造リソースの3次元空間内の前記位置を決定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の方法。 - ケーブルを含む製造リソースをシミュレートするためのシステムであって、
プロセッサーと、
格納されたコンピューターコード命令を有するメモリーと
を備え、前記プロセッサーおよび前記メモリーは、前記コンピューターコード命令により、前記システムに、
ケーブルのポリラインモデルをコンピューターメモリーにおいて生成し、前記生成されたモデルは、前記ケーブルを表す点の集まりを含み、
前記点の集まりのうちの各点に対して、
前記点へ点質量を関連付け、
前記点へ零質量球を関連付け、
前記点と隣接する点との間に弾性およびねじり剛性を割り当て、
時間ステップの終わりに製造リソースの3次元空間内の位置に基づいて前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの始点および終点の位置および向きを定義し、
(i)前記関連付けられた点質量と、(ii)前記関連付けられた零質量球と、(iii)前記点と隣接する点との間に前記割り当てられた弾性およびねじり剛性と、(iv)前記点の集まりのうちの前記始点および前記終点の前記定義された位置および向きとを使用して前記点の集まりのうちの各点の力を計算することと、
前記計算された力に基づいて前記時間ステップの前記終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定することと
によって、前記時間ステップに対して前記ケーブルのシミュレーションを行う
ことをさせるように構成されることを特徴とするシステム。 - 前記プロセッサーおよび前記メモリーは、前記コンピューターコード命令により、前記システムに、
ケーブル長、ケーブル終点、前記ケーブルを表す点の数、ケーブル密度、前記ケーブルの剛性、前記ケーブルの初期形状、およびケーブル直径のうちの少なくとも1つを示すユーザー入力を受信することをさせるようにさらに構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記ケーブルの前記ポリラインモデルを生成するために、前記プロセッサーおよび前記メモリーは、前記コンピューターコード命令により、前記システムに、
前記受信されたユーザー入力に基づいて前記ケーブルの前記ポリラインモデルを生成することをさせるようにさらに構成されることを特徴とする請求項16に記載のシステム。 - 前記計算された力は、各点の重力、各点の弾性力、各点のねじり等価力のペア、および各点の各零質量と障害物との間の衝突力とのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記計算された力に基づいて前記時間ステップの終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定するために、前記プロセッサーおよび前記メモリーは、前記コンピューターコード命令により、前記システムに、
各点の前記計算された力の組合せのために加速度および速度を積分して、前記時間ステップの前記終わりに各点の3次元空間内の前記位置を決定することをさせるようにさらに構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記プロセッサーおよび前記メモリーは、前記コンピューターコード命令により、前記システムに、
前記製造リソースのモデルと、前記製造リソースの運動学と、前記製造リソースに対するモーションプランニングと、前記製造リソースの動作環境における1つまたは複数の障害物の動きとのうちの少なくとも1つを使用して前記製造リソースをシミュレートすること
によって、前記時間ステップの前記終わりに前記製造リソースの3次元空間内の前記位置を決定することをさせるようにさらに構成されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。 - ケーブルを含む製造リソースをシミュレートするための非一時的なコンピュータープログラム製品であって、前記コンピュータープログラム製品は、1つまたは複数のクライアントとネットワークをわたって通信中のサーバーによって実行され、コンピューター読み取り可能な媒体を含み、
前記コンピューター読み取り可能な媒体は、プログラム命令を含み、プロセッサーによって実行されると、前記プロセッサーに、
ケーブルのポリラインモデルをコンピューターメモリーにおいて生成し、前記生成されたモデルは、前記ケーブルを表す点の集まりを含み、
前記点の集まりのうちの各点に対して、
前記点へ点質量を関連付け、
前記点へ零質量球を関連付け、
前記点と隣接する点との間に弾性およびねじり剛性を割り当て、
時間ステップの終わりに製造リソースの3次元空間内の位置に基づいて前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの始点および終点の位置および向きを定義し、
(i)前記関連付けられた点質量と、(ii)前記関連付けられた零質量球と、(iii)前記点と隣接する点との間に前記割り当てられた弾性およびねじり剛性と、(iv)前記点の集まりのうちの前記始点および前記終点の前記定義された位置および向きとを使用して前記点の集まりのうちの各点の力を計算することと、
前記計算された力に基づいて前記時間ステップの前記終わりに前記ケーブルを表す前記点の集まりのうちの各点の3次元空間内の位置を決定することと
によって、前記時間ステップに対して前記ケーブルのシミュレーションを行う
ことをさせるように構成されることを特徴とする非一時的なコンピュータープログラム製品。
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