JP2645551B2 - ロボット制御装置 - Google Patents
ロボット制御装置Info
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- JP2645551B2 JP2645551B2 JP61150136A JP15013686A JP2645551B2 JP 2645551 B2 JP2645551 B2 JP 2645551B2 JP 61150136 A JP61150136 A JP 61150136A JP 15013686 A JP15013686 A JP 15013686A JP 2645551 B2 JP2645551 B2 JP 2645551B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はロボットマニピュレータを制御する装置に係
り、特に複数の位置を経由して目標位置に移動する場合
の動作性能を向上させた制御装置に関する。
り、特に複数の位置を経由して目標位置に移動する場合
の動作性能を向上させた制御装置に関する。
（従来の技術） 第５図は出発点 から経由点 を経由して到着点 に移動する場合の説明図である。各２点間で加速減速を
繰返し、目標点に移動する。ロータ及びそれに付随する
リンク等の慣性は小さくないから、ロボットアームを静
止状態から加速して所定の最高移動速度 までに達するのに加速距離la、最高移動速度 から静止するまで静止距離lbを必要とする。移動距離が
加速距離と静止距離を加えたものより長ければ、定速で
移動する区間を有する。加速減速の特性の決め方には種
々の方法があるが、例えば時間に関する３次式の速度パ
ターンを用い、加速距離laと静止距離lbは等しくするな
どの方法を用いている。
繰返し、目標点に移動する。ロータ及びそれに付随する
リンク等の慣性は小さくないから、ロボットアームを静
止状態から加速して所定の最高移動速度 までに達するのに加速距離la、最高移動速度 から静止するまで静止距離lbを必要とする。移動距離が
加速距離と静止距離を加えたものより長ければ、定速で
移動する区間を有する。加速減速の特性の決め方には種
々の方法があるが、例えば時間に関する３次式の速度パ
ターンを用い、加速距離laと静止距離lbは等しくするな
どの方法を用いている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、経由点 で停止すると動作時間が長くなる問題点がある。
第６図で示す如く、経由点 の近傍を円曲線で接続する方法を用いると経由点 で停止する必要がなくなる。
しかし直線と円曲線との間で速度の不連続な接続が行
われるので、マニピュレータに不要な加速度が作用し振
動等の悪影響が生ずる。
われるので、マニピュレータに不要な加速度が作用し振
動等の悪影響が生ずる。
また障害物近傍に経由点が指定されている場合には、
障害物を避けるための経由点指定及び曲率指定を行わな
ければならず、制御が複雑になる問題点があった。
障害物を避けるための経由点指定及び曲率指定を行わな
ければならず、制御が複雑になる問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決したもので、経由点
に充分近いところから経由動作を開始し、速度を円滑に
変化させることのできるロボット制御装置を実現するこ
とを目的とする。
に充分近いところから経由動作を開始し、速度を円滑に
変化させることのできるロボット制御装置を実現するこ
とを目的とする。
（問題点を解決するための手段） このような目的を達成する本発明は、ロボットアーム
の現在位置（Ps）を記憶し、外部より指定された経由点
（Pm）を経由して外部より指定された目標点（PE）に当
該ロボットアームを移動させるロボット制御装置におい
て、 前記現在位置から前記経由点までの直線距離と前記経
由点から前記目標点までの直線距離のいずれか短い方の
移動距離と、予め指定された最大速度（Vmax）から制止
するまでの静止距離（1b）の２倍とを比較して、当該移
動距離に対しては当該最大速度による等速区間が存在す
るか判別する比較手段（ALU1）と、 この比較手段で等速区間が存在すると認められた時は
前記経由点から前記静止距離だけ離れた前記２直線上に
接続点（P0,P2）を選定し、この比較手段で等速区間が
存在しないと認められた時は前記経由点から前記移動距
離の半分の距離だけ離れた前記２直線上に接続点を選定
すると共に、次式で示される４次ベジェ曲線； Ｐ（ｔ）＝−（P0＋2Pm＋P2）（t/T）４ ＋２（P0−2Pm＋P2）（t/T）３ −２（P0−Pm）（t/T）＋P0 但し０＜ｔ＜T;T＝2|Pm−P0|/Vmax、（なお、等速区
間が存在しない場合は、Vmaxを接続点P0の入口速度Vs、
VEに読み代える）を用いて曲線軌道を演算する手段（AL
U2）と、 前記現在位置から前記経由点までの直線と、前記経由
点から前記目標点までの直線について、前記経由点の近
傍を除いて当該直線上を移動させると共に、その距離と
最大速度に応じて加速パターン、等速パターン若しくは
減速パターンを生成し、前記経由点の近傍では当該曲線
軌道上を移動させると共に、その速度パターンは前記接
続点からの距離に応じて当該接続点の速度よりも減速さ
れる経由点パターンを生成する速度パターン演算手段
（ALU3）とを有することを特徴としている。
の現在位置（Ps）を記憶し、外部より指定された経由点
（Pm）を経由して外部より指定された目標点（PE）に当
該ロボットアームを移動させるロボット制御装置におい
て、 前記現在位置から前記経由点までの直線距離と前記経
由点から前記目標点までの直線距離のいずれか短い方の
移動距離と、予め指定された最大速度（Vmax）から制止
するまでの静止距離（1b）の２倍とを比較して、当該移
動距離に対しては当該最大速度による等速区間が存在す
るか判別する比較手段（ALU1）と、 この比較手段で等速区間が存在すると認められた時は
前記経由点から前記静止距離だけ離れた前記２直線上に
接続点（P0,P2）を選定し、この比較手段で等速区間が
存在しないと認められた時は前記経由点から前記移動距
離の半分の距離だけ離れた前記２直線上に接続点を選定
すると共に、次式で示される４次ベジェ曲線； Ｐ（ｔ）＝−（P0＋2Pm＋P2）（t/T）４ ＋２（P0−2Pm＋P2）（t/T）３ −２（P0−Pm）（t/T）＋P0 但し０＜ｔ＜T;T＝2|Pm−P0|/Vmax、（なお、等速区
間が存在しない場合は、Vmaxを接続点P0の入口速度Vs、
VEに読み代える）を用いて曲線軌道を演算する手段（AL
U2）と、 前記現在位置から前記経由点までの直線と、前記経由
点から前記目標点までの直線について、前記経由点の近
傍を除いて当該直線上を移動させると共に、その距離と
最大速度に応じて加速パターン、等速パターン若しくは
減速パターンを生成し、前記経由点の近傍では当該曲線
軌道上を移動させると共に、その速度パターンは前記接
続点からの距離に応じて当該接続点の速度よりも減速さ
れる経由点パターンを生成する速度パターン演算手段
（ALU3）とを有することを特徴としている。
（作用） 曲線軌道演算手段は二つの直線を経由点の近傍で接続
すると共に、この接続点における軌道及び速度を滑らか
に接続する曲線として、４次のベジェ曲線を用いてい
る。４次のベジェ曲線に従う経由点パターンによれば、
ロボットアームの経由動作が高速に行える。
すると共に、この接続点における軌道及び速度を滑らか
に接続する曲線として、４次のベジェ曲線を用いてい
る。４次のベジェ曲線に従う経由点パターンによれば、
ロボットアームの経由動作が高速に行える。
（実施例） 以下図面を用いて本発明を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において、10はマニピュレータ20の経由位置 目標位置 を受けとる指令データ受信器、30はマニピュレータ20の
現在位置 を検出する位置検出器で、例えばエンコーダの出力を用
いて演算により求めている。40はマニピュレータ20の位
置制御を行うコントローラ、50はコントローラ40の指令
に応じてマニピュレータ20を移動させる駆動回路であ
る。
る。図において、10はマニピュレータ20の経由位置 目標位置 を受けとる指令データ受信器、30はマニピュレータ20の
現在位置 を検出する位置検出器で、例えばエンコーダの出力を用
いて演算により求めている。40はマニピュレータ20の位
置制御を行うコントローラ、50はコントローラ40の指令
に応じてマニピュレータ20を移動させる駆動回路であ
る。
R1は位置検出器30の出力する現在位置 を記憶するレジスタ、R2は指令データ受信器10の出力す
る経由位置 を記憶するレジスタ、R3は指令データ受信器10の出力す
る目標位置 を記憶するレジスタ、R4はマニピュレータ20の所定の最
大速度Vmaxから静止するまでに必要な距離lbを記憶する
レジスタ、R5はマニピュレータ20の所定の最大速度Vmax
を記憶するレジスタである。
る経由位置 を記憶するレジスタ、R3は指令データ受信器10の出力す
る目標位置 を記憶するレジスタ、R4はマニピュレータ20の所定の最
大速度Vmaxから静止するまでに必要な距離lbを記憶する
レジスタ、R5はマニピュレータ20の所定の最大速度Vmax
を記憶するレジスタである。
ALU1はレジスタR1,R2,R3から位置情報を受けとり、現
在位置から経由位置までの距離 と経由位置から目標位置までの距離 のいずれか短い移動距離と、静止距離lbの２倍との大小
を比較する比較手段で、次の演算をする。
在位置から経由位置までの距離 と経由位置から目標位置までの距離 のいずれか短い移動距離と、静止距離lbの２倍との大小
を比較する比較手段で、次の演算をする。
ALU2は直線 と直線 を滑らかに接続する曲線とその接続位置を演算する曲線
軌道演算手段で、４次のスプライン曲線を発生して接続
位置における曲線の２次の時間に関する微係数を零にし
ている。接続位置は、（１）式の移動距離が2lbよりも
大きいときは、各直線において経由点 から静止距離lbだけ離れた位置、（１）式の移動距離が
2lbより小さいときは当該直線の中点及び他点の直線の
経由点 から（１）式の移動距離の半分だけ離れた位置に選ばれ
る。
軌道演算手段で、４次のスプライン曲線を発生して接続
位置における曲線の２次の時間に関する微係数を零にし
ている。接続位置は、（１）式の移動距離が2lbよりも
大きいときは、各直線において経由点 から静止距離lbだけ離れた位置、（１）式の移動距離が
2lbより小さいときは当該直線の中点及び他点の直線の
経由点 から（１）式の移動距離の半分だけ離れた位置に選ばれ
る。
ALU3は直線および曲線よりなるマニピュレータの軌道
上の移動速度を演算する速度パターン演算手段で、結果
を駆動回路50に出力する。
上の移動速度を演算する速度パターン演算手段で、結果
を駆動回路50に出力する。
第２図は速度パターン演算手段ALU3の詳細を示すブロ
ック図である。図において、ALU31はアームの加速動作
を時間に関する３次式で表現する加速パターン発生器
で、始点と終点で当該点の定める速度になめらかに接続
する。ALU32はアームの等速動作をあらわす等速パター
ン発生器ALU33はアームの減速動作を時間に関する３次
式で表現する減速パターン発生器で、始点と終点で当該
点の定める速度になめらかに接続する。ALU34は曲線軌
道演算手段ALU2の軌道上の速度を演算する経由点パター
ン発生器、ALU35は軌道にあわせてALU31〜34のいずれか
を選択する発生パターン選択器である。
ック図である。図において、ALU31はアームの加速動作
を時間に関する３次式で表現する加速パターン発生器
で、始点と終点で当該点の定める速度になめらかに接続
する。ALU32はアームの等速動作をあらわす等速パター
ン発生器ALU33はアームの減速動作を時間に関する３次
式で表現する減速パターン発生器で、始点と終点で当該
点の定める速度になめらかに接続する。ALU34は曲線軌
道演算手段ALU2の軌道上の速度を演算する経由点パター
ン発生器、ALU35は軌道にあわせてALU31〜34のいずれか
を選択する発生パターン選択器である。
第３図は第１図及び第２図の動作説明図で、（イ）は
経由点 の両側に等速区間が存在する場合、（ロ）は経由点 の現在位置 側に等速区間が存在する場合、（ハ）は経由点 の目標位置 側に等速区間が存在する場合、（ニ）は経由点 の両側に等速区間が存在しない場合を示している。
経由点 の両側に等速区間が存在する場合、（ロ）は経由点 の現在位置 側に等速区間が存在する場合、（ハ）は経由点 の目標位置 側に等速区間が存在する場合、（ニ）は経由点 の両側に等速区間が存在しない場合を示している。
図において接続点 は直線 側の曲線の接続点、接続点 は直線 側の曲線の接続点、 は現在位置 から加速して最大速度Vmaxに達する位置、 は最大速度Vmaxから減速して目標位置 で停止する減速開始位置、 は減速で開始する位置で、その後曲線軌道に入る。
は曲線軌道から出たあと加速して最大速度Vmaxに達する
位置である。
位置である。
（イ） 経由点の両側の等速区間が存在する場合、現在
位置 から位置 までの間で最大速度Vmaxまで加速される。この速度及び
移動距離は例えば次式で与えられる。
位置 から位置 までの間で最大速度Vmaxまで加速される。この速度及び
移動距離は例えば次式で与えられる。
ここに、Ts1は加速時間で加速度の最大値をAmaxとす
ると、 Ts1＝（3/2）・Vmax/Amax となり、加速に要する距離laは次式で与えられる。
ると、 Ts1＝（3/2）・Vmax/Amax となり、加速に要する距離laは次式で与えられる。
位置 から位置 までは速度Vmaxの等速運動を行う。
接続点 から接続点 までは、４次のスプライン曲線のうちで４次Bezier曲線
で表わせる軌道（点 および の中点の５点で定まる）上を次の如く移動する。
で表わせる軌道（点 および の中点の５点で定まる）上を次の如く移動する。
即ち、経由点 で停止せずに等速で と移動するのと同一の所要時間で から を経由動作する。また、 であるから、接続点 で加速度零で、速度は滑らかに接続されていると共に速
度の絶対値は等しくなっている。
度の絶対値は等しくなっている。
位置 から位置 までは速度Vmaxの等速運動を行う。
位置 から目標位置 までの間で最大速度Vmaxから減速されて停止する。この
速度及び移動距離は、次式で与えられる。
速度及び移動距離は、次式で与えられる。
（ロ） 経由点の現在位置側に等速区間が存在する場合 現在位置 から加速し距離la離れた位置 で最高速度Vmaxに達し、位置 で減速を開始し曲線軌道 を経て目標位置 で停止する。
位置 における速度VEは、区間 の長さによって定められる。区間 の運動は、 で表わされる。ここに Ts3＝（3/2）・VE/Amax になっている。これから、 となり、速度VEは次式で与えられる。
区間 では、（５）式に準じた４次Bezier曲線で移動する。減
速開始位置 は次の如く定める。区間 では次式で運動する。
速開始位置 は次の如く定める。区間 では次式で運動する。
従って区間 の長さは次式で与えられる。
（ハ） 経由点の目標位置側に等速区間が存在する場合 現在位置 から位置 まで加速し速度Vsに至る。この運動は次式で与えられ
る。
る。
ここで速度Vsは（16）式を積分して、 で与えられる。
区間 では速度Vsの（５）式に準じた４次Bezier曲線で移動す
る。区間 では、速度Vsから加速して最高速度Vmaxに至る。この区
間の運動は次式で与えられる。
る。区間 では、速度Vsから加速して最高速度Vmaxに至る。この区
間の運動は次式で与えられる。
この式を積分すると、区間長さは次の如くなる。
位置 から までほ等速運動がなされ、その後減速して目標位置 で停止するのは（イ）と同じである。
（ニ） 経由点の両側に等速区間がない場合 移動距離が短いために許容された加速度Amaxでは最大
速度に達しない場合である。この場合は、（ロ）及び
（ハ）の等速区間を含まない側の動作を組合せたものと
なる。
速度に達しない場合である。この場合は、（ロ）及び
（ハ）の等速区間を含まない側の動作を組合せたものと
なる。
尚、区間の変わり目は動作開始からの経過時間又は移
動距離で判定できる。
動距離で判定できる。
第４図は４次Bezier曲線上を移動する速度と発生する
加速度を示したものである。（７）式に示す如く速度は
直線部となめらかに接続されると共に曲線軌道上では直
線上の移動速度より小さくなっている。（８）式に示す
如く、曲線上を移動するため加速度が作用するが接続点
では零になっている。
加速度を示したものである。（７）式に示す如く速度は
直線部となめらかに接続されると共に曲線軌道上では直
線上の移動速度より小さくなっている。（８）式に示す
如く、曲線上を移動するため加速度が作用するが接続点
では零になっている。
尚、上記実施例においては経由点が一つの場合を示し
ているが、複数であっても各経由位置に隣接する点を現
在位置及び目標位置とみなして曲線軌道を演算すればよ
く、速度パターンを停止ではなく軌道の条件に応じて適
宜設定すればよい。
ているが、複数であっても各経由位置に隣接する点を現
在位置及び目標位置とみなして曲線軌道を演算すればよ
く、速度パターンを停止ではなく軌道の条件に応じて適
宜設定すればよい。
また、平面上の位置関係で示したが３次元空間内にお
いても同様である。また姿勢についても同様に求めるこ
とができる。
いても同様である。また姿勢についても同様に求めるこ
とができる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば次の効果がある。
（Ａ）加速特性で定まる長さで曲線軌道を接続するので
経由点のごく近傍を通過させることができ障害物等を回
避する場合の経由点指定が容易になる。
経由点のごく近傍を通過させることができ障害物等を回
避する場合の経由点指定が容易になる。
（Ｂ）曲線軌道は速度をなめらかに変化させるので、マ
ニピュレータに不用な力がかからず、振動や音の発生し
ない円滑な動作を行うことができる。
ニピュレータに不用な力がかからず、振動や音の発生し
ない円滑な動作を行うことができる。
（Ｃ）曲線軌道に４次ベジェ曲線を用いているので、経
由点Pmで停止せずに等速でP0→Pm→P2と移動するのと同
一の移動時間でP0からP2を経由動作するから、経由動作
で一旦停止する場合に比較して、高速に経由動作が行え
る。また第４図に示すように経由軌道の経由点近傍では
速度が最も低くなるので、一定速度で移動する場合に比
較して作用する加速度が小さくなり、ロボットの経由動
作に過大な力が作用せず、円滑に行える。
由点Pmで停止せずに等速でP0→Pm→P2と移動するのと同
一の移動時間でP0からP2を経由動作するから、経由動作
で一旦停止する場合に比較して、高速に経由動作が行え
る。また第４図に示すように経由軌道の経由点近傍では
速度が最も低くなるので、一定速度で移動する場合に比
較して作用する加速度が小さくなり、ロボットの経由動
作に過大な力が作用せず、円滑に行える。
第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は第１図の要部の詳細を示すブロック図、第３図は第
１図の装置の動作説明図、第４図は曲線軌道上の速度と
加速度の説明図、第５図，第６図は従来の軌道の説明図
である。 ALU1……比較手段、ALU2……曲線軌道演算手段、40……
ロボット制御装置。
図は第１図の要部の詳細を示すブロック図、第３図は第
１図の装置の動作説明図、第４図は曲線軌道上の速度と
加速度の説明図、第５図，第６図は従来の軌道の説明図
である。 ALU1……比較手段、ALU2……曲線軌道演算手段、40……
ロボット制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−195209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−36811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−97708（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ロボットアームの現在位置（Ps）を記憶
し、外部より指定された経由点（Pm）を経由して外部よ
り指定された目標点（PE）に当該ロボットアームを移動
させるロボット制御装置において、 前記現在位置から前記経由点までの直線距離と前記経由
点から前記目標点までの直線距離のいずれか短い方の移
動距離と、予め指定された最大速度（Vmax）から制止す
るまでの静止距離（1b）の２倍とを比較して、当該移動
距離に対しては当該最大速度による等速区間が存在する
か判別する比較手段（ALU1）と、 この比較手段で等速区間が存在すると認められた時は前
記経由点から前記静止距離だけ離れた前記２直線上に接
続点（P0,P2）を選定し、この比較手段で等速区間が存
在しないと認められた時は前記経由点から前記移動距離
の半分の距離だけ離れた前記２直線上に接続点を選定す
ると共に、次式で示される４次ベジェ曲線； Ｐ（ｔ）＝−（P0＋2Pm＋P2）（t/T）４ ＋２（P0−2Pm＋P2）（t/T）３ −２（P0−Pm）（t/T）＋P0 但し０＜ｔ＜T;T＝2|Pm−P0|/Vmax、（なお、等速区間
が存在しない場合は、Vmaxを接続点P0の入口速度Vs、VE
に読み代える）を用いて曲線軌道を演算する手段（ALU
2）と、 前記現在位置から前記経由点までの直線と、前記経由点
から前記目標点までの直線について、前記経由点の近傍
を除いて当該直線上を移動させると共に、その距離と最
大速度に応じて加速パターン、等速パターン若しくは減
速パターンを生成し、前記経由点の近傍では当該曲線軌
道上を移動させると共に、その速度パターンは前記接続
点からの距離に応じて当該接続点の速度よりも減速され
る経由点パターンを生成する速度パターン演算手段（AL
U3）と、 を有することを特徴とするロボット制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61150136A JP2645551B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | ロボット制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61150136A JP2645551B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | ロボット制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS635410A JPS635410A (ja) | 1988-01-11 |
| JP2645551B2 true JP2645551B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=15490273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61150136A Expired - Lifetime JP2645551B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | ロボット制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645551B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116057484A (zh) * | 2020-08-28 | 2023-05-02 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58195209A (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-14 | Hitachi Ltd | ロボツトハンド経路補間方式 |
| JPS5936811A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-29 | Hitachi Ltd | ロボツトハンドの経路補間方法 |
| JPS6197708A (ja) * | 1984-10-18 | 1986-05-16 | Komatsu Ltd | ロボツトの連続経路創成方法 |
-
1986
- 1986-06-26 JP JP61150136A patent/JP2645551B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS635410A (ja) | 1988-01-11 |
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