JP2000039911A - Robot controller - Google Patents

Robot controller

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JP2000039911A
JP2000039911A JP10206051A JP20605198A JP2000039911A JP 2000039911 A JP2000039911 A JP 2000039911A JP 10206051 A JP10206051 A JP 10206051A JP 20605198 A JP20605198 A JP 20605198A JP 2000039911 A JP2000039911 A JP 2000039911A
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JP
Japan
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robot
interference
movable
max
box
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10206051A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhito Mori
宣仁 森
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot controller which can check whether or not interference is caused without extremely limiting the strict positioning movable area of a work. SOLUTION: A robot hand part 3 is modeled with spheres having their centers at tip points A, B, and C and beams connecting the centers of the spheres, the movable area of the robot hand part 3 is set according to the shape of a box 5, and in the said movable areas, the movable areas of respective axes are further limited according to the positions and attitudes of the spheres and the beams.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば箱内のもの
をピッキングするときロボットと箱との干渉を防止する
ロボット制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot control device for preventing interference between a robot and a box when picking an object in a box, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、教示されたとおりに動作するテ
ィーチングプレイバック方式のロボットにおいては、教
示の際に周辺との干渉がなければ、全く問題なく作業を
行なうことができ、また自立型のロボットにおいても干
渉物がなければ問題はない。このことは、例えばピッキ
ング作業を行なうに当っても同様であるが、対象となる
ワークを位置決めしてピッキングしているので、干渉に
ついて問題になることが少ない。
2. Description of the Related Art For example, in a teaching playback type robot that operates as taught, if there is no interference with surroundings during teaching, work can be performed without any problem. There is no problem if there is no interference. This is the same when performing a picking operation, for example. However, since the target work is positioned and picked, there is little problem with interference.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このピ
ッキング作業ひとつをとっても、ワークの位置決め作業
は面倒であり、位置決めシステムの構成が複雑になると
いう問題を有している。また、別の方策として厳密なワ
ークの位置決めを行なうことなく画像処理によってワー
クの位置・姿勢を検出し、この結果によりロボットがピ
ッキング作業を行なうこともあるが、この画像処理によ
る場合には干渉防止のため可動領域を極端に制限してい
た。
However, even with this picking operation, there is a problem that the work positioning operation is troublesome and the configuration of the positioning system becomes complicated. Also, as another measure, the position and orientation of the work are detected by image processing without strictly positioning the work, and the robot may perform picking work based on the result, but this image processing prevents interference. Therefore, the movable area was extremely limited.

【0004】本発明は、上述の問題に鑑み、ワークの厳
密な位置決めをせず仮に画像処理をするとしても、可動
領域を極端に制限しないように可動領域を定めるロボッ
ト制御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a robot control device that determines a movable region so as not to limit the movable region extremely even if image processing is performed without strictly positioning the work. Aim.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。第1の発明は、ロ
ボットと物との干渉を防止するロボットの制御装置にお
いて、ロボットハンド部分を球とこの球の中心どおしを
つないだビームとでモデル化すると共に上記ロボットハ
ンド部分の可動領域を上記物の形状から設定し、上記可
動領域内にあって上記球とビームの位置と姿勢から各々
の上記軸の可動領域を更に限定した、ことを特徴とす
る。
The present invention that achieves the above object has the following matters specifying the invention. According to a first aspect of the present invention, in a robot control device for preventing interference between a robot and an object, a robot hand portion is modeled by a sphere and a beam connecting the centers of the sphere, and the robot hand portion is movable. The region is set based on the shape of the object, and the movable region of each axis is further limited from the position and orientation of the sphere and the beam within the movable region.

【0006】第2の発明は、第1の発明にあって、上記
ビームと上記物の形状の境界線との交点を割り出し可動
領域を更に限定したことを特徴とする。
According to a second aspect, in the first aspect, an intersection between the beam and a boundary of the shape of the object is determined to further limit the movable area.

【0007】第3の発明は、上記第1又は第2の発明に
あって、上記ビームの太さと傾きとを加味して上記可動
領域を更に限定したことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the movable region is further limited in consideration of the thickness and inclination of the beam.

【0008】第4の発明は、上記第1,第2又は第3の
発明にあって、ロボット作業中での経路上にて上記可動
領域のチェックを行なうようにしたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the above-described first, second, or third aspect, the movable area is checked on a path during a robot operation.

【0009】第5の発明は、上記第4の発明にあって、
上記可動領域移動中干渉領域への到達前は、速度を制限
して運転するようにしたことを特徴とする。
A fifth invention is based on the fourth invention, wherein:
Before reaching the interference area during the movement of the movable area, the vehicle is driven at a limited speed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】ここで、図1ないし図9を参照し
て本発明の実施の形態の一例を説明する。図1は、
(a)にてロボットの一例の全体の模式図と(b)にて
先端の手首部とロボットハンド部分を示したものであ
る。図1では、ロボットアーム1の先端にピッキングの
把持部2を有するロボットハンド部分3を有しており、
この図1を基にして手首部4とハンド部3とをビームに
て模擬して端点(頂点部)や、部材を内包あるいは近似
できるように球を配置したモデルを作成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
(A) is a schematic diagram of an example of the entire robot, and (b) shows a wrist portion and a robot hand portion at the tip. In FIG. 1, the robot arm 1 has a robot hand portion 3 having a picking gripper 2 at the tip thereof.
Based on FIG. 1, a model is created in which the wrist part 4 and the hand part 3 are simulated by beams, and spheres are arranged so that end points (apex parts) and members can be included or approximated.

【0011】すなわち、図2に示すように手首部4の回
転軸を端点Cを中心に球を設定し、ついでハンド部3の
端点(回転軸ではないが頂点)Bを中心として球を設定
し、更にハンド部3の把持部中心を端点Aとして球を設
定し、これら軸C,B,Aを結びビームとする。この場
合、TCPはTool Center Point の略であり、ハンド先
端を指す。
That is, as shown in FIG. 2, a sphere is set about the rotation axis of the wrist 4 around the end point C, and then a sphere is set about the end point (not the rotation axis but the vertex) B of the hand section 3. Further, a sphere is set with the center of the grip portion of the hand portion 3 as the end point A, and these axes C, B, and A are connected to form a beam. In this case, TCP is an abbreviation of Tool Center Point, and indicates the tip of the hand.

【0012】かかる球及びビームの設定は、物体との干
渉の有無の点を考慮して行なわれ、関節の軸心や角・頂
点に端点を設定し、球の半径を回転軸の半径、部材を内
包する球の半径の如く設定する。そして、この球やビー
ムの設定によりロボットをモデル化することができ干渉
の有無に当り比較的少ない演算量による処理が可能とな
る。
The setting of the sphere and the beam is performed in consideration of the presence or absence of interference with the object, the end points are set at the axes, angles and vertices of the joints, and the radius of the sphere is set to the radius of the rotation axis, the member Is set as the radius of the sphere containing. The robot can be modeled by the setting of the sphere and the beam, and the processing can be performed with a relatively small amount of calculation based on the presence or absence of interference.

【0013】一方、例えばワークのピッキングに当り、
干渉の対象となる物を指定する。例えば図3に示す箱5
を指定し、この箱5にあわせて座標系(ワークフレーム
と称す)を設定する。ついで、この箱5の形状によって
可動領域を設定する。図3の如く直角座標系において、
図4の如き箱内部と箱上方での可動領域は次の条件とな
る。 箱内部 0≦x≦xmax 0≦y≦ymax 0≦z … (1) 箱上方 x<0,xmax <x y<0,ymax <y zmax <z … (2)
On the other hand, for example, when picking a workpiece,
Specify the target of interference. For example, the box 5 shown in FIG.
And a coordinate system (referred to as a work frame) is set in accordance with the box 5. Next, a movable area is set according to the shape of the box 5. In a rectangular coordinate system as shown in FIG.
The movable area inside the box and above the box as shown in FIG. Inside the box 0 ≦ x ≦ x max 0 ≦ y ≦ y max 0 ≦ z (1) Upper part of the box x <0, x max <xy <0, y max <yz max <z ... (2)

【0014】箱内部や箱上方の座標はこの図3,図4の
例ではワークフレームに係るものであるが、図2に示す
ロボット側のハンド先端TCPの位置・姿勢を基準にし
て必要な座標変換を行なう必要がある。例えば、座標系
としては、ロボットを基準とした座標系、ワークを基準
とした座標系あるいは画像処理の場合には画像処理装置
の持つ座標系があり、別の座標系を一致させる作業が必
要である。この例では、ハンド先端TCPの位置・姿勢
が与えられた場合、図2のA,B,C各点のワークフレ
ーム上での位置・姿勢を求めることになる。ワークフレ
ームにおけるハンド先端TCPの位置と姿勢を WP
して与えられた場合、 P T をTCPからツールフレー
ムへの変換行列、 TA TB TC をツールフレ
ームでの点A,B,Cの位置・姿勢としたとき、ワーク
フレームでの点A,B,Cは次のようになる。WA WP PT TA WB WP PT TB WC WP PT TC … (3)
The coordinates inside and above the box are shown in FIGS.
In the example, it is related to the work frame.
Based on the position and posture of the TCP end of the hand on the robot side
It is necessary to perform necessary coordinate transformation. For example, the coordinate system
As the coordinate system based on the robot and the workpiece
Coordinate system or image processing device for image processing
There is a coordinate system that has a different coordinate system.
It is important. In this example, the position / posture of the hand tip TCP
Is given, the work flow at each of the points A, B, and C in FIG.
Position and orientation on the game. Work frame
Position and posture of the hand tip TCPWTPWhen
If givenPT TFrom TCP to tool frame
Matrix,TTA,TTB,TTCThe tool
When the positions and postures of points A, B, and C in the
Points A, B, and C in the frame are as follows.W TA=WTPPTTTTA W TB=WTPPTTTTB W TC=WTPPTTTTC … (3)

【0015】このようにして求めた点A,B,Cは、前
述の箱内部及び箱上方に存在することとなる。この条件
は球の半径rA ,rB ,rC を加味すると、上式(1)
(2)は次式となる。 <点Aについて> (箱内の可動領域) rA ≦x≦xmax −rAA ≦y≦ymax −rAA ≦z また、(箱外の可動領域) x<−rA , xmax +rA <x y<−rA , ymax +rA <y zmax +ra ≦z
The points A, B, and C obtained in this manner exist inside the box and above the box. This condition is obtained by taking into account the sphere radii r A , r B , and r C.
(2) becomes the following equation. <About the point A> (movable area of the box) r A ≦ x ≦ x max -r A r A ≦ y ≦ y max -r A r A ≦ z Also, (the movable region of Hakogai) x <-r A , x max + r A <x y <-r A, y max + r A <y z max + r a ≦ z

【0016】<点Bについて> (箱内の可動領域) rB ≦x≦xmax −rBB ≦y≦ymax −rBB ≦z また、(箱外の可動領域) x<−rB , xmax +rB <x y<−rB , ymax +rB <y zmax +rB ≦z[0016] <Regarding point B> r B ≦ x ≦ x max -r B r B ≦ y ≦ y max -r B r B ≦ z ( movable area of the box) also (movable area of Hakogai) x < −r B , x max + r B <xy <−r B , y max + r B <yz max + r B ≦ z

【0017】<点Cについて> (箱内の可動領域) rC ≦x≦xmax −rCC ≦y≦ymax −rCC ≦z また、(箱外の可動領域) x<−rC , xmax +rC <x y<−rC , ymax +rC <y zmax +rB ≦z<Regarding Point C> (Movable area inside box) r C ≤ x ≤ x max- r C r C ≤ y ≤ y max- r C r C ≤ z Also, (movable area outside box) x < −r C , x max + r C <xy <−r C , y max + r C <yz max + r B ≦ z

【0018】以上のようにして端点A,B,Cが上記条
件を満たすx,y,zの範囲内であれば干渉が生じな
い。つまり、点A,B,Cの位置を求めてこの位置が可
動領域内にあるかどうかを判断している。
As described above, if the end points A, B, and C are within the ranges of x, y, and z satisfying the above conditions, no interference occurs. That is, the positions of the points A, B, and C are obtained, and it is determined whether or not the positions are within the movable region.

【0019】上述の説明では半径rA ,rB ,rC を加
味した点A,B,Cが可動領域内にあるか否かの判定手
順を述べたが、ビームについても同様に干渉が考えられ
る。図5に示すように点Aと点Bを結ぶビームと箱5の
側壁を含む平面との交点がzmax 以下の場合には干渉が
生じ、また点Cと点Bとを結ぶビームについても図6に
示すように干渉が生ずる。したがって、これらビームと
箱5の側壁面との干渉を判断する必要が生ずる。
In the above description, the procedure for determining whether or not the points A, B, and C taking into account the radii r A , r B , and r C are within the movable range has been described. Can be As shown in FIG. 5, when the intersection between the beam connecting the points A and B and the plane including the side wall of the box 5 is equal to or smaller than z max, interference occurs, and the beam connecting the points C and B is also illustrated. Interference occurs as shown in FIG. Therefore, it is necessary to determine the interference between these beams and the side wall surface of the box 5.

【0020】更には、図2,図5,図6に示すモデル化
したビームでは、その太さを考慮していない。このた
め、実際上はモデル化したビームでは干渉が生ずるおそ
れがある。したがってビームを円柱にてモデル化してビ
ームの太さを考慮する。すなわち、円柱の半径rとする
とき、上述の図5,図6に示すビームの干渉チェックに
おいては、ビームとの交点がzmax +r<zの条件を満
たすことにより、干渉しないようにしている。
Further, in the modeled beams shown in FIGS. 2, 5, and 6, the thickness is not considered. Therefore, interference may actually occur in the modeled beam. Therefore, the beam is modeled by a cylinder, and the thickness of the beam is considered. That is, when the radius of the cylinder is r, in the beam interference check shown in FIGS. 5 and 6 described above, the intersection with the beam satisfies the condition of z max + r <z to prevent interference.

【0021】更に、図7に示すようにビームと箱5の側
壁を含む平面との交点が上式zmax+r<zの条件を満
たす場合でも、ビームが箱5に対して傾斜して位置する
ときには、干渉が起こり得る。このため、ビームと箱5
の側壁を含む平面とが交わる角度θを求めて図7に示す
長さlを求めるようにしている。つまり、図7に示すよ
うにビームと箱5とが干渉する限界は、角度θが決まる
とl=r/cosθが決まるので、このlがzmax+(r/co
sθ)<zを満たす条件となる。
Further, as shown in FIG. 7, even when the intersection of the beam and the plane including the side wall of the box 5 satisfies the condition of the above expression z max + r <z, the beam is positioned at an angle to the box 5. Sometimes interference can occur. Therefore, the beam and the box 5
The length l shown in FIG. 7 is obtained by obtaining the angle θ at which the plane intersecting the plane including the side wall. That is, as shown in FIG. 7, the limit at which the beam and the box 5 interfere with each other is that when the angle θ is determined, l = r / cos θ is determined, and this l is z max + (r / cos).
sθ) <z.

【0022】上述のこれまでの説明は、点A,B,C及
びこれらをつなぐビーム,ビームの太さ,ビームの傾き
を考慮した干渉の判断を行なうものであるが、この判断
はロボットの動作開始前の目標点について干渉があるか
どうかにつき行なっている。しかし、目標点が仮に動作
可能範囲であっても目標点に到る経路上にて干渉が生ず
る可能性がある。このため、経路上にてリアルタイムに
上述のチェックを行なうようにすれば、確実に干渉を防
ぐことができる。
In the above description, the interference is determined in consideration of the points A, B, and C, the beams connecting them, the thickness of the beam, and the inclination of the beam. A check is made to see if there is any interference with the target point before the start. However, even if the target point is within the operable range, interference may occur on the path to the target point. Therefore, if the above-described check is performed in real time on the route, interference can be reliably prevented.

【0023】上述の経路上にて、すなわち移動中に干渉
が生ずるような場合、機器の損傷を最小限にするために
は、エリアセンサやタッチセンサを設けてロボットと箱
との干渉を監視し、干渉が発生した場合、速やかにロボ
ットを停止させることが考えられる。しかし、安全性を
更に向上させるべくリアルタイムの各チェック点におい
て干渉領域までの距離のうち最小値を用いて動作速度を
制限する。つまり、点A,B,Cにて図8に示すように
可動領域境界までの距離(干渉領域までの距離)を求め
ると、点Aの場合、x軸に沿い片方の壁にてxA
A 、他の片方の壁にて(xmax −rA )−xA が零で
ないとき、y軸に沿い片方の壁にてyA −rA 、他の片
方の壁にて(ymax −rA )−yA が零でないとき、更
にはz軸に沿いzA−rA が零でないときは、いずれも
干渉は生ぜず干渉領域までの距離を求めることができ
る。
In the case where interference occurs on the above-mentioned route, that is, while moving, in order to minimize damage to the equipment, an area sensor or a touch sensor is provided to monitor the interference between the robot and the box. If interference occurs, the robot may be stopped immediately. However, in order to further improve the security, the operation speed is limited by using the minimum value of the distance to the interference area at each check point in real time. That is, when the distance to the boundary of the movable area (the distance to the interference area) is obtained at points A, B, and C as shown in FIG. 8, in the case of point A, x A
r A , when (x max −r A ) −x A is not zero at the other wall, y A −r A at one wall along the y axis, and (y max) at the other wall. When −r A ) −y A is not zero, or when z A −r A is not zero along the z-axis, no interference occurs and the distance to the interference area can be obtained.

【0024】また、図9に示すようにビームに関して可
動領域境界までの距離を求めると、zmax よりビーム座
標値が大きい場合(z−zmax )、rを加味してビーム
座標値が大きい場合(z−(zmax +r))、rと傾き
を加味してビーム座標値が大きい場合(z−(zmax
r/cosθ))には、干渉は生ぜず干渉領域までの距離を
求めることができる。
Further, as shown in FIG. 9, when the distance of the beam to the boundary of the movable area is obtained, the beam coordinate value is larger than z max (z−z max ), and the beam coordinate value is larger considering r. (z- (z max + r) ), when in consideration of r and the slope is large beam coordinate values (z- (z max +
r / cos θ)), the distance to the interference area can be obtained without causing interference.

【0025】一方、減速開始距離ld を設定し前述の如
く求めた干渉領域までの距離lがこの減速開始距離ld
より大きい場合速度の制限をせずに運転し、ld より小
さい場合には例えば下記の式にて速度を制限する。指定
速度をvP 最低速度をvmin運転速度をvとするとき、
v=(l/ld )vP 、このvがv<vmin のときv=
min とする。この結果、干渉した場合の機器の損傷を
最小限に抑えることができる。
On the other hand, the deceleration start distance l d is set, and the distance l to the interference area determined as described above is the deceleration start distance l d.
If it is larger, the operation is performed without limiting the speed. If it is smaller than l d , the speed is limited by, for example, the following formula. When the specified speed v P minimum speed v min operating speed and v,
v = (l / l d ) v P , and when v is v <v min , v =
Let v min . As a result, it is possible to minimize the damage to the device due to the interference.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ボットと物との干渉を防止するロボットの制御装置にお
いて、ロボットハンド部分を端点を中心とした球とこの
球の中心どおしをつないだビームとでモデル化すると共
に上記ロボットハンド部分の可動領域を上記物の形状か
ら設定し、上記可動領域内にあって上記球とビームの位
置と姿勢から各々の上記軸の可動領域を更に限定したこ
とにより、予め干渉の有無をチェックできるので、機器
の損傷もなく、また単純なモデルにて干渉の有無をチェ
ックすることができ、このためワークの厳密な位置決
め、可動領域の極端な制限がなくなる。
As described above, according to the present invention, in a robot control apparatus for preventing interference between a robot and an object, a robot hand portion is provided with a sphere centered on an end point and a center of the sphere. Modeling with the connected beam, and setting the movable area of the robot hand part from the shape of the object, further move the movable area of each axis within the movable area from the position and orientation of the sphere and beam. Because of the limitation, the presence or absence of interference can be checked in advance, so that there is no damage to the equipment and the presence or absence of interference can be checked with a simple model, so strict positioning of the work and extreme restrictions on the movable area Disappears.

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

【図1】ロボットの説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a robot.

【図2】モデリングした説明図。FIG. 2 is a modeled explanatory diagram.

【図3】箱の説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a box.

【図4】可動領域の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a movable region.

【図5】ビーム干渉状態図。FIG. 5 is a beam interference state diagram.

【図6】ビーム干渉状態図。FIG. 6 is a beam interference state diagram.

【図7】アーム干渉の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of arm interference.

【図8】干渉領域までの説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram up to an interference region.

【図9】ビームの干渉領域までの説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram up to a beam interference region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボットアーム 2 把持部 3 ロボットハンド部分 4 手首部 5 箱 A,B,C 端点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot arm 2 Grasping part 3 Robot hand part 4 Wrist part 5 Box A, B, C Endpoint

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットと物との干渉を防止するロボッ
トの制御装置において、 ロボットハンド部分を球とこの球の中心どおしをつない
だビームとでモデル化すると共に上記ロボットハンド部
分の可動領域を上記物の形状から設定し、 上記可動領域内にあって上記球とビームの位置と姿勢か
ら各々の上記軸の可動領域を更に限定した、 ことを特徴とするロボット制御装置。
A robot controller for preventing interference between a robot and an object, wherein a robot hand is modeled by a sphere and a beam connecting the centers of the sphere, and a movable area of the robot hand is provided. Is set from the shape of the object, and the movable region of each axis is further limited from the position and orientation of the sphere and the beam within the movable region, wherein the movable region of each axis is further limited.
【請求項2】 上記ビームと上記物の形状の境界線との
交点を割り出し可動領域を更に限定したことを特徴とす
る請求項1記載のロボット制御装置。
2. The robot controller according to claim 1, wherein an intersection of the beam and a boundary of the shape of the object is determined to further limit a movable area.
【請求項3】 上記ビームの太さと傾きとを加味して上
記可動領域を更に限定したことを特徴とする請求項1又
は2記載のロボット制御装置。
3. The robot control device according to claim 1, wherein the movable region is further limited in consideration of the thickness and inclination of the beam.
【請求項4】 ロボット作業中での経路上にて上記可動
領域のチェックを行なうようにしたことを特徴とする請
求項1,2又は3記載のロボット制御装置。
4. The robot control device according to claim 1, wherein the movable area is checked on a path during the robot operation.
【請求項5】 上記可動領域移動中干渉領域への到達前
は、速度を制限して運転するようにした請求項4記載の
ロボット制御装置。
5. The robot control device according to claim 4, wherein the robot is operated at a limited speed before reaching the interference region during the movement of the movable region.
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