JP5474739B2 - 干渉検出方法及び干渉検出装置 - Google Patents
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このため、ロボット同士の干渉の有無を検出する手法として、複数の中から選択された2台の多関節ロボットを、コンピュータによる仮装空間上にモデル化して表すとともに、当該仮想空間上で、一方の多関節ロボットの姿勢を所定動作時間毎に求め、該姿勢に対して他方の多関節ロボットの作業時間内における全ての姿勢を総当たりに比較して行うものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この種のものでは、干渉する箇所が発見された場合には、干渉し合う箇所を回避するステップを設定したり、動作プログラムにインターロック情報を付加することにより干渉を回避することが可能となる。
しかしながら、従来のものでは、多関節ロボットの相対位置関係や動作速度によらず、一様に微小なサンプリング時間で各ロボットの姿勢を求め、これら各姿勢を総当たりに対応させて干渉の有無を検出していたため、例えば、1サイクルが40秒の多関節ロボットの動作を微小なサンプリング時間(0.02秒)ごとにサンプリングした場合、1台の多関節ロボットあたり、当該ロボットの動作が2000ステップに分解される。この場合、1サイクルにおける多関節ロボットの干渉検出処理では、2000×2000=4000000回の検出を要し、処理時間が膨大に必要となるという問題があった。従って、条件を変えながら何度も検出を行うということが実際上困難であった。
また、本発明によれば、第1ロボット及び第2ロボットのそれぞれごとに、作業時における姿勢の変化速度に応じて、サンプリング時間を基準のサンプリング時間より長く設定するため、上記姿勢の変化速度が遅い場合には、第1ロボット及び第2ロボットの干渉のおそれが低いことにより、サンプリング回数を減少することで、第1ロボット及び第2ロボットの干渉の有無を短時間で検出することができる。
また、本発明によれば、区切り時間におけるサンプリング時間が第1設定及び第2設定のうち、より組み合わせ回数の少ないサンプリング時間に設定されるため、当該区切り時間における第1ロボット及び第2ロボットの干渉の有無をより短い時間で検出することができる。
また、本発明によれば、第1ロボット及び第2ロボットの距離の長さに応じて、サンプリング時間を基準のサンプリング時間から段階的に長くするため、区切り時間の中で第1ロボット及び第2ロボットの姿勢をサンプリングする回数をロボット間距離の長さに応じて段階的に増やすことができ、当該区切り時間における第1ロボット及び第2ロボットの干渉の有無を正確に検出することができる。
本実施形態にかかるロボットの干渉検出方法は、基本的には、2台の多関節ロボットの動作時における所定のサンプリング時間ごとの姿勢をそれぞれ求め、これら各多関節ロボットの各姿勢をシミュレーションにより総当たりに比較し、当該多関節ロボット同士の姿勢の干渉の有無を検出するものである。
このロボット装置12は、上記した第1〜第3多関節ロボット50a、50b、50cと、ティーチングデータに基づいて第1〜第3多関節ロボット50a、50b、50cのそれぞれの動作制御を行うロボット制御部22a、22b、22cとを備える。
第2ベース56は鉛直軸である軸J1を中心にして第1ベース54に対して旋回可能に軸支されている。第1リンク58の基端部は水平軸である軸J2により第2ベース56に俯仰可能に軸支されている。また、第2リンク60の基端部は水平軸である軸J3により第1リンク58の先端部に揺動可能に軸支されている。そして、第3リンク62は第2リンク60の先端側に軸J4を共通の回転中心軸として接続されている。さらに、第4リンク64の基端部は軸J4に対して直角方向の軸J5により第3リンク62の先端部に揺動可能に軸支されている。ガン着脱部66は第4リンク64の先端側に軸J6を共通の回転中心軸として接続されている。
軸J1〜J6の駆動機構並びに電極70、72の進退機構は、それぞれ図示しないアクチュエータにより駆動され、TCPは軸J1〜J6のそれぞれの回転角θ1〜θ6の値及び第1〜第3多関節ロボット50a、50b、50cの各部寸法により決定される。
なお、ガンユニット68はC型溶接ガンに限らず、例えばX型溶接ガン(共通の支軸に軸支された開閉する一対のガンアームを備える溶接ガン)であってもよい。
干渉検出装置10は、コンピュータによって構成されるものであり、図3に示すように、制御部14は、干渉検出装置10の全体の制御を行うCPU26と、記録部であるROM28及びRAM29と、ハードディスクドライブ(HDD)34によってデータが読み書きされるハードディスク36と、フレキシブルディスクやコンパクトディスク等の外部記録媒体38aに対してティーチングデータ等の読み書きを行う記録媒体ドライブ38と、第1〜第3多関節ロボット50a、50b、50cの各ティーチングデータを作成するティーチングデータ作成回路39と、作成されたティーチングデータに基づいて第1〜第3多関節ロボット50a、50b、50cの動作シミュレーションを行うシミュレーション回路40とを備える。
本構成では、干渉検出装置10は、3台の多関節ロボット50a、50b、50cの中から2台ずつ選択された多関節ロボット同士の干渉の有無を検出する。すなわち、第1多関節ロボット50a、第2多関節ロボット50b及び第3多関節ロボット50cのうち、2台ずつ選択された第1及び第2多関節ロボット50a,50b、第2及び第3多関節ロボット50b,50c、及び、第1及び第3多関節ロボット50a、50cについての干渉の有無がそれぞれ検出される。
なお、制御部14には、オペレータによるティーチング作業の補助、シミュレーション画像の表示等を行うためのディスプレイ16が描画制御回路30を介して接続されるとともに、インタフェース32を介して入力装置としてのキーボード18及びマウス20が接続される。
干渉計算部84は、3次元CADをベースにしており、コンピュータプログラム上の仮想空間において、第1多関節ロボット50a及び第2多関節ロボット50bをソリッドモデルとして表し、互いのモデル同士が干渉を起こすか否かを検証するものであり、干渉の有無を判断するとともに、ディスプレイ16の画面上にその様子を模写的に表示する機能を持つ。
RCSモジュールとは、一般的な多関節ロボットのモーション設計のためのソフトウェアであり、多関節ロボットの各軸の加減速度を決定する機能等を持ち、ロボット動作データとしてロボット姿勢サンプリング部85に擬似的に与えるものである。
具体的には、図5に示すように、第1多関節ロボット50aの動作時間を縦軸100にとり、第2多関節ロボット50bの動作時間を横軸101にとり、各多関節ロボット50a、50bの動作開始から終了までの姿勢を基準サンプリング時間taごとに求め、この基準サンプリング時間taごと求めた多関節ロボット50a、50bの各姿勢を総当たりに比較して行っている。基準サンプリング時間ta(例えば、0.02秒)は、多関節ロボット同士の干渉の有無を正確に検出するために基準値として設定された時間である。この基準サンプリング時間taを短く設定すれば、干渉の有無を検出する処理回数が増えるため正確性が向上する一方、検出処理回数が増加することによりその分処理時間が長くなるという問題がある。
このサンプリング時間設定部81は、2台の多関節ロボット間の距離を区切り時間tbごとに算出するロボット間距離算出部87と、このロボット間距離算出部87で算出された距離に応じて当該区切り時間tbにおけるサンプリング時間を基準サンプリング時間taよりも長く設定する第1サンプリング時間設定部88と、多関節ロボットの変位量をロボットごとに算出するロボット変位量算出部89と、このロボット変位量算出部89で算出された変位量に応じてサンプリング時間を基準サンプリング時間taよりも長く設定する第2サンプリング時間設定部90とを備える。
これら第1サンプリング時間設定部88で設定されたサンプリング時間(第1設定)及び第2サンプリング時間設定部90で設定されたサンプリング時間(第2設定)は、それぞれ判定部91に送られる。この判定部91では、区切り時間tbにおける第1設定及び第2設定による総当たりの組み合わせ数が少ないサンプリング時間を当該区切り時間tbで用いられるサンプリング時間として設定する。
区切り時間tbは、図5に示すように、基準サンプリング時間taよりも長い時間(例えば0.2秒)に適宜設定されるものである。この区切り時間tbは、1つの時間領域としてとらえられ、当該区切り時間tbにおけるサンプリング時間を可変することで、干渉のおそれが高い領域では詳細に干渉の有無を検出することができ、干渉のおそれの低い領域では大まかに検出を行うことにより、干渉の検出精度を低下させることなく検出処理時間の短縮化を実現している。この区切り時間tbで形成される領域を区切り時間領域という。
先ず、動作計画計算部83は、第1及び第2多関節ロボット50a、50bのティーチングデータをそれぞれ読み出し、これら各ティーチングデータとRCSモジュールに基づいて第1及び第2多関節ロボット50a、50bの動作計画を生成する(ステップS1)。この動作計画は、ティーチングデータに設定されている作業点間を動作速度等の条件によって補間するものである。
次に、ロボット姿勢サンプリング部85は、生成された動作計画から基準サンプリング時間taごとの第1及び第2多関節ロボット50a、50bの姿勢データを計算する(ステップS2)。姿勢データは、図7に示すように、第1多関節ロボット50aにおける各軸J1〜J6の回動角度、ガンユニット68の向き,開度、及び、作業点(TCP)の位置を3次元的に規定するパラメータX、Y、Zの向きを含むデータをいう。ガンユニット68の開度は、上述した一対の電極70、72間の距離であり、例えばミリメートル(mm)で表示される。本実施形態では、動作開始時から動作終了時までにおける第1多関節ロボット50aの姿勢データが基準サンプリング時間ta(例えば0.02秒)ごとに作成されて記憶される。この図7では、順番が8までの姿勢データを示しており、これ以降の姿勢データについての記載を省略している。なお、第2及び第3多関節ロボット50b、50cについても同様に動作計画から基準サンプリング時間taごとの姿勢データが計算される。
具体的には、図8に示すように、左下に位置する第1の区切り時間領域Aでは、第1及び第2多関節ロボット50a、50bが十分に離れているため、サンプリング時間t1を基準サンプリング時間taに比べて十分長い時間(0.2秒)に設定している。また、第1の区切り時間領域Aの右隣に位置する第2の区切り時間領域Bでは、サンプリング時間t1よりも短いサンプリング時間t2(0.1秒)に設定されている。同様に、第2の区切り時間領域Bの右隣に位置する第3の区切り時間領域C、この第3の区切り時間領域Cの上隣に位置する第4の区切り時間領域Dでは、それぞれ基準サンプリング時間taよりも長いサンプリング時間t3(0.05秒)、サンプリング時間t4(0.025秒)に設定されている。なお、この図8では、図示を省略しているが、ロボット間距離が所定の下限値を下回っている場合には、第1及び第2多関節ロボット50a、50bが干渉するおそれが高いため、基準サンプリング時間taのまま設定し、第1及び第2多関節ロボット50a、50bが干渉するか否かを詳細に検出する。
このように、本実施形態では、基準サンプリング時間taよりも長く設定した区切り時間tbごとに、作業時における第1ロボット及び第2ロボットのロボット間距離を求め、区切り時間tbのそれぞれの中で用いるサンプリング時間をロボット間距離に応じて基準サンプリング時間taより長く設定するため、ロボット間の距離が遠い場合には、この区切り時間tb内に第1多関節ロボット50a及び第2多関節ロボット50bの干渉のおそれが低いことにより、区切り時間領域における干渉の有無の検出を短時間で行うことができる。なお、各区切り時間領域での組み合わせ数は判定部91に送られる。
これによれば、各区切り時間領域におけるサンプリング時間がより組み合わせ回数の少ないサンプリング時間に設定されるため、当該区切り時間領域における干渉の有無の検出をより短い時間で行うことができる。
また、第1多関節ロボット50aと第3多関節ロボット50cとの干渉、及び第2多関節ロボット50bと第3多関節ロボット50cとの干渉についても同様にサンプリング時間を設定して検出される。
26 CPU
50a 第1多関節ロボット
50b 第2多関節ロボット
50c 第3多関節ロボット
68 ガンユニット
80 干渉検出部
81 サンプリング時間設定部(サンプリング時間設定手段)
82 インターロック設定部
83 動作計画計算部
84 干渉計算部
85 ロボット姿勢サンプリング部
87 ロボット間距離算出部
88 第1サンプリング時間設定部(サンプリング時間設定手段)
89 ロボット変位量算出部
90 第2サンプリング時間設定部(サンプリング時間設定手段)
91 判定部
A〜D 区切り時間時間領域
ta 基準サンプリング時間
tb 区切り時間
t1〜t17 サンプリング時間
Claims (3)
- 第1ロボット及び第2ロボットの作業時におけるサンプリング時間ごとの姿勢を求め、前記第1ロボットの各姿勢と前記第2ロボットの各姿勢とを総当たりに比較し、前記第1ロボット及び前記第2ロボットの姿勢の干渉の有無を検出する干渉検出方法において、
基準のサンプリング時間よりも長く設定した区切り時間で用いるサンプリング時間を、当該区切り時間での前記第1ロボット及び前記第2ロボットの距離に応じて前記基準のサンプリング時間より長く設定する第1設定での総当たりの組み合わせ数と、
前記区切り時間で用いるサンプリング時間を、前記第1ロボット及び前記第2ロボットのそれぞれごとに、前記作業時における姿勢の変化速度に応じて前記基準のサンプリング時間より長く設定する第2設定での総当たりの組み合わせ数と、を比較し、
前記区切り時間でのサンプリング時間を、前記第1設定及び前記第2設定のうち、前記組み合わせ数が少なくなる方で設定することを特徴とする干渉検出方法。 - 前記第1ロボット及び前記第2ロボットの距離の長さに応じて、前記サンプリング時間を前記基準のサンプリング時間から段階的に長くすることを特徴とする請求項1に記載の干渉検出方法。
- 第1ロボット及び第2ロボットの作業時におけるサンプリング時間ごとの姿勢を求め、前記第1ロボットの各姿勢と前記第2ロボットの各姿勢とを総当たりに比較し、前記第1ロボット及び前記第2ロボットの姿勢の干渉の有無を検出する干渉検出装置において、
基準のサンプリング時間よりも長く設定した区切り時間で用いるサンプリング時間を、当該区切り時間での前記第1ロボット及び前記第2ロボットの距離に応じて前記基準のサンプリング時間より長く設定する第1設定での総当たりの組み合わせ数と、
前記区切り時間で用いるサンプリング時間を、前記第1ロボット及び前記第2ロボットのそれぞれごとに、前記作業時における姿勢の変化速度に応じて前記基準のサンプリング時間より長く設定する第2設定での総当たりの組み合わせ数と、を比較し、
前記区切り時間でのサンプリング時間を、前記第1設定及び前記第2設定のうち、前記組み合わせ数が少なくなる方で設定するサンプリング時間設定手段を備えることを特徴とする干渉検出装置。
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