JP5716769B2 - ロボットシミュレータ、ロボット教示装置およびロボット教示方法 - Google Patents

ロボットシミュレータ、ロボット教示装置およびロボット教示方法 Download PDF

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Description

開示の実施形態は、ロボットシミュレータ、ロボット教示装置およびロボット教示方法に関する。
従来、所定の加工作業等をロボットに行わせるにあたり、あらかじめロボットの動作をシミュレート演算してコンピュータのディスプレイ上などにグラフィック表示するロボットシミュレータが種々提案されている。
かかるロボットシミュレータを用いることによって、オペレータは、実際にロボットを動作させることなく、ロボットが障害物に干渉しないかといった検証をグラフィック表示によって行いながら教示データを作成することができる。
ところで、教示データの作成の操作にはある程度オペレータの熟練度が求められる。
このため、近年では、タッチパネル上に表示したロボットのグラフィック画像の周囲に「上」、「下」、「左」、「右」といった動作方向を示す文言を用いたタッチキーを表示し、かかるタッチキーを押圧させるように操作を平易化した手法も提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特許第3901772号公報
しかしながら、従来のロボットシミュレータには、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすくロボットを操作させるという点で更なる改善の余地がある。
たとえば、上述のように動作方向を示す文言を用いたタッチキーを表示する場合に、ロボットが多軸を有しており、きわめて多方向への可動が可能であるような場合、多くのタッチキーの表示が必要となり、かえって操作が分かりにくくなるおそれがある。
また、上述のような「左」や「右」といった文言であらわされる方向は、絶対的な方向ではなく相対的な方向を示すため、オペレータがロボットの動作方向を直感的に把握しにくいことも考えられる。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすく操作させることができるロボットシミュレータ、ロボット教示装置およびロボット教示方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るロボットシミュレータは、生成部と、表示部と、表示制御部と、シミュレート指示部とを備える。前記生成部は、少なくとも冗長軸を有するロボット、および、該ロボットの所定の制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルを含む仮想画像を生成する。前記表示部は、画像を表示する。前記表示制御部は、前記生成部によって生成された前記仮想画像を前記表示部へ表示させる。前記シミュレート指示部は、前記操作ハンドルに対するオペレータの操作を受け付けた場合に、前記操作に基づく前記制御点の変位量または前記3次元座標軸の回転量を取得し、取得した該変位量または該回転量に応じて前記ロボットの姿勢を変更した前記仮想画像を前記生成部に再生成させる。
実施形態の一態様によれば、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすく操作させることができる。
図1は、実施形態に係るロボットシミュレータを含むロボットシステムの全体構成を示す模式図である。 図2は、実施形態に係るロボットシミュレータの構成を示すブロック図である。 図3Aは、表示部へ表示される仮想画像の一例を示す模式図(その1)である。 図3Bは、マウスカーソルを各軸へ近づけた場合の一例を示す模式図である。 図3Cは、ガイドラインの説明図である。 図3Dは、表示部へ表示される仮想画像の一例を示す模式図(その2)である。 図4は、制御点情報の設定例を示す図である。 図5Aは、操作ハンドルの一例を示す図である。 図5Bは、変位ハンドルの説明図である。 図5Cは、回転ハンドルの説明図である。 図6Aは、変位ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)である。 図6Bは、変位ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その2)である。 図6Cは、変位ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その3)である。 図7Aは、回転ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)である。 図7Bは、回転ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その2)である。 図7Cは、回転ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その3)である。 図8Aは、肘角動作の操作ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)である。 図8Bは、肘角動作の操作ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その2)である。 図8Cは、肘角動作の操作ハンドルを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その3)である。 図9Aは、連動選択時のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)である。 図9Bは、連動選択時のシミュレーション動作の具体例を示す図(その2)である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットシミュレータ、ロボット教示装置およびロボット教示方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下では、ディスプレイ等の表示部に対し、ロボットおよび周辺設備の3次元モデルのグラフィック画像を表示するロボットシミュレータを例に挙げて説明を行う。なお、かかる3次元モデルのグラフィック画像については、以下、「仮想画像」と記載する場合がある。
図1は、実施形態に係るロボットシミュレータ10を含むロボットシステム1の全体構成を示す模式図である。
図1に示すように、ロボットシステム1は、ロボットシミュレータ10と、ロボット制御装置20と、ロボット30とを備える。また、ロボットシミュレータ10は、シミュレータ制御装置11と、表示部12と、操作部13と、教示点情報DB(データベース)14とを備える。
シミュレータ制御装置11は、ロボットシミュレータ10全体を制御するコントローラであり、演算処理処置や記憶装置などを含んで構成される。また、シミュレータ制御装置11は、表示部12、操作部13および教示点情報DB14といったロボットシミュレータ10を構成する各種装置と情報伝達可能に接続される。
そして、シミュレータ制御装置11は、操作部13を介したオペレータの操作に基づいてその動作をシミュレート演算したロボット30の仮想画像を表示部12に対して出力する。
また、シミュレータ制御装置11は、同じく操作部13を介したオペレータの操作に基づいてロボット30の仮想画像からロボット30の教示点を取得し、教示点情報DB14へ登録することが可能である。
表示部12は、いわゆるディスプレイ等の表示デバイスである。また、操作部13は、マウス等のポインティングデバイスである。なお、操作部13は、必ずしもハードウェア部品として構成される必要はなく、たとえば、タッチパネルディスプレイに表示されたタッチキーなどのソフトウェア部品であってもよい。
教示点情報DB14は、ロボット30に対する「教示点」に関する情報が登録されるデータベースである。
ここで、「教示点」とは、ロボット30を再生動作させる際にロボット30の各関節が経由するべき目標位置となる情報であり、たとえば、ロボット30の各軸を駆動させるサーボモータに設けられた各エンコーダのパルス値として記憶される。ロボット30は、複数の教示点の情報に基づいて動作するため、教示点情報DB14にはロボット30の動き(教示プログラム)毎に複数の教示点が関連付けられて記憶されている。
換言すると、ロボット30の教示プログラムには、複数の教示点および各教示点間の補間動作命令やエンドエフェクタへの動作命令などの組合せ情報が含まれており、教示点情報DB14は、ロボット30の教示プログラム毎にそれに含まれる教示点の情報を記憶するようになっている。そして、ロボット30を再生動作させる際には、かかる教示プログラムに基づいてロボット30が動かされることとなる。
かかる教示点情報DB14は、実際のロボット30の動作を制御するコントローラであるロボット制御装置20と情報伝達可能に接続されており、ロボット制御装置20は、かかる教示点情報DB14に登録された教示点に基づいてロボット30の各種動作を制御する。
なお、図1では、教示点情報DB14(ロボットシミュレータ10)とロボット制御装置20とを接続しているが、ロボットシミュレータ10にて登録された教示点の情報をロボット制御装置20内の所定の記憶部(図示略)に保存できるよう構成されていれば、教示点情報DB14(ロボットシミュレータ10)とロボット制御装置20とは必ずしも接続されている必要はない。
たとえば、ロボットシミュレータ10にて登録された教示点の情報を、USB(Universal Serial Bus)メモリ等の媒体にコピーした後、かかる媒体をロボット制御装置20に接続して、所定の操作によりロボット制御装置20内の所定の記憶部(図示略)に保存するようにしてもよい。
なお、図1では、説明を分かりやすくする観点から、教示点情報DB14とシミュレータ制御装置11とを別体で構成した例を示しているが、教示点情報DB14をシミュレータ制御装置11内部の記憶部に記憶させることとしてもよい。
本実施形態におけるロボット30は、第1アーム31および第2アーム32の2つ腕部と、胴体部33とを備える双腕ロボットである。胴体部33は、床面などに固定された基台部(符号略)に対し、軸PVまわりに旋回可能に設けられる(図中の矢印101参照)。
第1アーム31は、左腕として胴体部33に設けられる。具体的には、第1アーム31は、複数のリンクから構成され、軸S、軸L、軸Eおよび軸Uまわりにそれぞれ回転可能な関節を備える(図中の矢印102〜105参照)。
また、第1アーム31はさらに、軸R、軸Bおよび軸Tまわりにそれぞれ回転可能な関節を備える(図中の矢印106〜108参照)。また、第1アーム31はさらに、これらの各関節を動作させるアクチュエータを内蔵している。なお、アクチュエータとしてはサーボモータを好適に用いることができる。サーボモータは、ロボット制御装置20からの動作指示に基づいて第1アーム31の各関節を駆動する。
また、軸Tまわりに回転する先端可動部には、エンドエフェクタであるハンドが取り付けられる(図示略)。また、ハンドは、ロボット30が行う作業の内容に応じて、所定のハンドリングツール(以下、「ツール」と記載する)を保持する場合がある。
すなわち、第1アーム31は、7軸を有する。かかる7軸には、冗長軸として上述の軸Eが含まれており、ツールの位置および姿勢を変えずに肘の角度だけを変えるという肘角動作を可能にしている。肘角動作のシミュレーションについては、図8A〜図8Cを用いて後述する。
第2アーム32は、右腕として胴体部33に設けられる。具体的な構成は、第1アーム31と左右が異なるのみでほぼ同様であるため、ここでの説明を省略する。
また、ロボットシミュレータ10では、第1アーム31、第2アーム32および胴体部33それぞれを個別の制御単位とみなす。なお、以下では、オペレータがシミュレート指示を与えるにあたり選択することとなる制御単位のうち、選択中のものを「操作対象」と記載する場合がある。
なお、図1では、ロボット30が、双腕ロボットである場合を例示しているが、ロボットシステム1に適用されるロボットは、単腕ロボットであってもよいし、2つ以上の腕を備える多腕ロボットであってもよい。また、ロボット30は複数であってもよい。
次に、実施形態に係るロボットシミュレータ10のブロック構成について、図2を用いて説明する。図2は、実施形態に係るロボットシミュレータ10のブロック図である。なお、図2では、ロボットシミュレータ10の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
また、図2を用いた説明では、主としてシミュレータ制御装置11の内部構成について説明することとし、既に図1で示した表示部12、操作部13および教示点情報DB14については説明を簡略化する場合がある。
図2に示すように、シミュレータ制御装置11は、制御部111と、記憶部112とを備える。制御部111は、画像生成部111aと、表示制御部111bと、操作受付部111cと、操作量取得部111dと、シミュレート指示部111eと、教示点取得部111fと、登録部111gとをさらに備える。記憶部112は、モデル情報112aと、制御点情報112bとを記憶する。
画像生成部111aは、モデル情報112aおよび制御点情報112bに基づいて仮想画像を生成する。モデル情報112aは、ロボット30の種別や周辺設備の種別ごとにあらかじめ定義された描画情報を含む情報である。
また、制御点情報112bは、ロボット30の制御点をあらかじめ定義した情報である。画像生成部111aは、たとえば、かかる制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドル(後述)などを含ませながら仮想画像を生成する。なお、制御点情報112bの詳細については、図4を用いて後述する。
また、画像生成部111aは、生成した仮想画像を表示制御部111bに対して出力する。表示制御部111bは、画像生成部111aから受け取った仮想画像を表示部12へ表示させる。
ここで、画像生成部111aが生成し、表示制御部111bを介して表示部12へ表示される仮想画像の一例について、図3A〜図3Dを用いて説明する。
図3Aおよび図3Dは、表示部12へ表示される仮想画像の一例を示す模式図(その1)および(その2)である。また、図3Bは、マウスカーソルCを各軸へ近づけた場合の一例を示す模式図である。また、図3Cは、ガイドラインの説明図である。なお、図3Aおよび図3Dでは、ロボット30以外の周辺設備の仮想画像は省略して描いている。
図3Aに示すように、仮想画像は、表示部12の表示領域の一つである表示ウィンドウ120に表示される。なお、仮想画像には、所定の制御点とともに、かかる制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルが含まれる。
たとえば、図3Aには、制御点TCPと、これを原点とする3次元座標軸の操作ハンドルH1をはじめとする操作ハンドルH1〜H5が含まれた仮想画像を例示している。これら操作ハンドルH1〜H5は、オペレータが操作部13を介して、たとえば、ドラッグ操作することが可能な操作部品である。
具体的には、操作ハンドルH1は、第1アーム31に対するティーチング操作を受け付ける操作部品である。また、図3Aに示すように、操作ハンドルH1の制御点TCPは、第1アーム31先端に取り付けられたハンドの代表点や、ハンドが保持するツールの代表点に設定される。
なお、かかる制御点TCPのような所定の制御点の位置は、前述の制御点情報112bによって規定される。ここで、図4を用いて、かかる制御点情報112bの設定例について説明しておく。
図4は、制御点情報112bの設定例を示す図である。図4に示すように、制御点情報112bは、たとえば、「ツール有無」項目と、「ツール種別」項目と、「制御点」項目とを含んだ情報である。なお、図4では、説明を分かりやすくするため、各項目のデータをテキストであらわして示しているが、格納されるデータのデータ形式を限定するものではない。
「ツール有無」項目には、ロボット30のハンド(図示略)によってツールが保持されるか否か、すなわち、「ツール有り」であるか「ツール無し」であるかを規定するデータが格納される。
また、「ツール種別」項目には、ツールの種別を示すデータが格納される。また、「制御点」項目には、ツールの種別に応じた制御点の位置を示すデータ(たとえば、ハンドとの相対位置を示す座標値など)が格納される。なお、ハンドに保持されるツールの形状によっては、ハンドに対する操作ハンドルの3次元座標軸の姿勢を適切に設定することで、オペレータがロボット30を操作しやすくなる場合がある。このような場合に備え、「制御点」項目に操作ハンドルの姿勢を示すデータ(たとえば、ハンドに対する3次元座標軸の姿勢など)を格納できるように構成してもよい。このようなツールに応じて設定された座標系を、便宜上「ツール座標系」と呼称することがある。
そして、たとえば、図3Aに示す例の場合、ハンドによって「第1ツール」が保持されると仮定される場合には、かかる「第1ツール」の「先端部」が所定の制御点として規定されることとなる。
また、ハンドによって「第2ツール」が保持されると仮定される場合には、かかる「第2ツール」の「中心部」が所定の制御点として規定されることとなる。
また、「ツール無し」である場合には、あらかじめ定められた「ハンド基準点」が所定の制御点として規定されることとなる。
すなわち、制御点情報112bは、ロボット30が用いるツールの種別とかかる種別に対応してあらかじめ用意された制御点とを関連付けたデータベースであると言える。
そして、上述の画像生成部111aは、ロボット30が用いると仮定されるツールの種別に応じた所定の制御点をかかる制御点情報112bから取得し、取得した所定の制御点に基づいて仮想画像を生成することとなる。
なお、かかる所定の制御点を原点として生成される操作ハンドルの詳細については、図5A〜図5Cを用いて後述する。また、本実施形態では、図4に示す制御点情報112bの設定例に基づき、所定の制御点(すなわち制御点TCP)が、ロボット30が「第1ツール」を保持する場合のその「先端部」であるものとして説明を進める。
図3A〜図3Dの説明に戻る。図3Aに示すように、仮想画像にはさらに、第2アーム32の操作ハンドルH2、胴体部33の旋回動作の操作ハンドルH3、第1アーム31の肘角動作の操作ハンドルH4および第2アーム32の肘角動作の操作ハンドルH5が含まれる。
なお、たとえば、操作対象が第1アーム31である場合、その操作ハンドルH1は、図3Aに示すように、一例として実線表示される。また、このとき、その他の操作ハンドルH2〜H5は、図3Aに示すように、一例として破線表示される。なお、この場合の操作ハンドルH1をカラー表示とし、その他の操作ハンドルH2〜H5をモノクロ表示とするように、色によって表示を区別することとしてもよい。また、操作ハンドルH1をその他の操作ハンドルH2〜H5より大きく表示するようにし、大きさによって表示を区別することとしてもよい。
または、操作ハンドルH1を含む第1アーム31をカラー表示とし、第2アーム32や第2アーム32に係る操作ハンドルH5をモノクロ表示とするようにしてもよい。このように、操作対象となっている操作ハンドルやアーム以外をモノクロ表示にすることによって、オペレータは、現在操作対象となっている操作ハンドルやアームを直感的に識別することができる。ここで、かかる一例の表示イメージを図3Dに示しておく。なお、図3Dでは、モノクロ表示の部分を破線であらわして描いている。
このように、本実施形態の双腕ロボットのような複数のアームを備えたロボットに対してティーチング操作を行う際に、あらかじめ指定したティーチング操作対象のアームを図3Dのように直感的に識別できるように表示することで、意図しないアームについてティーチングを行ってしまうことを回避できる。
さらに、図3Bに示すように、第1アーム31が操作対象である場合に、かかる第1アーム31の各軸にマウスカーソルCを近づけると、各軸の操作ハンドルH6を表示するようにしてもよい。
また、図3Aに示すように、操作ハンドルH1の制御点TCPからは、たとえば、鉛直下向きに伸びるガイドラインGLを表示することとしてもよい。なお、図3Aでは、かかるガイドラインGLの端点EPが床面にまで達する場合を例示しているが、図3Cに示すように、端点EPが任意のモデルMとの交点となるようにガイドラインGLを表示してもよい。また、オペレータが識別しやすいように、ガイドラインGLを赤色など目立つ色で表示してもよい。
このように、いわばレーザーポインタ状のガイドラインGLを表示することによって、たとえば、図3Aに示すように、仮想画像がロボット30を斜め方向から見るようなものであっても、オペレータが確実にロボット30と、周辺機器や障害物との位置関係を把握することができる。
すなわち、ロボット30と、周辺機器や障害物との干渉を確実に防止する精度の高いティーチングを、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすく行わせることができる。
なお、図3Aおよび図3Cでは、ガイドラインGLは鉛直下向きに伸びることとしたが、作業スペースの形状や、周辺機器、障害物の位置などに応じて、任意の方向に切り替え可能であることとしてもよい。
オペレータは、操作部13を介し、たとえば、図3Aに示す操作ハンドルH1〜H5を操作することによって、仮想画像中のロボット30に対してシミュレーション動作を行わせるシミュレート指示を与えることとなる。その具体例については、図5A〜図8Cを用いて後述する。また、本実施形態では、操作ハンドルH1〜H5を総称する場合、「操作ハンドルH」と記載する場合がある。
また、図3Aに示すように、表示ウィンドウ120には、入力ボタンB1〜B5が設けられる。入力ボタンB1〜B5もまた、オペレータが操作部13を介して操作することが可能な操作部品である。
そして、たとえば、入力ボタンB1およびB2には、単独/連動切り替え機能を割り当てることができる。ロボットシミュレータ10は、入力ボタンB1が押下された場合、操作対象の制御単位のみ(たとえば、第1アーム31のみ)をシミュレーション動作させる。
また、入力ボタンB2が押下された場合、ロボットシミュレータ10は、操作対象の制御単位とその他の制御単位と(たとえば、第1アーム31および第2アーム32)を連動させてシミュレーション動作させる。かかる連動時の具体例については、図9Aおよび図9Bを用いて後述する。
また、たとえば、入力ボタンB3には、操作ハンドルH1〜H5の表示/非表示の切り替え機能を割り当てることができる。また、たとえば、入力ボタンB4には、ハンドに保持されたツール名の表示機能を割り当てることができる。
また、たとえば、入力ボタンB5には、かかる入力ボタンB5の押下時点におけるロボット30の各軸の位置を教示点として教示点情報DB14へ登録する登録機能を割り当てることができる。
また、図3Aに示すように、表示ウィンドウ120には、さらに操作部品としてプルダウンメニューP1が設けられる。プルダウンメニューP1には、操作ハンドルH1、H2の座標系(たとえば、ロボット座標/ベース座標/ユーザ座標/ツール座標など)の切り替え機能を割り当てることができる。
ここで、ロボット座標は、たとえば、第1アーム31や第2アーム32の胴体部33への取付部を原点とする座標系として設定してもよい。また、ベース座標は、胴体部33の基台部への取付部を原点とする座標系として設定してもよい。
このように、プルダウンメニューP1により座標系を切り替えることで、操作ハンドルを、選択した座標系に基づくように変化させることができる。たとえば、図3Aでは、操作ハンドルH1は、ツール座標系に基づいて操作されるようになっているが、これをワールド座標系(後述)に基づいて操作するようにすることができる。
そして、かかるプルダウンメニューP1からオペレータが所望の座標系を選択することによって、画像生成部111aは、選択された座標系に応じた直交座標軸などを有する操作ハンドルHを含む仮想画像を生成する。
その他にも、ロボットシミュレータ10は、操作部13を介したオペレータの操作に従って、表示部12上の仮想画像であるロボット30の各関節を個別に駆動させたり、仮想画像をどの方向からみた状態で表示するかといった視点の変更や表示の拡大/縮小を行ったりすることができる。
また、仮想画像内の特定点にハンドやツールが到達するようなロボット30の各関節位置を逆キネマティクス演算により求めて、到達した状態のロボット30の仮想画像を生成および表示することも可能である。
さらに、オペレータの操作に従って、教示点情報DB14に登録された教示点を読み出し、特定の教示点に到達した状態のロボット30の仮想画像を表示することもできる。ただし、ロボットシミュレータにおけるこのような機能は公知のものであるので、本実施形態に係る部分以外の詳細な説明は省略する。
図2の説明に戻り、シミュレータ制御装置11の操作受付部111cについて説明する。操作受付部111cは、操作部13を介して入力されるオペレータの入力操作を受け付け、かかる入力操作がシミュレート指示に関するものであれば、受け付けた入力操作を操作量取得部111dに対して通知する。なお、ここにいうシミュレート指示に関する入力操作は、既に図3Aに示した例で言えば、操作ハンドルH1〜H5に対する操作に対応する。
また、操作受付部111cは、入力操作が教示点の登録指示に関するものであれば、受け付けた入力操作を教示点取得部111fに対して通知する。なお、ここにいう教示点の登録指示に関する入力操作は、既に図3Aに示した例で言えば、入力ボタンB5に対する操作に対応する。
操作量取得部111dは、操作受付部111cから通知された入力操作の内容を解析して、制御点の変位量およびかかる制御点を原点とする3次元座標軸の回転量を取得し、取得した変位量および回転量をシミュレート指示部111eに対して通知する。
シミュレート指示部111eは、操作量取得部111dから通知された変位量および回転量に応じてロボット30の姿勢を変更した仮想画像を再生成させるシミュレート指示を画像生成部111aに対して通知する。
そして、画像生成部111aは、シミュレート指示部111eから受け取ったシミュレート指示に基づいて仮想画像を再生成し、表示制御部111bを介して表示部12へ表示させる。これにより、仮想画像は連続して変化するシミュレーション動作を行うこととなる。
ここで、図5A〜図8Cを用いて、具体的な操作ハンドルHの操作とそれにともなう仮想画像のシミュレーション動作について説明する。まず、図5A〜図5Cを用いて、操作ハンドルHの具体例から説明する。なお、以下では、所定の制御点を「制御点TCP」で統一して説明する。
図5Aは、操作ハンドルHの一例を示す図である。また、図5Bは、変位ハンドルHxの説明図である。また、図5Cは、回転ハンドルHRxの説明図である。
なお、図5Aには、大文字のX,Y,Zを付した3次元のXYZ座標軸を示しているが、かかるXYZ座標軸は、いわゆるワールド座標系などの空間全体をあらわす座標系であって、図3Aの表示ウィンドウ120の左下に表示されたXYZ座標軸に相当する。以下に説明する操作ハンドルHの座標系は、これとは異なるローカル座標系(ツール座標系など)のxyz座標軸であらわすこととするが、説明の便宜上、x軸はX軸に、y軸はY軸に、z軸はZ軸にそれぞれ平行であるものとする。
図5Aに示すように、操作ハンドルHは、制御点TCPを原点とするxyz座標軸を操作するための操作部品である。かかる操作ハンドルHには、xyz座標軸の一軸ごとにかかる一軸方向に沿って制御点TCPを変位させる変位ハンドルHx,Hy,Hzが含まれる。
なお、変位ハンドルHx,Hy,Hzは、それぞれ対応するxyz座標軸の一軸の軸方向に沿った立体的な両向き矢印の形状をなしている。また、変位ハンドルHx,Hy,Hzそれぞれは、制御点TCPから分離して配置される。これら変位ハンドルHx,Hy,Hzは、既に図3Aに示した例で言えば、操作ハンドルH1およびH2に含まれている。
また、図5Aに示すように、操作ハンドルHには、xyz座標軸を一軸ごとにかかる一軸まわりに回転させる回転ハンドルHRx,HRy,HRzが含まれる。
なお、回転ハンドルHRx,HRy,HRzは、それぞれ対応するxyz座標軸の一軸まわりに沿った立体的な両向き矢印の形状をなしている。これら回転ハンドルHRx,HRy,HRzは、既に図3Aに示した例で言えば、操作ハンドルH1〜H5に含まれている。
ここで、図5Bで変位ハンドルHxを採り上げ、かかる変位ハンドルHxを操作する場合の具体例について説明する。なお、図5Bでは、変位ハンドルHy,Hzおよび回転ハンドルHRx,HRy,HRzの図示を省略している。
図5Bに示すように、変位ハンドルHxは、操作部13を介したオペレータのドラッグ操作によって操作される(図中の矢印501参照)。なお、このとき、変位ハンドルHxは、対応するx軸方向に沿ったドラッグ操作が可能である。
そして、図5Bに示すように、たとえば、矢印501に示すドラッグ操作によるドラッグ量が1変位量に相当すれば、画像生成部111aは、制御点TCPおよびこれを原点とするxyz座標軸を、x軸方向に沿って1変位量分、変位させる(図中の矢印502参照)。
すなわち、かかる場合、XYZ座標軸(図5A参照)における変位前の制御点TCPの座標値が(X,Y,Z)=(0,0,0)であった場合、変位後の制御点TCPの座標値は(X,Y,Z)=(1,0,0)となり、xyz座標軸は、かかる変位後の制御点TCPを原点として形成されることとなる。
そして、画像生成部111aは、変位後の制御点TCPおよびxyz座標軸に基づいてロボット30の仮想画像を再生成し、シミュレーション動作を行わせる。
無論、変位ハンドルHxは、その立体的な両向き矢印の形状が示す通り、図中の矢印501とは逆向きのドラッグ操作が可能である。
なお、図5Bには示していないが、変位ハンドルHyについて同様のドラッグ操作を行えばy軸方向に沿って、また、変位ハンドルHzについて同様のドラッグ操作を行えばz軸方向に沿って、それぞれ制御点TCPおよびこれを原点とするxyz座標軸が変位される。
次に、図5Cで回転ハンドルHRzを採り上げ、かかる回転ハンドルHRzを操作する場合の具体例について説明する。なお、図5Cでは、変位ハンドルHx,Hy,Hzおよび回転ハンドルHRx,HRyの図示を省略している。
図5Cに示すように、回転ハンドルHRzもまた、操作部13を介したオペレータのドラッグ操作によって操作される(図中の矢印503参照)。なお、このとき、回転ハンドルHRzは、マウスカーソルCを用いて、対応するz軸まわりに沿ったドラッグ操作が可能である。
そして、図5Cに示すように、たとえば、矢印503に示すドラッグ操作によるドラッグ量が30°の回転量に相当すれば、画像生成部111aは、xyz座標軸をz軸まわりに30°回転させる(図中の矢印504参照)。
そして、画像生成部111aは、回転後のxyz座標軸に基づいてロボット30の仮想画像を再生成し、シミュレーション動作を行わせる。
無論、回転ハンドルHRzもまた、その立体的な両向き矢印の形状が示す通り、図中の矢印503とは逆向きのドラッグ操作が可能である。かかる場合、xyz座標軸は、図5Cに示した例とは逆向きに回転することとなる。
なお、図5Cには示していないが、回転ハンドルHRxについて同様のドラッグ操作を行えばx軸まわりに、また、回転ハンドルHRyについて同様のドラッグ操作を行えばy軸まわりに、それぞれxyz座標軸が回転される。
このように、操作ハンドルHは、制御点TCPを原点とするxyz座標軸にそれぞれ対応付けられるとともにそれぞれ両向き矢印の形状をなした変位ハンドルHx,Hy,Hzおよび回転ハンドルHRx,HRy,HRzを含む。これにより、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすく操作させることができる。
なお、操作ハンドルHの形状は、図5Aに示した一例に限られるものではない。たとえば、変位ハンドルHx,Hy,Hzおよび回転ハンドルHRx,HRy,HRzを片矢印としてもよい。
次に、図6A〜図6Cを用いて、操作ハンドルH(図5A参照)の変位ハンドルHzを操作した場合の仮想画像におけるロボット30のシミュレーション動作の具体例について説明する。図6A〜図6Cは、変位ハンドルHzを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)〜(その3)である。
なお、ここでは、説明の便宜上、回転ハンドルHRx,HRy,HRzの図示を省略している。
図6Aに示すように、表示部12の表示ウィンドウ120に対し、ロボット30の仮想画像が表示されているものとする。そして、ここで、オペレータによって、変位ハンドルHzが図中の矢印601の示す向きにドラッグ操作されたものとする。
かかる場合、図6Bに示すように、まず、操作ハンドルHが、オペレータのドラッグ操作におけるドラッグ量に応じた変位量分、z軸方向に沿って変位する(図中の矢印602参照)。すなわち、制御点TCPおよび制御点TCPを原点とするxyz座標軸全体が、z軸方向に沿って変位する。
つづいて、図6Cに示すように、第1アーム31の先端可動部が、操作ハンドルHに追従して変位する。すなわち、仮想画像においては、図中の矢印603の向きに第1アーム31を移動させるロボット30のシミュレーション動作が描かれることとなる。
なお、図6A〜図6Cでは、変位ハンドルHzを操作した場合のシミュレーション動作を例に挙げたが、変位ハンドルHx,Hyについても、それぞれが対応付けられたx軸およびy軸について同様の動きを示すことは言うまでもない。
つづいて、図7A〜図7Cを用いて、操作ハンドルHの回転ハンドルHRxを操作した場合の仮想画像におけるロボット30のシミュレーション動作の具体例について説明する。図7A〜図7Cは、回転ハンドルHRxを操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)〜(その3)である。
なお、ここでは、説明の便宜上、変位ハンドルHx,Hy,Hzの図示を省略している。
図7Aに示すように、表示部12の表示ウィンドウ120に対し、ロボット30(主に第1アーム31)の仮想画像が表示されているものとする。そして、ここで、オペレータによって、回転ハンドルHRxが図中の矢印701の示す向きにドラッグ操作されたものとする。
かかる場合、図7Bに示すように、まず、xyz座標軸が、オペレータのドラッグ操作におけるドラッグ量に応じた回転量分、x軸まわりに回転する(図中の矢印702参照)。
つづいて、図7Cに示すように、第1アーム31の先端可動部が、回転後のxyz座標軸に追従するように描かれる。すなわち、ここでは、先端可動部の向きを図中の矢印703の向きに沿って変更させる第1アーム31のシミュレーション動作が描かれることとなる。
なお、図7A〜図7Cでは、回転ハンドルHRxを操作した場合のシミュレーション動作を例に挙げたが、回転ハンドルHRy,HRzについても、それぞれが対応付けられたy軸およびz軸について同様の動きを示すことは言うまでもない。
つづいて、図8A〜図8Cを用いて、肘角動作の操作ハンドルH5を操作した場合の仮想画像におけるロボット30のシミュレーション動作の具体例について説明する。図8A〜図8Cは、肘角動作の操作ハンドルH5を操作した場合のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)〜(その3)である。
なお、ここでは、第2アーム32に対応した操作ハンドルH5を採り上げるが、第1アーム31に対応した操作ハンドルH4についても同様の操作を行うこととなるため、ここでの説明を省略する。
図8Aに示すように、肘角動作の操作ハンドルH5には、マウスカーソルCを用いたドラッグ操作によって鉛直軸まわりに回転させることが可能な回転ハンドル(図5Cの回転ハンドルHRz参照)が含まれる。
そして、ここで、図8Bに示すように、オペレータによって図中の矢印801の示す向きにドラッグ操作が行われたものとする。
かかる場合、図8Bに示すように、操作ハンドルH5の回転ハンドルが、オペレータのドラッグ操作におけるドラッグ量に応じた回転量分、鉛直軸まわりに回転する(図中の矢印802参照)。
つづいて、図8Bに示すように、第2アーム32が、かかる回転ハンドルの回転に追従して、制御点TCPを固定した状態で肘の角度を変化させるように描かれる。すなわち、ここでは、第2アーム32の位置や姿勢を保ったまま、図中の矢印803の向きに沿って第2アーム32を回り込ませる肘角動作のシミュレーション動作が描かれることとなる。
そして、図8Cに示すように、オペレータによって図中の矢印804の示す向きにドラッグ操作が行われれば、操作ハンドルH5の回転ハンドルが、これに応じて図中の矢印805の向きに回転する。
そして、これにともない、第2アーム32が、かかる回転ハンドルの回転に追従して、今度は図中の矢印806の向きに沿って肘角動作を行うシミュレーション動作が描かれることとなる。
こうした操作を行うことで、オペレータは、第2アーム32の先端部の位置や姿勢を保ったままで、第2アーム32が周辺機器や障害物と干渉しにくい形態を取らせたり、第2アーム32の各軸の関節の回転量が、その限界値に至らない形態を取らせたりすることができる。
次に、図3Aに示した入力ボタンB2が押下された状態の連動選択時のシミュレーション動作について、図9Aおよび図9Bを用いて説明する。図9Aおよび図9Bは、連動選択時のシミュレーション動作の具体例を示す図(その1)および(その2)である。
まず、連動選択時において、操作対象が第1アーム31であるものとする。また、ここで、図9Aに示すように、操作ハンドルH1の変位ハンドルが、図中の矢印901に示す向きにドラッグ操作されたものとする。
かかる場合、図9Bに示すように、第1アーム31は、ドラッグ操作の操作量に応じ、その先端可動部を図中の矢印902に示す向きに上昇させるように描かれる。そして、このとき、連動選択時であるならば、第2アーム32もまた第1アーム31と同時に、第1アーム31と同一の変位量で、その先端可動部を図中の矢印903に示す向きに上昇させるように描かれる。
つまり、オペレータは、それぞれのアームを個別にシミュレーション動作させる必要がなく、一方のアームの操作ハンドルのみについてドラッグ操作を行えばよい。この機能は、双腕ロボットの場合において、第1アーム31と第2アーム32の各々の先端部のハンドやツールの相対的な位置関係や姿勢関係を変化させずにシミュレーション動作させたい場合などに有用である。
なお、連動選択時に限らないが、図9Bに斜線で塗りつぶした部位として示すように、シミュレーション動作によって各軸の関節の現在の回転量が、その限界値にどの程度近づいているかを明示することとしてもよい。たとえば、図9Bには、ドラッグ操作に基づく第2アーム32の先端可動部の上昇によって、かかる第2アーム32の軸Uの関節の回転量が、限界値に近いもしくは限界値となることを明示する例を示している。
なお、図9Bにはあらわれないが、この限界値に関する明示を、たとえば、限界値まで残り10%を切ればオレンジ表示に、また、残り3%を切れば赤色表示にするといった具合に、色分けによって区別するようにしてもよい。
かかる場合の具体的な例を挙げると、U軸の回転可能範囲が所定の原点から±100°であった場合に、U軸の基準位置からの回転量の絶対値が90°を超えるとオレンジ表示になり、回転量の絶対値が97°を超えると赤色表示になる。
こうした表示を行うことにより、いずれの関節が限界値に近い状態にあるかをオペレータに直感的に分かりやすく示し、かかる関節が限界値から遠ざかる状態とするように操作を促すことができる。
図2の説明に戻り、シミュレータ制御装置11の教示点取得部111fについて説明する。教示点取得部111fは、操作受付部111cから入力ボタンB5(図3A参照)が押下された通知を受け取り、かかる入力ボタンB5の押下された時点における仮想画像上のロボット30の各軸の位置を教示点として取得する。
また、教示点取得部111fは、取得した教示点を登録部111gに対して通知する。登録部111gは、教示点取得部111fから受け取った教示点を、教示点情報DB14へ登録する。
そして、ロボット制御装置20は、かかる教示点情報DB14に登録された教示点の組み合わせに基づいてロボット30の各種動作を制御することとなる。したがって、教示点取得部111fおよび登録部111gは、教示点情報DB14を介してロボット30を教示する「教示部」であるとも言える。
記憶部112は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、モデル情報112aおよび制御点情報112bを記憶する。なお、モデル情報112aおよび制御点情報112bの内容については既に説明したため、ここでの記載を省略する。
また、図2を用いた説明では、シミュレータ制御装置11が、あらかじめ登録されたモデル情報112aおよび制御点情報112bなどに基づいてロボット30の仮想画像を生成する例を示したが、シミュレータ制御装置11と相互通信可能に接続された上位装置から画像生成に必要となる情報を逐次取得することとしてもよい。
上述してきたように、実施形態に係るロボットシミュレータは、画像生成部(生成部)と、表示部と、表示制御部と、シミュレート指示部とを備える。画像生成部は、少なくとも冗長軸を有するロボット、および、かかるロボットの所定の制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルを含む仮想画像を生成する。
表示部は、画像を表示する。表示制御部は、上記画像生成部によって生成された上記仮想画像を上記表示部へ表示させる。
シミュレート指示部は、上記操作ハンドルに対するオペレータの操作を受け付けた場合に、かかる操作に基づく上記制御点の変位量または上記3次元座標軸の回転量を取得し、取得した変位量または回転量に応じて上記ロボットの姿勢を変更した上記仮想画像を上記画像生成部に再生成させる。
したがって、実施形態に係るロボットシミュレータによれば、オペレータの熟練度に関わりなく、オペレータに直感的に分かりやすく操作させることができる。
なお、上述した実施形態では、仮想画像上のロボットの各軸の位置を教示点として取得し、教示点情報として登録可能なロボットシミュレータを例に挙げて説明したが、かかるロボットシミュレータをロボット教示装置として構成してもよい。
また、上述した実施形態では、仮想画像上でのみシミュレーション動作を行わせる場合を例に挙げたが、オペレータによる操作ハンドルの操作に応じて実際にロボットを動作させることとしてもよい。
また、上述した実施形態では、主に操作部としてマウスを用い、かかるマウスによって操作ハンドルのドラッグ操作を行う場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、表示部をいわゆるマルチタッチ対応のタッチパネルなどで構成し、かかるタッチパネルに対するオペレータのマルチタッチ操作によって操作ハンドルをドラッグすることとしてもよい。
また、上述した実施形態では、仮想画像が3次元モデルのグラフィック画像である場合について説明したが、次元数を限定するものではなく、たとえば、2次元モデルであってもよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 ロボットシステム
10 ロボットシミュレータ
11 シミュレータ制御装置
12 表示部
13 操作部
14 教示点情報DB
20 ロボット制御装置
30 ロボット
31 第1アーム
32 第2アーム
33 胴体部
111 制御部
111a 画像生成部
111b 表示制御部
111c 操作受付部
111d 操作量取得部
111e シミュレート指示部
111f 教示点取得部
111g 登録部
112 記憶部
112a モデル情報
112b 制御点情報
120 表示ウィンドウ
B 軸
B1〜B5 入力ボタン
C マウスカーソル
E 軸
EP 端点
GL ガイドライン表示
H、H1〜H6 操作ハンドル
HRx、HRy、HRz 回転ハンドル
Hx、Hy、Hz 変位ハンドル
L 軸
M モデル
P1 プルダウンメニュー
PV 軸
R 軸
S 軸
T 軸
TCP 制御点
U 軸

Claims (12)

  1. 少なくとも冗長軸を有するロボット、および、該ロボットの所定の制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルを含む仮想画像を生成する生成部と、
    表示部と、
    前記生成部によって生成された前記仮想画像を前記表示部へ表示させる表示制御部と、
    前記操作ハンドルに対するオペレータの操作を受け付けた場合に、該操作に基づく前記制御点の変位量または前記3次元座標軸の回転量を取得し、取得した該変位量または該回転量に応じて前記ロボットの姿勢を変更した前記仮想画像を前記生成部に再生成させるシミュレート指示部と
    を備えることを特徴とするロボットシミュレータ。
  2. 前記操作ハンドルは、
    前記3次元座標軸の一軸ごとに該一軸方向に沿って前記制御点を変位させる変位ハンドル、および、前記3次元座標軸を一軸ごとに該一軸まわりに回転させる回転ハンドルの双方またはいずれか一方を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載のロボットシミュレータ。
  3. 前記変位ハンドルは、
    前記3次元座標軸の一軸ごとに該一軸方向に沿った両向き矢印の形状をなしており、該両向き矢印それぞれは、前記制御点から分離して配置されること
    を特徴とする請求項2に記載のロボットシミュレータ。
  4. 少なくとも前記3次元座標軸の座標系を選択可能な操作部品
    をさらに有し、
    前記生成部は、
    前記操作部品からオペレータが所望の座標系を選択することによって、該座標系に応じた前記3次元座標軸を有する前記操作ハンドルを前記仮想画像に含ませること
    を特徴とする請求項1、2または3に記載のロボットシミュレータ。
  5. 前記冗長軸は、
    前記ロボットの有する腕部に含まれ、
    前記操作ハンドルの少なくとも一つは、
    前記制御点を固定した状態で前記腕部の肘の角度を変化させる肘角動作のためのものであって、
    前記シミュレート指示部は、
    当該操作ハンドルに対する操作を受け付けた場合に、該操作ハンドルに含まれる前記回転ハンドルの回転に追従して前記ロボットが前記肘角動作を行うように前記仮想画像を前記生成部に再生成させること
    を特徴とする請求項2、3または4に記載のロボットシミュレータ。
  6. 前記操作ハンドルは、
    前記オペレータのドラッグ操作によって操作されること
    を特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のロボットシミュレータ。
  7. 前記ロボットは、
    2つの前記腕部を有する双腕ロボットであって、
    前記シミュレート指示部は、
    一方の前記腕部を操作対象とする前記操作ハンドルに対する操作を受け付けた場合に、該操作に基づく前記変位量または前記回転量に応じて双方の前記腕部を連動させた前記仮想画像を前記生成部に再生成させること
    を特徴とする請求項5または6に記載のロボットシミュレータ。
  8. 前記生成部は、
    前記操作ハンドル、および、当該操作ハンドルの操作対象である前記ロボットの部位を、その他の前記操作ハンドルおよびその他の前記ロボットの部位とは区別して示す前記仮想画像を生成すること
    を特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のロボットシミュレータ。
  9. 前記生成部は、
    前記制御点から任意の方向に伸び、端点が任意のモデルとの交点となるように描かれるガイドラインを前記仮想画像に含ませること
    を特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のロボットシミュレータ。
  10. 前記任意の方向は、鉛直下向きであること
    を特徴とする請求項9に記載のロボットシミュレータ。
  11. 少なくとも冗長軸を有するロボット、および、該ロボットの所定の制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルを含む仮想画像を生成する生成部と、
    表示部と、
    前記生成部によって生成された前記仮想画像を前記表示部へ表示させる表示制御部と、
    前記操作ハンドルに対するオペレータの操作を受け付けた場合に、該操作に基づく前記制御点の変位量または前記3次元座標軸の回転量を取得し、取得した該変位量または該回転量に応じて前記ロボットの姿勢を変更した前記仮想画像を前記生成部に再生成させるシミュレート指示部と、
    前記仮想画像の任意の時点における前記ロボットの姿勢を該ロボットの教示点と関連付けた教示点情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部によって記憶された前記教示点情報に基づいて前記ロボットを教示する教示部と
    を備えることを特徴とするロボット教示装置。
  12. 少なくとも冗長軸を有するロボット、および、該ロボットの所定の制御点を原点とする3次元座標軸を操作可能な操作ハンドルを含む仮想画像を生成する生成工程と、
    前記生成工程によって生成された前記仮想画像を表示部へ表示させる表示制御工程と、
    前記操作ハンドルに対するオペレータの操作を受け付けた場合に、該操作に基づく前記制御点の変位量または前記3次元座標軸の回転量を取得し、取得した該変位量または該回転量に応じて前記ロボットの姿勢を変更した前記仮想画像を前記生成工程に再生成させるシミュレート指示工程と、
    前記仮想画像の任意の時点における前記ロボットの姿勢を該ロボットの教示点と関連付けた教示点情報を記憶する記憶工程と、
    前記記憶工程によって記憶された前記教示点情報に基づいて前記ロボットを教示する教示工程と
    を含むことを特徴とするロボット教示方法。
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