JPH02277101A - Track generating method for manipulator - Google Patents
Track generating method for manipulatorInfo
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- JPH02277101A JPH02277101A JP9750689A JP9750689A JPH02277101A JP H02277101 A JPH02277101 A JP H02277101A JP 9750689 A JP9750689 A JP 9750689A JP 9750689 A JP9750689 A JP 9750689A JP H02277101 A JPH02277101 A JP H02277101A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、マニピュレータが障害物と干渉せずに空間内
を駆動するためのマニピュレータの軌道生成方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a manipulator trajectory generation method for driving the manipulator in space without interfering with obstacles.
(従来の技術)
ロボットおよびロボットのなかでも腕のみの場合を示す
マニピュレータは、それまでの単調な作業のみを行なう
機械と違って、複雑なさまざまな作業を行なうことがで
きる。しかしロボットに行なわせる作業の教示は、その
大部分がいまだにティーチングプレイバック方式である
。ティーチングプレイバック方式では、人間がロボット
を実際に動かしてみて、そのときの動きをセンサ情報と
して記憶、再現するわけであり、新たな作業をロボット
に行なわせるためには、−度ロボットの作業を止めて、
人間が教えてやらねばならない。(Prior Art) Robots and manipulators, which only have arms, can perform a variety of complex tasks, unlike conventional machines that only perform monotonous tasks. However, most of the tasks that are taught to robots still use the teaching playback method. In the teaching playback method, a human actually moves the robot, then memorizes and reproduces the movement as sensor information. stop,
Humans have to teach it.
今までのように、工場内で同じ作業を何回も繰り返す場
合はそれでも良かったが、これからロボットがより多品
種少量生産を要求され、また工場の外にでて非定常作業
を行なうようになると、いちいち人間が動作を実際に教
えてやることが難しく、そして不可能になってゆく。This was fine in the past when the same work was repeated over and over again in a factory, but from now on robots will be required to produce a greater variety of products in small quantities, and will also be required to go outside the factory to perform non-routine work. , it becomes difficult and even impossible for humans to actually teach the movements one by one.
そこで、ロボットの回りの環境を計算機内部にモデルと
して形成して、そのモデルをもとに障害物等に衝突せず
に目標位置まで荷物を運搬することのできるマニピュレ
ータの軌道を計算機により自動的に生成させようという
研究が現在さかんにおこなわれている。例えば計測自動
制御学会論文集VoN 、22.No、8に記載の「自
由空間分類表現法によるマニピュレータの衝突回避動作
の計画」では、マニピュレータをアームの部分とハンド
の部分に分けて考えることにより、アームの自由空間を
ハンドがどのような姿勢をとっても物体と衝突しない完
全自由空間、およびそれ以外の部分自由空間に分類し、
部分自由空間ではハンドの姿勢を維持しながら移動し、
完全自由空間で姿勢を変えることにより、6自由度多関
節マニピュレータの障害物回避問題を3次元空間で探索
することを可能にしている。従って、求まった軌道が遠
回りなものになることがあるものの、かなり大幅な計算
量の短縮が実現できている。しかし、この方法では探索
を行う空間(コンフィギユレーション空間)の全てにつ
いてあらかじめ自由空間を求めておかねばならないので
、障害物が移動すると自由空間を全て求め直す必要があ
る。従ってマニピュレータによって物体を移動させる作
業を行う場合は毎回自由空間を求め直さねばならず、結
局計算量が増大するなどの問題があった。Therefore, we create a model of the environment around the robot inside a computer, and based on that model, the computer automatically creates a trajectory for the manipulator that can transport the cargo to the target position without colliding with obstacles. Research is currently underway to generate this. For example, Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers VoN, 22. In No. 8, "Planning the collision avoidance motion of a manipulator using a free space classification representation method", by considering the manipulator separately into the arm part and the hand part, it is possible to calculate the posture of the hand in the free space of the arm. Classify into completely free space that does not collide with objects, and other partial free spaces,
In the partial free space, move while maintaining the hand posture,
By changing the posture in completely free space, it is possible to explore the obstacle avoidance problem of a six-degree-of-freedom articulated manipulator in three-dimensional space. Therefore, although the determined trajectory may be a circuitous one, a considerable reduction in the amount of calculation can be achieved. However, in this method, the free space must be determined in advance for all of the spaces to be searched (configuration space), so when an obstacle moves, it is necessary to recalculate all the free spaces. Therefore, when moving an object using a manipulator, the free space must be recalculated each time, resulting in problems such as an increase in the amount of calculation.
(発明が解決しようとする課題)
以上のように従来は、マニピュレータが障害物を避けて
目標位置まで移動する軌道を確実に生成するためには、
一般に非常に多くの計算量を必要としていた。本発明は
上記の点に鑑み、実用的な計算量で目標位置まで移動す
ることを可能とするマニピュレータの軌道生成方法の提
供を目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, in order to reliably generate a trajectory in which a manipulator moves to a target position while avoiding obstacles,
Generally, a large amount of calculation was required. In view of the above-mentioned points, the present invention aims to provide a method for generating a trajectory of a manipulator that allows the manipulator to move to a target position with a practical amount of calculation.
[発明の構成〕
(課題を解決するための手段)
上記の目的を達成するために本発明においては、少なく
とも6関節軸を有し先端側の3関節軸にて姿勢が決定さ
れるマニピュレータを用い、マニピュレータがいかなる
姿勢であってもマニピュレータが障害物と干渉しない空
間を求めてこの空間内にてマニピュレータの姿勢を変化
させるようにマニピュレータを駆動するマニピュレータ
の軌道生成方法において、
前記空間は、マニピュレータによって移動される物体の
移動開始前と移動終了後の位置によっても変化しないよ
うに設定するものとした。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the present invention uses a manipulator that has at least six joint axes and whose posture is determined by three joint axes on the distal end side. In a manipulator trajectory generation method, the manipulator is driven so as to seek a space in which the manipulator does not interfere with obstacles no matter what the manipulator is in, and to change the manipulator's attitude within this space, wherein the space is created by the manipulator. The setting is made so that it does not change depending on the position of the object being moved before the movement starts and after the movement ends.
(作 用)
以上のようなマニピュレータの軌道生成方法とすれば、
マニピュレータがいかなる姿勢であっても障害物と干渉
しない空間の大きさは従来よりも小さくなるが、マニピ
ュレータが物体を移動させるような場合においてもこの
物体が障害物となることがない。従って、障害物が移動
する度に前記空間を求め直す必要がなくなるので計算量
が大幅に減少し、しかも目標位置までのマニピュレータ
の軌道を確実に生成することができる。(Function) If the manipulator trajectory generation method is as described above,
No matter what attitude the manipulator is in, the size of the space where it does not interfere with obstacles is smaller than before, but even when the manipulator moves an object, this object does not become an obstacle. Therefore, there is no need to recalculate the space each time an obstacle moves, so the amount of calculation is significantly reduced, and the trajectory of the manipulator to the target position can be reliably generated.
(実施例)
以下、図面を用いて本発明を説明する。第1図は本発明
のマニピュレータ軌道生成方法を宇宙用の大型マニピュ
レータに使用した実施例(シミュレーション)を示すも
のである。ここでマニピュレータ1は6自由度を有する
ものであり、アム部2とハンド部3とに大別される。ア
ーム部2は30由度を有し、各関節間の距離が長いため
その作動領域が広いことを特徴としている。ハンド部3
は同じく3自由度を有するが各関節間の距離はアーム部
2に比べて小さく、その作動領域が狭いことを特徴とし
ている。また、ハンド部3ではペイロードの保持が可能
であり、アーム部2の関節の向きの変化つまりハンド部
1の姿勢の変化により全方向の様々な作業が行われる。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained using the drawings. FIG. 1 shows an example (simulation) in which the manipulator trajectory generation method of the present invention is applied to a large space manipulator. Here, the manipulator 1 has six degrees of freedom and is roughly divided into an arm section 2 and a hand section 3. The arm portion 2 has 30 degrees of freedom and is characterized by a wide range of motion due to the long distance between each joint. Hand part 3
It also has three degrees of freedom, but the distance between each joint is smaller than that of the arm section 2, and its operating range is narrow. Further, the hand section 3 can hold a payload, and various tasks in all directions can be performed by changing the orientation of the joints of the arm section 2, that is, by changing the posture of the hand section 1.
こういった構成からなるマニピュレータ1は基体4に固
定され、基体4内部での制御によりマニピュレータ1が
自動的に駆動される。尚、マニピュレータ1の6つの関
節は、基体4との接続部から順に第!軸〜第6軸と呼ぶ
ものとする。The manipulator 1 having such a configuration is fixed to the base body 4, and the manipulator 1 is automatically driven by control inside the base body 4. The six joints of the manipulator 1 are arranged in order from the connection part with the base body 4. These will be referred to as the 6th axis.
次に安全領域の設定について述べる。安全領域の設定は
、予め障害物などの位置を入力して作成しておいた環境
モデルから行うことができる。ここでいう安全領域とは
、第4軸がその領域内にあるときに第4軸から第6軸ま
で(つまりハンド部3)がどのような姿勢をとっても障
害物(ここでは基体4や構造体5)と干渉しないことが
保証される3次元実空間での領域のことであり、例えば
第1図に斜線で示す領域6の、ように、障害物からある
程度距離をおいた空間を安全領域6と呼ぶものとする。Next, we will discuss setting the safety area. The safe area can be set from an environment model created by inputting the positions of obstacles and the like in advance. The safe area here means that when the 4th axis is within the area, no matter what posture the 4th to 6th axes (that is, the hand part 3) take, there will be no obstacles (here, the base 4 or the structure). 5) is an area in three-dimensional real space that is guaranteed not to interfere with any obstacle.For example, the area 6 is a space at a certain distance from obstacles, such as the shaded area 6 in Figure 1. shall be called.
このような安全領域6とすると、前記環境モデルから極
めて容易に設定することができる。尚、第1図では図中
の座標系でZ>3500鰭、X>3500mmと設定し
た。安全領域6の設定は同図に示すように、容易に指定
できる一部の領域の設定とすればよい。Such a safety area 6 can be set extremely easily from the environment model. In addition, in FIG. 1, the coordinate system in the figure is set as Z>3500 fins and X>3500 mm. As shown in the figure, the safe area 6 may be set in a part of the area that can be easily specified.
また、安全領域6を設定する際には、ハンド部3によっ
て移動が行われるペイロード7の移動開始前と移動終了
後の位置を求めておく必要がある。Further, when setting the safety area 6, it is necessary to determine the positions of the payload 7, which is moved by the hand unit 3, before the movement starts and after the movement ends.
これは、ペイロード7の移動開始前、及び移動終了後の
それぞれの環境モデルから求めることができ、ペイロー
ド7との干渉が起きないように十分余裕を持って設定す
ればよい。また、ペイロード7が一度別の場所に移され
てから再び移動するような場合も考慮し、ペイロード7
の移動が行われる全ての状況について環境モデルを作成
することが望ましい。This can be determined from the environment models before the start of movement of the payload 7 and after the end of movement of the payload 7, and may be set with enough margin to prevent interference with the payload 7. In addition, in consideration of the case where payload 7 is once moved to another location and then moved again, payload 7
It is desirable to create an environmental model for all situations in which movement occurs.
また、安全領域6は、マニピュレータ1が障害物と干渉
しないことが目測で十分保証できる程簡単な作業環境で
あれば、作業者がモニター等を介して直接設定してもよ
い。Further, the safety area 6 may be directly set by the operator via a monitor or the like, as long as the work environment is simple enough to ensure that the manipulator 1 does not interfere with obstacles by visual inspection.
このように安全領域6を設定した後は、以下の手順に従
ってマニピュレータ1が駆動するように軌道を求める。After setting the safety area 6 in this way, a trajectory is determined so that the manipulator 1 is driven according to the following procedure.
I:マニピュレータ1の初期位置aから安全領域6まで
の軌道を求める。I: Find the trajectory from the initial position a of the manipulator 1 to the safety area 6.
■:マニピュレータ1の目標位置すから安全領域6まで
の軌道を求める。■: Obtain the trajectory from the target position of the manipulator 1 to the safety area 6.
尚、lではマニピュレータ1がその初期位置aから安全
領域6のどの点へ移動するような軌道であってもよい。Note that l may be a trajectory in which the manipulator 1 moves from its initial position a to any point in the safety area 6.
同様に■では、マニピュレータ1が安全領域6のどの点
から目標位置すへ移動する軌道であってもよい。また、
I、nではマニピュレータ1のハンド部3の姿勢を一定
に保つことを条件とし、第1軸から第3軸までの軌道を
求めるものとする。軌道はコンフィギユレーション空間
内で探索する。Similarly, in case (2), the trajectory may be such that the manipulator 1 moves from any point in the safety area 6 to the target position. Also,
In I and n, the trajectory from the first axis to the third axis is determined under the condition that the posture of the hand portion 3 of the manipulator 1 is kept constant. Trajectories are searched in configuration space.
nl:I、IIにて用いた安全領域6内のそれぞれの点
を結ぶ軌道を作成する。nl: Create a trajectory connecting each point within the safety area 6 used in I and II.
■では軌道は安全領域6内にあるので、ハンド部3をど
のように姿勢変化させてもよいが、軌道を直線状として
ハンド部3の姿勢に係る第4軸から第6軸の各軸の関節
角度の変化量を直線捕間する軌道とした。In case (2), since the trajectory is within the safe area 6, the posture of the hand section 3 can be changed in any way, but if the trajectory is a straight line, each axis from the 4th to the 6th axis related to the posture of the hand section 3 is changed. The amount of change in joint angle was set as a trajectory that linearly captures the amount of change.
尚、上記の軌道生成の手順を第4図に示す。Incidentally, the procedure for generating the above trajectory is shown in FIG.
第2図、第3図は、第1図に示したモデルにおいて、マ
ニピュレータ1の初期位置から目標位置まで移動する軌
道を、本発明の方法(第2図)及び従来の方法(第3図
)により求めたシミュレーション結果を示すものである
。尚、ここで従来の方法とは、マニピュレータ1の6関
節軸を座標軸とするコンフィギユレーション空間にて探
索する方法を用いた。以下、第1表に関節角の変化量を
示す。FIGS. 2 and 3 show the trajectory of moving the manipulator 1 from the initial position to the target position in the model shown in FIG. 1 using the method of the present invention (FIG. 2) and the conventional method (FIG. 3). This figure shows the simulation results obtained by Here, the conventional method is a method of searching in a configuration space in which the six joint axes of the manipulator 1 are used as coordinate axes. Table 1 below shows the amount of change in joint angle.
第 1 表
また、第2表は、本発明と従来例のそれぞれの場合にお
いて、マニピュレータ1と障害物との干渉チエツクを行
った空間セルの総数を示したものである。ここで各空間
セルは5″を量子化単位として格子状に分割したものを
用いた。Table 1 Table 2 also shows the total number of spatial cells in which the interference between the manipulator 1 and an obstacle was checked in each case of the present invention and the conventional example. Here, each spatial cell was divided into a lattice shape using 5'' as a quantization unit.
第 2 表
このように、マニピュレータ1の軌道は多少遠回りにな
るものの、計算量は大幅に減少するので、結果的にはマ
ニピュレーターによる作業時間は大幅に短縮されること
になる。Table 2 As described above, although the trajectory of the manipulator 1 is somewhat detoured, the amount of calculation is significantly reduced, and as a result, the working time of the manipulator is significantly reduced.
また、1.■のように探索する際にはコンフィギユレー
ション空間の全てを探索するのではなく、ヒユーリステ
ィック(heurlstie)関数を用いてその値が最
も小さいセルから優先的に自由空間かどうかチエツクし
探索を行うことにより探索範囲を限定する。ここでヒユ
ーリスティック関数h (c)は以下のように表現され
る。Also, 1. When searching as in (2) above, instead of searching the entire configuration space, a heuristic (heuristic) function is used to first check whether the cell is free space or not, starting with the cell with the smallest value. By doing this, the search range is limited. Here, the heuristic function h(c) is expressed as follows.
f (e) =g(c) +h(c)
但し、g:出発点から現在の姿勢(θ 〜θ3)までの
コンフィギユレーション空間
での移動距離x [degl
h: (現在の第4軸の位置から安全領域までの距!y
)x3 [m履]
評価関数f (c)の値が小さくなることは目標位置す
までの距離が短くなることを意味しており、マニピュレ
ーターによる軌道の探索が目標位置に少しでも近づく方
向に進んでゆくようにしたものである。上記りに「3」
が乗算されているのはgよりもhを優先するように重み
づけしたものであり、例えばXが3増えyが2減った(
−2増えた)とするとf−−3となるが、Xが2減り(
−2増え)y3が増えたとするとf−7となり、結局目
標位置すに近づく方が評価関数の値は十分小さくなる。f (e) = g (c) + h (c) However, g: Distance traveled in the configuration space from the starting point to the current posture (θ ~ θ3) [degl h: (Current 4th axis Distance from the position to the safe area!y
)x3 [m] A decrease in the value of the evaluation function f (c) means that the distance to the target position decreases, and the trajectory search by the manipulator proceeds in the direction that approaches the target position as much as possible. This was done as it progressed. "3" above
is multiplied by weighting to prioritize h over g, for example, X increases by 3 and y decreases by 2 (
-2 increase), it becomes f--3, but X decreases by 2 (
-2 increase) If y3 increases, it becomes f-7, and the value of the evaluation function becomes sufficiently smaller as it approaches the target position.
尚、gとhは単位が異なるが、前記乗数「3」はここで
はこれらの単位を調整することができる適当な値として
利用することができる。もちろん他の乗数を利用しても
よい。Although g and h have different units, the multiplier "3" can be used here as an appropriate value that can adjust these units. Of course, other multipliers may also be used.
[発明の効果]
以上のように本発明によれば、計算量が大幅に減少し、
しかも目標位置までのマニピュレータの軌道を確実に生
成することのできるマニピュレータの軌道生成方法が実
現する。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the amount of calculation is significantly reduced;
Furthermore, a manipulator trajectory generation method that can reliably generate a manipulator trajectory to a target position is realized.
第1図は本発明で利用する安全領域の一例を示す図、第
2図、第3図は本発明の方法及び従来の方法によるマニ
ピュレータの軌道の一例を示す図、第4図は本発明の方
法を示すフローチャートである。
1・・・マニピュレータ、4・・・基体(障害物)、5
・・・構造体(障害物)、6・・・安全領域、7・・・
ペイロード(障害物)FIG. 1 is a diagram showing an example of the safety area used in the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an example of the manipulator trajectory according to the method of the present invention and the conventional method, and FIG. 3 is a flowchart illustrating the method. 1... Manipulator, 4... Base (obstacle), 5
...Structure (obstacle), 6...Safety area, 7...
Payload (obstacle)
Claims (1)
が決定されるマニピュレータを用い、前記マニピュレー
タがいかなる姿勢であっても前記マニピュレータが障害
物と干渉しない空間を求めてこの空間内にて前記マニピ
ュレータの姿勢を変化させるように前記マニピュレータ
を駆動するマニピュレータの軌道生成方法において、 前記空間は、前記マニピュレータによって移動される物
体の移動開始前と移動終了後の位置によっても変化しな
いように設定することを特徴とするマニピュレータの軌
道生成方法。[Scope of Claims] A manipulator having at least six joint axes and whose posture is determined by three joint axes on the distal end side is used, and a space is created in which the manipulator does not interfere with obstacles no matter what posture the manipulator is in. In the manipulator trajectory generation method, the manipulator is driven to change the attitude of the manipulator in this space, wherein the space is defined by the position of an object moved by the manipulator before the movement starts and after the movement ends. A manipulator trajectory generation method, characterized in that the manipulator trajectory is set so that it does not change.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9750689A JPH02277101A (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Track generating method for manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9750689A JPH02277101A (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Track generating method for manipulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277101A true JPH02277101A (en) | 1990-11-13 |
Family
ID=14194145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9750689A Pending JPH02277101A (en) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | Track generating method for manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02277101A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010076058A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | Control device of multiple point manipulator and method for generating operation track of hand for multiple point manipulator |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP9750689A patent/JPH02277101A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010076058A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | Control device of multiple point manipulator and method for generating operation track of hand for multiple point manipulator |
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