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JPH061405B2 - Position control device - Google Patents
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JPH061405B2 - Position control device - Google Patents

Position control device

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Publication number
JPH061405B2
JPH061405B2 JP28830886A JP28830886A JPH061405B2 JP H061405 B2 JPH061405 B2 JP H061405B2 JP 28830886 A JP28830886 A JP 28830886A JP 28830886 A JP28830886 A JP 28830886A JP H061405 B2 JPH061405 B2 JP H061405B2
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JP
Japan
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point
trajectory
virtual
auxiliary
target position
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP28830886A
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Japanese (ja)
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JPS63141107A (en
Inventor
高治 松本
徹夫 比田井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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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、例えばマニピュレータ等の被制御体を制御す
る装置に係り、特に動作経路を実時間で変更する場合に
円弧軌道を含んでいても円滑に動作を行うように改良し
た制御装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device for controlling a controlled object such as a manipulator, and in particular, includes an arcuate trajectory when an operation path is changed in real time. The present invention relates to a control device improved so as to operate smoothly.

(従来の技術及び解決しようとする問題点) 第8図は出発点Psから到着点PE *に移動する場合に、
移動途中で目標到着点をPEに変更した場合の説明図で
ある。この場合目標位置変更を円滑に行うことは難しい
ので、一旦停止させて前の動作の影響をなくしてから再
び新しい到着点への移動を開始していた。尚、図中当初
の軌道を前軌道といい、更新された目標点に至る軌道を
後軌道と呼ぶ。
(Prior Art and Problems to Be Solved) FIG. 8 shows that when moving from the departure point Ps to the arrival point P E * ,
In way of movement is an explanatory diagram of the case where the target arrival point was changed to P E. In this case, since it is difficult to smoothly change the target position, the target position is once stopped to eliminate the influence of the previous operation, and then the movement to the new arrival point is started again. The initial trajectory in the figure is called the front trajectory, and the trajectory reaching the updated target point is called the rear trajectory.

しかし、停止を伴うので動作時間が長くなると共にきめ
細かい動作制御が行えない問題点があった。
However, since the operation is stopped, the operation time becomes long, and fine operation control cannot be performed.

また出発点と到着点との間に障害物が介在すると、迂回
のために円弧動作が挿入されることがあるが、この場合
に目標位置が変更されるとさらに複雑な処理が要求され
るという問題点があった。
If an obstacle is interposed between the departure point and the arrival point, an arc motion may be inserted for detouring. In this case, if the target position is changed, more complicated processing is required. There was a problem.

(発明の目的) 本発明はこのような問題点を解決したもので、マニピユ
レータが動作中に目標位置変更の指令を受けた場合に停
止することなく円滑に実時間で応答して、マニピュレー
タの動作軌道を変更する制御装置を提供することを目的
とする。
(Object of the Invention) The present invention solves such a problem, and when the manipulator receives a command to change the target position during operation, it smoothly responds in real time without stopping to operate the manipulator. An object is to provide a control device that changes a trajectory.

(問題点を解決するための手段) このような目的を達成する本発明は、 外部からの指令により被制御体の動作を制御する位置制
御装置において、 前記外部から当初の目標位置及び軌道にかえて更新され
る目標位置及び軌道を指令されたことを記憶する目標位
置記憶手段と、 この更新される目標位置を受信した時の前記被制御体の
位置情報及び前記当初の目標位置を記憶する現在位置記
憶手段と、 この現在位置から減速して前記当初の軌道上で停止する
位置を演算する仮想経由点演算手段と、 この仮想経由点から更新された目標位置までの軌道部
と、前記現在位置と前記仮想経由点までの軌道部とを円
滑に接続する経由軌道を所定の手順で演算する経由軌道
演算手段と、 前記現在位置からこの経由曲線軌道上を経て前記更新さ
れた目標位置に前記被制御体を移動させる制御手段 とよりなることを特徴とするものである。
(Means for Solving Problems) The present invention which achieves such an object is a position control device for controlling the operation of a controlled object according to a command from the outside, in which the original target position and trajectory are changed from the outside. Target position storing means for storing the commanded target position and trajectory to be updated, and presently storing the position information of the controlled object when the updated target position is received and the initial target position. Position storage means, virtual waypoint calculation means for calculating the position to decelerate from this current position and stop on the original orbit, track portion from the virtual waypoint to the updated target position, and the current position And a path section to smoothly connect the track section to the virtual waypoint in accordance with a predetermined procedure, and a renewed target position from the current position via the path curve trajectory. And a control means for moving the controlled body.

(作用) 仮想経由点演算手段は更新された目標位置に軌道を修正
する基準となる仮想経由点を演算により定める。軌道演
算手段は仮想経由点及び軌道情報を基礎として、更新さ
れた目標位置に円滑に移動するための経由軌道を、所定
の手続によって8次のスプライン曲線として演算する。
制御手段は、被制御体を適切に速度制御して現在位置か
ら経由軌道を経て目標位置に移動させる。
(Operation) The virtual waypoint calculation means determines a virtual waypoint serving as a reference for correcting the trajectory to the updated target position by calculation. The trajectory calculating means calculates a via trajectory for smoothly moving to the updated target position as an eighth-order spline curve by a predetermined procedure based on the virtual waypoint and trajectory information.
The control means appropriately controls the speed of the controlled object to move it from the current position to the target position via the via track.

(実施例) 以下図面に基づいて本発明を説明する。(Example) The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク図であ
る。図において、1は通信等によりホストコンピュータ
等の外部から指令された目標位置PE及び軌道の円弧又
は直線の別を記憶する目標位置受付器、2は目標位置受
付器1が当初の目標位置PE *を記憶している場合に目標
位置が更新されると当初の目標位置及び軌道を記憶する
当初目標位置レジスタ、3は更新される目標位置を目標
位置受付器1が受信した時にロボットアームの位置情報
を記憶する現在位置記憶手段で、現在位置PNと移動方
向と速度Vsを保存する。4はこの現在位置から減速し
て当初の軌道上で停止する位置(以下「仮想経由点」と
いう)を演算する仮想経由点演算手段で、例えば直線軌
道では次式により仮想経由点Pmを求める。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a target position receiver for storing a target position P E commanded from the outside such as a host computer by communication or the like and whether the trajectory is a circular arc or a straight line, and 2 is a target position receiver 1 for the initial target position P E. When the target position is updated when E * is stored, the initial target position register 3 that stores the initial target position and trajectory is stored in the robot arm when the target position receiver 1 receives the updated target position. The current position storage means for storing the position information stores the current position P N , the moving direction and the velocity Vs. 4 is a virtual route point calculating means for calculating a position to stop on the original track is decelerated from the current position (hereinafter referred to as "virtual waypoints"), obtains a virtual waypoint P m by the following equation, for example, straight track .

m=PN+Dd×(PE *−PN)/|PE *−PN| (1) Dd=3Vs2/(4・Amax) ここに、Ddは減速して停止するまでに必要な距離、Amax
はマニピュレータの移動の際発生する最大加速度であ
る。
P m = P N + Dd × (P E * -P N) / | P E * -P N | (1) Dd = 3Vs 2 / (4 · Amax) here, Dd is necessary to stop decelerating Distance, Amax
Is the maximum acceleration that occurs when the manipulator moves.

5は更新された目標位置から仮想経由点までの軌道部
と、現在位置から仮想経由点までの軌道部とを円滑に接
続する経由軌道演算手段で、この詳細な説明はあとで述
べる。
Reference numeral 5 is a transit trajectory calculating means for smoothly connecting the updated trajectory from the target position to the virtual transit point and the trajectory from the current position to the virtual transit point, which will be described in detail later.

6は現在位置から経由軌道上を経て更新された目標位置
にマニピュレータを移動させる位置を演算する目標変更
軌道発生器で、経由軌道演算手段5で求めた経由曲線上
にマニピュレータが存在する場合を演算する、7は直線
運動を行う通常軌道についてマニピュレータの位置を演
算する通常軌道発生器、8は目標変更軌道発生器6と通
常軌道発生器7を切換えてマニピュレータを制御する制
御部である。
Reference numeral 6 denotes a target change trajectory generator that calculates the position to move the manipulator from the current position to the updated target position via the via trajectory, and calculates when the manipulator exists on the via curve obtained by the via trajectory calculating means 5. Reference numeral 7 denotes a normal trajectory generator that calculates the position of the manipulator with respect to a normal trajectory that performs linear motion, and 8 is a control unit that switches the target change trajectory generator 6 and the normal trajectory generator 7 to control the manipulator.

このように構成された装置の動作を次に説明する。第2
図はマニピュレータが移動する移動の平面図、第3図は
マニピュレータの移動速度の説明図である。
The operation of the apparatus thus configured will be described below. Second
The figure is a plan view of the movement of the manipulator, and FIG. 3 is an explanatory view of the moving speed of the manipulator.

当初マニピュレータは始点Psから当初の目標位置PE *
移動を開始し、所定の最大速度Vmaxに達する。途中で目
標位置が更新されるとPE、仮想変更点Pmを演算してこ
れを基準にして最初の移動と更新された移動とを円滑に
接続する所定の手続により求めた8次のスプライン曲線
を求める。この経由軌道上をマニピュレータは速度を最
初低下させ後に加速して接続点の前後(t=0,Tp)で
同一になるように移動する。その後、ロボットアームは
更新された目標位置で停止する。
Initially, the manipulator starts moving from the starting point Ps to the initial target position P E * and reaches a predetermined maximum speed Vmax. When the target position is updated on the way, P E and the virtual change point P m are calculated, and the 8 th spline obtained by a predetermined procedure for smoothly connecting the first movement and the updated movement based on this is calculated. Find the curve. On this via orbit, the manipulator first reduces the speed and then accelerates to move so as to be the same before and after the connection point (t = 0, T p ). After that, the robot arm stops at the updated target position.

次に経由軌道演算手段5の詳細な構成を説明する。第4
図は経由軌道演算手段5の内部構成を示す構成ブロック
図である。尚第4図において前記第1図と同一作用をす
るものには同一符号を付し説明を省略する。
Next, a detailed configuration of the route trajectory calculation means 5 will be described. Fourth
The figure is a block diagram showing the internal structure of the route trajectory calculation means 5. In FIG. 4, the same reference numerals are given to those having the same functions as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

図において、51は位置レジスタ1,2,3から位置
情報を受けとり、現在位置から仮想経由点までの軌道上
における距離|PNm|と仮想経由点から目標点までの
軌道上における距離|PmPE|の半分のいずれか短い移動
距離を選択する距離比較手段で、この移動距離Min(|
PNPm・1/2|PmPE|)と静止距離lを比較し、いずれか小さ
いものを基準となる距離loとして演算する。
In the figure, reference numeral 51 receives position information from the position registers 1, 2, and 3, and the distance | P N P m | on the track from the current position to the virtual waypoint and the distance on the track from the virtual waypoint to the target point | P m P E | at half distance comparing means for selecting either a short movement distance, the moving distance M in (|
P N P m · 1/2 | P m P E |) and the stationary distance l are compared, and the smaller one is calculated as the reference distance l o .

lo=Min(|PNPm・1/2|PmPE|,l) (2) 52は経由軌道の計算に必要な補助点を演算する補助点
演算手段である。この補助点の選定を第5図に基づいて
説明する。第5図は当初軌道が直線軌道(前軌道)、更
新された軌道が円弧軌道(後軌道)の組合せを用いた具
体例である。尚、図中 P2=Pmとする。
l o = M in (| P N P m · 1/2 | P m P E |, l) (2) 52 is an auxiliary point calculating means for calculating an auxiliary point necessary for calculation of a transit trajectory. The selection of this auxiliary point will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a specific example in which the initial trajectory is a linear trajectory (front trajectory) and the updated trajectory is an arc trajectory (rear trajectory). In the figure, P 2 = P m .

補助点演算手段52は前軌道上に仮想経由点から基準距
離lo離れた点に第1の補助点Poを選定する。尚、Poは多
くの場合、現在位置PNに一致するが、更新された目標位
置PEと仮想経由点Pmとが近い場合は別の点となる。次
に、後軌道上に仮想経由点Pmから第1の補助点Poと同じ
基準距離lo離れた点に第2の補助点P4を選定する。次に
第1の補助点Poと仮想経由点Pmとの間に第3の補助点P1
を定める。前軌道が直線である場合は第1の補助点Po
仮想経由点Pmの中点を第3の補助点P1とする。前軌道が
円弧である場合は第1の補助点Poにおいて円弧に接する
ように第3の補助点P1の方向を定める。
The auxiliary point calculation means 52 selects the first auxiliary point P o at a point on the previous trajectory that is distant from the virtual via point by the reference distance l o . In many cases, P o coincides with the current position P N , but it becomes another point when the updated target position P E and the virtual waypoint P m are close. Next, the second auxiliary point P 4 is selected on the rear trajectory at a point separated from the virtual via point P m by the same reference distance l o as the first auxiliary point P o . Next, a third auxiliary point P 1 is provided between the first auxiliary point P o and the virtual waypoint P m.
Determine. When the front trajectory is a straight line, the middle point of the first auxiliary point P o and the virtual waypoint P m is set as the third auxiliary point P 1 . When the front trajectory is a circular arc, the direction of the third auxiliary point P 1 is determined so as to contact the circular arc at the first auxiliary point P o .

O1Po⊥PoP1 (3) 第3の補助点P1の補助点Poからの距離は、円弧軌道上に
おける第1の補助点Poと経由点Pmとの距離の半分にと
る。最後に第2の補助点P4と経由点Pmとの間に第4の補
助点P3を定める。後軌道が直線である場合は第2の補助
点P4と経由点Pmの中点を第4の補助点P3とする。後軌道
が円弧である場合は第2の補助点P4において円弧に接す
るように第4の補助点P3の方向を定める。
O 1 P o ⊥P o P 1 (3) Distance from the third auxiliary point P o of the auxiliary point P 1 is, half the distance between the route point P m and the first auxiliary point P o on the circular arc track Take Finally, a fourth auxiliary point P 3 is defined between the second auxiliary point P 4 and the waypoint P m . When the rear trajectory is a straight line, the midpoint of the second auxiliary point P 4 and the waypoint P m is set as the fourth auxiliary point P 3 . Rear trajectory if an arc defining a fourth direction of the auxiliary point P 3 in contact with the arc in the second auxiliary point P 4.

O2P4⊥P3P4 (4) 第4の補助点P3の第2の補助点P4からの距離は、円弧軌
道上における第2の補助点P4と経由点Pmとの距離の半分
にとる。
O 2 P 4 ⊥ P 3 P 4 (4) The distance between the fourth auxiliary point P 3 and the second auxiliary point P 4 is the distance between the second auxiliary point P 4 and the waypoint P m on the circular arc trajectory. Take half the distance.

53は補助点演算手段52で求めた点Po,P1,P2(=Pm)、P
3,P4を用いて点Po,P4で同一速度かつ加速度零で異色す
る経由軌道を演算する経由軌道演算手段で、例えば8次
のBezier(ベジュエ)曲線などの8次のスプライン曲線
を定める。
Reference numeral 53 denotes the points P o , P 1 , P 2 (= P m ), P obtained by the auxiliary point calculation means 52.
A route trajectory calculating means for calculating a route trajectory having the same velocity and zero acceleration at points P o and P 4 using 3 and P 4 , for example, an 8th order spline curve such as an 8th order Bezier curve. Establish.

通常軌道発生器6は前軌道における現在位置PNから第1
の補助点Poまでと、後軌道における第2の補助点P4から
目標点PEまでの速度パターンを演算する速度演算手段
で、例えば時間に関する三次式を用いて位置PN,Po,P4,P
Eにおける加速度を零にしている。
The normal trajectory generator 6 is the first from the current position P N in the previous trajectory.
Up to the auxiliary point P o and the speed pattern from the second auxiliary point P 4 in the rear trajectory to the target point P E , for example, by using a cubic formula with respect to time, the positions P N , P o , P 4 , P
The acceleration at E is zero.

尚、目標更新指令は現在位置PNにおける加速度が零のと
きのみ受付けるようにする。
The target update command is accepted only when the acceleration at the current position P N is zero.

また前軌道において直線軌道が指定されている場合は当
初の目標位置PE *がレジスタ2に記憶され、円弧軌道が
指定されている場合は当初の目標位置PE *及び円弧上の
他の一点が指示されて円弧軌道の中心O1及び半径R1が決
定しうるようになつている。後軌道においても直線軌道
の場合は目標位置PEが指示され、円弧軌道の場合は更新
された目標位置PE及び円弧上の他の一点がレジスタ1に
記憶されて円弧軌道の中心O2及び半径R2が決定しうるよ
うになつている。また、マニピュレータ10の動作に固
有の所定最大速度Vmax及びこの最大速度Vmaxから静止す
るまでに必要な静止距離lは別のレジスタに記憶され、
適宜呼び出して使用する。
If a straight trajectory is specified in the front trajectory, the initial target position P E * is stored in the register 2, and if an arc trajectory is specified, the initial target position P E * and another point on the arc. Is indicated so that the center O 1 and radius R 1 of the circular arc trajectory can be determined. In the case of a straight track also in the rear track, the target position P E is indicated, and in the case of an arc track, the updated target position P E and another point on the arc are stored in the register 1 and the center O 2 of the arc track and The radius R 2 can be determined. In addition, the predetermined maximum velocity Vmax unique to the operation of the manipulator 10 and the stationary distance l required to stand still from this maximum velocity Vmax are stored in another register,
Call and use as appropriate.

第5図は第1図の装置によるマニピュレータ10の動作説
明図で、ここでは前軌道が直線、後軌道が円弧の場合を
示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the manipulator 10 by the apparatus of FIG. 1, in which the front trajectory is a straight line and the rear trajectory is an arc.

図において、P5は現在位置Ps又は仮想経由点Pmから加速
して最大速度Vmaxに達する位置、P6は最大速度Vmaxか
ら減速して目標位置PE又は仮想経由点Pmで停止する減速
開始位置である。
In the figure, P 5 is a position that accelerates from the current position P s or virtual waypoint P m to reach the maximum speed Vmax, and P 6 decelerates from the maximum speed Vmax and stops at the target position P E or the virtual waypoint P m . This is the deceleration start position.

所定最大速度Vmaxに達した後に、現在位置PNから十分離
れた点に目標位置PEが更新される場合である。この場合
現在位置PNと第1の補助点Poとが一致するので、経由軌
道演算手段5は第1から第4の補助点によつて、8次の
スプライン曲線のうちで8次Bezier曲線で表わせる軌道
(点Po,P1,Pm,P3,P4及びこれらの中点の合計9点で定め
られるが、中点の4つは5つの与点で決定できるので結
局補助点演算手段42で求めた補助点4つ及び仮想経由
点Pmにより定まる。)上を次の如く移動する。
This is a case where the target position P E is updated to a point sufficiently distant from the current position P N after reaching the predetermined maximum speed Vmax. In this case, since the current position P N and the first auxiliary point P o coincide with each other, the route trajectory calculation means 5 uses the first to fourth auxiliary points to determine the 8th-order Bezier curve among the 8th-order spline curves. Orbits that can be represented by (points P o , P 1 , P m , P 3 , P 4 and these midpoints are defined as a total of 9 points, but 4 of the midpoints can be determined with 5 given points, so after all it will be assisted. point computing means 42 is determined by the auxiliary point 4 and the virtual waypoint P m obtained.) to move as the top of the next.

P(T)=K1(t/T)8+K2(t/T)7+K3(t/T)6 +K4(t/T)5+K5(t/T)4+K6(t/T)3 +K7(t/T)+Po(O≦t≦T) (5) ここで、 とする。ここにVoは第1の補助点Poにおける初速度であ
る。
P (T) = K 1 (t / T) 8 + K 2 (t / T) 7 + K 3 (t / T) 6 + K 4 (t / T) 5 + K 5 (t / T) 4 + K 6 (t / T) 3 + K 7 (t / T) + P o (O ≦ t ≦ T) (5) where And Here, V o is the initial velocity at the first auxiliary point P o .

即ち、経由点Pmで停止せずに等速でPo,Pm,P4と移動する
のと同一の所要時間でPoからP4を経由動作する。また、 |P′(o)|=|P′(T)|=Vmax (7) |P″(o)|=|P″(T)|=O (8) であるから、接続点Po,P4で加速度零で、速度は滑らか
に接続されていると共に速度の絶対値は等しくなってい
る。
That is, the operation is performed from P o to P 4 in the same time required to move at a constant speed to P o , P m , and P 4 without stopping at the waypoint P m . Also, | P ′ (o) | = | P ′ (T) | = Vmax (7) | P ″ (o) | = | P ″ (T) | = O (8), so the connection point P o , P 4 has zero acceleration, the velocities are smoothly connected, and the absolute values of velocities are equal.

位置P4から位置P6までは速度Vmaxの等速運動を行う。From position P 4 to position P 6 , constant velocity motion of speed Vmax is performed.

位置P6から目標位置PEまでの間で最大速度Vmaxから減速
されて停止する。この速度及び移動距離は、次式で与え
られる。
From the position P 6 to the target position P E , the vehicle is decelerated from the maximum speed Vmax and stopped. The speed and the moving distance are given by the following equations.

V2(t)=a2t3+b2t2+c2t+d2 (9) ここにTs1は加速時間で、加速度の最大値をAmaxとする
と、次式で与えられる。
V 2 (t) = a 2 t 3 + b 2 t 2 + c 2 t + d 2 (9) Here, T s1 is the acceleration time, and is given by the following equation, where Amax is the maximum value of the acceleration.

Ts1=(3/2)・Vmax/Amax (10) l =(3/4)・V2max/Amax (11) 〈ベジュエ曲線の説明〉 第6図は8次Bezier曲線上を移動する速度と発生する加
速度を示したものである。(7)式に示す如く速度は前後
軌道となめらかに接続されると共に経由軌道上では前後
軌道上の移動速度より小さくなつている。(8)式に示す
如く、曲線上を移動するため加速度が作用するが接続点
では零になつている。
T s1 = (3/2) ・ Vmax / Amax (10) l = (3/4) ・ V 2 max / Amax (11) <Explanation of Bezier curve> Fig. 6 shows the speed to move on the 8th-order Bezier curve. And the generated acceleration. As shown in Eq. (7), the velocity is smoothly connected to the anterior-posterior orbit and is smaller than the traveling velocity on the anterior-posterior orbit on the transit orbit. As shown in Eq. (8), acceleration acts because it moves on a curve, but it is zero at the connection point.

次に、(5)式の8次のBezier曲線の速度P′(t)及び加速
度P″(t)は次式で与えられる。
Next, the velocity P ′ (t) and the acceleration P ″ (t) of the eighth-order Bezier curve of the equation (5) are given by the following equations.

そこでt=O,Tにおける速度、加速度を求めると次の
如くなる。
Then, the speed and acceleration at t = O and T are calculated as follows.

P′(o)=4(P1-Po)/T (14) P′(T)=4(P4-P3)/T (15) P″(o)=P″(T)=0 (16) そこで、P1Po=P3P4とするならば、両点における速度が
一致する。
P ′ (o) = 4 (P 1 -P o ) / T (14) P ′ (T) = 4 (P 4 -P 3 ) / T (15) P ″ (o) = P ″ (T) = 0 (16) Therefore, if P 1 P o = P 3 P 4 , the speeds at both points match.

〈円弧軌道上の距離〉 第7図は円弧軌道の始点と終点との間を補間して、軌道
上の移動距離の求め方を説明するものである。図におい
て、O1は中心、R1は半径、Poは始点、P1は終点、P(t)は
円弧軌道上の補間される点、1は円弧のなす平面の法
線ベクトルである。点Poを中心O1を通る法線まわりにθ
まわすと点P1に一致する。
<Distance on Circular Orbit> FIG. 7 illustrates how to obtain the moving distance on the orbit by interpolating between the start point and the end point of the circular orbit. In the figure, O 1 is the center, R 1 is the radius, P o is the start point, P 1 is the end point, P (t) is the point to be interpolated on the arc trajectory, and 1 is the normal vector of the plane formed by the arc. Θ around the normal line passing through the center O 1 of the point P o
1 turn corresponds to point P 1 .

円弧上の移動距離d(t)は直線補間の式(10)と同じように
して設定できる。
The moving distance d (t) on the arc can be set in the same manner as the linear interpolation formula (10).

d(t)=-0.5×VsTs1(t/Ts1)4+VsTs1(t/Ts1)3 (17) これにより回転角度θ(t)は次式であらわせる。d (t) =-0.5 × VsTs 1 (t / Ts 1 ) 4 + VsTs 1 (t / Ts 1 ) 3 (17) Therefore, the rotation angle θ (t) can be expressed by the following equation.

θ(t)=d(t)/R (18) そこで、円弧上の任意の点P(t)は、 P(t)=R(,θ(t))・Po (19) であらわせる。ここにR(,θ(t))は公知の一般化回
転マトリクスで、1 t=(n1,n2,n3)として、次式であ
らわせる。
θ (t) = d (t) / R (18) Then, an arbitrary point P (t) on the arc is expressed as P (t) = R ( 1 , θ (t)) · P o (19) It Here, R ( 1 , θ (t)) is a well-known generalized rotation matrix, and is represented by the following equation where 1 t = (n 1 , n 2 , n 3 ).

r11=n1 2+(1-n1 2)cosθ(t) r12=n1n2(1-cosθ(t))-n3sinθ(t) r13=n1n3(1-cosθ(t))+n2sinθ(t) r21=n1n2(1-cosθ(t))+n3sinθ(t) r22=n2 2+(1-n2 2)cosθ(t) r23=n2n3(1-cosθ(t))-n1sinθ(t) r31=n1n3(1-cosθ(t))-n2sinθ(t) r32=n2n3(1-cosθ(t))+n1sinθ(t) r33=n3 2+(1-n3 2)cosθ(t) 尚、上記実施例ではマニピュレータを例に説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、数値制御装
置、X−Yステージやプロッタ等位置を少なくとも2軸
について制御するものであればよい。
r 11 = n 1 2 + (1-n 1 2 ) cos θ (t) r 12 = n 1 n 2 (1-cos θ (t))-n 3 sin θ (t) r 13 = n 1 n 3 (1- cos θ (t)) + n 2 sin θ (t) r 21 = n 1 n 2 (1-cos θ (t)) + n 3 sin θ (t) r 22 = n 2 2 + (1-n 2 2 ) cos θ ( t) r 23 = n 2 n 3 (1-cos θ (t))-n 1 sin θ (t) r 31 = n 1 n 3 (1-cos θ (t))-n 2 sin θ (t) r 32 = n 2 n 3 (1-cos θ (t)) + n 1 sin θ (t) r 33 = n 3 2 + (1-n 3 2 ) cos θ (t) In the above embodiment, the manipulator is described as an example.
The present invention is not limited to this, and may be a numerical control device, an XY stage, a plotter, or the like as long as it controls at least two axes.

また、平面上の位置関係で示したが、3次元の空間にお
いても同様である。
Also, the positional relationship on the plane is shown, but the same applies to a three-dimensional space.

また曲線として8次のBezier曲線を示しているが、曲線
が0次,1次の微係数が連続で、2次の微係数が零で直
線と接続される曲線であれば他のスプライン曲線でもよ
く、また9次以上の多項式であらわしてもよい。尚、こ
こでスプライン曲線とは、複数の点が与えられた場合
に、その与点により定められる曲線をいうものとする。
Although an 8th-order Bezier curve is shown as a curve, other spline curves can be used as long as the curve is a curve that is connected to a straight line with 0th-order and 1st-order differential coefficients being continuous, and 2nd-order differential coefficient being zero. Alternatively, it may be expressed by a polynomial of 9th order or higher. The term "spline curve" as used herein means a curve defined by a plurality of points when a plurality of points are given.

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば次の効果がある。<Effects of the Invention> As described above, the present invention has the following effects.

(A)センサ入力や割込み処理プログラムからの指令によ
りリアルタイムで目標位置や経路を変更できるので、外
部状態の変化に柔軟に対応するマニピュレータ動作を実
現できる。
(A) Since the target position and route can be changed in real time by sensor input or commands from the interrupt processing program, manipulator operation that flexibly responds to changes in external conditions can be realized.

(B)リアルタイムで直線軌道と円弧軌道の区別と目標位
置を変更できることは、マニピュレータに適用すると、
広範囲での応用に役立つ。
(B) The ability to change the target position and the distinction between linear and circular trajectories in real time, when applied to a manipulator,
Useful for a wide range of applications.

(C)経由軌道は速度をなめらかに変化させるので、マニ
ピュレータに不用な力がかからず、振動や音の発生しな
い円滑な動作を行うことができる。
(C) Since the route orbit changes the speed smoothly, unnecessary force is not applied to the manipulator, and smooth operation without vibration or sound can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は第1図の装置が補助点を選定する場合の説明図、第
3図はマニピュレータの移動速度の説明図、第4図は経
由軌道演算手段5の詳細を示す構成ブロック図、第5図
は補助点の選定の具体例の説明図、第6図はベシュエ曲
線上の速度と加速度の説明図、第7図は円弧軌道の補間
方式の説明図、第8図は従来例の説明図である。 1…目標位置記録手段、2,3…現在位置記憶手段、4
…仮想経由点演算手段、5…経由軌道演算手段、6,
7,8…制御手段。 Ps…始点、Pn…現在位置、Pm…仮想経由点、PE *
当初の目標位置、PE *…更新された目標位置、P0,P1,P3,
P4…補助点。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram when the device of FIG. 1 selects an auxiliary point, FIG. 3 is an explanatory diagram of the moving speed of the manipulator, and FIG. 4 is a block diagram showing the details of the route trajectory calculation means 5, and FIG. Is an explanatory view of a specific example of selecting an auxiliary point, FIG. 6 is an explanatory view of velocity and acceleration on a Beschwe curve, FIG. 7 is an explanatory view of an interpolation method of an arc trajectory, and FIG. 8 is an explanatory view of a conventional example. is there. 1 ... Target position recording means, 2, 3 ... Current position storage means, 4
... virtual waypoint calculation means, 5 ... via trajectory calculation means, 6,
7, 8 ... Control means. Ps ... the starting point, Pn ... current position, P m ... virtual via point, P E * ...
Original target position, P E * … Updated target position, P 0 , P 1 , P 3 ,
P 4 … Auxiliary point.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−265287(JP,A) 特開 昭61−157909(JP,A) 特開 昭61−97708(JP,A) 特開 昭59−231608(JP,A) 特開 昭59−36811(JP,A) 特開 昭58−195208(JP,A) 特開 昭58−195209(JP,A) 特開 昭59−68014(JP,A) 特開 昭58−3002(JP,A) 特開 昭60−262213(JP,A) 岸甫編著「NCソフトウェア」昭和47年 株式会社工業調査会発行、第198頁Continuation of front page (56) Reference JP-A 61-265287 (JP, A) JP-A 61-157909 (JP, A) JP-A 61-97708 (JP, A) JP-A 59-231608 (JP , A) JP 59-36811 (JP, A) JP 58-195208 (JP, A) JP 58-195209 (JP, A) JP 59-68014 (JP, A) JP 58-3002 (JP, A) JP-A-60-262213 (JP, A) "NC software", edited by Tsuyoshi Kishi, 1972, published by Industrial Research Board, page 198.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外部からの指令により被制御体の動作を制
御する位置制御装置において、 前記外部から当初の目標位置及び軌道にかえて更新され
る目標位置及び軌道を指令されたことを記憶する目標位
置記憶手段と、 この更新される目標位置を受信した時の前記被制御体の
位置情報及び前記当初の目標位置を記憶する現在位置記
憶手段と、 この現在位置から減速して前記当初の軌道上で停止する
位置を演算する仮想経由点演算手段と、 この仮想経由点から更新された目標位置までの軌道部
と、前記現在位置と前記仮想経由点までの軌道部とを円
滑に接続する経由軌道を下記〜により演算する経由
軌道演算手段と、 前記現在位置からこの経由曲線軌道上を経て前記更新さ
れた目標位置に前記被制御体を移動させる制御手段 とよりなることを特徴とする位置制御装置。 記 前記現在位置から前記仮想経由点までの軌道上の距離
と、前記仮想経由点から前記更新された目標点までの軌
道上の距離の半分のいずれか短いほうの移動距離と、前
記移動で指定された所定の最大速度から静止するまでの
静止距離との大小を比較し、いずれか小さいものを基準
となる距離として演算すること。 前記仮想経由点から現在位置側に基準距離だけ軌道上
で離れた場所に第1の補助点を設け、前記仮想経由点か
ら更新された目標位置側に基準距離だけ軌道上で離れた
場所に第2の補助点を演算すること。 現在位置と仮想経由点を結ぶ軌道が直線である場合に
は第1の補助点と仮想経由点との中点、現在位置と仮想
経由点を結ぶ軌道が円弧である場合には第1の補助点と
仮想経由点との中点の軌道上における距離だけ第1の補
助点から仮想経由点側に離れた点であって、第1の補助
点において該円弧に接する直線上の点に第3の補助点を
演算すること。 仮想経由点と更新された目標点を結ぶ軌道が直線であ
る場合には第2の補助点と仮想経由点との中点、仮想経
由点と更新された目標位置を結ぶ軌道が円弧である場合
には第2の補助点と仮想経由点との中点の軌道上におけ
る距離だけ第2の補助点から仮想経由点側に離れた点で
あって、第2の補助点において該円弧に接する直線上の
点に第4の補助点を演算すること。 上記第1及び第3の補助点、前記仮想経由点、上記第
4及び第2の補助点により、この順で定められる8次ス
プライン曲線を演算すること。
1. A position control device for controlling the operation of a controlled object according to a command from the outside, which stores that the target position and the trajectory updated in place of the original target position and the trajectory are commanded from the outside. Target position storage means, current position storage means for storing the position information of the controlled object and the initial target position when the updated target position is received, and the initial trajectory decelerated from the current position. A virtual waypoint calculating means for calculating a position to stop at above, a track portion from the virtual waypoint to the updated target position, and a route for smoothly connecting the current position and the track portion to the virtual waypoint. It is characterized by comprising a routed trajectory calculation means for computing a trajectory according to the following, and a control means for moving the controlled object from the current position to the updated target position via the routed curved trajectory. Position controller according to. Note: The distance on the trajectory from the current position to the virtual waypoint, or the half of the distance on the trajectory from the virtual waypoint to the updated target point, whichever is shorter, or the movement is specified. Comparing the magnitude with the stationary distance from the predetermined maximum speed to the stationary state, and calculating whichever is smaller as the reference distance. A first auxiliary point is provided at a position distant by a reference distance from the virtual waypoint to the current position on the orbit, and a first auxiliary point is provided at a position distant from the virtual waypoint on the track by the reference distance on the side of the updated target position. Compute 2 auxiliary points. When the trajectory connecting the current position and the virtual waypoint is a straight line, the middle point between the first auxiliary point and the virtual waypoint, and when the trajectory connecting the current position and the virtual waypoint is an arc, the first assistance A third point is a point separated from the first auxiliary point to the virtual via point side by the distance on the trajectory between the midpoints of the point and the virtual via point, and the point on the straight line tangent to the arc at the first auxiliary point. Compute the auxiliary points of. When the trajectory connecting the virtual waypoint and the updated target point is a straight line, the middle point between the second auxiliary point and the virtual waypoint, and the trajectory connecting the virtual waypoint and the updated target position is an arc. Is a point distant from the second auxiliary point to the virtual intermediate point by the distance on the trajectory between the second auxiliary point and the virtual intermediate point, and is a straight line tangent to the arc at the second auxiliary point. Compute the fourth auxiliary point at the upper point. To calculate an eighth-order spline curve determined in this order by the first and third auxiliary points, the virtual waypoint, and the fourth and second auxiliary points.
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