JPH11207669A - 部品の組付け軌跡のシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の組付け経路の選定を容易に行うことが
できるようにする。 【解決手段】 グラフィックシミュレータの干渉確認機
能を用いてまずラフな組付け軌跡を作成し、この作成し
た組付け軌跡の始点から終点の間でのニアミスや干渉の
状態を演算し、その結果をリスト（下図参照）として表
示し、このリストの中の任意の行を選択する。この選択
によりそのリストの状態（たとえば部品Ｐ１と部品Ｐ２
とが時間４．６６秒、距離２２１ｍｍで干渉している状
態）に戻り、オペレータが、マニュアル操作でこの部品
がニアミス又は干渉を起こさないように軌跡を修正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両部品の
組付け軌跡（搬送軌跡）を比較的容易に作成できるよう
にする部品配置のシミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、ロボットを用いて車両を組み
立てることが普通に行われている。車両を組み立てる場
合には、車体に部品を取り付けなければならないが、ロ
ボットにこの組み立てを行わせようとすると、干渉回避
のため、部品の搬送経路の選定が問題となる。つまり、
そのロボットが部品を車体に取り付ける場合に、部品が
車体に干渉しないように、また、部品が他の生産機械と
干渉しないようにするとともに、最も作業効率の良いと
思われる部品の組付け経路（搬送経路）を選定すること
が必要となる。従来、この作業は次のような手法で行わ
れていた。

【０００３】＜ＣＡＤを用いる場合＞まず、ロボットの
作業領域周辺のデータ（ロボット周辺に存在する障害物
等に関するデータ）に基づいてロボット周辺の状況の画
像をＣＡＤ上に展開すると共に、部品のデータに基づい
てロボットがその部品を把持している状態の画像をＣＡ
Ｄ上に展開する。この状態でロボットを少しずつ任意の
方向に動かし、ロボットの把持している部品と周辺の障
害物（干渉物）とのクリアランスを目視して確認し、ク
リアランスが小さそうであれば、マニュアル操作で距離
を確認（取り付け対照物の断面形状の確認も含む）する
などしながら、干渉を起こさない部品の搬送経路を選定
していく。

【０００４】＜グラフィックシミュレータを用いる場合
＞まず、ＣＡＤと同様に、ロボット周辺の状況の画像と
ロボットがその部品を把持している状態の画像を展開す
る。一般的なグラフィックシミュレータには、自動ニア
ミス確認機能と干渉チェック機能とが設けられているの
で、ロボットの把持している部品が周辺の障害物とニア
ミスすると、その部品が黄色に表示され、一方、干渉す
ると、その部品が赤色に表示される。したがって、これ
らの機能を用いて干渉しないように手動操作によりロボ
ットで部品を動かしながら干渉又はニアミスを起こさな
い部品の搬送経路を選定していく。また、グラフィック
シミュレータに自動的に組付け軌跡を演算する自動操作
機能が付いている場合には、決められロジックにしたが
って干渉又はニアミスを起こさない組付け軌跡をコンピ
ュータが捜し出す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＣＡＤ
やグラフィックシミュレーションを用いて搬送経路の選
定をする従来の手法では、 ＣＡＤの場合、干渉チェックは全て人間が行わなけれ
ばならないので、信頼性の面で問題があるばかりでな
く、必要に応じて測定モードに入ったり出たりするた
め、搬送経路の選定に非常に多くの工数を要する。

【０００６】また、グラフィックシミュレータの場
合、ニアミス表示をさせるためには、部品ごとにニアミ
ス値を設定する（一般的には一律でしか設定できない）
必要があり、また、ニアミス値が適切でなかった場合に
は、設定し直した回数だけ再度確認する必要があり、一
旦干渉してしまってから搬送位置を修正するには、自動
ニアミス確認機能または干渉チェック機能（ニアミスす
ると部品を黄色に表示させ、また、干渉すると部品を赤
色に表示させる機能）から抜け出さなければならないの
で、これらの機能に入ったり出たりするための繁雑な操
作が必要になる。

【０００７】さらに、自動操作機能を用いる場合でも、
搬送経路の計算が膨大であるので、通常手動操作した場
合の３倍という非常に多くの計算時間を要するばかりで
なく、万が一搬送経路がみつからなかった場合には、エ
ラーを出して演算が自動的に終了してしまう。等の問題
があり、いずれの手法を用いたとしても、部品の組付け
経路の選定には多大の工数と時間とが必要になる。

【０００８】本発明は、このような従来の問題を少しで
も解消するために設けられたものであり、部品の組付け
経路の選定を比較的容易に行うことができるようにした
部品配置シミュレーション方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、次のように構成される。請求項１に記載
の発明は、部品の搬送経路の周辺状況を表示し、当該表
示内で当該部品を当該搬送経路中に存在する干渉物に干
渉させないように動かしながら部品の組付け経路を作成
するために用いる部品の組付け軌跡のシミュレーション
方法であって、ラフな搬送経路を作成する第１段階と、
作成したラフな搬送経路に基づいて、シミュレーション
により前記部品を搬送させ、前記部品と前記干渉物との
ニアミス状態、干渉状態を演算する第２段階と、前記ラ
フな搬送経路の任意の点でのニアミス状態、干渉状態を
表示する第３段階と、ニアミス状態、干渉状態となって
いる部品を選択して、その部品の組付け経路を修正する
第４段階とを有することを特徴とする部品の組付け軌跡
のシミュレーション方法である。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記第１段階は、部品ごとにニアミス
値を設定する段階と、部品の組付け経路の作成中に部品
と干渉物との距離が当該部品に設定したニアミス値より
も小さくなるとニアミスになっていることを表示する段
階とを含むことを特徴とする部品の組付け軌跡のシミュ
レーション方法である。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記第２段階は、ニアミス状態、干渉
状態を任意の区間について演算させるための区間を指定
する段階をさらに有することを特徴とする組付け軌跡の
シミュレーション方法。

【００１２】

【発明の効果】以上のように構成された発明は、各請求
項ごとに次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、ラフな搬送経路を作成する第１段階と、作
成したラフな搬送経路に基づいて、シミュレーションに
より前記部品を搬送させ、前記部品と前記干渉物とのニ
アミス状態、干渉状態を演算する第２段階と、前記ラフ
な搬送経路の任意の点でのニアミス状態、干渉状態を表
示する第３段階と、ニアミス状態、干渉状態となってい
る部品を選択して、その部品の組付け経路を修正する第
４段階とによって構成したので、まずラフな組付け軌跡
を作成すればよく、ニアミス、干渉する部分は後で軌跡
を変更すればよいので、当初から完全な軌跡を作成する
必要がなくなり、効率的（短時間かつ低工数）に組付け
軌跡を作成することができるようになる。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、第１段階
は、部品ごとにニアミス値を設定する段階と、部品の組
付け経路の作成中に部品と干渉物との距離が当該部品に
設定したニアミス値よりも小さくなるとニアミスになっ
ていることを表示する段階とを含むので、リラフな軌跡
とは言え、当初からある程度完成度の高い組付け軌跡を
作成することが可能となる。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、第２段階
は、ニアミス状態、干渉状態を任意の区間について演算
させるための区間を指定する段階を含むので、干渉チェ
ックに要する時間が短縮され、さらに効率的に組付け軌
跡を作成することができるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の１実施形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の方法を
実施する装置の概略構成図である。このグラフィックシ
ミュレータ２５は、キーボード１、マウス３、表示装置
４５、記憶装置３５を備えている。キーボード１および
マウス３は、グラフィックシミュレータ２５に各種の指
示を与えるものであり、表示装置４５は、たとえばＣＲ
Ｔディスプレイや液晶ディスプレイ等の画像表示装置で
あり、記憶装置３５は、本発明方法をプログラムとして
記憶している部分である。

【００１６】このグラフィックシミュレータ２５は、後
で詳しく説明するが、組付軌跡作成機能、組付軌跡作成
支援機能、干渉確認機能という３つの代表的な機能を備
えている。干渉確認機能は、図示していないが、部品毎
にニアミス値を設定するニアミス値の部品毎設定機能、
リアルタイムで干渉やニアミスの状況を数値表示できる
干渉／ニアミス状況のリアルタイム数値表示機能という
２つの機能からなる。

【００１７】したがって、オペレータは、キーボード１
とマウス３を使用して、ロボットに把持させた部品をシ
ミュレーション操作によって動かしながら、その部品
が、他の生産設備や組付けの対象となるワーク（たとえ
ば車体）と干渉しない最適な組付け経路を比較的短時間
で容易に作成することができる。この作成の際に手助け
となるのが組付軌跡作成支援機能、干渉確認機能であ
る。

【００１８】図２は、本発明の方法を実施する装置の具
体的な構成を示すブロック図であり、図１の装置をさら
に具体的に記述したものである。グラフィックシミュレ
ータ２５の入力処理部１０では、キーボード１やマウス
３からの入力にしたがって、ペアとなる部品の設定（部
品ペア設定）、そのペアとなった部品毎のニアミス値の
設定（ペア毎ニアミス値）、干渉／ニアミスモードを実
行するための設定（干渉／ニアミスアクティブ）、部品
の位置と姿勢を決めるマウスドラッグ（マウスドラッ
グ）、選定（作成）した組付軌跡を再現する場合の設定
（軌跡（パス）定義）、グラフィックスディスプレイに
写し出されている画面を移動したり拡大縮小をしたりす
る設定（グラフィックスディスプレイからの選択）等の
各種の設定を行う。

【００１９】演算部２０では、部品ごとの形状データが
記憶されている部品形状データベースを備え、キーボー
ドの操作によって設定された部品ペアのデータをこのデ
ータベースから取出し、マウスドラッグによって決定さ
れた部品ペアの部品位置と姿勢並びに設定されたペア毎
のニアミス値に基づいて部品と他の障害物との干渉／ニ
アミス演算をする。また、軌跡（パス）定義の設定が終
了すると、作成済みの組付軌跡に基づいて部品を連続的
に動かして運動シミュレーションを行う演算機能および
グラフィックディスプレイからの選択にしたがって図形
の移動、拡大（ズームイン）縮小（ズームアウト）をす
るグラフィックス処理を行う機能も有している。

【００２０】出力処理部３０は、設定された部品ペアの
情報を部品ペア情報として格納し、そのペアとなった部
品毎に設定されたニアミス値をペア毎ニアミス値情報と
して格納し、干渉／ニアミスモードが指定されたことを
干渉／ニアミスアクティブ情報として格納する。つま
り、出力処理部３０内には、記憶装置３５が設けられ、
これらの情報は、この記憶装置３５に記憶されることに
なる。演算部２０で干渉／ニアミス演算が行われるが、
この演算結果は、出力部３０で干渉有無／ペア部品間距
離の演算に用いられ、その演算結果をディスプレイ４０
に表示させる。 グラフィックス表示５０は、ディスプ
レイ４０に写し出されている部品などの図形情報を処理
して写し出すものである。

【００２１】本発明方法を実施するグラフィックシミュ
レータの概略の構成は以上の通りであるが、以下に、図
３のフローチャート（図１の組付軌跡作成支援機能）に
基づいて本発明の部品の組付け軌跡のシミュレーション
方法を詳細に説明する。

【００２２】まず、グラフィックシミュレータの干渉確
認機能（干渉確認モード）を用いて大体の組付け軌跡を
作成する。この組付け軌跡作成は、概略次のようにして
行われる。

【００２３】マウス３またはキーボード１の操作によっ
て、ディスプレイ４０に表示されている部品を選択して
その部品を動かす準備をする。この操作が開始させる
と、ディスプレイの画面の一部にウインドウが生成さ
れ、そこに干渉／ニアミス表示窓を表示する。そして、
干渉およびニアミスの発生を認識できるようにする。オ
ペレータは、干渉／ニアミスの表示を見ながら、マウス
３またはキーボード１の操作によって動かされた部品の
組付け軌跡を作成する。

【００２４】グラフィックシミュレータ２５では、出力
部３０によって演算された干渉の有無とペア部品間距離
を干渉／ニアミス表示窓に表示させる。このような機能
によって、運動シミュレーションの時間を短縮すること
ができるようになる。オペレータは、このような表示を
見ながら部品を移動させ、ニアミスも干渉もしない経路
を選択しながら随時軌跡の座標を記憶させ、その部品の
組付け軌跡を作成していく。また、従来の自動操作機能
を用いてラフな組付け軌跡を自動的に作成するようにし
てもよい。ただし、この場合には、従来のように干渉を
完全に回避できる軌跡の作成をする必要はなく、ニアミ
スや多少の干渉を起こす軌跡であってもよい。後の操作
によって適合する組付け軌跡を作成し直すことができる
からである。

【００２５】このようにして概略の組付け軌跡を作成す
ると（Ｓ１）、干渉の確認の対象となる部品のペアを指
定し、干渉確認モードに入る。この指定は、前述したよ
うにキーボード１の操作によって行われる。この部品ペ
アは、組付けの対象となるワークとこのワークに取り付
ける部品（障害物も含む）である（Ｓ２）。

【００２６】次に、この部品ペア毎にニアミス値を設定
する。このようにニアミス値が部品ペア毎に設定できる
と、それぞれの部品の組付け経路に対して適切な組付け
経路の選定ができるようになる。たとえば、ある部品は
ニアミス値を１０ｍｍだけ設定しておけば良いのに、従
来のように一律に３０ｍｍのニアミス値が設定されてし
まうのでは、組付け経路の選定の自由度が小さくなって
しまうが、このように、部品形状などの特徴に応じて最
適なニアミス値を設定できるようにしておけば、組付け
経路の選定の自由度が大きくなる（Ｓ３）。

【００２７】設定が終了すると、上記のように作成した
軌跡の中で干渉を起こしそうな区間があるかどうかを検
討し（Ｓ４）、干渉を起こしそうな区間があればその区
間を指定し（Ｓ５）、干渉を起こしそうな区間がなけれ
ば、作成された組付け軌跡の始点から終点までの区間を
自動的に設定する（Ｓ６）。

【００２８】そして、作成された組付け軌跡に基づい
て、自動的に部品を動かしてみる（Ｓ７）。部品を組付
け軌跡の始点から終点まで動かして指定された区間での
干渉有無を計算して結果をリスト表示する。つまり、干
渉していそうな区間を指定した場合にはその区間の結果
リストを表示し、作成された組付け軌跡の始点から終点
までの区間を自動的に設定した場合には、その全区間の
結果リストを表示する。この表示は、ディスプレイ４０
の画面の一部にウインドウを形成してその中に表示す
る。この表示の一例は、図４及び図５に示すようなもの
である（Ｓ８）。

【００２９】この表示されたリストの中に、衝突あるい
は干渉と表示されているものがあるかどうかを判断し、
干渉している部品がなければ、作成した組付け軌跡のま
までよいので処理を終了する。

【００３０】一方、干渉を起こしているものがあればそ
れを選択する。たとえば、図４の例では、部品Ｐ１と部
品Ｐ２が、作成された組付け軌跡の始点から時間にして
４．６６秒経過した時点で、また距離にして始点から２
２１ｍｍ動いた時点で干渉することが分かるので、この
行を選択する（Ｓ１０）。

【００３１】この行を選択すると、作成された組付け軌
跡の始点から時間にして４．６６秒経過し、また距離に
して始点から２２１ｍｍ動いた時点での両部品の状態が
ディスプレイ４０に表示される（Ｓ１１）。オペレータ
は、この状態をみて、干渉状態を回避するのに相応しい
部品の位置と姿勢を模索して、その位置や姿勢に変更す
る（Ｓ１２）。その変更した位置や姿勢を干渉している
部品の位置や姿勢と入れ替えて、取り付け軌跡の修正を
図る（Ｓ１３）。他に干渉しているものがあれば、上記
のＳ１０からＳ１３のステップと同様の処理を行って部
品の位置や姿勢を修正していく。たとえば、図４の例で
は、時間にして５．４６秒の部品Ｐ１，Ｐ２、７．５６
秒後の部品Ｐ１，Ｐ３、８．３４秒後の部品Ｐ１，Ｐ３
についての処理を行うのである。さらに、図５の例で
は、時間３．５０秒、６．７６秒のランプとバッテリの
位置と姿勢、時間５．５５秒、７．４３秒後の手とバン
パーの位置と姿勢、時間０．８９秒後、２．５６秒後の
手とラジエータの位置と姿勢を修正して干渉しないよう
にするのである。

【００３２】このように、本発明では、グラフィックシ
ミュレータの干渉確認機能を用いてまずラフな組付け軌
跡を作成し、この作成した組付け軌跡の始点から終点の
間でのニアミスや干渉の状態を演算し、その結果をリス
トとして表示し（この演算からリストの表示までに通常
３分程度の時間を要する）、このリストの中の任意の行
（ニアミスや干渉が起こっている行）を選択する。この
選択によりそのリストの状態（部品同士が干渉している
状態）に戻り、オペレータが、マニュアル操作でこの部
品がニアミス又は干渉を起こさないように軌跡を修正す
る。という順番で部品の組付け軌跡の作成を行う。

【００３３】このため、自動計算の利点を活用しつつ、
マニュアル操作によって自動計算の欠点を補うことがで
き、結果として効率的（短時間かつ抵工数）に組付け軌
跡の作成をすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を実施する装置の概略構成図で
ある。

【図２】 本発明の方法を実施する装置の具体的な構成
を示すブロック図である。

【図３】 図２のディスプレイに表示される画面の一例
を示す図である。

【図４】 図２のディスプレイに表示される画面の一例
を示す図である。

【図５】 本発明の方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…入力部、 ２０…演算部、 ２５…グラフィックシミュレータ、 ３０…出力処理部、 ４０…ディスプレイ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品の搬送経路の周辺状況を表示し、 当該表示内で当該部品を当該搬送経路中に存在する干渉
   物に干渉させないように動かしながら部品の組付け経路
   を作成するために用いる部品の組付け軌跡のシミュレー
   ション方法であって、 ラフな搬送経路を作成する第１段階と、 作成したラフな搬送経路に基づいて、シミュレーション
   により前記部品を搬送させ、前記部品と前記干渉物との
   ニアミス状態、干渉状態を演算する第２段階と、 前記ラフな搬送経路の任意の点でのニアミス状態、干渉
   状態を表示する第３段階と、 ニアミス状態、干渉状態となっている部品を選択して、
   その部品の組付け経路を修正する第４段階とを有するこ
   とを特徴とする部品の組付け軌跡のシミュレーション方
   法。
2. 【請求項２】 前記第１段階は、 部品ごとにニアミス値を設定する段階と、 部品の組付け経路の作成中に部品と干渉物との距離が当
   該部品に設定したニアミス値よりも小さくなるとニアミ
   スになっていることを表示する段階とを含むことを特徴
   とする請求項１に記載の部品の組付け軌跡のシミュレー
   ション方法。
3. 【請求項３】 前記第２段階は、 ニアミス状態、干渉状態を任意の区間について演算させ
   るための区間を指定する段階をさらに有することを特徴
   とする請求項１に記載の組付け軌跡のシミュレーション
   方法。