JPH05265538A - マニピュレータ軌道教示装置 - Google Patents
マニピュレータ軌道教示装置Info
- Publication number
- JPH05265538A JPH05265538A JP6058492A JP6058492A JPH05265538A JP H05265538 A JPH05265538 A JP H05265538A JP 6058492 A JP6058492 A JP 6058492A JP 6058492 A JP6058492 A JP 6058492A JP H05265538 A JPH05265538 A JP H05265538A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manipulator
- teaching
- rotation
- trajectory
- point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】指示棒等でマニピュレータ手先の軌道を指し示
すだけで位置及び姿勢を容易に教示する。 【構成】反射板５、レーザ発振器６及びレーザ受光器７
からなる３次元位置標定装置とレーザ距離計測装置９と
で指示棒８先端の３次元位置を計測し、その計測結果に
より制御用計算機１１がマニピュレータ手先１ａの指令
値となる位置、姿勢を計算して制御用ドライバ１０に出
力し、マニピュレータ１を制御する。
すだけで位置及び姿勢を容易に教示する。 【構成】反射板５、レーザ発振器６及びレーザ受光器７
からなる３次元位置標定装置とレーザ距離計測装置９と
で指示棒８先端の３次元位置を計測し、その計測結果に
より制御用計算機１１がマニピュレータ手先１ａの指令
値となる位置、姿勢を計算して制御用ドライバ１０に出
力し、マニピュレータ１を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボット等に適用
されるマニピュレータ軌道教示装置に関する。
されるマニピュレータ軌道教示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボット等に於いては、ティーチ
ングボックス（ジョイスティック等）、マニュアル動作
付きコントローラ（移動先を指令するとそこへロボット
が動く）等の教示装置が既に実用化され、製品化されて
いる。
ングボックス（ジョイスティック等）、マニュアル動作
付きコントローラ（移動先を指令するとそこへロボット
が動く）等の教示装置が既に実用化され、製品化されて
いる。
【０００３】これらの教示装置は、いずれもロボット
（マニピュレータ）の作業空間に於いて、任意に測定し
た移動先（教示点）へ上記装置を用いマニピュレータを
移動して、その教示点を保存することで教示を実施して
いる。
（マニピュレータ）の作業空間に於いて、任意に測定し
た移動先（教示点）へ上記装置を用いマニピュレータを
移動して、その教示点を保存することで教示を実施して
いる。
【０００４】上記教示装置を用いた教示法は著しく直感
性を損う方法である。したがって、現状では、人間（教
示者）がマニピュレータの手先を直接把持して、教示す
べき軌道をガイドしてやることで教示を行なうティーチ
ングプレイバック手法が一般的である。
性を損う方法である。したがって、現状では、人間（教
示者）がマニピュレータの手先を直接把持して、教示す
べき軌道をガイドしてやることで教示を行なうティーチ
ングプレイバック手法が一般的である。
【０００５】また、グラフィックシミュレータ上の仮想
のロボットを試行錯誤しながら動かして教示データを作
成し、実際のロボットに適用するＣＡＤデータを用いる
手法もあるが、実環境とグラフィック環境の誤差の問題
等が大きく、実用化レベルには、まだ研究開発を要する
段階である。
のロボットを試行錯誤しながら動かして教示データを作
成し、実際のロボットに適用するＣＡＤデータを用いる
手法もあるが、実環境とグラフィック環境の誤差の問題
等が大きく、実用化レベルには、まだ研究開発を要する
段階である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の教示者がマニピ
ュレータ手先を持って教示するティーチングプレイバッ
ク手法において、教示者がマニピュレータ手先に３次元
空間中の例えばｘ−ｙ−ｚ座標で表わされる１点の「位
置」を教示することは直感性も高く、指示しやすい。
ュレータ手先を持って教示するティーチングプレイバッ
ク手法において、教示者がマニピュレータ手先に３次元
空間中の例えばｘ−ｙ−ｚ座標で表わされる１点の「位
置」を教示することは直感性も高く、指示しやすい。
【０００７】しかしながら、３次元空間中でマニピュレ
ータに「姿勢」を教示しなければならない場合、複数点
を指示する表示があり、手間がかかるので、その教示は
困難であった。
ータに「姿勢」を教示しなければならない場合、複数点
を指示する表示があり、手間がかかるので、その教示は
困難であった。
【０００８】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、３次元空間中のマ
ニピュレータの位置のみならず姿勢をも容易に教示する
ことが可能なマニピュレータ軌道教示装置を提供するこ
とにある。
たもので、その目的とするところは、３次元空間中のマ
ニピュレータの位置のみならず姿勢をも容易に教示する
ことが可能なマニピュレータ軌道教示装置を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】計算機制御され
るマニピュレータのサンプリング周期波は数10msec単位
であり、ほとんど連続的な動作と考えられ、例えば３次
元空間中のマニピュレータの位置する１点を計算するこ
とは光学式センサ等を用いれば非常に容易な技術であ
る。そこで、この点を利用して３次元空間中のマニピュ
レータの位置のみの情報の変化を曲率中心（回転中心）
を求めて円軌道に近似することで求め、この変化を曲率
中心回りの姿勢変化として考えて位置情報のみで姿勢を
割出すようにしたことで、指示棒等でマニピュレータ手
先の軌道を指し示すだけで容易に教示が可能となる。
るマニピュレータのサンプリング周期波は数10msec単位
であり、ほとんど連続的な動作と考えられ、例えば３次
元空間中のマニピュレータの位置する１点を計算するこ
とは光学式センサ等を用いれば非常に容易な技術であ
る。そこで、この点を利用して３次元空間中のマニピュ
レータの位置のみの情報の変化を曲率中心（回転中心）
を求めて円軌道に近似することで求め、この変化を曲率
中心回りの姿勢変化として考えて位置情報のみで姿勢を
割出すようにしたことで、指示棒等でマニピュレータ手
先の軌道を指し示すだけで容易に教示が可能となる。
【００１０】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。まず図１によりその原理について述べる。同図で
１がマニピュレータ、１ａがマニピュレータ手先、２が
マニピュレータ手先軌道である。
する。まず図１によりその原理について述べる。同図で
１がマニピュレータ、１ａがマニピュレータ手先、２が
マニピュレータ手先軌道である。
【００１１】マニピュレータ手先軌道２を表現するいず
れも異なる４点Ｐi ，Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3 より回転
の中心となる曲率中心Ｏと回転軸ベクトル３を求める。
さらに、回転中心の回り、点Ｐi から点Ｐi+3 の間の回
転角θを求め、姿勢の変化分を表現する３行×３列の回
転行列を求める。図２はその詳細を説明するもので、点
Ｐi+1 と点Ｐi+2 における接線の方向ベクトルｔ，ｔ′
を近似値で求める。すなわち、
れも異なる４点Ｐi ，Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3 より回転
の中心となる曲率中心Ｏと回転軸ベクトル３を求める。
さらに、回転中心の回り、点Ｐi から点Ｐi+3 の間の回
転角θを求め、姿勢の変化分を表現する３行×３列の回
転行列を求める。図２はその詳細を説明するもので、点
Ｐi+1 と点Ｐi+2 における接線の方向ベクトルｔ，ｔ′
を近似値で求める。すなわち、
【００１２】
【数１】 となり、この２つの方向ベクトルにより点Ｐi+1 と点Ｐ
i+2 の曲率半径ｒを求める。すなわち、
i+2 の曲率半径ｒを求める。すなわち、
【００１３】
【数２】 となり、よって曲率半径ｒは ｒ＝Δφ／Δｓ …(3) で求まる。また、曲率中心方向ベクトルＮは曲率半径ｒ
を用いて ｒＮ＝ｄｔ／ｄｓ＝（Δｔ／Δｓ） より、 Ｎ＝（１／ｒ）（Δｔ／Δｓ）＝（１／ｒ）（Δｔ／｜Δｓ｜） （３×１ベクトル）…(4) となる。よって、回転軸ベクトルＶは外積を用いて Ｖ＝（ｔ×Ｎ）／（｜ｔ×Ｎ｜） （３×１単位ベクトル）…(5) また、曲率中心Ｏの座標を（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）とする
と、
を用いて ｒＮ＝ｄｔ／ｄｓ＝（Δｔ／Δｓ） より、 Ｎ＝（１／ｒ）（Δｔ／Δｓ）＝（１／ｒ）（Δｔ／｜Δｓ｜） （３×１ベクトル）…(4) となる。よって、回転軸ベクトルＶは外積を用いて Ｖ＝（ｔ×Ｎ）／（｜ｔ×Ｎ｜） （３×１単位ベクトル）…(5) また、曲率中心Ｏの座標を（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）とする
と、
【００１４】
【数３】 となる。次に、点Ｐi と点Ｐi+3 の間の回転角θを求め
る。この場合、
る。この場合、
【００１５】
【数４】 で求まる。以上の
【００１６】
【数５】 を用いて姿勢の変化分を表現する回転行列は
【００１７】
【数６】 にて表現される。したがって、点Ｐi のマニピュレータ
手先１ａの
手先１ａの
【００１８】
【数７】 とすると、本手法により点Ｐi+3 にマニピュレータ手先
１ａが移動した際の位置と姿勢は、途中の教示点Ｐi ，
Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3 より、
１ａが移動した際の位置と姿勢は、途中の教示点Ｐi ，
Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3 より、
【００１９】
【数８】 となり、点Ｐi から点Ｐi+3 に至る位置情報のみでマニ
ピュレータ１の姿勢が変更される。以上の過程を図３の
フローチャートで示す。次に図４及び図５により具体的
な装置構成例を示す。
ピュレータ１の姿勢が変更される。以上の過程を図３の
フローチャートで示す。次に図４及び図５により具体的
な装置構成例を示す。
【００２０】図４において、５は反射板、６はレーザ発
振器、７はレーザ受光器で、これら反射板５、レーザ発
振器６及びレーザ受光器７により３次元位置標定装置を
構成する。すなわち、レーザ発振器６より発せられたレ
ーザを反射板５によりレーザ受光器７に反射させ、その
位相差により距離を測定するものである。
振器、７はレーザ受光器で、これら反射板５、レーザ発
振器６及びレーザ受光器７により３次元位置標定装置を
構成する。すなわち、レーザ発振器６より発せられたレ
ーザを反射板５によりレーザ受光器７に反射させ、その
位相差により距離を測定するものである。
【００２１】これにより、レーザ距離計測装置９にて計
測される指示棒８先端の３次元位置より、制御用計算機
１１が上記図３に示すアルゴリズムからマニピュレータ
手先１ａの指令値となる位置、姿勢を計算して制御用ド
ライバ１０に出力し、マニピュレータ１を制御する。こ
れにより、指示棒８にしたがってマニピュレータ手先１
ａの動きが実現できる。
測される指示棒８先端の３次元位置より、制御用計算機
１１が上記図３に示すアルゴリズムからマニピュレータ
手先１ａの指令値となる位置、姿勢を計算して制御用ド
ライバ１０に出力し、マニピュレータ１を制御する。こ
れにより、指示棒８にしたがってマニピュレータ手先１
ａの動きが実現できる。
【００２２】続く図５も上記図４とほぼ同様の構成を示
すもので、ここでは３次元位置標定装置を小型化する必
要がないように構成し、実現性を高めたものを示す。す
なわち、指示棒８側に反射板５を設け、指示棒８に取付
けられた光源１３を光源追尾制御装置１２、パンチルト
機構１５及び光源追尾カメラ１４で構成する追尾装置に
よって追跡し、レーザを発振して受光することで指示棒
８先端の３次元位置を標定するようにしたもので、その
他の構成は上記図４と同様である。次に図６を用いてよ
り具体的に動作を説明する。
すもので、ここでは３次元位置標定装置を小型化する必
要がないように構成し、実現性を高めたものを示す。す
なわち、指示棒８側に反射板５を設け、指示棒８に取付
けられた光源１３を光源追尾制御装置１２、パンチルト
機構１５及び光源追尾カメラ１４で構成する追尾装置に
よって追跡し、レーザを発振して受光することで指示棒
８先端の３次元位置を標定するようにしたもので、その
他の構成は上記図４と同様である。次に図６を用いてよ
り具体的に動作を説明する。
【００２３】まず、指示棒８とマニピュレータ１が始め
にそれぞれ点Ｐi 、点Ｑi に停止しているものとする。
指示棒軌道１６上の４点Ｐi ，Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3
の位置をまず計測し、この４点により曲率半径ｒを求
め、回転中心Ｏを上記（１）式乃至（６）式により求め
る。
にそれぞれ点Ｐi 、点Ｑi に停止しているものとする。
指示棒軌道１６上の４点Ｐi ，Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3
の位置をまず計測し、この４点により曲率半径ｒを求
め、回転中心Ｏを上記（１）式乃至（６）式により求め
る。
【００２４】続いて４点Ｐi ，Ｐi+1 ，Ｐi+2 ，Ｐi+3
の回転中心Ｏに対する回転角θを上記（７）式より求
め、これを上記（８）式に代入することでマニピュレー
タ手先１ａの姿勢を表わす回転行列を得る。得られた回
転行列をマニピュレータ手先１ａの相対的な目標値、す
なわちその時点でのΔＥとする。以上の動作により、位
置の目標値は点Ｐi+3 の位置
の回転中心Ｏに対する回転角θを上記（７）式より求
め、これを上記（８）式に代入することでマニピュレー
タ手先１ａの姿勢を表わす回転行列を得る。得られた回
転行列をマニピュレータ手先１ａの相対的な目標値、す
なわちその時点でのΔＥとする。以上の動作により、位
置の目標値は点Ｐi+3 の位置
【００２５】
【数９】 でオフセットし、マニピュレータ手先１ａと指示棒８の
間の距離は
間の距離は
【００２６】
【数１０】 として
【００２７】
【数１１】 となる。姿勢の目標値Ｅref は、点Ｑi のマニピュレー
タ手先１ａの姿勢をＥQiとすると、 Ｅref ＝ΔＥ・ＥQi （３×３行列） で求まる。
タ手先１ａの姿勢をＥQiとすると、 Ｅref ＝ΔＥ・ＥQi （３×３行列） で求まる。
【００２８】この演算を、上記図４、図５に示した制御
用計算機１１にて計算し、制御用ドライバ１０にマニピ
ュレータ制御指令として出力する。すると、マニピュレ
ータ１は点Ｑi+3 まで移動する。
用計算機１１にて計算し、制御用ドライバ１０にマニピ
ュレータ制御指令として出力する。すると、マニピュレ
ータ１は点Ｑi+3 まで移動する。
【００２９】その後、指示棒８の点Ｐi+4 の位置を計測
し、点Ｐi+1 〜点Ｐi+4 の４点により変化させるべき姿
勢量ΔＥを算出し、点Ｐi+4 を基にした位置指令と共に
制御用ドライバ１０にマニピュレータ制御指令として出
力することで、マニピュレータ１は点Ｑi+4 まで移動す
る。以下同様に動作制御することで、マニピュレータ手
先１ａを指示棒８先端の位置の軌道列により姿勢も変更
しながら教示することができるものである。
し、点Ｐi+1 〜点Ｐi+4 の４点により変化させるべき姿
勢量ΔＥを算出し、点Ｐi+4 を基にした位置指令と共に
制御用ドライバ１０にマニピュレータ制御指令として出
力することで、マニピュレータ１は点Ｑi+4 まで移動す
る。以下同様に動作制御することで、マニピュレータ手
先１ａを指示棒８先端の位置の軌道列により姿勢も変更
しながら教示することができるものである。
【００３０】
【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば、３次
元空間中のマニピュレータの位置のみの情報の変化を曲
率中心（回転中心）を求めて円軌道に近似することで求
め、この変化を曲率中心回りの姿勢変化として考えて位
置情報のみで姿勢を割出すようにしたことで、指示棒等
でマニピュレータ手先の軌道を指し示すだけで容易に教
示が可能な簡易教示手法によるマニピュレータ軌道教示
装置を提供することができる。
元空間中のマニピュレータの位置のみの情報の変化を曲
率中心（回転中心）を求めて円軌道に近似することで求
め、この変化を曲率中心回りの姿勢変化として考えて位
置情報のみで姿勢を割出すようにしたことで、指示棒等
でマニピュレータ手先の軌道を指し示すだけで容易に教
示が可能な簡易教示手法によるマニピュレータ軌道教示
装置を提供することができる。
【図１】本発明の原理を説明する図。
【図２】図１の原理をより詳細に説明する図。
【図３】本発明の動作アルゴリズムを示すフローチャー
ト。
ト。
【図４】本発明の一実施例に係る装置の構成例を示す
図。
図。
【図５】本発明の一実施例に係る装置の構成例を示す
図。
図。
【図６】図４、図５の構成に対応する具体的な動作を説
明する図。
明する図。
１…マニピュレータ、１ａ…マニピュレータ手先、２…
マニピュレータ手先軌道、３…回転軸ベクトル、５…反
射板、６…レーザ発振器、７…レーザ受光器、８…指示
棒、９…レーザ距離計測装置、１０…制御用ドライバ、
１１…制御用計算機、１２…光源追尾制御装置、１３…
光源、１４…光源追尾カメラ、１５…パンチルト機構、
１６…指示棒軌道。
マニピュレータ手先軌道、３…回転軸ベクトル、５…反
射板、６…レーザ発振器、７…レーザ受光器、８…指示
棒、９…レーザ距離計測装置、１０…制御用ドライバ、
１１…制御用計算機、１２…光源追尾制御装置、１３…
光源、１４…光源追尾カメラ、１５…パンチルト機構、
１６…指示棒軌道。
Claims (1)
- 【請求項１】 一定サンプリング時間毎に連続的に計測
されるマニピュレータ軌道上の複数の空間座標を円軌道
に近似し、その円軌道の中心点、回転軸、回転角を算出
する第１の演算手段と、 この算出手段で得られた円軌道の中心点、回転軸、回転
角から回転変換行列を求める第２の演算手段と、 この第２の演算手段で得られた回転変換行列によりマニ
ピュレータの位置及び姿勢の軌道教示を行なう制御手段
とを具備したことを特徴とするマニピュレータ軌道教示
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058492A JPH05265538A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | マニピュレータ軌道教示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6058492A JPH05265538A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | マニピュレータ軌道教示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05265538A true JPH05265538A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=13146441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6058492A Pending JPH05265538A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | マニピュレータ軌道教示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05265538A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008758A (zh) * | 2020-07-11 | 2020-12-01 | 埃华路（芜湖）机器人工程有限公司 | 一种工业机器人托盘抓取高度智能检测方法 |
| CN117182931A (zh) * | 2023-11-07 | 2023-12-08 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP6058492A patent/JPH05265538A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008758A (zh) * | 2020-07-11 | 2020-12-01 | 埃华路（芜湖）机器人工程有限公司 | 一种工业机器人托盘抓取高度智能检测方法 |
| CN112008758B (zh) * | 2020-07-11 | 2024-03-26 | 埃华路（芜湖）机器人工程有限公司 | 一种工业机器人托盘抓取高度智能检测方法 |
| CN117182931A (zh) * | 2023-11-07 | 2023-12-08 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质 |
| CN117182931B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-23 | 上海仙工智能科技有限公司 | 一种机械臂标定数据校准方法及系统，存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9731419B2 (en) | System and method for programming robots | |
| US9075411B2 (en) | Robot system, calibration method of robot system, robot, calibration device, and digital camera | |
| Vahrenkamp et al. | Representing the robot’s workspace through constrained manipulability analysis | |
| US6157873A (en) | Robot programming system and method | |
| US5617515A (en) | Method and apparatus for controlling and programming a robot or other moveable object | |
| JPH1097316A (ja) | 多数の移動物体を伴うシステムの移動計画及び制御方法 | |
| JP4976883B2 (ja) | マニピュレータシステム | |
| SE504846C2 (sv) | Styrutrustning med ett rörligt styrorgan | |
| JP2002172575A (ja) | 教示装置 | |
| JP2001050741A (ja) | ロボットのキャリブレーション方法及び装置 | |
| JP2001060108A (ja) | ロボット動作教示装置および動作教示方法 | |
| Ataka et al. | Observer-based control of inflatable robot with variable stiffness | |
| Barker | Vector-algebra approach to extract Denavit-Hartenberg parameters of assembled robot arms | |
| JPH0693209B2 (ja) | ロボツトの円弧補間姿勢制御装置 | |
| Alıcı et al. | Loci of singular configurations of a 3-DOF spherical parallel manipulator | |
| JPH07129231A (ja) | 非接触点教示装置 | |
| CN120848496A (zh) | 一种机器人及机器人行进控制方法 | |
| US8319951B1 (en) | Local positioning system | |
| JPS5916912B2 (ja) | イドウホウコウキヨウジソウチ | |
| JP3319348B2 (ja) | 距離測定方法とその装置 | |
| RU2713570C1 (ru) | Способ формирования изображения дополненной реальности и робототехническая система для его осуществления | |
| JPH0523983A (ja) | リアルタイム追従型光学式マニピユレータ軌道教示装置 | |
| Jiménez et al. | Autonomous object manipulation and transportation using a mobile service robot equipped with an RGB-D and LiDAR sensor | |
| JP4595042B2 (ja) | ３次元測定方法およびシステム並びにマニピュレータの制御方法および装置 | |
| JP7663448B2 (ja) | 画像処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990330 |