JPH08137531A - ロボット制御ソフトウェアの動作試験装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボット制御のソフトウェア開発においてデ
バック時の暴走等による障害要因に対して安全なソフト
ウェア動作検証を実現できるロボット制御ソフトウェア
の動作試験装置及び方法を提供する。 【構成】 装置Ａは、試験対象であるロボットと等価な
モータ５を用い動作角度を目視できる１次動作確認系の
機構部１、ロボットの位置姿勢をグラフィック表示して
リンク間の干渉チェック等が可能な２次動作確認系のモ
ニタ部２、及びロボットコントローラ３によって構成さ
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットを制御するソ
フトウェアの動作検証を安全に、しかもロボット本体を
用いた動作検証系と同等な試験環境にて行うことができ
るようにしたロボット制御ソフトウェアの動作試験装置
及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを制御するソフトウェアの動作
試験には、従来、試験対象であるプログラムをロボット
コントローラのメモリに読み込んで、実際に制御対象で
あるロボット本体を作動させて行う方法、或はシミュレ
ータを用いて制御対象であるロボット本体の機構モデル
を計算機にてグラフィック表示し、これを模擬動作させ
て行う方法などが採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来例
のロボット制御ソフトウェアの動作試験方法によれば、
以下の問題点がある。実際にロボット本体を作動させる
前記試験方法では、内在するソフトウェアのバグによっ
てロボット本体を異常に作動させて、ロボットアームな
どに損傷が生じることがある。よって、ソフトウェアの
試験段階におけるロボットの損傷を防止するために、リ
ミットスイッチやメカニカルストッパ等でロボットアー
ムに物理的な動作限界を設けることにより対処している
が、ロボットの損傷を完全に防止できないという問題が
ある。

【０００４】これに対して、計算機上でロボット本体の
動作をシミュレーションする前記試験方法では、その段
階でロボットが損傷することはないが、シミュレータの
プログラムソフト自体にバグが内在する可能性もある。
したがって、ロボット制御ソフトウェアのデバックを十
分にできるとはいえず、実際にロボットコントローラの
メモリにプログラムを組み込んでロボット本体を作動さ
せると、ロボットアームなどが相互干渉などの異常な動
作をして、ロボット本体に損傷を生じるという問題が残
っている。

【０００５】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、ロボッ
ト自体に損傷を与える、ロボット制御ソフトウェアのバ
グによる暴走等の動作を防止して、安全にソフトウェア
の動作検証ができるロボット制御ソフトウェアの動作試
験装置及び方法を提供せんとするものである。本発明の
第２の目的は、実際にロボット自体を動作させて検証す
る場合と同様にソフトウェアの動作検証が正確にできる
ロボット制御ソフトウェアの動作試験装置及び方法を提
供せんとするものである。本発明のその他の目的は、明
細書、図面、特に特許請求の範囲の記載から自ずと明ら
かとなろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した課題の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を
採用することにより前記目的が達成される。すなわち、
本発明装置の第１の特徴は、機構部と、ロボット制御ソ
フトウェアのプログラムに基づいて作動して制御信号を
出力するロボットコントローラとを備え、前記機構部
は、制御対象であるロボット本体の動作部の各モータと
同様な特性のモータ群からなる駆動手段と、当該駆動手
段の各モータ回転軸の回転に伴ってその回転角を表示す
る動作角度表示手段と、前記駆動手段のモータ毎に回転
角のデータをロボットコントローラへ出力する位置検出
手段とからなるロボット制御ソフトウェアの動作試験装
置にある。

【０００７】本発明装置の第２の特徴は、機構部と、モ
ニタ部と、試験対象であるロボット制御ソフトウェアの
プログラムに基づいて制御信号を出力するロボットコン
トローラとを備え、前記機構部は、制御対象であるロボ
ット本体の動作部の各モータと同様な特性のモータ群か
らなる駆動手段と、当該駆動手段の各モータ回転軸の回
転に伴ってその回転角を表示する動作角度表示手段と、
前記駆動手段のモータ毎に回転角のデータをロボットコ
ントローラへ出力する位置検出手段とからなり、前記モ
ニタ部は、予め計算機上でロボット本体の機構データに
よりロボット機構モデルを構築し、当該ロボット機構モ
デルを前記機構部における位置検出手段の出力値に対応
させて、ロボット本体の位置姿勢動作をシミュレーショ
ンする処理装置と、前記処理装置の結果をグラフィック
表示する姿勢表示装置とからなるロボット制御ソフトウ
ェアの動作試験装置にある。

【０００８】本発明装置の第３の特徴は、本発明装置の
第２の特徴における前記モニタ部が、ロボット機構モデ
ルによるシミュレーション動作にて、制御対象であるロ
ボット本体のリンク間の衝突を検出する衝突検出手段
と、当該衝突による障害要因及び障害の警告を表示する
障害警告表示手段とを備えてなるロボット制御ソフトウ
ェアの動作試験装置にある。

【０００９】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第２又は第３の特徴における前記モニタ部が、ロボ
ット機構モデルによるシミュレーション動作の際、制御
対象であるロボット本体の各リンクの座標データを数値
表示する数値表示手段を備えてなるロボット制御ソフト
ウェアの動作試験装置にある。

【００１０】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第２、第３又は第４の特徴における前記モニタ部の
処理装置が、前記ロボットコントローラにオンラインで
接続されてなるロボット制御ソフトウェアの動作試験装
置にある。

【００１１】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第２、第３、第４又は第５の特徴における前記モニ
タ部の姿勢表示装置が、ロボット機構モデルのグラフィ
ックを任意の視点方向から表示する視点移動手段を有し
てなるロボット制御ソフトウェアの動作試験装置にあ
る。

【００１２】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける前記機構部の駆動手段の各モータ軸が、モータ回転
に負荷を与える慣性質量を可変調整できる負荷制御機を
設けてなるロボット制御ソフトウェアの動作試験装置に
ある。

【００１３】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の特
徴における前記機構部の駆動手段の各モータが、所定の
間隔で同一パネル上に配置されてなるロボット制御ソフ
トウェアの動作試験装置にある。

【００１４】本発明方法の第１の特徴は、試験対象であ
るロボット制御ソフトウェアのプログラムをロボットコ
ントローラのメモリに読み込ませて、ロボット本体と同
様の制御特性を有する駆動手段からなる機構系を作動さ
せ、動作角度表示手段にて駆動手段の動作角度を表示さ
せてなるロボット制御ソフトウェアの動作試験方法にあ
る。

【００１５】本発明方法の第２の特徴は、試験対象であ
るロボット制御ソフトウェアのプログラムをロボットコ
ントローラのメモリに読み込ませて、ロボット本体と同
様の制御特性を有する駆動手段からなる機構系を作動さ
せ、動作角度表示手段にて駆動手段の動作角度を表示さ
せる第１処理手順と、予め計算機上でロボット本体の機
構データによりロボット機構モデルを構築し、当該ロボ
ット機構モデルを前記機構部における位置検出手段の出
力値に基づいてシミュレーション動作させて、かかるシ
ュミレーションをコンピュータグラフィックでモニタ画
面に表示させる第２処理手順とを、同時並行処理してな
るロボット制御ソフトウェアの動作試験方法にある。

【００１６】

【作用】本発明は、前記のような手段及び手法を講じて
いるので、以下の作用をなす。すなわち、本発明の主要
構成の一つである機構部は、制御対象であるロボット動
作部の各モータと同様な特性のモータ群からなる駆動手
段を有し、動作角度表示手段にてモータの回転角が表示
される。これにより、試験対象であるソフトウェアが駆
動手段の各モータの動作を正常に制御しているかを目視
で確認でき、ロボット本体の暴走などによる高速異常動
作の１次評価が容易にできる。

【００１７】また、本発明の主要構成の一つであるモニ
タ部は、ロボットコントローラが読み取る機構部の位置
検出手段の出力値、ロボット本体のリンクパラメータ等
から、ロボット本体の位置及び姿勢のソフトウェアシミ
ュレーションを行う。これにより、ロボット本体のリン
ク間の干渉などの２次動作確認が容易にでき、また、ロ
ボットアームの手先の位置姿勢データから目標軌道に対
する追従性の把握が可能となる。

【００１８】詳しくは、本発明装置の第３の特徴におけ
る手段を活用することによりソフトウェアのバク取りが
容易となり、同・第４の特徴によりロボット本体のリン
ク動作をグラフィックと数値とで視覚的に確認できるの
で、ソフトウェアの動作検証を容易とし、同・第５の特
徴によりデバック効果等の向上を計ることが出来、ロボ
ット本体を用いた動作検証系と同等な試験環境が実現出
来、同・第６の特徴によりロボット機構モデルのグラフ
ィック表示姿勢を任意に取ることが出来るので、ロボッ
ト本体のリンク間の衝突余裕などを容易に確認すること
が出来る。

【００１９】さらに、同・第７の特徴における負荷制御
機により、ロボット本体の静負荷に対する関節サーボゲ
イン調節等をシミュレーションすることが出来、同・第
８の特徴により機構部の動作を一目瞭然に確認すること
ができる。また、本発明方法の第１の特徴により、試験
方法を実行してソフトウェアの動作検証をした後に、計
算機上でロボット本体の動作をシミュレーションする従
来の試験方法を実行すれば、従来発見が困難であったシ
ミュレータ自体のバクでも発見が容易になる。

【００２０】

【実施例】

（装置例）以下、添付図面を参照し、本発明をその装置
例に基づいて、より詳細に説明する。図１は装置例の構
成を示し、図２及び図３は同装置例の機構部を示してい
る。

【００２１】図中、Ａはロボット制御ソフトウェアの動
作試験装置、１は機構部、２はモニタ部、３はロボット
コントローラ、４はエンコーダ、５はモータ、６は減速
機、７は負荷制御機、８は動作角度検出器、９は動作角
度表示器、１０は通信装置、１１は処理装置、１２は姿
勢表示装置、１３はモータ回転軸、１４は減速機出力
軸、１５は平面パネル、１６はモータアセンブリであ
る。

【００２２】ロボット制御ソフトウェアの動作試験装置
は、図１に示すように、ロボットの１次動作確認系の機
構部１、ロボットの位置姿勢等の２次動作確認系のモニ
タ部２、及びロボットコントローラ３によって構成され
ている。

【００２３】機構部１は、ロボットコントローラ３に対
してロボット本体と同一な制御特性のモータ５及びエン
コーダ４の集合体として認識される必要があるので、１
動作軸の構成（図２参照）を同一の平面パネル１５上に
６軸分設けることとした（図３参照）。

【００２４】１動作軸の構成例としては、図２に示すよ
うに、平面パネル１５の裏面にモータ５及びエンコーダ
４を一体に結合した構造のモータアセンブリ１６が固定
され、モータアセンブリ１６から平面パネル１５の表面
に向けて突出させたモータ回転軸１３には減速器６及び
負荷制御機７が取り付けられている。そして、減速器６
から平面パネル１５の表面側に突出させた減速器６の出
力軸１４には動作角度検出器８の指針が取り付けられ、
かかる指針の目盛りには動作角度表示器９の角度表示板
が設けられている。

【００２５】モータ５は、機構部１の駆動手段を構成
し、制御対象であるロボット本体の動作部のモータと同
様な機械−電気特性を有する。エンコーダ４は、モータ
５の回転角のデータをロボットコントローラ３へ出力す
る位置検出手段として機能する。

【００２６】減速器６は、ウォームホイール、ハーモニ
ックドライブ等から構成され、モータ５の速度を調整す
る動作速度調整手段として機能する。かかる減速器６に
よりロボット本体の動作速度に合わせたシミュレーショ
ンが可能となる。負荷制御機７は、モータ５に一定に与
える慣性質量を調整でき、ロボット本体の静負荷に対す
る関節サーボゲイン調節等をシミュレーションする働き
をする。

【００２７】動作角度検出器８及び動作角度表示器９
は、モータ５の回転軸の回転に伴ってその回転角を表示
する動作角度表示手段として機能する。これにより各モ
ータ５が正常に動作しているか否かを目視により容易に
確認することができる。なお、本装置例の動作角度表示
手段では、減速器６の出力軸１４を回転軸として作動す
る指針の動作角度検出器８と、角度表示板の動作角度表
示器９とによりアナログ表示する構成にしたが、これに
本発明を限定するものではなく、デジタル表示する構成
にしてもよい。

【００２８】モニタ部２は、処理装置１１、姿勢表示装
置１２、通信装置１０とからなる。処理装置１１は、予
め計算機上でロボット本体の機構データによりロボット
機構モデルを構築し、ロボット機構モデルをエンコーダ
４の出力値に対応させて、ロボット本体の位置姿勢動作
のシミュレーションを行う働きをする。

【００２９】姿勢表示装置１２は、処理装置１１の結果
をグラフィック表示する働きをするモニタ画面と、ロボ
ットアームのリンク間の干渉チェック等が簡易にしかも
正確にできる操作機能とを備えている。通信装置１０
は、ロボットコントローラ３を介して読み込んだエンコ
ーダ４の出力値を処理装置１１に送出する働きをする。

【００３０】また、図を省略したが、モニタ部２には、
ロボット機構モデルによるシミュレーション動作にて、
制御対象であるロボット本体のリンク間の衝突を検出す
る衝突検出手段と、当該衝突による障害要因及び障害の
警告を表示する障害警告表示手段とを備えている。これ
らにより、重大なソフトウェアのバクが容易に発見で
き、デバックが効率的に行えるようになる。

【００３１】ロボットコントローラ３は、試験対象であ
るロボット制御のソフトウェアをメモリに読み込んで作
動し、機構部１及びモニタ部２に制御信号を出力すると
ともに、シミュレーションに必要なデータを送受する。

【００３２】本装置例では、処理装置１１がロボットコ
ントローラ３にオフラインで接続され、機構部１のモー
タ５等の動作データファイルの読込み機能、モータ５の
動作時と同一時間軸でロボット機構モデルのグラフィッ
クを表示する機能、ロボットアームの手先の位置姿勢デ
ータを数値で表示する数値表示機能、グラフィック表示
視点の設定変更を行う視点移動機能、シミュレーション
動作表示の記録・再生等の操作がモニタ画面上で簡易に
できる操作機能等が設けられ、マンマシンインタフェー
スの向上が図られている。

【００３３】なお、モニタ部２の処理装置１１には、ロ
ボットコントローラ３にオンラインで接続するオンライ
ン機能を追加しても良い。これにより、ロボット本体を
用いた動作検証系と同等な試験環境の下で、効率的にデ
バックが可能となる。

【００３４】以上説明した装置例では、機構部１、モニ
タ部２、ロボットコントローラ３を備えた構成にした
が、計算機上でロボット本体の動作をシミュレーション
する従来の試験方法を併用する場合には機構部１、ロボ
ットコントローラ３を備えた構成にしても良い。これに
より、従来発見が困難であったシミュレータ自体のバク
を容易に発見することが可能となる。

【００３５】（方法例）次に、当該本装置例に適用する
本発明の方法例を示すロボット制御ソフトウェアの動作
試験方法について説明する。まず、試験対象であるロボ
ット制御ソフトウェアのプログラムをロボットコントロ
ーラ３のメモリに読み込ませて装置Ａを作動させる。か
かるフログラムに基づいて、ロボットコントローラ３
は、機構部１のモータ５を正確に作動させて回転軸１３
を回転させてる。そして、動作角度検出器８及び動作角
度表示器９からなる動作角度表示手段にて、モータ５の
回転角の値が表示され、これを視認することにより、ロ
ボット本体の暴走等による高速異常動作の１次動作確認
を行う（第１処理手順）。

【００３６】次にモニタ部２にて、ロボット動作のシミ
ュレーションを行う。これは、処理装置１１の計算機上
で、予めロボット本体の機構データによりロボット機構
モデルをグラフィックで構築し、機構部１のエンコーダ
４の出力値に基づいてロボット機構モデルをシミュレー
ション動作させる。そして、かかるシミュレーション動
作にて、ロボット本体のリンク間の衝突や衝突余裕など
の２次動作を確認にする（第２処理手順）。なお、モニ
タ部２では、ロボットアームの手先の位置姿勢データか
ら目標軌道に対する追従性をも確認することができる。
前記第１処理手順と当該第２処理手順は同時並行処理し
て実行される。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の装置及び方
法によれば、ロボット本体の駆動手段以外はソフトウェ
ア上でシミュレーションするので、ロボット制御のソフ
トウェア開発においてデバック時の暴走等によるロボッ
ト障害要因に対して安全なソフトウェア動作検証を実現
できるという効果を奏する。また、実際にロボット自体
を動作させて検証する場合と同様にソフトウェアの動作
検証が正確にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例であるロボット制御ソフトウェ
アの動作試験装置の構成を示すブロック図である。

【図２】同装置の機構部の構成を示す一部側面図であ
る。

【図３】同装置の機構部の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１…機構部 ２…モニタ部 ３…ロボットコントローラ ４…エンコーダ ５…モータ ６…減速器 ７…負荷制御機 ８…動作角度検出器 ９…動作角度表示器 １０…通信装置 １１…処理装置 １２…姿勢表示装置 １３…モータ回転軸 １４…減速器出力軸 １５…平面パネル １６…モータアセンブリ Ａ…ロボット制御ソフトウェアの動作試験装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三ッ矢 英司 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機構部と、ロボット制御ソフトウェアのプ
   ログラムに基づいて作動して制御信号を出力するロボッ
   トコントローラとを備え、 前記機構部は、 制御対象であるロボット本体の動作部の各モータと同様
   な特性のモータ群からなる駆動手段と、 当該駆動手段の各モータ回転軸の回転に伴ってその回転
   角を表示する動作角度表示手段と、 前記駆動手段のモータ毎に回転角のデータをロボットコ
   ントローラへ出力する位置検出手段とからなる、 ことを特徴とするロボット制御ソフトウェアの動作試験
   装置。
2. 【請求項２】機構部と、モニタ部と、試験対象であるロ
   ボット制御ソフトウェアのプログラムに基づいて制御信
   号を出力するロボットコントローラとを備え、 前記機構部は、 制御対象であるロボット本体の動作部の各モータと同様
   な特性のモータ群からなる駆動手段と、 当該駆動手段の各モータ回転軸の回転に伴ってその回転
   角を表示する動作角度表示手段と、 前記駆動手段のモータ毎に回転角のデータをロボットコ
   ントローラへ出力する位置検出手段とからなり、 前記モニタ部は、 予め計算機上でロボット本体の機構データによりロボッ
   ト機構モデルを構築し、当該ロボット機構モデルを前記
   機構部における位置検出手段の出力値に対応させて、ロ
   ボット本体の位置姿勢動作をシミュレーションする処理
   装置と、 前記処理装置の結果をグラフィック表示する姿勢表示装
   置とからなる、 ことを特徴とするロボット制御ソフトウェアの動作試験
   装置。
3. 【請求項３】前記モニタ部は、 ロボット機構モデルによるシミュレーション動作にて、
   制御対象であるロボット本体のリンク間の衝突を検出す
   る衝突検出手段と、 当該衝突による障害要因及び障害の警告を表示する障害
   警告表示手段とを備えた、 ことを特徴とする、請求項２に記載のロボット制御ソフ
   トウェアの動作試験装置。
4. 【請求項４】前記モニタ部は、 ロボット機構モデルによるシミュレーション動作の際、
   制御対象であるロボット本体の各リンクの座標データを
   数値表示する数値表示手段を備えた、 ことを特徴とする、請求項２又は３に記載のロボット制
   御ソフトウェアの動作試験装置。
5. 【請求項５】前記モニタ部における処理装置は、 前記ロボットコントローラにオンラインで接続された、 ことを特徴とする、請求項２、３又は４に記載のロボッ
   ト制御ソフトウェアの動作試験装置。
6. 【請求項６】前記モニタ部における姿勢表示装置は、 ロボット機構モデルのグラフィックを任意の視点方向か
   ら表示する視点移動手段を有する、 ことを特徴とする、請求項２、３、４又は５に記載のロ
   ボット制御ソフトウェアの動作試験装置。
7. 【請求項７】前記機構部における駆動手段の各モータ軸
   は、 モータ回転に負荷を与える慣性質量を可変調整できる負
   荷制御機を設けた、 ことを特徴とする、請求項１、２、３、４、５又は６に
   記載のロボット制御ソフトウェアの動作試験装置。
8. 【請求項８】前記機構部における駆動手段の各モータ
   は、 所定の間隔で同一パネル上に配置された、 ことを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６又は
   ７に記載のロボット制御ソフトウェアの動作試験装置。
9. 【請求項９】試験対象であるロボット制御ソフトウェア
   のプログラムをロボットコントローラのメモリに読み込
   ませて、 ロボット本体と同様の制御特性を有する駆動手段からな
   る機構系を作動させ、 動作角度表示手段にて当該駆動手段の動作角度を表示さ
   せる、 ことを特徴とするロボット制御ソフトウェアの動作試験
   方法。
10. 【請求項１０】試験対象であるロボット制御ソフトウェ
    アのプログラムをロボットコントローラのメモリに読み
    込ませて、ロボット本体と同様の制御特性を有する駆動
    手段からなる機構系を作動させ、動作角度表示手段にて
    駆動手段の動作角度を表示させる第１処理手順と、 予め計算機上でロボット本体の機構データによりロボッ
    ト機構モデルを構築し、当該ロボット機構モデルを前記
    機構部における位置検出手段の出力値に基づいてシミュ
    レーション動作させて、かかるシュミレーションをコン
    ピュータグラフィックでモニタ画面に表示させる第２処
    理手順とを、 同時並行処理する、 ことを特徴とするロボット制御ソフトウェアの動作試験
    方法。