JPH01140207A - ロボットアームの手動制御方法 - 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、ロボットの動作制御方式に係り、特に、ロボ
ットの動作点を教示する際に効果的な動作制御手段を提
供するものである。

〔従来の技術〕

関節形ロボットにその動作を教示する際の有効な手法と
して、ロボットの機構とは独立し、かつロボット設計時
に一意的にロボット機構と関連づけられる特定の直交座
標系の各々の直交軸に沿ってロボットを動作させれば教
示作業に好適であることが示されている。

なおこの種の装置としては、特公昭６０−５１１２１号
に記載されたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ロボットアームを直交座標軸に沿って動作させ、動作点
を教示する方法は、作業者の容易に認識しろるもしくは
生活基盤となっている座標系であるから、その価値は大
きい。しかしながら、上記直交座標系は、ロボット設計
時に一意に定義された座標系であり、その直交軸に沿っ
てのみしかロボットを動作させることができないという
問題がある。換言すれば、ロボットの作業教示の対象と
なるワークの座標系が、前記ロボットの座標系と一致し
ない場合、（そして、これは通常一致しないものであり
、一致するように調整することが大変な作業を伴うこと
、そのように調整しても、異なる場所へロボットを移動
された場合には再調整が必要となること等）、作業教示
点が多い場合は、前記座標系の各面分軸方向の動作を繰
り返して。

ロボットを目標の教示点へ位置決めさせなければならな
いという問題がある。この問題は、面分動作形ロボット
アームの場合についても同様である。

本発明はこのような問題を解消し、よりロボットの動作
点教示を簡易にする手法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、前記ロボットの直交座標系を、ワークの直
公座標系に変換する手段を提供することにより達成され
る。

具体的には、前記ロボットの直公座標系は、水平面上に
Ｘ−Ｙ軸があり、Ｘ−Ｙ軸の作る面に面分する軸がＺ軸
であるとするとき、 （１）Ｘ−Ｙ座標系を変換したいときは、ワーク上の作
業点２点を教示し、この２点の水平成分方向余弦を求め
１例えばこの方向余弦ベクトルをＸ′軸と再定義し、こ
れに直交゛する水平面内のベクトルをＹ′軸とし、ロボ
ットをＸ′及びＹ′軸方向へ動作させる機能を付与する
ことにより達成される。

（２）Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系を変換したいときは、ワーク上
の作業点３点を教示し、その内の２点より求められる方
向余弦をＸ′軸とし、残りの１点よりＸ′軸へ下した垂
線をＹ′軸とし。

Ｘ’−Ｙ’平面に直交する直線をＺ′軸とし、ロボット
をＸ’、　Ｙ’、　Ｚ’軸方向へ動作させる機能を付与
することにより達成される。

〔作用〕

本発明の作用を第１図〜第３図を用いて説明する。

ここでは、説明の簡便さのために水平面を再定義する場
合について示す。第１図において、ロボット固有の直交
座標系ｘ−Ｙは、ロボット本体を座標原点に第１図のよ
うに定義されている。これに対し、ロボットの動作対象
となるワークの座標系ｘ’−ｙ’は、第１図のようにな
っているとする。

ここでＱ印は、動作教示予定点であり、これらはワーク
座標系上にて整列している。ここで、例へばＯ印の点り
と■を通常の方法でロボットを動作させて教示するとす
る。この２点より、第１図に矢印で示すような点Ｉから
点りへ向かう方向ベクトルが計算できる。従ってこれを
Ｘ′軸方向であるとすれば、これに直交するＹ′軸方向
も自ずとさだめることかできる。ここで、２点の教え方
は任意であり、教示した２点からＸ′軸方向が決定でき
るものであることは云うまでもない。

次に第２図を用いて従来の動作点を教示する手順を示す
。先ず、点Ｉまでの教示は完了しており次に点りを教示
するものとする。点工から、点りへロボットアーム先端
を移動させるために、ロボットの動作教示者は、操作ス
イッチを操作することにより、ロボット固有の座標軸Ｘ
またはＹ軸の方向に沿って第２図に示すようにロボット
を動作させ、点りの近傍でＸまたはＹ軸方向の動作を繰
り返し微調整を、それも繰り返すことにより点Ｄヘロボ
ットアーム先端を位置決めする。次に別の操作スイッチ
の操作により点りをロボットの制御装置に記憶させる。

点Ｂの教示についても同様である。このように教示点の
存在位置とロボットの動作可能方向が異なるため、種々
の動作方向を組み合せてロボットを動作させ、目標位置
にロボットアームを位置決めしなければならず、特に目
標位置近傍での微調整は非常にねすらおしいものである
。

次に第３図を用いて、本発明の動作点を教示する手順を
示す。まず、ｘ’−ｙ’座標軸を決定するための２点の
位置は教示ずみであり、教示点工までの動作教示はすで
に完了しているとし１次に点りを教示する場合ついて説
明する。点■から点Ｄへロボットアーム先端を動作させ
るには、ロボットの動作教示者は、まず、ロボットアー
ムをＸ′−Ｙ’座標系で動作させるための指令信号を操
作船を操作して制御装置に教える。これにより動作モー
ドはＸ’　−Ｙ’座標系規準となる。次に、前記と同様
操作ボタンを操作すれば、今度の場合は。

ロボットアーム先端はＸ′またはＹ′軸に沿って動く。

従って点工から点りへロボットを動作させるにはある操
作船を押すだけでも良く、ロボットアームは、第３図矢
線で示すように点りの方向へ向かって動作する。点りの
近傍で微調整する点は従来と同様であるが、これもＸ′
軸方向で調整するのみで良く非常に簡単になる。次に点
Ｂを教示するにおいては、別の操作船によってＹ′軸方
向へ動かすことのみで教示することができる。

更に本発明のかくれた利点は、任意にロボットの動作教
示者が、教示に都合の良い座標系を定義でき、その座標
系上でロボットの動作点を教示できるので、−直線上に
配列された教示点は、正確に一直線上の点として教示す
ることができ、短形上に配列された点は、短形上の正確
な点として教示することができる点にある。これに対し
従来の教示方法によれば、−直線上に配列された点であ
っても、その直線がロボット固有の座標軸と一致しない
限り、Ｘ軸及びＹ軸方向の動作を繰り返して教示するこ
とになるので、正確に一直線上に配列された点を、−直
線上に位置するものとして教示することができない。短
形状に配列された点を教示する場合においても、正確な
短形状の点として教示することはできない。

〔実施例〕

第４図に、本発明を実現するロボットシステムの一構成
例を示す。ロボットシステムは、ロボット本体２と制御
装置１より構成される。制御装置１は、ロボットを手動
で動作させたり、動作した位置を位置記憶手段１８に記
憶指令をしたり、ロボットの動作手順を入力し、動作手
段記憶手段１７に記憶指令をしたり、動作手順記憶手段
１７に記憶された動作手順に従ってロボットに動作する
よう指令したりするための複数の操作スイッチ及び動作
状況他を表示するための表示装置類を含む教示手段１４
と、演算手段１５の出力するｐｗＭ指令を受けてＰＷＭ
信号を発生するＰＷＭ信号発生回路１１、そのＰＷＭ信
号によって動作し、ロボット本体２、特に、サーボモー
タに運転電流を供給するパワー回路１２と、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
られたエンコーダのエンコーダパルスを計数するパルス
カウンタ１３と、複数のロボットアーム先端部の経由す
る位置を記憶する位置記憶手段１８と、前記位置記憶手
段１８に記憶された複数の位置の動作手順を記憶する動
作手順記憶手段１７と。

演算手段１５の演算手順を記憶する演算手順記憶手段１
６と、教示手段１４の入力信号に応じて定められた演算
手順記憶手段１６内に格納されている。適切な演算手順
を読み出し、必要に応じて動作手順記憶手段１７及び位
置記憶手段に格納されている情報を用いて演算を行ない
ロボットを動作制御する演算手段１５より成っている。

第５図に、教示手段１４の操作船及び表示部の一例を示
す。

以下、本発明におけるロボットの動作を詳細に説明する
。

ロボットの動作を開始させるために、まず、主電源スイ
ッチ（図示せず）を投入すると、第４図の演算手段１５
は、ロボットの動作、表示関係の初期化を行う。次に第
５図の原点合せキーを押すと、演算手段１５は所定の手
順に従ってロボットを動作させ、ロボットに機械基準姿
勢をとらせる。

これにより、ロボット機械姿勢と位置情報の対応関係が
確立され、ロボットがプログラム制御可能の状態となる
。

まず１本発明に係る任意の座標系を定義するための動作
点の教示方法について説明する。第５図の位置ティーチ
キーを押すことにより、ロボットは位置ティーチモード
になる。この状態で第５図の位置調整キーのいずれかを
押すことにより、ロボットは、各調整キーに対してあら
かじめ定められた方向にあらかじめ定められた速度で動
作し、調整キーを雛すと停止するように動作する。例え
ば第５図のアーム右のキーを押すとロボットアーム先端
は、第１図のＸ軸矢線方向へ、アーム前のキーを押すと
第１図のＹ軸矢線方向へ動く。このように調整キーを操
作することにより、ロボットアーム先端を任意の点に位
置決めすることができる。位置決めした点に対して第５
図のデータ入カキ−を操作して位置決め点の位置情報を
記憶すべき位置番号を入力（これは例えば第５図のステ
ップ部に表示される）したのち、第５図のセットキーを
押せば、現在のロボット位置情報が、入力された位置番
号に対して位置記憶手段１８のあらかじめ定められた記
憶領域に格納される。

ここで、位置記憶手段１８に記憶される位置情報は、サ
ーボモータ２の回転角を与えるエンコーダパルス信号の
積算値もしくは、これより演算して求められるロボット
固有に定められた座標系のｘ、ｙ、ｚ値、もしくは、関
節形ロボットの場合はアームの回転角のようなものであ
っても良い。

要は、ロボットアーム先端の位置情報そのもの、もしく
は、何らかの演算処理を施こすことにより位置情報と１
：１に対応がつけられるものであれば何でも良い。

次にこのようにして教示記憶する位置情報を。

ロボットの動作教示者の定義する新しい座標系の基礎デ
ータとして定義する方法を示す。

その第１の方法は、位置記憶手段１８の特定の領域に格
納されている２点の位置情報を新しい座標系の基礎デー
タとみなす方法である。前記特定の領域は前記したよう
に位置番号に対応しているから、ロボットの動作教示者
が、前記したように、ある特定の位＠岳号を入力してセ
ットキーを押すことにより、この情報が位置記憶手段１
８の特定の領域に格納される。

第２の方法は、データ入カキ−を用いて、第５図のオペ
コード表示部に特定の記号を入力したときに、演算手段
１５が、これを座標系定義記号であると判別し、所定の
定義処理を行なうようにすることを基本とする。例えば
オペコード表示部に′″７″を入力したときは、第１の
、ＩＩ　８　ＩＩを入力したときは、第２の、１１９７
１を入力したときは第３の座標系定義位置を定義するも
のとする。この場合、前記の特定記号をオペコード表示
部へ入力し、セットキーを押すと、演算手段１５は、前
記した位置情報の記憶であるか、座標系定義入力である
かを、前記した特定記号の有無により判別する。特定記
号がなければ、位置情報を記憶するよう処理するが、そ
れは前記したものである。座標系定義入力すなわち前記
例でＩｔ　７　ＩＩ、ＩＩ　８　ＩＩまたは２９′″が
オペコード表示部に入力されていれば。

ステップ部に表示されている位置番号をとり込み、前記
特定のコードに応じて準備したエリアにこの位置番号を
記憶する。第１の方法の場合には、座標系を定義または
再定義する場合には、定義するための位置にロボットを
動作させなければならないのに対し、第２の方法の場合
には、既に教示された位置をロボットを動かすことなく
自由に指定することができる。

以上のようにして、新しい座標系を定義するための位置
情報を特定することができる。

次に、前記のようにして特定された位置情報を用いて、
新しく定義した座標系の座標軸に沿ってロボットアーム
先端部を動作させる方法を示す。

そのためには、先ず、制御装置１に新しく定義した座標
軸に沿ってロボットアームを動作させることを指示しな
ければならない。その方法は、例えば、ユーティリティ
キーを押し、続けて、前記を指示するようあらかじめ定
められた特定のコード、例えば、Ｐ′″　ＩＩ　Ｑ　Ｉ
Ｉ　、　ＩＩ　Ｑ　ｌ″をデータ入カキ−を用いて順次
入力し、セットキーを押すことにより達成する。制御装
置は、上記入力を解読し、前記動作モードとなる。別の
例は、第５図には示していないが、別のキーを設け、こ
のキーを押すことにより、前記ロボットアーム固有の座
標系に従って動くモードと、新しい座標系に従って動く
モードが切りかえられるようになっていても良い。すな
わち、制御装置１に新しく定義した座標軸に沿ってロボ
ットアームを動かすことを指示できるものであれば手段
は問わない。

このようにして、新しい座標軸に沿って動く動作モード
になったのちのロボットアームの動かし方について、第
６図を用いて説明する。位置調整キーのいずれかが押さ
れると、第６図の動作が開始される。まずブロック００
ｏにおいて１次の処理をする。前記した方法で新しい座
標軸定義用に記憶された２つの位置情報（必要なら何ら
かの変換を施こして）を取り出す。ここでは、Ｘ−Ｙ座
標軸を変換して新しい座標軸ｘ’−ｙ’について動作さ
せる場合について説明しているので、２つの位置情報Ｐ
０．Ｐ工は、次のベクトル成分からなる。

Ｐａ”　（Ｐ−ｘ、Ｐａｙ） Ｐ工＝（ｐ−ｘ−ｐｔｙ） これよりＸ″座標軸方向は、次の方向ベクトルで与えら
れる。

ブロック００１では次の処理を実行する。

すなわち、″アーム右”の調整キーが押された場合はア
ームの動作方向ベクトルυを次のようにする。

″′アーム左″の調整キーが押された場合は。

”アーム前″の調整キーが押された場合は。

”アーム後″の調整キーが押された場合は、このように
して、ロボットアーム先端を動作すべき方向が定まる。

次にブロック′″００２”において、動作条件の準備計
算を行なう。すなわち、現在のロボットアーム先端位置
ＰＮ＝（ＰＮＸＩ　ＰＮｙ＃　ＰＮＺ）と動作方向ベク
トルυを用いて、動作ベクトル方向へロボットアームを
動作させるとした場合の動作限界位置Ｐ［！＝（Ｆａｘ
＋　Ｐ［＋ｙｔ　ＰＥＺ）及び限界位置まで動作させる
ときの動作距離ａ０を求める。次に、あらかじめ定めら
れた最大速度及び加減速方式に従って、動作距離Ｑ。だ
けロボットアームを動作させる場合の加減速処理方式を
決定する。演算処理の詳細は本発明の主眼ではないので
、ここでは省略する。

次にブロック”００３”において動作方向υへ、あらか
じめ定められた微少距離ΔＱだけ動作させるとした場合
の動作目標位置Ｐを求める。

ｐ＝ｐ、、＋ΔＱ・υ これを、ロボット機構に関連する演算式に従ってロボッ
トアームを駆動するサーボモータの位置信号に変換し、
適切なる制御論理に従って制御信号を求め、これをＰＷ
Ｍ信号発生回路１１に出力する。これにより、ロボット
アームは、動作方向υに沿って極く御少距離ΔＱだけ動
く。

次に、ブロック”００４”において、所定の時間、例え
ば１　ｓｅｃの間に渡って、ブロック”００５”で示さ
れるチエツクを行なう。ブロック”００５”において調
整キーが離されたことが検出されると。

全ての演算処理は終了する。この機能は、調整キーを極
短時間だけ押すと、調整キーで指示された方向へロボッ
トアームを極く微小距離動かすことができることを意味
し、ロボットアームを動作目標点へ正確に位置決めする
際の位置調整に有効であることを示している。ここで、
所定時間同じ調整キーが押され続けていると次のブロッ
ク”ｏ。

６″を実行する。

ブロック”００６”は一定時間間隔、これはサーボ系の
サンプリングレートに関連し、例えば２ｍ　ｓｅｃ毎に
ブロック”００７”の演算を起動する。

ここでブロック”００６”は、サーボ制御との関連でそ
う人した一例であり、実際の処理形態としては種々のも
のがある。

ブロック”００７”では、ブロック”００５”と同様に
、同じ調整キーが押され続けているか否かをチエツクす
る。もし押されていれば、ブロック′″００８′″”０
０９”を実行する。ブロック”００８”では、ロボット
アームが、ブロック”００２”で求めた動作限界点に到
達したが否がをチエツクする。もし到達していれば、全
ての処理は終了する。到達していなければ、ブロック”
００２″′で求めた加減速条件に従って、次にロボット
が動くべき点の動作距離Ｑを求め、動作点Ｐを得る。

Ｐ＝ＰＮ＋Ｑυ このＰによってロボットを動作させる手順はブロック″
′Ｏｏ３”において説明したものと同様である。このブ
ロック”００９”の処理を一定時間間隔毎に実行するこ
とにより、ロボットアームは所定の加減速方式に従って
連続的に動作方向υに沿って動く。そして、キーが押さ
れつづけていれば、最終的に動作限界点に到達し、ロボ
ットアームは停止する。

ロボットアームを希望の位置に停止させたい場合は、動
作教示者は、調整キーをはなせば良い。

調整キーを離すとブロック”０１０”が実行される。す
なわち、ブロック”００２″で得られた減速条件に従っ
てロボットアームを減速停止させる動作目標位置を”０
１０”ブロックの説明では省略しているが、ブロック”
００６”に示すと同様の一定の時間間隔で発生し、サー
ボ系に作用させることによりロボットアームを停止させ
る。このようにして、ブロック”００６”〜”０１０”
の作用により、ロボットアームは動作方向に沿って動作
し、目標位置近傍に位置決めされる。正確な位置決め方
法は前記した通りである。なお、上記説明では、実用シ
ステムの動作すなわち、安全性チエツク、動作可／不可
チエツク等の本発明の本旨でない面は一部省略している
。

以上は、平面座標を任意に定義しその座標軸方向に沿っ
てロボットアームを動作させる場合につき、詳細に説明
した。この平面は水平面であるとして説明したが、これ
を垂直面とする場合も同様の考え方で実現できる。また
、空間座標を任意に定義し、その各座標方向に沿ってロ
ボットアームを動作させる場合は類似の方法で実現する
ことができるので、ここでの詳細な説明は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、あらかじめ教示された２点または
３点を用いて、ロボットアームの動作教示者が任意のそ
して動作教示に好都合な新しい座標系を定義することが
でき、この座標系の各軸方向に沿ってロボットアームを
動作させることができるので、本発明によれば、教示作
業の簡略化、簡便化が得られると共に、教示作業時間を
大幅に短縮することができるという多大の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理図。 第２図は、従来の動作教示手順を説明する図。 第３図は、本発明の動作教示手順を説明する図６第４図
は、本発明の全体システム構成側図。 第５図は、本発明の教示手段側図。　　　　　゛第６図
は、本発明を用いてロボットアームを手動動作させるた
めの手順図。 第　１　因 第　２２ 第３　区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）あらかじめ教示記憶されたロボットアームの２つ
   の位置データから求められる水平面または垂直面内の方
   向ベクトル軸と、前記面内で前記ベクトル軸に垂直なベ
   クトル軸とを定め、ロボットアームの動作教示装置の操
   作ボタンにより選択される軸と方向に沿う直線路上をロ
   ボットアーム先端部に動作させるようにしたことを特徴
   とするロボットアームの手動制御方法。
2. （２）あらかじめ教示記憶されたロボットアームの３つ
   の位置データのうちの最初の２つから求められる方向ベ
   クトル軸と、この軸に垂直で最後の１つの点を通る方向
   ベクトル軸と、前記２つのベクトルにより定まる平面に
   直交する方向ベクトル軸とを定め、ロボットアームの動
   作教示装置の操作ボタンにより選択される軸と方向に沿
   う直線路上をロボットアーム先端部に動作させるように
   したことを特徴とするロボットアームの手動制御方法。