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JP3512049B2 - 産業用ロボットのツール干渉チェック方法 - Google Patents
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JP3512049B2 - 産業用ロボットのツール干渉チェック方法 - Google Patents

産業用ロボットのツール干渉チェック方法

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JP3512049B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットに
とりつけたツールとロボットアームの干渉をチェックす
る方法に関する。 【0002】 【従来の技術】通常の産業用ロボットにおいて、ロボッ
トアームの互いの軸が動作限界に達したことによりそれ
以上の範囲へは動作できないという判断は前記アームを
動作させる制御装置において行われるのが普通である。
通常のロボット制御装置には、あらかじめアームの機構
情報が記憶されており、それを利用することにより、前
記アームの動作限界を簡単に判断することができる。一
方、産業用ロボットで実際の作業をさせる場合は、通
常、アーム先端になんらかのツールをつけている。例え
ば、アーク溶接においては、溶接トーチ、それに付属す
るケーブルがツールである。このようなツールをつけた
ロボットにたいして教示するときは、ツールと前記アー
ムの干渉は自動的には行われず、作業者が教示時に目で
確認していた。そのため、教示作業時に教示者は、ツー
ルがアームと干渉していないかどうかに注意を向けなが
ら教示作業をする必要があり、教示作業を労力と時間の
かかるものとしていた。このことを解決する方法とし
て、特公平4−11357号公報に開示された技術があ
る。前記公告の方法においては、ツール(特公平4−1
1357では工具と呼ばれている)寸法を既知としてあ
らかじめロボット制御回路のメモリ中に登録しておき、
その値を使って、手首先端の2軸について干渉領域をそ
れぞれ設定記憶しておき、動作指令時に2軸の指令角度
が共に前記設定記憶された干渉領域に入る場合に干渉と
判断していた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の方法
では、あらかじめツール寸法が正確にわかっている必要
があるため、ツールにフレキシブルなケーブル部を含む
場合などのようにツール寸法が正確でないときは、効果
的な利用ができていなかった。また、2軸独立した値を
それぞれ設定しているため、2軸が関係して干渉領域が
決まる場合にも同様に効果的な利用ができなかった。こ
のことの例として、図2に示すように6軸垂直多関節ロ
ボットのアーム先端に溶接トーチをつけた場合について
説明する。図2中の座標軸(X,Y,Z)は、ロボット
が設置されている環境に固定された直交座標系であり、
後の説明に使う。また、6軸は、ロボットの設置面に近
い方から順に第1軸、第2軸、第3軸、第4軸、第5
軸、第6軸(図中では、それぞれ、J1、J2、J3、
J4、J5、J6で表している)と呼ぶ。このようなと
き、A〜Bまではトーチ部で、金属でできているが、B
〜Cまでは比較的柔らかいケーブル部である。 【0004】このような構成のときのトーチ部及びケー
ブル部がロボットアームと干渉しない領域(非干渉領
域)について、図2で示したロボットの先端部を模式的
に描いた図3、図4を用いて説明する。第5軸が、図3
(a)の姿勢にあるときは、非干渉領域は、第6軸が図
3(b)に示すような角度範囲(α1〜β1)にあると
きである。しかし、第5軸が図4(a)の姿勢にある時
は、アームとツールが干渉するのはツールのB〜Cの間
(つまり、比較的柔らかいケーブル部)であるので、非
干渉領域は第6軸は図3(b)に示す角度範囲(α1〜
β1)より大きい角度範囲(α2〜β2)となる。ここ
で図4(b)はX方向から見た図であり、ケーブルの柔
軟性によって、B点がアームの下に潜り込むことができ
る様子を表す。図4(c)のB点は実際は見えないが、
下にあることを描いている。 【0005】このように、第5軸の位置によって第6軸
の非干渉領域は違ってくる。つまり、図5で斜線で示す
ような領域が、非干渉領域となる。ここでB1、B3は
第5軸の機構的な動作限界、B2はトーチ姿勢が図6に
示すようになりアームと干渉するときの第5軸位置であ
る。T2〜T3は、第5軸が動作限界であるときの第6
軸の非干渉領域、T1、T4は第5軸が動作限界B3の
ときの、第6軸の非干渉領域、T2、T3は第5軸が動
作限界B1のときの、第6軸の非干渉領域である。この
ようなときに、従来の方法では、あらかじめ決まってい
るツール寸法より求めた2軸それぞれの範囲によって干
渉領域を決めるので図7の斜線で示す領域を非干渉領域
としてしまう。図5と図7の斜線部をみると明らかに図
7が狭くなり、間違った干渉の判断をしてしまうことに
なる。そこで、本発明は、あらかじめ正確なツール寸法
がわかってないときでも、かつ、少なくとも2軸が関係
して干渉領域が決まる場合でも、ロボットアームとツー
ルが干渉したかどうかを効果的に判断できるツール干渉
チェック方法を提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、ロボットアーム先端にツールをつけて作業を行う産
業用ロボットのロボットアームの手先の少なくとも2軸
の位置が、あらかじめ決められた範囲にあるかどうかで
前記ツールと前記ロボットアームの干渉を判断する産業
用ロボットのツール干渉チェック方法において、前記範
囲は、前記ツールをつけた状態で、(a)前記ロボット
を動作させる段階と、(b)前記ツールが前記ロボット
アーム本体と干渉する限界点の各ロボット軸の位置を記
憶する段階と、前記段階(a)と(b)を複数回繰返す
ことによって複数の点を得る段階と、前記記憶された複
数の各軸位置と前記産業用ロボットの機構的な動作限界
となる各軸の位置とを補間する段階と、干渉領域を表す
少なくとも2軸の関係式を求める段階と、前記関係式に
基づく干渉を判断する領域を記憶する段階と、を含み、
前記産業用ロボットの各軸位置が、記憶された前記干渉
を判断する領域に存在するか否かで、干渉しているか否
かを判断することとするものである 【0007】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。ここでは、発明が解決しようとする課題
の項を説明するために利用した図2のような場合につい
て本発明を利用する実施例にについて説明する。図1
は、本発明を実施するための、動作の流れを書いたフロ
ー図である。ステップ101では、実際の作業のとき利
用するツールをロボットの手首にとりつける。ここで
は、図2に示したようなツール(溶接トーチとケーブ
ル)をとりつけた場合を説明する。ステップ102で
は、ツールをとりつけた状態で、教示ツール(例えば、
ティーチングペンダント)を使って、ロボットの第5軸
を、あらかじめ決められた位置(点)まで移動させる。
ここでは、第1のとして、図3(a)で示したような
位置が決められているとする。このときの第5軸の値を
γ1とする。この姿勢に於いて、ロボットアームとツー
ルが干渉しない否かを見ながら第6軸を動作させ、干渉
開始する直前での第6軸の位置を調べる。この値は、回
転方向により二つ存在し、図3では、α1 、β1 と示し
ている。このようにすることにより、図5で示したよう
な第5軸、第6軸平面上の点としてP11=(γ1 ,α1
)、P12=(γ1 ,β1 )が得られたことになる。同
様な作業を、N個ので行うことにより、図8で示した
ような第5軸、第6軸平面上の点が得られる(なお、図
8では、N=の場合を図示している)。この作業によ
り、P11=(γ1 ,α1 )、P12=(γ1 ,β1 )、P
21=(γ2 ,α2 )、P22=(γ2 ,β2 )、P31=
(γ3 ,α3 )、P32=(γ3 ,β3 )、P33=(γ3
,α4 )、P34=(γ3 ,β4 )が得られたことにな
る。また、通常コントローラがもっている機構系の情報
により、B1 、B3 、T1 、T4 はあらかじめわかって
いる。 【0008】次にステップ103に進む。ここでは、ス
テップ102で求めた点を補間して非干渉領域をもとめ
る。補間の方法は多数あるが、もっとも簡単には、折れ
線近似する方法(つまり、区間を1次式で近似する方
法)である。例えば、点P11とP21をつなぐ曲線を近似
する直線は、式(1)となる。 B=(γ2 −γ1 )(T−α1 )/(α2 −α1 )+γ1 …(1) ここで、Bは第5軸の回転角度(位置)、Tは第6軸の
回転角度(位置)を表す。 同様に、ステップ102で
求めた点とあらかじめ機構的にわかっている点を使って
直線近似したときの関係式をまとめると以下の式(2)
〜(15)までとなる。 Pa1〜P11: T=α1 …(2) P11〜P21: B=(γ2 −γ1 )(T−α1 )/(α2 −α1 )+γ1 …(3) P21〜P31: B=(γ3 −γ2 )(T−α2 )/(α3 −α2 )+γ2 …(4) P31〜Pa3: B=(B3 −γ3 )(T−α3 )/(T1 −α3 )+γ3 …(5) Pa1〜P11: T=β1 …(6) P12〜P22: B=(γ2 −γ1 )(T−β1 )/(β2 −β1 )+γ1 …(7) P22〜P32: B=(γ3 −γ2 )(T−β2 )/(α3 −β2 )+γ2 …(8) P32〜Pa6: B=(B3 −γ3 )(T−β3 )/(T4 −β3 )+γ3 …(9) Pa1〜Pa2: B=B1 …(10) Pa3〜Pa4: B=B3 …(11) Pa5〜Pa6: B=B3 …(12) Pa4〜P33: T=α4 …(13) Pa5〜P34: T=β4 …(14) P33〜P34: B=γ3 …(15) 【0009】ここまでで、干渉を判断する関係式が決定
された。これを、図示すると、図9となる。この領域を
記憶しておく。本発明は、この記憶した領域を使ってツ
ールとアームの干渉チェックを行う。実際にロボット動
作するときに干渉の判断をするときは、動作指令また
は、動作結果の軸の位置が記憶した領域に入ったか否か
を判断すればよい。その結果、非干渉領域にはいってい
ないときは、アラームをだす、又は、停止する等の処理
をするようにする。 また、このようにしてつくった領
域は、オフラインで教示するときの動作領域の制限に使
用してもよい。図9に示した非干渉領域は、正確な非干
渉領域に比べて、少しの誤差は含むが、従来の方法で行
う領域図7に比べて格段に精度がよくなる。また、
増やすことによって精度を上げることができる。ここま
では、ツールとロボットアームの干渉が先端2軸で決ま
る場合について説明してきたが、3軸以上が、関与する
場合も同様な方法で代表点による干渉の有無を調べ、そ
れらの点を補間することで関係式をもとめ、それを元に
非干渉領域をつくることができ、それを使うことによっ
て干渉チェックが可能となる。以上の説明では、補間は
1次式であったが、一般に多項式でおこなうこともでき
る。 【0010】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、効
果的にツールとロボットマニピュレータの干渉が判断で
き、作業効率が挙がる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例を説明するためのフロー図 【図2】本発明を説明するためのツールをつけたロボッ
トの例 【図3】非干渉領域を説明するための図(第5軸が垂直
下向きの場合) 【図4】非干渉領域を説明するための図(第5軸が水平
横向きの場合) 【図5】ツールをつけたときの非干渉領域 【図6】図5のB2を説明するための図 【図7】従来法を使った非干渉領域 【図8】実施例を説明するための図 【図9】実施例でできた非干渉領域

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ロボットアーム先端にツールをつけて作
    業を行う産業用ロボットのロボットアームの手先の少な
    くとも2軸の位置が、あらかじめ決められた範囲にある
    かどうかで前記ツールと前記ロボットアームの干渉を判
    断する産業用ロボットのツール干渉チェック方法におい
    て、 前記範囲は、前記ツールをつけた状態で、(a)前記ロボットを動作させる段階と、 (b)前記ツールが前記ロボットアーム本体と干渉する
    限界点の各ロボット軸の位置を記憶する段階と、前記段階(a)と(b)を複数回繰返すことによって複
    数の点を得る段階と、 前記記憶された複数の各軸位置と前記産業用ロボットの
    機構的な動作限界となる各軸の位置とを補間する段階
    と、 干渉領域を表す少なくとも2軸の関係式を求める段階
    と、 前記関係式に基づく干渉を判断する領域を記憶する段階
    と、を含み、 前記産業用ロボットの各軸位置が、記憶された前記干渉
    を判断する領域に存在するか否かで、 干渉しているか否
    かを判断することを特徴とする産業用ロボットのツール
    干渉チェック方法。
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