JP2576176B2 - ロボットの制御方法 - Google Patents
ロボットの制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、６軸関節形ロボットの制御方法に関し、特
にその補間動作に関する。
にその補間動作に関する。
〔従来の技術〕 基本３軸と手首３軸とからなる６軸関節形ロボット
は、第11図に示すように、次の６軸から構成される。
は、第11図に示すように、次の６軸から構成される。
（１） 地面に固定された脚１の上部に設けられ、垂線
（Z0軸）回りに自由度を有する第１軸２。
（Z0軸）回りに自由度を有する第１軸２。
（２） 第１軸２の先端部に設けられ、Z0軸に垂直なZ1
軸回りに自由度を有する第２軸３。
軸回りに自由度を有する第２軸３。
（３） 第２軸３の先端部に設けられ、Z1軸と平行なZ3
軸回りに自由度を有する第３軸４。
軸回りに自由度を有する第３軸４。
（４） 第３軸４の先端部に設けられ、Z2軸に垂直なZ3
軸回りに自由度を有する第４軸５。
軸回りに自由度を有する第４軸５。
（５） 第４軸５の先端部に設けられ、Z3軸に垂直なZ4
軸回りに自由度を有する第５軸６。
軸回りに自由度を有する第５軸６。
（６） 第５軸６の先端部に設けられ、Z4軸に垂直なZ5
軸回りに自由度を有する第６軸７。
軸回りに自由度を有する第６軸７。
以上のように、各関節は１自由度ずつ有し、このロボ
ットは全体で６自由度を有している。
ットは全体で６自由度を有している。
このような６軸関節形ロボットにおいては、第６軸７
は、位置のみならず姿勢も制御可能である。このこと
は、例えば米国バデュー大学教授アール・ピー・ポール
（R.P.Paul）氏著の『ロボットマニピュレータ・マセマ
ティックス，プログラミング・アンド・コントロール
（ROBOT MANIPULATORS:MATHEMATICS,PROGRAMING AND CO
NTROLL）』（1981年）に詳しく述べられている。なお、
この著書は、ロボットの計算機制御について世界で初め
て、体系的かつ学術的記述を行ったものとして有名であ
り、日本では『ロボット マニピュレータ』（吉川恒夫
訳，コロナ社）として発行されている。
は、位置のみならず姿勢も制御可能である。このこと
は、例えば米国バデュー大学教授アール・ピー・ポール
（R.P.Paul）氏著の『ロボットマニピュレータ・マセマ
ティックス，プログラミング・アンド・コントロール
（ROBOT MANIPULATORS:MATHEMATICS,PROGRAMING AND CO
NTROLL）』（1981年）に詳しく述べられている。なお、
この著書は、ロボットの計算機制御について世界で初め
て、体系的かつ学術的記述を行ったものとして有名であ
り、日本では『ロボット マニピュレータ』（吉川恒夫
訳，コロナ社）として発行されている。
この従来の手法によれば、各関節毎に次の手順で各座
標を固定していけば、６関節目の手首の姿勢を確定する
ことができる。
標を固定していけば、６関節目の手首の姿勢を確定する
ことができる。
Zn-1（ｎ＝１〜６）軸回りの角度θｎだけｎ−１軸
を回転させる。
を回転させる。
Zn-1軸に沿ってｎ−１軸を距離dnだけ並進させる。
回転後のXn-1軸、すなわちXn軸に沿って長さanだけ
回転させる。
回転させる。
以上の操作は、ｎ番目のリンクの座標をｎ−１番目の
リンクに関係づける４つの同次変換の積として表現でき
る。
リンクに関係づける４つの同次変換の積として表現でき
る。
これによると、手首の先端の座標を指定することによ
り、６個のリンク角θ１〜θ６を求めることができる。
り、６個のリンク角θ１〜θ６を求めることができる。
ところが、この従来技術におけるリンク角の演算式
は、手首部がオフセットしていないロボットについて解
法が与えられており、オフセットがあるロボットについ
ては、単純な演算では解くことができない。
は、手首部がオフセットしていないロボットについて解
法が与えられており、オフセットがあるロボットについ
ては、単純な演算では解くことができない。
そこで、出願人は、先に、手首部にオフセットのある
ロボットについての制御方法について発明し、特許出願
を行った。特開昭62−193786号公報に記載された発明が
それである。
ロボットについての制御方法について発明し、特許出願
を行った。特開昭62−193786号公報に記載された発明が
それである。
この特開昭62−193786号公報に記載されたロボットの
制御方法によると、ロボットアームに対してオフセット
している手首部を有する６軸関節形ロボットにおいて、
その手首の位置及び姿勢制御を行う場合に、位置データ
Px,Py,Pzから基本３軸のリンク角θ1,θ2,θ３を演算す
る第１のステップと、姿勢データnx,ny,nz,Ox,Oy,Oz,
ax,ay,azと第１ステップで求めた基本３軸のリンク角θ
1,θ2,θ３から手首部のリンク角θ4,θ5,θ６を演算す
る第２ステップと、前記位置データと第２ステップで求
めた手首部のリンク角から基本３軸のリンク角を再演算
する第３のステップとにより、各リンク角θ１〜θ６の
指令値を得る。
制御方法によると、ロボットアームに対してオフセット
している手首部を有する６軸関節形ロボットにおいて、
その手首の位置及び姿勢制御を行う場合に、位置データ
Px,Py,Pzから基本３軸のリンク角θ1,θ2,θ３を演算す
る第１のステップと、姿勢データnx,ny,nz,Ox,Oy,Oz,
ax,ay,azと第１ステップで求めた基本３軸のリンク角θ
1,θ2,θ３から手首部のリンク角θ4,θ5,θ６を演算す
る第２ステップと、前記位置データと第２ステップで求
めた手首部のリンク角から基本３軸のリンク角を再演算
する第３のステップとにより、各リンク角θ１〜θ６の
指令値を得る。
ところが、この演算方法における補間動作は、第12図
に示すように、線分▲▼を等分する形で行い、その
等分線を見込む角度を角度指令とするものである。この
ため、制御点がロボットの第１軸２の中心線上付近にあ
るとき、第12付からわかるように、ω１＜ω２＜ω
３と、第１軸２の中心線上に近づくにつれて角速度が非
常に大きくなり、第１軸２のモータが許容回転数よりオ
ーバーして角速度指令どおりの動作ができないという問
題が生じる。その結果、ロボット第１軸２の中心線付近
の制御精度が低下したり、制御不能になるという問題が
あった。
に示すように、線分▲▼を等分する形で行い、その
等分線を見込む角度を角度指令とするものである。この
ため、制御点がロボットの第１軸２の中心線上付近にあ
るとき、第12付からわかるように、ω１＜ω２＜ω
３と、第１軸２の中心線上に近づくにつれて角速度が非
常に大きくなり、第１軸２のモータが許容回転数よりオ
ーバーして角速度指令どおりの動作ができないという問
題が生じる。その結果、ロボット第１軸２の中心線付近
の制御精度が低下したり、制御不能になるという問題が
あった。
したがって、本発明は、このような従来の問題点を解
決し、第１軸中心線上付近の補間制御の精度を向上さ
せ、また、確実な制御を可能にすることを目的とする。
決し、第１軸中心線上付近の補間制御の精度を向上さ
せ、また、確実な制御を可能にすることを目的とする。
この目的を達成するため、本発明のロボットの制御方
法は、垂線の回りに自由度を有する第１軸からロボット
手首先端の第６軸に到る６軸を有する６軸関節形ロボッ
トにおいて、前記第１軸の中心線上付近を制御点が通過
する場合の補間動作を行う際に、前記第１軸及び第６軸
のリンク角を均等払出法によって一義的に定め、基本３
軸の第２軸と第３軸及び手首軸の第４軸と第５軸の各位
置データに基づいてリンク角の指令値を求め、前記第２
軸から第５軸までの軸によって補間動作を行うことを特
徴とする。
法は、垂線の回りに自由度を有する第１軸からロボット
手首先端の第６軸に到る６軸を有する６軸関節形ロボッ
トにおいて、前記第１軸の中心線上付近を制御点が通過
する場合の補間動作を行う際に、前記第１軸及び第６軸
のリンク角を均等払出法によって一義的に定め、基本３
軸の第２軸と第３軸及び手首軸の第４軸と第５軸の各位
置データに基づいてリンク角の指令値を求め、前記第２
軸から第５軸までの軸によって補間動作を行うことを特
徴とする。
前述した従来の方法において、第１軸中心線上付近の
動作で、第１軸の動作が困難であった原因は、第12図で
わかるように、角速度が大となることである。
動作で、第１軸の動作が困難であった原因は、第12図で
わかるように、角速度が大となることである。
そこで本発明では、第１軸中心線上付近における補間
動作指令の角速度が大となっていた第１軸を求める演算
をやめ、第１軸で動作する分を第２軸，第３軸，第４軸
及び第５軸で補う。これにより、位置制御に問題がなく
なる。これは、第12図において、Ｓ点からＥ点へ向かっ
て直線補間を行う際、第13図のように、第１軸２の動作
は大となり、許容回転数を超える。ところが、第14図の
ように、第２軸3,第３軸４で直線補間を行わせると、ど
の軸にも負荷は掛からず、容易に直線補間を行うことが
できる。このとき、第４軸5,第５軸６は、微妙な位置の
ずれを補正する。この動作は、実験によっても確認され
ている。
動作指令の角速度が大となっていた第１軸を求める演算
をやめ、第１軸で動作する分を第２軸，第３軸，第４軸
及び第５軸で補う。これにより、位置制御に問題がなく
なる。これは、第12図において、Ｓ点からＥ点へ向かっ
て直線補間を行う際、第13図のように、第１軸２の動作
は大となり、許容回転数を超える。ところが、第14図の
ように、第２軸3,第３軸４で直線補間を行わせると、ど
の軸にも負荷は掛からず、容易に直線補間を行うことが
できる。このとき、第４軸5,第５軸６は、微妙な位置の
ずれを補正する。この動作は、実験によっても確認され
ている。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に
説明する。第１図は、本発明に基づく補間方法の手順を
示すフローチャートである。
説明する。第１図は、本発明に基づく補間方法の手順を
示すフローチャートである。
第１図に示されているように、まず、位置データPx,P
y,Pzが与えられ、手首３軸は動作しないものとして第２
軸のリンク角θ２を求める演算を行う。第２図におい
て、原点Ｏから制御点ＰまでのベクトルをM0として、M0
−Z0平面を想定する。そして、第３図に示すように、M0
−Z0平面にロボットを投影させてPz′,M′を求める。す
ると、第２軸のリンク角θ２は、 θ２＝tan-1（Pz′/M′） ……（１） により求まる。
y,Pzが与えられ、手首３軸は動作しないものとして第２
軸のリンク角θ２を求める演算を行う。第２図におい
て、原点Ｏから制御点ＰまでのベクトルをM0として、M0
−Z0平面を想定する。そして、第３図に示すように、M0
−Z0平面にロボットを投影させてPz′,M′を求める。す
ると、第２軸のリンク角θ２は、 θ２＝tan-1（Pz′/M′） ……（１） により求まる。
次に、第３軸のリンク角θ３を求める。第４図に示す
ように、Z0′−M0′平面に投影させてθ6,θ２とPx,Py,
PzよりPz″,M″を求める。するとθ３は、 θ３＝tan-1（Pz″/M″） ……（２） により求まる。
ように、Z0′−M0′平面に投影させてθ6,θ２とPx,Py,
PzよりPz″,M″を求める。するとθ３は、 θ３＝tan-1（Pz″/M″） ……（２） により求まる。
次に、第４軸のリンク角θ４を求める。第５図の矢視
Ａから見た図を考える。第６図がその図で、これのC0−
G0平面に投影させ、θ1,θ2,θ3,Px,Py,PzからＣ′,G′
を求める。すると、θ４は、 θ４＝tan-1（Ｃ′/G′） ……（３） により求まる（第７図参照）。
Ａから見た図を考える。第６図がその図で、これのC0−
G0平面に投影させ、θ1,θ2,θ3,Px,Py,PzからＣ′,G′
を求める。すると、θ４は、 θ４＝tan-1（Ｃ′/G′） ……（３） により求まる（第７図参照）。
次に、第５軸のリンク角θ５を求める。第６図の矢視
Ｂから見た図を考える。第８図がそのロボットの図で、
これのC0−D0平面に投影させて、θ1,θ2,θ3,θ4,θ6,
Px,Py,PzからＡ′,D′を求める。すると、θ５は、 θ５＝tan-1（Ａ′/D′） ……（４） により求まる（第９図参照）。
Ｂから見た図を考える。第８図がそのロボットの図で、
これのC0−D0平面に投影させて、θ1,θ2,θ3,θ4,θ6,
Px,Py,PzからＡ′,D′を求める。すると、θ５は、 θ５＝tan-1（Ａ′/D′） ……（４） により求まる（第９図参照）。
以上で演算は終了し、各リンク角θ１〜θ６が出力さ
れる。これは、第１軸回転中心線上付近の位置データを
満足するものである。
れる。これは、第１軸回転中心線上付近の位置データを
満足するものである。
リンク角θ１とθ６の決定方法について説明する。
移動距離Ｌが、始点の直交データXS,YS,ZSと終点の直
交データXE,YE,ZEとから求められる。
交データXE,YE,ZEとから求められる。
また、速度Ｖがパラメータとして与えられる。この速
度Ｖは、払い出しクロック、いわゆるセグメントクロッ
クでカウントして、どれくらいの距離動作するかという
単位で表される。前記移動距離Ｌと速度Ｖとにより、払
い出しクロックの何回分で終点にたどりつくかという分
割数Ｎが求まる。
度Ｖは、払い出しクロック、いわゆるセグメントクロッ
クでカウントして、どれくらいの距離動作するかという
単位で表される。前記移動距離Ｌと速度Ｖとにより、払
い出しクロックの何回分で終点にたどりつくかという分
割数Ｎが求まる。
Ｎ＝L/V〔回数/1払い出しクロック〕 これからθ1,θ６を決定する。θ１の始点と終点のデ
ータはオペレータから与えられ、これらをそれぞれ
θ1S,θ1Eとする。移動量はΔθ１＝θ1E−θ1Sで求め
られ、次の式が成立する。
ータはオペレータから与えられ、これらをそれぞれ
θ1S,θ1Eとする。移動量はΔθ１＝θ1E−θ1Sで求め
られ、次の式が成立する。
θ１＝θ1S＋Δθ１×K/N ここでＫは、データの出力回数であり、何回データを
出力したかという回数である。θ６も同様にして求め
る。
出力したかという回数である。θ６も同様にして求め
る。
以上のデータ出力方法を「均等払出法」という。
具体的には、以上の演算は、第10図に示す制御部によ
って行われる。すなわち、メモリ等に記憶されたティー
チング又は外部データは、CPUに取り込まれ、CPUそのデ
ータを元に、位置データ、第１軸及び第６のリンク角θ
1,θ６を演算し、メモリに格納する。次に、プレイバッ
ク動作を行う際に、位置データ、リンク角θ1,θ６を取
込み、補間制御演算部において前記の（１）式〜（４）
式の演算によりθ２〜θ５を算出し、プレイバックデー
タとしてロボットを動作させる。
って行われる。すなわち、メモリ等に記憶されたティー
チング又は外部データは、CPUに取り込まれ、CPUそのデ
ータを元に、位置データ、第１軸及び第６のリンク角θ
1,θ６を演算し、メモリに格納する。次に、プレイバッ
ク動作を行う際に、位置データ、リンク角θ1,θ６を取
込み、補間制御演算部において前記の（１）式〜（４）
式の演算によりθ２〜θ５を算出し、プレイバックデー
タとしてロボットを動作させる。
以上に説明したように、本発明においては、第１軸の
中心軸上付近の補間動作を行うに際し、第１軸及び第６
軸のリンク角を一義的に定め、他の第２軸〜第５軸につ
いてリンク角を演算し、第２軸〜第５軸のみで補間動作
を行う。これにより、第１軸の中心軸上付近における角
速度が一定以上に大きくなることがなくなり、各軸を駆
動するモータの許容回転数の範囲で動作することが可能
となる。したがって、従来技術では、ロボットの動作に
難があった直線補間領域が、本発明により動作可能とな
り、６軸関節形ロボットの動作領域を大きく広げること
ができる。
中心軸上付近の補間動作を行うに際し、第１軸及び第６
軸のリンク角を一義的に定め、他の第２軸〜第５軸につ
いてリンク角を演算し、第２軸〜第５軸のみで補間動作
を行う。これにより、第１軸の中心軸上付近における角
速度が一定以上に大きくなることがなくなり、各軸を駆
動するモータの許容回転数の範囲で動作することが可能
となる。したがって、従来技術では、ロボットの動作に
難があった直線補間領域が、本発明により動作可能とな
り、６軸関節形ロボットの動作領域を大きく広げること
ができる。
第１図は本発明のロボットの制御方法の一実施例を示す
フローチャート、第２図はロボットの固定座標軸（X0,Y
0,Z0）のX0−Y0平面への投影図、第３図はロボットのM0
−Z0平面への投影図、第４図は、第３図のＯを原点と
し、Z0−M0平面への投影図、第５図はロボットの第３
軸，手首軸部分の側面図、第６図は第５図の矢印Ａから
見たときのロボットの図、第７図は第６図のC0−G0平面
の投影図、第８図は第６図の矢視Ｂから見たときのロボ
ットの図、第９図は第８図のC0−D0平面の投影図、第10
図は本発明を実施するための制御部の構成例を示すブロ
ック図、第11図は６軸関節形ロボットの外観図、第12図
は第１軸の角速度が第１軸の回転中心線上付近で大とな
る様子をロボットの真上から見た図、第13図は第12図に
示す補間を従来方法で直接補間したときのロボットの動
作を示す側面図、第14図は同じく第12図に示す補間を本
発明により行ったときのロボットの動作を示す側面図で
ある。 1:脚、2:第１軸 3:第２軸、4:第３軸 5:第４軸、6:第５軸 7:第６軸
フローチャート、第２図はロボットの固定座標軸（X0,Y
0,Z0）のX0−Y0平面への投影図、第３図はロボットのM0
−Z0平面への投影図、第４図は、第３図のＯを原点と
し、Z0−M0平面への投影図、第５図はロボットの第３
軸，手首軸部分の側面図、第６図は第５図の矢印Ａから
見たときのロボットの図、第７図は第６図のC0−G0平面
の投影図、第８図は第６図の矢視Ｂから見たときのロボ
ットの図、第９図は第８図のC0−D0平面の投影図、第10
図は本発明を実施するための制御部の構成例を示すブロ
ック図、第11図は６軸関節形ロボットの外観図、第12図
は第１軸の角速度が第１軸の回転中心線上付近で大とな
る様子をロボットの真上から見た図、第13図は第12図に
示す補間を従来方法で直接補間したときのロボットの動
作を示す側面図、第14図は同じく第12図に示す補間を本
発明により行ったときのロボットの動作を示す側面図で
ある。 1:脚、2:第１軸 3:第２軸、4:第３軸 5:第４軸、6:第５軸 7:第６軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−193786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−251901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−114384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−241009（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】垂線の回りに自由度を有する第１軸からロ
ボット手首先端の第６軸に到る６軸を有する６軸関節形
ロボットにおいて、前記第１軸の中心線上付近を制御点
が通過する場合の補間動作を行う際に、前記第１軸及び
第６軸のリンク角を均等払出法によって一義的に定め、
基本３軸の第２軸と第３軸及び手首軸の第４軸と第５軸
の各位置データに基づいてリンク角の指令値を求め、前
記第２軸から第５軸までの軸によって補間動作を行うこ
とを特徴とするロボットの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026352A JP2576176B2 (ja) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | ロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026352A JP2576176B2 (ja) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | ロボットの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201705A JPH01201705A (ja) | 1989-08-14 |
| JP2576176B2 true JP2576176B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=12191074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63026352A Expired - Fee Related JP2576176B2 (ja) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2576176B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112014006610B4 (de) * | 2014-04-24 | 2019-09-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Robotersteuerungsvorrichtung und Robotersteuerungsverfahren |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62193786A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-25 | 株式会社安川電機 | ロボツトの制御方法 |
| JPS62251901A (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-02 | Fanuc Ltd | 多軸ロボツトの経路制御装置 |
-
1988
- 1988-02-06 JP JP63026352A patent/JP2576176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01201705A (ja) | 1989-08-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |