JPH0736519A - ロボットのニアミスチェック方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な計算機を用いてニアミスチェックの演
算を高速に行うことのできるロボットのニアミスチェッ
ク方法。 【構成】 本方法は，ロボット１及びロボット１の可動
範囲内にある物体２の移動データＤ１，Ｄ２と，ロボッ
ト１及び物体２間のニアミス回避用の安全距離Ｌとの関
係Ｘを予め設定しておき，ロボット１と物体２とをそれ
ぞれ包絡したモデルＭ１，Ｍ２を作成し，移動データＤ
１，Ｄ２を入力し，入力された移動データＤ１，Ｄ２か
ら上記関係Ｘを用いて求められた安全距離Ｌだけロボッ
ト１及び／又は物体２のモデルの寸法を拡大し，拡大さ
れたモデルＭ１′，Ｍ２′の寸法にて干渉チェックを行
うことによりニアミスチェックを行うように構成されて
いる。上記構成により，簡単な計算機を用いてニアミス
チェックの演算を高速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットのニアミスチェ
ック方法に係り，例えばロボットのオフラインプログラ
ミングシステム又はＣＡＤシステム等において使用され
る３次元モデル間のニアミスチェック方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの動作を教示（プログラミン
グ）するためには，通常，教示操作盤などを操作，ある
いはロボットを人間が直接持って動かすことにより，ロ
ボットを実際に移動させて，必要なポイントの位置座標
等を教示記録してロボット制御データ（教示データ）を
作成する。しかし，実際にロボットを動かして教示デー
タを作成する上記方法では，ロボットの実作業を止めな
ければならず，また，操作も面倒なため，コンピュータ
を用いたオフラインプログラミング操作による方法が用
いられることがある。このオフラインプログラミング操
作による方法はロボット言語とよばれるロボットの動作
を記述するプログラミング言語で記述したり，ロボット
などの３次元モデルをグラフィック表示画面上で操作し
ながら現実の実機ロボットに対する操作に類似の操作を
行って教示データを作成・記録することによって行われ
る。ところで，オフラインプログラミングにおいては，
実際にロボットを作動させて教示データを作ったもので
はないため，この教示データを用いて動作シミュレーシ
ョンを行ってロボットの動作を確認する必要がある。こ
の動作シミュレーションで，ロボットとワークあるいは
周辺機器等との干渉をチェックすることを干渉チェック
と呼ぶが，この確認作業を，ロボットやワークをグラフ
ィックディスプレイ画面上に描画表示し，教示データに
基づいてロボットの絵を時系列的に描画し，目視によっ
て行うのは面倒である。そのため，ロボットやワークの
３次元数学モデルを用いて，前述の時系列的描画ととも
に，数学的にロボットとワークなどのモデル間に干渉が
ないかどうかを演算させることが広く行われている。こ
のような干渉検出演算は，モデルが複雑になってくると
非常に時間がかかるため，計算の高速化のために各種工
夫がなされている。尚，ロボットの動作確認では，ロボ
ットとワーク間での干渉検出だけでなく，ロボットがワ
ーク等に制限値を越えて接近し過ぎた場合も警告の意味
で検出することが要求されることがある。この近接チェ
ックをニアミスチェックと呼ぶ。従来ニアミスチェック
は，前述のロボットモデルとワーク等のモデルとの間の
最短距離を計算し，設定された制限値より小さいかどう
かを判定することによって行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
ロボットのニアミスチェック方法では，ロボットモデル
とワーク等のモデルとの間の最短距離を逐一計算しなけ
ればならないため，干渉チェックの時以上の時間がかか
ってしまう。ところが，実際に教示データによるロボッ
ト動作を，シミュレーションによって確認する際には，
干渉はしていないが，その危険性がある場合の検出が重
要である。特に，ロボットの高速動作時のブレなどの現
実的な誤差要因を考えると，厳密な干渉チェックだけで
は不十分であり，上記ニアミスチェック機能は必須であ
ると考えられる。したがって，このニアミスチェックの
演算を高速に行う必要があり，このために従来は高速な
演算速度を持つエンジニアリングワークステーション等
を用いる必要があった。本発明は，このような従来の技
術における課題を解決するために，ロボットのニアミス
チェック方法を改良し，簡易な計算機を用いてニアミス
チェックの演算を高速に行うことができるロボットのニ
アミスチェック方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００４】

【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，ロボット及び該ロボットの可動範囲内にあ
る物体の移動データと，ロボット及び物体間のニアミス
回避用の安全距離との関係を予め設定しておき，上記ロ
ボットと物体とをそれぞれ包絡したモデルを作成し，上
記移動データを入力し，上記入力された移動データから
上記関係を用いて求められた安全距離だけ上記ロボット
及び／又は物体のモデルの寸法を拡大し，上記拡大され
たモデルの寸法にて干渉チェックを行うことによりニア
ミスチェックを行うロボットのニアミスチェック方法と
して構成されている。更には，上記モデルの寸法を，該
モデルを構成する面データ単位で拡大するロボットのニ
アミスチェック方法である。更には，上記モデルの寸法
を，該モデルを構成する点データ単位で拡大するロボッ
トのニアミスチェック方法である。上記移動データに
は，ロボット及び物体の軌跡だけでなく移動速度や加減
速パターンなどが含まれる。更に，ロボットの軌跡に
は，手先を揺動させたり，センサ情報によって軌跡が変
わったりする等の作業パターン，動作パターンも含まれ
る。

【０００５】

【作用】本発明によれば，ニアミスチェックに先立って
ロボット及び該ロボットの可動範囲内にある物体の移動
データと，ロボット及び物体間のニアミスチェック回避
用の安全距離との関係が予め設定されている。そして，
上記ロボットと物体とをそれぞれ包絡したモデルが作成
される。チェックに当って，まず上記移動データが入力
される。上記入力された移動データから上記関係を用い
て求められた安全距離だけ上記ロボット及び／又は物体
のモデルの寸法が拡大される。上記拡大されたモデルの
寸法にて干渉チェックが行われることによりニアミスチ
ェックが行われる。このように，ロボットモデルと物体
のモデルとの間の最短距離を逐一計算することなく，干
渉チェックのみを行うことによりニアミスチェックを行
うことができる。更に，上記モデルの寸法が，該モデル
を構成する面データ単位で拡大される。更に，上記モデ
ルの寸法が，該モデルを構成する点データ単位で拡大さ
れる。このように，モデルの寸法の拡大を面データ単位
又は点データ単位で行えば，全寸法を一律に拡大する場
合に比べてニアミスチェックの確度を高めることができ
る。その結果，簡単な計算機を用いてニアミスチェック
の演算を高速に行うことのできるロボットのニアミスチ
ェック方法を得ることができる。

【０００６】

【実施例】以下添付図面を参照して，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。ここに，
図１は本発明の一実施例に係るロボットのニアミスチェ
ック方法による概略動作手順を示す図，図２はロボット
動作シミュレーション装置Ａの概略構成図，図３はロボ
ットモデルの表示例を示す図，図４はモデルの面データ
単位の拡大例を示す図，図５はモデルの点データ単位の
拡大例を示す図である。図１に示すごとく，本実施例に
係るロボットのニアミスチェック方法は，ロボット１及
び物体２の移動データＤ１，Ｄ２と，ロボット１及び物
体２間のニアミス回避の安全距離Ｌとの関係Ｘを予め設
定しておき（Ｓ１），ロボット１と物体２との包絡モデ
ルＭ１，Ｍ２を作成し（Ｓ２），移動データＤ１，Ｄ２
を入力し（Ｓ３），入力された移動データＤ１，Ｄ２か
ら関係Ｘを用いて求められた安全距離ＬだけモデルＭ
１，Ｍ２の寸法を拡大し（Ｓ４），寸法拡大されたモデ
ルＭ１′，Ｍ２′間にて干渉チェックを行うことにより
ニアミスチェックを行う（Ｓ５）ように構成されてい
る。図２は，このようなニアミスチェック方法を具現化
する為のロボットシミュレーション装置Ａの一例を示す
ものである。図２に示すごとくこの装置Ａは主としてロ
ボット１の作業対象となる物体２の３次元モデルを入力
するデータ入力装置３（キーボード，マウス，フロッピ
ーディスク等）と，ロボット１の教示シミュレーション
を行う演算処理装置４（パーソナルコンピュータ等）
と，シミュレーション中で用いる種々のデータを記憶す
るローカルメモリ（不図示）を用い，ロボット１の図形
と物体２の図形とのニアミスの判別を行うニアミスチェ
ック用のプロセッサ５と，その判別結果を表示しオペレ
ータにニアミスが起こっているかどうかを知らせるシミ
ュレーション表示装置９（グラフィックディスプレイ
等）とから構成されている。

【０００７】この装置Ａの概略動作手順は以下の通りで
ある。まず，オペレータが３次元データ入力装置３によ
って物体２の図形データやロボット１のエンドエフェク
タの先端位置及び各教示点での作業命令行動などの教示
データを入力する。演算処理装置４ではその動作教示部
６及び動作シミュレーション部７においてプロセッサ５
と通信できるようになっている。プロセッサ５によりニ
アミスがあると判定された場合には，演算処理装置４か
らの指示によって教示データが変更され，シミュレーシ
ョン表示装置９により画面処理や音声処理が行われる。
そして作成された教示データは演算処理装置４のデータ
転送部８でフォーマット変換された後，ロボット制御盤
（不図示）に転送される。この装置Ａのプロセッサ５に
て，図１に示すような一連の動作（ステップＳ１〜Ｓ
５）が実行される。図３はシミュレーション表示装置９
の例えばグラフィックディスプレイ画面上に教示される
ロボット１のモデル例を示すものである。図３（ａ）は
ロボット１を包絡したモデルの例であり，（ｂ）はこの
ニアミスチェック用に作成した簡単モデルであり，
（ｃ）はニアミスチェック簡単モデルを更に安全距離Ｌ
分だけ拡大したものである。この場合の拡大は，モデル
の各面の法線方向になされているものを示す。ここで，
ロボット１及び物体２の移動データＤ１，Ｄ２と安全距
離Ｌとの関係Ｘについて概略説明する。既述の如く，ロ
ボットの動作確認では，ロボット１と物体２との間の衝
突の検出だけでなく，ロボット１が物体２に制限値を越
えて接近しすぎた場合も警告の意味で検出することが要
求される。この制限値は，常に一定の値ではなく，ロボ
ット１及び物体２の軌跡，移動速度等の移動データＤ
１，Ｄ２により変化するものである。例えば，ロボット
１の軌跡が半径Ｒの曲率を持ったものであり，静止した
物体２（この場合の移動データＤ２はゼロデータとな
る）の近傍をロボット１が速度Ｖで通過する時，ロボッ
ト１にはＶ² ／Ｒに比例する遠心力が働き，この遠心力
によりロボット１がブレて物体２に接近することがあ
る。このロボットのブレの他，物体２の据え付け誤差な
ども安全距離Ｌに加味する必要がある。このような移動
データＤ１，Ｄ２と安全距離Ｌとの関係Ｘは予め解析又
はシミュレーションにより求めておくことができ，この
関係Ｘをプロセッサ５のローカルメモリに記憶させてお
くことができる。次に，移動データＤ１，Ｄ２を入力す
るが，移動データＤ１，Ｄ２は装置Ａの動作教示部６及
び動作シミュレーション部７で使用されるデータに含ま
れているので，このデータを用いればよい。そして，入
力された移動データＤ１，Ｄ２に対する安全距離Ｌをロ
ーカルメモリに記憶しておいた関係Ｘを用いて求めるこ
とができる。この安全距離Ｌを用いてモデルＭ１，Ｍ２
の寸法を拡大するのである。

【０００８】ここで，モデルＭ１，Ｍ２の拡大の方向に
ついて説明する。ただし，モデルＭ１，Ｍ２は図４
（ａ）中ではそれぞれ直方体ｂ，ａで表現されている。
図４（ａ）において，直方体ａは面Ａ１，Ａ２，〜，Ａ
５について，面の法線ベクトルＶＡ１〜ＶＡ５の方向に
外側に向かって安全距離Ｌだけ移動させることによって
拡大（面移動計算）を行う。尚，面Ａ６については，例
えば物体２の加工面であるとすると干渉チェックないし
ニアミスチェックを行う必要がないため，ここでは拡大
を行わない。この拡大を実現するために，モデルの面を
表すデータに法線ベクトルと拡大操作の可否を関連づけ
て格納しておくことにより，先の拡大演算を高速化する
ことができる。このような例を図４に（ｂ）に示す。拡
大のための情報としては，面の向き（どちらが物体の
外側か）を表すフラグ（または法線ベクトル），拡大
時に面と平行な方向に拡大するかどうかを表すフラグな
どがある。図５（ａ）は，同じくモデルの拡大の例を示
すものであるが，この場合は面を移動するのではなく，
各頂点を必要な方向に移動させることによって拡大（点
移動計算）するものである。この拡大を実現するため
に，モデルの頂点を表すデータに拡大操作を行う際の拡
大の方向を例えば座標軸ｘ，ｙ，ｚのそれぞれの方向に
実施するかを符号込みで格納しておくことにより，容易
に計算できる。このような例を図５（ｂ）に示す。以上
のようにして，寸法を拡大されたモデルＭ１′，Ｍ２′
間にてプロセッサ５を用いて干渉チェックを行うことに
よりニアミスチェックを行う。

【０００９】このようにニアミスチェックの演算を，毎
回距離の計算をすることなく，その距離分だけ拡大した
モデルに対する周知の干渉チェック計算に帰着させるこ
とによって，計算時間を短縮することができる。又，こ
の計算をする際に包絡モデルとして面の少ない簡単なモ
デル（図３（ｂ）参照）を用いることによって更に計算
時間を短縮することができる。この場合，計算量が少な
くなるためプロセッサ５の機能を演算処理装置４に含め
て装置の簡略化を図ることができる更に，ロボット１の
例えば溶接ワイヤやワイヤドラム等の付属物についても
これらをモデルに含めることにより，より確度の高いニ
アミスチェックを行うことができる。更に，モデルを面
データ単位，点データ単位で拡大することにより，一律
に拡大する場合に比べてきめ細かくもできるので，ニア
ミスチェックの確度を一層向上させることができる。そ
の結果，簡単な計算機（例えば手軽に使えるパーソナル
コンピュータ等）を用いてニアミスチェックの演算を高
速に行うことのできるロボットのニアミスチェック方法
を得ることができる。尚，通常はニアミスチェック用モ
デル（拡大された寸法のモデル）を表示するとロボット
１のモデル（包絡モデル）と重なって見にくくなるた
め，ニアミスチェック用モデルは表示しないようにす
る。但し，必要に応じて表示できるようにしておいても
よい。尚，上記実施例では，安全距離Ｌを自動計算によ
り求めたが，実使用に際してはこの安全距離Ｌを人間が
設定しこれを直接用いてモデルＭ１，Ｍ２の寸法を拡大
してもよい。尚，上記実施例では，モデルＭ１，Ｍ２の
両方を拡大して得られた拡大モデルＭ１′，Ｍ２′間で
のニアミスチェックを行ったが，実使用に際してはいず
れか一方のモデルのみを拡大してもよい。又，モデルの
例えば一点又は一面だけを拡大しこれをニアミスチェッ
クに用いてもよい。

【００１０】以下，本発明について考察した結果を述べ
る。 （１）ロボット及び／又は物体のモデル寸法の拡大につ
いて，両者間の距離がいくらかによって接近距離（安全
距離）を計算すると考えると，物体側あるいはロボット
側のどちらかを拡大しても距離の算定は可能である。も
ちろん，距離を按分すれば，上記実施例の如く両方同時
に拡大しても構わない。しかし，現実的にはモデルの構
成が簡単なもの，あるいはメーカ側で予め計算しておけ
るもの，部分的に計算しなくてもよい部分を設定できる
もの，簡単なモデルで代替できるもの，・・・というよ
うな判断基準でどちらか一方だけを拡大することが望ま
しい。なぜなら，両方を拡大すると計算量が減らないか
らである。従って，例えばロボットにより静止物体のみ
を扱う場合には，ロボットモデルのみを拡大することと
すれば良い。一方，ロボットだけでなく物体（ワーク）
側をも拡大する意義は，例えば次の通りである。 ワークの部分がガス切断などで加工されており，精度
が悪いような場合 特に加工精度，組立精度の悪い部位などのみを部分的に
拡大できれば，より確度の高い（きめ細かい）ニアミス
チェックが可能となると言える。 ワークの位置ずれ誤差がある場合 ワークの座標系でずれ方向を考慮しながら，部分的に拡
大することができる。以上より本発明では，ニアミスチ
ェックにロボット及び／又は物体の拡大されたモデル寸
法を用いることとした。 （２）安全距離について 安全距離の意義は例えば次の通りである。ロボットの
軌跡が変化する場合，教示データと位置指令データとが
異なる場合，および計算上の位置指令データと現実に動
く軌跡とが異なる場合 （ａ）ウイービング（溶接トーチの揺動運動）や，多層
盛り動作などコントローラに内蔵されている機能を使う
と，教示した位置データを越えて動作することがある。
また，ワークを固定しているポジショナなどの回転・移
動によって，ワークの位置が変化し，それに応じてロボ
ットの制御軌跡が変化することもある。

【００１１】ただし，（コントローラに内蔵されてい
る）これらの機能を模擬して新たな動作指令データを生
成し，その位置指令データなどに基づいて移動データを
作成するならば，この問題は回避できる。 （ｂ）ロボット（およびワークの）ダイナミクス（動特
性）を考慮すると，慣性力などにより位置指令値と実際
のロボットの軌跡とがずれることがある。この件は，モ
デルのダイナミクスを考慮したシミュレーションをすれ
ばわかることであるが，計算時間がかかる。従って，上
記実施例で述べた如くこれを簡略化して，移動データと
安全距離との適当な関係を設定することによりこの問題
を回避できる。 ロボットやワークの位置が確定できない場合 例えば溶接線追従センサなどを用いて，いわゆるセンサ
フィードバック制御を行う場合，その場で軌跡指令デー
タを生成することになり，予め動作やニアミスのチェッ
クをすることができない。こういった部位は，適切に
（統計的に）安全距離を大きくとっておけば良い。 部位によって危険度が違う場合 部位によって危険度が異なる場合とは，ニアミスのおそ
れを特に少なくしたい重要な部品などがある場合である
が，これはその部品の周辺の安全距離を大きくとってお
けば良い。以上より本発明ではニアミスチェックに安全
距離を用いることとした。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係るロボットのニアミスチェッ
ク方法は，上記したように構成されているため，ニアミ
スチェックの演算を，毎回距離の計算をすることなく，
その距離分だけ拡大したモデルに対する周知の干渉チェ
ック計算に帰着させることによって，計算時間を短縮す
ることができる。又，この計算をする際に包絡モデルと
して面の少ない簡単なモデルを用いることによって更に
計算時間を短縮することができる。この場合，計算量が
少なくなるため例えばプロセッサの機能を演算処理装置
に含めて装置の簡素化を図ることができる更に，ロボッ
トの例えば溶接ワイヤやワイヤドラム等の付属物につい
てもこれらをモデルに含めることにより，より確度の高
いニアミスチェックを行うことができる。更に，モデル
を面データ単位，点データ単位で拡大することにより，
一律に拡大する場合に比べてきめ細かくもできるので，
ニアミスチェックの確度を一層向上させることができ
る。その結果，簡単な計算機（例えば手軽に使えるパー
ソナルコンピュータ等）を用いてニアミチェックの演算
を高速に行うことのできるロボットのニアミスチェック
方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るロボットのニアミス
チェック方法による概略動作手順を示す図。

【図２】 ロボット動作シミュレーション装置Ａの概略
構成図。

【図３】 ロボットモデルの表示例を示す図。

【図４】 モデルの面データ単位の拡大例を示す図。

【図５】 モデルの点データ単位の拡大例を示す図。

【符号の説明】

１…ロボット ２…物体 Ｄ１，Ｄ１′…移動データ Ｌ…安全距離 Ｘ…関係 Ｍ１，Ｍ１′…ロボットのモデル Ｍ２，Ｍ２′…物体のモデル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット及び該ロボットの可動範囲内に
   ある物体の移動データと，ロボット及び物体間のニアミ
   ス回避用の安全距離との関係を予め設定しておき，上記
   ロボットと物体とをそれぞれ包絡したモデルを作成し，
   上記移動データを入力し，上記入力された移動データか
   ら上記関係を用いて求められた安全距離だけ上記ロボッ
   ト及び／又は物体のモデルの寸法を拡大し，上記拡大さ
   れたモデルの寸法にて干渉チェックを行うことによりニ
   アミスチェックを行うロボットのニアミスチェック方
   法。
2. 【請求項２】 上記モデルの寸法を，該モデルを構成す
   る面データ単位で拡大する請求項１記載のロボットのニ
   アミスチェック方法。
3. 【請求項３】 上記モデルの寸法を，該モデルを構成す
   る点データ単位で拡大する請求項１記載のロボットのニ
   アミスチェック方法。