JP2000222020A

JP2000222020A - 機構の座標系設定装置

Info

Publication number: JP2000222020A
Application number: JP11026183A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Watanabe; 洋和渡邊; Haruhiro Tokida; 晴弘常田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】機構の移動位置や経路を修正するために新た
な座標系を設定したときにプログラムの変更を容易にす
る。【解決手段】機械の動作を制御する装置の元の座標系
１の中に局所の座標系２を設定する手段と、設定された
局所座標系２が元の座標系１上で有効となる範囲３を設
定する手段と、局所座標系２と元の座標系１との遷移領
域４を設定する手段とを備え、局所座標系２と元の座標
系１が遷移領域４で連続的に接続された新たな座標系５
を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械の動作を制御
するための座標系を設定する機構の座標系設定装置に関
する。更に詳述すると、本発明は、機構の座標系設定装
置での座標系の設定に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット等の機構に所定の動作を行わせ
るために、機構の設置位置等を基準とする直交座標であ
るいわゆるワールド座標での位置指定が利用される。そ
して、ロボットの工具端等を移動させる点はワールド座
標上で指定されて、該工具端は各点を結んで移動するよ
うに制御される。

【０００３】例えば、図９に示すように、ワークの供給
機１００と該ワークを載置するパレット１０１とが設置
されている場合に、供給機１００と同じベース上の供給
機側第１点１０２，供給機側第２点１０３，供給機側第
３点１０４と、パレット１０１と同じベース上のパレッ
ト側第１点１０５，パレット側第２点１０６，パレット
側第３点１０７が設定されていたとする。各点はいずれ
も１つのワールド座標１０８上で指定されている。そし
て、供給機１００のハンド部を、例えば供給機側第１点
１０２→供給機側第２点１０３→パレット側第１点１０
５→供給機側第３点１０４→パレット側第２点１０６→
パレット側第３点１０７→供給機側第１点１０２という
経路で移動させるようにしたとする。この経路に沿って
ハンド部を移動させるためのプログラムでは、表１に示
すように各移動点の座標を順に指定している。

【０００４】

【表１】ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第２点１０３の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第１点１０５の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第３点１０４の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第２点１０６の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第３点１０７の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）

【０００５】ここで、何らかの理由で供給機１００に対
してパレット１０１の相対位置がずれてしまった場合
は、パレット側第１点１０５，パレット側第２点１０
６，パレット側第３点１０７の位置をワールド座標１０
８に対して修正しなければならない。この修正のために
ワールド座標１０８中で１点ずつ座標値を座標変換する
のは非常に煩雑であるため、図１０に示すように、ずれ
た移動点を指定するのに適した新座標系１０９を設定す
るようにしている。すなわち、ワールド座標１０８を元
座標系として例えば座標軸方向にずらしたり回転させた
りして新座標系１０９を設けるようにする。

【０００６】これにより、各移動点の座標値を変更せず
に同じ座標値を使用しながらも、修正すべき移動点を新
座標系１０９で指定することにより元座標系１０８で指
定したときとは異なった修正後の適正な位置にハンド部
を位置させることができるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た新座標系１０９を使用する方法では、移動点を指定す
る座標系が元座標系１０８と新座標系１０９との２種類
存在するので、例えばロボットのハンド部を移動させる
プログラムにおいて各移動点がいずれの座標系で指定さ
れるのかを定義しなければならない。例えば、上述した
例では供給機側第１点１０２，供給機側第２点１０３，
供給機側第３点１０４が元座標系１０８で指定され、パ
レット側第１点１０５，パレット側第２点１０６，パレ
ット側第３点１０７が新座標系１０９で指定されるの
で、表１に示すプログラムを修正して、表２に示すよう
に移動点に合わせて元座標系１０８と新座標系１０９と
を選択するステートメント（ここではCHANGE_frm）を追
加しなければならない。

【０００８】

【表２】ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第２点１０３の座標） CHANGE_frm（新座標系）ＭＯＶＥ（パレット側第１点１０５の座標） CHANGE_frm（元座標系）ＭＯＶＥ（供給機側第３点１０４の座標） CHANGE_frm（新座標系）ＭＯＶＥ（パレット側第２点１０６の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第３点１０７の座標） CHANGE_frm（元座標系）ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）

【０００９】ここで、動作用のプログラムでは後から新
座標系１０９での処理を追加することは考慮されていな
いので、新座標系１０９で指定すべき移動点を見つけ出
すのは煩雑である。特に新座標系１０９を使用する移動
点が何百点もある場合は、プログラムの修正作業は極め
て困難に成ってしまう。

【００１０】そこで、本発明は、機構の移動位置や経路
を修正するために新たな座標系を設定してもプログラム
の変更を容易にできる機構の座標系設定装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の機構の座標系設定装置は、機械の動
作を制御する装置の元の座標系の中に局所の座標系を設
定する手段と、設定された局所座標系が元の座標系上で
有効となる範囲を設定する手段と、局所座標系と元の座
標系との遷移領域を設定する手段とを備え、局所座標系
と元の座標系が遷移領域で連続的に接続された新たな座
標系を生成するようにしている。

【００１２】したがって、新たな座標系は、局所座標系
と、該局所座標系の周囲の遷移領域と、該遷移領域の周
囲の元の座標系とを備えているので、１つの座標系を使
用しながらも局所座標系と元の座標系との異なる２種類
の座標での指定を行うことができる。このため、機構の
動作プログラムにおいて動作点ごとに座標を切り替えな
くても局所座標系と元の座標系とで指定できるので、機
構の移動位置や経路を容易に修正することができる。

【００１３】また、請求項２記載の機構の座標系設定装
置は、元の座標系上の１点に対し、誤差量を入力する手
段と遷移領域を設定する手段を有し、誤差が修正された
点と元の座標系が遷移領域で連続的に接続された新たな
座標系を生成するようにしている。したがって、局所座
標系の範囲は、１点が実際の機構上で移動する誤差量に
基づいて決定される。

【００１４】一方、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の機構の座標系設定装置において、遷移領域における
局所座標系と元の座標系の接続方式を複数の方式から１
つの方法を選択して用いるようにしている。したがっ
て、選択した接続方法を用いて、局所座標系と元の座標
系とを接続することができる。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の機構の座標系設定装置において、座標系の接続方式
として３次曲線による接続を行うようにしている。した
がって、局所座標系と元の座標系とは遷移領域中で座標
軸を３次曲線的に歪ませて接続されるので、機構の速度
や加速度を移動に適するものにでき、機構が遷移領域内
を円滑に移動できるようになる。

【００１６】さらに、請求項５記載の発明は、請求項３
記載の機構の座標系設定装置において、座標系の接続方
式として直線接続を行うようにしている。したがって、
局所座標系と元の座標系とは、遷移領域中で座標軸を直
線的にして接続されるので、遷移領域での座標の設定を
容易に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１〜図
５に本発明の機構の座標系設定装置の一実施形態を示
す。この機構の座標系設定装置は、機械の動作を制御す
る装置の元の座標系１の中に局所の座標系２（図１中、
ハッチングで示す）を設定する手段と、設定された局所
座標系２が元の座標系１上で有効となる範囲、即ち定義
域３を設定する手段と、局所座標系２と元の座標系１と
の遷移領域４を設定する手段とを備えている。そして、
これらの手段の作用により、局所座標系２と元の座標系
１が遷移領域４で連続的に接続された新たな座標系５を
生成する。このため、新たな座標系５は、局所座標系２
と、該局所座標系２の周囲の遷移領域４と、該遷移領域
４の周囲の元の座標系１とを備えているので、１つの座
標系を使用しながらも局所座標系２と元の座標系１との
異なる２種類の座標での指定を行うことができる。よっ
て、機構の動作プログラムにおいて動作点ごとに座標を
切り替えなくても局所座標系２と元の座標系１とで指定
できるので、機構の移動位置や経路を容易に修正でき
る。

【００１８】元の座標系１は、例えば機構のワールド座
標、即ち機構に唯一存在する一般的には装置の取付基準
位置を原点とする直交座標とする。但し、元の座標系１
としては、ワールド座標に限られず機構の局所座標系を
使用しても良い。

【００１９】新たな座標系５の局所座標系２は、例えば
直交座標とする。但し、この局所座標系２としては直交
座標に限られず、歪みを有した座標でも良い。

【００２０】そして、遷移領域４は局所座標系２の定義
域３を内包しており、局所座標系２と元の座標系１とが
３次曲線関数により接続されるようにしている。すなわ
ち、局所座標系２と元の座標系１とは、遷移領域４にお
いて座標軸を曲線的に歪ませて接続されている。このた
め、遷移領域４での機構の速度や加速度を移動に適する
大きさに設定できるので、機構が遷移領域内を円滑に移
動できるようになる。

【００２１】ところで、機構の座標系設定装置はコンピ
ュータシステムにて構成される。すなわち、機構の座標
系設定装置を形成する各手段は、コンピュータシステム
上で作動される。このコンピュータシステムは、特に図
示していないが、例えば各種の演算処理を実行する中央
演算処理装置と、演算処理を実行する上で必要なプログ
ラムやデータ等を記憶する主記憶装置と、入出力ポート
等の各種インタフェースと、この機構制御装置１を実現
するプログラムやその処理を実行する上で必要な各種デ
ータや定数等を記憶する例えばハードディスクドライブ
装置と、データや必要な指令を入力する入力装置と、中
央演算処理装置で処理した結果を出力する出力装置とか
ら構成されるのが一般的である。

【００２２】以下、図１及び図２に示すように元の座標
系１の一部に局所座標系２及び遷移領域４を定義して、
新たな座標系５を生成する手順を説明する。

【００２３】まず、元の座標系１の一部に局所座標系２
を設定する。この例では、局所座標系２は元の座標系１
の一部を矩形状に切り出して移動及び回転させたものと
している。そして、当該局所座標系２が元の座標系１の
どの部分に対応するかの定義域３を指定する。

【００２４】さらに、局所座標系２の周囲に遷移領域４
を設定する。遷移領域４の大きさや形状は、例えば当該
遷移領域４の内部に機構の移動点が存在しないものにす
る。これにより、機構の全ての移動点が元の座標系１か
局所座標系２のいずれかに存在するので、遷移領域４の
設定を機構の動作と無関係に設定できる。よって、遷移
領域４の設定を簡素化できる。

【００２５】ここで、図１及び図２に示す２次元の座標
において、機構の移動点の座標（ｘ，ｙ）を２元で入力
して新たな座標系５上で指定したときに、当該移動点が
ワールド座標（元の座標系１）上で位置する座標（Ｘｏ
ｕｔ，Ｙｏｕｔ）を２元で算出するようにする。すなわ
ち、ロボットは最終的にはワールド座標の座標で制御さ
れるので、新たな座標系５上に指定された移動点であっ
てもワールド座標に一種の座標変換を行う必要がある。
特に、新たな座標系５での局所座標系２及び遷移領域４
内ではワールド座標系に対する位置が変更されているの
で、座標変換が必要になる。そこで、数式１に示すよう
に、この座標変換を行うための変換アルゴリズムＴｐｃ
ｈを設定しておく。

【数１】（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）＝Ｔｐｃｈ（ｘ，ｙ）

【００２６】例えば遷移領域４及び局所座標系２が矩形
であるときに、機構の移動点の座標（ｘ，ｙ）が元の座
標上で位置する座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）に変換され
るときの変換アルゴリズムＴｐｃｈでの処理手順を、図
３に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００２７】機構の移動点の座標（ｘ，ｙ）が入力され
ると、変換アルゴリズムＴｐｃｈが作動される（ステッ
プ１）。そして、その座標（ｘ，ｙ）が遷移領域４の外
側であるか否かが判断される（ステップ２）。その座標
（ｘ，ｙ）が遷移領域４の外側であれば（ステップ２；
Ｙｅｓ）、新たな座標系５は元の座標系１でありワール
ド座標系と同じであるので座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）
は数式２のように算出される（ステップ３）。

【数２】（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）＝（ｘ，ｙ）

【００２８】また、座標（ｘ，ｙ）が遷移領域４の内側
であれば（ステップ２；Ｎｏ）、この座標（ｘ，ｙ）が
局所座標系２の内側であるか否かが判断される（ステッ
プ４）。この座標（ｘ，ｙ）が局所座標系２の内側であ
れば（ステップ４；Ｙｅｓ）、新たな座標系５は元の座
標系１に対して回転及び移動したものであるので座標
（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）は数式３のように算出される
（ステップ５）。

【数３】

【００２９】また、座標（ｘ，ｙ）が局所座標系２の外
側であれば（ステップ４；Ｎｏ）、この座標（ｘ，ｙ）
が遷移領域４内にあると判断されて、この移動点の座標
（ｘ，ｙ）の元の座標上で位置する座標（Ｘｏｕｔ，Ｙ
ｏｕｔ）が算出される（ステップ６，７）。

【００３０】遷移領域４での算出方法は、遷移領域４の
内外の座標系１，２からの距離の比に応じた混合の概念
を用いる。すなわち、遷移領域４内で元の座標系１側に
近い位置では元の座標系１の比率を上げて算出し、局所
座標系２に近い位置では局所座標系２の比率を上げて算
出するようにする。さらに、遷移領域４内での元の座標
系１との接触部分は混合率１００％として、局所座標系
２との接触部分は混合率０％と設定する。

【００３１】このために、座標（ｘ，ｙ）における遷移
領域４の内外の座標系１，２からの距離の比に応じた混
合比を算出する。ここでは、図４に示す座標（ｘ，ｙ）
と局所座標系２の最短点（ＮＸ，ＮＹ）を結んだ最短距
離Ｓを想定する。そして、線分（ｘ，ｙ）−（ＮＸ，Ｎ
Ｙ）を元の座標系１側に延長して、元の座標系１との交
点（ＫＸ，ＫＹ）を求める。これにより、（ｘ，ｙ）に
おける混合比Ｒは数式４により算出される（ステップ
６）。

【数４】

【数５】Ｘｏｕｔ＝ＸＸ・（１−Ｒ）^３＋３・ＸＸ・Ｒ
・（１−Ｒ）^２＋３・ｘ・（１−Ｒ）・Ｒ^２＋ｘ・Ｒ^３Ｙｏｕｔ＝ＹＹ・（１−Ｒ）^３＋３・ＹＹ・Ｒ・（１−
Ｒ）^２＋３・ｙ・（１−Ｒ）・Ｒ^２＋ｙ・Ｒ^３但し、（ＸＸ，ＹＹ）＝Ｔｏｃ（ｘ，ｙ）

【００３２】よって、遷移領域４で３次関数を利用して
補間しているので、機構が遷移領域４を移動するときに
速度や加速度を連続して制御することができる。

【００３３】一方、新たに座標系５により生成された経
路の速度制御は、速度制御が座標系の歪みにより、変動
しないようにするため、速度の生成計算は座標系５とは
異なった座標系を用いる様にする。これにより、経路を
生成する座標系５での局所座標系２や遷移領域４の存在
に拘わらず速度制御を独立して行うことができるので、
速度制御の自由度を向上させることができ、速度が局所
座標系２や遷移領域４によって不均一に成ることを防止
できる。しかも、経路生成の際に速度生成を考慮しなく
ても良いので、経路生成能力が向上すると共に、新たな
動作を実現可能にできるようになる。

【００３４】上述したように、新たな座標系５は、局所
座標系２と、該局所座標系２の周囲の遷移領域４と、該
遷移領域４の周囲の元の座標系１とを備えているので、
１つの座標系を使用しながらも局所座標系２と元の座標
系１との異なる２種類の座標での指定を行うことができ
る。このため、例えば図９及び図１０に示す例で表１の
プログラムを変更しようとする場合は、表３に示すよう
にすれば良い。

【００３５】

【表３】CHANGE_frm（新座標系）ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第２点１０３の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第１点１０５の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第３点１０４の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第２点１０６の座標）ＭＯＶＥ（パレット側第３点１０７の座標）ＭＯＶＥ（供給機側第１点１０２の座標）

【００３６】すなわち、移動動作の前に新座標系を指定
しておけば、後は動作点ごとに座標を切り替えなくても
局所座標系２と元の座標系１とで動作が実行される。よ
って、機構の移動位置や経路を容易に修正することがで
きる。

【００３７】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、上述した実施形態では遷移領域４での接
続方法として３次関数による補間を行っているが、これ
には限られず元の座標系１と局所座標系２とを直線的に
接続するようにしても良い。この場合、遷移領域４内で
の座標点の指定を容易かつ迅速にできるので、例えば遷
移領域４内での機構の円滑な移動を特に問題としない場
合に有効である。このように、遷移領域４の補間手法は
特に限られないので、制御対象に適した手法を選択して
実行することができる。

【００３８】また、上述した実施形態では、遷移領域４
及び局所座標系２を矩形としているが、これには限られ
ず例えば図６に示すように局所座標系２を点とすると共
に遷移領域４を円としても良い。この場合、元の座標系
１上の１点３の周囲に円形の局所座標系２を設定し、こ
の点３が実際の機構上で移動する誤差量（図中矢印で示
す）を入力して、その局所座標系２が元の座標系１上で
有効となる範囲３を設定する。遷移領域４及び局所座標
系２をこのように設定しても１つの新たな座標系５上で
経路を指定できるので、機構の動作プログラムにおいて
動作点ごとに座標を切り替えなくても機構の移動位置や
経路を容易に修正することができる。

【００３９】さらに、上述した点状の局所座標系２を連
続して複数指定することにより、局所座標系２を線分に
することができる。この場合、例えば図７に示すように
局所座標系２が直線状であると共に当該局所座標系２の
元の座標系１上での定義域３も直線状に成るようにした
り、図８に示すように局所座標系２が折れ線状であると
共に当該局所座標系２の元の座標系１上での定義域３は
直線状に成るようにすることができる。

【００４０】また、この機構の座標系設定装置は、ロボ
ット等の機構の全般に適用できる。例えば、図９及び図
１０に示すワークの搬送機構や、図５に示す２軸直交ロ
ボット６や、２関節アームロボット等に適用することが
できる。いずれの場合も新たな座標系５は、局所座標系
２と、該局所座標系２の周囲の遷移領域４と、該遷移領
域４の周囲の元の座標系１とを備えているので、１つの
座標系を使用しながらも局所座標系２と元の座標系１と
の異なる２種類の座標での指定を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の機構の座標系設定装置によれば、新たな座標系
は、局所座標系と、該局所座標系の周囲の遷移領域と、
該遷移領域の周囲の元の座標系とを備えているので、１
つの座標系を使用しながらも局所座標系と元の座標系と
の異なる２種類の座標での指定を行うことができる。こ
のため、機構の動作プログラムにおいて動作点ごとに座
標を切り替えなくても座標系を切り替えるだけで局所座
標系と元の座標系とで指定できるので、動作点を群とし
て移動及び回転できる。よって、目盛りが等間隔な座標
での動作を前提とするプログラムであっても、機構の実
際の移動位置や経路を後から容易に修正することができ
る。

【００４２】また、請求項２記載の機構の座標系設定装
置によれば、局所座標系の範囲は、１点が実際の機構上
で移動する誤差量に基づいて決定される。

【００４３】一方、請求項３記載の機構の座標系設定装
置によれば、選択した接続方法を用いて局所座標系と元
の座標系とを接続することができるので、機構の移動経
路や速度等の個別の事情に応じて最適な接続方法を選択
することができる。

【００４４】また、請求項４記載の機構の座標系設定装
置によれば、座標系の接続方式として３次曲線による接
続を行っているので、機構の速度や加速度を移動に無理
のないものに設定でき、機構が遷移領域内を円滑に移動
できるようになる。

【００４５】さらに、請求項５記載の機構の座標系設定
装置によれば、座標系の接続方式として直線接続を行っ
ているので、遷移領域での座標の設定を容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機構の座標系設定装置により設定され
た新たな座標系の実施形態を示す図である。

【図２】新たな座標系の範囲を示す図である。

【図３】新たな座標系からワールド座標系に座標変換す
る手順を示すフローチャート図である。

【図４】座標（ｘ，ｙ）における混合比を算出する様子
を示す図である。

【図５】機構の座標系設定装置を２軸直交ロボットに適
用した実施形態を示す平面図である。

【図６】新たな座標系の他の実施形態を示す図である。

【図７】新たな座標系の別の実施形態を示す図である。

【図８】新たな座標系の更に他の実施形態を示す図であ
る。

【図９】従来のワーク搬送機構でのハンド部の移動経路
を示す図である。

【図１０】従来のワーク搬送機構でのパレットがずれた
状態を示す図である。

【符号の説明】

１元の座標系２局所座標系３定義域（局所座標系が元の座標系上で有効となる範
囲）４遷移領域５新たな座標系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械の動作を制御する装置の元の座標系
の中に局所の座標系を設定する手段と、設定された局所
座標系が元の座標系上で有効となる範囲を設定する手段
と、局所座標系と元の座標系との遷移領域を設定する手
段とを備え、局所座標系と元の座標系が上記遷移領域で
連続的に接続された新たな座標系を生成することを特徴
とする機構の座標系設定装置。
【請求項２】元の座標系上の１点に対し、誤差量を入
力する手段と遷移領域を設定する手段を有し、誤差が修
正された点と元の座標系が上記遷移領域で連続的に接続
された新たな座標系を生成することを特徴とする機構の
座標系設定装置。
【請求項３】遷移領域における局所座標系と元の座標
系の接続方式を複数の方式から１つの方法を選択して用
いる請求項１記載の機構の座標系設定装置。
【請求項４】上記座標系の接続方式として３次曲線に
よる接続を行う請求項３記載の機構の座標系設定装置。
【請求項５】上記座標系の接続方式として直線接続を
行う請求項３記載の機構の座標系設定装置。