JP2009045714A - Method and device for teaching attitude of robot arm - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、産業用ロボット、人間の生活を支援するロボット等に適用されるロボットアームの姿勢教示方法および姿勢教示装置に関する。 The present invention relates to a robot arm posture teaching method and posture teaching device applied to, for example, industrial robots, robots that support human life, and the like.
産業用ロボットや人間の生活を支援するロボットの分野において、例えば7軸以上の関節を有する多関節ロボットが提案されている(特許文献1)。この多関節ロボットは、姿勢の冗長性を有する。この「冗長性」とは、本来、余剰となるものを付加することによって、可能性が高められている状態であり、システム等においては、構成を二重化、多重化したり、予備の手段を用意したりすることによって冗長性が確保される。
また、この多関節ロボットが障害物、対象物等との干渉を回避する方法としては、前記対象物に設けた比較基準点から多関節ロボットに設けた比較基準点までの距離が最大となるようにロボットの姿勢を決定して障害物を回避し、目的作業を行う方法があった。
In addition, as a method for avoiding interference between the articulated robot and the obstacle, the object, etc., the distance from the comparison reference point provided on the object to the comparison reference point provided on the articulated robot is maximized. There was a method to avoid the obstacles by determining the posture of the robot and to perform the target work.
7軸以上の多関節ロボットは、姿勢の冗長性を備えているが、制御する方法はやや複雑である。このため、教示装置により障害物回避、対象物把持姿勢を直接指示、操作し、目的の姿勢を取らせ作業させる方法がある。しかし、この方法は、人が教示装置を用いて指示、操作を行わなければならない、換言すれば、多関節ロボットを手動操作で運転し位置データおよび実装順序を指示し記憶させなければならないため、手間と時間を要する。
また、多関節ロボットが障害物を回避し、先端に取付けられたハンドにより対象物を把持する場合、ロボットの把持姿勢は多数存在する。その中には、いわゆる「肘高さ」が高いため、位置エネルギが大きくなったり、いわゆる「手首」の曲げ角度が大きくなったりしてロボットの姿勢として適さないものも含む。
A multi-joint robot with seven or more axes has posture redundancy, but the control method is somewhat complicated. For this reason, there is a method of directing and operating the obstacle avoidance and object gripping postures by the teaching device so that the target posture is taken. However, in this method, a person must instruct and operate using a teaching device, in other words, the articulated robot must be operated manually to instruct and store position data and mounting order. It takes time and effort.
Further, when an articulated robot avoids an obstacle and grips an object with a hand attached to the tip, there are many gripping postures of the robot. Some of them are not suitable as robot postures because the so-called “elbow height” is high, so that the potential energy increases and the bending angle of the so-called “wrist” increases.
具体的に、上記冗長性を有する多関節ロボットが自動操作によって、把持対象物、障害物との干渉を回避する方法として、多関節ロボットと把持対象物、障害物にそれぞれ比較基準点を設け、これら比較基準点に基づいて算出される距離が最大となるようにロボットの姿勢を決定して障害物を回避し、目的作業を行う方法では、次のような問題点がある。
・ロボットが障害物を大きく回避し過ぎてしまい、姿勢実現のために動作角度が不所望に大きくなってしまうことがある。
・前記「肘高さ」が考慮されていないため、決定したロボットの姿勢の位置エネルギ等が大きくなってしまい、このため、必要動力が大きくなってしまうことがある。
Specifically, as a method for avoiding interference between the multi-joint robot having the above-described redundancy and the object to be grasped and the obstacle by automatic operation, a comparison reference point is provided for each of the articulated robot and the object to be grasped and the obstacle, There are the following problems in the method of performing the objective work by determining the posture of the robot so as to maximize the distance calculated based on these comparison reference points and avoiding the obstacle.
The robot may avoid the obstacles too much, and the movement angle may become undesirably large in order to realize the posture.
-Since the "elbow height" is not taken into account, the positional energy of the determined robot posture becomes large, which may increase the required power.
この発明の目的は、操作者による教示の手間と時間を低減し、ロボットアームの動作角度が不所望に大きくなることを防止すると共に、ロボットアームの姿勢の位置エネルギ等の低減を図り必要動力を小さくすることができるロボットアームの姿勢教示方法および姿勢教示装置を提供することである。 An object of the present invention is to reduce the labor and time of teaching by an operator, prevent an operation angle of the robot arm from becoming undesirably large, and reduce the positional energy of the posture of the robot arm to reduce the necessary power. It is an object to provide a posture teaching method and posture teaching device for a robot arm that can be made small.
この発明のロボットアームの姿勢教示方法は、関節を介して順次連結される可動部として、対象物Wを把持するハンド8、このハンド8に手首関節J5〜J7を介して姿勢変更可能に連結した前腕5、およびこの前腕5の肘部4に肘関節J3,J4を介して連結した上腕3を有し、前記ハンド8で対象物Wを把持するときの前記ハンド8の姿勢に冗長性を有する多関節のロボットアームRAに対し、障害物OBとの干渉を回避する条件下で、前記ハンド8が対象物Wを把持するときの前記多関節の姿勢を決定するロボットアームRAの姿勢教示方法であって、前記ハンド8が対象物Wを把持できる範囲で前記ハンド8の姿勢を種々変更し、かつ各関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)と、この姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)で干渉が生じないとされる前記ハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する評価値計算過程(ステップa2)と、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する評価値比較・教示姿勢決定過程(ステップa3)とを含み、
前記評価値については、ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、肘関節J3,J4における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を肘高さEZとし、水平面(x0,y0平面)内で前記ハンド8が前腕5に対して成す角度を手首角度θとし、前記肘高さEZと手首角度θにそれぞれ重み付けをして、その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とすることを特徴とする。
In the robot arm posture teaching method according to the present invention, the movable part sequentially connected through the joint is connected to the
For the evaluation value, a reference coordinate origin 0 0 is arbitrarily determined as a fixed coordinate system for the fixed portion of the base end of the robot arm RA, and two orthogonal axes in the horizontal direction (x 0 axis, y 0 axis) and vertical direction of one axis to (z 0 axis) consider the reference coordinate system of the orthogonal three-axis directions of the coordinate axes, and Hijidaka of E Z the vertical coordinates in the reference coordinate system of a predetermined point in the elbow joint J3, J4 The angle formed by the
この構成によると、姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)において、ハンド8が対象物Wを把持できる範囲でハンド8の姿勢を種々変更し、かつ多関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する。評価値計算過程(ステップa2)では、干渉が生じないとされる前記ハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する。この評価値は、上記(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)であり、その後、評価値比較・教示姿勢決定過程(ステップa3)において、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する。これにより、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることなく、肘高さEZすなわち位置エネルギ、手首角度θが同時に最適になる姿勢を決定することができる。
According to this configuration, in the posture change / interference determination process (step a1), the robot arm when the posture of the
前記ロボットアームRAは、前記手首関節J5〜J7が、前腕5に対してハンド8が直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能で、かつ前腕5の軸芯5i回りの回転が可能な3自由度を有する関節であり、かつ前記肘関節J3,J4が、直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能な2自由度を有する関節であっても良い。この場合、ロボットアームRAは、このような多関節によって姿勢の冗長性を有し、多数の把持姿勢を実現することができる。その際、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることなく、肘高さEZおよび手首角度θが同時に最適になる姿勢を決定することができる。
The robot arm RA has three degrees of freedom in which the wrist joints J5 to J7 can change the inclination angle of the
前記姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)は、実際に、前記ハンド8を前記対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めする仮位置決め過程(ステップa11)と、この仮位置決めを行った状態で、各関節の姿勢を、取り得る範囲で計算によって種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)と、この仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)の後、前記ハンド8の姿勢を変更して前記仮位置決め過程(ステップa11)および前記仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)を、前記ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返す繰り返し過程(ステップa13)とを含むものであっても良い。
In the posture change / interference judgment process (step a1), the provisional positioning process (step a11) for temporarily positioning the
このようにハンド8を対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めしたうえで、ロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する。しかも、仮位置決め過程(ステップa11)および仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)では、ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返すだけであるため、操作者による教示の手間と時間を低減することができる。
In this way, after the
前記姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)では、前記手首関節J5〜J7に座標原点O7を設定した手首座標系において、ハンド8の表面8aに対象物接触点Hを設定し、前記仮位置決め過程(ステップa11)において、前記対象物接触点Hを対象物Wに接触させた状態に前記ハンド8を仮位置決めし、仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)において、仮位置決めしたハンド8の前記対象物接触点Hと把持対象物Wの中心との位置関係から、前記基準座標系における前記手首座標系の原点を手首座標として求め、この求めた手首座標と障害物の中心との距離、および手首座標と対象物Wの中心との距離をそれぞれ計算し、ロボットアームRAが前記障害物OBおよび把持対象物Wと干渉しないかを所定の規則に従って判断するようにしても良い。
このように、ハンド8を対象物Wに接触させた状態に仮位置決めした状態で、上記手首座標を求め、この手首座標と障害物OBの中心との距離、および手首座標と対象物Wの中心との距離をそれぞれ計算し、ロボットアームRAと障害物OB等との干渉を容易にかつ正確に判断することができる。
In the posture change, the interference determination step (step a1), in the wrist coordinate system set the coordinate origin O 7 on the wrist joint J5~J7, set the object contact point H on the
Thus, in the state where the
前記肘高さ重みおよび前記手首角度重みを、いずれも1としても良い。
この場合、重み付けの係数の差がなくても、適性な姿勢となることがある。このような場合、肘高さEZ及び手首角度θが同時に最適になる姿勢をより簡単に決定することができる。
Both the elbow height weight and the wrist angle weight may be 1.
In this case, even if there is no difference in weighting coefficients, an appropriate posture may be obtained. In such a case, the posture in which the elbow height EZ and the wrist angle θ are optimized simultaneously can be determined more easily.
この発明のロボットアームの姿勢教示装置は、関節を介して順次連結される可動部として、対象物Wを把持するハンド8、このハンド8に手首関節J5〜J7を介して姿勢変更可能に連結した前腕5、およびこの前腕5の肘部4に肘関節J3,J4を介して連結した上腕3を有し、前記ハンド8で対象物Wを把持するときの前記ハンド8の姿勢に冗長性を有する多関節のロボットアームRAに対し、障害物OBとの干渉を回避する条件下で、前記ハンド8が対象物Wを把持するときの前記各関節の姿勢を決定するロボットアームRAの姿勢教示装置であって、
前記ハンド8を前記対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めし、かつこの仮位置決めの姿勢を種々変更した場合において、各関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する姿勢変更・干渉判断手段18と、この姿勢変更・干渉判断手段18で干渉が生じないとされる前記ハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する評価値計算手段19と、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する評価値比較・教示姿勢決定手段20とを含み、
前記評価値計算手段19において、ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、肘関節J4における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を肘高さEZとし、水平面(x0,y0平面)内で前記ハンド8が前腕5に対して成す角度を手首角度θとし、前記肘高さEZと手首角度θにそれぞれ重み付けをして、その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とすることを特徴とする。
The posture teaching apparatus for a robot arm according to the present invention is connected to a
When the
In the evaluation value calculation means 19, a reference coordinate origin 0 0 is arbitrarily determined as a fixed coordinate system for the fixed portion of the base end of the robot arm RA, and two orthogonal axes in the horizontal direction (x 0 axis, y 0 axis). and vertical 1 axis (z 0 axis) consider the reference coordinate system of the orthogonal three-axis directions of the coordinate axes, and Hijidaka of E Z the vertical coordinates in the reference coordinate system of a predetermined point in the elbow joint J4 The angle formed by the
この構成によると、評価値比較・教示姿勢決定手段20は、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する。これにより、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることなく、肘高さEZすなわち位置エネルギ、手首角度θが同時に最適になる姿勢を決定することができる。 According to this configuration, the evaluation value comparison / teaching posture determining means 20 compares the evaluation values and teaches the posture of each joint to the posture of each joint having the smallest evaluation value. Thus, the posture in which the elbow height EZ, that is, the position energy and the wrist angle θ is optimized at the same time can be determined without the robot arm RA greatly avoiding the obstacle OB.
この発明のロボットアームの姿勢教示方法は、関節を介して順次連結される可動部として、対象物を把持するハンド、このハンドに手首関節を介して姿勢変更可能に連結した前腕、およびこの前腕の肘部に肘関節を介して連結した上腕を有し、前記ハンドで対象物を把持するときの前記ハンドの姿勢に冗長性を有する多関節のロボットアームに対し、障害物との干渉を回避する条件下で、前記ハンドが対象物を把持するときの前記多関節の姿勢を決定するロボットアームの姿勢教示方法であって、
前記ハンドが対象物を把持できる範囲で前記ハンドの姿勢を種々変更し、かつ各関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームと障害物との干渉を判断する姿勢変更・干渉判断過程と、この姿勢変更・干渉判断過程で干渉が生じないとされる前記ハンドおよび各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する評価値計算過程と、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する評価値比較・教示姿勢決定過程とを含み、
前記評価値については、ロボットアームの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、肘関節における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を肘高さEZとし、水平面(x0,y0平面)内で前記ハンドが前腕に対して成す角度を手首角度θとし、前記肘高さEZと手首角度にそれぞれ重み付けをして、その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とするため、操作者による教示の手間と時間を低減し、ロボットアームの動作角度が不所望に大きくなることを防止すると共に、ロボットアームの姿勢の位置エネルギ等の低減を図り必要動力を小さくすることができる。
The robot arm posture teaching method according to the present invention includes a hand that grips an object as a movable portion that is sequentially connected via a joint, a forearm that is connected to the hand via a wrist joint so that the posture can be changed, and the forearm of the forearm The upper arm connected to the elbow via an elbow joint, and avoiding interference with an obstacle for a multi-joint robot arm having redundancy in the posture of the hand when the object is gripped by the hand A robot arm posture teaching method for determining a posture of the articulated joint when the hand grips an object under conditions,
A posture change / interference determination process for determining the interference between the robot arm and the obstacle when the posture of the hand is variously changed and the posture of each joint is variously changed within a range in which the hand can grip the object, An evaluation value calculation process for calculating a predetermined evaluation value in the case of taking the posture of the hand and each joint that is assumed to cause no interference in the posture change / interference determination process, and the evaluation value is the smallest by comparing the evaluation value Including the evaluation value comparison / teach posture determination process for teaching the posture of each joint,
For the evaluation value, as the coordinate system fixed with respect to the fixed portion of the proximal end of the robot arm, defining a reference coordinate origin 0 0 optionally, two orthogonal axes (x 0 axis, y 0 axis) in the horizontal direction and the vertical direction Considering a reference coordinate system in three orthogonal directions with one axis (z 0 axis) as a coordinate axis, the vertical coordinate in the reference coordinate system of a predetermined point at the elbow joint is defined as an elbow height E Z and a horizontal plane (x The angle formed by the hand with respect to the forearm in the 0 , y 0 plane) is the wrist angle θ, and the elbow height EZ and the wrist angle are weighted respectively, and the product is (elbow height weight × elbow) Since the height E Z ) × (wrist angle weight × wrist angle θ) is used as an evaluation value, the labor and time of teaching by the operator are reduced, and the robot arm operating angle is prevented from undesirably increasing. Low position energy of robot arm posture It is possible to reduce the power required achieving.
この発明の一実施形態を図1ないし図7と共に説明する。本実施形態に係るロボットアームの姿勢教示装置は、7軸の関節を有する多関節のロボットアームに適用される。ただし、関節数は、7軸に限定されるものではなく、例えば8軸以上であっても良い。また6軸以下であっても良い。以下の説明は、ロボットアームの姿勢教示方法についての説明をも含む。この多関節のロボットアームは、障害物を回避し、先端に取り付けられたハンドにより、対象物を把持する場合の姿勢を決定する機能を有する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The robot arm posture teaching apparatus according to the present embodiment is applied to a multi-joint robot arm having seven-axis joints. However, the number of joints is not limited to 7 axes, and may be, for example, 8 axes or more. Moreover, 6 axes or less may be sufficient. The following description also includes a description of the robot arm posture teaching method. This articulated robot arm has a function of avoiding an obstacle and determining a posture when a target is gripped by a hand attached to the tip.
図1,図2に示すように、ロボットアームRAは、アーム取付台12に取り付けられる。このロボットアームRAは、関節を介して順次連結される可動部として、上記ハンド8、このハンド8に手首関節J5〜J7を介して姿勢変更可能に連結した前腕5、およびこの前腕5の肘部4に肘関節J3,J4を介して連結した上腕3を有する。この上腕3は肩関節J1,J2を介してアーム取付台12に取り付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the robot arm RA is attached to the
前記手首関節J5〜J7は3自由度を有する関節である。手首関節J5〜J7のうち手首関節J5は、前腕5の軸芯5i回りの回転を可能とする関節である。手首関節J6,J7は、前腕5に対してハンド8を直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能とする関節である。手首関節J6は、前腕5に連結される第1手首6によって実現され、手首関節J7は、前記第1手首6に連結される第2手首7によって実現される。この第2手首7は、凹形状に形成されたブラケット7aを備え、このブラケット7aの底部7aaからハンド8が突出するようにブラケット7aに一体に設けられている。このハンド8により対象物Wを把持可能に構成されている。
The wrist joints J5 to J7 are joints having three degrees of freedom. Of the wrist joints J5 to J7, the wrist joint J5 is a joint that allows the
前記肘関節J3,J4は、直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能な2自由度を有する関節である。前記肩関節J1,J2は、アーム取付台12に対して上腕3を直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能とする関節である。肩関節J1は第1肩1によって実現され、肩関節J2は第2肩2によって実現される。また、この多関節のロボットアームRAは、上記各部を動作させる図示外のモータ、および各部の動作を制御する後述の姿勢教示装置17を有する。
上記関節J1〜J7の各軸は、必ずしも角度変位可能な軸である必要はなく、関節J1〜J7のうち少なくともいずれか1つの関節の軸が、例えば伸縮動作または平行リンク動作等の動作部を有するものであっても良い。
The elbow joints J3 and J4 are joints having two degrees of freedom capable of changing the inclination angle in the two orthogonal axes. The shoulder joints J1 and J2 are joints that can change the inclination angle of the
The respective axes of the joints J1 to J7 do not necessarily have to be angularly displaceable, and at least one of the joints J1 to J7 has an operation part such as an expansion / contraction operation or a parallel link operation. You may have.
次に、このロボットアームRAの姿勢教示装置17について説明する。
図5に示すように、姿勢教示装置17は、例えば、中央処理装置(CPU)、メモリ等の記憶手段、および入出力インターフェース等(いずれも図示せず)を有するマイクロコンピュータ等のコンピュータと、このコンピュータに実行させる教示用の姿勢制御プログラム(図示せず)とによって実現される。前記記憶手段に、上記姿勢教示プログラムが格納されている。この姿勢制御プログラムにより、図5に概念構成で示す各手段が構成される。なお、姿勢制御プログラムおよび、教示後のロボットアーム動作を制御する動作制御プログラム(図示せず)によって、この姿勢教示装置17の上位の制御装置(図示せず)が構成される。
Next, the
As shown in FIG. 5, the
姿勢教示装置17は、姿勢変更・干渉判断手段18と、評価値計算手段19と、評価値比較・教示姿勢決定手段20とを有する。前記姿勢変更・干渉判断手段18は、仮位置決め内姿勢変更・干渉判断部18aと、繰り返し過程部18bとを有する。これらのうち仮位置決め内姿勢変更・干渉判断部18aは、ハンド8を対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めした状態で、各関節の姿勢を、取り得る範囲で計算によって種々変更した場合のロボットアームRAと障害物Wとの干渉を判断する。前記繰り返し過程部18bは、前記干渉を判断した後、ハンド8の姿勢を変更してこのハンド8の再仮位置決めおよびロボットアームRAと障害物Wとの干渉を判断する過程を、前記ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返す。
The
前記評価値計算手段19は、この姿勢変更・干渉判断手段18で干渉が生じないとされるハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する。前記評価値比較・教示姿勢決定手段20は、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する。
The evaluation value calculation means 19 calculates a predetermined evaluation value when the posture of the
前記評価値計算手段19において、ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、肘関節J4における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を、図2に示すように肘高さEZとし、水平面(x0,y0平面)内でハンド8が前腕5に対して成す角度を、図3に示すように手首角度θとし、前記肘高さEZと手首角度にそれぞれ重み付けをして、その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とする。つまり、肘高さEZにこの重み付け係数である肘高さ重みを乗じた値に、手首角度θにこの重み付け係数である手首角度重みを乗じた値をさらに積算した値を、評価値としている。
前記評価値比較・教示姿勢決定手段20により教示される姿勢を実行するための出力値が、図示外の駆動回路を介して前記各モータに伝達され、これらモータ駆動により姿勢制御に供される。
In the evaluation value calculation means 19, a reference coordinate origin 0 0 is arbitrarily determined as a fixed coordinate system for the fixed portion of the base end of the robot arm RA, and two orthogonal axes in the horizontal direction (x 0 axis, y 0 axis). Assuming a reference coordinate system in three orthogonal directions with a vertical axis (z 0 axis) as a coordinate axis, the vertical coordinate in the reference coordinate system of a predetermined point at the elbow joint J4 is as shown in FIG. in the Hijidaka of E Z, horizontal (x 0, y 0 plane) the angle the
An output value for executing the posture taught by the evaluation value comparison / teaching posture determination means 20 is transmitted to the motors via a drive circuit (not shown), and is used for posture control by driving these motors.
図6は、ロボットアームの姿勢教示方法を上位概念化して表す流れ図である。
この姿勢教示方法は、多関節のロボットアームRAに対し、障害物OBとの干渉を回避する条件下で、ハンド8が対象物Wを把持するときの上記各関節J1〜J7の姿勢を決定するロボットアームRAの姿勢教示方法である。この姿勢教示方法は、主に、姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)と、評価値計算過程(ステップa2)と、評価値比較・教示姿勢決定過程(ステップa3)とを有する。
FIG. 6 is a flowchart representing the robot arm posture teaching method as a superordinate concept.
This posture teaching method determines the postures of the joints J1 to J7 when the
前記姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)は、仮位置決め過程(ステップa11)と、仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)と、繰り返し過程(ステップa13)とを含む。本処理開始後、前記仮位置決め過程(ステップa11)に移行し、ハンド8を対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めする。次に、仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)に移行し、前記ハンド8の仮位置決めを行った状態で、各関節の姿勢を、取り得る範囲で計算によって種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する。次に、繰り返し過程(ステップa13)に移行して、ハンド8の姿勢を変更して前記仮位置決め過程(ステップa11)および前記仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)を、ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返す。
The posture change / interference determination process (step a1) includes a temporary positioning process (step a11), a temporary positioning in-position change / interference determination process (step a12), and a repetition process (step a13). After the start of this process, the process proceeds to the temporary positioning process (step a11), and the
次に、評価値計算過程(ステップa2)に移行し、姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)で干渉が生じないとされるハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する。その後、評価値比較・教示姿勢決定過程(ステップa3)に移行し、上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する。その後本処理を終了する。
Next, the process proceeds to the evaluation value calculation process (step a2), and the predetermined evaluation value in the case of taking the posture of the
図7は、このロボットアームの姿勢教示方法を段階的に表す流れ図である。
操作者によるスイッチ操作、または上記姿勢制御プログラム等に基づいて、以下の座標を測定しておく。例えば、円筒状の障害物OBを支持面SFに立設させた場合、図3に示す平面視における障害物OBの円中心9のXY座標である「障害物中心座標」を、後述の基準座標原点O0からの距離で測定しておく。これと共に、例えば、円筒状の対象物Wを支持面SFに立設させた場合、図3に示す平面視における、対象物Wの円中心10のXY座標である「把持対象物中心座標」を、基準座標原点O0からの距離で測定しておく。この基準座標原点O0は、ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、任意に定めた座標原点である。
FIG. 7 is a flowchart showing the robot arm posture teaching method step by step.
The following coordinates are measured based on the switch operation by the operator or the above attitude control program. For example, when a cylindrical obstacle OB is erected on the support surface SF, an “obstacle center coordinate” that is an XY coordinate of the circle center 9 of the obstacle OB in plan view shown in FIG. It is measured in advance at a distance from the origin O 0. At the same time, for example, when the cylindrical object W is erected on the support surface SF, the “grip object center coordinates” that is the XY coordinates of the
次に、ステップS2に移行し、後述する手首座標を求めるため、ハンド表面8aに、手首関節J7に設定した座標原点O7から座標(hx,hy,hz)となる点Hを設定する。次に、ステップS3に移行し、ハンド8を、図3に示すように、ハンド表面8aに設定した点Hが対象物Wと接し、図2に示すように、ハンド8の端面16が支持面SFと水平になるように仮配置する。これらステップS1〜ステップS3が仮位置決め過程に相当する。
次に、ステップS4に移行し、上記仮配置したハンド8内の点Hと、対象物中心座標との位置関係から、上記基準座標原点O0から見た座標原点O7の座標(Wx,Wy,Wz)を求め、これを手首座標とする。
Then, the process proceeds to step S2, for obtaining a wrist coordinate to be described later, the
Next, the process proceeds to step S4, and the coordinates (Wx, Wy) of the coordinate origin O 7 viewed from the reference coordinate origin O 0 are determined from the positional relationship between the point H in the temporarily placed
次に、求めた手首座標と障害物中心座標との距離、手首座標と対象物中心座標との距離をそれぞれ計算し、ロボットアームRAがこれら障害物OB、対象物Wと干渉しないかを確認する(ステップS5)。その後、ステップS6において、干渉があるか否かを所定の規則に従って判断する。例えば、手首座標と障害物中心座標との距離が、障害物OBの種類、大きさ等に応じて規定する閾値以下になる条件で、ロボットアームRAと障害物OBとが干渉すると判断する。また、手首座標と対象物中心座標との距離が、例えば、対象物Wの種類、大きさ等に応じて規定する閾値以下になる条件で、ロボットアームRAと対象物Wとが干渉すると判断する。これらステップS4〜ステップS6が仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程に相当する。 Next, the distance between the obtained wrist coordinates and the obstacle center coordinates and the distance between the wrist coordinates and the object center coordinates are respectively calculated, and it is confirmed whether the robot arm RA interferes with the obstacle OB and the object W. (Step S5). Thereafter, in step S6, it is determined whether there is interference according to a predetermined rule. For example, it is determined that the robot arm RA and the obstacle OB interfere with each other under a condition that the distance between the wrist coordinates and the obstacle center coordinates is equal to or less than a threshold value defined according to the type and size of the obstacle OB. Further, it is determined that the robot arm RA and the object W interfere with each other under a condition that the distance between the wrist coordinates and the object center coordinates is equal to or less than a threshold value defined according to the type and size of the object W, for example. . These steps S4 to S6 correspond to the temporary positioning in-position change / interference determination process.
ロボットアームRAと、障害物OB又は対象物Wとの干渉が発生した場合(ステップS6:No)、ステップS7に移行し、計算を行っていないハンド8の仮配置があるか否かを判断する。未計算の仮配置ありとの判断で(ステップS7:Yes)、ステップS3に戻る処理を繰り返す。このステップS7が繰り返し過程に相当する。ステップS6で干渉なしのとき(ステップS6:Yes)、肩関節J1の傾斜角度を、この肩関節J1が取り得る傾斜角度範囲内の下限値に設定する(ステップS8)。
When the interference between the robot arm RA and the obstacle OB or the object W occurs (step S6: No), the process proceeds to step S7, and it is determined whether there is a temporary arrangement of the
次に、前記手首座標と、設定した肩関節J1の傾斜角度の下限値より、肩関節J2の傾斜角度を計算する(ステップS9)。これら肩関節J1,J2の両傾斜角度より、基準座標原点O0を基準とする肘部4の座標原点O4のいわゆる肘座標(Ex,Ey,Ez)を算出する(ステップS10)。前記肘座標のうちEzは、支持面SFつまり地面からの肘高さEzを表す。
次に、求めた肘座標と障害物中心座標間の距離を算出する。また、前記肘座標と対象物中心座標間の距離を算出する。これにより、ロボットアームRAがこれら障害物OB、対象物Wと干渉しないかを確認する(ステップS11)。
Next, the inclination angle of the shoulder joint J2 is calculated from the wrist coordinates and the set lower limit value of the inclination angle of the shoulder joint J1 (step S9). From both the inclination angles of the shoulder joints J1 and J2, so-called elbow coordinates (Ex, Ey, Ez) of the coordinate origin O 4 of the
Next, the distance between the obtained elbow coordinates and obstacle center coordinates is calculated. Further, a distance between the elbow coordinates and the object center coordinates is calculated. Thereby, it is confirmed whether or not the robot arm RA does not interfere with the obstacle OB and the object W (step S11).
その後、ステップS12において、干渉があるか否かを所定の規則に従って判断する。例えば、肘座標と障害物中心座標間の距離が、障害物OBの種類、大きさ等に応じて規定する閾値以下になる条件で、ロボットアームRAと障害物OBとが干渉すると判断する。また、肘座標と対象物中心座標間の距離が、対象物Wの種類、大きさ等に応じて規定する閾値以下になる条件で、ロボットアームRAと対象物Wとが干渉すると判断する。 Thereafter, in step S12, it is determined whether there is interference according to a predetermined rule. For example, it is determined that the robot arm RA and the obstacle OB interfere with each other under a condition that the distance between the elbow coordinates and the obstacle center coordinates is equal to or less than a threshold value defined according to the type and size of the obstacle OB. Further, it is determined that the robot arm RA and the object W interfere with each other under a condition that the distance between the elbow coordinates and the object center coordinates is equal to or less than a threshold value defined according to the type and size of the object W.
ここで、干渉が発生した場合(ステップS12:No)、設定した肩関節J1の傾斜角度を一定量増加させ(ステップS13)、この傾斜角度を肩関節J1が取り得る傾斜角度範囲内か否かを判断する(ステップS14)。肩関節J1が取り得る傾斜角度範囲内ではない場合(ステップS14:No)、ステップS7に戻る処理を繰り返す。
ステップS12で干渉なしのとき(ステップS12:Yes)、求めた座標(hx,hy)、座標(Wx,Wy)、および肘座標(Ex,Ey)により、手首角度θを算出する(ステップS15)。この手首角度θは、図3に示すように、x0,y0平面すなわち水平面内でハンド8が前腕5に対して成す角度である。
Here, when interference occurs (step S12: No), the set inclination angle of the shoulder joint J1 is increased by a certain amount (step S13), and whether this inclination angle is within an inclination angle range that the shoulder joint J1 can take. Is determined (step S14). If it is not within the range of inclination angles that the shoulder joint J1 can take (step S14: No), the process of returning to step S7 is repeated.
When there is no interference in step S12 (step S12: Yes), the wrist angle θ is calculated from the obtained coordinates (hx, hy), coordinates (Wx, Wy), and elbow coordinates (Ex, Ey) (step S15). . As shown in FIG. 3, the wrist angle θ is an angle formed by the
次に、肘高さEZと手首角度θにそれぞれ重み付けをして、その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値として計算する(ステップS16)。この「評価値」は、図7ステップ16において、「評価関数」と表記している。このステップS16が評価値計算過程に相当する。本実施形態においては、肘高さEZの重み付けを「1」とし、手首角度θの重み付けを「1」としている。ただし、これらの重み付けは「1」に限定されるものではない。また、肘高さEZの重みと、手首角度θの重みとを異なる重みにしても良い。
Next, each of the elbow height EZ and the wrist angle θ is weighted, and the product (elbow height weight × elbow height E Z ) × (wrist angle weight × wrist angle θ) is calculated as an evaluation value. (Step S16). This “evaluation value” is expressed as “evaluation function” in
次に、求めた評価値と、上記記憶手段等に以前に記憶された評価値とを比較する(ステップS17)。この求めた評価値が、以前に記憶された評価値よりも小さい場合(ステップS18:Yes)、求めた肩関節J1,J2の両角度、肘高さEZ、および手首角度θを上記記憶手段等に記憶する(ステップS19)。その後、肩関節J1の傾斜角度を、取り得る範囲内において一定量増加させる処理を実行し(ステップS13、ステップS14:Yes)、ステップS9に戻る処理を繰り返す。傾斜角度増加により肩関節J1が取り得る傾斜角度範囲内を超えてしまう場合は(ステップS14:No)、ステップS7を経てステップS3に戻る処理を繰り返す。 Next, the obtained evaluation value is compared with the evaluation value previously stored in the storage means or the like (step S17). When the obtained evaluation value is smaller than the previously stored evaluation value (step S18: Yes), the obtained shoulder angle J1, J2 angle, elbow height E Z , and wrist angle θ are stored in the storage means. (Step S19). Thereafter, a process of increasing the inclination angle of the shoulder joint J1 by a certain amount within a possible range is executed (step S13, step S14: Yes), and the process of returning to step S9 is repeated. If the inclination angle range exceeds the inclination angle range that can be taken by the shoulder joint J1 (step S14: No), the process of returning to step S3 through step S7 is repeated.
ハンド8が対象物Wを把持可能な取り得る全ての姿勢の仮配置について、計算を完了した場合は(ステップS7:No)、記憶している肩関節J1,J2の両傾斜角度、肘高さEZ、および手首角度θは、このロボットアームRAの最適な姿勢である。これら肩関節J1,J2の両傾斜角度、肘高さEZ、および手首角度θから、残りの肘関節J3,J4、手首関節J5〜J7の傾斜角度を計算し、全ての関節の傾斜角度を求める(ステップS20)。その後、本処理を終了する。
When the calculation is completed for all possible postures in which the
以上説明したロボットアームRAの姿勢教示方法および姿勢教示装置によれば、ハンド8を仮位置決めした後、手首関節J7に設定した座標原点O7を算出し、この座標原点O7に基づいてロボットアームRAの干渉の有無を判断する。干渉なしとの判断で、肩関節J1,J2の傾斜角度を規定し、肘部4の座標原点O4を算出する。
この肘部4の座標原点O4等に基づいて、さらにロボットアームRAの干渉の有無を判断する。干渉なしとの判断で手首角度θを算出し、その後、評価値を最小とする肘高さEZ及び手首角度θを求める。これにより、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることなく、肘高さEZすなわち位置エネルギ、手首角度θが同時に最適になる姿勢を決定することができる。
According to the posture teaching method and posture teaching device of the robot arm RA described above, after the
Based on the coordinate
ロボットアームRAは手首関節J5〜J7を有し、これら手首関節J5〜J7は3自由度を有する関節である。これらのうち手首関節J5は、前腕5の軸芯回りの回転を可能とする関節であり、手首関節J6,J7は、前腕5に対してハンド8を直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能とする関節である。さらに、肘関節J3,J4は、直交2軸方向にそれぞれ傾斜角度変更可能な2自由度を有する関節である。したがって、ロボットアームRAは、このような多関節によって姿勢の冗長性を有し、多数の把持姿勢を実現することができる。その際、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることなく、肘高さEZおよび手首角度θが同時に最適になる姿勢を決定することができる。
The robot arm RA has wrist joints J5 to J7, and these wrist joints J5 to J7 are joints having three degrees of freedom. Among these, the wrist joint J5 is a joint that allows the
前記姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)は、前記仮位置決め過程(ステップa11)と仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)と繰り返し過程(ステップa13)とを含むものである。したがって、ハンド8を対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めしたうえで、ロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断することができる。しかも、仮位置決め過程(ステップa11)と仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)では、ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返すだけであるため、操作者による教示の手間と時間を低減することができる。
The posture change / interference determination process (step a1) includes the temporary positioning process (step a11), the temporary positioning in-position change / interference determination process (step a12), and the repetition process (step a13). Therefore, it is possible to determine the interference between the robot arm RA and the obstacle OB after temporarily positioning the
また、ハンド8を対象物Wに接触させた状態に仮位置決めした状態で、手首座標(Wx,Wy,Wz)を求め、この手首座標(Wx,Wy,Wz)と障害物OBの中心との距離、および手首座標(Wx,Wy,Wz)と対象物Wの中心との距離をそれぞれ計算し、閾値判断等所定の規則に従って、ロボットアームRAと障害物OB等との干渉を容易にかつ正確に判断することができる。
肘高さ重みおよび前記手首角度重みを、いずれも1としているため、重み付けの係数の差のない評価値を得ることができる。したがって、肘高さEz及び手首角度θが同時に最適になる姿勢をより確実に決定することができる。
Further, wrist coordinates (Wx, Wy, Wz) are obtained in a state where the
Since both the elbow height weight and the wrist angle weight are set to 1, an evaluation value with no difference in weighting coefficient can be obtained. Therefore, the posture in which the elbow height Ez and the wrist angle θ are optimized at the same time can be determined more reliably.
また、座標(hx,hy,hz)と対象物中心座標間の距離、または座標(hx,hy,hz)と障害物中心座標間の距離を算出し、ロボットアームRAと障害物OB、対象物Wとの干渉の有無を判断する過程(ステップS12)にて干渉ありと判断したとき、ハンド8の仮位置を解除し、新たな仮位置でハンド8を仮位置決めする過程(ステップS3)に戻る。このハンド8の仮位置に基づく干渉有無の判断を繰り返し実行することにより、ロボットアームRAの動作角度が不所望に大きくなることを防止することが可能となる。
Also, the distance between the coordinates (hx, hy, hz) and the object center coordinates or the distance between the coordinates (hx, hy, hz) and the obstacle center coordinates is calculated, and the robot arm RA, the obstacle OB, and the object. When it is determined that there is interference in the process of determining the presence or absence of interference with W (step S12), the temporary position of the
評価値を上記記憶手段に記憶しておき、肘高さEZ及び手首角度θを求める過程にて算出した、肘高さ重み×肘高さEZ、手首角度重み×手首角度θが、前記記憶された評価値よりも小さいとき、前記算出した、肘高さ重み×肘高さEZ、手首角度重み×手首角度θを、評価値として新たに上記記憶手段に記憶させるため、ロボットアームRAの姿勢の位置エネルギ等の低減を図り必要動力を確実に小さくすることができる。これにより、例えば、各モータを定格出力の低いものにすることが可能となり、製造コストの低減を図ることができる。 The evaluation value is stored in the storage means, and the elbow height weight × elbow height E Z , wrist angle weight × wrist angle θ calculated in the process of obtaining the elbow height E Z and the wrist angle θ When the calculated evaluation value is smaller than the stored evaluation value, the calculated elbow height weight × elbow height E Z and wrist angle weight × wrist angle θ are newly stored in the storage means as evaluation values. The required power can be reliably reduced by reducing the positional energy of the posture. Thereby, for example, each motor can be made to have a low rated output, and the manufacturing cost can be reduced.
また、ステップS12において干渉ありと判断したとき、設定した肩関節J1の傾斜角度を一定量増加させ、この増加させた傾斜角度に基づいて、肘部4の座標原点O4を算出する。このように、ステップS12において干渉なしと判断するまで、肩関節J1の傾斜角度を一定量増加させるため、ロボットアームRAが障害物OBを大きく回避し過ぎることを確実に防止することができ、ロボットアームRAの姿勢実現のために動作角度が不所望に大きくなることを未然に防止することができる。 When it is determined in step S12 that there is interference, the set inclination angle of the shoulder joint J1 is increased by a fixed amount, and the coordinate origin O 4 of the elbow 4 is calculated based on the increased inclination angle. As described above, since the inclination angle of the shoulder joint J1 is increased by a certain amount until it is determined in step S12 that there is no interference, it is possible to reliably prevent the robot arm RA from largely avoiding the obstacle OB. It is possible to prevent the operating angle from undesirably increasing in order to realize the posture of the arm RA.
1…第1肩
2…第2肩
3…上腕
4…肘部
5…前腕
6…第1手首
7…第2手首
8…ハンド
17…姿勢教示装置
18…姿勢変更・干渉判断手段
18a…仮位置決め内姿勢変更・干渉判断部
18b…繰り返し過程部
19…評価値計算手段
20…評価値比較・教示姿勢決定手段
J1〜J7…関節
W…対象物
OB…障害物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
前記ハンド8が対象物Wを把持できる範囲で前記ハンド8の姿勢を種々変更し、かつ各関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)と、
この姿勢変更・干渉判断過程(ステップa1)で干渉が生じないとされる前記ハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する評価値計算過程(ステップa2)と、
上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する評価値比較・教示姿勢決定過程(ステップa3)、
とを含み、
前記評価値については、
ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、
肘関節J3,J4における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を肘高さEZとし、
水平面(x0,y0平面)内で前記ハンド8が前腕5に対して成す角度を手首角度θとし、
前記肘高さEZと手首角度θにそれぞれ重み付けをして、
その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とする、
ことを特徴とするロボットアームの姿勢教示方法。 As movable parts that are sequentially connected via joints, a hand 8 that grips the object W, a forearm 5 that is connected to the hand 8 via wrist joints J5 to J7 so that the posture can be changed, and an elbow part 4 of the forearm 5 The multi-joint robot arm RA having redundancy in the posture of the hand 8 when the hand 8 grips the object W with the upper arm 3 connected to the arm 8 through elbow joints J3 and J4. The robot arm RA posture teaching method for determining the posture of the multi-joint when the hand 8 grips the object W under the condition of avoiding interference with OB,
Posture change / interference for judging the interference between the robot arm RA and the obstacle OB when the posture of the hand 8 is changed variously within the range in which the hand 8 can grip the object W and the posture of each joint is changed variously. Judgment process (step a1),
An evaluation value calculation process (step a2) for calculating a predetermined evaluation value in the case of taking the posture of the hand 8 and each joint in which no interference occurs in the posture change / interference determination process (step a1);
An evaluation value comparison / teaching posture determination process (step a3) for teaching the posture of each joint to the posture of each joint having the smallest evaluation value by comparing the evaluation values,
Including
About the evaluation value,
As a fixed coordinate system for the fixed portion of the base end of the robot arm RA, a reference coordinate origin 0 0 is arbitrarily determined, and two orthogonal axes in the horizontal direction (x 0 axis, y 0 axis) and one axis in the vertical direction (z Considering a reference coordinate system in three orthogonal directions with the coordinate axis ( 0 axis) as the coordinate axis,
The vertical coordinates in the reference coordinate system of a predetermined point in the elbow joint J3, J4 and Hijidaka of E Z,
An angle formed by the hand 8 with respect to the forearm 5 in a horizontal plane (x 0 , y 0 plane) is a wrist angle θ,
Weight each elbow height EZ and wrist angle θ,
The product is (elbow height weight × elbow height E Z ) × (wrist angle weight × wrist angle θ) as an evaluation value.
A robot arm posture teaching method characterized by the above.
実際に、前記ハンド8を前記対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めする仮位置決め過程(ステップa11)と、
この仮位置決めを行った状態で、各関節の姿勢を、取り得る範囲で計算によって種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)と、
この仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)の後、前記ハンド8の姿勢を変更して前記仮位置決め過程(ステップa11)および前記仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)を、前記ハンド8の把持可能な全ての姿勢の範囲で繰り返す繰り返し過程(ステップa13)とを含む、
ロボットアームの姿勢教示方法。 In claim 1 or claim 2, the posture change / interference determination process (step a1) includes:
Actually, a temporary positioning process (step a11) for temporarily positioning the hand 8 in a gripping posture with respect to the object W;
Temporary positioning in-position change / interference determination process for determining interference between the robot arm RA and the obstacle OB when the posture of each joint is variously changed by calculation within the possible range with this temporary positioning performed (step) a12)
After this temporary positioning in-position change / interference determination process (step a12), the posture of the hand 8 is changed to perform the temporary positioning process (step a11) and the temporary positioning in-position change / interference determination process (step a12). A repeating process (step a13) that repeats in a range of all postures that can be held by the hand 8.
Robot arm posture teaching method.
前記手首関節J5〜J7に座標原点O7を設定した手首座標系において、ハンド8の表面8aに対象物接触点Hを設定し、
前記仮位置決め過程(ステップa11)において、前記対象物接触点Hを対象物Wに接触させた状態に前記ハンド8を仮位置決めし、
仮位置決め内姿勢変更・干渉判断過程(ステップa12)において、仮位置決めしたハンド8の前記対象物接触点Hと把持対象物Wの中心との位置関係から、前記基準座標系における前記手首座標系の原点を手首座標として求め、この求めた手首座標と障害物OBの中心との距離、および手首座標と対象物Wの中心との距離をそれぞれ計算し、ロボットアームRAが前記障害物OBおよび把持対象物Wと干渉しないかを所定の規則に従って判断する、
ロボットアームの姿勢教示方法。 In claim 3, in the posture change / interference determination process (step a1),
In the wrist coordinate system set the coordinate origin O 7 on the wrist joint J5~J7, set the object contact point H on the surface 8a of the hand 8,
In the temporary positioning process (step a11), the hand 8 is temporarily positioned in a state where the object contact point H is in contact with the object W,
In the temporary positioning in-position change / interference determination process (step a12), from the positional relationship between the object contact point H of the temporarily positioned hand 8 and the center of the gripping object W, the wrist coordinate system in the reference coordinate system is determined. The origin is obtained as wrist coordinates, the distance between the obtained wrist coordinates and the center of the obstacle OB, and the distance between the wrist coordinates and the center of the object W are calculated, respectively, and the robot arm RA calculates the obstacle OB and the object to be grasped. Judging whether or not to interfere with the object W according to a predetermined rule,
Robot arm posture teaching method.
前記ハンド8を前記対象物Wに対して把持状態の姿勢に仮位置決めし、かつこの仮位置決めの姿勢を種々変更した場合において、各関節の姿勢を種々変更した場合のロボットアームRAと障害物OBとの干渉を判断する姿勢変更・干渉判断手段18と、
この姿勢変更・干渉判断手段18で干渉が生じないとされる前記ハンド8および各関節の姿勢を取った場合における所定の評価値を計算する評価値計算手段19と、
上記評価値を比較して評価値が最小となる各関節の姿勢に、各関節の姿勢を教示する評価値比較・教示姿勢決定手段20、
とを含み、
前記評価値計算手段19において、
ロボットアームRAの基端の固定部分に対する固定の座標系として、基準座標原点00を任意に定めて、水平方向の直交2軸(x0軸,y0軸)および鉛直方向の1軸(z0軸)を座標軸とする直交3軸方向の基準座標系を考えて、
肘関節J3,J4における所定点の前記基準座標系における鉛直方向の座標を肘高さEZとし、
水平面(x0,y0平面)内で前記ハンド8が前腕5に対して成す角度を手首角度θとし、
前記肘高さEZと手首角度θにそれぞれ重み付けをして、
その積である(肘高さ重み×肘高さEZ)×(手首角度重み×手首角度θ)を評価値とする、
ことを特徴とするロボットアームの姿勢教示装置。 As movable parts that are sequentially connected via joints, a hand 8 that grips the object W, a forearm 5 that is connected to the hand 8 via wrist joints J5 to J7 so that the posture can be changed, and an elbow part 4 of the forearm 5 The multi-joint robot arm RA having redundancy in the posture of the hand 8 when the hand 8 grips the object W with the upper arm 3 connected to the arm 8 through elbow joints J3 and J4. A robot arm posture teaching device that determines the posture of each joint when the hand 8 grips the object W under a condition that avoids interference with OB,
When the hand 8 is temporarily positioned in a gripping posture with respect to the object W and the posture of the temporary positioning is changed variously, the robot arm RA and the obstacle OB when the posture of each joint is changed variously. Posture change / interference determining means 18 for determining interference with
An evaluation value calculation means 19 for calculating a predetermined evaluation value when the posture of each of the hand 8 and each joint that is assumed to cause no interference in the posture change / interference determination means 18;
An evaluation value comparison / teaching posture determining means 20 for teaching the posture of each joint to the posture of each joint having the smallest evaluation value by comparing the evaluation values,
Including
In the evaluation value calculation means 19,
As a fixed coordinate system for the fixed portion of the base end of the robot arm RA, a reference coordinate origin 0 0 is arbitrarily determined, and two orthogonal axes in the horizontal direction (x 0 axis, y 0 axis) and one axis in the vertical direction (z Considering a reference coordinate system in three orthogonal directions with the coordinate axis ( 0 axis) as the coordinate axis,
The vertical coordinates in the reference coordinate system of a predetermined point in the elbow joint J3, J4 and Hijidaka of E Z,
An angle formed by the hand 8 with respect to the forearm 5 in a horizontal plane (x 0 , y 0 plane) is a wrist angle θ,
Weight each elbow height EZ and wrist angle θ,
The product is (elbow height weight × elbow height E Z ) × (wrist angle weight × wrist angle θ) as an evaluation value.
A posture teaching apparatus for a robot arm.
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