JP5911933B2 - ロボットの動作監視領域を設定するロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの制御点またはロボットの着目部位が存在するか否かがチェックされる動作監視領域を設定するロボットシステムに関する。

工場などにおいて、ロボットは、そのハンドに作業ツールが取付けられた状態で、各種作業を実行するのに使用されている。あるいは、ロボットのハンドがワークを把持した状態で、ロボットが各種作業を行う場合もある。そのような作業実行時には、作業ツール等がロボットの周辺機器に干渉するのを防止する必要がある。

通常、ロボットの制御装置は動作監視機能を備えている。ロボットの制御点またはロボットの着目部位が予め設定された動作監視領域から逸出する場合には、この動作監視機能によって、ロボットを停止させる。その結果、ロボットの制御点またはロボットの着目部位などが周辺機器に衝突するのが防止される。

そのような動作監視領域は、球体モデルまたは直方体モデルとして教示制御盤またはコンピュータの表示部に一緒にロボットの三次元モデル等と一緒に表示される。特許文献１においては、惰走距離に相当する半径を有する球体モデルを教示操作盤の画面上にロボットモデルおよび周辺機器モデルと一緒に表示することが開示されている。

特許第4750200号公報

そのような球体モデルまたは直方体モデルとしての動作監視領域モデルはＸＹＺ座標系の数値を入力すること等により設定される。しかしながら、そのような入力操作は煩雑であり時間がかかる。

また、動作監視領域モデルを数値入力により所望の位置に配置するのは比較的困難である。数値入力により設定された動作監視領域モデルを表示部に表示して、動作監視領域モデルが所望の位置から離間していたことが判明した場合には、再度の数値入力を行って動作監視領域モデルを移動させる必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、操作者が動作監視領域を容易かつ短時間で設定することのできる、ロボットシステムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットのロボットモデルと前記ロボットの周辺に在る周辺機器の周辺機器モデルとを表示する表示部と、前記ロボットの動作監視領域の動作監視領域モデルを前記表示部上に配置する配置部と、該配置部により配置された前記動作監視領域モデルをドラッグ操作により移動させて前記動作監視領域モデルを位置決めする位置決め部と、該位置決め部により位置決めされた前記動作監視領域モデルが取囲む前記表示部内の領域を前記ロボットが認識可能な座標値に変換して前記動作監視領域を設定する設定部と、を具備するロボットシステムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記位置決め部は、さらに、前記動作監視領域モデルをドラッグ操作により拡大および縮小させる。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記配置部により配置される動作監視領域モデルは直方体モデル、球体モデルおよびカプセル型モデルの少なくとも一つを含んでおり、前記位置決め部は、前記直方体モデル、球体モデルおよびカプセル型モデルの少なくとも一つのうちのいずれかを一つの動作監視領域モデルとして位置決めする。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記ロボットモデルの制御点または前記ロボットモデルの着目部位が前記動作監視領域から逸出する場合には、前記ロボットを停止させる停止部を具備する。

１番目の発明においては、表示部上に配置された動作監視領域モデル自体を適切な場所まで移動させているので、動作監視領域の設定を視覚的に行うことができる。このため、操作者がＸＹＺ座標系の数値を入力する必要がなく、動作監視領域を容易かつ短時間で設定できる。
２番目の発明においては、動作監視領域モデルを拡大および縮小させて動作監視領域モデルを変形させることにより、ロボットおよび周辺機器にさらに適した動作監視領域を設定できる。
３番目の発明においては、直方体モデル、球体モデルおよびカプセル型モデルから、ロボットおよび周辺機器の形状に最も適した動作監視領域モデルを選択できる。
４番目の発明においては、ロボットの制御点またはロボットの着目部位が周辺機器に衝突するのを防止できる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

本発明に基づくロボットシステムを示す図である。 本発明に基づくロボットシステムの動作を示すフローチャートである。 動作監視領域モデルが配置された表示部の第一の拡大図である。 動作監視領域モデルが選択された表示部の第二の拡大図である。 表示部のさらに別の拡大図である。 図１に示される表示部の第一の拡大図である。 図１に示される表示部の第二の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくロボットシステムを示す図である。図１に示されるロボットシステム１は教示操作盤１０と、教示操作盤１０に接続されたロボット制御装置２０とを主に含んでいる。ロボット制御装置２０は、教示操作盤１０からの教示操作に基づいて、ロボットＲ（図示しない）を制御するものとする。

教示操作盤１０は表示部１１を含んでいる。図示されるように、表示部１１には、ロボットＲのロボットモデルＲｍとロボットＲの周辺に在る周辺機器Ｐの周辺機器モデルＰｍとが表示されている。これらロボットモデルＲｍおよび周辺機器モデルＰｍの数、種類および位置関係は、現実のロボットおよび周辺機器に対応しているものとする。

また、図１に示されるように、教示操作盤１０は、ロボットＲの動作監視領域Ｚの動作監視領域モデルＺｍを表示部上に配置する配置部１２と、配置部１２により配置された動作監視領域モデルＺｍを移動させて動作監視領域モデルＺｍを位置決めする位置決め部１３とを含んでいる。

ここで、動作監視領域Ｚとは、ロボットＲの制御点または着目部位が動作を行うべき領域である。言い換えれば、ロボットＲの制御点などは動作監視領域Ｚ内に留まるよう制御される必要がある。あるいは、ロボットＲの制御点などが進入できない領域、ロボットの制御点などの速度が制限される領域、またはロボットＲの制御点などが進入した場合に信号が出力される領域を動作監視領域Ｚとしてもよい。以下においては、ロボットＲの制御点などが動作を行うべき領域が動作監視領域Ｚであるものとして説明する。

ロボット制御装置２０はデジタルコンピュータであり、ロボットＲを制御する。図示されるように、ロボット制御装置２０は、位置決め部１３により位置決めされた動作監視領域モデルＺｍが取囲む表示部１１内の領域をロボットＲが認識可能な座標値に変換して動作監視領域Ｚを設定する設定部１４を含んでいる。

図２は本発明に基づくロボットシステムの動作を示すフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、本発明に基づくロボットシステム１の動作を説明する。なお、前提として、表示部１１には、ロボットモデルＲｍおよび周辺機器モデルＰｍが図１に示されるように既に表示されているものとする。また、図２に示される処理は所定の制御周期毎に繰返し実行されるものとする。

はじめに、ステップＳ１１において、表示部１１に新しい動作監視領域モデルＺｍが配置されたか否かが判定される。ここで、図３Ａおよび図３Ｂは表示部の拡大図である。簡潔にする目的で、図３Ａおよび図３Ｂならびに後述する図４においてはロボットモデルＲｍおよび周辺機器モデルＰｍの図示を省略している。

図３Ａにおいては、直方体の動作監視領域サンプルモデルＺｍ、球体の動作監視領域サンプルモデルＺｍおよびカプセル型の動作監視領域サンプルモデルＺｍが表示部１１の右端に表示されている。これらのサンプルモデルを、ポインタＡにより選択することで、選択した動作監視領域モデルＺｍを、配置部１２によって、表示部１１の所定の位置に配置できる。

さらに、図３Ａに示されるように、位置決め部１３によって、ポインタＡが表示部１１に表示されている。操作者は、位置決め部１３を操作して、ポインタＡを表示部１１における所望の位置まで移動させられる。この目的のために、位置決め部１３はマウス、トラックボールなどを含んでいてもよい。

そして、操作者がポインタＡを表示部１１の右端部にある動作監視領域サンプルモデルＺｍ、例えば直方体の動作監視領域サンプルモデルＺｍ上まで移動させて、所定の操作、例えばクリック操作を行う。これにより、直方体の動作監視領域モデルＺｍが選択され、図３Ｂに示されるように、同形状の動作監視領域モデルＺｍが表示部１１内の所定位置に所定の大きさで別表示される。

なお、操作者が表示部１１の右端部にある所望の動作監視領域サンプルモデルＺｍをタッチすることにより、この動作監視領域モデルＺｍを別表示させてもよい。あるいは、表示部１１の右端部にある所望の動作監視領域サンプルモデルＺｍをポインタＡのドラッグ操作により単に配置させてもよい。

当然のことながら、ポインタＡを用いて、他の種類の動作監視領域モデルＺｍ、例えば球体またはカプセル型の動作監視領域モデルＺｍを選択してもよい。動作監視領域モデルＺｍの選択は、ロボットモデルＲｍおよび周辺機器モデルＰｍの形状、数、種類などによって操作者が決定するものとする。従って、操作者は、ロボットＲおよび周辺機器Ｐの形状に最も適した動作監視領域モデルＺｍを選択できる。

このように選択された動作監視領域モデルＺｍが表示部１１に新たに表示された場合には、ステップＳ１１において、新しい動作監視領域モデルＺｍが配置されたと判定される。そのような場合には、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、設定部１４が動作監視領域モデルＺｍの位置に基づいて、動作監視領域パラメータを算出する。別表示された動作監視領域モデルＺｍには複数の基準部位が予め設定されている。

図３Ｂに示されるように、直方体の動作監視領域モデルＺｍの場合には、中心Ｏと、中心ＯからＸＹＺ方向にそれぞれ延びる直方体の辺の先端に位置する点Ｘ、Ｙ、Ｚとの四つの点が基準部位として設定されている。ステップＳ１２においては、設定部１４が、ＸＹＺ座標系における複数の基準部位の座標値を、動作監視領域を設定するためのパラメータとして算出する。

なお、球体の動作監視領域モデルＺｍの場合には、その中心と球体の半径とが基準部位として設定される。また、本願明細書において、カプセル型とは、円柱と、円柱の両端に配置された半球とから構成されるものとする。カプセル型の動作監視領域モデルＺｍの場合には、前述した円柱の両端面の中心と、半球の半径とが基準部位として設定される。

次いで、ステップＳ１３においては、設定部１４が動作監視領域パラメータを動作監視領域設定変数に代入する。このようにして、動作監視領域モデルＺｍで囲まれた表示部１１内の領域はロボットＲが認識可能な座標値に変換され、それにより、動作監視領域Ｚが設定されるようになる。

ところで、ステップＳ１１において、新しい動作監視領域モデルＺｍが配置されていないと判定された場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、既に配置された動作監視領域モデルＺｍが表示部１１内に存在しているか否かが判定される。そのような動作監視領域モデルＺｍが存在しない場合には処理を終了する。既に配置された動作監視領域モデルＺｍが存在している場合には、ステップＳ１５とステップＳ２１との間の後述するステップＳ１６からステップＳ２０をモデルの数だけ繰返す。

ステップＳ１６においては、動作監視領域モデルＺｍが移動したか否かが判定される。操作者は、図３Ｂに破線のポインタＡ’で示されるように、動作監視領域モデルＺｍをドラッグ操作により表示部１１内の所望の位置まで移動させられる。

ステップＳ１６において動作監視領域モデルＺｍが移動していたと判明した場合には、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１６において動作監視領域モデルＺｍが移動していなかったと判明した場合には、ステップＳ１８に進んで、その動作監視領域モデルＺｍが変形されたか否かが判定される。ここで、図４は表示部のさらに別の拡大図である。図４においては、操作者はポインタＡを動作監視領域モデルＺｍの点Ｘ上に配置して、点Ｘ’までドラッグ操作する。直方体の動作監視領域モデルＺｍは、この操作に伴って、Ｘ方向に拡大変形され、動作監視領域が大きくされる。

なお、図面には示さないものの、同様な操作により、動作監視領域モデルＺｍをＸ方向に縮小変形することもできる。また、直方体の動作監視領域モデルＺｍをＹ方向およびＺ方向にも拡大縮小させられる。ＸＹＺ方向のうちの少なくとも二つの方向に動作監視領域モデルＺｍを拡大縮小させてもよい。

このような移動操作および／または変形操作によって、動作監視領域モデルＺｍを所望の位置に所望の形状で配置できる。例えば、図１に示されるように、動作監視領域モデルＺｍ１はロボットモデルＲｍおよびその動作範囲を包含するように移動・変形されており、動作監視領域モデルＺｍ２は周辺機器モデルＰｍを包含するように移動・変形されている。

このように動作監視領域モデルＺｍが移動または変形されていた場合には、ステップＳ１７、Ｓ１９において、移動後または変形後おける動作監視領域モデルＺｍの位置に基づいて動作監視領域パラメータが前述したように算出される。そして、ステップＳ２０において動作監視領域パラメータが動作監視領域設定変数に前述したように代入される。これにより、動作監視領域Ｚが前述したように設定される。

このように、本発明においては、表示部１１上に配置された動作監視領域モデルＺｍを適切な場所まで移動させ、それにより、動作監視領域Ｚを設定している。このため、動作監視領域Ｚの設定を視覚的に行うことができる。それゆえ、本発明においては、操作者がＸＹＺ座標系の数値を入力する必要がなく、動作監視領域Ｚを容易かつ短時間で設定できる。従って、本発明においては、動作監視領域Ｚが反映されたロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。

図１を再び参照すると、ロボット制御装置２０は、ロボットモデルＲｍの制御点またはＲｍの着目部位が動作監視領域Ｚから逸出する場合に、ロボットＲを停止させる停止部１５を含んでいる。

動作プログラムが作成された後で、ロボットＲの動作プログラムをシミュレーションで実行するか、動作プログラムによりロボットＲを実際に動作させる。表示部の拡大図である図５Ａに示されるように、通常は、ロボットモデルＲｍは動作監視領域モデルＺｍ内に位置している。

しかしながら、図５Ｂに示されるように、ロボットモデルＲｍの制御点またはＲｍの着目部位、例えばロボットモデルＲｍの先端が動作監視領域モデルＺｍから逸出する事態が起こる可能性もある。そのような場合には、停止部１５がロボットＲを停止させる。これにより、ロボットＲの制御点またはロボットＲの着目部位が周辺機器Ｐに衝突するのを防止することができる。

また、図示しない実施形態においては、教示操作盤１０が設定部１４および停止部１５を含んでいてもよく、ロボット制御装置２０が配置部１２、位置決め部１３、設定部１４および停止部１５を含んでいてもよい。また、教示操作盤１０の表示部１１の代わりに、ロボット制御装置２０に接続された別の表示部（図示しない）を使用してもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれる。

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１ ロボットシステム
１０ 教示操作盤
１１ 表示部
１２ 配置部
１４ 設定部
１５ 停止部
２０ ロボット制御装置
Ｐｍ 周辺機器モデル
Ｒｍ ロボットモデル
Ｚｍ 動作監視領域モデル

Claims (4)

1. ロボットのロボットモデルと前記ロボットの周辺に在る周辺機器の周辺機器モデルとを表示する表示部（１１）と、
   前記ロボットの動作監視領域の動作監視領域モデルを前記表示部上に配置する配置部（１２）と、
   該配置部により配置された前記動作監視領域モデルをドラッグ操作により移動させて前記動作監視領域モデルを位置決めする位置決め部（１３）と、
   該位置決め部により位置決めされた前記動作監視領域モデルが取囲む前記表示部内の領域を前記ロボットが認識可能な座標値に変換して前記動作監視領域を設定する設定部（１４）と、を具備するロボットシステム（１）。
2. 前記位置決め部は、さらに、前記動作監視領域モデルをドラッグ操作により拡大および縮小させる請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記配置部により配置される動作監視領域モデルは直方体モデル、球体モデルおよびカプセル型モデルの少なくとも一つを含んでおり、
   前記位置決め部は、前記直方体モデル、球体モデルおよびカプセル型モデルの少なくとも一つのうちのいずれかを一つの動作監視領域モデルとして位置決めする請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. さらに、前記ロボットモデルの制御点または前記ロボットモデルの着目部位が前記動作監視領域から逸出する場合には、前記ロボットを停止させる停止部（１５）を具備する請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

Images