(57)【要約】【課題】  ロボットの手首に装着された作業治具の作業点以外の点においても、ロボットの設置位置付近に存在する壁や天井とロボットとの干渉チェックを行う方法を提供することを目的とする。【解決手段】  多関節型の産業用ロボットの干渉チェック方法において、マニピュレータの任意の位置を干渉対象点として設定し、該干渉対象点の動作範囲を規制する動作範囲設定し、リアルタイムに干渉対象点が動作範囲の内外かを判断する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節型の産業用ロボットの干渉チェック方法において、
マニピュレータの任意の位置を干渉対象点として設定し、
該干渉対象点の動作範囲を規制する動作範囲設定し、
リアルタイムに前記干渉対象点が動作範囲の内外かを判断することを特徴とする産業用ロボットの干渉チェック方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット動作時の姿勢による壁や障害物の干渉チェックに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットの干渉チェックは、ロボットの手首に装着された作業治具の作業点を定義し、その作業点位置をロボット旋回軸の中心位置を原点位置として3次元座標上の位置としてサンプリング毎に演算する。作業点が予め定義された3次元の範囲（例えば、直方体や円筒、球）の内外にあるかを比較して、位置の状態を信号に出力して、ロボット設置付近の干渉物との干渉チェックを行っている（例えば、特許文献１参照）。
図１１において、ロボット座標に対して、作業点はロボットの各モータ角から演算される位置と予め設定されている干渉領域を比較して、もし、作業点が干渉領域外にあった場合には、外部に信号を出力していた。
【特許文献１】特開２００１―３１５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のロボットの干渉チェック方法では、ロボットの手首に装着された作業治具の作業点に対してのみ予め定義された範囲の内外かの比較を行うことしかできない。
しかし、ロボットの設置場所付近に壁や天井など干渉物が存在した場合、作業点の位置による干渉は可能であるが、図１２に示すように、ロボットのアーム部と背後の壁との干渉チェックや図１３に示すようにロボットの手首部と上方の天井との干渉チェックを行うことができなかった。このため、コンベヤ同期による教示時のロボット動作に対して、再生時の軌道が一様に決定されないロボット動作に対しては、壁や天井との干渉チェックをしていないため、ロボットとの衝突が起こるという問題があった。また作業者による教示時には、通常作業点のみを見て教示作業を実施するが、その他にロボットの姿勢と壁や天井との干渉にも気を配って作業しなければならず、教示効率が悪いというような問題も抱えていた。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットの手首に装着された作業治具の作業点以外の点においても、ロボットの設置位置付近に存在する壁や天井とロボットとの干渉チェックを行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
本発明のロボットの干渉チェック方法においては、干渉チェックの対象となる点を、ロボット旋回軸の中心位置を原点位置として設定すると共に、ロボットマニピュレータを構成するどのアームに付加する点かを予め設定する。
また、干渉チェックの対象となる点に対する干渉範囲も予め設定する。
ロボットの動作時には、マニピュレータを構成するアーム長と各関節の角度（モータ角）から干渉チェックの対象となる点の位置を演算し、その位置が干渉範囲内にあるかどうかの判断を行う処理を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
以上述べたように、本発明の方法によれば、第１腕と第２腕の交点部または第２腕先端の手首部の位置を基準として、任意の干渉基準点をオフセット量のみで設定できるため、ロボット背面にある壁や上面にある天井に対して、干渉する恐れがない、
また、作業者が周りの干渉物を気にすることなく、教示作業に集中できるので、教示時間が短縮することができる、
コンベヤ追従や他のセンサ情報によって動作するシステムでは、予め教示した動作ではない動作をするため、教示時で動作確認しても、プレイ時には予期しない動作をする。このときでも、リアルタイムに干渉チェックを行うことができるため、ロボットと設備の干渉による損害を皆無にする、などの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は、本発明の方法を実施するためのシステムの一実施例を示すブロック図である。
図１において、１１は教示部、１２は教示データ格納エリア、１３はパラメータ格納エリア、１４は指令生成部、１５は駆動部、１６はＩ／Ｏ部である。
図２は図１に示すシステムにおけるロボットの機構を示した図である。
図２で示すロボットは４軸で構成されている。２１は大地に対して旋回方向に自由度を持つ第１軸、２２は大地に平行な軸周りに自由度を持つ第２軸、２３は第２軸に平行な軸周りに自由度を持つ第３軸、２４は第３軸に平行な軸周りに自由度を持つ第４軸である。
また、２５は第２軸周りに駆動する第１腕、２６は第３軸周りに駆動する第２腕、２７は第４軸周りに駆動する手首部である。
各軸は１自由度ずつ有し、合計４自由度を有する3次元を動作するロボットとなっている。
図３は図２のロボット構成の軸角度および各腕の長さを示した図である。
θ１は第１軸の動作角度、θ２は第２軸の動作角度、θ３は第３軸の動作角度、θ４は第４軸の動作角度を示す。またＬ０は第１軸の回転中心から第２軸の回転中心までのオフセット量、Ｌ１は第１腕の長さ、Ｌ２は第２腕の長さ、Ｌ３は手首部の先端までの長さを示す。
以上より２８の手首部先端(T1)のｘｙｚ座標は以下の式によって求めることができる。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
図４は図２のロボット構成において、ロボットの背面にある壁や天井などロボットと干渉しやすい部位を３１の干渉基準点１（P1）、３２の干渉基準点２（P2）として示した図である。
P1およびP2はロボットの第１軸から第４軸までの動作角（θ１〜θ４）から以下のように求めることができる。
【００１０】
【数２】
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【００１１】
しかし、求めたP1、P2は各軸の回転中心の位置であり、実際にはロボットを構成する鋳物部品や接続されるケーブルなどから、干渉対象の位置は異なったものとなる。
そこで、図５では、P1、P2に対して、実際の干渉対象位置を考慮するために、オフセット量を設定したものとする。
３１１は実干渉基準点１としてP1からオフセット(x1,y1,z1)を考慮した位置P1’、および３２１は実干渉基準点２としてP2からオフセット(x2,y2,z2)を考慮した位置P2’は以下のように求めることができる。
【００１２】
【数３】
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【００１３】
但しy1,y2は実際には干渉のチェックには影響ないためここでは無視する。
図６はロボットの干渉エリアを示した図である。
３３の干渉エリア１はC1はP1’に対する干渉チェックエリアである。また３４の干渉エリア２はC2はP2’に対する干渉チェックエリアである
C1およびC2は予め１３のパラメータ格納エリアで設定されているものとする。
設定範囲はそれぞれ以下の通りである。
C1＝(C10x,C10y,C10z〜C11x,C11y,C11z)
C2＝(C20x,C20y,C20z〜C21x,C21y,C21z)
P1’の位置がC1で設定されている干渉エリア外になった場合には外部に対して、１６のＩ／Ｏ部を介して外部に信号を出力する。
またP2’の位置がC2で設定されている干渉エリア外になった場合には外部に対して、１６のＩ／Ｏ部を介して外部に信号を出力する。
図７はロボットの動作制御装置において、干渉チェックする処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
図においてＳ＿＊＊はステップ番号を示す。
［Ｓ＿０１］
各軸の現在位置（θ１〜θ３）より、式４を用いて干渉対象位置であるP1’の位置(x1,y1,z1)を求める。
［Ｓ＿０２］
１３のパラメータ格納エリアで設定されているC1の干渉エリアとP1’を比較する。つまり(x1,y1,z1)が以下の範囲にあるどうかを比較する
(C10x＜ｘ1＜C11x)
(C10y＜ｙ1＜C11y)
(C10z＜ｚ1＜C11z)
［Ｓ＿０３］
Ｓ＿０２でP1’がC1の範囲外にあった場合には、Ｓ＿０４の処理を実施する。
［Ｓ＿０４］
P1’がC1外にあることを１６のＩ／Ｏ部を介して外部に信号を出力する。
［Ｓ＿０５］
各軸の現在位置（θ１〜θ３）より、式５を用いて干渉対象位置であるP2’の位置(x2,y2,z2)を求める。
［Ｓ＿０６］
１３のパラメータ格納エリアで設定されているC2の干渉エリアとP2’を比較する。つまり(x2,y2,z2)が以下の範囲にあるどうかを比較する
(C20x＜ｘ2＜C21x)
(C20y＜ｙ2＜C21y)
(C20z＜ｚ2＜C21z)
［Ｓ＿０７］
Ｓ＿０６でP2’がC2の範囲外にあった場合には、Ｓ＿０８の処理を実施する。
［Ｓ＿０８］
P2’がC2外にあることを１６のＩ／Ｏ部を介して外部に信号を出力する。
図８はロボット干渉エリアを基準座標Ｃと各方向のベクトル（ｘ１、ｙ１、ｚ１）で定義された傾きを有する直方体の干渉エリアで示した図である
図９はロボット干渉エリアを中心位置Ｃと半径Ｒおよび高さＨで定義された円筒状の干渉エリアで示した図である
図９はロボット干渉エリアを中心位置Ｃと半径Ｒで定義された球状の干渉エリアで示した図である
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法を適用するシステムのブロック構成を示す
【図２】本発明の方法を適用するシステムのロボットの構成を示す
【図３】本発明の方法を適用するシステムのロボットの動作を示す。
【図４】本発明の方法を適用するシステムの干渉位置１を示す。
【図５】本発明の方法を適用するシステムの干渉位置２を示す。
【図６】本発明の方法を適用するシステムの干渉エリアを示す。
【図７】本発明の要部の処理手順を示すフローチャート
【図８】本発明の方法を適用するシステムの干渉エリア２を示す。
【図９】本発明の方法を適用するシステムの干渉エリア３を示す。
【図１０】本発明の方法を適用するシステムの干渉エリア４を示す。
【図１１】従来の方法のロボット動作１を示す
【図１２】従来の方法のロボット動作２を示す
【図１３】従来の方法のロボット動作３を示す
【符号の説明】
【００１５】
１１  教示部
１２  教示データ格納エリア
１３  パラメータ格納エリア
１４  指令生成部
１５  駆動部
１６  Ｉ／Ｏ部
２１  第１軸
２２  第２軸
２３  第３軸
２４  第４軸
２５  第１腕
２６  第２腕
２７  手首部
２８  手首部先端
３１  干渉基準点１
３２  干渉基準点２
３３  干渉エリア１
３４  干渉エリア２
３５  干渉エリア３
３６  干渉エリア４
３７  干渉エリア５
３１１  実干渉基準点１
３２１  実干渉基準点２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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