JP7493926B2 - 制御方法、制御装置、ロボットシステム、物品の製造方法、動作プログラム作成方法、動作プログラム作成装置、表示装置、表示装置の制御方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット装置の制御方法に関する。

近年、工場等の生産ラインにおける製品の組立、検査等の作業はロボット装置による自動化が進められている。用いられるロボット装置は数多くの種類が存在するが、中でも広く普及しているのは回転駆動する関節を有するロボット装置である。このようなロボット装置を動作させる際には教示作業を行う。教示作業とは、ロボット装置が有する全ての関節の角度を一意に定めることである。作業者はロボット装置の作業内容に応じて、ロボット装置の手先が位置すべき作業点を設定し、各作業点におけるロボット装置の手先の姿勢を設定する。それに基づきロボット装置の関節の角度が決定される。複数の作業点に対して連続的にロボット装置を動作させる場合は、各作業点に対してそれぞれ教示作業を行い、各作業点を移動する順序を記述した動作プログラムを作成する。

しかしながら生産ラインにおける作業の中では、数十から数百の作業点が存在する作業がある。そしてそれらの作業点を移動する順序、各作業点におけるロボット装置の手先の姿勢には制約がない場合がある。こういった作業の場合、各作業点を移動する順序と、各作業点におけるロボット装置の手先の姿勢は、工程設計の際に作業者が勘やコツに基づいて決定する場合が多い。そのため、数十から数百の作業点について、順序と姿勢を決定する作業は試行錯誤を伴う煩雑な作業であり、決定した順序と姿勢では、ロボット装置の動作時間が長くなる非効率な動作プログラムとなり得る場合が往々にしてある。

このような課題を解決するため、特許文献１では巡回セールスマン問題の解法を利用して作業点の順序を決定し、作業者の熟練度に依存せずロボット装置が適切な順序で移動できるロボットプログラミング装置を提案している。また、特許文献２では各作業点におけるロボット装置の手先の姿勢を適正化し、作業者の熟練度に依存せずロボット装置が各作業点において適切な姿勢で作業できる姿勢適正化方法が提案されている。

特開２０１７－１４０６８４号公報 特開２００３－１０３４８１号公報

しかしながら特許文献１、特許文献２に記載された技術では以下に示す課題がある。例えば、１５の作業点が存在し、各作業点につき５つの姿勢を取り得る工程について考える。特許文献１の手法により１５の作業点の順序の最適化を図ることはできるが、特許文献２の手法により姿勢も最適化するためには作業点の順序を入れ替えるたびに多数の姿勢の組み合わせを考慮しなければならない。仮に１つの組み合わせの動作プログラムの算出が短い時間で済むとしても、膨大な時間が必要になる。

本発明は以上のような課題を鑑みてなされたものであり、順序と姿勢の両方を考慮しながら動作時間の短い動作プログラムを、従来手法よりも少しでも短い計算時間で作成することを目的としている。

上記課題を解決するために、ロボットを、複数の教示点に基づき制御する制御方法であって、前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得する、ことを特徴とする制御方法を採用した。

本発明によれば、順序と姿勢の両方を考慮しながら動作時間の短い動作プログラムを、従来手法よりも少しでも短い計算時間で作成することができる。

実施形態におけるロボットシステム１００を示す概略図である。 実施形態におけるロボットシステム１００のブロック図である。 実施形態におけるシミュレーション装置６００の概略図である。 実施形態におけるフローチャートである。 実施形態におけるディスプレイ６０２の表示例である。 実施形態における教示点候補の概略図である。 実施形態における動作プログラムの概略図である。 実施形態における動作プログラムの概略図である。 実施形態における動作プログラムの概略図である。 実施形態における作業点の数と教示点候補数の関係を示したグラフである。 実施形態におけるディスプレイ６０２の表示例である。 実施形態におけるディスプレイ６０２の表示例である。 実施形態における教示点候補の概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態におけるロボットシステム１００を、ＸＹＺ座標系のある方向から見た平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボットシステム１００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のワールド座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部、関節などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置１００全体の座標系であるワールド座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。

図１に示すように、ロボットシステム１００は、多関節のロボットアーム本体２００、ロボットアーム本体２００に設けられた撮像装置３００、ロボットアーム本体２００の動作を制御する制御装置４００を備えている。

さらに、ロボットアーム制御装置４００にロボットアーム本体２００が取りうる教示点のデータである教示データを送信する教示装置としての外部入力装置５００を備えている。外部入力装置５００の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、作業者がロボットアーム本体２００の位置および姿勢（厳密には全ての関節の角度）を指定するのに用いる。

本実施形態では、エンドエフェクタの部位としてロボットアーム本体２００の手先に設けられるものが、撮像装置３００である場合について説明するが、これに限定するものではなく、適宜ロボットハンド、ロボットツール等に取り換えてよい。ここで、ロボットアーム本体２００の手先とは、本実施形態では撮像装置３００が設けられている部分のことである。エンドエフェクタとして取り付けられている撮像装置３００を手先と呼称する。

ロボットアーム本体２００の基端となるリンク２０１は、基台２１０に設けられている。撮像装置３００は、ロボットアーム本体２００の手先の位置および姿勢からワーク等を撮像し、ロボットアーム本体２００の制御に使用するものである。また、ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２０１～２０６が各関節Ｊ_１～Ｊ_６でロボットアーム本体２００の基端側から手先側に向かって、リンク２０１～２０６が順に直列に回転可能に連結されている。また、ロボットアーム本体２００は、各関節Ｊ_１～Ｊ_６を各回転軸まわりにそれぞれ回転駆動させる複数（６つ）のモータ２１１～２１６（図２）を有している。

撮像装置３００はリンク２０６に接続され、リンク２０６が関節Ｊ６により回転させられることで、撮像装置３００も回転させることができる。そして各関節Ｊ１～Ｊ６の値を制御することで、撮像装置３００（手先）を任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢を実現することができる。これら任意の３次元位置における任意の３方向の姿勢を実現する各関節Ｊ１～Ｊ６の値を教示点とする。

そして撮像装置３００の代わりにエンドエフェクタとしてロボットハンドを装着させることで、ロボットアーム本体２００によりロボットハンドを任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは例えば、対象物同士を組み付け物品の製造を行う等の作業である。

撮像装置３００は視野１３で示す四角錐領域を撮像可能である。各関節Ｊ_１～Ｊ_６の値を適切に設定することで、撮像装置３００を所望の３次元位置に移動させ、対象物を撮影する。本実施形態では図１中の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅに対象物が位置し、撮像装置３００により点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅを撮像するものとする。

図２は、本実施形態におけるロボット装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置４００は、コンピュータで構成されており、制御部（処理部）としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１を備えている。

また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４０４を備えている。また、制御装置４００は、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６～４０９、４１１を備えている。

ＣＰＵ４０１には、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＨＤＤ４０４、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６～４０９、４１１が、バス４１０を介して接続されている。ＲＯＭ４０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。

ＨＤＤ４０４は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、ＣＰＵ４０１に、演算処理を実行させるためのプログラム４３０を記録するものである。ＣＰＵ４０１は、ＨＤＤ４０４に記録（格納）されたプログラム４３０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。記録ディスクドライブ４０５は、記録ディスク４３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。

外部入力装置５００はインタフェース４０６に接続されている。ＣＰＵ４０１はインタフェース４０６及びバス４１０を介して外部入力装置５００からの入力を受ける。

アーム用モータドライバ２３０は、インタフェース４０９に接続されている。各関節Ｊ_１～Ｊ_６に設けられるモータ２１１～２１６には、モータの回転軸の回転角度を検出するためのエンコーダである入力軸エンコーダ２３１～２３６がそれぞれ設けられている。ＣＰＵ４０１は、アーム用モータドライバ２３０、インタフェース４０９及びバス４１０を介して各入力軸エンコーダ２３１～２３６から検出結果を取得する。また、ＣＰＵ４０１は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４０９を介してアーム用モータドライバ２３０に出力する。

撮像装置３００はインタフェース４１１に接続され、バス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能に設けられている。ＣＰＵ４０１は、バス４１０、インタフェース４１１を介して撮像装置３００が撮影した画像を取得する。

インタフェース４０７には、モニタ４２１が接続されており、モニタ４２１には、ＣＰＵ４０１の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース４０８は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の記憶部である外部記憶装置４２２が接続可能に構成されている。

なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ４０４であり、ＨＤＤ４０４にプログラム４３０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム４３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。

例えば、プログラム４３０を供給するための記録媒体としては、ＲＯＭ４０２、記録ディスク４３１、外部記憶装置４２２等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。

図３はロボットアーム本体２００の動作のシミュレーションを行うシミュレーション装置６００の概略図である。シミュレーション装置６００は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）６０１、ディスプレイ６０２、キーボード６０３、マウス６０４を備えたデスクトップパソコンである。ＯＳ６０１にはロボットアーム本体２００のＣＡＤデータ及び周辺環境の情報に基づいて作成されたシミュレーションプログラムが格納されている。そしてディスプレイ６０２にロボットアーム本体２００のシミュレーション画面が表示されている。また、ロボットアーム本体２００の撮像装置３００が撮影すべき点Ａ～点Ｅの情報もＯＳ６０１に格納されているものとする。作業者は、キーボード６０３、マウス６０４を用いて所定の情報を入力し、点Ａ～点Ｅを通るロボットアーム本体２００の動作プログラムをシミュレーション装置６００により作成することが可能となる。以降の説明では、図１の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅを順不同にロボットアーム本体２００の撮像装置３００が撮影し、始点に戻る巡回検査作業の動作プログラムをシミュレーション装置６００により作成する方法について説明する。なお本実施形態ではシミュレーション装置６００を用いて動作プログラムを作成するが、制御装置４００にシミュレーションプログラムを格納し、制御装置４００により動作プログラムを作成しても構わない。これにより制御装置４００が動作プログラムに基づいてロボットアーム本体２００を制御することができる。

図４は本発明におけるロボットアーム本体２００の動作プログラムを作成する方法の処理の流れを示すフローチャートである。フローチャートは工程Ｓ１から工程Ｓ９で構成されている。以下、工程Ｓ１から工程Ｓ９における各処理の内容について図を用いて詳細に説明する。

まずＳ１では、作業者からロボットアーム本体２００の作業情報を取得する。作業情報とはロボットアーム本体２００の手先の撮像装置３００が撮影すべき全ての作業点（点Ａ～点Ｅ）の位置座標と、各作業点におけるロボットアーム本体２００の手先の姿勢の制約に関する情報のことである。図５は作業者が作業情報を入力する画面をディスプレイ６０２に表示した際の例図を示している。

図５より列３ａには各作業点に関して作業者が任意につけた名称を入力する。本実施形態においては、図１に示した通り、作業点の名称はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅである。列３ｂ、列３ｃ、列３ｄには各作業点の位置情報を入力する。本実施形態では位置情報はワールド座標系であるＸＹＺ直交座標系で表しており、Ｘ座標の値を列３ｂに、Ｙ座標の値を列３ｃに、Ｚ座標の値を列３ｄに入力する。

列３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ、３ｋには各作業点におけるロボットアーム本体２００の手先の姿勢の制約に関する情報を入力する。本実施形態では、ロボットアーム本体２００の手先の姿勢をオイラー角で表す。オイラー角とは、剛体の姿勢の表現方法の一つで、基準座標系に対して剛体に固定された座標系がどれだけ回転しているかをα、β、γの３つの値で表現する。基準座標系が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、剛体座標系が（ｘ，ｙ，ｚ）であるとき、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＺ軸まわりにα回転させた座標系を（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とする。（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）をＸ’軸回りにβ回転させた座標系を（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）とし、（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）をＺ”軸まわりにγ回転させたときに剛体座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を得ることができる。

作業者はまず工程上の制約からα、β、γの各値の最大値と最小値を入力する。列３ｅにはαの最大値α_ｍａｘを、列３ｆにはαの最小値α_ｍｉｎを、列３ｇにはβの最大値β_ｍａｘを、列３ｈにはβの最小値β_ｍｉｎを、列３ｉにはγの最大値γ_ｍａｘを、列３ｊにはγの最小値γ_ｍｉｎをそれぞれ入力する。本実施形態で対象としている作業工程は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅをそれぞれにロボットアーム本体２００の手先の撮像装置３００に撮影させることを要件としており、図１の視野１３で示す四角錐底面の面内方向の回転に関しては制約がない。今回の例ではオイラー角のγの値が視野１３で示す四角錐底面の面内方向の回転に対応している。そのため、図５では全ての点についてαとβの最大値及び最小値を０°とし、γは０°から３６０°までの値を取るように設定している。

列３ｋにはオイラー角の刻み幅ｓｔｅｐを入力する。オイラー角の刻み幅とは、最小値と最大値の範囲内で無限に存在するオイラー角を離散的に扱う際に使用する値である。例えば図５では点Ａについてγの最小値を０°、最大値を３６０°、刻み幅を９０°と入力しているので、点Ａはγ＝０°，９０°，１８０°，２７０°のいずれかの値をとる。刻み幅は作業者が任意の値を設定することができる。また、図５ではロボットアーム本体２００の手先の姿勢の制約に関する情報について、全ての点で同一の値を設定しているが、各作業点で独立して値を設定しても構わない。

次にＳ２では、Ｓ１で入力された情報を基に、教示点候補の作成を行う。動作プログラムを作成するにあたっては、ロボットアーム本体２００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６が取り得る値を教示点として全て作成する。教示点を作成する際には、ロボットアーム本体２００の手先の位置と手先の姿勢から、ロボットアーム本体２００のリンクパラメータを基に逆運動学を解き、６つの関節Ｊ_１からＪ_６の各値を一意に定める。一般に６軸の垂直多関節ロボットアームの場合、１つの手先の位置、手先の姿勢に対して複数の逆運動学の解が存在する場合があるが、本実施形態では１つの手先姿勢・手先位置に対して１つの逆運動学の解を定めることとする。また、各関節が取る値の情報および、各作業点における各教示点の動作順序を本実施形態における教示点の動作条件とする。すなわち教示点の動作条件とは各教示点において設定される条件である。本実施形態では動作条件として動作順序、各関節が取る値としたが、場合によっては作業点間における速度、加速度、教示点の変更要否等を設定しても構わない。

点Ａに関して、Ｓ１で入力された情報からＸ＝７００ｍｍ，Ｙ＝－３５０ｍｍ，Ｚ＝８００ｍｍ，α＝０°，β＝０°とし、γ＝０°，９０°，１８０°，２７０°における逆運動学の解をそれぞれ求める。本実施形態では、点Ａにおいてγ＝９０°とγ＝１８０°に関しては逆運動学の解が存在しない。図６（Ａ）はγ＝０°で点Ａを撮像しているロボット１１の状態を、図６（Ｂ）はγ＝２７０°で点Ａを撮像しているロボットアーム本体２００の状態を示している。

作業点が同じでもロボットアーム本体２００の手先の姿勢が異なるものは別々の教示点として扱うため、γの値を下付き添え字に用いてそれぞれ教示点Ａ_０、教示点Ａ_２７０と表す。今回は各関節［Ｊ_１，Ｊ_２，Ｊ_３，Ｊ_４，Ｊ_５，Ｊ_６］は以下の表１の値を取る。

他の作業点についても同様にして逆運動学の解を求め、以下表２～表５に示す教示点が得られる。説明の簡略化のため図による各教示点の例示は割愛する。

以上、本実施形態において動作プログラムを作成する際に使用する教示点を全て作成した。これらを用いて、ロボットアーム本体２００及び撮像装置３００を用いて点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅを順不同に撮像し、始点に戻る巡回検査作業の動作プログラムを作成する。

各点をどのような順序で巡回するか、という順序の組み合わせ数は作業点数の階乗に等しく、５！＝１２０通り存在する。各点におけるロボットアーム本体２００の手先の姿勢の組み合わせ数は、各点で取り得る手先の姿勢数の積に等しく、２×２×２×３×２＝４８通り存在する。動作プログラムの候補数は順序の組み合わせ数と姿勢の組み合わせ数の積に等しく１２０×４８＝５７６０通り存在する。このように動作プログラム候補は多数存在するが、これら全てについて動作時間の検証を行うことなく、効率的に動作時間の短縮を図る動作プログラムを作成する方法を以下のＳ３からＳ８で説明する。

次にＳ３では初期解の生成を行う。初期解とは最初に基準とする動作プログラムのことで、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅの各作業点のいずれかを撮影するロボットアーム本体２００の手先の姿勢に一度ずつ移動し、始点に戻る動作プログラムである必要がある。初期解は最近傍法のようなアルゴリズムで作成した動作プログラムを用いてもよいし、単に作業者が最初に設定した動作プログラムを用いてもよい。最近傍法とは、任意の点を始点として設定し、未移動の点の内で、始点から最も短い動作時間で移動できる点を順に辿るという手順で動作プログラムを作成するアルゴリズムである。

今回は作業者がＳ１で入力した順に、Ａ_０－Ｂ_０－Ｃ_１８０－Ｄ_９０－Ｅ_９０－Ａ_０を初期解として定める。図７は初期解として定めた動作をロボットアーム本体２００の手先にとりつけた撮像装置３００及び撮像装置３００の視野１３のみで模式的に示している。矢印ａｂ、矢印ｂｃ、矢印ｃｄ、矢印ｄｅ、矢印ｅａはロボットアーム本体２００が移動する順序を示している。初期解として定めた動作プログラムはここで暫定動作プログラムとして記録する。

次にＳ４では、Ｓ３で作成した暫定動作プログラムに対して、姿勢は変更せずに点Ａから点Ｅの動作順序だけを変更した新規動作プログラムを作成する。順序の変更をどのような手順で行うかについては様々な方法が考えられるが、ここでは２点の順序を入れ替え、新規動作プログラムを作成する方法を採る。本実施形態では入れ替えるだけだが、入れ替えた結果、動作時間が短くなる場合は変更を維持し、短くならない場合は元に戻すなどしてかまわない。暫定動作プログラムに対して点Ａと点Ｂの順序を入れ替えた新規動作プログラム１を作成する。

図８はＳ４で作成した新規動作プログラム１の動作を、ロボットアーム本体２００の手先に取り付けられた撮像装置３００及び撮像装置３００の視野１３のみで模式的に示している。矢印ｂａ、矢印ａｃ、矢印ｃｄ、矢印ｄｅ、矢印ｅｂはロボットアーム本体２００が移動する順序を示している。

次にＳ５では、暫定動作プログラムから新規動作プログラム１への変更において、動作順序が変わっている作業点について、ロボットアーム本体２００の手先の姿勢変更を施した新規動作プログラムを作成する。今回は暫定動作プログラムと新規動作プログラム１とでは点Ａと点Ｂの動作順序が変更されているので、点Ａと点Ｂについて手先の姿勢を変更した以下の新規動作プログラムを作成する。

図９は新規動作プログラム１に対して点Ａ及び点Ｂにおけるロボットアーム本体２００の手先姿勢を変更した、新規動作プログラム３の動作を、撮像装置３００及び撮像装置３００の視野１３のみで模式的に示している。矢印ｂａ、矢印ａｃ、矢印ｃｄ、矢印ｄｅ、矢印ｅｂはロボット１１が移動する順序を示している。図９では図８に対して、点Ａ、点Ｂにおいて撮像装置３００が所定の方向に回転させられている。

ここで、全ての点について手先の姿勢を変化させて検証を行うならば、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅについても手先の姿勢を変更して新規動作プログラムを作成しなければならない。しかしながら、各点における手先の姿勢の変更が動作時間に与える影響は、実行する教示点間の前後において手先の姿勢がどれくらい変更されたかに依る。つまり、動作順序の変更が生じていない教示点間においては、実行する教示点間の前後において手先の姿勢を変更することで逆に動作時間が大きくなる可能性の方が高く、姿勢の変更により動作時間に大きな影響を与えることは考えづらい。よって動作順序に変更が生じていない教示点間の姿勢の変更についての検証を割愛する。これにより効率的に動作時間の短い動作プログラムの探索を行うことが可能となる。

次にＳ６では、暫定動作プログラムとＳ４およびＳ５で作成した各新規動作プログラムの全てについて動作時間の算出を行う。動作時間は、ロボットアーム本体２００のダイナミクスを考慮に入れた軌道計算を行い、算出する。ここで行われる軌道計算は、実際にロボットアーム本体２００を動かした際の振る舞いと出来る限り近い方が良い。そのため、各関節の速度や、モータにかかるトルク等が、機構上の制約を超えないように制御を行った軌道計算方法であることが望ましい。また、他の周辺設備やワーク等の障害物と干渉しないような軌道を生成していることを前提としている。今回の例では以下表８に示すような動作時間が算出された。

今回の例では、図９で示した姿勢を変更後の新規動作プログラム３が最も動作時間が短く、姿勢を変更前の暫定動作プログラムの動作時間よりも小さくなったため、作業点Ａと作業点Ｂにおける教示点は教示点Ａ_２７０と教示点Ｂ_９０が適当であることが分かった。ここで、Ｓ５で割愛した動作プログラムについて、割愛したことが適切であることを示す。点Ａと点Ｂにおける教示点は教示点Ａ_２７０と教示点Ｂ_９０に固定して、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅの姿勢を変化させて動作時間を確認する。割愛した動作プログラムの動作時間は以下の値で算出された。

今回割愛した動作プログラムの中で、新規動作プログラム３よりも動作時間が短いものはなく、割愛したことが妥当であることが分かった。よって短い計算時間でも効率的に動作時間の短いプログラムを作成できる。

次にＳ７では、Ｓ６で算出した動作時間を基に、暫定動作プログラムと新規動作プログラムのうちで最も動作時間の短い動作プログラムを新たな暫定動作プログラムとして記録する。今回の例では新規動作プログラム３が１．７２［ｓｅｃ］と最も動作時間が短いので、新規動作プログラム３：（Ｂ_９０－Ａ_２７０－Ｃ_１８０－Ｄ_９０－Ｅ_９０－Ｂ_９０）を新たな暫定動作プログラムとして記録する。暫定動作プログラムの動作時間は２．４３［ｓｅｃ］だったため、０．７１［ｓｅｃ］（２９．２％）動作時間を短縮できた。

次にＳ８では収束条件の判定を行う。収束条件をどのように設定するかは任意であり、暫定動作プログラムの動作時間であってもよいし、動作順序を入れ替えた回数であってもよいし、動作時間を算出した動作プログラムの数であってもよい。本実施形態では、Ｓ４で全ての２点の組み合わせについて動作順序の変更を行うことを収束条件とする。

Ｓ８で収束条件を満たしていなければ、Ｓ８：Ｎｏとなり、Ｓ４からＳ７までを繰り返し実行する。今回の収束条件は全ての２点の組み合わせについて動作順序の変更を行うことなので、動作順序については_５Ｃ_２＝１０通りの組み合わせを検証することになる。

一方、手先の姿勢については動作順序の変更を行うたびに２×２の４通りか２×３の６通りの組み合わせを検証することになる。今回検証する動作プログラムの候補数は、順序の組み合わせ数と姿勢の組み合わせ数の積に等しいので、最大でも１０×６＝６０通りである。Ｓ２に関する説明で言及した通り、動作プログラムの候補数は全部で５７６０通り存在するため、本件では検証する動作プログラム候補数を少なくして、効率的に探索を行っていることが分かる。

本実施形態では、説明の簡略化のため作業点と手先の姿勢の数を小さく設定したが、対象とする工程によって作業点の数は様々である。図１０は作業点の数と動作プログラム候補数の関係を示したグラフである。横軸を作業点の数、縦軸を動作プログラム候補数として、存在する全ての動作プログラム数をプロット８１に、本実施形態の方法を用いた場合に検証する動作プログラム候補数をプロット８２に示しており、縦軸は指数形式で表している。なお、各作業点において取り得る姿勢の数は一律で５とした。

図１０より、全動作プログラム候補数は作業点の数の増加とともに動作プログラム候補数が爆発的に増加するのに対して、本実施形態の方法で検証する動作プログラム候補数は点数が増加しても一定の水準を保っている。仮に、一つの動作プログラムの動作時間を算出するのに１秒かかるとした場合、全ての動作プログラムについて検証を行う場合は、作業点の数が１０点でも１００万年以上かかってしまう。しかし本実施形態の方法によれば、作業点数が１０点の場合は７分程度、５０点だとしても３時間程度で動作プログラムを作成することができる。

Ｓ８で収束条件を満たせば、Ｓ８：ＹＥＳとなり、動作プログラム候補の作成を終了し、Ｓ９で現在の暫定動作プログラムを、検証した動作プログラムの中で最も動作時間の短い動作プログラムとしてディスプレイ６０２に出力する。図１１、図１２は動作プログラム出力画面の例を示している。表示している動作プログラムは新規動作プログラム３である。

図１１において、列９ａは各作業点に移動する順番を示している。列９ｂは各作業点の名称を９ａ列に示す順番に従って表示している。列９ｃ、列９ｄ、列９ｅは各作業点の位置座標を表示している。位置座標はＳ１で作業者が入力したものと同じ値であり、Ｘ座標の値を列９ｃに、Ｙ座標の値を列９ｄに、Ｚ座標の値を列９ｅに表示している。列９ｆ、列９ｇ、列９ｈは各作業点におけるロボットアーム本体２００の手先の姿勢をオイラー角で表している。手先姿勢はＳ１で作業者が指定した制約条件に基づいて、本実施形態によって効率の良い姿勢を選択した値となっており、列９ｆはαの値を、列９ｇはβの値を、列９ｈはγの値を表示している。９ｉは初期解として定めた動作プログラムである暫定動作プログラムからどのくらい時間が小さくなったかを表示している。

図１２においては、各教示点における各関節Ｊ_１～Ｊ_６が取る値を表示している。列９ｂは各教示点の名称を９ａ列に示す順番に従って表示している。列９ｃ、列９ｄ、列９ｅ、列９ｆ、列９ｇ、列９ｈは各関節Ｊ_１～Ｊ_６が取りうる値を表示している。９ｉは初期解として定めた動作プログラムである暫定動作プログラムからどのくらい時間が小さくなったかを表示している。

なお、図１１、図１２にて表示している動作プログラムにおいて、列９ａの順番を作業者により適宜変更できるようにしてもかまわないし、図１２にて表示している各教示点の各関節の値を変更できるようにしてもかまわない。

そして作成した動作プログラムを、制御装置４００の記録ディスク４３１やＨＤＤ４０４に格納させることで、ロボットアーム本体２００を動作時間の短い動作で制御することが可能となる。

以上、本実施形態では、動作順序に変更が生じている教示点間の姿勢の変更について検証し、動作順序に変更が生じていない教示点間の姿勢の変更についての検証を割愛する。これにより順序と姿勢の両方を考慮しながら、現実的な計算時間で、動作時間の短い動作プログラムを作成し、ロボットアームの制御を行うことができる。

特に本実施形態では、作業点におけるロボットアーム本体２００の手先の姿勢について制約がなく、手先の姿勢について検討する候補が爆発的に増えるような作業について大きく効果を発揮する。今回の例のようにロボットアームにより対象物の外観検査を行う作業などで特に効果を発揮する。

また本実施形態では、動作順序の変更が生じた教示点間において、姿勢の変更を行ったがこれに限られない。例えば、ロボットアーム本体２００の動作によっては、教示点に動作条件が固定されている教示点が存在する場合もある。その際は、動作条件が固定されている教示点以外の教示点において手先の姿勢を変更し、新たな教示点を設定して構わない。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、教示点の候補を作成するにあたり、１つの手先姿勢・手先位置に対して１つの逆運動学の解を定めて作成した。しかしながら、１つの手先位置・手先姿勢に対して、関節角の組み合わせが複数存在し、各作業点において複数の解を用いて教示点の候補を作成しても構わない。

以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態では、多関節ロボットアームの特徴として、１つの手先位置・手先姿勢に対して、各関節の角度の組み合わせが複数存在する場合を考える。例として第１の実施形態で述べた教示点Ａ_２７０では、ロボットアーム本体２００は、図１３（Ａ）に示すような状態の他に図１３（Ｂ）に示すような状態も取り得る。ロボットアーム本体２００で示しているような６軸の垂直多関節ロボットアームの場合は、１つの手先位置・手先姿勢に対して最大８通りの関節角の組み合わせが存在する。なお、各関節の可動範囲やリンク長によって常に８通りの関節角の組み合わせが求まるとは限らない。本実施形態では手先位置・手先姿勢が同じで逆運動学の解が異なる教示点を、１－８の整数ｉを用いて教示点Ａ_{２７０＿ｉ}という風に表す。

本実施形態におけるロボットアーム本体２００の動作プログラム作成方法において、第１の実施形態との差異は、図４のフローチャートにおけるＳ２である。本実施形態におけるロボットアーム本体２００の動作プログラム作成方法では、Ｓ２において、一つの手先姿勢につき複数存在する逆運動学の解を全て教示点候補として作成する。例えば第１の実施形態で用いていた教示点Ａ_２７０について、存在する逆運動学の解を全て求めると、以下の４つの教示点を求めることができる。

他の教示点Ａ_０、Ｂ_０、Ｂ_９０、Ｃ_１８０、Ｃ_２７０、Ｄ_９０、Ｄ_１８０、Ｄ_２７０、Ｅ_９０、Ｅ_１８０についても同様に、存在する逆運動学の解を全て求め、動作プログラム作成における教示点候補とする。以降の処理は第１実施形態と同様である。

以上、本実施形態の方法を採用すれば、教示点の候補の作成において、逆運動学の解を複数検討するため、第１実施形態よりも動作時間の短い動作プログラムを作成することができる。

（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態、第２の実施形態では、多回転可能な関節について検討していなかったが、本発明は、多回転可能な関節を有するロボットアームにおいても適用可能である。

以下では、第１の実施形態、第２の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態では、多関節ロボットアームの特徴として、多回転可能な関節はその関節角を３６０度加算・減算してもロボットの手先位置・手先姿勢は同一となる点を利用する。

本実施形態のロボットアーム本体２００の動作プログラム作成方法における第１の実施形態、第２の実施形態との差異は、図４のフローチャートにおけるＳ２である。第２の実施形態で作成した各教示点候補について多回転可能な関節Ｊ_１、Ｊ_４、Ｊ_６に対して、何も変更しない場合と、＋３６０°する場合と、－３６０°する場合の３通りの角度を計算する。なお、各関節の可動範囲やリンク長によって常にＪ_１、Ｊ_４、Ｊ_６に対して全て加算もしくは減算が可能とは限らない。第２の実施形態で用いていた教示点表記に、Ｊ_１の多回転情報ｊ、Ｊ_４の多回転情報ｋ、Ｊ_６の多回転情報ｌを付与し、Ａ_{２７０＿ｉ＿ｊｋｌ}という風に表す。何も変更しない場合は０、＋３６０°する場合は１、－３６０°する場合はＦがｊｋｌの各値で表記することとする。例として、教示点Ａ_{２７０＿ｉ}では教示点Ａ_{２７０＿２}のＪ_６についてのみ－３６０°することができ、以下の２つの教示点を得る。

他の教示点Ａ_０＿ｉ、Ｂ_０＿ｉ、Ｂ_９０＿ｉ、Ｃ_{１８０＿ｉ}、Ｃ_{２７０＿ｉ}、Ｄ_９０＿ｉ、Ｄ_{１８０＿ｉ}、Ｄ_{２７０＿ｉ}、Ｅ_９０＿ｉ、Ｅ_{１８０＿ｉ}についても同様である。Ｊ_１、Ｊ_４、Ｊ_６に対して加算もしくは減算が可能な場合は、動作プログラム作成における新たな教示点候補とする。以降の処理は第１の実施形態と同様である。

以上、本実施形態の方法を採用すれば、多回転可能な関節を有する場合における教示点についても考慮するので、更なる動作時間の短い動作プログラムを作成できるようになる。

上述した種々の実施形態の処理手順は具体的にはシミュレーション装置６００により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を制御装置４００に搭載させて実施しても良い。その際、表示装置としてモニタ４２１、作業者の入力手段として外部入力装置５００を使用することができる。

従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、通信装置は本発明を構成することになる。例えば、スマートフォン等の情報端末に上述した実施形態を実行可能なアプリケーションとして適用しても構わない。

また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

（その他の実施形態）
また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体２００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

１３ 視野
１００ ロボットシステム
２００ ロボットアーム本体
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ リンク
２１０ 基台
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６ モータ
３００ 撮像装置
４００ 制御装置
５００ 外部入力装置
６００ シミュレーション装置
６０１ ＯＳ
６０２ ディスプレイ
６０３ キーボード
６０４ マウス
Ｊ_１、Ｊ_２、Ｊ_３、Ｊ_４、Ｊ_５、Ｊ_６ 関節

Claims (25)

1. ロボットを、複数の教示点に基づき制御する制御方法であって、
   前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
   前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
   前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し、
   動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択する、
   ことを特徴とする制御方法。
2. 請求項１に記載の制御方法において、
   前記動作順序を変更することで前記第１動作プログラムにおける動作時間よりも当該変更後の動作時間が短くなる場合は当該変更を維持し、当該変更により前記第１動作プログラムにおける動作時間よりも動作時間が短くならない場合は当該変更を維持しない、
   ことを特徴とする制御方法。
3. 請求項１または２に記載の制御方法において、
   前記複数の教示点の内、前記ロボットが実現する姿勢が前記第１姿勢で固定されている教示点が存在する場合、前記第１姿勢で固定されている教示点を特定し、
   前記複数の教示点の内、前記第１姿勢で固定されている教示点においては前記第１姿勢を前記ロボットが実現するように前記第２動作プログラムを取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
4. 請求項３に記載の制御方法において、
   前記第１姿勢で固定されている教示点については前記動作順序の変更を行わない、
   ことを特徴とする制御方法。
5. 請求項３または４に記載の制御方法において、
   前記第１姿勢で固定されている教示点については、前記第１姿勢と異なる姿勢を前記ロボットが実現するような前記第２動作プログラムを取得しない、
   ことを特徴とする制御方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記第２動作プログラムにおいて最も動作時間の短い第２動作プログラムの動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い場合、当該最も動作時間の短い第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択する、
   ことを特徴とする制御方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記第１動作プログラムを最近傍法で取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記第１姿勢または前記第２姿勢をユーザにより設定できる、
   ことを特徴とする制御方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記複数の教示点を、前記ロボットの所定部位の姿勢に基づき設定する、
   ことを特徴とする制御方法。
10. 請求項９に記載の制御方法において、
    前記第２姿勢を、前記第１姿勢における前記所定部位の姿勢から逆運動学を用いて取得する、
    ことを特徴とする制御方法。
11. 請求項９に記載の制御方法において、
    前記ロボットは多回転可能な関節を有しており、
    前記第２姿勢を、前記第１姿勢において前記関節が設定されている値に３６０度加算または減算して取得する、
    ことを特徴とする制御方法。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記複数の教示点において前記ロボットの前記所定部位が実現する姿勢に制約が設定されていない、
    ことを特徴とする制御方法。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の制御方法において、
    所定の収束条件を満たすまで、前記第２動作プログラムを取得する、
    ことを特徴とする制御方法。
14. 請求項１３に記載の制御方法において、
    前記所定の収束条件は、所定の動作時間となった前記第２動作プログラムの取得、前記動作順序を入れ換えた回数、前記第２動作プログラムを取得した数、の少なくとも１つに基づき設定される、
    ことを特徴とする制御方法。
15. ロボットを、複数の教示点に基づき制御する制御装置であって、
    前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
    前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
    前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し、
    動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択する、
    ことを特徴とする制御装置。
16. 請求項１５に記載の制御装置により制御されるロボットアームを前記ロボットとして備えたロボットシステム。
17. 請求項１６に記載のロボットシステムを用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
18. ロボットの動作を、複数の教示点に基づいて制御する動作プログラムを作成する動作プログラム作成方法であって、
    前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
    前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
    前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し、
    動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択する、
    ことを特徴とする動作プログラム作成方法。
19. ロボットの動作を、複数の教示点に基づいて制御する動作プログラムを作成する動作プログラム作成装置であって、
    前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
    前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
    前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し、
    動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択する、
    ことを特徴とする動作プログラム作成装置。
20. ロボットに設定される複数の教示点の情報を表示する表示装置であって、
    前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
    前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
    前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し、
    動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択し、
    前記第２動作プログラムに関する情報を表示する、
    ことを特徴とする表示装置。
21. 請求項２０に記載の表示装置において、
    表示されている前記第２動作プログラムに関する情報の変更を受け付ける、
    ことを特徴とする表示装置。
22. 請求項２０または２１に記載の表示装置において、
    前記第２動作プログラムにおける動作時間が、前記第１動作プログラムにおける動作時間よりもどのくらい短くなったか表示する、
    ことを特徴とする表示装置。
23. ロボットに設定される複数の教示点の情報を表示する表示装置の制御方法であって、
    前記複数の教示点において、動作順序と、前記ロボットが実現する第１姿勢を設定した第１動作プログラムを取得し、
    前記第１動作プログラムにおいて、前記複数の教示点の内、前記動作順序が変更された少なくとも２つの教示点を特定し、
    前記少なくとも２つの教示点において前記第１姿勢とは異なる第２姿勢を実現し、前記複数の教示点の内前記少なくとも２つの教示点以外の教示点では前記第１姿勢を実現するように、前記ロボットを変更された前記動作順序で動作させる第２動作プログラムを取得し
    動作時間が前記第１動作プログラムの動作時間よりも短い前記第２動作プログラムを、前記ロボットを制御する動作プログラムとして選択し、
    前記第２動作プログラムに関する情報を表示する、
    ことを特徴とする制御方法。
24. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の制御方法、または請求項１８に記載の動作プログラム作成方法、または請求項２３に記載の制御方法を実行可能なプログラム。
25. 請求項２４に記載のプログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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