JPH11143512A - Control device for modular manipulator - Google Patents
Control device for modular manipulatorInfo
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- JPH11143512A JPH11143512A JP30304997A JP30304997A JPH11143512A JP H11143512 A JPH11143512 A JP H11143512A JP 30304997 A JP30304997 A JP 30304997A JP 30304997 A JP30304997 A JP 30304997A JP H11143512 A JPH11143512 A JP H11143512A
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- connection
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単純な方法でマニピュレータの連結状態を入
力できるモジュール型マニピュレータの制御装置を提供
する。
【解決手段】 連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータ7を構成するモジュールの
種類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装
置2と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記
憶装置4と、前記入力装置2への入力情報と前記記憶装
置4に登録された形状情報よりマニピュレータの運動学
計算式を算出して、この運動学計算式に基づき前記マニ
ピュレータの先端部の位置及び姿勢を制御する手段6と
を備えたモジュール型マニピュレータの制御装置。この
手段によれば、マニピュレータのモジュール構成に関し
て、モジュールの種類と連結順序のみを入力するだけで
済むので、数値パラメータを入力する煩雑さがない。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a control device for a modular manipulator capable of inputting a connection state of a manipulator by a simple method. In a control device for a modular manipulator composed of a plurality of modules that can be connected and recombined, an input device (2) for inputting a type of modules constituting the manipulator (7) and a connection order of the plurality of modules; A storage device 4 in which shape information is registered in advance, and a kinematic calculation formula of a manipulator is calculated from input information to the input device 2 and shape information registered in the storage device 4, and the kinematic calculation formula is calculated. Means for controlling the position and orientation of the distal end portion of the manipulator based on the control information. According to this means, since only the module type and the connection order need to be input for the module configuration of the manipulator, there is no need to input numerical parameters.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、モジュール型マニ
ピュレータの制御装置に関する。The present invention relates to a control device for a modular manipulator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のモジュール型マニピュレータの制
御装置には、特公平6−85125号公報に開示された
ものがある。これは、連結組み換え可能なモジュールよ
り構成され先端にハンドを有するモジュール型マニピュ
レータの制御装置であって、ハンドの位置・姿勢の目標
値を出力するハンド位置・姿勢目標値発生部と、ハンド
の位置・姿勢を出力するハンド位置・姿勢演算部と、該
ハンド位置・姿勢目標値発生部とハンド位置・姿勢演算
部との出力の差に基づいて各モジュールの関節目標値を
出力する関節目標値演算部と、該関節目標値演算部の出
力に対応するように各関節を駆動する関節駆動機構と、
各モジュールの関節の連結状態を入力する連結状態入力
装置と、該連結状態入力装置からの出力に従ってハンド
の位置・姿勢算出方法を前記ハンド位置・姿勢演算部に
選択指示するハンド演算選択部と、上記連結状態入力装
置からの出力に従ってハンドの位置・姿勢データからマ
ニピュレータの各関節の目標値を算出する方法を前記関
節目標値演算部に選択指示する関節演算選択部とを備え
たものである。この従来の制御装置においては、関節駆
動機構とその連結状態を制御装置に出力する際に、関節
の種類と、連結のリンク長および連結角度を指定するよ
うになっている。2. Description of the Related Art A conventional controller for a modular manipulator is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-85125. This is a control device of a modular manipulator which is constituted by a module which can be connected and recombined and has a hand at a tip, a hand position / posture target value generating section for outputting a target value of the position / posture of the hand, and a position of the hand. A hand position / posture calculation unit for outputting a posture, and a joint target value calculation for outputting a joint target value of each module based on a difference between outputs of the hand position / posture target value generation unit and the hand position / posture calculation unit A joint drive mechanism for driving each joint so as to correspond to the output of the joint target value calculation unit;
A connection state input device that inputs a connection state of a joint of each module, and a hand calculation selection unit that selects and instructs the hand position / posture calculation unit to select a hand position / posture calculation method according to an output from the connection state input device; A joint calculation selecting unit for selecting and instructing the joint target value calculating unit to calculate a target value of each joint of the manipulator from the position / posture data of the hand in accordance with an output from the connection state input device. In this conventional control device, when outputting the joint drive mechanism and its connection state to the control device, the type of the joint, the link length of the connection, and the connection angle are specified.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
装置では、各モジュールの連結状態を入力する際に、モ
ジュールのリンク長や斜旋回角度といった複数のパラメ
ータと共に入力しなければならず、煩雑な入力作業が必
要になるという問題があった。この場合、連結毎にパラ
メータ入力が必要になるため、同種のモジュールを複数
使用する場合にも、連結の数だけパラメータ入力が必要
になり、煩雑な入力作業を何度も繰り返さなければなら
ない。そこで本発明は、単純な方法でマニピュレータの
連結状態を入力できるモジュール型マニピュレータの制
御装置を提供することを目的とする。However, in the conventional apparatus, when inputting the connection state of each module, it must be input together with a plurality of parameters such as the link length of the module and the oblique turning angle, which is complicated. There was a problem that input work was required. In this case, parameter input is required for each connection. Therefore, even when a plurality of modules of the same type are used, parameter input is required by the number of connections, and a complicated input operation must be repeated many times. Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a modular manipulator that can input a connection state of a manipulator by a simple method.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータを構成するモジュールの種
類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装置
と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記憶装
置と、前記入力装置への入力情報と前記記憶装置に登録
された形状情報よりマニピュレータの運動学計算式を算
出して、この運動学計算式に基づき前記マニピュレータ
の先端部の位置及び姿勢を制御する手段とを備えたもの
である。上記手段により、マニピュレータのモジュール
構成に関して、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけで済むので、数値パラメータを入力する煩雑さ
がない。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a control device for a modular manipulator comprising a plurality of modules which can be connected and recombined. An input device for inputting the module connection order, a storage device for pre-registering the shape information of each module, and a kinematics calculation formula of the manipulator from the input information to the input device and the shape information registered in the storage device. And means for controlling the position and orientation of the distal end of the manipulator based on the kinematics calculation formula. According to the above-described means, only the module type and the connection order need to be input with respect to the module configuration of the manipulator, so there is no need to input numerical parameters.
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
例に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例を示す
構成図、図2は本発明におけるモジュール型マニピュレ
ータの組み換え例を示す図、図3はモジュールの形状情
報に関する説明図である。図1において、1は本発明の
実施例におけるモジュール型マニピュレータの制御装
置、2はモジユール連結入力装置、3,3’はモジュー
ル連結状態の入力テキスト、4はモジュール情報記憶装
置、5は運動学演算式算出部、6はマニピュレータ制御
部、7,7’はマニピュレータである。図1において、
モジュール型マニピュレータの制御装置1は、モジュー
ル連結入力装置2と、モジュール情報記憶装置4を備え
る。モジュール連結入力装置には、制御するマニピュレ
ータ7のモジュール連結状態を、モジュールの種類と連
結の順序として入力テキスト3のように入力する。入力
テキスト3において、baseA、jointA、li
nkAなどの名称はモジュールの種類を表し、付随する
番号は連結の順序を表す。この入力情報は、運動学演算
式算出部5に送られる。一方で、モジュール情報記憶装
置3には、各モジュールに関する形状情報が、入力され
るモジュール名と共に登録してある。運動学算出部5
は、入力されたモジュール名についてモジュールの形状
情報を参照し、また連結順序からマニピュレータの運動
学式を算出する。なお運動学演算式とは、マニピュレー
タの関節角度からマニピュレータエンドエフェクタ部の
位置や姿勢を求める演算式である。制御装置内のマニピ
ュレータ制御部6は、算出された運動学式に基づいてマ
ニピュレータ7のエンドエフェクタの位置や姿勢を制御
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of a combination of modular manipulators in the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram relating to module shape information. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a controller for a modular manipulator according to an embodiment of the present invention, 2 denotes a module connection input device, 3, 3 ′ denotes an input text in a module connection state, 4 denotes a module information storage device, and 5 denotes a kinematics operation. An expression calculation unit, 6 is a manipulator control unit, and 7, 7 'are manipulators. In FIG.
The control device 1 for a modular manipulator includes a module connection input device 2 and a module information storage device 4. The module connection state of the manipulator 7 to be controlled is input to the module connection input device as the input text 3 as the type of module and the connection order. In input text 3, baseA, jointA, li
The name such as nkA indicates the type of module, and the accompanying number indicates the order of connection. This input information is sent to the kinematics calculation formula calculation unit 5. On the other hand, the module information storage device 3 registers the shape information on each module together with the input module name. Kinematics calculator 5
Refers to the module shape information for the input module name, and calculates the kinematic formula of the manipulator from the connection order. The kinematics calculation formula is a calculation formula for calculating the position and orientation of the manipulator end effector unit from the joint angle of the manipulator. The manipulator control unit 6 in the control device controls the position and the posture of the end effector of the manipulator 7 based on the calculated kinematic formula.
【0006】以下、制御装置1の各要素について詳細に
説明する。まず、マニピュレータ7のモジュール構成と
入力テキスト3の関係について説明する。図1におい
て、入力テキスト3は、マニピュレータ7のモジュール
連結状態を表している。マニピュレータ7は、根本か
ら、baseA、jointB、linkA、join
t(1)、linkB、jointA(2)、endA
の順に連結されている。ここで、jointB、joi
ntA(1)、jointA(2)は回転駆動機構を持
つ関節モジュール、baseA、linkA、link
Bは関節駆動機構を持たないリンクモジュール、end
Aはエンドエフェクタモジュールである。また、各モジ
ュールの接続は、機械的な嵌め合いにより1通りに決ま
るものとする。例えば、jointBとlinkAとを
「jointB→linkA」の順序に連結する接続は
1通りに定まる。従って、これらのモジュールによって
構成されるマニピュレータ7は、入力テキスト3のよう
に、モジュールの種類と接続の順序を示すことで、マニ
ピュレータのモジュール連結状態を規定することができ
る。図2は、モジュール連結を別に組み換えたマニピュ
レータ7’と、それに対応する入力テキスト3’であ
る。図1、図2に示すように、モジュール型マニピュレ
ータでは、共通のモジュールの組み換えによって、マニ
ピュレータの軸構成を様々に変更することができる。Hereinafter, each element of the control device 1 will be described in detail. First, the relationship between the module configuration of the manipulator 7 and the input text 3 will be described. In FIG. 1, the input text 3 represents a module connection state of the manipulator 7. The manipulator 7 is basically composed of baseA, jointB, linkA, join
t (1), linkB, jointA (2), endA
Are connected in this order. Here, jointB, joi
ntA (1) and jointA (2) are joint modules having a rotation drive mechanism, baseA, linkA, link
B is a link module without a joint drive mechanism, end
A is an end effector module. The connection of each module is determined in one way by mechanical fitting. For example, one connection is established for connecting jointB and linkA in the order of “jointB → linkA”. Therefore, the manipulator 7 constituted by these modules can specify the module connection state of the manipulator by indicating the type of module and the order of connection as in the input text 3. FIG. 2 shows a manipulator 7 'in which module connection is separately rearranged and an input text 3' corresponding thereto. As shown in FIGS. 1 and 2, in the modular manipulator, the axis configuration of the manipulator can be variously changed by rearranging a common module.
【0007】次に、モジュールの形状情報と運動学演算
式算出方法について説明する。上記モジュールの形状情
報は、モジュール情報記憶装置4に予め登録しておく。
この形状情報は、運動学演算式を算出するために必要な
だけの情報でよい。リンク長、や回転角度の情報を同次
変換行列として登録するのが一つの手法である。同次変
換行列とは4×4の行列で、姿勢を表す3×3行列Rと
位置を表す3次元ベクトルpによりNext, a method of calculating the shape information of the module and the kinematics calculation formula will be described. The module shape information is registered in the module information storage device 4 in advance.
This shape information may be information necessary for calculating the kinematics calculation formula. One method is to register link length and rotation angle information as a homogeneous transformation matrix. The homogeneous transformation matrix is a 4 × 4 matrix, and is composed of a 3 × 3 matrix R representing a posture and a three-dimensional vector p representing a position.
【数1】 と表す。この手法を使うと、図1または図2に示したb
aseB、linkC、jointA及び各モジュール
の同次変換行列は次のようになる。(Equation 1) It expresses. Using this technique, b shown in FIG. 1 or FIG.
The homogeneous transformation matrices of caseB, linkC, jointA and each module are as follows.
【数2】 だだしこれは、図3に示すように各モジュールの基部と
先端の接続部位にそれぞれ座標系を設定し、先端座標か
ら基部座標への同次変換行列を表したものである。l、
d,a、bはリンク長を表し、jointAのθは駆動
関節の回転変位を表す。ここでは、モジュールを接続す
る際、接続順序の前側モジュールの先端座標系が後側モ
ジュールの基部座標系と一致するように、各座標系を設
定してある。(Equation 2) However, as shown in FIG. 3, a coordinate system is set for each of the base and tip connection sites of each module, and a homogeneous transformation matrix from tip coordinates to base coordinates is represented. l,
d, a, and b represent the link length, and θ of jointA represents the rotational displacement of the driving joint. Here, when connecting the modules, each coordinate system is set such that the leading coordinate system of the front module in the connection order matches the base coordinate system of the rear module.
【0008】よって、図1に示すように、マニピュレー
タ7についてモジュール連結状態がテキスト3として入
力されると、運動学演算式算出部5はモジュール情報記
憶装置4から各モジュールの同次変換行列を参照し、マ
ニピュレータの運動学演算式を同次変換行列の積とし
て、 T=A1×A2×A3×A4×A5×A6×A7 で算出する。ただし、Anは入力テキスト3を基に参照
される同次変換行列で、例えばA1は「1.base
A」から参照されるbaseAの同次変換行列である。
結果として算出された同次変換行列TのR要素とp要素
がそれぞれ、マニピユレータ7のエンドエフエクタ部の
姿勢と位置を表す。マニピュレータ制御部6は、算出さ
れた運動学演算式に基づいてマニピュレータ7のエンド
エフェクタの位置や姿勢を制御するが、この方法につい
ては様々な周知の技術があるためここでは説明を省略す
る。なお以上の説明で、jointA、jointB、
jointCは、モジュールの種類としては区別してい
るが、機械的には同じものであってもよい。この場合、
この関節モジュールは複数の接続部位を有し、どの接続
部位を使うかによって、別個のモジュールとして区別す
ることになる。Therefore, as shown in FIG. 1, when the module connection state of the manipulator 7 is input as the text 3, the kinematics calculation formula calculation unit 5 refers to the homogeneous transformation matrix of each module from the module information storage device 4. Then, the kinematics equation of the manipulator is calculated as T = A1 × A2 × A3 × A4 × A5 × A6 × A7 as a product of the homogeneous transformation matrix. Here, An is a homogeneous transformation matrix referred to based on the input text 3. For example, A1 is "1.base
A is a homogeneous transformation matrix of baseA referred to by “A”.
The R element and the p element of the homogeneous transformation matrix T calculated as a result respectively represent the attitude and position of the end effector unit of the manipulator 7. The manipulator control unit 6 controls the position and orientation of the end effector of the manipulator 7 based on the calculated kinematics calculation formula, but the method is not described here because there are various known techniques. In the above description, jointA, jointB,
Although jointC is distinguished as a module type, it may be mechanically the same. in this case,
This joint module has a plurality of connection parts, and is distinguished as a separate module depending on which connection part is used.
【0009】[0009]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、モジ
ュール型マニピュレータの各モジュールの形状情報は予
め登録されており、マニピュレータのモジュール連結状
態については、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけでよいので、連結状態の入力が簡便である。な
お、各モジュールの形状情報を予め登録するという手間
に関しては、モジュール型マニピュレータでは、モジュ
ールを組み合わせてマニピュレータを構成するので、組
み合わせの数が多いが、使用するモジュールの種類はそ
れほど多くはない。従って、モジュールの形状情報の登
録の手間は、モジュールを組み合わせたものを関節とし
て入力する手間に比べ著しく少なく、本発明による効果
は大である。As described above, according to the present invention, the shape information of each module of the module type manipulator is registered in advance, and only the module type and the connection order are input for the module connection state of the manipulator. , The input of the connection state is simple. Regarding the trouble of registering the shape information of each module in advance, a module-type manipulator has a large number of combinations because modules are combined to form a manipulator, but the types of modules used are not so many. Therefore, the trouble of registering the shape information of the module is significantly less than the trouble of inputting a combination of modules as a joint, and the effect of the present invention is great.
【図1】 本発明の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明におけるモジュール型マニピュレータ
の組み換え例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of rearrangement of a modular manipulator according to the present invention.
【図3】 モジュールの形状情報に関する説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram regarding module shape information.
1:本発明の実施例におけるモジュール型マニピュレー
タの制御装置 2:モジユール連結入力装置 3,3’:モジュール連結状態の入力テキスト 4:モジュール情報記憶装置 5:運動学演算式算出部 6:マニピュレータ制御部 7,7’:マニピュレータ1: Module type manipulator control device according to the embodiment of the present invention 2: Module connection input device 3, 3 ′: Input text of module connection state 4: Module information storage device 5: Kinematics operation formula calculation unit 6: Manipulator control unit 7, 7 ': Manipulator
Claims (1)
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、 前記マニピュレータを構成するモジュールの種類及び複
数のモジュールの連結順序を入力する入力装置と、各モ
ジュールの形状情報を予め登録しておく記憶装置と、前
記入力装置への入力情報と前記記憶装置に登録された形
状情報よりマニピュレータの運動学計算式を算出して、
この運動学計算式に基づき前記マニピュレータの先端部
の位置及び姿勢を制御する手段とを備えたことを特徴と
するモジュール型マニピュレータの制御装置。1. A control device for a modular manipulator comprising a plurality of modules which can be connected and recombined, comprising: an input device for inputting a type of a module constituting the manipulator and a connection order of the plurality of modules; and a shape of each module. A storage device in which information is registered in advance, and a kinematics calculation formula of a manipulator is calculated from input information to the input device and shape information registered in the storage device,
Means for controlling the position and orientation of the distal end of the manipulator based on the kinematics calculation formula.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30304997A JPH11143512A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Control device for modular manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30304997A JPH11143512A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Control device for modular manipulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11143512A true JPH11143512A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=17916309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30304997A Pending JPH11143512A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Control device for modular manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11143512A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020161880A1 (en) * | 2019-02-08 | 2021-11-25 | 日本電気株式会社 | Motion model calculation device, control device, joint mechanism, motion model calculation method, program |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30304997A patent/JPH11143512A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020161880A1 (en) * | 2019-02-08 | 2021-11-25 | 日本電気株式会社 | Motion model calculation device, control device, joint mechanism, motion model calculation method, program |
| US12030192B2 (en) | 2019-02-08 | 2024-07-09 | Nec Corporation | Motion model calculation device, control device, joint mechanism, and motion model calculation method |
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Legal Events
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