JPH01136207A - 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］ この発明は加工物に対するロボットの三次元相対運動制
御方法に関する。

［従来の技術］ ロボットの足点に関するロボット座標系が従属するロボ
ットの、任意の定められた空間的従属性で加工物支持体
に取り付けられた加工物一対する三次元相対運動の制御
方法であって、その際相対運動の軌道が有意空間点によ
り決定可能であり、これらの有意空間点の間の部分軌道
の等間隔補間により別の空間点が作られ、ロボット座標
系の中の空間点に相応する参照信号によりロボットの駆
動要素が制御されるような方法では、加工物もロボット
足点も固定され、そのためロボットと加工物との間の相
対運動がもっばらロボットの三次元運動により行われる
ということを前提としている。その際この運動は直線又
は円弧形の部分軌道によりロボット座標系の中に比較的
容易に描かれ、これらの部分軌道が比較的簡単な方法で
等間隔に補間できる。

しかしながらロボットの足点と加工物又は加工物の支持
体との間に自由に計画可能な送り運動が存在するときに
は、加工物上の直線又は円弧形の軌道が容易に補間でき
る直線又は円弧形のロボット運動軌道に還元できず、そ
れによりロボットの運動のプログラム作成が著しく高い
費用を必要とする。

しかしながらロボット技術の新しい適用の重点は正に、
使用者に関する周囲条件に応じて共に運動する加工物の
加工にある。その際運動する加工物が例えば可動の台例
えば回転台又は回転傾動台上に配置されるか、又は、ロ
ボットが門形フレームに取り付けられているのであれロ
ボットが車台を備えているのであれ、ロボット自体が走
行可能に配置されている。その際加工物を固定保持する
ことも固有の送り運動を行わせることもできる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、ロボット足点と加工物支持台との間に自由
に計画可能な運動が存在するときにも、加工物又はこれ
を保持する加工物支持体に対するロボットの運動軌道の
制御が技術的に簡単な方法で保証されるように、前記の
種類の方法を発展させることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、相対運動の根底にあり自
由に計画可能な送り運動が加工物支持体とロボットの足
点との間で行われ、加工物支持体の任意の点に関する補
助軸座標系が設けられ、有意空間点がこの補助軸座標系
の中に設定され。

それに基づいて有意空間点の間に別の空間点を作るため
に、部分軌道の補間が同様にこの補助軸座標系の中で行
われ、更にこの補助軸座標系の中にあるすべての空間点
が、送り運動を考慮する変換条件設定を介して直接にロ
ボット座標系に伝送されることにより達成される。

この発明の第１の有利な実施態様は、結合要素と補助軸
とを反復して考慮することにより、変換条件設定がロボ
ット座標系の座標原点から補助軸座標系の座標原点へと
行われることを特徴としている。その際座標系相互の特
に明解な結合が保証される。

これに関連して反復考慮がオペレータの操作により始動
可能であることが更に特に有利であると判明している。

それにより座標系凹め誤結合を非常に確実に防止できる
。

〔実施例］ 次に従来の方法とこの発明に基づく制御方法の複数の実
施例とを示す図面により、この発明の詳細な説明する。

第７図においてロボットＲ１が示され、同様に固定され
たロポッ）Ｒ１の足点に対し見易くするために図示され
ていない取り付は具により固定保持された加工物Ｗｔに
対して、ロボット先端が従米の方法で運動を行う。運動
の軌道はロボット座標系ＲＯＳの中に取り込まれた有意
空間点ＰＩないしＰ６により設定され、空間を決定する
三つの座標軸ＸＲＯ３、ＹＲＯＳ及びＺＲＯＳに対する
座標原点はロポッ）Ｒ１の足点にある。その際有意空間
点Ｐ１とＰ２の間の運動軌道は直線として構成され、有
意空間点Ｐ２から有意空間点Ｐ３までは円弧形の軌道が
存在し、この軌道には有意空間点Ｐ４までは再び直線の
部分が接続し、この直線の部分は円弧形の軌道で有意空
間点Ｐ５に移り、この空間点は直線の軌道を通って有意
空間点Ｐ６に至り、この空間点が再び円弧形の軌道を通
って有意空間点Ｐ１に達する。有意空間点ＰｉないしＰ
６はロボットＲのための制御装置により設定されるが、
このことは第３図に関連して後に図示する。

有意空間点ＰＩないしＰ６の間の部分軌道は制御装置の
中で等間隔に補間され、それにより別の空間点Ｐｉが生
じる。すべての空間点ＰｌないしＰ６とＰｉとはロポッ
）Ｈの駆動要素の制御のための参照信号を決定する。

第１図においてロポッ）Ｒ２が示され、その足点は同様
にロボット座標系ＲＯ３に関連している。しかし更に回
転傾動台ＤＳが設けられ、この回転傾動台は支持体Ｔ１
を有し、支持体上には見易くするために図示されていな
い加工物を取り付けることができる。そしてそのように
取り付けられた加工物をロポッ）Ｒ２により加工できる
。その際回転傾動台ＤＳ上の加工物を水平軸線を中心と
して傾動する（二重矢印により示す）こともまた垂直軸
線（−点鎖線で示す）を中心として回動する（同様に二
重矢印で示す）こともできる、その際支持体ＴＩの中心
には回転傾動台ＤＳの運動につれて動く補助軸座標系Ｚ
ＡＳが従属し、この座標系は図面において三つの座標Ｘ
ＩＡＳ　　、　ＹＺＡＳ及びＺｚＡＳにより示されてい
る。

第２図においてロボットＲ３が示され、加工物Ｗ２に対
するロボット先端の合成相対運動が有意空間点Ｐ７とＰ
８との間の直線軌道をもたらし、この軌道が等間隔に補
間されそれにより別の空間点Ｐｎを生じるように、ロボ
ットの先端を回転台り上に配置された加工物Ｗ２に対し
て導こうとする。

回転台りが十字で印を付けた垂直軸線を中心として矢印
で示した方向に一様に回転し、その結果空間点Ｐ８に一
致する加工物Ｗ２上の加工箇所が回転の終端で空間点Ｐ
９の位置に来ると仮定しよう。このことはロボットＲ３
の先端が、有意空間点Ｐ７とＰ９との間を走る軌道に沿
って動かなければならないという結果をもたらす、しか
し合成相対運動の比較的単純な直線の軌道の形はロボッ
トＲ３の簡単な直線又は半径方向の軌道によりもはや描
くことはできないで、目指す加工のために必要な有意空
間点Ｐ７から有意空間点Ｐ９へのロボットＲ３の軌道は
、当然のように直線又は円弧形の一連の軌道セグメント
により近似的に描かなければならない。更に補間するこ
とができるこれらの軌道セグメントの間の各有意空間点
は１個々に制御装置に入力しなければならない。

ここでこの発明は、ロポッ）Ｒ３の運動軌道に対するそ
のように選ばれた有意空間点が従属するロボット座標系
（ＲＯ３、第１図参照）の中に設定され、そしてこれら
の空間点が従来の方法で補間されるのではなくて、補助
軸座標系（ＺＡＳ、第１図参照）の中に有意空間点Ｐ７
とＰ８が設定されるということを出発点としている。そ
の結果として有意空間点Ｐ７とＰ８との間の直線軌道の
従来の等間隔補間が別の空間点Ｐｎをもたらす。

補間に続いてロボット座標系ＲＯ５への変換条件設定に
応じた空間点Ｐ７　、Ｐ８及びＰｎの変換が行われる。

変換条件設定は送り運動すなわちロポッ）Ｒ３の足点に
対する回転台りの運動により決定される。その結果変換
された空間点が生じ、すなわち当初の有意空間点Ｐ７が
ら空間点Ｐ７が、また当初の有意空間点Ｐ８がら空間点
Ｐ９が、また当初の空間点Ｐｎから空間点Ｐｍが生じる
、そして変換により生じたこれらの空間点Ｐ７　、Ｐ９
及びＰｍは更に補間することなく、従来の方法でコンバ
ータ（Ｕ３、第３図参照）を介してロボットＲ３の駆動
要素に作用できる。

第３図においてこの発明に基づく方法を実施するための
装置の一実施例のブロック線図が示されている。かかる
装置は、動かされない加工物に対するロポッ）Ｈの運動
を制御するためにも、また動かされる加工物のかかる運
動を制御するためにも適している。記号工で示された第
１の場合には、目指す運動軌道の有意空間点に対する座
標ｘ、ｙ、ｚ及び付属する方位角Ａ、Ｂ、Ｃが、ロボッ
ト座標系（ＲＯＳ、第７図参照）の中の入力装置Ｅに入
力される。対応する値はメモリＳＰＩに供給され、その
際この実施例において用いられた記号により、加工物Ｗ
１に対するロボツ）Ｒ１の軌道（第７図参照）に相当す
る運動軌道が示されている。そして有意空間点の座標は
補間器工ｌに達し、この補間器は線形補間又は円弧補間
により別の空間点を算出し、それに応じて空間点に対応
する出力信号がコンバータＵ３に伝送され、このコンバ
ータが従来の方法でロボットＲの駆動要素を制御する。

入力装置Ｅのための領域の中の記号ＩＩにより、運動す
る加工物例えば加工物Ｗ２（第２図参照）に対して、相
応の座標値ｘ、ｙ、ｚ及び相応の方位角Ａ、Ｂ、Ｃが補
助軸座標系ＺＡＳの中に入力されることが示されている
。補助軸座標系ＺＡＳの中の有意空間点は、記入された
記号が第２図に示す実施例に適合するメモリＳＰ２に達
する。補助軸座標系ＺＡＳで与えられた運動軌道は線形
補間及び円弧補間のための補間器工２の中で等間隔に補
間され、補間器Ｉ２の出力信号はコンバータＵ２に達す
る。このコンバータＵ２が送り運動すなわちロボット座
標系ＲＯ３と補助軸座標系ＺＡＳとの間の運動関係に応
じて変換条件設定を行うように、このコンバータＵ２が
コンバータＵｌにより制御される。それに応じて変換を
行うコンバータＵ２がその出力端にロボット座標系ＲＯ
５に変換された空間点を供給し、この空間点がコンバー
タＵ３を介してロボットＲの運動を制御する。

コンバータＵ２の変換挙動の調節は、送り運動を決定す
る結合要素ＶＢＥ１．．．ｎと補助軸ＺＡ１．．．ｎと
が反復して入力装置Ｅを経て制御装置に伝えられ、かつ
それに応じてコンバータＵｌによりコンバータＵ２のた
めの変換信号が算出されることにより行われる。

結合要素ＶＢＥＬ、、、ｎ及び補助軸ＺＡＩ。

４．ｎの意味については次に説明する。

第４図には回転台りが示され、この回転台は一点鎖線で
示した軸線を中心として回動可能であり（二重矢印で示
す）、かつ任意の加工物を保持するために支持体Ｔ２を
有する。この回転台りと図示のロポッ）Ｒ３に対して第
５図に原理図が示され、この原理図ではロボット座標系
ＲＯ３から補助軸座標系ＺＡＳへの段階的に行われる変
換が示されている。

第５図でロポッ）Ｒ３の足点には既に前に述べたように
座標ＸＲＯ９、ＶＲｏｓ及び２　ＲＯＳにより表される
ロボット座標系ＲＯ３が従属している。このロボットＲ
３に対し第４図に示す回転台りが図示の位置に配置され
ている０回転台りの足点には座標Ｘ＋＋Ｙ＋及びｚｌを
有する第１の補助座標系ＫＳＩが従属している。この第
１の補助座標系ＫＳＩの足点はロボット座標系ＲＯ５に
対し値ＸＲＯＳ　　＝２００　、　Ｖ＊ｏｓ　　＝１０
０　、　ＺＲＯ５＝１０により決定されている。更に方
位角はＡ＝４５°、ｇ＝ｏ’、ｃ＝ｏ°である。これら
の六つの値は結合要素ＶＢＥｌを代表する。従ってこの
結合要素はもっばらロボットＲ３に対する回転台りの配
置に関係している。

更に回転台りの形状寸法により、第２の補助座標系ＫＳ
２が値ｘ＝０　、ｙ＝０及びｚ＝ｄｌ（ｄ＋は回転台り
の足の上方の回転リンクの高さである）及び方位角Ａ＝
０６．Ｂ＝Ｏ’。

Ｃ＝０°により第１の補助座標系ＫＳＩに対して移動さ
れることにより、第１の補助座標系ＫＳＩが座標！２１
Ｙ２及びｚ２を有する補助座標系ＫＳ２に到達する。第
２の補助座標系ＫＳ２の座標原点で座標軸ｚ２の方向で
の回動が行われるという事実が、補助軸ＺＡＩが挿入さ
れていることで表されている。このことは図面の中でリ
ンクを記号化した二つの開いた三角形と座標Ｘ３．Ｙ３
及びｚ３を有する第３の補助座標系ＫＳ３とにより示さ
れている。第３の補助座標系ＫＳ３から結合要素ＶＢＥ
３が出され、この結合要素は回転台りの回転リンクから
その支持体Ｔ２までの距離すなわち距１ｍ　ｄ　ｔによ
り与えられている。正にこの距Ｉｌｌ　ｄ　２だけ第３
の補助座標系ＫＳ３から離れて、補助軸座標系ＺＡＳが
回転台りの中心に示されている。それに応じて値ｘ＝ｏ
　、　ｙ＝０　。

ｚ＝ｄ２及び方位角Ａ＝０°、Ｂ＝０°、Ｃ＝００によ
り与えられた結合要素ＶＢＥ３が存在する。補助軸座標
系ＺＡＳは選ばれた実施例において回転台りの回転軸線
上に置かれている。しかしながらこの補助軸座標系ＺＡ
Ｓが支持体Ｔ２の縁に配置されることも可能である。そ
のときはそれに応じて支持体Ｔ２の中心からその縁への
別の結合要素ＶＢＥ４を用いなければならない。

第６図においてもう一度ロボット座標系ＲＯ３から補助
軸座標系ＺＡＳへの原理的な連結経路が示されている。

その際変換段階順序は結合要素ＶＢＥ　１　、ＶＢＥ２
及びＶＢＥ３が従属する矢印により示されている。その
際第１、第２及び第３の補助座標系はＫＳＩ、ＫＳ２及
びＫＳ３により示されている０回転台りのリンクは円に
より記号化された補助軸ＺＡＩで表されている。

ロボット座標系から出発して複数の補助軸座標系へ移行
することもまた可能である。このことは例えば相互に無
関係に運動可能な二つの支持体（台）を有する回転傾動
台の場合に有意義である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく方法が適用されるような回転
傾動台と協（動するロボットの立面図、第２図はこの発
明に基づく方法が適用されるような運動軌道を示すロボ
ットと回転台上の加工物との平面図、第３図はこの発明
に基づく方法を実施するための装置の一実施例のブロッ
ク線図、第４図は回転台の立面図、第５図は回転台と協
働するロボットの座標系群の説明図、第６図は用いられ
た座標系の反復連結の説明図、第７図はロボットの運動
制御のための従来の方法を示すロボットと加工物との平
面図である。 Ｄ、ＤＳ・・・加工物支持体、　　ＰｉないしＰ９−−
−有意空間点、　　Ｐｉ、Ｐｍ、Ｐｎ＊ｓ・補間された
空間点、　　Ｒ１ないしＲ３−・・ロボット、　　　　
ＲＯ３・・争ロボット座標系、ＶＢＥＩないしＶＢＥ３
・・・結合要素、ＺＡＩ−・・補助軸、　　ＺＡＳ＠Φ
・補助軸座標系。 Ｉ０７ ＩＧ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ロボットの足点に関するロボット座標系が従属する
   ロボットの、任意の定められた空間的従属性で加工物支
   持体に取り付けられた加工物に対する三次元相対運動の
   制御方法で あって、相対運動の軌道が有意空間点により決定可能で
   あり、これらの有意空間点の間の部分軌道の等間隔補間
   により別の空間点が作られ、ロボット座標系の中の空間
   点に相応する参照信号によりロボットの駆動要素が制御
   されるような方法において、相対運動の根 底にあり自由に計画可能な送り運動が加工 物支持体（ＤＳ、Ｄ）とロボット（Ｒ２、 Ｒ３）の足点との間で行われ、加工物支持体（ＤＳ、Ｄ
   ）の任意の点に関する補助軸座標系（ｘ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、
   ｙ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｚ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ）が設けられ、有意空
   間点（Ｐ７、Ｐ８）がこの補助軸座標系（ｘ＿Ｚ＿Ａ＿
   Ｓ、ｙ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｚ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ）の中に設定され
   、それに基づいて有意空間点（Ｐ７、 Ｐ８）の間に別の空間点を作るために、部 分軌道の補間が同様にこの補助軸座標系 （ｘ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｙ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｚ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ）
   の中で行われ、更にこの補助軸座標系（ｘ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ
   、ｙ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｚ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ）の中にあるすべて
   の空間点（Ｐ７、Ｐ８、Ｐｎ）が、送り運動を考慮する
   変換 条件設定を介して直接にロボット座標系 （ｘ＿Ｒ＿Ｏ＿Ｓ、ｙ＿Ｒ＿Ｏ＿Ｓ、ｚ＿Ｒ＿Ｏ＿Ｓ）
   に伝送されることを特徴とするロボットの制御方法。 ２）結合要素（ＶＢＥ１、ＶＢＥ２、ＶＢＥ３）と補助
   軸（ＺＡ１）とを反復して考慮することにより、変換条
   件設定がロボット座標系（ｘ＿Ｒ＿Ｏ＿Ｓ、ｙ＿Ｒ＿Ｏ
   ＿Ｓ、ｚ＿Ｒ＿Ｏ＿Ｓ）の座標原点から補助軸座標系（
   ｘ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｙ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ、ｚ＿Ｚ＿Ａ＿Ｓ）の
   座標原点へと行われることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３）反復考慮がオペレータの操作により始動可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲 第２項記載の方法。