干涉避免方法、控制装置以及程序的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及干设避免方法、控制装置W及程序，特别是设及避免机械臂的干设的 干设避免方法、控制装置W及程序。
【背景技术】
[0002] 作为控制具有多个关节的机械臂的动作从而实时地操作机械臂的方法，例如有主 从式方法。在主从式方法中，主动侧装置（控制装置）指定控制值，从动侧装置（机械臂） 根据该被指定的控制值动作。在作为所指定的控制值而指定机械臂的手部位置的情况下， 使用运动学逆运算计算各关节的关节角度。
[0003] 运里，在机器人的周围存在机器人的躯体等障碍物。因此，在指定手部位置而控制 机械臂的情况下，不仅需要计算各关节的关节角度，还需要计算使得机械臂不与躯体等障 碍物干设的解（干设避免解）。而且，在实时地操作机械臂的情况下，需要实时地进行上述 关节角度的计算和干设避免解的计算。
[0004] 与上述技术相关联，日本特开2011 - 093015号公报中公开了实现考虑了机械 臂的手部的手眼传感器的存在的、与周边的干设防止的手眼式料箱炼配（HAND-EYE BIN PICKING)机器人的控制装置。日本特开2011 - 093015号公报所设及的控制装置具有：存 储干设图案表的表存储构件、判定上述手眼传感器与上述机械臂是否干设的移动目的地干 设判定构件、W及姿势再决定构件。 阳〇化]运里，干设图案表定义：机械臂的各自由轴的旋转角度中的、上述手眼传感器与上 述机械臂干设的组合图案。另外，移动目的地干设判定构件基于W使得末端执行器在工件 的位置处成为所决定的姿势的方式驱动上述机械臂的情况下的、上述各自由轴的旋转角度 的组合图案与在上述干设图案表中定义的组合图案之间的对照，判定手眼传感器与上述机 械臂是否干设。在判定为干设的情况下，姿势再决定构件重新决定适于上述工件的炼配的 上述末端执行器的姿势。
[0006] 在日本特开2011 -093015号公报所记载的技术中，需要事先准备干设图案表。存 在为了准备该图案表而花费大量时间的顾虑。因此，即便使用日本特开2011 - 093015号 公报所记载的技术，也难W实时地计算干设避免解。
【发明内容】
[0007] 本发明正是为了解决运样的课题而完成的，提供能够高速地进行用于避免机械臂 的干设的计算的干设避免方法、控制装置W及程序。
[0008] 本发明所设及的干设避免方法是避免机械臂与障碍物干设的机械臂的干设避免 方法，该机械臂通过第一臂与第二臂经由关节部连接而构成，其中，计算上述机械臂的两端 的位置被固定的状态下的、上述第一臂W及上述第二臂的可动区域；计算包含上述障碍物 的障碍物区域的边界面上的第一线与上述可动区域的交点；基于上述计算出的交点，决定 在上述可动区域中上述机械臂不与上述障碍物区域干设的干设避免范围。
[0009] 另外，本发明所设及的控制装置是控制第一臂和第二臂经由关节部连接而构成的 机械臂的控制装置，其中，上述控制装置具有：可动区域计算构件，计算上述机械臂的两端 的位置被固定的状态下的、上述第一臂和上述第二臂的可动区域；交点计算构件，计算包含 障碍物的障碍物区域的边界面上的第一线与上述可动区域的交点；W及干设避免范围决定 构件，基于上述计算出的交点，决定在上述可动区域中上述机械臂不与上述障碍物区域干 设的干设避免范围。
[0010] 另外，本发明所设及的程序实现避免机械臂与障碍物干设的机械臂的干设避免方 法，该机械臂通过第一臂和第二臂经由关节部连接而构成，其中，上述程序使计算机执行W 下步骤：计算上述机械臂的两端的位置被固定的状态下的、上述第一臂和上述第二臂的可 动区域的步骤；计算包含上述障碍物的障碍物区域的边界面上的第一线与上述可动区域的 交点的步骤；W及基于上述计算出的交点，决定在上述可动区域中上述机械臂不与上述障 碍物区域干设的干设避免范围的步骤。
[0011] 本发明W上述方式构成，由此，能够通过简单的几何学方法决定机械臂的干设避 免范围。因此，本发明能够高速地进行用于避免机械臂的干设的计算。
[0012] 另外，优选形成为：上述可动区域由W在上述机械臂的两端的位置被固定的状态 下上述关节部旋转而得的轨迹所形成的圆作为底面、W上述第一臂W及上述第二臂分别旋 转而得的轨迹所形成的旋转面作为圆锥侧面的圆锥形成，在由上述第二臂的轨迹形成的第 一圆锥和由上述第一臂的轨迹形成的第二圆锥，分别计算上述交点。
[0013] 通过分别进行计算，能够简单地应用计算圆锥与线的交点之类的简单的计算方 法。因此，本发明能够更高速地决定机械臂的干设避免范围。
[0014] 另外，优选形成为：在与上述第一线的交点存在于上述底面上的情况下，将基于上 述第一圆锥判定出的第一范围与基于上述第二圆锥判定出的第二范围重复的范围，决定为 上述机械臂的上述干设避免范围。
[0015] 通过形成为上述结构，即使当在干设避免范围的一方的边界第二臂与障碍物干 设，而在另一方的边界第一臂与障碍物干设的情况下，也能够通过简单的几何学方法决定 干设避免范围。因此，本发明能够更高速地决定机械臂的干设避免范围。
[0016] 另外，优选形成为：基于与上述第一圆锥相关的上述圆锥侧面上的交点和上述底 面上的交点判定上述第一范围，基于与上述第二圆锥相关的上述圆锥侧面上的交点和上述 底面上的交点判定上述第二范围。
[0017] 通过W上述方式构成，能够通过简单的几何学方法，针对第一圆锥W及第二圆锥 分别判定第一范围W及第二范围。因此，本发明能够更高速地决定机械臂的干设避免范围。
[0018] 另外，优选形成为：上述障碍物区域的上述边界面的至少一部分由曲面形成。
[0019] 若边界面的方向不连续地形成，则担屯、机械臂的动作变得剧烈。在运样的情况下， 担屯、产生机械臂的超速或者超载。另一方面，本发明通过形成为上述结构，机械臂的动作的 变化得W缓和。因此，能够抑制机械臂的超速或者超载。
[0020] 另外，优选形成为：将通过上述机械臂的手部的位置并包含与上述曲面相切的切 线的切点的线，决定为上述曲面上的上述第一线。
[0021] 通过形成为上述结构，即便在上述边界面的至少一部分由曲面形成的情况下，也 能够通过简单的几何学方法容易地决定干设避免范围。因此，对于本发明，即便在上述边界 面的至少一部分由曲面形成的情况下，也能够高速地决定机械臂的干设避免范围。
[0022] 根据本发明，能够提供可高速地进行用于避免机械臂的干设的计算的干设避免方 法、控制装置W及程序。
[0023] 通过参照作为并非用于限制本发明的例子的附图并阅读W下的详细说明，能够进 一步清楚本发明的其它特征、目的、优点。
【附图说明】
[0024] 图1是示出实施方式1所设及的机器人系统的简图。
[00巧]图2是用于说明实施方式1所设及的臂角度的图。
[0026] 图3是示出实施方式1所设及的控制装置的结构的功能框图。
[0027] 图4是示出实施方式1所设及的控制装置的处理的流程图。
[002引图5是用于说明实施方式1所设及的可动区域的计算方法的图。
[0029] 图6是用于定义由实施方式1所设及的可动区域计算部计算出的圆锥的各尺寸的 图。
[0030] 图7A是示出由实施方式1所设及的可动区域计算部计算出的圆锥的图。
[0031] 图7B是示出由实施方式1所设及的可动区域计算部计算出的圆锥的图。
[0032] 图8A是示出实施方式1所设及的机器人的躯体与机械臂之间的关系的图。
[0033] 图8B是示出实施方式1所设及的机器人的躯体与机械臂之间的关系的图。
[0034] 图8C是示出实施方式1所设及的机器人的躯体与机械臂之间的关系的图。
[0035] 图9是例示图7A所示的圆锥的侧面与干设判定线段之间的交点存在两个的情况 的图。
[0036] 图10是用于说明图9的例子的臂角度的存在范围的判定方法的图。
[0037] 图11是例示图7A所示的圆锥的底面与干设判定线段之间的交点存在一个的情况 的图。
[0038] 图12是用于说明图11的例子的臂角度Φ的存在范围的判定方法的图。
[0039] 图13是例示图7A所示的圆锥的侧面与干设判定线段之间的交点存在一个情况的 图。
[0040] 图14是用于说明使用运动学逆运算的关节角度的计算方法的图。
[0041] 图15是示出实施方式1所设及的、目标手部位置在躯体的角部附近的情况下的机 械臂的动作的俯视图。
[0042] 图16是示出实施方式2所设及的、目标手部位置在躯体的角部附近的情况下的机 械臂的动作的俯视图。
[0043] 图17是示出实施方式2所设及的控制装置的结构的功能框图。
[0044] 图18是示出实施方式2所设及的控制装置的处理的流程图。
[0045] 图19是用于说明决定实施方式2的圆锥化（前臂部的轨迹）的干设判定线段的 方法的图。
[0046] 图20是用于说明决定实施方式2所设及的切点的方法的图。
[0047] 图21是用于说明决定实施方式2所设及的圆锥CU(上臂部的轨迹）的干设判定 线段的方法的图。
[0048] 图22是用于说明决定实施方式2所设及的切点的其它方法的图。
[0049] 图23是示出使采用了本实施方式的机器人的动作再现的仿真结果的图。
[0050] 图24是示出使采用了本实施方式的机器人的动作再现的仿真结果的图。
[0051] 图25是示出使采用了本实施方式的机器人的动作再现的仿真结果的图。
[0052] 图26是示出使采用了本实施方式的机器人的动作再现的仿真结果的图。
【具体实施方式】 阳〇5引（实施方式1)
[0054] W下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 阳化5] 图1是示出实施方式1所设及的机器人系统1的简图。机器人系统1具有机器人 100和控制机器人的动作的控制装置2。机器人100具有躯体110和机械臂120。躯体110 具有躯体前表面112和躯体侧面114。
[0056] 此外，实际的机器人100的主体（实际躯体）由W任意的多个曲面构成的形状形 成，但在本实施方式中，示意性地将躯体110看作包络实际躯体的长方体Bd。另外，本实施 方式中，W躯体110作为成为机械臂120的干设对象的障碍物。因此，本实施方式中，躯体 110是包含障碍物的障碍物区域（与上述"长方体Bd"对应），躯体前表面112 W及躯体侧 面114是包含障碍物的障碍物区域的边界面。
[0057] 机械臂120连接于躯体侧面114。此外，图1仅示出了与机器人100的右臂对应的 机械臂120,但机器人100也可W具有与左臂对应的机械臂120。并且，机器人100也可W 具有一个W上（例如两个）脚。W下，对与机器人100的右臂对应的机械臂120的控制方 法（干设避免方法）进行说明，但并不限定于此。本实施方式所设及的控制方法也能够应 用于与机器人100的左臂对应的机械臂W及机器人100的脚。即，"臂（机械臂）"包含与 手臂相当的臂、与脚相当的臂、W及手臂型机器人的臂。
[0058] 另外，机械臂120从接近躯体110 -侧起依次由肩部132、上臂部122 (第一臂）、 肘部134 (关节部）、前臂部124 (第二臂）、手腕部136、手部126构成。在躯体110 (躯体侧 面114)连接有肩部132。另外，上臂部122与前臂部124经由肘部134连接。另外，前臂部 124与手部126经由手腕部136连接。另外，将上臂部122的长度设为Li，将前臂部124的 长度设为L2。此外，在后述的控制装置2的计算中，上臂部122 W及前臂部124分别被假定 为长度LiW及L2的线段。
[0059] 另外，肩部132具有分别绕相互正交的Ξ个轴旋转的Ξ个关节（第一关节部141、 第二关节部142、第Ξ关节部143)。另外，肘部134具有绕一个轴旋转的一个关节（第四关 节部144)。另外，手腕部136具有分别绕相互正交的Ξ个轴旋转的Ξ个关节（第五关节部 145、第六关节部146、第屯关节部147