JP2909074B2 - Robot arm motion simulator - Google Patents
Robot arm motion simulatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、ロボットのマニピュレータアームに適用さ
れる動作シミュレータに関するものである。
(従来の技術)
従来のロボットアームの動作シミュレータ装置の構成
を第2図に示す。同図においてロボットアームの各関節
角は、ロボットアーム先端の位置及び姿勢データ入力装
置11に入力されたデータの出力信号と、ロボットアーム
4の現在の各関節角信号に基づいて、予じめ構成された
座標変換演算装置2により演算して求められる。
同演算装置2の出力信号は、ロボットアームの制御装
置3に入力され、同制御装置3でロボットアームの各関
節角の変位及び速度と比較演算され、ロボットアームの
駆動信号となる。
ロボットアーム4は、制御装置3より入力された駆動
信号に追従して所望の各関節角動作をする。
この様にしてロボットアームの先端の位置と姿勢は、
時々刻々、位置・姿勢データ入力装置11により与えられ
た指令通りの動作を行うことになる。前記装置において
は、位置・姿勢データ入力装置11により入力されたロボ
ットアーム先端の位置データ及び姿勢データと、ロボッ
トアーム4の現在の関節角信号とに基づいて予じめ構成
された座標変換演算装置2により、ロボットアームの次
の時点の関節角を演算することになるが、従来、この演
算装置の構成は固定式のため、ロボットアームの構成が
変更されるとそれに伴って前記演算装置の構成も、その
都度変更する必要があり、またロボットの囲りに障害物
が存在する場合に、これを自動的に回避してロボットア
ームを駆動させることができず、汎用的に用いるには、
不都合がある上に6自由度を越えるロボットの場合は甚
だシミュレートが繁雑となり、異種のロボットアームが
異なる環境条件下におかれた場合に対して迅速に対応す
ることが難しいという欠点があった。
(考案が解決しようとする問題点)
このように、従来のロボットアームの動作シミュレー
タ装置にあっては汎用性がなく、異種機構・構造のロボ
ットアームに変更しようとする場合や、異なる環境条件
の中で障害物を回避させて動作させようとする場合に
は、その都度、座標変換演算装置の構成を変更する必要
性が生じ、ロボットの周囲に障害物があるような場合
に、この障害物からロボットのアーム部を回避するよう
にして動作させるには非常に不便であり、またロボット
アーム先端の位置と姿勢を変更する場合にも、最終的な
目標位置(姿勢を含むとする)を与えるだけでなく、そ
れに至る軌道(位置と姿勢)を与える必要があるという
不便があった。
ロボットの設計時に留意すべきことの中で最も重要な
ことは,そのロボットが目的とする作業が何で,どのよ
うな環境で使用されるものであるかを,良く考えておく
ことである。
特に多関節構造を持つロボットでは,関節の数や構造
によっては,作業不能の空間領域(ロボットアームの長
さからは届く筈の距離内であっても動作不能の領域)が
発生し,その領域を通過できないことや,或いは障害物
がある環境内での作業の場合,動作不能の領域が発生す
る。
従来のシミュレータでは、与えられたロボットを如何
に動かすかという事が主であり、そのためのシミュレー
ションを繰り返すことにより検討されてきたが、この動
作不能空間をなくすことは、このようなシミュレーショ
ンでは本質的に解決ができない。
本発明はこの点に鑑み,ロボット関節数や,構造その
ものを自由に変更して検討できるもので,ロボット作業
環境の中で,目的とする作業を達成するための最適な構
造(関節個数やアームの寸法,形状等)を決定できるこ
とを可能にするものである。
従ってこの動作シミュレータ装置は,単にロボットの
動作をグラフィックで見るだけのものではなく,ロボッ
トの基本構造まで立ち入った設計を可能ならしめる役割
をもっている装置である。
(問題を解決するための手段)
このため本発明は、ロボットアームの位置データ及び
姿勢データを与えて、アームの各関節角を座標変換演算
装置により演算し、その演算結果に基づきロボットアー
ムを駆動してロボットアームの動作をシミュレーション
する装置において、ロボットアームの先端目標位置・姿
勢データ、ロボットの機構・構造データ及びロボット周
囲の障害物データの各データの入力装置よりの出力信号
に基づいてロボットアームの先端軌道を演算する軌道演
算装置と、該軌道演算装置の演算結果とロボットアーム
の各関節角の実信号を比較し、障害物の回避範囲内で各
関節角を演算する座標変換演算装置と、該座標変換演算
装置の演算結果からロボットアームの各関節角の変位及
び速度を合わせて演算し、同演算結果に基づきロボット
アームの駆動信号を駆動部に出力する制御装置とからな
るもので、これを課題解決のための手段とするものであ
る。
(作用)
ロボットアームの変更時に、新たなロボットアームの
機構・構造に関するデータを別途の入力装置に入力し、
その入力装置からの出力信号を数式処理演算で演算変換
して、座標変換装置に出力する。該座標変換演算装置に
は、前記入力信号の他、ロボットアームの先端目標位置
と姿勢に関する入力信号と、現時点におけるロボットア
ームの関節角信号、及び障害物回避軌道演算器の出力信
号がそれぞれ入力され、これらの信号に基づいて次の時
点の関節角を演算する。この演算結果を制御装置に送
り、制御装置はロボットアームの各関節角変位と速度と
を合わせて演算処理し、ロボットアームの駆動信号をロ
ボットアームの駆動部に送る。
(実施例)
以下に、本発明の実施例を図面について説明する。
第1図に本発明の実施例を示す。
1はロボットアームの先端軌道を演算する軌道演算装
置であり、該演算装置1には、ロボットアーム先端の目
標位置・姿勢データ信号、ロボットの機種別データ信号
及び障害物データ信号の各信号が入力され、これらのデ
ータ信号に基づいてロボットの機種に応じて、かつ障害
物を回避するロボットアームの合理的な先端軌道を演算
決定する。
前記ロボットアーム先端の目標位置・姿勢データ信号
は、目標となるロボット先端の位置データと姿勢データ
が入力される入力装置10からの出力信号であり、前記ロ
ボットの機種別データ信号はロボットの機構データ及び
構造データを入力した入力装置5からの各データ信号を
演算装置6で数式処理して演算変換し出力される信号で
あり、また前記障害物データ信号はロボット周囲の障害
物の形状と位置データを入力した入力装置7からの出力
信号である。
2は座標変換演算装置であり、上記軌道演算装置1の
演算結果の出力信号を受けると同時に、ロボットアーム
の現在の各関節角信号と上記演算装置6によるロボット
の機構・構造データ信号を受けて、ロボットアームの次
の時点での各関節角を演算する。
この演算結果は制御装置3に送られると同時に、上記
障害物入力装置9のデータ信号と共に障害物の回避範囲
演算装置7にも出力され、同演算装置7によりロボット
アームの障害物回避可能範囲が演算され、その演算結果
は表示装置8に送られると同時に前記座標変換演算装置
2にも返送される。
座標変換演算装置2の出力信号は、上記の如くロボッ
トアームの制御装置3に入力され、ロボットアームの各
関節角変位及び速度が合わせて演算され、ロボットアー
ムの駆動信号となる。
ロボットアーム4は、制御装置3から入力された駆動
信号に追従して各関節角が所定の変位と速度で動作す
る。
本発明に係る装置では上記の如くロボットの機構と構
造が変更されても座標変換演算装置2を変更する必要が
なく、ロボットの機構と構造に関するデータをデータ入
力装置5に入力することにより、容易に対応できると共
に、ロボットの置かれた環境内の障害物に対して、ロボ
ットアーム先端が障害物を回避しつつ、目標姿勢を実現
する軌道を演算し、その軌道に沿いつつ、アーム先端以
外のアーム部についても障害物に衝突することなく動作
させることが可能となる。
(発明の効果)
ロボットの運動を記述する数式にヤコビアンと云う数
式がある。これは多関節ロボットの与えられた手先軌道
から各関節角を演算するためには不可欠の数式で非常に
煩雑なものである。
関節の数が変わるとこの数式そのものの形(構造)が
大幅に変わり、手計算により数式を再構築する必要があ
るが、その変更は容易ではない。
普通のシミュレータでは、多くの場合関節の数を変更
しない特定のロボットを対象として作られており、変更
するのはアームの太さ、アームの長さ等の値である。ア
ームの太さやアームの長さを変更するだけであれば、数
式の構造の変更は必要ではなく、数式の中の係数のみを
変更するだけで容易に対応することが出来る。従来のも
のは基本的にこの考えに沿ったシミュレータである。
本発明は関節数の異なる様々なロボットにも対応でき
るように、関節の数を変更しても対処できるようにして
おり、そのために数式処理装置を具備している。即ち、
本発明は異種のロボットに対しても、その構造と機構を
別の入力装置に入力し、そのデータとさらに別途入力の
ロボットアームの目標位置データと姿勢データ、ならび
にロボットの周囲の障害物データに基づき、アーム先端
の軌道を演算し、その軌道に沿ってロボットのアーム部
を障害物に衝突させることなく動作させることが可能と
なり、汎用ロボットアームのシミュレータとして、ロボ
ットアームの動作を迅速に検討することが可能となる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an operation simulator applied to a manipulator arm of a robot. (Prior Art) FIG. 2 shows the configuration of a conventional robot arm operation simulator. In the figure, the joint angles of the robot arm are previously configured based on the output signal of the data input to the position and posture data input device 11 of the robot arm tip and the current joint angle signals of the robot arm 4. It is calculated and calculated by the coordinate conversion calculating device 2. The output signal of the arithmetic unit 2 is input to the control unit 3 of the robot arm, and is compared with the displacement and velocity of each joint angle of the robot arm by the control unit 3 to become a drive signal of the robot arm. The robot arm 4 performs desired joint angle operations following the drive signal input from the control device 3. In this way, the position and orientation of the tip of the robot arm are
The operation according to the command given by the position / posture data input device 11 is performed every moment. In the device, a coordinate transformation calculating device configured in advance based on the position data and posture data of the robot arm tip input by the position / posture data input device 11 and the current joint angle signal of the robot arm 4. According to 2, the joint angle of the robot arm at the next time point is calculated. Conventionally, since the configuration of the arithmetic device is a fixed type, when the configuration of the robot arm is changed, the configuration of the arithmetic device is accordingly changed. Also, it is necessary to change each time, and when there is an obstacle around the robot, it cannot be automatically avoided to drive the robot arm.
In addition to the inconvenience, in the case of a robot having more than six degrees of freedom, simulation becomes extremely complicated, and it is difficult to quickly respond to the case where different types of robot arms are placed under different environmental conditions. . (Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional operation simulator of a robot arm does not have general versatility. Each time it is attempted to avoid obstacles in the robot, it is necessary to change the configuration of the coordinate transformation calculation device, and when there is an obstacle around the robot, It is very inconvenient to operate the robot in such a way as to avoid the robot arm part, and when changing the position and posture of the robot arm tip, the final target position (including posture) is given. In addition, there was an inconvenience that it was necessary to give the trajectory (position and attitude) leading to that. The most important thing to keep in mind when designing a robot is to carefully consider what the robot's intended task is and under what environment. In particular, in a robot with a multi-joint structure, an inoperable space area (an inoperable area even within the distance that should be reached from the length of the robot arm) occurs depending on the number and structure of joints. In the case where the vehicle cannot pass through, or work in an environment where there is an obstacle, an inoperable region occurs. In conventional simulators, the main issue is how to move a given robot, and it has been studied by repeating simulations for that purpose. Eliminating this inoperable space is essentially essential in such simulations. Can not be resolved. In view of this point, the present invention is capable of freely changing and examining the number of robot joints and the structure itself. In the robot working environment, the optimum structure (number of joints and arms) for achieving the target work is considered. (Dimensions, shapes, etc.) can be determined. Therefore, this operation simulator device is not only a device for simply viewing the operation of a robot in a graphic form, but also has a role of enabling a design that includes the basic structure of the robot. (Means for Solving the Problem) For this reason, the present invention provides position data and posture data of a robot arm, calculates each joint angle of the arm by a coordinate transformation calculating device, and drives the robot arm based on the calculation result. Device that simulates the operation of the robot arm by using the output signal from the input device of each data of the target position / posture data of the robot arm, the mechanism / structure data of the robot, and the obstacle data around the robot. A trajectory calculation device that calculates the tip trajectory of the robot arm; and a coordinate conversion calculation device that compares the calculation result of the trajectory calculation device with the actual signal of each joint angle of the robot arm and calculates each joint angle within the obstacle avoidance range. Calculating the displacement and velocity of each joint angle of the robot arm from the calculation result of the coordinate conversion calculation device, and based on the calculation result. And a control device for outputting a drive signal of the robot arm to the drive unit, which is used as a means for solving the problem. (Operation) When changing the robot arm, input data on the mechanism and structure of the new robot arm into a separate input device,
The output signal from the input device is subjected to arithmetic conversion by mathematical processing and output to the coordinate conversion device. In addition to the input signals, an input signal relating to the target position and orientation of the tip of the robot arm, a joint angle signal of the robot arm, and an output signal of the obstacle avoidance trajectory calculator are input to the coordinate transformation calculation device. The joint angle at the next time is calculated based on these signals. The calculation result is sent to the control device, and the control device performs arithmetic processing on the joint angular displacement and the speed of the robot arm, and sends a drive signal of the robot arm to the drive unit of the robot arm. (Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a trajectory calculation device for calculating a trajectory of the tip of the robot arm. The calculation device 1 receives signals of a target position / posture data signal of the tip of the robot arm, a data signal for each robot model and an obstacle data signal. Then, based on these data signals, a reasonable tip trajectory of the robot arm that avoids obstacles is calculated and determined according to the robot model. The target position / posture data signal of the tip of the robot arm is an output signal from the input device 10 into which the position data and the posture data of the target robot tip are input, and the model-specific data signal of the robot is robot mechanism data. And data signals from the input device 5 to which the structural data has been input, are processed by mathematical processing in the arithmetic unit 6 and are converted and output. The obstacle data signal is the shape and position data of the obstacle around the robot. Is an output signal from the input device 7 to which is input. Numeral 2 denotes a coordinate transformation arithmetic unit which receives the output signal of the operation result of the trajectory arithmetic unit 1 and receives the current joint angle signals of the robot arm and the robot mechanism / structure data signal by the arithmetic unit 6 at the same time. Calculate the joint angles of the robot arm at the next time. This calculation result is sent to the control device 3 and also output to the obstacle avoidance range calculation device 7 together with the data signal of the obstacle input device 9, and the calculation device 7 determines the obstacle avoidable range of the robot arm. The calculation is performed, and the calculation result is sent to the display device 8 and, at the same time, is returned to the coordinate transformation calculation device 2. The output signal of the coordinate transformation calculation device 2 is input to the control device 3 of the robot arm as described above, and the joint angle displacement and the speed of the robot arm are calculated together to become a drive signal of the robot arm. The robot arm 4 operates at a predetermined displacement and speed at each joint angle following the drive signal input from the control device 3. In the device according to the present invention, even if the mechanism and structure of the robot are changed as described above, it is not necessary to change the coordinate transformation operation device 2 and the data relating to the mechanism and structure of the robot can be input to the data input device 5 so that In addition to the obstacles in the environment where the robot is placed, the robot arm calculates the trajectory that achieves the target posture while avoiding obstacles, and along the trajectory, The arm can also be operated without colliding with an obstacle. (Effect of the Invention) A mathematical expression describing the motion of a robot includes a mathematical expression called Jacobian. This is an indispensable mathematical expression for calculating each joint angle from the given hand trajectory of the articulated robot, which is very complicated. When the number of joints changes, the shape (structure) of the formula itself changes significantly, and it is necessary to reconstruct the formula by manual calculation, but the change is not easy. In many cases, an ordinary simulator is designed for a specific robot that does not change the number of joints, and the values to be changed are values such as the thickness of the arm and the length of the arm. If only the thickness of the arm or the length of the arm is to be changed, it is not necessary to change the structure of the formula, and it is possible to easily cope with it only by changing only the coefficient in the formula. The conventional one is basically a simulator that follows this idea. The present invention is adapted to cope with various robots having different numbers of joints, even if the number of joints is changed. For this purpose, a mathematical formula processing device is provided. That is,
According to the present invention, the structure and mechanism of different types of robots are input to another input device. Based on this, the trajectory of the arm tip is calculated, and the robot arm can be operated along the trajectory without colliding with obstacles. As a general-purpose robot arm simulator, the operation of the robot arm can be quickly studied. It becomes possible.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の代表的な実施例を示すロボットアーム
の動作シミュレータ装置のブロック線図、第2図は従来
の装置におけるブロック線図である。
図の主要部分の説明
1……軌道演算装置
2……(座標変換)演算装置
3……制御装置
4……ロボットアーム
5……(機構・構造)入力装置
6……(機構・構造の数式処理)演算装置
7……(障害物)回避範囲演算装置
8……表示装置
9……障害物(形状・位置)入力装置
10……(目標位置・姿勢)入力装置
11……入力装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a robot arm operation simulator device showing a typical embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a conventional device. Description of main parts of the drawing 1 trajectory calculation device 2 (coordinate conversion) calculation device 3 control device 4 robot arm 5 (mechanism / structure) input device 6 (formula of mechanism / structure) Processing) Computing device 7 (obstacle) avoidance range computing device 8 Display device 9 Obstacle (shape / position) input device 10 (Target position / posture) input device 11 Input device
Claims (1)
て、アームの各関節角を座標変換演算装置により演算
し、その演算結果に基づきロボットアームを駆動してロ
ボットアームの動作をシミュレーションする装置におい
て、ロボットアームの先端目標位置・姿勢データ、ロボ
ットの機構・構造データ及びロボット周囲の障害物デー
タの各データの入力装置よりの出力信号に基づいてロボ
ットアームの先端軌道を演算する軌道演算装置と、該軌
道演算装置の演算結果とロボットアームの各関節角の実
信号を比較し、障害物の回避範囲内で各関節角を演算す
る座標変換演算装置と、該座標変換演算装置の演算結果
からロボットアームの各関節角の変位及び速度を合わせ
て演算し、同演算結果に基づきロボットアームの駆動信
号を駆動部に出力する制御装置とからなることを特徴と
するロボットアームの動作シミュレータ装置。(57) [Claims] Given a position data and a posture data of the robot arm, each joint angle of the arm is calculated by a coordinate transformation calculating device, and based on the calculation result, the robot arm is driven to simulate the operation of the robot arm. A trajectory calculation device for calculating a trajectory of the tip of the robot arm based on an output signal from an input device for inputting data of tip target position / posture data, robot mechanism / structure data, and obstacle data around the robot; And a real-time signal of each joint angle of the robot arm, and calculates a joint angle within the obstacle avoidance range. Calculates the angular displacement and velocity together and outputs a drive signal of the robot arm to the drive unit based on the calculation result. Operation simulator apparatus for a robot arm, characterized in that it consists of a device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62220281A JP2909074B2 (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Robot arm motion simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62220281A JP2909074B2 (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Robot arm motion simulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6464014A JPS6464014A (en) | 1989-03-09 |
| JP2909074B2 true JP2909074B2 (en) | 1999-06-23 |
Family
ID=16748712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62220281A Expired - Lifetime JP2909074B2 (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Robot arm motion simulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2909074B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110581A (en) * | 1982-12-17 | 1984-06-26 | 松下電器産業株式会社 | Method of controlling multi-joint robot |
| JPS61147307A (en) * | 1984-12-20 | 1986-07-05 | Toyoda Mach Works Ltd | Robot controller provided with interference avoiding function |
| JP2567834B2 (en) * | 1985-05-01 | 1996-12-25 | 川崎重工業株式会社 | How to create robot control data |
-
1987
- 1987-09-04 JP JP62220281A patent/JP2909074B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6464014A (en) | 1989-03-09 |
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