JP2597972B2 - 多関節型ロボツトの制御システム - Google Patents
多関節型ロボツトの制御システムInfo
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- JP2597972B2 JP2597972B2 JP59166837A JP16683784A JP2597972B2 JP 2597972 B2 JP2597972 B2 JP 2597972B2 JP 59166837 A JP59166837 A JP 59166837A JP 16683784 A JP16683784 A JP 16683784A JP 2597972 B2 JP2597972 B2 JP 2597972B2
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/408—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
- G05B19/4086—Coordinate conversions; Other special calculations
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/33—Director till display
- G05B2219/33263—Conversion, transformation of coordinates, cartesian or polar
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/45—Nc applications
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Description
【発明の詳細な説明】 「発明の技術分野」 この発明は、多関節型ロボットの制御システムに係
り、さらに詳しくは、教示点間の補間点を算出し、その
補間点をトレースさせて多関節型ロボットを作動させる
制御システムに関する。
り、さらに詳しくは、教示点間の補間点を算出し、その
補間点をトレースさせて多関節型ロボットを作動させる
制御システムに関する。
「従来技術と問題点」 多関節型ロボットにおいては各アームの角度データが
ロボット駆動の指標であり、教示点も角度データで与え
られる。そこで２つの教示点間に補間点を求める場合、
補間点も最終的には角度データで得る必要がある。
ロボット駆動の指標であり、教示点も角度データで与え
られる。そこで２つの教示点間に補間点を求める場合、
補間点も最終的には角度データで得る必要がある。
補間点を得るためのもっとも簡単な方法としては、２
つの教示点の角度データの間の差を等分に割り付けて各
補間点の角度データを得るものが挙げられるが、これに
よれば教示すべき軌跡が直線であっても、その再生軌跡
は円弧状となって直線状とならない欠点があり、適用で
きる補間法が限られる欠点がある。
つの教示点の角度データの間の差を等分に割り付けて各
補間点の角度データを得るものが挙げられるが、これに
よれば教示すべき軌跡が直線であっても、その再生軌跡
は円弧状となって直線状とならない欠点があり、適用で
きる補間法が限られる欠点がある。
そこで教示点での角度データを直交座標による位置デ
ータに変換し、その位置データに基づいて補間点の位置
データを算出し、その位置データを再び角度データに逆
変換して各補間点の角度データを得ることが考えられ
る。しかし、角度データから位置データへの順変換は比
較的容易だが、位置データから角度データへの逆変換は
特に自由度４以上の場合には複数個の解があるため困難
になる。従来このために各アームの取り得る角度に制限
を設けて解を選び出すことなどが提案されているが、条
件設定が複雑になる等の不便がある。
ータに変換し、その位置データに基づいて補間点の位置
データを算出し、その位置データを再び角度データに逆
変換して各補間点の角度データを得ることが考えられ
る。しかし、角度データから位置データへの順変換は比
較的容易だが、位置データから角度データへの逆変換は
特に自由度４以上の場合には複数個の解があるため困難
になる。従来このために各アームの取り得る角度に制限
を設けて解を選び出すことなどが提案されているが、条
件設定が複雑になる等の不便がある。
「発明の目的」 この発明は、複雑な条件設定などを行うことなく上記
逆変換を好適に行うことができる多関節型ロボットの制
御システムを提供することを目的とする。
逆変換を好適に行うことができる多関節型ロボットの制
御システムを提供することを目的とする。
「発明の構成」 この発明の多関節型ロボットの制御システムは、垂直
軸芯まわりに回動自在な第１アーム、該第１アーム上に
一端を軸支され、上記垂直軸芯に直角の第１の回転軸芯
回りに揺動自在の第２アーム及び該第２アームの他端に
軸支され、上記第１の回転軸芯に平行の第２の回転軸芯
回りに揺動自在の第３アームからなるアーム部と、その
アーム部の最終アームである第３アームの先端に取り付
けられる自由度１以上の手首部とを有してなる多関節型
ロボットの制御システムであって、（ｉ）教示点におけ
るアーム部及び手首部の角度データに基づいて、Ｘ軸,Y
軸,Z軸が直交するXYZ座標系による教示点の位置座標を
算出する教示点位置座標算出手段、（ii）前記教示点位
置座標に基づいて、教示点間の補間点位置座標を算出す
る補間点位置座標算出手段、（iii）１つの教示点での
手首部の角度データと次の教示点での手首部の角度デー
タの間の角度差を前記補間点に等分に割り付けて、各補
間点における手首部の角度データを算出する手首部補間
データ算出手段、（iv）最終アームの軸芯線に平行なＵ
軸，前記Ｘ軸とＹ軸とがつくる平面に平行でかつ前記Ｕ
軸に直角なＶ軸，前記Ｕ軸とＶ軸の両方に直角なＷ軸及
び最終アームの略先端に定められた原点がつくるUVW座
標系による手首部先端点の位置座標を、前記各補間点に
おける手首部の角度データから順変換により各々算出す
る手首先端座標算出手段、（ｖ）XYZ座標系による前記
補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）、各補間点についてのUVW
座標系による前記手首部先端点位置座標（Um,Vm,Wm）、
XYZ座標系の原点から前記第１の回転軸芯までの距離（O
E）、前記第1,第２の回転軸芯間の距離（ED）及び前記
第２の回転軸芯から第３アームの先端までの距離（DQ）
に基づいて、以下の式（，，）を満たす各補間点
でのアーム部の角度データ（θ1m，θ2m，θ3m）を算出
するアーム部補間データ算出手段、 および（vi）前記アーム部の角度データと前記手首部
の角度データとをトレースして多関節型ロボットを作動
させるロボット制御手段、を具備して構成されるもので
ある。
軸芯まわりに回動自在な第１アーム、該第１アーム上に
一端を軸支され、上記垂直軸芯に直角の第１の回転軸芯
回りに揺動自在の第２アーム及び該第２アームの他端に
軸支され、上記第１の回転軸芯に平行の第２の回転軸芯
回りに揺動自在の第３アームからなるアーム部と、その
アーム部の最終アームである第３アームの先端に取り付
けられる自由度１以上の手首部とを有してなる多関節型
ロボットの制御システムであって、（ｉ）教示点におけ
るアーム部及び手首部の角度データに基づいて、Ｘ軸,Y
軸,Z軸が直交するXYZ座標系による教示点の位置座標を
算出する教示点位置座標算出手段、（ii）前記教示点位
置座標に基づいて、教示点間の補間点位置座標を算出す
る補間点位置座標算出手段、（iii）１つの教示点での
手首部の角度データと次の教示点での手首部の角度デー
タの間の角度差を前記補間点に等分に割り付けて、各補
間点における手首部の角度データを算出する手首部補間
データ算出手段、（iv）最終アームの軸芯線に平行なＵ
軸，前記Ｘ軸とＹ軸とがつくる平面に平行でかつ前記Ｕ
軸に直角なＶ軸，前記Ｕ軸とＶ軸の両方に直角なＷ軸及
び最終アームの略先端に定められた原点がつくるUVW座
標系による手首部先端点の位置座標を、前記各補間点に
おける手首部の角度データから順変換により各々算出す
る手首先端座標算出手段、（ｖ）XYZ座標系による前記
補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）、各補間点についてのUVW
座標系による前記手首部先端点位置座標（Um,Vm,Wm）、
XYZ座標系の原点から前記第１の回転軸芯までの距離（O
E）、前記第1,第２の回転軸芯間の距離（ED）及び前記
第２の回転軸芯から第３アームの先端までの距離（DQ）
に基づいて、以下の式（，，）を満たす各補間点
でのアーム部の角度データ（θ1m，θ2m，θ3m）を算出
するアーム部補間データ算出手段、 および（vi）前記アーム部の角度データと前記手首部
の角度データとをトレースして多関節型ロボットを作動
させるロボット制御手段、を具備して構成されるもので
ある。
上記構成の個々の手段は、コンピュータ又は個別回路
等を用いることにより構成することができる。
等を用いることにより構成することができる。
「実施例」 以下、第１図〜第６図に示す一実施例に基づいて、さ
らにこの発明を詳説する。ここに第１図は多関節型ロボ
ットの制御システムの構成説明図、第２図は最終アーム
の一部と手首部とを示す斜視図、第３図はアーム部とXY
Z座標系の関係を示す模式図、第４図は手首部とUVW座標
系の関係を示す模式図、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）
はそれぞれＶ−Ｗ平面,U−Ｗ平面,U−Ｖ平面への手首部
の投影を示す模式図、第６図はＸ−Ｙ平面へのＵ−Ｖ平
面の投影を示す模式図、第７図は制御手順の要部を示す
フローチャートである。なお、この実施例によりこの発
明が限定されるものではない。
らにこの発明を詳説する。ここに第１図は多関節型ロボ
ットの制御システムの構成説明図、第２図は最終アーム
の一部と手首部とを示す斜視図、第３図はアーム部とXY
Z座標系の関係を示す模式図、第４図は手首部とUVW座標
系の関係を示す模式図、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）
はそれぞれＶ−Ｗ平面,U−Ｗ平面,U−Ｖ平面への手首部
の投影を示す模式図、第６図はＸ−Ｙ平面へのＵ−Ｖ平
面の投影を示す模式図、第７図は制御手順の要部を示す
フローチャートである。なお、この実施例によりこの発
明が限定されるものではない。
第１図及び第２図に示すように、制御システム10は、
多関節型ロボット11と、その多関節型ロボット11を制御
する制御部８と、操作盤９とから基本的に構成されてい
る。
多関節型ロボット11と、その多関節型ロボット11を制御
する制御部８と、操作盤９とから基本的に構成されてい
る。
多関節型ロボット11は、第１アーム1,第２アーム２お
よび第３アーム３からなる自由度３のアーム部12と、第
１手首部材4,第２手首部材５および作業工具６からなる
自由度２の手首部13とを有しており、制御部８から与え
られる角度データ（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５）に
基づいて、前記アーム1,2,3および手首部材4,5をそれぞ
れ回動させる。
よび第３アーム３からなる自由度３のアーム部12と、第
１手首部材4,第２手首部材５および作業工具６からなる
自由度２の手首部13とを有しており、制御部８から与え
られる角度データ（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５）に
基づいて、前記アーム1,2,3および手首部材4,5をそれぞ
れ回動させる。
第２図に示すように、第３アームの先端に第１手首部
材４が取り付けられ、その第１手首部材４に第２手首部
材５が回転軸７によって軸止されており、且つ作業工具
６は第２手首部材５に固定的に装着されている。
材４が取り付けられ、その第１手首部材４に第２手首部
材５が回転軸７によって軸止されており、且つ作業工具
６は第２手首部材５に固定的に装着されている。
さて制御部８は、多関節型ロボット11の動きと関係な
く静止した直交座標系であるXYZ座標系と、第３アーム
３の略先端に原点Ｑをもつ直交座標系であるUVW座標系
とをあらかじめ設定されている。
く静止した直交座標系であるXYZ座標系と、第３アーム
３の略先端に原点Ｑをもつ直交座標系であるUVW座標系
とをあらかじめ設定されている。
説明の都合上、第３図に模式的に示すように、XYZ座
標系において第１アーム１の回転軸芯線l1と一致してＺ
軸があり、そのＺ軸上でかつ多関節型ロボット11の据付
面上に原点Ｏがあり、前記Ｚ軸に直交しかつ角度データ
θ１＝０の位置にＸ軸があり、それらＺ軸およびＸ軸に
直交してＹ軸があるものとする。
標系において第１アーム１の回転軸芯線l1と一致してＺ
軸があり、そのＺ軸上でかつ多関節型ロボット11の据付
面上に原点Ｏがあり、前記Ｚ軸に直交しかつ角度データ
θ１＝０の位置にＸ軸があり、それらＺ軸およびＸ軸に
直交してＹ軸があるものとする。
また角度データθ２は、第１アーム回転軸芯線l1に対
して第２アーム２の軸芯線l2がなす角度であるとし、角
度データθ３は第２アーム軸芯線l2に直交する平面に対
して第３アーム３の軸芯線l3がなす角度であるとする。
して第２アーム２の軸芯線l2がなす角度であるとし、角
度データθ３は第２アーム軸芯線l2に直交する平面に対
して第３アーム３の軸芯線l3がなす角度であるとする。
UVW座標系は、第４図に示すように、第３アーム軸芯
線l3と一致してＵ軸があり、第２手首部材５の回転軸芯
線l7の回転面と前記Ｕ軸の交点に原点Ｑがあり、前記Ｕ
軸に直交しかつＸ−Ｙ平面に平行にＶ軸があり、それら
Ｕ軸およびＶ軸に直角にＷ軸がある。なお、第２手首部
材５の軸芯線l5は、Ｆ点を中心に回転し、また作業工具
６の軸芯線l6はＨ点で前記軸芯線l5と直角に交差してい
る。
線l3と一致してＵ軸があり、第２手首部材５の回転軸芯
線l7の回転面と前記Ｕ軸の交点に原点Ｑがあり、前記Ｕ
軸に直交しかつＸ−Ｙ平面に平行にＶ軸があり、それら
Ｕ軸およびＶ軸に直角にＷ軸がある。なお、第２手首部
材５の軸芯線l5は、Ｆ点を中心に回転し、また作業工具
６の軸芯線l6はＨ点で前記軸芯線l5と直角に交差してい
る。
UVW座標系と多関節型ロボット11の関係をさらに述べ
ると、角度データθ４は、第１手首軸４が第３アーム軸
芯線l3のまわりに回転する角度であるが、第２手首部材
５の回転軸芯線l7がＶ軸に一致する位置を基準とする
と、Ｖ軸と連結線l7のなす角度となる。角度データθ５
は、第２手首部材５が第３アーム軸芯線l3に対して傾く
角度である。そこで第３アーム軸芯線l3と平行になる位
置を基準位置とする。さらに説明の都合上、第２手首部
材５が回動してできるその軸芯線l5の回動面と前記回転
軸芯線l7とは直交するものとし、また第２手首部材５の
軸芯線l5と前記回転軸芯線l7とを含む平面に対し作業工
具６の軸芯線l6は直交するものとし、かつその軸芯線l6
上に手首部先端点Ｐ（これは作業点としての意味を有す
る）があるものとする。
ると、角度データθ４は、第１手首軸４が第３アーム軸
芯線l3のまわりに回転する角度であるが、第２手首部材
５の回転軸芯線l7がＶ軸に一致する位置を基準とする
と、Ｖ軸と連結線l7のなす角度となる。角度データθ５
は、第２手首部材５が第３アーム軸芯線l3に対して傾く
角度である。そこで第３アーム軸芯線l3と平行になる位
置を基準位置とする。さらに説明の都合上、第２手首部
材５が回動してできるその軸芯線l5の回動面と前記回転
軸芯線l7とは直交するものとし、また第２手首部材５の
軸芯線l5と前記回転軸芯線l7とを含む平面に対し作業工
具６の軸芯線l6は直交するものとし、かつその軸芯線l6
上に手首部先端点Ｐ（これは作業点としての意味を有す
る）があるものとする。
システム10の作業に対して教示すべきデータは、少な
くとも２つの教示点における多関節型ロボット11の角度
データ（θ1a，θ2a，θ3a，θ4a，θ5a），（θ1b，θ
2b，θ3b，θ4b，θ5b）と、再生時の位置決め時間間隔
Δｔと、再生速度Ｒと、補間の方式（たとえば直線補
間）の指示等である。
くとも２つの教示点における多関節型ロボット11の角度
データ（θ1a，θ2a，θ3a，θ4a，θ5a），（θ1b，θ
2b，θ3b，θ4b，θ5b）と、再生時の位置決め時間間隔
Δｔと、再生速度Ｒと、補間の方式（たとえば直線補
間）の指示等である。
制御部８は、コンピュータを内蔵しており、上記教示
データに基づいて以下のステップS1〜S9に従って多関節
型ロボット11を制御する。なお、これらのステップ番号
は第７図のフローチャートの参照番号と対応している。
データに基づいて以下のステップS1〜S9に従って多関節
型ロボット11を制御する。なお、これらのステップ番号
は第７図のフローチャートの参照番号と対応している。
（S1） 教示点データ（θ1a，θ2a，θ3a，θ4a，θ5a），
（θ1b，θ2b，θ3b，θ4b，θ5b）を読み出し、多関節
型ロボット11の角度データ（θ１，θ２，θ３，θ４，
θ５）をXYZ座標系の位置座標（X,Y,Z）に変換する。こ
の変換は公知の処理手順により行うことができるもの
で、これにより２つの教示点における先端点Ｐの位置座
標（Xa,Ya,Za），（Xb,Yb,Zb）を得る。
（θ1b，θ2b，θ3b，θ4b，θ5b）を読み出し、多関節
型ロボット11の角度データ（θ１，θ２，θ３，θ４，
θ５）をXYZ座標系の位置座標（X,Y,Z）に変換する。こ
の変換は公知の処理手順により行うことができるもの
で、これにより２つの教示点における先端点Ｐの位置座
標（Xa,Ya,Za），（Xb,Yb,Zb）を得る。
（S2） 得られた教示点位置座標（Xa,Ya,Za），（Xb,Yb,Zb）
の間の補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）を算出する。ただし
１≦ｍ≦Ｍで、Ｍの値は、両教示点位置座標間の長さＬ
を算出し、そのＬをＲ・Δｔで除し、その商を整数化し
た値Ｎより１少ない値となる。
の間の補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）を算出する。ただし
１≦ｍ≦Ｍで、Ｍの値は、両教示点位置座標間の長さＬ
を算出し、そのＬをＲ・Δｔで除し、その商を整数化し
た値Ｎより１少ない値となる。
補間点位置座標を算出する処理は、従来公知の補間法
を用いることができる。
を用いることができる。
（S3） 両教示点での手首部13の角度データ（θ4a，θ5a），
（θ4b，θ5b）の間を上記Ｎで等分し、各補間点での手
首部13の角度データ（θ4m，θ5m）を算出する。これは
式より算出される。
（θ4b，θ5b）の間を上記Ｎで等分し、各補間点での手
首部13の角度データ（θ4m，θ5m）を算出する。これは
式より算出される。
（S4） 各補間点での手首部角度データ（θ4m，θ5m）から、
UVW座標系における手首部13の先端点Ｐの座標位置（Um,
Vm,Wm）を算出する。これは式により算出される。
UVW座標系における手首部13の先端点Ｐの座標位置（Um,
Vm,Wm）を算出する。これは式により算出される。
なお、この式が成立することは、第５図から理解さ
れるであろう。
れるであろう。
（S5） 得られた補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）と手首部先端点
座標（Um,Vm,Wm）とから、アーム部12の角度データ（θ
1m，θ2m，θ3m）を算出する。これらは，，式に
より算出される。
座標（Um,Vm,Wm）とから、アーム部12の角度データ（θ
1m，θ2m，θ3m）を算出する。これらは，，式に
より算出される。
式が成立することは、第６図から理解される。すな
わち、第６図はＸ−Ｙ平面へのＱ点およびＰ点の投影図
であるが、Ｐ点の投影点p1′と原点Ｏとを結ぶ線Op1′
とＸ軸のなす角θ1m′は、p1′の座標が（Xm,Ym）であ
るから、 となる。一方、Ｑ点の投影点q1と原点Ｏとを結ぶ線Oq1
と前記Op1′とのなす角θ1m″は、p1′からOq1へ下した
垂線の長さにVmがそのままあらわれており、かつOp1′
の長さは であらわされるから、 となる。ところがθ1mはθ1m′からθ1m″を引いたもの
だから、 θ1m＝θ1m′−θ1m″ である。式に，式を適用すれば式が導かれる。
わち、第６図はＸ−Ｙ平面へのＱ点およびＰ点の投影図
であるが、Ｐ点の投影点p1′と原点Ｏとを結ぶ線Op1′
とＸ軸のなす角θ1m′は、p1′の座標が（Xm,Ym）であ
るから、 となる。一方、Ｑ点の投影点q1と原点Ｏとを結ぶ線Oq1
と前記Op1′とのなす角θ1m″は、p1′からOq1へ下した
垂線の長さにVmがそのままあらわれており、かつOp1′
の長さは であらわされるから、 となる。ところがθ1mはθ1m′からθ1m″を引いたもの
だから、 θ1m＝θ1m′−θ1m″ である。式に，式を適用すれば式が導かれる。
式，式についても同様に導かれる。
（S6） Δｔ間隔で（θ1a，θ2a，θ3a，θ4a，θ5a），（θ
11，θ21，θ31，θ41，θ51），…，（θ1m，θ2m，θ
3m，θ4m，θ5m），…，（θ1b，θ2b，θ3b，θ4b，θ
5b）を順次ロボット11に出力し、ロボット11によって作
業工具６を移動させる。
11，θ21，θ31，θ41，θ51），…，（θ1m，θ2m，θ
3m，θ4m，θ5m），…，（θ1b，θ2b，θ3b，θ4b，θ
5b）を順次ロボット11に出力し、ロボット11によって作
業工具６を移動させる。
上記（S1）〜（S6）のステップにより、２つの教示点
間における所望の作業が行われることとなる。３以上の
教示点についても上記（S1）〜（S6）のステップを繰り
返せばよい。
間における所望の作業が行われることとなる。３以上の
教示点についても上記（S1）〜（S6）のステップを繰り
返せばよい。
なお、ステップ（S1）が教示点位置座標算出手段に対
応し、ステップ（S2）が補間点位置座標算出手段に対応
し、ステップ（S3）が手首部補間データ算出手段に対応
し、ステップ（S4）が手首先端座標算出手段に対応し、
ステップ（S5）がアーム部補間データ算出手段に対応
し、ステップ（S6）がロボット制御手段に対応する。
応し、ステップ（S2）が補間点位置座標算出手段に対応
し、ステップ（S3）が手首部補間データ算出手段に対応
し、ステップ（S4）が手首先端座標算出手段に対応し、
ステップ（S5）がアーム部補間データ算出手段に対応
し、ステップ（S6）がロボット制御手段に対応する。
上記実施例では、多関節型ロボット11が自由度５の多
関節型ロボットであったが、自由度４のもの、あるいは
自由度６以上のものにもこの発明を適用できる。
関節型ロボットであったが、自由度４のもの、あるいは
自由度６以上のものにもこの発明を適用できる。
他の実施例としては、３以上の教示点間について前記
演算をまとめて行ってそのデータをメモリに記憶してお
き、そのデータに基づいて連続して作業を行うものや、
更に小区間分先行するデータについて多関節型ロボット
の作業に先立って処理を先行させるものなどが挙げられ
る。
演算をまとめて行ってそのデータをメモリに記憶してお
き、そのデータに基づいて連続して作業を行うものや、
更に小区間分先行するデータについて多関節型ロボット
の作業に先立って処理を先行させるものなどが挙げられ
る。
「発明の効果」 この発明の多関節型ロボットの制御システムは、垂直
軸芯まわりに回動自在な第１アーム、該第１アーム上に
一端を軸支され、上記垂直軸芯に直角の第１の回転軸芯
回りに揺動自在の第２アーム及び該第２アームの他端に
軸支され、上記第１の回転軸芯に平行の第２の回転軸芯
回りに揺動自在の第３アームからなるアーム部と、その
アーム部の最終アームである第３アームの先端に取り付
けられる自由度１以上の手首部とを有してなる多関節型
ロボットの制御システムであって、（ｉ）教示点におけ
るアーム部及び手首部の角度データに基づいて、Ｘ軸,Y
軸,Z軸が直交するXYZ座標系による教示点の位置座標を
算出する教示点位置座標算出手段、（ii）前記教示点位
置座標に基づいて、教示点間の補間点位置座標を算出す
る補間点位置座標算出手段、（iii）１つの教示点での
手首部の角度データと次の教示点での手首部の角度デー
タの間の角度差を前記補間点に等分に割り付けて、各補
間点における手首部の角度データを算出する手首部補間
データ算出手段、（iv）最終アームの軸芯線に平行なＵ
軸，前記Ｘ軸とＹ軸とがつくる平面に平行でかつ前記Ｕ
軸に直角なＶ軸，前記Ｕ軸とＶ軸の両方に直角なＷ軸及
び最終アームの略先端に定められた原点がつくるUVW座
標系による手首部先端点の位置座標を、前記各補間点に
おける手首部の角度データから順変換により各々算出す
る手首先端座標算出手段、（ｖ）XYZ座標系による前記
補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）、各補間点についてのUVW
座標系による前記手首部先端点位置座標（Um,Vm,Wm）、
XYZ座標系の原点から前記第１の回転軸芯までの距離（O
E）、前記第1,第２の回転軸芯間の距離（ED）及び前記
第２の回転軸芯から第３アームの先端までの距離（DQ）
に基づいて、以下の式（，，）を満たす各補間点
でのアーム部の角度データ（θ1m，θ2m，θ3m）を算出
するアーム部補間データ算出手段、 および（vi）前記アーム部の角度データと前記手首部
の角度データとをトレースして多関節型ロボットを作動
させるロボット制御手段、を具備したことを特徴とする
ものであり、これにより、次のような効果が得られる。
軸芯まわりに回動自在な第１アーム、該第１アーム上に
一端を軸支され、上記垂直軸芯に直角の第１の回転軸芯
回りに揺動自在の第２アーム及び該第２アームの他端に
軸支され、上記第１の回転軸芯に平行の第２の回転軸芯
回りに揺動自在の第３アームからなるアーム部と、その
アーム部の最終アームである第３アームの先端に取り付
けられる自由度１以上の手首部とを有してなる多関節型
ロボットの制御システムであって、（ｉ）教示点におけ
るアーム部及び手首部の角度データに基づいて、Ｘ軸,Y
軸,Z軸が直交するXYZ座標系による教示点の位置座標を
算出する教示点位置座標算出手段、（ii）前記教示点位
置座標に基づいて、教示点間の補間点位置座標を算出す
る補間点位置座標算出手段、（iii）１つの教示点での
手首部の角度データと次の教示点での手首部の角度デー
タの間の角度差を前記補間点に等分に割り付けて、各補
間点における手首部の角度データを算出する手首部補間
データ算出手段、（iv）最終アームの軸芯線に平行なＵ
軸，前記Ｘ軸とＹ軸とがつくる平面に平行でかつ前記Ｕ
軸に直角なＶ軸，前記Ｕ軸とＶ軸の両方に直角なＷ軸及
び最終アームの略先端に定められた原点がつくるUVW座
標系による手首部先端点の位置座標を、前記各補間点に
おける手首部の角度データから順変換により各々算出す
る手首先端座標算出手段、（ｖ）XYZ座標系による前記
補間点位置座標（Xm,Ym,Zm）、各補間点についてのUVW
座標系による前記手首部先端点位置座標（Um,Vm,Wm）、
XYZ座標系の原点から前記第１の回転軸芯までの距離（O
E）、前記第1,第２の回転軸芯間の距離（ED）及び前記
第２の回転軸芯から第３アームの先端までの距離（DQ）
に基づいて、以下の式（，，）を満たす各補間点
でのアーム部の角度データ（θ1m，θ2m，θ3m）を算出
するアーム部補間データ算出手段、 および（vi）前記アーム部の角度データと前記手首部
の角度データとをトレースして多関節型ロボットを作動
させるロボット制御手段、を具備したことを特徴とする
ものであり、これにより、次のような効果が得られる。
a.多関節型ロボットでは角度データがロボット駆動の指
標であるが、この発明のシステムは、多関節型ロボット
をアーム部と手首部とに概念的に分離してとらえ、その
角度データを直交座標系に変換してから補間点を求め、
さらにそれを再び角度データに逆変換するものであるか
ら、従来多数提案されている直交座標系における補間法
（たとえば直線補間，円弧補間など）を適宜利用できて
便利であると共に、補間が作業線に即して行われるから
移動がスムーズである。即ち、（iv）手首先端座標算出
手段のように順変換によってUVW座標系での手首部先端
座標を求めるのは簡単に、かつ、高速に求められ、ま
た、（ｖ）アーム部補間データ算出手段のような逆三角
関数の加減算によってアーム部の角度データを求めるの
も簡単に、かつ、高速に求めることができる。従って、
本発明は、各種の補間方法を利用することが可能で、か
つ、高速に各軸の角度データを求めることのできる制御
システムを提供するものである。
標であるが、この発明のシステムは、多関節型ロボット
をアーム部と手首部とに概念的に分離してとらえ、その
角度データを直交座標系に変換してから補間点を求め、
さらにそれを再び角度データに逆変換するものであるか
ら、従来多数提案されている直交座標系における補間法
（たとえば直線補間，円弧補間など）を適宜利用できて
便利であると共に、補間が作業線に即して行われるから
移動がスムーズである。即ち、（iv）手首先端座標算出
手段のように順変換によってUVW座標系での手首部先端
座標を求めるのは簡単に、かつ、高速に求められ、ま
た、（ｖ）アーム部補間データ算出手段のような逆三角
関数の加減算によってアーム部の角度データを求めるの
も簡単に、かつ、高速に求めることができる。従って、
本発明は、各種の補間方法を利用することが可能で、か
つ、高速に各軸の角度データを求めることのできる制御
システムを提供するものである。
b.アーム部の自由度と手首部の自由度とを合わせて自由
度４以上になる多関節型ロボットでは、各自由度が相互
干渉するため、従来は上記逆変換を一義的に行うことが
できず、このために、複雑な条件設定が必要であった
が、この発明のシステムによればこのような複雑な条件
設定をしなくても一義的且つ好適に逆変換がおこなわれ
る。
度４以上になる多関節型ロボットでは、各自由度が相互
干渉するため、従来は上記逆変換を一義的に行うことが
できず、このために、複雑な条件設定が必要であった
が、この発明のシステムによればこのような複雑な条件
設定をしなくても一義的且つ好適に逆変換がおこなわれ
る。
第１図はこの発明の一実施例の多関節型ロボットの制御
システムの構成説明図、第２図は第１図に示すシステム
の最終アームの一部と手首部とを示す斜視図、第３図は
第１図に示すシステムのアーム部とXYZ座標系の関係を
示す模式図、第４図は第１図に示すシステムの手首部と
UVW座標系の関係を示す模式図、第５図（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれＶ−Ｗ平面,U−Ｗ平面,U−Ｖ
平面への手首部の投影を示す模式図、第６図はＸ−Ｙ平
面へのＵ−Ｖ平面の投影を示す模式図、第７図は第１図
に示すシステムの制御手順の要部を示すフローチャート
である。 （符号の説明） １……第１アーム、２……第２アーム ３……第３アーム、４……第１手首部材 ５……第２手首部材、６……作業工具 ７……回転軸、８……制御部 ９……操作盤、10……制御システム 11……多関節型ロボット、12……アーム部 13……手首部。
システムの構成説明図、第２図は第１図に示すシステム
の最終アームの一部と手首部とを示す斜視図、第３図は
第１図に示すシステムのアーム部とXYZ座標系の関係を
示す模式図、第４図は第１図に示すシステムの手首部と
UVW座標系の関係を示す模式図、第５図（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれＶ−Ｗ平面,U−Ｗ平面,U−Ｖ
平面への手首部の投影を示す模式図、第６図はＸ−Ｙ平
面へのＵ−Ｖ平面の投影を示す模式図、第７図は第１図
に示すシステムの制御手順の要部を示すフローチャート
である。 （符号の説明） １……第１アーム、２……第２アーム ３……第３アーム、４……第１手首部材 ５……第２手首部材、６……作業工具 ７……回転軸、８……制御部 ９……操作盤、10……制御システム 11……多関節型ロボット、12……アーム部 13……手首部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 哲平 伊勢市竹ケ鼻100番地 神鋼電機株式会 社伊勢工場内 (72)発明者 鈴木 禮奉 伊勢市竹ケ鼻100番地 神鋼電機株式会 社伊勢工場内 (56)参考文献 特開 昭58−189707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−124357（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−27689（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】垂直軸芯まわりに回動自在な第１アーム、
該第１アーム上に一端を軸支され、上記垂直軸芯に直角
の第１の回転軸芯回りに揺動自在の第２アーム及び該第
２アームの他端に軸支され、上記第１の回転軸芯に平行
の第２の回転軸芯回りに揺動自在の第３アームからなる
アーム部と、そのアーム部の最終アームである第３アー
ムの先端に取り付けられる自由度１以上の手首部とを有
してなる多関節型ロボットの制御システムであって、 （ｉ）教示点におけるアーム部及び手首部の角度データ
に基づいて、Ｘ軸,Y軸,Z軸が直交するXYZ座標系による
教示点の位置座標を算出する教示点位置座標算出手段、 （ii）前記教示点位置座標に基づいて、教示点間の補間
点位置座標を算出する補間点位置座標算出手段、 （iii）１つの教示点での手首部の角度データと次の教
示点での手首部の角度データの間の角度差を前記補間点
に等分に割り付けて、各補間点における手首部の角度デ
ータを算出する手首部補間データ算出手段、 （iv）最終アームの軸芯線に平行なＵ軸，前記Ｘ軸とＹ
軸とがつくる平面に平行でかつ前記Ｕ軸に直角なＶ軸，
前記Ｕ軸とＶ軸の両方に直角なＷ軸及び最終アームの略
先端に定められた原点がつくるUVW座標系による手首部
先端点の位置座標を、前記各補間点における手首部の角
度データから順変換により各々算出する手首先端座標算
出手段、 （ｖ）XYZ座標系による前記補間点位置座標（Xm,Ym,
Zm）、各補間点についてのUVW座標系による前記手首部
先端点位置座標（Um,Vm,Wm）、XYZ座標系の原点から前
記第１の回転軸芯までの距離（OE）、前記第1,第２の回
転軸芯間の距離（ED）及び前記第２の回転軸芯から第３
アームの先端までの距離（DQ）に基づいて、以下の式
（，，）を満たす各補間点でのアーム部の角度デ
ータ（θ1m，θ2m，θ3m）を算出するアーム部補間デー
タ算出手段、 および、 （vi）前記アーム部の角度データと前記手首部の角度デ
ータとをトレースして多関節型ロボットを作動させるロ
ボット制御手段 を具備したことを特徴とする多関節型ロボットの制御シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59166837A JP2597972B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 多関節型ロボツトの制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59166837A JP2597972B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 多関節型ロボツトの制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6145306A JPS6145306A (ja) | 1986-03-05 |
| JP2597972B2 true JP2597972B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=15838571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59166837A Expired - Lifetime JP2597972B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 多関節型ロボツトの制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597972B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63273907A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Honda Motor Co Ltd | 産業用ロボットのティ−チングデ−タ作成システム |
| JPH01274218A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-11-02 | Fanuc Ltd | 産業用ロボットの軌跡補正方式 |
| JP2694669B2 (ja) * | 1989-06-09 | 1997-12-24 | 株式会社日立製作所 | ロボットの動作制御方法 |
| JP5423520B2 (ja) * | 2010-03-24 | 2014-02-19 | 富士ゼロックス株式会社 | 位置計測システム、位置計測装置及び位置計測プログラム |
| CN104570918B (zh) * | 2014-08-06 | 2017-02-22 | 桂林狮达机电技术工程有限公司 | 一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法 |
| CN111091480B (zh) * | 2020-01-06 | 2023-08-04 | 中交四航局江门航通船业有限公司 | 一种浇筑设备的定位方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58189707A (ja) * | 1982-04-28 | 1983-11-05 | Kobe Steel Ltd | 工業用ロボツトの手首角度補間方法 |
-
1984
- 1984-08-09 JP JP59166837A patent/JP2597972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6145306A (ja) | 1986-03-05 |
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