JP2016055404A - Locus generation method, locus generation device, robot device, program, and recording medium - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate an optimal locus abiding by physical restrictions on which a robot following a route combining two interpolation routes is not stopped.SOLUTION: An articulation interpolation route directed from a teaching point Qto a teaching point Qin which changes in differential value differentiated to a predetermined grade via a parameter s are continuous is generated by linear interpolation. A linear interpolation route directed from a teaching point Qto a teaching point Qin which the changes in differential value differentiated to the predetermined grade via the parameter are continuous is generated by linear interpolation. A combined route directed from a teaching point Qto a teaching point Qin which the changes in differential value differentiated to the predetermined grade via the parameter s are continuous is generated. A robot locus is obtained by optimization calculation for optimizing the operation time of the robot so as to abide by predetermined physical restrictions for a route combining a route between the teaching point Qand the teaching point Qand a route between the teaching point Qand the teaching point Qvia the combined route.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、ロボットの軌道を生成する軌道生成方法、軌道生成装置、ロボット装置、プログラム及び記録媒体に関する。   The present invention relates to a trajectory generation method for generating a trajectory of a robot, a trajectory generation apparatus, a robot apparatus, a program, and a recording medium.

ロボットの補間動作には、主に直線補間、円弧補間及び関節補間の3種が知られている。直線補間は、目標点にツールセンターポイント(TCP)を直進させる補間方法である。円弧補間は、意図的に2点間の直路から外れた位置に参照ポイントを与え、3点を通る一義的な円弧に沿ってTCPを移動させる補間方法である。この円弧補間と直線補間はタスク空間で補間を行うので、本質的には同じものである。   There are three known types of robot interpolation operations: linear interpolation, circular interpolation, and joint interpolation. Linear interpolation is an interpolation method in which a tool center point (TCP) goes straight to a target point. Circular interpolation is an interpolation method in which a reference point is intentionally deviated from a straight path between two points, and TCP is moved along a unique circular arc passing through the three points. This circular interpolation and linear interpolation are essentially the same because they are performed in task space.

関節補間は、TCPの直線性や円弧性は問わず、目標の関節角度に向かって各軸が原則的に同時に動き出し、同時に目標点に到達する補間方法である。すなわち、関節補間は、関節空間(コンフィグレーション空間ともいう)で経路を生成する手法である。関節補間によれば、各関節の100%の動作性能を発揮する制御が容易であり、また、直線補間や円弧補間で問題となる、特異点問題が起きないので、高速動作が必要な移動区間で多用される。ただし、関節ごとの速度制御となるために、TCPの経路や速度はユーザが簡単に予測できるものでない。   Joint interpolation is an interpolation method in which the axes start moving simultaneously toward the target joint angle at the same time and reach the target point at the same time, regardless of the linearity or arc shape of TCP. That is, joint interpolation is a method for generating a route in a joint space (also referred to as a configuration space). According to joint interpolation, it is easy to control 100% of each joint, and there is no singularity problem, which is a problem in linear interpolation or circular interpolation. Often used in However, since speed control is performed for each joint, the TCP path and speed cannot be easily predicted by the user.

ロボットの動作は、その移動の都度、その間の動作や目的にふさわしい補間方式が採択される。例えば、円筒部品をロボットが把持し、円筒部品を円筒状の穴の上まで移動させ、円筒部品をその穴に嵌め込む場合がある。この場合、把持した後のロボットの移動は、関節補間で高速に動作し、円筒状の穴の上から円筒部品を穴に嵌め込む動作は直線補間を用いて、真っ直ぐに嵌め込むことが望まれる。   As the movement of the robot, an interpolation method suitable for the movement and purpose during that movement is adopted. For example, there are cases where a robot grips a cylindrical part, moves the cylindrical part over a cylindrical hole, and inserts the cylindrical part into the hole. In this case, it is desirable that the movement of the robot after gripping operates at high speed by joint interpolation, and that the operation of fitting the cylindrical part into the hole from above the cylindrical hole is fitted straight using linear interpolation. .

ところで、各移動区間における補間動作は、補間経路上をどのような速度で移動するかを決める速度関数で与えられる。移動開始時と移動終了時にロボットが停止しているとすると、移動開始後は、加速をして移動速度を上げ、移動終了前には減速をして停止するという動作となる。   By the way, the interpolation operation in each movement section is given by a speed function that determines what speed to move on the interpolation path. Assuming that the robot is stopped at the start of movement and at the end of movement, the movement is accelerated to increase the movement speed after the movement starts, and the operation is decelerated and stopped before the movement ends.

ここで、2つの異なる経路を連続して動かす方法として、経路のつなぎ目で停止することが考えられる。例えば、円筒部品を穴に嵌め込む例の場合、関節補間経路で加速をして移動を行い、関節補間経路の終了前に減速して経路のつなぎ目で停止し、直線補間経路で徐々に速度を上げるようにしておけば、2つの補間経路上を連続して動作させることができる。しかし、2つの補間経路の間でのロボットの厳格な停止は、無用であるだけでなく、この部分での停滞気味の挙動がロボットの動作の時間を長引かせることになる。もちろん、作業時間節約のために急減速や急加速させるとすれば、それはロボットの振動を助長させるもとになり好ましいことではない。   Here, as a method of moving two different routes in succession, it is conceivable to stop at the joint of the routes. For example, in the case of inserting a cylindrical part into a hole, acceleration is performed by the joint interpolation path, movement is performed, the speed is decelerated before the end of the joint interpolation path, and the speed is gradually stopped by the linear interpolation path. If it is made to raise, it can operate on two interpolation paths continuously. However, the strict stop of the robot between the two interpolation paths is not only unnecessary, but the stagnation behavior in this part prolongs the operation time of the robot. Of course, if the vehicle is suddenly decelerated or accelerated in order to save work time, it is not preferable because it promotes the vibration of the robot.

そこで、例えば、直線補間と直線補間とを連続して動作させる場合、それぞれの直線補間経路上での速度関数を先に導きだした後に、先の移動区間の減速域と後の移動区間の加速域とを繋ぎ合せる。そして、両区間の繋ぎ点もしくはその近傍を先の移動区間の減速中の速度と後の移動区間の加速中の速度との和で通過させればよい。これにより、次の教示点に到達させる時間を縮めることができる。このような速度の重ね処理は、先の移動区間の補間方法と後の移動区間の補間方法とが同種である場合、その速度関数自体を繋ぎ合せることによってある意味では容易に達成される。直線補間と直線補間の場合には、タスク空間上で、先の並進速度関数と後の並進速度関数とを、先の回転速度関数と後の回転速度関数とを、それぞれ減速域と加速域とでそれぞれの全部もしくは一部を重ねればよい。   So, for example, when linear interpolation and linear interpolation are operated continuously, after deriving the speed function on each linear interpolation path first, the deceleration area of the previous movement section and the acceleration of the subsequent movement section Connect the area. Then, the connecting point of both sections or the vicinity thereof may be passed through the sum of the speed during deceleration of the previous movement section and the speed during acceleration of the subsequent movement section. Thereby, the time to reach the next teaching point can be shortened. Such speed superimposition processing is easily achieved in a sense by connecting the speed functions themselves when the interpolation method for the previous movement section and the interpolation method for the subsequent movement section are the same type. In the case of linear interpolation and linear interpolation, on the task space, the previous translation speed function and the subsequent translation speed function, the previous rotation speed function and the subsequent rotation speed function, respectively, the deceleration area and the acceleration area, respectively. And all or a part of each may be overlapped.

関節補間で動作させる場合は、6軸ロボットであれば関節(軸)ごとに速度関数が与えられる。この場合でも関節補間同士の速度の重ね処理は、それぞれの関節補間経路上での速度関数を求めた後に、第1関節の先の速度関数の減速域と後の速度関数の加速域とを、第2関節の先の速度関数と後の速度関数とをといったように関節ごとを対象にして行えばよい。従って、6自由度のマニピュレータであれば、6つの組合せ全部で重ねられることになる。   When operating by joint interpolation, a velocity function is given to each joint (axis) in the case of a 6-axis robot. Even in this case, the speed overlapping process between the joint interpolations is performed by obtaining the speed function on the respective joint interpolation paths, and then decelerating the deceleration area of the speed function ahead of the first joint and the acceleration area of the subsequent speed function, What is necessary is just to perform it for every joint like the speed function of the tip of the 2nd joint, and the speed function of the back. Therefore, if the manipulator has six degrees of freedom, all six combinations are overlapped.

しかし、ロボットの動作が関節補間から直線補間に移る場合は、補間をする空間がそれぞれ、関節空間とタスク空間とで異なり、関節補間の関節角速度と、直線補間のTCPの並進速度及び回転速度の繋ぎ合せ処理がそのままではできない。   However, when the movement of the robot shifts from joint interpolation to linear interpolation, the interpolation space is different between the joint space and the task space, respectively, and the joint angular velocity of joint interpolation, the translation speed and rotational speed of TCP of linear interpolation are different. The splicing process cannot be performed as it is.

そこで、特許文献1では、関節補間から直線補間に移る場合、直線補間をしてTCPの並進速度及び回転速度を出した後、逆キネマティクス計算を行い各軸の関節の角速度に直してから、関節補間軌道との速度の繋ぎ合せを行っている。直線補間の速度を関節の角速度に直して速度を繋ぎ合せるため、関節角速度の繋ぎ合せが可能となる。   Therefore, in Patent Document 1, when shifting from joint interpolation to linear interpolation, linear interpolation is performed to obtain the translational speed and rotational speed of TCP, and then the inverse kinematics calculation is performed to correct the angular velocity of the joint of each axis. The speed is connected with the joint interpolation trajectory. Since the linear interpolation speed is changed to the joint angular speed to join the speeds, the joint angular speeds can be joined.

一方、非特許文献1では、与えられた経路上で、各種物理的制約を守り、動作時間を最短にするロボットの最適な動作速度を計算する最適速度の計算方法が述べられている。与えられた経路で、ロボットの動作速度を調整し動作軌道を作成するには、通常、各種物理的制約を守りつつ、ロボットの動作時間が短くなるように、ユーザが速度値を何度も調整する必要があった。しかし、人間が速度値の調整をすると、軌道が最適にならず、動作時間が長くなってしまうと同時に、軌道開発工数がかかってしまう。そこで、各種物理的制約を守り、動作時間を最短にするロボットの最適な動作速度の計算を自動で行うことが望まれる。   On the other hand, Non-Patent Document 1 describes an optimal speed calculation method for calculating an optimal operation speed of a robot that observes various physical constraints and minimizes an operation time on a given route. To adjust the robot's motion speed and create a motion trajectory along a given route, the user usually adjusts the speed value many times so that the robot's motion time is shortened while observing various physical constraints. There was a need to do. However, if a person adjusts the speed value, the trajectory is not optimal, and the operation time becomes long, and at the same time, the trajectory development man-hours are required. Therefore, it is desirable to automatically calculate the optimal operation speed of the robot that observes various physical constraints and minimizes the operation time.

ロボットの関節トルク制約を守りつつ、与えられた経路に対し、できる限り動作時間の短い軌道を生成する最適速度計算方法について非特許文献1に記載されている。   Non-Patent Document 1 describes an optimal speed calculation method for generating a trajectory having as short an operation time as possible for a given route while keeping the joint torque constraint of the robot.

特開2004−252814号公報JP 2004-252814 A

Verscheure,Diederik,et al. “Time−optimal path tracking for robots: a convex optimization approach.” Automatic Control, IEEE Transactions on 54.10 (2009): 2318−2327.Verscheure, Dieterik, et al. “Time-optimal path tracking for robots: a convex optimization approach.” Automatic Controls, IEEE Transactions on 54.10 (2009): 2318-2327.

しかしながら、上記特許文献1及び上記非特許文献1によっても、2つの補間経路を繋ぎ合せたときに物理的制約を考慮にいれた最適な軌道を生成することができなかった。   However, even with the above-mentioned Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, it is impossible to generate an optimal trajectory that takes physical constraints into consideration when two interpolation paths are connected.

非特許文献1には、生成した2つの補間経路を、媒介変数に関して滑らかさを保って繋ぐ方法については記載されていない。また、引用文献1でも、2つの補間経路を繋げる方法は開示されているが、2つの補間経路を媒介変数sに関して滑らかさ(所定の階数まで微分した微分値の変化が連続な滑らかさ)をもたせたまま繋げることについては、記載されていない。   Non-Patent Document 1 does not describe a method of connecting two generated interpolation paths while maintaining smoothness with respect to parameters. Also, Cited Document 1 discloses a method for connecting two interpolation paths, but the smoothness of the two interpolation paths with respect to the parameter s (smoothness in which the differential value obtained by differentiating to a predetermined rank is continuous). There is no description about tying it up.

つまり、従来、第1補間方法で生成した第1補間経路と第2補間方法で生成した第2補間経路とを媒介変数sに関して滑らかさ(所定の階数まで微分した微分値の変化が連続な滑らかさ)をもたせたまま繋げることは、これまで行われていなかった。例えば、関節補間と直線補間という経路を補間する空間がそれぞれ違う2つの補間経路や、円弧補間と直線補間といった形状が違う2つの補間経路を媒介変数sに関して滑らかさをもたせたまま繋げることは、行われていなかった。   That is, conventionally, the first interpolation path generated by the first interpolation method and the second interpolation path generated by the second interpolation method are smooth with respect to the parametric variable s (smooth with a continuous change in the differential value obtained by differentiating to a predetermined rank). It has never been done before. For example, it is possible to connect two interpolation paths having different spaces for interpolating joint interpolation and linear interpolation paths, and two interpolation paths having different shapes such as circular interpolation and linear interpolation while maintaining smoothness with respect to the parameter s. It was not done.

従来、2つの補間経路を媒介変数sに関して滑らかさをもたせたまま繋げていなかったので、ロボットへの時刻毎の関節角度の指令値を生成する、つまりロボットの軌道を生成する際に、軌道の最適性に大きな誤差を生む原因となっていた。   Conventionally, since two interpolation paths were not connected with a smoothness with respect to the parameter s, the command value of the joint angle for each time to the robot is generated, that is, when the trajectory of the robot is generated, This caused a large error in the optimality.

例えば、関節i軸の関節加加速度は、sを用いて、   For example, the joint jerk of the joint i-axis is expressed as s

Figure 2016055404
と書ける。もしq(s)がsに関して滑らかでなく、単に連続である場合、q’(s)、q’’(s)、q’’’(s)は不連続になるため、q(…)(s)は、媒介変数sに関して不連続になる。
Figure 2016055404
Can be written. If q i (s) is not smooth with respect to s and is simply continuous, q i ′ (s), q i ″ (s), q i ′ ″ (s) are discontinuous, so q i (...) (s) becomes discontinuous with respect to the parameter s.

このような滑らかでない(所定の階数まで微分した微分値の変化が不連続である)経路で、速度の最適化計算を行った場合、一定周期毎のロボットへの関節角度の指令値を生成する際に大きな誤差が生じていた。これにより、例えば関節加加速度が制約から大幅に外れる原因となっていた。また、これは、関節加加速度だけに限定されるものではなく、関節トルク制約、関節角速度制約、関節角加速度制約、TCP速度制約又はTCP加速度制約等の物理的制約も同様に大きな誤差を生み、制約から大幅に外れる原因となっていた。   When the speed optimization calculation is performed on such a path that is not smooth (the change in the differential value differentiated to a predetermined rank is discontinuous), a command value for the joint angle to the robot is generated at regular intervals. There was a big error. As a result, for example, the joint jerk is greatly deviated from the restriction. In addition, this is not limited only to joint jerk, but physical constraints such as joint torque constraint, joint angular velocity constraint, joint angular acceleration constraint, TCP speed constraint or TCP acceleration constraint also cause a large error, It was the cause of a significant departure from the constraints.

そこで、本発明は、2つの補間経路を繋ぎ合せた経路を辿るロボットが停止しない、物理的制約を守った最適な軌道を生成することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to generate an optimal trajectory that observes physical constraints and does not stop a robot that follows a path obtained by connecting two interpolation paths.

本発明は、演算部が、多関節のロボットの軌道を生成する軌道生成方法であって、前記演算部が、媒介変数の関数であって、所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、第1教示点から第1補助点に向かう第1補間経路を、第1補間方法により生成する第1補間経路生成工程と、前記演算部が、前記媒介変数の関数であって、前記所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、第2補助点から第2教示点に向かう第2補間経路を、第2補間方法により生成する第2補間経路生成工程と、前記演算部が、前記媒介変数の関数であって、前記所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、前記第1補間経路上の第1途中点から前記第2補間経路上の第2途中点に向かう繋ぎ合せ経路を生成する繋ぎ合せ工程と、前記演算部が、前記第1補間経路における前記第1教示点と前記第1途中点との間の第1局所経路と、前記第2補間経路における前記第2途中点と前記第2教示点との間の第2局所経路とを、前記繋ぎ合せ経路で繋ぎ合せた経路に対し、所定の物理的制約を守るよう前記ロボットの動作時間を最適化する最適化計算によって、前記ロボットの前記軌道を求める最適化計算工程と、を備えたことを特徴とする。   The present invention is a trajectory generation method in which the arithmetic unit generates a trajectory of an articulated robot, wherein the arithmetic unit is a function of a parametric variable, and a differential value differentiated by the parametric variable up to a predetermined rank. A first interpolation path generating step of generating a first interpolation path from the first teaching point to the first auxiliary point with a continuous change by a first interpolation method; and the computing unit is a function of the parameter A second interpolation path generating step of generating a second interpolation path from the second auxiliary point to the second teaching point, in which a change in the differential value differentiated by the parameter is continuous up to the predetermined rank, by the second interpolation method And the calculation unit is a function of the parametric variable, and the change of the differential value differentiated by the parametric variable up to the predetermined rank is continuous from the first intermediate point on the first interpolation path to the second intermediate point. Generate a connection path toward the second halfway point on the interpolation path A joining step; and the calculation unit includes: a first local path between the first teaching point and the first intermediate point in the first interpolation path; a second intermediate point in the second interpolation path; By the optimization calculation for optimizing the operation time of the robot so as to keep a predetermined physical constraint with respect to the route obtained by joining the second local route between the second teaching point and the second joining point by the joining route, And an optimization calculation step for obtaining the trajectory of the robot.

本発明によれば、媒介変数に関して滑らかな(所定の階数まで微分した微分値の変化が連続である)ロボットの経路を生成しているので、2つの補間経路を繋げ合せた経路を辿るロボットが停止することのない、物理的制約を守った軌道を生成することができる。   According to the present invention, the robot path that is smooth with respect to the parametric variable (the change in the differential value differentiated to a predetermined rank is continuous) is generated. Therefore, the robot that follows the path obtained by connecting the two interpolation paths It is possible to generate a trajectory that observes physical constraints without stopping.

本発明の第1実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the robot apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るロボット装置のロボットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the robot of the robot apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る軌道生成装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a trajectory generation device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における重み関数を示すグラフである。It is a graph which shows the weight function in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるタスク空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the task space in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the joint space in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る軌道生成方法の主要なステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the main steps of the track | orbit generation method which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る軌道生成方法の経路生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the path | route production | generation process of the track | orbit production method which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるタスク空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the task space in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における関節空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the joint space in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る軌道生成方法の経路生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the path | route production | generation process of the track | orbit production method which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態におけるタスク空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the task space in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における関節空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the joint space in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る軌道生成方法の経路生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the path | route production | generation process of the track | orbit production method which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態におけるタスク空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the task space in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における関節空間でのロボットの経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the robot in the joint space in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る軌道生成方法の経路生成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the path | route production | generation process of the track | orbit production method which concerns on 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。ロボット装置500は、多関節(2関節以上)のロボット200と、ロボット200の軌道を生成する軌道生成装置100と、生成された軌道に基づきロボット200の動作を制御するロボットコントローラ300と、を備えている。また、ロボット装置500は、作業者(ユーザ)の操作により軌道生成装置100にデータ入力等を行う操作部410と、軌道生成装置100から表示データを入力して画像表示を行う表示部420とを有する操作装置400を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the robot apparatus according to the first embodiment of the present invention. The robot apparatus 500 includes an articulated robot (two or more joints) 200, a trajectory generation apparatus 100 that generates a trajectory of the robot 200, and a robot controller 300 that controls the operation of the robot 200 based on the generated trajectory. ing. In addition, the robot apparatus 500 includes an operation unit 410 that inputs data to the trajectory generation apparatus 100 by an operation of a worker (user), and a display unit 420 that inputs display data from the trajectory generation apparatus 100 and displays an image. The operating device 400 is provided.

軌道生成装置100は、演算部であるCPU(Central Processing Unit)101と、種々のデータを格納する記憶部106と、を備えたコンピュータで構成されている。操作装置400の表示部420は、ディスプレイであり、ロボットアーム210や作業空間を3D(3次元)グラフィックス表示して、生成された動作軌道を作業者が視認できるよう構成されている。なお、操作部410と表示部420とが1つの操作装置400に組み込まれている場合について説明するが、操作部410と表示部420とが独立した装置で構成されていてもよい。また、操作部410と表示部420とが別々に構成されている場合について説明するが、操作部410と表示部420とがタッチパネルディスプレイ等の操作及び表示が可能な操作表示部で構成されていてもよい。   The trajectory generation device 100 is configured by a computer including a CPU (Central Processing Unit) 101 that is a calculation unit and a storage unit 106 that stores various data. The display unit 420 of the operation device 400 is a display, and is configured to display the robot arm 210 and the work space in 3D (three-dimensional) graphics so that the worker can visually recognize the generated motion trajectory. In addition, although the case where the operation part 410 and the display part 420 are integrated in one operating device 400 is demonstrated, the operation part 410 and the display part 420 may be comprised with the independent apparatus. Further, the case where the operation unit 410 and the display unit 420 are configured separately will be described. However, the operation unit 410 and the display unit 420 are configured by an operation display unit capable of operation and display such as a touch panel display. Also good.

CPU101は、後述するプログラムを読み出して実行することにより、キネマティクス計算部31、経路生成部32、経路繋ぎ合せ部33、教示点計算部34及び最適速度計算部35として機能する。   The CPU 101 functions as a kinematics calculation unit 31, a route generation unit 32, a route joining unit 33, a teaching point calculation unit 34, and an optimum speed calculation unit 35 by reading and executing a program described later.

図2は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置のロボットを示す模式図である。ロボット200は、多関節(2関節以上、第1実施形態では2関節)のロボットアーム210と、ロボットアーム210の先端に取り付けられたエンドエフェクタ、例えばロボットハンド220とを有している。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a robot of the robot apparatus according to the first embodiment of the present invention. The robot 200 has a multi-joint (two or more joints, two joints in the first embodiment) robot arm 210 and an end effector, for example, a robot hand 220 attached to the tip of the robot arm 210.

ロボットアーム210は、例えば2つの関節(軸)J,Jとリンク201,202で構成される2自由度のロボットアームである。関節には回転関節や直動関節の他、球体関節などさまざまな種類があるが、第1実施形態では、関節J,Jは、回転(旋回)関節である。関節の動作はモータ等の動力源で能動的に動作する場合と、動力源を持たずに受動的に動作する場合があるが、第1実施形態では、関節J,Jは、動力源を有する。ロボットアームは、各関節間がリンクにより結びつけられ、関節とリンクが交互に直列されたシリアルリンク型と、関節とリンクの組合せが並列となったパラレルリンク型などがあるが、第1実施形態では、回転関節を有するシリアルリンク型とする。つまり、ロボットアーム210は、ロボットアーム自体が動作するような動作体として広く観念されるものであればよく、特に限定するものではない。例えば、6軸多関節ロボットアームや直動型のロボットアームを用いてもよい。 The robot arm 210 is a two-degree-of-freedom robot arm composed of, for example, two joints (axes) J 1 and J 2 and links 201 and 202. There are various types of joints such as a rotary joint, a linear motion joint, and a spherical joint. In the first embodiment, the joints J 1 and J 2 are rotational (turning) joints. The joints may be operated actively with a power source such as a motor, or may be passively operated without a power source. In the first embodiment, the joints J 1 and J 2 are power sources. Have The robot arm includes a serial link type in which each joint is connected by a link, and the joint and the link are alternately connected in series, and a parallel link type in which the combination of the joint and the link is in parallel. In the first embodiment, The serial link type has a rotating joint. That is, the robot arm 210 is not particularly limited as long as it is widely considered as an operating body in which the robot arm itself operates. For example, a 6-axis articulated robot arm or a direct-acting robot arm may be used.

ロボットアーム210(ロボット200)の自由度を表すパラメータを関節角度として、ロボットアーム210の2軸J,Jの関節角度をそれぞれθ,θとする。ロボットアーム210のコンフィグレーションは(θ,θ)で表され、関節空間上では、1つの点とみなすことができる。このように、ロボットアーム210の自由度を表すパラメータ(例えば、関節角度や伸縮長さ)を座標軸の値とした場合、ロボットアーム210のコンフィグレーションは関節空間上の点として表現することができる。つまり、関節空間は、ロボットアーム210(ロボット200)の関節角度を座標軸とする空間である。 A parameter indicating the degree of freedom of the robot arm 210 (robot 200) is a joint angle, and the joint angles of the two axes J 1 and J 2 of the robot arm 210 are θ 1 and θ 2 , respectively. The configuration of the robot arm 210 is represented by (θ 1 , θ 2 ) and can be regarded as one point on the joint space. As described above, when the parameters representing the degree of freedom of the robot arm 210 (for example, joint angle and expansion / contraction length) are coordinate axis values, the configuration of the robot arm 210 can be expressed as a point on the joint space. That is, the joint space is a space having the joint angle of the robot arm 210 (robot 200) as a coordinate axis.

また、ロボット200の先端、即ちロボットハンド220には、ツールセンターポイント(TCP)が設定されている。TCPは、位置を表す3つのパラメータ(x,y,z)と、姿勢(回転)を表す3つのパラメータ(α,β,γ)、即ち6つのパラメータ(x,y,z,α,β,γ)で表され、タスク空間上では、1つの点としてみなすことができる。つまり、タスク空間は、これら6つの座標軸で規定された空間である。   A tool center point (TCP) is set at the tip of the robot 200, that is, the robot hand 220. The TCP has three parameters (x, y, z) representing the position and three parameters (α, β, γ) representing the posture (rotation), that is, six parameters (x, y, z, α, β, It can be regarded as one point on the task space. That is, the task space is a space defined by these six coordinate axes.

図3は、本発明の第1実施形態に係る軌道生成装置100の構成を示すブロック図である。図3に示すように、コンピュータで構成されている軌道生成装置100は、演算部としてのCPU101を備えている。また軌道生成装置100は、記憶部106として、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103及びHDD(Hard Disk Drive)104を備えている。また、軌道生成装置100は、記録ディスクドライブ105及び各種のインタフェース111〜113を備えている。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the trajectory generation device 100 according to the first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 3, the trajectory generation device 100 configured by a computer includes a CPU 101 as a calculation unit. The trajectory generation device 100 includes a ROM (Read Only Memory) 102, a RAM (Random Access Memory) 103, and an HDD (Hard Disk Drive) 104 as the storage unit 106. Further, the trajectory generating apparatus 100 includes a recording disk drive 105 and various interfaces 111 to 113.

CPU101には、ROM102、RAM103、HDD104、記録ディスクドライブ105及びインタフェース111〜113が、バス120を介して接続されている。   A ROM 102, a RAM 103, an HDD 104, a recording disk drive 105, and interfaces 111 to 113 are connected to the CPU 101 via a bus 120.

ROM102には、BIOS等の起動プログラムが格納されている。RAM103は、CPU101の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する。HDD104には、プログラム140が格納(記録)されている。そして、CPU101は、プログラム140を読み出して実行することにより、後述する軌道生成方法の各工程を実行する。つまり、CPU101は、プログラム140を読み出して実行することにより、図1に示す各部31〜35として機能する。記録ディスクドライブ105は、記録ディスク141に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。   The ROM 102 stores a boot program such as BIOS. The RAM 103 temporarily stores various data such as arithmetic processing results of the CPU 101. A program 140 is stored (recorded) in the HDD 104. Then, the CPU 101 reads out and executes the program 140, thereby executing each step of the trajectory generation method described later. That is, the CPU 101 functions as the units 31 to 35 illustrated in FIG. 1 by reading and executing the program 140. The recording disk drive 105 can read various data and programs recorded on the recording disk 141.

インタフェース111には、上述した操作装置400が接続されている。インタフェース112には、USBメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリ、或いは外付けHDD等の外部記憶装置600が接続されている。インタフェース113には、上述したロボットコントローラ300が接続されている。   The operation device 400 described above is connected to the interface 111. The interface 112 is connected to a rewritable nonvolatile memory such as a USB memory or an external storage device 600 such as an external HDD. The above-described robot controller 300 is connected to the interface 113.

図1において、キネマティクス計算部31は、ロボット200(ロボットアーム210)の各関節角度情報から、ロボット200のTCPの位置及び回転(姿勢)を求める順キネマティクスを計算する。また、キネマティクス計算部31は、ロボット200のTCPの位置及び回転(姿勢)から、ロボット200(ロボットアーム210)の各関節角度を計算する逆キネマティクスを計算する。   In FIG. 1, a kinematics calculation unit 31 calculates forward kinematics for obtaining the TCP position and rotation (posture) of the robot 200 from each joint angle information of the robot 200 (robot arm 210). The kinematics calculation unit 31 calculates inverse kinematics for calculating each joint angle of the robot 200 (robot arm 210) from the TCP position and rotation (posture) of the robot 200.

キネマティクス計算部31は、例えば、教示点として、コンフィグレーション(θ,θ)を与えられ、それを基準として直線補間を行う場合、コンフィグレーションを順キネマティクスによりTCPの位置及び回転にする。逆に、キネマティクス計算部31は、教示点として、TCPの位置及び回転を与えられ、関節補間をする場合は、TCPの位置及び回転を逆キネマティクスによりコンフィグレーションにする。 For example, the kinematics calculation unit 31 is given a configuration (θ 1 , θ 2 ) as a teaching point, and when performing linear interpolation based on the configuration (θ 1 , θ 2 ), the configuration is set to the position and rotation of the TCP by forward kinematics. . Conversely, the kinematics calculation unit 31 is given a TCP position and rotation as a teaching point, and when performing joint interpolation, configures the TCP position and rotation by inverse kinematics.

経路生成部32は、教示点間を補間するロボット200の経路(補間経路)を生成する。ロボット200の経路とは、関節空間におけるロボット200のコンフィグレーションの軌跡、もしくはタスク空間におけるロボット200のTCPの軌跡である。換言すれば、ロボット200の経路とは、関節空間又はタスク空間の点(ポーズ)の順序集合である。ロボット200の軌道とは、時間をパラメータとしてポーズ(経路)を表したものであり、第1実施形態では、時刻毎のロボット200の関節の関節指令値(角度指令値)の集合である。ロボット200の関節は複数あるため、各関節で関節指令値の同期がとられる。   The path generation unit 32 generates a path (interpolation path) of the robot 200 that interpolates between teaching points. The path of the robot 200 is a configuration locus of the robot 200 in the joint space or a TCP locus of the robot 200 in the task space. In other words, the path of the robot 200 is an ordered set of points (poses) in the joint space or task space. The trajectory of the robot 200 represents a pose (path) using time as a parameter, and in the first embodiment, is a set of joint command values (angle command values) of the joints of the robot 200 at each time. Since there are a plurality of joints of the robot 200, the joint command values are synchronized at each joint.

教示点間を補間する補間方法としては、Spline補間、B−Spline補間、ベジェ曲線、直線補間、円弧補間、関節補間などがあり、媒介変数sの値により、ロボット200の経路上の位置を示す。つまり、媒介変数sの値にロボット200の位置(補間点)が対応付けられて、これら点の集合で一連の経路が形成される。これら補間方法により、媒介変数sをパラメータとした補間関数が、ロボット200の経路(補間経路)として求められる。   As interpolation methods for interpolating between teaching points, there are Spline interpolation, B-Spline interpolation, Bezier curve, linear interpolation, circular interpolation, joint interpolation, and the like, and the position of the robot 200 on the path is indicated by the value of the parameter s. . That is, the position (interpolation point) of the robot 200 is associated with the value of the parameter s, and a series of paths is formed by a set of these points. By these interpolation methods, an interpolation function using the parameter s as a parameter is obtained as a path (interpolation path) of the robot 200.

関節加加速度の制約を考慮に入れる場合、媒介変数sに関して経路が3階まで微分した微分値の変化が連続である必要がある。例えば、3次のB−Spline曲線の場合、媒介変数sに対しC級(3階まで微分した値が連続)になる。 When taking into account the constraints of joint jerk, it is necessary that the change of the differential value obtained by differentiating the path to the third order with respect to the parameter s is continuous. For example, if the third-order B-Spline curve, to parametric s C 3 grade (value obtained by differentiating to the third floor is continuous) it becomes.

最適速度計算部35は、算出されたロボット200の経路に対し、所定の物理的制約を守りつつ、ロボット200の動作時間を最短にするという最適化問題を解き、ロボット200の最適速度を計算する。所定の物理的制約とは、第1実施形態では、ロボット200の関節トルクの制約、関節角速度の制約、関節角加速度の制約、関節角加加速度の制約、TCP速度の制約及びTCP加速度の制約である。ロボット200のTCP速度の制約とは、ロボット200の先端の速度の制約である。ロボット200のTCP加速度の制約とは、ロボット200の先端の加速度の制約である。   The optimum speed calculation unit 35 solves the optimization problem of minimizing the operation time of the robot 200 while keeping predetermined physical restrictions on the calculated path of the robot 200, and calculates the optimum speed of the robot 200. . In the first embodiment, the predetermined physical constraint is a joint torque constraint, a joint angular velocity constraint, a joint angular acceleration constraint, a joint angular jerk constraint, a TCP velocity constraint, and a TCP acceleration constraint in the robot 200. is there. The restriction on the TCP speed of the robot 200 is a restriction on the speed of the tip of the robot 200. The restriction on the TCP acceleration of the robot 200 is a restriction on the acceleration at the tip of the robot 200.

第1実施形態では、所定の物理的制約には、これら全ての制約が含まれる場合について説明するが、これに限定するものではない。所定の物理的制約には、少なくとも、関節角速度の制約及びTCP速度の制約のうち少なくとも1つの制約が含まれている。これに加え、所定の物理的制約には、関節トルクの制約、関節角加速度の制約、関節角加加速度の制約及びTCP加速度の制約のうち少なくとも1つの制約が含まれていればよい。それぞれの制約値の中で、最も高い階数以上の階数を持った経路を生成すれば、計算上の制約値を計算するモデルも連続となり、正確に制約値を計算することができる。   In the first embodiment, a case where all of these restrictions are included in the predetermined physical restrictions will be described, but the present invention is not limited to this. The predetermined physical constraint includes at least one of a joint angular velocity constraint and a TCP velocity constraint. In addition to this, the predetermined physical constraint may include at least one constraint among a joint torque constraint, a joint angular acceleration constraint, a joint angular jerk constraint, and a TCP acceleration constraint. If a route having a rank greater than or equal to the highest rank among the respective constraint values is generated, the model for calculating the calculation constraint value becomes continuous, and the constraint value can be calculated accurately.

関節トルクの制約、関節角加速度の制約、関節角加加速度の制約及びTCP加速度の制約を条件にロボット200の軌道を求める際には、媒介変数sで経路を1〜3階微分した微分値を用いる。このため、経路は媒介変数sに対し少なくともC級(3階微分した微分値の変化が連続)である必要がある例について説明する。つまり、所定の物理的制約には、経路を媒介変数sで1〜3階微分した微分値を用いて評価する制約が含まれており、第1実施形態では、関節トルクの制約、関節角加速度の制約、関節角加加速度の制約及びTCP加速度の制約が含まれている。 When obtaining the trajectory of the robot 200 under the conditions of joint torque restriction, joint angular acceleration restriction, joint angular jerk restriction, and TCP acceleration restriction, a differential value obtained by differentiating the path from the first to the third order with a parameter s is obtained. Use. For this reason, an example will be described in which the path needs to be at least class C 3 with respect to the parameter s (continuous change in the differential value obtained by third-order differentiation). That is, the predetermined physical constraint includes a constraint for evaluating the path using a differential value obtained by first-order differentiation of the path by the parameter s. In the first embodiment, the joint torque constraint, the joint angular acceleration are included. , Joint angle jerk constraint, and TCP acceleration constraint.

最適化問題の解き方としては、公知の方法を用いればよく、例えば、パラメータを置き換えて、問題を凸問題化し、ログバリア法とニュートン法を用いて大域的収束解に高速に収束させるといった方法を用いればよい。   As a method for solving the optimization problem, a known method may be used.For example, a method is used in which parameters are replaced to make the problem convex, and the log barrier method and Newton method are used to rapidly converge to a global convergence solution. That's fine.

経路繋ぎ合せ部33は、2つの補間経路それぞれに繋ぎ合せ区間(重ね合せ区間)を設け、2つの補間経路の繋ぎ合せ区間上の点に重み係数を乗じて足し合せ、2つの補間経路を所定の滑らかさ(ここではC級の滑らかさ)で繋ぎ合せた経路を生成する。 The path joining unit 33 provides joining sections (overlapping sections) for each of the two interpolation paths, adds points by multiplying the points on the joining sections of the two interpolation paths by a weighting factor, and sets the two interpolation paths as predetermined. smoothness (in this case C 3 grade smoothness) generating a path pieced together with.

関節補間及び直線補間でそれぞれ生成された、媒介変数sに関してC級の2つの補間経路を、経路繋ぎ合せ部33が、媒介変数sに関してC級の滑らかさを保ち繋ぎ合せる例を以下に説明する。 An example in which the path linking unit 33 connects the two interpolation paths of the class C 3 with respect to the parameter s generated by the joint interpolation and the linear interpolation while maintaining the class C 3 smoothness with respect to the parameter s as follows. explain.

媒介変数sに関して滑らかに、関節空間で補間した補間経路とタスク空間で補間した補間経路とを繋ぐためには、各補間経路に繋ぎ合せ区間を設け、徐々に関節空間補間経路からタスク空間補間経路に移り変える必要がある。徐々に移り変える際に、繋ぎ合せの重みを徐々に移していくことが、滑らかに繋ぐ上で必須となる。   In order to smoothly connect the interpolation path interpolated in the joint space and the interpolation path interpolated in the task space with respect to the parameter s, a connection section is provided in each interpolation path, and the task space interpolation path is gradually changed from the joint space interpolation path. It is necessary to change to. When changing gradually, it is essential to gradually change the weight of the connection in order to connect smoothly.

重み関数の条件として、繋ぎ合せの区間の開始点と終了点で、媒介変数sでの1〜3階の微分値が0になり(0とみなせるものも含む)、かつ媒介変数sに関して少なくともC級での滑らかさが必要になる。そこで、C級であるシグモイド関数を応用して重みづけをすることを考える。 As a condition of the weight function, the first to third differential values of the parameter s are 0 (including those that can be regarded as 0) at the start point and end point of the joining interval, and at least C with respect to the parameter s. Smoothness at level 3 is required. Therefore, considering that the weighting by applying a sigmoid function which is a C class.

シグモイド関数は、   The sigmoid function is

Figure 2016055404
である。しかし、このままでは、定義域が−∞≦x≦∞となり扱いにくい。そこで、シグモイド関数とtan(x)との合成関数を以下のように考える。
Figure 2016055404
It is. However, in this state, the domain is -∞ ≦ x ≦ ∞, which is difficult to handle. Therefore, a synthesis function of the sigmoid function and tan (x) is considered as follows.

Figure 2016055404
Figure 2016055404

更に、   Furthermore,

Figure 2016055404
とする。但し、aは0より大きい実数である。
Figure 2016055404
And However, a is a real number larger than 0.

この重み関数は、aを十分大きくとれば、定義域の開始点と終了点で、1〜3階微分値がほぼ0とみなせるため、異なる補間方法で作成した補間経路を媒介変数sに関してほぼC級を保ち滑らかに繋ぐ重みづけに利用できる。 In this weight function, if a is sufficiently large, the first to third differential values can be regarded as almost zero at the start and end points of the domain. Therefore, an interpolation path created by a different interpolation method is approximately C with respect to the parameter s. It can be used for weighting that keeps the third grade and connects smoothly.

図4は、a=5の時の第1重み関数fsig1(x)、第2重み関数fsig2(x)のグラフであり、図4(a)は第1重み関数fsig1(x)のグラフ、図4(b)は第2重み関数fsig2(x)のグラフである。 FIG. 4 is a graph of the first weighting function f sig1 (x) and the second weighting function f sig2 (x) when a = 5. FIG. 4A is a graph of the first weighting function f sig1 (x). FIG. 4B is a graph of the second weight function f sig2 (x).

なお、第1重み関数はxの増加に応じて0から1に順次変化する関数であり、第2重み関数はxの増加に応じて1から0に順次変化する関数であって、同じx値のときの第1重み関数の第1重み係数と、第2重み関数の第2重み係数との合計が1であればよい。このような関数であれば第1重み関数及び第2重み関数は、上記の関数に限定されるものではなく、多項式やその他の関数を用いてもよい。その際、第1重み関数は、媒介変数sの関数であって、所定の階数(例えば3階)まで媒介変数sによる微分で連続な関数であってもよい。また、第2重み関数は、媒介変数sの関数であって、所定の階数(例えば3階)まで媒介変数sによる微分で連続な関数であってもよい。   The first weight function is a function that sequentially changes from 0 to 1 as x increases, and the second weight function is a function that sequentially changes from 1 to 0 as x increases, and has the same x value. In this case, the sum of the first weighting coefficient of the first weighting function and the second weighting coefficient of the second weighting function may be 1. If it is such a function, a 1st weight function and a 2nd weight function are not limited to said function, You may use a polynomial and another function. In this case, the first weight function may be a function of the parameter s, and may be a continuous function that is differentiated by the parameter s up to a predetermined rank (for example, the third floor). Further, the second weighting function may be a function of the parameter s, and may be a function that is continuously differentiated by the parameter s up to a predetermined rank (for example, the third floor).

図5は、第1実施形態におけるタスク空間でのロボットの経路を示す説明図であり、図6は、第1実施形態における関節空間でのロボットの経路を示す説明図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a route of the robot in the task space in the first embodiment, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a route of the robot in the joint space in the first embodiment.

但し、図5中のP21,P22は、直線補間経路を生成するための教示点であり、図6中のQ11,Q12は、関節補間経路を生成するための教示点である。また、図6中のQ11,Q12のタスク空間上のTCPの位置及び回転をそれぞれ図5中のP11,P12とする。TCPが図5中のP21,P22の位置及び回転にあるときのロボット200(ロボットアーム210)のコンフィグレーションをそれぞれ図6中のQ21,Q22とする。 However, P 21 and P 22 in FIG. 5 are teaching points for generating a linear interpolation path, and Q 11 and Q 12 in FIG. 6 are teaching points for generating a joint interpolation path. Further, the positions and rotations of the TCPs in the task space of Q 11 and Q 12 in FIG. 6 are set as P 11 and P 12 in FIG. 5, respectively. The configurations of the robot 200 (robot arm 210) when the TCP is at the positions and rotations of P 21 and P 22 in FIG. 5 are respectively Q 21 and Q 22 in FIG.

また、関節空間上の教示点Q11,Q12により関節補間をした、関節補間経路上のロボット200のコンフィグレーションを図6中のq(s)(0≦s≦1)とする。タスク空間上の教示点P21,P22により直線補間をした、直線補間経路上にTCPを位置付けるロボット200のコンフィグレーションを図6中のq(s)(0≦s≦1)とする。但し、s、sは、それぞれ関節補間経路、直線補間経路の媒介変数とする。 In addition, the configuration of the robot 200 on the joint interpolation path in which joint interpolation is performed using the teaching points Q 11 and Q 12 on the joint space is q 1 (s 1 ) (0 ≦ s 1 ≦ 1) in FIG. . The configuration of the robot 200 that performs the linear interpolation using the teaching points P 21 and P 22 on the task space and positions the TCP on the linear interpolation path is represented by q 2 (s 2 ) (0 ≦ s 2 ≦ 1) in FIG. To do. However, s 1 and s 2 are parameters of the joint interpolation path and the linear interpolation path, respectively.

また、ロボット200のコンフィグレーションがq(s)の時のTCPの位置及び回転を表すベクトルを図5中のp(s)とする。ロボット200のコンフィグレーションがq(s)の時のTCPの位置及び回転を表すベクトルを図5中のp(s)とする。 Also, let p 1 (s 1 ) in FIG. 5 be a vector representing the position and rotation of the TCP when the configuration of the robot 200 is q 1 (s 1 ). A vector representing the position and rotation of the TCP when the configuration of the robot 200 is q 2 (s 2 ) is p 2 (s 2 ) in FIG.

第1教示点である教示点P11(又は教示点Q11)及び第2教示点である教示点P22(又は教示点Q22)は、ロボット200を通過させる点である。これら2つの教示点P11,P22(又は教示点Q11,Q22)は、ユーザが操作部410を操作して直接、又はユーザが操作部410を操作して記憶部106に記憶させて、CPU101に指定(設定)する。 The teaching point P 11 (or teaching point Q 11 ) as the first teaching point and the teaching point P 22 (or teaching point Q 22 ) as the second teaching point are points through which the robot 200 passes. These two teaching points P 11 and P 22 (or teaching points Q 11 and Q 22 ) are stored in the storage unit 106 directly by the user operating the operation unit 410 or by the user operating the operation unit 410. The CPU 101 is designated (set).

一方、第1補助点である教示点P12(又は教示点Q12)及び第2補助点である教示点P21(又は教示点Q21)は、ロボット200が通過しない点であって、補助的な点である。第1実施形態では、教示点P12(又は教示点Q12)は、予め設定される点であり、教示点P21(又は教示点Q21)は、演算により求める点である。 On the other hand, the teaching point P 12 (or teaching point Q 12 ) that is the first auxiliary point and the teaching point P 21 (or teaching point Q 21 ) that is the second auxiliary point are points where the robot 200 does not pass, It is a point. In the first embodiment, the teaching point P 12 (or teaching point Q 12 ) is a preset point, and the teaching point P 21 (or teaching point Q 21 ) is a point obtained by calculation.

今、関節補間により求めた第1補間経路である関節補間経路を、直線補間により求めた第2補間経路である直線補間経路に繋ぎ合せることを考える。そこで、関節補間経路(第1補間経路)上のs=s1sを繋ぎ合せ区間の開始点とする。このs=s1sのとき点は、関節補間経路上の途中点(第1途中点)である。また、関節補間経路上のs=s1eを繋ぎ合せ区間の終了点とする。 Now, consider joining the joint interpolation path, which is the first interpolation path obtained by joint interpolation, with the linear interpolation path, which is the second interpolation path, obtained by linear interpolation. Therefore, s 1 = s 1s on the joint interpolation path (first interpolation path) is set as the start point of the joining section. When s 1 = s 1s, the point is an intermediate point (first intermediate point) on the joint interpolation path. Further, s 1 = s 1e on the joint interpolation path is set as the end point of the joining section.

また、直線補間経路(第2補間経路)上のs=s2sを繋ぎ合せ区間の開始点とし、直線補間経路上のs=s2eを繋ぎ合せ区間の終了点とする。s=s2eのとき点は、直線補間経路上の途中点(第2途中点)である。今簡単のために各定数を、s1e=1、s2s=0、s2e−s2s=s1e−s1sつまりs2e=1−s1sとする。 Further, s 2 = s 2s on the linear interpolation path (second interpolation path) is set as the start point of the joining section, and s 2 = s 2e on the linear interpolation path is set as the end point of the joining section. When s 2 = s 2e, the point is an intermediate point (second intermediate point) on the linear interpolation path. For the sake of simplicity, each constant is set to s 1e = 1, s 2s = 0, s 2e −s 2s = s 1e −s 1s, that is, s 2e = 1−s 1s .

ユーザは、各補間経路の繋ぎ合せ区間とそうでない区間の境目となる第1途中点及び第2途中点である教示点P1a,P2a(又は教示点Q1a,Q2a)のうち少なくとも1つの途中点のパラメータ値を設定(指定)する。教示点計算部34は、その点を基に、経路補間に用いる教示点と繋ぎ合せ区間を逆算する。 The user selects at least one of the teaching points P 1a and P 2a (or teaching points Q 1a and Q 2a ) that are the first and second intermediate points that are the boundaries between the joining sections of the interpolation paths and the other sections. Set (specify) the parameter value of one halfway point. Based on the point, the teaching point calculation unit 34 performs a reverse calculation of the teaching point used for the path interpolation and the connecting section.

第1実施形態の繋ぎ合せ区間は、関節補間と直線補間とが繋ぎ合さった繋ぎ合せ経路となるため、直線にはならず、ユーザの意図した動きにならない可能性がある。   Since the joint section of the first embodiment is a joint path in which joint interpolation and linear interpolation are joined, there is a possibility that the joint section does not become a straight line and does not become a movement intended by the user.

そこで、ユーザが、直線補間経路のここからは直進性を確保したいという点を、直線補間経路上から指定(設定)する。その点から、教示点計算部34により、経路補間に用いる適切な教示点と、繋ぎ合せ区間を算出する。   Therefore, the user designates (sets) on the linear interpolation path that the straight interpolation path is desired to be secured from here. From this point, the teaching point calculation unit 34 calculates an appropriate teaching point used for path interpolation and a joining section.

第1実施形態では、直進性を確保できる図5中の教示点P2aをユーザが指示(設定)し、そこから逆算して、教示点P21と、定数s2eを教示点計算部34により逆算を行う。具体的には、直線補間が媒介変数s=s2eの時のTCPの位置及び回転p(s)が教示点P2aと重なるように、教示点P21と、定数s2eを逆算する。 In the first embodiment, the user designates (sets) the teaching point P 2a in FIG. 5 in which straightness can be ensured, and calculates backward from the teaching point P 21 and the constant s 2e by the teaching point calculation unit 34. Perform reverse calculation. Specifically, the teaching point P 21 and the constant s 2e are calculated back so that the TCP position and rotation p 1 (s) when the linear interpolation is the parameter s = s 2e overlaps the teaching point P 2a .

なお、定数s2eが求まれば、s2e=1−s1sであるので、定数s1sが求まる。 If the constant s 2e is obtained, s 2e = 1−s 1s , and therefore the constant s 1s is obtained.

第1実施形態では、直線補間経路の教示点及び繋ぎ合せ区間の調整のみを説明したが、それに限定するものではない。関節補間部分も、ユーザが同様に繋ぎ合せ区間とそうでない区間の境目である教示点P1a(教示点Q1a)を指定(設定)して、関節補間の特性が欲しい区間をユーザが指示できるようにしても良い。 In the first embodiment, only the adjustment of the teaching point of the linear interpolation path and the joining section has been described, but the present invention is not limited to this. Similarly, in the joint interpolation portion, the user can specify (set) the teaching point P 1a (teaching point Q 1a ) that is the boundary between the joining section and the non-joining section, and the user can specify the section in which joint interpolation characteristics are desired. You may do it.

sは、2つの補間経路を繋ぎ合せたロボット200の経路の媒介変数である。この媒介変数sの値にロボット200の経路上の点が対応している。つまり、媒介変数sの値を決めると、その値に対応するロボット200の経路上の点が決まる。第1実施形態では、媒介変数sは、0から1+sまでの範囲の値である。s=0からs=1+sまで時刻に応じて媒介変数sの値が増加するように変化させることにより、ロボット200のTCPは、教示点P11から教示点P22まで経路上を移動することとなる。 s is a parameter of the path of the robot 200 obtained by connecting two interpolation paths. A point on the path of the robot 200 corresponds to the value of the parameter s. That is, when the value of the parameter s is determined, a point on the path of the robot 200 corresponding to the value is determined. In the first embodiment, the parameter s is a value ranging from 0 to 1 + s 1 . By the value of the parametric s depending on the time from s = 0 to s = 1 + s 1 is varied to increase, TCP of the robot 200 is to move on the path from the teaching point P 11 to the teaching point P 22 It becomes.

0≦s<s1sの局所区間を関節補間区間、s1s≦s<1の区間を繋ぎ合せ区間、1≦s<1+s1sの局所区間を直線補間区間とする。このときの2つの補間経路を繋ぎ合せたときの関節空間上の経路q(s)は以下のようになる。 A local section of 0 ≦ s <s 1s is a joint interpolation section, a section of s 1s ≦ s <1 is connected, and a local section of 1 ≦ s <1 + s 1s is a linear interpolation section. The path q (s) on the joint space when the two interpolation paths at this time are connected is as follows.

Figure 2016055404
Figure 2016055404

ここで、fsig1((s−s1s)/(1−s1s))は第1重み関数、fsig2((s−s1s)/s2e)は第2重み関数である。これら関数のsに数値を代入することで、第1重み係数及び第2重み係数が求まる。 Here, f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) is a first weighting function, and f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ) is a second weighting function. By substituting numerical values for s of these functions, the first weighting coefficient and the second weighting coefficient are obtained.

媒介変数sに関してC級で滑らかさを保つq(s)を用いれば、連続なq’(s),q’’(s),q’’’(s)を求めることが可能となる。また、q(s)を用いれば、最適速度計算(ロボット200の動作時間を最適にする最適化計算)をした後に、それに基づき、一定時間ごとの関節指令値(つまり軌道)を生成することが可能となる。 By using q (s) is to maintain the smoothness in C 3 tertiary respect parametric s, continuous q '(s), q''(s),q''' it is possible to obtain (s) is. Further, if q (s) is used, after performing optimum speed calculation (optimization calculation for optimizing the operation time of the robot 200), a joint command value (that is, a trajectory) for every predetermined time can be generated based on the calculation. It becomes possible.

式(5)に則り、図6における、繋ぎ合せ区間での繋ぎ合せ経路上の点を算出する式は図4のグラフ上の値を用いて以下のように書ける。   In accordance with equation (5), the equation for calculating the points on the joining path in the joining section in FIG. 6 can be written as follows using the values on the graph of FIG.

Figure 2016055404
Figure 2016055404

ここで、q11,q12,q13,q14,q15は、図6中、第1補間経路である関節補間経路q(s)上の教示点Q1aから教示点Q12までの複数の補間点(第1補間点)である。また、q21,q22,q23,q24,q25は、図6中、第2補間経路である直線補間経路q(s)上の教示点Q21から教示点Q2aまでの複数の補間点(第2補間点)である。 Here, q 11 , q 12 , q 13 , q 14 , and q 15 are the teaching points Q 1a to Q 12 on the joint interpolation path q 1 (s 1 ) that is the first interpolation path in FIG. Are a plurality of interpolation points (first interpolation points). In addition, q 21 , q 22 , q 23 , q 24 , and q 25 are the points from the teaching point Q 21 to the teaching point Q 2a on the linear interpolation path q 2 (s 2 ) that is the second interpolation path in FIG. A plurality of interpolation points (second interpolation points).

図7は、第1実施形態に係る軌道生成方法の主要なステップを示すフローチャートである。以下、軌道生成装置100のCPU101により行われるロボット200の軌道生成方法の各工程について説明する。   FIG. 7 is a flowchart showing main steps of the trajectory generation method according to the first embodiment. Hereinafter, each process of the trajectory generation method of the robot 200 performed by the CPU 101 of the trajectory generation apparatus 100 will be described.

まず、CPU101は、ロボット200が作業を行う作業空間での、ロボット200のモデル及び制約条件(所定の物理的制約)を記憶部106(例えばHDD104)から読み込む(S101)。   First, the CPU 101 reads the model of the robot 200 and the constraint conditions (predetermined physical constraints) in the work space where the robot 200 is working from the storage unit 106 (for example, the HDD 104) (S101).

ロボット200のモデルは、ロボット200を構成する部品の設計情報であり、各リンクの慣性モーメント、質量、位置、回転、軸数等である。制約条件は、ロボット200の物理的制約を定義したもので、ロボット200の関節トルクの制約、関節角速度の制約、関節角加速度の制約、関節角加加速度の制約、TCP速度の制約及びTCP加速度の制約である。   The model of the robot 200 is design information of parts constituting the robot 200, and includes the moment of inertia, mass, position, rotation, number of axes, and the like of each link. The constraint conditions define the physical constraints of the robot 200. The joint torque constraint, the joint angular velocity constraint, the joint angular acceleration constraint, the joint angular jerk constraint, the TCP speed constraint, and the TCP acceleration constraint of the robot 200 are defined. It is a constraint.

次に、CPU101は、ロボット200の教示点及び補間方法を取得する(S102)。例えば、ロボット200の教示点は、TCPの位置及び回転、又は関節角度により決定することができる。教示点と同時に、どういった補間方法で、その教示点まで移動するかの情報を読み込む。   Next, the CPU 101 acquires the teaching point and the interpolation method of the robot 200 (S102). For example, the teaching point of the robot 200 can be determined by the position and rotation of the TCP, or the joint angle. At the same time as the teaching point, information on how to move to the teaching point by the interpolation method is read.

第1実施形態でCPU101が取得する教示点は、第1教示点である教示点P11(又は教示点Q11)、第1補助点である教示点P12(又は教示点Q12)、第2教示点である教示点P22(又は教示点Q22)である。 The teaching points acquired by the CPU 101 in the first embodiment are the teaching point P 11 (or teaching point Q 11 ) as the first teaching point, the teaching point P 12 (or teaching point Q 12 ) as the first auxiliary point, It is a teaching point P 22 (or teaching point Q 22 ) that is two teaching points.

また、第1実施形態では、ユーザが関節補間と直線補間を指定するので、第1実施形態でCPU101が取得する補間方法は、第1補間方法である関節補間、第2補間方法である直線補間である。これら教示点及び補間方法は、記憶部106(例えばHDD104)に記憶されたロボットプログラムにて指定(設定)されている。   In the first embodiment, since the user specifies joint interpolation and linear interpolation, the interpolation method acquired by the CPU 101 in the first embodiment is joint interpolation that is the first interpolation method and linear interpolation that is the second interpolation method. It is. These teaching points and the interpolation method are designated (set) by a robot program stored in the storage unit 106 (for example, the HDD 104).

次に、CPU101は、途中点である教示点P1a,P2aのうち、少なくとも一方、第1実施形態では教示点P2aがユーザにより設定(指定)され、繋ぎ合せ区間を設定する(S103:設定工程)。第1実施形態では、関節補間のs1s≦s<1の区間と、直線補間の0<s<s2eの区間を繋ぎ合せ区間とする。繋ぎ合せ区間は、任意であるが、ユーザが指定した教示点から直進性を確保する場合、教示点計算部34により、それに合わせて直線補間の経路生成に用いる教示点と繋ぎ合せ区間を調整する。 Next, the CPU 101 sets (designates) the teaching point P 2a of at least one of the teaching points P 1a and P 2a that are halfway points in the first embodiment, and sets a joining section (S103: Setting process). In the first embodiment, a section of s 1s ≦ s 1 <1 of joint interpolation and a section of 0 <s 2 <s 2e of linear interpolation are set as a joining section. The joining section is arbitrary, but when the straightness is ensured from the teaching point designated by the user, the teaching point calculation unit 34 adjusts the joining section and the joining section used for linear interpolation path generation accordingly. .

具体的に説明すると、定数s1eは1に、定数s2sは0に設定される。つまり、これら定数s1e,s2sは、予め記憶部106に記憶されており、CPU101が記憶部106から読み出して設定する。 More specifically, the constant s 1e is set to 1 and the constant s 2s is set to 0. That is, these constants s 1e and s 2s are stored in the storage unit 106 in advance, and the CPU 101 reads out and sets them from the storage unit 106.

第2補助点から第2教示点に向かう第2補間経路上の第2途中点である教示点P2a(パラメータ値)は、ユーザが設定(指定)する。これにより、CPU101は、第2補助点である教示点P21及び定数s2e,s1sを演算する。なお、第1実施形態では、第1教示点から第1補助点に向かう第1補間経路上の第1途中点である教示点P1aは、予め記憶部106に記憶されており、CPU101が記憶部106から読み出して設定する。 The teaching point P 2a (parameter value), which is the second intermediate point on the second interpolation path from the second auxiliary point toward the second teaching point, is set (designated) by the user. Thus, CPU 101 is taught points is a second auxiliary point P 21 and the constant s 2e, calculates the s 1s. In the first embodiment, the teaching point P 1a that is the first intermediate point on the first interpolation path from the first teaching point toward the first auxiliary point is stored in the storage unit 106 in advance, and is stored by the CPU 101. This is read from the unit 106 and set.

以上、ステップS103により、繋ぎ合せ区間、つまり定数s1s,s2eが設定(初期化)される。 As described above, in step S103, the joining interval, that is, the constants s 1s and s 2e are set (initialized).

次に、CPU101は、第1補間経路である関節補間経路と第2補間経路である直線補間経路とを繋ぎ合せたロボット200の経路q(s)を生成する経路生成処理を実行する(S104)。具体的には、図6において、関節補間経路における教示点Q11と教示点Q1aとの間の第1局所経路と、直線補間経路における教示点Q2aと教示点Q22との間の第2局所経路とを、繋ぎ合せ区間の繋ぎ合せ経路で繋ぎ合せた経路q(s)を生成する。ここで、第1局所経路は、q(s)(但し0≦s<s1s)である。第2局所経路は、q(s−s1s)(但し1≦s<1+s1s)である。繋ぎ合せ経路は、q(s)×fsig1((s−s1s)/(1−s1s))+q(s−s1s)×fsig2((s−s1s)/s2e)(但しs1s≦s<1)である(式(5)参照)。 Next, the CPU 101 executes a route generation process for generating the route q (s) of the robot 200 by connecting the joint interpolation route that is the first interpolation route and the linear interpolation route that is the second interpolation route (S104). . Specifically, in FIG. 6, first between the teaching points Q 11 in the joint interpolation path and the first local path between teaching points Q 1a, the teaching point Q 2a in the linear interpolation path and teaching point Q 22 A route q (s) in which two local routes are joined by a joining route in a joining section is generated. Here, the first local route is q 1 (s) (where 0 ≦ s <s 1s ). The second local route is q 2 (s−s 1s ) (where 1 ≦ s <1 + s 1s ). The joining path is q 1 (s) × f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) + q 2 (s−s 1s ) × f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ). (However, s 1s ≦ s <1) (see formula (5)).

次に、CPU101は、速度の最適化の対象となる2つの補間経路を繋いだ経路q(s)上の評価点を決定する(S105)。例えば、s=0からs=1+s1sまで、ある一定のΔsずつ等分割したsの列を評価点とする。 Next, the CPU 101 determines an evaluation point on a route q (s) connecting two interpolation routes that are targets of speed optimization (S105). For example, the evaluation score is a column of s equally divided by a certain Δs from s = 0 to s = 1 + s 1s .

次に、CPU101は、補間関数、つまり経路q(s)を使って、媒介変数sに関する数値微分により、評価点におけるq’(s),q’’(s),q’’’(s)を求める(S106)。   Next, the CPU 101 performs q ′ (s), q ″ (s), q ′ ″ (s) at the evaluation points by numerical differentiation with respect to the parameter s using an interpolation function, that is, the path q (s). Is obtained (S106).

Figure 2016055404
Figure 2016055404

次にCPU101は、q’(s),q’’(s),q’’’(s)を用い、関節トルク制約、関節角速度制約、関節角加速度制約、関節角加加速度制約、TCP速度制約及びTCP加速度制約の制約を条件に最短時間で移動する最適速度を計算する(S107)。   Next, the CPU 101 uses q ′ (s), q ″ (s), and q ′ ″ (s), joint torque constraint, joint angular velocity constraint, joint angular acceleration constraint, joint angle jerk constraint, TCP speed constraint. Then, the optimum speed for moving in the shortest time is calculated on the condition of the constraint of the TCP acceleration constraint (S107).

次に、CPU101は、式(14)のように、最適速度計算により計算したs(・)(s)から、s(t)を計算し、q(s)から一定時間Δt毎の関節指令値(角度指令値)を求める(S108)。但し、s(0)=0とする。   Next, the CPU 101 calculates s (t) from s (•) (s) calculated by the optimum speed calculation as shown in the equation (14), and the joint command value for each predetermined time Δt from q (s). (Angle command value) is obtained (S108). However, s (0) = 0.

Figure 2016055404
Figure 2016055404

以上のステップS105〜S108が最適化計算工程である。つまり、ステップS105〜S108により、経路q(s)に対し、所定の物理的制約を守るようロボット200の動作時間を最適化する最適化計算によって、時刻に対応する媒介変数sの値(つまりs(t))を求めて、ロボット200の軌道を求める。   The above steps S105 to S108 are the optimization calculation process. In other words, in steps S105 to S108, the value of the parameter s corresponding to the time (that is, s) is determined by the optimization calculation that optimizes the operation time of the robot 200 so as to keep predetermined physical constraints on the route q (s). (T)) is obtained, and the trajectory of the robot 200 is obtained.

媒介変数sに関してC級の滑らかさをもつq(s)を用いれば、q’(s)、q’’(s)、q’’’(s)が連続となり、ロボット200への関節指令値を生成する際の誤差を大幅に減らすことができる。 If q (s) having C 3 class smoothness is used for the parameter s, q ′ (s), q ″ (s), and q ′ ″ (s) are continuous, and the joint command to the robot 200 is given. Errors in generating values can be greatly reduced.

次に、ステップS104の経路生成処理について具体的に説明する。図8は、媒介変数sを入力してコンフィグレーションq(s)を出力する、図7のステップS104における経路生成処理を示すフローチャートである。   Next, the route generation processing in step S104 will be specifically described. FIG. 8 is a flowchart showing the route generation process in step S104 of FIG. 7 in which the parameter s is input and the configuration q (s) is output.

まずCPU101は、媒介変数sの数値を取得(入力)する(S201)。CPU101は、入力した媒介変数sの数値で場合分けを行う(S202)。つまり、CPU201は、このステップS202で、媒介変数sの数値の判別を行う。0≦s<s1sの場合は、関節補間区間、s1s≦s<1の場合は、関節補間と直線補間の繋ぎ合せ区間、1≦s<1+s1sの場合は、直線補間区間である。 First, the CPU 101 acquires (inputs) a numerical value of the parameter s (S201). The CPU 101 performs case classification based on the input parameter s (S202). That is, the CPU 201 determines the value of the parameter s in this step S202. In the case of 0 ≦ s <s 1s , the joint interpolation section, in the case of s 1s ≦ s <1, the joint section between joint interpolation and linear interpolation, and in the case of 1 ≦ s <1 + s 1s , the linear interpolation section.

CPU101は、ステップS202の判別で0≦s<s1sの場合(補間方法が関節補間の場合)、教示点Q11,Q12により関節補間を行い、媒介変数sの関数となる関節補間経路であるq(s)を求める(S203)。つまりCPU101は、媒介変数sの関数であり、所定の階数(例えば3階)微分した微分値の変化が連続な、教示点Q11から教示点Q12に向かう関節補間経路q(s)を、関節補間により生成する(第1補間経路生成工程)。0≦s<s1sの区間では、第1補間経路中の教示点Q11と教示点Q1aとの間の第1局所経路q(s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s)となる。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S204)。 In the case of 0 ≦ s <s 1s (when the interpolation method is joint interpolation) in the determination in step S202, the CPU 101 performs joint interpolation using the teaching points Q 11 and Q 12 , and uses the joint interpolation path that is a function of the parameter s. A certain q 1 (s) is obtained (S203). In other words, the CPU 101 is a function of the parameter s, and the joint interpolation path q 1 (s) from the teaching point Q 11 to the teaching point Q 12 where the change in the differential value obtained by differentiating the predetermined rank (for example, the third order) is continuous. And generated by joint interpolation (first interpolation path generation step). In the section of 0 ≦ s <s 1s , the first local path q 1 (s) between the teaching point Q 11 and the teaching point Q 1a in the first interpolation path is the path of the robot 200, and q (s ) = Q 1 (s). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S204).

CPU101は、ステップS202の判別でs1s≦s<1の場合(関節補間と直線補間の繋ぎ合せ区間の場合)、教示点Q11,Q12により関節補間を行い、q(s)を求める(S205:第1補間経路生成工程)。 When s 1s ≦ s <1 in the determination in step S202 (in the case of a joint interval between joint interpolation and linear interpolation), the CPU 101 performs joint interpolation using the teaching points Q 11 and Q 12 to obtain q 1 (s). (S205: First interpolation path generation step).

CPU101は、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S206)。つまりCPU101は、媒介変数sの関数であり、教示点P21から教示点P22に向かう第2補間経路である直線補間経路p(s−s1s)を、関節補間により生成する(第2補間経路生成工程)。このステップS206で生成する直線補間経路p(s−s1s)は、所定の階数(例えば3階)まで媒介変数sにより微分した微分値の変化が連続な、媒介変数sの関数である。 The CPU 101 linearly interpolates the TCP with the teaching points P 21 and P 22 to obtain p 2 (s−s 1s ) (S206). That is, the CPU 101 generates a linear interpolation path p 2 (s−s 1s ) which is a function of the parameter s and is a second interpolation path from the teaching point P 21 to the teaching point P 22 by joint interpolation (second). Interpolation path generation step). The linear interpolation path p 2 (s−s 1s ) generated in step S206 is a function of the parameter s in which the differential value differentiated by the parameter s is continuous up to a predetermined rank (for example, the third floor).

CPU101は、p(s−s1s)に対し、キネマティクス計算部31により逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s−s1s)を求める(S207)。つまり、CPU101は、関節補間経路及び直線補間経路を、タスク空間及び関節空間のうちいずれかの空間(第1実施形態では、関節空間)における経路に統一する。 The CPU 101 performs inverse kinematics calculation on p 2 (s−s 1s ) using the kinematics calculation unit 31 to obtain a configuration q 2 (s−s 1s ) (S207). That is, the CPU 101 unifies the joint interpolation path and the linear interpolation path into a path in one of the task space and the joint space (joint space in the first embodiment).

次に、CPU101は、関節補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための第1重み関数fsig1((s−s1s)/(1−s1s))から、第1重み係数を求める(S208)。また、CPU101は、直線補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための第2重み関数fsig2((s−s1s)/s2e)から第2重み係数を求める(S209)。 Next, the CPU 101 calculates a first weighting factor from the first weighting function f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) for weighting the configuration q 1 (s) subjected to joint interpolation. Obtain (S208). Further, the CPU 101 obtains a second weighting factor from the second weighting function f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ) for weighting the configuration q 2 (s) subjected to linear interpolation (S209).

CPU101は、q(s)にfsig1((s−s1s)/(1−s1s))を掛け、q(s−s1s)にfsig2((s−s1s)/s2e)を掛けて和をとって、繋ぎ合せ経路q(s)(但しs1s≦s<1)を求める(S210)。 The CPU 101 multiplies q 1 (s) by f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) and q 2 (s−s 1s ) by f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e. ) To obtain the sum to obtain a joining route q (s) (where s 1s ≦ s <1) (S210).

(s)(但しs1s≦s<1)は、式(6)〜式(10)に示す第1補間点q11,q12,q13,q14,q15の集合である。CPU101は、各補間点q11,q12,q13,q14,q15に各第1重み係数r11,r12,r13,r14,r15を掛け算する。 q 1 (s) (where s 1s ≦ s <1) is a set of the first interpolation points q 11 , q 12 , q 13 , q 14 , q 15 shown in the equations (6) to (10). The CPU 101 multiplies each interpolation point q 11 , q 12 , q 13 , q 14 , q 15 by each first weight coefficient r 11 , r 12 , r 13 , r 14 , r 15 .

同様に、q(s−s1s)(但しs1s≦s<1)は、式(6)〜式(10)に示す第2補間点q21,q22,q23,q24,q25の集合である。CPU101は、各補間点q21,q22,q23,q24,q25に各第2重み係数r21,r22,r23,r24,r25を掛け算する。ここで、r11+r21=1,r12+r22=1,r13+r23=1,r14+r24=1,r15+r25=1である。 Similarly, q 2 (s−s 1s ) (where s 1s ≦ s <1) is the second interpolation points q 21 , q 22 , q 23 , q 24 , q shown in the equations (6) to (10). It is a set of 25 . The CPU 101 multiplies each interpolation point q 21 , q 22 , q 23 , q 24 , q 25 by each second weight coefficient r 21 , r 22 , r 23 , r 24 , r 25 . Here, r 11 + r 21 = 1, r 12 + r 22 = 1, r 13 + r 23 = 1, r 14 + r 24 = 1, r 15 + r 25 = 1.

各第1重み係数r11,r12,r13,r14,r15は、媒介変数sが大きくなるに従って1から0に順次遷移する。つまり、r11(=1)>r12>r13>r14>r15(=0)である。 Each of the first weight coefficients r 11 , r 12 , r 13 , r 14 , r 15 sequentially transitions from 1 to 0 as the parameter s increases. That is, r 11 (= 1)> r 12 > r 13 > r 14 > r 15 (= 0).

また、各第2重み係数r21,r22,r23,r24,r25は、1から各第1重み係数r11,r12,r13,r14,r15を引いた値となるよう媒介変数sが大きくなるに従って0から1に順次遷移する。つまり、r21(=0)<r22<r23<r24<r25(=1)である。 Each of the second weight coefficients r 21 , r 22 , r 23 , r 24 , r 25 is a value obtained by subtracting the first weight coefficients r 11 , r 12 , r 13 , r 14 , r 15 from 1. As the parameter s increases, the transition sequentially proceeds from 0 to 1. That is, r 21 (= 0) <r 22 <r 23 <r 24 <r 25 (= 1).

即ち、CPU101は、ステップS210では、補間点q11,q12,q13,q14,q15に対して、教示点Q11に近い側の補間点から順に、1から0に順次遷移する重み係数r11,r12,r13,r14,r15をかける。また、CPU101は、補間点q21,q22,q23,q24,q25に対して、教示点Q21に近い側の補間点から順に、0から1に順次遷移する重み係数r21,r22,r23,r24,r25をかける。CPU101は、補間点q1n(n=1〜5、以下同じ)に重み係数r1nをかけて求めた点と、補間点q2nに重み係数r2nをかけて求めた点とを足し合わせて、繋ぎ合せ経路q,q,q,q,qを生成する(図7、式(6)〜式(10))。 That is, in step S210, the CPU 101 sequentially weights the interpolation points q 11 , q 12 , q 13 , q 14 , q 15 from 1 to 0 sequentially from the interpolation point closer to the teaching point Q 11. Multiply coefficients r 11 , r 12 , r 13 , r 14 , r 15 . Further, CPU 101, the interpolation point q 21, q 22, q 23 , q 24, relative to q 25, in this order from the side of the interpolation point close to the teaching point Q 21, the weighting coefficient r 21 sequentially changes from 0 to 1, Multiply r 22 , r 23 , r 24 , r 25 . The CPU 101 adds the points obtained by multiplying the interpolation point q 1n (n = 1 to 5, the same applies hereinafter) by the weighting factor r 1n and the points obtained by multiplying the interpolation point q 2n by the weighting factor r 2n. Then, the joining routes q 1 , q 2 , q 3 , q 4 , and q 5 are generated (FIG. 7, Expressions (6) to (10)).

以上のステップS206〜S210により、CPU101は、媒介変数sの関数であって、所定の階数(例えば3階)まで媒介変数sにより微分した微分値の変化が連続な、教示点Q1aから教示点Q2aに向かう繋ぎ合せ経路を生成する(繋ぎ合せ工程)。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S211)。 Through the above steps S206 to S210, the CPU 101 is a function of the parameter s, and the teaching point Q1a from the teaching point Q1a is continuously changed in the differential value differentiated by the parameter s up to a predetermined rank (for example, the third floor). A joining route toward Q 2a is generated (joining step). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S211).

なお、重み係数r1n,r2nは、ステップS208,S209で重み関数から求める場合について説明したが、これに限定するものではなく、予め重み係数r1n,r2nを計算しておいて記憶部106に記憶させておいてもよい。その際、CPU101は、ステップS208,S209では、演算を行わずに記憶部106から重み係数r1n,r2nのデータを読み出すだけでよい。 The weight coefficients r 1n and r 2n have been described with reference to the case where they are obtained from the weight function in steps S208 and S209. However, the present invention is not limited to this, and the weight coefficients r 1n and r 2n are calculated and stored in advance. It may be stored in 106. At that time, in steps S208 and S209, the CPU 101 only needs to read the data of the weight coefficients r 1n and r 2n from the storage unit 106 without performing the calculation.

次に、CPU101は、ステップS202の判別で1≦s<1+s1sの場合(補間方法が直線補間の場合)、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S212:第2補間経路生成工程)。 Next, when 1 ≦ s <1 + s 1s (when the interpolation method is linear interpolation) in the determination of step S202, the CPU 101 linearly interpolates the TCP with the teaching points P 21 and P 22 and p 2 (s−s 1s ) (S212: second interpolation path generation step).

CPU101は、p(s−s1s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、関節空間上のコンフィグレーションであるq(s−s1s)を求める(S213)。1≦s<1+s1sの区間では、第2補間経路中の教示点Q2aと教示点Q22との間の第2局所経路q(s−s1s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s−s1s)である。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S214)。 CPU101 is, p 2 to (s-s 1s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining a q 2 (s-s 1s) is a configuration of the joint space (S213). In the section of 1 ≦ s <1 + s 1s , the second local path q 2 (s−s 1s ) between the teaching point Q 2a and the teaching point Q 22 in the second interpolation path is the path of the robot 200, q (s) = q 2 (s−s 1s ). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S214).

以上のステップS201〜S214は、媒介変数sの数値を、0から1+s1sまで変化させて繰り返し行う。これらステップS201〜S214により、式(5)に示す、ロボット200の関節空間においてC級の経路q(s)が求まる。 The above steps S201 to S214 are repeated by changing the value of the parameter s from 0 to 1 + s 1s . These steps S201~S214, shown in Equation (5), C 3 class path q (s) is obtained in the joint space of the robot 200.

以上、第1実施形態によれば、ロボット200が関節補間と直線補間という異なる2つの補間経路を繋げ合せた際に、媒介変数sに関してC級で滑らかなロボット200の関節空間における経路q(s)を生成している。これにより、2つの補間経路を繋げ合せた経路q(s)を辿るロボット200が停止することのない、物理的制約を守った軌道を生成することができる。 As described above, according to the first embodiment, when the robot 200 is combined connecting the two interpolation paths differ extensively joint interpolation and linear interpolation path in a smooth joint space of the robot 200 in C 3 tertiary respect parametric s q ( s). As a result, it is possible to generate a trajectory that observes physical constraints without stopping the robot 200 that follows the path q (s) obtained by connecting two interpolation paths.

特に、ステップS210では、CPU101が、q1n×r1n+q2n×r2n(n=1〜5)を計算して、繋ぎ合せ経路qを生成している。これにより、繋ぎ合せ経路は、媒介変数sに関してC級で滑らかな経路として生成される。なお、第1実施形態では、説明の都合上、n=1〜5としたが、これに限定するものではない。nの数は、多ければ多いほど精度が向上するため、繋ぎ合せ経路として、多数の点を生成するのがよい。第1実施形態では、第1及び第2重み関数に基づいて第1及び第2重み係数を計算しているので、予め大量の重み係数のデータを記憶部106に記憶させておく必要がない。よって、記憶部106のメモリ領域が圧迫されることがなく、メモリ領域を有効活用できる。 In particular, in step S210, the CPU 101 calculates q 1n × r 1n + q 2n × r 2n (n = 1 to 5) to generate a joining route q n . Thus, of joining path it is generated as a smooth path C 3 tertiary respect parametric s. In the first embodiment, n = 1 to 5 for convenience of explanation, but the present invention is not limited to this. As the number of n increases, the accuracy improves. Therefore, it is preferable to generate a large number of points as a connection path. In the first embodiment, since the first and second weight coefficients are calculated based on the first and second weight functions, it is not necessary to store a large amount of weight coefficient data in the storage unit 106 in advance. Therefore, the memory area of the storage unit 106 is not compressed and the memory area can be used effectively.

また、第1実施形態によれば、ユーザが教示点P2a(Q2a)を設定(指定)しているため、経路の繋ぎ合せ区間を意識せずに、直進性が必要な区間をユーザが指定でき、使用性が上がるという効果がある。 In addition, according to the first embodiment, since the user has set (designated) the teaching point P 2a (Q 2a ), the user can select a section that requires straight travel without being aware of the connecting section of the route. It can be specified and has the effect of improving usability.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る軌道生成方法について説明する。なお、軌道生成装置、即ちロボット装置の構成は、上記第1実施形態と同様であり、説明を省略する。第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる補間方法の組み合わせ、即ち円弧補間と直線補間の2種類の補間方法が指定されている。
[Second Embodiment]
A trajectory generation method according to the second embodiment of the present invention will be described. Note that the configuration of the trajectory generation device, that is, the robot device is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In the second embodiment, a combination of interpolation methods different from those in the first embodiment, that is, two types of interpolation methods of circular interpolation and linear interpolation are specified.

図9は、第2実施形態におけるタスク空間でのロボットアームの経路を示す説明図であり、図10は、第2実施形態における関節空間でのロボットアームの経路を示す説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the path of the robot arm in the task space in the second embodiment, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing the path of the robot arm in the joint space in the second embodiment.

第2実施形態では、第1補間方法を円弧補間とし、第2補間方法を、上記第1実施形態と同様、直線補間としたものである。円弧補間をした時のコンフィグレーションをq(s)とすると、上記第1実施形態と同様、式(5)により、経路の滑らかさを保った繋ぎ合せが可能となる。式(5)に則り、図10における、繋ぎ合せ区間での繋ぎ合せ経路上の点q〜qを算出する式は、上記第1実施形態と同様、式(6)〜式(10)になる。 In the second embodiment, the first interpolation method is circular interpolation, and the second interpolation method is linear interpolation as in the first embodiment. If the configuration at the time of circular interpolation is q 1 (s), as in the first embodiment, it is possible to join together while maintaining the smoothness of the path by the equation (5). In accordance with the equation (5), the equations for calculating the points q 1 to q 5 on the joining path in the joining section in FIG. 10 are the same as the equations in the first embodiment. become.

上記第1実施形態と違い、円弧補間した補間経路は、タスク空間上のTCPの経路となるため、関節空間上で繋ぎ合せるためには、逆キネマティクスを行い、コンフィグレーションを求めて円弧補間経路q(s)を求める。 Unlike the first embodiment, since the circular interpolation path is a TCP path on the task space, in order to connect on the joint space, inverse kinematics is performed, and the configuration is obtained by performing the circular interpolation path. Find q 1 (s).

以上を考慮にいれ、媒介変数sからコンフィグレーションq(s)を求める流れを説明する。図11は、媒介変数sを入力してコンフィグレーションq(s)を出力する経路生成処理のフローチャートである。なお、第2実施形態では、第1補間方法がタスク空間で補間経路を生成する方法であるため、求めた第1補間経路である円弧補間経路を逆キネマティクス計算により関節空間における経路に変換する点で、上記第1実施形態と異なる。それ以外は、上記第1実施形態と同様であるため、以下、経路生成処理に関する各工程を簡略して説明する。   Considering the above, the flow for obtaining the configuration q (s) from the parameter s will be described. FIG. 11 is a flowchart of a path generation process in which the parameter s is input and the configuration q (s) is output. In the second embodiment, since the first interpolation method is a method of generating an interpolation path in the task space, the obtained circular interpolation path as the first interpolation path is converted into a path in the joint space by inverse kinematics calculation. This is different from the first embodiment. Other than that, the process is the same as in the first embodiment, and each process related to the path generation process will be briefly described below.

まずCPU101は、媒介変数sを取得(入力)する(S301)。CPU101は、入力された媒介変数sの区間で場合分けを行う(S302)。0≦s<s1sの場合は、円弧補間区間、s1s≦s<1の場合は、円弧補間と直線補間の繋ぎ合せ区間、1≦s<1+s1sの場合は、直線補間区間である。 First, the CPU 101 acquires (inputs) the parameter s (S301). The CPU 101 classifies cases in the interval of the input parameter s (S302). In the case of 0 ≦ s <s 1s , a circular interpolation section, in the case of s 1s ≦ s <1, the connecting section of circular interpolation and linear interpolation, and in the case of 1 ≦ s <1 + s 1s , the linear interpolation section.

CPU101は、ステップS302の判別で0≦s<s1sの場合、教示点P11,P12によりTCPを円弧補間し、p(s)を求める(S303)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S304)。0≦s<s1sの区間では、第1局所経路q(s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s)となる。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S305)。 If it is determined in step S302 that 0 ≦ s <s 1s , the CPU 101 circularly interpolates the TCP using the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S303). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S304) . In the section of 0 ≦ s <s 1s , the first local route q 1 (s) is the route of the robot 200, and q (s) = q 1 (s). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S305).

次に、CPU101は、ステップS302の判別でs1s≦s<1であった場合、まず教示点P11,P12によりTCPを円弧補間し、p(s)を求める(S306)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S307)。 Next, when s 1s ≦ s <1 in the determination in step S302, the CPU 101 first circularly interpolates the TCP with the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S306). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S307) .

CPU101は、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S308)。CPU101は、p(s−s1s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s−s1s)を求める(S309)。 The CPU 101 linearly interpolates the TCP using the teaching points P 21 and P 22 to obtain p 2 (s−s 1s ) (S308). CPU101 is, p 2 to (s-s 1s), it performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 2 (s-s 1s) (S309).

CPU101は、円弧補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig1((s−s1s)/(1−s1s))を求める(S310)。CPU101は、直線補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig2((s−s1s)/s2e)を求める(S311)。 The CPU 101 obtains a weighting function f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) for weighting the circularly interpolated configuration q 1 (s) (S310). The CPU 101 obtains a weight function f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ) for weighting the linearly interpolated configuration q 2 (s) (S311).

CPU101は、q(s)にfsig1((s−s1s)/(1−s1s))を掛け、q(s−s1s)にfsig2((s−s1s)/s2e)を掛けて和をとって、q(s)を求める(S312)。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S313)。 The CPU 101 multiplies q 1 (s) by f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) and q 2 (s−s 1s ) by f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e. ) To obtain q (s) (S312). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S313).

CPU101は、ステップS302の判別で1≦s<1+s1sであった場合、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S314)。CPU101は、p(s−s1s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、関節空間上のコンフィグレーションであるq(s−s1s)を求める(S315)。1≦s<1+s1sの区間では、第2局所経路q(s−s1s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s−s1s)である。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S316)。 When it is determined in step S302 that 1 ≦ s <1 + s 1s , the CPU 101 linearly interpolates TCP with the teaching points P 21 and P 22 to obtain p 2 (s−s 1s ) (S314). CPU101 is, p 2 to (s-s 1s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining a q 2 (s-s 1s) is a configuration of the joint space (S315). In the section of 1 ≦ s <1 + s 1s , the second local route q 2 (s−s 1s ) is the route of the robot 200, and q (s) = q 2 (s−s 1s ). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S316).

以上、円弧補間と直線補間とをC級を保って繋ぎ合せたコンフィグレーションq(s)が求められるので、上記第1実施形態と同様、図7の流れで、最適速度を計算することができる。 As described above, the configuration q (s) obtained by connecting the circular interpolation and the linear interpolation while maintaining the class C 3 is obtained. Therefore, as in the first embodiment, the optimum speed can be calculated according to the flow of FIG. it can.

また、図7のステップS103において、ユーザが円弧補間経路の円弧性と、直線補間経路の直進性を確保したい点P1a,P2a(又は点Q1a,Q2a)をそれぞれ指定(設定)する。教示点計算部34として機能するCPU101は、その点P1a,P2a(又は点Q1a,Q2a)を基に、円弧補間及び直線補間の教示点及び繋ぎ合せ区間を逆算する。 In step S103 in FIG. 7, the user designates (sets) points P 1a and P 2a (or points Q 1a and Q 2a ) at which the circularity of the circular interpolation path and the straightness of the linear interpolation path are to be ensured. . The CPU 101 functioning as the teaching point calculation unit 34 back-calculates the teaching points and connecting sections of circular interpolation and linear interpolation based on the points P 1a and P 2a (or points Q 1a and Q 2a ).

繋ぎ合せ区間は、円弧補間と直線補間が繋ぎ合わさった経路となるため、純粋な円弧もしくは直線にはならず、ユーザの意図した動きにならない可能性がある。そこで、ユーザが、ここまでは円弧性を確保し、ここからは、直進性を確保したいという点を指定し、それから、教示点計算部34により適切な教示点P12,P21(又は教示点Q12,Q21)を演算する。 Since the joining section is a path in which circular interpolation and linear interpolation are joined together, it may not be a pure arc or straight line and may not be a movement intended by the user. Therefore, the user designates the point that the arc property is secured so far and the straightness is desired to be secured, and then the teaching point calculation unit 34 uses the teaching point P 12 , P 21 (or the teaching point). Q 12 , Q 21 ) are calculated.

つまり、第2実施形態では、円弧性を確保する図9上の点P1a、直進性を確保できる図9上の点P2aをユーザが指示する。CPU101は、そこから逆算して、それぞれ適当なP12,P21,s1s,s2eを求める。具体的には、円弧補間経路が、s=s1sのときのTCPの位置及び回転p(s)が、P1aと重なり、直線補間経路がs=s2eの時のTCPの位置及び回転p(s)が、P21と重なるようにP12,P21,s1s,s2eを逆算する。 That is, in the second embodiment, the user designates a point P 1a on FIG. 9 that ensures arcuateness and a point P 2a on FIG. 9 that can ensure straightness. The CPU 101 calculates backward from there to obtain appropriate P 12 , P 21 , s 1s , and s 2e , respectively. Specifically, the position and rotation p 1 (s) of TCP when the circular interpolation path is s 1 = s 1s overlap with P 1a, and the position of TCP when the linear interpolation path is s 2 = s 2e and rotation p 2 (s 2) is, P 12 so as to overlap with the P 21, P 21, s 1s , calculated back to s 2e.

以上説明したように、第2実施形態によれば、上記第1実施形態の効果に加えて、教示点に付随する補間方法が、円弧補間から直線補間に切り替わる場合にも、経路の切り替え時に停止せずに、ロボット200の各種物理的制約を守った最適な軌道を生成できる。また、第2実施形態によれば、経路の繋ぎ合せ区間を意識せずに、円弧性及び直進性が必要な区間をユーザが指定できるため、使用性が上がるという効果がある。   As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, even when the interpolation method associated with the teaching point is switched from circular interpolation to linear interpolation, it is stopped when the path is switched. Therefore, an optimal trajectory that satisfies various physical constraints of the robot 200 can be generated. In addition, according to the second embodiment, since the user can specify a section that requires arcuateness and straightness without being aware of the connecting section of the route, there is an effect that usability is improved.

[第3実施形態]
本発明の第3実施形態に係る軌道生成方法について説明する。なお、軌道生成装置、即ちロボット装置の構成は、上記第1,第2実施形態と同様であり、説明を省略する。第3実施形態では、上記第1,第2実施形態と異なる補間方法の組み合わせ、即ち円弧補間と関節補間の2種類の補間方法が指定されている。
[Third Embodiment]
A trajectory generation method according to the third embodiment of the present invention will be described. Note that the configuration of the trajectory generation device, that is, the robot device is the same as that of the first and second embodiments, and a description thereof will be omitted. In the third embodiment, a combination of interpolation methods different from those in the first and second embodiments, that is, two types of interpolation methods of circular interpolation and joint interpolation are designated.

図12は、第3実施形態におけるタスク空間でのロボットアームの経路を示す説明図であり、図13は、第3実施形態における関節空間でのロボットアームの経路を示す説明図である。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing the path of the robot arm in the task space in the third embodiment, and FIG. 13 is an explanatory diagram showing the path of the robot arm in the joint space in the third embodiment.

第3実施形態では、第1補間方法を円弧補間、第2補間方法を関節補間としたものである。円弧補間をした時のコンフィグレーション(補間経路)をq(s)とし、関節補間した時のコンフィグレーション(補間経路)をq(s)すると、上記第1実施形態と同様、式(5)により、経路の滑らかさを保った繋ぎ合せが可能となる。式(5)に則り、図13における、繋ぎ合せ区間での経路上の点q〜qを算出する式は、上記第1実施形態と同様、式(6)〜式(10)になる。 In the third embodiment, the first interpolation method is circular interpolation, and the second interpolation method is joint interpolation. Assuming that the configuration (interpolation path) when performing circular interpolation is q 1 (s) and the configuration (interpolation path) when performing joint interpolation is q 2 (s), as in the first embodiment, the equation (5) ) Makes it possible to join together while maintaining the smoothness of the paths. In accordance with the equation (5), the equations for calculating the points q 1 to q 5 on the route in the joining section in FIG. 13 are the equations (6) to (10) as in the first embodiment. .

上記第2実施形態と同様、円弧補間した経路は、タスク空間上のTCPの経路となるため、関節空間上で繋ぎ合せるためには、逆キネマティクスを行い、コンフィグレーションを求めて円弧補間経路q(s)を求める。以上を考慮にいれ、媒介変数sからコンフィグレーションq(s)を求める流れを説明する。 As in the second embodiment, since the circularly interpolated path is a TCP path on the task space, reverse kinematics is performed to obtain a configuration and the circularly interpolated path q is obtained in order to connect the joint space. 1 (s) is obtained. Considering the above, the flow for obtaining the configuration q (s) from the parameter s will be described.

図14は、媒介変数sを入力してコンフィグレーションq(s)を出力する経路生成処理のフローチャートである。なお、第3実施形態では、第2補間方法が関節空間で補間経路を生成する方法であるため、第2補間経路である関節補間経路を関節空間で求める点で、上記第2実施形態と異なる。それ以外は、上記第2実施形態と同様であるため、以下、経路生成処理に関する各工程を簡略して説明する。   FIG. 14 is a flowchart of a path generation process in which the parameter s is input and the configuration q (s) is output. In the third embodiment, since the second interpolation method is a method of generating an interpolation path in the joint space, the second interpolation method is different from the second embodiment in that the joint interpolation path that is the second interpolation path is obtained in the joint space. . Other than that, the process is the same as in the second embodiment, and therefore, each process related to the route generation process will be briefly described below.

まずCPU101は、媒介変数sを取得(入力)する(S401)。CPU101は、入力された媒介変数sの区間で場合分けを行う(S402)。0≦s<s1sの場合は、円弧補間区間、s1s≦s<1の場合は、円弧補間と関節補間の繋ぎ合せ区間、1≦s<1+s1sの場合は、関節補間区間である。 First, the CPU 101 acquires (inputs) the parameter s (S401). The CPU 101 classifies cases in the interval of the input parameter s (S402). In the case of 0 ≦ s <s 1s , a circular interpolation section, in the case of s 1s ≦ s <1, a joint section of circular interpolation and joint interpolation, and in the case of 1 ≦ s <1 + s 1s , a joint interpolation section.

CPU101は、ステップS402の判別で0≦s<s1sの場合、教示点P11,P12によりTCPを円弧補間し、p(s)を求める(S403)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S404)。0≦s<s1sの区間では、第1局所経路q(s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s)となる。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S405)。 If it is determined in step S402 that 0 ≦ s <s 1s , the CPU 101 circularly interpolates the TCP using the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S403). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S404) . In the section of 0 ≦ s <s 1s , the first local route q 1 (s) is the route of the robot 200, and q (s) = q 1 (s). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S405).

次に、CPU101は、ステップS402の判別でs1s≦s<1の場合、まず教示点P11,P12によりTCPを円弧補間し、p(s)を求める(S406)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S407)。 Next, when s 1s ≦ s <1 in the determination in step S402, the CPU 101 first circularly interpolates the TCP with the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S406). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S407) .

CPU101は、教示点Q21,Q22により関節補間し、q(s−s1s)を求める(S408)。 The CPU 101 interpolates joints using the teaching points Q 21 and Q 22 to obtain q 2 (s−s 1s ) (S408).

CPU101は、円弧補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig1((s−s1s)/(1−s1s))を求める(S409)。CPU101は、直線補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig2((s−s1s)/s2e)を求める(S410)。 The CPU 101 obtains a weight function f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) for weighting the circularly interpolated configuration q 1 (s) (S409). The CPU 101 obtains a weight function f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ) for weighting the configuration q 2 (s) subjected to linear interpolation (S410).

CPU101は、q(s)にfsig1((s−s1s)/(1−s1s))を掛け、q(s−s1s)にfsig2((s−s1s)/s2e)を掛けて和をとって、q(s)を求める(S411)。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S412)。 The CPU 101 multiplies q 1 (s) by f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) and q 2 (s−s 1s ) by f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e. ) To obtain q (s) (S411). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S412).

CPU101は、ステップS402の判別で1≦s<1+s1sの場合、教示点Q21,Q22により関節補間し、q(s−s1s)を求める(S413)。1≦s<1+s1sの区間では、第2局所経路q(s−s1s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s−s1s)である。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S414)。 In the case of 1 ≦ s <1 + s 1s in the determination in step S402, the CPU 101 interpolates joints using the teaching points Q 21 and Q 22 to obtain q 2 (s−s 1s ) (S413). In the section of 1 ≦ s <1 + s 1s , the second local route q 2 (s−s 1s ) is the route of the robot 200, and q (s) = q 2 (s−s 1s ). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S414).

以上、円弧補間と関節補間とをC級を保って繋ぎ合せたコンフィグレーションq(s)を求められるので、上記第1実施形態と同様、図7の流れで、最適速度を計算することができる。 As described above, since the configuration q (s) obtained by connecting the circular interpolation and the joint interpolation while maintaining the class C 3 can be obtained, the optimum speed can be calculated according to the flow of FIG. 7 as in the first embodiment. it can.

また、図7のステップS103において、ユーザが円弧補間経路の円弧性を確保したい点P1a(又は点Q1a)をそれぞれ指定(設定)する。教示点計算部34として機能するCPU101は、その点P1a(又は点Q1a)を基に、円弧補間及び関節補間の教示点及び繋ぎ合せ区間を逆算する。 In step S103 in FIG. 7, the user designates (sets) each of the points P 1a (or points Q 1a ) at which the circularity of the circular interpolation path is desired. Based on the point P 1a (or point Q 1a ), the CPU 101 functioning as the teaching point calculation unit 34 performs a reverse calculation of the teaching point and the joining interval of circular interpolation and joint interpolation.

繋ぎ合せ区間は、円弧補間と関節補間が繋ぎ合わさった経路となるため、純粋な円弧にはならず、ユーザの意図した動きにならない可能性がある。そこで、ユーザが、ここまでは円弧性を確保したいという点を指定する。そこから教示点計算部34により適切な教示点P12(又は教示点Q12)を演算する。 Since the connecting section is a path in which circular interpolation and joint interpolation are connected, there is a possibility that the connecting section does not become a pure circular arc and does not become a movement intended by the user. Therefore, the user designates a point that he wants to secure the circularity so far. From there, the teaching point calculator 34 calculates an appropriate teaching point P 12 (or teaching point Q 12 ).

つまり、第3実施形態では、円弧性を確保する図12上の点P1aをユーザが指示する。CPU101は、そこから逆算して、適当なP12とs1sを求める。具体的には、円弧補間経路が、s=s1sのときのTCPの位置及び回転p(s)が、P1aと重なるようにP12、s1sを逆算する。 That is, in the third embodiment, the user designates the point P 1a on FIG. The CPU 101 calculates backward from there and obtains appropriate P 12 and s 1s . Specifically, P 12 and s 1s are back calculated so that the position and rotation p 1 (s 1 ) of TCP when the circular interpolation path is s 1 = s 1s overlap with P 1a .

以上説明したように、第3実施形態によれば、上記第1実施形態の効果に加えて、教示点に付随する補間方法が、円弧補間から関節補間に切り替わる場合にも、経路の切り替え時に停止せずに、ロボット200の各種物理的制約を守った最適な軌道を生成できる。また、第3実施形態によれば、経路の繋ぎ合せ区間を意識せずに、円弧性が必要な区間をユーザが指定できるため、使用性が上がるという効果がある。   As described above, according to the third embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, even when the interpolation method associated with the teaching point is switched from circular interpolation to joint interpolation, the stop is performed at the time of path switching. Therefore, an optimal trajectory that satisfies various physical constraints of the robot 200 can be generated. Further, according to the third embodiment, since the user can designate a section that requires arcuateness without being aware of the joining section of the route, there is an effect that usability is improved.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態に係る軌道生成方法について説明する。なお、軌道生成装置、即ちロボット装置の構成は、上記第1,第2及び第3実施形態と同様であり、説明を省略する。第4実施形態では、上記第1,第2,第3実施形態と異なる補間方法の組み合わせ、即ち直線補間と直線補間の補間方法が指定されている。
[Fourth Embodiment]
A trajectory generation method according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Note that the configuration of the trajectory generation device, that is, the robot device is the same as that of the first, second, and third embodiments, and a description thereof is omitted. In the fourth embodiment, a combination of interpolation methods different from those in the first, second and third embodiments, that is, an interpolation method of linear interpolation and linear interpolation is specified.

図15は、第4実施形態におけるタスク空間でのロボットアームの経路を示す説明図であり、図16は、第4実施形態における関節空間でのロボットアームの経路を示す説明図である。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing a path of the robot arm in the task space in the fourth embodiment, and FIG. 16 is an explanatory diagram showing a path of the robot arm in the joint space in the fourth embodiment.

第4実施形態では、第1補間方法を第1直線補間、第2補間方法を第2直線補間としたものである。第1直線補間をした時のコンフィグレーションをq(s)とし、第2直線補間をした時のコンフィグレーションをq(s)すると、上記第1実施形態と同様、式(5)により、経路の滑らかさを保った繋ぎ合せが可能となる。式(5)に則り、図16における、繋ぎ合せ区間での経路上の点q〜qを算出する式は、上記第1実施形態と同様、式(6)〜式(10)になる。 In the fourth embodiment, the first interpolation method is the first linear interpolation, and the second interpolation method is the second linear interpolation. When the configuration at the time of the first linear interpolation is q 1 (s) and the configuration at the time of the second linear interpolation is q 2 (s), as in the first embodiment, It is possible to join together while maintaining the smoothness of the route. In accordance with the equation (5), the equations for calculating the points q 1 to q 5 on the route in the joining section in FIG. 16 are the equations (6) to (10) as in the first embodiment. .

上記第1実施形態と同様、直線補間した経路は、タスク空間上のTCPの経路となるため、関節空間上で繋ぎ合せるためには、逆キネマティクスを行い、コンフィグレーションを求めて直線補間経路q(s),q(s−s1s)を求める。 As in the first embodiment, since the linearly interpolated path becomes a TCP path on the task space, in order to connect on the joint space, inverse kinematics is performed, the configuration is obtained, and the linearly interpolated path q 1 (s), q 2 (s−s 1s ) is obtained.

以上を考慮にいれ、媒介変数sからコンフィグレーションq(s)を求める流れを説明する。図17は、媒介変数sを入力してコンフィグレーションq(s)を出力する経路生成処理のフローチャートである。なお、第4実施形態では、第1補間方法がタスク空間で補間経路を生成する方法であるため、求めた第1補間経路である直線補間経路を逆キネマティクス計算により関節空間における経路に変換する点で、上記第1実施形態と異なる。それ以外は、上記第1実施形態と同様であるため、以下、経路生成処理に関する各工程を簡略して説明する。   Considering the above, the flow for obtaining the configuration q (s) from the parameter s will be described. FIG. 17 is a flowchart of a path generation process in which the parameter s is input and the configuration q (s) is output. In the fourth embodiment, since the first interpolation method is a method of generating an interpolation path in the task space, the obtained linear interpolation path that is the first interpolation path is converted into a path in the joint space by inverse kinematics calculation. This is different from the first embodiment. Other than that, the process is the same as in the first embodiment, and each process related to the path generation process will be briefly described below.

まずCPU101は、媒介変数sを取得(入力)する(S501)。CPU101は、入力された媒介変数sの区間で場合分けを行う(S502)。0≦s<s1sの場合は、第1直線補間区間、s1s≦s<1の場合は、第1直線補間と第2直線補間の繋ぎ合せ区間、1≦s<1+s1sの場合は、第2直線補間区間である。 First, the CPU 101 acquires (inputs) the parameter s (S501). The CPU 101 performs case classification in the input parameter s (S502). In the case of 0 ≦ s <s 1s , the first linear interpolation section, in the case of s 1s ≦ s <1, the joint section of the first linear interpolation and the second linear interpolation, and in the case of 1 ≦ s <1 + s 1s , This is the second linear interpolation section.

CPU101は、ステップS502の判別で0≦s<s1sの場合、教示点P11,P12によりTCPを直線補間し、p(s)を求める(S503)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S504)。0≦s<s1sの区間では、第1局所経路q(s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s)となる。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S505)。 If 0 ≦ s <s 1s in the determination in step S502, the CPU 101 linearly interpolates TCP with the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S503). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S504) . In the section of 0 ≦ s <s 1s , the first local route q 1 (s) is the route of the robot 200, and q (s) = q 1 (s). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S505).

次に、CPU101は、ステップS502の判別でs1s≦s<1の場合、まず教示点P11,P12によりTCPを直線補間し、p(s)を求める(S506)。CPU101は、p(s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s)を求める(S507)。 Next, when s 1s ≦ s <1 in the determination in step S502, the CPU 101 first linearly interpolates TCP with the teaching points P 11 and P 12 to obtain p 1 (s) (S506). CPU101 is, p 1 to (s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 1 (s) (S507) .

CPU101は、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S508)。CPU101は、p(s−s1s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、コンフィグレーションq(s−s1s)を求める(S509)。 The CPU 101 linearly interpolates the TCP with the teaching points P 21 and P 22 to obtain p 2 (s−s 1s ) (S508). CPU101 is, p 2 to (s-s 1s), it performs an inverse kinematics calculation, obtaining the configuration q 2 (s-s 1s) (S509).

CPU101は、直線補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig1((s−s1s)/(1−s1s))を求める(S510)。CPU101は、直線補間したコンフィグレーションq(s)に重みづけするための重み関数fsig2((s−s1s)/s2e)を求める(S511)。 The CPU 101 obtains a weight function f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) for weighting the linearly interpolated configuration q 1 (s) (S510). The CPU 101 obtains a weight function f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e ) for weighting the configuration q 2 (s) subjected to linear interpolation (S511).

CPU101は、q(s)にfsig1((s−s1s)/(1−s1s))を掛け、q(s−s1s)にfsig2((s−s1s)/s2e)を掛けて和をとって、q(s)を求める(S512)。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S513)。 The CPU 101 multiplies q 1 (s) by f sig1 ((s−s 1s ) / (1−s 1s )) and q 2 (s−s 1s ) by f sig2 ((s−s 1s ) / s 2e. ) To obtain q (s) (S512). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S513).

CPU101は、ステップS502の判別で1≦s<1+s1sの場合、教示点P21,P22によりTCPを直線補間し、p(s−s1s)を求める(S514)。CPU101は、p(s−s1s)に対し、逆キネマティクス計算を行い、関節空間上のコンフィグレーションであるq(s−s1s)を求める(S515)。1≦s<1+s1sの区間では、第2局所経路q(s−s1s)が、ロボット200の経路であり、q(s)=q(s−s1s)である。CPU101は、コンフィグレーションq(s)を出力する(S516)。 When 1 ≦ s <1 + s 1s is determined in step S502, the CPU 101 linearly interpolates TCP with the teaching points P 21 and P 22 to obtain p 2 (s−s 1s ) (S514). CPU101 is, p 2 to (s-s 1s), performs an inverse kinematics calculation, obtaining a q 2 (s-s 1s) is a configuration of the joint space (S515). In the section of 1 ≦ s <1 + s 1s , the second local route q 2 (s−s 1s ) is the route of the robot 200, and q (s) = q 2 (s−s 1s ). The CPU 101 outputs the configuration q (s) (S516).

第4実施形態によれば、上記第1実施形態の効果に加えて、教示点に付随する補間方法が、第1直線補間から第2直線補間に切り替わる場合にも、経路の切り替え時に停止せずに、ロボット200の各種物理的制約を守った最適な軌道を生成できる。これは、背景技術で述べた直線補間から直線補間に移る手法と比較して、各種物理的制約を守った最適な軌道を生成できるという点で有利である。また、第4実施形態によれば、経路の繋ぎ合せ区間を意識せずに、直進性が必要な区間をユーザが指定できるため、使用性が上がるという効果がある。   According to the fourth embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, even when the interpolation method associated with the teaching point is switched from the first linear interpolation to the second linear interpolation, it does not stop at the time of switching the path. In addition, it is possible to generate an optimal trajectory that observes various physical constraints of the robot 200. This is advantageous in that an optimal trajectory that satisfies various physical constraints can be generated as compared with the method of moving from linear interpolation to linear interpolation described in the background art. In addition, according to the fourth embodiment, the user can designate a section that requires straight travel without being aware of the connecting section of the route, and thus there is an effect that usability is improved.

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention.

なお、上記実施形態では、関節空間での繋ぎ合せで説明したが、それに限定されるものではなく、タスク空間で同様の繋ぎ合せを行ってもよい。例えば、TCPの位置及び回転に対し、同様の重み関数を用いて経路の繋ぎ合せを行ってもよい。この場合、最終的には、タスク空間上の経路を、関節空間上の経路に変換して、軌道を生成すればよい。   In the embodiment described above, the connection in the joint space has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same connection may be performed in the task space. For example, the route may be connected to the TCP position and rotation using the same weight function. In this case, finally, a path in the task space may be converted into a path in the joint space to generate a trajectory.

また、上記実施形態においては、軌道生成装置100が1つのコンピュータにより構成される場合について説明したが、複数のコンピュータにより構成される場合についても本発明は適用可能である。この場合、複数のCPUで本発明の演算部が構成されていてもよい。また、軌道生成装置100とロボットコントローラ300とが別のコンピュータで構成される場合について説明したが、1つのコンピュータで構成されていてもよい。この場合、該コンピュータのCPUが、ロボットの経路を生成して、生成した経路に従ってロボットの動作を制御することとなる。   Moreover, in the said embodiment, although the case where the track | orbit production | generation apparatus 100 was comprised by one computer was demonstrated, this invention is applicable also when comprised by a some computer. In this case, the arithmetic unit of the present invention may be configured by a plurality of CPUs. Further, although the case where the trajectory generating device 100 and the robot controller 300 are configured by different computers has been described, the trajectory generating device 100 and the robot controller 300 may be configured by one computer. In this case, the CPU of the computer generates a robot path and controls the operation of the robot according to the generated path.

上記実施形態の各処理動作は具体的にはCPU101により実行されるものである。従って上述した機能を実現するプログラムを記録した記録媒体を軌道生成装置100に供給し、軌道生成装置100を構成するコンピュータ(CPUやMPU)が記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるようにしてもよい。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体及びそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。   Each processing operation of the above embodiment is specifically executed by the CPU 101. Accordingly, the recording medium storing the program for realizing the functions described above is supplied to the trajectory generating apparatus 100, and the computer (CPU or MPU) constituting the trajectory generating apparatus 100 reads and executes the program stored in the recording medium. You may be made to do. In this case, the program itself read from the recording medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program itself and the recording medium recording the program constitute the present invention.

また、上記実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がHDD104であり、HDD104にプログラム140が格納される場合について説明したが、これに限定するものではない。プログラム140は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、図3に示すROM102や外部記憶装置600、記録ディスク141等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。また、上記実施形態におけるプログラムを、ネットワークを介してダウンロードしてコンピュータにより実行するようにしてもよい。   In the above embodiment, the computer-readable recording medium is the HDD 104, and the program 140 is stored in the HDD 104. However, the present invention is not limited to this. The program 140 may be recorded on any recording medium as long as it is a computer-readable recording medium. For example, the ROM 102, the external storage device 600, the recording disk 141, or the like shown in FIG. 3 may be used as a recording medium for supplying the program. As a specific example, a flexible disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like can be used as a recording medium. Further, the program in the above embodiment may be downloaded via a network and executed by a computer.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施形態の機能が実現されるだけに限定するものではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, the present invention is not limited to the implementation of the functions of the above-described embodiment by executing the program code read by the computer. This includes a case where an OS (operating system) or the like running on the computer performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. .

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれてもよい。そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上記実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Furthermore, the program code read from the recording medium may be written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. This includes a case where the CPU of the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above embodiments are realized by the processing.

また、上記実施形態では、コンピュータが記録媒体や記憶装置に記録されたプログラムを実行することにより、処理を行う場合について説明したが、これに限定するものではない。プログラムに基づいて動作する演算部の一部又は全部の機能をASICやFPGA等の専用LSIで構成してもよい。なお、ASICはApplication Specific Integrated Circuit、FPGAはField-Programmable Gate Arrayの頭字語である。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a computer performed a process recorded on the recording medium or the memory | storage device, it demonstrated, but it does not limit to this. A part or all of the functions of the arithmetic unit that operates based on the program may be configured by a dedicated LSI such as an ASIC or FPGA. Note that ASIC is an acronym for Application Specific Integrated Circuit, and FPGA is an acronym for Field-Programmable Gate Array.

100…軌道生成装置、101…CPU(演算部)、140…プログラム、200…ロボット、500…ロボット装置、P11,Q11…第1教示点、P12,Q12…第1補助点、P1a,Q1a…第1途中点、P21,Q21…第2補助点、P22,Q22…第2教示点、P2a,Q2a…第2途中点、s…媒介変数 100 ... trajectory generation unit, 101 ... CPU (arithmetic unit), 140 ... program, 200 ... robot, 500 ... robot apparatus, P 11, Q 11 ... first taught point, P 12, Q 12 ... first auxiliary point, P 1a, Q 1a ... first middle point, P 21, Q 21 ... second auxiliary point, P 22, Q 22 ... second teaching point, P 2a, Q 2a ... second middle point, s ... parametric

Claims (12)

演算部が、多関節のロボットの軌道を生成する軌道生成方法であって、
前記演算部が、媒介変数の関数であって、所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、第1教示点から第1補助点に向かう第1補間経路を、第1補間方法により生成する第1補間経路生成工程と、
前記演算部が、前記媒介変数の関数であって、前記所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、第2補助点から第2教示点に向かう第2補間経路を、第2補間方法により生成する第2補間経路生成工程と、
前記演算部が、前記媒介変数の関数であって、前記所定の階数まで前記媒介変数で微分した微分値の変化が連続な、前記第1補間経路上の第1途中点から前記第2補間経路上の第2途中点に向かう繋ぎ合せ経路を生成する繋ぎ合せ工程と、
前記演算部が、前記第1補間経路における前記第1教示点と前記第1途中点との間の第1局所経路と、前記第2補間経路における前記第2途中点と前記第2教示点との間の第2局所経路とを、前記繋ぎ合せ経路で繋ぎ合せた経路に対し、所定の物理的制約を守るよう前記ロボットの動作時間を最適化する最適化計算によって、前記ロボットの前記軌道を求める最適化計算工程と、を備えたことを特徴とする軌道生成方法。
The arithmetic unit is a trajectory generation method for generating a trajectory of an articulated robot,
A first interpolation path from the first teaching point to the first auxiliary point, in which the arithmetic unit is a function of a parametric variable, and the change of the differential value differentiated by the parametric variable to a predetermined rank is continuous, A first interpolation path generation step generated by an interpolation method;
A second interpolation path from the second auxiliary point to the second teaching point, wherein the arithmetic unit is a function of the parameter, and the change of the differential value differentiated by the parameter to the predetermined rank is continuous; A second interpolation path generation step generated by the second interpolation method;
The calculation unit is a function of the parametric variable, and the change of the differential value differentiated by the parametric variable up to the predetermined rank is continuous from the first intermediate point on the first interpolation path to the second interpolation path. A joining step for generating a joining path toward the second middle point above;
The computing unit includes a first local path between the first teaching point and the first intermediate point in the first interpolation path, a second intermediate point and the second teaching point in the second interpolation path, and The trajectory of the robot is determined by an optimization calculation that optimizes the operation time of the robot so that a predetermined physical constraint is observed with respect to the path that is connected to the second local path between the two by the connecting path. A trajectory generation method characterized by comprising an optimization calculation step to be obtained.
前記所定の階数は、3であることを特徴とする請求項1記載の軌道生成方法。   The trajectory generation method according to claim 1, wherein the predetermined rank is three. 前記繋ぎ合せ工程では、前記演算部が、前記第1途中点から前記第1補助点までの各第1補間点に対して、前記第1教示点に近い側の第1補間点から順に、1から0に順次遷移する第1重み係数をかけ、
前記第2補助点から前記第2途中点までの各第2補間点に対して、前記第2補助点に近い側の第2補間点から順に、1から前記第1重み係数を引いた値となるよう0から1に順次遷移する第2重み係数をかけ、
前記第1補間点に前記第1重み係数をかけて求めた点と、前記第2補間点に前記第2重み係数をかけて求めた点とを足し合わせて、前記繋ぎ合せ経路を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の軌道生成方法。
In the splicing step, the calculation unit sequentially sets the first interpolation point from the first intermediate point to the first auxiliary point in order from the first interpolation point closer to the first teaching point. Multiply the first weighting factor that sequentially transitions from 0 to 0,
For each second interpolation point from the second auxiliary point to the second intermediate point, a value obtained by subtracting the first weighting factor from 1 in order from the second interpolation point closer to the second auxiliary point; Multiply a second weighting factor that sequentially transitions from 0 to 1,
Adding the point obtained by multiplying the first interpolation point by the first weighting factor and the point obtained by multiplying the second interpolation point by the second weighting factor to generate the joining path; The trajectory generation method according to claim 1 or 2.
前記繋ぎ合せ工程では、前記演算部が、前記媒介変数の関数であって、前記所定の階数まで前記媒介変数による微分値の変化が連続な、第1重み関数を用いて、前記第1重み係数を求め、前記所定の階数まで前記媒介変数による微分値の変化が連続な、第2重み関数を用いて、前記第2重み係数を求めることを特徴とする請求項3に記載の軌道生成方法。   In the splicing step, the arithmetic unit is a function of the parametric variable, and the first weighting factor is a first weighting function using a first weighting function in which a change in the differential value due to the parametric variable is continuous up to the predetermined rank. The trajectory generation method according to claim 3, wherein the second weighting coefficient is obtained using a second weighting function in which a change in the differential value by the parametric variable is continuous up to the predetermined rank. 前記繋ぎ合せ工程では、前記演算部が、シグモイド関数を用いて、前記第1重み係数を求め、シグモイド関数を用いて、前記第2重み係数を求めることを特徴とする請求項3又は4に記載の軌道生成方法。   The said connection part WHEREIN: The said calculating part calculates | requires a said 1st weighting coefficient using a sigmoid function, and calculates | requires the said 2nd weighting coefficient using a sigmoid function, It is characterized by the above-mentioned. Orbit generation method. 前記演算部が、前記第1途中点及び前記第2途中点のうち、少なくとも一方の途中点がユーザにより設定される設定工程を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の軌道生成方法。   6. The calculation unit according to claim 1, further comprising a setting step in which at least one of the first intermediate point and the second intermediate point is set by a user. The trajectory generation method according to the item. 前記第1補間方法及び前記第2補間方法がそれぞれタスク空間で補間経路を生成する方法及び関節空間で補間経路を生成する方法のうちいずれかであり、
前記繋ぎ合せ工程では、前記演算部が、前記第1補間経路及び前記第2補間経路を、前記タスク空間及び前記関節空間のうちいずれかの空間における経路に統一して、前記統一した空間において繋ぎ合せ経路の生成を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の軌道生成方法。
The first interpolation method and the second interpolation method are any one of a method for generating an interpolation path in a task space and a method for generating an interpolation path in a joint space, respectively.
In the joining step, the calculation unit unifies the first interpolation route and the second interpolation route into a route in any one of the task space and the joint space, and connects them in the unified space. The trajectory generation method according to any one of claims 1 to 6, wherein an alignment path is generated.
前記所定の物理的制約は、前記ロボットの関節角速度の制約及び前記ロボットの先端の速度の制約のうち少なくとも1つを含むほか、前記ロボットの関節トルクの制約、前記ロボットの関節角加速度の制約、前記ロボットの関節角加加速度の制約及び前記ロボットの先端の加速度の制約のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の軌道生成方法。   The predetermined physical constraint includes at least one of a constraint on the joint angular velocity of the robot and a constraint on the speed of the tip of the robot, a constraint on the joint torque of the robot, a constraint on the joint angular acceleration of the robot, The trajectory generation method according to any one of claims 1 to 7, further comprising at least one of a restriction on the joint angle jerk of the robot and a restriction on the acceleration of the tip of the robot. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の軌道生成方法の各工程を実行する前記演算部を備えた軌道生成装置。   A trajectory generation apparatus comprising the calculation unit that executes each step of the trajectory generation method according to claim 1. 前記多関節のロボットと、請求項9に記載の軌道生成装置と、を備え、前記軌道生成装置により生成した軌道に基づき、前記ロボットの動作を制御することを特徴とするロボット装置。   A robot apparatus comprising: the articulated robot; and the trajectory generation apparatus according to claim 9, wherein the operation of the robot is controlled based on the trajectory generated by the trajectory generation apparatus. コンピュータに、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の軌道生成方法の各工程を実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute each step of the trajectory generation method according to any one of claims 1 to 8. 請求項11に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   The computer-readable recording medium which recorded the program of Claim 11.
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