JPS63280308A - ロボツト支援システム - 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〕 本発明はロボットをリアルタイムで遠隔操作することが
できるロボット支援システムに関する。

〔従来の技術〕

ロボットの教示に関しては、その作業性を向上させるた
め、種々の方式が提案されている。これらの教示方式は
一般的に作業ラインに設置される産業用ロボットを対象
としている。この種々の教示装置としては例えば特開昭
６１−１７７５７８号公報に開示されている。この教示
装置は教示動作をグラフィック表示装置上の仮想ロボッ
トの動きに従って座標入力を行い、ロボットへの動作教
示効率を向上しているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術は作業ラインに設置される産業用ロボッ
トを対象としているものであるが、近年では信号処理技
術ならびに人工知能の展開により、ロボットへの適用領
域を拡大する試みが急速に活発化している。このため、
ロボットは刻々変化する複雑環境下で運用されるように
なってきた。このような状況下においては、上記の従来
技術では上述の如きロボットをダイナミックに教示動作
することができない憾みがあった。

本発明は上述の事納にもとづいてなされたもので、刻々
変化する複雑環境下等においても操作者と協調を保なが
らロボットを表示装置上で教示動作の如き操作を行うこ
とができるロボット支援システムを提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、ロボットの周囲状況および動作
を教示するロボット支援システムにおいて、作業対象物
体の存在領域及びロボットの姿勢を指示する入力手段と
、この入力手段からの作業対象の存在領域指示結果に基
づいて作業対象物体の形状及び位置を計算する作業対象
演算手段と、この作業対象演算手段からの作業対象物体
の形状計算結果に基づいて作業対象物を求めるグラフィ
ック手段と、前記入力手段からのロボット姿勢の指示結
果及び作業対象演算手段からの作業対象物体の形状、位
置の計算結果に基づいてロボット操作信号を計算するロ
ボット演算手段と、このロボット演算手段からのロボッ
ト操作信号に基づいてロボットの動作をシミュレートす
るシミュレーション手段と、このシミュレーション手段
からの結果およびグラフィック手段からの結果を表示す
る表示手段とを備えることにより達成される。

〔作用〕

認識手段は入力手段によって操作者の扱いやすい画面内
領域のみの入力情報を受けて、対象物体の輪郭の抽出及
び解析を行い、対象物体の３次元的位置、姿勢を同定す
る。また、演算手段は操作者の理解しやすい姿勢変化の
みにもとづいてロボットアクチュエータの操作信号を計
算する。この結果、本支援システムにより支援されるロ
ボットは、表示装置において、ロボットの直接の動作と
は関連せずに領域及び姿勢のみで操作されるため。

操作者はロボットの動作に直接拘束されることはない、
換言するならば、操作者はその感覚に則した入力でロボ
ット機構を表示装置上で協調的に操作することができ、
ロボット導入に際しての事前シミュレーション、ロボッ
トのオフライン教示遠隔地からのオンライン教示として
支援することができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明のシステムの一実施例を示すもので、こ
の図において、１は作業対象物体の存在領域及びロボッ
トの姿勢を指示する入力手段、２は入力手段１からの作
業対象の存在領域指示結果から作業対象物体の形状及び
位置を計算する作業対象演算手段、３は作業対象演算手
段２からの作業対象物体の形状計算結果にもとづいて作
業対象物を求めるグラフィック手段、４は入力手段１か
らのロボットの姿勢の指示結果及び作業対象演算手段２
からの作業対象物体の形状、位置の計算結果にもとづい
てロボットの操作信号を計算するロボット演算手段、５
はロボット演算手段４からのロボット操作信号にもとづ
いてロボットの動作をシミュレートするシミュレーショ
ン手段、６はシミュレーション手段５およびグラフィッ
ク手段３からの結果を表示する表示手段、７は記憶手段
で、この記憶手段７には作業対象の存在する作業領域内
の物体の配置、形状などを予め（ＡＤデータなどを用い
て格納している。８はロボットメカニズムである。

前述した作業対象演算手段２の構成を第２図に示す。こ
の図において、作業対象演算手段２は入力手段１からの
指定された存在領域を決定する領域決定手段２Ａと、指
定された存在領域内での物体の輪郭を検出する特徴抽出
手段２Ｂと、物体の位置、形状を決定する手段２Ｃとを
備えている。

前述した領域決定手段２Ａは例えば第３図に示すように
、存在領域中における対象物体Ｗ、障害物Ｓ等およびロ
ボットアームＲＡの初期位置を決定する。また、前述し
た特徴抽出手段２Ｂは、第４図に示すように物体の特徴
位置を決定する。さらに、位置、形状決定手段２Ｃは第
５図に示すように、対象物体の位置、形状を決定する。

前述したロボット演算手段４の構成を第６図に示す。こ
の図において、ロボット演算手段４は、姿勢決定手段４
Ａ、軌道生成手段４Ｂ、負荷１−ルク計算手段４Ｃを備
えている。姿勢決定手段４Ａは第７図に示すようにロボ
ットアームＲＡの初期姿勢ＲＡ○、作業姿勢ＲＡＩおよ
び例えば障害物Ｓを回避するための姿勢ＲＡ　ｘを決定
する。また軌道生成手段４Ｂは第８図に示すようにロボ
ットアームＲＡの各関節Ｊ１〜Ｊ３の角度もしくは角度
及び角速度の目標パターンを生成する。具体的にはロボ
ットアームＲＡの姿勢Ｐａ、Ｐｔｔ　Ｐｚにそれぞれ対
応する時ｎａでの角度θ０．θｌ、０２及び角速度ω０
．ω１．ω２を求めて補間を行い目標パターンを生成す
る。この補間はオブザーバを用いてつぎのにように定義
される許容軌道の概念に従って行われる。すなわち。

ｔ ｔ ただし、ｉ＝Ｑ、１、α及びβはそれぞれ軌道へのトラ
ッキング速度にもとづいて決定される正定数であり、Ｋ
ｌｌ、　Ｋｔｚｅ　Ｋ２１．　Ｋｘｚはそれぞれ指定の
姿勢Ｐ　Ｏ，Ｐ　ｔ＊　Ｐ　ｚでの位置、速度の許容誤
差にもとづいて次の範囲で選択される定数である。

Ｋ１１＋Ｋｚｚ＋β＞Ｏ，Ｋ１１（β十Ｋｚｚ）＋（１
−Ｋｘｚ）（α＋Ｋｚｔ）＞０た軌道θ０．ω０．θ１
．ωｌ、θ２．ω２にもとづいて遊動力学計算を行い、
第９図に示すように負荷トルクτ０．τｌ、τ２を計算
し、各関節ごとに各姿勢で定まる組（０，ω、τ）の値
をアクチュエータ操作信号として出力する。

次に上述した本発明の支援システムの一実施例の動作を
説明する。

入力手段１によって作業対象物体の存在領域及びロボッ
ト姿勢を入力すると、作業対象演算手段２は入力手段１
かへの作業対象物体の存在領域指示結果にもとづいて、
作業対象物体の形状及び位置を決定する。この作業対象
物体の形状及び位置に関する情報は、記憶手段からの認
識用テレビカメラが撮影するであろう情景の情報により
グラフィック手段３を通して表示手ｐｉ６にグラフィッ
ク表示される。一方、ロボット演算手段４は入力手段１
からのロボット姿勢の指示値及び前述した作業対象演算
手段２からの作業対象物体の位置、形状の計算結果にも
とづいてロボットのアクチュエータ操作信号を求める。

このアクチュエータ操作信号はロボットメカニズム８に
加えられて、ロボットメカニズム８を制御すると共に、
記憶手段７からの作業の障害物の表面形状の情報により
シミュレーション手段５を通して表示手段６に表示され
る。

上述のように、本発明のシステムでは、ロボットの行動
は規定するが、ロボットは直接の動作とは連結しない領
域及び姿勢のみにもとづいて操作されるため、操作者の
行動はロボットの動作に直接拘束されない、換言するな
らば、本発明のシステムでは３次元認識のプロセス及び
動力学的アクチュエータ操作信号の生成プロセスを計算
機システムに実装し、各プロセスを操作者が操作するの
で、操作者の感覚と機械の信号レベルのギャップが計算
機システムにより埋められることになる。

その結果、操作者はロボットメカニズムの動作に合せて
操作を行う必要がないものである。

第９図は本発明の他の実施例を示すもので、この図にお
いて第１図と同符号のものは同一部分である。この実施
例は記憶手段７に作業環境モデルを格納し、この作業環
境モデルを作業対象演算手段２及びロボット演算手段４
に入力することにより、操作者の入力作業を削減するよ
うにしたものである。前述した作業環境モデルは、作業
対象演算手段２における領域決定手段２Ａ及び特徴抽出
手段２Ｂに入力され、作業対象の位置及び形状を決定す
るのに用いられる。また、作業環境モデルはロボット演
算手段４における姿勢決定手段４Ａ及び軌道生成手段４
Ｂに入力され、ロボットとその周辺物体の衝突もしくは
異常接近のチェックに利用される。

上述したように、本発明の実施例によれば、認識対象領
域と姿勢径路の入力にもとづいて、ロボットアクチュエ
ータの操作信号を計算することができるので、ロボット
導入に際しての事前シミュレーション及びロボットのオ
フライン、オンライン教示が可能となり、さらには、知
能ロボットを実際の複雑な環境内で、操作者と高度なイ
ンタラクションを保ちながら、ダイナミックに運用する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、対象ロボットの作
業をより確実に支援することができ、その対象ロボット
の用途をさらに拡大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステムの一実施例を示す構成図、第
２図は本発明を構成する作業対象演算手段の構成を示す
図、第３図〜第５図はそれぞれ第２図に示す作業対象演
算手段を構成する各手段の演算結果を示す図、第６図は
本発明を構成するロボット演算手段の構成を示す図、第
７図〜第９図はそれぞれ第６図に示すロボット演算手段
を構成する各手段の演算結果を示す図、第１０図は本発
明のシステムの他の実施例を示す構成図である。 １・・・入力手段、２・・・作動対象演算手段、３・・
・グラフィック手段、４・・・ロボット演算手段、５・
・・シミュレーション手段、６・・・表示手段、７・・
・記憶手段、８・・・ロボットメカニズム。 預　１　口 乙゛表示十トえ ５１＆ｉ２　　図 χ　５　図 第４−図 第５Σ ％ｔ　　図 第７ρ図 手続補正書（自発）（１） 昭和６２年特許願第　１１４６５２　　号「 ２発明の名称 ・ポット支援システム　　　　　　　　　　　　　　　
の離 ４、代　理　人 明細書第１１頁第１９行と同頁第２０行とのに下記の文
章を加入する。 記 なお、上述の実施例において１作業対象物体位置を検出
する距離検出手段を設け、この圧検出手段で得られた作
業対象物体の位置を作対象演算手段に加えて１作業対象
の位置、形を把掴することも可能である。」 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットの周囲状況及び動作を教示するロボット支
   援システムにおいて、作業対象物体の存在領域及びロボ
   ットの姿勢を指示する入力手段と、この入力手段からの
   作業対象の存在領域指示結果に基づいて作業対象物体の
   形状及び位置を計算する作業対象演算手段と、この作業
   対象演算手段からの作業対象物体の形状計算結果に基づ
   いて作業対象物を求めるグラフィック手段と、前記入力
   手段からのロボットの姿勢の指示結果及び作業対象演算
   手段からの作業対象物体の形状、位置の計算結果に基づ
   いてロボット操作信号を計算するロボット演算手段と、
   このロボット演算手段からのロボット操作信号に基づい
   てロボットの動作をシミュレートするシミュレーション
   手段と、このシミュレーション手段からの結果およびグ
   ラフィック手段からの結果を表示する表示手段とを備え
   たことを特徴とするロボット支援システム。 ２、ロボット演算手段は、姿勢決定手段と軌道生成手段
   と、負荷トルク計算手段とで構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のロボット支援システム。 ３、作業対象演算手段は領域決定手段と、特徴決定手段
   と、位置、形状決定手段とで構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載のロボット支援
   システム。