JPH02202606A - 工業用ロボットの制御方法及び装置 - 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〕 本発明は工業用ロボット等の制御方法及び装置に係り、
特にロボット及び周辺機器との協調制御を容易に実現す
るための制御方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

工業用ロボット等の自動作業機械を用いて作業を行わせ
る場合１作業工具等の軌跡を直交座標系を用いて記述す
ることが便利であって、このような方法は従来から広く
行われている。従来の工業用ロボット等においては、テ
ィーチング・プレイバックと呼ばれる制御方式が広く用
いられているが、この方式では、まずロボット等の手先
に取付けられた作業工具の所要の軌道上の代表点に順次
位置決めして記憶させて行き、これらの代表点の間を直
線１円弧などを用いて接続して得られる軌道上を上記作
業工具が移動するように、ロボット等の機構を構成する
複数の自由度の各々について、その変位を演算により求
め、駆動制御が実行されるのが通常である。この場合の
演算方法については、例えばボール著「ロボット・マニ
プレータ」（Ｒ，Ｐａｕ　ｎ　：　Ｒｏｂｏｔ　Ｍａｎ
ｉｐｕｌａｔｏｒｓ　：　Ｍ　Ｉ　Ｔ　Ｐｒｅｓｓ。

１９８１）などに詳述されている通りである。

このように１作業工具等の移動すべき軌道を直交座標系
を用いて記述することは、ロボット等を操作する人間に
とってロボット等の動作が容易に把握できること、作業
軌道がロボット等の機構構成に依存しない形で！ＩＩ！
できること、などの長所を有している。この場合、軌道
を記述する直交座標系としては、一般にロボット等の基
台部に固定した座標系（以下、「ロボット座標系」と呼
ぶ、）が用いられる。これは前述のようにティーチング
・プレイバック方式を制御方式として採用する場合にお
いては、座標系の原点位置、座標系の姿勢は一義的に定
まるものであればどのようなものでも良いためであり、
かつ上述の例にも示されているごとく、ロボット等の機
構自由度の変位と手先作業工具の位置、姿勢との関係を
算出する手順が最も容易に得られるためでもある。

次に、ロボット等を含む生産システムの全体に目を転じ
て見ると、単にロボット等の作業機械が独立して用いら
れる例だけでなく、種々の周辺機器が協調して用いられ
ることにより、生産システムとしての目的が達成される
場合も多い。

例えば１作業対象物の位置、姿勢を移動するポジショナ
、コンベア、ロボット等の可動範囲を拡大するための走
行台車、あるいはロボット等の手先に搭載されたセンサ
、ロボット等の近傍に設置され、作業環境、状況を検出
する視覚等のセンサなどが周辺機器の主なものである。

このため、ロボット等を含む生産システムの制御におい
ては。

これら各種の周辺機器とロボット等との間の協調をいか
にとりつつ制御するか、が重要な問題となる。

これら、生産システムを構成する機器の毎々は、それぞ
れの機器毎に固有の座標系を用いて制御（ポジショナ等
）、もしくは情報の入力（センサ等）が行われることが
一般的である。従って、システムの中心に配置されるロ
ボット等と、その周辺機器毎々との間では、各機器に固
有の座標系に応じて、変換演算を行うことが不可欠とな
る。

このようなシステム構成機器間の座標系変換演算は、従
来においても一部で行われている０例えば、第１趨 プロシーディングｐ３６５〜３７４　（１９８４）（Ｂ
ａｎｂａ　ｅｔ　ａ　Ｑ　：　Ａ　Ｕｉｓｕａｌ　５ａ
ａｉ＋　ＴｒｏｃｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ　　ｆｏｒ　　
Ａｒｃ−Ｍｏｌｄｉｎｇ　　Ｒｏｂｏｔｓ　；　Ｐｒｏ
ｃａｅｄｉｎｇｓｓｏｆ　Ｌ４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｌｕｉ＋　ｏｎＩｎｄｕｓ＋
ｔｒｉａｌ　Ｒｏｂｏｔｓ，　１　９　８　４）などに
示されるように、ロボット等の手先に取付けられたセン
サを用いて作業対象物の状態に応じて軌道の修正を行う
ようなシステムでは、センサから得られる情報はセンサ
に対して固定された座標系によって表現され、これをロ
ボット等の基台に固定された座標系による表現に変換す
ることによって軌道の修正制御が実現される。

また、これらとは若干具る例であるが．ＣＡＤ（コンピ
ュータ・エイデツド・デザイン）等の手法を用いて物品
の設計を行い、その形状データを用いてロボット等の軌
道情報を生成する，いわゆるオフライン・プログラミン
グと呼ばれる方法も近年用いられ始めている．この場合
においても。

物品、即ちロボット等の作業対象物に対して固定された
座標系を用いて作業工具のたどるべき軌跡を記述してお
き、これを予め仮定されたロボット等と作業対象物との
相対的位置関係に基づいて、ロボット等の基台に固定さ
れた座標系に変換した後、ロボット等に転送してこれを
駆動制御する方法などが用いられている。

さらに、オフライン・プログラミングの別の例として，
ロボット言語などを用いる方法も提案されている０代表
的なものとして、ムジタバ，ゴールドマン著ｒニーエル
曽ユーザーズ・マニュアル」（スタンフォード大学，　
１　９　８　１）　　（Ｍｕｊｔａｂａ。

Ｇｏｌｄｍａｎ　；　Ａ　Ｌ　Ｕｓｅｒ’ｓ　Ｍａｎｕ
ａｌ，　５ｔａｎｆｏｒｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｒｅ
ｐｏｒｔ，　Ｓ　ＴＡ　Ｎ−Ｃ　Ｓ　−　８　１　−８
８９　　１９８１）などに示されるものがあり、複数の
座標系の考え方が示されているが、上記例と同様、ロボ
ット等に転送される以前にロボット等の基台に固定され
た座標系にデータを変換して用いる考え方が主流であり
，ロボット制御装置内においてはロボットの基台に固定
された座標系を用いての駆動制御が行われているのが一
般である。

これらの例に見られるごとく，ロボット等の制御、とり
わけ周辺機器等を含むシステムの制御においては、ロボ
ット等の基台に固定された座標系と、その他の座標系と
の間の変換演算が不可欠なものとなっている。

従来，このように複数の座標系間の変換演算を行う場合
には，当該座標系間の変換演算式を固定的なものとして
ソフトウェア・プログラム中に記述する方法などが用い
られていた０例えば、コンベア上を移動する物体に追従
してロボットの手先作業工具を制御させる場合には、予
めティーチング等により与えられた経路上の目標点を計
算した後、これに対してコンベアの移動量分を補正して
重畳する方法が特開昭５２　−　８４６６９号などに示
されている．この補正演算はコンベアの移動と共に移動
する座標系とロボット座標系との間の変換演算に他なら
ないが，補正演算という形でプログラム中に演算論理が
固定的に記述されているが一般である．（この場合，コ
ンベアの移動方向等に対する汎用性を１例えばロボット
座標系の方向余弦などの形で一般化して表わすことによ
り、保つ工夫がなされているものもあるが、いずれにし
ても演算論理としては固定的に記述されていると言うこ
とができる。） また、ロボットの手先に搭載したセンサを用いて、ロボ
ットの持つ作業工具等の軌道を作業対象物に応じて修正
動作するものとして、シーム・トラッキングなどのセン
サ・フィードバック制御が行われている。このような場
合においても、先に述べたようにセンサから得られる情
報はセンサ自体に対して固定された座標系で表現されて
おり。

これをロボット座標系での表現、あるいは手先作業工具
に固定された座標系（以下ロボット手先座標系と呼ぶ）
などに変換された後、教示経路に重畳されるなどの方法
によってロボットの駆動制御が行われている。この具体
例は第１襠 用ロボット・シンポジウム・プロシーディングｐ３６５
〜３７４，　１９８４）Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ
　１４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｓｙ＋ｉｐ
ｏｓｉｕｍ　　ｏｎ　　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　　Ｒｏ
ｂｏｔｓ。

ｐｐ３６５〜３７４，１９８４）などに示されている通
りである．このような場合においても、センサ座標系と
ロボット座標系、あるいは手先座標系との間の変換演算
は、ソフトウェア・プログラム中に固定的に記述される
のが一般的である。

（もちろん、変換演算に用いられるパラメータ値に対す
る汎用性は考慮されているのが通常である、） 即ち、センサから得られた情報は、常に上記の変換演算
を行ってロボットの動作制御に反映させるようにプログ
ラムが固定的に記述されているわけである。

このほか、ポジショナ上にワークが設置される場合、あ
るいはロボットの基台などに対して固定されたセンサに
より作業環境等の情報を得る場合などについても，同様
の方法が用いられている。

また、ＣＡＤなどを利用して、作業対象物の形状データ
を得，これに基づいてロボットの動作制御を行わせるオ
フライン・プログラミング等の例においては、予め，ロ
ボットと作業対象物との相対関係を仮定しておき、この
関係に応じて作業対象物に固定された座標系（以下ワー
ク座標系と呼ぶ）で表わされたロボットのたどるべき軌
跡情報を，オフライン処理によりロボット座標系に変換
し，このロボット座標系で表現されたロボットの動作軌
跡情報をロボット制御装置に転送してロボットの駆動制
御を行う方法が用いられている．即ち，この場合におい
ても、作業対象物に固定された座標系、（ワーク座標系
）とロボット座標系との間の変換演算を、一定の関係式
を満たすものとして固定的に定式化して実行しているこ
とになる。

また、この場合、ロボット制御装置内部では、軌跡はす
べてロボット座標系で表現されており，ワーク座標系の
概念はロボット制御装置側にはないのが通常である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術ではロボット並びにその周辺機器の個々の
配置あるいは特性に応じて専用の処理をソフトウェア・
プログラムとして用意する形で制御を行っていた．この
ため、ロボットの周辺機器構成，配置などの使用環境が
変わったり、あるいはロボットの有する機能を追加，変
更するなどの場合には、それぞれに対応したソフトウェ
ア・プログラムを組み込む必要があった０例えば、ロボ
ットを走行台車上に搭載する場合、コンベアに同期させ
て移動させる場合，その他，ロボットを含むシステムの
構成が変更，追加されたり、あるいはそれらとの間の相
互関係を考慮し補正する機能等を追加したりする場合に
は、それぞれに対して専用のソフトウェア・プログラム
の改造，追加などが必要とされていた。

従って、制御装置内に内蔵するソフトウェアの保守性が
問題となるほか，ソフトウェア８薫の増大、あるいはソ
フトウェアの改造もしくは追加などに要する工数の増大
、さらには制御装置の適用性，拡張性に関しても制限を
受けるなど、様々の問題点が残されていた。

本発明の目的は、これらの問題点を解決することにあっ
て、ロボット・システムを構成するロボット及び周辺機
器の組合せに対してフレキシビリティを持ち１機器構成
等が変化した場合、あるいはロボットによって実現する
機能を拡張、追加した場合等においても、ソフトウェア
・プログラムの構造を変えることなく容易に対応可能と
するとともに、各種周辺機器に対する取扱いを共通化す
ることによって、ロボット・システムの構成に対する汎
用性を持たせることを目的としている。また、更にはこ
れによって制御装置の保守性の向上、ソフトウェア容量
の増大防止、改造、追加工数の増大防止などを図ること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためのロボットの制御方法は、ロボ
ットの基台に固定された座標系のほかに他の座標系を用
いて位置、姿勢、速度、加速度。

力、トルク等の物理量のうち少なくとも一つの物理情報
を表現し、前記物理情報が何れの座標系に関して表され
たものかを識別し、その識別された識別情報に基づいて
座標系間の変換演算を実行することにより前記ロボット
の動作制御を行うものである。

また１本発明のロボットの制御方法は、ロボットの基台
に固定された座標系のほかに他の座標系を用いて位置、
姿勢、速度、加速度、力、トルク等の物理量のうち少な
くとも一つの物理情報を表現し、前記物理情報が何れの
座標系に関して表すから指定し、その指定された識別情
報に基づいて座標系間の変換演算を実行することにより
前記ロボットの動作制御を行うものである。

本発明のロボットの制御装置は、ロボットの基台に固定
された座標系のほかに他の座標系を用いて位置、姿勢、
加速度、力、トルク等の物理量のうち少なくとも一つの
物理情報が何れの座標系に関して表わされたものから識
別する識別機構と、その識別された識別情報に基づいて
座標系間の変換演算を行う演算機構とを有するものであ
る。

〔作用〕

まず、ロボット及び周辺機器等の動作情報、センサ等か
らの入力情報などは、それぞれ識別手段によって識別さ
れる。一方、動作制御を行うべき座標系は、必要に応じ
て当該情報の識別手段によって識別される。このように
して識別された複数の座標系間の変換演算が、変換手段
によって実行され、入力情報が制御を行うべき所要の座
標系での表現に変換される。また、これらの情報により
軌道生成、補正などの演算制御がなされ、その結果とし
て得られる情報は再び必要に応じてロボットの基台に固
定された座標系、あるいは各機器固有の座標系等に、同
様に識別手段及び変換手段を用いることによって変換さ
れる。

このように、座標系識別手段を備え、かつ座標系変換手
段を設けることによって、ロボット及び周辺機器間での
情報を変換するものとすれば、用途等に応じて座標系の
識別に必要となる情報を指定することによって、同一制
御装置、ソフトウェア・プログラムを用いて種々の機能
を容易に実現することが可能となる。

より詳細に述べるならば、入力情報データの座標系識別
子と制御等の処理を行う座標系の識別子を比較し、異る
場合には両座標系間の変換行列または行列群を順次取出
すなどにより用意する（面座標系が一致する場合には変
換は不要であるが場合によりデータの転送等は必要であ
ることは言うまでもない）手段と、これにより用意され
た変換行列を入力データに適用した指定座標系に変換す
る手段と、制御処理の結果のデータの座標系の識別子（
即ち制御等の処理を行う座標系の識別子に他ならない）
と、最終的な出力データの座標系ないしはその識別子と
を比較し、異る場合には両座標系間の変換行列または行
列群を用意する手段と、このようにして用意された変換
行列を制御処理結果データに適用して最終出力座標系に
変換する手段の組合せによってシステムを構成する複数
機器間の整合性を確保し、協調、同期などの総合的制御
を可能とするものである。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図乃至第５図により説明す
る。第１図はロボット１を中心とする生産システムの一
例を示したものであって、ロボット１は６自由度の多関
節型ロボットであり、走行台車２上に搭載されている。

また、ロボット１の手先には作業工具として溶接トーチ
３が固定されている、さらに、ポジショナ４がロボット
１の作業領域内に配置され、ポジショナ４上には作業対
象物５が置かれている。ロボット１及び上記の各周辺機
器及び溶接機７は制御装置６に接続されている。なお、
本実施例では述べないが１次の実施例で述べる視覚セン
サ９２も図に併記して示した。

第１図に示すシステムにおいて、ロボット１は作業対象
物５に対して溶接トーチ３を用いて溶接作業を実施する
。溶接トーチ３の先端点３０は作業が実際に行われる点
であり、ロボットの制御は。

この手先作業点３０に着目して行われることとなる。こ
の場合１例えば走行台車２もしくはポジショナ４は、溶
接作業実施中にロボット１と同時に移動しうるものであ
って、作業対象物の形状１寸法あるいは作業条件等によ
ってロボット１．走行台車２．ポジショナ４のいずれか
１つのみが動作する場合、これらのうちの２つ以上が同
時に動作する場合、など種々の使用法があるものである
。

また、ポジショナ４に対する作業対象物５の設置位置、
姿勢などの状態は複数の作業対象物に対して繰返し作業
を行う場合、厳密にはその都度具るものである。

第２図はロボット１の制御装［１６の構成を示したもの
であって、中央にマイクロプロセッサ６１が配置され、
システム・バス６１−１を介して記憶装置６２．補助記
憶装置６３、等がこれに接続されている。また、ロボッ
ト１．ポジショナ４などを手動で操作し１作業の教示を
行うためのティーチング・ボックス６４及び実際の作業
の起動。

停止を指令するためのオペレーション・コンソール６５
が入出カプロセッサ６６を介して制御装置６に接続され
ている。また、視覚センサ９２等の処理装置！６９も同
様に接続されている。更に、マイクロプロセッサ６１に
は、高速演算器６７が付加されており、各種の演算処理
をこの高速演算器６７を用いて高速処理できるように構
成されている。

また、ロボット１の各自由度、走行台車２．ポジショナ
４の各軸を制御するサーボ・アンプ１１〜１６，２１，
４１，４２は、サーボ・インターフェース６８を介して
マイクロプロセッサ６１に接続されているほか、溶接機
７の制御回路７１も同様に接続されている。

ロボット１．走行台車２．ポジショナ４などはまずティ
ーチング・ボックス６４上に配置された押ボタン操作等
により駆動２位置決めされる。このとき、マイクロコン
ピュータ６１では、記憶装置６２に格納されたプログラ
ムに基づき、ティーチング・ボックス６４の状態を監視
し、操作者の指定に基づいた移動指令を生成し、サーボ
・インターフェース６７を介して各機器の各軸に駆動指
令を出力する。サーボ・アンプ１１〜１６，２１゜４１
．４２は、この駆動指令通りに当該軸の位置決め制御を
行うものである。このようにして各機器を駆動９位置決
めし、その都度位置決め点の位置データを必要に応じて
補助記憶装置６３に記憶して行く、これを順次繰返すこ
とによって、一連の動作に対応する位置データ群が記憶
される。

一方１作業の実行時、即ちいわゆるプレイパック動作時
においては、記憶装置６２に格納された処理プログラム
に基づいて、補助記憶袋ｂ１１６３から位置データ群を
順次所定のシーケンスに従って取出し、補間処理等によ
って経路を創成して、その経路上の点に対するロボット
１、あるいは走行台車２．ポジショナ４等の各軸の位置
決め制御を上記説明と同様にしてサーボ・インターフェ
ース６８を介して行い、これを繰返して行くことによっ
て動作制御が実行される。このとき、必要に応じて溶接
機７の制御も行い、溶接トーチ３によって作業対象物５
に対する溶接作業が実現される。

これら一連の制御動作は概略においては従来のロボット
・システムと何ら変わりはないが、その詳細について次
に述べ、本発明の特徴とする点について説明する。

第３図は、上述の本発明のうちプレイバック動作時にお
ける制御プログラムの処理内容の一例をデータ・フロー
図として示したものであり、第４図はこれと同じ内容を
処理フロー図をして示したものである。

また、第５図は、第３図及び第４図の説明において表わ
れる座標系の概念を、第１図のシステムに対応させて示
したものであって、ロボット１の基台にはロボット座標
系（ΣＲ）ｌａ、ポジショナ４の基台にはべりフエラル
座標系（ΣＰ）４ａ。

ポジショナ４の作業対象物５を固定する作業台４０上に
はステージ座標系（ΣＢ）４０ａ、作業対象物５上には
ワーク座標系（ΣＷ）５ａ、溶接トーチ３の先端作業点
にはツール座標系（ΣＴ）３ａがそれぞれ固定されてい
るほか、走行台車２及びポジショナ４の設置されている
床面上に対して固定されているユニバーサル座標系（Σ
Ｕ）８ａの各直交座標系が配置されているものとする。

以下、第１図及び第５図を参照しながら、第３図、第４
図を中心に用いて、代表的な実施例をとりあげ、概略の
処理の内容を説明する。

ロボット１の動作として、現在ロボット１の手先作業点
３０が作業対象物５上の一点（Ｐｓ）５１に位置決めさ
れているとし、同じく作業対象物５上の他の一点（ＰＨ
）５２までの間を作業対象物５上において直線で結ぶよ
うに補間動作する場合を考える。

点５１（Ｐｓ）の位置姿勢データ５１０はロボット座標
系１ａ（ΣＲ）を用いて表現されており。

点５２（Ｐｐ）の位置姿勢データ５２０も同様にロボッ
ト座標系１ａを用いて表現されているとする。

位置姿勢データ５１０及び５２０をそれぞれ’　Ｘ　ｓ
　。

ＲＸＢとして示せば、これらは次の形を持っている。

二二に、ｎｘ　ｅ　ｎｙ　、ｎｘ　、ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ
。

ａｌ　、　ａＹ　、　ａＫはロボット１の手先ツール座
標系（ΣＴ）３ａの、ロボット座標系１ａに関する方向
余弦、またＰχｔ　Ｐｙ　ｅ　Ｐｇは同じくツール座標
系３ａの原点位置をロボット座標系１ａで表現したもの
である。また、データ５・１０，５２０には各々表現座
樺系識別子、形式識別子などの識別用情報が付帯的に備
えられている。第６図に位置、姿勢データ５１０の記憶
形式の例を示す。

５１１はデータ・テーブルの長さ、５１２は表現座標系
識別子、５１３は形式識別子、５１４は補助データ、５
１５は実位置、姿勢データである。

このうち表現座標系識別子５１２は１本発明に直接関連
するものであって、実位置、姿勢データ５１５の表現さ
れている座標系を識別するためのパラメータである。形
式識別子５１３は、データの表現形式が１式（１）に示
される要素を並べたものであるのか、あるいは、これを
圧縮したものであるのか、更には、ロボット１の各自由
度変位を用いて表わしたものか、などを識別するための
ものである。補助データ５１４は、上記以外の識別子、
あるいは手先位置、姿勢を同一とするロボットの各自由
度変位が複数組存在する場合の解の選択に用いるデータ
などである。データ・テーブル長５１１は２種々の形式
等に対するデータ・テーブルの汎用性を保つために用意
されたものである。

データ５２０についても内容は同様である。

いま、点５１（Ｐｇ）から点５２（Ｐａ）までの動作は
５作業対象物５に対して制御を行うものとする。これを
示すために、制御座標系データテーブル５９０を用い、
データ５９０として第５図に示される種々の座標系の識
別子を設定するものとする。この識別子の内容はデータ
５１０，５２０における表現座標系識別子５１２，５２
２と同様とする。

このとき、データ５１０，５２０の表現座標系は前述の
ようにロボット座標系１ａを用いて表現されているとす
る。一方、制御座標系データ５９０においては、識別子
５９１として作業対象物座標系５ａが指定されている。

従って、制御プログラムでは、まず、補間始点（今の場
合現在のロボット位置、姿勢である点５１）及び目標点
５２のデータ表現座標系識別子５１２，５２２及び制御
座標系識別子５９１とを識別し、両者が異っていれば変
換演算処理１００１を実行し１点５１．５２のデータ表
現座標系を制御座標系識別子５９１で示される座標系に
変換した制御座標系表現始点５１０’、終点データ５２
０′を求める。

いま、２つの直交座標系間の変換は（１）式に示したも
のと同様の４行４列の行列で表わされる。

ここで、ロボット座標系（ΣＲ）ｌａからユニバーサル
座標系（ΣＵ）８ａへの変換行列をＡυ、また、この逆
の変換をＡｌ１更に、ワーク座標系ステージ座標系４０
ａからペリフェラル座標系（ΣＰ）４ａへの変換をＡｐ
、また、この逆変換をＡａペリフェラル座標系４ａから
ユニバーサル座標系８ａへの変換をＡυ、また、この逆
変換をＡｐとすれば、ロボット座標系１ａで表わされた
位置、姿勢Ｒｘは、第５図のシステムの場合次式に示す
ように、ワーク座標系（ΣＷ）５ａでの表現ＷＸに変換
することができる。

Ｒ−五 なお、ＡＲ＝　（Ａυ）　（ただしＡ″″ｌは逆行列を
示す）などが成り立つ、即ち、演算処理１００１は（２
）式に示される様な演算処理である。

二二において、各変換行列Ａは、ロボット１゜走行台車
２．ポジショナ４などが移動したり、あるいは作業対象
物５の設置状況等によって変化するものであるから、　
Ａ　（ｔ）として時刻ｔの関数として考える必要がある
１点５１（Ｐｇ）の位置姿勢データ５１０は、現在のロ
ボット１の手先作業点３０の位置であるから、これを作
業対象物５上の座標系５ａで表わすためには、現時点、
即ち、補間動作の開始時点における変換行列を用いる必
要がある＊ｔ＝ｔｓを補間動作開始時の時刻と表わすこ
とにすれば、データ５１０　（ＲＸｓ）に対す・・・（
２−１） と表わされる。一方、点５２（Ｐｇ）の位置姿勢データ
５２０は、作業教示時のロボット１９作業対象物５等の
位置姿勢関係に基づいて得られるものであるから、ｔ＝
を丁を教示時刻として、データ５２０　（’Ｘ！りに対
する（２）式は・・・（２−２） と表わすことができる。即ち、処３！１１１００１にお
いてはより詳細には、（２−１）、（２−２）式の演算
が行われることとなり、データ５１０′５２０′は、そ
れぞれ（２−１）、（２−２）式におけるＷＸ、、豐Ｘ
Ｅとなる。

次いで、このようにして得られたワーク座標系（ΣＷ）
５ａ上の２点のデータ５１０’　、５２０’を用いて補
間演算処理１００２を行う、直線補間動作の場合であれ
ば、”ｘｓの位置データ部（（１）式におけるＰｘ　ｐ
　Ｐｖ　ｘ　Ｐｇに相当）をベクトルの形で”Ｐｓ＝　
（’Ｐｘｇ、　”Ｐｙｓ＊　”ＰｌＬｓ）’　　　（こ
こでｔは転置を表わす）同様に”Ｘｇの位置データ部を
”ＰＩｌ！＝（”Ｐｘｇ＊　”ＰＹＥ、　”ＰＫり’と
表わせば、補間結果の位置ＷＰλ＝（ＷＰｘλ　Ｗ　ｐ
　Ｙλ　ＩＦ　Ｐ　、λ）ｔは。

ＷＰλ＝（１−λ）　Ｉ　Ｐ　、＋λ豐ＰＥ　　　　　
　　　＝４３）として変数λの関数の形で求められる。

なお、２点ｗ　Ｐ　８．　ｗ　ｐ　８の間を内挿補間す
る場合Ｏ≦λ≦１であり、λの値を時々刻々変化させる
ことにより。

所定の時刻におけるＩＦＰλ、即ち補間結果位置が得ら
れる。姿勢につ・、いても同様であるが、詳細は省略す
る。このようにして得られた補間結果位置、姿勢データ
５３０′は、λが時刻の関数であることから、同様に時
刻の関数となるので、これを’Ｘ（ｔ）と表すすことと
する。いま、ｔ＝ｔｃを現在の時刻、即ち、各補間結果
データ５３０′が得られる時点における時刻とすれば、
’Ｘ（ｔｃ）が補間結果位置姿勢データ５３０′に相当
している。

また、このデータ５３０′は、ワーク座標系（ΣＷ）５
ａ上における補間結果として得られるものであり、明ら
かにワーク座標系５ａで表現されたデータである。

そこで、次にこのデータ５３０′に対して制御座標系識
別子５９１の識別を行い、これがロボット座標系１ａと
異る場合には演算処理１００３によって最終出力座標系
５９５、即ちロボット座標系（ΣＲ）ｌａでの表現’Ｘ
（ｔｃ）に再度変換する、その演算処理内容は上述の議
論から明らかなように、現時点における各変換行列を用
いて。

・・・（４） として求めることができる。即ち、”Ｘ（ｔｃ）は、ロ
ボット座標系（ΣＲ）ｌａで表現された補間結果位置姿
勢データ５３０に相当している。

このデータ５３０に対して、これを満足するロボット１
の各関節角度データ（８（ｔｃ））５４０を求める逆キ
ネマテイクス変換処理１００４を行い、更にデータ５４
０をサーボ・インターフェース６７を介して出力処理１
００５によりサーボ系に出力することによりロボット１
を駆動制御することになるが、このプロセスについては
従来のロボット制御方式と何らかわることがないので説
明は省略する。

さて１以上の処理において、（２−１）、（２−２）式
及び（４）式で用いる種々の変換行列Ａ３５１　。

５５２．５５３等については、必要に応じてその内容を
更新する必要がある。これを行うものが環境演算処理１
００６である。即ち１例えば時刻ｔａに対するＡ（ｔｃ
）５５３を計算するものが本処理である。

以上により１本発明の代表的な実施例における処理及び
データの流れについて、その−殻内な考え方を示した。

このような処理により実現できる機能について、次に説
明する。

本代表実施例における第一のケースとして、ロボット１
の動作と同時に、ロボット制御装［６が走行台車２、あ
るいはポジショナ４などに対しても駆動指令を生成し、
同期的に動作する場合をとりあげて説明する。

まず、ロボット１の動作に同期して走行台車２が移動す
る場合を考える。このとき、走行台車２の走行軸位置を
変数ｑで表わし、作業対象物５上の点５１にロボット１
の手先作業点３０が一致した場合の走行軸位置がｑａ、
また点５２に作業点３０が一致した際の走行軸位置がｑ
Ｆｌとしてそれぞれ教示されたとする。走行台車２の位
置に関して、作業点３０が点５１から点５２に直線補間
される際に１台車２の走行軸位置が９８からｑＥまで同
様に補間されるとすれば、（３）式に対応して同一のλ
を用いて ｑλ＝（１−λ）ｑｓ＋λｑＥ＋　　　　　・・・（５
）により刻々の走行軸位Ｆｌｌｑλが与えられる。この
場合補間処理１００２において（３）式にあわせて（５
）式の演算を行い、その結果として得られる走行軸位Ｉ
Ｒｑλを用いて、ロボット座標系（ΣＲ）１ａとユニバ
ーサル座標系（ΣＵ）８ａとの関係二二に、（ＰＲＸ、
　ＰＲＹ、　ＰＲＥ）はユニバーサル座標系８ａにより
表現したロボット座ｍ系１ａの原点を示している。また
、（６）式におけるｑは（５）式のｑλに相当し、従っ
て’Ｘ（ｔ）の記法と同様にして、これをＡυ（１）と
表わすことができる。これにより、（２−１）、（２−
２）、（４）式で示される変換行列Ａを変更する環境演
算処理１００６の一部が明らかとなった。

ここで、ポジショナ４に関しても走行台車２と全く同様
の考え方を用いることにより補間演算処より演算する。

いま、ユニバーサル８！標系８ａとロボット座標系１ａ
とが平行な関係に定義されており、走行軸方向が両座種
糸のＸ軸方向であったとすれば。

なお、ここではポジショナ４の制御を、走行台車と同様
、即ちポジショナ４の各自由度毎に対して（５）式と同
様の補間処理を行って実現する場合について考えたが、
ポジショナ４の基台等に対するポジショナ４上のステー
ジ４０の位置等を直交空間において制御したい場合も考
えられる９例えばポジショナ４が第７図に示すような３
自由度を有するものである場合には、各自由度毎の制御
でなく１例えばステージ座標系（ΣＢ）４０ａの原点な
どに着目することにより、補間始点及び補間目標点（終
点）における位［Ａｐ（ｔｔ）の間を補間して刻々の位
置Ａｐ（ｔｃ）を求め、これをポジショナ４の各自由度
４−１．４−２．４−３に分解する考え方なども可能で
ある。この考えを拡張すれば、２台のロボットの協調制
御も実現できることとなる。

第８図に、ロボット１と周辺機器との協調動作の例とし
て、ロボット１とポジショナ４との両者の動作時におけ
るロボット座標系１ａに対する手先作業点３０の軌跡３
０−１及び作業対象物５に対する手先作業点３０の軌跡
３０−２を示す、ここに、点５１，５２は前記と同様そ
れぞれ補間開始点Ｐｓ　、目標点ＰＩ！に対応した点で
ある。また４−１はポジショナ４の動作方向を示してい
る。

れぞれ単位行列■ とする。

以上によって（２−１）、（２−２）、（４）式の演算
に用いられるすべての要素の値が定まり。

これらの演算処理１００１，１００３が実際に実行でき
るようになる。

この結果として、例えば走行台車２．あるいはポジショ
ナ４の少なくとも一方と、ロボット１とを同時に協調的
に駆動制御しながら１作業対象物５上において所要の軌
道に沿って動作を行わせ。

溶接等の作業を実行することが容易に可能となる。

尚、ここで述べた走行台車、ポジショナ等は機器の一つ
の具体例にすぎず、例えば移動ロボットその他任意の機
器であっても同様のことが言えることは言うまでもない
。

次に、実施例の第二ケースとして、制御装置ｉ！６によ
って駆動制御されるものがロボット１のみであり、走行
台車２．ポジショナ４などは固定（即ち考慮しなくて良
い場合）であるが１作業対象物５の設置状態などに関す
る。いわば静的な誤差を考慮しなければならない場合を
とりあげる。いま。

ポジショナ４及び走行台車２は固定とし、第９図に示し
たようにポジショナ４上のステージ４０に対して、作業
を教示した際の作業対象物５の位置５−１と、プレイバ
ック動作即ち作業を実行する際の作業対象物５の位置５
−２とが異っている場合、言いかえれば作業対象物５の
設置誤差が問題となる場合について考える０作業教示時
のステージ４０と作業対象物５との位置関係は、（１）
式などと同様にステージ座標系（ΣＢ）４０ａとワーク
座標系（ΣＷ）５ｇとの変換として、４行４列の行列で
表現できる。これをＡＨ（ｔｔ）（また、その逆行列Ａ
ｗ（ｔｒ））として作業教示時点１　：　１１の関数の
形で表わす、また、作業実行時のステーＡＢ　（ｔｃ）
　（また、　Ａｙ　（ｔｃ）　）として作業実行中の時
間ｔ＝ｔｃ（現在時）の関数（ただし値は一定）として
表わすことができる。

このとき、走行台車２及びポジショナ４が固定であるこ
とから、これらに関する影響は考慮するＡａ　ｐ　Ａυ
、ＡＲ、Ａυ、Ａｐはそれぞれ時刻によらず常に単位行
列ＩＩ　（（７）式参照）または一定として考えること
ができ、（２−１）、（２−２）（４）式により、演算
１００１，１００３が実行できる。この結果として、（
２−１）、（２−２）式により、教示時のステージ４０
と作業対象物５の位置関係にもとづいて、作業対象物５
上の動作対象である点５１．５２が得られ、これをもと
に補間演算処理１００２を行った結果の作業対象物５上
の位置に対して、（４）式によって現在、言いかえれば
作業実行時の刻々の時点におけるステージ４０と作業対
象物５の位置関係にもとづいて、ロボット１の作業点３
０の位置姿勢をロボット座標系１ａで求めることができ
る。即ち、作業対象物５の設置位置誤差を補正した動作
ができることになる、なお、この例では作業実行時の作
業対象物５の位１１５−２はステージ４０に対して一定
であり、Ａｓ　　（ｔｃ）は作業実行中一定となるが、
上記論理には何ら影響を及ぼすものではない。

次に、更に本代表実施例の第三ケースとして。

第一ケースと第二ケースが組合わされ、かつ１例えばポ
ジショナ４の置かれた位置が作業教示時とに示したごと
く選定すると共に、行列Ａｐ　、Ａｕよって定めるもの
とすれば、上記第一、第二ケースと全く同様にして、（
２−１）、（２−２）、（４）式を用いることにより、
ロボット１と走行台車２゜ポジショナ４などとの同期協
調動作、作業対象物５の設置誤差、ポジショナ４の設置
誤差などの補正が、すべて−括して実現できることにな
る。

実施例の第４のケースとして、更に次のことも考えられ
る。即ち、第一のケースにおける変換行列Ａυ、ＡＲの
演算において、（６）式に示される方により、走行台車
２の８Ｍ位置、あるいは走行台車２に対するロボット１
の設置位置などの関係を考慮して演算を実施すれば、第
三のケースに加えて、上記ロボット１、あるいは走行台
車２などの設置誤差の補正も合わせて可能である。もち
ろん、走行台車２を含まないシステムであれば１行列Ａ
υ、ＡＭは、ロボット座標系１ａのユニバーサル座標系
８ａに対する関係を示すものであるから、直接設置誤差
の補正に用いられるものとなる。

なお、以上の議論から明らかなごとく、本機能の実現に
あたっては、変換行列Ａに関する配慮が必要となる０作
業動作実行中にロボット１の制御装置１６によって駆動
される走行台車２．ポジショナ４などに関する取扱いに
ついては、動作実行（プレイバック動作）中における処
理に関しては第４図において示した環境演算処理１００
６によってそれぞれの行列Ａを演算することはすでに述
べた通りである０作業の教示時においても、これと全く
同様に行列Ａを演算すればよい、即ち１作業の教示時に
おいて、手動操作等により、走行台車２あるいはポジシ
ョナ４を駆動する都度、環境演算処理１００６と全く同
様の処理を実行することによって行列Ａの更新を行う、
なお、ここで演算する内容は、各行列の現在の時点にお
ける値Ａ（ｔｃ）である、即ち、動作が手動操作による
ものであっても、作業実行のための補間動作によるもの
であっても、その動作に対する指令を演算生成する都度
、その時点における行列ＡｔｔＡ（ｔｃ）として演算す
る。

そして、教示を行う際に、ロボット１の手先作業点３０
の位置姿勢を表わすデータを記憶すると共に、その時点
における行列Ａ　（ｔ　ｃ）を、Ａ（ｔｒ）として記憶
する。なお１行列Ａ　（ｔ　ｔ）の記憶は、行列の値、
内容が変化する毎とすれば良く、これにより教示データ
の記憶に要する容量の削減が可能である。

また、（２−１）式に表われるＡ（ｔａ）は、補間処理
の単位区間毎に、その始点における行列の値として定ま
るものであるから、補間区間の開始時点における行列Ａ
（ｔｃ）に他ならず、この時点において必要に応じて記
憶させることによって容易に得られるものである。

以上では、環境演算処理１００６によって更新される行
列Ａに関する取扱いについて述べた。−方、ステージ４
０に対する作業対象物５の設置位置等については、ステ
ージ４０に対する作業の教示時における位置５−１を示
す変換行列Ａｓ（ｔ　ｔ）（及Ａｗ（ｔｔ）、及び同じ
くステージ４０に対する作業実行時における位１！５−
２を示す変換行列Ａａ（ｔｃ）　　（及Ａｙ（ｔｔ））
をそれぞれ独立にキャリブレーション等の手法により求
め、上記環境演算処理１００６によって更新される行列
と同様の取扱いにより用いればよい、第二のケースにお
けるＡｕ　、Ａｐなどについても同様であり、これら変
換行列を求める手法に関しては、筆者らの既出願、時開
５９−１８９４１５号、（特６２−１６２３５９号、）
などに既に提案されている手法を用いればよい。

以上、本発明の代表的な実施例として、第１図に示され
るシステムに°おけるロボット１と、ロボット１の制御
装置６によって同時に制御される走行台車、ポジショナ
などの周辺機器との同期、協調制御、および作業対象物
５などの設置位置、姿勢などに対する誤差補正制御、な
どを本発明の方法により統一的に取扱いつつ実現しうる
ことを示した。

ここで示した例においては、補間目標点５２のデータが
ロボット座標系（ΣＲ）ｌａで与えられ。

制御座標系としてワーク座標系（ΣＷ）５ａが指定され
ている場合について述べてきたが１以上の議論から明ら
かなごとく、これらは任意に選択しうる。

例えば、補間始点５１及び目標点５２のデータが、一方
はユニバーサル座標系（ΣＵ）８ａ、他方がワーク座標
系（ΣＷ）５ａで与えられており、これらをロボット座
標系（ΣＲ）ｌａを制御座標系にとって動作制御するな
どのことも、もちろん可能である。補間目標点５２がワ
ーク座標系（ΣＷ）５ａを用いた表現で表わされる例と
しては、ロボット１の手先作業点３０のたどるべき軌跡
を作業対象物５のＣＡＤ設計データ等を利用してオフラ
イン・プログラミング等の手段により生成する場合があ
げられる。このとき、第４図に示した変換演算処理１０
ｏ１において、（２−２）式の計算は不要である。即ち
、データ５２０は豐Ｘｅそのもので良く、データ５２０
とデータ５２０′とは一致しており、（２−２）式の変
換演算は不要である。この場合であっても、ロボット１
と周辺機器との協調、あるいは作業対象物５等の設置誤
差補正などの機能が実現できることは言うまでもない、
また、制御座標系をロボット座標系（ΣＲ）ｌａ等にと
ることは、走行台車２もしくはポジショナ４などの動作
にかかわらず、例えばロボット１．もしくは作業場所の
他面（ユニバーサル座標系８ａに対応）から見て一定の
点にロボット１の手先作業点３０を位置決めする動作を
実現することに相当する。このようなケースは、例えば
作業エリアに対して固定された位置に設置されている作
業工具３の変換装置にロボット１を位置決めする場合、
あるいはロボット１の退避位置（作業開始、終了位置）
への移動動作などにおいて表われるものである。

ここに述べたことから、補間始点５１．目標点５２のデ
ータを表現する座標系、あるいは制御座標系は、ロボッ
ト１の補間動作区間など、動作の基本単位ごとに任意に
指定、設定しても１本発明の方法によれば何ら問題なく
ロボット１の動作を実現できることは明らかである。従
って、これらの座標系指定、言いかえれば識別子の設定
は、ロボット１の動作中においても、基本動作単位毎に
自由に変更が可能であり、これによって例えばロボット
１を手動操作しての教示データと、ＣＬＡＤ等によるオ
フライン・プログラミング・データとの混在、あるいは
周辺機器との協調動作の実施、及びその中断、などの制
御が極めて容易に実現できる。

次に本発明の別の実施例として、第１０図に示すシステ
ムを考える。ロボット１１作業工具３゜作業対象物５な
どは第１図のシステムと同様であるが１作業対象物５は
コンベア９１上をコンベア。

ステージ９１−１に搭載されて移動して行くものとする
。また、ユニバーサル座標系（ΣＵ）８ａに対して固定
された視覚センサ９２、及びロボット１の手先部に固定
された手先視覚センサ９３が備えられている。

第１０図の各機器に対して、第１１図に示す次の座標系
を定義する。視覚センサ９２に対して固定された視覚セ
ンサ座標系（ΣＶ）９２ａ、手先視覚センサ９３に対し
て固定された手先センサ座標系（Σ５）９３ａ、コンベ
ア９１に固定されたコンベア座標系（ΣＧ）９１ａがそ
れであり、ロボット座標系（ΣＲ）ｌａ、ワーク座標系
（ΣＷ）５ａなどは第５図と同様とする。

この例においては、前出の例と異り１周辺機器であるコ
ンベア９１．センサ９２，９３は、ロボット制御装置６
に対する入力機器となっている。

しかしながら、このような場合に対しても本発明の本質
は何ら変わすことなく適用可能である。

このことを以下説明する。

まず、ユニバーサル座標系（ΣＵ）８ａと、コンベア座
標系（ΣＣ）９１ａとの変換行列をＡｖ（及びＡａ）、
ユニバーサル座標系８ａと視覚センサ座標系（ΣＶ）９
２ａとの変換行列を八〇（及びＡｖ）１手先座標系（Σ
Ｔ）３０ａと手先視覚センサ座標系（Σ５）９３ａとの
変換行列をこのとき、 作業教示時点をｔ＝ｔｙ 作業実行間 ９２ａとワーク座標系との関係である。

また、 ここで、制御座標系としてはワーク座標系（ΣＷ）５ａ
が指定されている。即ち制御座標系識別子５９１はワー
ク座標系５ａと一致しているものとし、第１２図に示す
データパフローを用いて説明する。

まず、コンベア９１のパレット（ステージ）９１−１上
に搭載された作業実行時の作業対象物５の位［５−２と
１作業教示時の作業対象物の位置５−１とのずれを視覚
センサ９２で検出する。

この結果は視覚センサ座標系（ΣＶ）９２ａで表わされ
ている。このデータ９２１をＶΔ　と表わす。

より、 が得られる。

よって、 ・・・（ｌＯ） ・・・（１１） ・・・（１０）’ ・・・（１１）’ ・・・（１２） を得る。ここで、Ａｃ（を丁）は教示時におけるコンベ
ア９１に対する作業対象物５の関係を示しており、教示
時においてはコンベア座標系（ΣＧ）９１ａとワーク座
標系（ΣＷ）５ａが−とおいても一般性を失わない。

さらに、 簡単のた となる。

（ΣＣ） ・・・（１２）’ 即ちＡｃ（ｔａ）は、コンベア座標系 ９１ａから見た教示時、作業実行時の作業対象物５の位
置ずれを示している。これをデータ９２１′と示す、即
ち、（１２）、　（１２）’式の内容は前記の実施例で
述べた位置誤差補正と同様の処理内容に帰着することが
分る。

第１２図におけるデータ・フローは、第３図。

第４図と基本部分は共通である。ただし、上記センサ・
データを用いて補間目標点データ５２０の補正が行われ
る。まず、補助変換処理１１０１により、視覚センサ９
２から得られるデータ９２１を変換し、制御座標系にお
ける表現データ９２１′とする。一方゛、補間目標点デ
ータ５２０は第３図と同じく変換演算処理１００１によ
り制御座標系に変換され、データ５１０′となる６次に
データ９２１′を用いて補正処理１１０２により補間目
標点データ５２０′を補正し、補正データ５２０′（”
Ｘａ中）を求める。この補正された補間目標点データ５
２０′を、第３図における補間目標点データ５２０′と
同様に考え、これと現在時点における制御座標系表現の
ロボット１の位置データ５１０′とを用いて補間演算処
理１００２を行い、補間結果位置データ５３０′を得る
。

第１２図においては、更にコンベア９１が作業の進行に
伴い移動して行く場合について考慮されている。コンベ
ア９１の動作をユニバーサル座標系（ΣＵ）８ａに対す
る変換と考えて取扱えば、例えば のように表わすことができる。このＡυをデータ９１０
とする。ここに、　　ＣＰｃｘ＊　Ｐｃｖｅ　Ｐｃｚ）
は。

ユニバーサル座標系８ａに関するコンベア座標系（ΣＧ
）９１ａの原点位置であり、ｎ、ｏ、ａはそれぞれコン
ベア９１の動作方向にとった単位ベクトルのユニバーサ
ル座標系８ａに対する方向余弦である。ただし、コンベ
ア座標系９１ａはユニバーサル座標系８ａに対して平行
に設定されているものとして簡略化している。また、Ｑ
ｃはコンベア９１の進行距離であって、ｔ＝ｔｓ時点に
おいてΩＣ＝Ｏとする。コンベア９１の進行距離は、例
えばコンベア９１の移動量を検出するロータリエンコー
ダなどの位置検出器から、あるいは速度検出器の入力を
積算することにより、求めることが出来る。

なお１本処理は環境演算処理１００６に対応する処理と
言える。

これに更に後述する手先視覚センサ９３による補正処理
１１０３を行い、ｗ）（＊（ｔｃ）なるデータ５３０′
を得る９手先センサ９３による補正を行い場合には明ら
かにデータ５３０′はデータ５３０′に等しい。

第１２図における演算処理１００３は、第３図と全く同
様の処理であって、（４）式に代えて次の（１５）式、 ・・・（１５） を演算する処理である。

二二に、ｗ）（−（ｔａ）は補正された補間結果位置。

姿勢データ５３０′であって、制御座標系、即ち。

いまの場合ワーク座標系で表現されたデータである。こ
れに対して（１５）式を施すことによって、ロボット座
標系での補正結果位置、姿勢データ（ＲＸ（ｔｃ））５
３０が得られる。以下、処理１００４以降は第３図、第
４図の例と同一である。

以上により、視覚センサ９２．コンベア９１などを取込
んだ動作制御が可能なことを示したが、更に、これに手
先視覚センサ９３のデータを考慮してシーム・トラッキ
ングなどの軌跡制御を付加した場合の処理について述べ
る。このとき、手先センサ９３から得られるデータ９３
０は手先センサ座標系（ΣＳ）９３ｇで表わされている
から。

視覚センサ９２の場合の処理１１０１と同様の手法を用
いることによって変換処理１１０４により制御座標系表
現のデータ９３０′を得、補間結果位置、姿勢データ５
３０“との重畳処理１１０３を行い、補正された補間位
置、姿勢データ５３０１を求める。このデータ５３０′
に対して（１５）式に対応する演算処理１００３を行い
、以下上記と同様とすれば良いことになる。

以上、ロボット制御装置ｉ！！６に対する入力が種々の
座標系で与えられる場合の例について説明してきた。な
お、この実施例において説明した手法は、演算式の取扱
い等に関して必ずしも一意的なものではなく、種々の変
形も可能なことは言うまでもない６例えば、ここではす
べての入力データを制御座標系に変換し、ここで補正２
重畳などを行う例を示したが、補正２重畳処理は制御座
標系とは別に、例えばデータの変換演算蓋が最小となる
座標系を適宜選択して用いるなどの手法も考えられる。

以上、説明の簡便化のために２つの代表的な実施例をと
りあげて説明してきたが、これらの実施例に表われた機
能は、各々独立したものであって、これらを任意に組合
せたシステムを実施することが可能である。即ち、単に
ロボット１にワーク座標系５ａで表わしたデータを用い
て動作を実現する場合から、ロボット１に走行台車、ポ
ジショナ。

各種センサ、コンベアなどを全て組合せ、総合的なシス
テムを設置誤差も考慮しつつ統一的に協調制御する場合
に至るまで、本発明によれば、識別子を用いたいわばデ
ータ・ドリブン型の構成とすることによってソフトウェ
ア・プログラムを同一としたままで、入力データ、出力
データなど必要なものに対する識別子と、制御座標系指
定のための識別子を変更するだけで、幅広いシステムに
対して統一的な制御を実現することが可能となる。

もちろん、システム毎に各座標系間の変換行列の内容は
異ったものであり、その一部は時間の関数として取扱う
ことが必要となるが、基本的にはこれらを４行４列の行
列（又は行列積）として−膜化して扱っていることによ
り、多くの場合識別子と同様のパラメータの変更のみに
より対応が可能である。また、より複雑な対応を必要と
する場合においても、その内容は全て第４図における環
境演算処理１００６に集約されており、動作制御の基本
アルゴリズムである補間処理に代表される軌道生成処理
など、主たるソフトウェアを何ら変更する必要はない。

また、上記では、軌道生成の代表的なものとして、補間
による方法について述べたが、本発明の本質に何ら影響
を及ぼさずに他の方法により軌道生成を行うことも可能
である。

ここで、最後に、本発明の基本部である識別子を用いた
処理の具体例について、これを実現するための簡単な手
法の例を説明し、あわせて本発明に係る制御装置部につ
いて述べる。

第１３図は、第４図における処理１００１の例を示した
ものである。また、第１４図はそのデータ・フローであ
る。

制御座標系指定テーブル５９０には制御座標系識別子５
９１がセットされる。一方、入力データとして、例えば
補間目標点データ５２０を考え、その表現座標系識別子
５２２に着目する。

いま、対象とするシステム構成として、第１図の機器を
考え、ここに表われる座標系について、次の第１５図の
ように番号付けを行う、なお、ポジショナ座標系４ａは
一般化して、ペリフェラル座標系という名称に変更しで
ある。

一方、座標変換行列は、次の第１６図に示すようなテー
ブル５５０を用いて第１４図の座標系番号に対応した形
で表わされているとする。ここで。

次の第１７図に示す時制の概念を導入する。即ち、教示
時（１＝１１）、補間開始時（ｔ＝ｔｓ）、現在（一般
に補間実行時の刻々時点：ｔ＝ｔｃ）の３者である。テ
ーブル５５０は第１６図に示すように、５種のデータ（
各データは１６要素から成る）の組３つから成り、それ
ぞれ教示待行列５５０−１、動作開始時行列５５０−２
．現在時行列５５０−３と呼ぶものとする。

この時制の概念は、処理１００１，１００３゜１１０２
．１１０３などを統一的に扱うために導入するものであ
る０例えば処理１００１では、対応する式として（２−
２）式を用いるため、時制としてｔ＝ｔＴを、従って第
１７図に示すように時制識別子５５９（ｙ＾と記す）を
、ｙ＾＝１のように指定する。この時制指定にもとづい
て第１３図に示すフローのうち１時制判定処理１００１
−１により、第１６図中の変換行列テーブル５５０中の
関係する時制に対応するテーブル例えば５５〇−１を選
択する。処理ｆｏｏｌ−１の具体例としては、上記選択
されるテーブルの先頭番地を２＾とじ、テーブル５５０
全体の先頭番地をＸ＾、変換行列１個あたりのデータ長
（番地をバイト単位で表わす場合にはバイト数）をｂ＾
、同一時制に関する変換行列の個数をＣ＾として。

ｚ＾＝ｘ＾＋ｂ＾ＸｃＡＸ　（ｙ＾　１）　　　　−（
１６）のようにして求めるなどの方法が考えられる。

次に初期化処理１００１−２において、変換行列ポイン
タ・テーブル５５００の各要素を“ＮＵＬＬ”（ポイン
タ・データ無し指定）に、また変換方向フラグ５５８（
Ｓ＾と記す）をＯに初期化する。

ここに、変換行列ポインタ・テーブル５５００は、今の
場合処理１００１の入力である位置、姿勢データ５２０
を、その表現座標系から出力である制御座標系で表現さ
れたデータ５２０′に変換するために必要な行列または
行列群へのポインタ（各行列データの先頭番地又は番地
群）を−格納するテーブルであり、変換方向フラグ５５
８は、第１８図に示される第１図のシステムの相互関係
図において、変換が時計回り（負方向）が逆時計回り（
正方向）のいずれの方向に進むかを示したものである。

これは変換の方向によって、演算にある行列そのものを
用いるか、あるいは逆行列を用いるかが異るためであり
、記憶するデータ量の削減に役立つものであって、Ｓ＾
＝Ｏで正方向を、Ｓ＾＝−１で負方向を表わすものとす
る。

次いで、識別子比較処理１００１−３により２入力デー
タ（今の場合補間目標点５２０）の表現座標系識別子５
２２（この値をα＾とする）と。

出力座標系（今の場合制御座標系）ａｌｌ別子５９１（
この値をβ＾とする）との比較を行う、この比較は第１
４図に示される各座標系に付した番号を数値として取扱
うことにより行う、即ち上記α＾とβ＾との大小を比較
する。

比較の結果、α＾＝β＾であれば処理１００１−３を終
了し、処理ｆｏｏｌ−６へ進む。

また、α＾くβ＾であれば、テーブル設定処理１００１
−４においてテーブル５５００の第１番目の要素５５０
０−１に、座標系番号α＾からαΔ＋１への変換行列デ
ータ５５０−９の先頭番地（この値をＶＡとする）をセ
ットする。

α＾〉β＾の場合もほぼ同様であり、処理１００１−４
において、テーブル５５００の第１要素５５００−１に
座標系番号α＾から、α＾−１への変換行列データ５５
０−８の先頭番地（ポインタ：値Ｖ＾）をセットする。

この両者においては、その処理内容を ＶＡ：＋ＺＡ＋ｂ＾ｘ　（（！Ａ＋ＳＡ）　　　　・＝
（１７）と定式化することができる。

この処理１００１−４に次いで、更新処理１００１−５
として、Ｓ＾＝０のときα＾→α＾＋１゜Ｓ＾＝−１の
ときα＾→α＾−１の置換を行うと共にテーブル５５０
０のデータをセットする個所へのポインタ、同テーブル
の第２要素、第３要素等を指すよう順次更新する。この
処理は、入力データの座標系から出力データ座標系まで
の間の座標系を、一つ分移動したことに相当している。

処理１００１−５を終えると、処理１００１−３にもど
り、これをα＾＝β＾となるまで、即ち座標系が出力で
ある制御座棚系と一致するまで繰り返す。

以上により、入力位置、姿勢データ５２０の表現座標系
から、出力座標系までの変換行列（または行列群）デー
タへのポインタ（またはポインタ列、即ち番地列）がテ
ーブル５５０ｏに設定された。また、テーブル５５００
で必要な行列ポインタの次のエリアには、処理１００１
−２で設定された“ＮＵＬＬ”がセットされている。

このようにしてテーブル５５００が準備できれば、次に
変換演算実行処理１００１−６において、このテーブル
から順次ポインタを取出し、それによって示される変換
行列を入力データ５２０に適用する。これを順次テーブ
ル５５００から取出したポインタが“ＮＵＬＬ”になる
まで繰返すことにより変換演算が実行され、出方座標系
、即ち今の場合制御座標系で表わされた入力データに対
応する位置、姿勢データ５２０′が得られる。ただし、
変換方向フラグ５５８（Ｓ＾）が−１である場合には、
各変換行列の適用前に、その逆行列計算を行った後、こ
れを適用する。

即ち、まとめて表わせば１例えば Ｘ’　＝Ａｘ　Ａｘ　Ａｓ　Ｘ　　　　　　　　−（１
ｇ）を、 Ｘ’　　＝Ｓｉ　　（Ａｘ　（Ａｓ　Ｘ））　　　　　
　−（１ｇ）’のような形で計算するわけである。ここ
に、ＡＯ＝Ａ、であり、またＡ−１はＡの逆行列を示す
、なお、もちろん、 のように、変換行列群の積を先に求めておく方法も考え
られる。この方法は変換行列の値が作業実行中に変化し
ないような場合に特に有効である。

このような行列演算においては、多くの演算処理量が必
要となる６例えば４行４列の行列どうしの積では乗算、
加算がそれぞれ６４回必要である。

従って（１８）式では１９２回ずつの加算２乗算が必要
であり、従来のマイクロプロセッサ及びコプロセッサで
は本発明に示される方法を完全に行うためには能力的に
問題がある。近年、ディジタル・シグナル−プロセッサ
（ＤＳＰ）と呼ばれる素子が表われ、特に積和演算を高
速に実行する能力を持ったものが表われている。上記の
行列積は、正しく積和演算であり、このＤＳＰを用いる
ことにより高速処理が実現できる。

第２図に示す高速演算器６７の一例としては、ここに述
べたようにＤＳＰを用いることが考えられる。この場合
、高速演算器６７は第１９図に示されるようにＤＳＰ部
６７−１及びマイクロプロセッサ６１との共有メモリ部
６７−２及び制御ロジック部６７−３から構成される。

これまで述べてきた位置姿勢データ５１０゜５２０．５
３０，５１０’　、５２０’　、５３０’５３０’、ま
た変換行列データ５５１，５５２゜５５３などは、共有
メモリ６７−２上に格納される。ＤＳＰ部６７−１には
、共有メモリ６７−２部の特定エリアを常時監視し、こ
こにデータが書き込まれた際にそのデータを解読して指
定された各演算処理を呼び出すモニタ部、共有メモリ６
７−２上のデータを読込んで行列積計算、逆行列計算な
どの演算を実行し、その結果を共有メモリ６７−２に書
込む演算処理実行部のソフトウェアが格納される。マイ
クロ・プロセッサ６１とＤＳＰ部６７−１との同期制御
などについては、制御ロジック部６７−３により行う。

このような構成の高速演算器６７を制御装置ｌ！６に内
蔵することによって、マイクロプロセッサ６１からの指
令により上記行列積などの演算を極めて高速に行うこと
ができ１本発明の方法をロボット１の動作中に実時間で
実行することが可能となる。

以上５本発明の実施例について種々説明してきたが、本
発明はこれら実施例だけに限定されることなく、ロボッ
トを含むあらゆる生産システムに対して適用可能である
ことは、これまでの説明からも明らかであろう。

また、説明において用いた走行台車、ポジショナ、及び
それらに固定された座標系は概念的なものであり、実際
の具体的な機器にかかわらず本発明の適用が可能である
０例えばペリフェラル座標系（ΣＰ）として、ポジショ
ナ４を想定することも、あるいはコンベア９１を想定す
ることも可能であるし、更には状況に応じて実際の作業
対象物５をペリフェラル座標系（ΣＰ）に割り付けて考
えるなどのことも可能である。即ち、これらの仮想的な
座標系は用途に応じて任意の機器に割当てつるものであ
る。また、上記例では６個の座標系を用いて説明したが
、これも複数個であれば良く。

個数が限定されるものではない。

更に、本発明ではデータとして位置、姿勢を考えた場合
を例にとって説明したが、例えば力・トルク・センサ等
を用いる場合等のように、取扱うデータが位置、姿勢以
外に速度、加速度、力、トルクなどどのような種類のも
のであっても良く、かつその要素数ないし自由度につい
ても任意に選定できるものであることも言をまたない。

なお、実施例においては変換処理の入力となるデータの
表現座標系、出力となるデータの表現座標系（又は制御
座標系、以下同様）の両者を識別子を用いてエクスブリ
ジットに指示する場合を示したが、より簡略化されたも
のとして、これらの少なくとも一方の表現座標系を固定
とすることによって識別子数を削減することも可能であ
る。なお、従来方式は変換処理を要する場合に対しても
、その入力、出力の表現座標系を固定して取扱う方法で
あると考えることができる。即ち１表現座標系に対する
識別子の概念の導入により、上記実施例に示したごとく
制御装置としての汎用性、拡張性が大幅に増すことが１
本発明の基本的内容であり、この概念を導入していない
従来方式では、プログラムを変更しない限り、その拡張
はできないことが、この点からも明らかである。また、
ここでは一種のデータに関する表現座標系は共通である
ものとしたが、データの各要素毎、あるいは位置と姿勢
というように表現座標系を複数個時たせる。などの方法
も可能である。この場合には少なくとも一つの座標系は
例えばロボットの関節角などを要素とするものであって
も良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば位置、姿勢などの物
理量データに対して、その表現座標系を識別子として持
たせると共に、当該データを変換すべき対象となる座標
系についても識別子を持たせ、従って各種データ処理に
対してその入力、出力に関する座標系識別子を付帯させ
ることによって、ロボット及びロボットの周辺機器間の
相互同期、協調制御を、ロボット制御装置内のソフトウ
ェア・プログラムを変更することなく容易に実現できる
ため、複雑な制御機能等を容易に可能とするとともに、
ロボットを含む生産システムを統−的制御及びシステム
のフレキシビリティ向上１部分的１時限的機能変更など
を極めて簡単に実現しつる効果を持つ、また、これに伴
い、制御装置に内蔵するソフトウェアの保守性向上、ソ
フトウェア容量削減、改造、追加工数の低減などのほか
、制御装置の適用性、拡張性の向上などについても大き
な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の対象となるシステム構成図
、第２図は第１図の制御装置の概略構成図、第３図は第
１図の実施例における動作制御時のデータ・フロー図、
第４図は第３図を処理フローの形で表ねした図、第５図
は第１図のシステムにおいて設定した座標系を示す説明
図、第６図は入力データとしての補間始点を例とした位
置、姿勢データ・テーブル構成図、第７図は本発明の一
実施例の対象となる要素として考えられる３自由度を有
するポジショナの例を示す図、第８図はロボットとポジ
ショナとの協調動作を示す説明図。 第９図は作業対象物の設置誤差に関する説明図。 第１０図は本発明の別の実施例の対象となるシステム構
成図、第１１図は第１０図のシステムにおいて設定した
座標系の説明図、第１２図は第１０図の実施例における
制御時のデータ・フロー図、第１３［は第４図の処理ブ
ロック１００１の詳細処理フロー図、第１４図は第１３
図のデータ・フロー図、第１５図は座標系とその識別番
号の対応例、第１６図は座標系間の変換行列テーブルの
構成図、第１７図は時制とその識別子番号との対応例、
第１８１ｉ！ｉｉは第１１ｉｉ！ｆ及び第５図のシステ
ムにおける座標系相関図、第１９図は制御装置内の高速
演算器構成例を示す図、である。 １・・・ロボット、１ａ・・・ロボット座標系、２・・
・走行台車、３０・・・手先作業点、３・・・手先作業
工具、３ａ・・・手先座標系、４・・・ポジショナ、４
ａ・・・ペリフェラル座標系、４０・・・ステージ、４
０ａ・・・ステージ座標系、５・・・作業対象物、５ａ
・・・ワーク座標系、６・・・制御装置、８ａ・・・ユ
ニバーサル座標系、９１・・・コンベア、９１ａ・・・
コンベア座標系、９２・・・視覚センサ、９２ａ・・・
視覚センサ座標系、９３・・・手先センサ、９３ａ・・
・手先センサ座標系、６１・・・マイクロプロセッサ、
６７・・・高速演算器、５９０・・・制御座標系データ
テーブル、５９１・・・制御座標系識別子、５９５・・
・最終出力座標系データ、５５１゜５５２．５５３・・
・座標系藺変換行列、５１２゜５２２・・・表現座標系
識別子、１００１，１００３・・・変換演算処理、１０
０１−３．１００１−４・・・テーブル設定処理、１０
０１−６・・・変換演算実行処理。 葛　　１　図 ｊｒ）ホ゛ット Ｚ走行台車 冨 図 ｚ 冨 図 ｒｏ０６璋慮渾Ｘｋ理 図 ３久 Ｉ良 ３久 ４久 ４θ久 Ｌ ８久 ロ不゛ブトＮ標系 手先 へ〇ジシｚｆ　　ク スプーン゛　・ ユニノｖ−’ダ“ル　り １　口木°ヅト ４　　ｆＸ’ンシタカ ロオ、°゛ツ トテーシ゛ ■ ｌθ 図 第 図 ３＾ ■ 図 冨 図 第 図 冨 図 篤 図 ／ｌｒ４　　ユニバーサルな ５久

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作業対象物の状態に基づいてロボットの動作制御を
   行うロボットの制御方法において、前記ロボットの基台
   の固定された座標系のほかに他の座標系を用いて位置、
   姿勢、速度、加速度、力、トルク等の物理量のうち少な
   くとも一つの物理情報を表現し、前記物理情報が何れの
   座標系に関して表されたものかを識別し、その識別され
   た識別情報に基づいて座標系間の変換演算を実行するこ
   とにより前記ロボットの動作制御を行うことを特徴とす
   る工業用ロボットの制御方法。 ２、作業対象物の状態に基づいてロボットの動作制御を
   行うロボットの制御方法において、前記ロボットの基台
   に固定された座標系のほかに他の座標系を用いて位置、
   姿勢、速度、加速度、力、トルク等の物理量のうち少な
   くとも一つの物理情報を表現し、前記物理情報が何れの
   座標系に関して表すから指定し、その指定された識別情
   報に基づいて座標系間の変換演算を実行することにより
   前記ロボットの動作制御を行うことを特徴とするロボト
   の制御方法。 ３、請求項１または請求項２記載のロボットの制御方法
   において、前記変換演算は前記識別情報により識別され
   る複数の座標系間の関係を与える変換行列などの交換情
   報によつて行うことを特徴とするロボットの制御方法。 ４、請求項３記載のロボットの制御方法において、前記
   変換情報に関する座標系の識別子と、変換後の座標系の
   識別子とを比較し、両者が異なる場合には少なくとも一
   つの対応する座標系間の変換情報を用いて変換演算を行
   うことを特徴とするロボットの制御方法。 ５、請求項３または請求項４記載のロボットの制御方法
   において、複数座標系間の変換演算の各々に用いる変換
   行列などの変換情報の少なくとも一つは、作業動作教示
   時における情報及び作業実行中の情報の少なくとも二種
   類を有することを特徴とするロボットの制御方法。 ６、請求項３ないし請求項５記載のロボットの制御方法
   において、複数座標系間の変換演算に用いる変換情報は
   、第１の座標系から第２の座標系へ変換行列等の形で記
   憶するとともに、この情報に基づいて第２の座標系から
   第１の座標系への変換情報を生成して用いることを特徴
   とするロボットの制御方法。 ７、請求項１記載のロボットの制御方法において、前記
   ロボットの制御装置からの出力によつて制御される周辺
   機器あるいは前記ロボットの制御装置に状態を入力され
   る周辺機器に対して独立に定められた座標系を用いてそ
   れぞれの周辺機器との情報の入出力を行うとともに、あ
   わせて該情報に関する情報の入出力を行うことによつて
   前記ロボットならびに周辺機器間の制御を行うことを特
   徴とするロボットの制御方法。 ８、ロボットに対する動作情報の生成、教示を、該ロボ
   ットを動作することなく実施し、該情報に基づいて動作
   制御を行つてなるロボットの動作制御方法において、該
   生成される動作情報を上記ロボットの基台に固定された
   座標系以外の座標系を用いて表現した形で該ロボットの
   制御装置に入力し、これを用いて動作制御を実現するこ
   とを特徴とするロボットの制御方法。 ９、作業対象物の状態に基づいてロボットの動作制御を
   行う工業用ロボットの制御装置において、前記ロボット
   の基台に固定された座標系のほかに他の座標系を用いて
   位置、姿勢、加速度、力、トルク等の物理量のうち少な
   くとも一つの物理情報が何れの座標系に関して表わされ
   たものから識別する識別機構と、その識別された識別情
   報に基づいて座標系間の変換演算を行う演算機構とを有
   することを特徴とするロボットの制御装置。