JP2506418B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

ロボットの制御装置

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JP2506418B2 JP63221151A JP22115188A JP2506418B2 JP 2506418 B2 JP2506418 B2 JP 2506418B2 JP 63221151 A JP63221151 A JP 63221151A JP 22115188 A JP22115188 A JP 22115188A JP 2506418 B2 JP2506418 B2 JP 2506418B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • B25J13/089Determining the position of the robot with reference to its environment

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の第1実施例(第1〜3図) 本発明の第2実施例(第4図) 発明の効果 〔概要〕 ロボットの制御装置に関し、 ロボットの位置決めを自動探索することができ、人間
の負担を大幅に軽減し、かつ教示時間を短縮することの
できるロボットの制御装置を提供することを目的とし、 与えられた制御信号に基づいて動作するロボットと、
該ロボットを動作させるための制御信号を出力する制御
装置と、を備えたロボットの制御装置において、前記ロ
ボットのアーム部先端に固定され、前記ロボットと対象
物体との3軸方向の距離を検出する距離検出手段を設
け、前記制御装置は、該距離検出手段からの出力と目標
値との差を計算し、該差と所定の閾値とを比較すること
により、前記制御信号を補正してロボットの位置決めを
行うように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ロボットの制御装置に係り、詳しくはロボ
ットに所定の距離検出手段を取り付けてロボットに位置
を自動探索させ、教示データを自動的に作成するように
したロボットの制御装置に関する。
近年、産業用ロボットの高精度化に伴い、従来専用の
自動機でしか行うことができなかった複雑な組立作業へ
のロボットの導入が期待されている。そのような組立を
ロボットに行わせるには、非常に微細な位置をロボット
に正確に教示してやらなければならない。
ロボットに作業内容に関する情報を記憶させることを
ティーチング(教示)という。この方式に「ティーチン
グボックス」等で直接ロボットを動かしながら教示する
方法と「ロボット言語」、「シュミレータ」等を用いて
対象物の配置位置を図面などから拾い、その座標データ
を数値により入力するオフラインで教示する方法とがあ
る。
ロボットの教示には上述したように大別してティー
チング方法とロボット言語方法の2種類がある。以
下、順に説明する。
ティーチング方法 オペレータが手動操作盤を操作することによりロボッ
トを実際に動作させ、対象物に位置合わせする。その位
置合わせは、ロボットと対象物の位置関係を人間(オペ
レータ)が目等の感覚器でセンシングし、ロボットの動
きにフィードバックする。最終的に位置が合ったと判断
した時点でその位置を動作データとして登録する。これ
を繰り返すことにより連続した動作を作成する。この方
法はオペレータにかかる負担が大きい。
ロボット言語による方法 ロボットと対象物の位置関係を設計時のデータをもと
に算出し、ロボット座標値に変換し、そのロボット座標
値によりロボットの動作を作成する方法。この方法は、
数値計算に頼るのが計算機によって処理できる。しか
し、位置精度が数十μmのオーダーを要求される場合で
はロボット自体の精度、対象物の位置精度などの要因か
ら決められた位置に十分に動作させることができない。
そのため、このような場面ではのティーチング方法を
用いなければならない。
従来は、の方法を用いるとともに、精密位置決めの
必要な場面をティーチングでカバーするという方法を採
用していた。すなわち、粗い精度の位置は数値入力で行
い、高い精度が要求される位置は「ティーチング」方式
を用いるものが実用化されている。また、ロボット座標
の補正を行っている場合でも補正値の作成は「ティーチ
ング」方式を使用している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来のロボットの制御装置
にあっては、ティーチングボックス等で直接ロボットを
動かしながら教示する方法、ロボット言語・シュミレー
タ等を用いてオフラインで教示する方法何れの方法にあ
っても以下のような問題点があった。
すなわち、前者の方法では、複雑で微細な形状をした
物の組立をロボットに教示する場合、人間の目では細か
すぎてロボットを位置決めすることが困難であり、非常
に多くの時間が必要であった。
また、後者の方法では、ロボットの回転軸の偏心、ア
ーム長の誤差、またロボットが相手とする環境の誤差
(例えば、物体の位置)等のため、実作業で適用でき
ず、まして精密組立に適用できるものは存在していな
い。
したがって、ロボットの作業教示には多くの労力と時
間を要しているのが現状であり、この点の改良が望まれ
ている。
そこで本発明は、ロボットの位置決めを自動探索する
ことができ、人間の負担を大幅に軽減し、かつ教示時間
を短縮することのできるロボットの制御装置を提供する
ことを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によるロボットの制御装置は上記目的達成のた
め、与えられた制御信号に基づいて動作するロボット
と、該ロボットを動作させるための制御信号を出力する
制御装置と、を備えたロボットの制御装置において、前
記ロボットのアーム部先端に固定され、前記ロボットと
対象物体との3軸方向の距離を検出する距離検出手段を
設け、前記制御装置は、該距離検出手段からの出力と目
標値との差を計算し、該差と所定の閾値とを比較するこ
とにより、前記制御信号を補正してロボットの位置決め
を行うようにしたことを特徴とするロボットの制御装置
を備えている。
〔作用〕
本発明では、ロボットの所定位置に、対象物体との距
離を検出する距離検出手段が設けられ、距離検出手段の
出力に基づいてロボットを制御する制御信号が補正され
る。
したがって、ロボットの位置決めが自動的に行われ、
人間の負担が大幅に低減し、かつ教示時間が短縮する。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1〜3図は本発明に係るロボットの制御装置の第1
実施例を示す図であり、6自由度多関節型ロボットに本
発明のロボットの制御装置を適用した例である。まず、
構成を説明する。第1図において、1はロボットであ
り、ロボット1は実際に作業を行うためのロボット機構
部2、ロボット機構部2を制御するためのパーソナルコ
ンピュータ(制御装置)3および制御部4により構成さ
れる。ロボット機構部2はアーム部5〜8と、回転関節
9〜11と、旋回関節12〜14とにより構成され、アーム部
8の先端には触覚センサ(距離検出手段)20が取り付け
られている。触覚センサ20は第2図にその詳細を示すよ
うに対象物体(図中では直方体)21のZ軸方向の距離を
検出する触覚センサ20a〜20cと、X軸方向の距離を検出
する触覚センサ20d、20eと、Y軸方向の距離を検出する
触覚センサ20fとからなり、触覚センサ20a〜20fは図示
しない所定の治具によりアーム8の先端部に取り付けら
れるとともに、触覚センサ20a〜20fにより検出された検
出結果S1〜S6は所定の通信線を通して後述するパーソナ
ルコンピュータ3内の通信部22に入力される。
なお、本実施例では距離検出手段として、触覚センサ
20を用いているが物体21までの距離を測定でき、そのデ
ータを外部に送信できるものなら、全て使用可能であ
り、例えば、接触・非接触型のギャップセンサ等を用い
るようにしてもよい。再び、第1図に戻って、パーソナ
ルコンピュータ3は通信部22と、ロボット位置補正計算
部23とを含んで構成され、通信部22には触覚センサ20a
〜20fからの検出結果を受信するとともに、受信データ
をロボット位置補正値計算部23に出力する。ロボット位
置補正値計算部23は触覚センサ20a〜20fからの検出結果
距離データに基づきロボットの位置を補正するためのロ
ボット位置補正値を計算するとともに、その位置補正値
を通信部22を介して制御部4に送信する。制御部4は通
信部22から送られた位置補正に基づいてロボット1を動
かすための制御値を演算し、ロボット機構部2のサーボ
系に動作指令を出力する。ロボット1は制御部4からの
指令によって動作し、ロボットの位置決めが実行され
る。
次に作用を説明するが、最初に本発明の基本的な考え
方を述べる。
空間上でロボットの位置・姿勢を決めるには、6自由
度ロボット1では、例えばXYZαβγの6つのパラメー
タが必要である。そのため、6本の触覚センサ(距離検
出器)20a〜20fをロボット1の先端に取りつけ、それら
のセンサ値より各パラメータを求めるロボットの位置決
めを行う。本実施例では、各6本のセンサ値がどのよう
な値になったときが目標値なのか事前に測定する必要が
ある。その測定値をEi(i=1〜6)とする。ここで、
簡単のため、直方体に第2図に示すように6本の距離検
出器が接触するものとし、そのときのセンサ値をSi(i
=1〜6)とすると目標値に至るまでに変位しなければ
ならないセンサの値ΔEi(i=1〜6)は、次式で示
される。
ΔEi=Ei−Si (i=1〜6) …… ロボットの先端が動作、つまり各センサの位置が移動
した場合、その微小変位量をΔX、ΔY、ΔZ、各軸回
りの微小回転角度をΔα、Δβ、Δγとすると、これら
の微小変位とセンサの変位ΔSi(i=1〜6)との関係
は、近似的に次式〜で示すことができる。
ΔS1=−ΔZ−rx1Δα−ry1Δβ …… ΔS2=−ΔZ+rx1Δα−ry1Δβ …… ΔS3=−ΔZ+rx1Δα+ry1Δβ …… ΔS4=−ΔX+rz1Δγ …… ΔS5=−ΔX−rz1Δγ …… ΔS6=ΔY …… 但し、rx1、ry1、rz1:各センサの回転半径 ここで、ロボットを位置決めするのに各センサが変位
しなければならない量は第式で得られたΔEiであるか
ら、ΔSiにΔEiを代入し、第〜式からΔX〜Δγに
ついて解くと次式〜を得る。
ΔX=(−ΔE4−ΔE5)/2 …… ΔY=ΔE6 …… ΔZ=(−ΔE1−ΔE2)/2 …… Δα=(ΔE2−ΔE1)/2rx1 …… Δβ=(ΔE3−ΔE2)/2ry1 …… Δγ=(ΔE4−ΔE5) …… 上記ΔX〜Δγが、ロボットを位置決めするために補
正しなければならないロボットの位置補正値になる。し
かし、〜式は近似式であるため、また測定器の測定
誤差等のため、一回の補正でΔEi=0、すなわちロボッ
トを目標位置に到達させることは困難である。そこで、
次式に従って目標値に対して徐々に近づけていき、次
式に示すΔEiがある閾値H範囲以内に入ったら目標位
置に到達したとみなす方法をとる。そして、目標位置に
到達した時のロボットの位置から、ロボットの動作デー
タを作成する。
ΔEi=(Ei−Si)×α (0<α<1,i=1〜6) …… |ΔEi|<H …… これにより、ロボットに物体の位置を測定させ、目標
位置を自動的に探索させてロボットの位置決めを行うこ
とが可能となる。なお、ロボット位置補正計算部23にお
いて、測定する物体の形状及び触覚センサの接触位置に
応じて〜式を作り変えることにより全ての形状の物
体に対して適用可能なものにすることができる。
第3図は上記基本的な考え方に基づくロボットの制御
プログラムを示すフローチャートであり、同図中Pn(n
=1、2、……)はプログラムの各ステップを示してい
る。まず、P1で触覚センサ20a〜20fからの検出結果に基
づいて目標値を検出し、P2で触覚センサ20a〜20fのセン
サ値を読み込む。次いで、P3で第式に従って目標セン
サ値との差を計算し、P4で第式に従ってロボット1が
目標位置となったか否かを判別する。目標位置となって
いればP5で位置データを作成して今回の処理を終え、目
標位置となっていなければP6で第〜式に従ってロボ
ット位置補正値を計算する。次いで、P7で上記計算結果
に基づいて通信部22を介して制御部4に補正値を指令す
るとともに、ステップP2に戻る。上記ステップP1〜P7
パーソナルコンピュータ3内のCPU1により演算処理され
る。パーソナルコンピュータ3の通信部22から補正値指
令が制御部4に送信されると、制御部4内のCPU2では以
下の処理を行う。すなわち、P8で補正値を受信し、P9
補正値に基づいてアーム部5〜8を動かすための関節角
を計算し、P10でロボット機構部2のサーボ系で動作指
令を出力して処理を終える。
以上説明したように、本実施例によれば従来人間の目
に頼っていた微細なロボットのティーチング作業を、ロ
ボット自身に触覚センサ20を付け自動探索させながらロ
ボットの位置決めを行うことができ、人間の負担を大幅
に軽減させるとともにティーチングに要する時間の短縮
に寄与するところが大きい。
なお、本実施例ではロボット機構部2に6自由度多関
節型ロボットを用いているが、勿論これには限定されず
4自由度のスカラー型等全てのロボットについて適用可
能であることは言うまでもない。
以上の第1実施例はパーソナルコンピュータ3のよう
な外部にCPUを用いた例であり、それにセンサ値を読み
込ませ、補正値を求め、ロボット制御装置内のCPUにそ
の値を引き渡すようにしたものであるが、ロボット制御
装置のCPUを使うようにしてもよく、この態様を次の第
2実施例で示す。
第4図は本発明の第2実施例を示す図であり、第1実
施例と同一処理を行うステップには同一番号を付してそ
の説明を省略している。
したがって、本実施例にあっても第1実施例と同様の
効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ロボットの位置決めを自動探索する
ことができ、人間の負担を大幅に軽減し、かつ教示時間
を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明に係るロボットの制御装置の第1実
施例を示す図であり、 第1図はその全体構成図、 第2図はその触覚センサ20の構成図、 第3図はそのロボットの制御プログラムを示すフローチ
ャート、 第4図は本発明に係るロボットの制御装置の第2実施例
を示すそのロボットの制御プログラムを示すフローチャ
ートである。 1……ロボット、 2……ロボット機構部、 3……パーソナルコンピュータ(制御装置)、 4……制御部(制御装置)、 5〜8……アーム部、 9〜11……回転関節、 12〜14……旋回関節、 20、20a〜20f……触覚センサ(距離検出手段)、 21……物体(対象物体)、 22……通信部、 23……ロボット位置補正値計算部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】与えられた制御信号に基づいて動作するロ
    ボットと、 該ロボットを動作させるための制御信号を出力する制御
    装置と、を備えたロボットの制御装置において、 前記ロボットのアーム部先端に固定され、前記ロボット
    と対象物体との3軸方向の距離を検出する距離検出手段
    を設け、 前記制御装置は、該距離検出手段からの出力と目標値と
    の差を計算し、該差と所定の閾値とを比較することによ
    り、前記制御信号を補正してロボットの位置決めを行う
    ようにしたことを特徴とするロボットの制御装置。
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