JP2005074546A - Interpolation point generating device for industrial robot - Google Patents
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Description
本発明は、産業用ロボットの補間点生成装置に関し、特に、産業用ロボットのアーム先端に装備されたツールの先端部における許容加速度を守りながら円弧軌道を描く際の補間点を生成する産業用ロボットの補間点生成装置に関する。 The present invention relates to an interpolation point generation device for an industrial robot, and more particularly to an industrial robot that generates an interpolation point when drawing an arc trajectory while protecting the allowable acceleration at the tip of a tool mounted on the tip of an arm of the industrial robot. The present invention relates to an interpolation point generation apparatus.
近年、搬送用の産業用ロボットにおいては、その応用範囲の拡大により、ロボットのアーム先端に装備されたワーク把持用のツールには、様々なワークが取り付けられるようになってきた。それらのワークの中には、例えばガラスのような少ない衝撃や振動で割れる高脆性のものもある。そのような高脆性のワークの搬送においては、ツール先端を不連続に速度変化させることなく、許容された加速度(許容加速度)で、かつ、可能な限り最短時間で動作させることが重要となっている。 In recent years, with the expansion of the application range of industrial robots for conveyance, various workpieces have been attached to workpiece gripping tools provided at the robot arm tips. Some of these workpieces are highly brittle, such as glass, which breaks with little impact and vibration. In transporting such highly brittle workpieces, it is important to operate at the allowable acceleration (allowable acceleration) and in the shortest possible time without changing the speed of the tool tip discontinuously. Yes.
ワークが把持されるロボットのツール先端部における軌道を滑らかにする方法としては、例えば、図1に示すように、内回り円弧軌道をつなぎ目に内挿する方法がある。また、図2に示すような極座標ロボットにおいては、単純に旋回軸を動作させるだけでツール先端部が円弧軌道を描くことになる。このようにツール先端部を円弧軌道にて動作させることは、ロボット本体を滑らかに動作させる上で非常に重要である。 For example, as shown in FIG. 1, there is a method of interpolating an inward circular arc trajectory at a joint as a method for smoothing the trajectory at the tool tip of the robot that grips the workpiece. Further, in a polar coordinate robot as shown in FIG. 2, the tool tip portion draws an arc trajectory by simply operating the turning axis. In this way, operating the tool tip in an arcuate path is very important for smoothly operating the robot body.
ツール先端部を円弧軌道にて許容加速度を守りながら動作させる技術は従来から存在し、例えば、特許文献1や特許文献2では、内回り軌道中の加速度を通過速度から算出し、この算出された内回り軌道中の加速度が許容加速度の範囲内になるように通過速度を補正することによって許容加速度を守る構成が開示されている。
しかしながら、これらの通過速度を補正する方法では、図3に示すように、通過速度に決定される遠心加速度32を守ることはできるが、円弧軌跡上で加速および減速する場合の接線加速度31は考慮されていない。また、従来の直線軌跡上で加速および減速する際によく知られた加減速方法を利用すれば、接線加速度31を守ることはできるが、遠心加速度32を考慮することはできない。実際、接線速度の時間変化を示した図4のような接線速度にて円弧軌跡を通過する場合を想定すると、この場合の遠心加速度32と接線加速度31との複合加速度の時間変化は図5に示すようになり、加速度のピークの箇所において部分的に加速度の許容値をオーバーしてしまう。このように、従来技術においては、円弧軌跡上で加速および減速する際に、遠心加速度と接線加速度との複合加速度が許容加速度をオーバーしてしまう現象が生ずる可能性がある。そのため、従来技術においては、ガラスをはじめとした高脆性ワークに対して衝撃を与えることなく搬送作業を行うことが難しいという問題がある。
However, in these methods of correcting the passing speed, as shown in FIG. 3, the
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ロボット等のマニピュレータを使用したガラスをはじめとした高脆性ワークの搬送作業において、ワークに対して衝撃を与えることなく搬送作業を行うことが可能な産業用ロボットの補間点生成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and gives an impact to a workpiece in the transfer work of highly brittle workpieces such as glass using a manipulator such as a robot. An object of the present invention is to provide an interpolation point generation device for an industrial robot capable of carrying out a transfer operation without any problem.
前述した目的を達成するために、本発明では、以下の機能を具備する最高速度決定部61、デカルト指令値生成部62、および関節指令値生成部63を有することを特徴とする産業用ロボットの補間点生成装置を提供した。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an industrial robot characterized by having a maximum
すなわち、最高速度決定部61は、少なくとも円弧補間半径rおよび通過速度vを含む円弧補間情報と、ロボットのアーム先端に装備されたワーク把持用のツールに把持されたワークの種類や形態に基づいて設定される許容加速度aと、通過速度vにて生じる遠心加速度a1と接線加速度との分担率αとを入力することにより、通過速度の最高速度v1を算出し出力する。
That is, the maximum
また、デカルト指令値生成部62は、前記最高速度決定部61において算出され出力された通過速度の最高速度v1と、少なくとも円弧補間開始位置(xs,ys)、円弧補間半径rおよび円弧補間中心位置(x0,y0)を含む円弧補間情報と、前記許容加速度aと、通過速度の最高速度v1にて生じる遠心加速度a2と接線加速度a3との分担率αとを入力することにより、前記許容加速度aを守ったデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置(x(n),y(n))を算出し出力する。
Further, the Cartesian command
さらに、関節指令値生成部63は、デカルト指令値生成部62から入力したデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置(x(n),y(n))に対して逆キネマティクスの手法を適用することにより、ロボットの各関節の指令値を算出し出力する。
Further, the joint command value generation unit 63 applies the inverse kinematics method to the interpolation point position (x (n), y (n)) of the circular arc locus in the Cartesian space input from the Cartesian command
係る構成としたことにより、まず、最高速度決定部61では、通過速度vと円弧補間半径rから遠心加速度a1を求め、この遠心加速度a1が許容加速度aに対して適当な比率αを乗じた加速度を超えないような通過速度の最高速度v1を求める。次に、デカルト指令値生成部62では、最高速度決定部61において算出された通過速度の最高速度v1にて生じる遠心加速度a2および接線加速度a3の複合加速度が許容加速度aを超えないような接線速度v(n)を求め、その接線速度v(n)および前述の通過速度の最高速度v1を満足するような円弧軌道上の補間点(x(n),y(n))を算出する。これにより、ロボットの先端に発生する加速度が許容加速度aを超えないような円弧軌跡上の補間点(x(n),y(n))を求めることができる。最後に、関節指令値生成部63では、求められた円弧軌跡上の補間点(x(n),y(n))に基づいてロボットの各関節の指令値を算出する。これにより、ロボットの先端に発生する加速度が許容加速度aを超えることはなくなる。
With this configuration, first, the maximum
本発明により、ロボットの先端に発生する加速度が許容加速度を超えなくなるように、円弧軌跡や内回り動作における遠心加速度と接線加速度との複合加速度を制御することが可能となるので、ロボット等のマニピュレータを使用したガラスをはじめとした高脆性ワークの搬送作業において、ワークに対して衝撃を与えることなく搬送作業を行うことが可能となった。 According to the present invention, it becomes possible to control the combined acceleration of the centrifugal acceleration and the tangential acceleration in the arc trajectory or the inward movement so that the acceleration generated at the tip of the robot does not exceed the allowable acceleration. In the work of transporting highly brittle workpieces such as used glass, it has become possible to carry out the work without impacting the work.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図6は、本発明に係る産業用ロボットの補間点生成装置の一実施形態を示したブロック図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of an interpolation point generating apparatus for an industrial robot according to the present invention.
図6において、61は、通過速度の最高速度v1を算出する最高速度決定部である。この最高速度決定部61には、少なくとも円弧補間半径rおよび通過速度vを含む円弧補間情報が入力される。さらに、この最高速度決定部61には、ロボットのアーム先端に装備されたワーク把持用のツールに把持されたワークの種類や形態などに基づいて設定されるツール先端部の許容加速度a、および通過速度vにて生じる遠心加速度a1と接線加速度との分担率αが入力される。一方、この最高速度決定部61からは、今回の円弧補間演算で利用する通過速度の最高速度v1が出力される。
In FIG. 6,
また、62は、許容加速度aを守ったデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置(x(n),y(n))を算出するデカルト指令値生成部である。このデカルト指令値生成部62には、前述した最高速度決定部61において算出され出力された円弧補間演算で利用する通過速度の最高速度v1が入力される。また、このデカルト指令値生成部62には、少なくとも円弧補間開始位置(xs,ys)、円弧補間半径r、および円弧補間中心位置(x0,y0)を含む円弧補間情報が入力される。さらに、このデカルト指令値生成部62には、ロボットのアーム先端に装備されたワーク把持用のツールに把持されたワークの種類や形態などに基づいて設定される前述した許容加速度a、および通過速度の最高速度v1にて生じる遠心加速度a2と接線加速度a3との分担率αとが入力される。一方、このデカルト指令値生成部62からは、デカルト空間上の補間点位置(x(n),y(n))が出力される。
また、63は、デカルト空間上の補間点位置の情報に基づいてロボットの各関節の指令置を算出する関節指令値生成部である。この関節指令値生成部63には、前述したデカルト指令値生成部62において算出され出力されたデカルト空間上の補間点位置(x(n),y(n))が入力される。一方、この関節指令値生成部63からは、最終出力として、許容加速度aを守りつつ円弧軌跡を描くために必要なロボットの各関節の指令値(位置情報)が出力される。
Reference numeral 63 denotes a joint command value generation unit that calculates a command position of each joint of the robot based on information on the interpolation point position in the Cartesian space. The joint command value generation unit 63 receives the interpolation point position (x (n), y (n)) in the Cartesian space calculated and output by the Cartesian command
次に、前述した最高速度決定部61、デカルト指令値生成部62、および関節指令値生成部63にて行われる各処理について説明する。
Next, each process performed in the above-described maximum
まず、最高速度決定部61において行われる、円弧補間演算で利用する通過速度の最高速度v1の算出処理について説明する。最高速度決定部61に入力された円弧軌跡情報に含まれる円弧補間半径rおよび通過速度vより、その円弧補間半径rおよび通過速度vにて生じる遠心加速度a1は、式(1)により求められる。
First, the calculation process of the maximum speed v1 of the passing speed used in the circular interpolation calculation performed in the maximum
次に、デカルト指令値生成部62において行われる、許容加速度aを守ったデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置(x(n),y(n))の算出処理について説明する。ここでは、まず、前回の補間演算時刻における接線速度をv(n−1)としたときの今回の補間演算時刻における接線加速度a(n)を式(3)により算出する。
Next, the calculation processing of the interpolation point position (x (n), y (n)) of the circular arc locus in the Cartesian space that observes the allowable acceleration a performed in the Cartesian command
前述の式(4)から算出される接線速度v(n)より、円弧補間半径rにおけるデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置(x(n),y(n))を、以下のようにして求める。前述の式(4)から算出される接線速度v(n)より、円弧補間半径rにおける円弧上の動作の角速度w(n)は式(7)により算出される。 From the tangential velocity v (n) calculated from the above equation (4), the interpolation point position (x (n), y (n)) of the circular arc locus on the Cartesian space at the circular interpolation radius r is as follows. Ask. From the tangential velocity v (n) calculated from the above equation (4), the angular velocity w (n) of the operation on the circular arc at the circular interpolation radius r is calculated by the equation (7).
最後に、関節指令値生成部63において行われる、ロボットの各関節の指令置を算出する処理について説明する。この関節指令値生成部63には、前述したデカルト指令値生成部62において算出され出力されたデカルト空間上の補間点位置(x(n),y(n))が入力される。このデカルト空間上の補間点位置(x(n),y(n))に対して、よく知られた逆キネマティクスの手法を適用することにより、ロボットの各関節の指令値を算出する。このロボットの各関節の指令値を図示しないサーボ制御部へ出力することにより、ロボットを許容加速度を守りつつ動作させることができる。
Finally, a process for calculating the command position of each joint of the robot performed in the joint command value generation unit 63 will be described. The joint command value generation unit 63 receives the interpolation point position (x (n), y (n)) in the Cartesian space calculated and output by the Cartesian command
31 接線加速度
32 遠心加速度
61 最高速度決定部
62 デカルト指令値生成部
63 関節指令値生成部
31
Claims (1)
該最高速度決定部が算出した通過速度の最高速度と、少なくとも円弧補間開始位置、円弧補間半径および円弧補間中心位置を含む円弧補間情報と、前記許容加速度と、前記通過速度の最高速度にて生じる遠心加速度と接線加速度との分担率とを入力することにより、前記許容加速度を守ったデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置を算出し出力するデカルト指令値生成部と、
該デカルト指令値生成部が算出したデカルト空間上の円弧軌跡の補間点位置に対して逆キネマティクスの手法を適用することによりロボットの各関節の指令値を算出し出力する関節指令値生成部と、
を有することを特徴とする産業用ロボットの補間点生成装置。 The circular interpolation information including at least the circular interpolation radius and the passing speed, the allowable acceleration set based on the type and form of the work gripped by the work gripping tool provided at the end of the robot arm, and the passing speed A maximum speed determination unit that calculates and outputs the maximum speed of the passing speed by inputting the centrifugal acceleration and the tangential acceleration sharing ratio generated by
It occurs at the maximum speed of the passing speed calculated by the maximum speed determining unit, the circular interpolation information including at least the circular interpolation start position, the circular interpolation radius and the circular interpolation center position, the allowable acceleration, and the maximum speed of the passing speed. A Cartesian command value generation unit that calculates and outputs an interpolation point position of an arc locus on a Cartesian space that protects the allowable acceleration by inputting a sharing rate between centrifugal acceleration and tangential acceleration;
A joint command value generation unit that calculates and outputs a command value of each joint of the robot by applying an inverse kinematics method to the interpolation point position of the circular arc locus on the Cartesian space calculated by the Cartesian command value generation unit; ,
An interpolation point generating apparatus for an industrial robot characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003305884A JP2005074546A (en) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | Interpolation point generating device for industrial robot |
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-
2003
- 2003-08-29 JP JP2003305884A patent/JP2005074546A/en active Pending
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