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JPH0656565B2 - Manipulator controller - Google Patents
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JPH0656565B2 - Manipulator controller - Google Patents

Manipulator controller

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Publication number
JPH0656565B2
JPH0656565B2 JP61267288A JP26728886A JPH0656565B2 JP H0656565 B2 JPH0656565 B2 JP H0656565B2 JP 61267288 A JP61267288 A JP 61267288A JP 26728886 A JP26728886 A JP 26728886A JP H0656565 B2 JPH0656565 B2 JP H0656565B2
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JP
Japan
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point
trajectory
auxiliary
distance
arc
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高治 松本
徹夫 比田井
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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) 本発明はマニピュレータを制御する装置に係り、特に円
弧軌道を含んで目標位置に移動する場合に円弧軌道と円
滑に接続される動作を行うように改良した制御装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for controlling a manipulator, and more particularly to an operation for smoothly connecting to a circular arc trajectory when moving to a target position including the circular arc trajectory. Relates to an improved control device.

(従来の技術及び解決しようとする問題点) 第7図は出発点Psから経由点Pmを経由して到着点P
に移動する場合の説明図である。以下、出発点Ps若
しくは現在位置Psから経由点Pmまでの軌道を前軌
道、経由点Pmから到着点P若しくは目標点Pまで
の軌道を後軌道という。
(Prior Art and Problems to be Solved) FIG. 7 shows an arrival point P from a departure point Ps via a waypoint Pm.
It is explanatory drawing at the time of moving to E. Hereinafter, the trajectory from the starting point Ps or the current position Ps to the waypoint Pm is referred to as a front trajectory, and the trajectory from the waypoint Pm to the arrival point P E or the target point P E is referred to as a rear trajectory.

従来は前軌道と後軌道とを円滑に接続する制御が困難な
ので、経由点Pmで一旦停止し、再び後軌道上を移動さ
せていた。
Conventionally, since it is difficult to control the smooth connection between the front track and the rear track, the vehicle is temporarily stopped at the waypoint Pm and moved again on the rear track.

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

また円弧を含む前後軌道において、経由点Pmの近傍で
両軌道に接する円弧で接続させることも行われている
が、接続点で曲率が急変するためマニピュレータに大き
な力が作用して無用の振動等を発生させることがあっ
た。
Further, in the front and rear trajectories including arcs, it is also possible to connect them by arcs contacting both trajectories in the vicinity of the waypoint Pm, but since the curvature suddenly changes at the connection points, a large force acts on the manipulator to cause unnecessary vibration, etc. Could occur.

(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、経由点近
傍での経由動作を円滑に行うと共に、経由動作に接続す
る動作が直線軌道及び円弧軌道であっても効率のよいマ
ニピュレータの運動を行わせ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 smoothes the transit operation near the transit point, and achieves efficiency even if the operation connected to the transit operation is a linear trajectory or an arc trajectory. An object of the present invention is to provide a control device for performing a good manipulator movement.

(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、マニピュレータの
現在位置より、外部より指定された経由点を経由して外
部より指定された目標点に移動するものであって、前軌
道と後軌道の少なくとも一方に円弧軌道を含むものに関
する。
(Means for Solving Problems) The present invention for achieving such an object is to move from the current position of the manipulator to a target point specified from the outside via a via point specified from the outside. And includes a circular orbit in at least one of the front and rear orbits.

比較手段は前軌道と後軌道のいずれか短い方の移動距離
が、所定の最高速度で移動するに足るものであるかを静
止距離と比較して判断する。
The comparison means determines whether the shorter travel distance of the front trajectory and the rear trajectory is sufficient to travel at a predetermined maximum speed by comparing with the stationary distance.

補助点演算手段は移動距離が最高速度に達するためには
短すぎる場合は経由点から該移動距離の半分だけ離れた
前軌道側に第1の補助点,後軌道側に第2の補助点を選
定する。移動距離が静止距離よりも長い場合は経由点か
ら静止距離だけ離れた前軌道側に第1の補助点,後軌道
側に第2の補助点を選点する。前軌道が直線の場合は第
3の補助点を第1の補助点と経由点との中点に選定し、
前軌道が円弧の場合は第1の経由点で該円弧に接する直
線上で、該円弧上における第1の経由点と経由点との距
離の半分に相当する距離第1の経由点から離れた点を第
3の補助点として選定する。後軌道が直線の場合は第4
の補助点を第2の補助点と経由点との中点に選定し、後
軌道が円弧の場合は第2の経由点で該円弧に接する直線
上で、該円弧上における第2の経由点と経由点との距離
の半分に相当する距離第2の経由点から離れた点を第4
の補助点として選定する。
If the moving distance is too short to reach the maximum speed, the auxiliary point calculating means sets the first auxiliary point on the front track side and the second auxiliary point on the rear track side, which is separated from the via point by half the moving distance. Select. When the moving distance is longer than the stationary distance, the first auxiliary point is selected on the front orbit side and the second auxiliary point on the rear orbit side, which is separated from the via point by the stationary distance. If the front trajectory is a straight line, select the third auxiliary point as the midpoint between the first auxiliary point and the waypoint,
If the previous trajectory is a circular arc, on a straight line that is in contact with the circular arc at the first via point, a distance corresponding to half the distance between the first via point and the via point on the arc is away from the first via point. The point is selected as the third auxiliary point. Fourth if the rear track is straight
Is selected as a midpoint between the second auxiliary point and the via point, and when the rear trajectory is an arc, the second via point on the arc is on a straight line contacting the arc at the second via point. And a distance equivalent to half the distance between the via point and the second via point
Selected as an auxiliary point.

経由軌道演算手段は、第1の補助点で前軌道に滑らかに
接し、第3の補助点、経由点並びに第4の補助点の近傍
を通過して、第2の補助点で後軌道に滑らかに接する所
定の近似スプライン曲線で定められる経由軌道を演算し
ている。
The via trajectory calculating means smoothly contacts the front trajectory at the first auxiliary point, passes near the third assist point, the transit point, and the fourth auxiliary point, and smoothly moves to the rear trajectory at the second auxiliary point. A via trajectory determined by a predetermined approximate spline curve that is in contact with is calculated.

(作用) 上述の近似スプライン曲線は第1から第4の補助点及び
経由点を用いて決定され、第1の補助点と第2の補助点
で同一速度で加速度零になっている。そこで、前軌道か
ら経由軌道に入るのが円滑に進行すると共に経由軌道か
ら後軌道に入る際にも無用の力を発生させない。
(Operation) The above-mentioned approximate spline curve is determined by using the first to fourth auxiliary points and the waypoints, and the acceleration is zero at the same speed at the first auxiliary point and the second auxiliary point. Therefore, it smoothly progresses from the front orbit to the via orbit and does not generate unnecessary force when entering from the via orbit to the rear orbit.

比較手段は第1及び第2の補助点におけるマニピュレー
タの移動速度を間接的に算出し、補助点演算手段は現在
位置,指定経由点,指定目標点及び指定最高速度に適合
させた経由軌道を演算するための補助点を算定する。
The comparing means indirectly calculates the moving speed of the manipulator at the first and second auxiliary points, and the auxiliary point calculating means calculates a transit trajectory adapted to the current position, the designated waypoint, the designated target point and the designated maximum speed. Calculate auxiliary points for doing.

(実施例) 以下図面を用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ック図であ
る。図において、10は例えば6自由度の関節機構より
なるマニピュレータ、20はマニピュレータ10の動作
に必要な情報を送信するホストコンピュータで、目標位
置Pと経由位置Pm及び軌道が円弧か直線かを指定す
る。30はマニピュレータ10の現在位置Psを検出す
る位置検出器で、例えば関節の各回転角をエンコーダを
用いて検出して演算により求めている。40はマニピュ
レータ10の位置制御を行うコントローラ、50はコン
トローラ40の指令に応じてマニピュレータ10を移動
させる駆動回路である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a manipulator consisting of, for example, a 6-degree-of-freedom joint mechanism, 20 is a host computer that transmits information necessary for the operation of the manipulator 10, and designates a target position P E , a via position P m, and whether the trajectory is an arc or a straight line. To do. A position detector 30 detects the current position Ps of the manipulator 10. For example, each rotation angle of the joint is detected by an encoder and calculated. Reference numeral 40 is a controller that controls the position of the manipulator 10, and 50 is a drive circuit that moves the manipulator 10 according to a command from the controller 40.

R41は位置検出器30の出力する現在位置Psを記憶す
るレジスタ、R42はホストコンピュータ10より指令さ
れる経由点に関する情報を記憶するレジスタで、直線運
動が指令されると経由点Pmが記憶されるが、円弧運動
が指令されると経由点Pm及び他の一点が記憶されて円
弧軌道の中心O及び半経Rが決定しうるようになっ
ている。R43はホストコンピュータ10より指令される
目標点に関する情報を記憶するレジスタで、直線運動が
指定されると目標点Pが記憶されるが、円弧運動が指
定されると目標点P及び他の一点が記憶されて円弧軌
道の中心O及び半径Rが決定しうるようになってい
る。尚、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。
R41 is a register for storing the current position Ps output from the position detector 30, and R42 is a register for storing information about a waypoint commanded by the host computer 10. When a linear motion is commanded, the waypoint Pm is stored. However, when the circular arc motion is commanded, the via point Pm and another point are stored, and the center O 1 and the half meridian R 1 of the circular arc trajectory can be determined. R43 is a register for storing information on the target point instructed by the host computer 10. When the linear motion is designated, the target point P E is stored, but when the circular motion is designated, the target point P E and other points are stored. One point is stored so that the center O 2 and radius R 2 of the circular arc trajectory can be determined. The predetermined maximum velocity Vmax peculiar 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 and are called and used as appropriate.

A41はレジスタR41,R42,R44から位置情報を受けとり、
現在位置から経由点までの軌道上における距離|PsP
m|と経由点から目標点までの軌道上における距離|P
mP|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(|PsPm|,|PmP
と静止距離lの2倍との大小の比較を行うので、全体と
して次の処理をする。
A41 receives position information from registers R41, R42, R44,
Distance on the orbit from the current position to the waypoint | PsP
m | and the distance on the orbit from the waypoint to the target point | P
This moving distance Min (| PsPm |, | PmP E ) is detected by a distance comparing unit that selects a shorter moving distance of mP E |.
Is compared with twice the stationary distance l, the following processing is performed as a whole.

Min(|PsPm|,|PmP|,2l)
(1) A42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2図及び第3図
に基づいて説明する。第2図は補助点の選定の規準を前
軌道と後軌道の長さ及び軌道の形状によって区分してあ
らわしたものである。図中前後軌道がいずれも直線の場
合は本実施例をそのまま用いてもよいが、通常はもって
簡便な方法を用いており、ここでは円弧軌道を含む場合
の共通条件を表示し、その下の欄で各組合せに特有の条
件をあらわしている。第3図は円弧−円弧軌道の組合せ
を用いた、具体例である。尚図中P=Pmとする。補
助点演算手段A42は前軌道上に経由点Pmから次の距離
離れた点に第1の補助点Pを選定し、後軌道上に経由
点Pmから第1の補助点Pと同じ条件の距離離れた点
に第2の補助点Pを選定する。この距離は、 Min(|PsPm|,|PmP|)≧2l であるときは、静止距離lとし、 Min(|PsPm|,|PmP|)<2l であるときは移動距離Min(|PsPm|,|PmP
|)の半分とする。次に第1の補助点Pと経由点Pm
との間に第3の補助点Pを定める。前軌道が直線であ
る場合は第1の補助点Pと経由点Pmの中点を第3の
補助点Pとする。前軌道が円弧である場合は第1の補
助点Pにおいて円弧に接するように第3の補助点P
の方向を定める。
Min (| PsPm |, | PmP E |, 2l)
(1) A42 is an auxiliary point calculation 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 FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows the criteria for selecting auxiliary points, which are divided according to the lengths of the front and rear tracks and the shape of the track. If both the front and rear trajectories in the figure are straight lines, this embodiment may be used as it is, but usually a simple method is used, and here, common conditions when an arc trajectory is included are displayed and The columns show the conditions specific to each combination. FIG. 3 shows a specific example using a combination of arc-arc arc trajectories. In the figure, P 2 = Pm. The auxiliary point calculation means A42 selects the first auxiliary point P 0 at a point on the front track which is a distance away from the via point Pm by the following distance, and the same condition as the first auxiliary point P 0 on the rear track from the via point Pm to the first auxiliary point P 0. The second auxiliary point P 4 is selected at a point distant by the distance. This distance is a stationary distance 1 when Min (| PsPm |, | PmP E |) ≧ 2l, and a moving distance Min (| PsPm when Min (| PsPm |, | PmP E |) <2l. |, | PmP E
Half of |). Next, the first auxiliary point P 0 and the waypoint Pm
And a third auxiliary point P 1 is defined between and. When the front trajectory is a straight line, the midpoint of the first auxiliary point P 0 and the waypoint Pm is set as the third auxiliary point P 1 . When the front trajectory is a circular arc, the third auxiliary point P 1 is contacted with the circular arc at the first auxiliary point P 0 .
Determine the direction of.

⊥P
(2) 第3の補助点Pの第1の補助点Pからの距離は、円
弧軌道上における第1の補助点Pと経由点Pmとの距
離の半分にとる。最後に第2の補助点Pと経由点Pm
との間に第4の補助点Pを定める。後軌道が直線であ
る場合は第2の補助点Pと経由点Pmの中点を第4の
補助点Pとする。後軌道が円弧である場合は第2の補
助点Pにおいて円弧に接するように第4の補助点P
の方向を定める。
O 1 P 1 ⊥ P 0 P 1
(2) The distance between the third auxiliary point P 1 and the first auxiliary point P 0 is set to half the distance between the first auxiliary point P 0 and the waypoint Pm on the circular arc trajectory. Finally, the second auxiliary point P 4 and the waypoint Pm
And a fourth auxiliary point P 3 is defined between and. When the rear trajectory is a straight line, the midpoint between the second auxiliary point P 0 and the waypoint Pm is set as the fourth auxiliary point P 3 . When the rear trajectory is a circular arc, the fourth auxiliary point P 3 is contacted with the circular arc at the second auxiliary point P 4 .
Determine the direction of.

⊥P
(3) 第4の補助点Pの第2の補助点Pからの距離は、円
弧軌道上における第2の補助点Pと経由点Pmとの距
離の半分にとる。
O 2 P 4 ⊥ P 3 P 4
(3) The distance of the fourth auxiliary point P 3 from the second auxiliary point P 4 is set to half the distance between the second auxiliary point P 4 and the waypoint Pm on the circular arc trajectory.

A43は前軌道における現在位置Psから第1の補助点P
までと、後軌道における第2の補助点Pから目標点
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P,P
,Pにおける加速度を零にしている。
A43 is the first auxiliary point P from the current position Ps in the previous trajectory
0 , and a velocity calculation means for calculating a velocity pattern from the second auxiliary point P 4 to the target point P E in the rear trajectory, for example, by using a cubic formula with respect to time, the positions P s , P o ,
The accelerations at P 4 and P E are set to zero.

A44は補助点演算手段A42で求めた点P,P,P
(=Pm)、P,Pを用いて点P,Pで同一
速度かつ加速度零で移動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。
A44 is the points P o , P 1 , P obtained by the auxiliary point calculation means A42.
2 (= Pm), P 3 , the point with the P 4 P o, via orbital calculation means for calculating a through track to move at the same speed and acceleration zero at P 4, for example, the eighth-order Bezier (Bejue) curve such The 8th-order spline curve of is defined.

A45は前軌道では速度演算手段A43、経由軌道では経由軌
道演算手段A44、後軌道では速度演算手段A43を用いて軌
道を出力する選択器で、駆動回路50に出力している。
A45 is a selector that outputs the trajectory using the speed calculation means A43 for the front track, the transit track calculation means A44 for the transit track, and the speed calculation means A43 for the rear track, and outputs it to the drive circuit 50.

第4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。第4図において、(イ)は経由点Pmの両
側に等速区間が存在する場合、(ロ)は経由点Pmの現在
位置Ps側に等速区間が存在する場合、(ハ)は経由点P
mの目標位置P側に等速区間が存在する場合、(ニ)は
経由点Pmの両側に等速区間が存在しない場合を示し、
以下これらを分説する。
FIG. 4 is an operation explanatory view of the manipulator 10 by the apparatus of FIG. 1, and here shows a case where the front trajectory is a straight line and the rear trajectory is an arc. In FIG. 4, (a) shows a constant velocity section on both sides of the waypoint Pm, (b) shows a constant velocity section on the current position Ps side of the waypoint Pm, and (c) shows a waypoint. P
When a constant velocity section exists on the target position P E side of m, (d) shows a case where there is no constant velocity section on both sides of the waypoint Pm.
These are divided below.

図において、Pは現在位置Ps又は経由点Pmから加
速して最大速度Vmaxに達する位置、Pは最大速度Vm
axから減速して目標点P又は経由点Pmで停止する減
速開始位置、Pは減速で開始する位置で、その後曲線
軌道に入る。Pは最大速度Vmaxよりも小さい最大速
度に達する点である。
In the figure, P 5 is the position where the vehicle reaches the maximum speed Vmax by accelerating from the current position Ps or the waypoint Pm, and P 6 is the maximum speed Vm.
The deceleration start position where the vehicle decelerates from ax and stops at the target point P E or the waypoint Pm, and P d is the position where deceleration starts, and then enters a curved trajectory. P d is a point at which the maximum speed smaller than the maximum speed Vmax is reached.

(イ)経由点の両側の等速区間が存在する場合、 現在位置Psから位置Pまでの間で最大速度Vmaxま
で加速される。この速度及び移動距離は例えば次式で与
えられる。
(A) When there is a constant velocity section on both sides of the waypoint, the vehicle is accelerated to the maximum velocity Vmax between the current position Ps and the position P 5 . The speed and the moving distance are given by the following equations, for example.

ここに、Tsは加速時間で加速度の最大値をAmaxと
すると、 Ts=(3/2)・Vmax/Amax となり、加速に要する距離lは次式で与えられる。
Here, Ts 1 is the acceleration time, and when the maximum value of acceleration is Amax, Ts 1 = (3/2) · Vmax / Amax, and the distance l required for acceleration is given by the following equation.

位置Pから位置Pまでは速度Vmaxの等速運動を行
う。
From the position P 5 to the position P 0 , constant velocity motion of the speed Vmax is performed.

接続点Pから接続点Pまでは、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P,P
,Pm,P,P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つ及び経由点
Pmにより定まる。)上を次の如く移動する。
From the connection point P 0 to the connection point P 4 , a trajectory that can be represented by an 8th-order Bezier curve among the 8th-order spline curves (points P 0 , P
1 , Pm, P 3 , P 4 and the midpoints of these are defined as a total of 9 points, but the 4 of the midpoints can be determined by the 5 given points, and thus the 4 auxiliary points obtained by the auxiliary point calculation means 42. And the waypoint Pm. ) Move up as follows.

P(t)=K(t/T) +K(t/T) +K(t/T) +K(t/T) +K(t/T) +K(t/T) +K(t/T)+P(0≦t≦T) (7) ここで、 T=4|P−P|/V (8) とする。ここにVは第1の補助点P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 0 (0 ≦ t ≦ T) (7) where T = 4 | P 0 −P 1 | / V 0 (8). Here, V 0 is the initial velocity at the first auxiliary point P 0 .

即ち、経由点Pmで停止せずに等速でP,Pm,P
と移動するのと同一の所要時間でPからPを経由動
作する。また、 |P′(0)|=|P′(T)|=Vmax
(9) P″(0)=P″(T)=0
(10) であるから、接続点P,P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, P 0 , Pm, P 4 at a constant speed without stopping at the waypoint Pm.
And moves through P 0 to P 4 in the same time required to move. In addition, | P ' (0) | = | P' (T) | = Vmax
(9) P ″ (0) = P ″ (T) = 0
Since (10), the acceleration is zero at the connection points P 0 and P 4 , the velocities are smoothly connected, and the absolute values of the velocities are the same.

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

位置Pから目標位置P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.

(ロ)経由点の現在位置側に等速区間が存在する場合 現在位置Psから加速し距離l離れた位置Pで最高速
度Vmaxに達し、位置Pで減速を開始し経由軌道P
−Pを経て目標位置Pで停止する。
(B) When there is a constant velocity section on the side of the current position of the waypoint, the vehicle accelerates from the current position Ps, reaches the maximum speed Vmax at the position P 5 which is a distance l away, starts decelerating at the position P 6 , and starts the via track P 0.
-Stop at the target position P E via P 4 .

位置P,Pにおける速度Vは、区間Pの長
さによって定められる。区間Pの運動は、 で表わされる。ここに Ts=(3/2)・V/Amax になっている。これから、 |P−P|=(3/4)・▲V2 E▼/Amax となり、速度Vは次式で与えられる。
The velocity V E at the positions P 0 and P 4 is determined by the length of the section P 4 P E. The motion of the section P 4 P E is It is represented by. Here, Ts 3 = (3/2) · V E / Amax. From this, | P 4 −P E | = (3/4) · V 2 E ▼ / Amax, and the speed V E is given by the following equation.

区間Pでは、(7)式に準じた8次Bezier曲線で移
動する。減速開始位置Pは次の如く定める。区間P
では次式で運動する。
In the section P 0 P 4 , the vehicle moves on the 8th-order Bezier curve according to the equation (7). The deceleration start position P 6 is determined as follows. Section P 6
At P 0 , exercise according to the following equation.

従って区間Pの長さは次式で与えられる。 Therefore, the length of the section P 6 P 0 is given by the following equation.

(ハ)経由点の目標位置側に等速区間が存在する場合 現在位置Pから位置Pまで加速し速度Vsに至る。
この運動は次式で与えられる。
(C) When there is a constant velocity section on the target position side of the waypoint, the vehicle accelerates from the current position P s to the position P 0 and reaches the speed Vs.
This motion is given by

ここで速度Vsは(18)式を積分して、 で与えられる。 Here, the velocity Vs is obtained by integrating the equation (18), Given in.

区間Pでは速度Vsの(7)式に準じた8次Bezier
曲線で移動する。区間Pでは、速度Vsから加速
して最高速度Vmaxに至る。この区間の運動は次式で与
えられる。
In the section P 0 P 4 , the 8th-order Bezier according to the equation (7) of the velocity Vs
Move in a curve. In the section P 4 P 5 , the vehicle accelerates from the speed Vs to reach the maximum speed Vmax. The motion in this section is given by the following equation.

この式を積分すると、区間長さは次の如くなる。 When this formula is integrated, the section length is as follows.

位置PからPまでは等速運動がなされ、その後減速
して目標位置Pで停止するのは(イ)と同じである。
It is the same as (a) that the uniform velocity motion is performed from the positions P 5 to P 6 and then the speed is decelerated to stop at the target position P E.

(ニ)経由点の両側に等速区間がない場合 移動距離が短いために許容された加速度Amaxでは最大
速度に達しない場合である。この場合は、(ロ)及び(ハ)の
等速区間を含まない側の動作を組合せたものとなる。
(D) There is no constant velocity section on both sides of the waypoint. This is the case where the maximum speed is not reached with the allowable acceleration Amax due to the short travel distance. In this case, the operations of (b) and (c) on the side not including the constant velocity section are combined.

尚、区間の変わり目は動作開始からの経過時間又は移動
距離で判定できる。
The change of the section can be determined by the elapsed time from the start of the operation or the moving distance.

第5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。(9)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っている。(10)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
では零になっている。
FIG. 5 shows the speed of movement on the eighth-order Bezier curve and the generated acceleration. As shown in Eq. (9), the speed is smoothly connected to the anterior-posterior orbit and is smaller than the traveling speed on the anterior-posterior orbit on the transit orbit. As shown in equation (10), the acceleration acts because it moves on the curve, but it is zero at the connection point.

尚、上記実施例においては経由点が一つの場合を示して
いるが、複数であっても各経由位置に隣接する点を現在
位置及び目標位置とみなして曲線軌道を演算すればよ
く、速度パターンを停止ではなく軌道の条件に応じて適
宜設定すればよい。
In the above embodiment, the case where there is one waypoint is shown. However, even if there are a plurality of waypoints, the points adjacent to each waypoint may be regarded as the current position and the target position to calculate the curved trajectory, and the velocity pattern may be calculated. May be set appropriately according to the condition of the orbit instead of stopping.

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近似スプライン曲線
でもよく、また9次以上の多項式であらわしてもよい。
尚、ここで近似スプライン曲線とは、制御点として与え
られた点列P、…、Pを必ずしも通らないもので、
この点列を通過する内挿スプライン曲線とは異なる。
Also, an 8th-order Bezier curve is shown as the curve, but if 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 0, another approximate spline It may be a curve or a polynomial of degree 9 or higher.
The approximate spline curve here does not necessarily pass through the point sequence P 0 , ..., P 4 given as control points.
It is different from the interpolated spline curve that passes through this sequence of points.

第6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、Oは中心、Rは半径、Pは始点、Pは終
点、P(t)は円弧軌道上の補間される点、 は円弧のなす平面の法線ベクトルである。点Pを中心
を通る法線まわりにθまわすと点Pに一致す
る。
FIG. 6 illustrates how to obtain the moving distance on the trajectory by interpolating between the starting point and the ending point of the circular arc trajectory. In the figure, O 1 is the center, R 1 is the radius, P 0 is the start point, P 1 is the end point, and P (t) is the point to be interpolated on the arc trajectory, Is the normal vector of the plane of the arc. When the point P 0 is rotated by θ 1 around the normal line passing through the center O 1 , it coincides with the point P 1 .

円弧上の移動距離d(t)は直線補間の式(12)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 (12).

d(t)=-0.5×VsTs1(t/Ts1)4+VsTs1(t/Ts1)3
(21) 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
(21) With this, the rotation angle θ (t) is expressed by the following equation.

θ(t)=d(t)/R (2
2) そこで、円弧上の任意の点P(t)は、 P(t)=R(,θ(t))・P (23) 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、 =(n,n,n)と
して、次式であらわせる。
θ (t) = d (t) / R (2
2) Then, an arbitrary point P (t) on the arc is expressed as P (t) = R ( 1 , θ (t)) · P 0 (23). 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 ).

11=n +(1−n )cosθ(t) r12=n(1−cosθ(t))−nsinθ
(t) r13=n(1−cosθ(t))+nsinθ
(t) r21=n(1−cosθ(t))+nsinθ
(t) r22=n +(1−n )cosθ(t) r23=n(1−cosθ(t))−nsinθ
(t) r31=n(1−cosθ(t))−nsinθ
(t) r32=n(1−cosθ(t))+nsinθ
(t) r33=n +(1−n )cosθ(t) 次に、(7)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。
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) Next, the velocity P ′ (t) and the acceleration P ″ (t) of the eighth-order Bezier curve of the equation (7) are Given by the formula.

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(P−P)/T (2
7) P′(T)=4(P−P)/T (2
8) P″(o)=P″(T)=0 (2
9) そこで、 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 (2
7) P '(T) = 4 (P 4 -P 3) / T (2
8) P ″ (o) = P ″ (T) = 0 (2
9) Then, Then, the speeds at both points are the same.

(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)加速特性で定まる長さで経由軌道を円弧軌道と直線
軌道又は円弧軌道相互を接続するので、経由点のごく近
傍を通過させることができ障害物等を回避する場合の動
作時間が短くなる。
(A) Since the via trajectory is connected to the arc trajectory and the straight trajectory or the arc trajectory with a length determined by the acceleration characteristics, it is possible to pass in the immediate vicinity of the transit point and shorten the operation time when avoiding obstacles etc. Become.

(B)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。
(B) Since the speed of the routed trajectory smoothly changes, 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図は補助点選定の具体例、第4図は第1図の装置によ
るマニピュレータの動作説明図、第5図はベジュエ曲線
上の速度と加速度の説明図、第6図は円弧軌道の補間方
式の説明図、第7図は従来例の説明図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is an explanatory view when the device of FIG. 1 selects an auxiliary point, FIG. 3 is a specific example of selection of an auxiliary point, FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a manipulator by the device of FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of the velocity and acceleration on the curve, FIG. 6 is an explanatory diagram of an interpolation method of a circular arc trajectory, and FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional example.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マニピュレータの現在位置(Ps)より、
外部より指定された経由点(Pm)を直線軌道若しくは
円弧軌道で経由して、外部より指定された目標点
(P)に前記マニピュレータを移動させると共に、現
在位置から経由点までが直線軌道の時は当該経由点から
目標点までを円弧軌道で移動させ、現在位置から経由点
までが円弧軌道の時は当該経由点から目標点までを直線
軌道若しくは円弧軌道で移動させるマニピュレータ制御
装置において、 前記現在位置から前記経由点までの軌道上の距離と、前
記経由点から前記目標点までの軌道上の距離のいずれか
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する
比較手段(A41)と、 この比較手段で静止距離よりも十分移動距離が大きいと
判断する場合には静止距離、十分には大きくないと判断
する場合には前記移動距離の半分だけ前記2軌道上の前
記経由点から離れた点であって、現在位置側を第1の補
助点(P)、目標点側を第2の補助点(P)として
選定すると共に、下記の第3及び第4の補助点(P
)を演算する補助点演算手段(A42)と、 上記第1および第3の補助点、前記経由点、上記第4及
び第2の補助点により、この順で定められる近似スプラ
イン曲線を演算すると共に、この近似スプライン曲線は
第1の補助点で前記直線又は円弧軌道と滑らかに接続さ
れ、第2の補助点で前記直線又は円弧軌道と滑らかに接
続される経由軌道演算手段(A44)とを備え、 前記現在位置から前記第1の補助点までを前記直線軌道
若しくは円弧軌道上で移動し、前記第1の補助点から前
記第2の補助点までを前記経由軌道演算手段で求めた経
由軌道上で移動し、前記第2の補助点から前記目標点ま
でを前記直線軌道若しくは円弧軌道上で移動させること
を特徴とするマニピュレータ制御装置。 記 第3の補助点は、現在位置と経由点を結ぶ軌道が直線
である場合には第1の補助点と経由点との中点、現在位
置と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とする。 第4の補助点は、経由点と目標点を結ぶ軌道が直線で
ある場合には第2の補助点と経由点との中点、経由点と
目標点を結ぶ軌道が円弧である場合には第2の補助点と
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とする。
1. From the current position (Ps) of the manipulator,
The manipulator is moved to a target point (P E ) specified from the outside via a via point (Pm) specified from the outside by a linear trajectory or an arc trajectory, and a linear trajectory from the current position to the via point In the manipulator control device that moves in a circular orbit from the via point to the target point at the time, and when the current position to the via point is an arc orbit, moves in a linear or circular trajectory from the via point to the target point, The distance from the current position to the waypoint on the orbit, the distance on the orbit from the waypoint to the target point, whichever is shorter, or the predetermined maximum speed specified by the movement The comparison means (A41) for comparing the magnitude with the stationary distance up to and the stationary distance if the comparison means determines that the moving distance is sufficiently larger than the stationary distance. When it is determined that the distance is not large, it is a point distant from the waypoint on the two orbits by half the moving distance, the current position side is the first auxiliary point (P 0 ), and the target point side is the second position. Is selected as the auxiliary point (P 4 ), and the third and fourth auxiliary points (P 1 ,
Calculating an auxiliary point calculating means for calculating a P 3) (A42), the first and third points of support, the via-point, by the fourth and second auxiliary points, the approximate spline curve defined in this order At the same time, the approximated spline curve is connected smoothly to the straight line or arcuate trajectory at a first auxiliary point, and is smoothly connected to the straight line or arcuate trajectory at a second auxiliary point. The route from the current position to the first auxiliary point on the linear trajectory or the arc trajectory, and from the first auxiliary point to the second auxiliary point obtained by the transit trajectory calculating means. A manipulator control device that moves on a trajectory and moves from the second auxiliary point to the target point on the linear trajectory or the arc trajectory. Note The third auxiliary point is a midpoint between the first auxiliary point and the waypoint when the trajectory connecting the current position and the waypoint is a straight line, and a trajectory connecting the current position and the waypoint is an arc. Is a point separated from the first auxiliary point to the via point side by a distance on the trajectory between the midpoints of the first auxiliary point and the via point, and is a point on a straight line which is in contact with the arc at the first auxiliary point. And The fourth auxiliary point is a midpoint between the second auxiliary point and the via point when the trajectory connecting the via point and the target point is a straight line, and is a circular arc when the trajectory connecting the via point and the target point is an arc. And a point on the straight line which is distant from the second auxiliary point to the via point side by a distance on the trajectory between the midpoints of the second auxiliary point and the via point, and which is on a straight line which is in contact with the arc at the second auxiliary point To do.
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