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公開番号2025130692
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2025006528
出願日2025-01-17
発明の名称対象物の干渉チェック方法
出願人ファナック株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B25J 19/06 20060101AFI20250901BHJP(手工具;可搬型動力工具;手工具用の柄;作業場設備;マニプレータ)
要約【課題】点集合を使用する物体干渉チェック技術を提供する。
【解決手段】この技術は、物体のCADモデルを使用し、CADモデルを3Dの点集合に変換する。3Dの点の位置は、物体の動作に基づいて更新される。次に、3Dの点は、任意の物体又は障害物上の任意の点が占有する空間を画定する3Dグリッド空間指標に変換される。3Dグリッド空間指標は1D指標に変換され、1D指標は物体毎にかつ位置毎に保存される。複数の動作ステップにわたる1D指標のセットの和集合を計算することにより、物体の掃引体積が計算される。物体間の干渉チェックは、所与の動作ステップ又は位置の1D指標のセットの交差を計算することによって実行される。1D指標を3D座標に戻す変換がされ、掃引体積の3D形状及び干渉が定められる。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
物体間の干渉をチェックする方法であって、
２つ以上の物体の各々によって占有される空間を規定する３次元（３Ｄ）点を、プロセッサ及びメモリを有する演算装置上で生成することと、
前記物体の３Ｄ点を、作業空間グリッドセルの占有率を規定する１次元（１Ｄ）指標に変換することと、
前記物体の前記３Ｄ指標を、前記物体の各々について、作業空間グリッドセルの占有率を規定する１Ｄ指標に変換することと、
前記１Ｄ指標を、前記物体の各々についてのセットとして保存することと、
前記物体の１つの前記１Ｄ指標のセットと前記物体の他の１つの前記１Ｄ指標のセットとの交差を、前記演算装置上で計算することにより、干渉チェックを行うことと、
を含む、方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
干渉条件が存在していることを非ヌル交差が示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記干渉条件が存在しているときは干渉の体積を計算することをさらに含み、前記計算は、交差のセットの１Ｄ指標を３Ｄ指標に変換することと、前記３Ｄ指標を前記交差のセットの３Ｄ点に変換することとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記物体の各々によって占有された区間を画定する前記３Ｄ点は、外表面上の点及び内部体積の点を含む点群である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記３Ｄ点を１Ｄ指標に変換することは、前記物体の各々の前記３Ｄ点を３Ｄ指標に変換し、前記物体の各々の前記３Ｄ指標を１Ｄ指標に変換することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記３Ｄ点を３Ｄ指標に変換することは、グリッド空間の各次元について定義されたサイズを有する複数のセルを含む３Ｄ作業空間グリッド空間を規定することと、前記セルの各々に３Ｄ指標を割り当てることと、セル内の１つ以上の３Ｄ点の位置に基づいて、作業空間グリッドセルの占有率を定めることと、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記セルの各々に３Ｄ指標を割り当てることは、グリッド空間の各次元でのセルの連続位置に基づいて、前記３Ｄ指標の各値を割り当てることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記３Ｄ点を１Ｄ指標に変換することは、１Ｄ指標を連続する整数として割り当てることと、第２及び第３のグリッド空間次元を一定に保ちつつ第１のグリッド空間次元のカウントを完了することと、全ての３Ｄ指標が１Ｄ指標に割り当てられるまで、前記第２及び第３のグリッド空間次元を再帰的にインクリメントすることと、含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記物体の前記３Ｄ点を１Ｄ指標に変換する前に、前記物体の少なくとも１つが新たな位置に移動する動作ステップに基づいて、前記３Ｄ点の座標を更新することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記３Ｄ点の前記座標を更新し、１つ以上の追加の動作ステップについて干渉チェックを実行することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０２１年１２月６日に提出され、タイトルを「POINT SET INTERFERENCE CHECK」とする米国仮出願第１７／４５７７７７号（現在は米国特許第１１８７８４２４号）の継続出願である、２０２３年１２月１４日に提出され、タイトルを「POINT SET INTERFERENCE CHECK METHOD AND SYSTEM」とする米国出願第１８／５４０１７５号の一部継続出願である。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
本開示は、広くは、産業用機械の動作制御の分野に関し、特には、対象物の干渉をチェックする技術に関する。この技術は、複数の対象物を点の集合（ポイントセット）として定義し、対象物の動作に基づいて３次元（３Ｄ）の点の集合を更新し、３Ｄの点を占有空間を示す３Ｄ指標に変換し、３Ｄ指標を１次元（１Ｄ）指標に変換し、１Ｄ指標を対象物毎及び動作ステップ毎のセットとして保存し、所与のステップのセットの交差によって干渉チェック計算を実行し、複数のステップにわたる組の和集合によって掃引体積計算（swept volume computation）を実行する。
【０００３】
産業用ロボットを使用して、製造、組み立て、及び材料移動の操作を幅広く実行することはよく知られている。多くのロボットの作業空間環境には、障害物が存在しており、ロボットの動作の経路にある場合がある。障害物は、機械や固定具等の永続的な構造物、又は一時的若しくは可動のものであり得る。ロボットが作業している大型のワークは、ロボットが溶接等の操作を実行している間に該ワークの内部又は周りを移動する必要があるため、ワーク自体が障害物になり得る。複数のロボットの作業空間環境では、各ロボットは潜在的に他のロボットの障害物である。ロボットの任意の部分といかなる障害物との衝突も、絶対に避けなければならない。
【０００４】
リアルタイムの動作計画中を含め、動作計画ルーチンに干渉チェックアルゴリズムを含めることが知られている。干渉チェックのための従来技術の一つは、ロボットの各アームの周り及び各障害物の周りに、球や円柱等の基本形状を定義することを含む。基本形状は、干渉チェック計算の複雑さを扱いやすいレベルに引き下げて、干渉チェック計算をリアルタイムの動作計画に十分な速さで実行できるようにするために使用される。しかし、各障害物及び各ロボットアームの周りに基本形状を定義することは、面倒で時間のかかるプロセスである。さらに、ロボットによって溶接又は塗装されている車体等のいくつかの物体は、基本形状を使用した近似に適していない。ロボットアーム自体でさえ、基本形状を使用して適切に近似されていないことが多く、伝統的な基本形状は、干渉状態の誤判定につながる可能性がある。
【０００５】
干渉チェックのための別の従来技術は、ロボットアーム及び障害物のＣＡＤモデルを使用する。干渉チェック計算においてＣＡＤモデルを使用すれば、基本形状の不正確性の問題を回避できる。しかしこの方法では、１つのＣＡＤモデル（例えばロボットのエンドエフェクタ）上の全ての位置と、作業空間内の他の全ての潜在的な障害物（他の全てのロボットアーム部品、機械、固定具、ワーク等を含む）のＣＡＤモデル上の全ての位置との間の距離の計算及び干渉の検出が必要である。この計算は、計算機の負荷が大きく、最も単純なロボット作業空間環境を除く全ての環境で時間を要する。ロボットの動作中にリアルタイムで動作計画の計算を実行する必要がある環境では、殆どの場合、衝突回避の計算に時間がかかりすぎて実用的ではない。
【０００６】
工作機械等の他の種類の移動対象物のための類似のチェック技術も、上記ロボットについて概説したものと同じ欠点及び制限を包含する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の状況に照らして、セットアップが容易でかつ、作業空間内の対象物及び障害物の数や種類に関係なく、対象物の干渉の可能性を迅速かつ正確に計算する、改善された対象物干渉チェック技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の教示に従って、点の集合を使用した対象物干渉チェック技術が開示される。この技術では、複数の対象物のＣＡＤモデルを使用し、ＣＡＤモデルを３次元（３Ｄ）の点に変換する。３Ｄ点の位置は、任意の対象物及び障害物の動作に基づいて更新される。３Ｄ点は次に、任意の対象物上の任意の点が占める空間を画定する３Ｄグリッド空間指標に変換される。次に３Ｄグリッド空間指標は、１次元（１Ｄ）の指標（インデックス）に変換され、１Ｄ指標は物体毎及び動作ステップ毎のセットとして保存される。複数の動作ステップにわたる１Ｄ指標のセットの和集合を計算することにより、対象物の掃引体積が生成される。所与の動作ステップ又は位置の１Ｄ指標の組の交差を計算することにより、複数の対象物間の干渉チェックが実行される。１Ｄ指標は３Ｄ座標に変換され、掃引体積の３Ｄ形状及び干渉の３Ｄ位置が定義される。
【０００９】
開示された装置及び方法の追加の特徴は、添付の図面と併せて、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
障害物である車体ワークの近くで作業する２つの産業用ロボットの図である。
機械が障害物であるマシンテンディングアプリケーションにおける産業用ロボットの図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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