JPH01108604A - ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物品の移載、はめ合わせ９組立などに使用す
る産業用ロボットの制御方法に係り、特に、アーム先端
部の上下方向の動きと水平方向の動きを独立に分割制御
できる水平多関節形、直交座標形ロボットなどの作業タ
クトを短縮するに好適な動作制御方式に関する。

〔従来の技術〕

点移動形の上記産業用ロボットでは、アームの水平移動
およびその先端のチャックなどの上下動により、所望の
物品を持って（具体的には例えば把持して）移動させる
。この場合、通常の動作制御方法では、チャックで物品
を把持し、それを上方に移動させて停止し、次にアーム
を水平に移動させて移動先の上方で停止させたのち、チ
ャックを下方に移動させて停止し、所定の位置に置くよ
うにしている。すなわち、ロボットアームによって移動
させられる物品の動きを横から眺めれば、物品は門形に
移動しており、そのコーナ点では。

−旦停止する動きとなっている。ところが、このような
物品の移載等の作業では、物品を把持する位置と離す位
置が正確であり、また、この位置近傍で他の物品または
周辺装置との干渉を起こさなければ、その移動経路はど
のようなものであっても、問題とならないことが多い。

したがって、前記門形の動作経路のどこかで停止する必
要はなく、上方のコーナ点を通過する必要もないから、
ロボットアームを停止させずに上方のコーナ点近傍を滑
らかに通過させるようにすれば、上方のコーナ点近傍で
の加速、減速、および停止のための時間を節約でき、物
品の移載作業等のタクトを大幅に短縮できることになる
。

このような考え方は、特開昭５８−１７７２８９号、特
開昭６１−２３１６０３号等に示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記公知例は、逆り形経路のコーナ点近
傍を通過する方法を示しているのみで、上述のような門
形経路の２つのコーナ点の近傍を滑らかに通過する方法
を開示していないから、このような場合に対処できない
。そして、２つのコーナ点の１つのみの近傍を停止する
ことなく通過させるのみでは、タクトタイムの短縮効果
もそれ程大きいとはいえない。

本発明の目的は、門形経路の２つのコーナ点でロボット
アームを停止させることなく滑らかに動作させるロボッ
トの制御方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、上下方向動作と水
平方向動作とを独立に制御可能なロボットアームに位置
Ａで物品を持ち、上昇し、水平移動し９位置Ｈに下降し
、物品を離す作業をさせるためのロボットの制御方法に
おいて、 前記位置Ａから一定距離Ｑ１だけ直線上昇させまた位置
Ｈに向って一定距離Ｑ２だけ直線下降させかつ指定され
た高さｈを経由することを条件として、指定された速度
および加減速パターンに従い位置Ａから距離０．１の上
昇時間ｔＡＢと、高されから位置上下方の距離Ｑ２位置
Ｇまでの下降時間ｔｐａと、水平移動時間ｔＣＦとを求
め、位置Ａからの上昇サーボ指令をロボッ１へに出し、
それからｔＡ口待時間後水平移動開始のサーボ指令を出
し、さらにｔＣＦ　　ｔＦＧ時間後に下降サーボ指令を
出す制御方法を提案するものである。

本発明は、また、位置Ａから位置Ｂまでの一定距離ｌ１
だけ直線上昇させまた位置Ｈに向って位置Ｇからの一定
距離Ｑ２だけ直線下降させることを条件として、指定さ
れた速度および加減速パターンに従い前記距離Ｑ１を最
短時間ｔＡＢで通過し直ちに減速したときの到達点Ｃと
前記距離Ｑ２を最短時間ｔＧＨで減速しながら通過する
ように位置Ｇまでの加速に必要な加速開始点Ｆとのうち
高い方を経由高さの候補に選定し、上昇時間ｊＡＢ＋下
降時間ｊＦＧ＋水平移動時間ｔｃＦを算出し、ｔＣＦ−
＞ｔｅａ＋ｔＦａとなるように前記候補を修正して経由
高さを求め１位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに
出し、それからｔＡＢ時間後に水平移動開始のサーボ指
令を出し、さらにｔｃＦ　ｔＦＧ時間後に下降サーボ指
令を出す制御方法を提案するものである。

〔作用〕

第１図に、点Ａから点Ｈへ物品を移載する場合の動作経
路を示す。

従来の方法では、物品を点Ａから、上方の点Ｃへ移動さ
せて一旦停止し、次に水平に点Ｆに移動させてここでも
一旦停止し、最後に下方の点Ｈへ移動させ、物品の移載
作業を行なっていた。

これに対し、本発明では、移載する物品が他の物品また
は周辺装置と干渉するのを防止するために、点Ａ−Ｂ問
および点Ｇ−Ｈ間は、必ず上方または下方に物品を移動
させるようにし、点ＢおよびＨを下まわらない範囲では
上方の任意の位置を経由して物品を停止させることなく
移載する。その場合の動作経路は、例えば、点Ａ→Ｂ−
＋ＣＩ→Ｄ→Ｅ→Ｆ１→Ｇ→Ｈのようになる。

ここで、ロボットアームは、前記のように、上下方向動
作と水平方向動作を独立に制御可能であるから、上記ロ
ボットアームの動作は、点Ａ−４Ｂへの上方移動９点Ｃ
−＋Ｆへの水平移動、および点Ｆ−）Ｈの下方移動に分
離できる。そこで各動作時間をｔＡＣ＋　ｔＣＦ＋　ｔ
ＦＨとすれば、従来方法による物品移載の所要時間は、
ｔ　ＡＣ＋　ｔ　ＣＦ十ｔ　ＦＨとなる。

これに対し、本発明の場合は、点ＡＢ間および点ＧＨ間
のみ直線動作させれば良いから、点Ａから上方移動を開
始し、点Ｂに到達したときに水平移動を開始し、点Ｅに
到達したときに下方移動を開始させる。第２図のタイム
チャートに示すように、上昇移動時間ｔｏｃおよび下降
移動時間ｔＦＧはロボットアームの公平動作時間ｔＣＦ
−の中に吸収され、物品移載の所要時間はｔ　Ａ、　ｅ
十ｔ　ｃＦ＋　ｔ　Ｇ、のように大幅に短縮できる。

上述の原理によれば、上昇動作を開始したのちｔＡＢ時
間後に水平動作を開始させ、水平動作の開始よりｔＣＦ
　　ｔＦＧ時間後、または上昇動作の開始＝７− よりｔＡＢ＋ｔＣＦ−　　ｔｐａ時間後に下降動作を開
始されば良い。

したがって、本発明の目的は、 （１）上昇動作、水平動作、下降動作の各々につき、第
２図に示す動作時間を事前に求める手段、（２）求めら
れた時間間隔に合わせて、上昇動作。

水平動作、下降動作を順次起動制御する手段、により達
成されることになる。

〔実施例〕

次に、具体的実施例により、本発明をさらに詳細に説明
する。

本発明を実施するためのロボットシステムの構成の一例
を第３図に示す。ロボットシステムは、ロボット本体２
と制御装Ｗ１とからなる。制御装置１は、以下の各手段
で構成される。すなわち、１１は、ロボットを手動で動
作させたり、動作した位置を記憶する指令を位置記憶手
段１５に出したり、ロボットの動作手順を入力しその動
作手順を記憶する指令を動作手順記憶手段１４に出した
り、記憶された手順に従って動作するようにロボット２
に指令したりするための複数の操作スイッチおよび動作
状況等を表示するためのμ爪装置類を含む教示手段であ
る。１２は、教示手段１１からの入力信号に応じて、演
算手順記憶手段１３内に格納されている適切な演算手順
を読み出し、必要なときは動作手順記憶手段１４および
位置記憶手段１５に格納されている情報を用いて演算を
実行し、ロボット本体２の動作を制御する演算手段であ
る。１６は、演算手探１２が出力するＰＷＭ指令を受け
てＰＷＭ信号を作るＰＷＭ信号発生回路、１７は、その
ＰＷＭ信号によって動作しロボット本体２のサーボモー
タに運転電流を供給するパワー回路、１８は、サーボモ
ータの回転位置を測定するためにサーボモータに取り付
けられたエンコーダからのパルスをカウントし演算手段
１２にフィードバックするパルスカウンタである。

なお、位置記憶手段１５は、ロボットアーム先端部が経
由する複数の位置を記憶し、動作手順記憶手段１４は、
位置記憶手段１５に記憶された複数位置の通過手順を記
憶している。

また、ＰＷＭ信号発生回路１６．パワー回路１７．ロボ
ット本体のサーボモータ２．パルスカウンタ１８は、第
３図に示すような接続関係で、ロボットの動作自由度の
数だけ設けられているが、第３図では１組しか示してい
ない。

さらに、第３図には示していないが、外部装置とのデー
タ送受のためのＩ１０インターフェイス。

上位装置との通信のための通信インターフェイスも設け
られている。

本発明を適用するロボットアームの一例を第４図に示す
。第４図のロボットアームは、周知の水平多関節形ロボ
ットであり、図示の如く、３個の回転の自由度および１
個の直線運動の自由度を持っている。３個の回転の自由
度のうち２個はロボットアームの水平移動に、１個はア
ーム先端部の回転に、１個の直線運動の自由度はアーム
先端部の上下移動に関与し、しかも、水平移動と上下移
動は独立に制御できる。なお、本発明の適用対象は、上
記形式のロボットアームに限られるものではなく、直交
座標形２円筒座標形などの水平移動と上下移動が独立に
制御できる形式のものであればよい。また、物体を持つ
手段は、把持に限らず、載置するような形式であっても
よいことは勿論である。

教示手段１１の操作スイッチおよび表示装置の一例を第
５図に示す。ここではスイッチの詳細な説明は省き、以
下の実施例の説明の項で必要に応じて参照する。

まず、第６図を用いて、演算手段１２の構成を説明する
。第６図は、演算手段の最小機能構成を示したものであ
る。電源投入の初期設定が終ると、演算手段１２は、動
作モードキー取り込み部２０において、原点合わせキー
、動作モードキー（第３図の位置ティーチ、プログラム
ティーチ、テスト運転、連ｉ運転キー）の入力を持って
いる。いずれかのキーが押されると、原点合わせ、動作
教示、・・・・・・、再生動作の各処理部のいずれかを
実行する。動作教示処理部２２の場合を除き、他の場合
はすべてロボットの動作制御に関係するものであり、こ
れらの指示に従って、サーボ制御部３０がロボットアー
ムの動作を制御する。これらのうち、ブロック２１，２
３，２４，２５のいずれかの処理を実行して、ロボット
アームを動作させる場合、ロボットアームの現在位置と
目標位置とを入力し、その間で適切な加減速モードを与
えてロボットアームの経由点を演算し、演算結果をサー
ボ制御部３０に与え、ロボットアームを動作させる。

特に、本発明を実施するには、２つの位置間の動作時間
を求めなければならない。以下では、この求め方と２位
置間を適当な加減速パターンに従って動作させるための
加減速パターン処理方式との一例を詳細に説明する。

加速パターンの一例を第７図に示す。図において、横軸
はテーブルアドレス、縦軸は、無次元速度を表わす。第
７図は、具体的には、第８図に示す加速および減速テー
ブルで構成されている。第８図において、加速および減
速テーブルのパターンは任意のもので良く、ロボットア
ームの加減速制御に最適な形式に設定できる。また、加
速と減速とでテーブルの大きさが異なっても良い。両者
を組み合わせて使用するときの最大の無次元速度が、使
用時に同一またはほぼ同一で、両者を切り換えたときに
、すなわち加速から減速にまたは減速から加速に移ると
きに、速度ギャップが生じないようになっていれば良い
。加速時と減速時で同一パターンを利用する場合には、
加速テーブルのみを設けて、減速時に共用することも可
能である。

第８図に示す加速および減速テーブルは、ロボットの各
動作軸毎の回転動作作用および直線動作用などとして個
別に用意することも自由である。

以下では、加速テーブルと減速テーブルとの２つを設け
、すべての動作条件で共用する場合を例にとり説明する
。前記変形例に対しても多少の手直しで適用できる。

加速および減速用テーブルを共用して、しかも任意のテ
ーブル部分を参照できるようにするため、各回転動作お
よび直線動作用に、第８図に示すような第ｎ軸周ＲＯＭ
メモリを用意する。以下の説明では、第ｎ軸周という表
現は、全動作軸および直線動作用に個別に用意されるも
のの一代表例の名称とする。例えば定義した値が１．０
であるときは、テーブル参照間隔は１個ずつ、すなわち
テーブルを順次参照することを表わし、０．５と定義し
たときは、テーブルを１個おきに参照することを表わす
。すなわち、定義した値の逆数がテーブル参照間隔を表
わす。あとで述べるように、この逆数値は整数となる必
要はない。

第ｎ　＠ＲＯＭメモリのＳ　Ｐ　Ｄ　Ｇ　１−　Ｓ　Ｐ
　Ｄ　Ｇ　ｎは、ロボットアームを動作させるときに指
示される速度に対応し、前記加速または減速テーブルの
最大値にその値をかけると結果が指定された速度になる
ように選ばれた変換定数を格納するエリアである。ここ
では、離散的にｎ個の変換定数を準備しているが、１個
だけ準備し、指定された速度との倍率をかけて実際の変
換定数を算出してもよい。第ｎ軸周として加速および減
速テーブルを参照するために、第８図のテーブルに対し
、ラベルを付ける。

ＡＳＴＲＮ：加速開始参照アドレス ＡＭＡＸＮ　：加速終了参照アドレス ＤＭ　Ｉ　ＮＮ　：減速終了参照アドレスＤＭＡＸＮ：
減速開始参照アドレス 第ｎ　＠ＲＯＭメモリのエリアＡＳＴＡ、ＡＭＡＸ。

ＤＭＩＮ、ＤＭＡＸに、上記ラベルの値を格納する。こ
れは、例えばアセンブリ言語で、下記のように記載し、 ＡＳＴＲＤＣ，Ｗ　　　ＡＳＴＲＮ アセンブラにかければ、自動的に、ＡＳＴＲのラベルを
付されたエリアにＡＳＴＲＮの値すなわちテーブルアド
レスを格納するにれにより、加速時は加速テーブルのＡ
ＳＴＲＮからＡＭＡＸＮ。

減速時は減速テーブルのＤ　Ｍ　ｉ　Ｎ　ＮからＤＭＡ
ＸＮの範囲を参照可能となる。また、各テーブルのラベ
ルの位置を任意に設定しなおすと、任意の範囲でテーブ
ルを参照できる。

第ｎ　＠　ＲＯＭメモリの５ＨＵＫＵで定義されるエリ
アには、テーブルの参照縮少率を定義する。

第ｎ　＠　ＲＡ、　Ｍメモリの５ＰＤＧのエリアは、こ
の５ＰＤＧｎの値またはその実動作のために補正された
値を記憶するエリアである。ＫＡＳＯＫＵおよびＧＥＮ
ＳＯＫＵのエリアは、テーブル参照時の現在参照する各
テーブルのアドレスを格納している。ＤＥＬＴＢＬは、
テーブルの参照間隔すなわち前記５ＨＵＫＵの値の逆数
もしくはその補正された値を格納し、テーブル参照のア
ドレス計算に利用される。ＫＡＳＯＫＵおよびＧＥＮＳ
ＯＫＵは、少数以下の値を含むテーブル参照アドレスを
格納し、ＤＥＬＴＢＬは少数以下の値を含む参照ステッ
プを格納しているが、ＫＡＳＯＫＵまたはＧＥＮＳＯＫ
Ｕ内の値を使ってテーブルを参照するときは、小数以下
の値を切り捨てる。この切捨て機能により、固定ピッチ
で作成されているテーブルをフリーピッチで参照できる
。

第ｎ　＠ＲＡ　ＭメモリのＩＫＰＵＬＳおよびＩＧＰＵ
ＬＳのエリアには、それぞれ第ｎ　＠ＲＯＭメモリで参
照定義されたテーブル範囲内のテーブル値の積算値が記
憶されている。それぞれの値本縮少率傘変換定数は、そ
れぞれ、加速距離および減速距離を与える。ＩＫＰＵＬ
ＳおよびＩＧＰＵＬ８の値は、もしテーブルが固定的に
扱われる場合には、前もって計算して、第ｎ軸メモリ内
に格納しておくことも可能である。ここでは、演算シス
テム初期化時に演算手段が第ｎ軸ＲＯＭメモリを参照し
て積算値を求め、前記エリアに格納しであるものとする
。

以上のテーブルおよびメモリが準備され、ロボットアー
ムの動作距離り。および速度■。（実際上は、第ｎ軸Ｒ
ＯＭメモリの５ＰＤＧＩ−８ＰＤＧｎを参照するインデ
ックス）が与えられた場合のテーブル参照の計画手順を
第９図を用いて説明する。

ブロック４０００は、指定された速度Ｖ。をインデック
スとして、第ｎ軸ＲＯＭメモリの５ＰＤＧ１〜５ＰＤＧ
ｎから変換定数を読み出し、第ｎ軸ＲＡＭメモリの５Ｐ
ＤＧエリアに設定する。ブロック４００１は、加速およ
び減速テーブルの総メンバ数を、第ｎ　＠　ＲＯＭメモ
リに格納されているテーブル参照アドレスを用いて求め
る。テーブル参照アドレスのピッチが１である場合は、
ブロツク４００１に示す式となる。ピッチが１以外の場
合は、それに応じて修正すればよい。この値は、ロボッ
トアームを加減速のみで動作させ、遂−テーブルを参照
するとしたときのテーブル参照回数を示し、それはまた
、ロボットアームの移動時間を示していることになる。

ブロック４００２は、ロボットアームを加減速動作のみ
で動作させたときの動作距離りを求めている。ブロック
４００３では、指定された動作距離り。と、前記りの比
較を行なっている。

もし、Ｌｏ＞ｒ、の場合は、指定された動作距離Ｌｏが
、加減速テーブルで規定される加減速距離より大である
。すなわち、加速→等速→減速のパターンでロボットア
ームを動作させる必要があることを示し、この場合は、
ブロック４００４の処理に移る。ブロック４００４では
、等連部を含めたテーブル参照回線（実質上はロボット
アーム第ｎ軸の移動時間）ＩＴＩＭＥを求める。これは
、後述するように、ロボットアームの全動作軸を同時ス
タート、同時ストップで動作させるような場合に利用さ
れる。

次に、減速積算値ＩＧＰＵＬＳをＤＰＵＬＳに修正し、
さらに、テーブル参照ステップＤＥＬＴＢＬを求める。

ＤＰＵＬＳは減速時の減速制御の基準としてＤＥＬＴＢ
Ｌはテーブル参照のステップ増／減分として用いられる
。

もし、Ｌｏ＜Ｌの場合は、テーブルパターン通りに加減
速すると、ロボットアームが目標位置を通りすぎてしま
うことを示している。このような場合に、テーブルパタ
ーンの高速側を切り捨ててしまう方法が考えられるが、
この方法によれば、せっかく最適に設定準備したテーブ
ルパターンが有効に利用されないために、ロボットアー
ムに不測の振動および加速度の急変が起こったりするの
で好ましくない。また、テーブル値を縮少すなわち５Ｐ
ＤＧを小さくしてＬ’ｏ＝Ｌとなるように修正して利用
する方法も考えられるが、この場合は動作距離が短いに
もかかわらず、動作時間がテーブルパターンに設定した
時間と同一の一定の長い時間となり、好ましくない。

そこで、本発明ではテーブル値の縮少と、テーブル参照
ステップの拡大とを併せて行ない、Ｌ。

＝Ｌとなるように補正する方法を提案する。テーブル値
を縮少すれば、最大速度および加速度が減少する。した
がってその分だけテーブル参照ステップを拡大して、初
期のテーブルパターンに示される加速度になるよう補正
すれば、ロボットアームの動作特性を良好に保ったまま
、動作時間を短縮できることになる。ここで問題となる
のは、縮少、拡大に伴う配分率をいかに決定するかであ
る。

テーブル値が、関係式を用いて準備されたものであるな
らば、テーブル値の縮少率をパラメータとして、最大加
速度が同一となる参照ステップの拡大率を求めることが
可能である。

ここでは、任意テーブルパターンに対処でき、かつ、容
易に配分率を決定する方法として、ブロック４００５を
示しである。テーブルパターン縮少率をＭ＝ｐとし、テ
ーブルステップ拡大率を１／Ｍとする。これにより、変
換定数５ＰＤＧを５ＰＤＧ串Ｍに修正する。テーブル参
照回数すなわち移動時間ＩＴＩＭＥは、Ｎネ５ＨＵＫＵ
＊Ｍとなり減速積算値はＩＤＰＵＬＳ＊５ＨＵＫＵ嘲Ｍ
となり、テーブル参照ステップＤＥ　ＬＴＢＬは１／　
（ＳＨＵＫＵＩＭ）となる。以上の準備のあと、ブロッ
ク４００６において、テーブル参照の初期アドレスをＫ
ＡＳＯＫＵおよびＧＥＮＳＯＫＵに設定する。

以上述べたように、各動作軸毎または直線／曲線動作時
のテーブル参照計画が求められる。

次に、複数の動作軸を機械座標系で同時に動作開始させ
、同時に動作を終了させる場合のテーブル参照計画の補
正方法について、第１０図を参照しながら述べる。

まず、ブロック４０１０において、第９図の方法で求め
られた各動作軸の移動時間ＩＴＩＭＥから、同時動作さ
せるべき動作軸について最大移動時間ＩＴＩＭＥＭＡＸ
を求める。ブロック４０１１において、同時動作させる
軸について、プロツー　　り４０１２〜４０１４を実行
させる。ブロック４０１２では、第ｎ軸の移動時間増分
ΔＩＴＩＭＥを求める。ブロック４０１３では、時間増
分だけ、等速移動部を追加するとした場合の第ｎ軸の動
作距離りを求める。

Ｌ＝Ｌｎ＋ΔＩＴＩＭＥ傘テーブル最大値傘５ＰＤＧＬ
ｎは第ｎ軸の動作距離、テーブル最大値は第ｎ軸が参照
するテーブル値の最大のものすなわち無次元最大速度、
５ＰＤＧは第ｎ軸のテーブル値の変換定数である。次に
、ブロック４ｏ１４において第ｎ軸の変換定数を縮少す
る。

Ｓ　Ｐ　Ｄ　Ｇ　−）　Ｓ　Ｐ　Ｄ　Ｇ　＊　Ｌ　ｎ　
／　Ｌこの補正方法によれば、各軸独立に加減速テーブ
ルを参照して動作するようサーボ制御しても、ロボット
アームは、同時スタート、同時ストップするように動作
する。

以上のように軌道計画されたときに、ロボットアームを
加減速動作させる場合のテーブル参照方法について、第
１１図により説明する。

第１１図において、初期値として加速テーブルの参照開
始アドレスがＫＡＳＯＫＵに、減速テーブルの最終アド
レス（最小値）がＧＥＮＳＯＫＵに、テーブル参照ステ
ップがＤＥＬ置に、減速テーブル値の総和がＤＰＵＬＳ
に、テーブル値をロボットアームの動作制御用の値に変
換する変換定数が５ＰＤＧに設定されている。これはテ
ーブル参照計画につき説明したものと同様である。

また、テーブル参照を制御するフラグとしてＦ］ａｇに
加速モードが設定されている。このような条件で、第１
１図のテーブル参照が実行される。

まず、最初はＦ’　ｌ　ａ　ｇに加速モードが設定され
ているから、ブロック４１００の判断によりブロック４
１０１が実行される。ブロック４１０１ではＫＡＳＯＫ
Ｕの示すアドレスが最大を越えたか否かをチエツクする
。最初は越えていないから、ブロック４１０３が実行さ
れる。すなわち、ＫＡＳＯＫＵの示す加速テーブルアド
レスから加速テーブル値を読み出し、レジスタに設定す
る。次に、テーブル参照ステップＤＥＬＴＢＬをＫＡＳ
ＯＫＵおよびＧＥＮＳＯＫＵに加える。ここでＧＥＮＳ
ＯＫＵに加えているのは、詳細な説明は省略するが、動
作途中でロボットアームを強制減速させる場合の減速テ
ーブルアドレスと設定するためである。これにより次に
参照すべきテーブルアドレスが更新サレル。ＤＥＬＴＢ
Ｌ、ＫＡＳＯＫＵ。

ＧＥＮＳＯＫＵは既に述べたように小数点以下の値を含
み、実際のテーブル参照時はＫＡＳＯＫＵまたはＧＥＮ
ＳＯＫＵの整数部が用いられる。得られたテーブル値は
ブロック４１１０において変換定数が掛けられ、実際に
ロボットアームを駆動する速度が得られる。上述のプロ
セスは繰り返し実行され、加速時の速度パターンが次々
にテーブルを利用して求められる。そしてついには、Ｋ
ＡＳＯＫＵテーブルの最大上限に到達する。このときは
ブロック４１０２および４１１ｏが実行される。すなわ
ち、加速が完了して、以降は定速または減速モードで動
作することになるから、減速の開始アドレスをＧ　Ｅ’
Ｎ’Ｓ　ＯＫ　Ｕに設定し、判断フラグＦｌａｇに定速
モードを設定し、ＧＥＮＳＯＫＵの示す減速テーブル値
をレジスタに読み出し変換して動作速度を得る。次に、
テーブル参照が起動されたときは、定速モードであるか
らプロツク４１０４以降が実行される。すなわち、残り
移動量＝目標位置−現在位置 または、　　目標動作距離−現動作距離減速所要量＝減
速テーブルの積算値（ＤＰＵＬＳ）Ｉ変換定数（ｓＰＤ
Ｇ） の比較が行なわれ、残り運動量が減速所要量より大きけ
れば、減速の必要がないから、ブロック４１０５および
４１１０の処理が実行される。ＧＥＮＳＯＫＵの方はテ
ーブルアドレス値が読み出され、ＧＥＮＳＯＫＵの値が
変化しなければ、その値は一定であり、等速の速度指定
が得られ、ロボットアームは等速で動作する。この状態
が続くとロボットアームは順次動作目標点に近づくから
ブロック４１０４の判断結果はＮＯとなり、ブロック４
１０６以降の処理が実行される。ブロック４１０６にお
いてはＧＥＮＳＯＫＵの値がテーブル参照ステップＤＥ
ＬＴＢＬだけ小さく設定される。

すなわち、減速テーブルの低速側の値を示すアドレスと
なるように値が更新される。ブロック４１０７および４
１０８は減速テーブルの定義外を参照するのを防止する
ための安全対策である。ブロック４１０９においてＧＥ
ＮＳＯＫＵの示すアドレスから減速テーブル値が読み出
される。また、その読み出した値だけＤＰＵＩ、Ｓの値
が減じられ次の参照のときの減速所要量の値を更新して
いる。

ブロック４１１０は前述の内容の共通処理である。

このようにしてロボットアームに加速→等速→減速また
は加速→減速を指令する指令値が得られる。

ここでは示さなかったが、移動中のロボットアームを強
制的に減速して停止させる必要が生じた場合、前記のよ
うにどこから減速してもよいように、減速テーブルを参
照するためのアドレスがＧＥＮＳＯＫＵに設定されてい
るから、これを用いて常時ブロック４１０６以降を実行
させれば、ロボットアームを減速制御できる。この場合
はブロック４１０９のＤＰＵＬＳに関する補正を行なう
必要はない。

以上のテーブルの参照計画およびテーブル参照によって
ロボットアームの１軸を加減速制御した場合の例を第１
２図に示す。第１２図の加速パターンと減速パターンは
同一であり、ここではサイクロイド曲線を用いた。図に
おいて、■は動作距離が短かく、テーブルパターンが縮
少されて加速→減速のモードで動作した場合であり、■
は動作距離が十分長く、加速→等速→減速のモードで動
作した場合であり、■は両者のちょうど境界に相当する
場合である。

以上述べたテーブル参照計画およびテーブル参照法を利
用すれば、ロボットアームを第１図の点Ａ−＋Ｃ９点Ｃ
−＋Ｆ、点Ｆ→Ｈにそれぞれ移動するように制御できる
。第２図に示した本発明のように、上下動作と水平動作
を非同期でさせるには、既に求めたｊＡｃ＋　ｊｃＦｌ
　ｔＦＨに加えて、ｔＡＢ＋ｔＦａを求めなければなら
ない。そこで、例えば、点Ａ−＊Ｃの移動距離をＱ。０
点Ａ−＋Ｂの移動距離をＱｌとすれば、前記方法でΩ。

を移動するテーブル参照計画は既に求められており、点
Ｂはｎ。の移動途中点であるから、例えば、前記テーブ
ル参照法を多少変形した方法で、点Ａ−）Ｂ間の移動時
間ｔＡＢが求められる。ｔａｒについても同様である。

以下、その方法の一例を第１３図を用いて説明する。第
１３図において、ブロック４２００は初期設定部であり
、テーブル参照によって得られる動作距離Ｑ＝Ｏ，テー
ブル参照回数ｔ＝０．およびテーブル参照フラグＦ　ｌ
　ａ　ｇ＝加速とする。次にブロック２０１は繰り返し
ループであり、前記０〉Ｑｌとなるまでまたはテーブル
参照が完了するまで右のブロック４２０２および４２０
３を実行する。ブロック４２０２では、第１１図を用い
て説明したテーブル参照を１回実行し、速度（または、
微少距離増分）を求める。ブロック４２０３では、Ｑに
速度を加えて、動作距離Ｑを求める。

さらに、テーブル参照回数ｔを＋１する。ブロック４２
０１の作用によりブロック４２０２．４２０３を繰り返
すと、Ｑｌが動作距離の中間点であれば、繰り返し中に
Ｑ＞Ｑｌの条件が成立する。

このとき得られるテーブル参照回数上は、既に述べたよ
うに移動時間を表わす。したがって、第１３図により前
記第２図のｊＡＢ＋　ｊＦｌｆｆが求められる。

以上のようにｔＡｃ＋　ｊｅｌ’＋　ｊＦＨ＋　ｔＡＢ
＋　ｔＦＧが求められると、上方への動作を開始してか
ら水平動作を開始するまでの時間ｔ１は、 ｔ１＝ｔＡＢ 水平動作を開始してから次に下降動作を開始するまでの
時間ｔ２は ｔ２：ｔＣＦ−　　ｔＦＧ （ただしｔ　ａｃ十ｔ　ＦＧ＜　ｔ　ＣＦのとき）：ｊ
ＢＣ （ただしｔ　ａｃ十ｔ　ｙｒａ＞　ｔ　ＯＦのとき）と
なる。ここでｔ２の値を与える第２式は、水平動作時間
が短い、または動作距離が短い場合であり、時間がひき
延ばされているから、点Ｇ→Ｈよりも長い、例えば、第
１図の点Ｆ２→Ｈの間が直線で動作するようになる。も
し厳密に点Ｇ→Ｈ間のみを直線で動作させたい場合は、
水平動作時間ｔＯＦをｔＢｃ＋ｔＦ、にひき延ばしてや
ればよい。これは、第１０図に示した方法で実現できる
。

以上述べたようにロボットアームの各動作軸につきテー
ブル参照計画および前記先行タイマ値ｔ１、後続タイマ
値ｔ２が求められたときに、ロボットアーム各動作軸に
サーボ制御指令を出す手順を第１４図を用いて説明する
。

ブロック６１０２で、タイマ処理のために先行タイマｔ
１を設定する。次にブロック６１０３で先行動作軸の有
無がチエツクされ、先行動作軸があれば、ブロック６１
０４で、先行動作軸につき、前記テーブル参照計画で先
行動作軸を駆動制御するように、第４図のサーボ制御部
３０に指令する。

これにより先行動作軸は動作を開始し、例えば、第１図
の点Ａ−）８間をテーブル参照計画に従ってテーブルを
参照しながらその加減速パターンで動作する。ここで先
行動作軸がない場合は、先行タイマ値ｔ１＝○が前記計
画の１部として設定されている。ブロック６１０５が先
行タイマの設定時間ｔ１の経過を待つ、次に、ブロック
６１１３で後続動作軸の有無がチエツクされ、あればブ
ロック６１１４で、・後続タイマ値ｔ２が設定される。

ブロック６１１５では、中間動作軸（複数軸）につき、
それぞれ前記テーブル参照計画で中間動作軸を駆動制御
するように、第４図のサーボ制御部３０に指令する。こ
れにより、中間動作軸は動作を開始し、例えば、第１図
の点Ｃ−）Ｆ間をそれぞれのテーブル参照計画に従って
テーブルを参照しながらその加減速パターンで動作する
。次に、ブロック６１．１６．６１１７で先行動作軸が
ある場合に、先行動作軸の動作完了を待つ。ブロック６
１２３．６１２４で、後続動作軸があれば、前記ブロッ
ク６１０４の場合と同様の方法で後続動作軸の動作を開
始させる。この動作開始により、すべての動作開始が完
了するので、ブロック６１３０で全動作軸の動作完了を
待って、すべての処理を終了する。

第１４図の手順によれば、通常のロボットアーム動作、
先行および中間動作のみ、中間および後続動作のみ９本
発明の先行・中間および後続動作のすべての動作を切り
換えさせることが可能であり、しかも、必要なら門形動
作をさせることも可能である。

なお、前記タイマ処理は、第６図のサーボ制御部３０を
定時のタイマ割込みにより起動されるソフトウェアサー
ボとし、その中で起動回数をカウントし実行するように
している。

また、ソフトウェアサーボ部は、動作させる軸（複数で
も単独でもよい）とその動作目標位置と前記テーブル参
照計画とを与え、指定された動作軸につき、テーブルを
参照してサーボ制御し、ロボットアームを動作目標位置
に移動させ、その位置を保持するように構成しである。

以上説明した実施例では、ロボットアームの経由高と（
点Ｃ−Ｆの高さ）を指定するものであった。しかし既に
述べたように、点Ａ−＋Ｂ、点Ｇ→Ｈの部分で直線で動
作し、Ｂ→Ｃ１→Ｄ→Ｆ→Ｆ１→Ｇの途中経路は問題で
はない。すなわち、点Ｂまたは点Ｇのいずれか高い点の
上方の位置を経由すれば物品の移載等の作業目的を達成
できる点に着目すると、タクトタイムをより短縮できる
制御方法が得られる。

第１図の例では、水平移動速度および点Ｃ→Ｆが与えら
れると、水平移動時間ｔｃＦは一定となるが、その条件
の下で、点Ａ−＋Ｃおよび点Ｆ−＋Ｈへの上下移動時間
を最小にするように経由高さを決定することになる。そ
のためには、指定された動作速度の範囲で上下移動をで
きるだけ高速にするよう経由高さを決めればよい。

第１図の点Ａ−）８間の長さを種々変化させた場合に、
点Ａ−）８間を指定された加速パターンに従い最大速度
で通過し、かつ点Ｂ−＋Ｃ間の距離すなわち上方へのオ
ーバーラン距離が最も短くなる速度パターンを第１５図
に示す。

第１５図で、点Ａ−）Ｂ間距離、最高速度、速度パター
ンが指定されれば、点Ａ−＋Ｂ間を最短時間で通過し、
かつ点Ａ→Ｃ間距離が最も短くなるもの（同図ｂ）を求
めることができる。同様のことは点Ｆ−＋Ｈについても
実行可能である。

したがって、このようにして得られる点Ｃおよび点Ｆの
うち、より高い位置にあるものを、経由中間高さの第１
段階の候補に選定する。

次に、前記方法で、第２図のｔｃＦ＋　ｊＡ日＋ｊＦＧ
を求める。このとき、ｔ　ｃＦ＞”ｔ　ｅａ　十ｔ　Ｆ
Ｇであれば選定した中間点高さが、上下動作距離の最も
短いかつタクトタイムを最小にする最適解である。とこ
ろが、ｔ　ｃｐ＜　ｔ　ｅｃ　＋　ｔ　ｙａであれば、
上下動作時間と短縮しなければならない。幸いなことに
、本発明に関して説明した加減速パターンの縮少アルゴ
リズムによれば、動作距離を短くすれば、その動作時間
を短縮できる。

短縮すべき時間Δｔは、 Δｔ　＝　ｔａｃ＋　ｔｐａ　　ｔａＦである。また、
上昇動作Ａ−＋Ｃ１下降動作Ｆ→Ｈ−の速度パターンに
つき、 （１）両方が等速部を含む場合 等速部の短いほうの等速動作詩間をΔｔ□とすす る。そこで、２Δｔｉ＞Δｔであれば、距離−Ｖ−Δｔ
だけ前記経由高さより低い点を経由高さに修正すれば、
これが最適経由高さとなる。ただし、■は等速部の速度
である。

もし、２Δｔ□〈Δｔであれば、距ＭｖΔｔ□だけ前記
経由高さより低い点を経由高さに修正し、Δｔ−２Δｔ
１をΔｔに修正すれば、次の（２）のように経由高さを
求めることができる。ただし、いずれの場合も修正した
経由高さは、前記の所定値（点Ｂまたは点Ｇのいずれか
高いほうの高さ）より高い位置になければならない。

（２）一方が等速部を含む場合 等速部の等速動作詩間をΔｔ１とすると、等速動作距離
はＶΔｔ１である。一方の加減速部のみのものにおいて
、ＶΔｔ１だけ動作距離を短くするとし、前記した減少
方式を適用すると等速部を含むものがＡ→Ｃであるとす
れば、動作時間ｔＢｃしたがって、 であれば、　′ をΔｔｌについて解き、ＶΔｔ′だけ経由高さを低いほ
うへ修正すれば、これが最適経由高さとなる。

ただしＱ。は一方の加減速部のみのパターンの動作距離
である。

場合は、次のようにして、修正した経由高さが得られる
。

前記とは別の動作距離について″　（ダッシュ）をつけ
て表わす。経由高さの減少量をΔａとすれば、動作時間
について ＝Δｔ が成立する。これを八〇について解けば、修正すべき経
由点を求めることができる。

最後の関係式は、Δｔ□＝０すなわち、両方が加減速部
のみか、らなっている場合を含む。しかしこの場合は、
Ｑ、＝Ｑ、’　または、第１図の点Ａと点Ｂが同一高さ
にあることを示し、求解は比較的簡単である。

上述の式は、解析的に解いても、近似的に解いてもよい
。またマイ−クロコンピユータのように演算能力の十分
でない演算手段を利用する場合は、式を簡略化し比例配
分的手法を採用しても、準最適解が得られる。

例えば、 を求解する代りに、 のような近似式を用いても、かなりの精度で準最適解が
得られる。

また、別の考え方として、一方が等速部を含む場合、動
作時間がより長くなりかつ動作距離自体が短くなるのは
、加減速部のみのほうである。したがって、両者共加減
連部のみについて動作時間をΔｔ／２だけ短縮する経由
高さを求めれば、これが準最適経由高さとなる。加減速
部のみの動作距離をΩ１．動作時間をｔＦＨとした場合
の経由高さの低減分ΔＱ□は、次のように求められる。

上式は、演算により実行してもよい。

別の方法として、加減速部のみからなる場合は、加減速
部の状態は、加減速テーブルおよび処理法により決まる
一定値となるから、ρ１およびｔＦＨは、速度Ｖが指定
されれば一定となる６したがって、事前に指定される動
作速度Ｖ毎に、Δｔ：ΔＱ１のテーブルを準備し、テー
ブルを参照しΔｔ１を求めてもよい。また、パラメータ
である動作速度■の数が多いときは、テーブル数を減じ
、テーブル間で補間してΔΩ、を求めてもよい。

以上述べた最適経由高さの決定手順は、第１６図に示す
ようになる。この手順により、前記方法で動作計画を求
めると、ロボットアームの作業タクトを最小にするサー
ボ制御を実現できる。

以上のようにして、最適または準最適となる経由点を決
定できる。ただし、求められた経由点は、当然ながら前
記所定高さより高い位置のものでなければならない。も
し下に位置するものが出た場合は、上記所定高さを制限
する。

上記経由点を用いて、前記計画およびサーボ制御を行う
と、よりタクトタイムの短い動作方式が得られる。

最後に、第１５図のパターン算出法について簡単に触れ
ておく。第１図の点Ａ−）Ｂ→Ｃへ動作する場合につい
て考える。点Ａ→Ｂへの動作距離をＱとする。このとき
、Ｑ＜Ｊ。の場合は、Ω。−Ｑ分相当の等連部分を付加
して、Ｂ−）Ｃ間を減速パターンとする。Ｑ＞６の場合
は、加速および減速パターンのみとなるようにする。点
Ｆ−）Ｇ→Ｈに対しては、点Ｆ−＋Ｇ−＋Ｈの動作に点
Ａ　−）　Ｂ　−＋　Ｃの動作を対応させ、かつ、上記
の説明の加速と減速パターンを逆にすればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２点間で物品の移載等の作業をロボッ
トに行なわせる場合、把持した物品を一定の上昇距離だ
け直線で動作させ、指定された経由高さを停止すること
なく滑らかに移動させて物品の移載を行なうようにした
ので、作業のタクトタイムを大幅に短縮できる。

また、前記一定の上昇距離、下降距離、指定された動作
速度、加減速パターンから作業タクトを最短にする経由
点を自動的に算出し指令するから、作業に先立つティー
チインの作業時間も短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による物品移載作業時の動作経路を説明
する図、第２図は第１図の動作をさせる場合のタイムチ
ャートを示す図、第３図は本発明を適用するロボットシ
ステムの構成の一例を示す図、第４図は本発明を適用す
るロボット機構の一例を示す図、第５図は制御装置の操
作表示装置の一例を示す図、第６図は演算手段の構成の
一例を示す図、第７図は加速パターンの一例を示す図、
第８図は加減速パターンテーブルの構成の一例を示す図
、第９図は加減速パターンテーブルの参照計画手順を示
すフローチャート、第１０図は参照計画の補正手順を示
すフローチャート、第１１図はテーブル参照手順を示す
フローチャート、第１２図は加減速パターン処理結果の
一例を示す図、第１３図は本発明の途中位置経過時間を
求める手順のフローチャート、第１４図は本発明をロボ
ットアームに実行させるためのサーボ指令手順を示すフ
ローチャート、第１５図はタクト短縮最適化のための考
え方を示すパターン何回、第１６図は最適経由高さ決定
手順を示すフローチャートである。 １・・・制御装置、２・・・ロボット本体（サーボモー
タ）、１１・・・教示手段、１２・・・演算手段、１３
・・・演算手順記憶装置、１４・・・動作手順記憶手段
。 １５・・・位置記憶手段、１６・・・ＰｗＭ信号発生回
路、１７・・・パワー回路、１８・・・パルスカウンタ
、２０・・・動作モードキー取込み部、 ２１・・・原点合わせ処理部、２２・・・動作教示処理
部、２３・・・位置教示処理部、２４・・テスト動作処
理部、２５・・・再生動作処理部、３０・・・サーボ制
御部。 代理人　弁理士　　　鵜　沼　辰　之 第８ （１）Ｊ滝電扇ンめを夕 Ｃ−、（−） ＳＰＤＧｎ［］ 第８図（ メ込ｔミー２ン乙 ′Ｙの′２） 第１４図 ｆＪ＝’□□　　５１０２ ６１ｏ３　　　　　　　　　　　　メ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　６１０４Ｙ＠ ｌ≠繍 ７ンジ゛　　　　　　　　りし光ｌ〃 Ｏ ７〃りへ君び　６ｍ ６１１３　　　　　　　　　　Ｙｅｓ ｊ汐　　　　　−寸・２メ ７２矛） 〆ば吃ンルブｌ妙 クーメ２殉ψ ６１　　　　　　　　Ｙ”　　　　　　　　　　　　６
１１７−　　　　　　　　！横乙ｑ１ フチシン２ラノ　　　　　　　　　　　　　ｊピ≧ンノ
１２斃Ｅ３シζｚ５−穿〆フＮ。 □−１）、ｅｌｆＩＩｙ　　　６”８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下方向動作と水平方向動作とを独立に制御可能
   なロボットアームに位置Ａで物品を持ち、上昇し、水平
   移動し、位置Ｈに下降し、前記物品を離す作業をさせる
   ためのロボットの制御方法において、 前記位置Ａから一定距離ｌ＿１だけ直線上昇させまた前
   記位置Ｈに向って一定距離ｌ＿２だけ直線下降させかつ
   指定された高さｈを経由することを条件として、指定さ
   れた速度および加減速パターンに従い前記位置Ａから前
   記距離ｌ＿１の上昇時間ｔ＿Ａ＿Ｂと、前記高されから
   前記位置Ｈ上方の距離ｌ＿２位置Ｇまでの下降時間ｔ＿
   Ｆ＿Ｇと、水平移動時間ｔ＿Ｃ＿Ｆとを求め、 前記位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに出し、そ
   れから前記ｔ＿Ａ＿Ｂ時間後に水平移動開始のサーボ指
   令を出し、さらに前記ｔ＿Ｃ＿Ｆ−ｔ＿Ｆ＿Ｇ時間後に
   下降サーボ指令を出すことを特徴とするロボットの制御
   方法。
2. （２）上下方向動作と水平方向動作とを独立に制御可能
   なロボットアームに位置Ａで物品を持ち、上昇し、水平
   移動し、位置Ｈに下降し、前記物品を離す作業をさせる
   ためのロボットの制御方法において、 前記位置Ａから位置Ｂまでの一定距離ｌ＿１だけ直線上
   昇させまた前記位置Ｈに向って位置Ｇからの一定距離ｌ
   ＿２だけ直線下降させることを条件として、指定された
   速度および加減速パターンに従い前記距離ｌ＿１を最短
   時間ｔ＿Ａ＿Ｂで通過し直ちに減速したときの到達点Ｃ
   と前記距離ｌ＿２を最短時間ｔ＿Ｇ＿Ｈで減速しながら
   通過するように位置Ｇまでの加速に必要な加速開始点Ｆ
   とのうち高い方を経由高さの候補に選定し、上昇時間ｔ
   ＿Ｂ＿Ｃ、下降時間ｔ＿Ｆ＿Ｇ、水平移動時間ｔ＿Ｃ＿
   Ｆを算出し、ｔ＿Ｃ＿Ｆ＞ｔ＿Ｂ＿Ｃ＋ｔ＿Ｆ＿Ｇとな
   るように前記候補を修正して経由高さを求め、 前記位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに出し、そ
   れから前記ｔ＿Ａ＿Ｂ時間後に水平移動開始のサーボ指
   令を出し、さらに前記ｔ＿Ｃ＿Ｆ−ｔ＿Ｆ＿Ｇ時間後に
   下降サーボ指令を出すことを特徴とするロボットの制御
   方法。