JPS5976791A - ロボツトの動作制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ロボットの動作制御方法に係り、特に、ティ
ーチング・プレイバック制御方式により、任意に指定さ
れた２点のそれぞれにおけるロボット各軸の位置を補間
しながら動作を行わせる場合において、直線移動路とな
る第１の軸とこの第１の軸上に、第２の軸を有するロボ
ットの動作制御方法に関する。

〔従来技術〕

従来、旋回部をもつ工業用ロボットヲ、一つの直線上を
移動する移動台車の上に搭載し友ロボットとしては、例
えば特開昭４９−１０３３５８のような例がある。この
ロボット装置は第１図に示すようにロボツ）Ｒを備えた
走行台車ＷをコンベアＣ等により移動する物体Ａと同期
させて移動させるものである。

これは、コンベアＣの動作と同期させて走行台車Ｗを直
線移動路Ｂに沿って移動させている。このため、直線移
動路Ｂは走行台車Ｗを単にコンベアＣに追従させるため
のみの目的で設けられている。この直線移動路Ｂに沿っ
て移動する走行台車Ｗには、ある速度パターンが与えら
れているが、作業される物体Ａからみた相対的な位置関
係においては、走行軸による位置は常に一定となってお
シ、旋回部をもつロボットによる動作領域と何らかわる
ことはない。

一方、直線移動路に沿って移動する走行台車上に、多数
の腕を有するロポツＩｅ載置し冗長自由度を持ったもの
があるが、任意の２点の補間動作を行なうことがある。

この場合、多数の腕間の位置制御が非常に難しいという
問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の冗長自由度を持つロボットを用
いて、可動領域を拡・太し、・ティーチング・プレイバ
ック制御方式によシ任意に指定された２点の補間動作を
行なわせるためのロボットの動作制御方法を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記の目的を達成するために、冗長自由度のい
ずれか一方の自由度を基準として予め定められた移動パ
ターンにもとづいて移動させることによシ、ロボットの
移動動作中の姿勢を一義的に定めうるようにしたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明実施列を詳細に説明する。

冗長自由度を持クロポットは、第２図に示すごとき構造
のものが一般である。すなわち、レール１上には走行す
る台車２がおかれている。台車２上の旋回部３には支柱
４がおかれている。支柱４には軸２０のまわシに回転自
在に１腕５が接続され、上腕５に対して軸２０と平行な
軸３０４わシに回転自在に前腕６が接続されて本体を形
成して吃る。更に第２図に示すロボットにおいては、前
腕６の先端に、軸３０と平行な軸４ｏまわシに回転自在
に手首ベース７が接続されている。手首ベース７の主軸
５０まわシには、回転自在に更に手首先端部材８が接続
されている。該部材８には作業工具、例えば溶接トーチ
１１０が結合可能な構成となっている。

次に、第２図に示すロボットを用いることによシ動作領
域が拡大されることを、第３図によ）説明する。

旋回部３と上腕５、前腕６によるロボットの動−作領域
は第３図の符号１１で示すようになる。次に、このロボ
ット各軸１の軸である移動台車２上に搭載したロボット
の動作領域は符号１２で示すようになり、動作領域が大
幅に拡大されていることがわかる。

次に、第２図のロボットの動作方法について説明する。

ロボットの先端を、押ボタンスイッチをもつティーチン
グボックスによシ動作開始点に誘導する。

同様にして・動作させるべき軌跡の点列を教示（ティー
チング）シ、その間を直線、または、円弧によシ補間し
て動作する、いわゆるティーチング・プレイバック方式
によシロボットを動作させる。

この方式においては、ティーチング時にロボット各軸の
位置を読みとり、それを計算することにより、ロボット
の手首先端の座標が求められる。

これを手首座標計算と呼ぶことにする。

ここで、手首先端における動作開始点をＰＴとし、その
点の座標を（Ｘｔ　、　Ｙｔ　、　Ｚｔ　）とする。

また、次の教示点をＰＧ　とし、その点の座標を（Ｘｏ
　、　Ｙｏ　、　Ｚｏ　）とする。

ティーチング・プレイバック方式は上記２点Ｐｔ＆Ｐｏ
の間を補間しながら、刻々の点Ｐｔｅ見つけ、その時の
座標（Ｘｘ、Ｙｒ、Ｚｘ）ｅ計算する。さらに、その座
標値をロボット各軸の変数に変換計算することによシ、
ロボット各軸の位置を決定するための指令値が求められ
矛。これをロボット座標計算と呼ぶ。

以上を繰シ返し行なうことによ如、教示された点列の補
間動作が行なえるのである。

次に本発明における冗長自由度をもつロボットにおいて
の動作説明及び制御方法について、図を用いて説明する
。

第２図の機構系を運動機能の記号表現法（ＪＩＳＢ−０
１３８）に述って書けば第４図のごとくなる。ここで、
上腕の長さを頁、前腕へ長さをＡＢ、手首部の長さをｉ
下、手首部先端Ｐの鉛直線ＰＧ’とＯＧとの距離をＲ１
上腕５とその回転中心を通る垂直線とのなす角度をα、
前腕６とその回転中心を通る垂直線とのなす角度をβ、
手首部とその回転中心を通る垂直線とのなす角度をγと
すると、各ロボットの関節点間の水平距離にで。

■吊、ｎは次のようになる。

ＡＣ−ＯＡ−５ＩＩＩα　　　　　・・・・・・・・・
（１）「予＝に石・ｓｉｎβ　　　　　・・・・・・・
・・（２）Ｐ　Ｅ　＝　Ｂ　Ｐ−ｓｉｎ　ｒ　　　　　
　”・”・−（３）そして、水平距離Ｒは次式のように
なる。

几＝Ｘで＋百り＋ｒＥ＝ＯＡｓｉｎａ＋ＡＢｓｉｎβ＋
百Ｐｓｉｏγ・・・・・・・・・（４） ここで、第４図に示すロボット構成図を鉛直上方よシ見
た第５図によって動作の説明をする。

レール方向にＸ＠をと９、それと直角方向にｙ軸をとる
。

第２図に示すロボットは旋回軸と走行軸による冗長自由
度であるため、Ｚ座標への影響はない。

そのため以下、Ｚ座標は無視して話を進める。

今、２つの手首先端における教示点Ｐ１及びＰ、が教示
されたとし、その時のロボット各軸の位置を読みとる。

これによシ、読みとれた走行軸の点をそれぞれＡＩ及び
Ａ、とじ、それぞれの座標値を（８１，０）及び（ａゎ
、０）とする。また旋回中心よシ手首部先端までの距離
は、読みとった各軸の値を武（４）にいれることによシ
、それぞれＲｔ及びＲ，が求められる。

また、旋回軸による腕の角度はＸ＠を基準としてそれぞ
れ、θ１及びθ、が読みとれる。

以上よシ手首先端の座標値はそれぞれ と計算できる。

以上、手首座標計算によシ手首先端の座標が求められる
。

次に２点Ｐ１及び２１間を補間動作させる唯のであるが
、そのうちの１点ＰＫが求められたとし、その点の座標
（ＸＩｓ）’ｌ）が計算される、この座標値からロボッ
ト座標計算をすることにより、ロボット各軸の位置が計
算されることになる。

以下、ロボット座標計算を行なう。

今、計算された手首先端の座標（ｘｔ　、　ｙｔ　）よ
シ、走行軸の点Ａ＋の座標（ａＩ、Ｏ）と、旋回中心よ
り手首部先端までの距ＭＲＩ及びｙ軸を基準とした旋回
軸による腕の角度θＩを求める。

以上における関係式は となる。

ところが、＋９）、　（１０）式において、求めるべき
未知数がａＩ＋　Ｒｔ　＋θ濁の３数あシ、関係式は２
式しかな（八ため、数学的に明らかなように一意的に定
まらない。

そこで本発明による拘束条件として、未知数のうちのａ
Ｉ４るいはθ量に予め定められた速度パターンをもたせ
ることにより、１変数を定数化させることにする。

ここでは−例として、走行軸の点Ａ＋を等速で移動させ
た場合について述べる。

すると、点ＡＩにおけるｙ軸の座標値ａｌはとなる。よ
って式（９）〜（ＩＩＪによシ求める未知数は、・・・
・・・・・・（１３） となシ、一意的に決定できる。

以上、−例として、点Ａｓｅ等速で移動させる場合につ
いて述べたが、加減速の含壕れる場合等の速度パターン
でも、予め定めてあれば、一意的に決定できる。また、
旋回軸による腕の角度θＳに予め定められた速度パター
ンを与えても同様にロボット座標計算ができる。

次に他のロボットシステムの例として第６図の極座標形
ロボットについて考える。

第６図のロボットの機構系は第７図に示すごとくなる。

ここで、上腕５と前腕６の長さの合計を頁、手首部の長
さをに子、手首部先端Ｐの鉛直ＭＰＧ’とＯＧとの距離
をＲ１上腕とその回転中心分纏る垂直、腺とのなす角度
をα、手首部とその回転中心を通る垂直１銭とのなす角
度をγとすると、前記距離にて、ｌ’Ｅ、Ｒは次のよう
になる。

ＡＣ＝ＯＡ−５ｉｌｌα・・・・・・・・・（を牛ンＰ
　Ｅ　＝Ａ　Ｐ−ｓｉｎ　ｒ　　　　　・−−−−−−
・−（ｌＳ）Ｒ−Ａで手ＴＩ−σλｓｉｎα十ＡＰｓｉ
ｎ　ｒ　　　　　………（／６）これは、第４図に示す
ロボットと比較して、凡の式が、式（１）と式（ｔ６）
と違うだけで、ロボット座標菱換に２いて他は、同じシ
ステムといえる。よって第６図に示すロボットをティー
チング・プレイバック方式により動作させる場合に、本
発明における予め定められた速度パターンを与えること
により、制御卸可能となることは容易に推測できる。

また、別の例とし°Ｃ１第８図に示す円筒座標形ロボッ
トについて考える。第８図のロボットの機構系は第９図
に示すごとくになる。ここで、上腕と前腕の長さの合計
を頁、手首部の長さをＡＰ、手首部先端Ｐの鉛直線ＰＧ
’とＯＧとの距離をＲ１手首部とその回転中心を通る垂
直線とのなす角度をγとすると、距離ｎ、πは次のよう
になる。

Ｐ　Ｅ＝Ａ　Ｐ−ｓｉｎ　γ−−（／７）Ｒ＝ＯＡ十Ｐ
Ｅ＝ＯＡ＋ＡＰ　−５ｉｎｒ　　・−＝・　（／Ｆ？）
この例においても、式（１）と式（ｌＳ）が違うだけで
、ロボット座標変換において、他は同じシステムと言え
る。よって第８図に示すロボットヲテイーチング・プレ
イパック方式により動作させる場合に、本−発明におけ
る予め定められた速度パターンを与えることによシ、制
御可能となることは容易に推測できる。

以上述べてきた本発明による工業用ロボットの制御方法
は、ロボットの動作ソフトに関するものであり、旋回軸
と走行軸の冗長自由度を兼併えるものに適用できるだけ
でなく、旋回軸のみ金もつロボットの場合にも、また、
走行軸のみをもつロボットの場合にも、いずれの場合に
も適応できる。

例えば、拘束条件の速度パターンとして、式（９）。

（１０）において、ａｌを常に一定（ａｌ　＝ａ＊　＝
：３１）とすれば、旋回軸のみをもつロボットに適応で
きる。同様に、式＋９）、　（１０）において、θＩを
常に一定（θ１−θ、＝θ１）とすれば、走行軸のみを
もつロボットに適応できる。

〔発明の効果〕

本発明による工業用ロボットの制御方法によれば、同じ
ソフトで、旋回軸をもつロボット、走行軸をもつロボッ
ト、旋回軸と走行軸の両方をもつロボット、以上いずれ
の場合にも適応ができる。

そのため、旋回、走行、旋回と走行の３つの組み合わせ
ができるモジュール構造のロボットにも一つのソフトで
適応可能となシ、ロボットの柔軟性を増すことができる
。さらに冗長自由度をふやすことにより、動作領域を拡
げることができ、ロボット自体の小型軽量化につながる
効果をも含んでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の形冗長自由度をもつロボットの一例を示
す斜視図、第２図は本発明の方法に用いられるロボット
の一実施例を示す斜視図、第３図は第２に示す本発明の
ロボットの動作領域を示す平面図、第４図は第２図に示
すロボットの構成図、第５図は第２図に示すロボットを
平面座標にて示しだ図、第６図は本発明に用いられる他
のロボットの斜視図、第７図はその構成図、第８図は本
発明に用いられる他のロボットの斜視図、第９図はその
構成図である。 １・・・レール、２・・・台車、４・・・支柱、５・・
・上腕、６ｙｆ′Ｉｌ　　図 第　２　図 第　３　山 第　４−　り Ｘ：Ｊ　５　図 閉　６　区 χ　７　図 を　８　因 凭　９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の軸となる直線上を移動する移動部と、この移
   動部に第２の軸をもって装設された多数の腕を備えるロ
   ボット本体とからなるロボットの動作制御において、前
   記ロボットの先端を、任意に指定された２点間に移動さ
   せるに際して、前記第１の軸と、第２の軸との自由度の
   いずれか一方を予め定められた移動パターンにもとづい
   て移動させることを特徴とするロボットの動作制御方法
   。 ２、移動パターンは等速度値であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のロボットの動作制御方法。 ３、移動パターンは等加速産直であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のロボットの動作制御方法。