干涉避免方法、控制裝置以及程序的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及干設避免方法、控制裝置W及程序，特別是設及避免機械臂的干設的 干設避免方法、控制裝置W及程序。
【背景技術】
[0002] 作為控制具有多個關節的機械臂的動作從而實時地操作機械臂的方法，例如有主 從式方法。在主從式方法中，主動側裝置（控制裝置）指定控制值，從動側裝置（機械臂） 根據該被指定的控制值動作。在作為所指定的控制值而指定機械臂的手部位置的情況下， 使用運動學逆運算計算各關節的關節角度。
[0003] 運里，在機器人的周圍存在機器人的軀體等障礙物。因此，在指定手部位置而控制 機械臂的情況下，不僅需要計算各關節的關節角度，還需要計算使得機械臂不與軀體等障 礙物干設的解（干設避免解）。而且，在實時地操作機械臂的情況下，需要實時地進行上述 關節角度的計算和干設避免解的計算。
[0004] 與上述技術相關聯，日本特開2011 - 093015號公報中公開了實現考慮了機械 臂的手部的手眼傳感器的存在的、與周邊的干設防止的手眼式料箱煉配（HAND-EYE BIN PICKING)機器人的控制裝置。日本特開2011 - 093015號公報所設及的控制裝置具有：存 儲干設圖案表的表存儲構件、判定上述手眼傳感器與上述機械臂是否干設的移動目的地干 設判定構件、W及姿勢再決定構件。 陽〇化]運里，干設圖案表定義：機械臂的各自由軸的旋轉角度中的、上述手眼傳感器與上 述機械臂干設的組合圖案。另外，移動目的地干設判定構件基于W使得末端執行器在工件 的位置處成為所決定的姿勢的方式驅動上述機械臂的情況下的、上述各自由軸的旋轉角度 的組合圖案與在上述干設圖案表中定義的組合圖案之間的對照，判定手眼傳感器與上述機 械臂是否干設。在判定為干設的情況下，姿勢再決定構件重新決定適于上述工件的煉配的 上述末端執行器的姿勢。
[0006] 在日本特開2011 -093015號公報所記載的技術中，需要事先準備干設圖案表。存 在為了準備該圖案表而花費大量時間的顧慮。因此，即便使用日本特開2011 - 093015號 公報所記載的技術，也難W實時地計算干設避免解。

【發明內容】

[0007] 本發明正是為了解決運樣的課題而完成的，提供能夠高速地進行用于避免機械臂 的干設的計算的干設避免方法、控制裝置W及程序。
[0008] 本發明所設及的干設避免方法是避免機械臂與障礙物干設的機械臂的干設避免 方法，該機械臂通過第一臂與第二臂經由關節部連接而構成，其中，計算上述機械臂的兩端 的位置被固定的狀態下的、上述第一臂W及上述第二臂的可動區域；計算包含上述障礙物 的障礙物區域的邊界面上的第一線與上述可動區域的交點；基于上述計算出的交點，決定 在上述可動區域中上述機械臂不與上述障礙物區域干設的干設避免范圍。
[0009] 另外，本發明所設及的控制裝置是控制第一臂和第二臂經由關節部連接而構成的 機械臂的控制裝置，其中，上述控制裝置具有：可動區域計算構件，計算上述機械臂的兩端 的位置被固定的狀態下的、上述第一臂和上述第二臂的可動區域；交點計算構件，計算包含 障礙物的障礙物區域的邊界面上的第一線與上述可動區域的交點；W及干設避免范圍決定 構件，基于上述計算出的交點，決定在上述可動區域中上述機械臂不與上述障礙物區域干 設的干設避免范圍。
[0010] 另外，本發明所設及的程序實現避免機械臂與障礙物干設的機械臂的干設避免方 法，該機械臂通過第一臂和第二臂經由關節部連接而構成，其中，上述程序使計算機執行W 下步驟：計算上述機械臂的兩端的位置被固定的狀態下的、上述第一臂和上述第二臂的可 動區域的步驟；計算包含上述障礙物的障礙物區域的邊界面上的第一線與上述可動區域的 交點的步驟；W及基于上述計算出的交點，決定在上述可動區域中上述機械臂不與上述障 礙物區域干設的干設避免范圍的步驟。
[0011] 本發明W上述方式構成，由此，能夠通過簡單的幾何學方法決定機械臂的干設避 免范圍。因此，本發明能夠高速地進行用于避免機械臂的干設的計算。
[0012] 另外，優選形成為：上述可動區域由W在上述機械臂的兩端的位置被固定的狀態 下上述關節部旋轉而得的軌跡所形成的圓作為底面、W上述第一臂W及上述第二臂分別旋 轉而得的軌跡所形成的旋轉面作為圓錐側面的圓錐形成，在由上述第二臂的軌跡形成的第 一圓錐和由上述第一臂的軌跡形成的第二圓錐，分別計算上述交點。
[0013] 通過分別進行計算，能夠簡單地應用計算圓錐與線的交點之類的簡單的計算方 法。因此，本發明能夠更高速地決定機械臂的干設避免范圍。
[0014] 另外，優選形成為：在與上述第一線的交點存在于上述底面上的情況下，將基于上 述第一圓錐判定出的第一范圍與基于上述第二圓錐判定出的第二范圍重復的范圍，決定為 上述機械臂的上述干設避免范圍。
[0015] 通過形成為上述結構，即使當在干設避免范圍的一方的邊界第二臂與障礙物干 設，而在另一方的邊界第一臂與障礙物干設的情況下，也能夠通過簡單的幾何學方法決定 干設避免范圍。因此，本發明能夠更高速地決定機械臂的干設避免范圍。
[0016] 另外，優選形成為：基于與上述第一圓錐相關的上述圓錐側面上的交點和上述底 面上的交點判定上述第一范圍，基于與上述第二圓錐相關的上述圓錐側面上的交點和上述 底面上的交點判定上述第二范圍。
[0017] 通過W上述方式構成，能夠通過簡單的幾何學方法，針對第一圓錐W及第二圓錐 分別判定第一范圍W及第二范圍。因此，本發明能夠更高速地決定機械臂的干設避免范圍。
[0018] 另外，優選形成為：上述障礙物區域的上述邊界面的至少一部分由曲面形成。
[0019] 若邊界面的方向不連續地形成，則擔屯、機械臂的動作變得劇烈。在運樣的情況下， 擔屯、產生機械臂的超速或者超載。另一方面，本發明通過形成為上述結構，機械臂的動作的 變化得W緩和。因此，能夠抑制機械臂的超速或者超載。
[0020] 另外，優選形成為：將通過上述機械臂的手部的位置并包含與上述曲面相切的切 線的切點的線，決定為上述曲面上的上述第一線。
[0021] 通過形成為上述結構，即便在上述邊界面的至少一部分由曲面形成的情況下，也 能夠通過簡單的幾何學方法容易地決定干設避免范圍。因此，對于本發明，即便在上述邊界 面的至少一部分由曲面形成的情況下，也能夠高速地決定機械臂的干設避免范圍。
[0022] 根據本發明，能夠提供可高速地進行用于避免機械臂的干設的計算的干設避免方 法、控制裝置W及程序。
[0023] 通過參照作為并非用于限制本發明的例子的附圖并閱讀W下的詳細說明，能夠進 一步清楚本發明的其它特征、目的、優點。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示出實施方式1所設及的機器人系統的簡圖。
[00巧]圖2是用于說明實施方式1所設及的臂角度的圖。
[0026] 圖3是示出實施方式1所設及的控制裝置的結構的功能框圖。
[0027] 圖4是示出實施方式1所設及的控制裝置的處理的流程圖。
[002引圖5是用于說明實施方式1所設及的可動區域的計算方法的圖。
[0029] 圖6是用于定義由實施方式1所設及的可動區域計算部計算出的圓錐的各尺寸的 圖。
[0030] 圖7A是示出由實施方式1所設及的可動區域計算部計算出的圓錐的圖。
[0031] 圖7B是示出由實施方式1所設及的可動區域計算部計算出的圓錐的圖。
[0032] 圖8A是示出實施方式1所設及的機器人的軀體與機械臂之間的關系的圖。
[0033] 圖8B是示出實施方式1所設及的機器人的軀體與機械臂之間的關系的圖。
[0034] 圖8C是示出實施方式1所設及的機器人的軀體與機械臂之間的關系的圖。
[0035] 圖9是例示圖7A所示的圓錐的側面與干設判定線段之間的交點存在兩個的情況 的圖。
[0036] 圖10是用于說明圖9的例子的臂角度的存在范圍的判定方法的圖。
[0037] 圖11是例示圖7A所示的圓錐的底面與干設判定線段之間的交點存在一個的情況 的圖。
[0038] 圖12是用于說明圖11的例子的臂角度Φ的存在范圍的判定方法的圖。
[0039] 圖13是例示圖7A所示的圓錐的側面與干設判定線段之間的交點存在一個情況的 圖。
[0040] 圖14是用于說明使用運動學逆運算的關節角度的計算方法的圖。
[0041] 圖15是示出實施方式1所設及的、目標手部位置在軀體的角部附近的情況下的機 械臂的動作的俯視圖。
[0042] 圖16是示出實施方式2所設及的、目標手部位置在軀體的角部附近的情況下的機 械臂的動作的俯視圖。
[0043] 圖17是示出實施方式2所設及的控制裝置的結構的功能框圖。
[0044] 圖18是示出實施方式2所設及的控制裝置的處理的流程圖。
[0045] 圖19是用于說明決定實施方式2的圓錐化（前臂部的軌跡）的干設判定線段的 方法的圖。
[0046] 圖20是用于說明決定實施方式2所設及的切點的方法的圖。
[0047] 圖21是用于說明決定實施方式2所設及的圓錐CU(上臂部的軌跡）的干設判定 線段的方法的圖。
[0048] 圖22是用于說明決定實施方式2所設及的切點的其它方法的圖。
[0049] 圖23是示出使采用了本實施方式的機器人的動作再現的仿真結果的圖。
[0050] 圖24是示出使采用了本實施方式的機器人的動作再現的仿真結果的圖。
[0051] 圖25是示出使采用了本實施方式的機器人的動作再現的仿真結果的圖。
[0052] 圖26是示出使采用了本實施方式的機器人的動作再現的仿真結果的圖。
【具體實施方式】 陽〇5引（實施方式1)
[0054] W下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。 陽化5] 圖1是示出實施方式1所設及的機器人系統1的簡圖。機器人系統1具有機器人 100和控制機器人的動作的控制裝置2。機器人100具有軀體110和機械臂120。軀體110 具有軀體前表面112和軀體側面114。
[0056] 此外，實際的機器人100的主體（實際軀體）由W任意的多個曲面構成的形狀形 成，但在本實施方式中，示意性地將軀體110看作包絡實際軀體的長方體Bd。另外，本實施 方式中，W軀體110作為成為機械臂120的干設對象的障礙物。因此，本實施方式中，軀體 110是包含障礙物的障礙物區域（與上述"長方體Bd"對應），軀體前表面112 W及軀體側 面114是包含障礙物的障礙物區域的邊界面。
[0057] 機械臂120連接于軀體側面114。此外，圖1僅示出了與機器人100的右臂對應的 機械臂120,但機器人100也可W具有與左臂對應的機械臂120。并且，機器人100也可W 具有一個W上（例如兩個）腳。W下，對與機器人100的右臂對應的機械臂120的控制方 法（干設避免方法）進行說明，但并不限定于此。本實施方式所設及的控制方法也能夠應 用于與機器人100的左臂對應的機械臂W及機器人100的腳。即，"臂（機械臂）"包含與 手臂相當的臂、與腳相當的臂、W及手臂型機器人的臂。
[0058] 另外，機械臂120從接近軀體110 -側起依次由肩部132、上臂部122 (第一臂）、 肘部134 (關節部）、前臂部124 (第二臂）、手腕部136、手部126構成。在軀體110 (軀體側 面114)連接有肩部132。另外，上臂部122與前臂部124經由肘部134連接。另外，前臂部 124與手部126經由手腕部136連接。另外，將上臂部122的長度設為Li，將前臂部124的 長度設為L2。此外，在后述的控制裝置2的計算中，上臂部122 W及前臂部124分別被假定 為長度LiW及L2的線段。
[0059] 另外，肩部132具有分別繞相互正交的Ξ個軸旋轉的Ξ個關節（第一關節部141、 第二關節部142、第Ξ關節部143)。另外，肘部134具有繞一個軸旋轉的一個關節（第四關 節部144)。另外，手腕部136具有分別繞相互正交的Ξ個軸旋轉的Ξ個關節（第五關節部 145、第六關節部146、第屯關節部147