JP4798552B2 - ロボットの領域監視方法および制御装置 - Google Patents
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また、ロボットアームが予め設定された干渉領域に侵入した場合に干渉状態と判断する干渉判断方法としては、干渉領域のすべての頂点を通るような外球を求め、ロボットアームと外球の交点を求め、その交点が外球内にあれば干渉領域内と判断する方法もある(例えば、特許文献1参照)。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、動作可能領域の各面の頂点を通る外球を使用して、動作可能領域をモデル化することにより高速にロボットアームの動作領域を監視する手法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、多関節ロボットのアームが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記アームの関節を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記アームの関節を中心とする所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記アームは動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、多関節ロボットの制御点が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記制御点は動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、多関節ロボットの作業用ツールが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球とを求め、
前記外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記作業用ツールは動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、多関節ロボットのアームに取り付けられたロボット付属部品が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記ロボット付属部品は動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、多関節ロボットのアームが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記アームの関節を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記アームの関節を中心とする所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記アームは動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、多関節ロボットの制御点が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記制御点は動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の発明は、多関節ロボットの作業用ツールが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記作業用ツールは動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項8に記載の発明は、多関節ロボットのアームに取り付けられたロボット付属部品が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記ロボット付属部品は動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするものである。
まず、手順の概略について説明する。
最初に、手順1で動作可能領域を設定する。
次に、手順2で動作可能領域の面毎にその面の全ての頂点を通る外球4、5、6、7、8、9、を求める。ロボットの動作可能領域は直方体であり、6つの面を持つため、求める外球は6つである。
次に、手順3でロボットアームが外球内に存在しない場合には、動作可能領域内であると判断する。ロボットアームが外球内に存在する場合には、動作可能領域外であると判断する。
まず、手順1では、8つの頂点P1〜P8から構成される動作可能領域3を定義する。ここで、図4は動作可能領域の設定に関する概要図である。操作者は、図4の頂点P1、P2、P7、P8の位置を数値入力により教示し、ロボット制御装置2に記憶させる。これにより、動作可能領域3は一意に決定される。なお、教示する数値は任意座標系での値であるが、任意座標系とロボットの座標計算で用いる座標系との相対関係は予め設定しておく必要がある。
なお、頂点P1、P2、P7、P8にロボットを動作させて教示しても良い。また、動作可能領域の各頂点を教示しても良い。また、動作可能領域は、P1、P8と領域の中心点を教示することで決定しても良いが、この場合には,同時に座標系を指定する。要するに、手順1では、領域を一意に決定できれば、任意の方法で定義すれば良い。
ここでは、図4に示す矢視で見たときの図5に基づき説明する。
Q4は距離dだけ動作可能領域内に入る点PDを通るものとする。距離dは動作可能領域の近似精度に影響するパラメータである。このパラメータは、ロボット制御装置に予め設定してもよいし、動作可能領域設定時に設定されてもよい。
P2とP3の距離をaとおくと、∠(PD)(P2)(P3)であるθ1、∠(P2)(PD)(Q4)であるθ2はそれぞれ、
ここで、図6に動作可能領域と外球との関係を示す立体図を示す。なお、図6においては、外球はその一部のみ図示している。図6に示すように、面Sの法線ベクトルをtとすると、外球4の中心位置Q4(xc,yc,zc)は以下のように表すことができる。
位置関係を計算するに当たり、ロボットアームを球10でモデル化する。具体的には、ロボットアームの関節の回転中心からある半径をもつ球を球10として考える。
そうすると、球10の中心をQ10(x10,y10,z10)、球10の半径をR10とすることにより、手順2の式(4)、式(7)でそれぞれ求めた外球4の中心Q4(xc,yc,zc)および外球4の半径R4から、以下の条件が成立した場合は、両者は接触しない。
2 ロボット制御装置
3 動作可能領域
4、5、6、7、8、9 動作可能領域をモデル化した外球
10 ロボットアームをモデル化した球
Claims (8)
- 多関節ロボットのアームが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記アームの関節を中心とする第2所定半径の球とを求め、
前記外球と前記アームの関節を中心とする所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記アームは動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするロボットの領域監視方法。 - 多関節ロボットの制御点が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球とを求め、
前記外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記制御点は動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするロボットの領域監視方法。 - 多関節ロボットの作業用ツールが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球とを求め、
前記外球と前記作業用ツールを覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記作業用ツールは動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするロボットの領域監視方法。 - 多関節ロボットのアームに取り付けられたロボット付属部品が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの動作領域監視方法において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球とを求め、
前記外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記ロボット付属部品は動作可能領域範囲内に存在すると判断することを特徴とするロボットの領域監視方法。 - 多関節ロボットのアームが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記アームの関節を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記アームの関節を中心とする所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記アームは動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。 - 多関節ロボットの制御点が、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、
前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記制御点を中心とする第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記制御点は動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。 - 多関節ロボットの作業用ツールが、動作可能領域を表す所定の多面体内に存在することを判断するロボットの制御装置において、
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前記多面体を構成する複数の面ごとにその面を構成する頂点を通る第1所定半径の外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球とを求め、前記外球と前記ロボット付属部品を覆う第2所定半径の球との中心間距離が、前記第1所定半径と第2所定半径との和よりも大きい場合は、前記ロボット付属部品は動作可能領域範囲内に存在すると判断する手段を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。
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