JPH05119814A - ロボツトアームの非干渉制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多関節ロボットが複数設置され、そのアーム
が互いに干渉する場合、干渉領域に干渉するアーム同士
を同時に位置させて移動させることにより作業効率を向
上させること。 【構成】 ロボット１Ａ、１Ｂのそれぞれのアームの現
在位置を読み込んでおき（Ｓ１）、先に作動させるロボ
ット１Ａの目標値を読み込む（Ｓ２）。その目標値にし
たがってロボット１Ａのアームの移動軌跡をシュミレー
ションし（Ｓ３）、ロボット１Ｂのアームと干渉するか
否かを判断する（Ｓ４）。干渉しない場合はロボット１
Ａをそのまま作動させ、干渉する場合は回避経路を作成
して（Ｓ６）ロボット１Ａを作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットアームの非干渉
制御装置に関し、特にアームが相互に干渉する位置に設
置された２台のロボットに対し各アームの衝突を回避し
てアームの作業効率を向上させるロボットアームの非干
渉制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットの分野において、アーム
が相互に干渉する位置に２台のロボットが設置された場
合、アーム相互間の干渉を回避してアームの作業効率を
向上させるため各アームの非干渉制御を行う必要があ
る。

【０００３】従来、かかるロボットアームの非干渉制御
は次のような方法により行われていた。その１つは協調
制御方式といわれる方法であり、他の１つは特開平２−
１４５２７６号公報に記載されている方法である。

【０００４】先ず、協調制御方式では、干渉領域のデー
タを人手により２台のロボットに入力し、一方のロボッ
トのアームが干渉領域にある場合他方のロボットのアー
ムが干渉領域に入ることを禁止し、一方のロボットのア
ームが干渉領域にない場合他方のロボットのアームが干
渉領域に入ることを許容する。又、両ロボットの各アー
ムが同時に干渉領域に入ろうとする場合には、いずれか
のロボットのアームを優先させることにより各アームの
衝突を回避するものである。

【０００５】また、特開平２−１４５２７６号公報に
は、２つのロボット１及び２の干渉領域を、ロボット１
側のα領域とロボット２側のβ領域の２つの領域に分割
し、ロボット１のアームがβ領域にある場合ロボット２
のアームが干渉領域に入ることを禁止するとともに、ロ
ボット２のアームがα領域にある場合ロボット１のアー
ムが干渉領域に入ることを禁止する。そして、ロボット
１のアームがα領域にある場合及びロボット２のアーム
がβ領域にある場合には、それぞれロボット１のアー
ム、ロボット２のアームが干渉領域に入ることを許容す
る。このようにして各ロボットアームの作業効率を向上
せんとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
協調制御方式では、ロボットへの人手による干渉領域の
データ入力に時間がかかり関節系ロボットでは干渉領域
を求めることが難しく、また、ロボットの各アームが干
渉領域内で十分離れた場所で作業をしており衝突の危険
がない場合でも２台のロボットのアームが同時に干渉領
域内に入ることができずロボットの作業効率が悪いとい
う問題点を有していた。

【０００７】また、後者の方法では、予め干渉領域を設
定し、この干渉領域を基準として非干渉制御を行ってい
るので、ロボット１のアームが干渉領域内に入っている
場合には、ロボット２のアームは少なくともロボット１
側のα領域内には入ることができない。逆に、ロボット
２のアームが干渉領域内に入っている場合には、ロボッ
ト１のアームは少なくともロボット２側のβ領域内には
入ることができない。従って、ロボットの各アームの動
きがかなり制限されてしまい、各アームの作業効率はま
だまだ十分ではなかった。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、２台のロボットの各アームの作動時に
おける軌跡を特定し、各アームが描く軌跡が相互に交わ
るかどうかを判断することによりアーム相互が衝突の危
険がなければ同一の干渉領域内に複数のアームを介在さ
せることを可能とし、もってロボットの作業効率を飛躍
的に向上させることができるロボットアームの非干渉制
御装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の非干渉制御装置は、アームが相互に干渉する位
置に設置された２台のロボットに対し、各アームが衝突
しないように制御するロボットアームの非干渉制御装置
において、前記アームを作動させたとき各アームにより
描かれる軌跡を特定する軌跡特定手段と、前記軌跡特定
手段により特定された各アームの軌跡が互いに交わるか
どうかを判断する判断手段と、前記判断手段により各ア
ームの軌跡が交わると判断された場合、各アーム相互の
干渉を回避可能な作動経路を作成するとともに、その作
動経路に従って各アームの作動を制御する制御手段とを
備えた構成とされている。

【００１０】

【作用】上記構成を有する本発明の非干渉制御装置で
は、２台のロボットの各アームの作動時における軌跡を
特定するとともに、特定された各軌跡が交わるかどうか
を判断し、各軌跡が互いに交わると判断された場合に
は、各アーム相互の干渉を回避可能な作動経路を作成し
てその作動経路に従って各アームを作動させる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図１は水平多関節型ロボット１Ａの
斜視図を示し、土台部２には駆動軸３を介して第１アー
ム４が連結されており、更に第１アーム４には駆動軸５
を介して第２アーム６が連結されている。第２アーム６
の先端にはワーク部７が取り付けられており、このワー
ク部７により作業が行われる。尚、駆動軸３及び５には
図２に示す公知のサーボモータ１６が連結され、かかる
サーボモータ１６により２つのアーム４、６が作業台に
対して水平に駆動軸３、５を中心として回転駆動され
る。

【００１２】このように構成されるロボット１Ａはこれ
と同様の構成を有するロボット１Ｂに対し図３に示すよ
うにそれぞれの第２アーム６、６が相互に干渉する位置
に設置されている。ここで便宜のため、図３中左方のロ
ボット１Ａを第１ロボット、右方のロボット１Ｂを第２
ロボットと称する。図３中、斜線を引いた部分８は第１
ロボット１Ａの第２アーム６の最外端部が描く円と第２
ロボット１Ｂの第２アーム６の最外端部が描く円との重
なり合う領域を示し、この斜線部８は２つの第２アーム
６、６が相互に干渉する干渉領域となる。

【００１３】ここで、両ロボット１Ａ、１Ｂは共に右手
系のロボットであり、また、干渉領域８内で各ロボット
は同時に作動されることはなく、交互に作動されるもの
である。

【００１４】これら２つのロボット１Ａ、１Ｂの各第２
アーム６、６相互の干渉を回避させる非干渉制御装置に
ついて図２に示すブロック図を参照して説明する。

【００１５】図２において、中央情報処理装置（以下、
ＣＰＵと称する。）１０は制御装置の中核をなすもので
あり、ＣＰＵ１０はデータバス１１を介してプログラム
メモリ（以下、ＰＭと称する）１２、データメモリ（以
下、ＤＭと称する。）１３、ワーキングメモリ（以下、
ＷＭと称する。）１４、及び制御部１５とそれぞれ接続
されている。ここに、ＣＰＵ１０はプログラムを実行し
て数値制御処理を行うものであり、ＰＭ１２はＣＰＵ１
０が実行すべき各種制御プログラムを格納している。

【００１６】また、ＤＭ１３はＣＰＵ１０がプログラム
の実行をするのに必要な各種データ、パラメータ等、即
ち、各ロボットアーム４、６の現在位置データや目標位
置データ等の位置データ、その他各ロボットアーム４、
６の外形を表す線分データ等を格納している。更に、Ｗ
Ｍ１４はＤＭ１３に格納された各種データに基づいてＣ
ＰＵ１０が演算した結果を一時格納しておくためのメモ
リである。そして、制御部１５は演算結果に基づきＣＰ
Ｕ１０から発せられる指令に応じて各ロボットに取り付
けられているサーボモータ１６の回転制御を行い、第１
ロボット１Ａ及び第２ロボット１Ｂを駆動制御するもの
である。

【００１７】次に、図４、図５及び図６に基づいて本実
施例に係る非干渉制御装置の制御方法について説明す
る。図４は制御方法の処理手順を示すフローチャートで
あり、ステップ１（以下、Ｓ１と略記する。）において
ＤＭ１３に格納されているロボット１Ａ、１Ｂの座標デ
ータ、各ロボット１Ａ、１Ｂの外形線分データ、現在位
置を示す各ロボットアーム４、４、６、６の角度データ
等の現在位置データを読み込み、これを各ロボットの現
在位置データとして決定した後、ＷＭ１４に格納する。

【００１８】この時点における第１ロボット１Ａの現在
位置は次のように定められる。図５において、各ロボッ
ト１Ａ、１Ｂの第１アーム４、４の駆動軸を結ぶ線分Ｌ
を座標軸とし、座標軸Ｌに対し第１ロボットの第１アー
ム４がなす角度（座標軸Ｌと駆動軸３、５の中心を結ぶ
線分Ｍとのなす角度）をＷとし、第１アーム４に対する
第２アームのなす角度（線分Ｍと第２アーム６の中心線
Ｎとのなす角度）をＸとする。また、第２ロボット１Ｂ
の現在位置データも同様に決定され、特に第２アーム６
の外形線分ａｂ、ｂｃ、ｃｄのデータがＷＭ１４に格納
される。尚、この時第２ロボット１Ｂは第１ロボット１
Ａとの交互性から不作動状態にある。

【００１９】続いて、Ｓ２において、ＤＭ１３から第１
ロボット１Ａの目標位置に関する座標系、外形線分、各
アーム４、６の角度等のデータを決定し、ＷＭ１４に格
納する。このとき、目標位置にある第１ロボット１Ａの
座標軸Ｌに対する第１アーム４の角度（座標軸Ｌと駆動
軸３、５の中心を結ぶ線分Ｏとのなす角度）をＹとし、
第２アーム６の角度（線分Ｏと第２アーム６の中心線Ｐ
とのなす角度）をＺとする。

【００２０】次に、Ｓ３でＣＰＵ１０はＷＭ１４に格納
されている第１ロボット１Ａの現在位置データ及び目標
位置データを読み込み、両位置データに基づいて第１ロ
ボット１Ａの各アーム４、６が作動中に描く軌跡を演算
する。このとき、第１アーム４及び第２アーム６各々の
外形線分、即ち、運動の中心から最も離れた点が目標位
置に向かって移動するときに描く軌跡を演算する。

【００２１】ここで、第１ロボット１Ａの各アームの動
きを簡略して考えると、各アーム４、６の最外点は駆動
軸３、５、を中心として円弧を描くため図５に示すよう
な軌跡が得られる。即ち、図５において、各アーム４、
６を目標位置まで移動させるには、２つの場合が考えら
れる。 １つは先ず第１アーム４を目標位置まで移動さ
せた後、第２アーム６を目標位置まで移動させる場合で
ある。このとき、第２アーム６の最外点が描く円弧ｅｆ
をＡＲ１とし、円弧ｆｉをＡＲ３とする。

【００２２】もう１つは先ず第２アーム６を目標位置ま
で移動させた後、第１アーム４を目標位置まで移動させ
る場合である。このとき、第２アーム６の最外点が描く
円弧ｅｊをＡＲ４とし、円弧ｇｈをＡＲ２とする。この
ようにして得られた各円弧ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３及び
ＡＲ４のデータをＷＭ１４に格納する。

【００２３】次に、Ｓ４において、上記のように演算し
た第１ロボット１Ａの第２アーム６の最外点が描く軌跡
（円弧ＡＲ１、円弧ＡＲ２、円弧ＡＲ３、円弧ＡＲ４）
のデータとＤＭ１３に格納されている第２ロボット１Ｂ
の各外形線分ａｂ、ｂｃ、ｃｄのデータとに基づいて第
１ロボット１Ａの第２アーム６が現在位置から目標位置
まで移動する間に第２ロボット１Ｂと干渉するか否かが
判断される。

【００２４】この判断はＳ３にて演算された各円弧ＡＲ
１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４が第２ロボット１Ｂの各外
形線分ａｂ、ｂｃ、ｃｄと交点を有するか否かにより判
断される。Ｓ４における判断がＮＯの場合Ｓ５に進み、
第１ロボット１Ａの各アーム４、５が駆動される。一
方、Ｓ４においてＹＥＳと判断された場合Ｓ６に進み、
Ｓ６において第１ロボット１Ａと第２ロボット１Ｂとの
干渉を回避するため、以下のように第１ロボット１Ａの
各アーム４、６の作動経路が作成される。

【００２５】作動経路は次の５つの動作を組み合わせる
ことにより作成される。ここに、α、βは任意の角度を
表す。 （１）第２アーム６のみを目標位置まで移動する。 （２）第１アーム４のみを目標位置まで移動する。 （３）第２アーム６をα度移動する。 （４）第１アーム４をβ度移動する。 （５）第１アーム４を−β度移動する。

【００２６】上記各動作の組合せは、Ｓ４で判断された
以下の各条件により決定される。 （イ）円弧ＡＲ１が第２ロボット１Ｂの第２アーム６と
干渉するか。 （ロ）円弧ＡＲ２が第２ロボット１Ｂの第２アーム６と
干渉するか。 （ハ）円弧ＡＲ３が第２ロボット１Ｂの第２アーム６と
干渉するか。 （ニ）円弧ＡＲ３が第２ロボット１Ｂの第２アーム６と
干渉するか。 （ホ）Ｗ≦Ｙ、もしくは Ｗ＞Ｙであるか。 （ヘ）Ｘ≦Ｚ、もしくは Ｘ＞Ｚであるか。

【００２７】以上の条件から第１ロボット１Ａの第１ア
ーム４、第２アーム６作動経路は経験的に図６に示すよ
うに求められる。図６は上記各条件を判断した結果に基
づいて第１ロボット１Ａの第２アーム６が第２ロボット
１Ｂの各アーム４、６と干渉しないように作成した作動
経路パターンを示すものであり、経験的に求められる。
尚、図６において、１は干渉することを意味し、０は干
渉しないことを意味する。

【００２８】以上詳細に説明した通り本実施例の非干渉
制御装置によれば、従来の非干渉制御方式とは異なり特
に干渉領域を特定せず、第１ロボット１Ａの第２アーム
６の最外点が描く軌跡を演算により求め、この軌跡と第
２ロボットの各アーム４、６の外形線分とが互いに交わ
るかどうかを判断することによりロボットアーム間の干
渉を回避しているので、同一干渉領域内に複数のアーム
を介在させることが可能となる。これにより、ロボット
の作業効率を飛躍的に向上し得るものである。

【００２９】尚、本実施例では第１ロボット１Ａと第２
ロボット１Ｂが交互に動作する場合を例にとって説明し
たが、第１ロボット１Ａと第２ロボット１Ｂが同時に動
作する場合でも両ロボット１Ａ、１Ｂの各アームの軌跡
を同時に演算により求め、各軌跡相互の交点の有無を判
断するとともに干渉回避経路を作成するようにすれば非
干渉制御を行うことができる。

【００３０】また、本実施例では干渉の有無の条件に対
応してロボットアームの干渉回避経路を自動的に作成す
るようにしたが、第１ロボット１Ａが回転されてもその
第２アーム６が第２ロボット１Ｂの第２アーム６と干渉
しない位置まで任意の角度αだけロボット１Ａの第２ア
ーム６を回転しておき、その後第１アーム４を目標位置
まで回転させるとともに、第２アーム６を目標位置まで
回転させるようにしてもロボットアーム間の非干渉制御
を行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の非干渉制御
装置によれば、アーム相互間で衝突の危険がなければ同
一の干渉領域内に複数のアームを介在させることを可能
とし、もってロボットの作業効率を飛躍的に向上させる
ことができるロボットアームの非干渉制御装置を提供す
ることができ、その産業上奏する効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】水平多関節型ロボットの斜視図である。

【図２】非干渉制御装置の構成を表すブロック図であ
る。

【図３】ロボット相互が干渉する状態を示す説明図であ
る。

【図４】非干渉制御の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】第１ロボットのアームが描く軌跡と第２ロボッ
トのアームとが干渉する状態を示す説明図である。

【図６】作動経路の作成パターンを示す図表である。

【符号の説明】

１Ａ 第１ロボット １Ｂ 第２ロボット ４ 第１アーム ６ 第２アーム ８ 干渉領域 １０ ＣＰＵ １２ ＰＭ １３ ＤＭ １４ ＷＭ １５ 制御部 ＡＲ１、２、３、４ 円弧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アームが相互に干渉する位置に設置さ
   れた２台のロボットに対し、各アームが衝突しないよう
   に制御するロボットアームの非干渉制御装置において、 前記アームを作動させたとき各アームにより描かれる軌
   跡を特定する軌跡特定手段と、 前記軌跡特定手段により特定された各アームの軌跡が互
   いに交わるかどうかを判断する判断手段と、 前記判断手段により各アームの軌跡が交わると判断され
   た場合、各アーム相互の干渉を回避可能な作動経路を作
   成するとともに、その作動経路に従って各アームの作動
   を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするロボッ
   トアームの非干渉制御装置。