JP5516865B2 - Trajectory information generation device for mobile device - Google Patents
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Description
本発明は、移動装置を移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する装置に係り、特に移動装置の適正な移動を実現する軌道情報を得る軌道情報生成装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for generating trajectory information related to a trajectory for moving a moving device and a speed on the trajectory, and more particularly to a trajectory information generating device for obtaining trajectory information for realizing proper movement of the moving device.
移動装置の一種である搬送装置は、特許文献1に例示されるように、ロボットアーム等の搬送機構を用いて搬送対象物を移動させる装置であり、予め設定された軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を用いて移動制御を行うのが一般的である。この移動制御に用いる軌道情報は、軌道情報生成装置によって移動制御の事前に予め生成される。軌道情報生成装置の多くは、特許文献2に例示されるように、ロボットアームの動力学モデルをもとに最適化手法を用いて所望の始点から終点までの移動時間が最短となる適切な軌道情報を生成するのが一般的である。
A transfer device that is a type of moving device is a device that moves a transfer object using a transfer mechanism such as a robot arm as exemplified in Patent Document 1, and relates to a preset trajectory and a speed on the trajectory. In general, movement control is performed using trajectory information. The trajectory information used for the movement control is generated in advance by the trajectory information generation device in advance of the movement control. Many of the trajectory information generation devices, as exemplified in
しかしながら、上記従来の軌道情報生成装置で得られる軌道情報は、移動速度を可能な限り高速化して移動時間を最短とするものであるが、移動によって生ずる振動が考慮されておらず、高速移動に伴い移動制御に無視できない振動が発生する場合があり、発生する振動が問題とならない程度に移動速度を低減させる等の処置を要し、移動効率の低下を招く場合がある。 However, the trajectory information obtained by the conventional trajectory information generation device is intended to increase the moving speed as much as possible to minimize the moving time. Along with this, vibration that cannot be ignored may occur in the movement control, and it is necessary to take measures such as reducing the movement speed to such an extent that the generated vibration does not cause a problem, which may cause a decrease in movement efficiency.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、所望の始点から終点までの移動時間の短縮と移動によって生ずる振動の低減とを両立した軌道情報を生成する新たな軌道情報生成装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and its purpose is to generate trajectory information that achieves both a reduction in travel time from a desired start point to an end point and a reduction in vibration caused by the movement. It is to provide a new trajectory information generation device.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明の移動装置の軌道情報生成装置は、
所望の始点から終点まで移動装置を移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する装置であって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段と、前記受付手段に受け付けられた情報に基づいて始点から終点までの移動に要する時間をパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて前記軌道情報を生成する軌道情報生成手段とを具備してなり、前記軌道情報生成手段は、、予め設定された質量−バネモデルからなる移動装置の振動特性モデルを用いて、当該移動装置を移動させる際に生ずるはずの振動である模擬振動の大きさを算出し、算出した模擬振動の大きさをパラメータの一つとして前記評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータを含む前記評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成することを特徴とする。
That is, the trajectory information generation device of the mobile device of the present invention is
An apparatus for generating trajectory information related to a trajectory for moving a moving device from a desired start point to an end point and a speed on the trajectory, and a receiving unit that receives start point information and end point information, and information received by the receiving unit And a trajectory information generating means for generating the trajectory information using an optimization method so that the value of the evaluation function including the time required for moving from the start point to the end point as a parameter is minimized. The trajectory information generation means calculates a magnitude of simulated vibration that is vibration that should occur when the moving device is moved , using a vibration characteristic model of the moving device including a preset mass-spring model. The calculated magnitude of the simulated vibration is included in the evaluation function as one of the parameters, and the value of the evaluation function including at least the two parameters is minimized. And generating an urchin the orbit information.
この構成によれば、移動装置を移動させる際に生ずるはずの振動である模擬振動の大きさと移動時間とを合わせた評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報を生成するので、振動抑制を考慮したうえで移動時間が最短となり、移動効率を向上させることができる。 According to this configuration, trajectory information is generated using an optimization method so that the value of the evaluation function that combines the magnitude of the simulated vibration, which should be generated when moving the moving device, and the movement time is minimized. As a result, the movement time is minimized in consideration of vibration suppression, and the movement efficiency can be improved.
特に、複数のリンクを回転可能に接続した多関節ロボットを用いて搬送対象物を移動させる移動装置の移動効率を向上させるためには、前記軌道情報生成手段は、前記リンクの回転動作によって生ずるはずの模擬振動の大きさと始点から終点までの移動時間とを含む評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成することが好ましい。 In particular, in order to improve the movement efficiency of a moving device that moves an object to be conveyed using an articulated robot in which a plurality of links are rotatably connected, the trajectory information generating means should be generated by the rotation operation of the links. Preferably, the trajectory information is generated so that the value of the evaluation function including the magnitude of the simulated vibration and the travel time from the start point to the end point is minimized.
軌道情報の生成に要する演算時間を低減させつつ障害物回避を実現するためには、前記軌道情報生成手段は、矩形状をなす位置情報を制約条件として前記軌道の位置を制約することが望ましい。 In order to achieve obstacle avoidance while reducing the calculation time required to generate the trajectory information, it is desirable that the trajectory information generation means constrains the position of the trajectory using rectangular position information as a constraint condition.
振動抑制又は移動時間低減のいずれを優先するかを容易に変更可能とするためには、変更操作を受け付けて当該変更操作に応じて前記評価関数に対する模擬振動の大きさと移動時間との重み付けを変更する重み付け変更手段を有することが好ましい。 In order to be able to easily change which of vibration suppression or travel time reduction is prioritized, a change operation is accepted, and the weight of the simulated vibration magnitude and the travel time for the evaluation function is changed according to the change operation It is preferable to have a weight changing means .
勿論、上記の軌道情報生成装置の構成をプログラムに対応させることも可能である。 Certainly theory, it is possible to correspond to the program structure of the track information generation device.
本発明は、以上説明したように、移動装置を移動させる際に生ずるはずの振動である模擬振動の大きさと移動時間とを含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報を生成しているので、所望の始点から終点までの移動時間の短縮と移動によって生ずる振動の低減とを両立することが可能となり、移動効率を向上させることが可能となる。 As described above, the present invention uses an optimization method so that the value of the evaluation function including the magnitude of the simulated vibration , which should be generated when moving the moving device, and the moving time is minimized. Since the information is generated, it is possible to reduce both the movement time from the desired start point to the end point and to reduce the vibration caused by the movement, thereby improving the movement efficiency.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すようにロボットアーム等の搬送機構131を駆動することにより半導体ウエハー等の搬送対象物Wを移動させる移動装置103は、予めメモリに記憶されている軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報132に基づいて搬送対象物Wの移動制御を行うものである。その軌道は、図4に示す矩形状の可動領域に隣接配置された複数のロードポート等の入り口同士間を結ぶものである。本実施形態に係る移動装置の軌道情報生成装置2は、図1に示すように、上記移動装置103の移動制御に用いられる軌道情報132を生成する装置であり、受付手段21と、軌道情報生成手段22とを有している。
As shown in FIG. 1, a
受付手段21は、ディスプレイやキーボード、マウス等の既知の操作部を用いて、軌道情報132を生成するために必要な軌道の始点や終点、制約条件となる位置情報等の各種情報の入力を受け付けるものである。勿論、受付手段をティーチングペンダント(教示装置)として構成したり、上位システムや支援ツールからの通信による設定を受け付けるようにしたりしてもよい。 The accepting means 21 accepts input of various information such as a starting point and an ending point of the trajectory necessary for generating the trajectory information 132, and positional information serving as a constraint condition using a known operation unit such as a display, a keyboard, and a mouse. Is. Of course, the receiving means may be configured as a teaching pendant (teaching device), or may be configured to receive settings by communication from a host system or a support tool.
軌道情報生成手段22は、受付手段21に受け付けられた情報に基づいて始点から終点まで最適な軌道情報を得る最適化処理部23を有しており、この最適化処理部23は、CPU、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてCPUが予め記憶されている図示しない軌道情報生成処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現されるものである。
The trajectory information generation means 22 has an
この最適化処理部23は、予めメモリに記憶されている動力学モデルと振動特性モデルと制約条件とに基づいて導き出せる軌道情報のうち、その移動時間及び移動に伴い生ずる振動が最小となる適切な軌道情報を最適化手法により生成するものである。
The
以下、具体的に説明すると、駆動対象となる搬送機構131は、図2に示すように、複数のリンク134・135・136を回転可能に直列接続した、いわゆる多関節ロボットアームであり、ロボットアームの先端に設定された保持部136bに搬送対象物Wを載置した状態で各関節にある図示しないモータの駆動により各々のリンク間の角度θ1・θ2・θ3を変更して搬送対象物Wを所望の位置に移動させるものである。本実施形態の搬送機構131は、ベース133に基端134aが接続された第1のリンク134と、第1のリンク134の先端134bに基端135aが接続された第2のリンク135と、第2のリンク135の先端135bに基端136aが接続され先端に搬送対象物Wを載置するための保持部136bが設定された第3のリンク136とを備え、各リンク134〜136はそれぞれ水平方向に回転可能に接続されて三軸水平多関節ロボットを構成している。各リンク134〜136の長さはそれぞれL1、L2、L3に設定してある。
Specifically, the
この搬送機構131の動力学モデルは、各リンク134・135・136の質量分布がリンク先端での集中負荷であるとして簡略的に以下の式で表される。なお、iはリンクの番号を示し、例えば、i=1は第1のリンク134、i=2は第2のリンク135、i=3は第3のリンク136である。ここでは各リンクの質量分布がリンク先端での集中負荷であるとして式を構成しているが、勿論、各リンクの質量分布がリンクの重心周りにあるとして式を構成してもよい。
J=diag{Ji}, Ji>0
G=diag{Gi}, Gi>0
i=1,2,3
θ=[θ1,θ2,θ3]T
は加速度を表す。
Giは第i関節を駆動するモータに取り付けられた減速器のギア比である。
各関節のモータの駆動トルク:
τ=[τ1,τ2,τ3]T
各関節のモータの慣性モーメント:
J1=(G1)2I1+m1L1 2+m2(L1+L2)2+m3(L1+L2+L3)2
J2=(G2)2I2+m2L2 2+m3(L2+L3)2
J3=Jm+Ja
Jm=(G3)2I3
Ja=m3L3 2
Iiは第i関節を駆動するモータの慣性モーメント。
miは各リンクの質量。
なお、この動力学モデルに係る情報は、図1に示すように、予め軌道情報生成手段22のメモリに記憶されているが、受付手段21を通じて設定可能に構成してもよい。
The dynamic model of the
J = diag {J i }, J i > 0
G = diag {G i }, G i > 0
i = 1, 2, 3
θ = [θ 1 , θ 2 , θ 3 ] T
Represents acceleration.
G i is the gear ratio of the speed reducer attached to the motor that drives the i-th joint.
Driving torque of each joint motor:
τ = [τ 1 , τ 2 , τ 3 ] T
Moment of inertia of motor at each joint:
J 1 = (G 1 ) 2 I 1 + m 1 L 1 2 + m 2 (L 1 + L 2 ) 2 + m 3 (L 1 + L 2 + L 3 ) 2
J 2 = (G 2 ) 2 I 2 + m 2 L 2 2 + m 3 (L 2 + L 3 ) 2
J 3 = J m + J a
J m = (G 3 ) 2 I 3
J a = m 3 L 3 2
I i is the moment of inertia of the motor that drives the i-th joint.
mi is the mass of each link.
As shown in FIG. 1, the information related to the dynamic model is stored in advance in the memory of the trajectory
移動により生ずる振動を考慮するための振動特性モデルは、図3に示すような質量−バネモデルが適用されており、以下の式で表される。
Jm、Jaはそれぞれ第3のリンク136のモータの慣性モーメント、エンドエフェクタ(保持部136b)の先端に集中質量があるとした場合の慣性モーメントである。バネ定数Kは、実験により計測した固有振動数f及び下記の式を用いて算出する。
K=Ja(2πf)2
なお、この振動特性モデルに係る情報は、図1に示すように、予め軌道情報生成手段22のメモリに記憶されているが、受付手段21を通じて設定可能に構成してもよい。
A mass-spring model as shown in FIG. 3 is applied as a vibration characteristic model for considering vibration caused by movement, and is represented by the following equation.
J m and J a are the moment of inertia of the motor of the
K = J a (2πf) 2
As shown in FIG. 1, the information relating to the vibration characteristic model is stored in advance in the memory of the trajectory
軌道情報の制約条件の一つとして、各リンク134・135・136を回転させるモータの駆動制約が図1に示すメモリに予め設定されている。このモータの駆動制約はモータが出力可能な最大トルクを用いており、以下の式で示される。τliは逆回転(θiが負の方向に駆動しようと)する場合の最大トルクであり、τuiは正回転(θiが正の方向に駆動しようと)する場合の最大トルクを示す。勿論、速度や加速度で表現されるものであってもよい。
As one of the restriction conditions of the trajectory information, the drive restriction of the motor that rotates each
また、本実施形態では、搬送機構131が図4(a)に示す矩形状の可動領域内で動作するものであるので、以下の式で示される矩形状をなす位置情報を軌道の位置の制約条件の一つとしている。
(xi,yi)は図4(b)に示すように各関節の位置を示し、搬送対象物Wの中心位置(x3,y3)は、搬送対象物Wが可動範囲から外れないように半径r分狭くしている。
なお、この可動領域としての制約条件に係る情報は、図1に示すように、予め軌道情報生成手段22のメモリに記憶されているが、受付手段21を通じて設定可能に構成している。
In this embodiment, since the
(X i , y i ) indicates the position of each joint as shown in FIG. 4B, and the center position (x 3 , y 3 ) of the transport target W does not deviate from the movable range. As shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the information related to the constraint condition as the movable region is stored in advance in the memory of the trajectory
受付手段21で受け付けられた始点及び終点の二つの位置情報は、XY座標で示される始点位置及び終点位置、並びに始点速度及び終点速度であるが、搬送対象物Wの移動は、各リンク134〜136の角度θ1・θ2・θ3を変化させることにより行うので、始点及び終点に関する情報を以下の式で示すように角度情報に変換し、これを制約条件の一つとしている。なお、本実施形態では、始点速度及び終点速度を0として取り扱っている。
は速度、teは移動時間を表す。θs,θeは始点及び終点位置の情報を関節角度の情報(関節角度ベクトル)に変換したものである。
The two pieces of position information of the start point and the end point received by the receiving
Speed, t e represents the travel time. θ s and θ e are information obtained by converting the information of the start point and the end point into information of the joint angle (joint angle vector).
上記のモデル及び制約条件の下で、以下の式で示される評価関数の値が最小となるように軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を最適化により求める。
この評価関数は、振動特性モデルで算出される、移動装置103を移動させる際に生ずるはずの振動である模擬振動の大きさ(θ3−θa)をパラメータの一つとし、移動時間teをパラメータの一つとして、これら2つのパラメータを少なくとも含む関数である。具体的には、模擬振動の大きさ(θ3−θa)に重み付け情報である重み付け係数αを乗じて移動時間teと結合したものである。なお、最適化手法については一般的な手法を用いているので、ここでは説明を省略する。また、図1に示すように、この重み付け係数αを、受付手段21になされる変更操作に応じて変更する重み付け変更手段24が設けられており、重み付け係数αを変更することで振動抑制又は最短時間短縮のいずれかを優先するかを変更することが可能となる。本実施形態では、模擬振動の大きさ(θ3−θa)が負の値を含むため、これを二乗して正の値にしているが、(θ3−θa)の絶対値を取る式にしてもよい。
Under the above model and constraint conditions, trajectory information related to the trajectory and the velocity on the trajectory is obtained by optimization so that the value of the evaluation function represented by the following equation is minimized.
The evaluation function is calculated by the vibration characteristic model, the magnitude of a vibration simulate vibration which would occur when moving the moving apparatus 103 (θ 3 -θ a) as one of the parameters, the travel time t e Is a function including at least these two parameters. Specifically, those bound to travel time t e is multiplied by the a weighting information on the size of the simulated vibration (θ 3 -θ a) weighting factor alpha. In addition, since the general method is used about the optimization method, description is abbreviate | omitted here. Further, as shown in FIG. 1, there is provided a weight changing means 24 for changing the weighting coefficient α in accordance with a changing operation performed by the receiving means 21. By changing the weighting coefficient α, vibrations can be suppressed or minimized. It is possible to change whether priority is given to time reduction. In this embodiment, since the magnitude (θ 3 −θ a ) of the simulated vibration includes a negative value, this is squared to obtain a positive value, but the absolute value of (θ 3 −θ a ) is taken. It may be a formula.
ここで、上記の最適化問題を解くにあたり演算時間を低減するために離散化を考え、これに伴い軌道情報132も離散化して生成している。具体的には、軌道情報132は、図5に模式的に示すように、移動軌道Ptを、時間間隔Tで(N−1)等分し、始点S及び終点Eを含む複数の点P1〜Nで表現する離散データであり、各々の点Pkのxy座標(xk,yk)を、以下の式を用いて各リンク134〜136の角度θ1k・θ2k・θ3kで表現している。
xk=L1cosθ1k+L2cos(θ1k+θ2k)+L3cos(θ1k+θ2k+θ3k)
yk=L1sinθ1k+L2sin(θ1k+θ2k)+L3sin(θ1k+θ2k+θ3k)
Here, discretization is considered in order to reduce the calculation time in solving the above optimization problem, and the trajectory information 132 is also discretized and generated accordingly. Specifically, the trajectory information 132, as schematically shown in FIG. 5, divides the moving trajectory Pt into (N−1) equal time intervals T, and includes a plurality of points P 1 including a start point S and an end point E. Are expressed as ˜N , and the xy coordinates (x k , y k ) of each point P k are expressed by the angles θ 1k · θ 2k · θ 3k of the
x k = L 1 cos θ 1k + L 2 cos (θ 1k + θ 2k ) + L 3 cos (θ 1k + θ 2k + θ 3k )
y k = L 1 sin θ 1k + L 2 sin (θ 1k + θ 2k ) + L 3 sin (θ 1k + θ 2k + θ 3k )
そして、上記で述べたモデル及び制約条件を中心差分法を用いて離散化すると以下の式で表される。なお、以下では、k時点目の点Pkの角度θikをθi[k]と略記する。
振動を考慮したモデル:
モータの駆動制約:
τi[k]は、k時点目の第i関節の駆動トルクを表す。
軌道の位置の制約条件:
xi[k],yi[k]は、k時点目の位置xi,yiを表す。
始点及び終点の制約条件:
評価関数:
Then, when the model and the constraint condition described above are discretized using the central difference method, it is expressed by the following expression. Hereinafter, the angle theta ik point P k of the k time th abbreviated as θ i [k].
Model considering vibration:
Motor drive constraints:
τ i [k] represents the driving torque of the i-th joint at the k-th time point.
Orbital position constraints:
x i [k] and y i [k] represent the positions x i and y i at the k-th time point.
Start and end point constraints:
Evaluation function:
上記のモデル及び制約条件を用いて軌道情報132を生成するにあたり、具体的には、初期値として始点Sから終点Eまで直線で結んだ軌道情報を生成し、この初期軌道をもとに上記モデル及び制約条件に基づいて既知の逐次二次計画法を用いた最適化計算を行い、リンク角度θi[k]及び時間間隔Tを求める。 When the trajectory information 132 is generated using the above model and constraint conditions, specifically, trajectory information connected as a straight line from the start point S to the end point E is generated as an initial value, and the model is based on the initial trajectory. Then, an optimization calculation using a known sequential quadratic programming method is performed based on the constraint condition, and the link angle θ i [k] and the time interval T are obtained.
ここで、従来の軌道情報生成装置との比較実験を行うために、上記重み付け係数αを0として従来の最短時間のみを追求した図6に示す軌道Pt’と、本実施形態に係る振動抑制を考慮した図6に示す軌道Ptとを生成し、それぞれの軌道情報を駆動指令に変換してロボットアームを駆動させ、移動によって発生する振動を計測したところ、図7に示すように、移動に要する時間にほとんど変化がなかったものの、従来の軌道情報に比べて本実施形態の軌道情報は発生する振動が少なくとも半分以下に抑えられていることがわかる。 Here, in order to perform a comparison experiment with the conventional trajectory information generation apparatus, the trajectory Pt ′ shown in FIG. 6 in which the weighting coefficient α is set to 0 and only the conventional shortest time is pursued, and the vibration suppression according to the present embodiment are suppressed. The trajectory Pt shown in FIG. 6 considered is generated, the respective trajectory information is converted into drive commands, the robot arm is driven, and the vibration generated by the movement is measured. As shown in FIG. Although there is almost no change in time, it can be seen that the generated vibration is suppressed to at least half or less in the track information of this embodiment compared to the conventional track information.
また、ロボットの関節毎に振動モデルを定義する等の厳密な運動特性を用いると計算量が莫大となり実運用に好ましくなかったが、本実施形態のように単一の質量−バネモデルに簡略化することで実用性を保つ範囲内で計算量を低減している。また、一般的に障害物回避には莫大な計算を要するものであるが、本実施形態のように移動装置の可動範囲が矩形状であることに着目し、矩形状をなす位置情報を制約条件の一つとしているので、同様に実用性を保つ範囲内で計算量を低減している。軌道情報を生成するのに要する時間は、環境により種々変化するが、一例であるが、ある環境では従来に比べて数十〜数百分の1程度の時間に短縮することができた。 In addition, using strict motion characteristics such as defining a vibration model for each joint of the robot is not preferable for actual operation because the calculation amount is enormous, but it is simplified to a single mass-spring model as in this embodiment. Therefore, the amount of calculation is reduced within the range that keeps practicality. In general, a large amount of calculation is required for obstacle avoidance. However, focusing on the fact that the movable range of the moving device is rectangular as in this embodiment, the position information that forms a rectangle is a constraint condition. Therefore, the amount of calculation is reduced within a range that keeps practicality. The time required to generate the trajectory information varies depending on the environment, but is only an example, but in some environments, the time can be reduced to about several tens to several hundreds of times compared to the conventional case.
以上のように本実施形態に係る移動装置の軌道情報生成装置は、所望の始点Sから終点Eまで移動装置103を移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報132を生成する装置であって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段21と、受付手段21に受け付けられた情報に基づいて始点Sから終点Eまでの移動に要する時間teをパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報132を生成する軌道情報生成手段22とを具備してなり、軌道情報生成手段22は、予め設定された移動装置の振動特性を用いて移動により生ずるはずの振動である模擬振動の大きさ(θ3−θa)を算出し、算出した模擬振動の大きさ(θ3−θa)をパラメータの一つとして評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータである移動時間te及び模擬振動の大きさ(θ3−θa)を含む評価関数の値が最小となるように軌道情報を生成する。
As described above, the trajectory information generation device of the mobile device according to the present embodiment is a device that generates the trajectory information 132 relating to the trajectory for moving the
このように、移動により生ずるはずの模擬振動の大きさ(θ3−θa)と移動時間teとを合わせた評価関数の値が最小となるように逐次二次計画法を始めとする最適化手法を用いて軌道情報132を生成するので、振動抑制を考慮したうえで移動時間が最短となり、移動効率を向上させることが可能となる。 Best to this manner, the magnitude of the simulated vibration that would occur by moving (θ 3 -θ a) and as the value of the evaluation function obtained by combining the travel time t e is minimized sequentially started quadratic programming Since the trajectory information 132 is generated using the optimization method, the movement time is minimized in consideration of vibration suppression, and the movement efficiency can be improved.
さらに、本実施形態では、複数のリンク134・135・136を回転可能に接続した多関節ロボットたる搬送機構131を用いて搬送対象物Wを移動させる移動装置103を駆動させるための軌道情報132を生成するものであり、軌道情報生成手段22が、リンク134〜136の回転動作によって生ずるはずの模擬振動の大きさ(θ3−θa)と始点Sから終点Eまでの移動時間teとを含む評価関数の値が最小となるように軌道情報を生成するので、複雑な制御を要する多関節ロボットに適した軌道及びその軌道上の速度を選定して、軌道効率を向上させることが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the trajectory information 132 for driving the moving
さらにまた、本実施形態では、軌道情報生成手段22は、矩形状をなす位置情報を制約条件として軌道の位置を制約しているので、簡易な形状であるものの障害物回避を実現することが可能となる。しかも、制約条件が矩形状であるので、複雑な形状である場合に比べて軌道情報の生成に要する演算時間を著しく低減させることが可能となる。 Furthermore, in the present embodiment, the trajectory information generation means 22 restricts the position of the trajectory using the rectangular position information as a constraint condition, so it is possible to achieve obstacle avoidance with a simple shape. It becomes. In addition, since the constraint condition is a rectangular shape, it is possible to significantly reduce the calculation time required for generating the trajectory information compared to the case of a complicated shape.
加えて、本実施形態では、受付手段21を介して変更操作を受け付けて変更操作に応じて評価関数に対する模擬振動の大きさ(θ3−θa)と移動時間teとの重み付けを表す重み付け係数αを変更する重み付け変更手段24を有するので、変更操作を行うことで、評価関数に対する模擬振動(θ3−θa)と移動時間teとの重み付けを表す重み付け係数αが変更され、振動抑制又は移動時間低減のいずれを優先するかを変更することが可能となる。しかも、ワンパラメータとなるので、パラメータ設定が取り扱いやすくなる。
In addition, in the present embodiment, weighting represents the weighting of the simulated vibration magnitude for the evaluation function in response to a change accepting change operation via the receiving
従来では、新たなロードポート等が追加されて始点又は終点が追加された場合に、かかる始点又は終点に関する情報を入力して適切な軌道情報を生成するにあたり、始点及び終点以外に軌道上の経由点をユーザが指定するものであったが、本実施形態では、始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段21と、受付手段21に受け付けられた始点S及び終点Eの二つの位置情報から二点間の軌道Pt及びその軌道上の速度に関する軌道情報132を生成する軌道情報生成手段22と有するので、始点S及び終点E以外に経由点を指定することなく軌道情報が生成され、簡易な操作で適切な軌道情報を生成することが可能となり、例えば新たなロードポート等を追加した場合でも容易な対応を実現することができる。
Conventionally, when a new load port or the like is added and a start point or end point is added, information on the start point or end point is input to generate appropriate trajectory information. The point is specified by the user, but in this embodiment, the receiving
さらに、軌道情報生成手段22は、矩形状をなす位置情報を制約条件として軌道の位置を制約するので、適切な障害物回避を実現している。また、受付手段21が、移動時間teに対する移動により生ずる振動の大きさ(θ3−θa)の重み付け情報を受け付け、軌道情報生成手段22が、受付手段21に受け付けられた情報に応じた重み付けとなるように軌道情報132を生成するので、振動抑制又は移動時間低減のいずれを優先するかを容易に変更可能としている。 Furthermore, since the trajectory information generation means 22 restricts the position of the trajectory using rectangular position information as a constraint condition, appropriate obstacle avoidance is realized. Furthermore, acceptance means 21 accepts the weighting information for the magnitude of the vibration generated by the movement against the travel time t e (θ 3 -θ a) , orbit information generating means 22, in accordance with the information received in the receiving means 21 Since the trajectory information 132 is generated so as to be weighted, it is possible to easily change which of vibration suppression or movement time reduction is prioritized.
その他、上記軌道情報を生成するにあたり、以下のプログラムが有用である。 In addition, the following programs are useful in generating the trajectory information.
所望の始点から終点まで移動装置を移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する機能をコンピュータに実現させるプログラムであって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付機能と、受付機能に受け付けられた情報に基づいて始点から終点までの移動に要する時間をパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて軌道情報を生成する軌道情報生成機能とを実現し、軌道情報生成機能は、予め設定された移動装置の振動特性を用いて移動により生ずるはずの模擬振動を算出し、算出した模擬振動をパラメータの一つとして評価関数に含め、少なくともこれら2つのパラメータを含む評価関数の値が最小となるように軌道情報を生成する移動装置の軌道情報生成プログラム。 A program for causing a computer to generate a trajectory information about a trajectory for moving the moving device from a desired start point to an end point and a trajectory information on the trajectory. A trajectory information generation function that generates trajectory information using an optimization method so that the value of the evaluation function including the time required for movement from the start point to the end point as one of the parameters based on the received information is minimized. The trajectory information generation function realizes simulated vibration that should be generated by movement using the vibration characteristics of the mobile device set in advance, and includes the calculated simulated vibration in the evaluation function as one of the parameters. A trajectory information generation program for a mobile device that generates trajectory information so that the value of an evaluation function including two parameters is minimized.
所望の始点から終点まで移動装置を移動させるための軌道及び軌道上の速度に関する軌道情報を生成する機能をコンピュータに実現させるプログラムであって、始点情報及び終点情報を受け付ける受付機能と、受付機能に受け付けられた始点及び終点の二つの位置情報から二点間の軌道及びその軌道上の速度に関する軌道情報を生成する軌道情報生成機能とを実現する移動装置の軌道情報生成プログラム。 A program for causing a computer to generate a trajectory information related to a trajectory for moving a moving device from a desired start point to an end point and a speed on the trajectory, and a reception function for receiving start point information and end point information, and a reception function A trajectory information generation program for a mobile device that realizes a trajectory information generation function for generating trajectory information related to a trajectory between two points and a speed on the trajectory from the received two position information of a start point and an end point.
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described based on drawing, it should be thought that a specific structure is not limited to these embodiment. The scope of the present invention is shown not only by the above description of the embodiments but also by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、本実施形態では、ロボットアームの振動特性モデルを定義するにあたり、アーム先端部分に着目して単一の質量−バネモデルとしているが、アームの根元部分に着目してアーム全体を単一の質量−バネモデルとして定義してもよく、振動を考慮するモデルとして他のモデルを採用してもよい。また、本実施形態では、始点速度及び終点速度を0として取り扱っているが、これら速度が0でない場合にも適用可能である。 For example, in this embodiment, in defining the vibration characteristic model of the robot arm, a single mass-spring model is formed by focusing on the tip of the arm. -You may define as a spring model and may employ | adopt another model as a model which considers a vibration. Further, in this embodiment, the start point speed and the end point speed are handled as 0, but the present invention can also be applied when these speeds are not 0.
その他、上記に述べた軌道情報生成は、複数のリンクを回転可能に直列接続したロボットアーム式の搬送機構131を用いて搬送対象物Wを移動する移動装置103に適用しているが、複数のリンクを並列接続したパラレルマニピュレータ等の搬送装置など、ロボットアーム式以外の移動装置にも適用可能である。さらには装置自体が移動する移動装置にも適用可能である。図1に示す各機能部は、所定プログラムをプロセッサで実行することにより実現しているが、各機能部を専用回路で構成してもよい。
In addition, the trajectory information generation described above is applied to the moving
各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
103…移動装置
131…搬送機構(多関節ロボット)
132…軌道情報
134・135・136…リンク
21…受付手段
22…軌道情報生成手段
24…重み付け変更手段
S…始点
E…終点
W…搬送対象物
Pt…軌道
te…移動時間
(θ3−θa)…模擬振動の大きさ
103 ... Moving
132 ...
Claims (4)
始点情報及び終点情報を受け付ける受付手段と、
前記受付手段に受け付けられた情報に基づいて始点から終点までの移動に要する時間をパラメータの一つとして含む評価関数の値が最小となるように最適化手法を用いて前記軌道情報を生成する軌道情報生成手段とを具備してなり、
前記軌道情報生成手段は、予め設定された質量−バネモデルからなる移動装置の振動特性モデルを用いて、当該移動装置を移動させる際に生ずるはずの振動である模擬振動の大きさを算出し、算出した模擬振動の大きさをパラメータの一つとして前記評価関数に含め、少なくとも上記2つのパラメータを含む前記評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成することを特徴とする移動装置の軌道情報生成装置。 A device for generating trajectory information related to a trajectory for moving the moving device from a desired start point to an end point and a speed on the trajectory,
Receiving means for receiving start point information and end point information;
A trajectory for generating the trajectory information using an optimization method so that the value of the evaluation function including the time required for movement from the start point to the end point as one of the parameters is minimized based on the information received by the accepting unit Comprising information generating means,
The trajectory information generation means calculates a magnitude of simulated vibration that is vibration that should be generated when the moving device is moved , using a vibration characteristic model of the moving device that includes a preset mass-spring model. A magnitude of the simulated vibration is included in the evaluation function as one of the parameters, and the trajectory information is generated so that the value of the evaluation function including at least the two parameters is minimized. Orbit information generator.
前記軌道情報生成手段は、前記リンクの回転動作によって生ずるはずの模擬振動の大きさと始点から終点までの移動時間とを含む評価関数の値が最小となるように前記軌道情報を生成する請求項1に記載の移動装置の軌道情報生成装置。 A device that generates trajectory information related to a trajectory and a speed on the trajectory for driving a moving device that moves a conveyance target using an articulated robot in which a plurality of links are rotatably connected,
The trajectory information generation means generates the trajectory information so that a value of an evaluation function including a magnitude of a simulated vibration that should be generated by a rotation operation of the link and a moving time from a start point to an end point is minimized. The trajectory information generation device for the mobile device described in 1.
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