JPH0340110A - ロボットの干渉チェック装置 - 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、画面上で動作シミニレ−ジョンされるロボッ
トモデルとワーク（又は環境）との干渉をチェックする
ロボットの干渉チェック装置に関する。

〔従来技術〕

ロボットに動作を教示する場合、実機ロボットを用いて
、ロボットの動作を目で確認しながら教示するティーチ
ング／プレイハック方式が用いられている。しかしなが
ら、この方式ではロボットをワーク形状の変化、あるい
は周囲の環境の変化に応した動作をさせるには、ワーク
および環境の再設定の手間がかかる。

尚、上記環境としては、周囲の状況やロボットが複数台
あれば他のロボットの動作状況も含む。

このため、画面上で種々のワーク又は環境を与えて、ロ
ボットモデルの動作シミニレ−ジョンをさせて干渉チェ
ックする方式等が考案されている。

即ち、ロボットの移動する空間を包絡体として取り扱っ
たり、あるいはロボソＩ・各部の３次元軌跡の関数化を
行って、ワークまたは環境との３次元領域での干渉チェ
ックを行う方法がある。

また、上記３次元領域での干渉チェックを簡略化するた
めに、特開昭６１−１２７００７号公報に開示された方
式では、多関節ロボットの各リンク部を線分で近似し、
更にワーク表面を平面で近似し、この線分と平面との最
短距離を求めてロボットとワークの干渉チェックを行っ
ている。

（発明が解決しようとする課題］ 上述したロボットとワーク（又は環境）との３次元領域
での干渉チェックでは、ロボット側３次元立体モデルと
ワーク（又は環境）側３次元立体モデルとの干渉をチェ
ックするため、複雑な３次元連立方程式を解かねばなら
ず演算処理が複雑であり、且つムダな計算処理を含んで
いた。

また、上記特開昭６１−１２７００７号公報の方式でも
、ロボットリンクが線分として近似されているとはいえ
、やはり３次元解析が必要であり、且つ各リンク部の線
分の近似と、ワークの表面の平面の指定の手間がかかり
、演算処理が複雑で、且つムダがあった。

従って、本発明は容易な操作で、且つムダな計算処理を
省き、高速演算処理し得るロボットの干渉チェック装置
を提供することを目的としてなされたものである。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は画面上で動作シご
ニレ−ジョンされるロボットモデルのアームに一体の特
定の線分とワーク（又は環境）との干渉をチェックする
ロボットの干渉チェック装置において、上記ワーク（又
は環境）およびロボットモデルの上記特定の線分を基準
とする３面図中の少なくとも２面図における上記特定の
線分とワーク（又は環境）の外形線との干渉候補点を求
める干渉チェック手段と、上記干渉チェック手段により
求められた上記少なくとも２面図における干渉候補点の
共通ずる座標軸上の値の一致をチェックして干渉を判断
する干渉判断手段とを具備してなることを特徴とするロ
ボットの干渉チェック装置として構成されている。

ここにアームとはロボットの腕およびハンドを含み、例
えば溶接１・−チ等も含まれる。

そして、上記干渉とは交差または近接を意味し、且つ安
全範囲としてのある幅を含む。

また、上記干渉候補点とは画面上では干渉として表示さ
れているが、現実には上記特定の線分とワーク（又は環
境）との間に干渉が発生しているかどうかが、この時点
では不明な点である。

〔作用〕

このロボットの干渉チェック装置では、ロボットモデル
の干渉チエｙりしようとするアームに一体の特定の線分
が画面上でオペレータにより指定される。

そして、前記干渉チェック手段により前記ワーク（又は
環境）およびロボットモデルの上記特定の線分を基準と
する３面図中の少なくとも２面図、例えば側面図と平面
図における上記特定の線分と上記ワーク（又は環境）の
外形線との干渉候補点が求められる。

上記干渉候補点を求める演算処理は、線と線との干渉チ
ェックであるので一次関数で処理され、高速演算処理さ
れる。

そして、前記干渉判断手段により、上記干渉チェック手
段によって求められた上記少なくとも２面図における上
記干渉候補点の共通する座標軸上の値の一致がチェック
され、干渉が判断される。

上記干渉の判断は、データとデータの照合なので高速処
理される。

従って、上記特定の線分を指定するだけの容易な操作で
、線と線との干渉チェックが高速演算処理されて、ロボ
ットの干渉チェックがなされる。

〔実施例〕

以下、添（＝Ｊ図面を参照して、本発明を具体化した実
施例につき説明し、本発明の理解に供する。

尚、以下の実施例は、本発明を具体化した一例であって
、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

第１図は本発明の一実施例に係るロボットの干渉チェッ
ク装置のブロック図、第２図は同ロボッ１・の干渉チェ
ック装置における干渉チェック処理の一例を示すフロー
チャート、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）（ｄ）は
同ロボットの干渉チェソク装置を用いであるアームとワ
ークとの干渉状態をチェックしているところの一状態の
例を示す斜視図、右側面図、平面図、正面図、第４図　
（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）は同ロボットの
干渉チェック装置を用いであるアームとワークとの干渉
状態をチェックしているところの他の状態の例を示す斜
視図、右側面図、平面図、正面図、第５図（ａ）、　（
ｂ）は同アームと他のワークとの干渉状態をチェックし
ているところの一例を示す斜視図、右側面図、第６図（
ａ）１（ｂ）は同アームと更に他のワークとの干渉して
いない状態の例をそれぞれ示す斜視図、第７図（ａ）は
斜視図、右側面図平面図、正面図を用いて画面に表示さ
れたワークモデルの一例の説明図、第７図（ｂ）は斜視
図、右側面図、平面図、正面図を用いて画面に表示され
たロボットモデルのシごニレ−ジョン動作の説明図、第
７図（ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ）、　（ｆ）は斜視図、
右側面図、　平面図、正面図を用いて画面に表示された
ワークモデルおよびシくニレ−ジョン動作され干渉チェ
ックされているところのロボットモデルの説明図である
。

第１図の本発明の一実施例に係るロボットの干渉チェッ
ク装置１では、キーボードあるいはマウス等からなる人
力部２によりオペレータが所定操作をすると、あらかじ
め人力部２を介してフロッピーディスク等からなる記憶
部３に記憶されているロボットおよびワーク（又は環境
）のモデルデータが読み出されて、ＣＰＵ等からなるロ
ボットの軌道計画部４によりデータ処理され１．ＣＲＴ
等からなる図形表示部５の画面に図形が表示される。

また、このロボットの干渉チェック装置１の人力部２を
介してシミュレーション指示を与えれば、ロボットの軌
道計画部４を介してＣＰＵ等からなる動作シミュレーシ
ョン部６が作動され、記憶部３に記憶されているモデル
データおよび軌道計画データに基づきロボットの動作シ
ミュレーションがなされ、図形表示部５にその動作図形
が表示される。

更に、このとき、ロボットの干渉チェックの指示を人力
部２を介して、このロボットの干渉チェック装置１に与
えれば、ロボットの軌道計画部４を介してＣＰＵ等から
なる干渉チェック部７が作動され、上述した動作シミュ
レーション中のロボットとワーク（又は環境）の干渉チ
ェックが後述する干渉チェック処理手順に従ってなされ
、干渉があった場合はその時点で、上記シミュレーショ
ン動作が停止され、図形表示部５の画面上にその干渉点
が例えば矢印で表示される。

第７図（ａ）は、図形表示部５の画面上に表示されたワ
ークモデルの一例を示しており、第７図（ｂ）は、ロボ
ットモデルがシミュレーション動作されているところの
一例を示している。

第７図（Ｃ）は、第７図（ａ）のワークモデルに対しロ
ボットモデルがシミュレーション動作を行って、上記干
渉チェックがなされ、干渉があった時点で上記シミュレ
ーション動作が停止され、画面上に干渉点が矢印Ｘで表
示されたところを示している。

次に、このロボットの干渉チェック装置１における前記
干渉チェック処理手順の一例について第２図を参照しな
がらステップＳｌ、Ｓ２の順に説明する。

オペレータが、人力部２により所定操作を行うと、記憶
部３に記憶されているロボットおよびワーク（又は環境
）のモデルデータや、ロボットの軌道計画データが読み
出され、ロボットの軌道計画部４によりデータ処理され
、図形表示部５に図形が表示される（Ｓｌ）。

第３図（ａ）は、上記ロボットのあるアーム８と、ワー
クＷ１を示す斜視図であり、また同図（ｂ）、　（Ｃ）
。

（ｄ）はその３面図であり、上記図形表示部５に表示さ
れた図形の一例を示す。

そして、干渉をチェックしようとする線分（このアーム
８に一体）、例えばこのアーム８の角部の線分℃菫を入
力部２により指定する（Ｓ２）。

このアーム８の場合は矩形であるので、上記特定の線分
１１は角部を指定したが、例えばこのアーム８が円筒形
の場合は、このロボ・７トを後述するシミュレーション
動作させたとき最もワークＷ１に近接するであろうと思
われる円筒形上の任意の線分を指定する。理論複数の線
分を指定することもでき、その場合、各線分について干
渉をチェックする。

尚、このアーム８が上記以外の任意形状の場合も、全く
同様の要領で指定する。

このとき、この３面図は干渉をチェックしようとする上
記特定の線分ｌＩを基準とし、この線分ｌＩに直角方向
の側面図（第３図（ｂ））と、この線分ｌＩを上面から
みた平面図（第３図（Ｃ））と、この線分子！、、’を
正面からみた正面図（第３図（ｄ））とからなる。

以下、３面図は、後述するこのアーム８をシミュレーシ
ョン動作させている間も常に上記特定の線分ｐ、１を基
準として与えられる。

そして、入力部２を介してシミュレーション指示を与え
れば、画面上でロボットの動作シミュレーションが開始
され、例えば第３図（ａ）の状態からアーム８（線分子
＋）の移動が開始される（ｓ３）更に、このときロボッ
トの干渉チェノク指示を１ 人力部２によりこのロボットの干渉チェック装置１に与
えれば、上述した動作シミュレーション中のロボットの
アーム８を基準とする上記３面図中の少なくとも２面図
、この場合干渉チェックしようとするワークＷ１の領域
が突出しているので、側面図と平面図における上記特定
の線分ｉ、とワークＷ１の外形線との干渉候補点が求め
られる（Ｓ４）。

ここに干渉候補点とは画面上では干渉として表示されて
いるが、現実には上記特定の線分１１とワークＷ１との
間に干渉が発生しているかどうかがこの時点では不明な
点である。

即ち、動作シミュレーションにより例えば第３図（ａ）
の状態から第４図（ａ）の状態にアーム８が移動される
と、アーム８を基準とする上記側面図および上記平面図
はそれぞれ第３図（ｂ）から第４図（ｂ）に、および第
３図（Ｃ）から第４図（Ｃ）に変化される。

そして、上記特定の線分２．とワークＷ１の外形線との
干渉候補点が以下のように求められる。

即ち、上記側面図については第４図（ｂ）に示す外２ 影線ａ、ｂと上記特定の線分子、との交点Ｐａ。

Ｐｂ、また上記平面図については第４図（Ｃ）に示す外
形線Ｃと上記特定の線分乏１との交点Ｐ。が求められる
。

上記特定の線分℃１と上記外形線ａ、ｂ、ｃとはそれぞ
れ交差しており、上述したように干渉候補点Ｐａ、ＰＬ
、Ｐｏが定まるので干渉と判断され、次のステップＳ５
に移る。

上記干渉チェックは、線分℃、と線分ａ、　　ｂＣとの
チェックであるので一次関数で処理され、高速演算処理
される。

上述した上記特定の線分ｐ、１を基準とする３面図中の
少なくとも２面図（このワークＷ１の場合は前述した側
面図および平面図）にお＆Ｊる上記特定の線分Ｅ、とワ
ークＷＩの上記外形線ａ、　　ｂＣとの干渉候補点Ｐａ
、　　Ｐｂ＋　　ｐ、を求める機能を実現する手段が干
渉チェック手段の一例である。

そして、次のステップＳ５では上記干渉チェック手段に
より求められた上記少なくとも２面図における干渉候補
点Ｐａ、ｐ、、、ｐｃの共通ずる座標軸上の値の一致が
チェックされる。

例えば、それぞれの干渉候補点の位置座標を、Ｐａ　　
（ａｙ、ａｚ　）、Ｐｂ　　（ｂｙ、ｂｚ　）、Ｐｃ（
ｃｘ、ｃｙ）とすると、側面図上のｐａ、ｐ。

と平面図上のＰ。の共通座標軸上の値が以下のようにチ
ェックされる。

まず、干渉候補点Ｐ、が実際に干渉しているために生し
た点か否かをチェックする。それには、側面図（ｙｚ平
面）上のＰａと平面図（ｘｙ平面）上のＰ。の共通座標
軸（即ちｙ軸）上の値ａｙとｃｙとが比較される。この
場合第４図（ｂ）、　（Ｃ）に示すように干渉候補点Ｐ
ａとＰ。とは対応していないことからも解るように、ａ
ｙとｃｙとの値は一致しない。

更に、側面図（ｙｚ平面）上のＰＬと平面図（ｘｙ平面
）上のＰ。の共通座標軸（ｙ軸）上の値のｂｙとｃｙと
が比較される。この場合は第４図（ｂ）、　（Ｃ）に示
すように干渉候補点ＰＩ、とＰ。とは−致しているので
干渉と判断されてシ旦ニレージョン動作が停止され、ス
テップＳ６へ移る。

尚、上記Ｓ４．Ｓ５のチェックで干渉が発生していない
場合はステップＳ８へ移り全軌道データチェックが終了
しているかどうか判断され、終了していなければ、もと
のステップＳ３に戻って次のポイントヘシ珈ニレージョ
ン動作が粗読される。

上記Ｓ５の判断はデータとデータとの比較判断なので当
然ながら高速演算処理される。

上述した前記干渉チェック手段により求められた上記少
なくとも２面図における干渉候補点Ｐａｐ、、、ｐｏの
共通する座標軸上の値の一致をチェックして干渉を判断
する機能を実現する手段か干渉判断手段の一例である。

そして、次のステップＳ６では干渉ありとオペレータに
知らせる干渉表示が例えば第４図（ｂ）に示す側面図上
の干渉候補点Ｐ、を矢印で示すことによりなされる。前
述した第７図（Ｃ）の矢印Ｘも同様の例である。

そして、次のステップＳ７では、オペレータが人力部２
を介して軌道計画データの修正を行う。

上記軌道計画データの修正とは、例えば、ロボ５ ソトのアーム８のアプローチの位置修正や、ワークＷ１
とロボットの配置位置の修正等が挙げられる。

その後、再びステップＳ３に戻り次のポイントへのシミ
ュレーション動作が再び開始され、以下のステップ３４
．・・・等がなされる。

そして、軌道計画データの全ポイントに対してステップ
３４．Ｓ５の判断処理で干渉なしと判断され、ステップ
Ｓ８で全ポイントチェック終了と判断されれば、次のス
テップＳ９に移る。

そして、他のアーム（線分）の干渉をチェックするかど
うかがオペレータにより判断され、チェックしないと判
断されれば次のステップ３１０に移り、人力部２を介し
て与えられる登録指令に基づき上記軌道データが記憶部
３に登録される。

上記ステップＳ９で、上記特定の線分が指定されたアー
ム８よりも干渉しそうなロボッ］・アームについて更に
詳しくチェックしたいとオペレータが判断ずれば、再び
ステップＳ２に戻りオペレータは上記ロボットアームと
一体の干渉しそうな他６ の特定の線分を指定して、以下ステップＳ３．・・等の
処理が継続される。

次に、干渉チェックしようとするワークＷ、の領域が第
４図（ａ）の−点鎖線Ｙで示ずように凹部となっている
場合について述べる。

この場合は、ステップＳ４でアーム８を基準とする３面
図中の少なくとも２面図は、側面図と正面図とされ、こ
の２面図における特定の線分℃とワークＷ、の外形線と
の干渉候補点が求められる。

即ち、側面図（第４図（ｂ））については前述した図形
と変わらないので外形線ａ、ｂと上記特定の線分ｌｌと
の交点Ｐａ、Ｐｂが求められ、また上記正面図（第４図
（ｄ））については−点鎖線で示す外形線Ｙと上記特定
の線分乏Ｉとの交点ＰＪが求められ、次のステップＳ５
に移る。

そして、次のステップ３４では干渉候補点ＰａＰＩ、、
Ｐ、の共通する座標軸上の値の一致がチェックされる。

前述したと同様に、それぞれの干渉候補点の位置座標を
、Ｐａ　　（ａｙ、ａｚ　）、ｐ、、（ｂｙ、ｂｚＰａ
、　（ｄｘ　、ｄ、ｚ　）とすると、側面図」二のＰａ
Ｐ、と正面図上のＰ、の共通座標軸上の値が以下のよう
にチェックされる。

まず、側面図（ｙｚ平面）上のＰａと正面図（ｘｚ平面
）上のＰ、の共通座標軸（Ｚ軸）上の値のａ、とｄ２と
が比較される。この両者は第４図（ｂ）、　（ｄ）に示
すように干渉候補点ＰａとＰａとは一致しない。

更に、同様に側面図（ｙｚ平面）上のＰｂと正面図（ｘ
ｚ平面）上のＰ、の共通座標軸（Ｚ軸）上の値ｂ２とｄ
、、とが比較される。この場合も同様に両者は一致せず
、干渉していないと判断される。

このように、第４図に一点鎖線Ｙで示す凹部を有するワ
ークについての干渉チェックが可能である。

第６図（ａ）、　（ｂ）は上述した凹部を有する他のワ
ークＷ３．Ｗ４を示しており、この場合も全く同様に側
面図と正面図とで特定の線分１１との干渉が） チェックされる。

即ち、この場合第４図（ｂ）の側面図に示す干渉候補点
Ｐ、ば第６図（ａ）に破線で示ずＰａ′に、また第４図
（ｂ）に示す干渉候補点Ｐしは第６図（ａ）、　（ｂ）
にそれぞれ破線で示すｐ、、、ｐ、、“に、そして、第
４図（ｄ）の正面図に示す干渉候補点Ｐｄは第６図（ａ
）、　（ｂ）にそれぞれ破線で示すＰ、、Ｉ　、Ｐ、“
に置き換える。

すると、この場合も第６図（ａ）の図形ではＰ、１に対
してｐａ　、ｐし’の共通座標軸（Ｚ軸）」二のＺ軸座
標が比較され干渉していないと判断される。また、第６
図（ｂ）の図形も同様にＰａ“に対してＰし″のＺ軸上
の座標が比較され干渉していないと判断される。

以上の説明では、第４図と対応させるために特定の線分
１１をそのまま用いたが、第６図（ａ）、　（ｂ）に示
すワークｗ３．Ｗ、のように凹部を有する図形では、こ
の図（ａ）、　（ｂ）に−点鎖線で示す特定の線分１２
のようにワークＷ３．Ｗ、に近い側の線分を与えて干渉
チェックすることが望ましい。

９ この場合の干渉チェックは前記特定の線分Ｅ。

を与えた場合と全く同様になされる。

尚、上記アーム８はロボットの腕を例として挙げたが、
前述したようにハンド等の複雑な形状のものでもよい。

更に、上記干渉チェックは線分と線分の交差の例を挙げ
たが、前述したように干渉チェックに安全範囲としであ
る幅を含んで、図形が近接した場合も、また第５図（ａ
）に示すようにワークの突出部が曲面であるようなワー
ク前２に対しても適用できるようにしてもよい。・ また、ワークが円筒形状の場合は円のあられれる一面図
（例えば平面図）と、その直角方向の一面図（例えば側
面図）のいずれにおいても干渉候補点があれば、ステッ
プ３４．Ｓ５の両方においで干渉ありと判断され、次の
ステップＳ６で例えば上記平面図の干渉候補点が矢印表
示される。

尚、前記第７図（Ｃ）は特定の線分ｌの干渉状態がチェ
ックされ、矢印Ｘで表示されたところを示しているが、
第７図（ｄ）は上記特定の線分ｌ（同図の０ 右側面図）に連なる他のアームの角部も直線として抽出
表示し、更に詳しく干渉チェックしている状態を示して
いる一例である。

第７図（ｅ）、　（ｆ）は全てのアームについて干渉チ
ェックが終了し、登録する前の全軌道データについてシ
ミュレーション動作をさせているところを示している。

〔発明の効果〕

本発明により、画面上で動作シごニレ−ジョンされるロ
ボットモデルのアームに一体の特定の線分とワーク〔又
は環境）との干渉をチェックするロボットの干渉チェッ
ク装置において、」二記ワク（又は環境）およびロボッ
トモデルの上記特定の線分を基準とする３面図中の少な
くとも２面図における上記特定の線分とワーク（又は環
境）の外形線との干渉候補点を求める干渉チェソク手段
と、上記干渉チェック手段により求められた上記少なく
とも２面図における干渉候補点の共通ずる座標軸上の値
の一致をチェックして干渉を判断する干渉判断手段とを
具備してなることを特徴とするロボットの干渉チェック
装置が提供される。

従って、線と線との一次関数で干渉チェックされるので
、ムダな計算処理が省かれ、高速演算処理される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るロボットの干渉チェッ
ク装置のブロック図、第２図は同ロボットの干渉チェッ
ク装置における干渉チェック処理の一例を示すフローチ
ャート、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）。 （ｄ）は同ロボットの干渉チェック装置を用いであるア
ームとワークとの干渉状態をチェックしているところの
一状態の例を示す斜視図、右側面図、平面図、正面図、
第４図　（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は同ロ
ボットの干渉チェック装置を用いであるアームとワーク
との干渉状態をチェックしているところの他の状態の例
を示す斜視図、右側面図、平面図、正面図、第５図（ａ
）、　（ｂ）は同アームと他のワークとの干渉状態をチ
ェックしているところの一例を示す斜視図、右側面図、
第６図（ａ）、　（ｂ）は同アームと更に他のワークと
の干渉していない状態の例をそれぞれ示す斜視図、第７
図（ａ）は斜視図、右側面図平面図、正面図を用いて画
面に表示されたワークモデルの一例の説明図、第７図（
ｂ）は斜視図、右側面図、平面図、正面図を用いて画面
に表示されたロボットモデルのシミュレーション動作の
説明図、第７図（ｃｌ、　（ｄ）、　（ｅ）、　（ｆ）
は斜視図、右側面図、平面図、正面図を用いて画面に表
示されたワークモデルおよびシミュレーション動作され
干渉チェソクされているところのロボットモデルの説明
図である。 〔符号の説明〕 ■・・・ロボットの干渉チェック装置 ２・・・入力部　　　　　３・・・記憶部４・・・ロボ
ットの軌道計画部 ５・・・図形表示部 ６・・・動作シ旦ニレージョン部 ７・・干渉チェック部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画面上で動作シミュレーションされるロボットモデ
   ルのアームに一体の特定の線分とワーク（又は環境）と
   の干渉をチェックするロボットの干渉チェック装置にお
   いて、 上記ワーク（又は環境）およびロボットモデルの上記特
   定の線分を基準とする３面図中の少なくとも２面図にお
   ける上記特定の線分とワーク（又は環境）の外形線との
   干渉候補点を求める干渉チェック手段と、 上記干渉チェック手段により求められた上記少なくとも
   ２面図における干渉候補点の共通する座標軸上の値の一
   致をチェックして干渉を判断する干渉判断手段とを具備
   してなることを特徴とするロボットの干渉チェック装置
   。