JPS6038722B2 - 工業用ロボツトの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、アーム先端を位置決めするための主軸と、該
アーム先端に設けられた手首を駆動するための手首軸を
有する。

ポットの制御方法に関する。〔発明の背景〕 第１図は工業用ロボットの一例を示す外観図で、１０１
はベース、１０２はベース１０１上に横行自在に取付け
られたコラム、１０３はコラム１０２に上下動自在に取
付けられたアーム支持体、１０４はアーム支持体１０３
に前後勤自在に支持されたアームである。

これらのコラム１０２、アーム支持体１０３、アーム１
０４は、それぞれの動作方向に油圧シリンダ等で駆動さ
れる位置決め装置が設けられ、それぞれを指令された位
置まで駆動して位置決めする。コラム１０２を駆動する
軸を×軸、アーム支持体１０３を駆動する軸をＺ鞠、ア
ーム１０４を駆動する軸をＹ軸と呼ぶ。これらの各鰍は
、互いに直交する方向に駆動されアーム１０４の先端を
位置決めする。アーム１０４の先端には手首が取付けら
れ、該手首は水平方向に回転駆動される６軸、鉛直方向
に回転駆動される■藤により、その姿勢が制御される。
第２図は、かかるロボットの従来の制御装置のフロック
図である。１は記憶装置、２は制御装置、３は第１図の
各軸に位置決めするための位置決め装置で、制御装置２
は、記憶装置１から読出されるのは教示されたアーム先
端位置データ、手首姿勢データ、あるいはオペレータか
ら与えられる手首指令ＳＨに基づく位置データ、手首姿
勢データを、位置決め装置３に出力する。

４は機構部、５は位置検出器である。

手動操作時には、制御装置２に与えられた手動指令ＳＨ
に従って、制御装置２から位置決め装置３に位置指令を
出力し、位置決め装置３は機構部４を位置決めする。作
業をロボットに教示する時には、オペレータの指示に従
って制御装置２は位置検出器５から各軸の位置データを
取込み、手首姿勢データとともに記憶装置１への出力し
て記憶される。このアーム先端位置データと手首姿勢デ
ータが教示データで、一連の教示データの順列が。ポッ
トの作業業プログラムになる。プレイバック時には、制
御装置２は記憶装置１から教示データＳ丁を順次謙出し
、位置データを位置決め装置に順次出力して、作業プロ
グラム通りの作業を行なう。第１図のロボットの、アー
ム１０４と手首の８軸，■軸との関係を第３図に示すが
、８軸は水平面内で手首を振り、■軸は鉛直面内で手首
を上下に曲げる。このようなロボットの動作を第２図の
装置で制御した時、たとえばＱ車由を駆動すると、第４
図に示すごとく手首の先端（位置制御対象点あるいは作
業点ともいう）ＰｔｏはＰｔ，に移動する。たとえばア
ーク熔鞍作業を行なわせる場合、このように手首軸を駆
動した時手首先端の位置が変動すると、位置決めに時間
がかかるとともに、手首先端の軌跡を制御することが非
常に困難になる。実際に、手首先端位置は変えないでも
手首の姿勢のみ変えたい場合がいまいまあるがこのよう
な課題に対応できないという問題があった。〔発明の目
的〕 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、手首軸
（姿勢軸を駆動しても手首先端の位置が変動しないロボ
ットの補間制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は相隣り合う２つの教示点において教示されたア
ーム先端位置データと手首姿勢データとから前記教示点
における前記手首先端位置および手首姿勢の差を複数に
等分割演算して前記アーム先端位置および手首姿勢の単
位変化分とし、現在のアーム先端位置手首姿勢に前記単
位変化分をそれぞれ加えて次位置のアーム先端位置、手
首姿勢の指令信号とし、前記ひとつの教示点から他の教
示点に前記アーム先端位置および前記手首姿勢を制御す
ることに特徴がある。

〔発明の実施例〕

次に実施例を示す図面を用いて本発明を詳しく説明する
。

第５図は本発明を実施するための、ロボットを制御する
装置の構成を示すブロック図で、制御する対象は第１図
のロボットの例であり、第２図と同一の構成要素には、
同一番号を付す。第５図において、２０は手首補正装置
で、６は減算器、７は手首先端の、アーム先端に対する
相対座標（以下単に相対座標と呼ぶ）を演算する座標演
算器、８は位置指令値に対応した手首先端の相対座標を
一時記憶するレジスタ、９はゲート、１川まロボットの
現在位置に対応した手首先端の相対座標を記憶するレジ
スタ、１１は減算器である。次にこの装置の動作を説明
する。はじめに第２図に示した手動指令ＳＨにより駆動
される場合について述べる。

手動指令は手動コンソールなどによっておこなわれる。
例えばｘ藤の駆動、ｙ軸の駆動ボタンが設けられていて
、例えばｘ軸のボタンを押している間はｘ軸の駆動が行
なわれる。まず、第１１図を用いてその動作を説明する
。第１１図はＸＹ平面に投影した手首部分の動作を示す
図である。

Ｐｍｏは現在停止中のアーム先端位置、Ｐｔｏは同様の
手首先端位置を示し、アーム先端の座標は為，ｙｏ，ｚ
。、この時の手首の座標はｏｏ，？ｏ、アーム先端Ｐｍ
ｏに対する手首先端Ｐのの相対座標はｘｔｏ，ｙ側 ｚ
ｔｏで停止している。この状態でＸ軸，Ｙ軸に対して△
ｘａ，△ｙａの駆動指令、■軸に対してａｏからａ，へ
の駆動指令が第５図に図示しない操作卓からオペレー外
こよって入力されたとする。これらの駆動指令により、
まず最初にアーム先端位置Ｐｍｏは、Ｐｍｏ点から△ｘ
ａ，△ｙａだけ離れたＰｍ，点に仮想的に動く。この時
■軸の駆動がなければ＠軸の座標値８ａのままであり手
首先端位置はＰｔ，′点に移動する。しかしこの時点で
■軸が駆動されて８，に変ると、手首先端はＰｔｏ点か
らＰｔ，点に仮想的に移動する（この状態ではＸ軸，Ｙ
軸に対する△ｘａ，△ｙａの駆動指令アーム先端で実現
されている）。手首先端のＸＹ面における移動量は■軸
の駆動分だけ即ち手首先端のアーム先端に対する相対座
標の変化分△×，△ｙだけＸ軸，Ｙ軸に対する指令値と
異なる。以上の動作は第２図の場合、すなわち第５図に
おいて手首補正装置２０がない場合である。次に手首補
正装置２０による本発明の動作について説明する。

上の説明で明らかなように■軸の駆動による手首先端位
置の移動分はＰｔ，点からＰｔ，′点への△×，△ｙで
ある。すなわち■軸の駆動に伴う手首先端の相対座標の
変化分が△×，△ｙであり、上記した如く手首補正装置
２川ま主軸に対して△×，△ｙだけ補正を加え、アーム
先端は仮想点Ｐｍ，点から△×，△ｙだけ補正されたＰ
ｍ，′点に、また手首先端も同様に仮想点Ｐｔ，点から
△×，△ｙだけ離れたＰｔ，′点に補正され位置決めさ
れる。この結果、主軸である×髄，Ｙ軸はＰｍｏ点から
Ｐｍ，′点に駆動され、その駆動量は△ｘ，，△ｙ，′
となって補正量だけ指令値と異なるが、手首先端はＰの
点からＰｔ，′点に駆動され、その移動量は指令値に等
しい△ｘａ，△ｙａとなる。以上がオペレータによる手
首運転時における本発明の制御方法であり、制御装置２
からの位置指令は、ロボットの作業点である手首先端位
置で実現される。ここで仮想点というのは、実際には例
えばアーム先端位置はＰｍｏからＰｍ，′に、手首先端
位置はＰのからＰｕ′に移動するが、これを分解して経
時的に示した場合という意味で仮想点とした。

アームの先端位置はＰｍｏからＰｍ，′に位置決めされ
て指令信号に応じた位置決めができなかったようにみえ
るが、手首先端位置Ｐｔ，′は指定通り（△ｘａ，△ｙ
ａ）に位置決めされている。手首先端位置に注目した場
合はむしろこの方が望ましい。■車中のみを駆動した場
合のアームと手首の動作の説明図を第８図に示す。

すなわち＠軸を駆動したとき、上記補正回路２０の動作
によりアームの位置が１０４′から１０４に補正され、
この結果手首先端の位魔Ｐａは変動しない。これは第８
図の例において主軸の駆動がない場合で、駆動量零が手
首先端で実現される。この結果箱形構造物の内角部の如
く、手首先端に対する許容駆動空間が狭く、また目視に
よる手首先端の監視に困難を来すような位置においても
手首を構造物に衝突させることなく容易に姿勢の変更を
行うことができる。第５図にしたがって説明する。

いまｘｏ，ｙｏ，ｚ。，ａｏ，のｏに停止していたとき
にｘ，，ｙ，，ｚ，，ａ，，の，の指令がオペレータに
よって与えられたとする。手首姿勢指令８，，の，は座
標演算器７に入力され、ここで指令値に対する手首先端
の相対座標が計算される。

手首部分の側面図を示す第６図、平面図を示す第７図で
手首の寸法を図示のごとく定めると、座標演算器７の出
力ｘｔ，，ｙｔ・，ｚｔ，は次のようになる。Ｒｓ＝Ｌ
ｓ十Ｌｔ．・Ｓｉｎや． ｘｕ＝Ｒｓ・Ｓｉｎ８・ ｙｔ，＝Ｒｓ・ＣＯＳ８， Ｚｕ：−Ｌｔ．・ＣＯＳや・ これらの相対座標値は、レジスタ８に一時格納される。

レジスタ１０には現在位置（Ｐの， Ｐｍｏ）に対応し
た手首先端の相対座標値ｘｔｏ， ｙｔ。，ｚｔｏが記
憶されており、これら両座標値の差△ＸニＸｔｌ一×の
，△ｙニｙｔｌ−ｙｔ。，△ Ｚニ２ｔｌ−ｚのを減算
器１１で計算する。この△ｘ，△ｙ，△ｚが手首軸を８
，，心，の値にまで駆動した時の手首先端位置の変動量
であり、予測値である。減算器６では主軸に対する位置
指令値ｘ，，ｙ，，ｚ．を、この手首先端位置変動量の
予測値△ｘ，△ｙ，△ｚで補正し、補正後の指令値ｘ，
′＝×・一△×’ｙ・＝ｙ・一△ｙ，ｚ・′＝ｚ，一△
ｚを位置決め装置３に出力する。この時同じタイミング
でゲート９を開き、指令値に対する手首先端の相対座標
値を、レジスタ８からしジス夕１０‘こ移す。手首軸の
姿勢指令値（８，，の，）は、制御装置２から直接位置
決め装置３に出力する。このように、手首軸が駆動され
ることによって発生するであろう手首先端位置の変動量
を予測し、この変動量だけ主軸の位置指令を補正して位
置決め装置３に出力することにより、たとえば第８図に
示すように、＠軸を駆動した時アームの位置が１０４′
から１０４に補正され、その結果手首先端の位置第８図
Ｐａは変動しない。次にこの制御方法により、プレイバ
ック時において手首先端の軌跡を制御する例を示す。

第９図はこれを実現するための小実施例を示す制御装置
のブロック図で、３０は桶間装置、他の構成要素は第５
図と同一である。この装置の動作を、アーム位置の平面
図を示す第１０図を用いて説明する。現在、ロボットは
Ｐａ，に位置決めされているとする。この状態で補間装
置３０は記憶装置１から次の教示データを読出し、その
位置データはＰ２を示しているとする。そこで之薫間装
置３０は、両点Ｐａ，，Ｐａ２に対応する手首先端の位
置Ｐ，，Ｐ２を計算し、この２点間を直線補間してＮ等
分し、各軸の補間ピッチ、たとえばｘｉＰ：（ｘＰ２−
ｘＰ，）／Ｎ，８ｉＰ＝（８２−８，）／Ｎを求め、ま
ずこの各軸補間ピッチを各軸位置の現在値に加えて（た
とえばｘＦｘ，十ｘ：Ｐ）手首補正装置２川こ出力する
。手首補正装置２川ま、先に説明した手首補正を行ない
主軸位置指令値ｘｉ′，ｙ；′，ｚｉを位置決め装置３
に出力する。手首軸に対する指令値は、補間装置３０か
ら直接位置決め装置３に出力する。このようにして現在
位置に、順次補間ピッチを加え、更に手首補正を行なっ
て位置決め装置３に出力して２点間を駆動する。即ち第
１１図の説明で明らかな如く手首補正装置２０に入力さ
れる主軸に対する駆動量は手首先端位置で実現される。
従って上に述べた如く２教示点Ｐａ，，Ｐ傘に対応する
手首先端位置Ｐ．，Ｐ２間の各鞠問隅をＮ等分し、各稲
間区間の駆動量として手首補正装置２川こ入力した場合
、まず主軸に対する駆動量は手首補正装置２０で補正さ
れＮ回目の補間動作後の手首先端位置は、第２教示点Ｐ
ａ２に対応する手首先端位置Ｐ２に到達する。また手首
軸については例えば補間ピッチ８ｉＰでＮ回駆動されれ
ば、８１十Ｎ・８ｉＰ＝ａ２となり第２の教示点の手首
姿勢に到達する。このようにＮ回の補間動作の後には手
首先端位置、手首姿勢共第２の教示点に対応する位置に
到達し、アーム先端位置も第２の教示点Ｐ２に到達する
。したがって２教示点間は正確にプレイバックされる。
しかも本例においては手首先端位置（Ｐ，一Ｐ２）を直
線補間したことから、直線１１０‘こ示す如く手首先端
の軌跡は正確に直線に制御される。逆にアーム先端位置
の軌跡は曲線１２０で示す如く、手首補正装置２川こよ
る補正動作のため曲線になる。なお上に述べた如く２教
示点間を千甫間駆動して次の教示点に達した場合の位置
決め装置３の入力データは、結局教示データと同一であ
るから、教示点においては図示しないバイパス径路によ
り補間装置３０から位置決め装置３に教示データを直接
出力しても全く同様の動作をする。〔発明の効果〕 本発明によれば、教示点間において手首軸を駆動しても
手首先端の位置が変動させないで補間制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は工業用ロボットの外観図、第２図は前にロボッ
トの動作を制御する従来の装橿のブロック図、第３図は
前記。 ポットの手首説明図、第４図は第２図の装置による動作
説明図、第５図は本発明の実施例を示す制御装置のブロ
ック図、第６図、第７図は手首の寸法を定める図、第８
図は、第５図の装置による動作を説明する図、第９図は
本発明による軌跡制御装置のブロック図、第１０図は第
９図の動作を説明する図、第１１図はアーム先端位置と
手首先端位置の位置決めの説明図である。２・・・・・
・制御装置「 ３・…・・位置決め装置、６，１１・・
・・・・減算器、７・・・・・・座標演算器、２０・・
・・・・手首補正装置、３０・・・・・・補間装置。 努３図 第４図 努’図 弟２菌 弟丁因 多８菌 茅ょ因 多７図 努ァ屋 努ノ〃図 髪〃顔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２次元平面内の任意の位置に位置決めが
   できるアームと、前記アームの先端には少なくともひと
   つの動作軸をもつ手首と、前記アームおよび手首動作軸
   には位置検出器を備えるとともに前記アーム先端位置お
   よび前記手首の姿勢を示す教示データにもとづいて位置
   決めされるロボツトの制御方法において、 相隣り合う
   ２つの教示点において教示されたアーム先端位置データ
   と手首姿勢データとから前記教示点における前記手首先
   端位置および手首姿勢の差を複数に等分割演算して前記
   アーム先端位置および手首姿勢の単位変化分とし、 現
   在のアーム先端位置手首姿勢に前記単位変化分をそれぞ
   れ加えて次位置のアーム先端位置、手首姿勢の指令信号
   とし、 前記ひとつの教示点から他の教示点に前記アー
   ム先端位置および前記手首姿勢を制御することを特徴と
   する工業用ロボツトの制御方法。