JPH06238581A - Modelling of objective, judgement of interference between objectives, and device therefor - Google Patents

Modelling of objective, judgement of interference between objectives, and device therefor

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JPH06238581A
JPH06238581A JP2307193A JP2307193A JPH06238581A JP H06238581 A JPH06238581 A JP H06238581A JP 2307193 A JP2307193 A JP 2307193A JP 2307193 A JP2307193 A JP 2307193A JP H06238581 A JPH06238581 A JP H06238581A
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JP
Japan
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sphere
modeling
interference
spheres
objects
Prior art date
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Application number
JP2307193A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Nagai
清 永井
Seisaku Iwasa
清作 岩佐
Hideo Hanabusa
秀郎 花房
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06238581A publication Critical patent/JPH06238581A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the judgement precision for the existence of the interference between objectives by modelling the outer shape of an objective article from a polyhedron, modeling the objective from a collected body consisting of a plurality of spheres, and judging if each spherical collected body belonging to each objective has a common region or not. CONSTITUTION:The outer shape of an objective is divided 1 to a plurality of drawing elements, and a polyhedron model approximate to the outer shape is formed 2, and a plurality of apexes belonging to the same drawing element are extracted 3 from the polyhedron model, and a sphere including all the extracted apexes is detected 4. Then, it is judged 5 if the error between the sphere and the outer shape of the objective is less than a prescribed value or not, and if the error is less than the prescribed value and the apex which is not processed exists 6, a plurality of apexes are extracted 8 from the residual apexes. Then, a composite spherical body is obtained by carrying out the joint calculation 9 so that the pertinent region of all the spheres detected for all drawing elements forms the sum set and/or the pruduct set, and a series of processings are completed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は対象物のモデル化方
法、対象物間の干渉判別方法およびこれらの装置に関
し、さらに詳細にいえば、少なくとも一方が移動物であ
る対象物同士の干渉の有無を判別する場合に好適なモデ
ル化方法およびその装置、このモデル化方法またはその
装置によるモデル化結果に基づいて対象物間の干渉の有
無を判別するための方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of modeling objects, a method of discriminating interference between objects, and these devices. More specifically, the presence or absence of interference between objects, at least one of which is a moving object. The present invention relates to a modeling method and a device thereof suitable for determining, and a method and a device thereof for determining the presence or absence of interference between objects based on a modeling result by the modeling method or the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から産業用ロボットに代表されるマ
ニピュレータの導入、活用が種々の分野で活発化してい
る。このようなマニピュレータは、周囲に全く障害物が
存在しない環境下で動作されるものではなく、作業対象
物、交換用の作業工具等が動作領域内に配置されてい
る。したがって、マニピュレータの導入が企図された当
初から作業対象物、交換用の作業工具等に干渉しないよ
うにマニピュレータの動作を制御しなければならない。
即ち、マニピュレータと他の物体との干渉の有無を判別
し、干渉が発生しないようにマニピュレータを動作させ
なければならない。
2. Description of the Related Art Conventionally, the introduction and utilization of manipulators represented by industrial robots have been activated in various fields. Such a manipulator is not operated in an environment in which there are no obstacles around it, but a work object, a work tool for replacement, and the like are arranged in the operation area. Therefore, the operation of the manipulator must be controlled so as not to interfere with the work object, the replacement work tool, etc. from the beginning when the introduction of the manipulator is intended.
That is, it is necessary to determine whether or not there is interference between the manipulator and another object, and operate the manipulator so that the interference does not occur.

【0003】このような要請に応えるために、従来から
オフラインでの障害物回避を含む動作経路の生成を行な
うための手法が提案されている。この方法は、オフライ
ンで予め目標とする軌道についてシミュレートし、その
軌道に沿った運動においてマニピュレータが衝突を起す
か否かをチェックする方法であり、衝突を起すことが判
明した場合に、衝突せずに目標位置に到達できる別の軌
道を求め、その軌道に沿った動作を実際のマニピュレー
タに行なわせることにより衝突を回避する。
In order to meet such a demand, a method has conventionally been proposed for generating an operation path including obstacle avoidance off-line. This method is a method of simulating a target trajectory in advance off-line and checking whether or not the manipulator causes a collision in the motion along the trajectory. The collision is avoided by obtaining another trajectory without reaching the target position and causing the actual manipulator to perform the operation along the trajectory.

【0004】しかし、オフラインでこのような衝突を回
避できる軌道が生成された場合であっても、オペレータ
の操作ミス、予期できない外乱等によりマニピュレータ
が予期しない動作を行なってしまう危険性があり、この
ような場合には全く対処できない。このような不都合を
考慮して、オンラインでのマニピュレータの衝突回避を
行なう方法として、コンフィギュレーショングラフを利
用した6自由度マニピュレータの障害物/特異点回避ア
ルゴリズムとして、マニピュレータを構成するリンクの
多面体および障害物の多面体を一定の半径の球の集合体
としてモデル化し、この状態でラフな干渉チェック、可
動関節角度計算を行ない、次いで、干渉の可能性が大き
いペアの球が属する多面体同士について干渉チェック、
可動関節角度計算を正確に行なう方法{「コンフィギュ
レーショングラフを利用した6自由度マニピュレータの
障害物/特異点回避アルゴリズム」、喜田伸彦、矢野仁
志、登尾啓史、第9回日本ロボット学会学術講演会(平
成3年11月27日,28日,29日)}等が提案され
ている。
However, even if a trajectory capable of avoiding such a collision is generated offline, there is a risk that the manipulator may perform an unexpected operation due to an operator's operation error, unexpected disturbance, and the like. In such a case, it cannot be dealt with at all. In consideration of such inconvenience, as a method for avoiding collision of manipulators online, as an obstacle / singularity avoidance algorithm for a 6-DOF manipulator using a configuration graph, a polyhedron of links and obstacles constituting a manipulator are used. Model a polyhedron of objects as a collection of spheres with a constant radius, perform rough interference check in this state, perform movable joint angle calculation, and then check interference between polyhedrons to which a pair of spheres with a high possibility of interference belong.
Accurate calculation of movable joint angles {"Abstract / singularity avoidance algorithm for 6-DOF manipulator using configuration graph", Nobuhiko Kida, Hitoshi Yano, Hiroshi Noboi, 9th Annual Meeting of the Robotics Society of Japan ( (November 27, 28, 29, 1991)} and the like are proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記「コンフィギュレ
ーショングラフを利用した6自由度マニピュレータの障
害物/特異点回避アルゴリズム」においては、リンク、
障害物を構成する多面体を複数の球の集合体として表現
しているが、全ての球の半径が同一であるから、球の集
合体と多面体との誤差を少なくして干渉チェックの精度
を高めようとすれば、採用する球の半径を小さくせざる
を得ず、多面体を表現するための球の数が著しく多くな
ってしまう。即ち、干渉チェック処理の最小単位となる
球の数が著しく多くなる関係上、リンクと障害物との干
渉チェックの所要時間が著しく長くなってしまう。した
がって、オンラインでリアルタイムに干渉チェックを行
なうことは殆ど不可能になってしまう。
In the above-mentioned "obstacle / singularity avoidance algorithm for a 6-DOF manipulator using a configuration graph", links,
The polyhedron that constitutes the obstacle is expressed as an aggregate of multiple spheres, but since the radii of all spheres are the same, the error between the aggregate of spheres and the polyhedron is reduced to improve the accuracy of interference check. If this is done, the radius of the sphere to be adopted must be reduced, and the number of spheres for expressing the polyhedron will be significantly increased. That is, since the number of spheres, which are the minimum unit of the interference check process, is significantly increased, the time required for the interference check between the link and the obstacle becomes significantly long. Therefore, it becomes almost impossible to carry out online interference check in real time.

【0006】逆に、使用する球の半径を大きくすれば、
干渉チェック処理の最小単位となる球の数を低減でき、
リンクと障害物との干渉チェックの所要時間を短縮でき
るのであるが、この場合には、球の集合体と多面体との
誤差が大きくなってしまい、精度の高い干渉チェックを
達成することができなくなってしまう。特に、金型みが
き装置に適用した場合には、リンクが対象ワークにかな
り接近する確率が高いのであるから、高精度の干渉チェ
ックを行なわなければ、実際上みがき動作の大半がワー
クと干渉した状態として判別されてしまい、到底所期の
みがき動作を行なわせることができなくなってしまう。
また、2台のマニピュレータを同時に動作させるような
場合には、干渉チェックの精度が低いと各マニピュレー
タの可動範囲が大幅に制約されてしまい、かえって作業
効率が低下してしまうという不都合が発生するおそれが
ある。
On the contrary, if the radius of the sphere used is increased,
It is possible to reduce the number of spheres, which is the minimum unit for interference check processing,
It is possible to shorten the time required for the interference check between the link and the obstacle, but in this case, the error between the sphere assembly and the polyhedron becomes large, and it is not possible to achieve highly accurate interference check. Will end up. In particular, when applied to a die polishing device, the link is likely to come very close to the target work, so unless a highly accurate interference check is performed, most of the polishing operation will actually interfere with the work. Therefore, it becomes impossible to perform the scribing motion only at the very beginning.
Further, when operating two manipulators at the same time, if the accuracy of the interference check is low, the movable range of each manipulator is significantly restricted, which may cause a problem that work efficiency is reduced. There is.

【0007】[0007]

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、少ない数の球で精度よく対象物の外形を
モデル化できる新規なモデル化方法およびその装置を提
供することを第1の目的とし、上記モデル化方法または
その装置により得られた複合球モデルに基づいて短時間
で高精度の干渉判別を行なうことができる干渉判別方法
およびその装置を提供することを第2の目的としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a novel modeling method and apparatus capable of accurately modeling the outer shape of an object with a small number of spheres. A second object of the present invention is to provide an interference discrimination method and an apparatus therefor capable of performing highly accurate interference discrimination in a short time based on a compound sphere model obtained by the modeling method or the apparatus thereof. I am trying.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するための、請求項1の対象物のモデル化方法は、対象
物の外形を複数の面要素に区分し、各面要素を多面体で
近似し、多面体の一部の頂点が指定されたことに応答し
て、該当する全ての頂点を該当する側に含み、かつ対象
物の外形に対する誤差が所定値以下である球を設定し、
多面体の各頂点を含む球の設定を必要回数だけ反復し、
設定された全ての球により規定される3次元領域同士の
結合演算を行なって、対象物を複数の球でモデル化する
方法である。
In order to achieve the above first object, a method of modeling an object according to claim 1 is to divide an outer shape of the object into a plurality of surface elements, and Approximate with a polyhedron, and in response to the designation of some vertices of the polyhedron, set a sphere that includes all relevant vertices on the relevant side and has an error with respect to the outer shape of the object that is less than or equal to a predetermined value. ,
Repeat the setting of the sphere including each vertex of the polyhedron as many times as necessary,
This is a method of modeling a target object with a plurality of spheres by performing a connection operation between three-dimensional regions defined by all the set spheres.

【0009】請求項2の対象物のモデル化方法は、指定
された全ての頂点を通る球が定まらないことに応答し
て、各頂点と対応する球面上の点との距離の重み付き2
乗和が最小になる球を設定する方法である。請求項3の
対象物のモデル化装置は、対象物の外形を複数の面要素
に区分する外形区分手段と、各面要素を多面体で近似す
る多面体近似手段と、多面体の一部の頂点を指定する頂
点指定手段と、指定された全ての頂点を該当する側に含
み、かつ対象物の外形に対する誤差が所定値以下である
球を設定する球設定手段と、多面体の各頂点を含む球の
設定を必要回数だけ反復させる反復制御手段と、設定さ
れた全ての球により規定される3次元領域同士の結合演
算を行なって、対象物を複数の球でモデル化する結合演
算手段とを含んでいる。
According to the object modeling method of claim 2, in response to the fact that the sphere passing through all the specified vertices is not determined, the weighted 2 of the distance between each vertex and the corresponding point on the sphere is used.
This is a method of setting a sphere that minimizes the sum of multiplications. The object modeling apparatus according to claim 3 specifies an outer shape dividing means for dividing the outer shape of the object into a plurality of surface elements, a polyhedral approximation means for approximating each surface element with a polyhedron, and a part of vertices of the polyhedron. Vertex specifying means, a sphere setting means for setting all the specified vertices on the corresponding side and a sphere having an error with respect to the outer shape of the object of not more than a predetermined value, and a sphere including each vertex of the polyhedron It includes an iterative control means for iterating a required number of times, and a joint operation means for modeling an object with a plurality of spheres by performing a joint operation of three-dimensional regions defined by all the set spheres. .

【0010】上記の第2の目的を達成するための、請求
項4の対象物間の干渉判別方法は、請求項1または請求
項2の方法により2つの対象物をそれぞれ複数の球でモ
デル化し、一方の対象物のモデル化球と他方の対象物の
モデル化球との共通領域の有無を判別し、判別結果に基
づく論理演算を行なって干渉の有無を示す判別結果を得
る方法である。
In order to achieve the above-mentioned second object, a method for discriminating interference between objects according to claim 4 is one in which two objects are modeled by a plurality of spheres by the method according to claim 1 or claim 2. A method of determining the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object, and performing a logical operation based on the determination result to obtain a determination result indicating the presence or absence of interference.

【0011】請求項5の対象物間の干渉判別方法は、請
求項1または請求項2の方法で得られるモデル化球より
も近似精度が低く、かつ数が少ないモデル化球で対象物
の外形をモデル化し、一方の対象物のモデル化球と他方
の対象物のモデル化球との共通領域の有無を判別し、共
通領域が存在すると判別されたモデル化球に対応する部
分のみについて、請求項1または請求項2の方法により
得られたモデル化球に基づいて、一方の対象物のモデル
化球と他方の対象物のモデル化球との共通領域の有無を
判別し、判別結果に基づく論理演算を行なって干渉の有
無を示す判別結果を得る方法である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of discriminating interference between objects, which is less accurate than the modeling spheres obtained by the method of the first or second aspect, and has a smaller number of modeling spheres. Is modeled, the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object is determined, and only the portion corresponding to the modeling sphere determined to have the common area is invoiced. Based on the modeled sphere obtained by the method of claim 1 or claim 2, the presence or absence of a common area between the modeled sphere of one object and the modeled sphere of the other object is determined, and based on the determination result. This is a method of performing a logical operation to obtain a determination result indicating the presence or absence of interference.

【0012】請求項6の対象物間の干渉判別方法は、対
象物の少なくとも一方が移動物である場合に、移動物の
移動速度および/または移動加速度に基づいて所定時間
経過後の位置、姿勢を算出し、算出した位置、姿勢に基
づいて請求項4または請求項5の処理を行なう方法であ
る。請求項7の対象物間の干渉判別装置は、請求項3の
装置によってそれぞれ複数の球でモデル化された2つの
対象物について、一方の対象物の1のモデル化球と他方
の対象物の1のモデル化球との共通領域の有無を判別す
る共通領域有無判別手段と、双方の対象物の全てのモデ
ル化球について共通領域有無判別手段による判別を行な
わせる反復制御手段と、共通領域有無判別手段により得
られた全ての判別結果に基づく論理演算を行なって干渉
の有無を示す判別結果として出力する論理演算手段とを
含んでいる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of discriminating interference between objects, in which at least one of the objects is a moving object, the position and orientation after a predetermined time has elapsed based on the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object. Is calculated, and the processing of claim 4 or claim 5 is performed based on the calculated position and orientation. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an apparatus for discriminating interference between two objects, each of which is modeled as a plurality of spheres by the apparatus of the third aspect. Common area presence / absence determining means for determining the presence / absence of a common area with one modeled sphere, repetitive control means for performing determination by the common area presence / absence determining means for all modeled spheres of both objects, and common area presence / absence And a logical operation unit for performing a logical operation based on all the determination results obtained by the determination unit and outputting the result as a determination result indicating the presence or absence of interference.

【0013】請求項8の対象物間の干渉判別装置は、請
求項3の装置で得られるモデル化球よりも近似精度が低
く、かつ数が少ないモデル化球を対象物の外形をモデル
化するモデル化球として得る予備判別用球設定手段と、
一方の対象物のモデル化球と他方の対象物のモデル化球
との共通領域の有無を判別する予備判別手段と、双方の
対象物の全てのモデル化球について予備判別手段による
判別を行なわせる予備反復制御手段と、予備判別手段に
より共通領域が存在すると判別されたモデル化球に対応
する部分のみについて、共通領域有無判別手段、反復制
御手段、および論理演算手段による処理を行なわせる選
択制御手段とをさらに含んでいる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a device for determining interference between objects, which models the outer shape of the object using a modeling sphere having a lower approximation accuracy and a smaller number than the modeling sphere obtained by the device according to claim 3. Sphere setting means for preliminary discrimination obtained as a modeled sphere,
Preliminary discriminating means for discriminating the presence or absence of a common area between the modeled sphere of one object and the modeled sphere of the other object, and the discrimination by the preliminary discriminating means for all modeled spheres of both objects Selection control means for performing the processing by the common area presence / absence determination means, the repetition control means, and the logical operation means only on the preliminary iteration control means and the portion corresponding to the modeling sphere determined to have the common area by the preliminary determination means. It also includes and.

【0014】請求項9の対象物間の干渉判別装置は、対
象物の少なくとも一方が移動物である場合に、移動物の
移動速度および/または移動加速度に基づいて所定時間
経過後の位置、姿勢を算出する位置・姿勢算出手段と、
算出した位置、姿勢を干渉判別の対象となる位置、姿勢
として設定する対象状態設定手段とをさらに含んでい
る。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for discriminating interference between objects, wherein, when at least one of the objects is a moving object, the position and orientation after a predetermined time has elapsed based on the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object. Position / orientation calculation means for calculating
It further includes target state setting means for setting the calculated position and orientation as the position and orientation to be subjected to interference discrimination.

【0015】[0015]

【作用】請求項1の対象物のモデル化方法であれば、対
象物の外形を多面体で近似し、多面体の一部の頂点が指
定されたことに応答して、該当する全ての頂点を該当す
る側に含み、かつ対象物の外形に対する誤差が所定値以
下である球を設定し、多面体の各頂点を含む球の設定を
必要回数だけ反復し、設定された全ての球により規定さ
れる3次元領域同士の結合演算を行なって、対象物を複
数の球でモデル化するのであるから、対象物の部分的外
形に合せて球の半径を適宜設定するとともに、球の内部
または球の外部を選択することにより、従来方法と比較
して著しく少ない数の球で著しく高い精度のモデル化を
達成することができる。特に、凹入部分を有する対象物
の外形をも少ない数の球で高精度にモデル化できる。
According to the object modeling method of claim 1, all the vertices corresponding to the object are approximated by a polyhedron, and all the vertices corresponding to the vertices of the polyhedron are designated. A sphere which is included on the side of the polygon and whose error with respect to the outer shape of the object is equal to or less than a predetermined value is set, and the setting of the sphere including each vertex of the polyhedron is repeated as many times as necessary, and is defined by all the set spheres 3 Since the object is modeled with multiple spheres by performing a joint operation between dimensional areas, the radius of the sphere is set appropriately according to the partial outline of the object, and the inside or outside of the sphere is set. By the choice, a significantly higher accuracy of modeling can be achieved with a significantly smaller number of spheres compared to conventional methods. In particular, the outer shape of the object having the recessed portion can be modeled with high accuracy using a small number of spheres.

【0016】請求項2の対象物のモデル化方法であれ
ば、指定された全ての頂点を通る球が定まらないことに
応答して、各頂点と対応する球面上の点との距離の重み
付き2乗和が最小になる球を設定するのであるから、局
部的に誤差が大きくなりすぎることを防止して、高精度
のモデル化を達成できる。特に、多面体の頂点間隔が大
きい箇所において球と外形との誤差が大きくなることを
も防止できる。
According to the object modeling method of claim 2, in response to the fact that the sphere passing through all the specified vertices is not determined, the weighting of the distance between each vertex and the corresponding point on the spherical surface is performed. Since the sphere that minimizes the sum of squares is set, it is possible to prevent the error from becoming too large locally and achieve high-accuracy modeling. In particular, it is possible to prevent the error between the sphere and the outer shape from increasing at a portion where the vertex intervals of the polyhedron are large.

【0017】請求項3の対象物のモデル化装置であれ
ば、多面体近似手段により対象物の外形を多面体で近似
し、近似した多面体の一部の頂点を頂点指定手段により
指定し、球設定手段により、指定された全ての頂点を該
当する側に含み、かつ対象物の外形に対する誤差が所定
値以下である球を設定する。そして、反復制御手段によ
り、多面体の各頂点を含む球の設定を必要回数だけ反復
させ、結合演算手段により設定された全ての球により規
定される3次元領域同士の結合演算を行なって、対象物
を複数の球でモデル化する。したがって、対象物の部分
的外形に合せて球の半径を適宜設定するとともに、球の
内部または球の外部を選択することにより、従来方法と
比較して著しく少ない数の球で著しく高い精度のモデル
化を達成することができる。特に、凹入部分を有する対
象物の外形をも少ない数の球で高精度にモデル化でき
る。
According to the object modeling apparatus of claim 3, the outline of the object is approximated by a polyhedron by the polyhedron approximating means, part of the vertices of the approximated polyhedron is designated by the vertex designating means, and the sphere setting means. Thus, a sphere that includes all the specified vertices on the corresponding side and has an error with respect to the outer shape of the object that is equal to or less than a predetermined value is set. Then, the iterative control means repeats the setting of the sphere including the respective vertices of the polyhedron a required number of times, and performs the join operation between the three-dimensional regions defined by all the spheres set by the join operation means to obtain the object. Is modeled by multiple spheres. Therefore, by appropriately setting the radius of the sphere according to the partial outline of the object and selecting the inside of the sphere or the outside of the sphere, a model with a significantly high accuracy can be obtained with a significantly smaller number of spheres than the conventional method. Can be achieved. In particular, the outer shape of the object having the recessed portion can be modeled with high accuracy using a small number of spheres.

【0018】請求項4の対象物間の干渉判別方法であれ
ば、請求項1または請求項2の方法により2つの対象物
をそれぞれ複数の球でモデル化し、一方の対象物のモデ
ル化球と他方の対象物のモデル化球との共通領域の有無
を判別し、判別結果に基づく論理演算を行なって干渉の
有無を示す判別結果を得るのであるから、各対象物を高
精度にモデル化した比較的少数の球同士の共通領域の有
無を示す処理結果を、例えば、中心間距離および半径に
基づいて簡単に得ることができ、全ての球についての処
理結果に基づく論理演算を行なうことにより対象物同士
の干渉の有無を判別することができる。したがって、従
来方法と比較して著しく少ない数の球で著しく高い精度
で各対象物をモデル化でき、モデル化後は、少数の球同
士が共通領域を有するか否かの検出処理、全ての球につ
いての検出結果に基づく論理演算を行なうだけでよいか
ら、全体として、簡単に、かつ高精度に対象物同士の干
渉の有無を判別できる。
According to the method of discriminating interference between the objects of claim 4, two objects are modeled by a plurality of spheres by the method of claim 1 or 2, and one object is modeled as a sphere. Since the presence or absence of a common area with the modeling sphere of the other object is determined and a logical operation based on the determination result is performed to obtain a determination result indicating the presence or absence of interference, each object is modeled with high accuracy. A processing result indicating the presence or absence of a common area between a relatively small number of spheres can be easily obtained based on, for example, the center-to-center distance and the radius, and the logical operation based on the processing results for all spheres can be used to The presence or absence of interference between objects can be determined. Therefore, each object can be modeled with extremely high accuracy with a significantly smaller number of spheres compared to the conventional method, and after modeling, a detection process of whether or not a small number of spheres have a common area, all spheres Since it suffices to perform a logical operation based on the detection result of, the presence / absence of interference between objects can be easily determined as a whole with high accuracy.

【0019】請求項5の対象物間の干渉判別方法であれ
ば、請求項1または請求項2の方法で得られるモデル化
球よりも近似精度が低く、かつ数が少ないモデル化球で
対象物の外形をモデル化し、一方の対象物のモデル化球
と他方の対象物のモデル化球との共通領域の有無を判別
し、共通領域が存在すると判別されたモデル化球に対応
する部分のみについて、請求項1または請求項2の方法
により得られたモデル化球に基づいて、一方の対象物の
モデル化球と他方の対象物のモデル化球との共通領域の
有無を判別し、判別結果に基づく論理演算を行なって干
渉の有無を示す判別結果を得るのであるから、数が少な
いモデル化球に基づいて短時間でラフに共通領域の有無
を判別する。この判別により、高精度の干渉判別を行な
う必要がある領域を限定できるのであるから、その後
は、限定された領域を高精度に近似できるモデル化球に
基づいて干渉判別を行なえばよい。この結果、干渉判別
の精度を低下させることなく、干渉判別の所要時間を大
幅に短縮できる。
According to the interference discrimination method between the objects of claim 5, the modeling accuracy is lower than that of the modeling sphere obtained by the method of claim 1 or 2, and the number of modeling spheres is small. The outer shape of the model is modeled, the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object is determined, and only the portion corresponding to the modeling sphere that is determined to have a common area exists Based on the modeling sphere obtained by the method according to claim 1 or 2, the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object is determined, and the determination result Therefore, the presence / absence of the common area is roughly determined in a short time on the basis of a small number of modeled spheres, because the determination result indicating the presence / absence of the interference is obtained by performing the logical operation based on. By this discrimination, it is possible to limit the region in which it is necessary to perform the highly accurate interference discrimination, and thereafter, the interference discrimination may be performed based on the modeling sphere that can approximate the limited region with high accuracy. As a result, the time required for the interference determination can be significantly reduced without lowering the accuracy of the interference determination.

【0020】請求項6の対象物間の干渉判別方法であれ
ば、対象物の少なくとも一方が移動物である場合に、移
動物の移動速度および/または移動加速度に基づいて所
定時間経過後の位置、姿勢を算出し、算出した位置、姿
勢に基づいて請求項4または請求項5の処理を行なうの
であるから、所定時間後の位置、姿勢が干渉を生じさせ
るものであるか否かを、実際に移動物が該当する位置、
姿勢になるまでの間に判別できる。この結果、移動物が
他の対象物と実際に干渉する前に干渉の有無を判別でき
ることになり、判別結果に基づいて必要な回避動作を行
なわせることにより、衝突の発生を未然に防止できる。
According to the method of determining the interference between the objects of claim 6, when at least one of the objects is a moving object, the position after a predetermined time has elapsed based on the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object. Since the posture is calculated and the processing of claim 4 or 5 is performed based on the calculated position and posture, it is actually determined whether the position and posture after a predetermined time causes interference. The position where the moving object corresponds to
It can be determined before the posture. As a result, it is possible to determine the presence or absence of interference before the moving object actually interferes with another target object, and it is possible to prevent a collision from occurring by performing a necessary avoidance operation based on the determination result.

【0021】請求項7の対象物間の干渉判別装置であれ
ば、請求項3の装置によってそれぞれ複数の球でモデル
化された2つの対象物について、共通領域有無判別手段
により、一方の対象物の1のモデル化球と他方の対象物
の1のモデル化球との共通領域の有無を判別し、反復制
御手段により、双方の対象物の全てのモデル化球につい
て共通領域有無判別手段による判別を行なわせる。そし
て、共通領域有無判別手段により得られた全ての判別結
果に基づいて論理演算手段により論理演算を行なって干
渉の有無を示す判別結果として出力する。したがって、
各対象物を高精度にモデル化した比較的少数の球同士の
共通領域の有無を示す処理結果を、例えば、中心間距離
および半径に基づいて簡単に得ることができ、全ての球
についての処理結果に基づく論理演算を行なうことによ
り対象物同士の干渉の有無を判別することができる。こ
の結果、従来方法と比較して著しく少ない数の球で著し
く高い精度で各対象物をモデル化でき、モデル化後は、
少数の球同士が共通領域を有するか否かの検出処理、全
ての球についての検出結果に基づく論理演算処理を行な
うだけでよいから、全体として、簡単に、かつ高精度に
対象物同士の干渉の有無を判別できる。
In the case of the device for discriminating interference between objects according to claim 7, one of the objects is discriminated by the common area presence / absence discriminating means for two objects modeled by a plurality of spheres by the device according to claim 3. Existence of a common area between the one modeled sphere of No. 1 and the one modeled sphere of the other object, and the repetitive control means makes a judgment by the common area existence judgment means for all the modeled spheres of both objects. To perform. Then, based on all the determination results obtained by the common area presence / absence determining means, a logical operation is performed by the logical operation means and the result is output as a determination result indicating the presence or absence of interference. Therefore,
A processing result indicating the presence or absence of a common area of a relatively small number of spheres that model each object with high accuracy can be easily obtained based on, for example, the center-to-center distance and the radius, and processing for all spheres can be performed. By performing a logical operation based on the result, it is possible to determine the presence or absence of interference between the objects. As a result, each object can be modeled with extremely high accuracy with a significantly smaller number of spheres compared to the conventional method, and after modeling,
Since it is only necessary to perform a detection process as to whether or not a small number of spheres have a common area, and a logical operation process based on the detection results for all spheres, interference between the objects is easy and highly accurate as a whole. The presence or absence of can be determined.

【0022】請求項8の対象物間の干渉判別装置であれ
ば、予備判別用球設定手段により、請求項3の装置で得
られるモデル化球よりも近似精度が低く、かつ数が少な
いモデル化球を対象物の外形をモデル化し、予備判別手
段により、一方の対象物のモデル化球と他方の対象物の
モデル化球との共通領域の有無を判別し、予備反復制御
手段により、双方の対象物の全てのモデル化球について
予備判別手段による判別を行なわせる。そして、予備判
別手段により共通領域が存在すると判別されたモデル化
球に対応する部分のみについて、選択制御手段によっ
て、共通領域有無判別手段、反復制御手段、および論理
演算手段による処理を行なわせる。したがって、数が少
ないモデル化球に基づいて短時間でラフに共通領域の有
無を判別し、この判別により、高精度の干渉判別を行な
う必要がある領域を限定できる。この結果、限定された
領域を高精度に近似できるモデル化球に基づいて干渉判
別を行なえばよくなるので、干渉判別の精度を低下させ
ることなく、干渉判別の所要時間を大幅に短縮できる。
In the case of the device for discriminating interference between objects according to claim 8, the preliminary discriminating sphere setting means makes modeling with a lower approximation accuracy and a smaller number than the modeled sphere obtained by the device according to claim 3. The sphere is modeled as the outer shape of the object, and the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object is determined by the preliminary determination means, and the preliminary iteration control means determines All the modeled spheres of the object are discriminated by the preliminary discrimination means. Then, the selection control means causes the common area presence / absence determining means, the iterative control means, and the logical operation means to perform processing only on the portion corresponding to the modeling sphere for which the preliminary determining means determines that the common area exists. Therefore, the presence or absence of the common area is roughly determined in a short time based on a small number of modeled spheres, and by this determination, the area for which it is necessary to perform the interference determination with high accuracy can be limited. As a result, it is sufficient to perform the interference discrimination based on the modeled sphere capable of approximating the limited region with high accuracy, and therefore the time required for the interference discrimination can be significantly shortened without lowering the accuracy of the interference discrimination.

【0023】請求項9の対象物間の干渉判別装置であれ
ば、対象物の少なくとも一方が移動物である場合に、位
置・姿勢算出手段により、移動物の移動速度および/ま
たは移動加速度に基づいて所定時間経過後の位置、姿勢
を算出し、対象状態設定手段によって、算出した位置、
姿勢を干渉判別の対象となる位置、姿勢として設定する
ことができる。したがって、所定時間後の位置、姿勢が
干渉を生じさせるものであるか否かを、実際に移動物が
該当する位置、姿勢になるまでの間に判別できる。この
結果、移動物が他の対象物と実際に干渉する前に干渉の
有無を判別できることになり、判別結果に基づいて必要
な回避動作を行なわせることにより、衝突の発生を未然
に防止できる。
According to the interference discrimination apparatus between the objects of claim 9, when at least one of the objects is a moving object, the position / orientation calculating means determines the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object. Position and posture after a predetermined time has elapsed, and the calculated position by the target state setting means,
The posture can be set as a position and a posture which are targets of interference discrimination. Therefore, it is possible to determine whether or not the position / orientation after a predetermined time causes interference, until the moving object actually reaches the corresponding position / orientation. As a result, it is possible to determine the presence or absence of interference before the moving object actually interferes with another target object, and it is possible to prevent a collision from occurring by performing a necessary avoidance operation based on the determination result.

【0024】[0024]

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図1はこの発明の対象物のモデル化方法の一
実施例を説明するフローチャートであり、ステップSP
1において対象物の外形を複数の面要素に区分し、ステ
ップSP2において対象物の外形を近似する多面体モデ
ルを作成し、ステップSP3において多面体モデルから
同一の面要素に属する複数個の頂点を抽出し、ステップ
SP4において、抽出された全ての頂点を境界面上もし
くは境界面を基準とする該当側に含む(以下、単に「内
包する」と表現する)球を検出し、ステップSP5にお
いて、検出された球と対象物の外形との誤差が所定値以
下であるか否かを判別し、誤差が所定値以下でない場合
には、他の球を検出すべく再びステップSP4の処理を
行なう。
Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 1 is a flow chart for explaining an embodiment of the object modeling method according to the present invention.
In 1, the outline of the object is divided into a plurality of surface elements, a polyhedral model approximating the outline of the object is created in step SP2, and a plurality of vertices belonging to the same surface element are extracted from the polyhedral model in step SP3. In step SP4, a sphere that includes all the extracted vertices on the boundary surface or on the corresponding side with the boundary surface as a reference (hereinafter, simply referred to as "include") is detected, and in step SP5, it is detected. It is determined whether the error between the sphere and the outer shape of the object is less than or equal to a predetermined value, and if the error is not less than or equal to the predetermined value, the process of step SP4 is performed again to detect another sphere.

【0025】逆に、ステップSP5において誤差が所定
値以下であると判別された場合には、ステップSP6に
おいて多面体の全ての頂点について処理が行なわれたか
否かを判別し、処理が行なわれていない頂点が存在して
いると判別された場合には、ステップSP7において残
余の頂点の中から複数の頂点を抽出し、再びステップS
P4の処理を行なう。ステップSP6において多面体の
全ての頂点について処理が行なわれたと判別された場合
には、ステップSP8において、全ての面要素について
検出された全ての球の該当領域に関して互に和集合およ
び/または積集合となるように結合演算を行なって複合
球面体を得、そのまま一連の処理を終了する。
On the contrary, if it is determined in step SP5 that the error is less than or equal to the predetermined value, it is determined in step SP6 whether or not all the vertices of the polyhedron have been processed, and no processing is performed. When it is determined that the vertices are present, a plurality of vertices are extracted from the remaining vertices in step SP7 and the step S is performed again.
Perform the process of P4. When it is determined in step SP6 that all the vertices of the polyhedron have been processed, in step SP8, the corresponding regions of all the spheres detected for all the surface elements are unioned and / or producted with each other. The composite calculation is performed to obtain a composite spherical body, and the series of processing is terminated.

【0026】尚、以上の一連の処理を行なっても、誤差
が所定値以下の球が抽出できない場合には、例えば、頂
点数を増加させて多面体モデルを再度作成することによ
り、誤差が所定値以下の球を抽出することができる。上
記ステップSP2,SP3の処理においては、例えば対
象物がマニピュレータである場合に、予め干渉の可能性
が大きいか否かを経験的に認識できるので、この認識結
果に基づいて近似する多面体の大小、抽出点数の多少を
設定すればよく、必要最小限の数の球により複合球面を
得ることができ、しかも干渉判別の精度を高く維持でき
る。
If a sphere whose error is less than a predetermined value cannot be extracted even after performing the above series of processing, the error is reduced to a predetermined value by, for example, increasing the number of vertices and recreating the polyhedral model. The following spheres can be extracted. In the processing of steps SP2 and SP3 described above, for example, when the object is a manipulator, it is possible to empirically recognize in advance whether the possibility of interference is large. Therefore, the size of the polyhedron approximated based on the recognition result, It suffices to set the number of extraction points to some extent, it is possible to obtain a compound spherical surface with a minimum number of spheres, and it is possible to maintain high accuracy of interference discrimination.

【0027】上記ステップSP4の処理を詳細に説明す
る。但し、以下の説明においては、球の内部が該当する
領域であると仮定している。任意の3頂点(但し、3頂
点が同一直線上に位置する場合を除く)、長方形の頂点
となる4頂点、正n角形の頂点となるn頂点が抽出され
た場合には、これら全ての頂点を境界面上に含む球を得
ることができるが、球を一意に決定することはできな
い。したがって、例えば、演算のためのコンピュータ等
で取扱い得る最大の半径の球を仮に決定する。そして、
このように決定した球と外形との誤差が所定値よりも大
きければ、頂点数を増加させて再び多面体モデルを作成
することになる。具体的には、多面体を構成する1つの
平面と球との関係が図2に示すように与えられた場合に
おいて(図中、rが半径を、eが誤差を、lが上記1つ
の平面の長さをそれぞれ示す)、演算のための数値のと
り得る範囲が3.4E−38〜3.4E+38で与えら
れ、半径の最大値Rmaxを1010m、誤差eを10- 4
に設定した場合には、(l/2)2+(r−e)2=r2
であるから、l=2{e(2r−e)}1/2となる。こ
の式にr=1010、e=10-4を代入して演算すれば、
l=2.828×103になる。即ち、半径が1010
の1つの球を用いることにより、2.828kmの長さ
の平面を誤差0.1mmでモデル化できることが分る。
したがって、殆どの場合に、誤差が所定値以下になるよ
うなモデル球を設定することができる。
The process of step SP4 will be described in detail. However, in the following description, it is assumed that the inside of the sphere is the relevant region. If three arbitrary vertices (excluding the case where the three vertices are located on the same straight line), four vertices that are rectangular vertices, and n vertices that are regular n-gon vertices are extracted, all of these vertices It is possible to obtain a sphere that includes the on the boundary surface, but the sphere cannot be uniquely determined. Therefore, for example, a sphere having the maximum radius that can be handled by a computer or the like for calculation is provisionally determined. And
If the error between the sphere thus determined and the outer shape is larger than a predetermined value, the number of vertices is increased and a polyhedral model is created again. Specifically, in the case where the relationship between one plane forming a polyhedron and a sphere is given as shown in FIG. 2 (in the figure, r is a radius, e is an error, and l is the above-mentioned one plane. indicates the length of each), the possible range of values for the calculation are given in 3.4E-38~3.4E + 38, the radius of the maximum value R max of 10 10 m, the error e 10 - 4 m
When set to (1/2) 2 + (r−e) 2 = r 2
Therefore, l = 2 {e (2r−e)} 1/2 . By substituting r = 10 10 and e = 10 -4 into this equation,
l = 2.828 × 10 3 . That is, the radius is 10 10 m
It can be seen that a plane with a length of 2.828 km can be modeled with an error of 0.1 mm by using one sphere of
Therefore, in most cases, the model sphere can be set so that the error is equal to or less than the predetermined value.

【0028】また、任意の4頂点、n角柱の頂点となる
2n頂点、正多面体の頂点となる複数の頂点が抽出され
た場合には、これら全ての頂点を境界面上に含む球が一
意に定まるので、この球を採用する。さらに、任意の複
数の頂点を境界面上に含む球が得られない場合には、全
ての頂点を内包する任意の球を想定し、想定した球に対
して各頂点と球面上の点との距離の重み付き2乗和が最
小になるように想定した球の中心座標値および半径を算
出する。具体的には、ラグランジュの傾斜法等を適用す
ることにより上記中心座標値および半径を算出できる。
Further, when four arbitrary vertices, 2n vertices which are vertices of an n-prism, and a plurality of vertices which are vertices of a regular polyhedron are extracted, a sphere including all of these vertices on the boundary surface is unique. This ball is adopted because it is fixed. Furthermore, if a sphere that includes multiple arbitrary vertices on the boundary surface cannot be obtained, assume an arbitrary sphere that includes all vertices, and consider each vertex and the point on the sphere with respect to the assumed sphere. The center coordinate value and radius of the sphere that is assumed to minimize the weighted sum of squares of the distance are calculated. Specifically, the central coordinate value and the radius can be calculated by applying the Lagrange's inclination method or the like.

【0029】図3(A)(B)は4つの頂点を内包する
球が想定された状態をそれぞれ示している。図3(A)
においては、球面上の点から著しく離れた頂点が存在し
ているので、重み付き2乗和はかなり大きくなる。これ
に対して図3(B)は全ての頂点が球面上の点にかなり
近いので、重み付き2乗和が最小になる。即ち、図3
(B)の球に基づいてモデル化されることになる。
FIGS. 3A and 3B respectively show states in which a sphere having four vertices is assumed. Figure 3 (A)
At, there are vertices that are significantly distant from the points on the sphere, so the weighted sum of squares is quite large. On the other hand, in FIG. 3B, all the vertices are fairly close to the points on the spherical surface, and therefore the weighted sum of squares is minimized. That is, FIG.
It will be modeled based on the sphere of (B).

【0030】上記ステップSP8の処理を詳細に説明す
る。例えば、対象物が図4(A)に示す外形を有してお
り、この外形が4つの面要素S1,S2,S3,S4に区分
されている場合において、面要素S1を高精度にモデル
化できる球がS11,S12であり、他の面要素を高精度に
モデル化できる球がそれぞれS21,S31,S41である場
合には、球S11,S12の和領域を得ることにより面要素
1を高精度に近似できる複合球(複数の球を結合して
1つの領域をモデル化したもの)を得ることができる
{図4(B)参照}。そして、この複合球と他の球
21,S31,S41との積集合を得ることにより対象物を
高精度にモデル化することができる{図4(C)参
照}。
The processing of step SP8 will be described in detail. For example, in the case where the object has the outer shape shown in FIG. 4A and this outer shape is divided into four surface elements S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 , the surface element S 1 is If the spheres that can be modeled with high accuracy are S 11 and S 12 , and the spheres that can model other surface elements with high accuracy are S 21 , S 31 , and S 41 , respectively, spheres S 11 and S 12 A complex sphere (a model in which one sphere is modeled by combining a plurality of spheres) that can approximate the surface element S 1 with high precision can be obtained by obtaining the sum region of {see FIG. 4B}. Then, the object can be modeled with high accuracy by obtaining the intersection of this composite sphere and the other spheres S 21 , S 31 , and S 41 (see FIG. 4C).

【0031】具体的に数式で表現すると、数1のとおり
である。
When it is specifically expressed by a mathematical expression, it is as shown in Equation 1.

【0032】[0032]

【数1】 [Equation 1]

【0033】以上の説明から明らかなように、この実施
例を採用することにより、各種対象物の外形を比較的少
ない数の球により高精度にモデル化することができる。
特に、対象物の外形が凹入部等を有していても、余り球
の数を増加させることなく高精度にモデル化できる。
As is clear from the above description, by adopting this embodiment, it is possible to accurately model the outer shape of various objects with a relatively small number of spheres.
In particular, even if the outer shape of the object has a recessed portion or the like, it can be modeled with high accuracy without increasing the number of extra spheres.

【0034】[0034]

【具体例】図5に示す形状のグリッパをモデル化する場
合について説明する。但し、図5(A)中にxで示す位
置が原点であり、右向き、上向きにそれぞれx軸、y軸
が設定されている。また、複数の点の座標値が図5
(A)中に示すように設定されている。そして、簡単の
ために、x−y平面上のみについて説明する。
Concrete Example A case of modeling a gripper having the shape shown in FIG. 5 will be described. However, the position indicated by x in FIG. 5A is the origin, and the x-axis and the y-axis are set in the rightward and upward directions, respectively. In addition, the coordinate values of a plurality of points are shown in FIG.
It is set as shown in (A). Then, for the sake of simplicity, only the xy plane will be described.

【0035】この場合に、図5(A)に示す外形を内包
する多面体を作成し{図5(B)参照}、多面体を構成
する各平面毎に、誤差が所定値以下になるようにモデル
化球を設定すべきか、頂点を境界面上に含む球を設定す
べきかを指定する。具体的には、例えば、図5(B)中
に丸印が付与された平面については誤差が所定値以下
(例えば、0.1以下)になるようにモデル化球を設定
すべきことが指示され、三角印が付与された平面につい
ては頂点を境界面上に含む球を設定すべきことが指示さ
れている。
In this case, a polyhedron including the outer shape shown in FIG. 5 (A) is created {see FIG. 5 (B)}, and a model is prepared so that the error is below a predetermined value for each plane forming the polyhedron. Specifies whether to set a fossilized sphere or a sphere that includes vertices on the boundary surface. Specifically, for example, for the plane marked with a circle in FIG. 5B, it is instructed that the modeling sphere should be set so that the error is equal to or less than a predetermined value (eg, 0.1 or less). It is instructed that a sphere including vertices on the boundary surface should be set for a plane with a triangle mark.

【0036】図5(C)は上記指定に基づいてモデル化
球を作成した結果を示しており、6個の球O1,O2,
・・・,O6により高精度のモデル化が達成できてい
る。この場合における各球O1,O2,・・・,O6の
中心位置はそれぞれ(0,17.786001)(1
5,−94.95)(509.95,20)(0,−4
89.95)(−509.95,20)(−15,−9
4.95)であり、半径はそれぞれ500.05,2
3.479639,125.05,500.05,50
0.05,500.05であった。
FIG. 5C shows the result of creating a modeled sphere based on the above-mentioned designation. The six spheres O1, O2 and
..., high-precision modeling has been achieved by O6. In this case, the center positions of the spheres O1, O2, ..., O6 are (0, 17.786001) (1
5, -94.95) (509.95, 20) (0, -4)
89.95) (-509.95, 20) (-15, -9)
4.95) and the radii are 500.05 and 2 respectively.
3.49639, 125.05, 500.05, 50
It was 0.05 and 500.05.

【0037】[0037]

【実施例2】図6はこの発明の対象物のモデル化装置の
一実施例を示すブロック図であり、対象物の外形を複数
の面要素に区分する区分部1と、対象物の外形を近似す
る多面体モデルを作成する多面体モデル作成部2と、多
面体モデルから同一の面要素に属する複数個の頂点を抽
出する頂点抽出部3と、抽出された全ての頂点を内包す
る球を検出する球検出部4と、検出された球と対象物の
外形との誤差が所定値以下であるか否かを判別する誤差
判別部5と、誤差が所定値以下でないことを示す誤差判
別部5の判別結果に応答して他の球を検出すべく球検出
部4を反復動作させる第1反復制御部6と、誤差が所定
値以下であることを示す誤差判別部5の判別結果に応答
して、多面体の全ての頂点について処理が行なわれたか
否かを判別する処理済判別部7と、処理が行なわれてい
ない頂点が存在していることを示す処理済判別部7の判
別結果に応答して、残余の頂点の中から複数の頂点を抽
出すべく頂点抽出部3を制御する頂点抽出制御部8と、
多面体の全ての頂点について処理が行なわれたことを示
す処理済判別部7の判別結果に応答して、全ての面要素
について検出された全ての球の該当領域に関して互に和
集合および/または積集合となるように結合演算を行な
って複合球面体を得る結合演算部9とを有している。
[Embodiment 2] FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the object modeling apparatus according to the present invention, in which a partition portion 1 for partitioning the outer shape of the object into a plurality of surface elements and the outer shape of the object are shown. A polyhedron model creation unit 2 that creates an approximate polyhedron model, a vertex extraction unit 3 that extracts a plurality of vertices belonging to the same surface element from the polyhedron model, and a sphere that detects a sphere that contains all the extracted vertices. The detection unit 4, the error determination unit 5 that determines whether the error between the detected sphere and the outer shape of the object is less than or equal to a predetermined value, and the determination of the error determination unit 5 that indicates that the error is not less than or equal to the predetermined value. In response to the determination result of the first iteration control unit 6 that repeatedly operates the sphere detection unit 4 to detect another sphere in response to the result, and the determination result of the error determination unit 5 that indicates that the error is less than or equal to a predetermined value, A process to determine whether all vertices of a polyhedron have been processed. In response to the discrimination result of the processed discriminating unit 7 and the processed discriminating unit 7 indicating that there are unprocessed vertices, the vertex extracting unit extracts a plurality of vertices from the remaining vertices. A vertex extraction control unit 8 for controlling 3;
In response to the determination result of the processed determination unit 7 indicating that all the vertices of the polyhedron have been processed, the corresponding regions of all the spheres detected for all the surface elements are unioned and / or multiplied with each other. And a combining operation unit 9 for performing a combination operation so as to obtain a composite spherical body.

【0038】尚、上記構成各部の作用は、図1のフロー
チャートの対応するステップの処理と同様であるから、
詳細な説明は省略する。したがって、この実施例を採用
した場合にも、各種対象物の外形を比較的少ない数の球
により高精度にモデル化することができる。特に、対象
物の外形が凹入部等を有していても、余り球の数を増加
させることなく高精度にモデル化できる。
Since the operation of each of the above-mentioned components is the same as the process of the corresponding step of the flowchart of FIG. 1,
Detailed description is omitted. Therefore, even when this embodiment is adopted, the outer shapes of various objects can be modeled with high accuracy using a relatively small number of spheres. In particular, even if the outer shape of the object has a recessed portion or the like, it can be modeled with high accuracy without increasing the number of extra spheres.

【0039】[0039]

【実施例3】図7はこの発明の対象物間の干渉判別方法
の一実施例を説明するフローチャートであり、図1のフ
ローチャートまたは図6のブロック図に基づく処理を行
なって、2つの対象物のそれぞれを高精度にモデル化し
た複合球面体が得られた後の処理を説明している。
[Third Embodiment] FIG. 7 is a flow chart for explaining an embodiment of the method for discriminating interference between objects according to the present invention. Two objects are processed by performing processing based on the flowchart of FIG. 1 or the block diagram of FIG. The processing after obtaining the composite spherical body that models each of the above with high accuracy is described.

【0040】ステップSP1において、一方の対象物の
複合球面体を構成する1の球(以下、第1球と称する)
を選択し、ステップSP2において、他方の対象物の複
合球面体を構成する1の球(以下、第2球と称する)を
選択し、ステップSP3において、第1球の中心座標
値、半径および第2球の中心座標値、半径に基づいて量
球の共通領域が存在しているか否かを判別する。例え
ば、両球の中心間距離と両球の半径の和との大小を判別
することにより共通領域が存在しているか否かの判別を
達成できる。具体的には、この判別は、ベクトルの減
算、ベクトルの内積演算、スカラの加算、スカラの乗算
および実数の比較を1回ずつ行なうことにより達成でき
る。そして、ステップSP4またはステップSP5にお
いて、判別結果を2値データで表現する。したがって、
例えば、“1”が共通領域の存在に対応し、“0”が共
通領域の不存在に対応することになる。
In step SP1, one sphere (hereinafter, referred to as the first sphere) that constitutes the composite spherical body of one of the objects.
Is selected, in step SP2, one sphere (hereinafter, referred to as a second sphere) that constitutes the composite spherical body of the other object is selected, and in step SP3, the center coordinate value, the radius, and the first sphere of the first sphere are selected. It is determined whether or not the common area of the measuring sphere exists based on the center coordinate value and radius of the two spheres. For example, by determining the magnitude of the distance between the centers of both spheres and the sum of the radii of both spheres, it is possible to determine whether or not a common area exists. Specifically, this determination can be achieved by performing vector subtraction, vector inner product operation, scalar addition, scalar multiplication, and real number comparison once. Then, in step SP4 or step SP5, the discrimination result is represented by binary data. Therefore,
For example, "1" corresponds to the existence of the common area, and "0" corresponds to the absence of the common area.

【0041】ステップSP4またはステップSP5の判
別が行なわれた後は、ステップSP6において第1球、
第2球の全ての組合せについて上記処理が行なわれたか
否かを判別し、上記処理が行なわれていない組合せが存
在している場合には、再びステップSP1の処理を行な
う。逆に、ステップSP6において全ての組合せについ
て上記処理が行なわれたと判別された場合には、ステッ
プSP7において、全ての2値データに基づく論理演算
を行ない、論理演算結果を干渉判別結果として出力し、
一連の処理を終了する。
After the determination in step SP4 or step SP5 is made, in step SP6 the first ball,
It is determined whether or not the above processing has been performed for all the combinations of the second balls, and if there is a combination for which the above processing has not been performed, the processing of step SP1 is performed again. On the contrary, if it is determined in step SP6 that the above processing has been performed for all combinations, logical operation is performed based on all binary data in step SP7, and the logical operation result is output as the interference determination result.
A series of processing ends.

【0042】さらに詳細に説明する。例えば、図8に示
すように一方の対象物jの外形が球j1,j2,j3で
モデル化され、他方の対象物kの外形が球k1,k2で
モデル化されている場合を説明する。ここで、球j1,
j2,j3で包囲される空間をSj、各球をSj1
j 2,Sj3、球k1,k2で包囲される空間をSk、各
球をSk1,Sk2で表す。
A more detailed description will be given. For example, as shown in FIG. 8, a case will be described in which the outer shape of one object j is modeled by spheres j1, j2, j3, and the outer shape of the other object k is modeled by spheres k1, k2. Where sphere j1,
The space surrounded by j2 and j3 is S j , each sphere is S j1 ,
The space surrounded by S j 2 , S j3 and the spheres k1, k2 is represented by S k , and each sphere is represented by S k1 , S k2 .

【0043】この前提の下で数2および数3が成り立
つ。
Under this premise, the equations 2 and 3 hold.

【0044】[0044]

【数2】 [Equation 2]

【0045】[0045]

【数3】 [Equation 3]

【0046】但し、各球が意味を持つのは、数4が成立
していることが前提となる。
However, each sphere has a meaning on condition that the equation 4 is satisfied.

【0047】[0047]

【数4】 [Equation 4]

【0048】対象物jと対象物kとが干渉している条件
は、数2および数3で与えられた閉領域の共通領域が存
在する場合であり、数5で与えられる。
The condition that the object j and the object k interfere with each other is that the common area of the closed areas given by the equations 2 and 3 exists, and is given by the equation 5.

【0049】[0049]

【数5】 [Equation 5]

【0050】数2および数3を数5に代入することによ
り数6が得られ、数6は数7と論理レベルで等価とな
る。
By substituting equations 2 and 3 into equation 5, equation 6 is obtained, and equation 6 is equivalent to equation 7 at the logic level.

【0051】[0051]

【数6】 [Equation 6]

【0052】[0052]

【数7】 [Equation 7]

【0053】数7が成り立つためには、数8または数9
が成り立つことが必要である。
In order for Equation 7 to hold, Equation 8 or Equation 9
It is necessary that

【0054】[0054]

【数8】 [Equation 8]

【0055】[0055]

【数9】 [Equation 9]

【0056】ここで、数4を考慮すれば、数8、数9は
それぞれ数10、数11となる。
Here, considering Equation 4, Equation 8 and Equation 9 become Equation 10 and Equation 11, respectively.

【0057】[0057]

【数10】 [Equation 10]

【0058】[0058]

【数11】 [Equation 11]

【0059】但し、数11の後半は数10の後半と同じ
であるから省略できる。したがって、対象物j,k同士
の干渉を判別するためには、各対象物j,kに属する球
同士が干渉するか否かを判別すればよいことが分る。ま
た、ここで、2つの閉領域Sa,Sb同士の関係は、共
通領域の存否として位置付けることができ、簡単な2値
論理で表記できる。
However, since the latter half of the equation 11 is the same as the latter half of the equation 10, it can be omitted. Therefore, in order to determine the interference between the objects j and k, it is necessary to determine whether or not the spheres belonging to the objects j and k interfere with each other. Further, here, the relationship between the two closed regions Sa and Sb can be regarded as the presence or absence of the common region, and can be expressed by a simple binary logic.

【0060】両閉領域Sa,Sb同士の共通領域、数1
2の存在を表す事象をx(a,b)で表記する。そして、x
(a,b)の値を数13で定義する。
Common area between both closed areas Sa and Sb, Equation 1
The event representing the existence of 2 is represented by x (a, b) . And x
The value of (a, b) is defined by Equation 13.

【0061】[0061]

【数12】 [Equation 12]

【0062】[0062]

【数13】 [Equation 13]

【0063】数13の定義を用い、かつ重複部分を省略
すれば、数10および数11は次の論理関数で表記でき
る。 x(j,k)=x(j1,k1)(j1,k2)(j3,k1)(j3,k2)+x(j2,k1)(j2,k2) この式は、対象物j,kを内包する閉領域の干渉が、そ
の構成要素単位である球同士の干渉の有無によって決定
されることを示している。
If the definition of equation 13 is used and the overlapping portion is omitted, equations 10 and 11 can be expressed by the following logical functions. x (j, k) = x (j1, k1) x (j1, k2) x (j3, k1) x (j3, k2) + x (j2, k1) x (j2, k2) , K in a closed region is determined by the presence / absence of interference between spheres, which is the component unit of the closed region.

【0064】また、球同士の干渉の判別は、球j,kの
半径をRj,Rkとし、中心の座標の位置ベクトルをP
j,Pkとすれば、半径同士の和と中心座標同士の差の
絶対値との大小判別を行なうことにより簡単に達成でき
る。したがって、干渉判別は数14で表記できる。
Further, to determine the interference between the spheres, the radii of the spheres j and k are set to Rj and Rk, and the position vector of the center coordinate is set to P.
j and Pk can be easily achieved by determining the magnitude of the sum of radii and the absolute value of the difference between center coordinates. Therefore, the interference discrimination can be expressed by Equation 14.

【0065】[0065]

【数14】 [Equation 14]

【0066】また、数14は数15と同値である。Equation 14 has the same value as Equation 15.

【0067】[0067]

【数15】 [Equation 15]

【0068】したがって、ベクトルPj,Pkが得られて
いれば、ベクトルの減算、ベクトルの内積演算、スカラ
の加算、スカラの乗算および実数の比較を1回ずつ行な
うことにより球同士の干渉判別を達成できる。具体的に
は、インテル社製のCPU(486SX)、コプロセッ
サおよびオーバードライブプロセッサを16MHzのク
ロック周波数で動作させ、6軸の双腕マニピュレータに
ほぼ相当する1000組の球の干渉判別を行なったとこ
ろ、所要時間が約6.6msecであった。
Therefore, if the vectors P j and P k are obtained, vector interference, vector inner product operation, scalar addition, scalar multiplication, and real number comparison are performed once to determine the collision between spheres. Can be achieved. Specifically, an Intel CPU (486SX), a coprocessor and an overdrive processor were operated at a clock frequency of 16 MHz, and the collision discrimination of 1000 pairs of balls, which is almost equivalent to a 6-axis dual-arm manipulator, was performed. The required time was about 6.6 msec.

【0069】以上の説明を一般的なマニピュレータに適
用する場合には次のとおりになる。但し、以下の説明に
おいてSijは第iアームの第jリンクを示し、Sijがリ
ンクの各面を構成するLmax(i,j)組の複合球
面、数16の積集合で表現され、複合球面、数16がM
max{i,j,Lmax(i,j)}個の球からな
り、第m番目の球が構成する閉領域を数17と定義して
いる。そして、各リンクに属する複合球面体をリンク座
標系上で定義し、リンクの状態に対応するマトリクスの
乗算を行なうことによりベース座標系に変換するように
している。もちろん、当初からベース座標系上で定義す
ることも可能であるが、リンクが動作することを考慮す
れば、前者の方法を採用することが好ましい。
When the above description is applied to a general manipulator, it is as follows. However, in the following description, S ij indicates the j-th link of the i-th arm, and S ij is expressed by a product set of Lmax (i, j) pairs of compound spherical surfaces that form each surface of the link. Sphere, number 16 is M
A closed region formed by max {i, j, Lmax (i, j)} spheres and formed by the m-th sphere is defined as Expression 17. Then, the composite spherical body belonging to each link is defined on the link coordinate system, and the matrix corresponding to the state of the link is multiplied to convert it into the base coordinate system. Of course, it is possible to define it on the base coordinate system from the beginning, but it is preferable to adopt the former method considering that the link operates.

【0070】[0070]

【数16】 [Equation 16]

【0071】[0071]

【数17】 [Equation 17]

【0072】したがって、閉領域Sijは数18で、数
17は数19でそれぞれ表現できる。
Therefore, the closed region Sij can be expressed by the formula 18, and the formula 17 can be expressed by the formula 19.

【0073】[0073]

【数18】 [Equation 18]

【0074】[0074]

【数19】 [Formula 19]

【0075】数18および数19から、閉領域Sijは
数20で表記できることが分る。
From Equations 18 and 19, it can be seen that the closed region Sij can be expressed by Equation 20.

【0076】[0076]

【数20】 [Equation 20]

【0077】第iアームの第jリンクと第sアームの第
tリンクとが衝突する場合には、複合球面体によってそ
れらを内包する閉領域Sij,Sstが共通領域を持つ場合
であり、数21を満足する。また、複合球面体Sij,S
stの共通領域が存在するという事象は数22で表記でき
る。
When the j-th link of the i-th arm and the t-th link of the s-th arm collide with each other, the closed regions S ij and S st that include them by the complex spherical body have a common region. The number 21 is satisfied. Also, the composite spherical bodies S ij , S
The phenomenon that the common area of st exists can be expressed by Equation 22.

【0078】[0078]

【数21】 [Equation 21]

【0079】[0079]

【数22】 [Equation 22]

【0080】したがって、数19を考慮すれば、数22
は数23で示すような論理積として表記できる。
Therefore, considering Equation 19, Equation 22
Can be expressed as a logical product as shown in Equation 23.

【0081】[0081]

【数23】 [Equation 23]

【0082】ここで、数19から明らかなように、複合
球面、数16はその構成要素である数24個の球の和集
合であるから、数25は数26に示すように論理和の形
で表記できる。
As is clear from the equation (19), since the equation (16) is the union of the spheres of the equation (24), which is its constituent element, the equation (25) is a logical sum form as shown in the equation (26). Can be written as.

【0083】[0083]

【数24】 [Equation 24]

【0084】[0084]

【数25】 [Equation 25]

【0085】[0085]

【数26】 [Equation 26]

【0086】数23に数26を代入すれば、数27が得
られる。
By substituting the equation 26 into the equation 23, the equation 27 is obtained.

【0087】[0087]

【数27】 [Equation 27]

【0088】数27から明らかなように、複合球面体に
より内包された閉領域同士の干渉は、その構成単位であ
る球によって構成される閉領域同士の共通領域が存在す
るか否かという事象を示す2値変数、数28の論理関数
として与えられる。したがって、簡単な論理演算を行な
うことにより干渉の有無を判別できる。
As is clear from the equation (27), the interference between the closed regions enclosed by the composite spherical body causes the phenomenon of whether or not there is a common region between the closed regions formed by the sphere which is the constituent unit. The binary variable shown is given as a logical function of Eq. Therefore, it is possible to determine the presence or absence of interference by performing a simple logical operation.

【0089】[0089]

【数28】 [Equation 28]

【0090】尚、以上においては、2つの球の内部領域
により閉領域を構成する場合のみについて説明したが、
その他に、一方の球の内部領域および他方の球の外部領
域により閉領域を構成する場合、2つの球の外部領域に
より閉領域を構成する場合が考えられるので、数14に
示す論理関数のほかに、数29で示す論理関数を導入
し、閉領域の構成条件に応じて数14と数29とを選択
的に採用すればよい。但し、数29においてSkが球の
外部、Sjが球の内部にそれぞれ設定されている。ま
た、2つの球の外部領域により閉領域を構成する場合に
ついては、必ず共通領域が存在するので、論理関数の値
は無条件に“1”に設定される。
In the above description, only the case of forming a closed region by the inner regions of two spheres has been described.
In addition, when the closed region is formed by the inner region of one sphere and the outer region of the other sphere, the closed region may be formed by the outer regions of two spheres. Introducing the logical function shown in Equation 29 into Equation 1, the Equation 14 and Equation 29 may be selectively adopted according to the constituent conditions of the closed region. However, in Equation 29, S k is set outside the sphere and S j is set inside the sphere. Further, in the case where the closed area is formed by the outer areas of the two spheres, the common area always exists, so the value of the logical function is unconditionally set to "1".

【0091】[0091]

【数29】 [Equation 29]

【0092】以上の説明から明らかなように、数14、
数29の論理関数を採用することにより、球の内部領域
または外部領域を用いて対象物をモデル化でき、モデル
化のために必要な球の数を著しく低減できるとともに、
十分に高いモデル化精度を達成できる。そして、1対の
対象物をモデル化して得られた各複合球面体を構成する
各球同士の共通領域の有無を上記論理関数の値として設
定でき、得られた全ての論理関数値に基づく論理演算を
行なうことにより、簡単にかつ高精度に対象物同士の干
渉の有無を判別することができる。
As is clear from the above explanation,
By adopting the logical function of Equation 29, the object can be modeled by using the inner region or the outer region of the sphere, and the number of spheres required for modeling can be significantly reduced, and
A sufficiently high modeling accuracy can be achieved. Then, the presence or absence of a common area between the spheres forming each composite spherical body obtained by modeling a pair of objects can be set as the value of the above logical function, and the logic based on all the obtained logical function values can be set. By performing the calculation, it is possible to easily and accurately determine the presence or absence of interference between the objects.

【0093】尚、以上には、1対の対象物の外形の全範
囲を複合球面体により高精度にモデル化し、各対象物の
複合球面体を構成する球同士の共通領域の有無を判別
し、全ての判別結果に基づいて干渉の有無を判別するよ
うにしている。しかし、比較的精度が低いモデル化を達
成するための複合球面体を作成し、この球面体に基づい
て干渉が発生する可能性がある領域を予め限定し、次い
で、限定された領域のみについて、精度が高いモデル化
を達成できる複合球面体に基づいて干渉の有無を高精度
に判別することが好ましい。
In the above, the entire range of the outer shape of the pair of objects is modeled with high accuracy by the compound spherical body, and the presence or absence of the common area between the spheres forming the compound spherical body of each object is determined. The presence or absence of interference is determined based on all the determination results. However, we create a composite sphere to achieve relatively inaccurate modeling, predefine the regions where interference can occur based on this sphere, and then for only the limited region: It is preferable to accurately determine the presence / absence of interference based on the complex spherical body that can achieve highly accurate modeling.

【0094】[0094]

【実施例4】図9はこの発明の対象物間の干渉判別装置
の一実施例を示すブロック図であり、図1のフローチャ
ートまたは図6のブロック図に基づく処理を行なって、
2つの対象物のそれぞれを高精度にモデル化した複合球
面体が得られた後の処理を説明している。
[Embodiment 4] FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus for discriminating interference between objects of the present invention. By performing processing based on the flowchart of FIG. 1 or the block diagram of FIG.
The processing after the composite spherical body that models each of the two objects with high accuracy is described.

【0095】一方の対象物の複合球面体を構成する1の
球(以下、第1球と称する)を選択する第1球選択部1
1と、他方の対象物の複合球面体を構成する1の球(以
下、第2球と称する)を選択する第2球選択部12と、
第1球の中心座標値、半径および第2球の中心座標値、
半径に基づいて両球の共通領域が存在しているか否かを
判別する共通領域有無判別部13と、判別結果を2値デ
ータで表現する2値データ割り当て部14と、第1球、
第2球の全ての組合せについて上記処理が行なわれるま
で第1球選択部11、第2球選択部12、共通領域有無
判別部13および2値データ割り当て部14を反復動作
させる反復制御部15と、全ての2値データに基づく論
理演算を行ない、論理演算結果を干渉判別結果として出
力する論理演算部16とを有している。
A first sphere selecting section 1 for selecting one sphere (hereinafter referred to as a first sphere) which constitutes a composite spherical body of one object.
1 and a second sphere selection unit 12 that selects one sphere (hereinafter, referred to as a second sphere) that constitutes the composite spherical body of the other object,
Center coordinate value of the first sphere, radius and center coordinate value of the second sphere,
A common area presence / absence determining unit 13 that determines whether or not a common area of both spheres exists based on a radius, a binary data assigning unit 14 that expresses the determination result as binary data, a first sphere,
An iterative control unit 15 that repeatedly operates the first sphere selection unit 11, the second sphere selection unit 12, the common area presence / absence determination unit 13, and the binary data allocation unit 14 until the above processing is performed for all combinations of the second spheres. , And performs a logical operation based on all binary data, and outputs a logical operation result as an interference determination result.

【0096】尚、構成各部の作用は図7のフローチャー
トの対応ステップの処理と同様であるから詳細な説明は
省略する。したがって、数14、数29の論理関数を採
用することにより、球の内部領域または外部領域を用い
て対象物をモデル化でき、モデル化のために必要な球の
数を著しく低減できるとともに、十分に高いモデル化精
度を達成できる。そして、1対の対象物をモデル化して
得られた各複合球面体を構成する各球同士の共通領域の
有無を上記論理関数の値として設定でき、得られた全て
の論理関数値に基づく論理演算を行なうことにより、簡
単にかつ高精度に対象物同士の干渉の有無を判別するこ
とができる。
The operation of each component is the same as the processing of the corresponding steps of the flowchart of FIG. 7, so detailed description will be omitted. Therefore, by adopting the logical functions of equations (14) and (29), the object can be modeled by using the inner region or the outer region of the sphere, and the number of spheres required for modeling can be significantly reduced, and High modeling accuracy can be achieved. Then, the presence or absence of a common area between the spheres forming each composite spherical body obtained by modeling a pair of objects can be set as the value of the above logical function, and the logic based on all the obtained logical function values can be set. By performing the calculation, it is possible to easily and accurately determine the presence or absence of interference between the objects.

【0097】[0097]

【実施例5】図10はこの発明の対象物間の干渉判別装
置の他の実施例を示すブロック図であり、図9のブロッ
ク図と異なる点は、図1のフローチャートまたは図6の
ブロック図で得られるモデル化球よりも近似精度が低
く、かつ数が少ないモデル化球を対象物の外形をモデル
化するモデル化球として得る予備判別用球設定部21
と、一方の対象物のモデル化球と他方の対象物のモデル
化球との共通領域の有無を判別する予備判別部22と、
双方の対象物の全てのモデル化球について予備判別部2
2による判別を行なわせる予備反復制御部23と、予備
判別手段22により共通領域が存在すると判別されたモ
デル化球に対応する部分のみについて、図9のブロック
図における第1球選択部11、第2球選択部12、共通
領域有無判別部13、2値データ割り当て14、反復制
御部15、および論理和演算手段16による処理を行な
わせる選択制御部24とをさらに有している点のみであ
る。
[Embodiment 5] FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the object-to-object interference discriminating apparatus of the present invention. The difference from the block diagram of FIG. 9 is the flowchart of FIG. 1 or the block diagram of FIG. The preliminary determination sphere setting unit 21 that obtains modeled spheres having a lower approximation accuracy and a smaller number than the modeled spheres obtained in 1.
And a preliminary discriminating unit 22 for discriminating whether or not there is a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object,
Preliminary discriminator 2 for all modeled spheres of both objects
9, the preliminary repetition control unit 23 for performing the determination according to 2 and only the portion corresponding to the modeled sphere for which the common determination region 22 determines that the common region exists, the first sphere selection unit 11 in the block diagram of FIG. The only difference is that it further includes a two-ball selection unit 12, a common area presence / absence determination unit 13, a binary data allocation unit 14, an iterative control unit 15, and a selection control unit 24 for performing processing by the logical sum operation means 16. .

【0098】したがって、この実施例の場合には、比較
的精度が低いモデル化を達成するための複合球面体を作
成し、この球面体に基づいて干渉が発生する可能性があ
る領域を予め限定し、次いで、限定された領域のみにつ
いて、精度が高いモデル化を達成できる複合球面体に基
づいて干渉の有無を高精度に判別することができる。即
ち、干渉判別の高精度化と干渉判別所要時間の短縮とを
両立させることができる。
Therefore, in the case of this embodiment, a composite spherical body for achieving modeling with relatively low accuracy is created, and the region where interference may occur is limited in advance based on this spherical body. Then, with respect to only a limited area, the presence or absence of interference can be accurately determined based on the composite spherical body that can achieve highly accurate modeling. That is, it is possible to achieve both high accuracy of interference determination and reduction of the time required for interference determination.

【0099】[0099]

【実施例6】図11はこの発明の対象物間の干渉判別方
法の他の実施例を説明するフローチャートであり、図1
のフローチャートまたは図6のブロック図に基づく処理
を行なって、2つの対象物のそれぞれを高精度にモデル
化した複合球面体が得られた後の処理を説明している。
また、対象物は関節型のマニピュレータである。
[Sixth Embodiment] FIG. 11 is a flow chart for explaining another embodiment of the method for discriminating interference between objects according to the present invention.
The processing after the processing based on the flowchart of FIG. 6 or the block diagram of FIG. 6 is performed to obtain a composite spherical body that models each of two objects with high accuracy will be described.
The object is a joint type manipulator.

【0100】ステップSP1において、関節型のマニピ
ュレータの関節角および関節角速度を検出し、ステップ
SP2において、関節型のマニピュレータの関節角およ
び関節角速度に基づいて、干渉判別を行なうために必要
な時間よりも短くない所定時間経過後の関節角を算出
し、ステップSP3において、算出された関節角に基づ
いて座標変換用マトリクスを得て乗算することにより、
リンク座標系からベース座標系に変換する。その後は、
ステップSP4において、図7のフローチャートと同様
の処理を行なって、マニピュレータの将来における衝突
の予測を行なう。
In step SP1, the joint angle and the joint angular velocity of the joint type manipulator are detected, and in step SP2, the time required for performing the interference discrimination is determined based on the joint angle and the joint angular velocity of the joint type manipulator. By calculating the joint angle after a lapse of a predetermined time, which is not short, and obtaining and multiplying the coordinate conversion matrix based on the calculated joint angle in step SP3,
Convert from the link coordinate system to the base coordinate system. After that,
In step SP4, the same process as in the flowchart of FIG. 7 is performed to predict future collisions of the manipulator.

【0101】そして、衝突すると予測された場合には、
図11のフローチャートには特には示していないが、制
動動作、反転動作等を行なわせることにより衝突を未然
に回避する。したがって、この実施例によれば、マニピ
ュレータの将来の関節角を予測して、予測関節角におけ
る干渉の有無を判別することができ、オンラインでの干
渉判別を可能にできる。
When it is predicted that a collision will occur,
Although not specifically shown in the flowchart of FIG. 11, a collision is avoided by performing a braking operation, a reversing operation, and the like. Therefore, according to this embodiment, it is possible to predict the future joint angle of the manipulator and determine whether or not there is interference at the predicted joint angle, and it is possible to perform online interference determination.

【0102】尚、この実施例は関節型のマニピュレータ
について説明しているが、関節型以外のマニピュレー
タ、マニピュレータ以外の移動物にも適用できることは
もちろんである。
Although this embodiment describes a joint type manipulator, it is needless to say that it can be applied to a manipulator other than the joint type and a moving object other than the manipulator.

【0103】[0103]

【実施例7】図12はこの発明の対象物間の干渉判別装
置のさらに他の実施例を示すブロック図であり、図1の
フローチャートまたは図6のブロック図に基づく処理を
行なって、2つの対象物のそれぞれを高精度にモデル化
した複合球面体が得られた後の処理を説明している。ま
た、対象物は関節型のマニピュレータである。
[Embodiment 7] FIG. 12 is a block diagram showing still another embodiment of the object-to-object interference discriminating apparatus according to the present invention, in which processing based on the flowchart of FIG. 1 or the block diagram of FIG. The processing after the composite spherical body in which each of the objects is modeled with high accuracy is obtained is described. The object is a joint type manipulator.

【0104】関節型のマニピュレータの関節角および関
節角速度を検出する現在状態検出部31と、関節型のマ
ニピュレータの関節角および関節角速度に基づいて、干
渉判別を行なうために必要な時間よりも短くない所定時
間経過後の関節角を算出する将来状態算出部32と、算
出された関節角に基づいて座標変換用マトリクスを得て
乗算することにより、リンク座標系からベース座標系に
変換する座標変換部33とを有している。尚、座標変換
部33により座標変換が施された複合球面体が図9の装
置に供給され、マニピュレータの将来における衝突の予
測を行なう。
It is not shorter than the time required to perform the interference determination based on the current state detection unit 31 which detects the joint angle and the joint angular velocity of the joint type manipulator and the joint angle and the joint angular velocity of the joint type manipulator. A future state calculation unit 32 that calculates the joint angle after a lapse of a predetermined time, and a coordinate conversion unit that converts the link coordinate system to the base coordinate system by obtaining and multiplying the coordinate conversion matrix based on the calculated joint angle. And 33. The composite spherical body whose coordinates have been converted by the coordinate conversion unit 33 is supplied to the apparatus of FIG. 9 to predict future collisions of the manipulator.

【0105】そして、衝突すると予測された場合には、
図12のブロック図には特には示していないが、回避制
御部により制動動作、反転動作等を行なわせることによ
り衝突を未然に回避する。したがって、この実施例によ
れば、マニピュレータの将来の関節角を予測して、予測
関節角における干渉の有無を判別することができ、オン
ラインでの干渉判別を可能にできる。
When it is predicted that a collision will occur,
Although not particularly shown in the block diagram of FIG. 12, the avoidance control unit causes the braking operation, the reversing operation, and the like to avoid the collision. Therefore, according to this embodiment, it is possible to predict the future joint angle of the manipulator and determine whether or not there is interference at the predicted joint angle, and it is possible to perform online interference determination.

【0106】尚、この実施例は関節型のマニピュレータ
について説明しているが、関節型以外のマニピュレー
タ、マニピュレータ以外の移動物にも適用できることは
もちろんである。
Although this embodiment describes the articulated manipulator, it goes without saying that it can be applied to manipulators other than the articulated manipulator and moving objects other than the manipulator.

【0107】[0107]

【発明の効果】以上のように請求項1の発明は、対象物
の部分的外形に合せて球の半径を適宜設定するととも
に、球の内部または球の外部を選択することにより、従
来方法と比較して著しく少ない数の球で著しく高い精度
のモデル化を達成することができるという特有の効果を
奏する。
As described above, according to the invention of claim 1, the radius of the sphere is appropriately set according to the partial outer shape of the object, and the inside of the sphere or the outside of the sphere is selected. The unique effect is that a significantly higher number of spheres in comparison can achieve a significantly higher accuracy of modeling.

【0108】請求項2の発明は、請求項1の効果に加
え、局部的に誤差が大きくなりすぎることを防止して、
高精度のモデル化を達成できるという特有の効果を奏す
る。請求項3の発明は、対象物の部分的外形に合せて球
の半径を適宜設定するとともに、球の内部または球の外
部を選択することにより、従来方法と比較して著しく少
ない数の球で著しく高い精度のモデル化を達成すること
ができるという特有の効果を奏する。
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the error is prevented from becoming too large locally.
It has the unique effect of achieving highly accurate modeling. According to the invention of claim 3, the radius of the sphere is appropriately set according to the partial outer shape of the object, and the inside of the sphere or the outside of the sphere is selected. It has the unique effect of being able to achieve significantly higher precision modeling.

【0109】請求項4の発明は、従来方法と比較して著
しく少ない数の球で著しく高い精度で各対象物をモデル
化でき、モデル化後は、少数の球同士が共通領域を有す
るか否かの検出処理、全ての球についての検出結果に基
づく論理演算を行なうだけでよいから、全体として、簡
単に、高速に、かつ高精度に対象物同士の干渉の有無を
判別できるという特有の効果を奏する。
According to the invention of claim 4, each object can be modeled with remarkably high accuracy with a remarkably small number of spheres as compared with the conventional method, and after the modeling, whether a small number of spheres have a common region or not. Detection processing and logical operation based on the detection results for all the spheres, it is a unique effect that it is possible to easily and quickly determine the presence / absence of interference between objects as a whole. Play.

【0110】請求項5の発明は、数が少ないモデル化球
に基づいて短時間でラフに共通領域の有無を判別して、
高精度の干渉判別を行なう必要がある領域を限定できる
のであるから、その後は、限定された領域を高精度に近
似できるモデル化球に基づいて干渉判別を行なえばよ
く、ひいては、干渉判別の精度を低下させることなく、
干渉判別の所要時間を大幅に短縮できるという特有の効
果を奏する。
According to the invention of claim 5, the presence or absence of a common area is roughly determined in a short time based on a small number of modeled spheres,
Since it is possible to limit the area where high-precision interference determination is necessary, it is only necessary to perform interference determination based on a modeled sphere that can approximate the limited area with high accuracy. Without lowering
It has a unique effect that the time required for interference discrimination can be significantly shortened.

【0111】請求項6の発明は、所定時間後の位置、姿
勢が干渉を生じさせるものであるか否かを、実際に移動
物が該当する位置、姿勢になるまでの間に判別でき、ひ
いては、判別結果に基づいて必要な回避動作を行なわせ
ることにより、衝突の発生を未然に防止できるという特
有の効果を奏する。請求項7の発明は、従来方法と比較
して著しく少ない数の球で著しく高い精度で各対象物を
モデル化でき、モデル化後は、少数の球同士が共通領域
を有するか否かの検出処理、全ての球についての検出結
果に基づく論理演算を行なうだけでよいから、全体とし
て、簡単に、高速に、かつ高精度に対象物同士の干渉の
有無を判別できるという特有の効果を奏する。
According to the sixth aspect of the present invention, whether or not the position and orientation after a predetermined time cause interference can be determined before the moving object actually reaches the corresponding position and orientation. By performing the necessary avoidance operation based on the determination result, it is possible to prevent the occurrence of collision from occurring. According to the invention of claim 7, each object can be modeled with remarkably high accuracy by a remarkably small number of spheres as compared with the conventional method, and after modeling, it is detected whether or not a small number of spheres have a common area. Since it is only necessary to perform processing and logical operation based on the detection results for all spheres, there is a unique effect that the presence / absence of interference between objects can be determined easily as a whole with high accuracy and high accuracy.

【0112】請求項8の発明は、数が少ないモデル化球
に基づいて短時間でラフに共通領域の有無を判別して、
高精度の干渉判別を行なう必要がある領域を限定できる
のであるから、その後は、限定された領域を高精度に近
似できるモデル化球に基づいて干渉判別を行なえばよ
く、ひいては、干渉判別の精度を低下させることなく、
干渉判別の所要時間を大幅に短縮できるという特有の効
果を奏する。
According to the invention of claim 8, the presence or absence of a common area is roughly determined in a short time based on a small number of modeled spheres,
Since it is possible to limit the area where high-precision interference determination is necessary, it is only necessary to perform interference determination based on a modeled sphere that can approximate the limited area with high accuracy. Without lowering
It has a unique effect that the time required for interference discrimination can be significantly shortened.

【0113】請求項9の発明は、所定時間後の位置、姿
勢が干渉を生じさせるものであるか否かを、実際に移動
物が該当する位置、姿勢になるまでの間に判別でき、ひ
いては、判別結果に基づいて必要な回避動作を行なわせ
ることにより、衝突の発生を未然に防止できるという特
有の効果を奏する。
According to the ninth aspect of the present invention, whether or not the position and orientation after a predetermined time cause interference can be determined before the moving object actually reaches the corresponding position and orientation. By performing the necessary avoidance operation based on the determination result, it is possible to prevent the occurrence of collision from occurring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の対象物のモデル化方法の一実施例を
説明するフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of modeling an object according to the present invention.

【図2】多面体を構成する1つの平面と球との関係の一
例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a relationship between one plane forming a polyhedron and a sphere.

【図3】重み付き2乗和が最小になる球の選択を説明す
る概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating selection of a sphere that minimizes a weighted sum of squares.

【図4】対象物のモデル化の一例を概略的に説明する図
である。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of modeling an object.

【図5】グリッパをモデル化する具体例を説明する図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of modeling a gripper.

【図6】この発明の対象物のモデル化装置の一実施例を
示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the object modeling apparatus of the present invention.

【図7】この発明の対象物間の干渉判別方法の一実施例
を説明するフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an embodiment of the method for discriminating interference between objects of the present invention.

【図8】1対の対象物のモデル化の一例を概略的に説明
する図である。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an example of modeling a pair of objects.

【図9】この発明の対象物間の干渉判別装置の一実施例
を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of a device for discriminating interference between objects according to the present invention.

【図10】この発明の対象物間の干渉判別装置の他の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the apparatus for discriminating interference between objects according to the present invention.

【図11】この発明の対象物間の干渉判別方法の他の実
施例を説明するフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating another embodiment of the method for discriminating interference between objects according to the present invention.

【図12】この発明の対象物間の干渉判別装置のさらに
他の実施例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing still another embodiment of the apparatus for discriminating interference between objects according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 区分部 2 多面体モデル作成部 3 頂点抽出部 4 球検出部 6 第1反復制御部 9 結合演算部 11 第1球選択部 12 第2球選択部 13 共通領域有無判別部 15 反復制御部 16 論理演算部 21 予備判別用球設定部 22 予備判別部 23 予備反復制御部 24 選択制御部 31 現在状態検出部 32 将来状態算出部 33 座標変換部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 division part 2 polyhedron model creation part 3 vertex extraction part 4 sphere detection part 6 1st iteration control part 9 combination calculation part 11 1st sphere selection part 12 2nd sphere selection part 13 common area | region presence / absence determination part 15 repetition control part 16 logic Calculation unit 21 Preliminary determination sphere setting unit 22 Preliminary determination unit 23 Preliminary repetition control unit 24 Selection control unit 31 Current state detection unit 32 Future state calculation unit 33 Coordinate conversion unit

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物の外形を複数の面要素に区分し、
各面要素を多面体で近似し、多面体の一部の頂点が指定
されたことに応答して、該当する全ての頂点を該当する
側に含み、かつ対象物の外形に対する誤差が所定値以下
である球を設定し、多面体の各頂点を含む球の設定を必
要回数だけ反復し、設定された全ての球により規定され
る3次元領域同士の結合演算を行なって、対象物を複数
の球でモデル化することを特徴とする対象物のモデル化
方法。
1. The outline of an object is divided into a plurality of surface elements,
Each surface element is approximated by a polyhedron, and in response to the designation of some vertices of the polyhedron, all relevant vertices are included on the relevant side, and the error with respect to the outer shape of the object is less than or equal to a predetermined value. Set the sphere, repeat the setting of the sphere including each vertex of the polyhedron for the required number of times, perform the join operation between the three-dimensional regions defined by all the set spheres, and model the object with multiple spheres. A method for modeling an object, characterized by:
【請求項2】 指定された全ての頂点を通る球が定まら
ないことに応答して、各頂点と対応する球面上の点との
距離の重み付き2乗和が最小になる球を設定する請求項
1に記載の対象物のモデル化方法。
2. A sphere that minimizes the weighted sum of squares of the distance between each vertex and the corresponding point on the spherical surface in response to the fact that the sphere that passes through all the specified vertices is not determined. Item 1. The method of modeling an object according to item 1.
【請求項3】 対象物の外形を複数の面要素に区分する
外形区分手段(1)と、各面要素を多面体で近似する多
面体近似手段(2)と、多面体の一部の頂点を指定する
頂点指定手段(3)と、指定された全ての頂点を該当す
る側に含み、かつ対象物の外形に対する誤差が所定値以
下である球を設定する球設定手段(4)と、多面体の各
頂点を含む球の設定を必要回数だけ反復させる反復制御
手段(6)と、設定された全ての球により規定される3
次元領域同士の結合演算を行なって、対象物を複数の球
でモデル化する結合演算手段(9)とを含むことを特徴
とする対象物のモデル化装置。
3. A contour dividing means (1) for dividing the contour of an object into a plurality of surface elements, a polyhedron approximating means (2) for approximating each surface element with a polyhedron, and appointing a part of the polyhedron. Vertex designating means (3), sphere setting means (4) for setting all the designated vertices on the corresponding side and setting a sphere having an error with respect to the outer shape of the object of not more than a predetermined value, and each vertex of the polyhedron Iterative control means (6) that repeats the setting of the sphere including the number of times required, and 3 defined by all the set spheres.
A modeling device for an object, comprising: a combining operation means (9) for performing an operation of combining the dimensional regions to model the object with a plurality of spheres.
【請求項4】 請求項1または請求項2の方法により2
つの対象物をそれぞれ複数の球でモデル化し、一方の対
象物のモデル化球と他方の対象物のモデル化球との共通
領域の有無を判別し、判別結果に基づく論理演算を行な
って干渉の有無を示す判別結果を得ることを特徴とする
対象物間の干渉判別方法。
4. The method according to claim 1 or 2
Each object is modeled by multiple spheres, the existence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object is discriminated, and a logical operation is performed based on the discrimination result to determine the interference. A method for discriminating interference between objects, which is characterized by obtaining a discrimination result indicating presence or absence.
【請求項5】 請求項1または請求項2の方法で得られ
るモデル化球よりも近似精度が低く、かつ数が少ないモ
デル化球で対象物の外形をモデル化し、一方の対象物の
モデル化球と他方の対象物のモデル化球との共通領域の
有無を判別し、共通領域が存在すると判別されたモデル
化球に対応する部分のみについて、請求項1または請求
項2の方法により得られたモデル化球に基づいて、一方
の対象物のモデル化球と他方の対象物のモデル化球との
共通領域の有無を判別し、判別結果に基づく論理演算を
行なって干渉の有無を示す判別結果を得る請求項4に記
載の対象物間の干渉判別方法。
5. The contour of an object is modeled by a modeling sphere having a smaller approximation accuracy and a smaller number than the modeling sphere obtained by the method according to claim 1 or 2, and modeling of one of the objects is performed. The presence or absence of a common area between the sphere and the modeling sphere of the other object is determined, and only the portion corresponding to the modeling sphere determined to have the common area is obtained by the method according to claim 1 or 2. Based on the modeled sphere, the presence or absence of a common area between the modeled sphere of one object and the modeled sphere of the other object is determined, and a logical operation is performed based on the determination result to determine the presence or absence of interference. The method for discriminating interference between objects according to claim 4, which obtains a result.
【請求項6】 対象物の少なくとも一方が移動物である
場合に、移動物の移動速度および/または移動加速度に
基づいて所定時間経過後の位置、姿勢を算出し、算出し
た位置、姿勢に基づいて請求項4または請求項5の処理
を行なうことを特徴とする対象物間の干渉判別方法。
6. When at least one of the objects is a moving object, the position and orientation after a predetermined time has elapsed are calculated based on the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object, and based on the calculated position and orientation. A method of discriminating interference between objects, wherein the method according to claim 4 or 5 is performed.
【請求項7】 請求項3の装置によってそれぞれ複数の
球でモデル化された2つの対象物について、一方の対象
物の1のモデル化球と他方の対象物の1のモデル化球と
の共通領域の有無を判別する共通領域有無判別手段(1
1)(12)(13)と、双方の対象物の全てのモデル
化球について共通領域有無判別手段(11)(12)
(13)による判別を行なわせる反復制御手段(15)
と、共通領域有無判別手段(11)(12)(13)に
より得られた全ての判別結果に基づく論理演算を行なっ
て干渉の有無を示す判別結果として出力する論理演算手
段(16)とを含むことを特徴とする対象物間の干渉判
別装置。
7. With respect to two objects each modeled by a plurality of spheres by the apparatus of claim 3, one modeling sphere of one object and one modeling sphere of the other object are common. Common area presence / absence determining means (1) for determining the presence or absence of an area
1) (12) (13) and common area presence / absence determining means (11) (12) for all modeled spheres of both objects
Iterative control means (15) for performing the discrimination according to (13)
And a logical operation means (16) for performing a logical operation based on all the determination results obtained by the common area presence / absence determining means (11) (12) (13) and outputting as a determination result indicating the presence or absence of interference. An interference determination device between objects, which is characterized in that
【請求項8】 請求項3の装置で得られるモデル化球よ
りも近似精度が低く、かつ数が少ないモデル化球を対象
物の外形をモデル化するモデル化球として得る予備判別
用球設定手段(21)と、一方の対象物のモデル化球と
他方の対象物のモデル化球との共通領域の有無を判別す
る予備判別手段(22)と、双方の対象物の全てのモデ
ル化球について予備判別手段(22)による判別を行な
わせる予備反復制御手段(23)と、予備判別手段(2
2)により共通領域が存在すると判別されたモデル化球
に対応する部分のみについて、共通領域有無判別手段
(11)(12)(13)、反復制御手段(15)、お
よび論理演算手段(16)による処理を行なわせる選択
制御手段(24)とをさらに含む請求項7に記載の対象
物間の干渉判別装置。
8. Preliminary discrimination sphere setting means for obtaining a modeling sphere having a lower approximation accuracy and a smaller number than the modeling sphere obtained by the apparatus according to claim 3 as a modeling sphere for modeling the outer shape of an object. (21), preliminary discrimination means (22) for discriminating the presence or absence of a common area between the modeling sphere of one object and the modeling sphere of the other object, and all modeling spheres of both objects Preliminary repetition control means (23) for performing the discrimination by the preliminary discrimination means (22) and the preliminary discrimination means (2
The common area presence / absence determining means (11), (12) and (13), the repetitive control means (15), and the logical operation means (16) only for the portion corresponding to the modeled sphere determined to have the common area by 2). 8. The apparatus for discriminating interference between objects according to claim 7, further comprising a selection control means (24) for performing processing according to.
【請求項9】 対象物の少なくとも一方が移動物である
場合に、移動物の移動速度および/または移動加速度に
基づいて所定時間経過後の位置、姿勢を算出する位置・
姿勢算出手段(31)(32)と、算出した位置、姿勢
を干渉判別の対象となる位置、姿勢として設定する対象
状態設定手段(33)とをさらに含む請求項7または請
求項8に記載の対象物間の干渉判別装置。
9. A position / position for calculating a position and orientation after a predetermined time has elapsed, based on the moving speed and / or the moving acceleration of the moving object when at least one of the objects is a moving object.
9. The posture calculation means (31) (32) according to claim 7, further comprising: a target position setting means (33) for setting the calculated position and posture as a position and a posture which are targets of interference discrimination. Interference discrimination device between objects.
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Cited By (5)

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