JPH05297920A

JPH05297920A - ロボットの制御装置

Info

Publication number: JPH05297920A
Application number: JP9977092A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Suzuki; 雅史鈴木; Hideo Higashida; 日出夫東田; Shinichi Sarugaku; 信一猿楽; Maki Sumita; 真樹住田; Shinichi Takarada; 真一宝田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】誤操作によるロボットの破損を未然に防止する
ことができるロボットの制御装置を提供すること。【構成】ステップ３３によりロボットの作業点が動作禁
止領域にあるかどうかを判定するために使用する動作領
域テーブルを選定し、ステップ３４により、この選定さ
れた動作領域テーブルの領域データを用いて判定を行
う。この結果、任意の空間形状のロボットの動作禁止領
域を任意の数個もたせることができ、そのなかから作業
環境に合ったものを選択できるようになる。【効果】作業環境に対応して、常に最良の複数個の動作
禁止領域が選択できるので、誤操作によるロボットの破
損を未然に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの動作範囲に
限定を与えるようにしたロボットの制御装置に係り、特
にマスタースレーブ方式で制御されるロボットに好適な
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの動作範囲は、汎用性から見れ
ば広いのにこしたことはない。しかしながら、実際の使
用に際しては、安全上の見地から、その作業状況に応じ
て必要最小限の範囲に限定せざるを得ない。このため、
従来から、ロボットの動作可能領域内で、必要に応じ
て、別途、ロボットの動作領域を任意に設定するように
したロボット装置が知られており、その例を特開昭６０
−１９５６０２号公報や、特開昭６１−２７３６０５号
公報にみることができる。

【０００３】そして、このような場合、一般にロボット
の動作領域は、マニプレータの形式に応じて、関節位置
又は直交位置ごとに各々設定されており、この動作領域
と、ロボットの目標位置とを比較して制御するようにな
っている。例えば、上記特開昭６０−１９５６０２号公
報の技術では、関節軸の動作領域を教示し、この動作領
域と関節軸の角度を比較するようになっており、特開昭
６１−２７３６０５号公報の技術では、平面の方程式の
係数及び定数で指定される複数の平面によって動作領域
を指定するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、産業用ロボ
ットでは、作業者は、実際に作業対象物を見ながら操作
できるから、一般にティーチング／プレイバック方式が
採用されており、このような場合では、動作領域を固定
的に定めても、あまり問題にならない。

【０００５】しかしながら、例えば、宇宙で使用するロ
ボットや深海作業用のロボットのように、作業者が直接
ティーチングできない場合、つまり、作業者が作業対象
物の近傍に居ることができない、或いは極めて困難な場
合があり、このような場合には、当然のことながらロボ
ットの保守は不可能に近く、従って、作業対象物との接
触によるロボットの破損は、絶対に避けなければならな
い。

【０００６】また、このような場合では、ロボットはマ
スタスレーブ方式で操作されることが多く、操作者の誤
操作を未然に防止することが必要であり、このためには
ロボットの動作領域を、作業対象や作業環境に対応させ
てゆかなければならない。

【０００７】しかるに、上記従来技術は、ロボットに対
する動作領域の設定の変更について配慮がされておら
ず、ロボットの破損を防止するという見地からは、充分
に満足が得られないという問題点があった。

【０００８】これを、図７を用いて説明すると、いま、
図７(a)に示すように、対象物(作業対象物)が実線の位
置にあった場合には、この実線で示した対象物がロボッ
トにとっては障害物になるから、ロボット１の動作領域
は、この実線で示した対象物を除いた領域にしなけれ
ば、ロボットの破損を防止することはできない。

【０００９】次に、対象物を、実線の位置から破線の位
置へ移動したとすると、今度は、図７の(b)の実線で示
した対象物が、ロボットにとっては障害物になるから、
ロボット１が安全に動ける領域は、この実線で示した対
象物を除いた部分となり、従って、ロボットに許される
動作領域は、作業の進捗に伴って変化して行く。しかる
に、従来技術では、ロボットの動作領域が固定的になっ
ているため、充分な対応が困難になっているのである。

【００１０】本発明の目的は、ロボットが操作され、作
業対象物の位置が変化しても、それに応じて、常に確実
にロボットの破損が防止できるようにしたロボットの制
御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ロボット本
体の動作可能領域内に任意の空間形状を有する複数の侵
入禁止領域を設定する禁止領域設定手段と、これら複数
の侵入禁止領域の中から任意の数の領域を選定する領域
選定手段と、ロボット本体の位置と上記領域選定手段に
より選択された侵入禁止領域とを照合する判定手段とを
設けることにより達成される。

【００１２】

【作用】上記手段は、ロボット動作中、任意に選択され
た侵入禁止領域内へのロボットの移動が自動的に禁止さ
れるように働く。従って、作業対象や作業環境に適した
動作領域が設定されるため、操作者の誤操作によるロボ
ットと対象物との接触が未然に防止され、ロボットが破
損する虞れはなくなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明によるロボットの制御装置につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。図２は、本
発明を多関節型のロボットに適用した場合の一実施例に
おけるロボットの全体構成を示したもので、図におい
て、１はロボット本体(マニプレータ)で、６個のアクチ
ュエータにより駆動されるもの、２はロボット制御部、
３はプレイバックコンソールで、プレイバックの開始、
停止等を行うもの、４はプログラミングユニットで、ロ
ボットのティーチング作業や動作領域の設定等を行うも
のである。

【００１４】図３は、ロボット制御部２のブロック図
で、ＣＰＵ−Ａ５はロボット本体１の動作制御やマンマ
シンインタフェース等の処理を行うと共に、選択された
動作領域を用いてロボットの動作を監視する機能も有し
ている。ＣＰＵ−Ｂ６はＣＰＵ−Ａ５から送られてきた
データを基にアクチュエータとしてのサーボモータＭ１
〜Ｍ６の駆動処理を行うサーボ回路として働く。ＣＰＵ
−Ｃ７はプレイバックコンソール３、プログラミングユ
ニット４との通信を行っている。

【００１５】８はＲＡＭ−Ａで、ＣＰＵ−Ａ５の処理手
順を記述したプログラムが格納されているもの、１１は
ＲＡＭ−Ｂで、ＣＰＵ−Ｂ６の処理手順を記述したプロ
グラムが格納されているもの、１２はＲＡＭ−Ｃで、Ｃ
ＰＵ−Ｃ７の処理手順を記述したプログラムが格納され
ている。９はＲＯＭで、初期化時に補助記憶装置１０に
記憶されているプログラムをＲＡＭ−Ａ８にローディン
グするための処理プログラムが格納されている。

【００１６】次に、この実施例による制御動作につい
て、図４のフローチャートを用いて説明する。

【００１７】まず、ステップ２１では、補間距離Ｍ及び
補間方向ｖｅｃＭベクトルを演算する。ここで、補間開
始ベクトルをｖｅｃＰｓ、補間終了点ベクトルをｖｅｃ
Ｐｅとすると、補間距離Ｍ及び補間方向ベクトルｖｅｃ
Ｍは、次の(数１)式により演算することができる。

【００１８】

【数１】

【００１９】次に、ステップ２２では、補間距離Ｍと補
間累積距離Ｍｃを用いて補間終了の判定を行う。いま、
補間周期を△ｔ(ｍｓ)、補間速度をＶ(ｍｍ／ｍｓ)とす
ると、補間累積距離Ｍｃは、次の(数２)式により表され
る。

【００２０】

【数２】

【００２１】そして、Ｍｃ＜Ｍかつエラーが無い場合に
は補間未終了と判定し、ステップ２２へ進み、そうでな
ければステップ２８へ進む。そして、ステップ２８へ進
んだ場合には、補間の終了処理を行い、ここで処理を終
了する。

【００２２】ステップ２３では作業点の位置を演算す
る。作業点の位置をｖｅｃＰｉとすると、これは、次の
(数３)式により表される。

【００２３】

【数３】

【００２４】ついで、ステップ２４において、逆座標変
換により作業点の位置ｖｅｃＰｉから各関節軸の位置Ａ
ｉ(ｉ＝１ｔｏ６)を算出する。その後、ステップ２５に
おいて作業点の位置ｖｅｃＰｉおよび各関節軸の位置Ａ
ｉが動作領域にあるかどうかを判定する。そして、動作
領域内にあればステップ２６へ進み、各関節角度Ａｉを
用いてサーボ位置指令を行ない、他方、動作領域外であ
ればステップ２７へ進み、ロボットを停止させるのであ
る。

【００２５】従って、これらステップ２３からステップ
２６までの処理を、補間が終了するか、又は動作領域外
になるまで行うことにより、ロボット本体１の制御を行
なうこができる。

【００２６】次に、ステップ２５の動作領域のチェック
処理について、図１のフローチャートを用いて説明す
る。まず、ステップ３１で、カウンタのカウント値ｃを
０にする。そして、ステップ３２で、このカウント値ｃ
が動作領域テーブルの個数ｎ以上の場合は処理を終了
し、そうでなければ、ステップ３３へ進む。

【００２７】ステップ３３は、カウント値ｃが示す動作
領域テーブルを使用するか否かを判定する処理で、この
実施例では、判定に、図６に示すような動作領域定義テ
ーブルを用いる。なお、このテーブルが領域選定手段と
なる。

【００２８】そして、この動作領域定義テーブルのｃ番
目のデータが０以外であれば、カウント値ｃが示す動作
領域テーブルを使用してステップ３４へ進み、そうでな
ければステップ３５へ進む。

【００２９】ステップ３４においては、作業点の位置及
び関節角度が動作領域内にあるかどうかをチェックす
る。このチェックには、作業点の位置ｖｅｃＰｉ、各関
節軸の関節角度Ａｉ、およびカウンタｃで示される動作
領域テーブルを用いる。図７に動作領域テーブルを示
す。なお、このテーブルが禁止領域設定手段となる。

【００３０】この動作領域テーブルはｎ個存在し、各々
のテーブルの先頭には、以下に続くデータが直交位置に
よるデータであるか、関節位置によるかを表わす動作領
域タイプというデータが設けてあり、この動作領域タイ
プにより判定方法が次のように異なる。なお、これは、
適用されているロボット本体の形式が多関節型の場合と
直交座標型の場合の何れにも対応できるようにするため
であるり、従って、図２の実施例では、動作領域タイプ
は関節方式となる。

【００３１】関節位置の場合各関節の関節角度Ａｉ(ｉ＝１ｔｏ６)の各々について、
それらが何れも動作領域テーブルの上限値と下限値の間
にあれば正常とし、そうでなければ異常とする。

【００３２】直交位置の場合作業点の位置ｖｅｃＰｉのｘ，ｙ，ｚ成分の各々につい
て、それらが何れも動作領域テーブルの上限値と下限値
の間にあれば正常とし、そうでなければ異常とする。そ
の後、ステップ３５へ進み、ここでカウンタがインクリ
メントされる。

【００３３】以上で説明したステップ３３からステップ
３５までカウンタの値が動作領域テーブルの個数以上に
なるまで繰り返すことにより、動作領域のチェックが行
なわれる。

【００３４】従って、この実施例によれば、動作対象や
動作環境に応じて、動作領域定義テーブルにデータを設
定してやれば、予じめ設けてある複数の動作領域テーブ
ルの中から必要なロボットの侵入禁止領域に対応したテ
ーブルが、必要な種類だけ任意に選定され、それに対応
してロボット本体１の動作が自動的に禁止されることに
なり、充分にロボットの破損を防止することができる。

【００３５】つぎに、本発明の他の実施例について説明
する。まず、前記の実施例では、図１のフローチャート
から明らかなように、複数個の動作禁止領域の中から選
択された動作禁止領域の全てについて、和(ｏｒ)の条件
で動作領域のチェックを行なっているが、これに替え
て、積(ａｎｄ)の条件でチェックするようにしてもよ
い。すなわち、この実施例によれば、作業点の位置又は
関節角度が、選択されている全ての動作領域テーブルの
上限値と下限値の間にある場合のみ正常とし、それ以外
は異常とするのである。

【００３６】また、前記実施例においては、動作領域の
チェックを補間動作中に行っているが、ティーチング操
作中の手動による動作や、遠隔操作による動作中でも行
うようにしてもよい。そして、このような実施例のため
には、図４のフローチャートにおけるステップ２１、ス
テップ２２、及びステップ２８を適当に変更すればよ
い。

【００３７】また、前記実施例においては、ソフトウェ
アで本発明を実施しているが、この場合、何らかの原因
でソフトウェアに異常が生じた場合には、実施できなく
なってしまう。そこで、ハードウェアにより本発明を実
施、或いは併用するようにしてもよい。そして、この実
施例の場合には、ロボットの各関節軸に複数個のメカニ
カルなリミットスィッチを設け、それらのリミットスィ
ッチの中から任意のものを選択して使用するようにして
やればよい。

【００３８】従って、上記実施例によれば、以下の効果
が期待できる。 (1) 複数個の動作領域テーブルが用意され、その中の任
意のものを用いて動作禁止領域のチェックができるの
で、作業対象や作業環境に適した動作領域を容易に得る
ことができる。 (2) ロボットが動作領域外になった場合には、ロボット
が自動的に停止するので、ロボットの破損を未然に防止
することができる。 (3) ソフトウェアのみではなく、ハードウェアによって
も動作領域のチェックが行えるので、ソフトウェアによ
るチェックに万一異常を生じた場合にも対処できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、複数個の動作禁止領域
が存在するため、作業対象や作業環境に適した動作領域
を容易に選定することができる。また、複数個の動作領
域の中から任意のものが、任意の個数選択できるので、
作業対象や作業環境に適した動作領域のチェックができ
る。

【００４０】ロボットが動作禁止領域内に進入しようと
した場合には、ロボットが停止されるので、ロボットの
破損を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボットの制御装置の一実施例に
おける動作領域チェック処理を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の一実施例が適用されたロボットシステ
ムの全体構成図である。

【図３】本発明の一実施例における制御装置のブロック
図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図５】本発明の一実施例における動作領域定義テーブ
ルの説明図である。

【図６】動作領域テーブルの説明図である。

【図７】従来技術の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１ロボット本体(マニプレータ) ２ロボット制御装置２４動作領域のチェック処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者猿楽信一千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者住田真樹千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者宝田真一神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット本体の動作可能領域内に任意の
空間形状を有する複数の侵入禁止領域を設定する禁止領
域設定手段と、これら複数の侵入禁止領域の中から任意
の数の領域を選定する領域選定手段と、ロボット本体の
位置と上記領域選定手段により選択された侵入禁止領域
とを照合する判定手段とを設け、ロボット動作中、上記
選択された侵入禁止領域内へのロボットの移動が自動的
に禁止されるように構成したことを特徴とするロボット
の制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記ロボット
本体が多関節型のマニプレータであり、上記侵入禁止領
域が、このマニプレータの各関節位置で表現されている
ことを特徴とするロボットの制御装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記ロボット
本体が直交座標型のマニプレータであり、上記侵入禁止
領域が、このマニプレータの直交座標位置で表現されて
いることを特徴とするロボットの制御装置。