JP7444603B2

JP7444603B2 - Robot drive area simulation device, robot drive area simulation method, and robot drive area simulation program

Info

Publication number: JP7444603B2
Application number: JP2019236056A
Authority: JP
Inventors: 勝太郎松山
Original assignee: 株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP2021104551A

Description

本発明は、ロボットシミュレーション装置、およびロボットシミュレーション方法並びにロボットシミュレーションプログラムに関し、特に産業用の多関節ロボットの形状をディスプレイに表示し、そのロボットの運動を模擬するロボット駆動領域シミュレーション装置、およびロボット駆動領域シミュレーション方法並びにロボット駆動領域シミュレーションプログラムに関するものである。 The present invention relates to a robot simulation device, a robot simulation method, and a robot simulation program, and more particularly to a robot drive area simulation device and a robot drive area that display the shape of an industrial articulated robot on a display and simulate the motion of the robot. The present invention relates to a simulation method and a robot drive area simulation program.

一般的に、産業用ロボットは、プログラミングによってその作業内容を変更できる多様な動作を含む作業を実施でき、特定の作業に特化された専用機械と比較すると作業の複雑性が増す。産業用ロボットは、プログラムにより作業内容の変更ができ、再プログラミングにより様々な作業を担当させることが出来る。 In general, industrial robots can perform tasks that include a variety of movements that can be changed through programming, and the complexity of the tasks increases compared to dedicated machines specialized for specific tasks. Industrial robots can change their work content through programming, and can be assigned to perform various tasks by reprogramming.

一方、生産現場では、産業用ロボットの多様性に起因する動作の複雑さから、産業用ロボットを含むシステムの統合が困難になり、ロボットシミュレーションが必要になる。ロボットシミュレーションとは、コンピュータ上でロボットのモデルを作成し、観測または実験することをいい、その一環として、産業用ロボットの実機を設置する前に予めどのような問題が起こるかを視覚化し、確かめることをいう。 On the other hand, at production sites, the complexity of movements caused by the diversity of industrial robots makes it difficult to integrate systems that include industrial robots, necessitating robot simulation. Robot simulation is the creation of a robot model on a computer and observation or experimentation.As part of this, it is used to visualize and confirm what problems will occur before installing an actual industrial robot. Say something.

産業用ロボットを含むシステムの中の各設備のレイアウトの妥当性、産業用ロボット及びその周辺の設備を含む全体の動作、また動作をさせた際の時間など、問題を事前に把握し解決しておく事は作業現場で非常に有用である。 We understand and solve problems in advance, such as the appropriateness of the layout of each piece of equipment in the system, including the industrial robot, the overall operation of the industrial robot and its surrounding equipment, and the time it takes to operate. It is very useful to keep it on the work site.

システムの中における産業用ロボットのレイアウトは、産業用ロボットが被加工物に加工を加える加工点に基づいて行われる。すなわち、産業用ロボットの設置位置は加工点を基準として位置決めされる。 The layout of the industrial robot in the system is performed based on the processing points at which the industrial robot processes the workpiece. That is, the installation position of the industrial robot is determined based on the processing point.

複数の加工点を含むシステムの場合は、各々の加工点に対して産業用ロボットが割り当てられる。産業用ロボットのレイアウトにおけるシミュレーションは、基準姿勢の状態の産業用ロボットにより行われる。基準姿勢の状態における産業用ロボットの先端部が被加工物の加工点に来るように産業用ロボットの設置位置が決定される。 In the case of a system including multiple processing points, an industrial robot is assigned to each processing point. A simulation of the industrial robot layout is performed using the industrial robot in a standard posture. The installation position of the industrial robot is determined so that the tip of the industrial robot in the standard posture is located at the processing point of the workpiece.

産業用ロボットの基準姿勢とは、産業用ロボットのあらゆる姿勢及び動作の元になる姿勢であり、産業用ロボットの初期化された状態の姿勢であり、レイアウトのシミュレーションを行う上での設計上の数値を具現化した姿勢である。 The reference posture of an industrial robot is the posture that is the basis of all postures and movements of the industrial robot, and is the posture of the industrial robot in its initialized state. This is an attitude that embodies numbers.

実際の現地において産業用ロボットを設置した場合の設置位置とシミュレーション上のレイアウトにおける産業用ロボットの設置位置とではズレが生じる。そのため、被加工物に加工を加える加工点に対して産業用ロボットの実際の設置位置がどこまで離れることができるかの検証を事前に行う必要がある。 There is a discrepancy between the installation position of the industrial robot in the actual site and the installation position of the industrial robot in the simulated layout. Therefore, it is necessary to verify in advance how far the actual installation position of the industrial robot can be from the processing point where the workpiece is processed.

そこで、従来は産業用ロボットの実際の設置位置を数ミリずつ動かし、その都度、産業用ロボットの姿勢がどのくらい変化することができるか、加工点での加工が可能かを確認していた。そして、この加工点から実際の産業用ロボットの設置位置をどこまで離すことができるかを検証した。加工点から最大限離れた設置位置での産業用ロボットの姿勢を延びきり姿勢と定義している。 Therefore, in the past, the actual installation position of the industrial robot was moved several millimeters at a time, and each time it was checked how much the industrial robot's posture could change and whether machining could be performed at the machining point. We then verified how far away from this processing point the actual industrial robot can be installed. The posture of the industrial robot at the installation position as far away as possible from the processing point is defined as the fully extended posture.

このような検証作業を効率良く行うために特許文献１の開示は、多関節ロボットの姿勢変更の予測および可動範囲を容易に認識するために、多関節ロボットの姿勢状態の現状状態、および該多関節ロボットに入力された姿勢変更指示情報を操作者に表示する表示手段を備える。 In order to efficiently perform such verification work, the disclosure of Patent Document 1 discloses the current state of the posture of the multi-joint robot and the multi-joint robot in order to easily predict the posture change and recognize the range of motion of the multi-joint robot. A display means is provided for displaying posture change instruction information input to the articulated robot to an operator.

特開平７－１０８４７８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-108478

しかし、特許文献１の開示は、前記多関節ロボットの前記現状状態から前記多関節ロボットの延びきり姿勢に至るまでの所定点の移動距離を算出することは出来なかった。従来の多関節ロボットでは、現状状態が延びきった姿勢ではないか、または、延びきりに近い姿勢でないかを手動で確認する必要があった。そのため、操作者は、多関節ロボットの姿勢を変更する際に直感的な操作ができないという課題があった。 However, in the disclosure of Patent Document 1, it was not possible to calculate the movement distance of a predetermined point from the current state of the multi-joint robot to the fully extended posture of the multi-joint robot. With conventional articulated robots, it is necessary to manually check whether the current state is in a fully extended posture or in a posture close to fully extended. Therefore, there was a problem in that the operator could not perform an intuitive operation when changing the posture of the articulated robot.

そこで、本発明は、現在の姿勢から延びきり状態までの操作量を視覚化し、前記多関節ロボットの模擬操作を直感的にできる、ロボット駆動領域シミュレーション装置、およびロボット駆動領域シミュレーション方法並びにロボット駆動領域シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a robot drive area simulation device, a robot drive area simulation method, and a robot drive area simulation device that visualizes the operation amount from the current posture to the fully extended state and can intuitively perform a simulated operation of the articulated robot. The purpose is to provide simulation programs.

すなわち、第1の態様は、複数の軸関節部を備えた多関節ロボットの駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーション装置であって、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの回動可動範囲を取得する角度範囲取得部と、多関節ロボットの現状状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第１位置として取得する第１位置取得部と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第１位置角度取得部と、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの可動域を延きらせた状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第２位置として取得する第２位置取得部と、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第２位置角度取得部と、第１位置及び第２位置をそれぞれ立体座標系に投影して、第１位置のロボット中心と第２位置のロボット中心との間の立体座標系における空間距離を算出する距離算出部と、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を表示するとともに、第１位置のロボット中心から第２位置のロボット中心に至るまでの空間距離を表示する表示処理部と、を備えることを特徴とする。 That is, the first aspect is a robot drive area simulation device that simulates the drive area of a multi-joint robot having a plurality of shaft joints, the rotational movable range of each of the plurality of shaft joints of the multi-joint robot. an angular range acquisition unit that acquires the angle range, a first position acquisition unit that acquires the position of the robot center of the articulated robot as a first position in the current state of the articulated robot, and each of the plurality of axis joints at the first position. a first position and angle acquisition unit that acquires the angle of , and a second position and angle acquisition unit that acquires, as a second position, the position of the robot center of the articulated robot in a state where the range of motion of each of the plurality of axial joints of the articulated robot is extended. a second position acquisition section; a second position angle acquisition section that acquires the respective angles of the plurality of shaft joints at the second position; a distance calculation unit that calculates a spatial distance in a three-dimensional coordinate system between the robot center of the robot at the second position and the robot center of the second position, each angle of the plurality of axis joints at the second position, and the plurality of axes at the first position; The present invention is characterized by comprising a display processing section that displays the angles of the respective joints and also displays the spatial distance from the robot center at the first position to the robot center at the second position.

第２の態様は、上記第１の態様において、距離算出部における空間距離の算出に際し、立体座標系は三軸直交座標系であって、三軸直交座標系の各軸平面方向における平面視の距離から空間距離は算出されることを特徴とする。 A second aspect is that in the first aspect, when calculating the spatial distance in the distance calculating section, the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and A feature is that the spatial distance is calculated from the distance.

第３の態様は、第１または第２の態様において、表示処理部における空間距離の表示に際し、第１位置のロボット中心から第２位置のロボット中心に至るまでの差分量も表示されることを特徴とする。第４の態様は、第１ないし第３の態様において、表示処理部における空間距離の表示は、棒グラフとしての表示であることを特徴とする。 A third aspect is that in the first or second aspect, when displaying the spatial distance in the display processing section, the amount of difference from the robot center at the first position to the robot center at the second position is also displayed. Features. A fourth aspect is characterized in that, in the first to third aspects, the spatial distance is displayed in the display processing section as a bar graph.

第５の態様は、複数の軸関節部を備えた多関節ロボットの駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーション方法であって、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの回動可動範囲を取得する角度範囲取得ステップと、多関節ロボットの現状状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第１位置として取得する第１位置取得ステップと、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第１位置角度取得ステップと、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの可動域を延びきらせた状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第２位置として取得する第２位置取得ステップと、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第２位置角度取得ステップと、第１位置及び第２位置をそれぞれ立体座標系に投影して、第１位置のロボット中心と第２位置のロボット中心との間の立体座標系における空間距離を算出する距離算出ステップと、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を表示するとともに、第１位置のロボット中心から第２位置のロボット中心に至るまでの空間距離を表示する表示処理ステップと、を備えることを特徴とする。 A fifth aspect is a robot drive area simulation method for simulating the drive area of an articulated robot having a plurality of axial joints, the method acquiring the rotational movable range of each of the plurality of axial joints of the articulated robot. a first position obtaining step of obtaining the position of the robot center of the multi-joint robot as a first position in the current state of the multi-joint robot; and a first position obtaining step of obtaining each angle of the plurality of shaft joints at the first position. a first position and angle acquisition step of acquiring a second position of the robot center of the articulated robot in a state where the range of motion of each of the plurality of axial joints of the articulated robot is fully extended; an acquisition step, a second position angle acquisition step of acquiring the angles of each of the plurality of shaft joints at the second position, and projecting the first position and the second position onto a three-dimensional coordinate system to obtain the robot at the first position. a distance calculation step of calculating a spatial distance in a three-dimensional coordinate system between the center and the robot center at the second position, each angle of the plurality of shaft joints at the second position, and the plurality of shaft joints at the first position; , and a display processing step of displaying the spatial distance from the robot center at the first position to the robot center at the second position.

第６の態様は、複数の軸関節部を備えた多関節ロボットの駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーションプログラムであって、コンピュータに、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの回動可動範囲を取得する角度範囲取得機能と、多関節ロボットの現状状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第１位置として取得する第１位置取得機能と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第１位置角度取得機能と、多関節ロボットの複数の軸関節部のそれぞれの可動域を延びきらせた状態における、多関節ロボットのロボット中心の位置を第２位置として取得する第２位置取得機能と、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する第２位置角度取得機能と、第１位置及び第２位置をそれぞれ立体座標系に投影して、第１位置のロボット中心と第２位置のロボット中心との間の立体座標系における空間距離を算出する距離算出機能と、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を表示するとともに、第１位置のロボット中心から第２位置のロボット中心に至るまでの空間距離を表示する表示機能と、を実現させることを特徴とする。 A sixth aspect is a robot drive region simulation program for simulating a drive region of an articulated robot having a plurality of shaft joints, the program for simulating the drive region of an articulated robot having a plurality of shaft joints, the computer An angular range acquisition function that acquires the range; a first position acquisition function that acquires the position of the robot center of the articulated robot as the first position in the current state of the articulated robot; and A first position angle acquisition function that acquires each angle, and a second position that acquires the position of the robot center of the articulated robot when the range of motion of each of the plurality of axial joints of the articulated robot is fully extended. a second position acquisition function, a second position angle acquisition function that acquires the respective angles of the plurality of shaft joints at the second position, and a second position angle acquisition function that projects the first position and the second position onto a three-dimensional coordinate system, and A distance calculation function that calculates a spatial distance in a three-dimensional coordinate system between the robot center at a position and a robot center at a second position, and a distance calculation function that calculates the spatial distance in a three-dimensional coordinate system between the robot center at a position and the robot center at a second position. The present invention is characterized in that it realizes a display function that displays the angles of the respective shaft joints and also displays the spatial distance from the robot center at the first position to the robot center at the second position.

本発明に係るロボット駆動領域シミュレーション装置、およびロボット駆動領域シミュレーション方法並びにロボット駆動領域シミュレーションプログラムは、ロボットの現状状態から延びきらせた状態までの操作量を視覚化し、多関節ロボットの模擬操作を直感的に行うことが出来る。 The robot drive area simulation device, robot drive area simulation method, and robot drive area simulation program according to the present invention visualize the amount of operation of the robot from its current state to its fully extended state, and intuitively simulate the operation of an articulated robot. It can be done.

六軸多関節ロボットの機械的構成を示す図。A diagram showing the mechanical configuration of a six-axis articulated robot. 延びきらせた状態のロボットの外観図。An external view of the robot in a fully extended state. ロボット駆動領域シミュレーション装置のシステム構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a robot drive area simulation device. 表示装置の表示画面を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a display screen of a display device. ロボットの現状状態と延びきらせた状態とを比較する模式図。A schematic diagram comparing the current state of the robot and the fully extended state. 直交座標系における２点間の距離の説明図。An explanatory diagram of the distance between two points in an orthogonal coordinate system. ロボット駆動領域シミュレーションプログラムのフローチャート。Flowchart of robot drive area simulation program.

以下に本発明に係る多関節ロボットの駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーション装置１（以下、単にシミュレーション装置１という。）の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、本発明は以下に詳述する本発明の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。 An embodiment of a robot drive area simulation device 1 (hereinafter simply referred to as simulation device 1) for simulating the drive area of an articulated robot according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7. Note that the present invention is not limited to the embodiments of the present invention described in detail below, and can be implemented with various modifications.

図１に、シミュレーション装置１を用いて操作をシミュレーションするロボット２の外観を示す。ロボット２は、複数の軸関節部を備えた多関節ロボットであるが、便宜上、その一例として６軸多関節ロボットとする。なお、軸の数は６軸に限定されるものではなく、３軸、４軸、或いは５軸ロボットであっても良いし、６軸より多数の軸を備える多関節ロボットであっても良い。 FIG. 1 shows the appearance of a robot 2 whose operation is simulated using a simulation device 1. The robot 2 is an articulated robot having a plurality of joints, and for convenience, a six-axis articulated robot will be used as an example. Note that the number of axes is not limited to six axes, and the robot may be a three-axis, four-axis, or five-axis robot, or an articulated robot having more axes than six axes.

ロボット２は、６軸において腕部が回動することで、その姿勢を変えることができ、腕部の先端部分に工具３を装着して溶接等の作業を実施できる構成となっている。ロボット２は、その土台となる部分に基部１１を備える。生産現場の床面に基部１１を接地してロボット２は配置される。 The robot 2 is configured to be able to change its posture by rotating its arms around six axes, and to carry out work such as welding by attaching a tool 3 to the tip of the arm. The robot 2 includes a base 11 at a portion that serves as its base. The robot 2 is placed with the base 11 grounded on the floor of the production site.

本実施例においては、基部１１の中心部を、シミュレーションにおける三軸直交座標系の基準点としてロボット中心２５を定める。なお、基準点は、基部１１の中心に設ける必要はなく、基準点と基部１１の中心部との相対位置関係が分かれば他の位置に設けられてもよい。ロボット２には基部１１の中心部から鉛直方向に延びる第１軸１２が設けられる。基部１１の上部には、ロボット２の下胴部１３が第１軸１２に回動可能に装着される。下胴部１３は基部１１に対して旋回可能に装着されている。 In this embodiment, the robot center 25 is determined by using the center of the base 11 as the reference point of the three-axis orthogonal coordinate system in the simulation. Note that the reference point does not need to be provided at the center of the base 11, and may be provided at another location if the relative positional relationship between the reference point and the center of the base 11 is known. The robot 2 is provided with a first shaft 12 extending vertically from the center of the base 11 . A lower body part 13 of the robot 2 is rotatably mounted on the first shaft 12 at the upper part of the base part 11 . The lower body part 13 is rotatably attached to the base part 11.

ロボット中心２５は、ロボット２の各部位の座標の基準点となる。即ち、ロボット２の各部位は、ロボット中心２５との相対位置関係によりその座標が付与される。そして、ロボット中心２５はロボット２の姿勢及び動作を指示する上での基準となる。本実施例のレイアウトのシミュレーションにおいて、ロボット２のシステム内における設置位置および移動距離はロボット中心２５を基準点として指令および測定などの各処理が行われる。ロボット中心２５は、ロボット２と被加工物の加工点との間の距離を測定する上でのロボット２側の基準点となる。 The robot center 25 serves as a reference point for the coordinates of each part of the robot 2. That is, each part of the robot 2 is assigned its coordinates based on its relative positional relationship with the robot center 25. The robot center 25 serves as a reference for instructing the posture and motion of the robot 2. In the layout simulation of this embodiment, various processes such as instruction and measurement are performed regarding the installation position and movement distance of the robot 2 within the system using the robot center 25 as a reference point. The robot center 25 serves as a reference point on the robot 2 side for measuring the distance between the robot 2 and the processing point of the workpiece.

ロボット中心２５は、被加工物の加工点からの遠位端までの距離の算出の基準となる。なお、ロボット中心２５は、点である必要は無く、所定の範囲を備えていても良い。この範囲内の所定点から被加工物の加工点までの移動距離を測定することにより被加工物の加工点から遠位端までの距離を測定することができる。 The robot center 25 serves as a reference for calculating the distance from the processing point to the distal end of the workpiece. Note that the robot center 25 does not need to be a point, and may include a predetermined range. By measuring the moving distance from a predetermined point within this range to the processing point of the workpiece, the distance from the processing point to the distal end of the workpiece can be measured.

下胴部１３には、水平方向に延び第１軸１２もしくは第１軸１２に平行な軸に直交する第２軸１４が設けられている。ロボット２の第１腕部１５は、その一端が第２軸１４に回動可能に装着される。第１腕部１５は、第２軸１４を中心に、所定の角度範囲で、下胴部１３に対して回動可能となっている。 The lower body portion 13 is provided with a second axis 14 that extends in the horizontal direction and is perpendicular to the first axis 12 or an axis parallel to the first axis 12 . The first arm 15 of the robot 2 is rotatably attached to the second shaft 14 at one end thereof. The first arm portion 15 is rotatable relative to the lower body portion 13 within a predetermined angular range about the second shaft 14 .

第１腕部１５の他端部には、水平方向に延び第１軸１２に平行な軸に直交するように第３軸１６が設けられている。ロボット２の上胴部１７は、第３軸１６に回動可能に装着される。上胴部１７は、第３軸１６を中心に、所定の角度範囲で、第１腕部１５に対して回動可能となっている。 A third shaft 16 is provided at the other end of the first arm portion 15 so as to be perpendicular to an axis extending in the horizontal direction and parallel to the first shaft 12 . The upper trunk 17 of the robot 2 is rotatably attached to the third shaft 16. The upper body portion 17 is rotatable relative to the first arm portion 15 within a predetermined angular range about the third axis 16 .

上胴部１７には、第３軸１６に平行な軸に対して直交するように第４軸１８が設けられている。ロボット２の第２腕部１９は第４軸１８に回動可能に嵌挿装着される。第２腕部１９は、上胴部１７に対して回動可能となっている。 A fourth axis 18 is provided in the upper body portion 17 so as to be perpendicular to an axis parallel to the third axis 16 . The second arm 19 of the robot 2 is rotatably fitted onto the fourth shaft 18 . The second arm portion 19 is rotatable relative to the upper body portion 17.

第２腕部１９の先端部には、水平方向に延び第４軸１８に直交するように第５軸２０が設けられている。ロボット２の第３腕部２１は第５軸２０に回動可能に装着される。第３腕部２１は、第５軸２０を中心に、所定の角度範囲で、第２腕部１９に対して回動可能となっている。 A fifth shaft 20 is provided at the tip of the second arm portion 19 so as to extend horizontally and orthogonally to the fourth shaft 18 . The third arm 21 of the robot 2 is rotatably mounted on the fifth shaft 20. The third arm portion 21 is rotatable relative to the second arm portion 19 within a predetermined angular range about the fifth axis 20 .

第３腕部２１には、第５軸２０に直交するように第６軸２２が設けられる。ロボット２の第４腕部２３が、第３腕部２１に嵌挿装着され、第６軸２２に対して回動可能となっている。工具３は第４腕部２３の先端部２４に装着され、ロボット２の姿勢を調整することで工具３の位置は調整される構成となっている。 A sixth axis 22 is provided on the third arm portion 21 so as to be perpendicular to the fifth axis 20 . The fourth arm 23 of the robot 2 is fitted into the third arm 21 and is rotatable about the sixth shaft 22 . The tool 3 is attached to the tip 24 of the fourth arm 23, and the position of the tool 3 is adjusted by adjusting the posture of the robot 2.

ロボット２の関節部には図示しないアクチュエータがそれぞれ備えられている。アクチュエータとして例えば、サーボモータ、ステッピングモータ等が用いられる。アクチュエータがその回動位置を変化させることで、６軸においてそれぞれの関節部が回動し、第１腕部１５、第２腕部１９、第３腕部２１、及び第４腕部２３がそれぞれ回動或いは傾斜する。 The joints of the robot 2 are each equipped with an actuator (not shown). For example, a servo motor, a stepping motor, etc. are used as the actuator. By changing the rotational position of the actuator, each joint portion rotates in six axes, and the first arm portion 15, second arm portion 19, third arm portion 21, and fourth arm portion 23 rotate respectively. Rotate or tilt.

本発明に係る実施の形態のロボット２では、第１腕部１５と第２腕部１９との間のなす角が０°のときを第３軸１６の回動角度の０°とし、第２腕部１９と第３腕部２１との間のなす角が０°のときを第５軸２０の回動角度の０°とする。 In the robot 2 according to the embodiment of the present invention, when the angle between the first arm 15 and the second arm 19 is 0°, the rotation angle of the third shaft 16 is 0°, and the rotation angle of the third shaft 16 is 0°. The rotation angle of the fifth shaft 20 is 0° when the angle formed between the arm portion 19 and the third arm portion 21 is 0°.

次に、図２を用いてロボット２の延びきらせた状態について説明する。ロボット２の延びきらせた状態とは、ロボット２の先端部２４に取り付けられた工具３が現状状態の所定の傾斜角度を維持して加工点で被加工物を加工できる状態のまま、この加工点からロボット中心２５が最大限離れた時の姿勢のことをいう。即ち、ロボット２の延びきらせた状態とは、現状状態の第４腕部２３の傾斜角度を維持したままロボット２の第３軸１６の関節部が延びきった状態をいう。 Next, the fully extended state of the robot 2 will be described using FIG. 2. The fully extended state of the robot 2 means that the tool 3 attached to the tip 24 of the robot 2 maintains the current predetermined inclination angle and can machine the workpiece at the machining point. This refers to the posture when the robot center 25 is as far away as possible from the robot center 25. That is, the fully extended state of the robot 2 refers to a state in which the joint portion of the third shaft 16 of the robot 2 is fully extended while maintaining the inclination angle of the fourth arm portion 23 in the current state.

本発明に係る実施の形態のロボット２では、第１腕部１５と第２腕部１９との間のなす角が１８０°のときを第３軸１６の回動角度の１８０°とし、第２腕部１９と第３腕部２１との間のなす角が１８０°のときを第５軸２０の回動角度の１８０°とする。さらに本実施形態では、第３軸１６の回動角度が１８０°のときを第３軸１６の関節部の延びきった状態とし、第５軸２０の回動角度が１８０°のときを第５軸２０の関節部の延びきった状態とする。なお、延びきった関節部の回動角度は１８０°に限定されるものではなく、ロボットの種類等によっては１８０°未満のものもある。 In the robot 2 according to the embodiment of the present invention, when the angle formed between the first arm 15 and the second arm 19 is 180°, the rotation angle of the third shaft 16 is 180°, and the second When the angle formed between the arm portion 19 and the third arm portion 21 is 180°, the rotation angle of the fifth shaft 20 is 180°. Furthermore, in this embodiment, when the rotation angle of the third shaft 16 is 180°, the joint portion of the third shaft 16 is in the fully extended state, and when the rotation angle of the fifth shaft 20 is 180°, the joint portion of the third shaft 16 is in the fully extended state. The joint portion of the shaft 20 is in a fully extended state. Note that the rotation angle of the fully extended joint is not limited to 180 degrees, and may be less than 180 degrees depending on the type of robot.

ロボット２は、各腕部及び各胴部が各軸に対して回動する既知の手段、および各腕部及び各胴部の回動状態の情報をシミュレーション装置１に出力する手段を備えている。図３は、シミュレーション装置１のシステム構成図である。シミュレーション装置１は、ＣＰＵ１００、入力部１０１、記憶部１０２、出力部１０３、表示装置１０４を備える。 The robot 2 is equipped with known means for rotating each arm and each torso about each axis, and means for outputting information on the rotational state of each arm and each torso to the simulation device 1. . FIG. 3 is a system configuration diagram of the simulation device 1. The simulation device 1 includes a CPU 100, an input section 101, a storage section 102, an output section 103, and a display device 104.

ＣＰＵ１００は、ロボット駆動領域をシミュレーションするプログラムを実行する演算処理を行う。ＣＰＵ１００には、それぞれの機能を実現するために、角度範囲取得部１１０、第１位置取得部１２０、第１位置角度取得部１３０、第２位置取得部１４０、第２位置角度取得部１５０、距離算出部１６０、表示処理部１７０を備える。 The CPU 100 performs arithmetic processing to execute a program that simulates a robot drive area. The CPU 100 includes an angular range acquisition section 110, a first position acquisition section 120, a first position and angle acquisition section 130, a second position acquisition section 140, a second position and angle acquisition section 150, and a distance acquisition section 150 in order to realize the respective functions. It includes a calculation section 160 and a display processing section 170.

入力部１０１は、シミュレーション装置１のＩ／Ｏインターフェイスであり、外部装置からのデータ等を取り込む。この入力部１０１で取り込まれたデータ等は記憶部１０２に保存され、シミュレーションのプログラムを実行する上で必要となる初期条件、前提条件、境界条件等の設定に用いられる。 The input unit 101 is an I/O interface of the simulation device 1, and takes in data and the like from an external device. Data etc. taken in by this input unit 101 are stored in the storage unit 102 and are used for setting initial conditions, preconditions, boundary conditions, etc. necessary for executing a simulation program.

記憶部１０２は、ＨＤＤまたはＳＳＤ等の公知の記憶装置である。シミュレーション装置１がシミュレーションの対象とするロボット２について、ロボット２の外形を表す形状データとそのロボット２を動作させる制御プログラム、その他の各種制御のデータ、演算結果等を記憶する。 The storage unit 102 is a known storage device such as an HDD or an SSD. Regarding the robot 2 to be simulated by the simulation device 1, shape data representing the outer shape of the robot 2, a control program for operating the robot 2, other various control data, calculation results, etc. are stored.

出力部１０３は、シミュレーション装置１のＩ／Ｏインターフェイスであり、シミュレーション装置１に接続された表示装置１０４にＣＰＵ１００の演算結果を出力し、演算結果を操作者が認識しやすいように視覚化し表示する。 The output unit 103 is an I/O interface of the simulation device 1, and outputs the calculation results of the CPU 100 to the display device 104 connected to the simulation device 1, and visualizes and displays the calculation results so that they can be easily recognized by the operator. .

表示装置１０４は、液晶ディスプレイなどの電子ディスプレイを用いて構成されている。以下に、図４を用いて表示装置１０４の表示画面３０の説明をする。表示画面３０は現状状態表示部３１と延びきらせた状態表示部３２とを備える。 The display device 104 is configured using an electronic display such as a liquid crystal display. The display screen 30 of the display device 104 will be explained below using FIG. 4. The display screen 30 includes a current state display section 31 and a fully extended state display section 32.

現状状態表示部３１は、ロボット２の関節部の第１軸から第６軸の現状の回動角度位置及び回動可動範囲を棒グラフ（スライダー）によって表示し視覚化することで、操作者がロボット２の現状状態を視覚により認識しやすくしている。ロボット２の姿勢の現状状態を検知する図示しないセンサまたは操作装置等からのデータ信号が入力部１０１を介し、ロボット２の現状状態の情報として記憶部１０２に蓄積される。 The current state display unit 31 displays and visualizes the current rotational angle position and rotational movable range of the first to sixth axes of the joints of the robot 2 using a bar graph (slider), so that the operator can This makes it easier to visually recognize the current state of item 2. A data signal from a sensor or an operating device (not shown) that detects the current state of the posture of the robot 2 is stored in the storage section 102 as information on the current state of the robot 2 via the input section 101 .

第１棒グラフ３３は、第１軸１２の現状の回動角度位置を示すスライダー３３ａと現状の回動可動範囲を示す帯状部３３ｂとを備えるとともに、第１軸１２の現状回動角度の数値表示部３３ｃを備える。第２棒グラフ３４は、第２軸１４の現状の回動角度位置を示すスライダー３４ａと現状の回動可動範囲を示す帯状部３４ｂとを備えるとともに、第２軸１４の現状回動角度の数値表示部３４ｃを備える。現状回動角度とは、各軸の関節部の回動角度の基準角度（例えば、回動角度０°）からの回動角度である（以下、同様。）。 The first bar graph 33 includes a slider 33a that indicates the current rotational angle position of the first shaft 12 and a band-shaped portion 33b that indicates the current rotational movable range, and also displays a numerical value of the current rotational angle of the first shaft 12. A portion 33c is provided. The second bar graph 34 includes a slider 34a that indicates the current rotational angle position of the second shaft 14 and a band-shaped portion 34b that indicates the current rotational movable range, and also displays a numerical value of the current rotational angle of the second shaft 14. A portion 34c is provided. The current rotation angle is the rotation angle of the rotation angle of the joint portion of each axis from the reference angle (for example, rotation angle 0°) (the same applies hereinafter).

第３棒グラフ３５は、第３軸１６の現状の回動角度位置を示すスライダー３５ａと現状の回動可動範囲を示す帯状部３５ｂとを備えるとともに、第３軸１６の現状回動角度の数値表示部３５ｃを備える。第４棒グラフ３６は、第４軸１８の現状の回動角度位置を示すスライダー３６ａと第４軸１８の現状回動角度の数値表示部３６ｃを備える。 The third bar graph 35 includes a slider 35a indicating the current rotational angle position of the third shaft 16 and a band-shaped portion 35b indicating the current rotational movable range, and also displays a numerical value of the current rotational angle of the third shaft 16. A portion 35c is provided. The fourth bar graph 36 includes a slider 36a indicating the current rotation angle position of the fourth shaft 18 and a numerical display section 36c for the current rotation angle of the fourth shaft 18.

第５棒グラフ３７は、第５軸２０の現状の回動角度位置を示すスライダー３７ａと第５軸２０の現状回動角度の数値表示部３７ｃを備える。第６棒グラフ３８は、第６軸２２の現状の回動角度位置を示すスライダー３８ａと第６軸２２の現状回動角度の数値表示部３８ｃを備える。 The fifth bar graph 37 includes a slider 37a indicating the current rotation angle position of the fifth shaft 20 and a numerical display section 37c for the current rotation angle of the fifth shaft 20. The sixth bar graph 38 includes a slider 38a indicating the current rotation angle position of the sixth shaft 22 and a numerical display section 38c for the current rotation angle of the sixth shaft 22.

延びきらせた状態表示部３２の第７棒グラフ３９、第８棒グラフ４０、第９棒グラフ４１は、三軸直交座標系における、Ｘ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上のそれぞれの現状状態から延びきらせた状態までの距離を表示する。ロボット２のロボット中心２５のＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上での許容可動範囲は予め入力部１０１を介して記憶部１０２に記憶される。 The seventh bar graph 39, the eighth bar graph 40, and the ninth bar graph 41 of the fully extended state display section 32 are completely extended from the current state on the X axis, Y axis, and Z axis in the three-axis orthogonal coordinate system. Displays the distance to the current state. The allowable movable ranges of the robot center 25 of the robot 2 on the X-axis, Y-axis, and Z-axis are stored in advance in the storage unit 102 via the input unit 101.

延びきらせた状態表示部３２では、ロボット２の現状状態のロボット中心２５の位置から延びきらせた状態のロボット中心２５の位置に至るまでの距離、すなわち、第１位置から第２位置までの差分量をも表示する。第１位置とは現状状態のロボット２のロボット中心２５の位置であり、第２位置とは延びきらせた状態のロボット２のロボット中心２５の位置である。 The fully extended state display section 32 displays the distance from the position of the robot center 25 in the current state of the robot 2 to the position of the robot center 25 in the fully extended state, that is, the amount of difference from the first position to the second position. is also displayed. The first position is the position of the robot center 25 of the robot 2 in the current state, and the second position is the position of the robot center 25 of the robot 2 in the fully extended state.

第７棒グラフ３９において、スライダー３９ａが現状状態のロボット２のロボット中心２５のＸ座標（Ｘ１）を指し、帯状部３９ｂはロボット中心２５のＸ軸上での可動範囲を示す。更に第７棒グラフ３９において、数値表示部３９ｃはＸ軸上プラス方向への現状状態から延びきらせた状態までのＸ方向の距離を示し、数値表示部３９ｄはＸ軸上マイナス方向への現状状態から延びきらせた状態までの距離を示す。 In the seventh bar graph 39, the slider 39a indicates the X coordinate (X1) of the robot center 25 of the robot 2 in the current state, and the band-shaped portion 39b indicates the movable range of the robot center 25 on the X axis. Furthermore, in the seventh bar graph 39, the numerical display section 39c shows the distance in the X direction from the current state in the positive direction on the X axis to the fully extended state, and the numerical display section 39d shows the distance in the X direction from the current state in the negative direction on the X axis. Indicates the distance to the fully extended state.

ここで、Ｘ軸上マイナス方向への現状状態から延びきらせた状態までの距離とは、ロボット２の現状状態から最大限度に縮んだ状態までの距離をＸ軸上に投影した距離をいう。なお、本実施例におけるロボット２の最大限度に縮んだ状態とは、ロボット２の第３軸１６の関節部の回動角度及び第５軸２０の関節部の回動角度が最小になった状態をいう。以下に述べるＹ軸、Ｚ軸についても同様である。 Here, the distance from the current state to the fully extended state in the negative direction on the X-axis refers to the distance obtained by projecting the distance from the current state of the robot 2 to the maximum contracted state onto the X-axis. In this embodiment, the state in which the robot 2 is contracted to its maximum limit is the state in which the rotation angle of the joint of the third axis 16 and the rotation angle of the joint of the fifth axis 20 of the robot 2 are minimized. means. The same applies to the Y-axis and Z-axis described below.

第８棒グラフ４０において、スライダー４０ａが現状状態のロボット２のロボット中心２５のＹ座標（Ｙ１）を指し、帯状部４０ｂはロボット中心２５のＹ軸上での可動範囲を示す。更に第８棒グラフ４０において、数値表示部４０ｃはＹ軸上プラス方向への現状状態から延びきらせた状態までのＹ方向の距離を示し、数値表示部４０ｄはＹ軸上マイナス方向への現状状態から延びきらせた状態までの距離を示す。 In the eighth bar graph 40, the slider 40a indicates the Y coordinate (Y1) of the robot center 25 of the robot 2 in the current state, and the strip portion 40b indicates the movable range of the robot center 25 on the Y axis. Further, in the eighth bar graph 40, a numerical display section 40c indicates the distance in the Y direction from the current state in the positive direction on the Y axis to the fully extended state, and a numerical display section 40d indicates the distance in the Y direction from the current state in the negative direction on the Y axis. Indicates the distance to the fully extended state.

第９棒グラフ４１において、スライダー４１ａが現状状態のロボット２のロボット中心２５のＺ座標（Ｚ１）を指し、帯状部４１ｂはロボット中心２５のＺ軸上での可動範囲を示す。更に第９棒グラフ４１において、数値表示部４１ｃはＺ軸上プラス方向への現状状態から延び切らせた状態までのＺ方向の距離を示し、数値表示部４１ｄはＺ軸上マイナス方向への現状状態から延びきらせた状態までの距離を示す。 In the ninth bar graph 41, the slider 41a indicates the Z coordinate (Z1) of the robot center 25 of the robot 2 in the current state, and the band-shaped portion 41b indicates the movable range of the robot center 25 on the Z axis. Further, in the ninth bar graph 41, the numerical display section 41c indicates the distance in the Z direction from the current state in the positive direction on the Z axis to the fully extended state, and the numerical display section 41d indicates the current state in the negative direction on the Z axis. Indicates the distance from to the fully extended state.

図５の上段図はロボット２の現状状態を模式的に示し、図５の下段図はロボット２の延びきらせた状態を模式的に示している。ロボット２の延びきらせた状態とは、第４腕部２３の傾斜角度を現状状態のまま維持しロボット２の第３軸１６の回動角度が１８０°の場合をいう。 The upper diagram in FIG. 5 schematically shows the current state of the robot 2, and the lower diagram in FIG. 5 schematically shows the fully extended state of the robot 2. The fully extended state of the robot 2 refers to a case where the inclination angle of the fourth arm portion 23 is maintained in its current state and the rotation angle of the third shaft 16 of the robot 2 is 180°.

第１腕部１５の長さを「ａ」、第２腕部１９の長さを「ｂ」、第３腕部２１と第４腕部２３の合計長さを「ｃ」とする。ロボット２の先端部２４は第４腕部の先端に設けられている。ロボット２の現状状態におけるロボット中心２５の位置（第１位置）を三軸直交座標系の座標G（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とし、ロボット２の延びきらせた状態のロボット中心２５の位置（第２位置）を三軸直交座標系の座標H（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。なお、シミュレーションの対象となるロボット２の直交座標系は先端部２４を原点Ｏ（０，０，０）としている。 The length of the first arm 15 is "a", the length of the second arm 19 is "b", and the total length of the third arm 21 and fourth arm 23 is "c". The tip 24 of the robot 2 is provided at the tip of the fourth arm. Let the position (first position) of the robot center 25 in the current state of the robot 2 be the coordinate G (X1, Y1, Z1) of a three-axis orthogonal coordinate system, and let the position (second position) of the robot center 25 in the fully extended state of the robot 2 be position) is the coordinate H (X2, Y2, Z2) of a three-axis orthogonal coordinate system. Note that the orthogonal coordinate system of the robot 2 to be simulated has the tip portion 24 as the origin O (0, 0, 0).

ロボット２の延びきらせた状態では、第３軸１６における関節部の回動角度は１８０°であり、第１腕部１５と第２腕部１９が一直線となる。被加工物の加工点は変わらない。従って、現状状態の先端部２４と延びきらせた状態の先端部２４とでは位置は変わらないので、どちらも原点Ｏ（０，０，０）である。 When the robot 2 is fully extended, the rotation angle of the joint on the third axis 16 is 180°, and the first arm 15 and the second arm 19 are aligned in a straight line. The processing point of the workpiece remains unchanged. Therefore, since the positions of the tip portion 24 in the current state and the tip portion 24 in the fully extended state do not change, both are at the origin O (0, 0, 0).

さらに、図５の上段図に示すロボット２の現状状態と図５の下段図に示すロボット２の延びきらせた状態とでは、第４腕部２３の傾斜角度は変わらない。従って、ロボット２の現状状態と延びきらせた状態とでは第５軸２０の位置は変わらない。 Furthermore, the inclination angle of the fourth arm 23 does not change between the current state of the robot 2 shown in the upper diagram of FIG. 5 and the fully extended state of the robot 2 shown in the lower diagram of FIG. Therefore, the position of the fifth axis 20 does not change between the current state of the robot 2 and the fully extended state.

図５の下段図に示すロボット２において、上記した条件を踏まえ、第３軸１６の回動角度を「１８０°」、第１腕部１５の長さ「ａ」、第２腕部１９の長さ「ｂ」、第３腕部２１と第４腕部２３の合計長さ「ｃ」に基づいて、順運動学計算により延びきらせた状態のロボット２の第２軸１４と第５軸２０の回動角度が算出できる。 In the robot 2 shown in the lower diagram in FIG. Based on the length "b" and the total length "c" of the third arm 21 and the fourth arm 23, the second axis 14 and the fifth axis 20 of the robot 2 in the fully extended state are determined by forward kinematics calculation. Rotation angle can be calculated.

延びきらせた状態のロボット２の第２軸１４と第５軸２０の回動角度の算出結果から、延びきらせた状態のロボット２のロボット中心２５の座標Ｈ（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が算出できる。そして、現状状態のロボット中心２５から延びきらせた状態のロボット中心２５までの距離α（図５参照)を算出することができる。この距離αは、現状状態のロボット２が延びきらせた状態に至るまでのロボット中心２５の移動距離であり、レイアウトのシミュレーションにおける基準姿勢から延びきり姿勢に至るまでのロボット中心２５の移動距離に相当する。 From the calculation results of the rotation angles of the second axis 14 and the fifth axis 20 of the robot 2 in the fully extended state, the coordinates H (X2, Y2, Z2) of the robot center 25 of the robot 2 in the fully extended state can be calculated. . Then, the distance α (see FIG. 5) from the robot center 25 in the current state to the robot center 25 in the fully extended state can be calculated. This distance α is the moving distance of the robot center 25 until the robot 2 in the current state reaches the fully extended state, and corresponds to the moving distance of the robot center 25 from the reference posture to the fully extended posture in the layout simulation. do.

次に、図６を用いて、第１位置（Ｇ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１））から第２位置（Ｈ（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２））までの距離αについて説明する。第１位置から第２位置までの距離αを求める式を以下の式（１）に示す。距離αのＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上にそれぞれ投影した場合の距離を求める式（２）、（３）、（４）を以下に示す。式（１）乃至式（４）、及び記憶部１０２に予め記憶されたロボット２のロボット中心２５のＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上での許容可動範囲に基づいて、延びきらせた状態表示部３２の表示を行う。 Next, the distance α from the first position (G(X1, Y1, Z1)) to the second position (H(X2, Y2, Z2)) will be explained using FIG. The formula for determining the distance α from the first position to the second position is shown in the following formula (1). Equations (2), (3), and (4) for determining the distance when the distance α is projected on the X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively, are shown below. The fully extended state is based on formulas (1) to (4) and the permissible movable ranges of the robot center 25 of the robot 2 on the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are stored in advance in the storage unit 102. Display on the display section 32 is performed.

次に、図３を用いてシミュレーション装置１のシステム構成についてより詳細に説明する。シミュレーション装置１は、仮想の空間の中でロボット２の姿勢を変化させて、その駆動領域を視覚化し模擬し確認する。角度範囲取得部１１０は、本実施例に係る６個の軸関節部を備えたロボット２の駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーション装置であってシミュレーションの対象となるロボット２の６個の軸関節部のそれぞれの図示しないアクチュエータの回動可動範囲を取得する。この回動可動範囲は、入力部１０１を介して外部より予め記憶部１０２に蓄積される。 Next, the system configuration of the simulation device 1 will be explained in more detail using FIG. 3. The simulation device 1 changes the posture of the robot 2 in a virtual space to visualize, simulate, and confirm its drive region. The angular range acquisition unit 110 is a robot drive area simulation device that simulates the drive area of the robot 2 having six axis joints according to the present embodiment, and is a robot drive area simulation device that simulates the six axis joints of the robot 2 that is the subject of simulation. The rotational movable range of each actuator (not shown) of each section is obtained. This rotation movable range is stored in advance in the storage unit 102 from the outside via the input unit 101.

第１位置取得部１２０は、シミュレーションの対象となるロボット２の現状状態における、ロボット２のロボット中心２５の位置を第１位置として直交座標系座標Ｇ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を取得する。この第１位置の座標Ｇ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の情報は、ロボット２の各腕部及び各胴部が各軸に対して回動する既知の手段、および各腕部及び各胴部の回動状態の情報をシミュレーション装置１に出力する手段により取得する。ロボット２の図示しないセンサまたは操作装置等から入力部１０１を介し、ロボット２の現状状態の情報として記憶部１０２に蓄積する。 The first position acquisition unit 120 acquires orthogonal coordinate system coordinates G (X1, Y1, Z1) with the position of the robot center 25 of the robot 2 as a first position in the current state of the robot 2 to be simulated. The information on the coordinates G (X1, Y1, Z1) of this first position is determined by the known means for rotating each arm and each body of the robot 2 about each axis, and the known means for rotating each arm and each body of the robot 2 with respect to each axis. Information on the rotation state is acquired by means of outputting it to the simulation device 1. Information about the current state of the robot 2 is stored in the storage unit 102 from a sensor or an operating device (not shown) of the robot 2 via the input unit 101 .

第１位置角度取得部１３０は、ロボット２の現状状態の第１位置における６個の軸関節部のそれぞれの回動角度を取得する。この回動角度は、６個の軸間接部のそれぞれについて図示しない操作装置等からのデータ信号が入力部１０１を介し、ロボット２の現状状態の情報として記憶部１０２に蓄積される。 The first position angle acquisition unit 130 acquires the rotation angle of each of the six shaft joints at the first position of the robot 2 in its current state. This rotation angle is stored as information on the current state of the robot 2 in the storage unit 102 via the input unit 101 as a data signal from an operating device (not shown) for each of the six shaft joints.

或いは、ロボット２の現状状態の第１位置の三軸直交座標系における座標Ｇ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、第１腕部１５の長さ「ａ」、第２腕部１９の長さ「ｂ」、及び第３腕部２１と第４腕部２３との合計長さ「ｃ」に基づいて逆運動学計算を用いて第２軸１４、及び第３軸１６、第５軸２０のそれぞれの関節部の回動角度を取得することができる。 Alternatively, the coordinates G (X1, Y1, Z1) in the three-axis orthogonal coordinate system of the first position of the robot 2 in its current state, the length "a" of the first arm 15, and the length "b" of the second arm 19. ”, and the total length “c” of the third arm portion 21 and the fourth arm portion 23 using inverse kinematics calculation to calculate each of the second axis 14, the third axis 16, and the fifth axis 20. The rotation angle of the joint can be obtained.

なお、操作者より予め与えられる第１軸１２の関節部の回動角度１個について、逆運動学計算により算出された第２軸１４、第３軸１６、及び第５軸２０のそれぞれの関節部の回動角度は複数組の解が算出されるため、ロボット２の取り得る姿勢についても複数パターン存在することになる。 Note that for one rotation angle of the joint of the first axis 12 given in advance by the operator, the respective joints of the second axis 14, the third axis 16, and the fifth axis 20 calculated by inverse kinematics calculation. Since multiple sets of solutions are calculated for the rotation angle of the robot 2, there are multiple patterns for the possible postures of the robot 2.

第２位置取得部１４０は、ロボット２の第３軸１６の回動角度を１８０°として関節部を延びきらせた状態にした場合のロボット２のロボット中心２５の位置を第２位置として三軸直交座標系の座標Ｈ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を取得する。第２位置は、ロボット２の図示しない操作装置等から入力部１０１を介し、記憶部１０２に蓄積される。 The second position acquisition unit 140 sets the position of the robot center 25 of the robot 2 as a second position when the rotation angle of the third axis 16 of the robot 2 is 180° and the joint part is fully extended. Obtain the coordinates H (X2, Y2, Z2) of the coordinate system. The second position is stored in the storage unit 102 via the input unit 101 from an operating device (not shown) of the robot 2, etc.

第２位置角度取得部１５０は、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する。この回動角度は、６個の軸間接部のそれぞれについて図示しない操作装置等からのデータ信号が入力部１０１を介し、ロボット２の現状状態の情報として記憶部１０２に蓄積される。 The second position angle acquisition unit 150 acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the second position. This rotation angle is stored as information on the current state of the robot 2 in the storage unit 102 via the input unit 101 as a data signal from an operating device (not shown) for each of the six shaft joints.

距離算出部１６０は、ロボット２の第１位置のロボット中心２５と第２位置のロボット中心２５との間の三軸直交座標系における空間距離を算出する。距離算出部１６０における空間距離の算出に際し、立体座標系は三軸直交座標系であって、三軸直交座標系の各軸平面方向における平面視の距離から空間距離は算出される。 The distance calculation unit 160 calculates the spatial distance between the robot center 25 at the first position and the robot center 25 at the second position of the robot 2 in the three-axis orthogonal coordinate system. When calculating the spatial distance in the distance calculation unit 160, the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and the spatial distance is calculated from the distance in plan view in the plane direction of each axis of the three-axis orthogonal coordinate system.

距離算出部１６０は、ロボット２のロボット中心２５の第１位置及び第２位置をそれぞれ立体座標系に投影して、ロボット２のロボット中心２５の現状状態の第１位置G（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と延びきらせた状態の第２位置H（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）との間の距離（ＧＨ）を上記した式（１）を用いて算出する。距離（ＧＨ）は上記の空間距離に相当する。更に、上記した式（２）、（３）、（４）を用いて、距離（ＧＨ）をＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上に投影した距離(ＧＡ)、距離(ＡＢ)、距離(ＢＨ)としてそれぞれ算出する。 The distance calculation unit 160 projects the first and second positions of the robot center 25 of the robot 2 onto the three-dimensional coordinate system, respectively, and calculates the first position G (X1, Y1, Z1) of the robot center 25 of the robot 2 in the current state. ) and the second position H (X2, Y2, Z2) in the fully extended state is calculated using the above equation (1). The distance (GH) corresponds to the above-mentioned spatial distance. Furthermore, using the above equations (2), (3), and (4), the distance (GA), distance (AB), and distance obtained by projecting the distance (GH) onto the X axis, Y axis, and Z axis are calculated. (BH).

表示処理部１７０は、ロボット２のロボット中心２５の第２位置における６軸の軸関節部のそれぞれの角度と、ロボット２の現状状態におけるロボット中心２５の第１位置における６軸の軸関節部のそれぞれの角度を表示するとともに、距離算出部１６０の算出結果に基づいて、第１位置のロボット中心２５から第２位置のロボット中心２５に至るまでの距離（ＧＨ）を空間距離として表示する。 The display processing unit 170 calculates the angles of the six axis joints at the second position of the robot center 25 of the robot 2 and the angles of the six axis joints at the first position of the robot center 25 in the current state of the robot 2. In addition to displaying each angle, the distance (GH) from the robot center 25 at the first position to the robot center 25 at the second position is displayed as a spatial distance based on the calculation result of the distance calculation unit 160.

表示処理部１７０における空間距離の表示に際し、第１位置のロボット中心２５から第２位置のロボット中心２５に至るまでの差分量（α。図５参照。）も表示される。表示処理部１７０における空間距離の表示は、図４に示す棒グラフとしての表示である。 When displaying the spatial distance in the display processing unit 170, the amount of difference (α, see FIG. 5) from the robot center 25 at the first position to the robot center 25 at the second position is also displayed. The spatial distance is displayed in the display processing unit 170 as a bar graph shown in FIG.

続いて、図７のロボット駆動領域シミュレーションのフローチャートを用い、本発明のロボット駆動領域シミュレーション方法をロボット駆動領域シミュレーションプログラムとともに説明する。本発明のロボット駆動領域シミュレーション方法は、ロボット駆動領域シミュレーションプログラムに基づいて、シミュレーション装置１のＣＰＵ１００により実行される。 Next, the robot drive area simulation method of the present invention will be explained together with the robot drive area simulation program using the flowchart of robot drive area simulation shown in FIG. The robot drive area simulation method of the present invention is executed by the CPU 100 of the simulation device 1 based on a robot drive area simulation program.

当該ロボット駆動領域シミュレーションプログラムは、図３のＣＰＵ１００に対して、角度範囲取得機能、第１位置取得機能、第１位置角度取得機能、第２位置取得機能、第２位置角度取得機能、距離算出機能、表示処理機能等の各種機能を実行させる。これらの各機能は図示の順に実行される。なお、各機能は前述のシミュレーション装置１の説明と重複するため、詳細は省略する。 The robot drive area simulation program provides the CPU 100 in FIG. 3 with an angular range acquisition function, a first position acquisition function, a first position angle acquisition function, a second position acquisition function, a second position angle acquisition function, and a distance calculation function. , execute various functions such as a display processing function. Each of these functions is executed in the order shown. Note that each function is the same as the description of the simulation device 1 described above, so the details will be omitted.

角度範囲取得機能は、複数の軸関節部を備えた多関節ロボット２の駆動領域をシミュレーションするロボット駆動領域シミュレーション装置１であって、多関節ロボット２の複数の軸関節部のそれぞれの回動可動範囲を取得する（角度範囲取得ステップＳ１１０）。 The angular range acquisition function is a robot drive area simulation device 1 that simulates the drive area of a multi-joint robot 2 having a plurality of shaft joints. A range is acquired (angle range acquisition step S110).

第１位置取得機能は、多関節ロボット２の現状状態における、多関節ロボット２のロボット中心２５の位置を第１位置として取得する（第１位置取得ステップＳ１２０）。第１位置角度取得機能は、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する（第１位置角度取得ステップＳ１３０）。 The first position acquisition function acquires the position of the robot center 25 of the articulated robot 2 in the current state of the articulated robot 2 as a first position (first position acquisition step S120). The first position angle acquisition function acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position (first position angle acquisition step S130).

第２位置取得機能は、多関節ロボット２の複数の軸関節部のそれぞれの可動域を延びきらせた状態における、多関節ロボット２のロボット中心２５の位置を第２位置として取得する（第２位置取得ステップＳ１４０）。第２位置角度取得機能は、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を取得する（第２位置角度取得ステップＳ１５０）。 The second position acquisition function acquires, as a second position, the position of the robot center 25 of the articulated robot 2 in a state where the range of motion of each of the plurality of axial joints of the articulated robot 2 is fully extended. Acquisition step S140). The second position angle acquisition function acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the second position (second position angle acquisition step S150).

距離算出機能は、第１位置及び第２位置をそれぞれ立体座標系に投影して、第１位置のロボット中心２５と第２位置のロボット中心２５との間の立体座標系における空間距離を算出する（距離算出ステップＳ１６０）。距離算出部における空間距離の算出に際し、立体座標系は三軸直交座標系であって、三軸直交座標系の各軸平面方向における平面視の距離から空間距離は算出される。 The distance calculation function calculates the spatial distance in the three-dimensional coordinate system between the robot center 25 at the first position and the robot center 25 at the second position by respectively projecting the first position and the second position onto the three-dimensional coordinate system. (Distance calculation step S160). When calculating the spatial distance in the distance calculating section, the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and the spatial distance is calculated from the distance in plan view in each axis plane direction of the three-axis orthogonal coordinate system.

表示処理機能は、第２位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度と、第１位置における複数の軸関節部のそれぞれの角度を表示するとともに、第１位置のロボット中心２５から第２位置のロボット中心２５に至るまでの空間距離を表示する（表示処理ステップＳ１７０）。 The display processing function displays the respective angles of the plurality of shaft joints at the second position and the respective angles of the plurality of shaft joints at the first position, and also displays the angles of the plurality of shaft joints at the first position, and also displays the angles of the shaft joints at the second position from the robot center 25 at the first position. The spatial distance to the robot center 25 is displayed (display processing step S170).

上述した本発明に係る実施の形態によれば以下のことが可能となる。すなわち、多関節ロボット２の現状状態の第１位置と、延び切らせた状態の第２位置との空間距離を算出し、表示装置１０４に空間距離を表示できるので、多関節ロボット２の現状状態から延び切らせた状態までの許容距離を視覚化することができる。 According to the embodiment of the present invention described above, the following becomes possible. That is, the spatial distance between the first position in the current state of the articulated robot 2 and the second position in the fully extended state can be calculated and the spatial distance can be displayed on the display device 104, so that the current state of the articulated robot 2 can be calculated. The allowable distance from the extended state to the fully extended state can be visualized.

さらに、空間距離を、三次元座標空間における２点間の距離として三平方の定理を利用することで容易に算出することができる。さらに、第１位置のロボット中心２５と第２位置のロボット中心２５との差分量（α）は、多関節ロボット２の現状状態から延び切らせた状態までのロボット中心２５の移動許容量であり、この移動許容量を表示部に表示することで、多関節ロボット２の操作者はより直感的に多関節ロボット２を模擬操作することができる。 Furthermore, the spatial distance can be easily calculated as the distance between two points in a three-dimensional coordinate space by using the Pythagorean theorem. Furthermore, the difference amount (α) between the robot center 25 at the first position and the robot center 25 at the second position is the allowable movement amount of the robot center 25 from the current state of the articulated robot 2 to the fully extended state. By displaying this movement allowance on the display unit, the operator of the articulated robot 2 can more intuitively perform a simulated operation of the articulated robot 2.

さらに、空間距離の表示を棒グラフにすることで、多関節ロボット２の操作者はより直感的に模擬操作することができる。更に上記した空間距離をＸ軸上、Ｙ軸上、Ｚ軸上にそれぞれ投影し、現状状態から延びきらせ状態までの距離をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれについて操作者は認識することができ、ロボット２の模擬操作がより容易にすることができる。 Furthermore, by displaying the spatial distance in the form of a bar graph, the operator of the articulated robot 2 can perform the simulated operation more intuitively. Furthermore, the above-mentioned spatial distances are projected onto the X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively, and the operator recognizes the distance from the current state to the fully extended state in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Therefore, the simulated operation of the robot 2 can be made easier.

さらに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれについて、延びきらせた状態への許容可動範囲を棒グラフで表示するので、操作者はより直感的にロボット２の模擬操作をすることができる。 Furthermore, since the allowable range of movement to the fully extended state is displayed in bar graphs in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the operator can more intuitively perform a simulated operation of the robot 2. .

１ロボット駆動領域シミュレーション装置
２ロボット
３工具
１１基部
１２第１軸
１３下胴部
１４第２軸
１５第１腕部
１６第３軸
１７上胴部
１８第４軸
１９第２腕部
２０第５軸
２１第３腕部
２２第６軸
２３第４腕部
２４先端部
２５ロボット中心
３０表示画面
３１現状状態表示部
３２延びきらせた状態表示部
３３第１棒グラフ
３４第２棒グラフ
３５第３棒グラフ
３６第４棒グラフ
３７第５棒グラフ
３８第６棒グラフ
３９第７棒グラフ
４０第８棒グラフ
４１第９棒グラフ
３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａ、４０ａ、４１ａスライダー
３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ、３９ｂ、４０ｂ、４１ｂ帯状部
３３ｃ、３４ｃ、３５ｃ、３６ｃ、３７ｃ、３８ｃ、３９ｃ、４０ｃ、４１ｃ数値表示部
３９ｄ、４０ｄ、４１ｄ数値表示部
１００ＣＰＵ
１０１入力部
１０２記憶部
１０３出力部
１０４表示装置
１１０角度範囲取得部
１２０第１位置取得部
１３０第１位置角度取得部
１４０第２位置取得部
１５０第２位置角度取得部
１６０距離算出部
１７０表示処理部
Ｓ１１０角度範囲取得ステップ
Ｓ１２０第１位置取得ステップ
Ｓ１３０第１位置角度取得ステップ
Ｓ１４０第２位置取得ステップ
Ｓ１５０第２位置角度取得ステップ
Ｓ１６０距離算出ステップ
Ｓ１７０表示処理ステップ 1 Robot drive area simulation device 2 Robot 3 Tool 11 Base 12 First axis 13 Lower body 14 Second axis 15 First arm 16 Third axis 17 Upper body 18 Fourth axis 19 Second arm 20 Fifth axis 21 Third arm 22 Sixth axis 23 Fourth arm 24 Tip 25 Robot center 30 Display screen 31 Current status display 32 Fully extended status display 33 First bar graph 34 Second bar graph 35 Third bar graph 36 Fourth Bar graph 37 5th bar graph 38 6th bar graph 39 7th bar graph 40 8th bar graph 41 9th bar graph 33a, 34a, 35a, 36a, 37a, 38a, 39a, 40a, 41a Slider 33b, 34b, 35b, 39b, 40b, 41b Band-shaped portions 33c, 34c, 35c, 36c, 37c, 38c, 39c, 40c, 41c Numerical display portions 39d, 40d, 41d Numerical display portion 100 CPU
101 Input unit 102 Storage unit 103 Output unit 104 Display device 110 Angle range acquisition unit 120 First position acquisition unit 130 First position angle acquisition unit 140 Second position acquisition unit 150 Second position angle acquisition unit 160 Distance calculation unit 170 Display processing Section S110 Angle range acquisition step S120 First position acquisition step S130 First position and angle acquisition step S140 Second position acquisition step S150 Second position and angle acquisition step S160 Distance calculation step S170 Display processing step

Claims

A robot drive area simulation device for simulating the drive area of an articulated robot having a plurality of shaft joints,
an angular range acquisition unit that acquires the rotational movable range of each of the plurality of shaft joints of the multi-joint robot;
a first position acquisition unit that acquires a position of a robot center of the multi-joint robot as a first position in the current state of the multi-joint robot;
a first position angle acquisition unit that acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position;
The range of motion of each of the plurality of axial joints of the multi-joint robot is set such that the tool attached to the tip of the multi-joint robot can maintain a predetermined inclination angle and process the workpiece at the processing point. a second position acquisition unit that acquires the position of the robot center of the multi-joint robot as a second position, which is the posture of the multi-joint robot when the robot center is as far away from the processing point as possible ;
a second position angle acquisition unit that acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the second position;
The first position and the second position are each projected onto a three-dimensional coordinate system to calculate a spatial distance between the robot center at the first position and the robot center at the second position in the three-dimensional coordinate system. A distance calculation unit,
The angles of each of the plurality of shaft joints at the second position and the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position are displayed, and the angles are displayed from the center of the robot at the first position to the second position. a display processing unit that displays the spatial distance to the center of the robot.

When calculating the spatial distance in the distance calculation unit, the three-dimensional coordinate system is a three-axis orthogonal coordinate system, and the spatial distance is calculated from a distance in plan view in a planar direction of each axis of the three-axis orthogonal coordinate system. The robot drive area simulation device according to claim 1.

The robot drive area according to claim 1 or 2, wherein when the spatial distance is displayed in the display processing unit, a difference amount from the robot center at the first position to the robot center at the second position is also displayed. simulation equipment.

The robot drive area simulation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the spatial distance is displayed in the display processing unit as a bar graph.

A robot drive area simulation method for simulating a drive area of an articulated robot having a plurality of shaft joints, the method comprising:
an angular range acquisition step of acquiring a rotational movable range of each of the plurality of axial joints of the multi-joint robot;
a first position obtaining step of obtaining a robot center position of the multi-joint robot in the current state of the multi-joint robot as a first position;
a first position angle acquisition step of acquiring the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position;
The range of motion of each of the plurality of axial joints of the multi-joint robot is set such that the tool attached to the tip of the multi-joint robot can maintain a predetermined inclination angle and process the workpiece at the processing point. a second position obtaining step of obtaining the position of the robot center of the multi-joint robot as a second position, which is the posture of the multi-joint robot when the robot center is as far away from the processing point as possible ;
a second position angle acquisition step of acquiring the angle of each of the plurality of shaft joints at the second position;
The first position and the second position are each projected onto a three-dimensional coordinate system to calculate a spatial distance between the robot center at the first position and the robot center at the second position in the three-dimensional coordinate system. a distance calculation step;
The angles of each of the plurality of shaft joints at the second position and the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position are displayed, and the angles are displayed from the center of the robot at the first position to the second position. A robot drive area simulation method, comprising: a display processing step of displaying the spatial distance to the center of the robot.

A robot drive area simulation program for simulating the drive area of an articulated robot equipped with a plurality of shaft joints,
to the computer,
an angular range acquisition function that acquires the rotational movable range of each of the plurality of shaft joints of the multi-joint robot;
a first position acquisition function that acquires the position of the robot center of the multi-joint robot as a first position in the current state of the multi-joint robot;
a first position angle acquisition function that acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position;
The range of motion of each of the plurality of axial joints of the multi-joint robot is set such that the tool attached to the tip of the multi-joint robot can maintain a predetermined inclination angle and process the workpiece at the processing point. a second position acquisition function that acquires the position of the robot center of the multi-joint robot as a second position, which is the posture of the multi-joint robot when the robot center is as far away from the processing point as possible ;
a second position angle acquisition function that acquires the angle of each of the plurality of shaft joints at the second position;
The first position and the second position are each projected onto a three-dimensional coordinate system to calculate a spatial distance between the robot center at the first position and the robot center at the second position in the three-dimensional coordinate system. distance calculation function,
The angles of each of the plurality of shaft joints at the second position and the angle of each of the plurality of shaft joints at the first position are displayed, and the angles are displayed from the center of the robot at the first position to the second position. A display processing function for displaying the spatial distance to the center of the robot. A robot drive area simulation program.