JPH0416317B2 - - Google Patents
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- JPH0416317B2 JPH0416317B2 JP61020325A JP2032586A JPH0416317B2 JP H0416317 B2 JPH0416317 B2 JP H0416317B2 JP 61020325 A JP61020325 A JP 61020325A JP 2032586 A JP2032586 A JP 2032586A JP H0416317 B2 JPH0416317 B2 JP H0416317B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- support shaft
- distance
- control
- driven point
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
この発明は関節型ロボツトに関するものであつ
て、特に高速制御を行なうことの可能な関節型ロ
ボツトに係る。 （従来の技術） ベースに対して複数のアームを順次、回動可能
に支持して成る構造のロボツト、すなわち多関節
型ロボツトは、例えば特開昭58−211877号公報、
特開昭58−165982号公報等において記載されてい
るように公知である。この種のロボツトにおいて
は、各アームを回動させることにより、その先端
の被駆動点、例えばハンド部の位置を制御する訳
であるが、この位置制御は以下のようにして行な
われている。 まず第７図ａ，ｂに駆動機構の一例を示すが、
図のように、ベース５１に対して第１アーム５２
の一端部が回動可能に支持され、この第１アーム
５２の先端部に第２アーム５３の中途部が回動可
能に支持されている。なお上記第１アーム５２
は、モータ５４によつて駆動されるものである。
一方上記ベース５１には、さらに第１リンク部材
５５の一端部が回動可能に支持されており、この
第１リンク部材５５の先端部と上記第２アーム５
３の後端部との間に第２リンク部材５６が接続さ
れ、上記第１アーム５２、第２アーム５３の後
部、第１リンク部材５５及び第２リンク部材５６
によつて平行四辺形のリンク機構が構成されてい
る。５７は第１リンク部材５５を駆動するための
モータである。 上記のような駆動機構において、上記第１アー
ム５２の回動中心軸、すなわち第１関節Ａと、上
記第２アーム５３の回動中心軸、すなわち第２関
節Ｂとの間の距離をｌ１、上記第２アーム５３の
先端部、すなわち位置制御される被駆動点Ｃと上
記第２関節Ｂとの間の距離をｌ２とし、またＸ軸
と第１アーム５２とのなす角度をｑ１、第１アー
ム５２と第２アーム５３とのなす角度をｑ２とそ
れぞれした場合、被駆動点ＣのＸ−Ｙ平面上での
位置ｘ、ｙは、上記距離ｌ１，ｌ２及びアーム角
度ｑ１、ｑ２の関数として次の(1)式によつて与え
られる。 Ｘ Ｙ＝l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l1sinq1＋l2sin（q1＋q2） ……(1) 一方上記第１アーム５２及び第２アーム５３の
角度ｑ１，ｑ２は、上記座標ｘ、ｙと上記距離ｌ
１，ｌ２の関数をして次の(2)式によつて与えられ
ることになる。
て、特に高速制御を行なうことの可能な関節型ロ
ボツトに係る。 （従来の技術） ベースに対して複数のアームを順次、回動可能
に支持して成る構造のロボツト、すなわち多関節
型ロボツトは、例えば特開昭58−211877号公報、
特開昭58−165982号公報等において記載されてい
るように公知である。この種のロボツトにおいて
は、各アームを回動させることにより、その先端
の被駆動点、例えばハンド部の位置を制御する訳
であるが、この位置制御は以下のようにして行な
われている。 まず第７図ａ，ｂに駆動機構の一例を示すが、
図のように、ベース５１に対して第１アーム５２
の一端部が回動可能に支持され、この第１アーム
５２の先端部に第２アーム５３の中途部が回動可
能に支持されている。なお上記第１アーム５２
は、モータ５４によつて駆動されるものである。
一方上記ベース５１には、さらに第１リンク部材
５５の一端部が回動可能に支持されており、この
第１リンク部材５５の先端部と上記第２アーム５
３の後端部との間に第２リンク部材５６が接続さ
れ、上記第１アーム５２、第２アーム５３の後
部、第１リンク部材５５及び第２リンク部材５６
によつて平行四辺形のリンク機構が構成されてい
る。５７は第１リンク部材５５を駆動するための
モータである。 上記のような駆動機構において、上記第１アー
ム５２の回動中心軸、すなわち第１関節Ａと、上
記第２アーム５３の回動中心軸、すなわち第２関
節Ｂとの間の距離をｌ１、上記第２アーム５３の
先端部、すなわち位置制御される被駆動点Ｃと上
記第２関節Ｂとの間の距離をｌ２とし、またＸ軸
と第１アーム５２とのなす角度をｑ１、第１アー
ム５２と第２アーム５３とのなす角度をｑ２とそ
れぞれした場合、被駆動点ＣのＸ−Ｙ平面上での
位置ｘ、ｙは、上記距離ｌ１，ｌ２及びアーム角
度ｑ１、ｑ２の関数として次の(1)式によつて与え
られる。 Ｘ Ｙ＝l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l1sinq1＋l2sin（q1＋q2） ……(1) 一方上記第１アーム５２及び第２アーム５３の
角度ｑ１，ｑ２は、上記座標ｘ、ｙと上記距離ｌ
１，ｌ２の関数をして次の(2)式によつて与えられ
ることになる。
【表】
……(2)
すなわちテイーチングの際等に被駆動点Ｃの
xy座標を求める必要のある場合には、検出され
たアーム角度ｑ１，ｑ２から上記(1)式に基づいて
xy座標を演算し、一方目標とするxy座標位置に
被駆動点Ｃを移動させるのは、与えられたxy座
標から上記(2)式に基づいてアーム角度ｑ１，ｑ２
を求め、これらに従つて各アーム５２，５３を駆
動するのである。 （発明が解決しようとする問題点） ところで近年、上記のような多関節型ロボツト
においては、上記のような位置制御に加えて、さ
らに速度や加速度の制御が行なわれつつある。こ
の場合、xy座標に関しての速度は以下の(3)式で、
一方アーム角度ｑ１，ｑ２に関しての速度は(4)式
にてそれぞれ与えられることになる。 x〓 y〓＝−l1sinq1−l2sin（q1＋q2） −l2sin（q1＋q2） l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l2cos（q1十q2） q〓1 q〓2 ……(3) q〓1 q〓1 q〓2＝１／l1l2sinq2l1cos（q1＋q2） l2sin（q1＋q2
） q〓1 q〓2＝１／l1l2sinq2l1cos（q1＋q2） l2sin（q1＋q2
） −l1cosq1−l2cos（q1＋q2） −l1sinq1−l2sin（q1＋
q2）x〓 y〓 ……(4) またxy座標に関しての加速度は以下の(5)式で、
一方アーム角度ｑ１，ｑ２に関しての加速度は以
下の(6)にてそれぞれ与えられることになる。 x¨ y¨＝−l1sinq1−l2sin（q1＋q2） −l2sin（q1＋q2） l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l2cos（q1＋q2）q¨1 q¨2 −q〓1l1cosq1＋（q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） （
q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） −q〓1l1cosq1＋（q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） （
q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2）1 l1sinq1（q〓1＋q〓2）l2sin（q1＋q2） （q〓1＋q〓
2）l2sin（q1＋q2）……(5) q¨1 q¨1 q¨1＋q¨2＝１／l1l2sinq2l2cos（q1＋q2） l2sin（q
1＋q2） −l1cosq1 −l1sinq1x¨ y¨ ＋１／l1l2sinq2l1l2cosq2 l2 2 −l2 1 −l1l2cosq2q〓 2 1 （q〓1＋q〓2）2 ……(6) ところで上記のような制御を行ないつつロボツ
トアームの高速化を図つたり、あるいは制御精度
を向上しようとする場合には、上記各式(1)〜(6)に
基づく演算をきわめて短時間内に行なう必要が生
ずる。しかしながらコンピユータによる上記各式
(1)〜(6)の演算には、比較的長い時間が必要とされ
る。それは、コンピユータの機械語レベルにおい
ては、加減算は、１つの命令語によつて１回で行
なえるものの、数値の積を求める場合には、複数
回のレジスタのシフト及び加算が必要となるため
であつて、特に上記(1)〜(6)式においては、距離ｌ
１、ｌ２と三角関数との積を求めるのに多くの時
間が必要となる。そのため、上記のような高速、
高精度な制御を行なおうとすれば、高速演算の可
能な高級コンピユータを使用する必要がある訳で
あるが、このような高級コンピユータを使用した
場合には、高速化、高精度化を図ることができる
ものの、装置価格が上昇してしまうという不具合
が生じる。 この発明は上記した従来の欠点を解消するため
になされたものであつて、その目的は、上記のよ
うな高速でかつ高精度な制御を行ないつつも、安
価に構成可能な関節型ロボツトを提供することに
ある。 （問題点を解決するための手段） そこでこの発明の関節型ロボツトにおいては、
フレーム２に対して第１アーム１６を第１支軸Ａ
回りに回動可能に連結すると共に、先端側に被駆
動点Ｃを有する第２アーム２８を、上記第１支軸
Ａと略平行な第２支軸Ｂ回りに回動可能に上記第
１アーム１６に連結し、さらに上記第１アーム１
６を回動させる第１駆動部と、上記第２アーム２
８を回動させる第２駆動部とをそれぞれ設け、上
記各アーム１６，２８の回動角度ｑ１，ｑ２と、
上記第１アーム１６における第１支軸Ａと第２支
軸Ｂとの間の距離ｌ１及び第２アーム２８におけ
る第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離ｌ２と、
上記各アーム１６，２８の回動面における上記被
駆動点Ｃの直交座標位置ｘ、ｙとの関連を、浮動
小数点形式の２進数を用いて演算すると共に、上
記被駆動点Ｃを駆動制御するため、この演算結果
に基づいて上記第１及び第２駆動部に制御信号を
出力する制御部とを備えた関節型ロボツトにおい
て、上記第１支軸Ａと第２支軸Ｂとの間の距離ｌ
１及び上記第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離
ｌ２を、上記２進数で表される長さの単位である
ミリメートル、インチ等の制御長さ単位の２の自
然数乗倍にしてある。 （作用） 上記のように距離ｌ１，ｌ２を制御長さ単位の
２の自然数（以下、ｎと略称する）乗倍にするこ
とにより、距離ｌ１，ｌ２と三角関数との積を高
速で演算することが可能となる。すなわちコンピ
ユータにおいては、三角関数等の小数点数は、有
効な数値をあらわす２進数表現の仮数部と、桁数
をあらわす２進数表現の指数部とから成る浮動小
数点数にてあらわされる訳であるが、これに２の
ｎ乗を乗じる際には、上記仮数部はそのままに
し、上記指数部にｎを加算するだけでよいためで
ある。このように上記(1)〜(6)式の演算を高速で行
なえる結果、ロボツトアームの制御を高速でかつ
高精度に行なうことが可能となる。 （実施例） 次にこの発明の関節型ロボツトの具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 第１図、第２図及び第４図にロボツトの全体構
造を示すが、図のようにこのロボツトは比較的小
形の、研究用ミニチユアロボツトのようなもので
あつて、概略円筒状の基部１と、この基部１に垂
直軸心回りに回転可能に支持されたＵ字状のフレ
ーム２と、このフレーム２に移動可能に支持され
たリンク機構３とを有している。上記基部１は、
頂壁４を有するもので、この頂壁４には、該壁４
を貫通して上下に延びる支軸５が、ベアリング
６，６を介して回転自在に支持されている。この
支軸５の上端側には大径ギヤ７が、またその上端
部には上記フレーム２がそれぞれ固着されてお
り、この支軸５の下端部には、ポテンシヨメータ
８の回転シヤフト９が接続されている。一方第１
図のように、上記頂壁４の裏面には、さらにDC
サーボモータ１０が取着され、その出力軸１１の
上端部は上記頂壁４を貫通して上方へと導出さ
れ、その導出端部にピニオン１２が取着されてい
る。そして上記ピニオン１２が上記大径ギヤ７と
噛み合つており、これにより上記モータ１０によ
つて上記支軸５及びフレーム２を回転駆動し得る
ようなされている。 また上記フレーム２は、第２図のように上下方
向に互いに平行に延びる一対の第１及び第２フレ
ーム部１３，１４を有するもので、第１フレーム
部１３には第１リンク部材１５が、第２フレーム
部１４には第１アーム１６がそれぞれ回動可能に
支持されている。この支持構造について第３図に
基づいて説明すると、まず第１フレーム部１３に
おいては、その上部の位置の外側面に回転検出器
としてのポテンシヨメータ１７の本体１７ａが取
着されている。この第１フレーム部１３には、上
記ポテンシヨメータ１７の取着位置に透孔１８が
形成されており、ポテンシヨメータ１７の回転シ
ヤフト１９の先端側は、この透孔１８を通つて第
１フレーム部１３の内側へと導出されている。図
のように透孔１８の内周面と回転シヤフト１９の
外周面との間には、回転軸受２０が介設されてお
り、回転シヤフト１９の中途部は、第１フレーム
部１３に、回転軸受２０を介して回転可能に支持
されている。上記回転シヤフト１９の先端側に
は、カラー２１を介して大径ギヤ２２が取着さ
れ、またそれよりもさらに先端側には第１リンク
部材１５の一端部が止めねじ（図示せず）等によ
つて固着されている。なお大径ギヤ２２と第１リ
ンク部材１５とは、皿ねじ（図示せず）等によつ
て固定されている。一方上記第１フレーム部１３
の下端部近傍の外側面には、DCサーボモータ２
３が取着されているが、その出力軸２４は、第１
フレーム部１３に設けた透孔２５内を通つて内側
面側へと導出され、この導出端部にピニオン２６
が固着されている。そしてこのピニオン２６が上
記大径ギヤ２２に噛み合わされ、上記モータ２３
によつてピニオン２６を介して大径ギヤ２２を駆
動し、これにより第１リンク部材１５を回動させ
ると共に、ポテンシヨメータ１７の回転シヤフト
１９を回転駆動し得るようなされている。また第
２フレーム部１４に対する第１アーム１６の支持
構造及び駆動機構は上記と同様であり、そのため
同一部分に同一符号を符し、その説明を省略す
る。なお第１リンク部材１５と第１アーム１６と
の回動軸、すなわちポテンシヨメータ１７，１７
の回転シヤフト１９，１９は軸同一軸心上に配置
されている。 そして上記第１リンク部材１５の先端部には第
２リンク部材２７が、また第１アーム１６には第
２アーム２８の中途部がそれぞれ回動可能に支持
されており、さらに上記第２リンク部材２７と第
２アーム２８の後端部とが回動可能に接続され、
第１リンク部材１５、第１アーム１６、第２リン
ク部材２７、第２アーム２８の後部によつて平行
四辺形のリンク機構３が構成されている。なお上
記第２アーム２８の先端部Ｃには、ハンド等が取
着される訳であるが、いま便宜上、この先端部Ｃ
を、位置制御されるべき被駆動点として以下の説
明を行なうことにする。 次に上記ロボツトの作動状態について説明す
る。まずモータ１０を駆動することによつて、上
記フレーム２及びリンク機構３の全体を垂直軸心
回りに回転させるが、この際の回転変位量はポテ
ンシヨメータ８によつて検出する。また第１フレ
ーム部１３側のモータ２３を駆動することによつ
て第１リンク部材１５を回動させるが、この場
合、第２アーム２８は、第１図に示す第２支軸Ｂ
を中心に回動することになり、この際の回転変位
量は第１フレーム部１３側のポテンシヨメータ１
７によつて検出する。一方、第２フレーム１４側
のモータ２３を駆動することによつて、第１アー
ム１６を回動させ、これにより第２アーム２８を
大きく回動させるが、この場合の回動変位量は、
第２フレーム部１４側のポテンシヨメータ１７に
て検出するのである。 そして上記した構造のロボツトにおいて特徴的
な点は、第１アーム長ｌ１と、第２アーム長ｌ２
とを、共に制御長さ単位（例えばミリメートル、
インチ等）の２のｎ乗倍（ｎは自然数で、零又は
正の整数）にしてあることである。ここで第１ア
ーム長ｌ１とは、第１アーム１６の基端部を支持
する回転シヤフト１９の回転軸心、すなわち第１
支軸Ａと、第１アーム１６に対する第２アーム２
８の枢着軸心、すなわち第２支軸Ｂとの間の距離
ｌ１を意味する。また第２アーム長ｌ２とは、上
記第２支軸Ｂと第２アーム２８の被駆動点Ｃとの
間の距離ｌ２を意味するものである。 上記ロボツトのアーム駆動機構は第７図に示し
たものと同一であり、したがつて上記ロボツトに
おいても、その駆動制御に際しては、従来例と同
様に、制御部（図示せず）において、前記(1)〜(6)
式の演算を行うと共に、上記被駆動点Ｃを駆動制
御するため、上記演算結果に基づいて上記各DC
サーボモータ２３，２３に対して制御信号を出力
する訳であるが、この場合、各アーム長ｌ１，ｌ
２を上記のように設定したことにより、上記各式
(1)〜(6)の演算時間が大幅に短縮されることにな
る。以下その理由について説明する。まず上記演
算においては、アーム長ｌ１，ｌ２と三角関数と
の積を求めるのに長い時間を要していたのである
が、コンピユータにおいては、三角関数等の小数
点数は、浮動小数点数としてあらわされている。
この浮動小数点数は、第６図に示すように、仮数
部の正負の符号をあらわす部分３５と、２進数表
現された指数部３６と、２進数表現された仮数部
３７とより成るものであつて、上記仮数部３７は
有効な数値をあらわす部分であり、また指数部３
６は桁数をあらわす部分である。そしてこのよう
な浮動小数点数に、２のｎ乗倍の数値を乗ずるの
は、上記指数部３６にｎを加えることによつて行
なえる。つまり従来のように上記以外のアーム長
を乗ずる場合には、仮数部の乗算演算が必要でメ
モリレジスタを複数回シフトさせると共に加算す
る必要があるのに対し、上記のようなアーム長ｌ
１，ｌ２では、上記仮数部３７はそのままにし
て、指数部３６を１つの命令語（加算命令）で操
作させればよいことになるのである。この結果、
高級コンピユータを使用しなくても、上記(1)〜(6)
式の演算を高速で行なうことが可能となり、その
ためロボツトアームの駆動制御を高速でかつ高精
度に行なうことが可能となる。 第５図には上記ロボツトの変更例を示すが、こ
れは上記フレーム２から上の部分を、レール２９
上を走行させるようにしたものである。図におい
て、３０はフレーム２側に設けた摺動部、３１は
走行用モータ、３２は上記モータ３１にて駆動さ
れるスプロケツト、３３は駆動用チエーン、３４
は走行位置検出用のポテンシヨメータをそれぞれ
示している。なお他の部分の構造は上記第１実施
例と同一であるため、同一部分を同一符号で示し
てその説明を省略する。 （発明の効果） この発明の関節型ロボツトにおいては、アーム
長等の距離パラメータを、２のｎ乗倍にしてある
ので、アーム回動角とアーム先端部の直交座標位
置との関係式の演算及び速度制御や加速度制御の
ための演算を短時間で行なうことが可能となり、
そのためアーム駆動制御を高速で、しかも高精度
に行なうことが可能となる。また高級なコンピユ
ータを使用する必要がないので、装置全体を安価
に構成することが可能である。
すなわちテイーチングの際等に被駆動点Ｃの
xy座標を求める必要のある場合には、検出され
たアーム角度ｑ１，ｑ２から上記(1)式に基づいて
xy座標を演算し、一方目標とするxy座標位置に
被駆動点Ｃを移動させるのは、与えられたxy座
標から上記(2)式に基づいてアーム角度ｑ１，ｑ２
を求め、これらに従つて各アーム５２，５３を駆
動するのである。 （発明が解決しようとする問題点） ところで近年、上記のような多関節型ロボツト
においては、上記のような位置制御に加えて、さ
らに速度や加速度の制御が行なわれつつある。こ
の場合、xy座標に関しての速度は以下の(3)式で、
一方アーム角度ｑ１，ｑ２に関しての速度は(4)式
にてそれぞれ与えられることになる。 x〓 y〓＝−l1sinq1−l2sin（q1＋q2） −l2sin（q1＋q2） l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l2cos（q1十q2） q〓1 q〓2 ……(3) q〓1 q〓1 q〓2＝１／l1l2sinq2l1cos（q1＋q2） l2sin（q1＋q2
） q〓1 q〓2＝１／l1l2sinq2l1cos（q1＋q2） l2sin（q1＋q2
） −l1cosq1−l2cos（q1＋q2） −l1sinq1−l2sin（q1＋
q2）x〓 y〓 ……(4) またxy座標に関しての加速度は以下の(5)式で、
一方アーム角度ｑ１，ｑ２に関しての加速度は以
下の(6)にてそれぞれ与えられることになる。 x¨ y¨＝−l1sinq1−l2sin（q1＋q2） −l2sin（q1＋q2） l1cosq1＋l2cos（q1＋q2） l2cos（q1＋q2）q¨1 q¨2 −q〓1l1cosq1＋（q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） （
q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） −q〓1l1cosq1＋（q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2） （
q〓1＋q〓2）l2cos（q1＋q2）1 l1sinq1（q〓1＋q〓2）l2sin（q1＋q2） （q〓1＋q〓
2）l2sin（q1＋q2）……(5) q¨1 q¨1 q¨1＋q¨2＝１／l1l2sinq2l2cos（q1＋q2） l2sin（q
1＋q2） −l1cosq1 −l1sinq1x¨ y¨ ＋１／l1l2sinq2l1l2cosq2 l2 2 −l2 1 −l1l2cosq2q〓 2 1 （q〓1＋q〓2）2 ……(6) ところで上記のような制御を行ないつつロボツ
トアームの高速化を図つたり、あるいは制御精度
を向上しようとする場合には、上記各式(1)〜(6)に
基づく演算をきわめて短時間内に行なう必要が生
ずる。しかしながらコンピユータによる上記各式
(1)〜(6)の演算には、比較的長い時間が必要とされ
る。それは、コンピユータの機械語レベルにおい
ては、加減算は、１つの命令語によつて１回で行
なえるものの、数値の積を求める場合には、複数
回のレジスタのシフト及び加算が必要となるため
であつて、特に上記(1)〜(6)式においては、距離ｌ
１、ｌ２と三角関数との積を求めるのに多くの時
間が必要となる。そのため、上記のような高速、
高精度な制御を行なおうとすれば、高速演算の可
能な高級コンピユータを使用する必要がある訳で
あるが、このような高級コンピユータを使用した
場合には、高速化、高精度化を図ることができる
ものの、装置価格が上昇してしまうという不具合
が生じる。 この発明は上記した従来の欠点を解消するため
になされたものであつて、その目的は、上記のよ
うな高速でかつ高精度な制御を行ないつつも、安
価に構成可能な関節型ロボツトを提供することに
ある。 （問題点を解決するための手段） そこでこの発明の関節型ロボツトにおいては、
フレーム２に対して第１アーム１６を第１支軸Ａ
回りに回動可能に連結すると共に、先端側に被駆
動点Ｃを有する第２アーム２８を、上記第１支軸
Ａと略平行な第２支軸Ｂ回りに回動可能に上記第
１アーム１６に連結し、さらに上記第１アーム１
６を回動させる第１駆動部と、上記第２アーム２
８を回動させる第２駆動部とをそれぞれ設け、上
記各アーム１６，２８の回動角度ｑ１，ｑ２と、
上記第１アーム１６における第１支軸Ａと第２支
軸Ｂとの間の距離ｌ１及び第２アーム２８におけ
る第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離ｌ２と、
上記各アーム１６，２８の回動面における上記被
駆動点Ｃの直交座標位置ｘ、ｙとの関連を、浮動
小数点形式の２進数を用いて演算すると共に、上
記被駆動点Ｃを駆動制御するため、この演算結果
に基づいて上記第１及び第２駆動部に制御信号を
出力する制御部とを備えた関節型ロボツトにおい
て、上記第１支軸Ａと第２支軸Ｂとの間の距離ｌ
１及び上記第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離
ｌ２を、上記２進数で表される長さの単位である
ミリメートル、インチ等の制御長さ単位の２の自
然数乗倍にしてある。 （作用） 上記のように距離ｌ１，ｌ２を制御長さ単位の
２の自然数（以下、ｎと略称する）乗倍にするこ
とにより、距離ｌ１，ｌ２と三角関数との積を高
速で演算することが可能となる。すなわちコンピ
ユータにおいては、三角関数等の小数点数は、有
効な数値をあらわす２進数表現の仮数部と、桁数
をあらわす２進数表現の指数部とから成る浮動小
数点数にてあらわされる訳であるが、これに２の
ｎ乗を乗じる際には、上記仮数部はそのままに
し、上記指数部にｎを加算するだけでよいためで
ある。このように上記(1)〜(6)式の演算を高速で行
なえる結果、ロボツトアームの制御を高速でかつ
高精度に行なうことが可能となる。 （実施例） 次にこの発明の関節型ロボツトの具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 第１図、第２図及び第４図にロボツトの全体構
造を示すが、図のようにこのロボツトは比較的小
形の、研究用ミニチユアロボツトのようなもので
あつて、概略円筒状の基部１と、この基部１に垂
直軸心回りに回転可能に支持されたＵ字状のフレ
ーム２と、このフレーム２に移動可能に支持され
たリンク機構３とを有している。上記基部１は、
頂壁４を有するもので、この頂壁４には、該壁４
を貫通して上下に延びる支軸５が、ベアリング
６，６を介して回転自在に支持されている。この
支軸５の上端側には大径ギヤ７が、またその上端
部には上記フレーム２がそれぞれ固着されてお
り、この支軸５の下端部には、ポテンシヨメータ
８の回転シヤフト９が接続されている。一方第１
図のように、上記頂壁４の裏面には、さらにDC
サーボモータ１０が取着され、その出力軸１１の
上端部は上記頂壁４を貫通して上方へと導出さ
れ、その導出端部にピニオン１２が取着されてい
る。そして上記ピニオン１２が上記大径ギヤ７と
噛み合つており、これにより上記モータ１０によ
つて上記支軸５及びフレーム２を回転駆動し得る
ようなされている。 また上記フレーム２は、第２図のように上下方
向に互いに平行に延びる一対の第１及び第２フレ
ーム部１３，１４を有するもので、第１フレーム
部１３には第１リンク部材１５が、第２フレーム
部１４には第１アーム１６がそれぞれ回動可能に
支持されている。この支持構造について第３図に
基づいて説明すると、まず第１フレーム部１３に
おいては、その上部の位置の外側面に回転検出器
としてのポテンシヨメータ１７の本体１７ａが取
着されている。この第１フレーム部１３には、上
記ポテンシヨメータ１７の取着位置に透孔１８が
形成されており、ポテンシヨメータ１７の回転シ
ヤフト１９の先端側は、この透孔１８を通つて第
１フレーム部１３の内側へと導出されている。図
のように透孔１８の内周面と回転シヤフト１９の
外周面との間には、回転軸受２０が介設されてお
り、回転シヤフト１９の中途部は、第１フレーム
部１３に、回転軸受２０を介して回転可能に支持
されている。上記回転シヤフト１９の先端側に
は、カラー２１を介して大径ギヤ２２が取着さ
れ、またそれよりもさらに先端側には第１リンク
部材１５の一端部が止めねじ（図示せず）等によ
つて固着されている。なお大径ギヤ２２と第１リ
ンク部材１５とは、皿ねじ（図示せず）等によつ
て固定されている。一方上記第１フレーム部１３
の下端部近傍の外側面には、DCサーボモータ２
３が取着されているが、その出力軸２４は、第１
フレーム部１３に設けた透孔２５内を通つて内側
面側へと導出され、この導出端部にピニオン２６
が固着されている。そしてこのピニオン２６が上
記大径ギヤ２２に噛み合わされ、上記モータ２３
によつてピニオン２６を介して大径ギヤ２２を駆
動し、これにより第１リンク部材１５を回動させ
ると共に、ポテンシヨメータ１７の回転シヤフト
１９を回転駆動し得るようなされている。また第
２フレーム部１４に対する第１アーム１６の支持
構造及び駆動機構は上記と同様であり、そのため
同一部分に同一符号を符し、その説明を省略す
る。なお第１リンク部材１５と第１アーム１６と
の回動軸、すなわちポテンシヨメータ１７，１７
の回転シヤフト１９，１９は軸同一軸心上に配置
されている。 そして上記第１リンク部材１５の先端部には第
２リンク部材２７が、また第１アーム１６には第
２アーム２８の中途部がそれぞれ回動可能に支持
されており、さらに上記第２リンク部材２７と第
２アーム２８の後端部とが回動可能に接続され、
第１リンク部材１５、第１アーム１６、第２リン
ク部材２７、第２アーム２８の後部によつて平行
四辺形のリンク機構３が構成されている。なお上
記第２アーム２８の先端部Ｃには、ハンド等が取
着される訳であるが、いま便宜上、この先端部Ｃ
を、位置制御されるべき被駆動点として以下の説
明を行なうことにする。 次に上記ロボツトの作動状態について説明す
る。まずモータ１０を駆動することによつて、上
記フレーム２及びリンク機構３の全体を垂直軸心
回りに回転させるが、この際の回転変位量はポテ
ンシヨメータ８によつて検出する。また第１フレ
ーム部１３側のモータ２３を駆動することによつ
て第１リンク部材１５を回動させるが、この場
合、第２アーム２８は、第１図に示す第２支軸Ｂ
を中心に回動することになり、この際の回転変位
量は第１フレーム部１３側のポテンシヨメータ１
７によつて検出する。一方、第２フレーム１４側
のモータ２３を駆動することによつて、第１アー
ム１６を回動させ、これにより第２アーム２８を
大きく回動させるが、この場合の回動変位量は、
第２フレーム部１４側のポテンシヨメータ１７に
て検出するのである。 そして上記した構造のロボツトにおいて特徴的
な点は、第１アーム長ｌ１と、第２アーム長ｌ２
とを、共に制御長さ単位（例えばミリメートル、
インチ等）の２のｎ乗倍（ｎは自然数で、零又は
正の整数）にしてあることである。ここで第１ア
ーム長ｌ１とは、第１アーム１６の基端部を支持
する回転シヤフト１９の回転軸心、すなわち第１
支軸Ａと、第１アーム１６に対する第２アーム２
８の枢着軸心、すなわち第２支軸Ｂとの間の距離
ｌ１を意味する。また第２アーム長ｌ２とは、上
記第２支軸Ｂと第２アーム２８の被駆動点Ｃとの
間の距離ｌ２を意味するものである。 上記ロボツトのアーム駆動機構は第７図に示し
たものと同一であり、したがつて上記ロボツトに
おいても、その駆動制御に際しては、従来例と同
様に、制御部（図示せず）において、前記(1)〜(6)
式の演算を行うと共に、上記被駆動点Ｃを駆動制
御するため、上記演算結果に基づいて上記各DC
サーボモータ２３，２３に対して制御信号を出力
する訳であるが、この場合、各アーム長ｌ１，ｌ
２を上記のように設定したことにより、上記各式
(1)〜(6)の演算時間が大幅に短縮されることにな
る。以下その理由について説明する。まず上記演
算においては、アーム長ｌ１，ｌ２と三角関数と
の積を求めるのに長い時間を要していたのである
が、コンピユータにおいては、三角関数等の小数
点数は、浮動小数点数としてあらわされている。
この浮動小数点数は、第６図に示すように、仮数
部の正負の符号をあらわす部分３５と、２進数表
現された指数部３６と、２進数表現された仮数部
３７とより成るものであつて、上記仮数部３７は
有効な数値をあらわす部分であり、また指数部３
６は桁数をあらわす部分である。そしてこのよう
な浮動小数点数に、２のｎ乗倍の数値を乗ずるの
は、上記指数部３６にｎを加えることによつて行
なえる。つまり従来のように上記以外のアーム長
を乗ずる場合には、仮数部の乗算演算が必要でメ
モリレジスタを複数回シフトさせると共に加算す
る必要があるのに対し、上記のようなアーム長ｌ
１，ｌ２では、上記仮数部３７はそのままにし
て、指数部３６を１つの命令語（加算命令）で操
作させればよいことになるのである。この結果、
高級コンピユータを使用しなくても、上記(1)〜(6)
式の演算を高速で行なうことが可能となり、その
ためロボツトアームの駆動制御を高速でかつ高精
度に行なうことが可能となる。 第５図には上記ロボツトの変更例を示すが、こ
れは上記フレーム２から上の部分を、レール２９
上を走行させるようにしたものである。図におい
て、３０はフレーム２側に設けた摺動部、３１は
走行用モータ、３２は上記モータ３１にて駆動さ
れるスプロケツト、３３は駆動用チエーン、３４
は走行位置検出用のポテンシヨメータをそれぞれ
示している。なお他の部分の構造は上記第１実施
例と同一であるため、同一部分を同一符号で示し
てその説明を省略する。 （発明の効果） この発明の関節型ロボツトにおいては、アーム
長等の距離パラメータを、２のｎ乗倍にしてある
ので、アーム回動角とアーム先端部の直交座標位
置との関係式の演算及び速度制御や加速度制御の
ための演算を短時間で行なうことが可能となり、
そのためアーム駆動制御を高速で、しかも高精度
に行なうことが可能となる。また高級なコンピユ
ータを使用する必要がないので、装置全体を安価
に構成することが可能である。
第１図はこの発明の関節型ロボツトの一実施例
を示す一部切欠側面図、第２図は第１図−線
に沿う断面図、第３図はアーム支持構造を示す拡
大断面図、第４図はその全体斜視図、第５図は変
更例の全体斜視図、第６図は浮動小数点数の説明
図、第７図はアーム駆動機構の説明図である。 ２……フレーム、１６……第１アーム、２８…
…第２アーム、ｌ１……第１アーム長、ｌ２……
第２アーム長、ｑ１……第１アーム回動角、ｑ２
……第２アーム回動角、Ａ……第１支軸、Ｂ……
第２支軸、Ｃ……被駆動点。
を示す一部切欠側面図、第２図は第１図−線
に沿う断面図、第３図はアーム支持構造を示す拡
大断面図、第４図はその全体斜視図、第５図は変
更例の全体斜視図、第６図は浮動小数点数の説明
図、第７図はアーム駆動機構の説明図である。 ２……フレーム、１６……第１アーム、２８…
…第２アーム、ｌ１……第１アーム長、ｌ２……
第２アーム長、ｑ１……第１アーム回動角、ｑ２
……第２アーム回動角、Ａ……第１支軸、Ｂ……
第２支軸、Ｃ……被駆動点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ フレーム２に対して第１アーム１６を第１支
軸Ａ回りに回動可能に連結すると共に、先端側に
被駆動点Ｃを有する第２アーム２８を、上記第１
支軸Ａと略平行な第２支軸Ｂ回りに回動可能に上
記第１アーム１６に連結し、さらに上記第１アー
ム１６を回動させる第１駆動部と、上記第２アー
ム２８を回動させる第２駆動部とをそれぞれ設
け、 上記各アーム１６，２８の回動角度ｑ１，ｑ２
と、上記第１アーム１６における第１支軸Ａと第
２支軸Ｂとの間の距離ｌ１及び第２アーム２８に
おける第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離ｌ２
と、上記各アーム１６，２８の回動面における上
記被駆動点Ｃの直交座標位置ｘ、ｙとの関連を、
浮動小数点形式の２進数を用いて演算すると共
に、上記被駆動点Ｃを駆動制御するため、この演
算結果に基づいて上記第１及び第２駆動部に制御
信号を出力する制御部とを備えた関節型ロボツト
において、 上記第１支軸Ａと第２支軸Ｂとの間の距離ｌ１
及び上記第２支軸Ｂと被駆動点Ｃとの間の距離ｌ
２を、上記２進数で表される長さの単位であるミ
リメートル、インチ等の制御長さ単位の２の自然
数乗倍にしたことを特徴とする関節型ロボツト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032586A JPS62181885A (ja) | 1986-02-01 | 1986-02-01 | 関節型ロボツト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032586A JPS62181885A (ja) | 1986-02-01 | 1986-02-01 | 関節型ロボツト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62181885A JPS62181885A (ja) | 1987-08-10 |
| JPH0416317B2 true JPH0416317B2 (ja) | 1992-03-23 |
Family
ID=12023980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2032586A Granted JPS62181885A (ja) | 1986-02-01 | 1986-02-01 | 関節型ロボツト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62181885A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01125187U (ja) * | 1988-02-19 | 1989-08-25 | ||
| JP2008067849A (ja) * | 2006-09-13 | 2008-03-27 | Univ Of Electro-Communications | 歩行器及び歩行器の制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60140404A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | Fujitsu Ltd | ロボツト制御装置 |
-
1986
- 1986-02-01 JP JP2032586A patent/JPS62181885A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62181885A (ja) | 1987-08-10 |
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