JP2786225B2

JP2786225B2 - 工業用ロボットの制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2786225B2
Application number: JP1020712A
Authority: JP
Inventors: 徳久三宅; 真樹住田; 信一猿楽
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: EP0381185A2; DE69032185T2; EP0381185B1; US4954762A; EP0381185A3; JPH02202606A; DE69032185D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は工業用ロボツト等の制御方法及び装置に係
り、特にロボツト及び周辺機器との協調制御を容易に実
現するための制御方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

工業用ロボツト等の自動作業機械を用いて作業を行わ
せる場合、作業工具等の軌跡を直交座標系を用いて記述
することが便利であつて、このような方法は従来から広
く行われている。従来の工業用ロボツト等においては、
テイーチング・プレイバツクと呼ばれる制御方式が広く
用いられているが、この方式では、まずロボツト等の手
先に取付けられた作業工具の所要の軌道上の代表点に順
次位置決めして記憶させて行き、これらの代表点の間を
直線、円弧などを用いて接続して得られる軌道上を上記
作業工具が移動するように、ロボツト等の機構を構成す
る複数の自由度の各々について、その変位を演算により
求め、駆動制御が実行されるのが通常である。この場合
の演算方法については、例えばポール著「ロボツト・マ
ニプレータ」（R.Paul:Robot Manipulators:MIT Press,
1981）などに詳述されている通りである。

このように、作業工具等の移動すべき軌道を直交座標
系を用いて記述することは、ロボツト等を操作する人間
にとつてロボツト等の動作が容易に把握できること、作
業軌道がロボツト等の機構構成に依存しない形で表現で
きること、などの長所を有している。この場合、軌道を
記述する直交座標系としては、一般にロボツト等の基台
部に固定した座標系（以下、「ロボツト座標系」と呼
ぶ。）が用いられる。これは前述のようにテイーチング
・プレイバツク方式を制御方式として採用する場合にお
いては、座標系の原点位置，座標系の姿勢は一義的に定
まるものであればどのようなものでも良いためであり、
かつ上述の例にも示されているごとく、ロボツト等の機
構自由度の変位と手先作業工具の位置，姿勢との関係を
算出する手順が最も容易に得られるためでもある。

次に、ロボツト等を含む生産システムの全体に目を転
じて見ると、単にロボツト等の作業機械が独立して用い
られる例だけでなく、種々の周辺機器が協調して用いら
れることにより、生産システムとしての目的が達成され
る場合も多い。

例えば、作業対象物の位置，姿勢を移動するポジシヨ
ナ，コンベア，ロボツト等の可動範囲を拡大するための
走行台車、あるいはロボツト等の手先に搭載されたセン
サ，ロボツト等の近傍に設置され、作業環境、状況を検
出する視覚等のセンサなどが周辺機器の主なものであ
る。このため、ロボツト等を含む生産システムの制御に
おいては、これら各種の周辺機器とロボツト等のと間の
協調をいかにとりつつ制御するか、が重要な問題とな
る。

これら、生産システムを構成する機器の毎々は、それ
ぞれの機器毎に固有の座標系を用いて制御（ポジシヨナ
等）、もしくは情報の入力（センサ等）が行われること
が一般的である。従つて、システムの中心に配置される
ロボツト等と、その周辺機器毎々との間では、各機器に
固有の座標系に応じて、変換演算を行うことが不可欠と
なる。

このようなシステム構成機器間の座標系変換演算は、
従来においても一部で行われている。例えば、第14回国
際産業用ロボツト・シンポジウムプロシーデイングp365
〜374（1984）（Banba et al:A Uisual Seam Trocking
System for Arc-Welding Robots;Proceedings of 14th
International Symposium on Industrial Robots,198
4）などに示されるように、ロボツト等の手先に取付け
られたセンサを用いて作業対象物の状態に応じて軌道の
修正を行うようなシステムでは、センサから得られる情
報はセンサに対して固定された座標系によつて表現さ
れ、これをロボツト等の基台に固定された座標系による
表現に変換することによつて軌道の修正制御が実現され
る。

また、これらとは若干異る例であるが、CAD（コンピ
ユータ・エイデツド・デザイン）等の手法を用いて物品
の設計を行い、その形状データを用いてロボツト等の軌
道情報を生成する、いわゆるオフライン・プログラミン
グと呼ばれる方法も近年用いられ始めている。この場合
においても、物品、即ちロボツト等の作業対象物に対し
て固定された座標系を用いて作業工具のたどるべき軌跡
を記述しておき、これを予め仮定されたロボツト等と作
業対象物との相対的位置関係に基づいて、ロボツト等の
基台に固定された座標系に変換した後、ロボツト等に転
送してこれを駆動制御する方法などが用いられている。

さらに、オフライン・プログラミングの別の例とし
て、ロボツト言語などを用いる方法も提案されている。
代表的なものとして、ムジタバ，ゴールドマン著「エー
エル・ユーザーズ・マニユアル」（スタンフオード大
学,1981）（Mujtaba,Goldman;AL User′s Manual,Stanf
ord University Report,STAN-CS-81-889 1981）などに
示されるものがあり、複数の座標系の考え方が示されて
いるが、上記例と同様、ロボツト等に転送される以前に
ロボツト等の基台に固定された座標系にデータを変換し
て用いる考え方が主流であり、ロボツト制御装置内にお
いてはロボツトの基台に固定された座標系を用いての駆
動制御が行われているのが一般である。

これらの例に見られるごとく、ロボツト等の制御、と
りわけ周辺機器等を含むシステムの制御においては、ロ
ボツト等の基台に固定された座標系と、その他の座標系
との間の変換演算が不可欠なものとなつている。

従来、このように複数の座標系間の変換演算を行う場
合には、当該座標系間の変換演算式を固定的なものとし
てソフトウエア・プログラム中に記述する方法などが用
いられていた。例えば、コンベア上を移動する物体に追
従してロボツトの手先作業工具を制御させる場合には、
予めテイーチング等により与えられた経路上の目標点を
計算した後、これに対してコンベアの移動量分を補正し
て重畳する方法が特開昭52-84669号公報などに示されて
いる。この補正演算はコンベアの移動と共に移動する座
標系とロボツト座標系との間の変換演算に他ならない
が、補正演算という形でプログラム中に演算論理が固定
的に記述されているのが一般である。（この場合、コン
ベアの移動方向等に対する汎用性を、例えばロボツト座
標系の方向余弦などの形で一般化して表わすことによ
り、保つ工夫がなされているものもあるが、いずれにし
ても演算論理としては固定的に記述されていると言うこ
とができる。）また、ロボツトの手先に搭載したセンサを用いて、ロ
ボツトの持つ作業工具等の軌道を作業対象物に応じて修
正動作するものとして、シーム・トラツキングなどのセ
ンサ・フイードバツク制御が行われている。このような
場合においても、先に述べたようにセンサから得られる
情報はセンサ自体に対して固定された座標系で表現され
ており、これをロボツト座標系での表現、あるいは手先
作業工具に固定された座標系（以下ロボツト手先座標系
と呼ぶ）などに変換された後、教示経路に重畳されるな
どの方法によつてロボツトの駆動制御が行われている。
この具体例は第14回国際産業用ロボツト・シンポジウム
・プロシーデイングp365〜374,1984）Proceedings of 1
4th International Symposium on Industrial Robots,p
p365〜374,1984）などに示されている通りである。この
ような場合においても、センサ座標系とロボツト座標
系、あるいは手先座標系との間の変換演算は、ソフトウ
エア・プログラム中に固定的に記述されるのが一般的で
ある。（もちろん、変換演算に用いられるパラメータ値
に対する汎用性は考慮されているのが通常である。）即ち、センサから得られた情報は、常に上記の変換演
算を行つてロボツトの動作制御に反映させるようにプロ
グラムが固定的に記述されているわけである。

このほか、ポジシヨナ上にワークが設置される場合、
あるいはロボツトの基台などに対して固定されたセンサ
により作業環境等の情報を得る場合などについても、同
様の方法が用いられている。

また、CADなどを利用して、作業対象物の形状データ
を得、これに基づいてロボツトの動作制御を行わせるオ
フライン・プログラミング等の例においては、予め、ロ
ボツトと作業対象物との相対関係を仮定しておき、この
関係に応じて作業対象物に固定された座標系（以下ワー
ク座標系と呼ぶ）で表わされたロボツトのたどるべき軌
跡情報を、オフライン処理によりロボツト座標系に変換
し、このロボツト座標系で表現されたロボツトの動作軌
跡情報をロボツト制御装置に転送してロボツトの駆動制
御を行う方法が用いられている。即ち、この場合におい
ても、作業対象物に固定された座標系、（ワーク座標
系）とロボツト座標系との間の変換演算を、一定の関係
式を満たすものとして固定的に定式化して実行している
ことになる。また、この場合、ロボツト制御装置内部で
は、軌跡はすべてロボツト座標系で表現されており、ワ
ーク座標系の概念はロボツト制御装置側にはないのが通
常である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術ではロボツト並びにその周辺機器の個々
の配置あるいは特性に応じて専用の処理をソフトウエア
・プログラムとして用意する形で制御を行つていた。こ
のため、ロボツトの周辺機器構成，配置などの使用環境
が変わつたり、あるいはロボツトの有する機能を追加，
変更するなどの場合には、それぞれに対応したソフトウ
エア・プログラムを組み込む必要があつた。例えば、ロ
ボツトを走行台車上に搭載する場合、コンベアに同期さ
せて移動させる場合、その他、ロボツトを含むシステム
の構成が変更，追加されたり、あるいはそれらとの間の
相互関係を考慮し補正する機能等を追加したりする場合
には、それぞれに対して専用のソフトウエア・プログラ
ムの改造，追加などが必要とされていた。

従つて、制御装置内に内蔵するソフトウエアの保守性
が問題となるほか、ソフトウエア容量の増大、あるいは
ソフトウエアの改造もしくは追加などに要する工数の増
大、さらには制御装置の適用性，拡張性に関しても制限
を受けるなど、様々の問題点が残されていた。

本発明は、ロボット及びその周辺機器の組合せに対し
てフレキシビリティを持たせ、機器構成が変化した場
合、或いはロボットによって実現する機能を拡張、追加
した場合においても、ソフトウェア・プログラムの構造
を変えることなく容易に対応できるようにすることを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕上記目的を達成するために、本発明の工業用ロボット
の制御方法は、ロボットの動作に係わる物理情報が表現
されている座標系から他の座標系に前記物理情報を変換
することによって、前記ロボットの制御情報を生成して
動作制御を行う制御手段を備えた工業用ロボットの制御
方法において、前記物理情報にこの物理情報が何れの座
標系に関して表されたものかを識別する識別情報を付
し、前記識別情報によって識別される座標系と前記物理
情報を変換する変換先の座標系との間の変換演算に必要
な変換情報を、前記制御手段側で生成して変換演算を行
うようにしたものである。

また、本発明の工業用ロボットの制御方法は、ロボッ
トの動作に係わる物理情報が表現されている座標系から
他の座標系に前記物理情報を変換することによって、前
記ロボットの制御情報を生成して動作制御を行う制御手
段を備えた工業用ロボットの制御方法において、前記物
理情報に変換先の座標系を指示する識別情報を付し、前
記物理情報が表現されている座標系と前記識別情報によ
って識別される座標系との間の変換演算に必要な変換情
報を、前記制御手段側で生成して変換演算を行うように
したものである。

また、本発明の工業用ロボットの制御装置は、ロボッ
トの動作に係わる物理情報をこの物理情報が表現されて
いる座標系から他の座標系に変換することによって、前
記ロボットの動作制御を行う工業用ロボットの制御装置
において、前記物理情報に付された識別情報に基づいて
前記物理情報が何れの座標系に関して表されたものかを
識別する手段と、前記識別情報によって識別される座標
系と前記物理情報を変換する変換先の座標系との間の変
換演算に必要な変換情報を生成して変換演算を行う手段
とを備えたものである。

また、本発明の工業用ロボットの制御装置は、ロボッ
トの動作に係わる物理情報をこの物理情報が表現されて
いる座標系から他の座標系に変換することによって、前
記ロボットの動作制御を行う工業用ロボットの制御装置
において、前記物理情報に付された識別情報から前記物
理情報を変換する変換先の座標系を識別する手段と、前
記物理情報が表現されている座標系と前記識別情報によ
って識別される座標系との間の変換演算に必要な変換情
報を生成して変換演算を行う手段とを備えたものであ
る。

上記工業用ロボットの制御方法又は制御装置におい
て、座標系間の変換情報の生成は、予め記憶された変換
行列を複数組み合わせることによって生成される場合の
他、予め記憶された変換行列を一つ選択して適用する場
合も含まれる。

〔作用〕

上記手段によれば、制御手段側で、物理情報に付され
た識別情報に基づいて、物理情報が表現された座標系か
ら物理情報を変換する変換先の座標系への変換演算に必
要な変換情報が生成される。これにより、構成を変えた
り、機能を拡張、追加した場合においても、ソフトウェ
ア・プログラムの構造を変えることなく容易に対応可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第５図により説明
する。第１図はロボツト１を中心とする生産システムの
一例を示したものであつて、ロボツト１は６自由度の多
関節型ロボツトであり、走行台車２上に搭載されてい
る。また、ロボツト１の手先には作業工具として溶接ト
ーチ３が固定されている。さらに、ポジシヨナ４がロボ
ツト１の作業領域内に配置され、ポジシヨナ４上には作
業対象物５が置かれている。ロボツト１及び上記の各周
辺機器及び溶接機７は制御装置６に接続されている。な
お、本実施例では述べないが、次の実施例で述べる視覚
センサ92も図に併記して示した。

第１図に示すシステムにおいて、ロボツト１は作業対
象物５に対して溶接トーチ３を用いて溶接作業を実施す
る。溶接トーチ３の先端点30は作業が実際に行われる点
であり、ロボツトの制御は、この手先作業点30に着目し
て行われることとなる。この場合、例えば走行台車２も
しくはポジシヨナ４は、溶接作業実施中にロボツト１と
同時に移動しうるものであつて、作業対象物の形状，寸
法あるいは作業条件等によつてロボツト1,走行台車2,ポ
ジシヨナ４のいずれか１つのみが動作する場合、これら
のうちの２つ以上が同時に動作する場合、など種々の使
用法があるものである。また、ポジシヨナ４に対する作
業対象物５の設置位置，姿勢などの状態は複数の作業対
象物に対して繰返し作業を行う場合、厳密にはその都度
異るものである。

第２図はロボツト１の制御装置６の構成を示したもの
であつて、中央にマイクロプロセツサ61が配置され、シ
ステム・バス61-1を介して記憶装置62,補助記憶装置6
3、等がこれに接続されている。また、ロボツト1,ポジ
シヨン４などを手動で操作し、作業の教示を行うための
テイーチング・ボツクス64及び実際の作業の起動，停止
を指令するためのオペレーシヨン・コンソール65が入出
力プロセツサ66を介して制御装置６に接続されている。
また、視覚センサ92等の処理装置69も同様に接続されて
いる。更に、マイクロプロセツサ61には、高速演算器67
が付加されており、各種の演算処理をこの高速演算器67
を用いて高速処理できるように構成されている。

また、ロボツト１の各自由度，走行台車2,ポジシヨナ
４の各軸を制御するサーボ・アンプ11〜16,21,41,42
は、サーボ・インターフエース68を介してマイクロプロ
セツサ61に接続されているほか、溶接機７の制御回路71
も同様に接続されている。

ロボツト1,走行台車2,ポジシヨナ４などはまずテイー
チング・ボツクス64上に配置された押ボタン操作等によ
り駆動，位置決めされる。このとき、マイクロコンピユ
ータ61では、記憶装置62に格納されたプログラムに基づ
き、テイーチング・ボツクス64の状態を監視し、操作者
の指定に基づいた移動指令を生成し、サーボ・インター
フエース68を介して各機器の各軸に駆動指令を出力す
る。サーボ・アンプ11〜16,21,41,42は、この駆動指令
通りに当該軸の位置決め制御を行うものである。このよ
うにして各機器を駆動，位置決めし、その都度位置決め
点の位置データを必要に応じて補助記憶装置63に記憶し
て行く。これを順次繰返すことによつて、一連の動作に
対応する位置データ群が記憶される。

一方、作業の実行時、即ちいわゆるプレイバツク動作
時においては、記憶装置62に格納された処理プログラム
に基づいて、補助記憶装置63から位置データ群を順次所
定のシーケンスに従つて取出し、補間処理等によつて経
路を創成して、その経路上の点に対するロボツト１、あ
るいは走行台車2,ポジシヨナ４等の各軸の位置決め制御
を上記説明と同様にしてサーボ・インターフエース68を
介して行い、これを繰返して行くことによつて動作制御
が実行される。このとき、必要に応じて溶接機７の制御
も行い、溶接トーチ３によつて作業対象物５に対する溶
接作業が実現される。

これら一連の制御動作は概略においては従来のロボツ
ト・システムと何ら変わりはないが、その詳細について
次に述べ、本発明の特徴とする点について説明する。

第３図は、上述の本発明のうちプレイバツク動作時に
おける制御プログラムの処理内容の一例をデータ・フロ
ー図として示したものであり、第４図はこれと同じ内容
を処理フロー図として示したものである。

また、第５図は、第３図及び第４図の説明において表
われる座標系の概念を、第１図のシステムに対応させて
示したものであつて、ロボツト１の基台にはロボツト座
標系（ΣＲ）1a,ポジシヨナ４の基台にはペリフエラル
座標系（ΣＰ）4a,ポジシヨナ４の作業対象物５を固定
する作業台40上にはステージ座標系（ΣＢ）40a,作業対
象物５上にはワーク座標系（ΣＷ）5a,溶接トーチ30の
先端作業点にはツール座標系（ΣＴ）3aがそれぞれ固定
されているほか、走行台車２及びポジシヨナ４の設置さ
れている床面上に対して固定されているユニバーサル座
標系（ΣＵ）8aの各直交座標系が配置されているものと
する。

以下、第１図及び第５図を参照しながら、第３図，第
４図を中心に用いて、代表的な実施例をとりあげ、概略
の処理の内容を説明する。

ロボツト１の動作として、現在ロボツト１の手先作業
点30が作業対象物５上の一点（P_S）51に位置決めされて
いるとし、同じく作業対象物５上の他の一点（P_E）52ま
での間を作業対象物５上において直線で結ぶように補間
動作する場合を考える。

点51（P_S）の位置姿勢データ510はロボツト座標系1a
（ΣＲ）を用いて表現されており、点52（P_E）の位置姿
勢データ520も同様にロボツト座標系1aを用いて表現さ
れているとする。位置姿勢データ510及び520をそれぞれとして示せば、これらは次の形を持つている，ここに、n_X,n_Y,n_Z,0X,0Y,OZ,a_X,a_Y,a_Zはロボツト１の
手先ツール座標系（ΣＴ）3aの、ロボツト座標系1aに関
する方向余弦、またP_X,P_Y,P_Zは同じくツール座標系3aの
原点位置をロボツト座標系1aで表現したものである。ま
た、データ510,520には各々表現座標系識別子、形式識
別子などの識別用情報が付帯的に備えられている。第６
図に位置，姿勢データ510の記憶形式の例を示す。511は
データ・テーブルの長さ、512は表現座標系識別子、513
は形式識別子、514は補助データ、515は実位置、姿勢デ
ータである。このうち表現座標系識別子512は、本発明
に直接関連するものであつて、実位置、姿勢データ515
の表現されている座標系を識別するためのパラメータで
ある。形式識別子513は、データの表現形式が、式
（１）に示される要素を並べたものであるのか、あるい
は、これを圧縮したものであるのか、更には、ロボツト
１の各自由度変位を用いて表わしたものか、などを識別
するためのものである。補助データ514は、上記以外の
識別子、あるいは手先位置、姿勢を同一とするロボツト
の各自由度変位が複数組存在する場合の解の選択に用い
るデータなどである。データ・テーブル長511は、種々
の形式等に対するデータ・テーブルの汎用性を保つため
に用意されたものである。データ520についても内容は
同様である。

いま、点51（P_S）から点52（P_E）までの動作は、作業
対象物５に対して制御を行うものとする。これを示すた
めに、制御座標系データテーブル590を用い、データ590
として第５図に示される種々の座標系の識別子を設定す
るものとする。この識別子の内容はデータ510,520にお
ける表現座標系識別子512,522と同様とする。

このとき、データ510,520の表現座標系は前述のよう
にロボツト座標系1aを用いて表現されているとする。一
方、制御座標系データ590においては、識別子591として
作業対象物座標系5aが指定されている。従つて、制御プ
ログラムでは、まず、補間始点（今の場合現在のロボツ
ト位置、姿勢である点51）及び目標点52のデータ表現座
標系識別子512,522及び制御座標系識別子591とを識別
し、両者が異つていれば変換演算処理1001を実行し、点
51,52のデータ表現座標系を制御座標系識別子591で示さ
れる座標系に変換した制御座標系表現始点510′，終点
データ520′を求める。

いま、２つの直交座標系間の変換は（１）式に示した
ものと同様の４行４列の行列で表わされる。ここで、ロ
ボツト座標系（ΣＲ）1aからユニバーサル座標系（Σ
Ｕ）8aへの変換行列をまた、この逆の変換を更に、ワーク座標系（ΣＷ）5aからステージ座標系（Σ
Ｂ）40aへの変換行列をまた、この逆変換をステージ座標系40aからペリフエラル座標系（ΣＰ）4a
への変換をまた、この逆変換をペリフエラル座標系4aからユニバーサル座標系8aへの変
換をまた、この逆変換をとすれば、ロボツト座標系1aで表わされた位置、姿勢は、第５図のシステムの場合次式に示すように、ワーク
座標系（ΣＷ）5aでの表現に変換することができる。

なお、（ただしA^-1は逆行列を示す）などが成り立つ。即ち、
演算処理1001は（２）式に示される様な演算処理であ
る。

ここにおいて、各変換行列Ａは、ロボツト1,走行台車
2,ポジシヨナ４などが移動したり、あるいは作業対象物
５の設置状況等によつて変化するものであるから、Ａ
（ｔ）として時刻ｔの関数として考える必要がある。点
51（P_S）の位置姿勢データ510は、現在のロボツト１の
手先作業点30の位置であるから、これを作業対象物５上
の座標系5aで表わすためには、現時点、即ち、補間動作
の開始時点における変換行列を用いる必要がある。ｔ＝
t_Sを補間動作開始時の時刻と表わすことにすれば、デー
タ510 に対する（２）式はと表わされる。一方、点52（P_E）の位置姿勢データ52
0は、作業教示時のロボツト1,作業対象物５等の位置姿
勢関係に基づいて得られるものであるから、ｔ＝t_Tを教
示時刻として、データ520 に対する（２）式はと表わすことができる。即ち、処理1001においてはよ
り詳細には、（２−１），（２−２）式の演算が行われ
ることとなり、データ510′,520′は、それぞれ（２−
１），（２−２）式におけるとなる。

次いで、このようにして得られたワーク座標系（Σ
Ｗ）5a上の２点のデータ510′,520′を用いて補間演算
処理1002を行う。直線補間動作の場合であれば、の位置データ部（（１）式におけるP_X,P_Y,P_Zに相当）を
ベクトルの形で（ここでｔは転置を表わす）同様にの位置データ部をと表わせば、補間結果の位置は、として変数λの関数の形で求められる。なお、２点の間を内挿補間する場合０≦λ≦１であり、λの値を時
々刻々変化さることにより、所定の時刻における即ち補間結果位置が得られる。姿勢についても同様であ
るが、詳細は省略する。このようにして得られた補間結
果位置、姿勢データ530′は、λが時刻の関数であるこ
とから、同様に時刻の関数となるので、これをと表わすこととする。いま、ｔ＝t_Cを現在の時刻、即
ち、各補間結果データ530′が得られる時点における時
刻とすれば、が補間結果位置姿勢データ530′に相当している。ま
た、このデータ530′は、ワーク座標系（ΣＷ）5a上に
おける補間結果として得られるものであり、明らかにワ
ーク座標系5aで表現されたデータである。

そこで、次にこのデータ530′に対して制御座標系識
別子591の識別を行い、これがロボツト座標系1aと異る
場合には演算処理1003によつて最終出力座標系595、即
ちロボツト座標系（ΣＲ）1aでの表現に再度変換する。その演算処理内容は上述の議論から明
らかなように、現時点における各変換行列を用いて、として求めることができる。即ち、は、ロボツト座標系（ΣＲ）1aで表現された補間結果位
置姿勢データ530に相当している。

このデータ530に対して、これを満足するロボツト１
の各関節角度データ（Θ（t_C））540を求める逆キネマ
テイクス変換処理1004を行い、更にデータ540をサーボ
・インターフエース67を介して出力処理1005によりサー
ボ系に出力することによりロボツト１を駆動制御するこ
とになるが、このプロセスについては従来のロボツト制
御方式と何らかわることがないので説明は省略する。

さて、以上の処理において、（２−１），（２−２）
式及び（４）式で用いる種々の変換行列A551,552,553等
については、必要に応じてその内容を更新する必要があ
る。これを行うものが環境演算処理1006である。即ち、
例えば時刻t_Cに対するＡ（t_C）553を計算するものが本
処理である。

以上により、本発明の代表的な実施例における処理及
びデータの流れについて、その一般的な考え方を示し
た。このような処理により実現できる機能について、次
に説明する。

本代表実施例における第一のケースとして、ロボツト
１の動作と同時に、ロボツト制御装置６が走行台車２、
あるいはポジシヨナ４などに対しても駆動指令を生成
し、同期的に動作する場合をとりあげて説明する。

まず、ロボツト１の動作に同期して走行台車２が移動
する場合を考える。このとき、走行台車２の走行軸位置
を変数ｑで表わし、作業対象物５上の点51にロボツト１
の手先作業点30が一致した場合の走行軸位置がq_S、また
点52に作業点30が一致した際の走行軸位置がq_Eとしてそ
れぞれ教示されたとする。走行台車２の位置に関して、
作業点30が点51から点52に直線補間される際に、台車２
の走行軸位置がq_Sからq_Eまで同様に補間されるとすれ
ば、（３）式に対応して同一のλを用いてｑλ＝（１−λ）q_S＋λq_E …（５）により刻々の走行軸位置ｑλが与えられる。この場合
補間処理1002において（３）式にあわせて（５）式の演
算を行い、その結果として得られる走行軸位置ｑλを用
いて、ロボツト座標系（ΣＲ）1aとユニバーサル座標系
（ΣＵ）8aとの関係を示す行列を環境演算処理1006により演算する。いま、ユニバーサ
ル座標系8aとロボツト座標系1aとが平行な関係に定義さ
れており、走行軸方向が両座標系のＸ軸方向であつたと
すれば、ここに、（P_RX,P_RY,P_RZ）はユニバーサル座標系8aに
より表現したロボツト座標系1aの原点を示している。ま
た、（６）式におけるｑは（５）式のｑλに相当し、従
つての記法と同様にして、これをと表わすことができる。これにより、（２−１），（２
−２），（４）式で示される変換行列Ａを変更する環境
演算処理1006の一部が明らかとなつた。

ここで、ポジシヨナ４に関しても走行台車２と全く同
様の考え方を用いることにより補間演算処理1002,環境
演算処理1006が実現でき、これによつて変換行列が得られる。

なお、ここではポジシヨナ４の制御を、走行台車と同
様、即ちポジシヨナ４の各自由度毎に対して（５）式と
同様の補間処理を行つて実現する場合について考えた
が、ポジシヨナ４の基台等に対するポジシヨナ４上のス
テージ40の位置等を直交空間において制御したい場合も
考えられる。例えばポジシヨナ４が第７図に示すような
３自由度を有するものである場合には、各自由度毎の制
御でなく、例えばステージ座標系（ΣＢ）40aの原点な
どに着目することにより、補間始点及び補間目標点（終
点）における位置の間を補間して刻々の位置を求め、これをポジシヨナ４の各自由度４−1,4−2,4−
３に分解する考え方なども可能である。この考えを拡張
すれば、２台のロボツトの協調制御も実現できることと
なる。

第８図に、ロボツト１と周辺機器との協調動作の例と
して、ロボツト１とポジシヨナ４との両者の動作時にお
けるロボツト座標系1aに対する手先作業点30の軌跡30-1
及び作業対象物５に対する手先作業点30の軌跡30-2を示
す。ここに、点51,52は前記と同様それぞれ補間開始点P
_S、目標点P_Eに対応した点である。また４−１はポジシ
ヨナ４の動作方向を示している。

さらに、変換行列をそれぞれ単位行列II とする。

以上によつて（２−１），（２−２），（４）式の演
算に用いられるすべての要素の値が定まり、これらの演
算処理1001,1003が実際に実行できるようになる。

この結果として、例えば走行台車２、あるいはポジシ
ヨナ４の少なくとも一方と、ロボツト１とを同時に協調
的に駆動制御しながら、作業対象物５上において所要の
軌道に沿つて動作を行わせ、溶接等の作業を実行するこ
とが容易に可能となる。

尚、ここで述べた走行台車、ポジシヨナ等は機器の一
つの具体例にすぎず、例えば移動ロボツトその他任意の
機器であつても同様のことが言えることは言うまでもな
い。

次に、実施例の第二ケースとして、制御装置６によつ
て駆動制御されるものがロボツト１のみであり、走行台
車2,ポジシヨナ４などは固定（即ち考慮しなくて良い場
合）であるが、作業対象物５の設置状態などに関する、
いわば静的な誤差を考慮しなければならない場合をとり
あげる。いま、ポジシヨナ４及び走行台車２は固定と
し、第９図に示したようにポジシヨナ４上のステージ40
に対して、作業を教示した際の作業対象物５の位置５−
１と、プレイバツク動作即ち作業を実行する際の作業対
象物５の位置５−２とが異つている場合、言いかえれば
作業対象物５の設置誤差が問題となる場合について考え
る。作業教示時のステージ40と作業対象物５との位置関
係は、（１）式などと同様にステージ座標系（ΣＢ）40
aとワーク座標系（ΣＷ）5aとの変換として、４行４列
の行列で表現できる。これを（また、その逆行列として作業教示時点ｔ＝t_Tの関数の形で表わす。また、
作業実行時のステージ40と作業対象物５との関係も、同
様にとして作業実行中の時刻ｔ＝t_C（現在時）の関数（ただ
し値は一定）として表わすことができる。

このとき、走行台車２及びポジシヨナ４が固定である
ことから、これらに関する影響は考慮する必要がないこ
とに着目すれば、変換行列はそれぞれ時刻によらず常に単位行列II（（７）式参
照）または一定として考えることができ、（２−１），
（２−２）（４）式により、演算1001,1003が実行でき
る。この結果として、（２−１），（２−２）式によ
り、教示時のステージ40と作業対象物５の位置関係にも
とづいて、作業対象物５上の動作対象である点51,52が
得られ、これをもとに補間演算処理1002を行つた結果の
作業対象物５上の位置に対して、（４）式によつて現
在、言いかえれば作業実行時の刻々の時点におけるステ
ージ40と作業対象物５の位置関係にもとづいて、ロボツ
ト１の作業点30の位置姿勢をロボツト座標系1aで求める
ことができる。即ち、作業対象物５の設置位置誤差を補
正した動作ができることになる。なお、この例では作業
実行時の作業対象物５の位置５−２はステージ40に対し
て一定であり、は作業実行中一定となるが、上記論理には何ら影響を及
ぼすものではない。

次に、更に本代表実施例の第三ケースとして、第一ケ
ースと第二ケースが組合わされ、かつ、例えばポジシヨ
ナ４の置かれた位置が作業教示時と実行時とで異る場合
を考える。この場合、変換行列を第一ケースに示したごとく選定し、変換行列を第二ケースに示したごとく選定すると共に、行列を第二ケースにおけると同様の考え方によつて定めるものとすれば、上記第
一，第二ケースと全く同様にして、（２−１），（２−
２），（４）式を用いることにより、ロボツト１と走行
台車2,ポジシヨナ４などとの同期協調動作、作業対象物
５の設置誤差、ポジシヨナ４の設置誤差などの補正が、
すべて一括して実現できることになる。

実施例の第４のケースとして、更に次のことも考えら
れる。即ち、第一のケースにおける変換行列の演算において、（６）式に示される行列に対して、第
二，第三のケースにおける設置位置を示す行列と同様の考え方により、走行台車２の設置位置、あるい
は走行台車２に対するロボツト１の設置位置などの関係
を考慮して演算を実施すれば、第三のケースに加えて、
上記ロボツト１、あるいは走行台車２などの設置誤差の
補正も合わせて可能である。もちろん、走行台車２を含
まないシステムであれば、行列は、ロボツト座標系1aのユニバーサル座標系8aに対する
関係を示すものであるから、直接設置誤差の補正に用い
られるものとなる。

なお、以上の議論から明らかなごとく、本機能の実現
にあたつては、変換行列Ａに関する配慮が必要となる。
作業動作実行中にロボツト１の制御装置６によつて駆動
される走行台車2,ポジシヨナ４などに関する取扱いにつ
いては、動作実行（プレイバツク動作）中における処理
に関しては第４図において示した環境演算処理1006によ
つてそれぞれの行列Ａを演算することはすでに述べた通
りである。作業の教示時においても、これと全く同様に
行列Ａを演算すればよい。即ち、作業の教示時におい
て、手動操作等により、走行台車２あるいはポジシヨナ
４を駆動する都度，環境演算処理1006と全く同様の処理
を実行することによつて行列Ａの更新を行う。なお、こ
こで演算する内容は、各行列の現在の時点における値Ａ
（t_C）である。即ち、動作が手動操作によるものであつ
ても、作業実行のための補間動作によるものであつて
も、その動作に対する指令を演算生成する都度、その時
点における行列ＡをＡ（t_C）として演算する。

そして、教示を行う際に、ロボツト１の手先作業点30
の位置姿勢を表わすデータを記憶すると共に、その時点
における行列Ａ（t_C）を、Ａ（t_T）として記憶する。な
お、行列Ａ（t_T）の記憶は、行列の値、内容が変化する
毎とすれば良く、これにより教示データの記憶に要する
容量の削減が可能である。

また、（２−１）式に表われるＡ（t_S）は、補間処理
の単位区間毎に、その始点における行列の値として定ま
るものであるから、補間区間の開始時点における行列Ａ
（t_C）に他ならず、この時点において必要に応じて記憶
させることによつて容易に得られるものである。

以上では、環境演算処理1006によつて更新される行列
Ａに関する取扱いについて述べた。一方、ステージ40に
対する作業対象物５の設置位置等については、ステージ
40に対する作業の教示時における位置５−１を示す変換
行列及び同じくステージ40に対する作業実行時における位置
５−２を示す変換行列をそれぞれ独立にキヤリブレーシヨン等の手法により求
め、上記環境演算処理1006によつて更新される行列と同
様の取扱いにより用いればよい。第二のケースにおけるなどについても同様であり、これら変換行列を求める手
法に関しては、筆者らの既出願、特開59-189415号，
（特62-162359号、）などに既に提案されている手法を
用いればよい。

以上、本発明の代表的な実施例として、第１図に示さ
れるシステムにおけるロボツト１と、ロボツト１の制御
装置６によつて同時に制御される走行台車、ポジシヨナ
などの周辺機器との同期、協調制御、および作業対象物
５などの設置位置、姿勢などに対する誤差補正制御、な
どを本発明の方法により統一的に取扱いつつ実現しうる
ことを示した。

ここで示した例においては、補間目標点52のデータが
ロボツト座標系（ΣＲ）1aで与えられ、制御座標系とし
てワーク座標系（ΣＷ）5aが指定されている場合につい
て述べてきたが、以上の議論から明らかなごとく、これ
らは任意に選択しうる。

例えば、補間始点51及び目標点52のデータが、一方は
ユニバーサル座標系（ΣＵ）8a,他方がワーク座標系
（ΣＷ）5aで与えられており、これらをロボツト座標系
（ΣＲ）1aを制御座標系にとつて動作制御するなどのこ
とも、もちろん可能である。補間目標点52がワーク座標
系（ΣＷ）5aを用いた表現で表わされる例としては、ロ
ボツト１の手先作業点30のたどるべき軌跡を作業対象物
５のCAD設計データ等を利用してオフライン・プログラ
ミング等の手段により生成する場合があげられる。この
とき、第４図に示した変換演算処理1001において、（２
−２）式の計算は不要である。即ち、データ520はそのもので良く、データ520とデータ520′とは一致して
おり、（２−２）式の変換演算は不要である。この場合
であつても、ロボツト１と周辺機器との協調、あるいは
作業対象物５等の設置誤差補正などの機能が実現できる
ことは言うまでもない。また、制御座標系をロボツト座
標系（ΣＲ）1a等にとることは、走行台車２もしくはポ
ジシヨナ４などの動作にかかわらず、例えばロボツト
１、もしくは作業場所の他面（ユニバーサル座標系8aに
対応）から見て一定の点にロボツト１の手先作業点30を
位置決めする動作を実現することに相当する。このよう
なケースは、例えば作業エリアに対して固定された位置
に設置されている作業工具３の変換装置にロボツト１を
位置決めする場合、あるいはロボツト１の退避位置（作
業開始，終了位置）への移動動作などにおいて表われる
ものである。

ここに述べたことから、補間始点51,目標点52のデー
タを表現する座標系、あるいは制御座標系は、ロボツト
１の補間動作区間など、動作の基本単位ごとに任意に指
定，設定しても、本発明の方法によれば何ら問題なくロ
ボツト１の動作を実現できることは明らかである。従つ
て、これらの座標系指定、言いかえれば識別子の設定
は、ロボツト１の動作中においても、基本動作単位毎に
自由に変更が可能であり、これによつて例えばロボツト
１を手動操作しての教示データと、CAD等によるオフラ
イン・プログラミング・データとの混在、あるいは周辺
機器との協調動作の実施、及びその中断、などの制御が
極めて容易に実現できる。

次に本発明の別の実施例として、第10図に示すシステ
ムを考える。ロボツト1,作業工具3,作業対象物５などは
第１図のシステムと同様であるが、作業対象物５はコン
ベア91上をコンベア，ステージ91-1に搭載されて移動し
て行くものとする。また、ユニバーサル座標系（ΣＵ）
8aに対して固定された視覚センサ92、及びロボツト１の
手先部に固定された手先視覚センサ93が備えられてい
る。

第10図の各機器に対して、第11図に示す次の座標系を
定義する。視覚センサ92に対して固定された視覚センサ
座標系（ΣＶ）92a、手先視覚センサ93に対して固定さ
れた手先センサ座標系（ΣＳ）93a,コンベア91に固定さ
れたコンベア座標系（ΣＣ）91aがそれであり、ロボツ
ト座標系（ΣＲ）1a、ワーク座標系（ΣＷ）5aなどは第
５図と同様とする。

この例においては、前出の例と異り、周辺機器である
コンベア91,センサ92,93は、ロボツト制御装置６に対す
る入力機器となつている。

しかしながら、このような場合に対しても本発明の本
質は何ら変わすことなく適用可能である。このことを以
下説明する。

まず、ユニバーサル座標系（ΣＵ）8aと、コンベア座
標系（ΣＣ）91aとの変換行列をユニバーサル座標系8aと視覚センサ座標系（ΣＶ）92a
との変換行列を手先座標系（ΣＴ）30aと手先視覚センサ座標系（Σ
Ｓ）93aとの変換行列をとする。

ここで、制御座標系としてはワーク座標系（ΣＷ）5a
が指定されている。即ち制御座標系識別子591はワーク
座標系5aと一致しているものとし、第12図に示すデータ
・フローを用いて説明する。

まず、コンベア91のパレツト（ステージ）91-1上に搭
載された作業実行時の作業対象物５の位置５−２と、作
業教示時の作業対象物の位置５−１とのずれを視覚セン
サ92で検出する。この結果は視覚センサ座標系（ΣＶ）
92aで表わされている。このデータ921を^ＶΔと表わす。
このとき、作業教示時点をｔ＝t_T，作業実行開始時点を
ｔ＝t_Sとして、である。ここに、は視覚センサ座標系92aとワーク座標系との関係であ
る。

が得られる。よつて、を得る。ここで、は教示時におけるコンベア91に対する作業対象物５の関
係を示しており、教示時においてはコンベア座標系（Σ
Ｃ）91aとワーク座標系（ΣＷ）5aが一致しているもの
としてとおいても一般性を失わない。さらに、簡単のため、は時間にかかわらず一定とすれば、（12）式はとなる。即ちは、コンベア座標系（ΣＣ）91aから見た教示時、作業
実行時の作業対象物５の位置ずれを示している。これを
データ921′と示す。即ち、（12），（12）′式の内容
は前記の実施例で述べた位置誤差補正と同様の処理内容
に帰着することが分る。

第12図におけるデータ・フローは、第３図，第４図と
基本部分は共通である。ただし、上記センサ・データを
用いて補間目標点データ520の補正が行われる。まず、
補助変換処理1101により、視覚センサ92から得られるデ
ータ921を変換し、制御座標系における表現データ921′
とする。一方、補間目標点データ520は第３図と同じく
変換演算処理1001により制御座標系に変換され、データ
510′となる。次にデータ921′を用いて補正処理1102に
より補間目標点データ520′を補正し、補正データ520″ を求める。この補正された補間目標点データ520″を、
第３図における補間目標点データ520′と同様に考え、
これと現在時点における制御座標系表現のロボツト１の
位置データ510′とを用いて補間演算処理1002を行い、
補間結果位置データ530′を得る。

第12図においては、更にコンベア91が作業の進行に伴
い移動して行く場合について考慮されている。コンベア
91の動作をユニバーサル座標系（ΣＵ）8aに対する変換
と考えて取扱えば、例えばのように表わすことができる。このをデータ910とする。ここに、（P_CX,P_CY,P_CZ）は、ユニ
バーサル座標系8aに関するコンベア座標系（ΣＣ）91a
の原点位置であり、n,o,aはそれぞれコンベア91の動作
方向にとつた単位ベクトルのユニバーサル座標系8aに対
する方向余弦である。ただし、コンベア座標系91aはユ
ニバーサル座標系8aに対して平行に設定されているもの
として簡略化している。また、l_Cはコンベア91の進行距
離であつて、ｔ＝t_S時点においてl_C＝０とする。コンベ
ア91の進行距離は、例えばコンベア91の移動量を検出す
るロータリエンコーダなどの位置検出器から、あるいは
速度検出器の入力を積算することにより、求めることが
出来る。

なお、本処理は環境演算処理1006に対応する処理と言
える。

これに更に後述する手先視覚センサ93による補正処理
1103を行い、なるデータ530″を得る。手先センサ93による補正を行
い場合には明らかにデータ530″はデータ530′に等し
い。

第12図における演算処理1003は、第３図と全く同様の
処理であつて、（４）式に代えて次の（15）式、を演算する処理である。

ここに、は補正された補間結果位置、姿勢データ530″であつ
て、制御座標系、即ち、いまの場合ワーク座標系で表現
されたデータである。これに対して（15）式を施すこと
によつて、ロボツト座標系での補正結果位置、姿勢デー
タ 530が得られる。以下、処理1004以降は第３図，第４図
の例と同一である。

以上により、視覚センサ92,コンベア91などを取込ん
だ動作制御が可能なことを示したが、更に、これに手先
視覚センサ93のデータを考慮してシーム・トラツキング
などの軌跡制御を付加した場合の処理について述べる。
このとき、手先センサ93から得られるデータ930は手先
センサ座標系（ΣＳ）93aで表わされているから、視覚
センサ92の場合の処理1101と同様の手法を用いることに
よつて変換処理1104により制御座標系表現のデータ93
0′を得、補間結果位置、姿勢データ530″との重畳処理
1103を行い、補正された補間位置、姿勢データ530″を
求める。このデータ530″に対して（15）式に対応する
演算処理1003を行い、以下上記と同様とすれば良いこと
になる。

以上、ロボツト制御装置６に対する入力が種々の座標
系で与えられる場合の例について説明してきた。なお、
この実施例において説明した手法は、演算式の取扱い等
に関して必ずしも一意的なものではなく、種々の変形も
可能なことは言うまでもない。例えば、ここではすべて
の入力データを制御座標系に変換し、ここで補正，重畳
などを行う例を示したが、補正，重畳処理は制御座標系
とは別に、例えばデータの変換演算量が最小となる座標
系を適宜選択して用いるなどの手法も考えられる。

以上、説明の簡便化のために２つの代表的な実施例を
とりあげて説明してきたが、これらの実施例に表われた
機能は、各々独立したものであつて、これらを任意に組
合せたシステムを実施することが可能である。即ち、単
にロボツト１にワーク座標系5aで表わしたデータを用い
て動作を実現する場合から、ロボツト１に走行台車，ポ
ジシヨナ，各種センサ，コンベアなどを全て組合せ、総
合的なシステムを設置誤差も考慮しつつ統一的に協調制
御する場合に至るまで、本発明によれば、識別子を用い
たいわばデータ・ドリブン型の構成とすることによつて
ソフトウエア・プログラムを同一としたままで、入力デ
ータ，出力データなど必要なものに対する識別子と、制
御座標系指定のための識別子を変更するだけで、幅広い
システムに対して統一的な制御を実現することが可能と
なる。

もちろん、システム毎に各座標系間の変換行列の内容
は異つたものであり、その一部は時間の関数として取扱
うことが必要となるが、基本的にはこれらを４行４列の
行列（又は行列積）として一般化して扱つていることに
より、多くの場合識別子と同様のパラメータの変更のみ
により対応が可能である。また、より複雑な対応を必要
とする場合においても、その内容は全て第４図における
環境演算処理1006に集約されており、動作制御の基本ア
ルゴリズムである補間処理に代表される軌道生成処理な
ど、主たるソフトウエアを何ら変更する必要はない。

また、上記では、軌道生成の代表的なものとして、補
間による方法について述べたが、本発明の本質に何ら影
響を及ぼさずに他の方法により軌道生成を行うことも可
能である。

ここで、最後に、本発明の基本部である識別子を用い
た処理の具体例について、これを実現するための簡単な
手法の例を説明し、あわせて本発明に係る制御装置部に
ついて述べる。

第13図は、第４図における処理1001の例を示したもの
である。また、第14図はそのデータ・フローである。

制御座標系指定テーブル590には制御座標系識別子591
がセツトされる。一方、入力データとして、例えば補間
目標点データ520を考え、その表現座標系識別子522に着
目する。

いま、対象とするシステム構成として、第１図の機器
を考え、ここに表われる座標系について、次の第15図の
ように番号付けを行う。なお、ポジシヨナ座標系4aは一
般化して、ペリフエラル座標系という名称に変更してあ
る。

一方、座標変換行列は、次の第16図に示すようなテー
ブル550を用いて第14図の座標系番号に対応した形で表
わされているとする。ここで、次の第17図に示す時制の
概念を導入する。即ち、教示時（ｔ＝t_T）、補間開始時
（ｔ＝t_S）、現在（一般に補間実行時の刻々時点:t＝
t_C）の３者である。テーブル550は第16図に示すよう
に、５種のデータ（各データは16要素から成る）の組３
つから成り、それぞれ教示時行列550-1、動作開始時行
列550-2、現在時行列550-3と呼ぶものとする。

この時制の概念は、処理1001,1003,1102,1103などを
統一的に扱うために導入するものである。例えば処理10
01では、対応する式として（２−２）式を用いるため、
時制としてｔ＝t_Tを、従つて第17図に示すように時制識
別子559（y_Aと記す）を、y_A＝１のように指定する。こ
の時制指定にもとづいて第13図に示すフローのうち、時
制判定処理1001-1により、第16図中の変換行列テーブル
550中の関係する時制に対応するテーブル例えば550-1を
選択する。処理1001-1の具体例としては、上記選択され
るテーブルの先頭番地をZ_Aとし、テーブル550全体の先
頭番地をx_A、変換行列１個あたりのデータ長（番地をバ
イト単位で表わす場合にはバイト数）をb_A、同一時制に
関する変換行列の個数をc_Aとして、 z_A＝x_A＋b_A×c_A×（y_A−１） …（16）のようにして求めるなどの方法が考えられる。

次に初期化処理1001-2において、変換行列ポインタ・
テーブル5500の各要素を“NULL"（ポインタ・データ無
し指定）に、また変換方向フラグ558（S_Aと記す）を０
に初期化する。

ここに、変換行列ポインタ・テーブル5500は、今の場
合処理1001の入力である位置、姿勢データ520を、その
表現座標系から出力である制御座標系で表現されたデー
タ520′に変換するために必要な行列または行列群への
ポインタ（各行列データの先頭番地又は番地群）を格納
するテーブルであり、変換方向フラグ558は、第18図に
示される第１図のシステムの相互関係図において、変換
が時計回り（負方向）が逆時計回り（正方向）のいずれ
の方向に進むかを示したものである。これは変換の方向
によつて、演算にある行列そのものを用いるか、あるい
は逆行列を用いるかが異るためであり、記憶するデータ
量の削減に役立つものであつて、S_A＝０で正方向を、S_A
＝−１で負方向を表わすものとする。

次いで、識別子比較処理1001-3により、入力データ
（今の場合補間目標点520）の表現座標系識別子522（こ
の値をα_Ａとする）と、出力座標系（今の場合制御座標
系）識別子591（この値をβ_Ａとする）との比較を行
う。この比較は第14図に示される各座標系に付した番号
を数値として取扱うことにより行う。即ち上記α_Ａとβ
_Ａとの大小を比較する。

比較の結果、α_Ａ＝β_Ａであれば処理1001-3を終了
し、処理1001-6へ進む。

また、α_Ａ＜β_Ａであれば、テーブル設定処理1001-4
においてテーブル5500の第１番目の要素5500-1に、座標
系番号α_Ａからα_Ａ＋１への変換行列データ550-9の先
頭番地（この値をv_Aとする）をセツトする。

α_Ａ＞β_Ａの場合もほぼ同様であり、処理1001-4にお
いて、テーブル5500の第１要素5500-1に座標系番号α_Ａ
から、α_Ａ−１への変換行列データ550-8の先頭番地
（ポインタ：値v_A）をセツトする。

この両者においては、その処理内容を v_A＝z_A＋b_A×（α_Ａ＋S_A） …（17）と定式化することができる。

この処理1001-4に次いで、更新処理1001-5として、S_A
＝０のときα_Ａ→α_Ａ＋1,S_A＝−１のときα_Ａ→α_Ａ−
１の置換を行うと共にテーブル5500のデータをセツトす
る個所へのポインタ、同テーブルの第２要素，第３要素
等を指すよう順次更新する。この処理は、入力データの
座標系から出力データ座標系までの間の座標系を、一つ
分移動したことに相当している。

処理1001-5を終えると、処理1001-3にもどり、これを
α_Ａ＝β_Ａとなるまで、即ち座標系が出力である制御座
標系と一致するまで繰り返す。

以上により、入力位置，姿勢データ520の表現座標系
から、出力座標系までの変換行列（または行列群）デー
タへのポインタ（またはポインタ列、即ち番地列）がテ
ーブル5500に設定された。また、テーブル5500で必要な
行列ポインタの次のエリアには、処理1001-2で設定され
た“NULL"がセツトされている。

このようにしてテーブル5500が準備できれば、次に変
換演算実行処理1001-6において、このテーブルから順次
ポインタを取出し、それによつて示される変換行列を入
力データ520に適用する。これを順次テーブル5500から
取出したポインタが“NULL"になるまで繰返すことによ
り変換演算が実行され、出力座標系、即ち今の場合制御
座標系で表わされた入力データに対応する位置、姿勢デ
ータ520′が得られる。ただし、変換方向フラグ558
（S_A）が−１である場合には、各変換行列の適用前に、
その逆行列計算を行つた後、これを適用する。

即ち、まとめて表わせば、例えばのような形で計算するわけである。ここに、 A⁰＝A,であり、またA^-1はＡの逆行列を示す。なお、も
ちろん、のように、変換行列群の積を先に求めておく方法も考え
られる。この方法は変換行列の値が作業実行中に変化し
ないような場合に特に有効である。

このような行列演算においては、多くの演算処理量が
必要となる。例えば４行４列の行列どうしの積では乗
算，加算がそれぞれ64回必要である。従つて（18）式で
は192回ずつの加算，乗算が必要であり、従来のマイク
ロプロセツサ及びコプロセツサでは本発明に示される方
法を完全に行うためには能力的に問題がある。近年、デ
イジタル・シグナル・プロセツサ（DSP）と呼ばれる素
子が表われ、特に積和演算を高速に実行する能力を持つ
たものが表われている。上記の行列積は、正しく積和演
算であり、このDSPを用いることにより高速処理が実現
できる。

第２図に示す高速演算器67の一例としては、ここに述
べたようにDSPを用いることが考えられる。この場合、
高速演算器67は第19図に示されるようにDSP部67-1及び
マイクロプロセツサ61との共有メモリ部67-2及び制御ロ
ジツク部67-3から構成される。

これまで述べたきた位置姿勢データ510,520,530,51
0′,520′,530′,530″、または変換行列データ551,55
2,553などは、共有メモリ67-2上に格納される。DSP部67
-1には、共有メモリ67-2部の特定エリアを常時監視し、
ここにデータが書き込まれた際にそのデータを解読して
指定された各演算処理を呼び出すモニタ部、共有メモリ
67-2上のデータを読込んで行列積計算、逆行列計算など
の演算を実行し、その結果を共有メモリ67-2に書込む演
算処理実行部のソフトウエアが格納される。マイクロ・
プロセツサ61とDSP部67-1との同期制御などについて
は、制御ロジツク部67-3により行う。

このような構成の高速演算器67を制御装置６に内蔵す
ることによつて、マイクロプロセツサ61からの指令によ
り上記行列積などの演算を極めて高速に行うことがで
き、本発明の方法をロボツト１の動作中に実時間で実行
することが可能となる。

以上、本発明の実施例について種々説明してきたが、
本発明はこれら実施例だけに限定されることなく、ロボ
ツトを含むあらゆる生産システムに対して適用可能であ
ることは、これまでの説明からも明らかであろう。

また、説明において用いた走行台車、ポジシヨナ、及
びそれらに固定された座標系は概念的なものであり、実
際の具体的な機器にかかわらず本発明の適用が可能であ
る。例えばペリフエラル座標系（ΣＰ）として、ポジシ
ヨナ４を想定することも、あるいはコンベア91を想定す
ることも可能であるし、更には状況に応じて実際の作業
対象物５をペリフエラル座標系（ΣＰ）に割り付けて考
えるなどのことも可能である。即ち、これらの仮想的な
座標系は用途に応じて任意の機器に割当てうるものであ
る。また、上記例では６個の座標系を用いて説明した
が、これも複数個であれば良く、個数が限定されるもの
ではない。

更に、本発明ではデータとして位置。姿勢を考えた場
合を例にとつて説明したが、例えば力・トルク・センサ
等を用いる場合等のように、取扱うデータが位置，姿勢
以外に速度，加速度，力，トルクなどどのような種類の
ものであつても良く、かつその要素数ないし自由度につ
いても任意に選定できるものであることも言をまたな
い。

なお、実施例においては変換処理の入力となるデータ
の表現座標系、出力となるデータの表現座標系（又は制
御座標系、以下同様）の両者を識別子を用いてエクスプ
リシツトに指示する場合を示したが、より簡略化された
ものとして、これらの少なくとも一方の表現座標系を固
定とすることによつて識別子数を削減することも可能で
ある。なお、従来方式は変換処理を要する場合に対して
も、その入力，出力の表現座標系を固定して取扱う方法
であると考えることができる。即ち、表現座標系に対す
る識別子の概念の導入により、上記実施例に示したごと
く制御装置としての汎用性，拡張性が大幅に増すこと
が、本発明の基本的内容であり、この概念を導入してい
ない従来方式では、プログラムを変更しない限り、その
拡張はできないことが、この点からも明らかである。ま
た、ここでは一種のデータに関する表現座標系は共通で
あるものとしたが、データの各要素毎、あるいは位置と
姿勢というように表現座標系を複数個持たせる、などの
方法も可能である。この場合には少なくとも一つの座標
系は例えばロボツトの関節角などを要素とするものであ
つても良い。

以上述べたように、本発明に係る上述の実施例によれ
ば、位置，姿勢などの物理量データに対して、その表現
座標系を識別子として持たせると共に、当該データを変
換すべき対象となる座標系についても識別子を持たせ、
従つて各種データ処理に対してその入力，出力に関する
座標系識別子を付帯させることによつて、ロボツト及び
ロボツトの周辺機器間の相互同期、協調制御を、ロボツ
ト制御装置内のソフトウエア・プログラムを変更するこ
となく容易に実現できるため、複雑な制御機能等を容易
に可能とするとともに、ロボツトを含む生産システムを
統一的制御及びシステムのフレキシビリテイ向上、部分
的、時限的機能変更などを極めて簡単に実現しうる効果
を持つ。また、これに伴い、制御装置に内蔵するソフト
ウエアの保守性向上、ソフトウエア容量削減，改造，追
加工数の低減などのほか、制御装置の適用性，拡張性の
向上などについても大きな効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御手段側で、物理情報に付された
識別情報に基づいて、物理情報が表現された座標系から
物理情報を変換する変換先の座標系への変換演算に必要
な変換情報が生成されるので、構成を変えたり、機能を
拡張、追加した場合においても、ソフトウェア・プログ
ラムの構造を変えることなく容易に対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の対象となるシステム構成
図、第２図は第１図の制御装置の概略構成図、第３図は
第１図の実施例における動作制御時のデータ・フロー
図、第４図は第３図を処理フローの形で表わした図、第
５図は第１図のシステムにおいて設定した座標系を示す
説明図、第６図は入力データとしての補間始点を例とし
た位置、姿勢データ・テーブル構成図、第７図は本発明
の一実施例の対象となる要素として考えられる３自由度
を有するポジシヨナの例を示す図、第８図はロボツトと
ポジシヨナとの協調動作を示す説明図、第９図は作業対
象物の設置誤差に関する説明図、第10図は本発明の別の
実施例の対象となるシステム構成図、第11図は第10図の
システムにおいて設定した座標系の説明図、第12図は第
10図の実施例における制御時のデータ・フロー図、第13
図は第４図の処理ブロツク1001の詳細処理フロー図、第
14図は第13図のデータ・フロー図、第15図は座標系とそ
の識別番号の対応例、第16図は座標系間の変換行列テー
ブルの構成図、第17図は時制とその識別子番号との対応
例、第18図は第１図及び第５図のシステムにおける座標
系相関図、第19図は制御装置内の高速演算器構成例を示
す図、である。１……ロボツト、1a……ロボツト座標系、２……走行台
車、30……手先作業点、３……手先作業工具、3a……手
先座標系、４……ポジシヨナ、4a……ペリフエラル座標
系、40……ステージ、40a……ステージ座標系、５……
作業対象物、5a……ワーク座標系、６……制御装置、8a
……ユニバーサル座標系、91……コンベア、91a……コ
ンベア座標系、92……視覚センサ、92a……視覚センサ
座標系、93……手先センサ、93a……手先センサ座標
系、61……マイクロプロセツサ、67……高速演算器、59
0……制御座標系データテーブル、591……制御座標系識
別子、595……最終出力座標系データ、551,552,553……
座標系間変換行列、512,522……表現座標系識別子、100
1,1003……変換演算処理、1001-3,1001-4……テーブル
設定処理、1001-6……変換演算実行処理。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者猿楽信一千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開昭64−8408（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−62003（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−184804（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−108314（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4093

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの動作に係わる物理情報が表現さ
れている座標系から他の座標系に前記物理情報を変換す
ることによって、前記ロボットの制御情報を生成して動
作制御を行う制御手段を備えた工業用ロボットの制御方
法において、前記物理情報にこの物理情報が何れの座標
系に関して表されたものかを識別する識別情報を付し、
前記識別情報によって識別される座標系と前記物理情報
を変換する変換先の座標系との間の変換演算に必要な変
換情報を、前記制御手段側で生成して変換演算を行うこ
とを特徴とする工業用ロボットの制御方法。
【請求項２】ロボットの動作に係わる物理情報が表現さ
れている座標系から他の座標系に前記物理情報を変換す
ることによって、前記ロボットの制御情報を生成して動
作制御を行う制御手段を備えた工業用ロボットの制御方
法において、前記物理情報に変換先の座標系を指示する
識別情報を付し、前記物理情報が表現されている座標系
と前記識別情報によって識別される座標系との間の変換
演算に必要な変換情報を、前記制御手段側で生成して変
換演算を行うことを特徴とする工業用ロボットの制御方
法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の工業用ロボットの
制御方法において、前記変換情報は変換行列であり、予
め記憶された変換行列を少なくとも一つ用いて生成され
ることを特徴とする工業用ロボットの制御方法。
【請求項４】ロボットの動作に係わる物理情報をこの物
理情報が表現されている座標系から他の座標系に変換す
ることによって、前記ロボットの動作制御を行う工業用
ロボットの制御装置において、前記物理情報に付された
識別情報に基づいて前記物理情報が何れの座標系に関し
て表されたものかを識別する手段と、前記識別情報によ
って識別される座標系と前記物理情報を変換する変換先
の座標系との間の変換演算に必要な変換情報を生成して
変換演算を行う手段とを備えたことを特徴とする工業ロ
ボットの制御装置。
【請求項５】ロボットの動作に係わる物理情報をこの物
理情報が表現されている座標系から他の座標系に変換す
ることによって、前記ロボットの動作制御を行う工業用
ロボットの制御装置において、前記物理情報に付された
識別情報から前記物理情報を変換する変換先の座標系を
識別する手段と、前記物理情報が表現されている座標系
と前記識別情報によって識別される座標系との間の変換
演算に必要な変換情報を生成して変換演算を行う手段と
を備えたことを特徴とする工業用ロボットの制御方法。
【請求項６】請求項４又は５に記載の工業用ロボットの
制御装置において、前記変換情報は変換行列であり、予
め記憶された変換行列を少なくとも一つ用いて生成され
ることを特徴とする工業用ロボットの制御装置。