JPH06259126A - ロボット動作のシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ある作業に不可欠な自由度以上の自由度を有し
ているロボットに対して最適な教示を行なえるようにす
ること。 【構成】教示データ入力部２６からロボットの作業に関
する教示データが入力されると、目標軌跡演算部３０に
よって目標軌跡が算出される。関節角速度演算部３２は
この目標軌跡と最適化条件入力部２８から入力された最
適化条件とに基づいて、その目標軌跡を最適化条件を満
足させる各軸の関節角速度を演算する。この関節角速度
は変位量演算部３４において指定時刻ごとの変位量に換
算され、ティーチデータ作成部３６からティーチデータ
が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば、６軸のロボ
ットを用いて５自由度しか必要としない作業を行なわせ
る場合に、そのロボットに最適なティーチデータを作成
することができるシュミレーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在では製品の製造や組み立てにロボッ
トは必要不可欠なものとなっている。一般的には、ロボ
ットにある動作を行なわせようとするには、その動作を
ロボットに教えこませる教示作業が必要となる。この教
示作業は作業端の通過軌跡やその速度などをペンダント
を用いて指定する作業であり、ロボットが設置されてい
る現場において直に行なうものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の教示作業において、例えば５軸のロボットで
も可能な車体のアーク溶接や防水のためのシーリング材
を塗布する作業を６軸のロボットで行なわせようとした
場合には、その作業の教示は６軸の全てに対して行なう
必要がある。つまり、ガンやノズルの向きがどのように
なっていても一向に構わないような動きを教示する場合
であっても、このガンやノズルの向きを教示する必要が
ある。このように５自由度の動きで十分な作業を６自由
度の動きが可能なロボットに教示する場合には、その余
分な自由度を受け持つ軸に教示した動作が果たして最適
かどうかを判断することが非常に困難であり、実際にロ
ボットを動かしてみて不具合な動きを思考錯誤を繰り返
しながら修正する必要がある。

【０００４】これでは、ロボットに最適な動作を教示す
るのに非常に時間が掛かるばかりではなく、作業者の感
に頼る部分が多いことからその修正は熟練者によらなけ
ればならないなどの種々の問題がある。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
て成されたものであり、ある作業に不可欠な自由度以上
の自由度を有しているロボットに対して最適な教示を行
なうことのできるロボット動作のシュミレーション装置
の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ロボットのアーム作業端の移動に関する教
示データを入力する教示データ入力手段と、当該アーム
作業端の移動に関する最適化条件を入力する最適化条件
入力手段と、前記教示データ入力手段から入力された教
示データ及び当該最適化条件入力手段から入力された最
適化条件に基づいて、当該教示データを当該最適化条件
を満足するティーチデータに改変して出力するティーチ
データ演算手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】このように構成した本発明は次のように動作す
ることになる。

【０００８】教示データ入力手段からはロボットのアー
ム作業端の移動に関する教示データが入力される。ま
た、最適化条件入力手段からはロボットのアームの作業
端の移動に関する最適化条件が入力される。この最適化
の一例としては、消費電力を最少にするものやサイクル
タイムを短くするものなどが例示できる。

【０００９】ティーチデータ演算手段は、この教示デー
タ入力手段及び最適化条件入力手段からそれぞれ入力さ
れた教示データ及び最適化条件に基づいて、その教示デ
ータを最適化条件が満足されるように改変し、その改変
したものをティーチデータとして出力する。

【００１０】従って、得られるデータは余分な自由度を
受け持つ軸の動きの最適化が加味されたものであるの
で、そのティーチデータをロボットに入力することのみ
によって即座に最適な動作をさせることが可能となり、
後の修正作業が必要となったとしても非常に簡単な作業
で済むようになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明にかかるロボット操作のシミュ
レーション装置及びそのシミュレーションの対象となる
ロボットの全体構成を示した図である。

【００１２】図示しない基台部に取り付けられた台座１
０には矢印Ｊ１方向に旋回自在に旋回台１１が設けら
れ、この旋回台１１にはロボット軸１２が矢印Ｊ２の方
向に揺動自在に装着されている。そして、このロボット
軸１２には、ロボット軸１３が矢印Ｊ３で示される方向
に揺動自在かつ矢印Ｊ４で示される方向に回転自在に装
着されている。このロボット軸１３の先端には、サーボ
ガンつまり溶接ガン１４が矢印Ｊ５で示される方向に揺
動自在かつ矢印Ｊ６方向に回転自在に取り付けられてい
る。従って、図示するロボットＲは合計６軸の機能を有
している。これら６軸の動作の制御はティーチデータ演
算手段であるロボット制御装置２０によって行なわれ
る。

【００１３】また、このロボット制御装置２０には教示
データ入力手段及び最適化条件入力手段として機能する
ペンダント２５が接続されているが、このペンダント２
５からは教示データ及び最適化条件が入力されることに
なる。ロボット制御装置２０は、このペンダント２５か
ら入力された教示データを、同様にして入力された最適
化条件に基づいて改変し、その改変されたデータをティ
ーチデータとして出力する機能も有している。

【００１４】図２は、図１のロボット制御装置２０及び
ペンダント２５において本発明に関連する部分の具体的
な構成を示すブロック図である。ペンダント２５は、教
示データ入力部２６と最適条件入力部２８とで構成され
る。

【００１５】教示データ入力部２６はロボットの作業に
関する教示データを入力する部分である。最適化条件入
力部２８は、ロボットを最適な条件で動作させるための
条件，例えば、消費電力を最少にする指定や、サイクル
タイムを最短にする指定などを行なう部分である。

【００１６】ロボット制御装置２０は、目標軌跡演算部
３０，関節角度演算部３２，変位量演算部３４及びティ
ーチデータ作成部３６から構成される。

【００１７】目標軌跡演算部３０は、教示データ入力部
２６から出力された教示データ，具体的には作業端の位
置決め位置，姿勢，移動速度に基づいて目標軌跡を演算
する部分である。関節速度演算部３２は、目標軌跡演算
部３０による演算結果である目標軌跡と、最適化条件入
力部２８から出力された最適化条件，たとえば消費電力
最少の条件とに基づいて、この目標軌跡を満足しながら
かつ与えられた最適化条件をできるだけ満足できるよう
な関節角の速度を演算する部分である。変位量演算部３
４は、関節角速度演算部３２によって演算された関節角
の速度に基づいて、関節角の変位量を演算する部分であ
る。ティーチデータ作成部３６では、変位量演算部３４
によって演算された変位量をティーチデータとして出力
する部分である。

【００１８】本発明のシュミレーション装置は以上のよ
うな構成を有しているが、次にこの装置の動作を図３の
フローチャートに基づいて詳細に説明する。

【００１９】目標軌跡演算部３０は、教示データ入力部
２６から教示データとして出力される，作業端の位置，
姿勢，移動速度を入力する。具体的には、それぞれの作
業部位に対して、位置としてＰというベクトル量，姿勢
としてｎというベクトル量を入力することになる（Ｓ
１）。また、関節角速度演算部３２は、最適化条件入力
部２８から最適化条件として出力される，消費電力最
少，サイクルタイム最短等を入力する（Ｓ２）。以上の
入力が完了したならば（Ｓ３）、目標軌跡演算部３０
は、入力されたそれぞれの作業部位の位置から目標とす
る作業端の軌跡を演算する（Ｓ４）。

【００２０】次に、関節角速度演算部３２は、この目標
軌跡演算部３０によって算出された目標軌跡と、最適化
条件入力部２８からの最適化条件とに基づいて、最適化
条件を満たす関節角速度を演算する。具体的には次のよ
うな演算を行うことになる。前提としてロボットの自由
度がｎ，関節角変数をθi （i ＝１，２，…，ｎ）アー
ム先端の姿勢を表すベクトルをベクトルｒ＝［r1,r2,
…,rn ］とする。

【００２１】このロボットに対しては、第１サブタスク
がｍ1 次元作業変数ベクトルｙ1 に対する目標軌道ベク
トルｙ1d（ｔ）（０≦ｔ≦ｔf ）の形で与えられるもの
とする。なお、この目標軌道ベクトルｙ1d（ｔ）は、教
示データ入力部２６によって指定した位置ベクトル（Ｐ
1 〜Ｐn ），姿勢ベクトル（ｎ1 〜ｎn ）及び指定され
た線速度によって計算される。

【００２２】ここで、ベクトルｙ1 はベクトルｒの関数
として、ベクトルｙ1 ＝ベクトルｆ1 （ｒ）で与えられ
る。

【００２３】また、第２サブタスクとして評価関数Ｐ＝
Ｖ（ベクトルｒ）の値をなるべく小さくするという形で
与える。ここで、ベクトルｙ1 ＝ベクトルｙ1dをできる
限り遂行しながら残った自由度で第２サブタスクを実行
するように関節速度を求める。

【００２４】ｙ1 ＝ｆ1 （ｒ）より

【００２５】

【数１】

【００２６】第１作業変数の目標軌道が与えられた場合
には、ベクトルＪ1 の疑似逆行列ベクトルＪ1 ^＊を用い
てベクトルθは次のように書ける。

【００２７】

【数２】

【００２８】ここで、評価関数Ｐ＝Ｖ（ベクトルｒ）の
Ｐを最大にするように上式のベクトルＫを求める。その
１つの方法としては、 ベクトルＫ1 ＝ベクトルαＫp （Ｋp は適当な正の定
数） ベクトルα＝［α1 ，α2 ，…，αn ］^ｔ

【００２９】

【数３】

【００３０】を定めると良い。

【００３１】以上の

【００３２】

【数４】

【００３３】から、目標関節速度ベクトルｑd を求める
とその解が各時刻における瞬時最適解となる。

【００３４】一例として、Ｖ（θ）≦１／消費電力，と
定義すれば、消費電力が最少となるような関節角速度が
演算できることになる（Ｓ５）。そして、変位量演算部
３４は、この求められた関節角速度に基づいて指定時刻
における各関節の変位θを演算する（Ｓ６）。そして最
後に、ティーチデータ作成部においてこの変位量による
ティーチデータを作成して外部に出力する（Ｓ７）。

【００３５】以上のように、各軸の動きは最適化条件を
満足するような動きとされるので、冗長となっている自
由度の動きが最適化され、教示作業が非常に簡単にな
る。具体的には、６軸ロボットにおいて２あるいは３自
由度しか必要としない作業を行なわせるような場合で
も、作業位置，姿勢，移動速度を教示しさえすれば、そ
の作業に不必要な軸は固定のまま作業をしたり、また、
動かす場合でも必要最少限の動きに止どめる（これは最
適化の入力条件によって異なる）ような動きをするティ
ーチデータを自動的に作成してくれる。したがって、作
業者の熟練や感に頼る教示作業やパターン修正作業を行
なう必要がなくなることになる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、教示
データを、要求する最適化の条件に合わせて改変するよ
うにしたので、最適なティーチデータを得ることがで
き、ロボットに最適の動作をさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるロボット動作のシミュレーショ
ン装置の概略構成図である。

【図２】本発明にかかるロボット動作のシミュレーショ
ン装置の制御系のブロック図である。

【図３】図２に示した装置の動作フローチャートであ
る。

【符号の説明】

Ｒ…ロボット ２０…ロボット制御装置（ティーチデータ演算手段） ２５…ペンダント（教示データ入力手段，最適化条件入
力手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットのアーム作業端の移動に関する教
   示データを入力する教示データ入力手段と、 当該アーム作業端の移動に関する最適化条件を入力する
   最適化条件入力手段と、 前記教示データ入力手段から入力された教示データ及び
   当該最適化条件入力手段から入力された最適化条件に基
   づいて、当該教示データを当該最適化条件を満足するテ
   ィーチデータに改変して出力するティーチデータ演算手
   段とを有することを特徴とするロボット動作のシュミレ
   ーション装置。