JP2791302B2 - 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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- JP2791302B2 JP2791302B2 JP31507795A JP31507795A JP2791302B2 JP 2791302 B2 JP2791302 B2 JP 2791302B2 JP 31507795 A JP31507795 A JP 31507795A JP 31507795 A JP31507795 A JP 31507795A JP 2791302 B2 JP2791302 B2 JP 2791302B2
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- robot
- final
- coordinate system
- actuator
- hand
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複数種のハンド、ツー
ル、検出器等の最終作用器のうち任意の最終作用器が取
付可能であってその最終作用器が所望の軌道を描くよう
にしたロボットの制御方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ロボットはその動作が自由に変化できる
点が１つの存在理由となっている。しかしロボットは、
システム的に固有の動作機能をもっておりそれらの組み
合わせにより全体の動作を変化させているのが一般的で
あった。これでは前記固有な動作機能がロボット使用者
にとって不都合な場合、その固有な動作をなさしめるシ
ステム自体を改変する必要があり、実際には不可能であ
ることが殆んどであった。このことは、ロボットに別の
作業、役割をさせる場合についても同様であり、従来の
ロボットは動作上の応用性、拡張性に極めて劣るもので
あった。 【０００３】また、従来、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴ
ＩＯＮＳ ＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＡＮ， ＡＮＤ
ＣＹＢＥＲＮＥＴＩＣＳ， ＶＯＬ．ＳＭＣ−１１，Ｎ
ｏ．４，ＡＰＲＩＬ １９８１ （アイイイー トラン
ザクションズ オン システムズ マン アンド サイ
バネチックス ボリュウム エムエムシ−１１ ナンバ
ーヨン エイプリール １９８１）（ｐｐ．２７４〜２
８９）に記載があるように、ロボットの最終作用器取付
け部位の座標系と最終作用器の座標系に分けてティーチ
ングならびに動作のプログラミングをし、ロボットの動
作経路のポイント−ポイントを上記座標系間の変換を用
いてより簡便にティーチングやプログラミングをできる
ようにしたロボットの制御方法である。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ロ
ボットのプレーバック時並びにティーチング時にポイン
ト−ポイントの間の経路補間時に最終作用器の座標系と
最終作用器取付け部位の座標系との間の座標変換を行っ
ていないため、経路補間中の軌道が所望の軌道を通ら
ず、障害物に当たるなどの問題が生じる。 【０００５】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、選択された最終作用器の種類、機能およびロ
ボットへの取付部位に応じて適宜最終作用器座標系が選
択され、最終作用器が所望の軌道を描くようにして動作
機能の応用性、拡張性をもたせたロボットの制御方法を
提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、複数種の最終作用器のうち任意の最終作
用器が取付可能で、最終作用器取付部位又は手先の位
置、姿勢に対してロボットの各アクチュエータの回転角
に変換し移動させる機能を有するロボットの制御方法に
おいて、前記最終作用器が取り付けられるロボットの最
終作用器取付部位又は手先に対して位置および姿勢を異
にする最終作用器座標系を各々の最終作用器について定
義し、その定義された各々の最終作用器座標系とロボッ
トの最終作用器取付部位又は手先の座標系とを相互に一
次的に関係づける位置および姿勢変換を有する座標系変
換マトリクスを備え、前記ロボットの最終作用器取付部
位又は手先とロボットのアクチュエータの回転角を関係
づけている座標変換演算に前記座標系変換マトリクスの
演算を加えることにより、選択された各々の最終作用器
座標系に基づいて与える位置、姿勢の動作命令に対し、
ロボットを動作可能にしたことを特徴とする。 【０００７】 【実施例】以下、前記座標系変換マトリックスについて
説明する。 【０００８】ロボットの基本動作にはロボット各軸のア
クチュエータ単位の移動誤差があるが、ここではその説
明を省略し、高機能ロボットの特徴である手元の直線移
動と姿勢移動動作の補間に関して説明する。すなわち、
高機能ロボットには、これらの位置の移動補間と姿勢の
移動動作の補間が有り、それらの動作機能が基本的に要
求され、従来から何らかの方法でそれを実現している。 【０００９】ここでは図１に示すように６軸の自由度を
有するロボットの旋回軸にＺ軸をとった直交座標系をロ
ボットのシステム上の基本静止座標系１とする。Ｘ
（ｉ）軸、Ｙ（ｊ）軸、Ｚ（ｋ）軸はここでの主方向で
あり、単位ベクトルの成分で表わすと、 Ｘ軸（１００） Ｙ軸（０１０） Ｚ軸（００１） である。ここで、図１に示すようにロボットの手先１０
に同じ様な直交座標系を定義し、これを手先座標系２と
称する。この手先座標系２は前記静止座標系１にと成分表示できる。なお、ロボットの姿勢（位置）を角
度で表わすか単位ベクトルの方向余弦を成分としたマト
リックスで表わすかはロボットのシステムにより任意に
決めて差し支えないが、ここでは方向余弦を成分とした
マトリックスで表わす。 【００１０】ここで、位置と方向を合わせて記号化して
マトリックス〔Ｌ〕を と定義すると、ロボットの位置教示はこのマトリックス
〔Ｌ〕を求めることに他ならない。すなわち、ロボット
の動作は、このデータであるマトリックス〔Ｌ〕の成分
を他のマトリックス〔Ｌ〕の成分とで補間し、時間的に
連続に動かして他のマトリックス〔Ｌ〕の位置に移動さ
せることであり、ロボットの動作機能は、究極的に前記
補間とどのマトリックス〔Ｌ〕の成分を選択的に変化さ
せるかで決 により他の成分を変化させればよい。 【００１１】 によればよい。これは他の成分の変化であっても同様で
ある。 【００１２】なお、図１において、４〜９はロボットの
関節、θ1〜θ6はそれら関節４〜９の回転角度を示す。 【００１３】次に、図２に基づいて本発明方法の具体例
について説明する。図２はロボットの手先座標系と最終
作用器座標系の関数を示す図で、図中３は最終作用器座
標系、１１はハンド、ツール、検出器等の最終作用器で
ある。その他は図１と同様であるが、手先１０は、ここ
では最終作用器１１の取付部位となっている。この図２
において、最終作用器１１の位置成分マトリックス
〔Ｑ〕を前述マトリックス〔Ｌ〕と同様にしてと定義すると、このマトリクス〔Ｑ〕の成分は次式 で表わされる。そしてこの（４）式中のλθ1〜λθ3、
λａ1〜λａ3、λｂ1〜λｂ3およびλｃ1〜λｃ3の各定
数を適宜定めることにより手先座標系２とは別の所望の
最終作用器座標系３を定義したことになる。また、
（４）式を整理し、 〕からマトリクス〔Ｌ〕を求めることもできる。 【００１４】さて、一般に、ロボットの動作機能は手先
座標系２について固有のシステムによって固定化されて
おり、その変更は容易でない。しかし、前記マトリクス
〔Ｌ〕とマトリクス〔Ｑ〕は同一性質機能を持つもので
あり、ロボットが持っているマトリクス〔Ｌ〕を操作す
る動作機能をそのままマトリクス〔Ｑ〕に適用しても何
ら不都合は生じない。すなわち、図３に示すロボットの
動作機能を実現するフローチャートにおいて、ステップ
１０３「（４）式の逆行列の実行」を追加するだけで任
意かつ簡単にロボットの動作機能を最終作用器１１から
その取付部の座標に変更することが可能となる。（４）
式を無効にし、ロボットの動作機能を手先１０側に戻す
には（４）式中の定数を、 λθ1〜λθ3＝φ λａ1＝λｂ2＝λｃ3＝１ λａ2，λａ3＝λｂ1，λｂ3＝λｃ1，λｃ2＝φ と定めればよい。 【００１５】従って、ロボットの制御装置にステップ１
０３を実行するブロックを追加すれば、ロボットの動作
機能を任意に変化させることが可能となり応用性、拡張
性のあるロボットが達成できる。 【００１６】ここで、一応用例として、ロボットの手先
１０を円弧運動させる方法について図２に基づき説明し
ておく。すなわち、ロボットの手先１０を点１２を中心
に円弧を描かせるには単に点１２を前記（４）式中の定
数によってマトリクス〔Ｑ〕 すればよく、他に特別な計算をすることなく簡単に行な
わせることが可能である。 【００１７】なお、図３において、１００〜１０４は、
各々図中に記載の動作を実行するステップを指す。 【００１８】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最終
作用器が取り付けられるロボットの部位に対し、選択さ
れた最終作用器の種類、機能に応じて決定される最終作
用器座標系を定義し、その定義された各最終作用器座標
系とロボットの最終作用器取付部位とを相互に関係づけ
る座標系変換マトリクスを備え、このマトリクスに基づ
いてロボットの運動を支持することにより、プレーバッ
ク時および動作教示時にロボットの最終作用器に対し
て、適した運動を精度良く、容易に提供できる。
ル、検出器等の最終作用器のうち任意の最終作用器が取
付可能であってその最終作用器が所望の軌道を描くよう
にしたロボットの制御方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ロボットはその動作が自由に変化できる
点が１つの存在理由となっている。しかしロボットは、
システム的に固有の動作機能をもっておりそれらの組み
合わせにより全体の動作を変化させているのが一般的で
あった。これでは前記固有な動作機能がロボット使用者
にとって不都合な場合、その固有な動作をなさしめるシ
ステム自体を改変する必要があり、実際には不可能であ
ることが殆んどであった。このことは、ロボットに別の
作業、役割をさせる場合についても同様であり、従来の
ロボットは動作上の応用性、拡張性に極めて劣るもので
あった。 【０００３】また、従来、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴ
ＩＯＮＳ ＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＡＮ， ＡＮＤ
ＣＹＢＥＲＮＥＴＩＣＳ， ＶＯＬ．ＳＭＣ−１１，Ｎ
ｏ．４，ＡＰＲＩＬ １９８１ （アイイイー トラン
ザクションズ オン システムズ マン アンド サイ
バネチックス ボリュウム エムエムシ−１１ ナンバ
ーヨン エイプリール １９８１）（ｐｐ．２７４〜２
８９）に記載があるように、ロボットの最終作用器取付
け部位の座標系と最終作用器の座標系に分けてティーチ
ングならびに動作のプログラミングをし、ロボットの動
作経路のポイント−ポイントを上記座標系間の変換を用
いてより簡便にティーチングやプログラミングをできる
ようにしたロボットの制御方法である。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ロ
ボットのプレーバック時並びにティーチング時にポイン
ト−ポイントの間の経路補間時に最終作用器の座標系と
最終作用器取付け部位の座標系との間の座標変換を行っ
ていないため、経路補間中の軌道が所望の軌道を通ら
ず、障害物に当たるなどの問題が生じる。 【０００５】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、選択された最終作用器の種類、機能およびロ
ボットへの取付部位に応じて適宜最終作用器座標系が選
択され、最終作用器が所望の軌道を描くようにして動作
機能の応用性、拡張性をもたせたロボットの制御方法を
提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、複数種の最終作用器のうち任意の最終作
用器が取付可能で、最終作用器取付部位又は手先の位
置、姿勢に対してロボットの各アクチュエータの回転角
に変換し移動させる機能を有するロボットの制御方法に
おいて、前記最終作用器が取り付けられるロボットの最
終作用器取付部位又は手先に対して位置および姿勢を異
にする最終作用器座標系を各々の最終作用器について定
義し、その定義された各々の最終作用器座標系とロボッ
トの最終作用器取付部位又は手先の座標系とを相互に一
次的に関係づける位置および姿勢変換を有する座標系変
換マトリクスを備え、前記ロボットの最終作用器取付部
位又は手先とロボットのアクチュエータの回転角を関係
づけている座標変換演算に前記座標系変換マトリクスの
演算を加えることにより、選択された各々の最終作用器
座標系に基づいて与える位置、姿勢の動作命令に対し、
ロボットを動作可能にしたことを特徴とする。 【０００７】 【実施例】以下、前記座標系変換マトリックスについて
説明する。 【０００８】ロボットの基本動作にはロボット各軸のア
クチュエータ単位の移動誤差があるが、ここではその説
明を省略し、高機能ロボットの特徴である手元の直線移
動と姿勢移動動作の補間に関して説明する。すなわち、
高機能ロボットには、これらの位置の移動補間と姿勢の
移動動作の補間が有り、それらの動作機能が基本的に要
求され、従来から何らかの方法でそれを実現している。 【０００９】ここでは図１に示すように６軸の自由度を
有するロボットの旋回軸にＺ軸をとった直交座標系をロ
ボットのシステム上の基本静止座標系１とする。Ｘ
（ｉ）軸、Ｙ（ｊ）軸、Ｚ（ｋ）軸はここでの主方向で
あり、単位ベクトルの成分で表わすと、 Ｘ軸（１００） Ｙ軸（０１０） Ｚ軸（００１） である。ここで、図１に示すようにロボットの手先１０
に同じ様な直交座標系を定義し、これを手先座標系２と
称する。この手先座標系２は前記静止座標系１にと成分表示できる。なお、ロボットの姿勢（位置）を角
度で表わすか単位ベクトルの方向余弦を成分としたマト
リックスで表わすかはロボットのシステムにより任意に
決めて差し支えないが、ここでは方向余弦を成分とした
マトリックスで表わす。 【００１０】ここで、位置と方向を合わせて記号化して
マトリックス〔Ｌ〕を と定義すると、ロボットの位置教示はこのマトリックス
〔Ｌ〕を求めることに他ならない。すなわち、ロボット
の動作は、このデータであるマトリックス〔Ｌ〕の成分
を他のマトリックス〔Ｌ〕の成分とで補間し、時間的に
連続に動かして他のマトリックス〔Ｌ〕の位置に移動さ
せることであり、ロボットの動作機能は、究極的に前記
補間とどのマトリックス〔Ｌ〕の成分を選択的に変化さ
せるかで決 により他の成分を変化させればよい。 【００１１】 によればよい。これは他の成分の変化であっても同様で
ある。 【００１２】なお、図１において、４〜９はロボットの
関節、θ1〜θ6はそれら関節４〜９の回転角度を示す。 【００１３】次に、図２に基づいて本発明方法の具体例
について説明する。図２はロボットの手先座標系と最終
作用器座標系の関数を示す図で、図中３は最終作用器座
標系、１１はハンド、ツール、検出器等の最終作用器で
ある。その他は図１と同様であるが、手先１０は、ここ
では最終作用器１１の取付部位となっている。この図２
において、最終作用器１１の位置成分マトリックス
〔Ｑ〕を前述マトリックス〔Ｌ〕と同様にしてと定義すると、このマトリクス〔Ｑ〕の成分は次式 で表わされる。そしてこの（４）式中のλθ1〜λθ3、
λａ1〜λａ3、λｂ1〜λｂ3およびλｃ1〜λｃ3の各定
数を適宜定めることにより手先座標系２とは別の所望の
最終作用器座標系３を定義したことになる。また、
（４）式を整理し、 〕からマトリクス〔Ｌ〕を求めることもできる。 【００１４】さて、一般に、ロボットの動作機能は手先
座標系２について固有のシステムによって固定化されて
おり、その変更は容易でない。しかし、前記マトリクス
〔Ｌ〕とマトリクス〔Ｑ〕は同一性質機能を持つもので
あり、ロボットが持っているマトリクス〔Ｌ〕を操作す
る動作機能をそのままマトリクス〔Ｑ〕に適用しても何
ら不都合は生じない。すなわち、図３に示すロボットの
動作機能を実現するフローチャートにおいて、ステップ
１０３「（４）式の逆行列の実行」を追加するだけで任
意かつ簡単にロボットの動作機能を最終作用器１１から
その取付部の座標に変更することが可能となる。（４）
式を無効にし、ロボットの動作機能を手先１０側に戻す
には（４）式中の定数を、 λθ1〜λθ3＝φ λａ1＝λｂ2＝λｃ3＝１ λａ2，λａ3＝λｂ1，λｂ3＝λｃ1，λｃ2＝φ と定めればよい。 【００１５】従って、ロボットの制御装置にステップ１
０３を実行するブロックを追加すれば、ロボットの動作
機能を任意に変化させることが可能となり応用性、拡張
性のあるロボットが達成できる。 【００１６】ここで、一応用例として、ロボットの手先
１０を円弧運動させる方法について図２に基づき説明し
ておく。すなわち、ロボットの手先１０を点１２を中心
に円弧を描かせるには単に点１２を前記（４）式中の定
数によってマトリクス〔Ｑ〕 すればよく、他に特別な計算をすることなく簡単に行な
わせることが可能である。 【００１７】なお、図３において、１００〜１０４は、
各々図中に記載の動作を実行するステップを指す。 【００１８】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最終
作用器が取り付けられるロボットの部位に対し、選択さ
れた最終作用器の種類、機能に応じて決定される最終作
用器座標系を定義し、その定義された各最終作用器座標
系とロボットの最終作用器取付部位とを相互に関係づけ
る座標系変換マトリクスを備え、このマトリクスに基づ
いてロボットの運動を支持することにより、プレーバッ
ク時および動作教示時にロボットの最終作用器に対し
て、適した運動を精度良く、容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットの基本静止座標系と手先座標系の関係
を示す図である。 【図２】本発明に係るロボットの制御方法を説明するた
めの図であり、ロボットの手先座標系と最終作用器座標
系の関係を示す図である。 【図３】本発明に係るロボットの制御方法を適したロボ
ットの動作を示すフローチャートである。 【符号の説明】 １…基本静止座標系、２…手先座標系、３…最終作用器
座標系、４、５、６、７、８、９…関節、１０…手先、
１１…最終作用器
を示す図である。 【図２】本発明に係るロボットの制御方法を説明するた
めの図であり、ロボットの手先座標系と最終作用器座標
系の関係を示す図である。 【図３】本発明に係るロボットの制御方法を適したロボ
ットの動作を示すフローチャートである。 【符号の説明】 １…基本静止座標系、２…手先座標系、３…最終作用器
座標系、４、５、６、７、８、９…関節、１０…手先、
１１…最終作用器
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭57−55414（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−133860（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−69314（ＪＰ，Ａ)
「自動化技術」 第11巻 第８号
（昭和54年８月１日 工業調査会発行)
第134〜139頁
「機械の研究」 第25巻 第７号
（昭和48年７月１日発行，養賢堂発行)
第76〜80頁
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．複数種の最終作用器のうち任意の最終作用器が取付
可能で、最終作用器取付部位又は手先の位置、姿勢に対
してロボットの各アクチュエータの回転角に変換し移動
させる機能を有するロボットの制御方法において、 前記最終作用器が取り付けられるロボットの最終作用器
取付部位又は手先に対して位置および姿勢を異にする最
終作用器座標系を各々の最終作用器について定義し、 その定義された各々の最終作用器座標系とロボットの最
終作用器取付部位又は手先の座標系とを相互に一次的に
関係づける位置および姿勢変換を有する座標系変換マト
リクスを備え、前記ロボットの最終作用器取付部位又は手先とロボット
のアクチュエータの回転角を関係づけている座標変換演
算に前記座標系変換マトリクスの演算を加えることによ
り、選択された各々の最終作用器座標系に基づいて与え
る位置、姿勢の動作命令に対し、ロボットを動作可能に
した 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 |
|---|---|---|---|
| JP31507795A JP2791302B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | ロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31507795A JP2791302B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | ロボットの制御方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188579A Division JP2680210B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | ロボットの制御方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23361097A Division JPH1097315A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | ロボットの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08227308A JPH08227308A (ja) | 1996-09-03 |
| JP2791302B2 true JP2791302B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=18061145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31507795A Expired - Lifetime JP2791302B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791302B2 (ja) |
-
1995
- 1995-12-04 JP JP31507795A patent/JP2791302B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 「機械の研究」 第２５巻 第７号 （昭和４８年７月１日発行，養賢堂発行） 第７６〜８０頁 |
| 「自動化技術」 第１１巻 第８号 （昭和５４年８月１日 工業調査会発行） 第１３４〜１３９頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08227308A (ja) | 1996-09-03 |
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