JP2574313B2 - 教示再生型マニピュレ−タの制御装置 - Google Patents

教示再生型マニピュレ−タの制御装置

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JP2574313B2
JP2574313B2 JP18717087A JP18717087A JP2574313B2 JP 2574313 B2 JP2574313 B2 JP 2574313B2 JP 18717087 A JP18717087 A JP 18717087A JP 18717087 A JP18717087 A JP 18717087A JP 2574313 B2 JP2574313 B2 JP 2574313B2
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hand
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隆 三富
均 久保田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明な多関節型マニピュレータの動作経路を直接教
示により記憶させ、再生動作を行うマニピュレータの制
御装置に関し、特に教示において、一定時間毎のサンプ
リング時の現在位置の、前回記憶された位置からの変化
量に基づいて、前記現在位置を記憶するかどうかを判別
し、変化量が小さい場合には記憶しないことにより、記
憶すべきデータ量を少なくし必要となるメモリ容量が小
さくてすむ教示再生型マニピュレータの制御装置に関す
る。
従来の技術 上記のような制御装置において、前回記憶された位置
からの変化量に基づいて現在位置を記憶するか否かの判
別に、従来は例え次のような2つの方法がとられてい
た。
第1の方法は、サンプリング時の各関節角度の変化量
が一定値以下の場合には記憶しないようにするものであ
り、例えば のときは現在位置を記憶しない。ただし、eは一定値、
θ0i(i=1〜6)は前回記憶されたi番目関節角度、
θ1i(i=1〜6)は現在位置のi番目関節角度であ
る。
第2の方法は、サンプリング時の直交座標系における
先端位置座標を算出し、先端位置の移動変化が一定値以
下の場合には記憶しないものであり、例えば、 のときは現在位置を記憶しない。ただし、eは一定値、
(X0,Y0,Z0)は前回記憶された位置の先端位置座標、
(X1,Y1,Z1)は現在位置の先端位置座標である。
発明が解決しようとする問題点 上記第1の方法では、各関節角度で判別および記憶す
るため、同一形状の曲線経路を教示してもマニピュレー
タ基部に対する教示経路の相対位置によって、記憶され
る位置の間隔が異なり、教示データを他のマニピュレー
タで再生させる場合や作業対象の位置が変化する場合の
動作再生には多量の変換計算が必要となる。
また、第2の方法では、直交座標系での計算によりデ
ータ圧縮が行われるので、教示データを他のマニピュレ
ータで再生する場合や作業対象の位置が変化する場合に
も対応が容易で、同一形状の曲線経路はマニピュレータ
基部に対する相対位置によらず均一な間隔で位置データ
が記憶されるが、先端位置の移動変位のみでサンプリン
グ時の現在位置を記憶するか否かを判別しているため、
先端位置が変化せずにハンド姿勢が変化するような動作
を教示した場合、ハンド姿勢の変化は無視されてハンド
姿勢がどのように変化するかについては記憶されない。
したがって、ハンド姿勢の変化が作業内容に影響を及ぼ
す場合には問題となる。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の教示再生型マ
ニピュレータの制御装置は、経路教示時に一定時間毎に
現在位置を検出しマニピュレータ先端位置とハンド姿勢
を算出する手段と、直前に記憶されたマニピュレータ先
端位置とハンド姿勢から前記算出されたマニピュレータ
先端位置とハンド姿勢までの動作距離が一定値以上であ
るか否かを判別する手段と、一定値以上である場合に前
記算出されたマニピュレータ先端位置とハンド姿勢を記
憶する手段と、経路教示で記憶されたマニピュレータ先
端位置とハンド姿勢に従ってマニピュレータの動作再生
を行う手段とを有し、前記動作距離はマニピュレータ先
端位置の移動変位の2乗とハンドの回転変位の2乗の和
またはその平方根として算出している。さらに、前記ハ
ンドの回転変位はハンド姿勢の回転角度に回転係数を乗
じて算出するようにし、前記回転係数を設定する手段を
有している。
作用 本発明では、一定時間毎に現在位置を検出しマニピュ
レータ先端位置とハンド姿勢を算出する手段により得ら
れる各サンプリング時のマニピュレータ先端位置とハン
ド姿勢と、直前に記憶されたマニピュレータ先端位置と
ハンド姿勢との間の動作距離Dは、 と算出される。ただし、(ΔX,ΔY,ΔZ)はマニピュレ
ータ先端位置の移動変位、Δθはハンド姿勢の回転変位
である。
もし動作距離Dが一定値eより大きければこの時のマ
ニピュレータ先端位置とハンド姿勢が記憶される。動作
距離Dにはハンド姿勢の回転変位Δθが加味されている
ため、先端位置に変化がない場合すなわち(ΔX,ΔY,Δ
Z)=(0,0,0)である時でも、ハンド姿勢が変化して
Δθが一定値より大きくなると、先端位置は直前に記憶
された位置データと同じでハンド姿勢の異なる位置デー
タが記憶される。
また、ハンド姿勢の回転変位Δθは、ハンド姿勢の回
転角度Δに回転係数kを乗じたものとして算出され
る。
Δθ=k・Δ 回転係数kは、回転係数を設定する手段により変更が
できるため、ハンド姿勢の変化をどの程度動作距離Dの
算出に加味するかを変えることができる。
実 施 例 本発明の実施例におけるマニピュレータの軸構成を第
2図に示す。マニピュレータの各関節は第3図に示すモ
ータ9によって駆動され、各モータ9につけられたエン
コーダ8により各モータの現在位置が検出されて各関節
角度が得られ、正変換計算により関節角度からマニピュ
レータ先端とハンド姿勢が算出される。本実施例のマニ
ピュレータでは6自由度の運動が可能であり、可動範囲
内で逆変換計算により先端位置とハンド姿勢に対応する
各関節角度が算出される。ハンド1には筆2を把持さ
せ、筆の先端位置と筆の姿勢を可動範囲内で任意に指定
して動作させることができる。また、マニピュレータの
サーボロックを解除した状態で操作者がハンドに把持さ
れた筆の基部を持って字を書く動作を行い、これを動作
経路として教示記憶し、記憶された教示データをもとに
動作再生することにより文字を書くこともできる。
第3図に本実施例における教示再生型マニピュレータ
の制御装置の構成を示す。モータ9の現在位置検出と動
作制御は、エンコーダ8からの信号を受ける現在位置カ
ウンタとモータの駆動回路を含む制御回路7で行われ
る。各制御回路7は、マイクロプロセッサ4からの現在
位置読み出し指令によりモータ9の現在位置データをマ
イクロプロセッサ4に送り、マイクロプロセッサ4から
の動作指令によりモータ9の動作目標値の更新を行いモ
ータ9の動作制御をする。マイクロプロセッサ4はメモ
リ5に格納されたプログラムに従って、各制御回路に現
在位置読み出し指令を送り、返される各モータ9の現在
位置データから正変換計算によりマニピュレータ先端位
置とハンド姿勢を算出したり、動作目標として得られた
マニピュレータ先端位置とハンド姿勢から逆変換計算に
より各モータ9の動作目標位置を算出し、各制御回路に
動作指令を行ってマニピュレータ先端とハンド姿勢の動
作制御を行うことができる。
マニピュレータの先端位置とハンド姿勢は、次のよう
な4×4の行列データとして表現される。
ただし、n,o,aはハンドに固定された直交座標系のX,
Y,Z軸方向単位ベクトル(3次元ベクトル)でありハン
ド姿勢が表わし、pは、前記直交座標系の原点位置を示
す3次元ベクトルでありマニピュレータ先端位置を表わ
す。
次に、第1図のフローチャートを用いて本実施例にお
いて経路教示時の処理について説明する。経路教示は、
第3図のスイッチ3がONすることにより第1図の処理が
開始され、スイッチ3がONである間、一定時間Δt毎の
各モータの現在位置からマニピュレータの先端位置とハ
ンド姿勢qを算出して動作量が一定以上である場合に時
刻cとともに記憶することにより経路教示を行う。一定
時間Δtを待つ処理はタイマー回路6からの信号を待つ
ことにより行う。動作量が一定以上であるかどうかは、
直前に記憶された先端位置とハンド姿勢p〔i〕からそ
の時の先端位置とハンド姿勢qまでの動作距離Dを算出
し、Dが一定値eより大きいかどうかで判別する。動作
距離Dの算出は次のように行われる。p〔i〕とqが次
のような行列である時、 上記計算においてΔθはハンド姿勢の回転変位であ
り、ハンド姿勢の回転角度Δに回転係数kを乗じて求
められる。回転係数kは、メモリ5の特定番地に格納さ
れている数値であり、この数値を書き変えることにより
動作距離の算出におけるハンド姿勢の回転角度の寄与率
を変えることができる。例えばk=0であればハンドの
回転は無視され、kが大きな値であればハンドの回転が
小さくても経路教示時にその時の先端位置とハンド姿勢
が記憶される。
動作再生時は、時刻tをパラメータとして記憶された
位置を補間して各時刻における動作目標位置を算出し動
作制御する。すなわち動作再生の開始時刻をT0とする
と、時刻T0+tの動作目標位置は、 t〔i〕≦t<t〔i+1〕 となるiを求め、p〔i〕とp〔i+1〕の間を t−t〔i〕:t〔i+1〕−t の比で分割するマニピュレータ先端位置とハンド姿勢と
して算出される。
本実施例のように筆で文字を書く場合、筆の先端位置
のみでなく筆の姿勢変化も書かれる文字の出来映えに影
響することが多いが、本発明のように経路教示において
姿勢変化についても位置データを記憶するか否かの判別
に用いる動作距離の算出に加味されているため、筆の姿
勢変化についても教示経路として記憶される。また、回
転係数を適当な値に設定することにより姿勢変化につい
て動作距離にどの程度加味するかを調節することができ
る。また、経路教示で記憶される位置データは先端位置
とハンド姿勢であり、動作距離もこれをもとに算出され
るため、経路教示で記憶される位置の間隔はマニピュレ
ータ基部に対する相対位置によらず一定であり、1つの
文字について教示されたデータは、異なる場所にあるい
は異なるマニピュレータで同じ文字を書く場合にも容易
に使用できる。
発明の効果 以上のように本発明の教示再生型マニピュレータで
は、経路教示において、場所によらず均一な位置データ
サンプリングが行われ、ハンド姿勢変化についても回転
係数の値に応じて記憶される。
【図面の簡単な説明】
第1図は経路教示時の処理のフローチャート、第2図は
本発明の一実施例におけるマニピュレータの軸構成の説
明図、第3図は本発明の一実施例における教示再生型マ
ニピュレータの制御装置の説明図である。 1……ハンド、2……筆、3……スイッチ、4……マイ
クロプロセッサ、5……メモリ、6……タイマー回路、
7……制御回路、8……エンコーダ、9……モータ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】教示再生型マニピュレータの経路教示にお
    いて一定時間毎に現在位置を検出しマニピュレータ先端
    位置とハンド姿勢を算出する手段と、直前に記憶された
    マニピュレータ先端位置とハンド姿勢から前記算出され
    たマニピュレータ先端位置とハンド姿勢までの動作距離
    が一定値以上であるか否かを判別する手段と、一定値以
    上である場合に前記算出されたマニピュレータ先端位置
    とハンド姿勢を記憶する手段と、経路教示で記憶された
    マニピュレータ先端位置とハンド姿勢に従ってマニピュ
    レータの動作再生を行う手段とを有し、前記動作距離は
    マニピュレータ先端位置の移動変位の2乗とハンドの回
    転変位の2乗の和またはその平方根として算出されるこ
    とを特徴とする教示再生型マニピュレータの制御装置。
  2. 【請求項2】ハンドの回転変位は、ハンド姿勢の回転角
    度に回転係数を乗じて算出され、前記回転係数を設定す
    る手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の教示再生型マニピュレータの制御装置。
JP18717087A 1987-07-27 1987-07-27 教示再生型マニピュレ−タの制御装置 Expired - Lifetime JP2574313B2 (ja)

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WO1992008058A1 (en) * 1990-10-26 1992-05-14 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Device for mounting position detecting sensor
JP5479541B2 (ja) * 2011-08-23 2014-04-23 パナソニック株式会社 パラレルリンクロボットおよびその動作教示方法
JP2016016474A (ja) * 2014-07-08 2016-02-01 株式会社ダイヘン ロボット制御装置

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