JPH04201096A - Decision for interference of robot - Google Patents
Decision for interference of robotInfo
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- JPH04201096A JPH04201096A JP32574290A JP32574290A JPH04201096A JP H04201096 A JPH04201096 A JP H04201096A JP 32574290 A JP32574290 A JP 32574290A JP 32574290 A JP32574290 A JP 32574290A JP H04201096 A JPH04201096 A JP H04201096A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的コ
(産業上の利用分野)
本発明は、ロボットと、このロボットが作業する作業環
境に存在する物体との干渉を判定するためのロボットの
干渉判定方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the Invention (Industrial Application Field) The present invention provides a robot interference determination method for determining interference between a robot and an object existing in a work environment in which the robot works. Regarding.
(従来の技術)
ロボットは、工場の中で組立て、加工作業を行う産業用
ロボットを中心として、人間が作業を行うのに適してい
ない環境で人間の代わりに作業を行う極限作業用ロボッ
ト等、さまざまな分野で用いられるようになってきてい
る。(Prior technology) Robots include industrial robots that perform assembly and processing work in factories, as well as robots for extreme work that perform tasks in place of humans in environments unsuitable for humans. It has come to be used in various fields.
上記産業用ロボットや極限作業用ロボットに動作を教示
するために、産業用ロボットの場合には主にティーチン
グプレイバック方式、極限作業用ロボットの場合には人
間による遠隔操作が採用されている。In order to teach the above-mentioned industrial robots and robots for extreme work, the teaching playback method is mainly used for industrial robots, and remote control by humans is used for robots for extreme work.
ところが、産業用ロボットに動作の教示を行うティーチ
ングプレイバック方式では、人間がロボットを実際に動
かしてみて、そのときの動きをセンサ情報として記憶・
再生するわけであるから、ロボットに動作の教示を行っ
ている間は、ロホ・ソトに作業をさせることかできない
。今後、多品種少量生産が要求されるようになるにつれ
、このような教示にともなう作業停止期間か、工場の生
産性に大きく影響する可能性がある。However, in the teaching playback method for teaching industrial robots how to move, a human actually moves the robot and then stores and records the movements as sensor information.
Since the robot is being regenerated, the only thing that can be done is to let Rojo Soto do the work while the robot is being taught how to move. In the future, as the demand for high-mix, low-volume production increases, there is a possibility that work stoppage periods associated with such teachings will have a significant impact on factory productivity.
そこで、ロボット及びロボットの周囲の環境を計算機内
部に形状モデルとして作成しておき、これらの形状モデ
ルを基にロボットの動作を計算機上で生成してしまおう
というオフラインティーチングシステムの開発か盛んに
行われている。Therefore, efforts are being made to develop an offline teaching system in which the robot and its surrounding environment are created as a shape model inside a computer, and the robot's movements are generated on the computer based on these shape models. It is being said.
オフラインティーチングシステムでは、オペレータがロ
ボットの動作軌道をプログラミングし、このプログラミ
ングされた軌道が適当かとうか、周囲の物体と衝突しな
いかどうかを、ロボットの動作を画面上に表示させてみ
ることにより確認することが出来る。In an offline teaching system, the operator programs the robot's motion trajectory and checks whether the programmed trajectory is appropriate and whether it will collide with surrounding objects by displaying the robot's motion on the screen. I can do it.
ところか、2次元の画面からは3次元的な動きをしてい
るロボットと周囲の物体との干渉を判定するのか難しい
場合もあり、計算機が内部の形状モデルをもとに計算に
より干渉の有無を判定してくれることが望ましい。However, from a 2D screen, it may be difficult to determine whether there is interference between a robot moving in 3D and surrounding objects, and a computer calculates whether or not there is interference based on an internal shape model. It is desirable to be able to judge.
また、極限作業用ロボットにおいて遠隔操作によりロボ
ットを操縦している際に、人間の判断ミスからまわりの
環境の物体と0ポツトか衝突してしまうような操作をす
る可能性がある。このような操作ミスによる事故を防ぐ
ためには、ロボ、ノドの近傍に物体が存在しないかどう
かをセンサて計測することか考えられる。Furthermore, when a robot for extreme work is operated by remote control, there is a possibility that a human error in judgment may cause the robot to perform an operation that causes a zero-point collision with objects in the surrounding environment. In order to prevent accidents caused by such operational errors, it may be possible to use sensors to measure whether there are any objects near the robot or throat.
ところが、ロボット近傍に物体か存在しないかどうかを
計測するためには、センサをロボ・ソト表面全体に取り
付けなければならない。そこで、原子力発電所などのよ
うにロボットの周囲の環境が予めわかっている場合には
、計算機内部に形状モデルを作成しておき、ロボットを
構成する各リンクと周囲の環境の物体との干渉チエ・ン
クを計算により行う方法が考えられる。However, in order to measure whether an object exists near the robot, sensors must be attached to the entire surface of the robot. Therefore, in cases where the environment around the robot is known in advance, such as in a nuclear power plant, a geometric model is created inside the computer to check the interference between each link that makes up the robot and objects in the surrounding environment.・One possible method is to perform calculations.
このように、ロボット及び周囲の環境を構成する物体の
形状モデルを計算機の内部に作成しておき、ロボットと
周囲の環境が衝突しないかとうか、あるいは衝突しそう
なほど接近していないかどうかを判定することが望まれ
ている。In this way, the shape models of the robot and the objects that make up the surrounding environment are created inside the computer, and it is determined whether the robot and the surrounding environment will collide, or whether they are not close enough to each other to be likely to collide. It is desired to do so.
しかし、上記のようなロボットと周囲の環境との干渉チ
エツクではロボットを構成する全てのリンクと周囲の環
境に存在する全ての物体との間の干渉の有無の判定を行
っている。そのため、周囲の環境が複雑なものなるにつ
れて干渉判別のための計算量が非常に多くなり、計算能
力の優れた高価な計算機を必要とする上に、それても場
合によっては非常に長い計算時間を要する。However, in the interference check between the robot and the surrounding environment as described above, it is determined whether or not there is interference between all the links making up the robot and all the objects existing in the surrounding environment. Therefore, as the surrounding environment becomes more complex, the amount of calculation required to determine interference becomes extremely large, requiring expensive computers with excellent calculation capabilities, and even then, in some cases, the calculation time is extremely long. It takes.
このような問題点を解決するために、さまざまな研究、
開発が行われている。例えば、特開平1−224811
号公報、特開平1−1.73205号公報で開示されて
いるように、ロボットの周囲の環境を構成する物体の形
状を球などで近似して、まずこの近似球とロボットとの
干渉判定の計算を行い、近似球と干渉しているときだけ
実際の詳細な形状とロボットとの干渉判定計算を行うこ
とにより、大部分の干渉判定計算を計算量の少ない球と
ロボットを構成する多面体、あるいは円柱との干渉判定
計算として全体の計算量を低減する方法がある。In order to solve these problems, various studies,
Development is underway. For example, JP-A-1-224811
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1-73205, the shape of objects constituting the environment around the robot is approximated by a sphere, and the collision between this approximate sphere and the robot is first determined. By performing calculations to determine interference between the actual detailed shape and the robot only when there is interference with an approximate sphere, most of the collision determination calculations can be performed between the sphere and the polyhedron that makes up the robot, which requires less calculation. There is a method to reduce the overall amount of calculation for determining interference with a cylinder.
また、特開平1−180602号公報で開示されている
ように、ロボット及び周囲の環境の物体をある平面に投
影して、投影された2次元の図形同士の干渉判定計算を
行うことにより計算量を低減する方法がある。In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-180602, the amount of calculation can be reduced by projecting the robot and objects in the surrounding environment onto a certain plane and performing calculations to determine interference between the projected two-dimensional figures. There are ways to reduce this.
しかしながら、上記いずれの方法においても、一対の物
体間の干渉の有無の判定計算量を低減しようとはしてい
るものの、ロボットを構成する全てのリンクと、周囲の
環境を構成する全ての物体との間の干渉判定計算を行う
ことにはかわりがなく、周囲の環境か複雑になるにつれ
て、計算量が増大し、実用的なロボットの干渉判定方法
とはなり得ていない。However, although both of the above methods attempt to reduce the amount of calculation required to determine the presence or absence of interference between a pair of objects, they do However, as the surrounding environment becomes more complex, the amount of calculation increases, and it has not been a practical collision detection method for robots.
一方、日本ロボット学会誌Vo I 、 5 、 No
3に記載の「オクトツリーを用いた高速干渉チエツク法
」では、ロボットの作業環境を格子状に区切り、それぞ
れの格子内部に物体があるかどうかを予め計算して求め
ておき、この格子状に区切られた作業空間を階層構造表
現しておくことにより、ロボットとその周囲の作業環境
との干渉判定を高速化しようと試みている。On the other hand, the Journal of the Robotics Society of Japan Vo I, 5, No.
In the "high-speed interference check method using Octotree" described in Section 3, the robot's work environment is divided into grids, the presence or absence of objects within each grid is calculated in advance, and By representing the divided workspaces in a hierarchical structure, we are attempting to speed up the detection of interference between the robot and its surrounding work environment.
しかし、この方法では、作業環境全体を格子状に表現す
るための多量のメモリが必要となる。さらに、作業途中
にロボットが部品を移動した等の理由により作業環境が
変化した場合、予め計算しておいた格子状に区切った環
境のモデルを再び求め直したり、あるいは修正したりす
る必要が生じるか、これに要する計算量はかなり多くな
るため、作業環境か変化する場合には不向きてあった。However, this method requires a large amount of memory to represent the entire work environment in a grid. Furthermore, if the work environment changes due to reasons such as the robot moving parts during work, it will be necessary to recalculate or modify the environment model divided into a grid that has been calculated in advance. However, the amount of calculation required for this is quite large, so it is not suitable for cases where the work environment changes.
(発明が解決しようとする課題)
このように従来の干渉判定方法では、実用的な複雑さを
もつ環境において干渉判定を行うためには非常に多くの
計算を必要とするため、高価な計算機を必要とする上に
非常に長い計算時間を要していた。(Problem to be solved by the invention) In this way, the conventional interference detection method requires a large number of calculations in order to detect interference in an environment with practical complexity, so it requires the use of an expensive computer. Moreover, it required a very long calculation time.
そこで本発明は、複雑で動的な環境においても実用的な
計算量でロボットと周囲の環境との干渉判定を行うこと
か出来るロボットの干渉判定方法を提供することか目的
である。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for determining interference between a robot and the surrounding environment, which can determine interference between a robot and the surrounding environment with a practical amount of calculation even in a complex and dynamic environment.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
上記課題を解決するため請求項(1)記載の発明では、
作業環境を構成する物体の形状データを備えると共に作
業環境を構成する近接した物体同士を同一グループとし
この同一クループの形状モデルとして階層構造表現され
た作業環境の形状モデルを用い、この作業環境の形状モ
デルとロボットとの干渉を計算し、干渉有りと判定され
た場合に限り前記上位表現のモデルよりも下位のモデル
との干渉を計算するようにしたことを特徴としている。[Structure of the invention] (Means for solving the problem) In order to solve the above problem, the invention described in claim (1) provides the following:
The shape of the work environment is calculated using a shape model of the work environment that includes shape data of the objects that make up the work environment, and in which objects that make up the work environment that are close to each other are grouped into the same group, and is expressed in a hierarchical structure as a shape model of this same group. The present invention is characterized in that the interference between the model and the robot is calculated, and only when it is determined that there is interference, the interference with a lower model than the model of the higher level representation is calculated.
請求項(2)の発明では、作業環境の形状モデルか作業
環境を構成する領域と物体を含まない領域を有し、この
作業環境の形状モデルとロボットの構成部分が含まれる
か否かを計算するようにしたことを特徴としている。In the invention of claim (2), the geometric model of the working environment has an area that constitutes the working environment and an area that does not include objects, and it is calculated whether the geometric model of the working environment and the component parts of the robot are included. It is characterized by the fact that it is made to do so.
(作用)
上記構成の請求項(1)記載の発明によれば、階層構造
表現された作業環境の形状モデルの上位表現から下位表
現のモデルへと順にロボ・ソトとの干渉計算が行われる
。(Operation) According to the invention as set forth in claim (1) having the above configuration, the interference calculation with the robot/soto is performed in order from the upper representation to the lower representation model of the shape model of the work environment represented in the hierarchical structure.
この場合、周囲の作業環境が複雑になり、ロボットの周
囲の環境を構成する物体の数が多くなっても、作業環境
の形状モデルか階層構造をしているために最上位のグル
ープの物体の数はあまり多くなく、しかも最上位のグル
ープの中でロボットと干渉するものはロボットの近傍に
存在する一部の物体だけであるので、干渉判定計算を行
う回数が環境を構成する物体の数の増加に伴ってあまり
増加しない。In this case, even if the surrounding work environment becomes complex and the number of objects that make up the environment around the robot increases, the shape model of the work environment or the hierarchical structure may cause objects in the top group to The number is not very large, and among the top-level groups, only some objects near the robot interfere with the robot, so the number of collision detection calculations is equal to the number of objects that make up the environment. It does not increase much with the increase.
従って干渉判定に要する計算時間もそれはと増大しない
。また、作業環境を構成するそれぞれの物体に形状デー
タを持たせることにより、それらの物体が移動した場合
にも、移動した物体及び移動した物体が含まれるグルー
プの形状データの中の一部である位置、姿勢データたけ
を変更すればよく、物体形状(寸法)なとに関するデー
タは変更する必要かないため動的な環境にも十分に対応
することか出来る。Therefore, the calculation time required for interference determination does not increase significantly. In addition, by providing shape data to each object that makes up the work environment, even if those objects move, it will be part of the shape data of the moved object and the group that includes the moved object. It is only necessary to change the position and orientation data, and there is no need to change the data regarding the object shape (dimensions), so it can fully cope with dynamic environments.
また請求項(2)記載の発明によれば、階層構造の作業
環境のモデルに、物体を含まない領域のモデルを含ませ
ることにより、物体か存在していない領域に、ロボット
の構成部分が含まれるかとうかが計算手段によって計算
される。Further, according to the invention described in claim (2), by including a model of an area that does not include an object in the model of the hierarchically structured work environment, the component parts of the robot are included in the area where no object exists. The calculation means calculates whether the
通常のロボットの場合、ロボットの周囲に広い動作空間
か確保されて障害物となるような物体が存在しないよう
な作業環境が多く、障害物の存在しない空間にロボット
の各リンクが含まれるかどうかをまず判定計算する。こ
れによりまわりの物体と干渉しないことか判明し、環境
を構成する数多くの物体との干渉計算をする必要かなく
なる。In the case of normal robots, there are many work environments where a wide operating space is secured around the robot and there are no objects that could become obstacles, and whether each link of the robot is included in the space without obstacles. First, calculate the judgment. This makes it clear that there will be no interference with surrounding objects, eliminating the need to calculate interference with the numerous objects that make up the environment.
従って、周囲の物体とアクセスするロボット先端部分の
リンクとまわりの物体との干渉判定回数だけですむよう
になり、計算時間を少なくすることが出来る。Therefore, only the number of collision determinations between the link at the tip of the robot that accesses surrounding objects and the surrounding objects is required, and calculation time can be reduced.
(実施例)
次に本発明に係るロボットの干渉判定方法の実施例につ
いて説明する。(Example) Next, an example of the robot interference determination method according to the present invention will be described.
第1実施例
第1図に示されるように、ロボット11 (第2図参照
)の干渉判定装置1は、ロボット11か作業する環境の
環境形状モデル3と、ロボット形状モデル5と、ロボッ
トとこのロボットの周囲の作業環境との干渉を演算する
干渉計算装置7とで構成されている。さらにロボット1
1の関節角度信号から各リンク13(第2図参照)の座
標変換行列の値を変更するロボット形状モデル変更装置
15が備えられている。FIRST EMBODIMENT As shown in FIG. 1, a collision determination device 1 for a robot 11 (see FIG. 2) includes an environment shape model 3 of the environment in which the robot 11 works, a robot shape model 5, and a robot 11 (see FIG. 2). It is comprised of an interference calculation device 7 that calculates the interference between the robot and the surrounding work environment. More robot 1
A robot shape model changing device 15 is provided that changes the value of the coordinate transformation matrix of each link 13 (see FIG. 2) from one joint angle signal.
以下、上記構成のロボットの干渉判定装置1を用いて行
ったロボットとその周囲の環境との干渉判定について説
明する。Hereinafter, a description will be given of interference determination between a robot and its surrounding environment performed using the robot interference determination apparatus 1 having the above configuration.
く環境形状モデル3〉
第2図には、宇宙基地FREEDOMの日本実験モジュ
ールの計算機モデル9か示されている。このモデル9は
、ロボット11及び周囲の環境として人間か内部に居住
する与圧部や、種々の実験装置が配置されている曝露部
なとが含まれている。本モデルにおけるロボット11は
、6自由度多関節型であり、周囲の環境を構成する物体
の数は44個である。なお、環境を構成する物体及びロ
ボット11のリンク13はすべて凸条面体および凸条面
体の組み合わせて表現されている。Environmental Shape Model 3 Figure 2 shows a computer model 9 of the Japanese Experimental Module at the Space Station FREEDOM. This model 9 includes a robot 11 and the surrounding environment, including a pressurized part where a person lives inside, and an exposed part in which various experimental devices are arranged. The robot 11 in this model is a 6-degree-of-freedom articulated robot, and the number of objects making up the surrounding environment is 44. Note that the objects constituting the environment and the links 13 of the robot 11 are all expressed by combinations of convex stripes and convex stripes.
上記環境形状モデル3は、下記に示されるように、周囲
の環境を構成する物体を位置的に近いものでグループ化
して、第4図に示されるように階層構造化されている。As shown below, the environment shape model 3 has a hierarchical structure as shown in FIG. 4, by grouping objects constituting the surrounding environment into groups that are close to each other in position.
上記44個の物体は、グループa(Gr−a)No、5
〜No、6グループb (G r −b) No、 8
〜No、 17グループc (G r−c) No、
18−No、 25グループd (G r−d)
No、 26−No、 31グループe (G
r −e) No、 32〜No、 34グループ
f (Gr −f) No、 36、No、38〜N
o、48
に区切られている。The above 44 objects are group a (Gr-a) No. 5
~No, 6 Group b (G r -b) No, 8
~No, 17 Group c (G r-c) No,
18-No, 25 Group d (G r-d)
No, 26-No, 31 group e (G
r -e) No, 32~No, 34 group f (Gr -f) No, 36, No, 38~N
o, 48.
なお、各No、 5〜No、 48及びロボット11
の各リンク13は、形状モデルのデータとしては以下の
データ値を保持している。In addition, each No. 5 to No. 48 and robot 11
Each link 13 holds the following data values as shape model data.
1、多面体のローカル座標系とベース座標系との座標変
換行列
2、多面体を構成する面の番号
3、各面のデータ
・面上に存在する一点の座標値(ローカル座標系での値
)
・面の外向き法線ベクトル(ローカル座標系での値)
面を構成する点の番号
4、各点のデータ
・ローカル座標系での座標値
くロボット形状モデル変更装置15〉
ロボット形状モデル変更装置15には、ロボット関節角
度信号か人力され、ロボット11の各リンク13のロー
カル座標系と宇宙基地に固定されている作業座標系との
間の座標変換行列の値を計算し、ロボット形状モデル5
の各リンク13の座標変換行列の値を変更する。1. Coordinate transformation matrix between the local coordinate system of the polyhedron and the base coordinate system 2. Numbers of the faces that make up the polyhedron 3. Data for each face ・Coordinate value of one point on the face (value in the local coordinate system) ・Outward normal vector of the surface (value in the local coordinate system) Number 4 of the points composing the surface, data of each point, coordinate value in the local coordinate system Robot shape model changing device 15> Robot shape model changing device 15 In this step, the robot joint angle signal is input manually, the value of the coordinate transformation matrix between the local coordinate system of each link 13 of the robot 11 and the work coordinate system fixed to the space base is calculated, and the robot shape model 5 is calculated.
The value of the coordinate transformation matrix of each link 13 is changed.
く干渉計算装置7〉
干渉計算装置7は、ロボット形状モデル変更装置15に
より変更されたロボット形状モデル5、及び環境形状モ
デル3を用いてロボット11と周囲の環境を構成する物
体か干渉していないどうかを判定する。Interference Calculation Device 7> The interference calculation device 7 uses the robot shape model 5 modified by the robot shape model modification device 15 and the environment shape model 3 to determine whether objects constituting the robot 11 and the surrounding environment are not interfering with each other. judge whether
〈干渉判定手順〉
以下、第5図に従って、干渉判定の手順について説明す
る。第5図(a)にはリンクの干渉判定手順が示されて
おり、第5図(b)には各障害物との干渉判定手順が示
されている。<Interference determination procedure> The interference determination procedure will be described below with reference to FIG. FIG. 5(a) shows a procedure for determining link interference, and FIG. 5(b) shows a procedure for determining interference with each obstacle.
まず初めに、手順101「障害物と全てのリンク13と
の干渉判定」では、手順103および手順105をリン
クと障害物の干渉が見つかるまで全てのリンクについて
行う。手順103「リンクと障害物の干渉判定計算」は
第5図(b)にその手順か示されている。同図において
、最上位障害物とは階層構造表現された環境形状モデル
において最上位に位置するグループ、あるいは物体のこ
とである。また手順105は、手順103「各リンクと
障害物との干渉判定計算」が、全ての最上位障害物と各
リンクとの干渉判定計算から構成されていることを示し
ており、手順105は、手順107「各リンクと各最上
位障害物との干渉計算」を行い、干渉していない場合に
は、順次全ての障害物との干渉計算が行われることを示
している。First, in step 101 "determination of interference between an obstacle and all links 13", steps 103 and 105 are performed for all links until interference between a link and an obstacle is found. Step 103 ``Calculation of collision determination between link and obstacle'' is shown in FIG. 5(b). In the figure, the highest-level obstacle is a group or object located at the highest level in the environmental shape model expressed in a hierarchical structure. Further, step 105 indicates that step 103 "Calculation of interference determination between each link and obstacle" consists of calculation of interference determination between all the highest-level obstacles and each link. Step 107 ``Calculation of interference between each link and each top-level obstacle'' is performed, and if there is no interference, calculation of interference with all obstacles is sequentially performed.
もし干渉している場合でも、障害物がいくつかの物体の
グループである場合には、その形状モデルが、グループ
を構成する全ての物体の形状モデルを内部に含むたけて
なく、グループを構成する物体間の隙間も含んだ形状と
なるため、グループを構成する(グループに含まれる)
全ての下位障害物の形状モデルとリンクとの干渉判定を
行わないと本当に干渉しているかどうかが判明しない。Even if they are interfering, if the obstacle is a group of several objects, the shape model must contain the shape models of all the objects that make up the group, and the shape model of the obstacle is a group of objects. Since the shape includes gaps between objects, it forms a group (includes in the group)
Unless the geometric models of all lower-order obstacles are judged to be interfering with the links, it will not be possible to determine whether there is really interference.
従って、リンクaと最上位障害物Bとの干渉判定を行う
場合、リンクaと障害物Bとの干渉判定を行い、干渉し
ている場合には障害物iの全ての下位障害物とリンクa
との干渉判定を行い、全ての下位障害物と干渉していな
い場合にはリンクaと障害物Bとが干渉していないこと
か判明するので、次の障害物とリンクaとの干渉判定を
行い、全ての下位障害物と干渉していないことか判明し
た場合にはリンクaと障害物iが干渉していないことが
判明する。また下位障害物の中でリンクaと干渉してい
る物体かあった場合には、リンクaかまわりの障害物と
干渉していることが判明するので、そこで干渉チエツク
が終了する。Therefore, when determining interference between link a and the highest obstacle B, the interference between link a and obstacle B is determined, and if there is interference, all lower obstacles of obstacle i and link a
If there is no interference with all lower-level obstacles, it becomes clear that link a and obstacle B are not interfering with each other, so check the interference between the next obstacle and link a. If it is determined that there is no interference with any of the lower-level obstacles, it is determined that link a and obstacle i are not interfering with each other. If there is an object interfering with link a among the lower obstacles, it is determined that link a is interfering with surrounding obstacles, and the interference check ends there.
リンクaと下位障害物との干渉判定は、第5図(b)の
「最上位障害物」をクループを構成する物体に変えた第
5図(C)に示されている。なお、下位障害物との干渉
判定で、下位障害物がない場合(最下位障害物の場合)
には干渉していないとする。以上の手順が全てのリンク
と全ての物体(障害物)について行われ、全ての物体と
干渉していないか、あるいはある物体とリンクが干渉し
ていることが判明する。The determination of interference between link a and lower-level obstacles is shown in FIG. 5(C), in which the "top obstacle" in FIG. 5(b) is changed to an object constituting a croup. In addition, when determining interference with a lower-level obstacle, if there is no lower-level obstacle (in the case of the lowest-level obstacle)
Assume that there is no interference. The above procedure is performed for all links and all objects (obstacles), and it is found that either the link does not interfere with any object, or the link interferes with a certain object.
次に第3図に示されるモデルの干渉判定の例について説
明する。Next, an example of interference determination for the model shown in FIG. 3 will be described.
まず、グループaとリンクN011の干渉計算を行い、
もし干渉していれば、グループaに含まれるNo、5及
びNo、6の物体とリンクNo。First, calculate the interference between group a and link N011,
If there is interference, link No. with objects No. 5 and No. 6 included in group a.
1が干渉していないことが判明する。もし干渉していれ
ば、クループaに含まれる物体No、5及びNo、5と
リンクNO31の干渉計算を行う。It turns out that 1 is not interfering. If there is interference, an interference calculation is performed between objects No. 5 and No. 5 included in croup a and link No. 31.
物体No、5あるいはNo、5とリンクNo。Object No. 5 or No. 5 and link No.
1とが干渉していれば、ロボット11の周囲の物体が干
渉していることが判明したので、計算を終了して、干渉
していることを操作員に通知する。1, it is determined that objects around the robot 11 are interfering with each other, so the calculation is completed and the operator is notified of the interference.
いずれとも干渉していなければ、次に、リンクN001
とグループbとの干渉判定計算を行う。If there is no interference with any of them, then link N001
Interference determination calculation between and group b is performed.
干渉していなければ、グループbに含まれる物体No、
8からNo、17とリンクNO41は干渉しないことが
判明する。もし、干渉していれば、グループbに含まれ
る曝露台No、gがらNo。If there is no interference, the object number included in group b,
It turns out that No. 8 to No. 17 and link No. 41 do not interfere. If there is interference, the exposure stand No. and g group No. included in group b.
17とリンクNo、1の干渉判定計算を行う。このよう
にしてすべてのリンクとすべてのグループとの間の干渉
判定を行う。17 and link No. 1 is calculated. In this way, interference determination between all links and all groups is performed.
このように、ロボット11の周囲の環境のモデルを階層
構造にしておくことにより、ロボットの先端部分付近に
位置するグループ以外の上位グループとはロボットの各
リンクは干渉しないので、干渉判定計算を行う回数か周
囲の環境を構成する物体の数44に比較してかなり少な
くなり、また環境を構成する物体の数かさらに増えても
最上位のグループの数が同しならば、干渉判定計算を行
う回数はそれほど増大しないために、干渉判定に要する
計算量か少なく、計算時間を実用的な値にすることが可
能となる。In this way, by creating a hierarchical structure for the model of the environment surrounding the robot 11, each link of the robot will not interfere with any higher-level groups other than the group located near the tip of the robot, so collision determination calculations can be performed. If the number of times is considerably smaller than the number of objects that make up the surrounding environment (44), and even if the number of objects that make up the environment increases, the number of top-level groups remains the same, perform collision determination calculation. Since the number of times does not increase significantly, the amount of calculation required for interference determination is small, making it possible to set the calculation time to a practical value.
各リンク13と周囲の環境を構成する物体、あるいはグ
ループとの干渉判定計算は、凸条面体同士では、一方の
多面体の全ての頂点か他方の多面体のある一つの面を無
限に広げた平面の外側にあれば、干渉していないことが
保証されることを利用して以下の手順で行う。Calculation for determining interference between each link 13 and objects or groups constituting the surrounding environment is performed using all the vertices of one polyhedron or a plane that extends one face of the other polyhedron infinitely between convex striped polyhedrons. If it is on the outside, it is guaranteed that there is no interference, so follow the steps below.
リンクAの全ての面について、物体Bの全て頂点がその
面の外側に位置するかどうかを調べ、そのようなリンク
Aの面が存在すれば、干渉しないことが判明する。もし
、リンクAの全ての面について調べてもそのような面か
存在しない場合には、物体Bの全ての面についてリンク
Aの全ての頂点か外側に位置するような面が存在するか
どうがを調べる。It is checked whether all the vertices of object B are located outside the surface of all the surfaces of link A, and if such a surface of link A exists, it is determined that there is no interference. If such a surface does not exist even after examining all the faces of link A, it is possible to determine whether there exists a face that is located at all vertices or outside of link A for all faces of object B. Find out.
以上の判定の結果、条件を満たす面か存在しない場合に
はリンクAと物体Bか干渉するものと判定する。このよ
うな手順では、実際は干渉していないのに干渉している
と判定してしまう場合も存在するか、ロボットの衝突を
防ぐための判定であり、しかも安全側に結果がでること
になり、計算量も少なくなるという特徴かある。As a result of the above determination, if there is no surface that satisfies the conditions, it is determined that link A and object B interfere. With this kind of procedure, there are cases where it is determined that there is interference even though there is actually no interference, or the determination is made to prevent robot collisions, and the result is on the safer side. One of the characteristics is that the amount of calculation is reduced.
第2実施例
次に第2実施例について第6図及び第7図を用いて説明
する。第6図は、宇宙基地モデルにおいて物体を内に全
く含まない領域17を明示したものである。また第6図
はこの物体を内に含まない領域17にロボットのリンク
が含まれるかどうかの判定を行う干渉判定方法の手順を
示している。Second Embodiment Next, a second embodiment will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 clearly shows a region 17 that does not contain any objects in the space base model. Further, FIG. 6 shows the procedure of an interference determination method for determining whether a robot link is included in the area 17 that does not include this object.
第1リンク13については、まず第6図に示される物体
を内部に含まない領域17に含まれるかどうかの判定を
行い、含まれていれば第1リンク13はまわりの物体と
は衝突しないことか判明する。Regarding the first link 13, it is first determined whether it is included in the area 17 that does not contain any objects shown in FIG. 6, and if it is included, the first link 13 does not collide with surrounding objects. It turns out.
もし、含まれていなければ環境を構成する全ての物体と
第1リンク13との干渉計算を行う。第2リンク以下は
初めから環境を構成する全ての物体と物体との干渉判定
計算を行う。ロボッ)11の第1リンク13は第6図を
見るとわかるように、はどんどの場合に物体を内部に含
まない領域17に含まれることかわかる。If it is not included, interference calculations are performed between all objects constituting the environment and the first link 13. The second and subsequent links perform calculations to determine interference between all objects that make up the environment from the beginning. As can be seen from FIG. 6, the first link 13 of the robot 11 is almost always included in the region 17 that does not contain an object.
従って、まず物体を内部に含まない領域17に含まれる
かどうかの判定を行えば、はとんとの場合に含まれるこ
とか判明し、環境を構成する物体との干渉判定計算を行
う必要がなくなる。Therefore, by first determining whether the object is included in the region 17 that does not include the object, it is determined that the object is included, and there is no need to perform calculations to determine interference with objects constituting the environment.
[発明の効果]
以上説明したように本発明に係るロボットの干渉判定装
置によれば、環境形状モデル階層構造としたので、ロボ
ットと周囲の環境を構成する物体のとの干渉判定を従来
の装置と比較して短時間で実行することが出来、しかも
環境を構成する物体の数が増加しても計算時間がそれほ
ど増加しないので、実際の作業に適用することが出来る
という優れた効果か得られる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the robot collision detection device according to the present invention, since the environment shape model has a hierarchical structure, collision detection between the robot and objects constituting the surrounding environment can be performed using a conventional device. It can be executed in a short time compared to , and even if the number of objects that make up the environment increases, the calculation time does not increase significantly, so it has an excellent effect that it can be applied to actual work. .
さらに、通常のロボットの場合、ロボットの周囲に広い
動作空間か確保されて障害物となるような物体か存在し
ないような作業環境か多く、不必要にすべての物体とす
べてのリンクとの間の干渉判定を行う必要かなくなり、
計算時間を短縮することか可能となる。Furthermore, in the case of normal robots, there are many work environments where a wide operating space is secured around the robot, and there are no objects or obstacles that could pose an obstacle, and all objects and all links are unnecessarily connected to each other. There is no need to perform interference judgment,
It becomes possible to shorten calculation time.
第1図は本発明に係るロボットの干渉判定方法を用いた
干渉判定装置の構成を示すブロック図、第2図はロボッ
トと周囲の環境のモデルの一例を示す斜視図、第3図は
ロボットの周囲の環境を構成する物体をグループ分類し
た状態を示す斜視図、第4図は環境形状モデルの階層構
造を示す図、第5図はロボットとロボットの周囲の環境
との干渉計算手順を示す図、第6図は物体を内部に含ま
ない領域を示す図、第7図は物体を内部に含まない領域
を利用した干渉判定計算のアルゴリズムを示す図である
。
トロボットの干渉判定装置
3・・環境形状モデル
5・・ロボットの形状モデル
7・・・干渉計算装置
11・・・ロボット
13・・リンクFIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a collision determination device using the robot collision determination method according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an example of a model of the robot and the surrounding environment, and FIG. A perspective view showing the state in which objects constituting the surrounding environment are classified into groups, Figure 4 is a diagram showing the hierarchical structure of the environment shape model, and Figure 5 is a diagram showing the procedure for calculating interference between the robot and the surrounding environment. , FIG. 6 is a diagram showing a region that does not contain an object inside, and FIG. 7 is a diagram showing an algorithm for collision determination calculation using a region that does not contain an object inside. Trobot interference determination device 3...Environmental shape model 5...Robot shape model 7...Interference calculation device 11...Robot 13...Link
Claims (2)
ためのロボットの干渉判定方法において、 作業環境を構成する物体の形状データを備えると共に作
業環境を構成する近接した物体同士を同一グループとし
この同一グループの形状モデルとして階層構造表現され
た作業環境の形状モデルを用い、この作業環境の形状モ
デルとロボットとの干渉を計算し、干渉有りと判定され
た場合に限り前記上位表現のモデルよりも下位のモデル
との干渉を計算するようにしたことを特徴とするロボッ
トの干渉判定方法。(1) In a robot collision detection method for determining interference between objects in the work environment and the robot, the method includes shape data of objects that make up the work environment and classifies objects that are close to each other that make up the work environment into the same group. Using the shape model of the work environment expressed in a hierarchical structure as the shape model of the same group, the interference between the shape model of the work environment and the robot is calculated, and only when it is determined that there is interference, the model of the higher level representation is used. A robot interference determination method characterized in that a robot also calculates interference with a lower model.
領域と物体を含まない領域を有し、この作業環境の形状
モデルとロボットの構成部分が含まれるか否かを計算す
るようにしたことを特徴とする請求項(1)記載のロボ
ットの干渉判定方法。(2) The shape model of the work environment has an area that constitutes the work environment and an area that does not include objects, and it is calculated whether the shape model of the work environment and the component parts of the robot are included. The robot interference determination method according to claim 1, characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32574290A JPH04201096A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Decision for interference of robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32574290A JPH04201096A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Decision for interference of robot |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04201096A true JPH04201096A (en) | 1992-07-22 |
Family
ID=18180148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32574290A Pending JPH04201096A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Decision for interference of robot |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04201096A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2022030414A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | ||
| JP2022100030A (en) * | 2020-12-23 | 2022-07-05 | 京セラ株式会社 | Interference determination device, robot control system, and interference determination method |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP32574290A patent/JPH04201096A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2022030414A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | ||
| WO2022030414A1 (en) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | ファナック株式会社 | Robot device for detecting interference of constituent member of robot |
| JP2024015393A (en) * | 2020-08-05 | 2024-02-01 | ファナック株式会社 | Robotic device that detects interference between robot components |
| JP2022100030A (en) * | 2020-12-23 | 2022-07-05 | 京セラ株式会社 | Interference determination device, robot control system, and interference determination method |
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