JPS61250707A - ロボツトシミユレ−シヨンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、複雑な環境下で作業するロボットの動作を
オフラインでプログラミングするためのロボットシミュ
レーションシステムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置としては、第７図に示すものかあつ
九。図において１は画像データを生成するとともにロボ
ットの動作に応じて画像データを更新していく（第１の
）演算処理装置（ＭＰＵ）　、２は１ｉｉｉ像データを
格納するとともにＭＰＵ１で行う演算に必要な作業領域
となる（第１の）記憶装置（ＲＡＭ）、ｓはＭＰＵＩで
実行されるプログラムが格納されている（第１の）読出
し専用記憶装置（ＲＯＭ）、４は画像表示（ＣＲＴ）　
５を制御するＣＲＴコントローラ、６は画像データを入
力する入力装置（キーボードやマウス）、Ｔは後述する
他の演算装置と交信するための（第１の）外部バスイン
ターフェイス、８は計画され喪動作を実現するロボット
の各自由度の軌道を生成する（第２の）演算処理装置（
ＭＰＵ）、９はＭＰＵ　８で実行される演算プログラム
が格納されている（第２の）胱出し専用記憶装置（ＲＯ
Ｍ）　、１０はＭＰＵ　８で実行される演算に必要な作
業領域となる（第２の）記憶装置、１１は先述したＭＰ
Ｕ　１と交信するため（第２の）外部パスインターフエ
イスである。

次に動作について鉄門する。まず入力装置６から環境と
ロボットの形状・寸法に関するデータを入力するとＭＰ
Ｕ　１において、ＲＰＭ３に格納されている画像データ
生成プログラムが実行され、ＲＡＭ２にその画像データ
が格納される。一方、ロボットの動作を計画する（例え
ば、ロボットのハンド部の軌道を入力装置６から与える
）と、その動作を実現する各自由度の軌道が、ＲＯＭ９
に格納されているプログラムに基づいてＭＰＵ　８で生
成され、ＲＡＭ１０に格納される。次に、ロボットの動
作をシミュレートする命令が入力装置６から与えられる
と、外部バスインターフェイス１１及び７を介してロボ
ットの各自由度の軌道が、ＭＰＵ１に転送され、その値
によってＲＡＭ２に格納され良画像データを更新し、Ｃ
ＲＴコントローラ４によってＣＲＴＳ上にその画像が表
示される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のロボットシミュレーションシステムは以上のよう
に構成されているので、ロボットと環境の相互作用につ
いては、人間がディスプレイ上で確認せねばならず、蝮
雑な環境下での作業は非常に困難となる。また、この計
算を行う演算装置を付加した場合でも、従来の画像生成
用データを用いると複雑な環境下では、非常に演算量が
多くなシ、実時間での実行は難しくなるなどの問題点が
あった。

この発明は上記のよう表問題点を解消するためになされ
喪もので、安価な演算装置によって、環境とロボットの
相互作用を高速に解析できるロボットシミュレーション
システムを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るロボットシミュレーションシステムは、
ロボットの作業環境の８分木データを生成し、該８分木
データに基づいた演算手段によシ、環境とロボットの相
互作用を高速に解析する演算装置と前記８分木データを
格納する記憶装置を従来＋７）シミュレーションシステ
ムに付加したものである。

〔作用〕

この発明においては、作業環境の８分木データを導入す
ることによシ、環境とロボットの相互作用の解析が、前
記８分木データ上のノード探索に帰着される結果、安価
な演算装置で高速に解析計算が実行できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。データ入力装置（例えば、キーボードやマウス）ａ
を用いて環境とロボットの形状・寸法に関するデータを
入力すると画像データ生成手段すにニジソリッドな画像
データが生成される。

次に、シミュレート運用手段ｄでシミュレートしたいロ
ボットの動作を計画するとロボット動作計算手段Ｃでそ
れを実現するロボットの各自由度の軌道を生成する。こ
れらのデータを用いて画像データ表示手段りによシ画像
表示装置ｌに環境とロボットの画像を表示する。一方、
画像データ生成手段すに生成された環境の画像データ舎
は、８分木データ生成手段ｅによυ８８分木データ変換
されて生成され、８分木データ入力装置ｆに格納される
。ここで、ロボットの動作がシミュレート運用手段すよ
シ与兄られると、８分木データノード探索手段ｇによシ
、環境とロボットの干渉検査やロボットから環境までの
距離算出が高速に実行され、その結果は、シミュレート
運用手段ｄに転送さ・れ、画像表示装置ｌに前記ロボッ
トの干渉検査やロボットから環境までの距離算出結果の
内容が表示される。

次にロボットシミュレータのシステム構成ニついて説明
する。図中、第７図と同一の部分は同一の符号をもって
図示した第２図において、Ｔはロボットの動きを計算す
るためのユニット及び８分木データを処理するユニット
と通信を行うための外Ｗバスインターフェイスである。

また１から７で構成されるユニツ）Ａは、画像データの
入力、表示に関する処理及びにシミュレータシステム全
体についての制御を行う。また、８から１１で構成され
るユニツ）Ｂはロボット動作に関する処理を行う。

１２はマイクロプロセッサを使用した（第３の）演算処
理装置（ＭＰＵ）　、１３は環境の８分木データなどの
データを格納するための（第３の）記ｌ装置でランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）、１４は８分木データの生成
や干渉検査などデータ処理プログラムや各ユニットの制
御を行うための制御プログラムを格納する（第３の）記
憶装置でリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１５の他のユ
ニットと通信を行うための（第３の）外部バスインター
フェイスである。前記１２から１５で構成される各ユニ
ットＣは環境の８分木データの生成や８分木データを用
いた環境とロボットの干渉検査などの処理を行う。

次に上記実施例の動作を第３図〜第６図を参照しながら
説明する。

第３図は、システム全体の処理の流れを示すジェネラル
フローチャートである。先ずシステムが起動されるとス
テップ１６でロボット及び環境の画像用データが前記第
２図の入力装置６を介してＭＰＵ　１によって読み込ま
れＲＡＭ　２に格納される。

次にステップ１７では、環境のデータが外部バスを介し
てＭＰＵ　１からＭＰＵ１２に転送され、後述する第５
図のアルゴリズムによシ、環境の８分木データが作成さ
れ、ＲＡＭ１３に格納される。ステップ１８ではロボッ
トの構造に関するデータがＭＰＵ１からＭＰＵ　８に転
送され、ＭＰＵ８においてロボットの位置や各関節の角
度などパラメータの初期化が行なわれる。そして、ステ
ップ１９ではＭＰＵ　８においてロボットが目標姿勢に
近づく様に位置や関節角などのパラメータが計算され、
そのパラメータの値が外部バスを介してＭＰＵ　１とＭ
ＰＵ１２に送られる。次のステップ２０ではＭＰＵ１２
によって後述する第６図のアルゴリズムによシ、ステッ
プ１９で送られたパラメータで決められるロボットの姿
勢で環境と干渉するかどうかを、環境の８分木データを
もとに検査する。ステップ２１〜２２では、干渉してい
るかどうかの判定に従い、干渉していればステップ１９
に戻シ再びパラメータの計算をやシ直し、干渉していな
ければその旨をＭＰＵ　１に外部バスを介してデータ転
送しＭＰＵ　１はロボットの環境中での状態をＣＲＴ　
Ｓ上に表示する。

ステップ２３ではＭＰＵ１がロボットの姿勢が最終的な
目標状態に達したかどうかを判定し、達していなければ
ステップ１９に戻シ、目標状態に達していればシミュレ
ーションは終了する。

次に本システムの特色である８分木データの生成と干渉
検査について説明する。説明に先だち８分木データの構
造について第６図を用いて説明する。

すなわち、８分木データの構造は、３次元空間内の物体
を計算機上で表現するためのモデル化の１つの手法とし
て知られているもので、第６図の（ａ）のように定義空
間を立方体とし、８個の小立方体への分割を行ない、各
小立方体に対象物体が含まれるかどうかで物体の構造を
表わしたものである。小立方体は一般にノードと呼ばれ
、その内部状態としては立方体内部に何も存在しない空
白（ｗｈｉｔｅ）状態、立方体内部に対象物と空白が存
在する混在（ｍｌｘ）状態、立方体内部が対象物だけで
占められる占有（ｂｌａｃｋ）状態の３つの状態がある
。

８分木構造を概念的に表現したものが第６図の（ｂ）で
この場合は立方体の分割が２回で終了しておシ、木構造
のレベル（深さ）は２となっている。一般に対象物の形
状が複雑になってもこの木構造のレベルを深くとること
によシ、モデルの精度を上げることができる。

第４図は８分木データの生成プログラムの構成を示すも
のである。まずステップ２４ではノードを格納する配列
や変数の初期化を行う。ステップ２５では現在着目して
いるノード（立方体）と対象物体の位置関係を調べ、そ
のノードの内部状態を決める。ステップ２６〜２Ｔでは
ノードの内部状態によシ処理を分岐させ、ノードレベル
によシルベル下の子ノードを生成するかどうかの判断を
行なっている。

ステップ２８はノードのレベルがあらかじめ指定された
限界に達していた場合の処理として、混在状態のノード
を占有状態と見なして子ノードの生成を止めている。ス
テップ２９では同じ親ノードに属する同レベルのノード
のうち未検査で内部状態が未定のものがあるかどうかを
調べ、存在すればステップ２５に戻シそのノードを検査
するように処理を分岐させている。ステップ３０〜３１
では着目しているノードのレベルを１つ上げ、それがＯ
であれば終了、そうでなければ、ステップ２９に戻シ未
検査ノードの検査を行うようになっている。

第５図は８分木データとロボットとの干渉を検査するプ
ログラムの構成を示すフローチャートである。

ステップ３３では、ロボットを構成している各部を立方
体等の多面体で近似し、まず１つの面を取シ出す。ステ
ップ３４では、さらに面を頂点によシいくつかの三角形
に分割する。ステップ３５では１つの三角形を取シ出し
、その頂点の座標位置が環境の８分木データのどのノー
ドに相当するかを求める。

ステップ３６〜３８では頂点に相当するノードの情報に
よ多処理を分岐させている。まず頂点に相当するノード
のうちどれか１つでも占有状態であれば、ロボットと環
境は干渉しているのでステップ４３に分岐する。頂膚に
相当するノードが全て同じノードで空白状態、もしくは
２つが同じノードで１つがその隣接ノードで空白状態な
らばその三角形と環境は干渉していないので、ステップ
３９の未検査の三角形の検査に進む。ノード同志の関係
が上記の場合にあてはまらない場合には、環境との関係
は不明なのでステップ４２に進みさらに三角形を分割し
て検査を行う。

ステップ３９で未検査の三角形がなければ、ステップ４
０に進み未検査の面が存在するかどうかをチェックする
。未検査の面が存在すればステップ３４に戻シ処理を続
ける。未検査の面がなくなれば、ロボットと環境は干渉
していないことがわか多処理は終了する。

なお、上記実施例では演算処理装置としてシステム内に
３台のＭＰＵを設けそれぞれに記憶装置を持つものとし
て説明したが、１台のＭＰＵでシステムを構成しても良
い。またＭＰＵはミニコン等の汎用計算機を使用しても
良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば作業環境の８分木デー
タ構造を導入し、環境とロボットの相互作用の解析を該
８分木データ上でのノード探索に帰着させる演算方式を
採用したので、システムが安価な演算装置のみで構成で
き、ま九、高速で精度よく、環境とロボットの相互作用
を解析できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成図、第２図はこの発明の一
実施例によるシステム構成図、第３図はこの発明による
シミュレーションシステムの動作を示すフローチャート
、第４図は環境の８分木データを生成するためのプログ
ラムの動作を説明するフローチャート、第５図は８分木
データで表現された環境とロボットの干渉を検査するプ
ログラムの動作を説明するフローチャート、第６図は８
分木データの構造を曲間するための説明図、第７図は従
来のロボットシミュレーションシステムの構成図である
。 口中、１は（第１の）演算処理装置（ＭＰＵ）、２は（
第１の）記憶装置（ＲＡＭ）、３は（第１の）記憶装置
（ＲＯＭ）、８は（第２の）演算処理装置（ＭＰＵ）、
９は（第２の）記憶装置（ＲＡＭ）、１ｏは（第２の）
記憶装置（ＲＯＭ）　、１２は（第３の）演算処理装置
（ＭＰＵ）、１３は（第３の）記憶装置（ＲＡＭ）、１
４は（第３の）記憶装置（ＲＯＭ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンピュータグラフィックスによつてオフラインでロボ
   ットの作業動作をプログラミングするロボツトシミユレ
   ーシヨンシステムにおいて、前記ロボットの作業環境の
   ８分木データを作成する演算装置と、前記８分木データ
   を格納する記憶装置と、前記８分木データ上でノードを
   探索する演算装置とを備え、前記ロボットが係る環境と
   ロボットとの相互作用を演算によつて解析するようにし
   たことを特徴とするロボツトシミユレーシヨンシステム
   。