特許 7424122 シミュレーション装置およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】シミュレーション装置およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20240123BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020041722

(22)【出願日】2020-03-11

(65)【公開番号】P2021142595

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-01-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三宅 裕希

(72)【発明者】

【氏名】仲野 征彦

(72)【発明者】

【氏名】大倉 嵩史

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３４７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７４１４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の関節を有した機器の挙動を推定するシミュレーション装置であって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記シミュレーション装置は、
当該シミュレーション装置に対するユーザー操作を受付けるための操作受付部と、
前記ユーザー操作に従い、前記複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各前記１つ以上の軸の可動範囲を設定する設定部と、
前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する第１のシミュレータと、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成する画像生成部と、
前記選択された各軸の可動範囲を変更する範囲変更部を、備え、
前記第１のシミュレータは、さらに、
前記選択された各軸の変更された前記可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する、シミュレーション装置。

【請求項2】

前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器の周辺装置に対応する対象を含み、
前記機器に対応する対象の挙動は、当該対象の前記仮想空間における位置を含み、
前記範囲変更部は、前記仮想空間における前記機器に対応の対象と前記異なる対象との位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、前記選択された各軸の可動範囲を変更する、請求項１に記載のシミュレーション装置。

【請求項3】

前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器に取付けられるケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象を含み、
前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき、前記ケーブルの取付けに関するパラメータを用いて、当該ケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する第２のシミュレータを、さらに備える、請求項１または２に記載のシミュレーション装置。

【請求項4】

前記シミュレーション装置は、
前記第２のシミュレータによって算出された前記ケーブルに対応する対象の挙動に基づき、当該対象にかかる負荷を算出し、
前記範囲変更部は、算出された前記負荷が所定条件を満たすとき、前記選択された各軸の可動範囲を変更する、請求項３に記載のシミュレーション装置。

【請求項5】

前記設定部は、さらに、
前記ユーザー操作に従い、機器がとるべき位置姿勢を示す教示点を設定し、
前記第１のシミュレータは、さらに、
設定された前記教示点が示す位置姿勢および前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する、請求項１から４のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。

【請求項6】

コンピュータに、複数の関節を有した機器の挙動を推定する方法を実行させるためのプログラムであって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記方法は、
ユーザー操作に従い、前記複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各前記１つ以上の軸の可動範囲を設定するステップと、
前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップと、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成するステップと、
前記選択された各軸の可動範囲を変更するステップを、備え、
前記シミュレーションを実施するステップは、さらに、
前記選択された各軸の変更された前記可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップを含む、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、機器の挙動を推定するシミュレーション装置およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

コンピュータを用いたシミュレーションは様々な技術分野に応用されている。このようなシミュレーションをファクトリオートメーション（ＦＡ：Factory Automation）に利用した例として、例えば、特開２０１９－３６０１４号公報（特許文献１）は、機械の動きを制御する制御プログラムを事前に設計するためのシミュレーションを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３６０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＦＡでは、多関節を有した産業用ロボットが備えられる。ロボットの制御プログラムが実行されることによって、各関節は対応の軸の動きに連動して動作し、その結果、ロボットは、ワークを搬送または加工する。制御プログラムの設計時には、各軸の可動範囲は、所定値に設定されていた。ロボットがとり得る位置姿勢（位置および姿勢）によっては、設定された所定値では、可動範囲が関節の動作を過度に制限する、すなわちワークの搬送または加工の動作を制限するように作用するなど可動範囲が適正でない可能性があった。したがって、ロボットの各軸の可動範囲を個別に設定できる環境の提供が望まれていたが、特許文献１のシミュレーションは、当該環境を提供しない。

【0005】

本開示は、軸毎に設定された可動範囲に基づき、機器の挙動をシミュレーションできる構成を提供することを１つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この開示にかかるシミュレーション装置は、複数の関節を有した機器の挙動を推定するシミュレーション装置であって、機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、各複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、シミュレーション装置は、当該シミュレーション装置に対するユーザー操作を受付けるための操作受付部と、ユーザー操作に従い、複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各１つ以上の軸の可動範囲を設定する設定部と、選択された各軸の可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する第１のシミュレータと、仮想空間をビジュアル化した画像を生成する画像生成部と、を備える。

【0007】

上述の開示によれば、ユーザー操作に従い、選択された軸の可動範囲が設定されて、第１のシミュレータは、選択された各軸の可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動をシミュレーションする。

【0008】

これにより、シミュレーション装置は、ユーザーによって設定された軸毎の可動範囲に基づき、機器の挙動をシミュレーションできる。

【0009】

上述の開示において、シミュレーション装置は、選択された各軸の可動範囲を変更する範囲変更部を、さらに備え、第１のシミュレータは、さらに、選択された各軸の変更された可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する。

【0010】

上述の開示によれば、シミュレーション装置は、ユーザーが設定した軸の可動範囲を変更しながらシミュレーションを繰り返すことができる。

【0011】

上述の開示において、仮想空間には、機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、異なる対象は、機器の周辺装置に対応する対象を含み、機器に対応する対象の挙動は、当該対象の仮想空間における位置を含み、範囲変更部は、仮想空間における機器に対応の対象と異なる対象との位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、選択された各軸の可動範囲を変更する。

【0012】

上述の開示によれば、シミュレーション装置は、仮想空間における各対象の位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、選択されている各軸の可動範囲を変更し、変更後の可動範囲に基づいてシミュレーションを再度実施できる。

【0013】

上述の開示において、仮想空間には、機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、異なる対象は、機器に取付けられるケーブルに対応する仮想空間に配置された対象を含み、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき、ケーブルの取付けに関するパラメータを用いて、当該ケーブルに対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出する第２のシミュレータを、さらに備える。

【0014】

上述の開示によれば、シミュレーション装置は、機器に取付けられるケーブルに対応する仮想空間に配置された対象の挙動を、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき算出できる。

【0015】

上述の開示において、シミュレーション装置は、第２のシミュレータによって算出されたケーブルに対応する対象の挙動に基づき、当該対象にかかる負荷を算出し、範囲変更部は、算出された負荷が所定条件を満たすとき、選択された各軸の可動範囲を変更する。

【0016】

上述の開示によれば、シミュレーション装置は、ケーブルに対応する対象の挙動に基づく当該対象にかかる負荷が所定条件を満たすとき、選択されている各軸の可動範囲を変更し、変更後の可動範囲に基づいてシミュレーションを再度実施できる。

【0017】

上述の開示において、設定部は、さらに、ユーザー操作に従い、機器がとるべき位置姿勢を示す教示点を設定し、第１のシミュレータは、さらに、設定された教示点が示す位置姿勢および選択された各軸の可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出する。

【0018】

上述の開示によれば、ユーザー操作に従い、教示点と選択された軸の可動範囲が設定されて、第１のシミュレータは、設定された教示点が示す位置姿勢と選択された各軸の可動範囲とに基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動をシミュレーションできる。

【0019】

この開示にかかるプログラムは、コンピュータに、複数の関節を有した機器の挙動を推定する方法を実行させるためのプログラムであって、機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、各複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、方法は、ユーザー操作に従い、複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各１つ以上の軸の可動範囲を設定するステップと、選択された各軸の可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップと、仮想空間をビジュアル化した画像を生成するステップと、を備える。

【0020】

上述の開示によれば、プログラムが実行されると、ユーザー操作に従い、選択された軸の可動範囲が設定されて、シミュレーションは、選択された各軸の可動範囲に基づいて、機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動をシミュレーションする。これにより、ユーザーによって設定された軸毎の可動範囲に基づき、機器の挙動をシミュレーションできる。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、軸毎に設定された可動範囲に基づき、機器の挙動をシミュレーションする構成を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施の形態に係るシミュレーション装置１の適用例を示す模式図である。

【図2】本実施の形態にかかる生産ラインにおけるロボットと周辺装置の一例を模式的に示す図である。

【図3】本実施の形態にかかるシミュレーション装置１を実現するためのハードウェア構成の一例を示す模式図である。

【図4】本実施の形態にかかるシミュレーション装置１を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。

【図5】実施の形態にかかるロボット３０の各軸の可動範囲の一例を模式的に示す図である。

【図6】実施の形態にかかる教示点データ１８４と位置姿勢データ１８７の一例を示す図である。

【図7】実施の形態にかかる設定ツール１９０が提供するＵＩの画面の一例を模式的に示す図である。

【図8】実施の形態にかかる可動範囲データ１８５の一例を模式的に示す図である。

【図9】実施の形態にかかる確認項目データ１８６の一例を模式的に示す図である。

【図10】実施の形態にかかるシミュレーション装置１において実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。

【図11】実施の形態にかかるシミュレーション装置１において実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。

【図12】実施の形態にかかるシミュレーションの態様を模式的に示す図である。

【図13】実施の形態にかかるシミュレーションの態様を模式的に示す図である。

【図14】実施の形態にかかる可動範囲の変更の一例を模式的に示す図である。

【図15】実施の形態にかかるシミュレーション結果の表示の一例を示す図である。

【図16】図１５の領域１２００において表示される他の画像の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、図面を参照しつつ、各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

【0024】

＜Ａ．適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態に係るシミュレーション装置１は、典型的には、ワークを搬送または加工する機器の一例であるロボットの動作を制御するアプリケーションに適用可能である。また、シミュレーション装置１は、ロボットと、ワークの搬送または加工に関連して動作する１つ以上の機器とを備えるシステムについても総合的に機器の挙動をシミュレーションできる。

【0025】

この実施の形態では、機器の一例であるロボットは、複数の関節と、各関節に対応した軸とを備える。各関節は、対応する軸の動きに連動して動作する。

【0026】

また、ロボットの動作のうち、シミュレーションの対象となる動作として、例えばワークの搬送を説明する。搬送の一例として「ピックアンドプレース」を説明する。「ピックアンドプレース」は、搬送されるワークが所定のトラッキングエリアまで到達すると、トラッキングエリア内のワークをロボットで把持して、所定エリアまで搬送し、所定エリアにワークを配置するという、ロボットによる把持・搬送・配置の一連の動作を表す。搬送には、ロボットのアームの先端に装着される「エンドエフェクタ」に相当するロボットハンドが利用される。シミュレーションの対象となるロボットのアプリケーションは、ワークの搬送に限定されず、ワークの組立てまたは加工を実施するアプリケーションであってもよい。

【0027】

この実施の形態では、「教示点」はロボットがとるべき挙動を表す位置姿勢を示す。例えば、ロボットは、ピックアンドプレースの目標軌道に対応して設定された複数の教示点に従って、位置姿勢を順次変化させることによって、ワークを目標軌道に沿って搬送することができる。

【0028】

図１は、本実施の形態に係るシミュレーション装置１の適用例を示す模式図である。図１を参照して、シミュレーション装置１は、仮想空間および仮想空間に配置されたオブジェクトを規定する仮想空間情報１０５を含む。仮想空間における各オブジェクトの挙動が算出されることで、仮想空間情報１０５の内容は適宜更新される。

【0029】

シミュレーション装置１は、シミュレーションのためのデータ群１８０を用いてシミュレーションを実施する。データ群１８０は、教示点データ１８４、１以上の教示点のそれぞれに対応して設定される可動範囲データ１８５、シミュレーションの結果において確認すべき項目を示す確認項目データ１８６、および位置姿勢データ１８７を含む。教示点データ１８４は、複数の教示点を示す。教示点データ１８４は、例えば、ピックアンドプレースの目標軌道に対応する複数の教示点を示す。可動範囲データ１８５は、１つ以上の軸のそれぞれに対応して設定された当該軸の可動範囲を示す。位置姿勢データ１８７は、生産ラインにおいてロボットの周辺に配置される周辺装置と、ケーブルと、ワークとの挙動を表す位置姿勢を示す。周辺装置は、例えば、ワーク搬送のコンベア、ワークを収容するトレイ、各種センサなどを含むが、これらに限定されない。

【0030】

シミュレーション装置１は、仮想空間に配置されたワークを搬送するロボットの挙動を算出するロボットシミュレータ１６０を含む。ロボットシミュレータ１６０は、「第１のシミュレータ」の一実施例である。シミュレーション装置１は、仮想空間をビジュアル化した画像を生成するビジュアライザ１６４を含む。ビジュアライザ１６４は、「画像生成部」の一実施例である。

【0031】

シミュレーション装置１は、当該シミュレーション装置１に対するユーザー操作２０１を受付けるユーザー操作受付部２０２と、設定ツール１９０とを含む。設定ツール１９０は、ユーザーが、シミュレーションのパラメータの設定およびシミュレーション装置１に対して指示を入力するとき、ユーザーの操作を支援する。

【0032】

設定ツール１９０は、「軸設定部」の一実施例である軸設定ツール１９１および「教示点設定部」の一実施例である教示点設定ツール１９２を含む。ユーザー操作２０１に従い、教示点設定ツール１９２は、教示点データ１８４が示す複数の教示点のうちから、１つ以上の教示点を設定する。ユーザー操作２０１に従い、軸設定ツール１９１は、設定された１つ以上の教示点のそれぞれに対応付けて、ロボットの複数の軸のうちから１つ以上の軸を設定する。ユーザー操作２０１に従い、設定ツール１９０は、設定された１つ以上の軸のそれぞれに対応付けて当該軸の可動範囲を設定する。これにより、設定ツール１９０は、ユーザーが設定した１つ以上の教示点のそれぞれに対応付けて、ユーザーが設定した１つ以上の軸のそれぞれの可動範囲を示す可動範囲データ１８５を生成し、生成された可動範囲データ１８５を格納する。

【0033】

ロボットシミュレータ１６０は、可動範囲データ１８５が示す１つ以上の教示点のそれぞれについて、仮想空間におけるロボット３０に対応の対象（以下、オブジェクトと呼ぶ）の挙動を算出するシミュレーションを実施する。具体的には、ロボットシミュレータ１６０は、教示点が示す位置姿勢と当該教示点に対応の１つ以上の軸それぞれの可動範囲とに基づいて、ロボットに対応する仮想空間に配置されたオブジェクトの挙動を算出する。ロボットシミュレータ１６０により算出される挙動の情報は、仮想空間情報１０５に反映される。本実施の形態では、仮想空間情報１０５に情報を反映するとは、仮想空間情報１０５を当該情報を記述することにより、仮想空間情報１０５を更新することを意味する。

【0034】

ビジュアライザ１６４は、仮想空間情報１０５をビジュアル化した画像を生成し、出力する。

【0035】

これらのコンポーネントおよびモジュールが互いに連携することで、現実のロボットが存在しなくても、現実のロボットがワークを搬送したときに生じるであろうロボットの挙動を正確に算出、すなわち推定できる。また、この算出は、ユーザーが設定した教示点が示す位置姿勢と、ユーザーが設定した１つ以上の軸の可動範囲とに基づいて実施される。これにより、シミュレーション装置１は、ユーザーがロボットがとり得る位置姿勢に応じて設定した各軸の可動範囲に基づき、機器の挙動をシミュレーションできる環境を提供する。

【0036】

以下、この実施の形態のより具体的な応用例について説明する。
＜Ｂ．制御システムの例＞
図２は、本実施の形態にかかる生産ラインにおけるロボットと周辺装置の一例を模式的に示す図である。シミュレーション装置１は、ＦＡの生産ラインに備えられる制御システム２のプログラマブルロジックコントローラ２００（以下、ＰＬＣ２００と呼ぶ）が制御する実機であるロボット３０を含む機器の挙動を算出することが可能なように構成される。図２を参照して、シミュレーション装置１は、たとえば、据え置き型のＰＣ（Personal Computer）、または携帯型のタブレット端末などを含む汎用コンピュータで構成される情報処理装置１００に実装され得て、情報処理装置１００は、所定のプログラムを実行することにより、ロボット３０を含む機器の挙動を算出するシミュレーションを実施する。情報処理装置１００は、ユーザーが制御システム２を運用するのを支援するための支援ツールを提供する。支援ツールは、シミュレーションの実行環境、制御システム２のための制御プログラムの設計および実行のための環境、および制御システム２の通信環境等を準備するための設定ツールを含む。これらの支援ツールには、設定ツール１９０が含まれて、例えばＵＩ（User Interface）によってユーザーに提供される。

【0037】

図２では、情報処理装置１００は、ＰＬＣ２００に通信可能に接続されているが、ＰＬＣ２００と接続されない態様で、シミュレーションを実施することもできる。

【0038】

図２を参照して、制御システム２は、ＰＬＣ２００、ロボットコントローラ３１０およびサーボモータドライバ５３１，５３２を含む。ＰＬＣ２００、ロボットコントローラ３１０およびサーボモータドライバ５３１，５３２は、フィールドネットワーク２２を介してデイジーチェーンで接続されている。フィールドネットワーク２２には、たとえば、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）が採用される。但し、フィールドネットワーク２２は、ＥｔｈｅｒＣＡＴに限定されない。ＰＬＣ２００には、ネットワークを介して情報処理装置１００が接続され得る。このネットワークには、有線または無線の任意の通信手段が採用され得る。ＰＬＣ２００および情報処理装置１００は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）に従い通信する。

【0039】

ＰＬＣ２００は、設計された制御プログラムをフィールドネットワーク２２からのセンサの出力値などを含むフィールド値に基づき実行し、実行の結果に従ってロボットコントローラ３１０またはサーボモータドライバ５３１，５３２に対して、それぞれ目標値を与えることで、ロボット３０およびコンベア２３０の搬送に関連する機器などを制御する。

【0040】

サーボモータドライバ５３１，５３２は、コンベア２３０のサーボモータ４１，４２を駆動する。サーボモータ４１，４２の回転軸にはエンコーダ２３６，２３８が配置されている。当該エンコーダは、サーボモータ４１，４２のフィードバック値として、サーボモータの位置（回転角度）、回転速度、累積回転数などをＰＬＣ２００へ出力する。

【0041】

ロボット３０とコンベア２３０は、相互に連携しながらワーク２３２を移動させる。なお、ここでは説明を簡単にするために、ワーク２３２の移動を説明するが、移動に限定されない。例えば、ロボット３０は、コンベア２３０上のトレイ９に載置されたワーク２３２を加工し、加工後のワーク２３２をピックアンドプレースによって搬送してもよい。

【0042】

この実施の形態では、図２のように、多関節型のロボット３０の一例として、垂直多関節型ロボットが示されるが、多関節型であればよく垂直多関節型に限定されない。図２では、ロボット３０の各関節に対応の軸（図示しない）を動かすための関節１３００，１３０１，１３０２，１３０３，１３０４に備えられるモータＭ（以下、各関節のモータＭを「ロボットサーボモータ」とも総称する。）と、ロボットサーボモータを駆動するロボットコントローラ３１０を例示する。同様に、コンベア２３０のドライブ装置の一例として、コンベア２３０に設けられるサーボモータ４１，４２を駆動するサーボモータドライバ５３１，５３２を例示する。

【0043】

ロボットコントローラ３１０は、ＰＬＣ２００からの目標値の指令に従い、ロボット３０のロボットサーボモータを駆動する。各ロボットサーボモータの回転軸には、対応の関節の軸が連接される。また、各ロボットサーボモータの回転軸にはエンコーダ（図示しない）が配置されている。当該エンコーダは、ロボットサーボモータのフィードバック値として、サーボモータの位置（回転角度）、回転速度、累積回転数などの回転量をロボットコントローラ３１０へ出力する。ロボットコントローラ３１０は、ロボット３０からの、回転量を示すフィールド値を、上記の指令に対する応答としてＰＬＣ２００に送信する。ＰＬＣ２００は、フィールド値を受信し、受信したフィールド値に基づき制御プログラムを実行し、実行結果に基づく目標値を示す指令をロボットコントローラ３１０に送信する。

【0044】

サーボモータドライバ５３１，５３２は、ＰＬＣ２００からの指令に従い、対応するサーボモータ４１，４２を駆動する。制御システム２は、さらに、コンベア２３０に関連して光電センサ６および開閉可能なストッパ８を備える。光電センサ６は、コンベア２３０の搬送面上に備えられるトレイ９が所定のワークトラッキングエリアの前に到達したことを検出し、検出値をＰＬＣ２００に送信する。ストッパ８は、指令に従い、トラッキングエリア内に到達したトレイ９を停止（固定）させるように閉動作する。

【0045】

ロボット３０は、コネクタ７を介して、工程に応じた種類のロボットハンド２１０が脱着自在に装着される。ロボットハンド２１０の種類は、例えば平行ハンド、多指ハンド、多指関節ハンドなどを含むが、これら限定されず、例えば吸着式によりワーク２３２を保持する種類も含み得る。

【0046】

ロボット３０は、ロボットコントローラ３１０を介して受信するＰＬＣ２００からの指令値に従い、ピックアンドプレースを実施する。具体的には、ロボット３０は、コンベア２３０上のトレイ９に載置されたワーク２３２をロボットハンド２１０によりピックし、ピックしたまま所定位置のトレイ５５までワーク２３２を移動させてトレイ５５上にワーク２３２を置く（プレースする）。ロボットハンド２１０は、指令に従い、ワーク２３２をピックまたはプレースするためのハンドの開閉動作が制御される。

【0047】

シミュレーション装置１は、ロボット３０の挙動を算出するシミュレーションプログラムと、ロボット３０の外部表面に取り付けられる電力または信号を伝送するケーブル３４１の挙動を算出するシミュレーションプログラムとを実行する。

【0048】

情報処理装置１００は、制御プログラムを、このようなシミュレーションの結果を用いて設計することができる。情報処理装置１００によって設計された制御プログラムは、ＰＬＣ２００に送信（またはダウンロード）される。

【0049】

ここでは、ロボット３０の周辺装置は、図２に示されるような、光電センサ６、ストッパ８、トレイ９、トレイ５５、コンベア２３０などを含む。

【0050】

＜Ｃ．制御と仮想空間の位置＞
図２を参照して、ロボット３０の制御と仮想空間の挙動について説明する。

【0051】

ロボット３０は、関節１３００～１３０５のロボットサーボモータそれぞれに連接される軸の動きに連動して、これら関節が動作する。各関節に繋がるアーム３０１は、軸の動きに連動して３次元の方向に位置姿勢を変更する。このような各アーム３０１の動作により、ロボット３０の挙動が実現される。

【0052】

同様に、コンベア２３０も、サーボモータ４１，４２が回転することでコンベア２３０および搬送面上のトレイ９が移動する。この移動量（移動の速度、向き、距離など）は、サーボモータ４１，４２の回転量（回転の向き、角度）により決まる。このようなサーボモータ４１，４２の駆動により、コンベア２３０およびトレイ９などの機器の挙動が実現される。

【0053】

ＰＬＣ２００は、ロボット３０の各軸の回転量を時系列に変化する目標値に従い制御し、これにより、各関節に繋がるアーム３０１の移動の速度と移動に伴う位置姿勢の変化である軌道とは、目標値に従う速度および軌道となるように変化する。

【0054】

ロボット３０の目標値は、例えばＰＬＣ２００に予め格納されている。ロボットコントローラ３１０は、ＰＬＣ２００から目標値を示す指令を受信し、受信指令が示す目標値に基づき各ロボットサーボモータの回転量を決定し、決定した回転量を指示する指令（電圧、または電流の信号）を、各ロボットサーボモータに対し出力する。

【0055】

（ｃ１．仮想空間の座標系）
本実施の形態にかかるロボット３０の関節１３００～１３０５のそれぞれに繋がるアーム３０１の３次元の仮想空間における位置姿勢を算出する過程の一例を説明する。本実施の形態のシミュレーションでは、ロボットハンド２１０と、先端のアーム３０１とは一体化された剛体として扱われる。また、本実施の形態では、３次元の仮想空間における座標系として、ロボット３０およびＰＬＣ２００などが共有するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で規定されるワールド座標系を例示する。

【0056】

シミュレーション装置１は、ワールド座標系におけるロボット３０に対応のオブジェクトの挙動、すなわち各アーム３０１に対応のオブジェクトの位置姿勢を算出する際に、例えば、関節１３００～１３０５のサーボモータの回転量を、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆとして扱う。シミュレーション装置１は、サーボモータの回転量（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）に対して、所定関数を用いた演算を施す。これにより、シミュレーション装置１は、先端の関節１３００に繋がるアーム３０１の仮想空間における位置姿勢を示す値ＰＡ（ｘ，ｙ，ｚ，ｘα，ｙβ，zγ）を算出する。シミュレーション装置１は、関節１３０１～１３０５それぞれに繋がるアーム３０１についても、上記と同様の演算により、位置姿勢を示す値ＰＡ（ｘ，ｙ，ｚ，ｘα，ｙβ，zγ）を算出する。これにより、シミュレーション装置１は、ロボット３０の各アーム３０１に対応するオブジェクトの仮想空間における挙動、すなわちロボット３０に対応するオブジェクトの挙動を算出することができる。上記に述べた挙動を示す値ＰＡ（ｘ，ｙ，ｚ，ｘα，ｙβ，zγ）は、位置として仮想空間における座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、姿勢としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸についての加速度成分であるロール角α、ピッチ角βおよびヨー角γの値（ｘα，ｙβ，zγ）との組合せで示される。

【0057】

シミュレーション装置１は、ロボット３０に対応するオブジェクトの仮想空間における挙動（位置姿勢）を算出し、算出された挙動を仮想空間情報１０５に反映する。

【0058】

＜Ｄ．制御システムの全体構成＞
次に、本実施の形態にかかるシミュレーション装置１のハードウェア構成の一例について説明する。

【0059】

図３は、本実施の形態にかかるシミュレーション装置１を実現するためのハードウェア構成の一例を示す模式図である。本実施の形態では、シミュレーション装置１は、図３に示すような情報処理装置１００に実装され得る。具体的には、情報処理装置１００のプロセッサ１０２が必要なプログラムを実行することでシミュレーション装置１が実現される。

【0060】

情報処理装置１００は、主たるコンポーネントとして、ＯＳ（Operating System）および後述するような各種プログラムを実行するプロセッサ１０２と、プログラムを実行するために必要なデータを格納する領域および作業領域を提供する主メモリ１０４と、キーボードやマウスなどのユーザ操作を受付ける「操作受付部」を構成する操作ユニット１０６と、ディスプレイ１０９、各種インジケータ、プリンタなどの出力ユニット１０８と、ＰＬＣ２００と通信するためのネットワークを含む各種ネットワークに接続されるネットワークインターフェイス１１０と、光学ドライブ１１２と、外部装置と通信するローカル通信インターフェイス１１６と、ストレージ１２０とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス１１８などを介して相互にデータ通信可能に接続される。

【0061】

情報処理装置１００は、光学ドライブ１１２によって、コンピュータ読取可能なプログラムを非一時的に格納する光学記憶媒体（例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）など）を含むコンピュータ読取可能な記憶媒体１１４から、各種プログラムまたはデータを読取ってストレージ１２０などにインストールする。

【0062】

情報処理装置１００で実行される各種プログラムまたはデータは、コンピュータ読取可能な記憶媒体１１４を介してインストールされてもよいが、ネットワーク上の図示しないサーバ装置などからネットワークインターフェイス１１０を介してダウンロードする態様でインストールされてもよい。

【0063】

ストレージ１２０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Flash Solid State Drive）などで構成され、プロセッサ１０２で実行されるプログラムを格納する。具体的には、ストレージ１２０は、本実施の形態にかかるシミュレーションを実現するためのシミュレーションプログラムとして、物理シミュレーションプログラム１２２と、周辺情報設定プログラム１２５と、設定ツールプログラム１２６と、範囲変更プログラム１２８と、ロボットシミュレーションプログラム１３０と、統合プログラム１３６とを格納する。また、ストレージ１２０は、シミュレーションの結果を出力するために画像処理プログラム１３３と、シミュレーションの結果を評価するための評価プログラム１３５とを含む。また、ストレージ１２０は、シミュレーションのためのデータとして、物理シミュレーションパラメータ１２４と、ロボット３０に対応するオブジェクトの挙動の再現に必要なパラメータを含むロボットパラメータ１３２と、図１に示されたデータ群１８０と、仮想空間におけるオブジェクトをビジュアライズするための画像データ１３７とを格納する。

【0064】

物理シミュレーションプログラム１２２は、実行されると、物理シミュレーションパラメータ１２４を用いた物理演算によって対象の挙動を算出する。物理シミュレーションプログラム１２２は、ケーブル３４１に対応する仮想空間におけるオブジェクトの挙動を算出し、算出された挙動の情報を出力するケーブルシミュレーションプログラム１３１を含む。

【0065】

統合プログラム１３６は、実行されると、物理シミュレーションプログラム１２２と、周辺情報設定プログラム１２５と、ロボットシミュレーションプログラム１３０とを互いに連携させるための処理を実現する。具体的には、統合プログラム１３６は、典型的には主メモリ１０４上に、仮想空間のオブジェクトの状態を記述する仮想空間情報１０５を生成および更新する。物理シミュレーションプログラム１２２と、周辺情報設定プログラム１２５と、ロボットシミュレーションプログラム１３０の実行結果を示す情報を受付けて、仮想空間情報１０５に反映する。統合プログラム１３６が提供する機能は、周辺装置と、ロボットハンド２１０を有するロボット３０と、ケーブル３４１との間の連携に従う挙動および処理を再現する。

【0066】

画像処理プログラム１３３は、仮想空間情報１０５の各オブジェクトの挙動を示す情報と、画像データ１３７とを用いて、３Ｄ（three-dimensional）ビジュアライズデータを生成し、ディスプレイ１０９に出力する。ディスプレイ１０９は、３Ｄビジュアライズデータが示す描画データに従って駆動されることにより、仮想空間におけるオブジェクトの挙動を立体視可能な画像として表示する。画像データ１３７は、ロボット３０のオブジェクトと、周辺装置のオブジェクトと、ロボットハンド２１０のオブジェクトと、ケーブル３４１のオブジェクトと、ワーク２３２のオブジェクトなどを、それぞれ描画するための画像データであって、例えばＣＡＤ（Computer Aided Design）データを含む。

【0067】

評価プログラム１３５は、シミュレーションの結果を評価する評価処理を実施する。評価処理の詳細は後述する。

【0068】

図３には、単一の情報処理装置１００でシミュレーション装置１を実現する例を示したが、複数の情報処理装置を連係させてシミュレーション装置１を実現するようにしてもよい。この場合には、シミュレーション装置１を実現するために必要な処理の一部を情報処理装置１００で実行させるとともに、残りの処理をネットワーク上のサーバ（クラウド）などで実行するようにしてもよい。

【0069】

＜Ｅ．機能構成＞
次に、本実施の形態にかかるシミュレーション装置１の機能構成の一例について説明する。図４は、本実施の形態にかかるシミュレーション装置１を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。図４に示す機能は、典型的には、情報処理装置１００のプロセッサ１０２がプログラムを実行することで実現される。

【0070】

図４を参照して、シミュレーション装置１は、その機能構成として、仮想空間情報管理モジュール１５０と、ケーブルシミュレータ１５４と、評価モジュール１５５と、ロボットシミュレータ１６０と、周辺情報設定モジュール１７０と、ビジュアライザ１６４と、範囲変更モジュール１６６と、設定ツール１９０とを含む。

【0071】

仮想空間情報管理モジュール１５０は、統合プログラム１３６（図３）が実行されることで実現され、シミュレーションが実施される仮想空間の各オブジェクトの挙動を表す位置姿勢などの情報を規定する仮想空間情報１０５を管理する。

【0072】

ケーブルシミュレータ１５４は、ケーブルシミュレーションプログラム１３１が実行されることで実現される。具体的には、ケーブルシミュレータ１５４は、ロボット３０の挙動の情報に従い、物理シミュレーションパラメータ１２４に基づきケーブル３４１に対応するオブジェクトの挙動を算出し、算出された挙動の情報を、仮想空間情報１０５に反映する。

【0073】

評価モジュール１５５は、シミュレーションの結果を評価し、評価結果をディスプレイ１０９などの出力ユニット１０８を介して出力する。具体的には、評価モジュール１５５は、評価プログラム１３５が実行されることにより実現される。評価モジュール１５５は、シミュレーションの結果である仮想空間情報１０５が示す各オブジェクトの挙動の情報に基づきオブジェクトどうしの干渉の有無を検出するとともに、ケーブル３４１の破損の可能性の有無を検出することにより、評価を実施する。オブジェクトどうしの干渉の有無およびケーブル３４１の破損の可能性の有無を検出する処理は後述する。

【0074】

ロボットシミュレータ１６０は、ロボットシミュレーションプログラム１３０が実行されることで実現される。ロボットシミュレータ１６０は、ロボットパラメータ１３２およびデータ群１８０の教示点データ１８４が示す位置姿勢および設定ツール１９０を介してユーザーにより選択された各軸の可動範囲に基づいて、ロボット３０に対応する仮想空間に配置された各アーム３０１に対応するオブジェクトの挙動、すなわちロボット３０の挙動を算出する。ロボットシミュレータ１６０により算出されるロボット３０の挙動の情報は、仮想空間情報１０５に反映される。

【0075】

ビジュアライザ１６４は、画像処理プログラム１３３が実行されることで実現される。ビジュアライザ１６４は、仮想空間情報管理モジュール１５０が管理する仮想空間情報１０５に基づいて、仮想空間の各オブジェクト（周辺装置、ロボットハンド２１０を装着すするロボット３０、ケーブル３４１など）の挙動をビジュアル化して描画する画像データを生成する。

【0076】

範囲変更モジュール１６６は、範囲変更プログラム１２８が実行されることにより実現される。範囲変更モジュール１６６は、ユーザーが設定した軸の可動範囲を変更する。これにより、データ群１８０の可動範囲データ１８５が変更される。ロボットシミュレータ１６０は、変更後の可動範囲データ１８５を有するデータ群１８０を用いて、再度、シミュレーションを実施することができる。

【0077】

周辺情報設定モジュール１７０は、周辺情報設定プログラム１２５が実行されることにより実現される。周辺情報設定モジュール１７０は、データ群１８０から周辺装置およびワーク２３２の挙動（位置姿勢）を示す情報を検索する。検索された挙動の情報は、仮想空間情報１０５に反映される。

【0078】

設定ツール１９０は、設定ツールプログラム１２６が実行されることにより実現される。設定ツール１９０は、ユーザー操作に従い、ロボット３０が有する複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各１つ以上の軸の可動範囲を、ロボット３０の教示点に関連付けて設定する。設定された情報は、データ群１８０の可動範囲データ１８５として格納される。

【0079】

図４に示すような各機能が互いに連携することで、シミュレーション対象のワーク搬送システムを構成するロボットハンド２１０を有したロボット３０、周辺装置、ワーク２３２およびケーブル３４１などの挙動を再現できる。

【0080】

＜Ｆ．ケーブルシミュレーション＞
ケーブルシミュレータ１５４は、ロボット３０に取付けられるケーブル３４１に対応するオブジェクトの３次元の仮想空間における挙動を算出するケーブルシミュレーションを実行する。この３次元の仮想空間は、ロボット３０の挙動を算出するための３次元の仮想空間と同一の空間である。

【0081】

ケーブルシミュレーションは、仮想空間情報１０５が示すロボット３０の挙動に基づいて、ケーブル３４１に対応するオブジェクトの挙動を算出する。

【0082】

実施の形態では、仮想空間情報１０５が示すロボット３０の挙動は、ユーザーが設定した可動範囲内で軸の姿勢を所定量（後述するΔＡＲ）ずつ変化させる毎に、変化後の軸の姿勢に基づきロボットシミュレータ１６０によって算出されたロボット３０の時系列の挙動を示す。

【0083】

ケーブルシミュレータ１５４は、「第２のシミュレータ」の一実施例である。ケーブルシミュレータ１５４は、３次元の仮想空間におけるロボット３０の時系列の挙動、例えば位置に基づき、ケーブル３４１のロボット３０への取付けに関するケーブルパラメータを用いて、ロボット３０と同一仮想空間に配置されたケーブル３４１の挙動を算出する。ケーブルパラメータは、例えば、ケーブル３４１の長さ、ケーブル３４１の取付け位置（すなわち、ロボット３０のアームにおけるケーブルの取付位置）などを含むが、これらに限定されない。例えば、挙動に影響を及ぼすようなパラメータ、例えばケーブル３４１の材料に依存するパラメータ（例えば、ケーブル３４１の硬さを表すパラメータ）を含んでもよい。ケーブルパラメータは、物理シミュレーションパラメータ１２４として設定される。

【0084】

具体的には、ケーブルシミュレータ１５４は、物理シミュレーションパラメータ１２４を用いて、物理シミュレーションを実行する。この物理シミュレーションは、ケーブル３４１に対応するオブジェクトを、隣接する剛体間をジョイントで接合することで複数の剛体が連なるモデル化された剛体リンクとして扱う。

【0085】

ケーブルシミュレーションは、ロボット３０に対応する３次元の仮想空間におけるオブジェクトの所与の挙動に基づき、ケーブルパラメータを用いて、剛体リンクのモデルを表す拘束条件を含む所定の拘束方程式を演算することによって、ケーブル３４１に対応するオブジェクトの３次元の仮想空間における挙動を算出する。ケーブル３４１に対応するオブジェクトの挙動は、３次元の仮想空間におけるＸ，Ｙ，Ｚの各軸における当該オブジェクトの位置と姿勢を含む。この姿勢は、より特定的には、剛体リンクを構成する各剛体の例えばＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸についての加速度成分であるロール角α、ピッチ角βおよびヨー角γの組合せで示される。

【0086】

＜Ｇ．軸の可動範囲＞
ロボット３０の各関節に対応した軸の可動範囲を説明する。図５は、実施の形態にかかるロボット３０の各軸の可動範囲の一例を模式的に示す図である。図５を参照して、ロボット３０の関節１３００，１３０１，１３０２，１３０３，１３０４のそれぞれに備えられるロボットサーボモータＭが、ロボットコントローラ３１０からの指令に基づく回転量に従い駆動されると、各関節に対応の軸は回転量に従い動く。本実施の形態では、関節１３００，１３０１，１３０２，１３０３，１３０４，１３０５それぞれに対応の軸を、第６の軸、第５の軸、第４の軸、第３の軸、第２の軸、第１の軸とそれぞれ区別して称する。

【0087】

これら６個の各軸に対応する関節に繋がるアーム３０１は、軸の動きに連動して、図中の矢印１４００～１４０５に示されるような、３次元の方向に挙動を変化させる。例えば、矢印１４００は手首のアーム３０１を曲げる方向の挙動を示し、矢印１４０１は手首のアーム３０１を旋回する方向の挙動を示し、矢印１４０２と１４０３は、上腕のアーム３０１を上下に動かす方向の挙動を示し、矢印１４０４は下腕のアーム３０１を前後に動かす方向の挙動を示し、矢印１４０５は下腕のアーム３０１を旋回させる方向の挙動を示す。

【0088】

ユーザーは、矢印１４００～１４０５が示す各軸の可動範囲を、設定ツール１９０を介して、データ群１８０に可動範囲データ１８５として設定することができる。ロボットシミュレータ１６０は、ユーザーが各軸について設定した可動範囲に従って、シミュレーションを実施することにより、ロボット３０の挙動を算出する。

【0089】

＜Ｈ．データ群１８０と設定＞
データ群１８０のデータと当該データの設定について説明する。

【0090】

（ｈ１．教示点データと周辺データ）
図６は、実施の形態にかかる教示点データ１８４と位置姿勢データ１８７の一例を示す図である。図６を参照して、ロボット３０の複数の教示点１８４１と、各教示点１８４１に対応付けて位置姿勢データ１８７が示される。複数の教示点１８４１は、例えば、ピックアンドプレースの目標軌道に対応して設定された複数の教示点１８４１を示す。例えば、ロボット３０は、アーム先端の位置姿勢を、複数の教示点１８４１に従って、例えばＬＯＣ１→ＬＯＣ２→ＬＯＣ３→…ＬＯＣｉ→…と順次変化させることによって、ワーク２３２を目標軌道に沿って搬送することができる。

【0091】

各教示点１８４１に対応の位置姿勢データ１８７は、ロボット３０が当該教示点が示す位置姿勢をとる場合に、周辺装置、ケーブル３４１およびワーク２３２がとるであろう位置姿勢を示す。例えば、ロボット３０が教示点１８４１としてＬＯＣ１をとる場合、周辺装置、ケーブル３４１およびワーク２３２は、それぞれ、位置姿勢ＰＡ１、ＰＣ１およびＰＤ１をとることを示す。図６のデータは、予め設定される。

【0092】

（ｈ２．軸の選択と可動範囲の設定）
図７は、実施の形態にかかる設定ツール１９０が提供するＵＩの画面の一例を模式的に示す図である。図７を参照して、ディスプレイ１０９の画面は、領域１０９１と１０９２とを含む。領域１０９１には、ロボット３０の外形をモデル化した画像が表示されて、領域１０９２には、ロボット３０の軸毎の可動範囲の設定値が表示される。ユーザーは、操作ユニット１０６を介して、領域１０９１のロボット３０のモデル画像の姿勢を変化させることができる。

【0093】

領域１０９２では、例えば、ロボット３０の教示点“ＬＯＣ１”に対応して、第１の軸、第２の軸、第３の軸、第４の軸、第５の軸および第６の軸の６個の軸のそれぞれについて、当該軸の現在の傾き角度（姿勢）を表す現在値１６２７と、当該軸の現在の可動範囲の設定値が表示される。現在値１６２７は、領域１０９１で表示されるロボット３０のモデルの姿勢に対応した各軸の角度を示す。可動範囲の設定値は、下限値１６２８と上限値１６２９の組合せで示される。なお、教示点は、“ＬＯＣ１”に限定されず、ユーザーは、他の教示点についても同様に各軸の可動範囲を設定することができる。

【0094】

ユーザーは、教示点“ＬＯＣ１”に対応して１つ以上の軸の可動範囲を設定する場合、操作ユニット１０６を操作する。設定ツール１９０はユーザー操作２０１を受付けて、受付けたユーザー操作２０１に基づき、６個の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各１つ以上の軸の可動範囲を教示点“ＬＯＣ１”に関連付けて設定する。

【0095】

例えば、図７では、設定ツール１９０は、受付けたユーザー操作２０１に従い、６個の軸のうちから第２の軸、第３の軸、第５の軸、および第６の軸を選択し、選択された各軸の可動範囲を設定する。設定ツール１９０は、ユーザー操作２０１に基づく設定を、可動範囲データ１８５としてデータ群１８０に設定する。

【0096】

ユーザーは、可動範囲を数値で設定できるが、領域１０９１のモデル画像を操作することで感覚的に可動範囲を設定することもできる。具体的には、設定ツール１９０は、領域１０９１のロボット３０のモデルの姿勢を変更するユーザーの操作量、より特定的にはモデルのアームの姿勢を変更する操作量１０９３を検出し、検出した操作量１０９３を軸の可動範囲（下限値１６２８と上限値１６２９の組）に変換して設定する。

【0097】

（ｈ３．可動範囲データ）
図８は、実施の形態にかかる可動範囲データ１８５の一例を模式的に示す図である。図８を参照して、可動範囲データ１８５は、教示点“ＬＯＣ１”に対応して、ユーザーによって選択された１つ以上の軸１６２２と、軸１６２２のそれぞれに対応して、ユーザーにより設定された可動範囲１６２４とを含む。可動範囲１６２４は、下限値１６２８と上限値１６２９の組合せで示される。なお、非選択の軸の可動範囲１６２４は、教示点“ＬＯＣ１”に対応のデフォルト値が設定される。図８は、教示点“ＬＯＣ１”について設定される各軸に対応の可動範囲データ１８５を示したが、他の教示点についても同様に各軸に対応の可動範囲データ１８５を設定することができる。

【0098】

（ｈ４．確認項目データ１８６）
図９は、実施の形態にかかる確認項目データ１８６の一例を模式的に示す図である。確認項目データ１８６は、ユーザーが設定した各軸の可動範囲が適切であるか否か、すなわシミュレーションにおいて異常が発生していないか否かを評価するために、シミュレーションの結果を用いて確認するべき確認項目１６３０を示す。確認項目１６３０は、例えば、「ロボットと周辺装置の干渉」１６３１と、「ロボットとハンドの干渉」１６３２と、「ハンドと周辺装置の干渉」１６３３と、「ケーブルの破損」１６３４とを含む。確認項目１６３０の種類は、これらに限定されない。

【0099】

ユーザーは、異常の確認項目１６３０のうちから１つ以上を選択する。具体的には、設定ツール１９０は、ユーザー操作２０１に基づき、複数の確認項目のうちから１つ以上の確認項目を選択し、選択された確認項目を確認項目データ１８６として設定する。図９の確認項目データ１８６では、例えば、「ロボットと周辺装置の干渉」１６３１と、「ロボットとハンドの干渉」１６３２と、「ケーブルの破損」１６３４とが確認するべき項目として設定されている。

【0100】

＜Ｉ．オブジェクトの干渉とケーブルの破損の検出＞
評価モジュール１５５は、シミュレーション装置１によって実施されたシミュレーションの結果を評価する。具体的には、評価モジュール１５５は、シミュレーション結果である仮想空間情報１０５が示すオブジェクトの位置姿勢に基づき、オブジェクトどうしの干渉の有無の検出、およびケーブル３４１の破損の可能性を検出する。

【0101】

（ｉ１．干渉の検出）
評価モジュール１５５は、仮想空間情報１０５が示す各オブジェクトの位置姿勢に基づき、「干渉」の有無を検出する。例えば、「干渉」は、仮想的空間におけるロボット３０に対応のオブジェクトと、当該オブジェクトとは異なる１つ以上のオブジェクトが配置される。異なるオブジェクトは、周辺装置、ワーク２３２、ケーブル３４１などに対応するオブジェクトを含む。

【0102】

「干渉」は、ロボット３０のオブジェクトおよび異なるオブジェクトからなる複数のオブジェクトのうちのいずれかのオブジェクトの座標（これを、座標Ｐとする）と他のオブジェクトの座標（これを、座標Ｑとする）との両者間の相対的な関係が特定の位置関係を示すとの条件が満たされるとき、「干渉」が有ると検知される。

【0103】

特定の位置関係は、例えば、両者の距離が、閾値以下の距離を含む特定距離であるとことを含む。また、特定位置関係は、例えば、ロボット３０の関節に対応の軸の可動範囲を連続的に変化させながらシミュレーションを実施する場合に、ロボット３０の挙動（より特定的には各アームの挙動）を示す座標Ｐと次位の座標Ｐとを結ぶ軌跡が、他のオブジェクトの座標Ｑと交差したこと等を含む。オブジェクトどうしの「干渉」を検出するための、特定の位置関係は、これらの位置関係に限定されない。

【0104】

上記に述べた閾値は、各オブジェクトのサイズ（幅、高さなど）に基づく値であってもよく、例えば、閾値またはオブジェクトのサイズは、例えば画像データ１３７の各オブジェクトのＣＡＤデータに含まれ得る。

【0105】

（ｉ２．ケーブル破損の可能性の検出）
評価モジュール１５５は、ケーブルシミュレータ１５４が算出したケーブル３４１に対応するオブジェクトの挙動に基づき、ケーブルの破損の可能性の有無を検出する。これにより、ケーブルに対応するオブジェクトの挙動が評価される。評価モジュール１５５は、例えば、ケーブル３４１のオブジェクトの挙動から算出される当該オブジェクトにかかる負荷、より特定的には挙動に影響を及ぼすような種類の負荷に基づき、当該挙動を評価する。このような負荷の種類は、限定されないが、例えば伸び、曲げおよびひねり等の少なくとも１つを含み得る。

【0106】

具体的には、評価モジュール１５５は、ケーブル３４１のオブジェクトの挙動に基づき、負荷を算出し、算出された負荷が所定条件を満たすと判定したとき、ケーブル３４１は破損する可能性がある検出し、当該所定条件が満たされないと判定したとき破損する可能性はないと検出する。評価モジュール１５５は、検出の結果を示す評価結果を出力する。

【0107】

上記の所定条件は、例えば、算出された曲げ半径が、ケーブル３４１の最小曲げ半径（ケーブル３４１の仕様によって指定された値）を超えるとの条件を示す。なお、この所定条件は、曲げ半径の条件に限定されない。

【0108】

＜Ｊ．処理手順＞
図１０と図１１は、実施の形態にかかるシミュレーション装置１において実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。図１２と図１３は、実施の形態にかかるシミュレーションの態様を模式的に示す図である。図１４は、実施の形態にかかる可動範囲の変更の一例を模式的に示す図である。

【0109】

図１０と図１１に示す各ステップは、典型的には、情報処理装置１００のプロセッサ１０２がプログラム（物理シミュレーションプログラム１２２、設定ツールプログラム１２６、範囲変更プログラム１２８、ロボットシミュレーションプログラム１３０、画像処理プログラム１３３、評価プログラム１３５、および、統合プログラム１３６など）を実行することで実現される。

【0110】

シミュレーションの実施に際して、ユーザーは操作ユニット１０６を操作して、情報処理装置１００に対して、シミュレーションのための設定を実施する。情報処理装置１００は、操作ユニット１０６を介して受付けるユーザー操作２０１に基づき、シミュレーションのための設定を受付ける（ステップＳ３～Ｓ９）。

【0111】

具体的には、情報処理装置１００は、ユーザー操作２０１に基づき複数の教示点のうちから選択された１つの教示点の設定（ステップＳ３）、複数の軸のうちから選択された１つ以上の軸の設定（ステップＳ５）、選択された各軸の可動範囲の設定（ステップＳ７）、および複数の異常の確認項目のうちから選択された１つ以上の確認項目の設定（ステップＳ９）を受付ける。情報処理装置１００は、ステップＳ３～Ｓ９において受付けた設定を、可動範囲データ１８５および確認項目データ１８６として格納する。ここでは、ステップＳ３において、例えば、教示点“ＬＯＣ１”が設定される。なお、他の教示点であっても、図１０の処理によって、各軸の可動範囲を設定することができる。

【0112】

情報処理装置１００は、ユーザー操作２０１に基づき、シミュレーションの実行開始の指示を受付けると（ステップＳ１０）、情報処理装置１００は、ステップＳ３～ステップＳ７で受付られた設定に基づきシミュレーションの処理を実施する（ステップＳ１１）。実施の形態では、ステップＳ５で設定された軸毎に、当該軸について設定された可動範囲１６２４を用いてステップＳ１１のシミュレーションが実行される。以下では、シミュレーションの対象となっている軸を、他の軸と区別するために「対象軸」と呼ぶ。

【0113】

シミュレーションが実行されることによって、仮想空間情報１０５には、仮想空間における周辺装置、ワーク２３２、ロボットハンド２１０を有するロボット３０およびケーブル３４１のそれぞれに対応するオブジェクトの挙動を示す情報が反映される。

【0114】

情報処理装置１００は、仮想空間情報１０５に反映されたオブジェクトの挙動を示す情報に基づき、シミュレーションの結果を評価するとともに、評価の結果を示す評価情報を出力（表示）する（ステップＳ１２）。情報処理装置１００は、確認項目データ１８６が示す１つ以上の確認項目１６３０のそれぞれについて、仮想空間情報１０５が示す各オブジェクトの挙動を示す情報に基づき、干渉の有無を検出し、または、ケーブル破損の可能性を検出する。

【0115】

情報処理装置１００は、ユーザー操作２０１に基づき、「対象軸」の可動範囲を変更するか否かを判定する（ステップＳ１３）。情報処理装置１００は、「対象軸」の可動範囲を変更しないと判定すると（ステップＳ１３でＮＯ）、可動範囲データ１８５において設定された全ての軸についてシミュレーションが実施されたか否かを判定する（ステップＳ１５）。情報処理装置１００は、未だ全ての軸についてシミュレーションが実施されていないと判定すると（ステップＳ１５でＮＯ）、「対象軸」を可動範囲データ１８５が示す次の軸に変更し、変更後の「対象軸」についてシミュレーションを実施する（ステップＳ１１）。全ての軸についてシミュレーションが実施されたと判定されると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、処理は終了する。

【0116】

情報処理装置１００は、ユーザー操作２０１に基づき、「対象軸」の可動範囲を変更すると判定すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、情報処理装置１００は、可動範囲データ１８５における「対象軸」の可動範囲１６２４を変更する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ１１において「対象軸」について、変更後の可動範囲１６２４を用いてシミュレーションが実施される。

【0117】

ステップＳ１３では、例えば、ユーザーは、シミュレーションの評価結果が「干渉」または「ケーブル破損の可能性」が検知されたことを示す場合は、情報処理装置１００に対して対象軸の可動範囲を変更するよう指示する操作を実施する。

【0118】

ステップＳ１６では、ユーザーの指示に応答して、情報処理装置１００は範囲変更モジュール１６６として、「対象軸」の可動範囲を変更する。例えば、図１４に示すように、可動範囲データ１８５における「対象軸」である例えば第２の軸の下限値を小さくするように変更し、また、「対象軸」である例えば第５の軸の上限値を小さくするように変更する。

【0119】

図１０の処理によれば、ユーザーは、ステップＳ１２で出力されるシミュレーションの評価結果から、対象軸の可動範囲１６２４を変更して、変更後の可動範囲１６２４を用いてシミュレーションを再度、実施するべきか否かの判断基準を得ることができる。

【0120】

したがって、対象軸の可動範囲１６２４を変更しながら、シミュレーションを繰返し実施することにより、ユーザーは、対象軸の可動範囲１６２４を最適値、すなわち干渉およびケーブル破損の可能性がない値に調整することができる。

【0121】

図１１を参照して、ステップＳ１１のシミュレーションの処理手順を説明する。図１１のシミュレーションでは、「対象軸」の姿勢（軸のロール角α、ピッチ角βおよびヨー角γの組合せ）を表す変数ＡＲを用いる。変数ＡＲの値は、「対象軸」の可動範囲１６２４が示す下限値１６２８～上限値１６２９の範囲で、ΔＡＲの値だけ加算（または減算）され得る。ΔＡＲは、限定されないが、例えば角度として１度とすることができて、ユーザーが設定することもできる。

【0122】

まず、情報処理装置１００は、「対象軸」の姿勢として初期値が設定された変数ＡＲを用いてロボットシミュレーションを実施する（ステップＳ３１）。情報処理装置１００は、シミュレーションの対象となっている教示点ＬＯＣ（ｉ）が示すロボット３０の挙動（位置姿勢）に基づき、変数ＡＲの角度だけ「対象軸」の角度を変化させた場合の挙動、すなわちロボット３０に対応する仮想空間のオブジェクトの挙動を算出する。この算出は、（ｃ１．仮想空間の座標系）で示された方法を用いることができる。

【0123】

情報処理装置１００は、シミュレーションによって算出されたロボット３０に対応のオブジェクトの仮想空間における挙動を、仮想空間情報１０５に反映する。情報処理装置１００は、（ＡＲ＝ＡＲ＋ΔＡＲ）に従い変数ＡＲの値をΔＡＲの所定値ずつ更新し（ステップＳ３３）、更新後の変数ＡＲの値が「対象軸」の可動範囲１６２４内の値であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。

【0124】

変数ＡＲは可動範囲１６２４内の値を示すと判定されると（ステップＳ３５でＹＥＳ）、情報処理装置１００は、更新後の値が設定された変数ＡＲを用いてロボットシミュレーションを実施する（ステップＳ３１）。ステップＳ３０～Ｓ３５では、「対象軸」の姿勢を可動範囲１６２４内でΔＡＲずつ変化させる毎にロボット３０に対応するオブジェクトの挙動が算出されて、算出された挙動は仮想空間情報１０５に反映される。したがって、仮想空間情報１０５には、仮想空間におけるロボット３０に対応するオブジェクトの時系列に変化する挙動が反映される。

【0125】

変数ＡＲは可動範囲１６２４内の値を示さないと判定されると（ステップＳ３５でＮＯ）、情報処理装置１００は、周辺装置などの挙動の情報を設定する（ステップＳ３７）。具体的には、情報処理装置１００は、教示点“ＬＯＣ１”に対応する位置姿勢データ１８７をデータ群１８０から検索し、検索された位置姿勢データ１８７を仮想空間情報１０５に反映する。これにより、仮想空間情報１０５には、ロボット３０が教示点“ＬＯＣ１”の位置姿勢をとった場合の周辺装置、ケーブル３４１およびワーク２３２に対応するオブジェクトの位置姿勢が反映される。

【0126】

情報処理装置１００は、ステップＳ３１～Ｓ３３で算出されたロボット３０のオブジェクトの時系列の挙動に基づき、ケーブルシミュレーションを実施する（ステップＳ３９）。ケーブルシミュレーションにより算出されたオブジェクトの挙動の時系列の変化は、仮想空間情報１０５に反映される。

【0127】

図１１の処理によって、仮想空間情報１０５には、ロボット３０が教示点“ＬＯＣ１”が示す位置姿勢をとった場合における、周辺装置、ケーブル３４１およびワーク２３２に対応するオブジェクトの位置姿勢と、「対象軸」の姿勢を可動範囲１６２４で変化させて得られたロボット３０のオブジェクトの時系列の挙動と、当該時系列の挙動に連動したケーブル３４１のオブジェクトの時系列の挙動とが反映される。

【0128】

図１２には、第５の軸が「対象軸」である場合のシミュレーションにおける可動範囲が模式的に示され、図１３には、第６の軸が「対象軸」である場合のシミュレーションにおける可動範囲が模式的に示される。

【0129】

＜Ｋ．シミュレーション結果と評価の表示＞
図１５は、実施の形態にかかるシミュレーション結果の表示の一例を示す図である。例えば、図１０のステップＳ１２でディスプレイ１０９に表示される画面の一例が示される。図１５の画面では、領域１１００に、シミュレーション結果として可動範囲データ１０９６と、異常の確認項目毎の確認結果１０９７と、対象軸の可動範囲の設定を変更するか否かを選択するために操作されるボタン１０９８とが表示される。ボタン１０９８は、ステップＳ１３において、ユーザーによって操作される。

【0130】

シミュレーション結果として可動範囲データ１０９６は、例えば、第２の軸を「対象軸」とした場合のシミュレーション終了時における可動範囲の設定値を示す。確認結果１０９７は、ユーザーがステップＳ９において設定した確認項目毎に、オブジェクトどうしの干渉の有無、またはケーブルの破損の可能性の有無の評価の結果を示す。また、確認結果１０９７は、ユーザーが操作可能なボタン１０９９を含む。

【0131】

情報処理装置１００は、ボタン１０９９が操作されると、検出された異常を表す画像を領域１２００に表示（再生）する。画像は、オブジェクトどうしの干渉が有る場合は異常（干渉）が発生する状態を表す画像を含み、また、ケーブルの破損の可能性が有る場合は異常（破損の可能性）が発生する状態を表す画像を含む。情報処理装置１００は、領域１２００に、異常が発生したときの「対象軸」の識別子と、その姿勢（例えば、変数ＡＲが示す角度）を示すデータ１０２１を表示する。図１２の領域１２００の画像は、例えば、「対象軸」である第２の軸の姿勢の変数ＡＲが５２度を示す場合に、ロボット３０のアーム３０１が周辺装置（例えば、トレイ５５）と干渉したことを示すポリゴンマーク３４２を含む。

【0132】

図１６は、図１５の領域１２００において表示される他の画像の一例を示す図である。図１６の画像は、ケーブルの破損の可能性が有る場合の画像である。画像は、「対象軸」である第６の軸付近のケーブル３４１に破損の可能性があることを示すポリゴンマーク３４２を含む。

【0133】

＜Ｌ．プログラム＞
シミュレーションは、図３の情報処理装置１００のプロセッサ１０２がストレージ１２０などのメモリに格納されるプログラムを実行することにより提供される構成を例示したが、これらの提供される構成の一部または全部を、専用のハードウェア回路（たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、情報処理装置１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェアを用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳを並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。

【0134】

また、情報処理装置１００は、プロセッサを複数個備えてもよい。この場合は、ケーブルシミュレーションは、複数のプロセッサにより実行することが可能である。また、プロセッサ１０２が複数のコアを含む場合は、ケーブルシミュレーションは、プロセッサ１０２内の複数のコアにより実行することが可能である。

【0135】

情報処理装置１００の記憶媒体１１４は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的または化学的作用によって蓄積する媒体である。情報処理装置１００のプロセッサ１０２は、これら記憶媒体から、上記に述べたケーブルシミュレーションにかかるプログラムまたはパラメータを取得してもよい。

【0136】

＜Ｍ．利点＞
実施の形態にかかるシミュレーションを利用することにより、ロボット３０の各関節に対応の軸の可動範囲を、干渉およびケーブル破損を回避可能な範囲である適正範囲となるように調整することができる。また、シミュレーションでは、「対象軸」の初期設定の可動範囲１６２４（下限値１６２８および上限値１６２９）は、干渉およびケーブル破損の可能性が検出されると、狭める方向に変更される。これにより、「対象軸」の可動範囲１６２４を、可能な限り広い範囲に決定することができる。「対象軸」の可動範囲１６２４は可能な限り広い範囲に決定されることで、ロボット３０の可動範囲も可能な限り広い範囲に設定することができる。設定された各軸の可動範囲は、ＰＬＣ２００が実行するロボット制御プログラムが参照する可動範囲の閾値に設定することができる。

【0137】

実施の形態の背景として、ロボット３０が備えられる生産ラインでは、例えばワーク搬送を行う際に、ロボット３０は、教示時の姿勢とは異なる姿勢で教示点に移動するケースが発生する。例えば、画像センサでワーク２３２の姿勢を検知し、検知結果に応じて、ピック位置またはプレース位置が現場で補正される場合は、ロボットの姿勢も補正されて、その結果、ロボット３０の姿勢は、ロボット制御プログラムによって設計された姿勢とは異なる姿勢をとるケースが発生する。

【0138】

このようなケースであっても、ロボット制御プログラムが参照する可動範囲は、シミュレーションによって決定された可能な限り広い範囲に設定することができる。したがって、このようなケースであっても、ケーブル３４１の破損またはロボット３０と周辺装置との干渉、またはロボットハンド２１０と周辺装置の干渉などを回避しながら、ロボット３０を用いたワーク搬送を実現できる。

【0139】

＜Ｎ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。

【0140】

［構成１］
複数の関節（１３００～１３０５）を有した機器（３０）の挙動を推定するシミュレーション装置（１）であって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記シミュレーション装置は、
当該シミュレーション装置に対するユーザー操作を受付けるための操作受付部（２０２）と、
前記ユーザー操作に従い、前記複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各前記１つ以上の軸の可動範囲を設定する設定部（１９０）と、
前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する第１のシミュレータ（１６０）と、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成する画像生成部（１６４）と、を備える、シミュレーション装置。

【0141】

［構成２］
前記選択された各軸の可動範囲を変更する範囲変更部（１６６）を、さらに備え、
前記第１のシミュレータは、さらに、
前記選択された各軸の変更された前記可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施する、構成１に記載のシミュレーション装置。

【0142】

［構成３］
前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器の周辺装置に対応する対象を含み、
前記機器に対応する対象の挙動は、当該対象の前記仮想空間における位置を含み、
前記範囲変更部は、前記仮想空間における前記機器に対応の対象と前記異なる対象との位置間の相対的な関係が特定位置関係を示すとき、前記選択された各軸の可動範囲を変更する、構成２に記載のシミュレーション装置。

【0143】

［構成４］
前記仮想空間には、前記機器に対応の対象とは異なる対象が配置され、
前記異なる対象は、前記機器に取付けられるケーブル（３４１）に対応する前記仮想空間に配置された対象（３４０）を含み、
前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動に基づき、前記ケーブルの取付けに関するパラメータを用いて、当該ケーブルに対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する第２のシミュレータ（１５４）を、さらに備える、構成２または３に記載のシミュレーション装置。

【0144】

［構成５］
前記シミュレーション装置は、
前記第２のシミュレータによって算出された前記ケーブルに対応する対象の挙動に基づき、当該対象にかかる負荷を算出し、
前記範囲変更部は、算出された前記負荷が所定条件を満たすとき、前記選択された各軸の可動範囲を変更する、構成４に記載のシミュレーション装置。

【0145】

［構成６］
前記設定部は、さらに、
前記ユーザー操作に従い、機器がとるべき位置姿勢を示す教示点を設定し、
前記第１のシミュレータは、さらに、
設定された前記教示点が示す位置姿勢および前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する前記仮想空間に配置された対象の挙動を算出する、構成１から５のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。

【0146】

［構成７］
コンピュータ（１００）に、複数の関節（１３００～１３０５）を有した機器（３０）の挙動を推定する方法を実行させるためのプログラムであって、
前記機器は、それぞれが当該機器の関節に対応した複数の軸を備え、
各前記複数の軸に対応の関節は、当該軸の動きに連動して動作し、
前記方法は、
ユーザー操作に従い、前記複数の軸から１つ以上の軸を選択するとともに選択された各前記１つ以上の軸の可動範囲を設定するステップと、
前記選択された各軸の可動範囲に基づいて、前記機器に対応する仮想空間に配置された対象の挙動を算出するシミュレーションを実施するステップと、
前記仮想空間をビジュアル化した画像を生成するステップと、を備える、プログラム。

【0147】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0148】

１ シミュレーション装置、２ 制御システム、３０ ロボット、１００ 情報処理装置、１２２ 物理シミュレーションプログラム、１２４ 物理シミュレーションパラメータ、１２５ 周辺情報設定プログラム、１２６ 設定ツールプログラム、１２８ 範囲変更プログラム、１３０ ロボットシミュレーションプログラム、１３１ ケーブルシミュレーションプログラム、１３２ ロボットパラメータ、１３３ 画像処理プログラム、１３５ 評価プログラム、１３６ 統合プログラム、１３７ 画像データ、１５０ 仮想空間情報管理モジュール、１５４ ケーブルシミュレータ、１５５ 評価モジュール、１６０ ロボットシミュレータ、１６４ ビジュアライザ、１６６ 範囲変更モジュール、１７０ 周辺情報設定モジュール、１８０ データ群、１８４ 教示点データ、１８５，１０９６ 可動範囲データ、１８６ 確認項目データ、１８７ 位置姿勢データ、１９０ 設定ツール、１９１ 軸設定ツール、１９２ 教示点設定ツール、２０１ ユーザー操作、２０２ ユーザー操作受付部、２１０ ロボットハンド、３４１ ケーブル、１６２４ 可動範囲。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】