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JP2014065098A - Robot device, orbit simulation device for articulated robot and orbit creation method - Google Patents

Robot device, orbit simulation device for articulated robot and orbit creation method Download PDF

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JP2014065098A
JP2014065098A JP2012210918A JP2012210918A JP2014065098A JP 2014065098 A JP2014065098 A JP 2014065098A JP 2012210918 A JP2012210918 A JP 2012210918A JP 2012210918 A JP2012210918 A JP 2012210918A JP 2014065098 A JP2014065098 A JP 2014065098A
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virtual
articulated robot
trajectory
obstacle
robot
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JP2012210918A
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Inventor
Hironobu Sasaki
裕宣 佐々木
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot device, an orbit simulation device for an articulated robot, and an orbit creation method capable of easily creating an orbit for avoiding an obstacle, on the basis of instruction points.SOLUTION: The robot device includes: an articulated robot 2; a force sensor 23 capable of detecting reaction force applied on the articulated robot 2 when the articulated robot comes in contact with an obstacle 100; and a controller 6 for, when a movement start point where a tip part of the articulated robot 2 starts moving and a movement end point where the tip part finishes moving are inputted, calculating an interpolated orbit 103 on the basis of the movement start point and the movement end point, and when the articulated robot 2 is driven along the interpolated orbit 103, and the articulated robot 2 comes into contact with the obstacle 100 and the force sensor 23 detects the reaction force from the obstacle 100, calculating a movement amount by which the articulated robot 2 is alienated in a direction crossing the interpolated orbit 103, on the basis of the reaction force, moving the articulated robot 2 by the movement amount, storing the movement amount, and creating an obstacle avoidance orbit 104 by adding the stored movement amount to the interpolated orbit 103.

Description

本発明は、教示点から軌道を生成するロボット装置及び多関節ロボットの軌道シミュレーション装置並びに軌道生成方法に関し、特に障害物を回避する軌道を生成可能なロボット装置及び多関節ロボットの軌道シミュレーション装置並びに軌道生成方法に関する。   The present invention relates to a robot apparatus that generates a trajectory from a teaching point, a trajectory simulation apparatus for an articulated robot, and a trajectory generation method, and in particular, a robot apparatus that can generate a trajectory that avoids an obstacle, a trajectory simulation apparatus for an articulated robot, and a trajectory. It relates to a generation method.

一般的に、多関節ロボットの軌道生成においては、多関節ロボットによる作業開始の位置及び姿勢と、作業終了の位置及び姿勢と、を入力すると、制御装置が直線補完や各軸角度の補完等を行うことで開始姿勢から終了姿勢への軌道を生成する。   In general, when generating the trajectory of an articulated robot, if the position and orientation at which work is started by the articulated robot and the position and orientation at which work is finished are input, the control device performs linear interpolation, interpolation of each axis angle, etc. This generates a trajectory from the start posture to the end posture.

また、生成される軌道上に障害物がある場合には、障害物との干渉が予想されるため、ユーザが予め軌道を細かく区切って教示点を追加し、障害物との干渉を回避させる。同様に、既に軌道を教示済みの多関節ロボットの周辺環境が変化し、軌道のいずれかの地点で多関節ロボットと周辺環境とが干渉する場合にも、ユーザが中継姿勢を表す教示点の追加や修正を行って周辺環境との干渉を回避させる。このように、多関節ロボットの軌道生成においては、多関節ロボットと周辺環境との干渉や多関節ロボットの可動領域を考慮した中継姿勢の教示点の追加、修正が必要であった。   Further, when there is an obstacle on the generated trajectory, interference with the obstacle is expected, so the user adds a teaching point by dividing the trajectory in advance to avoid interference with the obstacle. Similarly, when the surrounding environment of an articulated robot that has already been taught a trajectory changes and the articulated robot interferes with the surrounding environment at any point in the trajectory, the user adds a teaching point that indicates the relay posture. Or make corrections to avoid interference with the surrounding environment. As described above, in the generation of the trajectory of the articulated robot, it is necessary to add or correct the teaching point of the relay posture in consideration of the interference between the articulated robot and the surrounding environment and the movable region of the articulated robot.

ここで、多関節ロボットの軌道生成において、中継姿勢の教示点を追加、修正する際に障害物との干渉を考慮するためには、多関節ロボットのエンドエフェクタだけでなく、ロボットアームの全てのリンクについて障害物との干渉を調べる必要がある。更に、軌道上でスムーズな姿勢変化を行うためには、追加、修正する教示点の前後で姿勢が極端に変化しないように修正教示点を決定する必要がある。   Here, in order to consider interference with obstacles when adding and correcting the teaching point of the relay posture in the trajectory generation of the articulated robot, not only the end effector of the articulated robot but also all of the robot arm The link needs to be checked for interference with obstacles. Further, in order to perform a smooth posture change on the trajectory, it is necessary to determine the corrected teaching point so that the posture does not change extremely before and after the teaching point to be added or corrected.

しかしながら、多関節ロボットがどのような姿勢をとることができるか、またその姿勢への移行にはどのような姿勢変化が必要かを知るには、教示者の熟練と多大な作業時間がかかるため、教示点の追加や修正には手間がかかるという問題があった。   However, it takes teacher's skill and a lot of work time to know what posture the articulated robot can take and what kind of posture change is required to shift to that posture. There is a problem that it takes time and effort to add and correct teaching points.

これに対しては、作業開始位置から終了位置までの中継姿勢を探索する多関節ロボットの軌道生成方法として、ポテンシャル場を用いたロボット装置の軌道生成が開示されている(特許文献1参照)。   In response to this, as a trajectory generation method for an articulated robot that searches for a relay posture from a work start position to an end position, trajectory generation of a robot apparatus using a potential field is disclosed (see Patent Document 1).

特許文献1に記載の方法では、障害物から遠ざかるほどレベルが低下するポテンシャル値を設定したポテンシャルマップを予め生成する。そして、開始点からの移動距離と目標までの移動距離とポテンシャルマップによる評価関数が最良となる方向に経路を生成することで、障害物を回避しながら目標点まで移動する軌道を生成している。   In the method described in Patent Document 1, a potential map in which a potential value whose level decreases as the distance from an obstacle is set is generated in advance. Then, by generating a path in the direction in which the evaluation function based on the movement distance from the start point, the movement distance to the target, and the potential map is the best, a trajectory that moves to the target point while avoiding the obstacle is generated. .

特開平05−228860号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-228860

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、事前にポテンシャルマップを生成するという計算量の大きな工程が必要となる上、障害物が移動する場合には、移動障害物に対応できないという問題があった。   However, the method described in Patent Document 1 has a problem in that it requires a large calculation step of generating a potential map in advance, and when the obstacle moves, it cannot cope with the moving obstacle. .

そこで、本発明は、与えられた教示点に基づいて、障害物を回避する軌道を容易に生成可能なロボット装置及び多関節ロボットの軌道シミュレーション装置並びに軌道生成方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a robot apparatus that can easily generate a trajectory that avoids an obstacle, a trajectory simulation apparatus for a multi-joint robot, and a trajectory generation method based on given teaching points.

本発明は、ロボット装置において、多関節ロボットと、前記多関節ロボットが障害物に接触した際に前記多関節ロボットに作用する前記障害物からの反力を検出可能な検出センサと、前記多関節ロボットの先端部が移動を開始する移動開始点と、前記先端部が移動を終了する移動終了点と、が入力されると、前記移動開始点と前記移動終了点とから前記先端部を移動させる初期軌道を演算し、演算した前記初期軌道に沿って前記多関節ロボットを駆動制御した際に、前記多関節ロボットが障害物と接触することで前記検出センサが前記障害物からの反力を検出すると、検出した前記反力から、前記初期軌道と交差する方向へ前記多関節ロボットを移動させる移動量を算出し、前記移動量で前記多関節ロボットを迂回移動させ、かつ前記移動量を記憶しておき、記憶した前記移動量を前記初期軌道に加えて障害物回避軌道を生成する制御装置と、を備えたことを特徴とする。   The present invention relates to a robot apparatus, a multi-joint robot, a detection sensor capable of detecting a reaction force from the obstacle acting on the multi-joint robot when the multi-joint robot contacts the obstacle, and the multi-joint When a movement start point at which the tip of the robot starts moving and a movement end point at which the tip ends moving are input, the tip is moved from the movement start point and the movement end point. An initial trajectory is calculated, and when the articulated robot is driven and controlled along the calculated initial trajectory, the detection sensor detects a reaction force from the obstacle when the articulated robot comes into contact with the obstacle. Then, a movement amount for moving the articulated robot in a direction intersecting the initial trajectory is calculated from the detected reaction force, the articulated robot is detoured by the movement amount, and the movement amount Stored advance, characterized in that the movement amount stored and a control device for generating an obstacle avoidance path in addition to the initial path.

また、本発明は、多関節ロボットの軌道シミュレーション装置において、仮想空間上の仮想多関節ロボットの先端部が移動を開始する仮想移動開始点と、前記先端部が移動を終了する仮想移動終了点と、を入力可能な入力装置と、前記仮想移動開始点及び前記仮想移動終了点が入力されると、前記仮想移動開始点と前記仮想移動終了点とから前記先端部を移動させる仮想初期軌道を演算し、前記仮想初期軌道に沿って前記仮想多関節ロボットを移動させた際に、前記仮想多関節ロボットが前記仮想空間上の仮想障害物と接触することで前記仮想多関節ロボットに作用するであろう前記仮想障害物からの仮想反力から、前記仮想初期軌道と交差する方向へ前記仮想多関節ロボットを移動させる仮想移動量を算出し、算出した前記仮想移動量を記憶させて、記憶した前記仮想移動量を前記仮想初期軌道に加えることで多関節ロボットの障害物回避軌道を生成する画像処理装置と、を備えたことを特徴とする。   Further, the present invention provides a trajectory simulation apparatus for an articulated robot, a virtual movement start point at which the tip of the virtual articulated robot in the virtual space starts moving, and a virtual movement end point at which the tip ends movement. When the virtual movement start point and the virtual movement end point are input, a virtual initial trajectory for moving the tip is calculated from the virtual movement start point and the virtual movement end point. When the virtual articulated robot is moved along the virtual initial trajectory, the virtual articulated robot acts on the virtual articulated robot by contacting a virtual obstacle in the virtual space. A virtual movement amount for moving the virtual articulated robot in a direction intersecting the virtual initial trajectory is calculated from the virtual reaction force from the virtual obstacle, and the calculated virtual movement amount is recorded. By, characterized in that the stored the virtual movement amount and an image processing apparatus for generating an obstacle avoidance trajectory of the articulated robot by adding the virtual initial path.

また、本発明は、多関節ロボットの軌道生成方法において、多関節ロボットの先端部が移動を開始する移動開始点と、前記先端部が移動を終了する移動終了点と、から前記先端部が移動する初期軌道を生成する初期軌道生成工程と、生成された前記初期軌道に基づいて前記多関節ロボットの駆動制御を開始する駆動開始工程と、前記初期軌道に基づいて移動する前記多関節ロボットが障害物と接触することで、前記多関節ロボットに作用する前記障害物からの反力を検出可能な検出センサが前記反力を検出すると、検出した前記反力から前記初期軌道と交差する方向に前記多関節ロボットを移動させる移動量を算出する移動量算出工程と、前記移動量で前記多関節ロボットを迂回移動させる迂回移動工程と、前記迂回移動工程での前記移動量を記憶する移動量記憶工程と、記憶した前記移動量を前記初期軌道に加えて障害物回避軌道を生成する障害物回避軌道生成工程と、を備えたことを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the trajectory generation method for the articulated robot, the tip moves from a movement start point at which the tip of the articulated robot starts to move and a movement end point at which the tip ends movement. An initial trajectory generating step for generating an initial trajectory, a drive starting step for starting drive control of the articulated robot based on the generated initial trajectory, and the articulated robot moving based on the initial trajectory being in trouble When a detection sensor capable of detecting a reaction force from the obstacle acting on the articulated robot by detecting contact with an object detects the reaction force, the detected reaction force crosses the initial trajectory in the direction crossing the initial trajectory. A movement amount calculation step for calculating a movement amount for moving the articulated robot, a detour movement step for detouring the articulated robot by the movement amount, and the movement amount in the detour movement step A moving amount storing step of storing, characterized in that the moving amount storing equipped with, and the obstacle avoidance path generating step of generating an obstacle avoidance path in addition to the initial path.

本発明によれば、与えられた教示点に基づいて、障害物を回避する軌道を容易に生成可能なロボット装置及び多関節ロボットの軌道シミュレーション装置並びに軌道生成方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a robot apparatus, a multi-joint robot trajectory simulation apparatus, and a trajectory generation method that can easily generate a trajectory that avoids an obstacle based on a given teaching point.

本発明の第1実施形態に係るロボット装置の全体構造を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole robot apparatus structure concerning a 1st embodiment of the present invention. 第1実施形態に係る多関節ロボットを制御する制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus which controls the articulated robot which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る制御装置による軌道生成を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the track | orbit production | generation by the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る多関節ロボットの障害物回避軌道を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the obstruction avoidance track | orbit of the articulated robot which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係るロボット装置の全体構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the robot apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る軌道シミュレーション装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the track | orbit simulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る軌道シミュレーション装置による軌道生成を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the track | orbit production | generation by the track | orbit simulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係るロボット装置1について、図1から図4を参照しながら説明する。まず、第1実施形態に係るロボット装置1の全体構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置1の全体構造を示す模式図である。図2は、第1実施形態に係る多関節ロボット2を制御する制御装置6のブロック図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a robot apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. First, the overall configuration of the robot apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of the robot apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the control device 6 that controls the articulated robot 2 according to the first embodiment.

図1に示すように、ロボット装置1は、多関節ロボット2と、多関節ロボット2を制御する制御装置6と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the robot apparatus 1 includes an articulated robot 2 and a control device 6 that controls the articulated robot 2.

多関節ロボット2は、6軸多関節のロボットアーム20と、ロボットアーム20の先端部に接続されたエンドエフェクタ21と、を備えている。ロボットアーム20は、各関節を各関節軸まわりにそれぞれ回転駆動する6つのアクチュエータ(図示せず)を備えており、6つのアクチュエータのそれぞれを選択的に駆動することでエンドエフェクタ21を任意の3次元位置に移動させる。例えば、ユーザにより入力された教示点(制御開始点及び制御終了点)に基づいて制御装置6により演算された補完軌道を通過するように、図1に示す実線位置から2点鎖線位置にエンドエフェクタ21を移動させる。   The articulated robot 2 includes a 6-axis articulated robot arm 20 and an end effector 21 connected to the tip of the robot arm 20. The robot arm 20 includes six actuators (not shown) that rotationally drive each joint around each joint axis. By selectively driving each of the six actuators, the end effector 21 can be moved to any 3 Move to dimension position. For example, the end effector is moved from the solid line position shown in FIG. 1 to the two-dot chain line position so as to pass through the complementary trajectory calculated by the control device 6 based on the teaching points (control start point and control end point) input by the user. 21 is moved.

エンドエフェクタ21は、ワーク等を把持する把持爪22と、把持爪22に作用する応力(反力)を検出可能な検出センサとしての力覚センサ23と、を備えている。力覚センサ23は、把持爪22に発生する3軸方向の力及び3軸モーメントを検出する。   The end effector 21 includes a gripping claw 22 that grips a workpiece and the like, and a force sensor 23 as a detection sensor that can detect a stress (reaction force) acting on the gripping claw 22. The force sensor 23 detects a triaxial force and a triaxial moment generated in the grip claw 22.

図2に示すように、制御装置6は、演算装置60と、記憶装置61と、を有するコンピュータ本体に、ロボットアーム20、エンドエフェクタ21がバスを介して接続されて構成されている。また、コンピュータ本体には、入力装置62、ディスプレイ64、記録メディア読取装置66及び通信装置67などもバスを介して接続されている。なお、図2においては、これらを接続するためのインターフェイスは不図示としている。   As shown in FIG. 2, the control device 6 is configured by connecting a robot arm 20 and an end effector 21 to a computer main body having an arithmetic device 60 and a storage device 61 via a bus. In addition, an input device 62, a display 64, a recording media reading device 66, a communication device 67, and the like are connected to the computer main body via a bus. In FIG. 2, an interface for connecting them is not shown.

演算装置60は、CPU60aと、画像処理装置60bと、を備えている。CPU60aは、ロボット制御部60eと、を備えている。   The arithmetic device 60 includes a CPU 60a and an image processing device 60b. The CPU 60a includes a robot control unit 60e.

ロボット制御部60eは、記憶装置61に記憶された各種プログラムや入力装置62から入力される設定等に基づいて、ロボットアーム20やエンドエフェクタ21を駆動制御する。例えば、ロボット制御部60eは、記憶装置61に記憶された後述する軌道情報に基づくインピーダンス制御により、障害物100を回避する障害物回避軌道104(後述の図4参照)上をエンドエフェクタ21が移動するようにロボットアーム20を駆動制御する。   The robot control unit 60e drives and controls the robot arm 20 and the end effector 21 based on various programs stored in the storage device 61, settings input from the input device 62, and the like. For example, in the robot control unit 60e, the end effector 21 moves on the obstacle avoidance trajectory 104 (see FIG. 4 described later) for avoiding the obstacle 100 by impedance control based on the trajectory information described later stored in the storage device 61. The robot arm 20 is driven and controlled as described above.

なお、エンドエフェクタ21の駆動制御についての詳細な説明は省略する。また、多関節ロボット2の軌道生成方法については、後に詳しく説明する。   A detailed description of the drive control of the end effector 21 is omitted. The trajectory generation method of the articulated robot 2 will be described in detail later.

画像処理装置60bは、CPU60aからの描画指示に応じてディスプレイ64を制御して、画面上に所定の画像を表示させる。記憶装置61は、バスを介してCPU60aに接続されており、各種プログラムやユーザ等により入力される制御開始点及び制御終了点等の軌道情報が格納されたROM61aと、CPU60aの作業領域として確保されたRAM61bと、を備えている。   The image processing device 60b controls the display 64 in accordance with a drawing instruction from the CPU 60a to display a predetermined image on the screen. The storage device 61 is connected to the CPU 60a via a bus, and is secured as a work area for the ROM 61a storing trajectory information such as control start points and control end points input by various programs, users, and the like, and the CPU 60a. RAM 61b.

入力装置62は、キーボード62aと、マウス62bと、から構成されており、エンドエフェクタ21を移動させる制御開始点及び制御終了点等の軌道情報、或いはその他の指示の入力を可能としている。記録メディア読取装置66は、軌道生成プログラム等の各種プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体68を読み込み、ROM61aに格納させるため等に用いられる。通信装置67は、例えば、上述したような記録媒体68を使用せずに、通信装置67を介してインターネット等から配信される更新プログラム等をダウンロードする際に用いられる。   The input device 62 includes a keyboard 62a and a mouse 62b, and enables input of trajectory information such as a control start point and a control end point for moving the end effector 21, or other instructions. The recording medium reading device 66 is used for reading a computer-readable recording medium 68 in which various programs such as a trajectory generating program are recorded and storing it in the ROM 61a. The communication device 67 is used, for example, when downloading an update program or the like distributed from the Internet or the like via the communication device 67 without using the recording medium 68 as described above.

次に、上述のように構成されたロボット装置1の制御装置6による多関節ロボット2の軌道生成方法について、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、第1実施形態に係る制御装置6による多関節ロボット2の軌道生成を示すフローチャートである。図4は、第1実施形態に係る多関節ロボット2の障害物回避軌道104を示す模式図である。   Next, a method for generating the trajectory of the articulated robot 2 by the control device 6 of the robot apparatus 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the trajectory generation of the articulated robot 2 by the control device 6 according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing the obstacle avoidance trajectory 104 of the articulated robot 2 according to the first embodiment.

図3に示すように、多関節ロボット2の軌道生成方法は、ユーザ等による情報の入力等が行われる前処理段階と、制御装置6による最終的な軌道が計算される制御段階と、に分割することができる。多関節ロボット2の軌道生成方法としては、まず、前処理段階でユーザによる情報の入力が行われた後、制御装置6による制御段階が実行される。なお、制御段階における各工程は、軌道生成プログラムとして制御装置6のROM61aに格納されており、例えば、通信装置67を介してインターネット等から配信される更新プログラム等により更新可能になっている。   As shown in FIG. 3, the trajectory generation method of the articulated robot 2 is divided into a preprocessing stage in which information is input by a user or the like and a control stage in which a final trajectory is calculated by the control device 6. can do. As a method for generating the trajectory of the multi-joint robot 2, first, information is input by the user in the preprocessing stage, and then the control stage by the control device 6 is executed. Each process in the control stage is stored in the ROM 61a of the control device 6 as a trajectory generation program and can be updated by, for example, an update program distributed from the Internet or the like via the communication device 67.

以下、多関節ロボット2の軌道生成方法について、前処理段階と制御段階とに分けて説明する。   Hereinafter, the trajectory generation method of the articulated robot 2 will be described separately in the preprocessing stage and the control stage.

まず、前処理段階について説明する。前処理段階としては、まず、ユーザが、対象となる多関節ロボット2の移動開始点としての制御開始点及び移動終了点としての制御終了点を、入力装置62を用いて入力し、入力された制御開始点及び制御終了点は、ROM61aに格納される(ステップS110)。なお、ユーザにより入力された制御開始点及び制御終了点は、多関節ロボット2が可動可能な3次元空間上の可動領域内に設定される。   First, the preprocessing stage will be described. As a pre-processing stage, first, the user inputs a control start point as a movement start point and a control end point as a movement end point of the target articulated robot 2 by using the input device 62 and is input. The control start point and the control end point are stored in the ROM 61a (step S110). Note that the control start point and control end point input by the user are set in a movable region in a three-dimensional space in which the articulated robot 2 is movable.

制御開始点及び制御終了点がROM61aに格納されると、次に、制御装置6により、制御開始点と制御終了点とを一般的な補完方法を用いて結んだ初期軌道としての補完軌道103(図1参照)が生成される(初期軌道生成工程)。生成された補完軌道103は、ROM61aに格納される(ステップS120)。なお、ここでいう一般的な補完方法とは、制御開始点から制御終了点までを直線で結んだ際の直線上の各点における各軸の角度値を算出する直線補完や、制御開始点から制御終了点における各軸の角度値の差を任意の間隔に分割した関節補完などをいう。また、初期軌道生成工程は、軌道生成プログラムの一部として、制御段階と共に制御装置6のROM61aに格納してもよい。   When the control start point and the control end point are stored in the ROM 61a, the control device 6 then uses the general complementing method to connect the control start point and the control end point as a complementary trajectory 103 ( 1 is generated (initial trajectory generation step). The generated complementary trajectory 103 is stored in the ROM 61a (step S120). In addition, the general complement method here is straight line complement that calculates the angle value of each axis at each point on the straight line when connecting from the control start point to the control end point with a straight line, or from the control start point This refers to joint complementation in which the difference between the angle values of each axis at the control end point is divided into arbitrary intervals. Further, the initial trajectory generation step may be stored in the ROM 61a of the control device 6 together with the control stage as part of the trajectory generation program.

補完軌道103が生成されると、次に、多関節ロボット2が存在する3次元空間上に、侵入不可領域を表す障害物100を設置する(ステップS130)。なお、障害物100は、複数設置することも可能であり、時間による位置の変更や時間による形状の変形を設定することも可能である。障害物100を設置することで前処理段階が終了する。   When the complementary trajectory 103 is generated, next, the obstacle 100 representing the inaccessible area is set on the three-dimensional space where the articulated robot 2 exists (step S130). It is possible to install a plurality of obstacles 100, and it is also possible to set a change in position according to time and a change in shape due to time. The preprocessing stage is completed by installing the obstacle 100.

次に、制御段階について説明する。制御装置6により制御段階が実行されると、多関節ロボット2を駆動制御して、まず、エンドエフェクタ21を補完軌道103に沿って移動させる(駆動開始工程、ステップS140)。このとき、制御装置6は、力覚センサ23が検出する検出値を受信しており、検出値が予め設定された所定の閾値を超えた場合、エンドエフェクタ21が障害物100に接触(干渉)したと判断する(ステップS150のYES)。つまり、検出値が予め設定された所定の閾値を超えた場合の反力を、エンドエフェクタ21が障害物100に接触したときの反力として検出する。   Next, the control stage will be described. When the control stage is executed by the control device 6, the articulated robot 2 is driven and controlled, and the end effector 21 is first moved along the complementary trajectory 103 (drive start process, step S140). At this time, the control device 6 receives the detection value detected by the force sensor 23, and the end effector 21 contacts (interferences) the obstacle 100 when the detection value exceeds a predetermined threshold value set in advance. It is determined that it has been (YES in step S150). That is, a reaction force when the detection value exceeds a predetermined threshold value set in advance is detected as a reaction force when the end effector 21 contacts the obstacle 100.

次に、制御装置6は、力覚センサ23の検出値を用いたインピーダンス制御を行い、インピーダンス制御で、補完軌道103に対して交差する方向(本実施形態においては直交する方向)への移動量を算出する(移動量算出工程、ステップS160)。移動量は、交差方向成分に変換された力覚センサ23の出力の、「出力量」、「出力量の時間微分」、「出力量の2回微分」を用いてインピーダンス制御を行うことで算出される。なお、補完軌道103に対して交差する方向としては、補完軌道103と直交(90度)する方向に限定されないが、直交する方向が好ましい。   Next, the control device 6 performs impedance control using the detection value of the force sensor 23, and the amount of movement in the direction intersecting the complementary trajectory 103 (direction orthogonal in the present embodiment) by impedance control. Is calculated (movement amount calculation step, step S160). The amount of movement is calculated by performing impedance control using “output amount”, “time derivative of output amount”, and “twice derivative of output amount” of the output of the force sensor 23 converted into the cross direction component. Is done. The direction intersecting the complementary trajectory 103 is not limited to the direction orthogonal (90 degrees) to the complementary trajectory 103, but a direction orthogonal is preferable.

移動量が算出されると、移動量を加えた補完軌道103に沿ってエンドエフェクタ21を迂回移動させ(迂回移動工程)、このときの移動量を記憶しておく(移動量記憶工程)。制御装置6は、エンドエフェクタ21が障害物100に接触されなくなったと判断するまでステップS140に戻りながら上述を繰り返し、それぞれの移動量を記憶しておく。   When the movement amount is calculated, the end effector 21 is detoured along the supplementary trajectory 103 to which the movement amount is added (detour movement step), and the movement amount at this time is stored (movement amount storage step). The control device 6 repeats the above while returning to step S140 until it determines that the end effector 21 is no longer in contact with the obstacle 100, and stores the respective movement amounts.

一方、エンドエフェクタ21が障害物100に接触されなくなったと判断すると(ステップS150のNO)、次に、制御装置6は、補完軌道103に対するエンドエフェクタ21の補完軌道103に対するずれの有無を判断する(ステップS170)。これは、力覚センサ23からの検出値を用いてインピーダンス制御を行った結果、エンドエフェクタ21の位置と補完軌道103には交差方向のずれ量が生じる場合があるためであり、このままでは、制御終了点に到達しなくなるためである。   On the other hand, if it is determined that the end effector 21 is no longer in contact with the obstacle 100 (NO in step S150), the control device 6 then determines whether or not the end effector 21 is displaced from the complementary track 103 with respect to the complementary track 103 ( Step S170). This is because, as a result of impedance control using the detection value from the force sensor 23, there may be a deviation amount in the cross direction between the position of the end effector 21 and the complementary trajectory 103. This is because the end point is not reached.

補完軌道103から迂回移動した軌道に対する移動量(補正量)は、「ずれ量」、「ずれ量の微分」、「ずれ量の2回微分」を用いてインピーダンス制御を行うことで算出される(ステップS180)。また、補完軌道103に対して交差する方向としては、補完軌道103と直交(90度)する方向が好ましく、ずれ量が小さくなるように算出する。   The movement amount (correction amount) with respect to the trajectory detoured from the complementary trajectory 103 is calculated by performing impedance control using “deviation amount”, “derivation of deviation amount”, and “differential deviation amount twice” ( Step S180). Further, the direction intersecting with the complementary trajectory 103 is preferably a direction orthogonal to the complementary trajectory 103 (90 degrees), and the amount of deviation is calculated to be small.

移動量(補正量)が算出されると、ステップS160での移動量から移動量(補正量)を引いた位置にエンドエフェクタ21を迂回移動させ、移動したことで障害物100と接触した場合には、ステップS160を繰り返し、このときの移動量を記憶しておく。このような動作を繰り返し行うことで、エンドエフェクタ21は、障害物100を回避しながら制御終了点に向かって移動する。   When the movement amount (correction amount) is calculated, when the end effector 21 is detoured to a position obtained by subtracting the movement amount (correction amount) from the movement amount in step S160, and the object 100 comes into contact with the obstacle 100 due to the movement. Repeats step S160 and stores the amount of movement at this time. By repeatedly performing such an operation, the end effector 21 moves toward the control end point while avoiding the obstacle 100.

上述を繰り返すことで制御終了点まで到達する(ステップS190)と、次に、制御した結果の軌道(記憶した移動量)を、図4に示す障害物回避軌道104としてROM61aに格納する(障害物回避軌道生成工程、ステップS1100)。一方、制御終了点まで到達していない場合には、ステップS140に戻って上述を繰り返す。   When the control end point is reached by repeating the above (step S190), the control result trajectory (stored movement amount) is stored in the ROM 61a as the obstacle avoidance trajectory 104 shown in FIG. Avoidance trajectory generation step, step S1100). On the other hand, if the control end point has not been reached, the process returns to step S140 and the above is repeated.

以上説明したように、第1実施形態に係るロボット装置1は、制御開始点と制御終了点とを与えるだけで、補完軌道103を生成し、障害物100があった場合には、自動で障害物100に対する障害物回避軌道104を生成する。そのため、例えば、ポテンシャルマップを作成する等の計算量の大きな工程を用いることなく、障害物100を回避する軌道を容易に生成することができる。   As described above, the robot apparatus 1 according to the first embodiment generates the supplementary trajectory 103 only by giving the control start point and the control end point, and when there is an obstacle 100, the robot apparatus 1 automatically fails. An obstacle avoidance trajectory 104 for the object 100 is generated. Therefore, for example, a trajectory that avoids the obstacle 100 can be easily generated without using a process with a large calculation amount such as creating a potential map.

また、本実施形態は、既に詳細な軌道が設定された後に新規障害物を設置する場合に特に有効である。例えば、一定範囲内を何度も通過するような動作を教示した後に、その一定範囲内の一部分を進入禁止領域にすると、再教示に膨大な労力がかかる。しかしながら、本実施形態を用いることにより、進入禁止領域に障害物を設置し、インピーダンス制御による軌道設計を行うことで、関係無い部分での軌道は保ったまま、簡単に障害物回避軌道に修正することが可能となる。   This embodiment is particularly effective when a new obstacle is installed after a detailed trajectory has already been set. For example, if an operation that passes through a certain range many times is taught and then a part of the certain range is made an entry prohibition region, a great deal of labor is required for re-teaching. However, by using this embodiment, obstacles are installed in the entry prohibition area, and the trajectory design by impedance control is performed, so that the trajectory in the irrelevant part is maintained and the obstacle avoidance trajectory is easily corrected. It becomes possible.

なお、第1実施形態においては、力覚センサ23をエンドエフェクタ21に設け、把持爪22に発生する反力を検出させたが、例えば、ロボットアーム20の各関節に力覚センサを設ける構成であってもよい。例えば、ロボットアームの各関節に力覚センサを設け、ロボットアームが障害物に接触することで得られる反力を検出する構成であってもよい。この場合、ロボットアームと障害物との干渉位置は、ロボットアームの根本(基部)から数えて2自由度目以降であることが必要となる。   In the first embodiment, the force sensor 23 is provided in the end effector 21 and the reaction force generated in the grip claw 22 is detected. However, for example, a force sensor is provided in each joint of the robot arm 20. There may be. For example, a force sensor may be provided at each joint of the robot arm to detect a reaction force obtained when the robot arm contacts an obstacle. In this case, the interference position between the robot arm and the obstacle needs to be the second and subsequent degrees of freedom counted from the base (base) of the robot arm.

また、第1実施形態においては、力覚センサ23の出力を用いて移動量を算出したが、例えば、補完軌道を通過する際の力覚センサ23の出力の差分を用いて移動量を算出する構成であってもよい。   In the first embodiment, the movement amount is calculated using the output of the force sensor 23. For example, the movement amount is calculated using a difference in the output of the force sensor 23 when passing through the complementary trajectory. It may be a configuration.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るロボット装置1Aについて、図2及び図3を援用すると共に、図5を参照しながら説明する。第2実施形態は、ロボットアームにトルクセンサ(検出センサ)を設けた点が第1実施形態と相違する。そのため、第2実施形態においては、第1実施形態と相違する点、即ち、トルクセンサを用いた場合の軌道生成方法を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。図5は、第2実施形態に係るロボット装置1Aの全体構造を示す模式図である。
Second Embodiment
Next, a robot apparatus 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a torque sensor (detection sensor) is provided on the robot arm. Therefore, in the second embodiment, the difference from the first embodiment, that is, the trajectory generation method when using a torque sensor will be mainly described, and the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment. A description thereof will be omitted. FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall structure of the robot apparatus 1A according to the second embodiment.

図5に示すように、第2実施形態に係るロボット装置1Aは、多関節ロボット2Aと、制御装置6Aと、を備えており、多関節ロボット2Aは、6軸多関節のロボットアーム20Aと、エンドエフェクタ21と、を備えている。ロボットアーム20Aは、各関節にトルクセンサ24が設けられており、各関節に発生するトルクを計測可能になっている。なお、制御装置6Aについては、基本的な構成が第1実施形態に係る制御装置6と同様(図2参照)であるため、図2を援用するものとしてその説明を省略する。以下、トルクセンサ24を用いた軌道生成方法について、図3を援用しながら説明する。   As shown in FIG. 5, the robot apparatus 1A according to the second embodiment includes an articulated robot 2A and a control apparatus 6A. The articulated robot 2A includes a 6-axis articulated robot arm 20A, And an end effector 21. The robot arm 20A is provided with a torque sensor 24 at each joint, and can measure the torque generated at each joint. Since the basic configuration of the control device 6A is the same as that of the control device 6 according to the first embodiment (see FIG. 2), description thereof will be omitted assuming that FIG. 2 is used. Hereinafter, the trajectory generation method using the torque sensor 24 will be described with reference to FIG.

第2実施形態に係るロボット装置1Aによる軌道生成方法は、図3に示すステップS150及びステップS160が相違する。以下、ステップS150及びステップS160について説明する。   The trajectory generation method by the robot apparatus 1A according to the second embodiment is different in step S150 and step S160 shown in FIG. Hereinafter, step S150 and step S160 will be described.

第2実施形態のステップS150では、ロボットアーム20Aが移動中に各関節のトルクセンサ24が検出する各関節の出力トルクと検出値との差分量が予め設定した閾値を超えると、障害物200と接触したと判定する(ステップS150のYES)。つまり、差分量が予め設定された所定の閾値を超えた場合の外力トルクを、ロボットアーム20Aが障害物200に接触したときの外力トルクとして検出する。   In Step S150 of the second embodiment, when the difference between the output torque of each joint detected by the torque sensor 24 of each joint and the detected value exceeds the preset threshold value while the robot arm 20A is moving, the obstacle 200 It determines with having contacted (YES of step S150). That is, the external force torque when the difference amount exceeds a predetermined threshold value set in advance is detected as the external force torque when the robot arm 20 </ b> A contacts the obstacle 200.

ロボットアーム20Aが障害物200に接触したと判断すると、次に、制御装置6Aは、初期移動を移動する際に計測されたトルクセンサ24の出力トルクと、障害物200に接触した際の検出値と、の差分を用いたインピーダンス制御を行う。具体的には、各関節の出力トルクと検出値との、「差分量」、「差分量の微分」、「差分量の2回微分」を用いてインピーダンス制御を行い、検出値が出力トルクに合うような差分トルク量を導出する。そして、エンドエフェクタ21が補完軌道203に沿って移動する際のモータ出力へ加算する。   If it is determined that the robot arm 20A has touched the obstacle 200, the control device 6A next detects the output torque of the torque sensor 24 measured when moving the initial movement and the detected value when the robot arm 20A touches the obstacle 200. Impedance control using the difference between and. Specifically, impedance control is performed using the “difference amount”, “differentiation of the difference amount”, and “double differentiation of the difference amount” between the output torque of each joint and the detection value, and the detection value becomes the output torque. The amount of differential torque that fits is derived. Then, it is added to the motor output when the end effector 21 moves along the complementary track 203.

一方、ロボットアーム20Aが障害物200に接触されなくなったと判断すると(ステップS150のNO)、第1実施形態と同様制御装置6Aは補完軌道103に対するエンドエフェクタ21の補完軌道203に対するずれの有無を判断する(ステップS170)。ずれ量が生じていた場合には、第1実施形態と同様に、ずれ量が小さくなるように移動量(補正量)を算出する。   On the other hand, if it is determined that the robot arm 20A is no longer in contact with the obstacle 200 (NO in step S150), the control device 6A determines whether or not there is a deviation from the complementary track 203 of the end effector 21 with respect to the complementary track 103 as in the first embodiment. (Step S170). If there is a deviation amount, the movement amount (correction amount) is calculated so that the deviation amount is small as in the first embodiment.

移動量(補正量)が算出されると、ステップS160での移動量から移動量(補正量)を引いた位置にエンドエフェクタ21を迂回移動させ、移動したことで障害物200と接触した場合には、ステップS160を繰り返し、このときの移動量を記憶しておく。これにより、図5に示すように、補完軌道203が障害物回避軌道204に修正され、ロボットアーム20Aが障害物200を回避可能な軌道205を通過可能になる。   When the movement amount (correction amount) is calculated, when the end effector 21 is detoured to a position obtained by subtracting the movement amount (correction amount) from the movement amount in step S160, and the object 200 comes into contact with the obstacle 200 due to the movement. Repeats step S160 and stores the amount of movement at this time. As a result, as shown in FIG. 5, the complementary trajectory 203 is corrected to the obstacle avoidance trajectory 204, and the robot arm 20 </ b> A can pass through the trajectory 205 that can avoid the obstacle 200.

モータ出力へ加算されたことによる移動量は、CPU61aに適宜記憶され、制御終了点に到達すると、ステップS180によるずれ量を加算した移動量と共に、制御した結果の軌道を、障害物回避軌道204としてROM61aに格納される。   The movement amount resulting from the addition to the motor output is stored as appropriate in the CPU 61a. When the control end point is reached, the control result trajectory is used as the obstacle avoidance trajectory 204 together with the movement amount obtained by adding the deviation amount in step S180. Stored in the ROM 61a.

以上説明したように、第2実施形態に係るロボット装置1Aは、ロボットアーム20Aにトルクセンサ24を設けることで、第1実施形態に係る効果に加え、ロボットアーム20Aの軌道を考慮した軌道生成が可能になり、より正確な軌道生成を行うことができる。   As described above, in the robot apparatus 1A according to the second embodiment, by providing the torque sensor 24 in the robot arm 20A, in addition to the effects according to the first embodiment, the trajectory generation considering the trajectory of the robot arm 20A can be performed. This makes it possible to generate a more accurate trajectory.

なお、第2実施形態においては、トルクセンサ24の出力の差分を用いて移動量を算出したが、例えば、トルクセンサ24の出力のみを用いて移動量を算出する構成であってもよい。   In the second embodiment, the movement amount is calculated using the difference between the outputs of the torque sensor 24. However, for example, the movement amount may be calculated using only the output of the torque sensor 24.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る多関節ロボットの軌道シミュレーション装置7について、図6を参照しながら説明する。図6は、第3実施形態に係る軌道シミュレーション装置7を示す模式図である。
<Third Embodiment>
Next, a trajectory simulation apparatus 7 for an articulated robot according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a trajectory simulation apparatus 7 according to the third embodiment.

軌道シミュレーション装置7は、各種情報を入力可能な入力装置72と、入力された情報に基づいて軌道をシミュレーションする制御装置74と、を備えて構成されている。入力装置72は、不図示のキーボード及びマウスから構成されており、仮想多関節ロボットを移動させる仮想移動開始点としての仮想制御開始点及び仮想移動終了点としての仮想制御終了点等の軌道情報、仮想障害物の情報、その他の指示の入力等を可能としている。   The trajectory simulation device 7 includes an input device 72 that can input various types of information and a control device 74 that simulates the trajectory based on the input information. The input device 72 includes a keyboard and a mouse (not shown), and trajectory information such as a virtual control start point as a virtual movement start point for moving the virtual articulated robot and a virtual control end point as a virtual movement end point, It is possible to input virtual obstacle information and other instructions.

制御装置74は、画像処理装置70bと、CPU70aと、ROM71aと、を備えて構成されている。画像処理装置70bは、CPU70aからの描画指示に応じてディスプレイを制御して、画面上に所定の画像を表示させる。CPU70aは、ROM71aに記憶された各種プログラムや入力装置72から入力される設定等に従って、ディスプレイ(仮想空間上)で仮想多関節ロボットを移動させる。また、ROM71aには、物理量を表す情報I101、物理計算手法I102及び制御手法I103も格納されている。   The control device 74 includes an image processing device 70b, a CPU 70a, and a ROM 71a. The image processing device 70b controls the display in accordance with a drawing instruction from the CPU 70a to display a predetermined image on the screen. The CPU 70a moves the virtual articulated robot on the display (in the virtual space) according to various programs stored in the ROM 71a, settings input from the input device 72, and the like. The ROM 71a also stores information I101 representing a physical quantity, a physical calculation method I102, and a control method I103.

物理量を表す情報I101には、シミュレートする仮想多関節ロボットを構成する仮想部品の形状や各関節や仮想空間上の配置情報、仮想センサ配置情報、仮想障害物の形状や配置情報などの物理量が格納されている。物理計算手法I102には、各関節の動作を計算し、仮想多関節ロボットの動作をシミュレートする方法や、仮想障害物と接触することで仮想障害物からの仮想反力をシミュレートする手法等が格納されている。制御手法I103には、仮想制御開始点から仮想制御終了点を補完する方法や、インピーダンス制御手法などが格納されている。   In the information I101 representing the physical quantity, physical quantities such as the shape of the virtual part constituting the virtual multi-joint robot to be simulated, the placement information in each joint and virtual space, the virtual sensor placement information, the shape and placement information of the virtual obstacle, and the like are included. Stored. The physical calculation method I102 includes a method of calculating the motion of each joint and simulating the motion of a virtual articulated robot, a method of simulating a virtual reaction force from a virtual obstacle by contacting the virtual obstacle, etc. Is stored. The control method I103 stores a method for complementing the virtual control end point from the virtual control start point, an impedance control method, and the like.

次に、上述のように構成された軌道シミュレーション装置7による仮想多関節ロボットの障害物回避軌道の生成方法について、図7を参照しながら説明する。図7は、第3実施形態に係る軌道シミュレーション装置7による軌道生成を示すフローチャートである。   Next, a method for generating the obstacle avoidance trajectory of the virtual articulated robot by the trajectory simulation device 7 configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing trajectory generation by the trajectory simulation apparatus 7 according to the third embodiment.

まず、対象となる仮想多関節ロボットの仮想制御開始点及び仮想制御終了点を、入力装置72を用いて入力し、入力された仮想制御開始点及び仮想制御終了点は、ROM71aに格納される(ステップS210)。なお、ユーザにより入力された仮想制御開始点及び仮想制御終了点は、仮想多関節ロボットが可動可能な仮想空間上の可動領域内に設定される。   First, the virtual control start point and virtual control end point of the target virtual multi-joint robot are input using the input device 72, and the input virtual control start point and virtual control end point are stored in the ROM 71a ( Step S210). Note that the virtual control start point and the virtual control end point input by the user are set in a movable area on a virtual space in which the virtual articulated robot can move.

次に、CPU70aにより、仮想制御開始点と仮想制御終了点とを一般的な補完方法を用いて結んだ仮想初期軌道としての仮想補完軌道を生成する。生成された仮想補完軌道は、ROM71aに格納される(ステップS220)。なお、一般的な補完方法とは、仮想制御開始点から仮想制御終了点までを直線で結んだ際の仮想直線上の各点における各軸の角度値を算出する直線補完や、仮想制御開始点から仮想制御終了点における各軸の角度値の差を任意の間隔に分割した関節補完などをいう。   Next, the CPU 70a generates a virtual complementary trajectory as a virtual initial trajectory obtained by connecting the virtual control start point and the virtual control end point using a general complement method. The generated virtual complementary trajectory is stored in the ROM 71a (step S220). General interpolation methods include straight line interpolation that calculates the angle value of each axis at each point on the virtual line when the virtual control start point to the virtual control end point are connected by a straight line, and the virtual control start point From joint complementation, etc., in which the difference in angle value of each axis at the virtual control end point is divided into arbitrary intervals.

次に、仮想多関節ロボットが存在する仮想空間上に、侵入不可領域を表す仮想障害物を設置し(ステップS230)、仮想多関節ロボットを駆動制御して、仮想多関節ロボットの先端部を仮想補完軌道に沿って移動させる(ステップS240)。このとき、CPU70aは、仮想力覚センサの検出値を受信しており、検出値が予め設定された所定の閾値を超えた場合、仮想多関節ロボットが仮想障害物に接触(干渉)したであろうと判断する(ステップS250のYES)。つまり、検出値が予め設定された所定の閾値を超えた場合の仮想反力を、障害物に接触したであろう仮想検出値として検出する。   Next, a virtual obstacle representing an inaccessible area is placed on the virtual space where the virtual articulated robot exists (step S230), and the virtual articulated robot is driven and controlled so that the tip of the virtual articulated robot is virtualized. Move along the complementary trajectory (step S240). At this time, the CPU 70a receives the detection value of the virtual force sensor, and if the detection value exceeds a predetermined threshold value, the virtual articulated robot has contacted (interfered) with the virtual obstacle. Judgment is made (YES in step S250). That is, the virtual reaction force when the detection value exceeds a predetermined threshold value set in advance is detected as a virtual detection value that would have touched the obstacle.

次に、CPU70aは、仮想力覚センサの仮想検出値を用いたインピーダンス制御を行い、仮想補完軌道に対する仮想移動量を算出する(ステップS260)。なお、インピーダンス制御を用いた仮想移動量の算出方法は、第1実施形態と同様であるため、ここではその説明は省略する。仮想移動量が算出されると、仮想移動量を加えた仮想補完軌道に沿って仮想多関節ロボットの先端部を迂回させ、このときの仮想移動量を記憶しておく。CPU70aは、仮想多関節ロボットの先端部が仮想障害物に接触されなくなったと判断するまでステップS240に戻りながら上述を繰り返し、それぞれの仮想移動量を記憶しておく。   Next, the CPU 70a performs impedance control using the virtual detection value of the virtual force sensor, and calculates a virtual movement amount with respect to the virtual complementary trajectory (step S260). In addition, since the calculation method of the virtual movement amount using impedance control is the same as that of 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted here. When the virtual movement amount is calculated, the tip of the virtual articulated robot is detoured along the virtual complementary trajectory to which the virtual movement amount is added, and the virtual movement amount at this time is stored. The CPU 70a repeats the above while returning to step S240 until it determines that the tip of the virtual articulated robot is no longer in contact with the virtual obstacle, and stores the respective virtual movement amounts.

一方、仮想多関節ロボットの先端部が仮想障害物に接触されなくなったと判断すると(ステップS250のNO)、次に、CPU70aは、仮想補完軌道に対する仮想多関節ロボットの先端部の仮想補完軌道に対するずれの有無を判断する(ステップS270)。これは、仮想力覚センサからの仮想検出値を用いてインピーダンス制御を行った結果、仮想多関節ロボットの先端部の位置と仮想補完軌道には交差方向の仮想ずれ量が生じる場合があるためである。なお、仮想補完軌道に対する仮想補正量(移動量)は、インピーダンス制御を行うことで算出されるが(ステップS280)、算出方法は第1実施形態と同様であるため、ここではその説明は省略する。   On the other hand, if it is determined that the tip of the virtual articulated robot is no longer in contact with the virtual obstacle (NO in step S250), the CPU 70a then shifts the tip of the virtual articulated robot relative to the virtual complementary trajectory with respect to the virtual complementary trajectory. Whether or not there is is determined (step S270). This is because, as a result of impedance control using the virtual detection value from the virtual force sensor, there may be a virtual deviation amount in the crossing direction between the position of the tip of the virtual articulated robot and the virtual complementary trajectory. is there. Note that the virtual correction amount (movement amount) for the virtual complementary trajectory is calculated by performing impedance control (step S280), but the calculation method is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here. .

仮想補正量が算出されると、ステップS260での仮想移動量から仮想補正量を引いた位置に仮想多関節ロボットの先端部を移動させ、移動することで仮想障害物と接触した場合には、ステップS260を繰り返し、このときの仮想移動量を記憶しておく。このような動作を繰り返し行うことで、仮想多関節ロボットの先端部は、仮想障害物を回避しながら仮想制御終了点に向かって移動することになる。   When the virtual correction amount is calculated, when the tip of the virtual articulated robot is moved to the position obtained by subtracting the virtual correction amount from the virtual movement amount in step S260, and the virtual obstacle is in contact with the virtual obstacle, Step S260 is repeated, and the virtual movement amount at this time is stored. By repeating such an operation, the tip of the virtual articulated robot moves toward the virtual control end point while avoiding the virtual obstacle.

上述を繰り返すことで、仮想制御終了点まで到達する(ステップS290)と、制御した結果の仮想軌道(記憶した仮想移動量)を、障害物回避軌道としてROM71aに格納する(ステップS2100)。一方、仮想制御終了点まで到達していない場合には、ステップS240に戻って上述を繰り返す。   By repeating the above, when reaching the virtual control end point (step S290), the virtual trajectory (stored virtual movement amount) of the control result is stored in the ROM 71a as the obstacle avoidance trajectory (step S2100). On the other hand, if the virtual control end point has not been reached, the process returns to step S240 and the above is repeated.

以上説明したように、軌道生成を軌道シミュレーション装置7で行うことにより、障害物との接触(干渉)時に多関節ロボットや障害物が破損することがないため、実機を用意する必要がなくなり、コストを抑えることができる。また、例えば、空中に障害物を設置することができるため、様々な態様のシミュレートを低コストで行うことができる。   As described above, since the trajectory generation is performed by the trajectory simulation device 7, the articulated robot and the obstacle are not damaged at the time of contact (interference) with the obstacle. Can be suppressed. For example, since an obstacle can be installed in the air, various modes of simulation can be performed at low cost.

また、例えば、多関節ロボットの可動範囲内で多関節ロボットが特異な姿勢をとる特異点がある場合、教示の際には、特異姿勢をとる多関節ロボットの手先位置に多関節ロボットの手先を入れたくない場合が生じる。このような場合、特異点を仮想障害物として仮想空間上に設定することができる。   Also, for example, when there is a singular point where the articulated robot takes a unique posture within the movable range of the articulated robot, when teaching, the hand of the articulated robot is placed at the hand position of the articulated robot taking the unique posture. There are cases where you don't want to put it in. In such a case, a singular point can be set on the virtual space as a virtual obstacle.

例えば、特異姿勢をとったときの仮想多関節ロボットの手先を中心とする球形の仮想障害物を設定することで、特異点を仮想障害物と設定することができる。この場合、仮想多関節ロボットの手先中心に全方向仮想センサを設定し、手先中心の仮想センサのみが仮想障害物に干渉するように設定する(なお、シミュレーション環境であれば、任意の部分にのみ反応するようなセンサを設定することが可能になる)。このようにすることで、特異点を回避するような動作(軌道)を出力することが可能になる。なお、シミュレーション環境であれば、任意の部分にのみ反応するような検出センサを設定することも可能である。   For example, a singular point can be set as a virtual obstacle by setting a spherical virtual obstacle centering on the hand of the virtual articulated robot when taking a singular posture. In this case, an omnidirectional virtual sensor is set at the center of the hand of the virtual articulated robot, and only the virtual sensor at the center of the hand is set to interfere with the virtual obstacle (in the simulation environment, only in an arbitrary part) It is possible to set a sensor that reacts). In this way, it is possible to output an operation (orbit) that avoids a singular point. In the simulation environment, it is possible to set a detection sensor that reacts only to an arbitrary part.

なお、第3実施形態においては、仮想障害物として、固定された仮想障害物を用いて説明したが、仮想障害物は、例えば、移動可能な仮想障害物であってもよい。この場合、仮想障害物を設定した後、仮想障害物の時系列での仮想運動をCPU70aに記憶させておき、仮想多関節ロボットの移動に合わせて仮想障害物の位置を更新する。このようにすることで、仮想障害物を移動可能な仮想障害物とすることができ、移動する仮想障害物に対する干渉の検知を行うことが可能になる。   Although the third embodiment has been described using a fixed virtual obstacle as the virtual obstacle, the virtual obstacle may be a movable virtual obstacle, for example. In this case, after setting the virtual obstacle, the virtual motion of the virtual obstacle in time series is stored in the CPU 70a, and the position of the virtual obstacle is updated in accordance with the movement of the virtual articulated robot. By doing in this way, a virtual obstacle can be made into a movable virtual obstacle, and it becomes possible to detect interference with a moving virtual obstacle.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In addition, the effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments of the present invention.

例えば、本実施形態においては、複数の回転軸を有する多軸多関節のロボットアームを用いて説明したが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、直動軸を有する多軸多関節のロボットアームを用いた場合においても同様の軌道生成ができる。   For example, although the present embodiment has been described using a multi-axis multi-joint robot arm having a plurality of rotation axes, the present invention is not limited to this. For example, a similar trajectory can be generated even when a multi-axis multi-joint robot arm having a linear motion axis is used.

1、1A、1B ロボット装置
2 多関節ロボット
6 制御装置(制御部)
7 軌道シミュレーション装置
20 ロボットアーム
21 エンドエフェクタ
23 力覚センサ(検出センサ)
72 入力装置
74 制御装置
100 障害物
103 補完軌道(初期軌道)
104 障害物回避軌道
200 障害物
1, 1A, 1B Robot device 2 Articulated robot 6 Control device (control unit)
7 Trajectory simulation device 20 Robot arm 21 End effector 23 Force sensor (detection sensor)
72 Input Device 74 Control Device 100 Obstacle 103 Complementary Trajectory (Initial Trajectory)
104 Obstacle avoidance trajectory 200 Obstacle

Claims (10)

多関節ロボットと、
前記多関節ロボットが障害物に接触した際に前記多関節ロボットに作用する前記障害物からの反力を検出可能な検出センサと、
前記多関節ロボットの先端部が移動を開始する移動開始点と、前記先端部が移動を終了する移動終了点と、が入力されると、前記移動開始点と前記移動終了点とから前記先端部を移動させる初期軌道を演算し、演算した前記初期軌道に沿って前記多関節ロボットを駆動制御した際に、前記多関節ロボットが障害物と接触することで前記検出センサが前記障害物からの反力を検出すると、検出した前記反力から、前記初期軌道と交差する方向へ前記多関節ロボットを移動させる移動量を算出し、前記移動量で前記多関節ロボットを迂回移動させ、かつ前記移動量を記憶しておき、記憶した前記移動量を前記初期軌道に加えて障害物回避軌道を生成する制御装置と、を備えた、
ことを特徴とするロボット装置。
With articulated robots,
A detection sensor capable of detecting a reaction force from the obstacle acting on the articulated robot when the articulated robot contacts the obstacle;
When a movement start point at which the tip of the articulated robot starts to move and a movement end point at which the tip ends moving, the tip from the movement start point and the movement end point are input. When the multi-joint robot is driven and controlled along the calculated initial trajectory, the multi-joint robot comes into contact with the obstacle, so that the detection sensor moves from the obstacle. When a force is detected, a movement amount for moving the articulated robot in a direction crossing the initial trajectory is calculated from the detected reaction force, the articulated robot is detoured by the movement amount, and the movement amount And a controller for generating an obstacle avoidance trajectory by adding the stored movement amount to the initial trajectory,
A robot apparatus characterized by that.
前記制御装置は、前記検出センサが前記反力を検出しない場合に、前記初期軌道に近づける移動量を算出し、前記移動量で前記多関節ロボットを迂回移動させつつ前記移動量を記憶して、記憶した前記移動量を前記初期軌道に加えて前記障害物回避軌道を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
The control device calculates a movement amount that approaches the initial trajectory when the detection sensor does not detect the reaction force, stores the movement amount while detouring the articulated robot with the movement amount, Adding the stored movement amount to the initial trajectory to generate the obstacle avoidance trajectory;
The robot apparatus according to claim 1.
前記多関節ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられたエンドエフェクタと、を有し、
前記検出センサは、前記エンドエフェクタに作用する反力を検出する力覚センサからなり、
前記制御装置は、前記力覚センサにより検出された前記反力の検出値を用いたインピーダンス制御により前記移動量を算出する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロボット装置。
The articulated robot has a robot arm and an end effector provided at a tip of the robot arm,
The detection sensor comprises a force sensor that detects a reaction force acting on the end effector,
The control device calculates the movement amount by impedance control using a detection value of the reaction force detected by the force sensor;
The robot apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記検出センサは、前記多関節ロボットの各関節に発生するトルクを計測するトルクセンサからなり、
前記制御装置は、初期軌道を移動する際の出力トルクと、前記障害物と接触した際に前記トルクセンサにより検出される検出値と、の差分量を用いたインピーダンス制御により前記移動量を算出する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のロボット装置。
The detection sensor comprises a torque sensor that measures torque generated at each joint of the articulated robot,
The control device calculates the movement amount by impedance control using a difference amount between an output torque when moving on an initial trajectory and a detection value detected by the torque sensor when contacting the obstacle. ,
The robot apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
仮想空間上の仮想多関節ロボットの先端部が移動を開始する仮想移動開始点と、前記先端部が移動を終了する仮想移動終了点と、を入力可能な入力装置と、
前記仮想移動開始点及び前記仮想移動終了点が入力されると、前記仮想移動開始点と前記仮想移動終了点とから前記先端部を移動させる仮想初期軌道を演算し、前記仮想初期軌道に沿って前記仮想多関節ロボットを移動させた際に、前記仮想多関節ロボットが前記仮想空間上の仮想障害物と接触することで前記仮想多関節ロボットに作用するであろう前記仮想障害物からの仮想反力から、前記仮想初期軌道と交差する方向へ前記仮想多関節ロボットを移動させる仮想移動量を算出し、算出した前記仮想移動量を記憶させて、記憶した前記仮想移動量を前記仮想初期軌道に加えることで多関節ロボットの障害物回避軌道を生成する画像処理装置と、を備えた、
ことを特徴とする多関節ロボットの軌道シミュレーション装置。
An input device capable of inputting a virtual movement start point at which the tip of the virtual articulated robot on the virtual space starts moving and a virtual movement end point at which the tip ends moving;
When the virtual movement start point and the virtual movement end point are input, a virtual initial trajectory for moving the tip from the virtual movement start point and the virtual movement end point is calculated, and along the virtual initial trajectory When the virtual articulated robot is moved, the virtual articulated robot will act on the virtual articulated robot by contacting the virtual obstacle in the virtual space. From the force, a virtual movement amount for moving the virtual articulated robot in a direction intersecting the virtual initial trajectory is calculated, the calculated virtual movement amount is stored, and the stored virtual movement amount is used as the virtual initial trajectory. And an image processing device that generates an obstacle avoidance trajectory of the articulated robot,
A trajectory simulation apparatus for an articulated robot.
前記画像処理装置は、前記仮想多関節ロボットが前記仮想空間上の仮想障害物と接触しない場合には、前記仮想初期軌道に近づける前記仮想移動量を算出し、そのときの仮想移動量を記憶して前記仮想初期軌道に加えて前記障害物回避軌道を生成する、
ことを特徴とする請求項5に記載の多関節ロボットの軌道シミュレーション装置。
When the virtual articulated robot does not contact a virtual obstacle in the virtual space, the image processing apparatus calculates the virtual movement amount that approaches the virtual initial trajectory, and stores the virtual movement amount at that time Generating the obstacle avoidance trajectory in addition to the virtual initial trajectory,
The trajectory simulation apparatus for an articulated robot according to claim 5.
多関節ロボットの先端部が移動を開始する移動開始点と、前記先端部が移動を終了する移動終了点と、から前記先端部が移動する初期軌道を生成する初期軌道生成工程と、
生成された前記初期軌道に基づいて前記多関節ロボットの駆動制御を開始する駆動開始工程と、
前記初期軌道に基づいて移動する前記多関節ロボットが障害物と接触することで、前記多関節ロボットに作用する前記障害物からの反力を検出可能な検出センサが前記反力を検出すると、検出した前記反力から前記初期軌道と交差する方向に前記多関節ロボットを移動させる移動量を算出する移動量算出工程と、
前記移動量で前記多関節ロボットを迂回移動させる迂回移動工程と、
前記迂回移動工程での前記移動量を記憶する移動量記憶工程と、
記憶した前記移動量を前記初期軌道に加えて障害物回避軌道を生成する障害物回避軌道生成工程と、を備えた、
ことを特徴とする多関節ロボットの軌道生成方法。
An initial trajectory generating step for generating an initial trajectory for moving the tip from a movement start point at which the tip of the articulated robot starts moving, and a movement end point at which the tip ends moving;
A drive start step for starting drive control of the articulated robot based on the generated initial trajectory;
When the articulated robot that moves based on the initial trajectory comes into contact with an obstacle, a detection sensor that can detect a reaction force from the obstacle acting on the articulated robot detects the reaction force. A movement amount calculating step of calculating a movement amount for moving the articulated robot in a direction intersecting the initial trajectory from the reaction force,
A detour movement step of detouring the articulated robot by the amount of movement;
A movement amount storage step for storing the movement amount in the detour movement step;
An obstacle avoidance trajectory generating step of generating an obstacle avoidance trajectory by adding the stored movement amount to the initial trajectory,
A trajectory generation method for an articulated robot.
前記移動量算出工程は、前記検出センサが前記反力を検出しない場合に、前記初期軌道に近づけるように前記移動量を算出する、
ことを特徴とする請求項7に記載の多関節ロボットの軌道生成方法。
The movement amount calculating step calculates the movement amount so as to approach the initial trajectory when the detection sensor does not detect the reaction force.
The trajectory generation method for an articulated robot according to claim 7.
請求項7又は8に記載の各工程をコンピュータに実行させるための多関節ロボットの軌道生成プログラム。   A trajectory generation program for an articulated robot for causing a computer to execute each step according to claim 7 or 8. 請求項9に記載の多関節ロボットの軌道生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium in which the trajectory generation program for the articulated robot according to claim 9 is recorded.
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