JP2006236031A

JP2006236031A - ロボット軌跡制御方法及び装置並びにロボット軌跡制御方法のプログラム

Info

Publication number: JP2006236031A
Application number: JP2005050210A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Igarashi; 克司五十嵐
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Also published as: CN1824471A; KR100765671B1; KR20060094894A; EP1696294A2; US20060195228A1; TWI303359B; TW200643670A

Abstract

【課題】再教示によりデータを生成する場合、効率のよいロボット軌跡制御方法、装置等を実現することを目的とする。
【解決手段】ロボット１００外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準としてロボット１００が有する手先ツール１０１の位置及び姿勢を算出する工程と、ロボット１００上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係とに基づいて、ローカル座標系を基準とした手先ツール１０１の位置及び姿勢を、ロボットベース座標系を基準とした手先ツール１０１の位置及び姿勢に変換する工程とを軌道制御データ生成手段１Ｄが有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、加工用の工具をロボット周辺に固定し、ロボット（マニピュレータ）に加工対象物を把持（挾持）させ、ロボットの位置及び姿勢を制御して加工対象物を移動させて加工を行うためのロボット軌跡制御方法及び装置に関するものである。

従来から、様々な種類のロボットが用いられ、物の加工を行っている。ロボットの加工方法についても様々あり、例えば、ロボットの先に取り付けた手先効果器（エンドエフェクタ。以下、手先ツールという）に加工対象物（以下、ワークという）を把持させ、ロボット外部に固定した工具（以下、外部固定ツールという）に対して、ロボットによりワークを移動させて加工する方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。通常、ロボットを用いてワークを加工する前に、加工時におけるロボット（ワーク）の軌跡を制御するため、加工作業開始位置、終了位置等をロボット制御装置に教示（ティーチング）し、座標データ等を生成しておく作業が行われる。
特開平２−８２３０２号公報

従来から、教示に基づいて座標データ等を生成する際、基準とする座標系として、例えばロボットが設置されている基部（台座）上の点を原点、ＸＹ平面とするロボットベース座標系を用いている。教示により得られたデータは、データがロボットベース座標系と密接に関係するため、その位置に設置されているそのロボット固有のデータとして定義される。したがって、メンテナンスによる設置ずれ、ロボットの機体変更等の際には、教示を再度行い、多くのデータを再度生成し直す必要があった。そのため、メンテナンス等を行ったときの復旧に時間がかかるという問題があった。

そこで本発明は、再度、教示作業を行ってデータを生成する場合等において、その時間をできる限り短縮する等、作業の効率を高めることができるロボット軌跡制御方法、装置等を実現することを目的とする。

本発明に係るロボット軌跡制御方法は、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、手先効果器の位置と加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、手先効果器の姿勢を算出する工程と、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係に基づいて、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢に変換する工程とを有する。
本発明によれば、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点にローカル座標系を設定し、手先効果器と外部制御点との位置関係等、ロボットの動作に関係する、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにし、ロボットベース座標系への変換を演算により求めることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボットベース座標系とローカル座標系との関係について修正するだけでよく、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。特に加工対象物をロボットの手先効果器に把持させて移動させる場合は、教示作業が多く、加工の際にロボットに複雑な動作を行わせることが多いので、有効に時間短縮等を図ることができる。

また、本発明に係るロボット軌跡制御方法は、ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了における、ロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する工程と、教示データに基づき、動作開始及び動作終了における手先ツール座標系を基準としたロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する工程と、動作開始及び動作終了における、手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置に関するデータに基づいて、動作開始から動作終了に至る手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における手先効果器の姿勢のデータをローカル座標系を基準として生成する工程と、手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、ローカル座標系を基準とした外部制御点の位置を算出し、さらに、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係から、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する工程とを有する。
本発明によれば、教示作業で得られた動作開始及び動作終了における手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成し、教示データに基づいて外部制御点の位置を手先ツール座標系で算出して補間を行っていき、手先効果器の位置及び姿勢をローカル座標系、そして、ローカル座標系とロボットベース座標系との関係に基づいて演算し、ロボットベース座標系で表すようにすることで、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにすることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボットベース座標系とローカル座標系との関係について修正するだけでよく、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。

また、本発明に係るロボット軌跡制御装置は、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、手先効果器の位置と加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、手先効果器の姿勢を算出し、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係に基づいて、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢に変換する軌道制御データ生成手段を備える。
本発明によれば、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点にローカル座標系を設定し、手先効果器と外部制御点との位置関係等、ロボットの動作に関係する、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにし、ロボットベース座標系への変換を軌道制御データ生成手段の演算により求めることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボットベース座標系とローカル座標系との関係について修正するだけでよく、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。特に加工対象物をロボットの手先効果器に把持させて移動させる場合は、教示作業が多く、加工の際にロボットに複雑な動作を行わせることが多いので、有効に時間短縮等を図ることができる。

また、本発明に係るロボット軌跡制御装置は、ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了におけるロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する教示信号処理手段と、教示データに基づき、動作開始及び動作終了における手先ツール座標系を基準としたロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する位置・姿勢設定手段と、動作開始及び動作終了における、手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置に関するデータに基づいて、動作開始から動作終了に至る手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における手先効果器の姿勢のデータをローカル座標系を基準として生成する補間手段と、手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、ローカル座標系を基準とした外部制御点の位置を算出し、さらに、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係から、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する軌道制御データ生成手段とを備える。
本発明によれば、教示信号処理手段が、教示作業で得られた動作開始及び動作終了における手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成し、位置・姿勢設定手段が教示データに基づいて外部制御点の位置を手先ツール座標系で算出し、補間手段が補間を行っていき、軌道制御データ生成手段が手先効果器の位置及び姿勢をローカル座標系、そして、ローカル座標系とロボットベース座標系との関係に基づいてロボットベース座標系で表すようにしたので、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにすることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボットベース座標系とローカル座標系との関係について修正するだけでよく、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。

また、本発明に係るロボット軌跡制御方法のプログラムは、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、手先効果器の位置と加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、手先効果器の姿勢を算出する工程と、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係に基づいて、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢に変換する工程とをコンピュータに行わせる。
本発明によれば、加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点にローカル座標系を設定し、手先効果器と外部制御点との位置関係等、ロボットの動作に関係する、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにし、ロボットベース座標系への変換をコンピュータの演算により求めることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。特に加工対象物をロボットの手先効果器に把持させて移動させる場合は、教示作業が多く、加工の際にロボットに複雑な動作を行わせることが多いので、有効に時間短縮等を図ることができる。

また、本発明に係るロボット軌跡制御方法のプログラムは、ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了におけるロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する工程と、教示データに基づき、動作開始及び動作終了における手先ツール座標系を基準としたロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する工程と、動作開始及び動作終了における、手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置に関するデータに基づいて、動作開始から動作終了に至る手先ツール座標系を基準とした外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における手先効果器の姿勢のデータをローカル座標系を基準として生成する工程と、手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、ローカル座標系を基準とした外部制御点の位置を算出し、さらに、ロボット上に設定したロボットベース座標系とローカル座標系との関係から、ロボットベース座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する工程とをコンピュータに行わせる。
本発明によれば、教示作業で得られた動作開始及び動作終了における手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成し、教示データに基づいて外部制御点の位置を手先ツール座標系で算出して補間を行っていき、手先効果器の位置及び姿勢をローカル座標系、そして、ローカル座標系とロボットベース座標系との関係に基づいて演算し、ロボットベース座標系で表すようにすることで、手先効果器の位置及び姿勢のデータがロボットベース座標系に直接依存しないようにすることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボットベース座標系とローカル座標系との関係について修正するだけでよく、再教示の手間を減らし、時間短縮等、復旧作業を効率よく行うことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るロボット軌跡制御装置を中心とするシステムを表す図である。本実施の形態のロボット軌跡制御装置１０は、軌跡制御手段１、データ記憶手段２及び入力設定手段３で構成している。ロボット軌跡制御装置１０は、駆動信号を出力し、ロボット１００の各関節（軸）の位置及び姿勢を制御する。これにより、ロボット１００の手先ツール１０１に把持等されたワーク３００の位置及び姿勢も制御される。本実施の形態は、例えば直方体のワーク３００の一辺（線分）を加工する作業を行うものとする。そのため、外部固定ツール２００の加工点が、ワーク３００上の加工作業の動作開始位置から終了位置にかけて直線に相対移動する軌跡となるように、ロボット１００の位置及び姿勢を制御する処理を行う。ここで、外部固定ツール２００の先端部分を加工点とし、加工点が後述する演算において設定される外部制御点となるものとする。

軌跡制御手段１は、さらに教示信号処理部１Ａ、位置・姿勢設定部１Ｂ、位置・姿勢補間部１Ｃ、軌道制御データ生成部１Ｄ、関節位置演算部１Ｅ及び信号出力処理部１Ｆで構成される。教示信号処理部１Ａは、ロボット１００による教示作業（教示点設定等）を行うことで入力設定手段３から送信される教示信号に基づくデータ（以下、教示データという）を生成する。そして、位置・姿勢設定部１Ｂは、教示データに基づいて手先ツール１０１の位置及び姿勢に関する設定を行う。本実施の形態では、動作開始及び終了における、手先ツール１０１に設定した手先ツール座標系を基準にした外部制御点の位置に関する演算を行い、開始データ及び終了データとして設定する。また、位置・姿勢補間部１Ｃは、位置・姿勢設定部１Ｂの演算で得られた開始データ及び終了データに基づいて補間処理を行い、補間点における手先ツール１０１の位置及び姿勢を表す補間データを生成する。軌道制御データ生成部１Ｄは、開始データ及び終了データ並びに補間データに基づいて軌道制御データを生成する。さらに関節位置演算部１Ｅは、算出した軌道制御データに基づいてロボット１００が備えている各関節（軸）の位置（関節角の位置）をデータ（以下、関節データという）として算出する。信号出力処理部１Ｆは、関節データを含む駆動信号をロボット１００に出力し、ロボット１００を駆動させる。

ここで、本実施の形態では、例えばＣＰＵを中心とする制御処理装置により軌跡制御手段１を実現するものとし、制御処理装置がそれぞれの部が行う処理を実行するものとする。この場合、例えば、各部が処理を行う手順がプログラムとしてデータ記憶手段２に記憶されている。

データ記憶手段２は、軌跡制御手段１が処理を行うために必要となるデータが記憶されている。後述するように、特に位置・姿勢設定部１Ｂ、位置・姿勢補間部１Ｃ及び軌道制御データ生成部１Ｄにより、教示データに基づいて軌跡制御データを生成するために必要となる、ロボットベース基準座標系、第１ローカル座標系、第２ローカル座標系、手先ツール座標系、外部制御点座標系に関して定義したデータ及び外部制御点（外部固定ツール２００）に関するデータを記憶する。入力設定手段３は、ロボット１００の教示作業（ティーチング）による教示信号を生成する。また、例えばキーボード等のデータ入力手段を入力設定手段３として用い、数値等のデータ入力を行って教示信号を生成してもよい。

ロボット１００については、例えば６軸垂直多関節ロボット、スカラーロボット等、様々な種類があるが、種類については特に限定しない。また、外部固定ツール２００についても、例えば溶接用工具等、その種類、用途等は問わない。ワーク３００についても同様である。

図２はロボット１００と各座標系の関係を表す図である。本実施の形態の軌跡制御手段１の処理について説明する前に、データ記憶手段２に記憶されている座標系の定義（設定）について説明する。ロボットベース座標系については、ロボット１００が設置されている基部のある位置（例えば中心点）を基準点（原点）、例えば台座をＸＹ平面として定義する。

次にローカル座標系について定義する。本実施の形態では、手先ツール及び外部制御点のそれぞれにローカル座標系を定義するが、統一したローカル座標系を定義してもよい。各ローカル座標系は、ロボットベース座標系を並進（平行移動）及び／又は回転して定義した、ロボット外の固定点を原点とする任意の座標系である。固定点にローカル座標系を定義することにより、手先ツールとの外部制御点との位置関係、手先ツール、外部制御点の位置、姿勢等、ロボット１００の動作に関する座標等のデータについて、ローカル座標系を基準にしたデータを生成できるようにしておけば、ロボット１００の機種、設置条件等によって変更されるロボットベース座標系に依存しなくてもよく、動作に関する位置関係を確定することができる。例えば、メンテナンス後にロボット１００の設置ずれ等があったとしても、ローカル座標系とロボットベース座標系との関係（後述するように、同次変換行列等）を修正するだけでよく、時間を短縮し、効率よい復旧作業を行うことができる。

図３は本実施の形態で用いる行列を概念的に表したものである。第１ローカル座標系は外部固定ツール２００に基づいて設定する外部制御点の位置（外部制御点座標系の原点とする）及び姿勢（外部制御点座標系の各軸方向と関連する）をデータとして設定するために用いる（本実施の形態では、外部固定ツール２００は固定されているので外部制御点座標系の原点、各軸方向は固定される）。例えば、外部固定ツール２００の設置位置周辺に位置する装置に対して定義した座標系を第１ローカル座標系とすることができる。ここで、本実施の形態では、第１ローカル座標系をロボットベース座標系を基準に定義したときの同次変換行列を図３（ａ）のように⁰Ｔ_L1（４×４行列）で表すものとする。また、この同次変換行列に含まれる回転の要素に係る行列（ここでは回転行列という）を図３（ｂ）⁰Ｒ_L1（３×３行列）で表す。そして、第１ローカル座標系における外部制御点の位置を本実施の形態では、^L1Ｐ_Eで表す。ここで、^L1Ｐ_Eをはじめ、本実施の形態で位置を表す行列（ベクトル）について、回転の要素に係る行列との演算を行う場合は図３（ｃ）のように３×１行列とし、同次変換行列との演算を行う場合は４行目に“１”を追加して４×１行列とする。同次変換行列と回転行列との演算の場合も同様に調整する必要がある。

一方、第２ローカル座標系は手先ツール１０１の位置及び姿勢を設定するために用いる。例えば、ワークが積まれるトレイに対して定義した座標系を第２ローカル座標系とすることができる。第１ローカル座標系と同様に、本実施の形態では、第２ローカル座標系をロボットベース座標系を基準に定義したときの同次変換行列を⁰Ｔ_L2（４×４行列）で表すものとする。また、この同次変換行列に含まれる回転の要素に係る行列を⁰Ｒ_L2（３×３行列）で表す。手先ツール座標系は、ロボット１００が有する手先ツール１０１上のある位置（例えば中心位置）を原点として定義した座標系である。ここで手先ツール座標系の原点が手先ツール１０１の位置となり、各軸方向と手先ツール１０１の姿勢とが関連しているものとする。

次に本実施の形態の軌跡制御手段１の処理について、特に位置・姿勢設定部１Ｂ、位置・姿勢補間部１Ｃ及び軌道制御データ生成部１Ｄにおける処理を中心に説明する。まず、教示信号処理部１Ａは、ロボット１００に教示を行うことで送信される教示信号に基づいて、ワークの加工開始及び終了の位置及び姿勢について第２ローカル座標系を基準に定義する処理を行う。このとき、開始位置、姿勢を表す行列をそれぞれ^L2Ｐ_S、^L2Ｒ_TSとし、終了位置、姿勢を表す行列（ベクトル）をそれぞれ^L2Ｐ_D、^L2Ｒ_TDとする。

位置・姿勢設定部１Ｂは、加工開始時及び終了時の手先ツール座標系における外部制御点の位置を算出する。開始時の手先ツール座標系における外部制御点の位置を^T(TS)Ｐ_Eとすると、^T(TS)Ｐ_Eは次式（１）及び（２）で表される。ここで、手先ツール座標系の軸方向は加工開始における手先ツール１０１の姿勢に依存する。また、⁰Ｐ_SEはロボットベース座標系における加工開始位置から外部制御点に向かうベクトルを表す。さらに、例えば（⁰Ｒ_L2）^-1は、⁰Ｒ_L2の逆行列であることを表す。
⁰Ｐ_SE＝⁰Ｔ_L1 ^L1Ｐ_E−⁰Ｔ_L2 ^L2Ｐ_S …（１）
^T(TS)Ｐ_E＝（^L2Ｒ_TS）^-1（⁰Ｒ_L2）^-10Ｐ_SE …（２）

同様にして、加工終了時の手先ツール座標系における外部制御点の位置を^T(TD)Ｐ_Eとすると、^T(TD)Ｐ_Eは次式（３）及び（４）で表される。ここで、手先ツール座標系の軸方向は加工終了における手先ツール１０１の姿勢に依存する。また、⁰Ｐ_DEはロボットベース座標系における加工終了位置から外部制御点に向かうベクトルを表す。
⁰Ｐ_DE＝⁰Ｔ_L1 ^L1Ｐ_E−⁰Ｔ_L2 ^L2Ｐ_D …（３）
^T(TD)Ｐ_E＝（^L2Ｒ_TD）^-1（⁰Ｒ_L2）^-10Ｐ_DE …（４）

そして、位置・姿勢補間部１Ｃでは、位置・姿勢設定部１Ｂが算出した加工開始時及び終了時の手先ツール座標系における外部制御点の位置に基づいて、逐次演算を行って補間データを生成する。補間データを生成するための演算方法（アルゴリズム）については特に限定しない。ここで、算出されたある補間データにおいて、手先ツール座標系における外部制御点の位置を^T(TC)Ｐ_Eとする。そして、姿勢について第２ローカル座標系を基準に^L2Ｒ_TCで表す。このとき、ロボットベース座標系を基準とした手先ツール１０１の位置（手先ツール座標系の原点）を⁰Ｐ_TCとし、その姿勢（手先ツール座標系の軸方向）を⁰Ｒ_TCとすると、軌道制御データとなる⁰Ｐ_TC、⁰Ｒ_TCはそれぞれ次式（５）及び（６）で表される。軌道制御データ生成部１Ｄは、（５）式及び（６）式に基づいて軌道制御データを生成する。なお、位置の求め方について、最終的にその位置（ベクトル）が正しければ（５）式に限定されるものではない。また、（５）式においてはロボットベース座標系を基準とした⁰Ｐ_TCの算出を行っているが、（５）式は、基準座標系を手先ツール座標系からローカル座標系に変換する演算とローカル座標系からロボットベース座標系に変換する演算が含まれている。
⁰Ｐ_TC＝⁰Ｔ_L1（^L1Ｐ_E−（⁰Ｒ_L1）^-10Ｒ_L2 ^L2Ｒ_TC ^T(TC)Ｐ_E） …（５）
⁰Ｒ_TC＝⁰Ｒ_L2 ^L2Ｒ_TC …（６）

関節位置演算部１Ｅは軌道制御データに基づいて逆運動学計算を行い、手先ツール１０１（ワーク３００）を所望の位置及び姿勢にするためのロボット１００にある各関節（軸）の位置（関節角位置）を関節データとして算出する。これを次式（７）で表す。逆運動学計算とは、手先ツール１０１の位置及び姿勢から関節変位(回転、直動)を算出するための計算である。逆運動学計算に基づいて関節データを生成する方法は、軸数等、ロボット１００の種類等によって式等が異なるため、ここでは詳細を省略する。
θ＝ｆ^-1（⁰Ｐ_TC，⁰Ｒ_TC） …（７）

信号出力処理部１Ｆは、関節データに応じて、ロボット１００を駆動させるための駆動信号をロボット１００に出力する。ロボット１００は、駆動信号に基づいて各関節を回転し、駆動する。

以上のように実施の形態１によれば、ロボット１００外の固定点に第１及び第２のローカル座標系を設定し、ワーク３００を把持する手先ツール１０１の位置及び姿勢、外部制御点（ワーク３００を加工する外部固定ツール２００）の位置をそれぞれ第１及び第２のローカル座標系で設定し、教示信号に基づいて、教示信号処理部１Ａ、位置・姿勢設定部１Ｂ、位置・姿勢補間部１Ｃ及び軌道制御データ生成部１Ｄが処理を行ってロボットベース座標系を基準とした手先ツール１０１の位置、姿勢を表す軌道制御データを生成することでロボット１００の動作に関する、手先ツール１０１の位置及び姿勢、外部制御点の位置、これらの位置関係がロボットベース座標系に直接依存しないようにすることができる。そのため、例えばメンテナンスによりロボットの位置ずれが発生したとしても、ロボット１００の動作に関する手先ツール１０１と外部制御点との関係は変わらない。したがって、復旧作業時等においては、ロボットベース座標系とローカル座標系との間の位置関係（同次変換行列）を変更するだけで、ロボットベース座標系を基準とした手先ツール１０１の位置及び姿勢を導き出すことができる。また、動作に関する位置関係等は別のロボットにも適用することができるので、各ロボット固有に定義する必要がなく、汎用化を図ることができ、教示作業の効率化を図ることができる。これは、複雑な動作を行わせるために多くの教示を行う、外部固定ツール２００に対してロボット１００がワーク３００を移動させて加工する場合に特に有効である。

実施の形態２．
上述の実施の形態では、ローカル座標系として第１及び第２ローカル座標系を設定しているが、本発明はこれに限定されず、統一したローカル座標系を設定することができる。この場合、（１）〜（４）式においては、ロボットベース座標系を基準とする同次変換行列等を用いることなく、ローカル座標系を基準として^T(TS)Ｐ_E及び^T(TD)Ｐ_Eを算出することができる。

また、上述の実施の形態では、手先ツール１０１、外部制御点とロボットベース座標系との関係をそれぞれ第１、第２ローカル座標系を介して表すようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。ロボットベース座標系を基準とした手先ツール１０１、外部制御点の位置、姿勢を、多段のローカル座標系の変換を行って表すようにしてもよい。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、直線状に加工するための軌跡を描く駆動をロボット１００に行わせたが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、教示点を増やすことにより、円弧軌道、自由曲線軌道等の軌道にならわせ、より複雑な軌跡を描く制御を行うことができる。特に本発明は教示点が多いほど復旧作業の時間短縮効果を発揮することができる。

また、上述の実施の形態では、外部固定ツール２００が固定されているので、外部制御点が移動、回転を行わなかったが、本発明は外部制御点が移動、回転を行う場合にも適用することができる。

実施の形態１のロボット軌跡制御装置を中心とした構成図である。ロボット１００と各座標系の関係を表す図である。本実施の形態で用いる行列を概念的に表したものである。

符号の説明

１軌跡制御手段、１Ａ教示信号処理部、１Ｂ位置・姿勢設定部、１Ｃ位置・姿勢補間部、１Ｄ軌道制御データ生成部、１Ｅ関節位置演算部、１Ｆ信号出力処理部、２データ記憶手段、３入力設定手段、１０ロボット軌跡制御装置、１００ロボット、１０１手先ツール、２００外部固定ツール、３００ワーク。

Claims

加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、前記手先効果器の位置と前記加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、前記手先効果器の姿勢を算出する工程と、
前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係に基づいて、前記ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢に変換する工程と
を有することを特徴とするロボット軌跡制御方法。
ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了における、前記ロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、前記ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する工程と、
前記教示データに基づき、前記動作開始及び前記動作終了における前記手先ツール座標系を基準とした前記ロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する工程と、
前記動作開始及び前記動作終了における、前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置に関するデータに基づいて、前記動作開始から前記動作終了に至る前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における前記手先効果器の姿勢のデータを前記ローカル座標系を基準として生成する工程と、
前記手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、前記ローカル座標系を基準とした前記外部制御点の位置を算出し、さらに、前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係から、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する工程と
を有することを特徴とするロボット軌跡制御方法。
加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、前記手先効果器の位置と前記加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、前記手先効果器の姿勢を算出し、前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係に基づいて、前記ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢に変換する軌道制御データ生成手段を備えることを特徴とするロボット軌跡制御装置。
ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了における、前記ロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、前記ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する教示信号処理手段と、
前記教示データに基づき、前記動作開始及び前記動作終了における前記手先ツール座標系を基準とした前記ロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する位置・姿勢設定手段と、
前記動作開始及び前記動作終了における、前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置に関するデータに基づいて、前記動作開始から前記動作終了に至る前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における前記手先効果器の姿勢のデータを前記ローカル座標系を基準として生成する補間手段と、
前記手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、前記ローカル座標系を基準とした前記外部制御点の位置を算出し、さらに、前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係から、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する軌道制御データ生成手段と
を備えることを特徴とするロボット軌跡制御装置。
加工対象物を手先効果器に把持させて移動させるロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準として、前記手先効果器の位置と前記加工対象物を加工する固定ツールに基づいて設定した外部制御点との位置関係を算出するとともに、前記手先効果器の姿勢を算出する工程と、
前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係に基づいて、前記ローカル座標系を基準とした手先効果器の位置及び姿勢を、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢に変換する工程と
をコンピュータに行わせることを特徴とするロボット軌跡制御方法のプログラム。
ロボットの教示作業によって得られた動作開始及び動作終了における、前記ロボットの手先効果器上に設定した手先ツール座標系の位置及び各軸方向を、前記ロボット外の固定点に基づいて設定したローカル座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢として教示データを生成する工程と、
前記教示データに基づき、前記動作開始及び前記動作終了における前記手先ツール座標系を基準とした前記ロボット外の外部制御点の位置に関するデータを生成する工程と、
前記動作開始及び前記動作終了における、前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置に関するデータに基づいて、前記動作開始から前記動作終了に至る前記手先ツール座標系を基準とした前記外部制御点の位置のデータを補間して生成し、各補間した位置における前記手先効果器の姿勢のデータを前記ローカル座標系を基準として生成する工程と、
前記手先効果器の位置及び姿勢のデータに基づいて、前記ローカル座標系を基準とした前記外部制御点の位置を算出し、さらに、前記ロボット上に設定したロボットベース座標系と前記ローカル座標系との関係から、前記ロボットベース座標系を基準とした前記手先効果器の位置及び姿勢のデータを生成する工程と
をコンピュータに行わせることを特徴とするロボット軌跡制御方法のプログラム。