JP2692043B2 - ロボツトの教示データの作成方法 - Google Patents
ロボツトの教示データの作成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ロボツトの軸位置を特定するための教示デ
ータの作成方法に関する。 背景技術 産業用ロボツトを生産ラインに投入し、実作業を行な
わせる場合、作業の情報を教示する、いわゆるテイーチ
ング作業が必要である。このテイーチング作業は、多く
の人手を長時間必要とするので、この作業をコンピユー
タを利用して行なわせようという気運が盛り上がつてい
る。この場合、単に幾何学的な位置だけでロボツトの各
軸の値を演算すると、ロボツトのアームのたわみによつ
て、正確な位置を再生することができず、結局、人手に
より教示データを修正しなければならなかつた。すなわ
ち従来では、アームのたわみを考慮せずに、ツールまた
はワークなどの負荷の予め定める部分たとえば端部の指
令値は、演算によつて求めているので、実際に軸を駆動
したときに、負荷の前記予め定める部分を希望する位置
に正確にもたらすことができず、その修正を行なうため
に多くの人手を必要とする結果になった。 発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、ロボツトのアームに取付けられるツ
ールまたはワークなどの負荷の予め定める部分を正確に
希望する位置にもたらすことができるとともに、そのテ
イーチング作業を容易にすることができるようにしたロ
ボツトの教示データの作成方法を提供することである。 問題点を解決するための手段 本発明は、教示データに基づいて複数Ｎの自由度を有
する多関節ロボツトの軸を駆動するロボツトの教示デー
タの作成方法において、 各関節24〜29の点Piを原点する（Xi,Yi,Zi）座標系Σ
ｉ（ただしｉ＝０〜Ｎ）としたとき、負荷の重心Ｇの座
標をΣＮ座標系にて与え、座標変換によつてロボツトの
基端部のΣ０座標系での座標値で表し、 負荷の重心ベクトルも座標変換によつてΣ０座標系
で表し、 各関節の中心軸giも座標変換によつてΣ０座標系で表
し、 負荷の重心を通り中心軸giに垂直な平面31と、中心軸
giとの交点をＱとし、重力ベクトルに関して、QWの方
向と中心軸giに平行な方向とにそれぞれ垂直な方向に展
開した成分を２とするとき、重力ベクトルの中心軸
giまわりのモーメントｉ、 ｉ＝▲▼×２ を求め、 アーム自身の重力によるモーメント1iを求め、 これによつてモーメントの総和（ｉ＋1i）を求
め、 各関節の剛性係数をKiとし、各関節における負荷の重
量およびアームの重量による回転変位Δｉ、 を求め、 剛性係数Kiは、アームのたわみに起因した変位がない
ものとして設定された教示データｉに依存する値とし
て表または計算式として与え、 ロボツトの位置決めするときに、アームのたわみに起
因した変位がないものとして設定された教示データｉ
に、Δを補正量として加減算した値Δ＊ｉを、 （Ａ）補正前の教示データが計算機で作成したデータで
あつて、アームのたわみを考慮しない理想モデルで作成
したデータであり、補正後の対象量が負荷の重量および
アームの自重がある実機であるとき、 ＊ｉ＝ｉ−Δｉ によつて求めて補正し、 （Ｂ）補正前の教示データが、負荷の重量およびアーム
の自重によつて、たわんだ状態により採取した実機の教
示データであり、補正後の対象は、たわみを考慮しない
理想モデルであるとき、 ＊ｉ＝ｉ＋Δｉ によつて補正を行い、 （Ｃ）補正前の教示データが、アームの自重はあるが、
負荷の重量はない、そのような教示データであり、オフ
ラインロボツトに重量が無視できる模擬ツールを取付け
て採取したような場合、補正後の対象は負荷重量のある
実機であるときには、変位量Δbiを、 によつて求め、これによつて ＊ｉ＝ｉ＋Δbi の補正を行い、 こうして新しい教示データを補正によつて与えること
によつて、重量による不所望な変位による誤差をなくす
ことを特徴とするロボツトの教示データの作成方法であ
る。 作 用 本発明に従えば、ロボツトの軸は、教示データに基づ
いて駆動され、この教示データは、軸のアームを剛体と
仮定したときにおける負荷の予め定める部分の指令値θ
を、アームのたわみ変形による前記予め定める部分のた
わみ量Δθによつて補正演算し、こうして教示データを
得る。たわみ量Δθは、アームおよび負荷の重量、重心
および形状などの情報に基づいて各軸の回転中心まわり
の重力によるトルクを計算し、このトルクと、そのトル
クが作用するアームの弾性に基づいて計算して求めるこ
とができる。したがつて負荷の予め定める部分の位置の
指令を行なうための教示データを正確に得ることができ
る。しかもこのようなたわみ量Δθの計算は、コンピユ
ータなどによつて行なうことができるので、テイーチン
グ作業が軽減される。 また本発明に従えば、補正前の教示データが上述のよ
うに各場合A,B,Cにおいて、補正によつて新しい教示デ
ータを得ることができ、これによつて重量による不所望
な変位による誤差をなくすことができる。 本件発明者によれば、複数Ｎの自由度を有する多関節
ロボツトでは、各軸の姿勢によつて剛性係数Kiが常に一
定とはならないことが判明し、したがつて本発明では、
剛性係数Kiは、教示データｉに依存する値として表ま
たは計算式として取扱い、これによつて補正精度を高く
することができるようになる。 実施例 第１図は、本発明の前提となる構成の系統図である。
この産業用ロボツトは、説明を簡略化するために、１つ
の軸のアーム１が関節である回転中心２まわりに角変位
することができる。アーム１の先端部には、ツールまた
はワークなどの負荷３が固定されており、この負荷３の
予め定める部分である端部４を教示データに基づいて希
望する位置に正確にもたらす必要がある。アーム１に負
荷３を取付けることによつて、アーム１は、参照符1aで
示すようにたわみ、負荷３は参照符3aで示す位置にな
り、その端部４は参照符4aで示す位置となる。先行技術
では、前述のように、アーム１のたわみを考慮せずに端
部４の位置を計算してテイーチングしている。そのため
実際の端部4aの位置とは、距離ΔＺだけ、ずれる結果と
なる。そのため先行技術では、端部４を希望する位置に
正確にもたらすことができない。本発明では、端部４の
指令値θを、次に述べるたわみ量Δθで補正演算し、こ
れによつて端部４を希望する位置に正確にもたらすこと
が可能になる。 アーム１の剛性係数をＫとし、アーム１の回転中心２
から負荷３の重心までの水平距離をｌとし、アーム１の
重心５と、アーム１の回転中心２までの水平距離をlGと
し、負荷３の重量をW1とし、アーム１の重量をWGとし、
端部４とアーム１の回転中心２との間の水平距離をl1と
するとき、第１式が成立する。Δθは、アーム１がたわ
みを生じる角度、すなわちたわみ量であり、Ｔは回転中
心２に作用するモーメントである。 Ｔ＝ｌ・W1＋lG・WG ……（１） したがつてたわみ量Δθは、第３式で示されるように
して求めることができる。この角度Δθを求めることに
よつて、前述の第２式によつて、端部４のずれる距離Δ
Ｚを演算することができる。したがつて、本発明では、
（ａ）軸のアーム１を剛体と仮定したときにおけるアー
ム１に取付けられている負荷３の端部４の指令値と、
（ｂ）アーム１と負荷３との重量、重心、および形状な
どの情報（すなわちWG,W1,lG,lなど）に基づいて、回転
中心２まわりの数力WG,W1によるトルクＴを計算し、こ
のトルクＴおよび対応するアーム１の剛性係数Ｋに基づ
いて、たわみ量Δθを計算し、これによつて負荷３の端
部４のたわみによる距離ΔＺを計算することができる。
これによつて指令値θおよびΔＺを演算して、端部４が
希望する位置となるように教示データを演算して設定す
ることが可能になる。 第２図は第１図に示された構成の電気的構成を示すブ
ロツク図であり、第３図はその構成をブロツク化して示
す系統図である。アーム１は、モータ６によつて駆動さ
れる。このモータ６は、交流または直流の電源７から駆
動回路８を介する電力によって付勢される。負荷３の端
部４の補正後の位置指令値を発生する回路９からの信号
は、減算回路10に与えられる。減算回路10の出力は、増
幅回路12に与えられる。アーム１の位置を検出する位置
検出器11の出力は、減算回路10に与えられる。減算回路
10の出力は、増幅回路12を介して減算回路13に与えられ
る。減算回路13には、モータ６の出力軸の速度を検出す
る速度検出器14からの出力が与えられる。減算回路13の
出力は、増幅回路15を介して、減算回路16に与えられ
る。減算回路16には、モータ６の駆動電流を検出する電
流検出器17aからの出力が与えられる。減算回路16の出
力は、増幅回路８に与えられる。こうしてアーム１、し
たがつて負荷３の端部４は、希望する位置にもたらされ
る。 第３図は、アーム１、したがつて負荷３の端部４の補
正前の位置指令値17は、補正演算されてアーム１のたわ
みに起因した誤差が生じないようにするための構成を、
理解を容易になるように、ブロツク化して示す系統図で
ある。アーム１に設けられている負荷３の重心座標、重
量などの前述のデータlG,l,WG,W1などは、総括的な参照
符18に示される設定回路によつて発生され、これらの情
報が関節モーメントの計算手段19に与えられて、モーメ
ントＴが計算される。こうして計算されたモーメントＴ
と、アーム１の剛性係数Ｋを導出する回路20からの出力
とは、関節変位角計算手段21に与えられてたわみ量Δθ
が計算される。位置指令値補正手段22は、位置指令値発
生手段17からの位置指令値をたわみ量Δθによつて補正
し、その補正した後の値をメモリ23において教示データ
としてストアする。 上述の構成は、１軸のロボツトに関連して説明が行わ
れたけれども、本発明の一実施例として、多関節のロボ
ツトに関連する実施例を説明する。第４図はその位置指
令値の補正演算を行なうフローチヤートであり、第５図
は６自由度の多関節ロボツトを簡略化して示す図であ
る。関節24,25,26は旋回動作を行ない、関節27,28,29は
回転動作を行なう。 ここで第５図中、点Piを原点とする（Xi,Yi,Zi）座標
系をΣｉと表わす。ここでｉ＝０〜６である。たとえば
第５図においてΣ３は、関節28の回転動作を行なう前の
座標系であり、Σ４はその関節28の回転動作を行なつた
後の座標系である。座標系Σ5,Σ６もまた、関節29に関
して同様に考えることができる。 さて第６図に示すようにロボツトの手首先端のツール
取付面30に、ツールを取付けたとき、そのツールの重量
によるモーメントを受けて前記ロボツトの各関節24〜29
は角度の変位を生じる。このとき各関節24〜29に作用す
るモーメントは、ロボツトのアームの姿勢によつて異な
る。数示データによつて各自由度に回転角度＝（θ1,
θ2,θ3,θ4,θ5,θ６）を与えると、ロボツトの位置お
よび姿勢は、一意に定まる。 ツールの重心Ｇの座標をΣ６座標系にて、（XG6,YG6,
ZG6）で与えると、順次、座標変換することにより、第
７図で示すΣ０座標系での座標値で表わすことができ
る。またこの重心Ｇの重力ベクトルも同様にしてΣ０
座標系で表わすことができる。第６図では、ツールの重
量をＷとし、その重力ベクトルをで示してある。 ここで成る回転部または、旋回部の関節に作用する重
力ベクトルのモーメントは、力学の定義によって、次
のようにして計算することができる。第８図において、
回転の中心軸をgiとする。ツールの重心Ｗを通り、中心
軸giに垂直な平面31と、中心軸giとの交点をＱとする。
重力ベクトルをQWの方向、中心軸giに平行な方向およ
びそれら各方向に垂直な方向に展開したものを1,3,
２とする。 ＝１＋２＋３ ……（４） 重力ベクトルの中心軸giまわりのモーメントｉは
第５式で示される。 ｉ＝▲▼×２ ……（５） ここで各回転部または旋回部の中心軸は前述の座標変
換によつてΣ０座標系で表わすことができる。したがつ
てモーメントｉを計算することができる。 上述の実施例ではツールの重量によるモーメントを計
算したけれども、ロボツトのアーム自身の重量によるモ
ーメント1iも同様にして計算することができる。した
がつてモーメントの総和は、（ｉ＋1i）となる。 各回転部または旋回部の回転剛性係数Kiは、表示デー
タｉに依存する値として表または計算式として与え
る。 各回転部または、旋回部におけるツール重量およびロ
ボツトのアームの重量による回転変位Δｉは、第７式
で計算することができる。 したがつてロボツトを位置決めするときに、アームの
たわみに起因した変位が無いものとして設定された教示
データｉに、Δｉを補正量として加減算した値＊
ｉ＊ｉ＝ｉ−Δｉ ……（７） ＊ｉ＝ｉ＋Δｉ ……（８） またとするとき、 ＊ｉ＝ｉ＋Δbi ……（10） を新しい教示データとして与えることによつて、重力に
よる不所望な変位による誤差を無くすことができる。 上述の動作を第４図に基づいて説明すると、ステツプ
n1においてロボツトの姿勢（θ1,θ2,…，θＮ）、ロボ
ツトのツール取付面30に設定したΣ６座標系での負荷の
重心の座標成分（XG,YG,ZG）、および負荷の重量を与え
る。そこでステツプn2において各軸の回転中心まわりの
重力によるトルクTiを計算する。 ステツプn3では、各軸の剛性係数Kiにより、たわみ量
Δθｉを計算する。 ステツプn4では、計算された教示データ（θ1,θ2,
…，θＮ）に、第５図〜第８図のΣ０座標変換した補正
量Δθaiを加えて、補正後の教示データ（θ１＋Δθa
1,θ２＋Δθa2,θ３＋Δθa3,…，θＮ＋ΔθaN）を求
める。 こうして、（Ａ）補正前の教示データが計算機で作成
したデータであつて、アームのたわみを考慮しない理想
モデルで作成したデータであり、補正後の対象量がツー
ルまたはワークなどの負荷の重量およびロボツトアーム
の自重がある実機であるとき、補正式は、前述の第７式
で示されるとおりとなる。 （Ｂ）また補正前の教示データが、負荷の重量およびロ
ボツトのアームの自重によつて、たわんだ状態により採
取した教示データ、すなわち実機のデータであり、補正
後の対象は、たわみを考慮しない理想モデルであるとき
には、第８式によつて補正を行なう。 （Ｃ）補正前の教示データ、ロボツト、アームの自重は
あるが、負荷の重量は無い、そのような教示データであ
り、オフラインロボツトに重量が無視できる模擬ツール
を取付けて採取したような場合、補正後の対象は負荷重
量のある実機であるときには、第９式で示される変位量
Δbiを第９式によつて求め、これによつて第10式の補
正を行なう。 このようにして上述の場合（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の
ように、補正前の教示データの作成方法および補正後の
対象が変わつても、たわみ補正のループをオン・オフす
るか、符号を反転するか、または、アームの自重を零と
することなどによつて、各場合（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に対応して補正を行なうことができる。したがつてオフ
ラインテイーチングに本発明を実施することによつて、
アームのたわみ補正を行なわない場合に比べて、本発明
ではテイーチング精度が向上し、テイーチングの修正が
少なくてすむことになる。その結果、テイーチング作業
に要する人手が減少され、しかもテイーチング時のライ
ン停止時間を少なくすることができ、ロボツトの作業時
間を長くすることが可能になる。 効 果 以上のように本発明によれば、ロボツトのアームに取
付けられた負荷の端部を希望する位置に正確にもたらす
ことができるようになり、しかもテイーチングの作業を
簡略化することができるようになる。 また本発明によれば、補正前の教示データが上述の各
場合A,B,Cにおいても、補正において新しい教示データ
を与えて、重量による不所望な変位による誤差をなくす
ことが確実に可能となる。 本発明によれば、剛性係数Kiは、アームのたわみに起
因した変位がないものとして設定された教示データｉ
に依存する値として表または計算式として与えるように
し、これによつて補正精度を向上することができるとい
う優れた効果もまた、達成される。
ータの作成方法に関する。 背景技術 産業用ロボツトを生産ラインに投入し、実作業を行な
わせる場合、作業の情報を教示する、いわゆるテイーチ
ング作業が必要である。このテイーチング作業は、多く
の人手を長時間必要とするので、この作業をコンピユー
タを利用して行なわせようという気運が盛り上がつてい
る。この場合、単に幾何学的な位置だけでロボツトの各
軸の値を演算すると、ロボツトのアームのたわみによつ
て、正確な位置を再生することができず、結局、人手に
より教示データを修正しなければならなかつた。すなわ
ち従来では、アームのたわみを考慮せずに、ツールまた
はワークなどの負荷の予め定める部分たとえば端部の指
令値は、演算によつて求めているので、実際に軸を駆動
したときに、負荷の前記予め定める部分を希望する位置
に正確にもたらすことができず、その修正を行なうため
に多くの人手を必要とする結果になった。 発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、ロボツトのアームに取付けられるツ
ールまたはワークなどの負荷の予め定める部分を正確に
希望する位置にもたらすことができるとともに、そのテ
イーチング作業を容易にすることができるようにしたロ
ボツトの教示データの作成方法を提供することである。 問題点を解決するための手段 本発明は、教示データに基づいて複数Ｎの自由度を有
する多関節ロボツトの軸を駆動するロボツトの教示デー
タの作成方法において、 各関節24〜29の点Piを原点する（Xi,Yi,Zi）座標系Σ
ｉ（ただしｉ＝０〜Ｎ）としたとき、負荷の重心Ｇの座
標をΣＮ座標系にて与え、座標変換によつてロボツトの
基端部のΣ０座標系での座標値で表し、 負荷の重心ベクトルも座標変換によつてΣ０座標系
で表し、 各関節の中心軸giも座標変換によつてΣ０座標系で表
し、 負荷の重心を通り中心軸giに垂直な平面31と、中心軸
giとの交点をＱとし、重力ベクトルに関して、QWの方
向と中心軸giに平行な方向とにそれぞれ垂直な方向に展
開した成分を２とするとき、重力ベクトルの中心軸
giまわりのモーメントｉ、 ｉ＝▲▼×２ を求め、 アーム自身の重力によるモーメント1iを求め、 これによつてモーメントの総和（ｉ＋1i）を求
め、 各関節の剛性係数をKiとし、各関節における負荷の重
量およびアームの重量による回転変位Δｉ、 を求め、 剛性係数Kiは、アームのたわみに起因した変位がない
ものとして設定された教示データｉに依存する値とし
て表または計算式として与え、 ロボツトの位置決めするときに、アームのたわみに起
因した変位がないものとして設定された教示データｉ
に、Δを補正量として加減算した値Δ＊ｉを、 （Ａ）補正前の教示データが計算機で作成したデータで
あつて、アームのたわみを考慮しない理想モデルで作成
したデータであり、補正後の対象量が負荷の重量および
アームの自重がある実機であるとき、 ＊ｉ＝ｉ−Δｉ によつて求めて補正し、 （Ｂ）補正前の教示データが、負荷の重量およびアーム
の自重によつて、たわんだ状態により採取した実機の教
示データであり、補正後の対象は、たわみを考慮しない
理想モデルであるとき、 ＊ｉ＝ｉ＋Δｉ によつて補正を行い、 （Ｃ）補正前の教示データが、アームの自重はあるが、
負荷の重量はない、そのような教示データであり、オフ
ラインロボツトに重量が無視できる模擬ツールを取付け
て採取したような場合、補正後の対象は負荷重量のある
実機であるときには、変位量Δbiを、 によつて求め、これによつて ＊ｉ＝ｉ＋Δbi の補正を行い、 こうして新しい教示データを補正によつて与えること
によつて、重量による不所望な変位による誤差をなくす
ことを特徴とするロボツトの教示データの作成方法であ
る。 作 用 本発明に従えば、ロボツトの軸は、教示データに基づ
いて駆動され、この教示データは、軸のアームを剛体と
仮定したときにおける負荷の予め定める部分の指令値θ
を、アームのたわみ変形による前記予め定める部分のた
わみ量Δθによつて補正演算し、こうして教示データを
得る。たわみ量Δθは、アームおよび負荷の重量、重心
および形状などの情報に基づいて各軸の回転中心まわり
の重力によるトルクを計算し、このトルクと、そのトル
クが作用するアームの弾性に基づいて計算して求めるこ
とができる。したがつて負荷の予め定める部分の位置の
指令を行なうための教示データを正確に得ることができ
る。しかもこのようなたわみ量Δθの計算は、コンピユ
ータなどによつて行なうことができるので、テイーチン
グ作業が軽減される。 また本発明に従えば、補正前の教示データが上述のよ
うに各場合A,B,Cにおいて、補正によつて新しい教示デ
ータを得ることができ、これによつて重量による不所望
な変位による誤差をなくすことができる。 本件発明者によれば、複数Ｎの自由度を有する多関節
ロボツトでは、各軸の姿勢によつて剛性係数Kiが常に一
定とはならないことが判明し、したがつて本発明では、
剛性係数Kiは、教示データｉに依存する値として表ま
たは計算式として取扱い、これによつて補正精度を高く
することができるようになる。 実施例 第１図は、本発明の前提となる構成の系統図である。
この産業用ロボツトは、説明を簡略化するために、１つ
の軸のアーム１が関節である回転中心２まわりに角変位
することができる。アーム１の先端部には、ツールまた
はワークなどの負荷３が固定されており、この負荷３の
予め定める部分である端部４を教示データに基づいて希
望する位置に正確にもたらす必要がある。アーム１に負
荷３を取付けることによつて、アーム１は、参照符1aで
示すようにたわみ、負荷３は参照符3aで示す位置にな
り、その端部４は参照符4aで示す位置となる。先行技術
では、前述のように、アーム１のたわみを考慮せずに端
部４の位置を計算してテイーチングしている。そのため
実際の端部4aの位置とは、距離ΔＺだけ、ずれる結果と
なる。そのため先行技術では、端部４を希望する位置に
正確にもたらすことができない。本発明では、端部４の
指令値θを、次に述べるたわみ量Δθで補正演算し、こ
れによつて端部４を希望する位置に正確にもたらすこと
が可能になる。 アーム１の剛性係数をＫとし、アーム１の回転中心２
から負荷３の重心までの水平距離をｌとし、アーム１の
重心５と、アーム１の回転中心２までの水平距離をlGと
し、負荷３の重量をW1とし、アーム１の重量をWGとし、
端部４とアーム１の回転中心２との間の水平距離をl1と
するとき、第１式が成立する。Δθは、アーム１がたわ
みを生じる角度、すなわちたわみ量であり、Ｔは回転中
心２に作用するモーメントである。 Ｔ＝ｌ・W1＋lG・WG ……（１） したがつてたわみ量Δθは、第３式で示されるように
して求めることができる。この角度Δθを求めることに
よつて、前述の第２式によつて、端部４のずれる距離Δ
Ｚを演算することができる。したがつて、本発明では、
（ａ）軸のアーム１を剛体と仮定したときにおけるアー
ム１に取付けられている負荷３の端部４の指令値と、
（ｂ）アーム１と負荷３との重量、重心、および形状な
どの情報（すなわちWG,W1,lG,lなど）に基づいて、回転
中心２まわりの数力WG,W1によるトルクＴを計算し、こ
のトルクＴおよび対応するアーム１の剛性係数Ｋに基づ
いて、たわみ量Δθを計算し、これによつて負荷３の端
部４のたわみによる距離ΔＺを計算することができる。
これによつて指令値θおよびΔＺを演算して、端部４が
希望する位置となるように教示データを演算して設定す
ることが可能になる。 第２図は第１図に示された構成の電気的構成を示すブ
ロツク図であり、第３図はその構成をブロツク化して示
す系統図である。アーム１は、モータ６によつて駆動さ
れる。このモータ６は、交流または直流の電源７から駆
動回路８を介する電力によって付勢される。負荷３の端
部４の補正後の位置指令値を発生する回路９からの信号
は、減算回路10に与えられる。減算回路10の出力は、増
幅回路12に与えられる。アーム１の位置を検出する位置
検出器11の出力は、減算回路10に与えられる。減算回路
10の出力は、増幅回路12を介して減算回路13に与えられ
る。減算回路13には、モータ６の出力軸の速度を検出す
る速度検出器14からの出力が与えられる。減算回路13の
出力は、増幅回路15を介して、減算回路16に与えられ
る。減算回路16には、モータ６の駆動電流を検出する電
流検出器17aからの出力が与えられる。減算回路16の出
力は、増幅回路８に与えられる。こうしてアーム１、し
たがつて負荷３の端部４は、希望する位置にもたらされ
る。 第３図は、アーム１、したがつて負荷３の端部４の補
正前の位置指令値17は、補正演算されてアーム１のたわ
みに起因した誤差が生じないようにするための構成を、
理解を容易になるように、ブロツク化して示す系統図で
ある。アーム１に設けられている負荷３の重心座標、重
量などの前述のデータlG,l,WG,W1などは、総括的な参照
符18に示される設定回路によつて発生され、これらの情
報が関節モーメントの計算手段19に与えられて、モーメ
ントＴが計算される。こうして計算されたモーメントＴ
と、アーム１の剛性係数Ｋを導出する回路20からの出力
とは、関節変位角計算手段21に与えられてたわみ量Δθ
が計算される。位置指令値補正手段22は、位置指令値発
生手段17からの位置指令値をたわみ量Δθによつて補正
し、その補正した後の値をメモリ23において教示データ
としてストアする。 上述の構成は、１軸のロボツトに関連して説明が行わ
れたけれども、本発明の一実施例として、多関節のロボ
ツトに関連する実施例を説明する。第４図はその位置指
令値の補正演算を行なうフローチヤートであり、第５図
は６自由度の多関節ロボツトを簡略化して示す図であ
る。関節24,25,26は旋回動作を行ない、関節27,28,29は
回転動作を行なう。 ここで第５図中、点Piを原点とする（Xi,Yi,Zi）座標
系をΣｉと表わす。ここでｉ＝０〜６である。たとえば
第５図においてΣ３は、関節28の回転動作を行なう前の
座標系であり、Σ４はその関節28の回転動作を行なつた
後の座標系である。座標系Σ5,Σ６もまた、関節29に関
して同様に考えることができる。 さて第６図に示すようにロボツトの手首先端のツール
取付面30に、ツールを取付けたとき、そのツールの重量
によるモーメントを受けて前記ロボツトの各関節24〜29
は角度の変位を生じる。このとき各関節24〜29に作用す
るモーメントは、ロボツトのアームの姿勢によつて異な
る。数示データによつて各自由度に回転角度＝（θ1,
θ2,θ3,θ4,θ5,θ６）を与えると、ロボツトの位置お
よび姿勢は、一意に定まる。 ツールの重心Ｇの座標をΣ６座標系にて、（XG6,YG6,
ZG6）で与えると、順次、座標変換することにより、第
７図で示すΣ０座標系での座標値で表わすことができ
る。またこの重心Ｇの重力ベクトルも同様にしてΣ０
座標系で表わすことができる。第６図では、ツールの重
量をＷとし、その重力ベクトルをで示してある。 ここで成る回転部または、旋回部の関節に作用する重
力ベクトルのモーメントは、力学の定義によって、次
のようにして計算することができる。第８図において、
回転の中心軸をgiとする。ツールの重心Ｗを通り、中心
軸giに垂直な平面31と、中心軸giとの交点をＱとする。
重力ベクトルをQWの方向、中心軸giに平行な方向およ
びそれら各方向に垂直な方向に展開したものを1,3,
２とする。 ＝１＋２＋３ ……（４） 重力ベクトルの中心軸giまわりのモーメントｉは
第５式で示される。 ｉ＝▲▼×２ ……（５） ここで各回転部または旋回部の中心軸は前述の座標変
換によつてΣ０座標系で表わすことができる。したがつ
てモーメントｉを計算することができる。 上述の実施例ではツールの重量によるモーメントを計
算したけれども、ロボツトのアーム自身の重量によるモ
ーメント1iも同様にして計算することができる。した
がつてモーメントの総和は、（ｉ＋1i）となる。 各回転部または旋回部の回転剛性係数Kiは、表示デー
タｉに依存する値として表または計算式として与え
る。 各回転部または、旋回部におけるツール重量およびロ
ボツトのアームの重量による回転変位Δｉは、第７式
で計算することができる。 したがつてロボツトを位置決めするときに、アームの
たわみに起因した変位が無いものとして設定された教示
データｉに、Δｉを補正量として加減算した値＊
ｉ＊ｉ＝ｉ−Δｉ ……（７） ＊ｉ＝ｉ＋Δｉ ……（８） またとするとき、 ＊ｉ＝ｉ＋Δbi ……（10） を新しい教示データとして与えることによつて、重力に
よる不所望な変位による誤差を無くすことができる。 上述の動作を第４図に基づいて説明すると、ステツプ
n1においてロボツトの姿勢（θ1,θ2,…，θＮ）、ロボ
ツトのツール取付面30に設定したΣ６座標系での負荷の
重心の座標成分（XG,YG,ZG）、および負荷の重量を与え
る。そこでステツプn2において各軸の回転中心まわりの
重力によるトルクTiを計算する。 ステツプn3では、各軸の剛性係数Kiにより、たわみ量
Δθｉを計算する。 ステツプn4では、計算された教示データ（θ1,θ2,
…，θＮ）に、第５図〜第８図のΣ０座標変換した補正
量Δθaiを加えて、補正後の教示データ（θ１＋Δθa
1,θ２＋Δθa2,θ３＋Δθa3,…，θＮ＋ΔθaN）を求
める。 こうして、（Ａ）補正前の教示データが計算機で作成
したデータであつて、アームのたわみを考慮しない理想
モデルで作成したデータであり、補正後の対象量がツー
ルまたはワークなどの負荷の重量およびロボツトアーム
の自重がある実機であるとき、補正式は、前述の第７式
で示されるとおりとなる。 （Ｂ）また補正前の教示データが、負荷の重量およびロ
ボツトのアームの自重によつて、たわんだ状態により採
取した教示データ、すなわち実機のデータであり、補正
後の対象は、たわみを考慮しない理想モデルであるとき
には、第８式によつて補正を行なう。 （Ｃ）補正前の教示データ、ロボツト、アームの自重は
あるが、負荷の重量は無い、そのような教示データであ
り、オフラインロボツトに重量が無視できる模擬ツール
を取付けて採取したような場合、補正後の対象は負荷重
量のある実機であるときには、第９式で示される変位量
Δbiを第９式によつて求め、これによつて第10式の補
正を行なう。 このようにして上述の場合（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の
ように、補正前の教示データの作成方法および補正後の
対象が変わつても、たわみ補正のループをオン・オフす
るか、符号を反転するか、または、アームの自重を零と
することなどによつて、各場合（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に対応して補正を行なうことができる。したがつてオフ
ラインテイーチングに本発明を実施することによつて、
アームのたわみ補正を行なわない場合に比べて、本発明
ではテイーチング精度が向上し、テイーチングの修正が
少なくてすむことになる。その結果、テイーチング作業
に要する人手が減少され、しかもテイーチング時のライ
ン停止時間を少なくすることができ、ロボツトの作業時
間を長くすることが可能になる。 効 果 以上のように本発明によれば、ロボツトのアームに取
付けられた負荷の端部を希望する位置に正確にもたらす
ことができるようになり、しかもテイーチングの作業を
簡略化することができるようになる。 また本発明によれば、補正前の教示データが上述の各
場合A,B,Cにおいても、補正において新しい教示データ
を与えて、重量による不所望な変位による誤差をなくす
ことが確実に可能となる。 本発明によれば、剛性係数Kiは、アームのたわみに起
因した変位がないものとして設定された教示データｉ
に依存する値として表または計算式として与えるように
し、これによつて補正精度を向上することができるとい
う優れた効果もまた、達成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の前提となる構成の簡略化した図、第２
図は第１図に示された１軸分の電気的構成を示すブロツ
ク図、第３図は第１図および第２図に示された構成の補
正演算動作を行なう構成を示すブロツク図、第４図は本
発明の一実施例の動作を説明するためのフローチヤー
ト、第５図は第４図に示された動作が行なわれるロボツ
トの簡略化した図、第６図はツール取付面30付近の簡略
化した図、第７図はΣ０座標系を示す図、第８図はモー
メントの計算の手順を示すための図である。 １……アーム、２……回転中心、３……負荷、４……端
部、６……モータ、９……位置指令値発生回路、10,13,
16……減算回路、11……位置検出器、12,15……増幅回
路、14……速度検出器、17……電流検出器、17……位置
指令値発生回路、18……設定回路、19……関節モーメン
ト計算手段、20……剛性係数Ｋ設定回路、21……関節変
位角計算手段、22……補正手段、23……メモリ
図は第１図に示された１軸分の電気的構成を示すブロツ
ク図、第３図は第１図および第２図に示された構成の補
正演算動作を行なう構成を示すブロツク図、第４図は本
発明の一実施例の動作を説明するためのフローチヤー
ト、第５図は第４図に示された動作が行なわれるロボツ
トの簡略化した図、第６図はツール取付面30付近の簡略
化した図、第７図はΣ０座標系を示す図、第８図はモー
メントの計算の手順を示すための図である。 １……アーム、２……回転中心、３……負荷、４……端
部、６……モータ、９……位置指令値発生回路、10,13,
16……減算回路、11……位置検出器、12,15……増幅回
路、14……速度検出器、17……電流検出器、17……位置
指令値発生回路、18……設定回路、19……関節モーメン
ト計算手段、20……剛性係数Ｋ設定回路、21……関節変
位角計算手段、22……補正手段、23……メモリ
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フロントページの続き
(72)発明者 中土 宜明
明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式
会社明石工場内
(56)参考文献 特開 昭61−281304（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−242201（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．教示データに基づいて複数Ｎの自由度を有する多関
節ロボツトの軸を駆動するロボツトの教示データの作成
方法において、 各関節24〜29の点Piを原点する（Xi,Yi,Zi）座標系Σｉ
（ただしｉ＝０〜Ｎ）としたとき、負荷の重心Ｇの座標
をΣＮ座標系にて与え、座標変換によつてロボツトの基
端部のΣ０座標系での座標値で表し、 負荷の重心ベクトルも座標変換によつてΣ０座標系で
表し、 各関節の中心軸giも座標変換によつてΣ０座標系で表
し、 負荷の重心を通り中心軸giに垂直な平面31と、中心軸gi
との交点をＱとし、重力ベクトルに関して、QWの方向
と中心軸giに平行な方向とにそれぞれ垂直な方向に展開
した成分を２とするとき、重力ベクトルの中心軸gi
まわりのモーメントｉ、 ｉ＝▲▼×２ を求め、 アーム自身の重力によるモーメント1iを求め、 これによつてモーメントの総和（ｉ＋1i）を求め、 各関節の剛性係数をKiとし、各関節における負荷の重量
およびアームの重量による回転変位Δｉ、 を求め、 剛性係数Kiは、アームのたわみに起因した変位がないも
のとして設定された教示データｉに依存する値として
表または計算式として与え、 ロボツトの位置決めするときに、アームのたわみに起因
した変位がないものとして設定された教示データｉ
に、Δを補正量として加減算した値Δ＊ｉを、 （Ａ）補正前の教示データが計算機で作成したデータで
あつて、アームのたわみを考慮しない理想モデルで作成
したデータであり、補正後の対象量が負荷の重量および
アームの自重がある実機であるとき、＊ ｉ＝ｉ−Δｉ によつて求めて補正し、 （Ｂ）補正前の教示データが、負荷の重量およびアーム
の自重によつて、たわんだ状態により採取した実機の教
示データであり、補正後の対象は、たわみを考慮しない
理想モデルであるとき、＊ ｉ＝ｉ＋Δｉ によつて補正を行い、 （Ｃ）補正前の教示データが、アームの自重はあるが、
負荷の重量はない、そのような教示データであり、オフ
ラインロボツトに重量が無視できる模擬ツールを取付け
て採取したような場合、補正後の対象は負荷重量のある
実機であるときには、変位量Δbiを、 によつて求め、これによつて＊ ｉ＝ｉ＋Δbi の補正を行い、 こうして新しい教示データを補正によつて与えることに
よつて、重量による不所望な変位による誤差をなくすこ
とを特徴とするロボツトの教示データの作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075198A JP2692043B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | ロボツトの教示データの作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075198A JP2692043B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | ロボツトの教示データの作成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241604A JPS63241604A (ja) | 1988-10-06 |
| JP2692043B2 true JP2692043B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=13569258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075198A Expired - Lifetime JP2692043B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | ロボツトの教示データの作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2692043B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6576824B2 (ja) * | 2015-12-25 | 2019-09-18 | 株式会社ダイヘン | ロボット制御装置 |
| JP6934640B2 (ja) * | 2018-04-20 | 2021-09-15 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ロボットの制御方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4710884A (en) * | 1984-12-19 | 1987-12-01 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Device for compensating for deflection in a pliable positioning apparatus |
| JPS62242201A (ja) * | 1986-04-15 | 1987-10-22 | Hitachi Ltd | 産業用ロボツトの制御方法 |
-
1987
- 1987-03-28 JP JP62075198A patent/JP2692043B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63241604A (ja) | 1988-10-06 |
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