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JPS6357195B2 - - Google Patents
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JPS6357195B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6357195B2
JPS6357195B2 JP16564179A JP16564179A JPS6357195B2 JP S6357195 B2 JPS6357195 B2 JP S6357195B2 JP 16564179 A JP16564179 A JP 16564179A JP 16564179 A JP16564179 A JP 16564179A JP S6357195 B2 JPS6357195 B2 JP S6357195B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
joint
tip
pair
target position
Prior art date
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Application number
JP16564179A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5689495A (en
Inventor
Hitoshi Komorya
Kazuo Asakawa
Fumio Tabata
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多関節アーム型ロボツト(以下、単に
「ロボツト」とも称する)に関し、特に同じ長さ
のアーム部片を2本ずつ対にして順に連結してな
るロボツトのアーム先端の位置決め方法に係るも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a multi-joint arm robot (hereinafter also simply referred to as a "robot"), and in particular, the present invention relates to a multi-joint arm type robot (hereinafter also simply referred to as a "robot"), and in particular, a multi-joint arm type robot (hereinafter also simply referred to as a "robot"). This relates to a method for positioning the tip of an arm of a connected robot.

多関節アーム型ロボツトは、自由度が大きく、
複雑な動作を行わせることができ、また複数台の
協調作業も可能なことから、産業用ロボツトをは
じめとして広く用いられている。
Multi-jointed arm robots have a large degree of freedom,
They are widely used in industrial robots and other applications because they can perform complex movements and multiple units can work together.

〔従来の技術、発明が解決しようとする問題点〕[Prior art and problems to be solved by the invention]

ロボツトを作動する場合、そのアーム先端を所
望の位置へなるべく速かに位置決めすることが重
要な課題の一つである。多関節アーム型ロボツト
のアーム先端の位置決め方法として、従来は、ま
ず人間がアーム先端をそれの目標位置へ移動させ
てその際の各アームの角度情報を記憶させておく
いわゆる習い制御方式や、またアームの全関節の
角度を算出してこれをもとに制御する方式等があ
る。しかし、習い制御方式では、アーム可動範囲
内の全ての点について記憶させることは不可能な
のでスムーズな動きをさせることができず、また
応用性にも欠けている。更に、新しい目標位置を
記憶させるにはその都度人間の労力を必要とす
る。一方、関節角度を計算して制御する方式は、
関節数が多くなれば多数の解が存在し計算も複雑
になるので、ミニコン以下の小型コンピユータで
は計算時間が長くなり、場合によつては計算不可
能になることもある。また、アーム先端位置を決
めるために全関節の角度を計算するというのは無
駄なことである。
When operating a robot, one of the important issues is to position the tip of the arm to a desired position as quickly as possible. Conventionally, methods for positioning the arm tips of multi-joint arm robots include the so-called learning control method in which a human first moves the arm tip to its target position and memorizes the angle information of each arm at that time; There is a method that calculates the angles of all joints of the arm and controls based on this. However, with the learning control method, it is impossible to memorize all points within the arm's movable range, so smooth movement cannot be achieved, and it also lacks applicability. Furthermore, human effort is required each time a new target position is memorized. On the other hand, the method of calculating and controlling joint angles is
If the number of joints increases, there will be a large number of solutions and calculations will become more complex, so calculations will take longer on a small computer such as a minicomputer or smaller, and in some cases calculations may become impossible. Furthermore, it is wasteful to calculate the angles of all joints in order to determine the arm tip position.

従つて本発明の目的は、上記のような多関節ア
ーム型ロボツトにおいて単純な計算だけでアーム
先端を指定された位置へ急速に位置決めすること
を可能とする新規なアーム位置決め方法を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a novel arm positioning method for a multi-jointed arm robot such as the one described above, which enables the tip of the arm to be rapidly positioned at a specified position by simple calculations. be.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明によるアーム位置決め方法は、2本の等
長アーム部片及び該アーム部片を相互に回転可能
に連結する中間回転関節を含む複数のアーム対
と、前記アーム対のうち根元部に固定されるアー
ム対を回転可能に保持する基関節である根元関節
と、前記アーム対間を回転可能に連結する連結用
関節と、前記アーム対の先端Aの位置と前記先端
を位置決めすべき目標位置Rの各座標を検出する
座標検出手段とを備えて成る多関節アーム型ロボ
ツトにおいて、アーム対のうちの一つのアーム対
に設けられる根元側及び先端側の関節のいずれか
一つのみを順次回動し、そのとき前記先端Aが位
置付けられる複数箇所の座標を前記座標検出手段
によりそれぞれ検出し、得られた座標から回動動
作させた前記根元側及び先端側の関節の座標をそ
れぞれ求める第1のステツプと、前記アーム対の
先端を、前記目標位置Rから次段以降のアーム対
で到達可能な範囲内で位置決めすべき目標位置を
定める第2のステツプと、当該アーム対の根元側
関節位置と当該目標位置を結ぶ直線の傾きに対し
て当該アーム対の根元側及び先端側の関節位置を
結ぶ直線の傾きを一致させる工程;あるいは当該
アーム対の先端側関節位置と当該目標位置の当該
アーム対の根元側関節位置に対するそれぞれの距
離を求め、得られた距離の大小を比較し、比較結
果に応じて根元側関節の第1の回転角度と当該ア
ーム対の中間回転関節の第2の回転角度とを前記
それぞれの距離が互いに等しくなるように前記第
1と第2の回転角度の変化分の比を1:2に設定
して変化させる工程;のいずれか一方を先に実行
し、その後他方を実行する第3のステツプとを根
元側のアーム対から順々に実行させて各アーム対
の位置決めを行い、アーム先端を含むアーム対は
前記目標位置Rを位置決めすべき目標位置と定め
て前記第3のステツプを行い、アーム先端の位置
決めを行うものである。
The arm positioning method according to the present invention includes a plurality of arm pairs including two equal-length arm parts and an intermediate rotary joint that rotatably connects the arm parts to each other, and a plurality of arm pairs that are fixed to a base part of the arm pairs. a base joint that is a base joint that rotatably holds a pair of arms, a connecting joint that rotatably connects the pair of arms, a position of the tip A of the pair of arms, and a target position R where the tip should be positioned. A multi-jointed arm type robot comprising coordinate detection means for detecting each coordinate of the arm pair, the robot is configured to sequentially rotate only one of the root-side and tip-side joints provided on one of the arm pairs. At that time, the coordinates of a plurality of locations where the tip A is positioned are detected by the coordinate detection means, and from the obtained coordinates, the coordinates of the joints on the base side and the tip side that are rotated are determined respectively. a second step for determining a target position at which the tip of the arm pair should be positioned within a range reachable by subsequent arm pairs from the target position R; and a second step for determining the base side joint position of the arm pair. A process of matching the slope of a straight line connecting the joint positions of the base side and the tip side of the arm pair with the slope of the straight line connecting the target position; or the step of matching the slope of the straight line connecting the joint positions of the base side and the tip side of the arm pair; or the process of adjusting the slope of the straight line connecting the target position of the arm pair; Determine each distance to the root side joint position, compare the magnitude of the obtained distances, and determine the first rotation angle of the root side joint and the second rotation angle of the intermediate rotation joint of the arm pair according to the comparison result. and a step of changing the first and second rotation angles by setting the ratio of changes in the first and second rotation angles to 1:2 so that the respective distances are equal to each other; carrying out either one first, and then the other. The third step of executing the step is performed in order from the arm pair on the base side to position each arm pair, and for the arm pair including the arm tip, the target position R is set as the target position to be positioned. The third step is to position the tip of the arm.

要するに、等長アーム対の二等辺三角形の性質
を利用して、各アーム対をアーム根元から順に1
対ずつ位置決めして最終的にアーム先端を目標位
置に位置決めするものであり、計算および制御が
非常に単純となり、高速化が可能である。また、
本発明の方法はアーム先端の位置およびそれの目
標位置を検出し得るシステムが必要であり、これ
には例えばテレビカメラで認識する方式を用いる
ことができる。但し、検出する位置はアーム先端
と目標位置だけで良いので、検出精度を高めるこ
とができ、また検出システムも小型化が可能であ
る。
In short, by using the isosceles triangular property of an equal-length arm pair, each arm pair is
Positioning is performed pair by pair to finally position the tip of the arm at the target position, which simplifies calculation and control and enables high-speed operation. Also,
The method of the present invention requires a system capable of detecting the position of the arm tip and its target position, and for this purpose, for example, a system for recognizing the position using a television camera can be used. However, since only the tip of the arm and the target position are to be detected, the detection accuracy can be improved and the detection system can also be downsized.

ちなみに、従来の多関節型ロボツトにおいて問
題となるのは、アーム先端を位置決めするに際
し、アーム部片を連結する各関節の全ての角度、
回転関節であれば全ての回転角度を同時に求める
必要がある。従つて周知の座標変換の演算で、与
えられた目標位置(例えばアームの根元関節を基
準(原点)とするX−Y−Zの絶対座標系で与え
られる)に対し、各関節の回転角度に変換する必
要がある。このとき、各関節は前段のアームに対
する相対座標で与えねばならないので、極めて複
雑な座標変換処理が必要となる。
Incidentally, the problem with conventional multi-jointed robots is that when positioning the tip of the arm, all angles of each joint that connects the arm pieces,
If it is a rotary joint, all rotation angles must be determined at the same time. Therefore, by calculating the well-known coordinate transformation, it is possible to calculate the rotation angle of each joint with respect to a given target position (for example, given in the X-Y-Z absolute coordinate system with the base joint of the arm as the reference (origin)). Need to convert. At this time, each joint must be given in relative coordinates with respect to the preceding arm, which requires extremely complicated coordinate transformation processing.

これに対し、本発明の手法では、各アーム対に
対して、直線の傾きを演算する部分と、根元側関
節に関する距離情報を演算する部分が多少面倒に
なるものの、このような演算処理はマイクロプロ
セツサレベルでも十分対応可能な処理である。
On the other hand, in the method of the present invention, the part of calculating the slope of the straight line and the part of calculating the distance information regarding the root side joint for each arm pair are somewhat complicated, but such calculation processing can be done in a microprocessor. This processing can be fully handled at the processor level.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明について実施例にもとづき、図面
を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on embodiments and with reference to the drawings.

まず第1図は、本発明によるアーム位置決め方
法を適用した多関節アーム型ロボツトの一例のシ
ステム全体を略示するものである。図示例は2関
節アーム型ロボツトの場合であり、基台1上に、
2本の等長アーム部片からなるアーム2およびア
ーム駆動部3が設けられている。符号4はテレビ
カメラであり、これは後述するようにアーム2の
先端Aの位置およびアーム先端を位置決めすべき
目標位置Rを視野4内にて認識するものである。
符号6はX−Yトラツカーであり、テレビカメラ
4で認識された前記の各位置のX−Y座標を読み
取り、それをアナログ電圧として出力する。X−
Yトラツカー6からの出力はAD変換器7を通し
て例えばミニコンその他の制御回路からなる制御
装置8へ入力される。この制御装置8において後
述するような方法により計算が行われ、その結果
がアーム駆動装置3へ入力されてアーム先端Aが
目標位置Rに位置決めされるようになつている。
尚、テレビカメラによる認識を容易にするため、
アーム先端Aおよび目標位置RにはLEDなどの
発光素子を設けてある。また、アーム駆動部3に
はパルスモータまたはDCモータが用いられる。
First, FIG. 1 schematically shows the entire system of an example of an articulated arm robot to which the arm positioning method according to the present invention is applied. The illustrated example is a two-joint arm type robot, and on the base 1,
An arm 2 and an arm drive section 3 are provided, each consisting of two arm sections of equal length. Reference numeral 4 denotes a television camera, which recognizes within the field of view 4 the position of the tip A of the arm 2 and the target position R to which the arm tip should be positioned, as will be described later.
Reference numeral 6 denotes an X-Y tracker, which reads the X-Y coordinates of each position recognized by the television camera 4 and outputs them as analog voltages. X-
The output from the Y tracker 6 is inputted through an AD converter 7 to a control device 8 consisting of, for example, a minicomputer or other control circuit. Calculations are performed in the control device 8 by a method described later, and the results are input to the arm drive device 3 so that the arm tip A is positioned at the target position R.
In addition, in order to facilitate recognition by television cameras,
A light emitting element such as an LED is provided at the arm tip A and the target position R. Furthermore, a pulse motor or a DC motor is used for the arm drive section 3.

さて、本発明のアーム位置決め方法は、原理的
には、次の2つの特徴をたくみに利用するもので
ある。
Now, in principle, the arm positioning method of the present invention skillfully utilizes the following two features.

その第一は、円の中心点の座標は円周上の3点
の座標から計算で求めることができ、従つてアー
ム先端のX−Y座標だけを検出すればアームの各
関節の位置座標を求めることができることであ
る。
First, the coordinates of the center point of a circle can be calculated from the coordinates of three points on the circumference, so if only the X-Y coordinates of the tip of the arm are detected, the position coordinates of each joint of the arm can be determined. That's what you can ask for.

その第二は、等長アーム部片からなる各アーム
対がなす二等辺三角形の性質である。
The second is the isosceles triangular nature of each pair of arms of equal length.

以上の点につき第2図および第3図を参照して
説明する。第2図は、2本の長さ(r)が等しい
アーム部片からなるアーム対を1対だけ用いた最
も基本的な2関節アームを示す。このアームの第
1関節P1がアーム対の基関節であり、かつアー
ム根元関節である。このアームにおいて、第2関
節角度θ2を一定に保ち第1関節角度θ1だけを変化
させると、アーム先端Aは第1関節P1を中心と
した円M(点線で示す)上を移動する。そこでθ2
を2回変化させて3つの点A1(x1、y1)、A2(x1
y2)、A3(x3、y3)を検出する。このとき第1関
節P1の座標を(x0、y0)、円Mの半径をr0とすれ
ば、次の3式が成立する。
The above points will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows the most basic two-joint arm using only one pair of arms each consisting of two arm pieces of equal length (r). The first joint P1 of this arm is the base joint of the arm pair, and is also the arm root joint. In this arm, if the second joint angle θ 2 is kept constant and only the first joint angle θ 1 is changed, the arm tip A moves on a circle M (indicated by a dotted line) centered on the first joint P 1 . . So θ 2
By changing twice, three points A 1 (x 1 , y 1 ), A 2 (x 1 ,
y 2 ), A 3 (x 3 , y 3 ). At this time, if the coordinates of the first joint P 1 are (x 0 , y 0 ) and the radius of the circle M is r 0 , then the following three equations hold true.

(x1−xn2+(y1−yn2=r0 2 (x2−xn2+(y2−yn2=r0 2 (x3−xn2+(y2−yn2=r0 2 この3式から xn=(y2−y1)(x1 2−y1 2−x3 2−y3 2)−(y3
y1)(x1 2+y1 2−x2 2−y2 2)/2{(x2−x1)(y3−y1
)−(x3−x1)(y2−y1)} yn=(x2−x1)(x1 2+y1 2−x3 2−y3 2)−(x3
x1)(x1 2+y1 2−x2 2−y2 2)/2{(x3−x1)(y2−y1
)−(y3−y1)(x2−x1)} となつて第1関節P1の座標(xn、yn)が求めら
れる。
(x 1 − x n ) 2 + (y 1y n ) 2 = r 0 2 (x 2 − x n ) 2 + (y 2 − y n ) 2 = r 0 2 (x 3 − x n ) 2 +(y 2 −y n ) 2 = r 0 2From these three equations, x n =(y 2 −y 1 )(x 1 2 −y 1 2 −x 3 2 −y 3 2 )−(y 3
y 1 )(x 1 2 +y 1 2 −x 2 2 −y 2 2 )/2{(x 2 −x 1 )(y 3 −y 1
) − (x 3 − x 1 ) (y 2 − y 1 )} y n = (x 2 x 1 ) ( x 1 2 + y 1 2
x 1 ) (x 1 2 +y 1 2 −x 2 2 −y 2 2 )/2{(x 3 −x 1 )(y 2 −y 1
)−(y 3 −y 1 )(x 2 −x 1 )}, and the coordinates (x n , y n ) of the first joint P 1 are determined.

上記の如く第1関節P1の位置が求められると、
この位置を基準として二等辺三角形の性質を利用
してアーム先端の位置決めを簡単に行うことがで
きる。いま、第3図に示すように、第1関節P1
を通る直線N(点線で示す)に沿つてアーム先端
Aが位置A1からA2へ移動する場合を考える
と、ΔP1P21A1、およびΔP1P22A2はいずれも
二等辺三角形であるから、次式が成立する。
When the position of the first joint P1 is determined as above,
Using this position as a reference, the tip of the arm can be easily positioned using the properties of an isosceles triangle. Now, as shown in Figure 3, the first joint P 1
Considering the case where the arm tip A moves from position A1 to A2 along the straight line N (indicated by a dotted line) passing through , ΔP 1 P 21 A1 and ΔP 1 P 22 A2 are both isosceles triangles, so The following formula holds true.

θ21+2(θ11−α)=2π θ22+2(θ12−α)=2π ∴θ21−θ22=−2(θ11−θ12) つまり、第1関節P1を通る直線に沿つてアー
ム先端Aを動かす場合には、第1および第2の関
節の角度θ1,θ2を、第1関節角度の変化分(θ11
−θ12)と第2関節角度の変化分(θ21−θ22)とが
1:−2の関係となるように制御すれば良い。ま
た、第2図に示したように、第1関節P1を中心
とする円に沿つてアーム先端Aを移動させる場合
には、第2関節の角度θ2を一定に保ち、第1関節
角度θ1だけを変化させれば良い。
θ 21 +2 (θ 11 −α) = 2π θ 22 +2 (θ 12 − α) = 2π ∴θ 21 −θ 22 = −2 (θ 11 −θ 12 ) In other words, along the straight line passing through the first joint P 1 When moving the arm tip A, the angles θ 1 and θ 2 of the first and second joints are changed by the change in the first joint angle (θ 11
12 ) and the change in the second joint angle (θ 2122 ) may be controlled so that the relationship is 1:-2. Further, as shown in Fig. 2, when moving the arm tip A along a circle centered on the first joint P1 , the angle θ2 of the second joint is kept constant, and the first joint angle It is sufficient to change only θ 1 .

以上のような特徴を利用した本発明による2関
節アームにおける位置決め方法につき以下に第4
図を参照して具体的に説明する。第4図にはアー
ム先端Aを現在位置(x、y)から目標位置
(a、b)に位置決めする場合を示してある。但
し、アーム先端Aの動く範囲はy>0とする。
The fourth positioning method for a two-joint arm according to the present invention utilizing the above-mentioned features will be described below.
This will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 4 shows the case where the arm tip A is positioned from the current position (x, y) to the target position (a, b). However, the range of movement of the arm tip A is y>0.

(1) まず、θ2を一定に保ち、θ1を2回変化させた
ときのアーム先端位置A1,A2,A3の3点
から第1関節P1の位置(xn、yn)を求める。
(1) First, find the position (x n , y n ) of the first joint P 1 from the three points A1, A2, and A3 of the arm tip when θ 2 is kept constant and θ 1 is changed twice. .

(2) 次に、第1関節P1(xn、yn)を基準にしてア
ーム先端Aと目標位置Rとの方向合せを行う。
第4図でA→A′の動きである。つまり、アー
ム先端Aおよび目標位置Rの第1関節P1に関
する各々の方向を表わす関数f=(x−xn)/
(y−yn)、F=(a−xn)/(b−yn)を比較
して、次のような制御を行う。
(2) Next, the arm tip A and the target position R are aligned with respect to the first joint P 1 (x n , y n ).
Figure 4 shows the movement from A to A'. In other words, the function f = (x-x n )/representing each direction of the arm tip A and the target position R with respect to the first joint P 1
(y-y n ) and F=(a-x n )/(b-y n ), and perform the following control.

(イ) f>Fのときは、θ2を一定に保ち、θ1を増
加させる。
(b) When f>F, keep θ 2 constant and increase θ 1 .

(ロ) f<Fのときは、θ2を一定に保ち、θ1を減
少させる。
(b) When f<F, θ 2 is kept constant and θ 1 is decreased.

そして、以上の制御をf=Fとなるまで行
う。
Then, the above control is performed until f=F.

(3) 方向合せが終了したら、次にアーム先端
A′と目標位置Rとの距離合せを行う。第4図
でA′→Rの動きである。つまり、アーム先端
A′および目標印置Rの第1関節P1に対するそ
れぞれの距離を表わす関数l=(x−xn2+(y
−yn2、L=(a−xn2+(b−yn2を比較し
て、次の制御を行う。
(3) After completing the orientation, next
The distance between A' and the target position R is adjusted. Figure 4 shows the movement from A' to R. In other words, the tip of the arm
The function l = (x-x n ) 2 + (y
-y n ) 2 and L=(a-x n ) 2 +(b-y n ) 2 to perform the following control.

(イ) l>Lのときは、θ1を増加させ、θ2を減少
させ、その変化分(絶対値)の比を1:2と
する。
(a) When l>L, θ 1 is increased, θ 2 is decreased, and the ratio of the changes (absolute values) is set to 1:2.

(ロ) l<Lのときは、θ1を減少させ、θ2を増加
させ、その変化分(絶対値)の比を1:2と
する。
(b) When l<L, θ 1 is decreased, θ 2 is increased, and the ratio of the changes (absolute values) is set to 1:2.

そして、以上の制御をl=Lとなるまで行
う。
Then, the above control is performed until l=L.

このようにして、アーム先端Aの目標位置Rへ
の位置合せが完了する。尚、以上の説明におい
て、θ1,θ2は反時計回りを正として扱い、またo
≦θ2≦πの範囲とした。もしπ≦θ2≦2πなら、
「増加」および「減少」の用語が入れ替わる部分
がある。
In this way, the alignment of the arm tip A to the target position R is completed. In the above explanation, θ 1 and θ 2 are treated as positive in the counterclockwise direction, and
The range was ≦θ 2 ≦π. If π≦θ 2 ≦2π, then
In some cases, the terms "increase" and "decrease" are interchanged.

上述した方法は、初めに方向合せを行つて次に
距離合せに行うものであるが、逆に初めに距離合
せを行つてから方向合せを行う方法(第4図でA
→A″→R)でも全く同様の位置決めが可能であ
る。要するに、距離合せおよび方向合せのいずれ
か一方を始めに行ない、しかる後に他方を行えば
よい。
The above method first performs direction adjustment and then distance adjustment, but conversely, there is a method in which distance adjustment is performed first and then direction adjustment (see A in Fig. 4).
→A″→R), exactly the same positioning is possible. In short, it is sufficient to perform either distance adjustment or orientation adjustment first, and then perform the other one.

さて、もう1つの例としてアーム対を2対連接
してなる4関節アームの場合を第5図および第6
図を参照して説明する。ちなみに、関節型ロボツ
トにおいては、関節角度の精度で位置精度が決ま
るため、アーム部片が長いほどそれの先端位置の
精度は悪くなる。しかし、アーム到達範囲は拡が
る。一方、アーム部片が短いとそれの先端位置精
度は良くなる。しかし、アーム到達範囲は狭い。
これらの欠点を補い合つたものが図示の4関節ロ
ボツトであり、2本の長いアーム部片(長さr1
からなる第1アーム対と、2本の短いアーム部片
(長さr2)からなる第2アーム対とを連接してな
るアーム構成である。このアームの第1関節P1
がアーム根元関節であつてかつ第1アーム対の基
関節であり、そして第1関節から2つ目の第3関
節P3が第2アーム対の基関節である。
Now, as another example, the case of a four-joint arm formed by connecting two pairs of arms is shown in Figures 5 and 6.
This will be explained with reference to the figures. Incidentally, in an articulated robot, the position accuracy is determined by the accuracy of the joint angle, so the longer the arm piece, the worse the accuracy of the tip position. However, the reach of the arm will expand. On the other hand, the shorter the arm piece is, the better the accuracy of its tip position will be. However, the reach range of the arm is narrow.
The four-jointed robot shown in the figure compensates for these shortcomings, and has two long arm parts (length r 1 ).
This arm structure is formed by connecting a first pair of arms consisting of a pair of arms and a second pair of arms consisting of two short arm pieces (length r 2 ). The first joint of this arm P 1
is the arm base joint and is the base joint of the first arm pair, and the third joint P3, which is the second joint from the first joint, is the base joint of the second arm pair.

この4関節ロボツトにおける位置決めは以下の
方法で行われる。まず最初に、第5図によつて第
1関節P1および第3関節P3の位置の算出方法に
つき説明しておく。第1関節P1については、θ2
θ3,θ4を一定に保つてθ1だけを2回変化させたと
きのアーム先端位置A1,A2,A3の3点を検出し
て、計算で座標(xn、yn)を求める。第3関節
P3については、θ1,θ2,θ4を一定に保つてθ3だけ
を2回変化させたときのアーム先端位置A1,A4
A5の3点を検出して、計算で座標(xi、yi)を求
める。
Positioning in this four-joint robot is performed in the following manner. First, a method for calculating the positions of the first joint P1 and the third joint P3 will be explained with reference to FIG. For the first joint P 1 , θ 2 ,
When θ 3 and θ 4 are kept constant and only θ 1 is changed twice, the arm tip positions A 1 , A 2 , and A 3 are detected, and the coordinates (x n , y n ) are calculated. seek. 3rd joint
Regarding P 3 , the arm tip positions A 1 , A 4 , when only θ 3 is changed twice while keeping θ 1 , θ 2 , and θ 4 constant are
Detect the three points A5 and calculate the coordinates (x i , y i ).

第6図はアーム先端A(x、y)をそれの目標
位置R(a、b)に位置決めする場合を示し、以
下の手順で行なわれる。但し、第1関節P1およ
び第3関節P3の座標は移動のたびに第5図に示
す方法で算出されるが、以下の説明では記述を省
略する。
FIG. 6 shows the case where the arm tip A(x, y) is positioned at its target position R(a, b), which is carried out in the following procedure. However, the coordinates of the first joint P 1 and the third joint P 3 are calculated by the method shown in FIG. 5 each time the robot moves, but their description will be omitted in the following explanation.

(1) まず初めに、第1アーム対の基関節である第
1関節P1を基準にして、第2アーム対の基関
節(第3関節)P3を、アーム先端Aの目標位
置R(最終目標位置)から半径2r2の領域内(す
なわち第3関節P3を中心とする第2アーム対
の到達範囲内)の目標位置P30(中間目標位置)
に位置決めする。
(1) First, with reference to the first joint P1 , which is the base joint of the first arm pair, the base joint (third joint) P3 of the second arm pair is set to the target position R( Target position P 30 (intermediate target position) within an area of radius 2r 2 (i.e., within the reachable range of the second arm pair centered on the third joint P 3 ) from the final target position)
position.

なお、第3関節P3の目標位置P30は次のよう
に設定される。まず、目標位置P30は上記のよ
うに第2アーム対の到達範囲内とする必要があ
る。
Note that the target position P 30 of the third joint P 3 is set as follows. First, the target position P 30 needs to be within the reachable range of the second arm pair as described above.

一方、目標位置P30は、、この到達範囲内で、
目標位置Rへの第2アーム対の位置決め動作を
高速に行えるように定めることが望まれる。こ
のような点としては、目標位置Rを中心とす
る、第2アーム対の到達範囲2r2の半分の距離
である半径r2の円周上の点が望ましい。それ
は、こ場合は第2アーム対の姿勢がどのような
状態であつてもそれの目標位置Rへの移動距離
が短くて済み、高速動作が可能だからである。
この点は幾何学上自明のことである。
On the other hand, the target position P 30 is within this reach range.
It is desirable to determine the positioning operation so that the positioning operation of the second arm pair to the target position R can be performed at high speed. Such a point is preferably a point on the circumference of a circle having a radius r2 , which is half the distance of the reach range 2r2 of the second arm pair, with the target position R as the center. This is because in this case, no matter what the posture of the second arm pair is, the movement distance to the target position R is short and high-speed operation is possible.
This point is geometrically obvious.

更に、第1アーム対の動作範囲にも限度があ
るので、第1アーム対の基関節P1と目標位置
Rとの間の範囲とするのが望ましい。
Furthermore, since there is a limit to the operating range of the first pair of arms, it is desirable that the range be between the base joint P1 of the first pair of arms and the target position R.

従つて、基関節P1と目標位置Rとを結ぶ直
線と半径r2の円とが交差する点を目標位置P30
とするのが望ましい。
Therefore, the point where the straight line connecting the base joint P 1 and the target position R intersects with the circle of radius r 2 is the target position P 30
It is desirable to do so.

以上のように設定された目標位置P30に基づ
き、アーム先端Aの黙評位置Rへの位置決めが
次のようになされる。
Based on the target position P30 set as described above, the arm tip A is positioned at the silent evaluation position R as follows.

(イ) それにはまず、第1関節P1(xn、yn)を基
準として第3関節P3(xi、yi)とそれの目標
位置P30(c、d)との方向合せを行う。第6
図でP3→P3′の動きである。つまり、第3関
節P3および目標位置P30の第1関節P1に関す
る各々の方向を表わす関数f1=(xi−xn)/
(yi−yn)、F1=(c−xn)/(d−yn)を比
較し、f1=F1となるまで第1関節角度θ1だけ
を変化させ、第3関節P3を位置P3′へ移動さ
せる。
(b) First, the first joint P 1 (x n , y n ) is used as a reference to align the third joint P 3 (x i , y i ) and its target position P 30 (c, d). I do. 6th
In the figure, it is the movement of P 3 →P 3 ′. In other words, the function f 1 = (x i - x n )/representing the respective directions of the third joint P 3 and the target position P 30 with respect to the first joint P 1
(y i −y n ), F 1 = (c−x n )/(d − y n ), and only the first joint angle θ 1 is changed until f 1 = F 1 , and the third joint angle is Move P 3 to position P 3 ′.

(ロ) 次に、第3関節P3′と目標位置P30との距離
合せを行う。第6図でP3′→P30の動きであ
る。つまり、第3関節P3′および目標位置P30
の第1関節P1に関する各々の距離を表わす
関数l1=(xi−xn2+(yi−yn2、L1=(c−
xn2+(d−yn2とを比較し、l1=L1となる
まで第1および第2関節角度θ1,θ2を変化さ
せ(変化分の比は、1:−2)、第3関節
P3′を目標位置P30へ移動する。位置決めが完
了したら第1および第2関節P1,P2をロツ
クし、第1アーム対全体を固定する。
(b) Next, the distance between the third joint P 3 ′ and the target position P 30 is adjusted. Figure 6 shows the movement from P 3 ' to P 30 . In other words, the third joint P 3 ′ and the target position P 30
The function l 1 = (x i x n ) 2 + (y i − y n ) 2 , L 1 = (c−
x n ) 2 + (d-y n ) 2 and change the first and second joint angles θ 1 and θ 2 until l 1 = L 1 (the ratio of changes is 1:- 2), 3rd joint
Move P 3 ′ to target position P 30 . When the positioning is completed, the first and second joints P 1 and P 2 are locked, and the entire first arm pair is fixed.

(2) そして次に、位置決めされた第2アーム対の
基関節P30を基準にしてアーム先端Aの位置決
めを行う。この場合、第2アーム対は第6図に
点線で示す如く移動しており、そのときのアー
ム先端はAp(xp、yp)の位置にある。
(2) Next, the arm tips A are positioned based on the positioned base joint P 30 of the second arm pair. In this case, the second arm pair is moving as shown by the dotted line in FIG. 6, and the arm tips at this time are at the position A p (x p , y p ).

(イ) そこでまず、基関節P30(c、d)を基準と
してアーム先端Ap(xp、yp)と目標位置R
(a、b)との方向合せを行う。第6図でAp
→Ap′の動きである。これは、アーム先端Ap
および目標位置Rの基関節P30に関する方向
を表わす関数f2=(xp−c)/(yp−d)、F2
=(a−c)/(b−d)とを比較し、f2
F2となるまで第3関節角度θ3だけを変化さ
せ、アーム先端Apを位置Ap′へ移動させる。
(b) First, the arm tip A p (x p , y p ) and the target position R are calculated based on the base joint P 30 (c, d).
Perform orientation with (a, b). In Figure 6, A p
→A p ′ movement. This is the arm tip A p
and a function f 2 = (x p - c) / (y p - d), F 2 that represents the direction of the target position R with respect to the base joint P 30 .
= (a-c)/(b-d), f 2 =
Only the third joint angle θ 3 is changed until F 2 is reached, and the arm tip A p is moved to the position A p ′.

(ロ) 最後にアーム先端Ap′と目標位置Rとの位
置合せを行う。第6図でAp′→Rの動きであ
る。つまり、アーム先端位置Ap′および目標
位置Rの基関数P30に関する距離を表わす関
数l2=(xp−c)2+(yp−d)2、L2=(a−c)2
+(b−d)2を比較し、l2=L2となるまで第
3および第4関節角度θ3,θ4を変化させ(変
化分の比は1:−2)、アーム先端Apを目標
位置Rへ移動する。これにより、アーム先端
Aは最終的に目標位置Rへ位置決めされるこ
とになる。
(b) Finally, align the arm tip A p ' with the target position R. Figure 6 shows the movement from A p ′→R. In other words, the function l 2 = (x p - c) 2 + (y p - d ) 2 , L 2 = (a - c) 2 expressing the distance between the arm tip position A p ' and the target position R with respect to the basic function P 30.
+(b-d) 2 , change the third and fourth joint angles θ 3 and θ 4 until l 2 = L 2 (ratio of changes is 1:-2), and adjust the arm tip A p is moved to the target position R. As a result, the arm tip A is finally positioned at the target position R.

図示してないが、等長アーム対が更に第3、第
4、………、第n対まで連結されている場合で
も、以上と同様にして第2アーム対の基関節P3
の位置決めから始めて各アーム対の基関節P2k-1
(k=1、2、………、n)を位置決めしてゆく
ことにより最終的にアーム先端の位置決めを行う
ことができる。
Although not shown, even if the equal-length arm pairs are further connected to the third, fourth, ..., n-th pair, the base joint P 3 of the second arm pair is determined in the same way as above.
Starting from the positioning of the base joint P 2k-1 of each arm pair
By positioning (k=1, 2, . . . , n), the tip of the arm can finally be positioned.

以上のように、本発明の方法によれば、多関節
アーム型ロボツトのアーム先端の位置決めの際の
計算が非常に単純な四則演算だけとなり、従つて
コンピユータもミニコン以下の小型のものを使用
でき、しかも演算時間が短縮される。また、特に
重要な利点として、アーム位置の検出がアーム先
端Aとそれの目標位置だけで良いことから検出精
度の向上と共に検出装置の小型化が図れる。以上
からロボツト全体の小型化、低価格化および高性
能化が実現される。更に、本発明の方法は、アー
ム到達可能範囲内の全位置への位置決めが可能で
あり、応用性が非常に高い。
As described above, according to the method of the present invention, calculations for positioning the end of the arm of an articulated arm robot are performed using only four very simple arithmetic operations, and therefore a computer smaller than a minicomputer can be used. , and the calculation time is shortened. Moreover, as a particularly important advantage, since the arm position can be detected only by the arm tip A and its target position, detection accuracy can be improved and the detection device can be downsized. As a result of the above, the entire robot can be made smaller, lower in price, and higher in performance. Furthermore, the method of the present invention allows positioning to all positions within the reachable range of the arm, and has very high applicability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるアーム位置決め方法を適
用した多関節アーム型ロボツトの一例のシステム
全体の略示図、第2図および第3図は等長2関節
アームの原理に係るものであつて第2図は基関節
の座標の求め方を示し、第3図は基本的な位置決
め動作を説明するための線図、第4図は2関節ア
ーム型ロボツトにおける本発明によるアーム位置
決め方法を示す線図、第5図および第6図は4関
節アーム型ロボツトに係るものであつて第5図は
基関節の座標の求め方を示し、第6図は本発明に
よるアーム位置決め方法を示す線図。 Pi(i=1、2、………)……アーム関節、A
……アーム先端、θi(i=1、2、………)……
アーム関節の角度、R……アーム先端の目標位
置。
FIG. 1 is a schematic diagram of the entire system of an example of a multi-joint arm type robot to which the arm positioning method according to the present invention is applied, and FIGS. 2 and 3 are related to the principle of an equal-length two-joint arm. Fig. 2 shows how to obtain the coordinates of the base joints, Fig. 3 is a diagram for explaining the basic positioning operation, and Fig. 4 is a diagram showing the arm positioning method according to the present invention in a two-joint arm type robot. , FIG. 5 and FIG. 6 relate to a four-joint arm type robot, in which FIG. 5 shows how to determine the coordinates of the base joints, and FIG. 6 is a diagram showing the arm positioning method according to the present invention. Pi (i = 1, 2, ......) ...Arm joint, A
...Arm tip, θ i (i=1, 2, ......)...
Angle of arm joint, R...Target position of arm tip.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 2本の等長アーム部片及び該アーム部片を相
互に回転可能に連結する中間回転関節を含む複数
のアーム対と、 前記アーム対のうち根元部に固定されるアーム
対を回転可能に保持する基関節である根元関節
と、 前記アーム対間を回転可能に連結する連結用関
節と、 前記アーム対の先端Aの位置と前記先端を位置
決めすべき目標位置Rの各座標を検出する座標検
出手段と、 を備えて成る多関節アーム型ロボツトにおいて、 アーム対のうちの一つのアーム対に設けられる
根元側及び先端側の関節のいずれか一つのみを順
次回動し、そのとき前記先端Aが位置付けられる
複数箇所の座標を前記座標検出手段によりそれぞ
れ検出し、得られた座標から回動動作させた前記
根元側及び先端側の関節の座標をそれぞれ求める
第1のステツプと、 前記アーム対の先端を、前記目標位置Rから次
段以降のアーム対で到達可能な範囲内で位置決め
すべき目標位置を定める第2のステツプと、 当該アーム対の根元側関節位置と当該目標位置
を結ぶ直線の傾きに対して当該アーム対の根元側
及び先端側の関節位置を結ぶ直線の傾きを一致さ
せる工程;あるいは当該アーム対の先端側関節位
置と当該目標位置の当該アーム対の根元側関節位
置に対するそれぞれの距離を求め、得られた距離
の大小を比較し、比較結果に応じて根元側関節の
第1の回転角度と当該アーム対の中間回転関節の
第2の回転角度とを前記それぞれの距離が互いに
等しくなるように前記第1と第2の回転角度の変
化分の比を1:2に設定して変化させる工程;の
いずれか一方を先に実行し、その後他方を実行す
る第3のステツプと、を根元側のアーム対から
順々に実行させて各アーム対の位置決めを行い、 アーム先端を含むアーム対は前記目標位置Rを
位置決めすべき目標位置と定めて前記第3のステ
ツプを行い、 アーム先端の位置決めを行うことを特徴とする
ロボツトのアーム位置決め方法。
[Scope of Claims] 1. A plurality of arm pairs including two equal-length arm pieces and an intermediate rotary joint that rotatably connects the arm pieces to each other; and a plurality of arm pairs fixed to a root portion of the arm pairs. A root joint that is a base joint that rotatably holds the pair of arms, a connecting joint that rotatably connects the pair of arms, and a position of the tip A of the pair of arms and a target position R where the tip should be positioned. A multi-jointed arm robot comprising: coordinate detection means for detecting each coordinate; At that time, the coordinates of a plurality of locations where the tip A is positioned are detected by the coordinate detection means, and from the obtained coordinates, the coordinates of the joints on the base side and the tip side that are rotated are determined respectively. a second step for determining a target position at which the tip of the arm pair should be positioned within a range reachable by subsequent arm pairs from the target position R; and a root side joint position of the arm pair. A process of matching the slope of a straight line connecting the joint positions of the base side and the tip side of the arm pair with the slope of the straight line connecting the target position; or the step of matching the slope of the straight line connecting the joint positions of the base side and the tip side of the arm pair; or the process of adjusting the slope of the straight line connecting the target position of the arm pair; Determine each distance to the root side joint position, compare the magnitude of the obtained distances, and determine the first rotation angle of the root side joint and the second rotation angle of the intermediate rotation joint of the arm pair according to the comparison result. and a step of changing the first and second rotation angles by setting the ratio of changes in the first and second rotation angles to 1:2 so that the respective distances are equal to each other; carrying out either one first, and then the other. and a third step of executing the above in order from the arm pair on the base side to position each arm pair, and for the arm pair including the arm tip, set the target position R as the target position to be positioned. A method for positioning a robot arm, characterized in that the third step is performed to position the tip of the arm.
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JPS63275458A (en) * 1987-05-01 1988-11-14 Toshihiro Tsumura Braking device for car

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