TW202227244A - 機器人的動作模擬裝置、機器人的控制裝置、及機器人的動作模擬方法 - Google Patents

Abstract

機器人的動作模擬裝置具備取得部341、計算部342及比較部342，其中前述取得部341是對於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人100取得：裝配於連結到關節的連桿的裝配物對於機器人100的位置、及對於機器人100動作時在裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者的制約條件；前述計算部342是於機器人100執行了動作時，因應裝配物對於機器人100的位置，計算預期會在裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者；前述比較部342是比較計算部342所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與制約條件。

Description

機器人的動作模擬裝置、機器人的控制裝置、及機器人的動作模擬方法

發明領域

本發明是關於一種機器人的動作模擬裝置、機器人的控制裝置、及機器人的動作模擬方法。

發明背景

以往已知：判定工具的前端部的位置是否在藉由世界座標系統中的座標值所設定的任意大小的動作限制區域中，當工具的前端部的位置在動作限制區域內時，限制機器人的速度及加速度中之至少一者(參考例如專利文獻1)。 先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2018-062026號公報

發明概要 發明欲解決之課題

在產業用機器人裝配有端接器等各種裝配物。由於這些裝配物各自具有不同的耐受載重或剛性值等，因此若機器人的動作對裝配物不適合，因某些機器人動作，裝配物可能承受甚大載重而非預期地損壞。

上述專利文獻所記載的技術雖設想到當裝配於機器人的前端的特定工具在動作限制區域內時，限制機器人的速度及加速度中之至少一者，但完全未設想因應裝配於機器人的裝配物的耐受載重或剛性值等屬性，來限制機器人的動作。

又，為了使機器人的動作適合裝配於機器人的各種屬性的裝配物，宜讓使用者可因應裝配物的屬性來設定機器人的動作制約。然而，上述專利文獻所記載的技術完全未設想使用者因應裝配物的屬性，來設定機器人的動作制約。

因此，於上述專利文獻所記載的技術中，可能產生機器人的動作對裝配物不適合，發生裝配物承受超出設想的載重而受損的問題。

又，在裝配物當中，除了裝配於機器人的前端的端接器等工具以外，還有裝配於機器人的關節的軸間的裝配物。上述專利文獻所記載的技術完全未設想因應裝配物對於機器人的裝配位置，來限制機器人的動作。因此，機器人的動作可能對裝配於機器人的各種位置的裝配物不適合，發生裝配物承受超出設想的載重而受損的問題。

就一方面而言，本發明的目的在於提供一種可使機器人的動作適合裝配於機器人的裝配物，以抑制裝配物受損的機器人的動作模擬裝置、機器人的控制裝置及機器人的動作模擬方法。 用以解決課題之手段

本揭示的要旨如下。

於本發明的一態樣，機器人的動作模擬裝置具備：取得部，其對於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人取得：裝配於連結到前述關節的連桿的裝配物對於前述機器人的位置，及對於前述機器人動作時在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者的制約條件；計算部，其於前述機器人執行了動作時，因應前述裝配物對於前述機器人的位置，計算預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者；及比較部，其比較前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。

亦可為：進一步具備判定部，其根據前述比較部的比較結果，來判定前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者是否滿足前述制約條件。

亦可為：前述判定部在判定前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，進一步判定描述前述機器人的動作的動作程式上不滿足前述制約條件之處，並進一步具備顯示處理部，前述顯示處理部進行用以於顯示裝置顯示前述動作程式上不滿足前述制約條件之處的處理。

亦可為：進一步具備修正指示製作部，其在判定為前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，製作用以修正前述動作程式的修正指示，以使前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者滿足前述制約條件；前述顯示處理部進行用以於前述顯示裝置顯示前述修正指示的處理。

前述修正指示製作部亦可在前述計算部所計算出來的速度或加速度滿足前述制約條件時，製作用以修正前述動作程式的修正指示，以使對應於該制約條件的速度或加速度在該制約條件的範圍內增加。

亦可為：前述計算部根據已根據前述修正指示修正的修正後的前述動作程式，於前述機器人執行了動作時，計算預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者，前述比較部比較前述計算部根據修正後的前述動作程式所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。

亦可為：進一步具備修正部，其在前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，修正前述動作程式，以使前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者滿足前述制約條件。

亦可為：前述修正部在前述計算部所計算出來的速度或加速度滿足前述制約條件時，修正前述動作程式，以使對應於該制約條件的速度或加速度在該制約條件的範圍內增加。 亦可為：前述機器人是複數個前述關節各自具有前述軸的多關節機器人，前述裝配物裝配於連結到鄰接的各個前述關節的前述連桿、或前述機器人的最前端的前述連桿。

於本發明的其他態樣，機器人的控制裝置具備上述機器人的動作模擬裝置，並進一步具有控制前述機器人的動作的機器人控制部。

於本發明進一步的其他態樣，機器人的動作模擬方法具備如下步驟：對於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人取得：裝配於連結到前述關節的連桿的裝配物對於前述機器人的位置，及對於前述機器人動作時在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者的制約條件；於前述機器人執行了動作時，因應前述裝配物對於前述機器人的位置，預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者；及比較計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。 發明效果

若依據本發明，會發揮可使機器人的動作適合裝配於機器人的裝配物，以抑制裝配物受損的效果。

用以實施發明之形態

以下一面參考圖式，一面說明本發明的數個實施形態。然而，這些說明旨在於單純例示本發明的較佳實施形態，並非旨在於將本發明限定在此類特定的實施形態。

圖1是依據一實施形態的組裝有機器人的動作模擬裝置的機器人系統1000的概略構成圖。機器人系統1000具有機器人100、裝配於機器人100的前端的工具200、控制機器人100及工具200的控制裝置300、顯示裝置400及教示操作盤500。

機器人100是多關節機器人，於圖1所示之例中具有6軸關節。再者，以下例示關節具有可旋動的軸的多關節機器人作為機器人100，但機器人100亦可是關節具有可線性運動的軸的機器人、單軸機器人、三角機器人(delta robot)等任何機器人。機器人100具有台座102、旋轉台104、第1臂106、第2臂108及腕110。旋轉台104、第1臂106、第2臂108及腕110分別由設置於該等所安裝的關節的軸所支撐，藉由伺服馬達驅動該軸而動作。

在機器人100設置於地板1上時，台座102是作為台的構件。旋轉台104是將與台座102的一面呈正交地設置的軸作為旋轉中心，以關節112可旋動地安裝於台座102的頂面。

第1臂106是於其一端側以設置在旋轉台104的關節114安裝於旋轉台104。於本實施形態，如圖1所示，第1臂106可藉由關節114，以與台座102之安裝有旋轉台104的面呈平行地設置的軸作為中心來旋動。

第2臂108是於其一端側以關節116安裝於第1臂106，前述關節116設置在與關節114相反側的第1臂106的另一端側。於本實施形態，如圖1所示，第2臂108可藉由關節116，以與台座102之安裝有旋轉台104的面呈平行地設置的軸作為中心來旋動。

腕110是透過關節118安裝於與關節116相反側的第2臂108的前端。腕110具有關節120，可藉由關節120，以與關節114的軸及關節116的軸呈平行地設置的軸作為旋轉中心來屈曲。又，腕110可於關節118，將與第2臂108的長邊方向呈平行的軸作為旋轉中心，在與第2臂108的長邊方向呈正交的面旋動。進而言之，腕110是構成為，與關節118相反側的腕110的前端的工具安裝面(工具安裝部)122可於關節119旋動。關節120的旋轉軸是構成為與關節118的旋轉軸及關節119的旋轉軸在同一點正交。

工具200安裝於工具安裝面122。工具200具有用以進行對於工件W的作業的機構或裝置。例如工具200具有用以加工工件W的雷射器，或具有用以熔接工件W的伺服熔接槍(servo gun)均可。或者，工具200亦可具有用以握持工件W或組裝於工件W的零件的端接器(機器人手部)。

控制裝置300是機器人的動作模擬裝置的一態樣。控制裝置300是透過通訊線路302與機器人100連接，透過通訊線路302，從機器人100接收表示伺服馬達的動作狀況之資訊等，前述伺服馬達驅動設置於機器人100的各個關節的軸。然後，控制裝置300根據接收到的資訊、及從上位控制裝置(未圖示)接收到或預先設定的表示機器人100的動作的資訊，來控制伺服馬達，藉此控制機器人100的各可動部的位置及姿勢。

顯示裝置400是由例如液晶顯示裝置(LCD)等構成。顯示裝置400根據控制裝置300的指令，來顯示後述的動作程式之修正的資訊等。於教示操作盤500，輸入由操作者進行的操作。操作者透過此教示操作盤500的人工操作，除了執行機器人100的動作程式的製作、修正、登錄或者各種參數的設定以外，並執行藉由動作程式進行的機器人100的再生運轉、微動(jog)進給等。再者，亦可一體地構成顯示裝置400與教示操作盤500。又，教示操作盤500亦可具有滑鼠、鍵盤等操作輸入構件。

如圖1所示，於機器人系統1000，設定有固定於機器人基座的座標系統(以下稱為機器人座標系統)Σb、及固定於工具安裝面122的座標系統(以下稱為工具安裝面座標系統)Σf。於控制裝置300內，可根據機器人100的關節的角度及臂長等機器人100的規格，隨時得知工具安裝面座標系統Σf的原點的位置及姿勢。

機器人100按照動作程式來動作。例如工具200為端接器時，機器人100按照動作程式，使其前端從第1位置(初始位置)移動到端接器可握持工件W的第2位置，在第2位置握持工件W之後，為了對工件W施加預定的加工(熔接等)，將工件W移動到第3位置。於這些動作中，第1～第3位置(座標)、及機器人100動作時的速度、加速度被描述於動作程式。

若機器人100按照動作程式動作，會在安裝於機器人100的前端的工具安裝面122的工具200產生作用力(慣性力)。又，當工具200為端接器時，若工件W被端接器握持，工件W會在機器人100動作時，使作用力產生於端接器。由於所產生的作用力，應力可能會集中於例如工具200的根部等。

又，於機器人100，除了工具200以外，亦裝配有各種裝配物，這些裝配物有時裝配於機器人100的前端以外。裝配於機器人100的前端以外的裝配物可舉出例如線條體、夾具板金、送料器、端子台、空氣電磁閥等。這些裝配於機器人100的前端以外的裝配物是裝配於機器人100的關節的軸間。若機器人100動作，會在裝配於機器人100的前端以外的裝配物亦產生作用力。

線條體包含電纜、空氣管等。電纜包含例如將電力供給給設置於機器人100的前端的工具200或關節的伺服馬達等之電流供給用電纜，及將控制訊號送到工具200的訊號電纜等。空氣管是例如用以將空氣供給給機器人100的前端的工具200的管。夾具板金是沿著第1臂106、第2臂108固定該等線條體的金屬件。當工具200為熔接炬時，送料器將熔接材料供給給熔接炬。端子台是固定有連接線條體彼此的端子的台。空氣電磁閥是用以控制從空氣管往工具200之空氣之供給的閥。

設想若由於機器人100的動作而產生的作用力甚大時，裝配物會因作用力而損壞。因此，宜以使所產生的作用力會在與裝配物的耐受載重或剛性值等相應的範圍內的方式，使機器人100動作。然後，由於產生於裝配物的作用力大小是由裝配物的質量及加速度來決定，因此機器人100動作時的加速度宜限制在預定的閾值以下，以使前述作用力大小維持在與裝配物的耐受載重或剛性值等相應的作用力的範圍內。

關於機器人100動作時的速度，只要機器人100以一定速度動作，理論上不會產生作用力，但速度大時可能造成問題。若速度變大，裝配物或工件W所承受的風量會因應機器人100的動作而增加，因此有時發生問題，例如以端接器握持的被握持物是生鮮食品時，若機器人100動作時的速度大，因接觸到更多空氣，生鮮食品有時容易腐敗。又，若機器人100動作時的速度大，可能於機器人100產生特定的振動。因此，關於機器人100的速度，亦宜限制成落在預定的閾值以下。再者，規定速度上限的預定的閾值亦可依使用者的經驗來決定。

有鑑於以上，於本實施形態，使用者會指定作用於裝配物的速度、加速度、作用力中之至少1個以上的制約條件(閾值)。又，機器人100動作時作用於裝配物的作用力是因應裝配物對於機器人100的裝配位置、裝配物的重心位置而不同，因此使用者會指定表示要將裝配物安裝於機器人100的哪個部位的位置資訊、及裝配物的重心位置。再者，裝配物的重心位置是裝配物相對於機器人的位置的一態樣。然後，在不實際令機器人動作的情形下，藉由模擬，從機器人100的動作資訊計算裝配物的速度、加速度、作用力中之至少一者以上，判定計算出來的值是否滿足各自的制約條件。然後，裝配物的速度、加速度、作用力中之至少任一者不滿足制約條件時，修正動作程式以滿足制約條件。藉此，若藉由經修正的動作程式來控制機器人100，由於機器人100動作時的速度、加速度或作用力會在制約條件的範圍內，因此會抑制裝配物在機器人100動作時損壞。

以下說明用以實現如以上的處理的控制裝置300的構成。圖2是控制裝置300的概略構成圖。控制裝置300具有通訊介面310、驅動電路320、記憶體330及處理器340。通訊介面310包含例如用以將控制裝置300與通訊線路302連接的通訊介面，及用以執行透過通訊線路302收發訊號的相關處理的電路等。然後，通訊介面310例如從機器人100，透過通訊線路302，接收表示伺服馬達130的動作狀況的資訊，諸如來自用以檢測伺服馬達130之旋轉量的編碼器的旋轉量的測定值等，並將該資訊交付給處理器340。再者，於圖3代表性地圖示了1個伺服馬達130，但機器人100亦可於各關節具有驅動該關節的軸的伺服馬達。

又，通訊介面310包含用以將處理器340連接於顯示裝置400或教示操作盤500的介面電路，及用以執行與教示操作盤500或顯示裝置400之訊號的收發的相關處理的電路等。

驅動電路320透過電流供給用電纜與伺服馬達130連接，按照由處理器340進行的控制，將與伺服馬達130所產生的扭矩、旋轉方向或旋轉速度相應的電力，供給給伺服馬達130。

記憶體330具有例如可讀寫的半導體記憶體(RAM：Random Access Memory(隨機存取記憶體))及讀取專用的半導體記憶體(ROM：Read only memory(唯讀記憶體))、非揮發性記憶體等。進而言之，記憶體330亦可具有半導體記憶卡、硬碟、或者光記憶媒體之類的記憶媒體及存取該記憶媒體的裝置。

記憶體330記憶以控制裝置300的處理器340執行的機器人100的控制用的各種電腦程式等，諸如上述機器人100的動作程式等。具體而言，支援機器人100及控制裝置300的基本功能的系統程式是儲存於記憶體330的ROM。又，機器人100的各關節間的臂長等有關機器人100的規格、設計的資料亦儲存於記憶體330的ROM。又，依應用(application)所教示的機器人的動作程式(例如點熔接的程式)以及相關設定資料是儲存於記憶體330的非揮發性記憶體。又，記憶體330記憶令機器人100動作時用以控制機器人100的動作的資訊。進而言之，記憶體330記憶在機器人100的動作中，從機器人100得到的表示伺服馬達130的動作狀況的資訊等。

圖3是處理器340的功能方塊圖，前述處理器340可判定機器人100的速度、加速度、作用力的至少一者是否滿足制約條件，並且有關於在不滿足制約條件時修正動作程式的處理、及利用動作程式來控制機器人100的處理。處理器340具有取得部341、計算部342、比較部343、判定部344、程式修正部345、顯示處理部346及機器人控制部347。程式修正部345包含修正指示製作部345a及自動修正部345b。處理器340所具有的這些各部是例如藉由在處理器340上執行的電腦程式所實現的功能模組。或者，這些各部亦可作為組裝於處理器340的一部分的專用運算電路來組裝。用以執行處理器340所具有的各部的處理的電腦程式亦可採用記錄於半導體記憶體、磁性記錄媒體或光記錄媒體之類的電腦可讀取的記錄媒體的形式來提供。

處理器340是藉由圖3所示的構成，在不實際令機器人100動作的情形下，藉由模擬來計算機器人100動作時所產生的速度、加速度或作用力，並判定是否滿足制約條件。然後，不滿足制約條件時，處理器340進行用以修正動作程式的處理。再者，於圖3所示的構成例，處理器340具有機器人控制部347，但本實施形態的機器人的動作模擬裝置亦可不進行機器人100的控制，此情況下亦可不具有機器人控制部347。例如機器人的動作模擬裝置亦可組裝於個人電腦等不進行機器人100的控制的電子機器。

處理器340的取得部341取得使用者操作教示操作盤500所輸入的裝配物的速度、加速度及作用力的制約條件中之至少一者。制約條件是根據裝配物的耐受載重、剛性值等，由使用者指定並從教示操作盤500輸入。例如裝配物是裝配於機器人100的前端的機器人手部，機器人手部的耐受載重為F[N]，由機器人手部搬送的搬送對象物(工件W)的質量為m[kg]，搬送對象物的加速度為a[m/s ²]。當耐受載重F及加速度a均為正值時，由於必須滿足F＞ma，因此加速度的制約條件為a＜F/m。再者，在此的機器人手部的耐受載重F是排除了因機器人的自重所產生的作用力之僅對於搬送對象物所產生的作用力的。

又，取得部341取得使用者操作教示操作盤500所輸入的關於裝配物的資訊。關於裝配物的資訊包含裝配物對機器人100的裝配位置、裝配物的質量、裝配物的重心位置。再者，裝配位置是裝配物被裝配在機器人100上的位置，例如是裝配物相對於比裝配物靠近台座102側且最接近裝配物的軸的位置(座標)。又，重心位置是從裝配位置看的座標(以裝配位置為原點的座標)。

圖4及圖5是用以說明裝配物600對於機器人100的裝配位置及重心位置的示意圖，是簡略表示機器人100所具有的各關節的軸、及臂的圖。於圖5及圖6，從台座102往機器人100的前端，將機器人100所具備的各關節的6個軸依序表示為第1軸a1、第2軸a2、第3軸a3、第4軸a4、第5軸a5、第6軸a6。再者，第1軸a1為關節112的軸，第2軸a2為關節114的軸，第3軸a3為關節116的軸，第4軸a4為關節118的軸，第5軸a5為關節120的軸，第6軸a6為關節119的軸。

裝配物600裝配於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人的連桿，前述連桿是對於關節可旋動或可線性運動地連結。再者，「裝配物裝配於連桿」包含：裝配物600對於連桿直接裝配的情況，及裝配物600透過其他零件對於連桿裝配的情況雙方。例如裝配物600為上述線條體時，裝配物600是透過夾具板金對於連桿裝配，但此類態樣亦包含於「裝配物裝配於連桿」。於圖1所示的多關節機器人之例，裝配物600裝配於比第6軸a6靠近機器人100的前端側，諸如工具安裝面122等，或裝配於機器人100的第i軸與第i+1軸之間。裝配物600裝配於比第6軸a6靠近機器人100的前端側時，裝配物600裝配於對於第6軸a6的關節119連結到機器人100的前端側的連桿上(包含工具安裝面122上)。又，裝配物600裝配於第i軸與第i+1軸之間時，裝配物600裝配於連結到第i軸與第i+1軸的關節的連桿上(例如第1臂106或第2臂108上等)。再者，i為自然數，i的最大值是從機器人100的關節數(軸數)減去1的值。例如像圖1、圖4及圖5所示的6軸的機器人100的情況下，i=1,2,3,4,5。

圖4表示與圖1同樣，裝配物600裝配於工具安裝面122之例，裝配物600對應於圖1的工具200。又，圖5表示裝配物600裝配於第3軸a3與第4軸a4之間之例。亦即，圖5相當於i=3的情況。

於圖4，裝配物600是在位置P1裝配於工具安裝面122，前述工具安裝面122設置於對於第6軸a6連結到機器人100的前端側的連桿。於圖4，P2表示裝配物600的重心位置。又，於圖5，裝配物600是在位置P3裝配於機器人100的第2臂108，P4表示裝配物600的重心位置。若將裝配位置設成相對於最接近台座102側的軸的位置，圖4的情況下，裝配位置P1是相對於第6軸a6的位置，圖5的情況下，裝配位置P3是相對於第3軸a3的位置。又，重心位置是從裝配位置看的座標，可使用例如因應裝配物600的設計、形狀等所預先決定的值，或根據裝配物600的密度、形狀等所算出的值。

圖4的情況下，使用者是從教示操作盤500輸入裝配位置P1及重心位置P2來作為有關裝配物600的資訊。又，圖5的情況下，使用者從教示操作盤500輸入裝配物600的重心位置P3及重心位置P4。由取得部341取得已輸入的裝配位置及重心位置。

處理器340的計算部342計算機器人100執行動作時產生的裝配物的速度、加速度、作用力中之至少一者。若是將裝配物600裝配於第i軸與第i+1軸之間，以賈可比矩陣(Jacobian matrix)J表示第1軸～第i軸各軸的角速度與裝配物的重心速度及姿勢角速度的關係。賈可比矩陣J藉由根據使用者所輸入的資訊，將「第1軸～第i軸各軸的角度(比裝配物靠近台座102側的各軸的角度)、各軸間的位置關係(從第1臂106、第2臂108的長度等機器人100的設計決定的參數)、從第i軸中心看的裝配物的重心位置」與「從機器人座標系統Σb的原點看的裝配物的重心位置」的向前運動學的關係進行偏微分來求出。再者，從第1臂106、第2臂108的長度等機器人100的設計決定的參數是使用預先儲存於記憶體303的ROM的值。又，從第i軸中心看的裝配物的重心位置是從取得部341所取得的裝配物對機器人100的裝配位置及裝配物的重心位置得到。

具體而言，若將從機器人座標系統Σb的原點看的裝配物的重心的位置及姿勢設為r，第1軸到第i軸的角度設為θ，將賈可比矩陣設為J時，裝配物的重心的微小位移及姿勢的微小旋轉角是各軸的微小旋轉角的函數，以習知的下式(1)表示。又，若將式(1)的兩邊進行時間微分，可得到下式(2)，得到「第1軸～第i軸各軸的角加速度」與「裝配物的重心的加速度及姿勢加速度」的關係。再者，r是具有對於機器人座標系統Σb的xyz3軸的位置及姿勢的6成分的向量。例如於圖5之例，r是具有對於機器人座標系統Σb的重心位置P4的位置(x,y,z)及姿勢(ϕ _x,ϕ _y,ϕ _z)的6成分的向量。又，θ是以第1軸到第i軸的角度(θ ₁,θ ₂,…,θ _j)作為成分的向量。由於依據向前運動學，對於機器人座標系統Σb的重心位置P4的位置及姿勢(向量r)可由第1軸到第i軸的角度(θ ₁,θ ₂,…,θ _i)、各軸間的位置關係及從第i軸中心看的裝配物的重心位置P4規定，因此將之進行偏微分可得到賈可比矩陣。再者，於圖5之例，i=3。

[數1]

如以上，藉由使用賈可比矩陣J，裝配物的重心位置的速度、加速度、姿勢角速度、姿勢角加速度可從第1軸～第i軸各軸的角速度、角加速度算出。計算部342依據式(1)、式(2)所示的關係，從第1軸～第i軸各軸的角速度、角加速度，算出裝配物的重心位置的速度、加速度、姿勢角速度、姿勢角加速度。

此時，計算部342可從規定有機器人100的動作的動作程式，得到第1軸～第i軸各軸的角速度的資訊，或得到第1軸～第i軸各軸的角加速度的資訊。例如計算部342可從動作程式中描述的機器人100的前端的角速度、角加速度資訊，計算第1軸～第i軸各軸的角速度、角加速度，根據此來計算裝配物的重心位置的速度、加速度、姿勢角速度、姿勢角加速度。或，動作程式中描述了第1軸～第i軸各軸的角速度、角加速度資訊時，計算部342亦可根據此來計算裝配物的重心位置的速度、加速度、姿勢角速度、姿勢角加速度。

又，計算部342藉由對計算出來的裝配物的加速度乘算裝配物的質量，來計算在裝配物產生的作用力。

再者，以上的說明中說明了裝配物600裝配於第i軸與第i+1軸之間，但在裝配物600裝配於比第6軸a6靠近機器人100的前端側時，計算部342亦同樣地計算在裝配物600的重心位置的裝配物600的重心速度、加速度及姿勢角速度、姿勢角加速度。例如於圖4之例，由於依據向前運動學，對於機器人座標系統Σb的重心位置P2的位置及姿勢(向量r)可由第1軸到第i+1軸的角度(θ ₁,θ ₂,…,θ _i+1)、各軸間的位置關係及從第i+1軸中心看的裝配物的重心位置P2規定，因此將之進行偏微分可得到賈可比矩陣。 又，計算部342在機器人100是三角機器人(並聯式機器人)時，可從表示三角機器人所具備的致動器的運動的參數(角速度、角加速度)、及對於連結到三角機器人的關節的連桿之裝配物的裝配位置、裝配物的重心位置，與多關節機器人的情況同樣地計算裝配物的重心位置的速度、加速度、姿勢角速度、姿勢角加速度。再者，此情況下，連結到關節的連桿包含三角機器人的移動板(travelling plate)。可適當採用習知的三角機器人的向前運動學的關係。例如6軸並聯式機器人的情況下，作為賈可比矩陣及向前運動學，亦可適用文獻「6自由度高速パラレルロボットHEXAの開発(6自由度高速並聯式機器人HEXA的開發)」內山勝等人、日本機器人學會誌Vol.12 No.3, pp.451-458, 1994的記載。

處理器340的比較部343分別比較計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，與取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力。比較部343除了比較計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，是否大於取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力以外，並比較計算部342所計算出來的值與制約條件的值，諸如計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力為取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力的多少百分比等。動作程式如後述經修正時，比較部343根據修正後的程式，分別比較計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，與取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力。

處理器340的判定部344根據比較部343的比較結果，來判定計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，是否滿足取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力。判定部344在計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，大於取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力時，判定不滿足制約條件。又，判定部344亦可在計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，超過取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力的預定比率(例如80%等)時，判定不滿足制約條件。

又，判定部344在計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力不滿足制約條件時，進一步判定動作程式中不滿足制約條件之處。例如判定部344根據以動作程式中描述的速度或加速度使機器人100的前端動作時從各軸的運動(角速度、角加速度)產生的裝配物的速度或加速度，將動作程式中記載有對裝配物要求會產生超過制約條件的速度、加速度或作用力的運動的動作的特定處(特定行)，判定為不滿足制約條件之處。

又，處理器340的程式修正部345在計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，不滿足取得部341所取得的制約條件的速度、加速度或作用力時，進行用以修正機器人100的動作程式的處理。

作為修正動作程式的方法，可採用使用者以手動修正的方法、及處理器340自動修正的方法兩種方法。因此，程式修正部345所進行的用以修正動作程式的處理，包含製作對於使用者指示修正動作程式的修正指示的處理，及自動修正動作程式的處理。在使用者以手動修正動作程式時，程式修正部345的修正指示製作部345a製作用以修正動作程式的修正指示，以使裝配物的速度、加速度或作用力滿足制約條件。程式修正部345的自動修正部345b不藉由使用者的操作而自動修正動作程式，以使裝配物的速度、加速度或作用力滿足制約條件。再者，使用者可藉由對教示操作盤500的操作輸入，來指定要以手動修正或自動修正動作程式。

又，自動修正部345b根據比較部343的比較結果，當計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力小於制約條件，且對於制約條件有裕度(margin)時，可修正動作程式，以使裝配物的速度、加速度或作用力在制約條件的範圍內增加。藉此，機器人100的動作會在制約條件的範圍內更高速化。再者，使用者可藉由對教示操作盤500的操作輸入，來指定使機器人100的動作在制約條件的範圍內更加高速化。

同樣地，修正指示製作部345a根據比較部343的比較結果，當計算部342所計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力小於制約條件，且對於制約條件有裕度時，可製作用以修正動作程式的修正指示，以使裝配物的速度、加速度或作用力在制約條件的範圍內增加。

以下詳細說明根據速度及加速度的動作程式的自動修正例。於以下之例，以絕對值評估速度或加速度並修正動作程式。基本思想是根據上述式(1)，當式(1)的左邊所示的裝配物的重心的速度(向量r的一階微分)增減x%時，式(1)的右邊的各軸的角速度(角度θ的一階微分)增減x%。因此，以使動作程式中所描述的機器人100的前端的速度增減x%的方式進行修正。

又，根據上述式(2)，當式(2)的左邊所示的裝配物的重心的加速度(向量r的二階微分值)增減x%時，式(2)的右邊的各軸的角速度(角度θ的一階微分)及各軸的角加速度(角度θ的二階微分值)雙方增減x%。因此，以使動作程式中所描述的機器人100的前端的加速度增減x%的方式進行修正。惟此情況下，由於裝配物的重心的速度可能不會滿足制約條件，因此增加加速度時，必須考慮速度的制約條件。

首先，說明根據速度的制約條件來修正動作程式的情況。於此，取得部341所取得的裝配物的速度的制約條件的閾值設為v _lim，計算部342所計算出來的裝配物的速度設為v _act。若v _act－v _lim≦0，判定部344判定滿足制約條件，若v _act－v _lim＞0，判定部344判定不滿足制約條件。不滿足制約條件時，自動修正部345b使各軸的角速度降低((v _act－v _lim)/v _act)*100[%]。

又，滿足速度的制約條件時，自動修正部345b可提高速度，使機器人100的速度高速化。此情況下，自動修正部345b使各軸的角速度增加|(v _lim－v _act)/v _act|*100[%]。

接著，說明根據加速度的制約條件來修正動作程式的情況。於此，取得部341所取得的裝配物的加速度的制約條件的閾值設為a _lim，計算部342所計算出來的裝配物的加速度設為a _act。若a _act－a _lim≦0，判定部344判定滿足制約條件，若a _act－a _lim＞0，判定部344判定不滿足制約條件。不滿足制約條件時，自動修正部345b使各軸的角速度及各軸的角加速度降低((a _act－a _lim)/a _act)*100[%]。

又，滿足加速度的制約條件時，自動修正部345b可增加速度及加速度，使機器人100的動作高速化。此時，若(v _lim－v _act)/v _act≧(a _lim－a _act)/a _act，由於比起速度，加速度對於制約條件的裕度較小，因此自動修正部345b根據加速度，使各軸的角速度及各軸的角加速度增加((a _lim－a _act)/a _act)*100[%]。

又，若|(v _lim－v _act)/v _act|＜(a _lim－a _act)/a _act，由於比起加速度，速度對於制約條件的裕度較小，因此自動修正部345b根據速度，使各軸的角速度及各軸的角加速度增加|(v _lim－v _act)/v _act|*100[%]。惟無速度的制約條件時，自動修正部345b使各軸的角速度及各軸的角加速度增加((a _lim－a _act)/a _act)*100[%]。又，由於如上述，裝配物的速度可能不會滿足制約條件，因此增加加速度時要考慮速度的制約條件。

再者，使用者以手動修正動作程式時，修正指示製作部351a製作包含應使上述速度或加速度減少或增加的比率(%)的修正指示。

處理器340的顯示處理部346進行用以使顯示裝置400顯示與動作程式的修正有關的內容的處理。例如顯示處理部346進行用以於顯示裝置400顯示記憶於記憶體330的機器人100的動作程式的處理。又，顯示處理部346進行用以於顯示裝置400顯示由判定部344判定之動作程式中不滿足制約條件之處(行)的處理。進而言之，顯示處理部346進行用以於顯示裝置400顯示修正指示製作部345a所製作的修正指示的處理。為了這些顯示，顯示處理部346進行用以於顯示裝置400的顯示畫面上使對應部位的像素發光的處理等。

圖6是表示顯示於顯示裝置400的顯示畫面402之有關動作程式的修正的顯示內容的示意圖。如圖6所示，於顯示畫面402顯示了動作程式404。於動作程式404的第1行，表示有機器人100的前端的位置(位於最前端的軸的位置)P[1]、速度A[mm/s]及加速度(Acc)E[mm/s ²]。同樣地，於動作程式404的第2～4行，亦表示有機器人100的前端的位置、速度及加速度。機器人100的動作從第1行開始依序轉換。依據該動作程式404，例如機器人100的前端位於P[2]時，機器人100的前端是以速度B及加速度F移動。再者，於圖6表示了動作程式404中的機器人100的位移的速度及加速度，但亦可同樣地顯示姿勢的角速度、角加速度。又，於動作程式404，亦可表示各軸的速度、加速度。

按照機器人100的動作程式404的各行所描述的條件動作時，當不滿足使用者所指定的制約條件時，描述移動後的到達點的行被醒目顯示。圖6表示機器人100的前端從位置P[2]移動到P[3]時，計算部342所計算出來的加速度不滿足制約條件的情況，此情況下，動作程式404的第3行被醒目顯示。再者，如上述，動作程式404中不滿足制約條件的行是由判定部344判定。然後，由顯示處理部346進行醒目顯示用的處理。再者，醒目顯示是以與顯示畫面402上的背景或文字的顏色不同的顏色進行。藉此，使用者可於顯示畫面402上，視覺辨識動作程式404中有哪一行不滿足制約條件。

又，在比動作程式404的顯示位置靠近上側，顯示「第3行不滿足加速度的制約條件。必須將加速度降低〇〇%。」的修正指示的訊息406。修正指示的訊息406是由修正指示製作部345a製作。藉此，可對於使用者，表示動作程式404不滿足動作程式中的哪個條件，或應如何修正動作程式404，可催促使用者修正動作程式404。於圖6表示了動作程式的加速度不滿足制約條件的情況，但動作程式404的速度不滿足制約條件的情況亦顯示同樣的訊息406。

又，於動作程式404的下方顯示：自動修正按鈕408，其用以讓使用者選擇自動修正；及高速化按鈕410，其用以在滿足制約條件時，讓使用者選擇機器人100的高速化。使用者可藉由操作教示操作盤500，使顯示畫面402上的游標對準自動修正按鈕408，並按下(點擊)自動修正按鈕408來選擇自動修正。選擇了自動修正時，由自動修正部345b進行動作程式404的自動修正，自動改寫動作程式404中被醒目標示的行(第3行)，以滿足制約條件。

同樣地，在滿足制約條件時，使用者可藉由操作教示操作盤500，使顯示畫面402上的游標對準高速化按鈕410，並按下高速化按鈕410，以選擇滿足制約條件且使機器人100的動作高速化。

再者，於圖6例示了不滿足制約條件時的訊息406，但滿足制約條件時亦可顯示催促高速化的訊息406。此情況下，顯示例如「滿足加速度的制約條件，可將加速度提高○○%」的訊息406。使用者可藉由點擊高速化按鈕410，或根據催促高速化的訊息406修正動作程式404，來使機器人100的動作高速化。

處理器340的機器人控制部347藉由根據動作程式控制各關節的伺服馬達，來控制機器人100的動作。機器人控制部347在動作程式經修正時，按照修正後的動作程式來控制機器人100的動作。

接著，根據圖7的流程圖，來說明本實施形態的機器人的動作模擬方法的處理。圖7所示的處理是藉由控制裝置300的處理器340，於預定的每個控制週期進行。進行機器人的動作模擬的前提是使用者製作動作程式並預先記憶於記憶體330。

首先，處理器340的取得部341取得關於裝配物的制約條件及關於裝配物的資訊(裝配物的質量、裝配位置、重心位置等)(步驟S10)。若取得關於裝配物的制約條件及關於裝配物的資訊，處理器340開始機器人100的動作模擬(步驟S12)。

接著，處理器340的計算部342使用賈可比矩陣，從機器人100的各軸的資訊(速度、加速度)計算裝配物的速度、加速度、作用力(步驟S14)。接著，比較部343比較制約條件與在步驟S14計算出來的裝配物的速度、加速度或作用力，判定部344判定是否滿足制約條件(步驟S16)。

若在步驟S16判定不滿足制約條件，修正指示製作部345a製作用以令使用者修正動作程式的修正指示，顯示處理部346在顯示裝置400的顯示畫面上，將修正指示與動作程式上的不適當處一同顯示(步驟S18)。

接著，判定是否有按下自動修正按鈕408(步驟S20)，已按下自動修正按鈕408時，自動修正部345b自動修正動作程式(步驟S22)。步驟S22之後，本控制週期的處理結束。

又，在步驟S20未按下自動修正按鈕408時，由於使用者以手動修正動作程式，因此取得使用者從教示操作盤500輸入的動作程式的修正內容(步驟S28)，返回步驟S12以後的動作模擬的處理。

又，若在步驟S16判定滿足制約條件，判定是否有按下高速化按鈕410(步驟S24)，已按下高速化按鈕410時，自動修正部345b自動修正動作程式，以使機器人100的動作高速化(步驟S26)。步驟S26之後，本控制週期的處理結束。又，在步驟S24未按下高速化按鈕410時，本控制週期的處理結束。再者，於步驟S26，除了自動修正部345b自動修正動作程式以外，使用者亦可根據修正指示製作部345a所製作的修正指示，以手動修正動作程式。

再者，機器人系統1000亦可具備複數個機器人100、及分別對應於這些複數個機器人100的複數個控制裝置300。複數個控制裝置300分別針對所對應的機器人100的裝配物，計算在裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者，並比較計算結果與制約條件。複數個控制裝置300透過網路相互連接，或透過網路進一步連接於接收複數個控制裝置300的比較結果的上位側裝置均可。上位側裝置亦可根據收到的各個控制裝置300的比較結果，來進行故障預測。上位側裝置即使在各個機器人100的裝配物的速度、加速度或作用力滿足制約條件時，仍可藉由得到各個機器人100的裝配物的速度、加速度或作用力對於制約條件具有多少程度的裕度等資訊，來辨識各個機器人100的裝配物發生故障的可能性，可進行各個機器人100的故障預測。

如以上所說明，若依據本實施形態，在不實際令機器人100動作的情形下，藉由模擬來判定裝配物的速度、加速度或作用力是否滿足制約條件，不滿足制約條件時修正動作程式。因此，可事先修正動作程式以滿足制約條件，藉此抑制在實際使機器人100動作時裝配物非預期地損壞。又，由於裝配物的制約條件及裝配物的質量、裝配位置、重心位置等關於裝配物的資訊是由使用者設定，因此能以適合裝配於機器人100的各種裝配物的方式，來製作及修正動作程式，故選擇裝配物時無須配合機器人100的動作制約來選擇裝配物。藉此，可針對各種不同的裝配物，容易地進行滿足制約條件的動作程式的製作。

在此舉出的所有範例及特定的用語旨在於教示性目的，用以幫助讀者理解由本發明人對於促進本發明及該技術所貢獻的概念，應可解釋為不限定於本說明書之表示本發明的優勢及劣勢的任何範例的構成、所舉出的該類構成的特定例及條件。雖已詳細說明本發明的實施形態，但應理解可不脫離本發明的精神及範圍而對其追加各種變更、置換及修正。

1:地板 100:機器人 102:台座 104:旋轉台 106:第1臂 108:第2臂 110:腕 112,114,116,118,119,120:關節 122:工具安裝面 130:伺服馬達 200:工具 300控制裝置 302:通訊線路 310:通訊介面 320:驅動電路 330:記憶體 340:處理器 341:取得部 342:計算部 343:比較部 344:判定部 345:程式修正部 345a,351a:修正指示製作部 345b:自動修正部 346:顯示處理部 347:機器人控制部 400:顯示裝置 402:顯示畫面 404:動作程式 406:訊息 408:自動修正按鈕 410:高速化按鈕 500:教示操作盤 600:裝配物 1000:機器人系統 a:加速度 a1:第1軸 a2:第2軸 a3:第3軸 a4:第4軸 a5:第5軸 a6:第6軸 F:耐受載重 J:賈可比矩陣 LCD:液晶顯示裝置 P1,P3:裝配位置 P2,P3,P4:重心位置 r:向量 RAM:隨機存取記憶體 ROM:唯讀記憶體 S10,S12,S14,S16,S18,S20,S22,S24,S26,S28:步驟 W:工件 Σb:機器人座標系統 Σf:工具安裝面座標系統

圖1是依據一實施形態的組裝有機器人的動作模擬裝置的機器人系統的概略構成圖。 圖2是控制裝置的概略構成圖。 圖3是處理器的功能方塊圖。 圖4是用以說明裝配物對於機器人的裝配位置及重心位置的示意圖。 圖5是用以說明裝配物對於機器人的裝配位置及重心位置的示意圖。 圖6是表示顯示於顯示裝置的顯示畫面之有關動作程式的修正的顯示內容的示意圖。 圖7是用以說明本實施形態的機器人的動作模擬方法的處理的流程圖。

340:處理器

341:取得部

342:計算部

343:比較部

344:判定部

345:程式修正部

345a:修正指示製作部

345b:自動修正部

346:顯示處理部

347:機器人控制部

Claims (11)

1. 一種機器人的動作模擬裝置，其具備： 取得部，其對於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人取得：裝配於連結到前述關節的連桿的裝配物對於前述機器人的位置，及對於前述機器人動作時在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者的制約條件； 計算部，其於前述機器人執行了動作時，因應前述裝配物對於前述機器人的位置，計算預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者；及 比較部，其比較前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。
2. 如請求項1之機器人的動作模擬裝置，其進一步具備判定部，前述判定部根據前述比較部的比較結果，來判定前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者是否滿足前述制約條件。
3. 如請求項2之機器人的動作模擬裝置，其中前述判定部是在判定前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，進一步判定描述前述機器人的動作的動作程式上不滿足前述制約條件之處， 前述機器人的動作模擬裝置進一步具備顯示處理部，其進行用以於顯示裝置顯示前述動作程式上不滿足前述制約條件之處的處理。
4. 如請求項3之機器人的動作模擬裝置，其進一步具備修正指示製作部，前述修正指示製作部是在判定為前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，製作用以修正前述動作程式的修正指示，以使前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者滿足前述制約條件， 前述顯示處理部進行用以於前述顯示裝置顯示前述修正指示的處理。
5. 如請求項4之機器人的動作模擬裝置，其中前述修正指示製作部是在前述計算部所計算出來的速度或加速度滿足前述制約條件時，製作用以修正前述動作程式的修正指示，以使對應於該制約條件的速度或加速度在該制約條件的範圍內增加。
6. 如請求項4之機器人的動作模擬裝置，其中前述計算部根據已根據前述修正指示修正的修正後的前述動作程式，於前述機器人執行了動作時，計算預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者， 前述比較部比較前述計算部根據修正後的前述動作程式所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。
7. 如請求項3之機器人的動作模擬裝置，其進一步具備修正部，前述修正部是在前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者不滿足前述制約條件時，修正前述動作程式，以使前述計算部所計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者滿足前述制約條件。
8. 如請求項7之機器人的動作模擬裝置，其中前述修正部是在前述計算部所計算出來的速度或加速度滿足前述制約條件時，修正前述動作程式，以使對應於該制約條件的速度或加速度在該制約條件的範圍內增加。
9. 如請求項1至8中任一項之機器人的動作模擬裝置，其中前述機器人是複數個前述關節各自具有前述軸的多關節機器人，前述裝配物裝配於連結到鄰接的各個前述關節的前述連桿、或前述機器人的最前端的前述連桿。
10. 一種機器人的控制裝置，其具備如請求項1至9中任一項之機器人的動作模擬裝置， 進一步具有機器人控制部，其控制前述機器人的動作。
11. 一種機器人的動作模擬方法，其具備如下步驟： 對於關節具有可旋動或可線性運動的軸的機器人取得：裝配於連結到前述關節的連桿的裝配物對於前述機器人的位置，及對於前述機器人動作時在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者的制約條件； 於前述機器人執行了動作時，因應前述裝配物對於前述機器人的位置，計算預期會在前述裝配物產生的速度、加速度及作用力中之至少一者；及 比較計算出來的速度、加速度及作用力中之至少一者與前述制約條件。

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