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JPS634201B2 - - Google Patents
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JPS634201B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS634201B2
JPS634201B2 JP56149394A JP14939481A JPS634201B2 JP S634201 B2 JPS634201 B2 JP S634201B2 JP 56149394 A JP56149394 A JP 56149394A JP 14939481 A JP14939481 A JP 14939481A JP S634201 B2 JPS634201 B2 JP S634201B2
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JP
Japan
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point
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straight
hand
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JP56149394A
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Koichi Sugimoto
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/42Recording and playback systems, i.e. in which the program is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/34Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34098Slope fitting, fairing contour, curve fitting, transition

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はあらかじめ定められたハンドの位置デ
ータからロボツトハンドの通過するべき経路を決
定するロボツトハンドの経路補間方式に関するも
のである。
従来は2本の折線で与えられた経路を連続化す
る場合、2本の折線を指定された半径を持つ円で
連続化を行なつているが、この方法では計算が複
雑になり、ロボツトを駆動するときに実時間で経
路を計算することが困難であること、またテイー
チングが非常に複雑になるという欠点があつた。
本発明は上記従来の欠点をなくし、簡単な演算
により折線の連続化を可能とするとともに実時間
で経路補間を行えるようにしたロボツトハンドの
経路補間方式を提供するにある。
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
ロボツトに教示された複数の点を結ぶ複数の直線
経路を形成すべく第1の直線経路ABと第2の直
線経路BCとを設定し、更に上記第1の直線経路
AB上のハンドの速度Vaと上記第2の直線経路
BC上のハンドの速度Vbとを設定する設定手段
と、該設定手段により設定された速度Vbに応じ
て第2の直線経路BC上を分割演算し、上記設定
手段により設定された速度Vaに応じて第1の直
線経路AB上に放物線始点座標Dを決定し、上記
分割演算された点座標Emと上記決定された放物
線始点Dを最初にして順次放物線補間点座標
Pn-1との直線間を所定の値で分割演算して放物
線補間点座標Pmを決定する直線補間演算手段
と、上記第1の直線経路ABと第2の直線経路
BCとにより作られる折線の頂点B近傍において
上記第1の直線経路AB上の始点Dから上記第2
の直線経路BC上の終点Eまで補間点座標Pmを連
ねて形成された放物線経路に沿つてロボツトのハ
ンドを連続して移動させるべく駆動する駆動手段
とを備えたことを特徴とするロボツトハンドの経
路補間方式である。
以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体
的に説明する。
第1図に2本の折線に沿つて等間隔に補間した
例を示す。第1図において点A,B,Cの3点が
ロボツトに教示されたハンドの位置を示し、
間を速度νa、間を速度νbでハンドを,
に沿つて駆動するものとする。このとき制御回路
はサンプリング時間T毎にハンドの通過する位置
をこれらの線分上に定め、この位置を各サンプリ
ング点での目標点としてロボツトを制御する。し
たがつて間は na=〔/νaT〕 (1) 間は nb=〔/νbT〕 (2) のサンプリング数で通過する。ここに〔 〕は
たとえば式(1)ではnaは/νaT≦na</νa
+1の範囲の自然数であることを示す。したがつ
て各々のサンプリング点における目標点はそれぞ
れをna等分、をnb等分する点である。しか
しこの方法でロボツトのハンドを駆動すると点B
で加速度が無限大になり、実際は駆動不能とな
る。そこで点Bからnサンプリング前に線分
から方向を換え、点Bからnサンプリング後に線
分に達するよう経路を放物線を用いて補正す
る。
第2図に示すように3点ABCに対し、点Bを
原点とし角ABCを2等分する方向にy軸、これ
に垂直にx軸を定めると、放物線の方程式は y=ax2+b (3) の形で表わされ、この放物線の接線は y=dy/dxx+c(dy/dx)2+d (4) の微分方程式で表わされる。式(4)をxで微分し、
その特異解を求めると dy/dx=−x/2c (5) を得る。これを式(4)に代入して整理すると y=−x2/4c+d (6) となり、式(3)および(6)から a=−1/4c,b=d (7),(8) の関係を得る。
ところで線分およびの長さを共にlとす
ると、点DおよびEにおける放物線の接線は原点
を通るから、角ABCをΘとすると点DおよびE
の座標は(±lsinΘ/2,−lcosΘ/2)であり、これ
ら の点における接線の傾きは±1/tanΘ/2であるから c(dy/dx)2+d=c/tan2Θ/2+d=0 (9) の関係を得る。一方式(3)から接線の傾きを求める

a=−cosΘ/2/2lsin2Θ/2 (10) を得る。したがつて式(7),(8),(9),(10)からbを求
め、これを式(6)に代入することにより、放物線の
方程式は
y=−cosΘ/2/2lsin2Θ/2x2−l/2cosΘ/
2(11) となる。
ところでロボツトの制御はサンプリング制御で
あるから点DからEまでの運動は整数回のサンプ
リングで行なわねばならない。このサンプリング
数を2nとし、点Dからm回目のサンプリング時
のハンドの放物線上の位置を(xn,yn)とする
と、x軸方向については等速運動であるから xn=(m/n−1)lsinΘ/2 (12) であり、これを式(11)に代入し、整理すると yn=−{(m/n−1)2+1}l/2cosΘ/2(
13) を得る。また点(xn,yn)での放物線の接線の
傾きは−(m/n−1)cos(Θ/2)である。こ
の接線と線分との交点(xn′,yn′)は(xn′,
yn′)=(m/2nlsinΘ/2,−m/2nlcosΘ/2)(
14) であり、これらの点はmを1,2,3,…と変化させ
た場合、線分上に等間隔にプロツトされる。
また点(xn-1,yn-1)と(xn′,yn′)間の距
離と点(xn-1,yn-1)と(xn,yn)間の距離の
比は、x方向の成分から xn−xn-1/xn′−xn-1=1/n+1−m/2(15) となる。すなわちxnは点(xn-1,yn-1)と
(xn′,yn′)とを結ぶ線分をn+1−m/2等分
することにより定まり、ynの値もynとyn-1の差
が小さい場合は近似的に同一線分上にとることが
できる。この結果を放物線に沿つてのハンドの経
路補間に適用すればそのアルゴリズムは以下の様
になる。
まず線分を2n等分し、点Bに近い点から
(x1′,y1′),(x2′,y2′)……,(x2o′,y2o
)とす
る。最後の点はEに一致する。ついで点Dを
(x0,y0)とし、まず(x0,y0)と(x1′,y1′)を
結ぶ線分をn+1/2等分し、(x0,y0)のつぎ
の点を(x1,y1)とする。つづいて(x1,y1
(x2′,y2′)の線分をn等分し(x2,y2),(x2
y2)(x3′,y3′)の線分をn−1/2等分し(x3
y3)……と定めて行けば、2n回目の点は点Eに一
致し、(x1,y1),(x2,y2),……(x2o,y2o)を
結ぶ曲線は放物線となる。以上のようにこの放物
線補間の演算は線分を等間隔に分割する線形補間
演算のみで行なうことが可能であり、複雑な演算
を要しないという利点がある。
第3図にn=3のときの経路の補間例を示す。
E1,E2,E3,……,E6が線分を6等分した点
である。まず線分1を3.5等分し点P1を定める。
ついて1 2を3等分してP2を、同様に2 3
P3E4…,5 6をそれぞれ2.5,2,…,1等分し
P3,P4,…,P6(=E6)を定めて行く。
以上のようにして求めた補間点と式(11)の放物線
との関係を第4図に示す。図中の丸印が補間点で
あり破線が放物線を示す。両者はほぼ一致してい
る。両者の差は第3図に示すように放物線の接線
上に補間点を定めたことによるものである。なお
第4図ではn=10,Θ=60゜である。
以上に述べた手法は折線ABCに沿つてハンド
が等速で運動するときの放物線による経路の連続
化手法であるが、この方式は一般的な加減速制御
のための補間手法として用いることができる。
第5図に示すようにおよびに沿つて等
速で移動させるときに前の手法を適用したとす
る。このとき線分を含む線分′に沿つた運
動成分を考えてみる。第5図ではn=3の場合を
示す。点Ei(i=1〜6)を′へ射影した点を
Ei′とする。このとき点AからDおよびE6からC
の間のハンドの速度をνABとすると、線分′に
沿つた6′′間の速度成分はνBC′=vcosΘであり

前の手法を′に沿つて適用した場合、点Dから
E6′までにハンドは等加速度で加速あるいは減速
することになる。すなわち折線ABCでの放物線
経路補間結果の′への射影では補間点の関係が
比例で保たれ、また補間方式も線形であるから、
AC′に沿つての補間方式も前の手法と同一とな
る。このようにハンドが直線′に沿つて移動
し、間は速度νAB6′′間は速度νBC′で点
B近
傍で加速ないしは減速を行ない駆動される場合、
AB間を速度νAB,′間を速度νBC′に対応するよ
うに等分割し、6′間をさらに2等分し、E1′,
E2′,…,E6′を定める。ついで1′間を(15)式
のように3.5等分してP1′,12′間を3等分して
P2′,……として行けば良い。
この方法で特にνAB=0のときはハンドは停止
状態から2nのサンプリング間に等加速で加速す
る運動に対応し、νBC′=0のときは逆に減速して
停止する運動に対応する。
第6図に停止から上記の方法に従がつて加速を
行なつたときの補間結果を示す。図中の丸印が補
間結果であり実線が等加速運動のときの放物線を
示す。両者は良く一致している。なおこの例では
n=10である。
第7図は折線に沿つての速度が異なるときの補
間例を示す。ここでは間の速度は間の速度
の半分であり、またn=10である。
以上のようにハンドのΘ位置を放物線により連
続化して補間することが可能である。またハンド
の姿勢の補間についても、ハンドの姿勢は通常3
個の独立なパラメータで表わされ、このパラメー
タを同様の手段で補間することが可能である。
また補間演算のときに各線分の長さをn+
2−m/2等分して各補間点を決定しているがmと m′の関係が第8図に示すようにし、n+
2−m−m′/2で等分割し、修正を加えて加減速を 調整することも可能である。
本発明を実現するロボツト制御回路の例を第9
図に示す。
プロセツサ1にバスライン2を介してメモリ
3、三角関数、逆三角関数等のテーブル4、乗・
除算器5、ロボツト本体9への出力ポート6、ロ
ボツトの検出器の信号の入力ポート7、テイーチ
ングボツクス8が結合されている。
まずテイーチングボツクス8によりロボツトを
所定の位置まで駆動し、この位置におけるアクチ
ユエータの変位検出器(図示せず)の値を読みと
り、この値からハンドの空間内における位置を計
算しメモリに格納する。このようにして得られた
点間を結ぶ直線に沿つてハンドを駆動する。この
ときの直線に沿つた速度もテイーチングボツクス
により指定される。
本特許を実施する場合上記のようにメモリに格
納されたハンドの位置と、連続する位置間を直線
で結んだ場合の直線に沿つた速度を用い、第3図
に示されたような方法により、与えられた位置デ
ータを補間する。
本発明による補間演算は、乗・除算器5を用い
て行なうことができ、メモリ3に格納された位置
データから本発明に示された補間演算を行ない、
この結果得られたハンドの位置データをロボツト
の対偶変位に変換出力ポート6を介してロボツト
に目標値として出力する。
以上説明したように本発明によればロボツトハ
ンドの加減速を含む運動の補間演算が容易に行な
え、ロボツトハンドの経路補間を実時間で行なう
ことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は折線経路を示す図、第2図は本発明に
係る放物線による経路の連続化をはかる手法を説
明するための図、第3図〜第7図は本発明による
補間結果を示す図、第8図は分割補間の修正方式
を説明するための図、第9図は本発明を実行する
制御回路の一実施例を示す図である。 1……プロセツサ、2……バスライン、3……
メモリ、4……テーブル、5……乗・除算器、6
……出力ポート、7……入力ポート、8……テイ
ーチングボツクス、9……ロボツト本体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ロボツトに教示された複数の点を結ぶ複数の
    直線経路を形成すべく第1の直線経路ABと第2
    の直線経路BCとを設定し、更に上記第1の直線
    経路AB上のハンドの速度Vaと上記第2の直線経
    路BC上のハンドの速度Vbとを設定する設定手段
    と、該設定手段により設定された速度Vbに応じ
    て第2の直線経路BC上を分割演算し、上記設定
    手段により設定された速度Vaに応じて第1の直
    線経路AB上に放物線始点座標Dを決定し、上記
    分割演算された点座標Emと上記決定された放物
    線始点Dを最初にして順次放物線補間点座標
    Pn-1との直線間を所定の値で分割演算して放物
    線補間点座標Pmを決定する直線補間演算手段
    と、上記第1の直線経路ABと第2の直線経路
    BCとにより作られる折線の頂点B近傍において
    上記第1の直線経路AB上の始点Dから上記第2
    の直線経路BC上の終点Eまで補間点座標Pmを連
    ねて形成された放物線経路に沿つてロボツトのハ
    ンドを連続して移動させるべく駆動する駆動手段
    とを備えたことを特徴とするロボツトハンドの経
    路補間方式。
JP14939481A 1981-09-24 1981-09-24 ロボツトハンドの経路補間方式 Granted JPS5851305A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14939481A JPS5851305A (ja) 1981-09-24 1981-09-24 ロボツトハンドの経路補間方式
US06/418,681 US4550383A (en) 1981-09-24 1982-09-16 Parabolic position and attitude interpolation for a robot hand
DE8282108556T DE3277087D1 (en) 1981-09-24 1982-09-16 Control system for robot hand
EP82108556A EP0075792B1 (en) 1981-09-24 1982-09-16 Control system for robot hand

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JP14939481A JPS5851305A (ja) 1981-09-24 1981-09-24 ロボツトハンドの経路補間方式

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JPS5851305A JPS5851305A (ja) 1983-03-26
JPS634201B2 true JPS634201B2 (ja) 1988-01-28

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ID=15474161

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