JPH0682286B2 - ロボツト制御装置 - Google Patents

ロボツト制御装置

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JPH0682286B2
JPH0682286B2 JP60242285A JP24228585A JPH0682286B2 JP H0682286 B2 JPH0682286 B2 JP H0682286B2 JP 60242285 A JP60242285 A JP 60242285A JP 24228585 A JP24228585 A JP 24228585A JP H0682286 B2 JPH0682286 B2 JP H0682286B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ロボット制御装置に関し、更に詳しくは、2
以上の自由度を有し且つそれら自由度の間に干渉がある
ロボットに対し、干渉を補正した制御を行うロボット制
御装置に関する。
「従来技術およびその問題点」 第1図は一般的な多関節型ロボットシステムを示すもの
で、多関節型ロボット1と、制御装置2と、リモートコ
ントローラ3とから基本的になっている。
多関節型ロボット1の手首部は、第1のひねりと曲げと
第2のひねりの合わせて3つの自由度を有しており、そ
の動力伝達機構として例えば第2図に示す如き動力伝達
機構5が用いられている。
この動力伝達機構5において、第1のひねりの自由度θ
4は、モータM4,減速機G4および駆動パイプP4により、
第1の軸L1が軸方向を変える自由度である。
曲げの自由度θ5は、モータM5,減速機G5,駆動パイプ
P5,ベベルギアB1,B2およびフレームFにより、第2の
軸L2が第1の軸L1のまわりに旋回される自由度である。
また、第2のひねりの自由度θ6は、モータM6,減速機
G6,駆動パイプP6,ベベルギアB3,B4,B5により、第2の
軸L2が軸回転される自由度である。
モータM4,M5,M6の各軸には、速度を検出するための速度
検出器R4,R5,R6および角度位置を検出するための角度検
出器E4,E5,E6が取り付けられている。
さて、モータM5およびM6を停止して、モータM4だけを回
転させる場合を考えると、前述のようにモータM4の回転
に従い第1のひねりの自由度θ4が変化する。すなわち
第1の軸L1が軸方向を変える。そして、それに伴ってベ
ベルギアB2が移動する。ところが、そのベベルギアB2に
噛合するベベルギアB1は、モータM5が停止しているから
停止しており、このためベベルギアB2が回転することに
なる。そうすると、ベベルギアB2の回転によって、フレ
ームFが第1の軸L1のまわりに回転する。これは曲げの
自由度θ5が変化することに他ならない。
同様に、モータM6の停止によりベベクギアB3が停止して
いるにもかかわらず、第1のひねりθ4の変化と共にベ
ベルギアB4が移動されるので、そのベベルギアB4が回転
されることとなり、これに噛合するベベルギアB5が回転
し、第2の軸L2が軸回転する。これは第2のひねりの自
由度θ6が変化したことに他ならない。
また同様に、モータM5を駆動して曲げの自由度θ5を変
化すると、モータM6を停止していてもベベルギアB5が回
転し、第2の軸L2が軸回転する。これは第2のひねりの
自由度θ6が変化したことに他ならない。
このように、2以上の自由度を有するロボットにおい
て、一つの自由度を変化すると、他の自由度が干渉を受
けて変化してしまうという問題点がある。
「発明の目的」 本発明の目的とするところは、2以上の自由度を有し且
つそれら自由度の間に干渉のあるロボットにおいて、そ
の干渉を打ち消す補正を行って、あたかも干渉がないよ
うにロボットを制御することができるロボット制御装置
を提供することにある。
「発明の構成」 本発明のロボット制御装置は、第1番目から第N(Nは
2以上の整数)番目までの各自由度の目標制御量siを教
示データに基づいて得る目標制御量導入部、第m番目の
自由度の制御量dmを求めるに際し、第m番目以外の他の
自由度であって、且つ上記他の自由度のサーボ機構を駆
動すると該他の自由度と第m番目の自由度との間に介在
する伝達機構によって第m番目の自由度に影響を与える
自由度を予め選択し、この予め選択された他の自由度に
ついて上記目標制御量導入部により得られた目標制御量
siを用いて第m番目の自由度についての目標制御量smを
補正し、第m番目の自由度についての実際の制御量dmを
演算して得る制御量演算部、および各自由度についての
制御量diを各自由度のサーボ機構へ出力する出力部を具
備してなることを構成上の特徴とするものである。
「実施例」 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第1図は本発明のロボット制御装置の一
実施例を含むロボットシステムの外観図、第2図は第1
図に示す多関節型ロボットの手首部の駆動機構の模式的
機構図、第3図は第1図に示すロボットシステムの制御
系統のブロック図、第4図は第3図に示す制御系統にお
ける干渉補正演算部の一構成例のブロック図、第5図は
第3図に示す制御系統の関節角度演算部の一構成例のブ
ロック図である。なお、図に示す実施例により本発明が
限定されるものではない。
第1図に示すロボットシステムは、多関節型ロボット1
と、制御装置2と、リモートコントローラ3とから基本
的になっている。
多関節型ロボット1はθ1〜θ6の6つの自由度を有
し、そのうちθ1〜θ3はアームの自由度で、θ4〜θ
6は手首部の自由度である。
その手首部の駆動機構は、第2図に示すようであって、
第1のひねりの自由度θ4は他の自由度θ5,θ6から
干渉影響を受けず、曲げの自由度θ5は第1のひねりの
自由度θ4から干渉を受け、第2のひねりの自由度θ6
は第1のひねりの自由度θ4および曲げの自由度θ5の
両者から干渉を受ける。このように干渉する相互の自由
度の関係については既知であって、この関係より所定の
自由度について干渉を与える自由度が予め特定される。
なお、この駆動機構の説明は、先に「従来技術およびそ
の問題点」の欄で詳細に説明したのと同じであるから省
略する。
制御装置2は、コンピュータを内蔵するもので、本発明
に係る干渉補正を行ってロボット1を制御する機能を持
つ点および演算処理を行って角度検出器の検出量から各
自由度の関節角度を得る機能を持つ点で従来と異なる。
それらの点以外の構成は従来と同様である。
リモートコントローラ3は、従来と同様の構成である。
第3図は第1図に示すロボットシステムの制御系統図
で、二点鎖線の左側部分は制御装置2に設けられ、二点
鎖線の右側部分はロボット1に設けられる。
オペレータが、制御盤2aまたはリモートコントローラ3
を介し、手先部の位置(x,y,z)および姿勢(l,m,n)を
教示するときの、これらの教示データ,あるいは再生時
の記憶データは、順変換演算部21によって、自由度
θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6がそれぞれ達成す
べき目標角度位置φ1,φ2,φ3,φ4,φ5,φ6
に変換される。
かかる順変換演算部21は、従来公知の構成と同様であ
る。
次に、目標角度位置φ1,φ2,φ3,φ4,φ5,φ
6は、角度/制御量変換部22によって、サーボ機構に与
えるべき目標制御量s1,s2,s3,s4,s5,s6にそれぞれ変換
される。
かかる角度/制御量変換部22は、干渉について考慮しな
いもので、例えば、各自由度についての変換係数を
C1,C2,C3,C4,C5,C6とするとき、 si=φi/Ci+si0 … (i=1,2,3,4,5,6) (si0は定数) なる演算を行うものである。
次に、これら目標制御量s1〜s6に対して、干渉補正演算
部23は、干渉を打消すための補正を行い、実際に各自由
度のサーボ機構に与えるべき制御量d1〜d6を算出する。
例えば手首部の3つの自由度θ4,θ5,θ6について
説明すると、まず、第1のひねりの自由度θ4は他の自
由度からの干渉をうけないので、補正量=0であり、第
4図に示すように、s4=d4とされる。
次に、曲げの自由度θ5は、第1のひねりの自由度θ4
による干渉をうけるから、その干渉量をθ45とすれば、
そのθ45を相殺するだけの補正量h45がs5から差引かれ
て実際の制御量d5とされる。
例えば、干渉量θ45が第1のひねりの自由度θ4の駆動
量(d4−s40)に比例するとすれば、比例定数をα45と
して、 θ45=(d4−s40)α45 となり、このθ45を打消すためにサーボモータM5を駆動
すべき補正量h45は、比例定数をβ45として、h45=θ45
β45となるから、比例定数をk45としてまとめれば、 h45=(d4−s40)k45 となる。
そこで、第4図に演算部23aで示すように、 d5=s5−(d4−s40)k45 … とされる。
次に、第2のひねりの自由度θ6は、第1のひねりの自
由度θ4による干渉と曲げの自由度θ5による干渉をう
けるから、それらによる干渉量θ46,θ56を相殺するだ
けの補正量をh46,h56をs6から差引かれて実際の制御量d
6とされる。
前述の場合と同様に、 h46=(d4−s40)k46 h56=(d5−s50)k56 となるから、第4図に演算部23bで示すように、 d6=s6−(d4−s40)k46−(d5−s50)k56 … とされる。
こうして得られた実際の制御量diは、帰還制御部24に出
力される。
帰還制御部24は、各自由度の角度検出器E1〜E6の角度検
出量D1〜D6と制御量d1〜d6の偏差に基づいて、各サーボ
アンプA1〜A6に駆動信号を出力する。
各サーボアンプA1〜A6は、各速度検出器R1〜R6の帰還を
受けながら、各サーボモータM1〜M6を駆動する。
かくして、各自由度の間の干渉が補正された制御が行わ
れ、各自由度θ1〜θ6は、干渉に左右されずに、目標
角度位置φ1〜φ6をそれぞれ達成しうることとなる。
さて、角度検出器Eiが出力する角度検出量Diは、サーボ
モータMiが実際に駆動された量をあらわすものであり、
干渉があるため、各自由度の角度位置を表していない。
これらは、関節角度演算部25によって変換されること
で、はじめて角度位置Θiとして検出される。
すなわち、関節角度演算部25は、他の自由度からの干渉
をうけない自由度θqについては、前記式を変形する
ことにより、 Θq=Cq(Dq−sq0) … (qは他から干渉をうけない自由度の番号) (sq0は定数) なる演算を行い、その角度位置Θqを検出する。
例えば、手首部の第1のひねりの自由度θ4は、他の自
由度からの干渉を受けないから、第5図に演算部25aで
示すように、 Θ4=C4(D4−s40) … として角度位置Θ4が検出される。
この角度位置Θ4は、サーボモータM4の回転のみにより
達成される角度位置である。
一方、他の自由度からの干渉をうける自由度θpについ
ては、干渉による角度変化分を加える演算を行って、角
度位置Θpを検出する。
例えば、手首部の曲げの自由度θ5で達成された角度位
置Θ5は、自己のサーボモータM5により生じる角度位置
Θ55に、第1のひねりの自由度θ4のサーボモータM4の
回転により干渉で生じる角度変化分Θ45を加えたものと
なる。
すなわち、 Θ5=Θ55+Θ45 … ここで、上記式により、 Θ55=C5(D5−s50) … であり、Θ45が第1のひねりの自由度θ4の実際の駆動
量(D4−s40)に比例するとすれば、比例定数をK45とし
て、 Θ45=K45(D4−s40) … となるから、結局、第5図に演算部25bで示すように、 Θ5=C5(D5−s50)+K45(D4−S40) … なる演算を行うことで、角度位置Θ5が検出される。
次に、第2のひねりの自由度θ6で達成された角度位置
Θ6は、第1のひねりの自由度θ4による干渉と曲げの
自由度θ5による干渉をうけるから、それらの干渉によ
る角度変化分Θ46,Θ56を、自己の達成分Θ66に加えた
ものとなる。
すなわち、 Θ6=Θ66+Θ46+Θ56 … ここで、 Θ66=C6(D6−s60) Θ46=K46(D4−s40) Θ56=K56(D5−s50) であるから、結局、第5図に演算部25cで示すように、 Θ6=C6(D6−s60)+K46(D4−s40)+K56(D5−s50) …
なる演算を行うことで、角度位置Θ6が検出される。
かくして、角度検出器E1〜E6の出力する位置検出量D1〜
D6から、実際に達成された角度位置Θ1〜Θ6が検出さ
れるととなる。
検出された角度位置Θ1〜Θ6は、逆変換演算部26によ
って、手先部の位置(x,y,z)および姿勢(l,m,n)に変
換され、メモリーに記憶される。
逆変換演算部26は、従来公知の構成と同様の構成であ
る。
上記説明から理解されるように、本発明に係る干渉補正
演算部23により、各自由度の間の干渉に左右されずに、
多関節型ロボット1を制御できるのである。
なお、関節角度演算部25により、角度検出器E1〜E6の出
力する位置検出量D1〜D6から、干渉に左右されずに、実
際に達成された角度位置Θ1〜Θ6を検出できる。
他の実施例としては、角度/制御量変換部22と干渉補正
演算部23とを、関節角度演算部25のように、一つにまと
めて、目標角度位置φ1〜φ6から直接に実際の制御量
d1〜d6を算出するようにしたものが挙げられる。
また他の実施例としては、関節角度演算部25を、角度/
制御量変換部22と干渉補正演算部23のように、2つに分
けて、まず角度検出量D1〜D6を干渉がない場合の角度位
置に変換し、次いで干渉補正を行って角度位置Θ1〜Θ
6を算出するようにしたものが挙げられる。
「発明の効果」 本発明によれば、第1番目から第N(Nは2以上の整
数)番目までの各自由度の目標制御量siを教示データに
基づいて得る目標制御量導入部、第m番目の自由度の制
御量dmを求めるに際し、第m番目以外の他の自由度であ
って、且つ上記他の自由度のサーボ機構を駆動すると該
他の自由度と第m番目の自由度との間に介在する伝達機
構によって第m番目の自由度に影響を与える自由度を予
め選択し、これの予め選択された他の自由度について上
記目標制御量導入部により得られた目標制御量siを用い
て第m番目の自由度についての目標制御量smを補正し、
第m番目の自由度についての実際の制御量dmを演算して
得る制御量演算部、および各自由度についての制御量di
を各自由度のサーボ機構へ出力する出力部を具備してな
ることを特徴とするロボット制御装置が提供され、これ
により複数の自由度を有し且つ各自由度の間に干渉があ
るロボットを、干渉に左右されずに、好適に制御するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のロボット制御装置の一実施例を含むロ
ボットシステムの外観図、第2図は第1図に示す多関節
型ロボットの手首部の駆動機構の模式的機構図、第3図
は第1図に示すロボットシステムの制御系統のブロック
図、第4図は第3図に示す制御系統における干渉補正演
算部の一構成例のブロック図、第5図は第3図に示す制
御系統の関節角度演算部の一構成例のブロック図であ
る。 (符号の説明) 1…多関節型ロボット 2…制御装置 3…リモートコントローラ 5…手首部の駆動機構 23…干渉補正演算部 23a,23b…演算部 25…関節角度演算部 25a,25b,25c…演算部 θ4…手首部の第1のひねりの自由度 θ5…手首部の曲げの自由度 θ6…手首部の第2のひねりの自由度 M4,M5,M6…サーボモータ E4,E5,E6…角度検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)第1番目から第N(Nは2以上の整
    数)番目までの各自由度の目標制御量Siを教示データに
    基づいて得る目標制御量導入部、 (b)第m番目の自由度の制御量dmを求めるに際し、第
    m番目以外の他の自由度であって、且つ上記他の自由度
    のサーボ機構を駆動すると該他の自由度と第m番目の自
    由度との間に介在する伝達機構によって第m番目の自由
    度に影響を与える自由度を予め選択し、この予め選択さ
    れた他の自由度について上記目標制御量導入部により得
    られた目標制御量siを用いて第m番目の自由度について
    の目標制御量smを補正し、第m番目の自由度についての
    実際の制御量dmを演算して得る制御量演算部、および (c)各自由度についての制御量diを各自由度のサーボ
    機構へ出力する出力部 を具備してなることを特徴とするロボット制御装置。
JP60242285A 1985-10-28 1985-10-28 ロボツト制御装置 Expired - Lifetime JPH0682286B2 (ja)

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JPS62100809A JPS62100809A (ja) 1987-05-11
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