专利名称：多个机器人之间的联锁自动设定装置及自动设定方法
技术领域：
本发明涉及可自动设定用于避免多个机器人的干涉的联锁的装置及其方法。
背景技术：
使机器人和其他外部设备等协作进行作业时，在两者的作业区域重合的情况下有必要避免干涉。例如，在特开平10-3308号公报上公开有用于避免机器人和其他外部设备之间的干涉的干涉避免方法。在该干涉避免方法中，为了避免作为外部设备的压力机和机器人之间的干涉，在预先设定了干涉区域的基础上，机器人及压力机的任意一方在干涉区域内时，对另一方输出禁止进入干涉区域的信号。
同样地，对于多台机器人之间，在那些动作路径上可能发生干涉的情况下，也有必要阻止多台机器人进入干涉领域地设定联锁。但一般来讲，由于机器人的动作路径较复杂，不太容易如上述压力机那样设定可动范围(干涉范围)，因此，历来都是以目测确认机器人的干涉范围，并通过编制示教程序进行联锁设定。
如上所述，由于历来都是以目测确认机器人之间的干涉范围，操作需要熟练和时间。因此，经常出现忽略干涉的可能性或者反过来过分估计干涉区域的现象。前者的情况下可能发生机器人之间的冲撞，后者的情况下可能发生机器人的待机时间不必要地拉长等的问题。还有，在用于确定最适合的干涉区域的尝试阶段也可能发生使机器人冲撞的情况。
发明内容
于是，本发明在包括多个机器人的系统中，其目的在于提供一种通过进行脱机状态下的模拟求出最适合的干涉区域，并据此能够自动地设定联锁的联锁自动设定装置及自动设定方法。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种联锁自动设定装置，该联锁自动设定装置在包括多个机器人的系统中通过编制多个机器人的各个动作程序而自动设定上述多个机器人之间的联锁，该联锁自动设定装置具有根据基于上述多个机器人的各个动作程序的动作模拟的结果设定机器人之间的干涉区域的干涉区域设定部；和追加包括在上述多个机器人的各个动作程序中的、在通过上述干涉区域的命令的前后指定进入上述干涉区域时的位置及姿势以及离开上述干涉区域时的位置及姿势的动作命令和将某个机器人进入及离开上述干涉区域告知其他机器人的通信命令的程序编制部。
上述干涉区域设定部可以包括在基于上述动作模拟的结果求出上述多个机器人的各个最远点的移动路径的二维坐标的同时，基于上述二维坐标上的各个机器人的移动路径求出二维干涉区域，并进一步求出将该二维干涉区域在与该二维干涉区域垂直的方向进行扫描而形成的第一三维干涉区域的第一干涉区域计算部。
上述干涉区域设定部可以进一步包括第二干涉区域计算部，该第二干涉区域计算部在上述第一三维干涉区域内，在使用上述多个机器人的三维模型求出该多个机器人的移动路径的三维扫描空间的同时，进行上述第一三维干涉区域内的多个扫描空间彼此的干涉检查，从而求出第二三维干涉区域。
还有，根据本发明的其他方式，提供一种联锁自动设定方法，该联锁自动设定方法在包括多个机器人的系统中，通过编制上述多个机器人的各个动作程序而自动设定上述多个机器人之间的联锁，该联锁自动设定方法具有根据基于上述多个机器人的各个动作程序的动作模拟的结果设定机器人之间的干涉区域的步骤；和追加包括在上述多个机器人的各个动作程序中的、在通过上述干涉区域的命令的前后指定进入上述干涉区域时的位置及姿势以及离开上述干涉区域时的位置及姿势的动作命令和将某个机器人进入及离开上述干涉区域告知其他机器人的通信命令的步骤。
设定上述干涉区域的步骤可以包括在基于上述动作模拟的结果求出上述多个机器人的各个最远点的移动路径的二维坐标的同时，基于上述二维坐标上的各个机器人的移动路径求出二维干涉区域，并进一步求出将该二维干涉区域在与该二维干涉区域垂直的方向进行扫描而形成的第一三维干涉区域。
设定上述干涉区域的步骤可以进一步包括在上述第一三维干涉区域内，使用上述多个机器人的三维模型求出该多个机器人的移动路径的三维扫描空间，同时进行上述第一三维干涉区域内的多个扫描空间彼此的干涉检查，从而求出第二三维干涉区域。
图1是表示涉及本发明的联锁设定装置的作业流程的图。
图2a是表示机器人的原点及作业工具上的最远点的图。
图2b是表示图2a的最远点由机器人的姿势变化而移动时的情况的图。
图2c是表示机器人的姿势从图2b的状态进一步变化使得最远点从工具上的点移动到链节上时的情况的图。
图3是说明两个机器人之间的二维干涉区域的图。
图4是说明两个机器人之间的三维干涉区域的图。
图5是表示涉及本发明的联锁设定装置的大致结构的方框图。
具体实施例方式
下面，边参照附图边详细地说明本发明。图5是表示涉及本发明的联锁设定装置1的优选结构例的方框图。联锁自动设定装置1包括根据基于多个机器人的各个动作程序的动作模拟的结果设定机器人之间的干涉区域的干涉区域设定部2；和追加包括在多个机器人的各个动作程序中的、在通过干涉区域的指令的前后指定进入干涉区域时的位置及姿势以及脱离干涉区域时的位置及姿势的动作指令和将某个机器人的向干涉区域的进入及脱离向其他机器人通告的通信指令的程序编制部3。还有，干涉区域设定部2能够包括求出下述的二维干涉区域及第一三维干涉区域的第一干涉区域计算部4和求出下述的第二三维干涉区域的第二干涉区域计算部5。还有，在包括多个机器人的系统中，实际联锁设定装置可以包括在编制各个机器人的动作程序或示教程序的编程装置中，也可以单独地设置。
下面虽然对用于避免两个机器人10及20之间的干涉的联锁设定装置进行说明，但对三个以上的机器人其考虑方式也相同。
图1是表示涉及本发明的联锁设定装置的作业即设定方法的流程的流程图。首先，如图2a～2c所示那样，生成配置机器人10及20的工作单元(图1的步骤S1)。还有，图2a～图2c只表示机器人10，至于机器人20由于与机器人10相同因而省略。这里，当机器人10作出某种姿势时，在二维平面(X-Y平面)上设定能够成为离原点12最远的点(以下简称最远点)的机器人10上的位置。在图2a～2c所示机器人上，最远点可例举出机器人10的工具14的前端点16或链节18。例如，在图2a及图2b所示姿势的情况下，最远点是工具前端点16，在图2c所示姿势的情况下，最远点是链节18。
其次，进行生成各个机器人的动作程序(图1的步骤S2)。动作程序按通常的方法根据各个机器人所要求的作业生成。
其次，根据按步骤S2编制的动作程序，在脱机的编程系统上进行模拟，并获取各个机器人的动作路径(图1的步骤S3)。该模拟的结果例如图3所示。图3是在与图2a～图2c相同的二维平面上简略地表示机器人10及20即只表示各自的原点12及22以及最远点16a～16h及26a～26h的图。
如图3所示，通过动作程序的模拟，机器人10的最远点从点16a移动到16h，机器人20的最远点从点26a移动到26h。这里，求出机器人10及20的由最远点的轨迹和原点形成的区域所重叠的平面即二维区域30(图3中用斜线图示)，并将该二维区域30作为二维的干涉区域存储(图1的步骤S4)。这里，如图4所示，将该二维干涉区域30沿与其垂直的Z轴方向平行(这里是铅直上方)地扫描而形成的第一三维干涉区域32(即X、Y坐标与平面区域30内的各点相同而Z坐标为任意的点的集合)，可谓是稍微大致地包含实际按照动作程序移动各个机器人时可能产生干涉的区域。反过来讲，在第一三维干涉区域32以外的区域不必考虑机器人之间的干涉。
其次，在步骤S4所求得的第一三维干涉区域32内，求出根据动作程序动作时的各个机器人的正确的三维扫描空间即通过区域(图1的步骤S5)。这里，通过使用预先得到的各个机器人的如图2a～图2c及图4所示那样的CAD模型能够求出各个机器人的通过区域。即，由于通过动作模拟已知第一三维干涉区域32内的任意位置上的各个机器人的姿势，因此，通过从其姿势求出各个机器人的准确的占有区域并进一步求出第一三维干涉区域32内的所有的位置上的占有区域之和，能够求出各个机器人的正确的通过区域。
其次，求出各个机器人(这里是机器人10、20)的第一三维干涉区域32内的通过区域之积(两个通过区域的重合部分)，并作为第二三维干涉区域40存储(图1的步骤S6)。例如，如图4所示区域40那样，第二干涉区域40作为占有将二维区域30在Z方向延长而得到的第一三维干涉区域32内的一部分的三维空间而求出。该第二三维干涉区域40可谓实际按照动作程序移动各个机器人时可能产生干涉的严密的区域。如上所述，由于预先求出大致地包括该区域的较粗略的第一三维干涉区域32，因此，能够在短时间内求出该第二三维干涉区域40。
为了切实地避免机器人10及机器人20的干涉，只要两个机器人的一部分或全部不同时进入第二三维干涉区域40内即可。即，只要向另一方的机器人告知一方机器人的至少一部分在第二三维干涉区域40内，则另一方的机器人可不进入第二三维干涉区域40内地待机，换句话说，可设定得当的联锁。
至于向另一方的机器人(机器人20)告知一方机器人(机器人10)在第二三维干涉区域40内，可考虑几个较适宜的方法。例如，分别求出机器人10及20将要进入第二三维干涉区域40内之前或者隔着一定距离或一定时间之前的位置及姿势和刚离开第二三维干涉区域40后或者隔着一定距离或一定时间之后的位置及姿势，并将控制这些位置及姿势的动作指令插入到示教程序中。通过进一步将I/O指令等的告知机器人10已进入第二干涉区域40内或者离开第二干涉区域40的指令插入到示教程序内，能够使机器人20从机器人10进入第二干涉区域40内到从那里离开为止之间、在即将发出动作指令的状态下待机。通过这种示教程序的编制(图1的步骤S7)，能够将机器人20的待机时间抑制到最小限度，其结果，能够设定适当的联锁。
还有，仅凭上述第一干涉区域32也可执行图1的步骤S7(即省略步骤S5、S6)。此时，由于不使用更准确的干涉区域即第二干涉区域40，因而会存在机器人的待机时间稍微过剩而随之间歇时间也延长的危险，但不需要三维CAD模型或基于该模型的扫描空间的计算等，因此，能够得到更进一步缩短计算时间等的好处。反过来，在理论上可省略步骤S4而直接求出三维的严密的干涉区域，但尤其在机器人的台数较多时需要庞大的存储器或较长的计算时间，因而不现实。
根据涉及本发明的联锁自动设定装置及自动设定方法，在脱机的编程系统中，由通过模拟得到的机器人之间的干涉区域可自动设定联锁。还有，关于干涉区域，首先，通过在二维平面上求出较粗略的第一干涉区域，并在第一区域内求出三维的第二干涉区域，能够在较短时间内求出严密的干涉区域。
还有，根据本发明，能够防止机器人彼此在未预料到的地方冲撞或反过来机器人不必长时间待机使得间歇时间恶化。还有，由于联锁是自动地设定的，因此，不依赖于操作人员的熟练程度的稳定的联锁设定成为可能，而且能够减轻操作人员的负担。
为了便于说明，参照选定的特定的实施方式说明了本发明，但本领域的技术人员在不脱离本发明的基本概念及范围的情况下显然可以进行种种变更。
权利要求
1.一种联锁自动设定装置，在包括多个机器人(10、20)的系统中，通过编制上述多个机器人(10、20)的各个动作程序而自动设定上述多个机器人(10、20)之间的联锁，其特征在于，具有根据基于上述多个机器人(10、20)的各个动作程序的动作模拟的结果设定机器人之间的干涉区域(30、32、40)的干涉区域设定部(2)；以及追加包括在上述多个机器人(10、20)的各个动作程序中的、在通过上述干涉区域(30、32、40)的命令的前后，指定进入上述干涉区域(30、32、40)时的位置及姿势以及离开上述干涉区域(30、32、40)时的位置及姿势的动作命令和将某个机器人(10)进入及离开上述干涉区域(30、32、40)告知其他机器人(20)的通信命令的程序编制部(3)。
2.根据权利要求1所述的联锁自动设定装置，其特征在于，上述干涉区域设定部(2)包括第一干涉区域计算部(4)，该第一干涉区域计算部(4)在基于上述动作模拟的结果求出上述多个机器人(10、20)的各个最远点(16、26)的移动路径的二维坐标的同时，基于上述二维坐标上的各个机器人的移动路径求出二维干涉区域(30)，并进一步求出将该二维干涉区域(30)在与该二维干涉区域(30)垂直的方向进行扫描而形成的第一三维干涉区域(32)。
3.根据权利要求2所述的联锁自动设定装置，其特征在于，上述干涉区域设定部(2)进一步包括第二干涉区域计算部(5)，该第二干涉区域计算部(5)在上述第一三维干涉区域(32)内，使用上述多个机器人(10、20)的三维模型求出该多个机器人的移动路径的三维扫描空间，同时进行上述第一三维干涉区域(32)内的多个扫描空间相互的干涉检查，从而求出第二三维干涉区域(40)。
4.一种联锁自动设定方法，在包括多个机器人(10、20)的系统中，通过编制上述多个机器人(10、20)的各个动作程序而自动设定上述多个机器人(10、20)之间的联锁，其特征在于，具有根据基于上述多个机器人(10、20)的各个动作程序的动作模拟的结果设定机器人之间的干涉区域(30、32、40)的步骤；以及追加包括在上述多个机器人(10、20)的各个动作程序中的、在通过上述干涉区域(30、32、40)的命令的前后，指定进入上述干涉区域(30、32、40)时的位置及姿势以及离开上述干涉区域(30、32、40)时的位置及姿势的动作命令和将某个机器人(10)进入及离开上述干涉区域(30、32、40)告知其他机器人(20)的通信命令的步骤。
5.根据权利要求4所述的联锁自动设定方法，其特征在于，设定上述干涉区域(30、32、40)的步骤包括在基于上述动作模拟的结果求出上述多个机器人(10、20)的各个最远点的移动路径的二维坐标的同时，基于上述二维坐标上的各个机器人的移动路径求出二维干涉区域(30)，并进一步求出将该二维干涉区域(30)在与该二维干涉区域(30)垂直的方向进行扫描而形成的第一三维干涉区域(32)。
6.根据权利要求5所述的联锁自动设定方法，其特征在于，设定上述干涉区域(30、32、40)的步骤进一步包括在上述第一三维干涉区域(32)内，使用上述多个机器人(10、20)的三维模型求出该多个机器人的移动路径的三维扫描空间，同时进行上述第一三维干涉区域(32)内的多个扫描空间相互的干涉检查，从而求出第二三维干涉区域(40)。
全文摘要
本发明涉及一种在包括多个机器人的系统中，通过进行脱机状态下的模拟求出最适合的干涉区域，并据此能够自动设定联锁的联锁自动设定装置及自动设定方法。联锁自动设定装置在基于动作程序在脱机状态下的编程系统上进行模拟，获取各个机器人的动作路径，并求出二维第二干涉区域。其次，在将二维干涉区域在铅直方向延长而形成的第一三维干涉区域内，使用各个机器人的三维模型求出严密的第二三维干涉区域。
文档编号B25J9/22GK1982001SQ20061016336
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月13日
发明者长塚嘉治, 武田俊也 申请人:发那科株式会社