JP2022172638A

JP2022172638A - ロボット用走行台車位置決定装置、該方法および該プログラム

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Inventors: 正俊飛田; Masatoshi Hida
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Abstract

【課題】本発明は、効率よくロボット用走行台車の位置を決定できるロボット用走行台車位置決定装置、該方法および該プログラムを提供する。【解決手段】本発明のロボット用走行台車位置決定装置Ｄは、先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定する装置であって、所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部２１と、所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部１２と、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部１３とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定するロボット用走行台車位置決定装置、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムに関する。

ワークに対し所定の作業を実施するロボットは、その開発の発展により、様々な産業分野で多用されている。ロボットは、アームの動作範囲より広い範囲をカバーするために、前記ロボット自体の位置を移動するための走行台車（スライダ）に搭載されることがある。ロボットは、動作目的に応じて予め教示された動作の動作データ（動作プログラム、教示データ、教示プログラム）に従って動作するが、前記ロボットが走行台車に搭載される場合では、走行台車の動作も決定し、前記動作データに含める必要がある。このような走行台車の動作を含む動作データに関する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示されたオフライン教示データの作成方法は、ロボットの据付ベースを移動させるスライダを動作させながらワークに対して連続した作業を行なうロボットシステムのオフライン教示データの作成方法であって、前記ワークでの作業位置を設定する初期設定ステップと、前記ロボットの動作基点であるロボット原点を通る探索平面を設定し、該探索平面内に設定された複数個の格子点のそれぞれが前記ワーク上の作業位置に合致するように前記スライダの位置を設定して、そのスライダの位置における各格子点の評価値を算出する評価値算出ステップと、前記評価値に基づいて前記スライダの位置を決定し、決定されたスライダの位置を前記ロボットのオフライン教示データとして採用する決定ステップと、を有する。

特開２０１０－４６７５３号公報

ところで、走行台車の動作中に、走行台車やロボットが他の物に干渉（接触）しないように、走行台車の動作を決める必要がある。前記特許文献１では、前記評価値は、溶接ロボットの姿勢における干渉またはニアミスの程度、スライダが動作範囲であるか否か等を含む評価関数によって求められるが（例えばその［００２５］段落）、ある探索平面の全ての格子点を溶接点としても、逆変換できないまたは評価値が低い等によりスライダの適切な位置が決定できなかった場合には、スライダの位置を決定する処理を前記探索平面を変えて始めからやり直すため（例えばその［００２８］段落、［００３３］段落）、前記特許文献１には、走行台車の位置を決定する作業（情報処理）の効率を上げる余地がある。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、効率よくロボット用走行台車の位置を決定できるロボット用走行台車位置決定装置、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるロボット用走行台車位置決定装置は、先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定する装置であって、所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部と、所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部と、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部とを備える。

このようなロボット用走行台車位置決定装置は、ロボット用走行台車の位置を求める前に、ロボットのアームの方向を、干渉範囲と重ならないように、求めるので、ロボット用走行台車の位置を求める処理を始めからやり直すケースを無くせるから、効率よくロボット用走行台車の位置を決定できる。

他の一態様では、上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記進入方向処理部は、前記手首回転中心点を含む平面内において、前記手首回転中心点を中心点とした円の周方向に探索することによって、前記アーム進入方向を求める。好ましくは、上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記進入方向処理部は、前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、かつ、所定の基準位置に最も近くなるように、アーム進入方向を求める。好ましくは、前記基準位置は、前記ワークの正面位置である。

このようなロボット用走行台車位置決定装置は、手首回転中心点を含む平面内において、前記手首回転中心点を中心点とした円の周方向に探索するので、比較的簡単な処理で、アーム進入方向を探索できる。

他の一態様では、これら上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記作業位置は、時系列に並ぶ複数であり、前記進入方向処理部は、前記複数の作業位置それぞれについて、前記時系列の順に前記アーム進入方向を求め、前記位置処理部は、前記進入方向処理部で求めた複数のアーム進入方向それぞれについて、前記ロボット用走行台車の位置を求め、前記進入方向処理部は、前記時系列の順で前回のアーム進入方向に最も近くなるように今回のアーム進入方向を求める。

このようなロボット用走行台車位置決定装置は、時系列の順で前回のアーム進入方向に最も近くなるように今回のアーム進入方向を求めるので、時系列に並ぶ複数の作業位置それぞれについて、ロボットを円滑に移動できるように、ロボット用走行台車の位置を求めることができる。

他の一態様では、これら上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記位置処理部は、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向を含み、かつ、前記ロボットの動作基点であるロボット原点が前記アーム進入方向上に位置する探索平面を設定し、ロボット原点が前記探索平面内に設定された複数個の格子点のそれぞれに合致するように前記ロボット用走行台車の位置を設定して、そのロボット用走行台車の位置における各格子点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める。好ましくは、上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記位置処理部は、さらに、前記ロボット用走行台車の位置を前記ロボットのオフライン教示データとして採用する。好ましくは、上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記評価値は、前記ロボットの特異姿勢からの余裕度、各軸の動作範囲境界からの余裕度、前記ロボットの姿勢における干渉やニアミスの程度、ロボット用走行台車の各軸の動作範囲境界からの余裕度や前回位置からの移動量、のいずれかを含む評価関数によって求められる。好ましくは、上述のロボット用走行台車位置決定装置において、前記ロボットは、第１関節を備える第１リンクと、第２関節を介して前記第１リンクに接続される第２リンクと、第４および第５関節を備え、第３関節を介して前記第２リンクに接続される第３リンクと、第６関節を介して前記第３リンクに接続されるエンドエフェクターとを備え、前記ツールは、前記エンドエフェクターに備えられ、前記位置処理部は、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向を含む探索平面内において、ロボット原点が、前記第３関節の位値を中心点とする円の周方向に設定された複数個の点のそれぞれに合致するように前記ロボット用走行台車の位置を設定して、そのロボット用走行台車の位置における各点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める。

このようなロボット用走行台車位置決定装置は、ロボット用走行台車の最適な位置を自動的かつ効率的に求めることができる。

本発明の一態様にかかるロボット用走行台車位置決定方法は、先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定する方法であって、所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を設定する干渉範囲設定工程と、所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理工程と、前記進入方向処理工程で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理工程とを備える。

本発明の一態様にかかるロボット用走行台車位置決定プログラムは、先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定するプログラムであって、コンピュータを、所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部、所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部、として機能させるためのプログラムである。

このようなロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、ロボット用走行台車の位置を求める前に、ロボットのアームの方向を、干渉範囲と重ならないように、求めるので、ロボット用走行台車の位置を求める処理を始めからやり直すケースを無くせるから、効率よく走行台車の位置を決定できる。

本発明にかかるロボット用走行台車位置決定装置、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、効率よく走行台車の位置を決定できる。

実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置を備える溶接システムの概略構成を説明するための図である。ワークの一例を示す図である。前記ロボット用走行台車位置決定装置の構成を示すブロック図である。ツールの一例である溶接トーチの位置および姿勢の決定処理を説明するための図である。アーム進入可能方向の探索処理を説明するための図である。アーム進入方向の決定処理を説明するための図である。探索平面と探索平面上の格子点とを説明するための図である。前記ロボット用走行台車位置決定装置の動作を示すフローチャートである。探索平面内において、ロボットの第３関節の位置を中心点とする円の周方向でロボット原点を探索する場合を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置は、先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車（以下、適宜「走行台車」と略記する。スライダ）の位置を決定する装置である。このロボット用走行台車位置決定装置（以下、適宜「位置決定装置」と略記する。）は、所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部と、所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部と、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部とを備える。以下、このようなロボット用走行台車位置決定装置ならびにこれに実装されるロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムについて、溶接システムに適用された場合を例に、より具体的に説明する。なお、ロボット用走行台車位置決定装置、該方法および該プログラムは、溶接システムへの適用に限定されるものではなく、ロボットを搭載して走行するロボット用走行台車を用いる任意のシステムに適用できる。

図１は、実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置を備える溶接システムの概略構成を説明するための図である。図２は、ワークの一例を示す図である。図３は、前記ロボット用走行台車位置決定装置の構成を示すブロック図である。図４は、ツールの一例である溶接トーチの位置および姿勢の決定処理を説明するための図である。図５は、アーム進入可能方向の探索処理を説明するための図である。図６は、アーム進入方向の決定処理を説明するための図である。図６Ａは、有向線分でアーム進入方向を示し、図６Ｂは、図６Ａに示すアーム進入方向にアームを沿わせて仮想ロボットモデルを配置（描画）した様子を示す。図７は、探索平面と探索平面上の格子点とを説明するための図である。図４ないし図６は、ロボットＭＲを真上から見た図であり、図７は、ロボットＭＲを真横から見た図である。

実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置を備える溶接システムＳＹは、例えば、図１に示すように、ロボットＭＲと、走行台車ＳＬと、ポジショナＰＳと、制御装置ＣＬと、教示ペンダントＴＰと、オフライン教示装置ＴＣとを備える。

走行台車ＳＬは、先端に備えられたツールでワークＷＫに対し所定の作業を実施するロボットＭＲを搭載して移動する装置である。走行台車ＳＬは、制御装置ＣＬに接続され、制御装置ＣＬの制御に従って動作する。前記ツールには、前記所定の作業に応じた適宜な器具が利用される。本実施形態では、溶接システムＳＹのため、前記所定の作業は、アーク溶接であり、これに応じて前記ツールは、その一例の溶接トーチＷＴである。走行台車ＳＬは、図１に示すように、ワークＷＫに対して前後方向のＸ軸、左右方向のＹ軸および上下方向のＺ軸の３軸方向に移動可能となっている。これらＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交し、ＸＹＺ直交座標系（ワールド座標系）を構成する。なお、図１では、ＸＹＺ直交座標系は、走行台車ＳＬの移動可能な方向を図示するために、走行台車ＳＬと重ねて図示しているが、このＸＹＺ直交座標系の原点は、例えば、図２に示すように、ワークＷＫの所定の位置に設定されるワーク原点と一致するように設定される。

より具体的には、走行台車ＳＬは、図１に示す例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な台車ＳＴと、台車ＳＴ上に取り付けられ、架台ＰＴをＺ軸方向に昇降し、断面略コ字（Ｃ字）形状でＺ軸方向に延びる昇降部ＲＦと、ロボットＲＭが据え付けられる板状の前記架台ＰＴとを備える。

ロボットＭＲは、制御装置ＣＬに接続され、制御装置ＣＬの制御に従って動作する、複数の関節を持つアームを備えるロボットであり、例えば、６個の第１ないし第６関節Ｊ１～Ｊ６を備える自由度６の垂直６軸ロボット等の多関節ロボットである。例えば、図１に示す例では、ロボットＭＲは、第１関節Ｊ１を備える第１リンクＬＫ１と、第２関節Ｊ２を介して前記第１リンクＬＫ１に接続される第２リンクＬＫ２と、第４および第５関節Ｊ４、Ｊ５を備え、第３関節Ｊ３を介して前記第２リンクＬＫ２に接続される第３リンクＬＫ３と、第６関節Ｊ６を介して前記第３リンクＬＫ３に接続されるエンドエフェクターＷＲとを備える。ロボットＭＲのアームは、これら第１ないし第３リンクおよび第１ないし第６関節Ｊ１～Ｊ６を備えて構成される。先端のエンドエフェクターＷＲには、本実施形態では、ツールの一例として溶接トーチＷＴが設けられ、ロボットＭＲは、溶接トーチＷＴから送り出される溶接ワイヤによりアーク溶接でワークＷＫを溶接できる。

ポジショナＰＳは、Ｙ軸回りおよびＺ軸回りの２軸回りθ１、θ２に回転可能にワークＷＫを把持する装置である。ポジショナＰＳは、制御装置ＣＬに接続され、制御装置ＣＬの制御に従って動作する。

教示ペンダントＴＰは、制御装置ＣＬに接続され、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを手動操作するためのハンディ型の操作装置である。教示ペンダントＴＰを用いた、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲの動作に対する教示（ティーチング）では、手動操作によって走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを実際に動作させることによって、ワークＷＫに対する、走行台車ＳＬの移動経路や位置および溶接トーチＷＴの移動経路や位置等が教示される。

オフライン教示装置ＴＣは、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲをコンピュータの仮想空間における走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルとして再現し、これら走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルに前記走行台車ＳＬおよびロボットＭＲの各動作を模擬させることによって、動作目的に応じて前記走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを動作させるための動作データ（動作プログラム、教示プログラム）を作成する装置である。例えば、図２に示すワークＷＫでは、６個の溶接点Ｑ１～Ｑ６（時系列に並ぶ複数の作業位置の一例）が設定され、これら各溶接点Ｑ１～Ｑ６を順次に繋ぐ連続した５個の溶接線が設定され、これら各溶接点Ｑ１～Ｑ６および各溶接線で溶接する動作データが作成される。なお、ロボットＭＲの位置を決めれば、走行台車ＳＬの位置も決まるので、走行台車モデルは、省略されてもよい。このオフライン教示装置ＴＣで作成された動作データは、例えばデータを記録（または記憶）する記録媒体（記憶媒体）に記録（記憶）され、この記録媒体から制御装置ＣＬに読み込まれ、制御装置ＣＬに記憶される。前記記録媒体（記憶媒体）は、例えば、フレキシブルディスクや、ＣＤ－Ｒ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＲｅｃｏｒｄａｂｌｅ）や、ＤＶＤ－Ｒ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃＲｅｃｏｒｄａｂｌｅ）や、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリや、ＳＤカード（登録商標）等である。なお、前記動作データは、オフライン教示装置ＴＣと制御装置ＣＬとを通信可能に接続することで、データ通信によりオフライン教示装置ＴＣから制御装置ＣＬへ送信され、制御装置ＣＬに記憶されてもよい。

実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置Ｄは、本実施形態では、一例として、このオフライン教示装置ＴＣに備えられている。

制御装置ＣＬは、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを、教示ペンダントＴＰやオフライン教示装置ＴＣで予め教示され作成された動作データ（動作プログラム、教示プログラム）に従って、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを制御し、溶接トーチＷＴでワークＷＫを溶接するための装置である。

前記オフライン教示装置ＴＣに備えられた、実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置Ｄは、例えば、図３に示すように、制御処理部１と、記憶部２と、入力部３と、表示部４とおよびインターフェース部（ＩＦ部）５とを備える。

入力部３は、制御処理部１に接続され、例えば教示開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば動作データの名称や干渉範囲情報等の、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）の稼働を行う上で必要な各種データを位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）に入力する装置であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。表示部４は、制御処理部１に接続され、制御処理部１の制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、および、オフライン教示装置ＴＣ（位置決定装置Ｄ）によって生成された仮想空間における走行台車モデルおよび仮想ロボットモデル等を表示する装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置等である。

なお、入力部３および表示部４は、タッチパネルより構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部３は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置である。このタッチパネルでは、表示部４の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示部４に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置に触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）に入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）が提供される。

ＩＦ部５は、制御処理部１に接続され、制御処理部１の制御に従って、例えば、外部の機器との間でデータを入出力する回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、および、ＵＳＢ規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等の、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であっても良い。

記憶部２は、制御処理部１に接続され、制御処理部１の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、例えば、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）の各部２～５を制御する制御プログラムや、所定の作業位置に応じた前記ツール（本実施形態ではその一例の溶接トーチＷＴ）の姿勢でのロボットＭＲの手首回転中心点を固定して前記ロボットＭＲのアームの方向を、干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理プログラムや、前記進入方向処理プログラムで求めたアーム進入方向に基づいて走行台車ＳＬの位置を求める位置処理プログラム等が含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば前記干渉範囲情報等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。このような記憶部２は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部２は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部１のワーキングメモリとなるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を含む。記憶部２は、比較的記憶容量の大きいハードディスク装置を備えて構成されてもよい。

そして、記憶部２は、前記干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部２１を機能的に備える。前記干渉範囲情報は、所定の周囲環境におけるロボットＭＲが干渉する干渉範囲を表す情報である。前記干渉範囲情報は、例えば、干渉範囲が多角体である場合では前記干渉範囲の輪郭線における屈曲点の座標や、干渉範囲が球体である場合では前記干渉範囲の球体における中心点の座標および半径である。より具体的には、前記干渉範囲は、ロボットＭＲの周囲環境に配置されている、例えば制御盤等の機器や例えば架台等の備品等の障害物を模した３次元環境モデルであり、前記干渉範囲情報は、前記３次元環境モデルを表す情報である。前記干渉範囲情報には、所定の周囲環境における走行台車ＳＬが干渉する第２干渉範囲を表す情報が含まれてよい。

制御処理部１は、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）の各部２～５を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを仮想空間の仮想走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルとして再現し、これら走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルに前記走行台車ＳＬおよびロボットＭＲの各動作を模擬させることによって、動作目的に応じて前記走行台車ＳＬおよびロボットＭＲを動作させるための動作データ（動作プログラム、教示プログラム）を生成し、その際に、走行台車ＳＬの位置を求めるための回路である。制御処理部１は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部１は、制御処理プログラムが実行されることによって、制御部１１、進入方向処理部１２および位置処理部１３を機能的に備える。

制御部１１は、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）の各部２～５を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）の全体制御を司るものである。

進入方向処理部１２は、所定の作業位置に応じた前記ツール（本実施形態ではその一例の溶接トーチＷＴ）の姿勢でのロボットＭＲの手首回転中心点を固定して前記ロボットＭＲのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求めるものである。前記手首回転中心点は、第４関節Ｊ４の第４回転軸、第５関節Ｊ５の第５回転軸および第６関節Ｊ６の第６回転軸が１点で交わる点である。

より具体的には、進入方向処理部１２は、まず、図４に示すように、所定の溶接点Ｑ（所定の作業位置の一例）に対する溶接トーチＷＴの位置および姿勢を、記憶部２に予め記憶された施工情報に基づいて決定（設定）する。前記施工情報は、溶接条件や溶接線の開先に対する溶接トーチＷＴの姿勢等である。なお、図４ないし図７は、仮想空間での走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルを図示するが、説明の都合上、図１ないし図３に用いた符号がそのまま使用されている。後述の図９も同様である。そして、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲは、仮想空間であるので、厳密には、走行台車モデルおよび仮想ロボットモデルと呼称すべきであるが、上記図４を用いた説明も含めて、そのまま、走行台車ＳＬおよびロボットＭＲと呼称、記載される。すなわち、上記では、溶接トーチＷＴは、溶接トーチモデルと呼称、記載すべきであるが、そのまま、溶接トーチＷＴと呼称、記載される。

次に、進入方向処理部１２は、ロボットＭＲの周囲環境において、干渉範囲と重ならないように、ロボットＭＲのアームが進入できるアーム進入可能方向を探索する。より詳しくは、進入方向処理部１２は、図５に示すように、ロボットＭＲの周囲環境に、干渉範囲情報記憶部２１に記憶されている干渉範囲情報で表される干渉範囲ＡＲを設定し、上記のように設定した溶接トーチＷＴの位置および姿勢での手首回転中心点ＲＯを含む平面（例えば水平平面内において、前記手首回転中心点ＲＯを中心点とした円の周方向に所定の角度間隔（例えば５°や１０°や１５°や２０°等）で周方向に、前記設定した干渉範囲ＡＲに重ならない方向を、アーム進入可能方向として探索する。この際に、ロボットＭＲのアームの大きさ（太さ）が考慮されることが好ましい。例えば、前記ロボットＭＲのアーム（第３リンクＬＫ３）の中心線とアーム進入可能方向とを一致させることによって、前記アームの大きさ（太さ）が考慮される。図５に示す例では、干渉範囲ＡＲと重なる方向（実線）は、評価点０点とされ、有向線分では干渉範囲ＡＲと重ならないが前記アームの大きさを考慮すると干渉範囲ＡＲと重なる方向（一点鎖線）は、評価点１点とされ、有向線分でも干渉範囲ＡＲと重ならず、かつ、前記アームの大きさを考慮しても干渉範囲ＡＲと重ならない方向（破線）は、評価点２点とされている。本実施形態では、この評価点２点である１８個の各方向がアーム進入可能方向として探索される。

次に、進入方向処理部１２は、この探索されたアーム進入可能方向から、１個のアーム進入方向を選定し、決定する。図５に示す例では、これら１８個の各アーム進入可能方向のいずれか１個が設定され、決定されてよいが、所定のルール（規則、規定、規約、標準）に従い、複数のアーム進入可能方向から、１個のアーム進入可能方向がアーム進入方向として選定され、決定される。前記所定のルールは、適宜に設定されてよいが、例えば、所定の基準位置ＲＰに最も近くなるように選定することである。本実施形態の溶接では、通常、ワークＷＫの正面の位置（正面位置）から、ロボットＭＲは、ワークＷＫの溶接点（作業位置の一例）Ｑにアプローチ（接近）するので、本実施形態では、前記所定の基準位置ＲＰは、ワークＷＫの正面位置ＲＰである。これにより、図５に示す例では、図６Ａに示すように、進入方向処理部１２は、複数のアーム進入可能方向から、前記基準位置ＲＰに最も近い１個のアーム進入可能方向ＡＤがアーム進入方向ＡＤとして選定され、決定される。これにより、上から見た、ロボットＭＲのアームのアーム進入方向ＡＤが求められる。図６Ｂには、このように決定されたアーム進入方向ＡＤにロボットＭＲのアームが沿うように、ロボットＭＲ（厳密には仮想ロボットモデル）を配置（描画）した様子が図示されている。

図３に戻って、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向ＡＤに基づいて走行台車ＳＬの位置を求めるものである。上述したように、ロボットＭＲの位置を決めれば、走行台車ＳＬの位置も決まるので、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向ＡＤに基づいてロボットＭＲの位置を求めることによって、走行台車ＳＬの位置を求める。アーム進入方向ＡＤに基づくロボットＭＲの位置は、公知の常套手段を用いて求められてよく、例えば、上記特許文献１に開示された手法を利用することによってロボットＭＲの位置が求められ、走行台車ＳＬの位置が求められる。

より具体的には、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向を含み、かつ、ロボットＭＲの動作基点であるロボット原点Ｏが前記アーム進入方向上ＡＤに位置する探索平面を設定し、ロボット原点Ｏが前記探索平面内に設定された複数個の格子点のそれぞれに合致するように走行台車ＳＬの位置を設定して、その走行台車ＳＬの位置における各格子点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて前記走行台車ＳＬの位置を求める。なお、図４を用いて説明した溶接トーチＷＴの位置および姿勢の設定が、上記特許文献１に開示された手法における初期設定ステップに相当する。ポジショナＰＳの姿勢も上記特許文献１に開示された通りに設定されるが、ポジショナＰＳの姿勢は、適宜に設定されるものとし、その説明を省略する。以下も同様である。

より詳しくは、位置処理部１３は、例えば、図７に示すように、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向ＡＤを含み、かつ、ロボットＭＲの動作基点であるロボット原点Ｏを通りロボットＭＲの先端部（ツールの一例である溶接トーチＷＴの先端部）が含まれる探索平面内でのロボットＭＲの動作範囲を求め、この求めた動作範囲内に離散的に複数個の格子点を設定する。したがって、ロボット原点Ｏは、アーム進入方向ＡＤ上に位置する。前記複数の格子点の間隔は、探索に十分な細さで予め適宜に設定される。位置処理部１３は、複数の格子点それぞれについて、当該格子点とロボット原点Ｏが一致するように、走行台車ＳＬの位置を求め、前記干渉範囲を除いた走行台車ＳＬの動作範囲内である走行台車ＳＬの位置であって、かつ、ロボットＭＲの姿勢を決定する逆変換を実行できる走行台車ＳＬの位置を位置候補として求める。位置処理部１３は、前記求めた位置候補それぞれに対応する各格子点の評価値を求める。前記評価値は、例えば、ロボットＭＲの特異姿勢からの余裕度、各軸の動作範囲境界からの余裕度、ロボットＭＲの姿勢における周囲環境やワークＷＫとの干渉やニアミスの程度、走行台車ＳＬの各軸の動作範囲境界からの余裕度、前記作業位置Ｑ_ｉが時系列に並ぶ複数である場合に走行台車ＳＬの各軸の前回位置からの移動量、のいずれかを含む評価関数によって求められる。位置処理部１３は、各格子点の各評価値の中から、予め設定した所定の閾値以上であって最も高い評価値（最高評価値）を持つ格子点を抽出し、この抽出した格子点での位置候補を走行台車ＳＬの位置として決定する。

図７に示すロボット原点Ｏを座標原点とするｘｙｚ直交座標系は、ロボットＭＲの動作基点からアームの位置および姿勢を表すためのローカル座標系である。走行台車ＳＬの位置（ロボットＭＲの位置）が決まると、ＸＹＺ直交座標系とｘｙｚ直交座標系とが関連付けられる。

そして、本実施形態では、ロボット用走行台車位置決定装置Ｄは、オフライン教示装置ＴＣに備えられているので、位置処理部１３は、さらに、前記走行台車ＳＬの位置をロボットＭＲのオフライン教示データ（動作データ、動作プログラム、教示プログラム）として採用する。

ここで、図２に示す例のように、時系列に並ぶ複数の溶接点（作業位置の一例）Ｑ_ｉがある場合（この例ではｉ＝１～６）、進入方向処理部１２は、前記複数の溶接点Ｑ_ｉそれぞれについて、前記時系列の順に、上述と同様に前記アーム進入方向ＡＤ_ｉを求め、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めた複数のアーム進入方向ＡＤ_ｉそれぞれについて、上述と同様に、前記走行台車ＳＬ_ｉの位置を求める。この場合では、進入方向処理部１２は、前記時系列の順で前回のアーム進入方向ＡＤ_ｉ－１に最も近くなるように今回のアーム進入方向ＡＤ_ｉを求める。

これら制御処理部１、記憶部２、入力部３、表示部４およびＩＦ部５は、例えば、デスクトップ型やノート型等のコンピュータによって構成可能である。これら各部１～５を構成するコンピュータは、例えば、溶接工場におけるオペレーションルームに配置され、コンソールに組み込まれてよく（コンソールと兼用されてよく）、あるいは、コンソールと別体であってもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。図８は、前記ロボット用走行台車位置決定装置の動作を示すフローチャートである。

このような構成のロボット用走行台車位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）は、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理部１には、その制御処理プログラムの実行によって、制御部１１、進入方向処理部１２および位置処理部１３が機能的に構成される。

図８において、走行台車ＳＬの位置の演算に関し、位置決定装置Ｄ（オフライン教示装置ＴＣ）は、まず、制御処理部１の進入方向処理部１２によって、所定の溶接点Ｑ（所定の作業位置の一例）に対する溶接トーチＷＴの位置および姿勢を決定する（Ｓ１）。

次に、位置決定装置Ｄは、進入方向処理部１２によって、ロボットＭＲの周囲環境において、干渉範囲と重ならないように、ロボットＭＲのアームが進入できるアーム進入可能方向を探索する（Ｓ２）。

次に、位置決定装置Ｄは、進入方向処理部１２によって、進入方向処理部１２は、この探索されたアーム進入可能方向から、所定のルールに従って１個のアーム進入可能方向を選定し、アーム進入方向ＡＤとして決定する（Ｓ３）。

そして、位置決定装置Ｄは、制御処理部１の位置処理部１３によって、処理Ｓ３で進入方向処理部１２によって求めたアーム進入方向ＡＤに基づいて走行台車ＳＬの位置を求め、この求めた走行台車ＳＬの位置をロボットＭＲのオフライン教示データ（動作データ、動作プログラム、教示プログラム）として採用し（Ｓ４）、本処理を終了する。

図２に示す例のように、時系列に並ぶ複数の溶接点（作業位置の一例）Ｑ_ｉがある場合には、これら処理Ｓ１ないし処理Ｓ４の各処理が各溶接点Ｑ_ｉについて実行される。

以上説明したように、実施形態におけるロボット用走行台車位置決定装置Ｄならびにこれに実装されたロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、ロボット用走行台車ＳＬの位置を求める前に、ロボットＭＲのアームの方向を、干渉範囲と重ならないように、求めるので、ロボット用走行台車ＳＬの位置を求める処理を始めからやり直すケースを無くせるから、効率よくロボット用走行台車の位置を決定できる。

上記ロボット用走行台車位置決定装置Ｄ、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、手首回転中心点ＲＯを含む平面内において、前記手首回転中心点ＲＯを中心点とした円の周方向に探索するので、比較的簡単な処理で、アーム進入方向ＡＤを探索できる。

上記ロボット用走行台車位置決定装置Ｄ、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、時系列に並ぶ複数の作業位置（本実施形態ではその一例の溶接点Ｑ_ｉ）がある場合に、時系列の順で前回のアーム進入方向ＡＤ_ｉ－１に最も近くなるように今回のアーム進入方向ＡＤ_ｉを求めるので、時系列に並ぶ複数の作業位置それぞれについて、ロボットＭＲを円滑に移動できるように、ロボット用走行台車ＳＬの位置を求めることができる。

上記ロボット用走行台車位置決定装置Ｄ、ロボット用走行台車位置決定方法およびロボット用走行台車位置決定プログラムは、前記求めたアーム進入方向ＡＤを含み、かつ、ロボットＭＲの動作基点であるロボット原点Ｏが前記アーム進入方向上に位置する探索平面を設定し、前記探索平面内に設定された複数の格子点のそれぞれについて、ロボット用走行台車ＳＬの位置を設定し、各格子点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて前記ロボット用走行台車ＳＬの位置を求めるので、ロボット用走行台車ＳＬの適切な位置を自動的かつ効率的に求めることができる。

なお、上述の実施形態では、図７に示すように、探索平面内において、手首回転中心点ＲＯを固定して第３リンクＬＫ３を移動可能である場合に、前記探索平面の各格子点で走行台車ＳＬの位置を探索したが、第３リンクＬＫ３が移動できない、あるいは、第３リンクＬＫ３の移動範囲が狭い（少ない）場合には、次のように、走行台車ＳＬの位置が探索されてもよい。

図９は、探索平面内において、ロボットの第３関節の位置を中心点とする円の周方向でロボット原点を探索する場合を説明するための図である。図９は、図７と同様に、ロボットＭＲを真横から見た図である。この場合では、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向ＡＤを含む探索平面内において、ロボット原点Ｏが、第３関節Ｊ３の位値を中心点とする円の周方向に設定された複数個の点のそれぞれに合致するように走行台車ＳＬの位置を設定して、その走行台車ＳＬの位置における各点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて走行台車ＳＬの位置を求める。より具体的には、位置処理部１３は、進入方向処理部１２で求めたアーム進入方向ＡＤを含む探索平面内において、第３関節Ｊ３の位値を中心点とし、第３関節Ｊ３の位置からロボット原点Ｏまでの距離（第２リンクＬＫ２の長さに応じて決まる距離）を半径とする円を設定し、この設定した円周上に複数の点を設定する。位置処理部１３は、複数の点それぞれについて、当該点とロボット原点Ｏとが一致するように、走行台車ＳＬの位置を求め、前記干渉範囲を除いた走行台車ＳＬの動作範囲内である走行台車ＳＬの位置であって、かつ、ロボットＭＲの姿勢を決定する逆変換を実行できる走行台車ＳＬの位置を位置候補として求める。位置処理部１３は、前記求めた位置候補それぞれに対応する各格子点の評価値を求める。前記評価値は、上述の通りである。位置処理部１３は、各格子点の各評価値の中から、予め設定した所定の閾値以上であって最も高い評価値（最高評価値）を持つ点を抽出し、この抽出した点での位置候補を走行台車ＳＬの位置として決定する。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＴＣオフライン教示装置
Ｄロボット用走行台車位置決定装置
ＭＲロボット
１制御処理部
２記憶部
３入力部
４表示部
１１制御部
１２進入方向処理部
１３位置処理部
２１干渉範囲情報記憶部

Claims

先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定するロボット用走行台車位置決定装置であって、
所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部と、
所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部と、
前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部とを備える、
ロボット用走行台車位置決定装置。
前記進入方向処理部は、前記手首回転中心点を含む平面内において、前記手首回転中心点を中心点とした円の周方向に探索することによって、前記アーム進入方向を求める、
請求項１に記載のロボット用走行台車位置決定装置。
前記作業位置は、時系列に並ぶ複数であり、
前記進入方向処理部は、前記複数の作業位置それぞれについて、前記時系列の順に前記アーム進入方向を求め、
前記位置処理部は、前記進入方向処理部で求めた複数のアーム進入方向それぞれについて、前記ロボット用走行台車の位置を求め、
前記進入方向処理部は、前記時系列の順で前回のアーム進入方向に最も近くなるように今回のアーム進入方向を求める、
請求項１または請求項２に記載のロボット用走行台車位置決定装置。
前記位置処理部は、前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向を含み、かつ、前記ロボットの動作基点であるロボット原点が前記アーム進入方向上に位置する探索平面を設定し、ロボット原点が前記探索平面内に設定された複数個の格子点のそれぞれに合致するように前記ロボット用走行台車の位置を設定して、そのロボット用走行台車の位置における各格子点の評価値を算出し、前記評価値に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のロボット用走行台車位置決定装置。
先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定するロボット用走行台車位置決定方法であって、
所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を設定する干渉範囲設定工程と、
所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理工程と、
前記進入方向処理工程で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理工程とを備える、
ロボット用走行台車位置決定方法。
先端に備えられたツールでワークに対し所定の作業を実施するロボットを搭載して移動するロボット用走行台車の位置を決定するロボット用走行台車位置決定プログラムであって、
コンピュータを、
所定の周囲環境における前記ロボットが干渉する干渉範囲を表す干渉範囲情報を記憶する干渉範囲情報記憶部、
所定の作業位置に応じた前記ツールの姿勢での前記ロボットの手首回転中心点を固定して前記ロボットのアームの方向を、前記干渉範囲と重ならないように、アーム進入方向として求める進入方向処理部、
前記進入方向処理部で求めたアーム進入方向に基づいて前記ロボット用走行台車の位置を求める位置処理部、
として機能させるためのロボット用走行台車位置決定プログラム。