JP2005199412A - Controlling method and controlling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冗長関節部を含む複数の関節部を有する多関節ロボットを制御する制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and a control apparatus for controlling an articulated robot having a plurality of joint parts including redundant joint parts.
7つ以上の複数の関節部を有する多関節ロボットの制御については、様々な方式があり、その典型的な従来技術が特許文献1および特許文献2に記載されている。特許文献1の多関節ロボットの制御装置では、多関節ロボットの先端関節が目標位置に距離的に近づくような関節角度を最小2乗法によって1軸ずつ求め、求めた目標角度と現在の関節角度との差に比例した量を1軸ずつ関節を回転させることによって、計算量を少なくして、先端の関節が目標位置に達するようにしている。特許文献2の多自由度マニピュレータの位置決め装置では、手先位置姿勢情報とマニピュレータの全体形状の指定値とから全体形状を指定するための解曲線を求め、全リンクの端点が前記解曲線状に配置されるようにリンク端点位置を算出し、隣接する2リンクのリンク端点と根元側リンクの姿勢とから2リンク間の関節角を算出し、前記関節角から手先側リンクの姿勢を求め、リンク毎に根元から手先まで逐次的に前記関節角とリンク姿勢とを繰返し算出して全関節角を求めることで、位置決めの算出を高速化する。
There are various methods for controlling an articulated robot having a plurality of joint parts of seven or more, and typical conventional techniques are described in
また前述のような多関節ロボットが障害物を回避するような制御についても様々な方式があり、その典型的な従来技術が特許文献3に記載されている。特許文献3のマニピュレータの制御装置では、始点から終点へ把手を移動するときに、障害物に干渉する状態での各関節の変位を予め離散的に求め、各関節の変位を避けるように各関節の離散的な動作間をマニピュレータの関節補間または単軸動作によって制御する。
There are also various methods for controlling the articulated robot to avoid an obstacle as described above, and a typical prior art is described in
また前述のような多関節ロボットを教示するための必要な情報を表示する典型的な従来技術が、特許文献4に記載されている。特許文献4の冗長自由度ロボット装置では、作業に必要な動作を記述する独立変数の現在地に依存する冗長パラメータの取り得る領域の演算を行って、その結果を表示することでロボット教示を行う。
A typical prior art for displaying necessary information for teaching the articulated robot as described above is described in
またロボットの空間内の各方向に対する制御仕様を実現する典型的な従来技術が、特許文献5に記載されている。特許文献5のロボットの制御方法では、ロボットに行わせる作業の仕様を作業空間に対して固定された座標系を用いて記述し、各座標軸方向および各座標軸まわりの方向の動作制御目標を明確化し、前記各方向へのロボットの姿勢状態のそれぞれに対応する方向への作業仕様に関する制御性能評価指標を計算し、それらの加重総合評価指標値が最も大きな値となるロボットの姿勢状態を最適姿勢状態とし、この状態で作業を実行させる。
A typical conventional technique for realizing control specifications for each direction in the space of the robot is described in
また作業対象物に対してロボットのアーム体が届く範囲が最大限となるようにする典型的な従来技術が、特許文献6に記載されている。特許文献6の産業用ロボットの位置制御方法は、3つの基本軸で決定される位置マトリクスをoTb、3つの手首軸でとる姿勢マトリクスをbTw、工具の取付けフランジマトリクスをwTf、工具のエンドエフェクタマトリクスをfTeとしたときに、空間上の直交座標系における目的制御点の位置および姿勢が与えられたとき、oTCD=oTb・bTw・wTf・fTeの関係からロボットの位置を制御する。このときの取り得る位置oTbの集合である目標のoTCDの位置を原点としたベクトルVの冗長軸方向の点Pvを原点とした円周上で、ロボット演算原点T0からの距離が最小となる点PbをoTbの直交成分となるように目標oTCDをoTCD’として求め直し、このoTCD’を逆変換して、導出した各関節座標系の各軸の位置を動作目標とする。
特許文献6に記載の位置制御方法では、多くの行列を用いて演算を行っているので、行列演算に要する時間が膨大となり、迅速なロボットの制御を行うことが極めて困難であり、実装することが難しい。したがって冗長関節部を含む複数の関節部を有する多関節ロボットの制御において、多関節ロボットの動作範囲をできるだけ広くするための制御を簡便に行う必要がある。
In the position control method described in
本発明の目的は、冗長関節部を含む複数の関節部を有する多関節ロボットの制御において、多関節ロボットの動作範囲をできるだけ広くするように、冗長関節部の角度位置の決定を簡便に行う制御方法および制御装置を提供することである。 It is an object of the present invention to easily determine the angular position of a redundant joint so as to make the operation range of the multi-joint robot as wide as possible in the control of an articulated robot having a plurality of joints including the redundant joint. It is to provide a method and a control device.
本発明は、冗長関節部を含む複数の関節部を有する多関節ロボットを制御する制御方法であって、
予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する調査工程と、
前記調査工程において得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する抽出工程と、
冗長関節部を前記抽出工程において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する関節部制御工程とを含むことを特徴とする制御方法である。
The present invention is a control method for controlling an articulated robot having a plurality of joint parts including redundant joint parts,
Investigate the movement range of the free-end part of the articulated robot when the angular position of the remaining joint part is changed with the redundant joint part fixed in advance, when the redundant joint part is at a plurality of angular positions. Survey process to
An extraction step of extracting an angular position of a redundant joint portion that is an operation range that satisfies a predetermined condition among the operation ranges obtained in the investigation step;
And a joint control step for controlling the remaining joint to be angularly displaced in a state where the redundant joint is arranged at the angular position extracted in the extraction step.
また本発明は、前記予め定める条件を満たす動作範囲は、予め指定された位置を含むことを特徴とする。 According to the present invention, the operation range that satisfies the predetermined condition includes a position designated in advance.
また本発明は、少なくとも1つの関節部の角度位置が可動範囲の限界位置に近づいた場合、前記遊端部を予め定める軌道上に保持しながら、前記関節部の角度位置を前記可動範囲の中央位置に近づけるように前記冗長関節部を角変位させ、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、前記遊端部の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させる補助制御工程をさらに含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, when the angular position of at least one joint portion approaches the limit position of the movable range, the angular position of the joint portion is set to the center of the movable range while holding the free end portion on a predetermined track. When the redundant joint portion is angularly displaced so as to approach the position, and the angular position of each joint portion is in the vicinity of the center position of the movable range, the redundant joint portion is angularly displaced to widen the operating range of the free end portion. The method further includes an auxiliary control step.
また本発明は、冗長関節部を含む複数の関節部を有する多関節ロボットを制御する制御装置であって、
予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する調査手段と、
前記調査手段によって得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する抽出手段と、
冗長関節部を前記抽出手段によって抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する関節部制御手段とを含むことを特徴とする制御装置である。
Further, the present invention is a control device for controlling an articulated robot having a plurality of joint parts including redundant joint parts,
Investigate the movement range of the free-end part of the articulated robot when the angular position of the remaining joint part is changed with the redundant joint part fixed in advance, when the redundant joint part is at a plurality of angular positions. Investigation means to
An extraction means for extracting an angular position of a redundant joint portion that is an operation range that satisfies a predetermined condition among the operation ranges obtained by the investigation means;
And a joint control unit that controls the remaining joint to be angularly displaced in a state where the redundant joint is arranged at the angular position extracted by the extraction unit.
また本発明は、前記予め定める条件を満たす動作範囲は、予め指定された位置を含むことを特徴とする。 According to the present invention, the operation range that satisfies the predetermined condition includes a position designated in advance.
また本発明は、少なくとも1つの関節部の角度位置が可動範囲の限界位置に近づいた場合、前記遊端部を予め定める軌道上に保持しながら、前記関節部の角度位置を前記可動範囲の中央位置に近づけるように前記冗長関節部を角変位させ、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、前記遊端部の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させる補助制御手段をさらに含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, when the angular position of at least one joint portion approaches the limit position of the movable range, the angular position of the joint portion is set to the center of the movable range while holding the free end portion on a predetermined track. When the redundant joint portion is angularly displaced so as to approach the position, and the angular position of each joint portion is in the vicinity of the center position of the movable range, the redundant joint portion is angularly displaced to widen the operating range of the free end portion. It further includes auxiliary control means.
本発明によれば、調査工程では、予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する。抽出工程では、前記調査工程において得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する。関節部制御工程では、冗長関節部を前記抽出工程において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する。このように冗長関節部を前記抽出工程において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御することによって、多関節ロボットの遊端部は、前記予め定める動作範囲を連続的に動作することができる。したがって条件毎に冗長関節部の角度位置を抽出しておくことによって、前記条件を満たす動作範囲において多関節ロボットの遊端部を確実に連続的に動作させることができ、作業に応じた制御を簡便に行うことができる。 According to the present invention, in the investigation step, the operation range of the free end portion of the multi-joint robot when the angular position of the remaining joint portion is changed in a state where the predetermined redundant joint portion is fixed is determined as the redundant joint portion. Investigate when is at multiple angular positions. In the extraction step, the angular position of the redundant joint portion that is an operation range that satisfies a predetermined condition is extracted from each operation range obtained in the investigation step. In the joint portion control step, control is performed so that the remaining joint portions are angularly displaced while the redundant joint portions are arranged at the angular positions extracted in the extraction step. By controlling the remaining joints to be angularly displaced in a state where the redundant joints are arranged at the angular positions extracted in the extraction step as described above, The range can be operated continuously. Therefore, by extracting the angular position of the redundant joint part for each condition, the free end part of the articulated robot can be reliably and continuously operated within the operation range that satisfies the above condition, and control according to the work can be performed. It can be performed simply.
また本発明によれば、前記予め定める条件を満たす動作範囲は、予め指定された位置を含むので、多関節ロボットの遊端部を前記予め指定された位置に確実に配置することができる。 Further, according to the present invention, since the motion range that satisfies the predetermined condition includes a predesignated position, the free end portion of the articulated robot can be reliably arranged at the predesignated position.
また本発明によれば、補助制御工程では、少なくとも1つの関節部の角度位置が可動範囲の限界位置に近づいた場合、前記遊端部を予め定める軌道上に保持しながら、前記関節部の角度位置を前記可動範囲の中央位置に近づけるように前記冗長関節部を角変位させる。これによって角度位置が可動範囲の限界位置に近づいていた関節部は、前記可動範囲の中央位置に近づくので、角変位動作することが可能となり、遊端部を所定の位置に配置するための角変位動作を確実に行い、遊端部を所定の動作範囲で動作させたり、所定の位置に確実に配置したりすることができる。また補助制御工程では、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、前記遊端部の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させるので、前記遊端部はより広い動作範囲内で動作することができる。 According to the invention, in the auxiliary control step, when the angular position of at least one joint portion approaches the limit position of the movable range, the angle of the joint portion is held while holding the free end portion on a predetermined track. The redundant joint is angularly displaced so that the position approaches the center position of the movable range. As a result, the joint portion whose angular position is approaching the limit position of the movable range approaches the central position of the movable range, so that the angular displacement operation can be performed, and the corner for placing the free end portion at a predetermined position. The displacement operation can be reliably performed, and the free end portion can be operated within a predetermined operation range, or can be reliably disposed at a predetermined position. Further, in the auxiliary control step, when the angular position of each joint portion is in the vicinity of the center position of the movable range, the redundant joint portion is angularly displaced in order to widen the operation range of the free end portion. It can operate within a wide operating range.
また本発明によれば、調査手段は、予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する。抽出手段は、前記調査手段によって得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する。関節部制御手段は、冗長関節部を前記抽出手段によって抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する。このように冗長関節部を前記抽出手段によって抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御することによって、多関節ロボットの遊端部は、前記予め定める動作範囲を連続的に動作することができる。したがって条件毎に冗長関節部の角度位置を抽出しておくことによって、前記条件を満たす動作範囲において多関節ロボットの遊端部を確実に連続的に動作させることができ、作業に応じた制御を簡便に行うことができる。 Further, according to the present invention, the investigating means determines the operation range of the free end portion of the multi-joint robot when the angle position of the remaining joint portion is changed in a state where the predetermined redundant joint portion is fixed. The case where the part is at a plurality of angular positions is investigated. The extraction means extracts the angular position of the redundant joint portion that is the motion range that satisfies a predetermined condition from the motion ranges obtained by the investigation means. The joint control means controls the remaining joint to be angularly displaced in a state where the redundant joint is arranged at the angular position extracted by the extraction means. By controlling the remaining joint portions to be angularly displaced in a state where the redundant joint portions are arranged at the angular positions extracted by the extraction means in this way, the free end portion of the articulated robot can perform the predetermined operation. The range can be operated continuously. Therefore, by extracting the angular position of the redundant joint part for each condition, the free end part of the articulated robot can be reliably and continuously operated within the operation range that satisfies the above condition, and control according to the work can be performed. It can be performed simply.
また本発明によれば、前記予め定める条件を満たす動作範囲は、予め指定された位置を含むので、多関節ロボットの遊端部を前記予め指定された位置に確実に配置することができる。 Further, according to the present invention, since the motion range that satisfies the predetermined condition includes a predesignated position, the free end portion of the articulated robot can be reliably arranged at the predesignated position.
また本発明によれば、補助制御手段は、少なくとも1つの関節部の角度位置が可動範囲の限界位置に近づいた場合、前記遊端部を予め定める軌道上に保持しながら、前記関節部の角度位置を前記可動範囲の中央位置に近づけるように前記冗長関節部を角変位させる。これによって角度位置が可動範囲の限界位置に近づいていた関節部は、前記可動範囲の中央位置に近づくので、角変位動作することが可能となり、遊端部を所定の位置に配置するための角変位動作を確実に行い、遊端部を所定の動作範囲で動作させたり、所定の位置に確実に配置したりすることができる。また補助制御手段は、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、前記遊端部の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させるので、前記遊端部はより広い動作範囲内で動作することができる。 Further, according to the present invention, the auxiliary control means is configured such that when the angular position of at least one joint portion approaches the limit position of the movable range, the angle of the joint portion is held while holding the free end portion on a predetermined track. The redundant joint is angularly displaced so that the position approaches the center position of the movable range. As a result, the joint portion whose angular position is approaching the limit position of the movable range approaches the central position of the movable range, so that the angular displacement operation can be performed, and the corner for placing the free end portion at a predetermined position. The displacement operation can be reliably performed, and the free end portion can be operated within a predetermined operation range, or can be reliably disposed at a predetermined position. Further, the auxiliary control means angularly displaces the redundant joint portion in order to widen the operating range of the free end portion when the angular position of each joint portion is in the vicinity of the center position of the movable range. It can operate within a wide operating range.
図1は、本発明の実施の一形態の多関節ロボット1の制御装置2を示すブロック図である。多関節ロボット1は、7自由度を有する冗長自由度のロボットであり、複数の、本実施の形態では6つのアーム体3〜8と、アーム体を回転自在に連結する複数の、本実施の形態では7つの関節部9〜15とを有する。各アーム体3〜8は、それぞれ連結されて直線状に延びるアーム構成体16を構成する。
FIG. 1 is a block diagram showing a
各関節部9〜15は、同軸関節部と傾斜関節部とが組み合わされて設けられる。同軸関節軸は、隣接する2つのアーム体を、その各アーム体の軸線と同軸の回転軸線まわりに回転自在に連結する。傾斜関節部は、隣接する2つのアーム体のうちの一方を、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに円錐回転自在に連結する。詳細に述べると、第1関節部9、第5関節部13および第7関節部15は、同軸関節部であり、第2関節部10、第3関節部11、第4関節部12および第6関節部14は、傾斜関節部である。また本発明において、用語「回転」とは、回転軸線まわりに360度以上の回転だけでなく、回転軸線まわりに360度以下の角度で角変位する状態も含むものとする。
Each joint part 9-15 is provided combining the coaxial joint part and the inclination joint part. The coaxial joint shaft connects two adjacent arm bodies so as to be rotatable about a rotation axis that is coaxial with the axis of each arm body. The inclined joint portion connects one of two adjacent arm bodies so as to be conically rotatable about a rotation axis inclined with respect to the axis of each arm body. Specifically, the first
アーム構成体16の一端部である第1アーム体3の一端部は、壁面20などに固定される基台17に、第1関節部9によって、第1アーム体3の軸線L3と同軸の第1回転軸線L9まわりに回転自在に連結されている。第2アーム体4の一端部は、第2関節部10によって、第1アーム体3の軸線L3および第2アーム体4の軸線L4に対して所定の角度、本実施の形態では45度で傾斜する第2回転軸線L10まわりに回転自在に、第1アーム体3の他端部に連結される。第3アーム体5の一端部は、第3関節部11によって、第2アーム体4の軸線L4および第3アーム体5の軸線L5に対して所定の角度、本実施の形態では45度で傾斜する第3回転軸線L11まわりに回転自在に、第2アーム体4の他端部に連結される。第2回転軸線L10と第3回転軸線L11とは平行である。
One end portion of the
第4アーム体6の一端部は、第4関節部12によって、第3アーム体5の軸線L5および第4アーム体6の軸線L6に対して所定の角度、本実施の形態では45度で傾斜する第4回転軸線L12まわりに回転自在に、第3アーム体5の他端部に連結される。第3回転軸線L11と第4回転軸線L12とは垂直である。第5アーム体7の一端部は、第5関節部13によって、第4アーム体6の軸線L6および第5アーム体7の軸線L7と同軸の第5回転軸線L13まわりに回転自在に、第4アーム体6の他端部に連結される。
One end of the
アーム構成体16の他端部である第6アーム体8の一端部は、第6関節部14によって、第5アーム体7の軸線L7および第6アーム体8の軸線L8に対して所定の角度、本実施の形態では45度で傾斜する第6回転軸線L14まわりに回転自在に、第5アーム体7の他端部に連結される。多関節ロボット1の遊端部となるエンドエフェクタ18は、第6アーム体8の他端部に、第7関節部15によって、第6アーム体8の軸線L8と同軸の第7回転軸線L15まわりに回転自在に連結されている。エンドエフェクタ18は、たとえば溶接トーチやハンドリング装置などの手先装置であってもよい。
One end of the
各アーム体3〜8は、各アーム体3〜8を回転駆動するモータを内蔵する。また各アーム体3〜8は、その軸線を挿通する中空空間が形成される。この中空空間に1または複数の配線が伸びて配置される。各配線は、前記モータを駆動させるための電力、前記モータへの回転指令およびエンドエフェクタ18への電力および圧縮空気などを供給する。
Each arm body 3-8 incorporates a motor that rotationally drives each arm body 3-8. Each of the
各アーム体3〜8を回転軸線L9〜L15まわりに回転する回転機構は、従来の機構と同様であってもよい。前記回転機構は、一例を挙げると、中空形状の波動歯車機構、たとえばハーモニックドライブ(登録商標)を用いてもよい。波動歯車機構は、入力側部材と出力側部材とを備え、それらが相対的に回転する。入力側部材は、各関節部9〜15によって連結する2つの部材(基台およびアーム体)の一方に連結され、出力側部材は、前記2つの部材のうち他方に連結される。モータからの回転が入力側部材に与えられると、入力側部材と出力側部材とが相対的に回転する。これによって一方のアーム体と他方のアーム体とを相対的に回転させることができる。このような回転機構が、各アーム体3〜8に設けられることによって、隣接する2つのアーム体を相対的に回転させることができる。
The rotation mechanism that rotates the
空間座標系は、図1に示すように、多関節ロボット1の基台17が固定されている壁面20に沿う互いに垂直な2つの方向をそれぞれX方向およびY方向とし、壁面20に垂直で壁面20から離反する方向をZ方向とする。
As shown in FIG. 1, the spatial coordinate system has two directions perpendicular to the
制御装置2は、中央演算処理部19を備える。中央演算処理部19は、たとえばCPUおよびメモリなどで実現され、多関節ロボット1を制御するために必要な演算を行って、その演算結果を動作指令として多関節ロボット1に与える。
The
図2は、制御装置2の中央演算処理部19による多関節ロボット1の制御方法の手順を示すフローチャートである。ステップs0で手順が開始されてステップs1に進む。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of a method for controlling the articulated
調査工程であるステップs1では、調査手段である中央演算処理部19は、予め定める冗長関節部、本実施の形態では第1関節部9を固定した状態で、残余の関節部10〜15の角度位置(θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7)を変化させたときの多関節ロボット1のエンドエフェクタ18の動作範囲を、第1関節部9が複数の角度位置θ1にある場合について調査してステップs2に進む。
In step s1, which is the investigation process, the
図3〜図10は、第1関節部9をある角度位置θ1に固定した状態で、残余の関節部である第2〜第7関節部10〜15の角度位置(θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7)を変化させるシミュレーションを行ったときの、多関節ロボット1のエンドエフェクタ18の動作範囲を平面X=0に限定した場合の、エンドエフェクタ18近傍にある第6関節部14の動作範囲を示す図である。図3は、θ1=0度のときであり、図4は、θ1=45度のときであり、図5は、θ1=90度のときであり、図6は、θ1=135度のときであり、図7は、θ1=180度のときであり、図8は、θ1=225度のときであり、図9は、θ1=270度のときであり、図10は、θ1=315度のときである。
3 to 10 show the angular positions (θ 2 , θ 3 ,...) Of the second to seventh
抽出工程であるステップs2では、抽出手段である中央演算処理部19は、ステップs1において得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置θ1を抽出してステップs3に進む。
In the extraction step is a step s2, an extracting means
図5および図9に示すように、第1関節部9の角度位置θ1が90度および270度のとき、他の図3、図4、図6〜図8、図10に示す角度位置θ1に比べて連続的に動作可能な動作範囲が広いことがわかる。また図3および図7に示すように、第1関節部9の角度位置θ1が0度および180度のとき、他の図4〜図6、図8〜図10に示す角度位置θ1に比べて連続的に動作可能な動作範囲が狭いことがわかる。また図3および図7に示すように、第1関節部9の角度位置θ1が0度および180度のとき、動作範囲が2つに分かれており、このとき多関節ロボット1のエンドエフェクタ18は、一方の動作範囲から他方の動作範囲に直接連続的に移動することができない。しかし第1関節部9の角度位置θ1が90度および270度のときは、平面X=0におけるZ方向の下限はZ=1000ミリメートル程度であるけれども、θ1が0度および180度のときは、平面X=0におけるZ方向の下限はZ=200ミリメートル程度にまですることができる。
As shown in FIGS. 5 and 9, when the angular position θ 1 of the first
したがってエンドエフェクタ18が連続的に動作可能な広い動作範囲を得たい場合には、第1関節部9の角度位置θ1をたとえば90度および270度にしてもよく、エンドエフェクタ18をZ軸方向の値の小さい位置に配置したい場合には、第1関節部9の角度位置θ1を0度および180度にしてもよい。このように予め指定されるエンドエフェクタ18を配置したい位置を含む動作範囲、換言すれば予め定める条件を満たす動作範囲に基づいて、第1関節部9の角度位置θ1を任意の値に切換えるようなスイッチを制御装置2に設けることで、操作者が前記スイッチを切換操作することによってエンドエフェクタ18を所望の位置に容易に配置することができる。
Thus if the
関節部制御工程であるステップs3では、関節部制御手段である中央演算処理部19は、冗長関節部である第1関節部9をステップs2において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部10〜15を角変位させるように制御してステップs4に進み、全ての手順を終了する。ステップs3では、抽出された第1関節部9の角度位置のうち、前記第1関節部9の現在の角度位置に近い方が設定される。
In step s3, which is a joint control step, the
以上のように多関節ロボット1のエンドエフェクタ18の動作範囲がX=0の平面内に限定される場合には、冗長関節部である第1関節部9の角度位置θ1を容易に導出することができる。また多関節ロボット1のエンドエフェクタ18の動作範囲がX=0の平面内に限定されない場合には、たとえば90度および270度の代わりに、θ1={tan−1(y/x)+90}度およびθ1={tan−1(y/x)+270}度とすればよい。ここでxはエンドエフェクタ18のX方向の座標であり、yはエンドエフェクタ18のY方向の座標であり、tan−1は逆正接関数である。同様に0度および180度の代わりには、θ1=tan−1(y/x)度およびθ1={tan−1(y/x)+180}度とすればよい。このように多関節ロボット1のエンドエフェクタ18の動作範囲がX=0の平面内に限定されない場合でも、冗長関節部である第1関節部9の角度位置θ1を容易に導出することができる。したがってどのような動作範囲であっても、冗長関節部である第1関節部9の角度位置θ1を容易に導出することができる。
As described above, when the movement range of the
以上のように本実施の形態では、第1関節部9を冗長関節部としたけれども、第1〜第4関節部9〜12のいずれか1つを冗長関節部にしてもよく、冗長関節部となった第1〜第4関節部9〜12に関して、前述の図2に示すフローチャートの手順を行うことができる。このように冗長関節部を抽出工程において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御することによって、多関節ロボット1のエンドエフェクタ18は、前記予め定める動作範囲を連続的に動作することができる。したがって条件毎に冗長関節部の角度位置を抽出しておくことによって、前記条件を満たす動作範囲において多関節ロボット1のエンドエフェクタ18を確実に連続的に動作させることができ、このような制御を簡便に行うことができる。。
As described above, in the present embodiment, the first
また本実施の形態では、冗長関節部とした第1関節部9の固定する角度位置θ1を0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度と、0度から45度刻みとしたけれども、これに限ることはない。前記角度位置θ1は、たとえば0度から10度刻みで、0度、10度、20度、…、340度、350度と設定してもよいし、0度から30度刻みで、0度、30度、60度、…、300度、330度と設定してもよい。
Further, in the present embodiment, the angular position θ 1 to be fixed by the first
また前述の制御方法は、少なくとも1つの関節部の角度位置が可動範囲の限界位置に近づいた場合、エンドエフェクタ18を予め定める軌道上に保持しながら、当該関節部の角度位置を前記可動範囲の中央位置に近づけるように冗長関節部を角変位させ、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、エンドエフェクタ18の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させる補助制御工程をさらに含むようにしてもよい。
In the above control method, when the angular position of at least one joint portion approaches the limit position of the movable range, the angular position of the joint portion is set within the movable range while holding the
具体的には、まずエンドエフェクタ18を予め定める軌道上に保持して、エンドエフェクタ18の位置および姿勢を保持した状態で、予め定める冗長関節部の変位角度量Δθだけ現在の角度位置からプラス方向に角変位させたときの残余の関節部の角度位置を、逆変換によって求める。
Specifically, first, the
続いてエンドエフェクタ18を予め定める軌道上に保持して、エンドエフェクタ18の位置および姿勢を保持した状態で、予め定める冗長関節部の変位角度量Δθだけ現在の角度位置からマイナス方向に角変位させたときの残余の関節部の角度位置を、逆変換によって求める。
Subsequently, the
続いて、このようにして求められた冗長関節部を除く残余の関節部の角度位置から、可動範囲の限界位置に近づいた関節軸の角度を、冗長関節部をプラス方向に角変位させたときとマイナス方向に角変位させたときとで比較して、限界位置から遠い方を採用する。 Subsequently, when the angle of the joint axis approaching the limit position of the movable range is angularly displaced in the plus direction from the angle position of the remaining joint part excluding the redundant joint part thus obtained. Compared with the case of angular displacement in the minus direction, the one far from the limit position is adopted.
また多関節ロボット1の各関節部9〜15は、可動範囲がたとえば−180度以上、+180度以下のように予め決まっており、これを超えて関節部を角変位させることはできない。このように各関節部9〜15が可動範囲を超えて角変位することを回避するためには、少なくとも1つの関節部が可動範囲の限界位置に近づいたときに、当該関節部を可動範囲の中央位置に引き戻すように冗長関節部を角変位させることによって、各関節部の可動範囲に由来する問題点を取除くことができる。
In addition, the
これによって角度位置が可動範囲の限界位置に近づいていた関節部は、前記可動範囲の中央位置に近づくので、角変位動作することが可能となり、エンドエフェクタ18を所定の位置に配置するための角変位動作を確実に行い、エンドエフェクタ18を所定の動作範囲で動作させたり、所定の位置に確実に配置したりすることができる。また補助制御工程では、各関節部の角度位置が可動範囲の中央位置近傍にある場合、エンドエフェクタ18の動作範囲を広くするために冗長関節部を角変位させるので、エンドエフェクタ18はより広い動作範囲内で動作することができる。
As a result, the joint portion whose angular position is approaching the limit position of the movable range approaches the central position of the movable range, and therefore, it is possible to perform an angular displacement operation, and an angle for arranging the
本実施の形態において、予め定める軌道とは、ロボットが行う作業に応じて、たとえばアーク溶接時の溶接線、またはマテリアルハンドリング時の荷物の通過軌道に応じて、操作者がオンラインまたはオフラインで教示する軌道である。 In the present embodiment, the predetermined trajectory is taught online or offline by the operator according to the work performed by the robot, for example, the welding line at the time of arc welding or the passage trajectory of the load at the time of material handling. Orbit.
1 多関節ロボット
2 制御装置
9〜15 関節部
18 エンドエフェクタ
19 中央演算処理部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する調査工程と、
前記調査工程において得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する抽出工程と、
冗長関節部を前記抽出工程において抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する関節部制御工程とを含むことを特徴とする制御方法。 A control method for controlling an articulated robot having a plurality of joints including redundant joints,
Investigate the movement range of the free-end part of the articulated robot when the angular position of the remaining joint part is changed with the redundant joint part fixed in advance, when the redundant joint part is at a plurality of angular positions. Survey process to
An extraction step of extracting an angular position of a redundant joint portion that is an operation range that satisfies a predetermined condition among the operation ranges obtained in the investigation step;
And a joint portion control step for controlling the remaining joint portions to be angularly displaced in a state where the redundant joint portions are arranged at the angular positions extracted in the extraction step.
予め定める冗長関節部を固定した状態で、残余の関節部の角度位置を変化させたときの多関節ロボットの遊端部の動作範囲を、前記冗長関節部が複数の角度位置にある場合について調査する調査手段と、
前記調査手段によって得られた各動作範囲のうち、予め定める条件を満たす動作範囲となる冗長関節部の角度位置を抽出する抽出手段と、
冗長関節部を前記抽出手段によって抽出された角度位置に配置した状態で、残余の関節部を角変位させるように制御する関節部制御手段とを含むことを特徴とする制御装置。 A control device for controlling an articulated robot having a plurality of joint parts including redundant joint parts,
Investigate the movement range of the free-end part of the articulated robot when the angular position of the remaining joint part is changed with the redundant joint part fixed in advance, when the redundant joint part is at a plurality of angular positions. Investigation means to
An extraction means for extracting an angular position of a redundant joint portion that is an operation range that satisfies a predetermined condition among the operation ranges obtained by the investigation means;
A control apparatus comprising: joint control means for controlling the remaining joint portions to be angularly displaced in a state where the redundant joint portions are arranged at the angular positions extracted by the extraction means.
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JP2004011023A JP2005199412A (en) | 2004-01-19 | 2004-01-19 | Controlling method and controlling device |
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