JP2923713B2 - Drive control method for cylindrical coordinate robot - Google Patents

Drive control method for cylindrical coordinate robot

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JP2923713B2
JP2923713B2 JP9886092A JP9886092A JP2923713B2 JP 2923713 B2 JP2923713 B2 JP 2923713B2 JP 9886092 A JP9886092 A JP 9886092A JP 9886092 A JP9886092 A JP 9886092A JP 2923713 B2 JP2923713 B2 JP 2923713B2
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robot
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潤子 桃崎
重貴 越智
俊英 黒田
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増雄 笠井
清 武内
龍平 美藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ロボット設置面に略
垂直に設置された第1アームと、第1アームに結合して
ロボット設置面に略平行な平面内に並進自由度を有する
とともに、第1アームに対して定まる所定の平面内に直
接的又は間接的に旋回自由度を有する第2アームと、第
2アームの先端部に略直角に結合して第2アームの軸方
向まわりの回転自由度とそれ自身の軸まわりの回転自由
度とを有する第3アームと、第3アームの先端部に略直
角に結合したエンドエフェクタとを有する円筒座標ロボ
ットの駆動制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a robot
The first arm installed vertically and the first arm
Has translational freedom in a plane approximately parallel to the robot installation surface
At the same time, within a predetermined plane defined for the first arm.
A second arm having a degree of freedom of rotation directly or indirectly;
Connected to the tip of the two arms at a substantially right angle to the axis of the second arm
Rotational freedom around direction and freedom around its own axis
A third arm having a degree and a substantially
The present invention relates to a drive control method for a cylindrical coordinate robot having an end effector coupled to a corner .

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットに所望の動作を行わせる
方法として、ロボットのエンドエフェクタの先端がたど
るべき経路上の点を順次ティーチングし、これらのティ
ーチング点を滑らかに結ぶ曲線又は直線で補間する方法
が広く知られている(ティーチングプレイバック)。従
って、この方法を用いてロボットの駆動を制御するに
は、ロボットのエンドエフェクタの先端の位置と姿勢を
表現するXYZ絶対座標系(X系)からロボットの関節
変位(並進自由度と回転自由度を含む。)を表現する関
節座標系(α系)への座標変換が、即ち逆変換が必要と
なる。しかも、この逆変換をロボットの動作に同期して
実時間で行う必要性があるため、効率の良い逆変換の方
法が求められる。
2. Description of the Related Art As a method of causing an industrial robot to perform a desired operation, points on a path to be followed by a tip of an end effector of the robot are sequentially taught, and a curve or a straight line connecting these teaching points smoothly is interpolated. The method is widely known (teaching playback). Therefore, in order to control the driving of the robot by using this method, the joint displacement (the degree of freedom of translation and the degree of freedom of rotation) of the robot from the XYZ absolute coordinate system (X system) expressing the position and orientation of the tip of the end effector of the robot is considered. Is included). Coordinate transformation to the joint coordinate system (α system) expressing the above, that is, inverse transformation is required. In addition, since it is necessary to perform this inverse conversion in real time in synchronization with the operation of the robot, an efficient inverse conversion method is required.

【0003】一般にロボットの座標変換には、α系から
x系への順変換と、前述の逆変換がある。前者は、ロボ
ットの軸構成がどのうようなものであっても解析的に厳
密解を求めることができることが知られている。同様
に、後者に関しても解析的に厳密解を求める方法が試み
られており、例えばR.C.Paul,"Robot Manipulators;Mat
hematics, Programming and Control" MIT Press (198
1) にその具体例が示されている。即ち、順変換の変換
式から代数学的に逆変換の変換式を求めるわけである。
In general, robot coordinate conversion includes a forward conversion from an α-system to an x-system and the above-described inverse conversion. It is known that the former can analytically obtain an exact solution regardless of the axis configuration of the robot. Similarly, for the latter, a method of analytically obtaining an exact solution has been attempted. For example, RCPaul, "Robot Manipulators; Mat
hematics, Programming and Control "MIT Press (198
1) shows a specific example. That is, the conversion formula of the inverse conversion is obtained algebraically from the conversion formula of the forward conversion.

【0004】しかし、ロボットの軸構成いかんによって
は厳密な解析解の求まる場合と求まらない場合があり、
一般的には、全てのワーク上の位置において様々な姿勢
にエンドエフェクタを保持しつつロボットの動作機能を
向上させる観点からロボットの軸構成が複雑化している
ために、解析的に厳密解を求めることができない場合が
大部分である。そのため、数値解析による手法たとえば
収束演算法を用いて逆変換の解を近似的に求めることが
行われている。
However, depending on the axis configuration of the robot, an exact analytical solution may or may not be obtained.
Generally , various postures at all positions on the workpiece
The robot's motion function while holding the end effector
The axis configuration of the robot is complicated from the viewpoint of improvement
For, if it is not possible to obtain the analytically exact solution is predominantly. Therefore, a solution of the inverse transformation is approximately obtained by using a method based on numerical analysis, for example, a convergence operation method.

【0005】また、逆変換の解を近似的に求める別の試
みも行われている。例えば、特開昭64−8407号公
報に示された方法がある。この方法では、ロボットのエ
ンドエフェクタの先端の位置及び姿勢を示すパラメータ
群を、ロボットの作業内容から判断して正確に制御する
ことを必要とする第1のパラメータ群と必要としない第
2のパラメータ群に分類し、第1のパラメータ群に影響
を与えないロボットの関節変位の中から少なくとも一つ
の変位について、次式に示す用にヤコビ行列(ヤコビア
ン)を用いてその近似解を求める。即ち、ロボットのエ
ンドエフェクタ先端の現在の位置と姿勢及び次の移動す
べき位置とその位置での姿勢を表わすベクトルをそれぞ
れベクトルX0 及びベクトルX1 とし、ベクトルX0
びベクトルX1 に対応するロボットの関節変位を示すベ
クトルをそれぞれベクトルθ0 及びベクトルθ1 、ヤコ
ビアンをJ(ベクトルθ)として表わすとすれば、上述
の近似解ベクトルθ1 は、
Another attempt has been made to approximately find the solution of the inverse transformation. For example, there is a method disclosed in JP-A-64-8407. In this method, a parameter group indicating the position and orientation of the tip of the end effector of the robot is determined from the work content of the robot, and a first parameter group that needs to be accurately controlled and a second parameter group that does not need to be controlled. The robot is classified into groups, and at least one of the joint displacements of the robot that does not affect the first parameter group is approximated using a Jacobian matrix (Jacobian) as shown in the following equation. That is, the current position and orientation and next to be moved position of the end effector tip of the robot and the respective vectors X 0 and vector X 1 vector representing the orientation at that location, corresponding to the vector X 0 and the vector X 1 If the vectors indicating the joint displacements of the robot are represented by vectors θ 0 and θ 1 , and the Jacobian is represented by J (vector θ), the above-described approximate solution vector θ 1 is given by

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】として求められる。そして、この様にして
求めた関節変位の一部の近似解ベクトルθ1 を用いて、
前記第1のパラメータの値を満たすように残りの関節変
位の解を求めるものである。この場合、逆変換の変換式
から近似解として求めた関節変位を除外することにより
その分の数だけ逆変換の変換式の未知数を減少させるこ
とができ、多くの場合残りの関節変位について解析的に
解を求めることができるようになる。
Is required. Then, using an approximate solution vector theta 1 of a portion of the joint displacement obtained in this way,
The solution of the remaining joint displacement is determined so as to satisfy the value of the first parameter. In this case, by excluding the joint displacement obtained as an approximate solution from the inverse transformation equation, the unknown number of the inverse transformation equation can be reduced by that amount, and in many cases, the remaining joint displacement is analyzed analytically. To find the solution.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記第1の方法、即ち
収束演算法による数値解析解を求める方法は、位置誤
差,姿勢誤差の小さい精度の高い解を求め得る利点を有
するが、かなり長い処理時間を必要とするため、実時間
でのロボットの駆動・制御には、適していないという問
題点がある。又、ロボットの軸構成によっては、解が収
束しない範囲が存在するという問題点もある。実際、
1や図23において後述するような構成からなる円筒座
標ロボットについて収束演算法により解を求めようとし
ても、収束しない範囲がある。
The first method, that is, a method for obtaining a numerical analysis solution by a convergence operation method has an advantage that a highly accurate solution with a small position error and attitude error can be obtained. Since it requires time, there is a problem that it is not suitable for driving and controlling a robot in real time. There is also a problem that a solution does not converge depending on the axis configuration of the robot. In fact, the figure
In the cylindrical coordinate robot having the configuration described later with reference to FIG.

【0009】又、第2の方法、即ち、ヤコビアンを用い
て関節変位のうち一部の変位の解のみ別個に近似解を求
める方法では、残りの関節変位については、逆変換の変
換式の近似解を容易に求めることができる利点を有す
る。しかしながら、近似解を求めるにはエンドエフェク
タが移動するごとにヤコビアンの逆行列を求める必要が
あるので、計算プロセスが複雑となり必ずしも簡便な計
算方法とは言い難い。又、ロボットのエンドエフェクタ
先端の位置,姿勢共に誤差を持つという問題点がある。
In the second method, that is, a method of separately obtaining an approximate solution of only a part of the joint displacements using the Jacobian, the remaining joint displacements are approximated by an inverse transformation equation. This has the advantage that the solution can be easily obtained. However, in order to obtain an approximate solution, it is necessary to obtain an inverse matrix of Jacobian every time the end effector moves, so that the calculation process becomes complicated and it is not always a simple calculation method. Further, there is a problem that both the position and the attitude of the end effector tip of the robot have errors.

【0010】尚、以上の様な問題点は複雑な軸構成を有
する産業用ロボット全般における共通の問題点であると
も言えるが特にこの発明が対象とする複雑な軸構成の
円筒座標ロボット、即ち、ロボット設置面に略垂直に設
置された第1アームと、第1アームに結合してロボット
設置面に略平行な平面内に並進自由度を有するととも
に、第1アームに対して定まる所定の平面内に直接的又
は間接的に旋回自由度を有する第2アームと、第2アー
ムの先端部に略直角に結合して第2アームの軸方向まわ
りの回転自由度とそれ自身の軸まわりの回転自由度とを
有する第3アームと、第3アームの先端部に略直角に結
合したエンドエフェクタとを有する円筒座標ロボット
ついては、現実に当該ロボットを正確に制御する必要性
があるために、早急に解決すべき問題点となっている。
[0010] The above problem has a complicated shaft configuration.
If it is a common problem in industrial robot in general to
Although it can be said , in particular, a cylindrical coordinate robot having a complicated axis configuration, which is a target of the present invention , that is, a robot installed substantially perpendicular to the robot installation surface.
A first arm and a robot coupled to the first arm
With translational freedom in a plane approximately parallel to the installation surface
In addition, directly or in a predetermined plane determined with respect to the first arm.
Is indirectly provided with a second arm having a rotational degree of freedom,
And connected to the tip of the
The degree of freedom of rotation and the degree of freedom of rotation about its own axis.
And a third arm having substantially the right angle with the tip of the third arm.
Combined For <br/> in cylindrical coordinates robot having an end effector, the need to precisely control actually the robot
This is a problem that needs to be resolved immediately .

【0011】この発明は、ロボット設置面に略垂直に設
置された第1アームと、第1アームに結合してロボット
設置面に略平行な平面内に並進自由度を有するととも
に、第1アームに対して定まる所定の平面内に直接的又
は間接的に旋回自由度を有する第2アームと、第2アー
ムの先端部に略直角に結合して第2アームの軸方向まわ
りの回転自由度とそれ自身の軸まわりの回転自由度とを
有する第3アームと、第3アームの先端部に略直角に結
合したエンドエフェクタとを有する円筒座標ロボットに
ついて、上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、ロボットのエンドエフェクタ先端を指定された
位置及び姿勢に正確に且つ短時間で移動させることが
きる円筒座標ロボットの駆動制御方法を提供することを
目的とする。
According to the present invention, the robot is installed substantially perpendicular to the robot installation surface.
A first arm and a robot coupled to the first arm
With translational freedom in a plane approximately parallel to the installation surface
In addition, directly or in a predetermined plane determined with respect to the first arm.
Is indirectly provided with a second arm having a rotational degree of freedom,
And connected to the tip of the
The degree of freedom of rotation and the degree of freedom of rotation about its own axis.
And a third arm having substantially the right angle with the tip of the third arm.
The present invention has been made to solve the above-described problem with respect to a cylindrical coordinate robot having a combined end effector, and it is possible to accurately and quickly move the end effector tip of the robot to a designated position and posture. in and to provide a drive control method for <br/> kill cylindrical coordinates robot.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の方法で
は、ロボット設置面に略垂直に設置された第1アーム
と、第1アームに結合してロボット設置面に略平行な平
面内に並進自由度を有するとともに、第1アームに対し
て定まる所定の平面内に直接的又は間接的に回転自由度
を有する第2アームと、第2アームの先端部に略直角に
結合して第2アームの軸方向まわりの回転自由度とそれ
自身の軸まわりの回転自由度とを有する第3アームと、
第3アームの先端部に略直角に結合したエンドエフェク
タとを有する円筒座標ロボットの駆動制御方法に関し、
(a)エンドエフェクタの先端の位置及び姿勢を指定す
るステップと、(b)エンドエフェクタの軸を含み且つ
所定の平面に垂直な平面がエンドエフェクタの軸方向を
法線方向とする平面と交差する際の交線と第3アームの
軸方向とのなす角度の余弦の逆数、又は当該角度の正弦
の逆数のうち、いずれかを選択するステップと、(c)
ステップ(b)で選択された逆数を変数とする4次方程
式の解を算出するステップと、(d)4次方程式の解よ
り位置及び姿勢に対応する当該角度の値を求めるステッ
プと、(e)当該角度の値を用いて第1、第2及び第3
アームの各駆動量を決定するステップと、(f)駆動量
に応じた駆動出力をそれぞれ第1、第2及び第3アーム
の各駆動機構に与えることにより第1、第2及び第3ア
ームの駆動を行うステップとを備える様にしたものであ
る。
According to a first method of the present invention, a first arm installed substantially perpendicular to a robot installation surface and a first arm coupled to the first arm are provided in a plane substantially parallel to the robot installation surface. A second arm having a degree of freedom of translation and having a degree of freedom of rotation directly or indirectly in a predetermined plane defined with respect to the first arm; and a second arm coupled substantially perpendicularly to a tip end of the second arm. A third arm having a degree of freedom of rotation about the axis of the arm and about its own axis;
A drive control method for a cylindrical coordinate robot having an end effector coupled to the distal end of the third arm at a substantially right angle,
(A) specifying the position and orientation of the tip of the end effector; and (b) a plane that includes the axis of the end effector and that is perpendicular to a predetermined plane intersects a plane whose normal direction is the axial direction of the end effector. (C) selecting any one of a reciprocal of a cosine of an angle formed between the intersection line and the axial direction of the third arm and a reciprocal of a sine of the angle.
(E) calculating the solution of a quartic equation using the reciprocal selected in step (b) as a variable; (d) obtaining the value of the angle corresponding to the position and orientation from the solution of the quaternary equation; ) First, second and third using the value of the angle.
Determining the respective drive amounts of the arms; and (f) providing drive outputs corresponding to the drive amounts to the respective drive mechanisms of the first, second, and third arms, respectively. And a step of driving.

【0013】また、第2の方法では、第1の方法に於け
るロボットと同様の第1、第2及び第3アームとエンド
エフェクタとを有する円筒座標ロボットの駆動制御方法
に関し、(a)エンドエフェクタの先端の位置及び姿勢
を複数指定するステップと、(b)姿勢が予め定められ
た特定領域内に有るか否かを判断するステップと、
(c)姿勢が前記特定領域内に有る場合には、エンドエ
フェクタの軸を含み且つ所定の平面に垂直な平面がエン
ドエフェクタの軸方向を法線方向とする平面と交差する
際の交線と第3のアームの軸方向とのなす角度の余弦の
逆数、又は角度の正弦の逆数のうち、いずれかを選択
し、選択された逆数を変数とする4次方程式の解を算出
するとともに、当該4次方程式の解より位置及び姿勢に
対応する角度の値を求めるステップと、(d)姿勢が前
記特定領域外に有る場合には、当該角度の余弦、又は前
記角度の正弦のうち、いずれかを変数に選択し、変数に
関する4次方程式の解を算出するとともに、当該4次方
程式の解より位置及び姿勢に対応する当該角度の値を求
めるステップと、(e)当該角度の値を用いて第1、第
2及び第3アームの各駆動量を決定するステップと、
(f)駆動量に応じた駆動出力をそれぞれ第1、第2及
び第3アームの各駆動機構に与えることにより第1、第
2及び第3アームの駆動を行うステップとを備える様に
したものである。
The second method relates to a drive control method for a cylindrical coordinate robot having first, second and third arms and an end effector similar to the robot in the first method. A step of designating a plurality of positions and postures of the tip of the effector; and (b) determining whether the posture is within a predetermined specific area;
(C) when the posture is in the specific region, a plane including the axis of the end effector and perpendicular to a predetermined plane intersects with a plane intersecting a plane whose normal direction is the axial direction of the end effector; A reciprocal of the cosine of the angle with respect to the axial direction of the third arm or a reciprocal of the sine of the angle is selected, and a solution of a quartic equation having the selected reciprocal as a variable is calculated. (D) determining the value of the angle corresponding to the position and orientation from the solution of the quartic equation; and (d) when the orientation is outside the specific region, one of the cosine of the angle or the sine of the angle Is selected as a variable, a solution of a quartic equation relating to the variable is calculated, and a value of the angle corresponding to the position and orientation is obtained from the solution of the quartic equation; and (e) using the value of the angle Of the first, second and third arms Determining a driving amount,
(F) driving the first, second and third arms by applying a drive output according to the drive amount to each of the first, second and third arm drive mechanisms, respectively. It is.

【0014】[0014]

【作用】この発明に係る駆動制御方法では、エンドエフ
ェクタの軸を含み第1アームに対して定まる所定の平面
に垂直な平面がエンドエフェクタの軸方向を法線方向と
する平面と交差する際の交線と第3アームの軸方向との
なす仮想的な角度と、第2アームの当該所定の平面内に
於ける旋回角度との幾何学的関係に着眼している。
In the drive control method according to the present invention, a plane perpendicular to a predetermined plane defined by the first arm and including the axis of the end effector intersects a plane perpendicular to the axial direction of the end effector. The focus is on the geometric relationship between the virtual angle between the intersection line and the axial direction of the third arm and the turning angle of the second arm in the predetermined plane.

【0015】即ち、第1の方法では、仮想的な角度の正
弦の逆数又は余弦の逆数について成立する4次方程式を
直接解析的に解き、得られた解より旋回角度を決定す
る。そして、この旋回角度値をエンドエフェクタの位置
と姿勢とに関する逆変換式に代入することにより、各ア
ームの駆動量を厳密に決定している。更に、得られた各
アームの駆動量に基づいて各アームを駆動する。その結
果、エンドエフェクタの先端は、指定された位置へ誤差
なく正確に移動し、しかも指定された姿勢を保ってい
る。
That is, in the first method, a quartic equation that holds for the reciprocal of the sine or cosine of the virtual angle is directly analytically solved, and the turning angle is determined from the obtained solution. Then, the drive amount of each arm is strictly determined by substituting the turning angle value into an inverse conversion formula relating to the position and orientation of the end effector. Further, each arm is driven based on the obtained drive amount of each arm. As a result, the tip of the end effector moves accurately to the designated position without error, and maintains the designated posture.

【0016】又、第2の方法では、指定された複数の姿
勢の内、姿勢が所定の範囲内にあると判断された場合に
は、仮想的な角度の正弦の逆数又は余弦の逆数について
成立する4次方程式を直接解析的に解き、得られた解よ
り旋回角度が決定される。一方、姿勢が所定の範囲外に
あると判断された場合には、仮想的な角度の正弦又は余
弦について成立する4次方程式を直接解析的に解き、得
られた解より旋回角度が決定される。従って、指定され
た位置が絶対座標系内のいずれの位置であっても、エン
ドエフェクタの先端は、その指定された位置へ誤差なく
正確に移動し、しかも指定された姿勢を保っている。
In the second method, if it is determined that the posture is within a predetermined range among a plurality of designated postures, the reciprocal of the sine or cosine of the virtual angle is established. Is solved directly analytically, and the turning angle is determined from the obtained solution. On the other hand, if it is determined that the posture is out of the predetermined range, a quartic equation that holds for the sine or cosine of the virtual angle is directly analytically solved, and the turning angle is determined from the obtained solution. . Therefore, regardless of the designated position in the absolute coordinate system, the tip of the end effector moves accurately to the designated position without error, and maintains the designated posture.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

A.装置の機械的構成 図1及び図2は、それぞれこの発明の一実施例である円
筒座標ロボットとしてのレーザ溶接ロボットRBの機械
的構成を示す斜視図及び模式的側面図であり、図2には
レーザ溶接ロボットRBの各自由度が模式的に表わされ
ている。
A. FIGS. 1 and 2 are a perspective view and a schematic side view, respectively, showing a mechanical configuration of a laser welding robot RB as a cylindrical coordinate robot according to an embodiment of the present invention. Each degree of freedom of the laser welding robot RB is schematically represented.

【0018】両図において、ロボットRBの設置面10
上に固定された絶対座標系としてX系が定義され、ロボ
ットRBの基台11より第1アーム21がZ軸にそって
延びている。この第1アーム21は、Z軸まわりに、即
ち第1アーム21の軸A1のまわりに、第1アーム21
内部に備えつけられた第1の駆動機構によってΘ方向に
旋回することができる。
In both figures, the installation surface 10 of the robot RB
The X system is defined as the absolute coordinate system fixed above, and the first arm 21 extends along the Z axis from the base 11 of the robot RB. The first arm 21 is moved around the Z axis, that is, around the axis A1 of the first arm 21.
It is possible to turn in the Θ direction by a first drive mechanism provided inside.

【0019】又、第2アーム22が第1アーム21に略
直角に交差して備えつけられており、第1アーム21の
旋回と共にΘ方向に旋回する。従って、第2アーム22
は、第1アーム21の旋回を通じて間接的にXY平面内
に旋回自由度を有しているものと言うことができる。し
かも第2アーム22は、第1アーム21内部に備えつけ
られた第2の駆動機構によってZ軸に平行に昇降するこ
とができ、更に第2アーム22内部に備えつけられた第
3の駆動機構によって、XY平面内を並進運動すること
ができる。尚、第1アーム21の軸A1と第2アーム2
2の軸A2との交点MのX系に対する位置座標を点M
(0,0,zs )とする。
A second arm 22 is provided so as to intersect the first arm 21 at a substantially right angle. The second arm 22 turns in the Θ direction with the turning of the first arm 21. Therefore, the second arm 22
Can be said to have a degree of freedom of rotation in the XY plane indirectly through the rotation of the first arm 21. Moreover, the second arm 22 can be moved up and down in parallel with the Z-axis by a second driving mechanism provided inside the first arm 21, and further, by a third driving mechanism provided inside the second arm 22. It can translate in the XY plane. The axis A1 of the first arm 21 and the second arm 2
The position coordinates of the intersection M of the second axis A2 with the axis A2 with respect to the X system
(0, 0, z s ).

【0020】又、第2アーム22の先端部31には、第
3アーム23が第2アーム22に略直角に結合されてお
り、第3アーム23は第2アーム22の先端部31の内
部に備えつけられた第4の駆動機構によって、第2アー
ム22の軸A2のまわりのα方向に回転することができ
る。ここで、軸A2と第2アーム22の先端の点Pと点
Mとの相対距離を変数xs で表わす。
A third arm 23 is connected to the distal end 31 of the second arm 22 at a substantially right angle to the second arm 22, and the third arm 23 is provided inside the distal end 31 of the second arm 22. The provided fourth drive mechanism allows the second arm 22 to rotate in the α direction about the axis A2. Here, representing the relative distance between the axis A2 and the point P and the point M of the tip of the second arm 22 by the variable x s.

【0021】更に、第3アーム23は、それ自身の先端
部32の内部に備えつけられた第5の駆動機構によっ
て、それ自身の軸A3のまわりのβ方向に回転すること
もできる。尚、第3アーム23の長さは一定値d1 に固
定されている。
Further, the third arm 23 can be rotated in the β direction about its own axis A3 by a fifth driving mechanism provided inside the distal end portion 32 of the third arm 23. The length of the third arm 23 is fixed to a constant value d 1.

【0022】また、エンドエフェクタとしてのトーチ4
0が第3アーム23の先端部32に略直角に結合されて
おり、トーチ40の長さ、即ちトーチ40の先端の点N
とトーチ40の軸A4と第3アーム23の先端の点Qの
距離は、一定値d2 である。
Also, a torch 4 as an end effector
0 is connected to the distal end portion 32 of the third arm 23 at a substantially right angle, and the length of the torch 40, that is, the point N at the distal end of the torch 40
And the axis A4 of the torch 40 the distance Q point of the tip of the third arm 23 has a constant value d 2.

【0023】尚、トーチ40にはワーク検知用センサ
(図示せず)が備えつけられており、トーチ40自身
は、自身の軸A4を回転軸としてγ方向に回転すること
ができる。トーチ40自身はその軸A4まわりに完全回
転対称性を有しており、そのロール角に相当する角度γ
は上記センサの位置を定めるためにのみ意味を持つ。こ
のため、角度γは座標変換によって決定される値ではな
く、別個独立に指定すべき角度である。後述する座標変
換において角度γを決定する式がないのはこのような事
情による。
The torch 40 is provided with a work detection sensor (not shown), and the torch 40 itself can rotate in the γ direction about its own axis A4 as a rotation axis. The torch 40 itself has perfect rotational symmetry about its axis A4, and has an angle γ corresponding to its roll angle.
Has meaning only to determine the position of the sensor. Therefore, the angle γ is not a value determined by the coordinate transformation, but an angle that should be specified separately and independently. This is the reason that there is no formula for determining the angle γ in the coordinate transformation described later.

【0024】以上述べた各アームの自由度の内、トーチ
40自身の回転自由度を除いた全ての自由度の範囲を表
1に例示する。尚、表1における記号z0 は、第2のア
ーム22が基盤11と接した際の点Mの高さである。
Table 1 exemplifies the range of all the degrees of freedom of the respective arms excluding the rotational degree of freedom of the torch 40 itself. The symbol z 0 in Table 1 is the height of the point M when the second arm 22 comes into contact with the base 11.

【0025】 [0025]

【0026】一方、図3はトーチ40の先端(点N)の
位置及び姿勢を示す説明図であり、ここでは点Qを原点
としたx’系により表わされている。同図に於いて、
x’系の各軸方向は、X系の各軸方向に対応する様に設
定されている。即ち、x’軸,y’軸及びz’軸は、そ
れぞれX軸,Y軸及びZ軸に平行である。ここで原点Q
の位置は、X系表示ではQ(xQ ,yQ ,zQ )として
表される。
FIG. 3 is an explanatory view showing the position and orientation of the tip (point N) of the torch 40, and is represented by an x 'system with the point Q as the origin. In the figure,
Each axis direction of the x 'system is set so as to correspond to each axis direction of the X system. That is, the x 'axis, the y' axis, and the z 'axis are parallel to the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. Where origin Q
Is represented as Q (x Q , y Q , z Q ) in the X-system display.

【0027】先ず、点Nの姿勢は、ベクトルQNとz’
軸とのなす角度(天頂角)θ及びベクトルQNのx’
y’平面への射影ベクトルとx’軸とのなす角度(方位
角)φにより決定される。
First, the attitude of the point N is determined by the vector QN and z ′.
Angle with the axis (zenith angle) θ and x ′ of vector QN
It is determined by the angle (azimuth) φ between the projection vector onto the y ′ plane and the x ′ axis.

【0028】又、その位置は、位置座標(x’,y’,
z’)により決定される。従って、X系表示の点Nの位
置座標(x,y,z)とx’系表示の位置座標(x’,
y’,z’)との間には、x=xQ +x’,y=yQ
y’及びz=zQ +z’の関係が成立する。
The position is represented by position coordinates (x ', y',
z ′). Therefore, the position coordinates (x, y, z) of the point N in the X system display and the position coordinates (x ',
y ′, z ′), x = x Q + x ′, y = y Q +
The relationship of y ′ and z = z Q + z ′ holds.

【0029】B.装置の電気的構成 図4は、レーザ溶接ロボットRBの制御系の電気的構成
を示すブロック図である。この制御系は、CPU511
やメモリ512等からなるコントローラ51を有してお
り、ソフト的に制御される。又、ティーチングボックス
52を操作することによってティーチングデータの取込
みなどが行なわれる。コントローラ51からの各種指令
信号(駆動信号D1 等)は、データバス57を介して各
構成部分(第1の駆動機構531等)に与えられる。
B. FIG. 4 is a block diagram showing an electric configuration of a control system of the laser welding robot RB. This control system includes a CPU 511
And a controller 51 including a memory 512 and the like, and is controlled by software. By operating the teaching box 52, teaching data is taken in. Various command signals from the controller 51 (drive signals D 1, etc.) is given through the data bus 57 to each component (such as the first drive mechanism 531).

【0030】又、オペレータは、キーボード等の入出力
装置56を用いて、コントローラ51のソフト制御に必
要な各種データを設定することができる。
The operator can set various data necessary for the software control of the controller 51 by using the input / output device 56 such as a keyboard.

【0031】一方、第1の駆動機構531を構成するモ
ータM1 に駆動信号D1 が送信され、モータM1 が動作
するとともに、モータM1 に取付けられたエンコーダE
1 が第2のアーム22の軸A1のまわりの旋回角Θを検
出する。同様に、第2〜第5の駆動機構532〜535
にそれぞれ駆動信号D2 〜D5 が送信され、各モータM
2 〜M5 が動作し、変位zs ,xs 及び回転角度α,β
がそれぞれエンコーダE2 〜E5 によって検出される。
On the other hand, the drive signal D 1 to the motor M 1 constituting the first drive mechanism 531 is transmitted, the motor M 1 is operated, the encoder E attached to the motor M 1
1 detects the turning angle Θ of the second arm 22 around the axis A1. Similarly, the second to fifth driving mechanisms 532 to 535
Drive signals D 2 to D 5 are transmitted to the respective motors M
2 ~M 5 operates, displacement z s, x s and rotation angle alpha, beta
There is detected by the encoder E 2 to E 5, respectively.

【0032】又、レーザー電源54はレーザー発振器5
5に電力を供給するための電源であり、コントローラ5
1からの指令に応じて作動する。そして、レーザー発振
器55で発生したレーザービームLBは、ロボットRB
の各アーム内に設けたミラーによって順次に反射されつ
つトーチ40の先端からワークに向けて照射される。
The laser power supply 54 is connected to the laser oscillator 5
5 is a power supply for supplying power to the
It operates in response to a command from 1. The laser beam LB generated by the laser oscillator 55 is transmitted to the robot RB
Irradiated toward the work from the tip of the torch 40 while being sequentially reflected by mirrors provided in the respective arms.

【0033】C.駆動制御方法 図5及び図6は、ロボットRBを駆動制御するためのス
テップを示すフローチャートであり、図7〜図9は図5
におけるステップS6を詳細に説明するフローチャート
である。
C. Driving Control Method FIGS. 5 and 6 are flowcharts showing steps for controlling the driving of the robot RB. FIGS.
5 is a flowchart for explaining step S6 in FIG.

【0034】 (C−1) ステップS1 先ず、特定領域の設定が行われる。即ち、オペレータ
は、入出力装置56を用いて、予めコントローラ51に
特定領域のデータを与える。この特定領域とは姿勢の
内,天頂角θに関して特別に定められた角度領域であ
り、ティーチング点又は補間点の天頂角θがこの領域内
に該当する場合には、日本国特許第2750634号の
特許公報に開示されているg法、即ち、交差角δ(後述
する段落番号[0054]の記載を参照)に関する厳密
に解析可能な4次方程式を各アームの軸の物理的配置関
係から導出するに際して、当該角度δの余弦又は正弦を
変数とする方法(g−cosδ法又はg−sinδ法)
を適用せずに、段落番号[0180]〜[0210]に
おいて後述する改良g法が適用されることとなる。
ち、上記交差角δの余弦の逆数又は正弦の逆数を変数に
設定して厳密に解析可能な上記角度δの4次方程式を導
出することになる。この様な特定領域を設定する理由に
ついては、段落番号[0169]〜[0179]におい
後述する通りであるが、その概要を示せば次の通りで
ある。即ち、上記日本国特許第2750634号の公報
で開示されたg法の方法では、ワークの経路上の補間点
での逆変換の解(各アームの駆動量)を求めるに際し
て、一旦、経路外の、トーチの軸がy軸に対して平行と
なる位置にトーチを移すべく、第1アームを方位角φ分
だけ仮想的に旋回させることを想定する。このときに
は、各軸の物理的関係が容易となり、その位置での交差
角δに着目して上記の各軸の物理的関係を考慮すると、
厳密に解析可能な交差角δの4次方程式を必ず導出しう
ることになる(その交差角δの解から、その位置での第
1アームの旋回角が求まり、各軸の物理的関係及び元の
補間点と当該想定点との物理的位置関係から、補間点で
の全てのアームの駆動量が求まる)。ところが、交差角
δの4次方程式の導出に際し、その余弦又は正弦を変数
に設定すると、その4次方程式の係数に天頂角θが含ま
れているため、天頂角θが上記特定領域内の値では上記
4次方程式の係数値が電気的にコントロールしうる範囲
外となってしまい、電気的計算処理では、見かけ上、高
精度に解を求めることができなくなる。しかし、g法の
基本的発想は各軸の物理的関係と、補間点と現実に存在
しうる経路外の上記想定点との位置関係とを利用してい
るも のであるから、理論的には必ず厳密な各アームの駆
動量が常に求まる筈である。この食い違いは、結局、4
次方程式の導出時に着眼した変数の設定に原因があると
言える。そのために、変数の設定を天頂角θの値いかん
によって変えるのである。従って、特定領域とは、交差
角δの余弦又は正弦を変数として4次方程式を導出する
g法を基本的に採用した時に、電子計算機の計算容量か
らみて精度良く4次方程式を解けなくなるときに、交差
角δについての4次方程式の変数の設定を変更して本来
厳密に求めうる筈の解を電子計算機の計算容量の制限の
範囲内で厳密に導出し得るようにするための判断要因た
る、天頂角θのある範囲であると、言える。本実施例で
は、特定領域は0°〜(0°+Δθ)又は(180°−
Δθ)〜180°である。
(C-1) Step S 1 First, a specific area is set. That is, the operator gives data of a specific area to the controller 51 in advance using the input / output device 56. The specific area is an angle area specially defined with respect to the zenith angle θ in the posture. When the zenith angle θ of the teaching point or the interpolation point falls within this area, Japanese Patent No. 2750634 describes
The g method disclosed in the patent gazette, that is, the intersection angle δ (described later)
(See paragraph [0054])
Fourth-order equations that can be easily analyzed are related to the physical arrangement of the axes of each arm.
When deriving the cosine or sine of the angle δ,
Variable method (g-cos δ method or g-sin δ method)
Without applying paragraph numbers to paragraph numbers [0180] to [0210].
In this case, the improved g method described later is applied. Immediately
The reciprocal of the cosine or sine of the intersection angle δ is used as a variable.
A quartic equation of the above angle δ that can be set and rigorously analyzed is derived.
Will be issued. The reason for setting a specific area such as this, paragraphs [0169] - [0179] smell
As described later , the outline is as follows.
is there. That is, Japanese Patent No. 2750634
In the method of the g method disclosed in
To find the solution of the inverse transformation (drive amount of each arm)
Then, once the torch axis outside the path is parallel to the y axis
Move the first arm by the azimuth angle φ to move the torch to
It is assumed that only a virtual turn is performed. At this time
Makes the physical relationship of each axis easier and the intersection at that position
Focusing on the angle δ and considering the physical relationship of each axis above,
Be sure to derive a quartic equation of the intersection angle δ that can be analyzed rigorously
(From the solution of the intersection angle δ, the
The pivot angle of one arm is determined, and the physical relationship of each axis and the original
From the physical positional relationship between the interpolation point and the assumed point,
Are obtained. However, the intersection angle
When deriving a quartic equation of δ, the cosine or sine of the
, The zenith angle θ is included in the coefficient of the quartic equation
Therefore, if the zenith angle θ is within the specified area,
Range in which the coefficient value of the quartic equation can be controlled electrically
It will be outside, and in electrical calculation processing, apparently high
The solution cannot be determined with accuracy. However, the g method
The basic idea is the physical relationship of each axis, the interpolation point and the reality
And the positional relationship with the above assumed point outside the possible route
Also the because is that, mosquitoes sure of the exact each arm in theory
The momentum should always be determined. This discrepancy is eventually 4
If there is a cause in the setting of the variables that we focused on when deriving the following equation
I can say. To do so, change the variable setting to the value of the zenith angle θ.
It changes with. Therefore, the intersection with the specific area
Deriving a quartic equation using the cosine or sine of the angle δ as a variable
When the g method is basically adopted, the calculation capacity of the computer
When it is impossible to solve the quartic equation with high accuracy,
By changing the setting of the variable of the quartic equation for the angle δ,
The solution that should be able to be obtained strictly is limited by the computational capacity of the computer.
Judgment factors to be able to derive exactly within the range
Can be said to be within a certain range of the zenith angle θ. In this embodiment, the specific area is 0 ° to (0 ° + Δθ) or (180 ° −
Δθ) to 180 °.

【0035】(C−2) ステップS2(ティーチング
工程) ティーチングデータXi (i=1,2,…,n)の作成
と記憶とが行われる。尚、ティーチングデータXi
は、ティーチング点Pi の位置(x,y,z)及び姿勢
(θ,φ)と、それらの位置等を与える各アームの駆動
量(実測値)とを含む概念として用いられている。
(C-2) Step S2 (Teaching Step) Teaching data X i (i = 1, 2,..., N) is created and stored. The teaching data X i is a concept including the position (x, y, z) and posture (θ, φ) of the teaching point P i , and the driving amount (actually measured value) of each arm that gives the position and the like. It is used as

【0036】先ず、オペレータは、各ティーチング点P
i 毎にマニュアルでトーチ40の先端の位置決めを行
う。その際、各ティーチング点Pi 毎の各アームの駆動
量(α系の値)が、エンコーダE1 〜E5 により読込ま
れる。
First, the operator sets each teaching point P
The tip of the torch 40 is manually positioned for each i . At that time, the driving amount of each arm of each teaching point P i (alpha-based value of) is read by the encoder E 1 to E 5.

【0037】そして、各アームの駆動量を順変換するこ
とにより、各ティーチング点Pi の位置(xi ,yi
i )と姿勢(θi ,φi )とが計算される。ここで順
変換に関しては、既述した通り厳密解を解析的に求める
ことが可能であり、順変換の手順は予めコントローラ5
1内にプログラミングされている。そして計算された位
置(xi ,yi ,zi )と姿勢(θi ,φi )とは、テ
ィーチングデータXiとしてメモリに格納される。
Then, the position of each teaching point P i (x i , y i ,
z i ) and attitude (θ i , φ i ) are calculated. As for the forward conversion, an exact solution can be analytically obtained as described above.
1 is programmed. The calculated position (x i , y i , z i ) and posture (θ i , φ i ) are stored in the memory as teaching data X i .

【0038】(C−3) ステップS3 以上の準備ステップが終了すると、CPU511は発振
指令信号をレーザー電源54に対して発する。これによ
り、レーザー電源54はレーザー発振器55をオン状態
にする。
(C-3) Step S3 When the above preparation steps are completed, the CPU 511 issues an oscillation command signal to the laser power supply 54. Thereby, the laser power supply 54 turns on the laser oscillator 55.

【0039】次のステップ群S10は、いわゆる再生動
作に対応している。
The next step group S10 corresponds to a so-called reproducing operation.

【0040】(C−4) ステップS4 ティーチング点Pi に関するティーチングデータXi
読出しが行われる。そして、読出された各アームの駆動
量に基づき、コントローラ51は各駆動機構531〜5
35に対して駆動信号D1 〜D5 を発する。その結果、
トーチ40の先端(点N)は、ティーチング点Pi に移
動する。
[0040] (C-4) Step S4 reads the teaching data X i related teaching point P i is performed. Then, based on the read drive amounts of the respective arms, the controller 51 determines the drive mechanisms 531 to 5
The drive signals D 1 to D 5 are issued to 35. as a result,
The tip of the torch 40 (point N) are moved to the teaching point P i.

【0041】(C−5) ステップS5 ティーチング点Pi と該点Pi に隣接するティーチング
点Pi+1 との間を補間し、補間点PijのデータXij〔位
置(xij,yij,zij),姿勢(θij,φij)〕が計算
される。このような補間方法としては、よく知られてい
る通り、線型補間や二次曲線で補間する方法等がある。
これらの補間方法の説明については、省略する。尚、補
間点PijのデータXijはX系の値である。従って、トー
チ40の先端を補間点Pijへ移動するための適切な各ア
ームの駆動量(α系)を決定する必要がある。
[0041] (C-5) interpolates between the teaching points P i + 1 adjacent to the step S5 teaching point P i and the point P i, data X ij interpolated point P ij [position (x ij, y ij , z ij ) and posture (θ ij , φ ij )] are calculated. As such an interpolation method, as is well known, there are a linear interpolation method, a method of performing interpolation using a quadratic curve, and the like.
A description of these interpolation methods will be omitted. The data X ij interpolated point P ij is the value of X system. Therefore, it is necessary to determine an appropriate drive amount (α system) of each arm for moving the tip of the torch 40 to the interpolation point P ij .

【0042】(C−6) ステップS6 X系からα系への逆変換が行われる。(C-6) Step S6 The inverse conversion from the X system to the α system is performed.

【0043】この逆変換のプロセスを説明する前に、先
ず、トーチ40と第2アーム22及び第3アーム23と
の関係を幾何学的に考察する。この幾何学的考察及びそ
れに基づくg法については、日本国特許第275063
4号の特許公報に開示されてはいるが、以下に、これら
の点を詳述する。図18は、図2で示した4点M,N,
P,Qの位置関係を、XYZ空間において示した立体図
である。
Before describing the process of the inverse transformation, first, the relationship between the torch 40 and the second arm 22 and the third arm 23 will be geometrically considered. This geometric consideration and its
For the g method based on this, see Japanese Patent No. 275063
Although disclosed in Patent Publication No. 4,
Point will be described in detail. FIG. 18 shows the four points M, N,
FIG. 3 is a three-dimensional diagram showing a positional relationship between P and Q in an XYZ space.

【0044】今、第2アーム22が軸A1のまわりに角
度Θで旋回し、第3アーム23が軸A2のまわりに角度
αで回転し、更に軸A3のまわりに角度βで回転した状
態にある場合を考える。即ち、トーチ40の先端に関す
る補間点の位置(x,y,z)及び姿勢(θ,φ)の情
報が与えられたときに、この状態を実現しうる各アーム
の駆動量(Θ,α,β,x s ,z s )を求める場合を考
える。
Now, the second arm 22 pivots around the axis A1 at the angle Θ, the third arm 23 rotates around the axis A2 at the angle α, and further rotates around the axis A3 at the angle β. Consider a case. That is, the tip of the torch 40
(X, y, z) and orientation (θ, φ) of the interpolation point
Each arm that can achieve this state when given the information
Of the drive amount (Θ, α, β, x s , z s )
I can.

【0045】図18において、トーチ40の先端の位置
Nと姿勢とが与えられると、自動的に点Qの位置も定ま
る。
In FIG. 18, when the position N and the posture of the tip of the torch 40 are given, the position of the point Q is automatically determined.

【0046】ここで、次の(i)〜(iii)の条件を
満足する円Cを定義する。
Here, a circle C satisfying the following conditions (i) to (iii) is defined.

【0047】(i) その中心が点Qであること。(I) The center is the point Q.

【0048】(ii) 半径がdであること。(Ii) The radius is d.

【0049】(iii) ベクトルQNを法線とする平
面内に存在すること。
(Iii) Exist in a plane whose normal line is the vector QN.

【0050】その結果、点Pは円Cの円周上に存在し、
ベクトルQPは円Cの半径ベクトルとなっている。そし
て、図1及び図2に示すロボットRBの各軸構成から明
らかなように、点Pについて、
As a result, the point P exists on the circumference of the circle C,
The vector QP is a radius vector of the circle C. Then, as is apparent from the configuration of each axis of the robot RB shown in FIGS.

【0051】[0051]

【数2】 (Equation 2)

【0052】[0052]

【数3】 (Equation 3)

【0053】の関係が成立する。The following relationship is established.

【0054】今、ベクトルQNを含みXY平面に垂直な
平面Sが円Cと交差している場合を考え、平面Sと円C
との交点をそれぞれ点R及び点Tとする。そして、ベク
トルQRとベクトルQPとのなす角を、交差角δと定義
することとする。
Now, consider a case where a plane S including the vector QN and perpendicular to the XY plane intersects with the circle C.
Are point R and point T, respectively. An angle between the vector QR and the vector QP is defined as an intersection angle δ.

【0055】又、ベクトルQN及び円CをXY平面へ射
影する場合を考える。即ち、ベクトルQNのXY平面へ
の射影ベクトルをベクトルQ′N′、円CをXY平面へ
射影した場合にできる楕円を楕円E′とし、各点P,
R,Tに対応するXY平面上の各点をそれぞれ点P′,
R′,T′とする。
Consider a case where the vector QN and the circle C are projected onto the XY plane. That is, a projection vector of the vector QN onto the XY plane is defined as a vector Q'N ', and an ellipse formed by projecting the circle C onto the XY plane is defined as an ellipse E'.
Each point on the XY plane corresponding to R and T is referred to as a point P ′,
R 'and T'.

【0056】次に、以上述べた幾何学的関係を基にし
て、逆変換の厳密解を求めることとなるのであるが、こ
こでは図7及び図8に示すフローチャートに従って、図
18とともに以後のステップを説明することとする。
Next, the exact solution of the inverse transformation is to be obtained based on the above-described geometric relationship. Here, the following steps are performed in accordance with the flowcharts shown in FIGS. Will be described.

【0057】(C−6−1) ステップS61 補間点Pijの天頂角θijが特定領域内に有るか否かが判
断される。その際、天頂角θijが特定領域内に有ると判
断された場合には、ステップS6Bで詳述する改良g法
が適用されることとなる。ここでは、先ず、天頂角θij
が特定領域外である場合について詳述する。この場合に
は、ステップS62〜S69及びS6Aで示されるg法
が適用されることとなる。
[0057] (C-6-1) Step S61 whether zenith angle theta ij interpolated points P ij is in a specific region is determined. At this time, when it is determined that the zenith angle θ ij is within the specific area, the improved g method described in detail in step S6B is applied. Here, first, the zenith angle θ ij
Will be described in detail below. In this case, the g method shown in steps S62 to S69 and S6A is applied.

【0058】(C−6−2) g法 (C−6−2−1) g− cosδ法 ステップS62 パラメータy0 が−Δy0 から+Δy0 の範囲内の値で
あるか否か(0近傍値であるか否か)が判断される。こ
の判断が必要とされる理由については後述説明で明らか
となるが、本ステップ自身は後述するg法の形式を定め
る点で意義がある。尚、Δy0 は予めオペレータにより
定められた一定値(1より十分に小さな値)であり、そ
の値は使用するCPU511の計算容量を考慮して決定
される。
(C-6-2) g method (C-6-2-1) g-cos δ method Step S62 Whether or not the parameter y 0 is a value in the range of −Δy 0 to + Δy 0 (near 0) Value or not). The reason why this determination is necessary will be clear in the following description, but this step itself is significant in determining the format of the g method described later. Note that Δy 0 is a constant value (a value sufficiently smaller than 1) predetermined by the operator, and the value is determined in consideration of the calculation capacity of the CPU 511 to be used.

【0059】ここでは、先ず、パラメータy0 が0近傍
値でない一般的な場合(ステップS63〜S69)につ
いて詳述することにする。本出願人は、この様なケース
に対する制御方法をg法乃至はg− cosδ法と呼んでい
る。
First, a general case where the parameter y 0 is not a value near 0 (steps S63 to S69) will be described in detail. The present applicant calls the control method for such a case the g method or the g-cos δ method.

【0060】尚、パラメータy0 は後述する数49によ
り決定されるので、本ステップは判断の前段階としてパ
ラメータy0 の算出ステップを含んでいる(図示せ
ず)。
Since the parameter y 0 is determined by Equation 49 described later, this step includes a calculation step of the parameter y 0 as a preceding stage of the judgment (not shown).

【0061】 ステップS63 第2アーム22をZ軸のまわりに仮想的に旋回すること
を考える。即ち、第2アーム22の先端の点が点Pにあ
る状態から仮想的な角度φ(図18の例においては、角
度Θとは逆まわりとなっている。)だけ旋回することに
よって、トーチ40の軸A4方向のベクトルQ1 1
XY平面への射影ベクトルQ1 ′N1 がX軸に平行に
なったものとする。この状態における円Cに対応する円
を円C1、円C1 のXY平面への射影により生じる楕円
を楕円E1 ′とする。又、ベクトルQ1 1 を含みXY
平面に垂直な平面S1 が円C1 と交差する点を点R1
1 とし、円C1 上の3点P1 1 ,T1 の楕円
1 ′上の対応する点を、それぞれ点P1 ′,R1 ′,
1 ′とする。この旋回は、ワーク上の補間点Nにある
トーチ40の先端を、経路外の、トーチ40の軸A4
(図2)がXZ平面に平行な面内に含まれる点N 1 に移
動させることに該当する。この際、点N 1 においても角
度α,β及び並進量x s ,z s は不変であることに留意
する必要がある。
Step S63: Virtually turning the second arm 22 around the Z axis
think of. That is, the point at the tip of the second arm 22 is
From the virtual state φ (in the example of FIG.
It is in the opposite direction to the degree. Only)
Therefore, the vector Q in the direction of the axis A4 of the torch 40 is1N1of
Projection vector Q on XY plane1'N1 Is parallel to the X axis
It has become. A circle corresponding to the circle C in this state
To C1, Circle C1Ellipse generated by projecting XY on the XY plane
To the ellipse E1'. Also, the vector Q1N1Including XY
Plane S perpendicular to the plane1Is a circle C1The point that intersects with point R1,
T1And the circle C1Upper three points P1,R 1, T1Ellipse
E1', The corresponding points on point P1', R1′,
T1'.This turning is at the interpolation point N on the workpiece.
Connect the tip of the torch 40 to the axis A4 of the torch 40 outside the path.
(FIG. 2) is a point N included in a plane parallel to the XZ plane. 1 Moved to
Moving. At this time, the point N 1 At the corner
Degrees α, β and translation x s , Z s Note that is immutable
There is a need to.

【0062】以上の様に仮想的にベクトルMPを角度φ
だけ旋回することにより、点Pと点Qとの幾何学的関係
式を導出することが容易となる。この点について、以下
に説明する。
As described above, the vector MP is virtually changed to the angle φ.
By turning only, it becomes easy to derive a geometrical relational expression between the point P and the point Q. This will be described below.

【0063】図19は、ベクトルQ1 1 及び円C1
XZ平面へ射影した場合を示す説明図である。同図に於
いて、ベクトルQ1 ″N1 ″がベクトルQ1 1 のXZ
平面への射影ベクトルを、楕円E1 ″が円C1 をXZ平
面へ射影した結果生ずる楕円を,点P1 ″,R1 ″,T
1 ″が点P1 ,R1 ,T1 のXZ平面への射影点を示し
ている。ベクトルQNについて図3に示した様に、トー
チ40、即ちベクトルQ1 1 の姿勢のうち、ベクトル
1 1 とZ軸とのなす角度が角度θであるから、図1
9において、ベクトルQ1 ″N1 ″とZ軸とのなす角度
もまた角度θで表わされる。従って、直線R1 ″T1
とX軸とのなす角もまた角度θである。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a case where the vector Q 1 N 1 and the circle C 1 are projected on the XZ plane. In the figure, the vector Q 1 ″ N 1 ″ is the XZ of the vector Q 1 N 1
The projection vector onto the plane is represented by a point P 1 ″, R 1 ″, T 1 , where the ellipse E 1 ″ represents the ellipse resulting from the projection of the circle C 1 onto the XZ plane.
1 "indicates a projection point to the point P 1, R 1, T 1 in the XZ plane. As shown for vector QN 3, the torch 40, i.e. of the orientation of the vector Q 1 N 1, vector Since the angle between Q 1 N 1 and the Z axis is the angle θ, FIG.
In FIG. 9, the angle between the vector Q 1 ″ N 1 ″ and the Z axis is also represented by the angle θ. Therefore, the straight line R 1 "T 1 "
Is also the angle θ.

【0064】そこで、話を図18に戻し、平面S1 と円
1 を含む平面との交線を交線CLとすると、ベクトル
1 1 の交線CL方向の成分ベクトル(大きさは、d
1 ′cos δ)はXZ平面に平行であり、ベクトルP1
1 の面S1 の法線方向の成分ベクトル(大きさは、
1 ′sin δ)はY軸に平行である。従って、点Q1
び点P1 の位置座標をそれぞれ点Q1 (x0 ,y0 ,z
0 )及び点P1 (x,y,z)として表し、更に図18
においては余弦 cosδが負、正弦 sinδが正であること
を考慮すれば、点P1 と点Q1 との関係は数4〜数6に
より表わされる。従って、トーチ40の軸A4がXZ平
面に平行となる経路外の位置N 1 では、第2アーム22
と第3アーム23との軸同士の交点P 1 の位置座標は、
トーチ40の点Qの位置座標と交差角δとが予め求まれ
ば、これらの値によって決定付けられることになる。
Then, returning to FIG. 18, assuming that an intersection line between the plane S 1 and the plane including the circle C 1 is an intersection line CL, a component vector in the direction of the intersection line CL of the vector P 1 Q 1 (the magnitude is , D
1 'cos [delta]) is parallel to the XZ plane, the vector P 1 Q
1 in the normal direction of the component vector of the surface S 1 (magnitude,
d 1 'sin δ) is parallel to the Y axis. Therefore, the position coordinates of the point Q 1 and the point P 1 are respectively changed to the point Q 1 (x 0 , y 0 , z
0 ) and a point P 1 (x, y, z).
In consideration of the fact that the cosine cos δ is negative and the sine sin δ is positive, the relationship between the point P 1 and the point Q 1 is expressed by Equations 4 to 6. Accordingly, the axis A4 of the torch 40 is XZ flat.
At position N 1 paths outside parallel to the plane, the second arm 22
The position coordinates of the intersection P 1 between the axes of the third arm 23 and
The position coordinates of the point Q of the torch 40 and the intersection angle δ are obtained in advance.
If so, these values will determine it.

【0065】[0065]

【数4】 (Equation 4)

【0066】[0066]

【数5】 (Equation 5)

【0067】[0067]

【数6】 (Equation 6)

【0068】ここでは、余弦,正弦の記載に関して、数
7,数8の様な簡略形が用いられている。以後の説明に
おいてもこれらの簡略形が使用されている。
Here, a simplified form such as Equations 7 and 8 is used for describing the cosine and sine. These simplified forms are used in the following description.

【0069】[0069]

【数7】 (Equation 7)

【0070】[0070]

【数8】 (Equation 8)

【0071】 ステップS64 cosδの4次方程式の解が導出される。その様な cosδ
の4次方程式は、図18の位置関係より容易に導き出さ
れる。
Step S 64 The solution of the quartic equation of cos δ is derived. Such cosδ
Is easily derived from the positional relationship in FIG.

【0072】即ち、ベクトルQ1 1 とベクトル MP
1 とは直交しているので、
That is, the vector Q 1 P 1 and the vector MP
Since it is orthogonal to 1 ,

【0073】[0073]

【数9】 (Equation 9)

【0074】及びAnd

【0075】[0075]

【数10】 (Equation 10)

【0076】の関係式が成立する。従って、数9に数4
〜数6及び数10を代入し、x0 及びy0 をd1 により
正規化すると、数9は、
The following relational expression holds. Therefore, Equation 4 becomes Equation 9
When Equations 6 and 10 are substituted and x 0 and y 0 are normalized by d 1 , Equation 9 becomes

【0077】[0077]

【数11】 [Equation 11]

【0078】[0078]

【数12】 (Equation 12)

【0079】[0079]

【数13】 (Equation 13)

【0080】に変形される。更に数11の両辺を2乗
し、2乗後の関係式を
Is transformed into Further, both sides of Equation 11 are squared, and the relational expression after the square is

【0081】[0081]

【数14】 [Equation 14]

【0082】の関係を用いて展開すると、数15に示す
様なCδに関する4次方程式が得られる。
By developing using the relationship, a quartic equation relating to Cδ as shown in Expression 15 is obtained.

【0083】[0083]

【数15】 (Equation 15)

【0084】ここで、変数XC ,係数a,b,c及びd
は、それぞれ
Here, a variable X C , coefficients a, b, c and d
Respectively

【0085】[0085]

【数16】 (Equation 16)

【0086】[0086]

【数17】 [Equation 17]

【0087】[0087]

【数18】 (Equation 18)

【0088】[0088]

【数19】 [Equation 19]

【0089】[0089]

【数20】 (Equation 20)

【0090】によって表される。Is represented by

【0091】数15の4次方程式は、よく知られたデカ
ルトの方法によって解析的に求められる。即ち、解XC1
〜XC4は、以下に示す数21〜数24により与えられ
る。従って、これらの関係式(数21〜数24)を予め
プログラミングしておけば、図4に示すコントローラ5
1によって厳密解XC1〜XC4を容易に算出することがで
きる。
The quartic equation of Formula 15 can be analytically obtained by a well-known Cartesian method. That is, the solution X C1
~ X C4 is given by Equations 21 to 24 shown below. Therefore, if these relational expressions (Equations 21 to 24) are programmed in advance, the controller 5 shown in FIG.
By using 1, exact solutions X C1 to X C4 can be easily calculated.

【0092】[0092]

【数21】 (Equation 21)

【0093】[0093]

【数22】 (Equation 22)

【0094】[0094]

【数23】 (Equation 23)

【0095】[0095]

【数24】 (Equation 24)

【0096】尚、数21〜数24の右辺第2項の符号に
関しては、a≧0のとき上側の符号が採用され、a<0
のとき下側の符号が採用されるものと約束されている。
また、定数U,V,Wは、数17〜数20で与えられる
係数a〜dによって与えられるものであり、ここではそ
れらの具体的記載は省略されている。
As for the sign of the second term on the right side of Equations 21 to 24, the upper sign is adopted when a ≧ 0, and a <0
, It is promised that the lower sign will be adopted.
The constants U, V, and W are given by coefficients a to d given by Equations 17 to 20, and specific descriptions thereof are omitted here.

【0097】 ステップS65〜S68 ステップS64で求められた余弦Cδの解XC1〜XC4
基づき正弦Sδが求められる(ステップS65)。そし
て、これらの値(Cδ,Sδ)より、交差角δが算出さ
れる(ステップS66)。
Steps S65 to S68 A sine Sδ is obtained based on the solutions X C1 to X C4 of the cosine Cδ obtained in step S64 (step S65). Then, the intersection angle δ is calculated from these values (Cδ, Sδ) (step S66).

【0098】更にステップS67及びS68では、ベク
トルOP1 ′とX軸とのなす角度Θ′(図18参照)が
求められた後、角度Θ′(仮想的な旋回角)から角度Θ
(旋回角)への変換が行われる。即ち、トーチ40の先
端を姿勢(θ,φ)で点N 1 へ移動させるために必要な
第2アーム22の駆動量は旋回角Θ′であり、しかもΘ
=Θ′+φ(=既知)の関係が成立することから、旋回
角Θを求めるには、先ず以て旋回角Θ′を求める必要が
ある。この変換により、第2アーム22の本来の旋回角
Θが求められる。尚、角度Θ′を求めるためには点
1 ′(x,y,0),従って点Q1 ′(x0 ,y0
0)の位置座標を求める必要がある。この点Q1 ′の位
置座標は、以下で述べる様に、トーチ40の先端の位置
より求められる。そこで、以下においては、ステップS
65〜S68に於ける原理の説明及び当該ステップで必
要な諸式の導出を行う。
Further, in steps S67 and S68, an angle Θ ′ (see FIG. 18) between the vector OP 1 ′ and the X axis is obtained, and then the angle Θ ′ (virtual turning angle) is calculated from the angle Θ ′.
(Turning angle) is performed. That is, beyond the torch 40
The end position (theta, phi) required to move to point N 1
The driving amount of the second arm 22 is the turning angle Θ ′, and Θ
= Θ '+ φ (= known)
In order to determine the angle 先 ず, it is necessary to first determine the turning angle Θ '
is there. By this conversion, the original turning angle の of the second arm 22 is obtained. In order to obtain the angle Θ ′, the point P 1 ′ (x, y, 0), and therefore the point Q 1 ′ (x 0 , y 0 ,
It is necessary to obtain the position coordinates of 0). The position coordinates of this point Q 1 ′ are determined from the position of the tip of the torch 40 as described below. Therefore, in the following, step S
Explanation of the principle in 65 to S68 and derivation of various equations required in this step are performed.

【0099】今、α系からx系への順変換を考えること
とする。即ち、トーチ40の先端の位置ベクトルをベク
トルp、姿勢を(ベクトルn,ベクトルo,ベクトル
a)で表わすとすれば、α系からx系への座標変換マト
リックスTは数25,数26により表わされる。
Now, let us consider the forward conversion from the α system to the x system. That is, assuming that the position vector of the tip of the torch 40 is represented by the vector p and the posture is represented by (vector n, vector o, vector a), the coordinate transformation matrix T from the α-system to the x-system is represented by Equations 25 and 26. It is.

【0100】[0100]

【数25】 (Equation 25)

【0101】[0101]

【数26】 (Equation 26)

【0102】ここで、各マトリックスAΘ,Azxα,A
β及びAγは、ロボットRBの各アームの自由度に伴う
座標変換マトリックスであり、数27〜数30により表
わされる。
Here, each matrix AΘ, A zx α, A
β and Aγ are coordinate transformation matrices associated with the degrees of freedom of the respective arms of the robot RB, and are represented by Equations 27 to 30.

【0103】[0103]

【数27】 [Equation 27]

【0104】[0104]

【数28】 [Equation 28]

【0105】[0105]

【数29】 (Equation 29)

【0106】[0106]

【数30】 [Equation 30]

【0107】従って、数27〜数30を用いて数26を
展開すれば、座標変換マトリックスTの各要素を求める
ことができる。ここでは、ベクトルaとベクトルpとの
各要素のみを以下に示す。
Therefore, by expanding Expression 26 using Expressions 27 to 30, each element of the coordinate transformation matrix T can be obtained. Here, only each element of the vector a and the vector p is shown below.

【0108】[0108]

【数31】 (Equation 31)

【0109】[0109]

【数32】 (Equation 32)

【0110】[0110]

【数33】 [Equation 33]

【0111】[0111]

【数34】 (Equation 34)

【0112】[0112]

【数35】 (Equation 35)

【0113】[0113]

【数36】 [Equation 36]

【0114】このようにして得られた順変換の式(数3
1〜数36)より、逆変換の解(Θ,xs ,zs ,α,
β)が求められる。
The forward conversion equation (Equation 3) obtained as described above
From Equations 1 to 36, the solution of the inverse transformation (Θ, x s , z s , α,
β) is required.

【0115】そこで、数31〜数33を数34〜数36
に代入すると、
Therefore, Equations 31 to 33 are replaced by Equations 34 to 36.
Substituting into

【0116】[0116]

【数37】 (37)

【0117】[0117]

【数38】 (38)

【0118】[0118]

【数39】 [Equation 39]

【0119】が得られる。ここで、位置ベクトルp
m は、
Is obtained. Here, the position vector p
m is

【0120】[0120]

【数40】 (Equation 40)

【0121】[0121]

【数41】 [Equation 41]

【0122】[0122]

【数42】 (Equation 42)

【0123】と定義されている。即ち、位置ベクトルp
m の各成分pxm,pym,pzmは、図18における点Qの
位置座標を与える。
Is defined. That is, the position vector p
The components p xm , p ym , and p zm of m give the position coordinates of the point Q in FIG.

【0124】再び、図18に目を向ければ、数43〜数
45で与えられる幾何学的関係が成立していることが理
解される。
Turning to FIG. 18 again, it is understood that the geometric relationship given by Equations 43 to 45 holds.

【0125】[0125]

【数43】 [Equation 43]

【0126】[0126]

【数44】 [Equation 44]

【0127】[0127]

【数45】 [Equation 45]

【0128】ここで、角度ψはベクトルOQ1 ′とX軸
とのなす角度である。又、点Qの位置座標(pxm
ym,pzm)を用いれば、
Here, the angle ψ is an angle between the vector OQ 1 ′ and the X axis. Further, the position coordinates of the point Q (p xm ,
p ym , p zm )

【0129】[0129]

【数46】 [Equation 46]

【0130】が得られる。従って、Is obtained. Therefore,

【0131】[0131]

【数47】 [Equation 47]

【0132】[0132]

【数48】 [Equation 48]

【0133】[0133]

【数49】 [Equation 49]

【0134】[0134]

【数50】 [Equation 50]

【0135】で与えられる関係式が成立し、角度ψ,点
1 (したがって点Q1 ′)の位置座標がトーチ40の
先端の位置より求められる。
The relational expression given by the above holds, and the position coordinates of the angle ψ and the point Q 1 (therefore, the point Q 1 ′) are obtained from the position of the tip of the torch 40.

【0136】ここでatan2(pym,pxm)は、Here, atan2 ( pym , pxm ) is

【0137】[0137]

【数51】 (Equation 51)

【0138】[0138]

【数52】 (Equation 52)

【0139】となる角度ξを一意に与える関数である。This function uniquely gives the angle ξ.

【0140】一方、交差角δは次の手順により求められ
る。即ち、余弦Cδは既にステップS64に於いて算出
されており(数21〜数24)、正弦Sδは数11によ
り算出される(ステップS65)。従って、数48,数
49で求めたx0 ,y0 の値を用いることより、交差角
δは、
On the other hand, the intersection angle δ is obtained by the following procedure. That is, the cosine Cδ has already been calculated in Step S64 (Equations 21 to 24), and the sine Sδ is calculated by Equation 11 (Step S65). Therefore, by using the values of x 0 and y 0 obtained by Equations 48 and 49, the intersection angle δ becomes

【0141】[0141]

【数53】 (Equation 53)

【0142】より決定される(ステップS66)。Is determined (step S66).

【0143】次に、以上求められた点Q1 の位置座標Q
1 (x0 ,y0 ,z0 )及び交差角δに基づき、角度
Θ′が求められる。即ち、数48〜数50を数4〜数6
へ代入すれば、点P1 の位置座標P1 (x,y,z)な
いしは点P1 ′の位置座標(x,y,0)が求められ
る。その結果、角度Θ′は数54により決定される(ス
テップS67)。
Next, the position coordinates Q of the point Q 1 obtained above
The angle Θ ′ is determined based on 1 (x 0 , y 0 , z 0 ) and the intersection angle δ. That is, Equations 48 to 50 are replaced by Equations 4 to 6
Substituting into the position coordinates of the position coordinates P 1 of the point P 1 (x, y, z) or the point P 1 '(x, y, 0) is determined. As a result, the angle Θ ′ is determined by Expression 54 (Step S67).

【0144】[0144]

【数54】 (Equation 54)

【0145】そして、ベクトルMP1 を角度−φだけZ
軸のまわりに旋回することにより、角度Θが求められる
こととなる(図18参照)。故に、角度Θは、
Then, the vector MP 1 is changed by the angle −φ to Z.
By turning around the axis, the angle Θ is determined (see FIG. 18). Therefore, the angle Θ

【0146】[0146]

【数55】 [Equation 55]

【0147】により決定される(ステップS68)。Is determined (step S68).

【0148】(C−6−2−1) g− sinδ法 ステップS62 パラメータy0 が0近傍の値である場合には、ステップ
S6Aのg− sinδ法の適用により旋回角Θが求められ
る。これは、次の様な理由によるものである。
(C-6-2-1) g-sin δ Method Step S62 When the parameter y 0 is a value near 0, the turning angle Θ is obtained by applying the g-sin δ method in step S6A. This is for the following reason.

【0149】即ち、g− cosδ法では、先ず余弦Cδを
求め、次に正弦Sδを求めた上で交差角δの算出を行っ
ていた。しかし、数11より明らかな様に、パラメータ
0が極めて0に近い値のときにはCPU511内の計
算過程で桁落ちが大きくなり、各アームの駆動制御が困
難となる問題が生じる。実際、パラメータy0 の値が1
-3のオーダーのときには、逆変換による駆動誤差は数
mmにもなっていた。
That is, in the g-cos δ method, first, the cosine C δ is obtained, then the sine S δ is obtained, and then the intersection angle δ is calculated. However, as is apparent from Equation 11, when the parameter y 0 is a value extremely close to 0, the digit loss becomes large in the calculation process in the CPU 511, and there is a problem that the drive control of each arm becomes difficult. In fact, the value of the parameter y 0 is 1
In the case of the order of 0 -3, the drive error due to the inverse transformation is a number
mm.

【0150】そこで、この様な問題点の解決手段として
考えだされたのが本g− sinδ法であり、本方法は、先
に正弦Sδを求めておき、次に余弦Cδを求めることに
より交差角δを求めようとするものである。この方法に
よれば、前述の桁落ちという問題は発生せず、正確な駆
動制御が可能となる。即ち、g法によれば理論的にはパ
ラメータy 0 が0近傍であろうとも必ず交差角δの厳密
解を求める筈であるにも拘わらず、たまたま余弦Cδか
ら先に電子計算機上で電気的に計算していたというデー
タ信号の処理上の理由により計算続行不能となっていた
事態を回避して、本来求めうる筈の厳密解を電気的計算
の処理過程においても高精度で求めうるようになる。
下、図9に示す各ステップに基づき、本g− sinδ法の
詳細を説明する。
The g-sin δ method has been devised as a means for solving such a problem. In this method, the sine S δ is obtained first, and then the cosine C δ is obtained. The angle δ is to be obtained. According to this method, the above-described problem of the digit loss does not occur, and accurate drive control can be performed. That is, according to the g method, theoretically
Even if the parameter y 0 is near 0, the intersection angle δ must be exactly
Despite trying to find a solution, it happens to be cosine Cδ
Earlier, it was said that data had been calculated electrically on a computer.
Calculation cannot be continued due to data signal processing.
Avoiding the situation and electrically calculating the exact solution that could be originally obtained
Can be obtained with high precision even in the process of (1). Hereinafter, the details of the g-sin δ method will be described based on the steps shown in FIG.

【0151】 ステップS6A1〜6A2 ステップS6A1は図7のステップS63と同一である
ため、本ステップの詳細な記述を省略する。
Steps S6A1 to 6A2 Step S6A1 is the same as step S63 in FIG. 7, and therefore detailed description of this step is omitted.

【0152】ステップS6A2では、正弦Sδに関する
4次方程式の解が算出される。この正弦Sδに関する4
次方程式は、余弦Cδの場合と同様の考察により導出さ
れる。即ち、数14を用いて数11を変形すれば、
In step S6A2, the solution of the quartic equation relating to the sine Sδ is calculated. 4 for this sine Sδ
The following equation is derived based on the same considerations as in the case of the cosine Cδ. That is, if equation 11 is transformed using equation 14,

【0153】[0153]

【数56】 [Equation 56]

【0154】が得られる。そして、数56の両辺を自乗
し、
Is obtained. Then, squaring both sides of Equation 56,

【0155】[0155]

【数57】 [Equation 57]

【0156】とおけば、次の関係式、即ち、図18の点
1 に於ける交差角δの正弦Sδに関する4次方程式
Then, the following relational expression , that is, the point in FIG.
A quartic equation for the sine Sδ of the intersection angle δ at N 1

【0157】[0157]

【数58】 [Equation 58]

【0158】が得られる。ここで、各係数a’,b’,
c’及びd’は、それぞれ
Is obtained. Here, each coefficient a ′, b ′,
c ′ and d ′ are respectively

【0159】[0159]

【数59】 [Equation 59]

【0160】[0160]

【数60】 [Equation 60]

【0161】[0161]

【数61】 [Equation 61]

【0162】[0162]

【数62】 (Equation 62)

【0163】で表される。Is represented by

【0164】数58の解XS1〜XS4は、数15と同様
に、デカルトの方法により求められる。即ち、数21〜
数24に基づいて解XS1〜XS4を与えるプログラムを同
様に作成し、このプログラムをメモリ512に記憶して
おくことにより、解XS1〜XS4をソフト処理により求め
ることが可能となる。しかも、数59〜数62はパラメ
ータy0 をその分母に含んでいないため、パラメータy
0 が0近傍値であっても、解XS1〜XS4の算出に際して
十分良好な計算精度が得られる。
The solutions X S1 to X S4 of Expression 58 are obtained by the Cartesian method, as in Expression 15. That is, Equations 21 to
Similarly, a program that gives the solutions X S1 to X S4 based on Equation 24 is created, and this program is stored in the memory 512, whereby the solutions X S1 to X S4 can be obtained by software processing. Moreover, since Equations 59 to 62 do not include the parameter y 0 in its denominator, the parameter y 0
Even when 0 is a value close to 0, sufficiently good calculation accuracy can be obtained when calculating the solutions X S1 to X S4 .

【0165】 ステップS6A3 前ステップにより算出された正弦Sδの値を用いて、余
弦Cδの値が算出される。余弦Cδの導出は数11及び
数14より得られる。即ち、図18の点N 1 に於けるト
ーチ40の交差角δの余弦Cδは、
Step S6A3 The value of the cosine Cδ is calculated using the value of the sine Sδ calculated in the previous step. The derivation of the cosine Cδ is obtained from Expressions 11 and 14. That is, at point N 1 in FIG.
The cosine Cδ of the intersection angle δ of the

【0166】[0166]

【数63】 として表され、その分母にパラメータy0 を含まない。
従って、パラメータy0の値如何に係わらず、正確に余
弦Cδを算出することが可能となる。尚、数63は、そ
の分母に(xo Cθ)を含んでいる。しかし、パラメー
タy0 が0近傍(−Δy0 〜+Δy0 )となる範囲にお
いては(xo Cθ)が0近傍となる様なケースが発生し
ないことが、シミュレーションや実験等により確認され
ている。従って、(xo Cθ)を考慮する必要はない。
この点は、後述するパラメータy0 が1近傍又は−1近
傍の値となる場合についても成立する。
[Equation 63] And its denominator does not include the parameter y 0 .
Therefore, it is possible to accurately calculate the cosine Cδ irrespective of the value of the parameter y 0 . The expression 63 includes (x o Cθ) in its denominator. However, it has been confirmed by simulation, experiments, and the like that the case where (x o Cθ) is close to 0 does not occur in the range where the parameter y 0 is close to 0 (−Δy 0 to + Δy 0 ). Therefore, there is no need to consider (x o Cθ).
This point holds true for the case where the parameter y 0 to be described later is near 1 or -1 value near.

【0167】 ステップS66〜S68 ステップS6Aにより正弦Sδと余弦Cδとが正確に
気的に算出されたので、図18の点N 1 に於けるトーチ
40の交差角δをも正確に電気的に算出することが可能
となる。従って、本g− sinδ法についても同様に、数
47に基づき交差角δが電気的に算出された後(ステッ
プS66)、ステップS67及びS68により、トーチ
40の先端を図18の点Nに移動させるために必要な第
2のアーム22の旋回角Θが電気的に算出される。
[0167] Step S66~S68 exactly electrostatic sine Sδ and cosine Cδ by step S6A
The torch at point N 1 in FIG.
It is also possible to accurately and electrically calculate the intersection angle δ of 40 . Accordingly, in the g-sin δ method, similarly, after the intersection angle δ is electrically calculated based on Equation 47 (Step S66), the torch is performed in Steps S67 and S68 .
No. 40 required to move the tip of 40 to the point N in FIG.
The turning angle のof the second arm 22 is electrically calculated.

【0168】(C−6−3) 改良g法 ステップS61 天頂角θが特定領域内にあると判断された場合には、ス
テップS6Bの改良g法が適用される。この理由は次の
通りである。
(C-6-3) Improved g Method Step S61 If it is determined that the zenith angle θ is within the specific area, the improved g method of Step S6B is applied. The reason is as follows.

【0169】即ち、g− cosδ法によれば、余弦Cδの
4次方程式(数15)を解くことによって交差角δが算
出される。
That is, according to the g-cos δ method, the intersection angle δ is calculated by solving a quartic equation (equation 15) of the cosine Cδ.

【0170】しかし、上記4次方程式の各係数a,b,
c及びd(数17〜数20)は、その分母に正弦Sθ
含んでいる。従って、天頂角θが特定領域内(0≦θ≦
Δθ,180−Δθ≦θ≦180)にある場合には、係
数a〜dの全てが大きな値となる。しかも数15の解
(数21〜数24)の算出に際しては、数64〜数70
に示される通り、各係数a〜dについて2乗、3乗等
(a2 〜d2 等)の複雑な計算が必要とされる。尚、数
68〜数70の量u,v及びwは、それぞれ数21〜数
24で示された量u,v及びwである。
However, each coefficient a, b,
c and d (the number 17 to number 20) includes a sine S theta in its denominator. Therefore, the zenith angle θ is within the specific area (0 ≦ θ ≦
Δθ, 180−Δθ ≦ θ ≦ 180), all of the coefficients a to d have large values. Moreover, when calculating the solution of Equation 15 (Equations 21 to 24), Equations 64 to 70 are used.
As shown in the square for each coefficient to d, are required complicated calculations cubed, etc. (a 2 to d 2, etc.). The quantities u, v, and w in equations 68 to 70 are the quantities u, v, and w shown in equations 21 to 24, respectively.

【0171】[0171]

【数64】 [Equation 64]

【0172】[0172]

【数65】 [Equation 65]

【0173】[0173]

【数66】 [Equation 66]

【0174】[0174]

【数67】 [Equation 67]

【0175】[0175]

【数68】 [Equation 68]

【0176】[0176]

【数69】 [Equation 69]

【0177】[0177]

【数70】 [Equation 70]

【0178】その結果、天頂角θが上記の特定領域内に
ある姿勢を保持してトーチ40の先端を図18の点Nへ
移動させるための各アームの駆動量を求めるために点N
1 における交差角δの余弦Cδに関する数15の解Xc1
〜Xc4を求めようとする場合には、CPU511に於け
る演算がオーバーフローするという問題点が生ずる。即
ち、解Xc1〜Xc4の精度が極端に低下することとなる。
この点に関しては、g− sinδ法についても同様であ
る。
As a result, the zenith angle θ falls within the above specific area.
While maintaining a certain posture, the tip of the torch 40 is moved to the point N in FIG.
The point N is used to determine the driving amount of each arm for moving.
The solution X c1 of Equation 15 for the cosine Cδ of the intersection angle δ at 1
When trying to find a to X c4, it arises a problem that in operation overflows the CPU 511. In other words, so that the accuracy of the solution X c1 to X c4 is extremely lowered.
In this regard, the same applies to the g-sin δ method.

【0179】勿論、この様な問題点はCPU511の計
算容量とも密接に関係しているため、計算容量を大きく
することによって斯かる問題点の発生を抑制することも
可能である。しかし、汎用的なCPU511を用いても
該問題点を生じさせない様なフレシキブルな解決方法が
求められるのである。
[0179] Of course, such a problem is because it is closely related to the calculation capacity of the CPU511, it is also possible to suppress the occurrence of 斯or that problem by increasing the calculation capacity. However, there is a need for a flexible solution that does not cause the problem even when the general-purpose CPU 511 is used.

【0180】そこで本発明では、斯かる解決方法とし
て、改良g法が適用される。以下、改良g法に於ける各
ステップを、図10〜図12に基づき説明する。
[0180] Therefore, in the present invention, as 斯or that solution, improving g method is applied. Hereinafter, each step in the improved g method will be described with reference to FIGS.

【0181】尚、本実施例では、特定領域を定めるΔθ
の値は3deg.〜10deg.の範囲内で選択されて
いる。勿論、このΔθの設定可能範囲は、上記範囲に限
定されるものではない。即ち、設計者は、CPU511
の計算容量や量x0 ,y0 の値等を考慮しながら、Δθ
の値を任意に定めることができる。
In this embodiment, Δθ that defines the specific area
Is 3 deg. -10 deg. Is selected within the range. Of course, the settable range of Δθ is not limited to the above range. That is, the designer can use the CPU 511
Δθ while taking into account the calculation capacity and the values of the quantities x 0 and y 0 , etc.
Can be arbitrarily determined.

【0182】 ステップS6B1 パラメータy0 が0近傍値か1近傍値かそれとも−1近
傍値か否かが判断される。即ち、パラメータy0 が、−
Δy01≦y0 ≦Δy01,1−Δy02≦y0 ≦1+Δy02
又は−1−Δy03≦y0 ≦−1+Δy03(Δy01,Δy
02,Δy03は1よりも十分に小さな値)の範囲内にある
か否かが判断される。本ステップもまた、パラメータy
0 の値いかんによっては交差角δの電気的算出過程にお
いて生じた計算精度の低下に起因する駆動量の誤差発生
を回避するために適用可能な改良g法のモードを選択す
るという意義を有する。尚、Δy01,Δy02,Δy03
また、CPU511の計算容量を考慮して任意に定めら
れる。
Step S6B1: It is determined whether or not the parameter y 0 is near 0, near 1 or near −1. That is, when the parameter y 0 is −
Δy 01 ≦ y 0 ≦ Δy 01 , 1−Δy 02 ≦ y 0 ≦ 1 + Δy 02
Or −1−Δy 03 ≦ y 0 ≦ −1 + Δy 03 (Δy 01 , Δy
02 and Δy 03 are values that are sufficiently smaller than 1). This step also uses the parameter y
Depending on the value of 0 , the electrical calculation of the intersection angle δ
Have the meanings that selects a mode applicable improvements g method to avoid the drive amount of error occurrence that attributable to a decrease in calculation accuracy caused by are. Note that Δy 01 , Δy 02 , and Δy 03 are also arbitrarily determined in consideration of the calculation capacity of the CPU 511.

【0183】即ち、上記範囲内にパラメータy0 が存在
しないと判断された場合には、ステップS6B2の改良
g− cosδ法が適用される。しかし、パラメータy0
上記範囲内にあると判断された場合には、改良g− cos
δ法ではパラメータy0 の値による計算精度の低下が発
生するため、ステップS6B3の改良g− sinδが適用
される。このg− sinδ法の適用により、天頂角θが上
記特定領域内の値に指定された場合において、且つ、g
法を適用するときの図18の仮想点N 1 のy座標値であ
るパラメータy 0 の値が上記範囲内にあっても、電子計
算機側での桁落ちを発生させることなく、電子計算機の
計算容量の範囲内で、正確且つ高精度で、点N 1 におけ
る交差角δを求めることが可能になる。以下、ステップ
S6B2の改良g− cosδ法から説明することにする。
That is, when it is determined that the parameter y 0 does not exist within the above range, the improved g-cos δ method of step S6B2 is applied. However, if the parameter y 0 is determined to be within the above range, the improved g-cos
In the δ method, since the calculation accuracy decreases due to the value of the parameter y 0 , the improved g-sin δ in step S6B3 is applied. By applying the g-sin δ method, the zenith angle θ increases.
When specified in the value in the specific area, and g
18 is the y coordinate value of the virtual point N 1 in FIG.
Even if the value of the parameter y 0 falls within the above range,
Without causing digit loss on the computer side,
Sufficient computational capacity, exactly and precisely, put the point N 1
Can be obtained. Hereinafter, the modified g-cos δ method in step S6B2 will be described.

【0184】 改良g− cosδ法 図11は改良g− cosδ法の主要部分を示すフローチャ
ートであり、本図に基づき説明する。
Improved g-cos δ Method FIG. 11 is a flowchart showing a main part of the improved g-cos δ method, which will be described with reference to FIG.

【0185】 −1 ステップS6B21 第1アーム21がZ軸のまわりに仮想的に−φだけ旋回
される。このステップ自体はステップS63と同一であ
る。
-1 Step S6B21 The first arm 21 is turned virtually by −φ around the Z axis. This step itself is the same as step S63.

【0186】 −2 ステップS6B22 ( cosδ)-1の4次方程式の解が算出される。即ち、特
定領域では、 cosδの逆数を変数とする4次方程式を導
出し、この4次方程式を解くことによって、天頂角θの
が特定領域内場合に電子計算機内の計算処理過
程で生じる上記問題点が克服される。その様な4次方程
式は、
-2 Step S6B22 The solution of the quartic equation of (cos δ) -1 is calculated. That is, in certain regions, to derive the quartic equation for the inverse of cosδ a variable, by solving the quartic equation, calculation processing over electronic computing machine if the value of the zenith angle θ is Ru Ah in a specific area
The above problems arising during the process are overcome. Such a quartic equation is

【0187】[0187]

【数71】 で表される新たな変数Xc ’について数15を変形する
ことにより得られる。即ち、導出すべき点N 1 における
交差角δに関する4次方程式は、
[Equation 71] Is obtained by modifying equation 15 for a new variable X c ′ represented by In other words, in the N 1 point to be derived
The quartic equation for the intersection angle δ is

【0188】[0188]

【数72】 として与えられる。ここで、各係数A〜Dは、それぞれ[Equation 72] Given as Here, the coefficients A to D are respectively

【0189】[0189]

【数73】 [Equation 73]

【0190】[0190]

【数74】 [Equation 74]

【0191】[0191]

【数75】 [Equation 75]

【0192】[0192]

【数76】 として表される。[Equation 76] It is expressed as

【0193】数73〜数76より明白な通り、各係数A
〜Dの分母には正弦Sθが含まれていない。従って、天
頂角θが特定領域内の値であっても、CPU511の動
作がオーバーフローすることはない。即ち、天頂角θが
0deg.又は180deg.に限りなく近くなるケー
スにおいても、正確に解Xc ’及び解Xc を算出するこ
とが可能となる。
As is clear from Equations 73 to 76, each coefficient A
The denominator of DD does not include the sine S θ . Therefore, even if the zenith angle θ is a value in the specific area, the operation of the CPU 511 does not overflow. That is, when the zenith angle θ is 0 deg. Or 180 deg. It is possible to calculate the solution X c ′ and the solution X c accurately even in the case where the values are as close as possible.

【0194】尚、数72の解Xc ’の算出に当たって
も、数15と同様の方法(デカルト法)が適用される。
即ち、解Xc ’は、数21〜数24の関係式に基づき定
められるCPU511内のソフト処理により算出され
る。
The same method (Cartesian method) as in Equation 15 is applied to the calculation of the solution X c ′ in Equation 72.
That is, the solution X c ′ is calculated by software processing in the CPU 511 determined based on the relational expressions of Expressions 21 to 24.

【0195】 −3 ステップS6B23 本ステップでは、前記ステップS6B22で求められた
解Xc ’に基づき、図18の点N 1 に於ける交差角δの
余弦Cδの値が求められる。そのような余弦Cδは、数
77に基づく電気的処理により算出される。
[0195] In -3 step S6B23 this step, based on the solution X c 'obtained in the step S6B22, the value of <br/> cosine Cδ point in crossing angle N 1 [delta] in Figure 18 are determined. Such a cosine Cδ is calculated by electrical processing based on Equation 77.

【0196】[0196]

【数77】 [Equation 77]

【0197】−4 ステップS6B24 改良g法においても同様に、余弦Cδの値を用いて数1
1より正弦Sδが算出される。
-4 Step S6B24 Similarly, in the improved g method, using the value of cosine Cδ,
The sine Sδ is calculated from 1.

【0198】 改良g− sinδ法 パラメータy0 が0近傍値の場合には、数11より明ら
かな様に正弦Sδを正確に算出することができない。
又、パラメータy0 が1近傍値か又は−1近傍値の場合
には、数73〜数76より明らかな様に、余弦Cδを正
確に算出することができない。従って、本ケースでは、
改良g− sinδ法を適用することにより、天頂角θが特
定領域内にあることによる上記問題点とパラメータy
0 が0、1又は−1近傍値にあることによる上記問題点
とを同時に解決するものである。以下、図12に基づ
き、改良g− sinδ法の主要部を説明する。
Improved g-sin δ Method When the parameter y 0 is a value close to 0, the sine S δ cannot be calculated accurately as is clear from Equation 11.
Also, when the parameter y 0 is a value close to 1 or a value close to −1, the cosine Cδ cannot be calculated accurately, as is clear from Equations 73 to 76. Therefore, in this case,
By applying an improved g- sin [delta method, zenith angle θ is especially
The above problem caused by being within the constant region and the parameter y
The present invention solves the above-mentioned problem caused by 0 being close to 0 , 1 or -1 at the same time. Hereinafter, the main part of the improved g-sin δ method will be described with reference to FIG.

【0199】同図に示す様に、第1アームの仮想的旋回
の想定(ステップS6B31)に基づき、正弦Sδの逆
数に関する4次方程式の解が求められる(ステップS6
B32)。この4次方程式は、数78で表される関係式
を用いて正弦Sδに関する4次方程式(数58)を変形
することにより導出される。即ち、正弦Sδの逆数に関
する4次方程式は数79として与えられる。
As shown in the figure, the solution of the quartic equation relating to the reciprocal of the sine Sδ is obtained based on the assumption of the virtual turning of the first arm (step S6B31) (step S6).
B32). This quartic equation is derived by modifying the quartic equation (Equation 58) for the sine Sδ using the relational expression expressed by Equation 78. That is, a quartic equation relating to the reciprocal of the sine Sδ is given by Expression 79.

【0200】[0200]

【数78】 [Equation 78]

【0201】[0201]

【数79】 [Expression 79]

【0202】ここで各係数A’〜D’は、それぞれ数8
0〜数83により表される。
Here, each of the coefficients A ′ to D ′ is given by
0 to the number 83.

【0203】[0203]

【数80】 [Equation 80]

【0204】[0204]

【数81】 [Equation 81]

【0205】[0205]

【数82】 (Equation 82)

【0206】[0206]

【数83】 [Equation 83]

【0207】本4次方程式についても同様にデカルトの
方法を適用することができ、解XS1’〜XS4’をソフト
処理により電気的に求めることが可能となる。しかも、
各係数A’〜D’はパラメータy0 をその分母に含んで
いないため、本ソフト処理はパラメータy0 の値による
影響を受けることはない。
The Cartesian method can be similarly applied to this quartic equation, and the solutions X S1 ′ to X S4 ′ can be electrically obtained by software processing. Moreover,
Since each of the coefficients A ′ to D ′ does not include the parameter y 0 in its denominator, the software processing is not affected by the value of the parameter y 0 .

【0208】次にステップS6B33では、本来求める
べき正弦Sδの値が数84に基づき電気的に算出され
る。
Next, in step S6B33, the value of the sine Sδ to be originally obtained is electrically calculated based on the equation (84).

【0209】[0209]

【数84】 [Equation 84]

【0210】更にステップS6B34では、数63に基
づき余弦Cδの値が電気的に算出されるが、同様に、本
ステップもパラメータy0 の値による影響を受けること
はない。
[0210] Furthermore, in step S6B34, the value of the cosine Cδ based on the number 63 is electrically calculated, similarly, the step also is not affected by the value of the parameter y 0.

【0211】 ステップS66〜S68 改良g− cosδ法又は改良g− sinδ法により図18の
点N 1 に於けるトーチ40の交差角δの余弦Cδ及び正
弦Sδの値が電気的計算処理により求められた後は、同
様に交差角δが電気的に算出され(ステップS66)、
更に旋回角Θが電気的に算出される(ステップS67〜
S68)。
[0211] The step S66~S68 improved g- cos [delta] method or improved g- sin [delta method of FIG. 18
After the values of the cosine Cδ and the sine Sδ of the intersection angle δ of the torch 40 at the point N 1 have been obtained by the electrical calculation process , the intersection angle δ is similarly calculated electrically (step S66).
Further, the turning angle Θ is electrically calculated (steps S67 to S67).
S68).

【0212】 (C−6−4) ステップS69 i) 旋回角Θの厳密解が求められたので、該厳密解を
座標変換式(数37〜数39)に代入することにより、
第2のアーム22のXY平面内の並進量xs 及び軸A2
まわりの回転角αが求められる。これらの駆動量x s
αの電気的算出は、次の様にして行われる。
(C-6-4) Step S69 i) Since the exact solution of the turning angle Θ has been obtained, the exact solution is substituted into the coordinate transformation formulas (Formula 37 to Formula 39) to obtain
Translation amount in the XY plane of the second arm 22 x s and axis A 2
The surrounding rotation angle α is determined. These drive amounts x s ,
The electrical calculation of α is performed as follows.

【0213】即ち、pzm=z0 であるから、数39及び
数50より、
That is, since p zm = z 0 , from Equations 39 and 50,

【0214】[0214]

【数85】 [Equation 85]

【0215】であり、又、数6はAnd the expression 6 is

【0216】[0216]

【数86】 [Equation 86]

【0217】で表わされる。従って、数85及び数86
より
Is represented by Therefore, Equation 85 and Equation 86
Than

【0218】[0218]

【数87】 [Equation 87]

【0219】となる。The following is obtained.

【0220】一方、数37及び数38より並進自由度x
s は、
On the other hand, from Expressions 37 and 38, the degree of freedom of translation x
s

【0221】[0221]

【数88】 [Equation 88]

【0222】により求められる。又、数88を数37に
代入すれば、
Is obtained by By substituting Equation 88 into Equation 37,

【0223】[0223]

【数89】 [Equation 89]

【0224】が得られる。よって、角度αは、数87及
び数89より導かれる数90により決定される。
Is obtained. Therefore, the angle α is determined by Expression 90 derived from Expression 87 and Expression 89.

【0225】[0225]

【数90】 [Equation 90]

【0226】ii) 次に、第2アーム22のZ軸方向
への並進自由度zs と軸A3のまわりの回転角βとが決
定される。即ち、並進自由度zs は数50及び数85に
より決定され、回転角βは、数31〜数33より導かれ
る数91又は数92により決定される。
Ii) Next, the degree of freedom of translation z s of the second arm 22 in the Z-axis direction and the rotation angle β about the axis A3 are determined. That is, the translational degree of freedom z s is determined by Expression 50 and Expression 85, and the rotation angle β is determined by Expression 91 or Expression 92 derived from Expressions 31 to 33.

【0227】[0227]

【数91】 [Equation 91]

【0228】[0228]

【数92】 (Equation 92)

【0229】以上のステップにより、逆変換の解、即
ち、各アームの駆動量Θ,xs ,zs,α,βが全て厳
密に決定されたことになり、g− cosδ法によるステッ
プS6は終了する。
By the above steps, the solution of the inverse transformation, that is, the drive amounts Θ, x s , z s , α, and β of each arm are all strictly determined, and the step S6 by the g-cos δ method is finish.

【0230】(C−7) ステップS7 ステップS6で決定された各アームの駆動量Θ,xs
s ,α,βはそれぞれ、駆動信号D1 ,D2 ,D3
4 ,D5 に変換される。この変換処理は、CPU51
1により行われる。そして、各駆動信号D1 〜D5 は、
データバス57を介して各駆動機構531〜535に伝
達される。
(C-7) Step S7 The drive amounts Θ, x s , and s of each arm determined in step S6
z s , α, β are driving signals D 1 , D 2 , D 3 ,
It is converted to D 4 and D 5 . This conversion processing is performed by the CPU 51
1 is performed. Then, each of the drive signals D 1 to D 5 is
The data is transmitted to each drive mechanism 531 to 535 via the data bus 57.

【0231】一方、各駆動機構531〜535は各駆動
信号D1 〜D5 に応じた量だけ各アームを駆動する。そ
の結果、トーチ40の先端はステップS5の計算により
求められた補間点Pijへ移動する。その際のトーチ40
の先端の位置及び姿勢は、勿論その補間点Pijにおける
補間データXijと厳密に一致する。従って、トーチ40
の先端より溶接部に向けて発射されたレーザビームLB
は、その前の補間点Pij-1と目標の補間点Pij間をワー
ク線に沿って正確に移動することとなる。
On the other hand, each of the drive mechanisms 531 to 535 drives each arm by an amount corresponding to each of the drive signals D 1 to D 5 . As a result, the tip of the torch 40 moves to the interpolation point P ij obtained by the calculation in step S5. Torch 40 at that time
Of course, the position and orientation of the tip of exactly match the interpolation data X ij at the interpolation point P ij . Therefore, the torch 40
Beam LB emitted toward the weld from the tip of
Moves accurately along the work line between the preceding interpolation point P ij-1 and the target interpolation point P ij .

【0232】(C−8) ステップS8 本ステップでは、その補間点Pijが最後の補間点か否か
が判断される。尚、その判断はソフト的にコントローラ
51によって行われる。そして、補間点Pijが最後の補
間点でないと判断されたときにはステップS5へ戻り、
次の補間点Pij +1の補間データXij+1が計算され、一連
のステップS6〜S8が同様に行われる。
(C-8) Step S8 In this step, it is determined whether or not the interpolation point Pij is the last interpolation point. The determination is made by the controller 51 by software. When it is determined that the interpolation point P ij is not the last interpolation point, the process returns to step S5,
The interpolation data X ij + 1 of the next interpolation point P ij +1 is calculated, and a series of steps S6 to S8 are performed in the same manner.

【0233】それに対して、補間点Pijが最後の補間点
であると判断されたときには、ステップS9へと進めら
れる。
On the other hand, when it is determined that the interpolation point P ij is the last interpolation point, the process proceeds to step S9.

【0234】(C−9) ステップS9 本ステップでは、ティーチング点Pi が最後のティーチ
ング点か否かが判断される。この判断も又、コントロー
ラ51によって行われる。そして、ティーチング点Pi
が最後のティーチング点でないと判断されたときにはス
テップS4へ戻り、次のティーチング点Pi+1 のティー
チングデータXi+1 が読出され、一連のステップS5〜
S9が再び行われる。
[0234] In (C-9) Step S9 present step, teaching points P i whether the last teaching point is determined. This determination is also made by the controller 51. And the teaching point P i
There when it is determined that not the last teaching point returns to step S4, the teaching data X i + 1 of the next teaching point P i + 1 is read, a series of steps S5~
S9 is performed again.

【0235】それに対して、ティーチング点Pi が最後
のティーチング点であると判定されたときには、レーザ
溶接ロボットRBの全ての動作が終了する。
On the other hand, when it is determined that the teaching point P i is the last teaching point, all the operations of the laser welding robot RB are completed.

【0236】以上の説明から明らかな通り、本実施例の
ポイントは、次の様に理解される。即ち、幾何学的に想
定された角度δ(交差角)という概念を導入し、特定領
域外では余弦Cδの4次方程式の厳密解をソフト的に処
理する。但し、バラメータy0 の値によっては余弦Cδ
に代えて正弦Sδを変数に選択し、正弦Sδの4次方程
式の厳密解をソフト的に処理する。一方、特定領域内で
は余弦Cδの逆数の4次方程式の厳密解をソフト的に処
理する。但し、バラメータy0 の値によっては同様に正
弦Sδの逆数変数に選択し、正弦Sδの逆数の4次方
程式の厳密解をソフト的に処理することとする。これら
の方法により、トーチの移動点の全てについて、近似す
ることなく厳密にしかも簡単に逆変換を行えるようにし
た点である。
As is clear from the above description, the points of this embodiment are understood as follows. That is, the concept of a geometrically assumed angle δ (intersection angle) is introduced, and the exact solution of the quartic equation of the cosine Cδ is processed by software outside the specific region. However, depending on the value of the parameter y 0, the cosine Cδ
, The sine Sδ is selected as a variable, and the exact solution of the quartic equation of the sine Sδ is processed by software. On the other hand, in the specific region, the exact solution of the quartic equation of the reciprocal of the cosine Cδ is processed by software. However, depending on the value of the parameter y 0 , similarly, the reciprocal of the sine Sδ is selected as a variable, and the exact solution of the quartic equation of the reciprocal of the sine Sδ is processed by software. With these methods, the inverse transformation can be performed strictly and easily without approximation for all the moving points of the torch.

【0237】なお、参考として、既述解析による逆変換
アルゴリズムの流れを図20(g法)及び図21(改良
g法)に示す。両図において、カッコ付きの数字は上記
説明中において用いられた数式の番号を示している。ま
た、(*)印はティーチングデータから直ちに得られる
X系の量であり、(**)印は逆変換によって求めるべ
きα系の量を示している。
As a reference, FIGS. 20 (g method) and 21 (improved g method) show the flow of the inverse transformation algorithm based on the analysis described above. In both figures, the numbers in parentheses indicate the numbers of the mathematical expressions used in the above description. The mark (*) indicates the amount of the X system immediately obtained from the teaching data, and the mark (**) indicates the amount of the α system to be obtained by the inverse transformation.

【0238】D.変形例 (D−1) その1 以上のレーザー溶接ロボットRBでは、基本的には、特
定領域外では余弦Cδに関する4次方程式の解を算出す
ることにより(g− cosδ法)、特定領域内では余弦C
δの逆数に関する4次方程式の解を算出することにより
(改良g− cosδ法)、各アームの駆動信号D1 〜D5
が決定されていた。但し、パラメータy0 が0近傍値,
1近傍値乃至は−1近傍値の場合には、g− sinδ法や
改良g−sinδ法を選択的に用いていた。
D. Modifications (D-1) Part 1 In the above laser welding robot RB, basically, by calculating the solution of a quartic equation relating to the cosine Cδ outside the specific region (g-cosδ method), Cosine C
By calculating the solution of the quartic equation relating to the reciprocal of δ (improved g-cos δ method), the drive signals D 1 to D 5 of each arm are calculated.
Was decided. Where the parameter y 0 is a value near 0,
In the case of a value near 1 or a value near −1, the g-sin δ method and the improved g-sin δ method have been selectively used.

【0239】しかし、正弦Sδを基本としてg法及び改
良g法を展開することも可能である。即ち、特定領域外
では正弦Sδに関する4次方程式の解より駆動信号D1
〜D5 を決定し、特定領域では正弦Sδの逆数に関す
る4次方程式の解より駆動信号D1 〜D5 を決定するこ
とができる。この場合には、パラメータy0 の値を考慮
する必要がなく、天頂角θが特定領域内か否かを考慮す
れば足りるという利点がある。尚、この場合の特定領域
もまた、0deg.≦θ≦(0deg.+Δθ),(180deg.
−Δθ)≦θ≦180deg.である。
However, it is also possible to develop the g method and the improved g method based on the sine Sδ. That is, outside the specific region, the drive signal D 1 is obtained from the solution of the quartic equation relating to the sine Sδ
Determines to D 5, it is possible to determine the driving signals D 1 to D 5 from the solution of 4-order equation for the inverse of the sine Sδ specific region. In this case, there is an advantage that it is not necessary to consider the value of the parameter y 0 , and it is sufficient to consider whether the zenith angle θ is within the specific region. Note that the specific area in this case is also 0 deg. ≦ θ ≦ (0 deg. + Δθ), (180 deg.
−Δθ) ≦ θ ≦ 180 deg.

【0240】その様な正弦Sδを基本としたg法及び改
良g法を用いた制御方法を、図13及び図14に示す。
但し、本制御方法と図5及び図6で示された制御方法と
の相違点は、X系からα系への逆変換のステップ(S
6)の部分だけのみである。従って、図13及び図14
には、図5のステップS6に対応するステップのみが示
されている。
FIGS. 13 and 14 show a control method using the g method based on the sine Sδ and the improved g method.
However, the difference between this control method and the control methods shown in FIGS. 5 and 6 is that the step of inverse conversion from X system to α system (S
Only 6) is included. Therefore, FIG. 13 and FIG.
Shows only steps corresponding to step S6 in FIG.

【0241】尚、本変形例に於ける電気的及び機械的構
成もまた、上述レーザー溶接ロボットRBにおける構成
と同一である。
The electrical and mechanical configuration of this modification is also the same as that of the laser welding robot RB.

【0242】 ステップS6C1 天頂角θが特定領域内に有るか否かが判断される。Step S6C1 It is determined whether or not the zenith angle θ is within the specific area.

【0243】 ステップS6C2〜S6C3 天頂角θが特定領域内であると判断された場合には、g
− sinδ法が適用され、正弦Sδが先ず算出される。
Steps S6C2 to S6C3 If it is determined that the zenith angle θ is within the specific area, g
The sin sigma method is applied and the sine S δ is first calculated.

【0244】 ステップS6C4 特定領域内においては、改良g− sinδ法が適用され
る。改良g− sinδ法の詳細を図15に示すが、内容は
既述した通りである。
Step S6C4 In the specific area, the improved g-sin δ method is applied. The details of the improved g-sin δ method are shown in FIG. 15, and the contents are as described above.

【0245】 ステップS6C5〜S6C9 g− sinδ法または改良g− sinδ法により算出された
正弦Sδの値より、余弦Cδの値が算出される。更に、
交差角δが算出される。その後、旋回角Θを始めとして
各駆動量が算出されるが、これらのソフト処理も既述し
た通りである。
Steps S6C5 to S6C9 The value of the cosine Cδ is calculated from the value of the sine Sδ calculated by the g-sin δ method or the improved g-sin δ method. Furthermore,
The intersection angle δ is calculated. After that, each drive amount is calculated, including the turning angle Θ, and these software processes are also as described above.

【0246】以上述べた様に、本変形例では、特定領域
内では正弦Sδの逆数を算出することにより、特定領域
外では正弦Sδを算出することにより、全ての点Pi
点Pijにおいて各駆動量を正確に決定することができ
る。
As described above, in this modification, by calculating the reciprocal of the sine Sδ inside the specific area, and calculating the sine Sδ outside the specific area, all the points P i ,
Each driving amount can be accurately determined at the point P ij .

【0247】(D−2) その2 前述した各実施例では、トーチを移動すべき点が特定領
域内にあると判断された場合にのみ、改良g法が適用さ
れていた。しかし、トーチを移動すべき点が特定領域内
のみならず特定領域外にある場合にも、改良g法を適用
することも可能である。
(D-2) Part 2 In each of the above-described embodiments, the improved g method is applied only when it is determined that the point to which the torch should be moved is within the specific area. However, the improved g method can be applied to a case where the torch should be moved not only within the specific area but also outside the specific area.

【0248】 改良g− sinδ法を適用する場合 天頂角θの全範囲にわたって改良g− sinδ法を適用す
る。この場合には、天頂角θが90°近傍となる場合及
びCθ3 2 =x0 2 を満足する角度近傍となる場合を除
いて、既述した特定領域という概念が存在しないことと
なる。この点に関しては、数65〜数68の各係数A〜
Dの分母を参照することによって理解することができ
る。
When Applying the Improved g-sin δ Method The improved g-sin δ method is applied over the entire range of the zenith angle θ. In this case, unless the zenith angle θ is an angle near to satisfy the case and Cθ 3 2 = x 0 2 becomes 90 ° vicinity, so that there is no concept of specific regions already described. In this regard, each of the coefficients A to
This can be understood by referring to the denominator of D.

【0249】その様なステップS6Dを例示したのが、
図16のフローチャートである。図16もまた、図5の
ステップS6に相当するステップのみを示しており、本
変形例は図7のステップS6からステップS61及びS
62を除いた制御方法に相当している。本変形例では、
天頂角θの値によってg法と改良g法とを使い分ける必
要がなく(上記例外を除く。)、しかもパラメータy0
の値をも考慮する必要がないため、駆動量決定の手順を
簡易化できる効果がある。
An example of such step S6D is as follows.
It is a flowchart of FIG. FIG. 16 also shows only steps corresponding to step S6 in FIG. 5, and this modification is different from steps S6 to S61 and S61 in FIG.
This corresponds to a control method excluding 62. In this modification,
It is not necessary to selectively use the g method and the improved g method depending on the value of the zenith angle θ (except for the above exception), and the parameter y 0.
It is not necessary to consider the value of, so that there is an effect that the procedure for determining the drive amount can be simplified.

【0250】 改良g− cosδ法を主として適用する
場合 改良g− cosδ法を主として適用する場合を図17のス
テップS6Eに示す。本変形例でも既述した特定領域と
いう概念はなく、天頂角θの値によってg法と改良g法
とを使い分ける必要はない。
A case where the improved g-cos δ method is mainly applied A case where the improved g-cos δ method is mainly applied is shown in step S6E of FIG. Even in this modification, there is no concept of the specific region described above, and it is not necessary to use the g method and the improved g method depending on the value of the zenith angle θ.

【0251】しかし、パラメータy0 の値により改良g
− cosδ法と改良g− sinδ法とを使い分ける必要が生
じ、本変形例は改良g− sinδ法と改良g− cosδ法と
の併用型となる。即ち、パラメータy0 が0近傍値か1
近傍値か、又は−1近傍値となる場合には改良g− sin
δ法を適用することとし(ステップS6E2)、パラメ
ータy0 が上記範囲外である限りは、改良g− cosδ法
を適用して交差角δを算出するものである(ステップS
6E3)。
However, the improved g by the value of the parameter y 0
It is necessary to use the -cos δ method and the improved g-sin δ method properly, and this modification is a combined type of the improved g-sin δ method and the improved g-cos δ method. That is, if the parameter y 0 is a value close to 0 or 1
If the value is a neighborhood value or -1 neighborhood value, the improved g-sin
The δ method is applied (step S6E2), and as long as the parameter y 0 is out of the above range, the intersection angle δ is calculated by applying the improved g-cos δ method (step S6E2).
6E3).

【0252】(D−3) その3 特定領域内では改良g− cosδ法を基本的に用い、
特定領域外ではg− sinδ法を基本的に用いることもで
きる。
(D-3) Part 3 In the specific region, the improved g-cos δ method is basically used.
Outside the specific region, the g-sin δ method can be basically used.

【0253】 逆に、特定領域内では改良g− sinδ
法を基本的に用い、特定領域外ではg− cosδ法を基本
的に用いることもできる。
On the contrary, within the specific region, the improved g-sin δ
The g-cos δ method can be basically used outside the specific region.

【0254】尚、既述制御方法に於いて用いられた改良
g法とg法との組合せ及び改良g法同士の組合せを、図
22に示す。このような組合せのいずれについても、全
ての姿勢について且つ全ての位置において、計算機によ
る電気的計算処理過程で桁落ちを発生させることなく、
正確且つ高精度で交差角δを求めた上で各アームの厳密
解を決定することができる。特に、図22のNo.2及
びNo.3の方法ではパラメータy 0 の値を考慮する必
要がないという利点があり、又、No.3及びNo.4
の方法では天頂角θが特定領域にあるか否かに関係なく
常に改良g法を用いて各アームを制御できるという利点
がある。尚、同図22に於いて、No.1は図7〜図1
2に示した方法であり、No.2は変形例(D−1)で
あり、No.3及びNo.4はそれぞれ変形例(D−
2)、を示している。又、No.5〜No.6はそ
れぞれ変形例(D−3)、を示している。
FIG. 22 shows a combination of the improved g-methods and the combination of the improved g-methods used in the above-described control method. For any of these combinations,
For all postures and in all positions, the computer
Without any loss of digits in the electrical calculation process
Determine the intersection angle δ with high accuracy
The solution can be determined. In particular, in FIG. Second and third
No. 3 The method considers the value of the parameter y 0
There is an advantage that it is unnecessary. 3 and No. 3 4
Method does not matter whether the zenith angle θ is in a specific area
The advantage that each arm can always be controlled using the improved g method
There is. Incidentally, in the figure 22, No. 1 is FIGS. 7 to 1
The method shown in FIG. No. 2 is a modified example (D-1). 3 and No. 3 4 are modifications (D-
2). No. 5-No. 6 shows a modified example (D-3).

【0255】(D−4) その4 ところで、上記実施例ではXY平面へのトーチ40
の射影がX軸に平行となるような状態を想定した。しか
し、X軸とY軸とを相互に入れ換えて定義したときに
は、上記射影がY軸に平行となるような仮想的状態を想
定してもよいことになる。
(D-4) Part 4 In the above embodiment, the torch 40 on the XY plane is used.
Was assumed to be parallel to the X axis. However, when the X axis and the Y axis are interchanged and defined, a virtual state in which the projection is parallel to the Y axis may be assumed.

【0256】 また、図20及び図21から理解され
るように、仮想的φ回転は演算プロセスの途中に現われ
るのみであって、最終的にはその仮想的φ回転を行なっ
ていない現実の状態についてのα系の値が、コントロー
ラ内のCPUによって求めらる。したがって、上記各式
を組合せることによって、仮想的φ回転に対応して現わ
れてくる量(例えば仮想的な旋回角Θ′)を消去した式
を作れば、その式中には仮想的φ回転に関する量は現れ
ないこととなる。つまり、この場合には途中のプロセス
として仮想的φ回転を行わない演算式が得られるのであ
り、その様な演算式に基づいてα系の各値を求めること
が可能となる。即ち、このような変形もこの発明の範囲
に含まれる。しかも角度δはスカラー量であって座標軸
の回転の影響を受けない。従ってこの様な場合に於いて
も、Cδ若しくはSδについての4次方程式の解、又は
Cδの逆数若しくはSδの逆数についての4次方程式の
解より、角度δを決定することが可能となる。
As understood from FIGS. 20 and 21, the virtual φ rotation only appears in the middle of the calculation process, and finally, the actual state in which the virtual φ rotation is not performed. Are obtained by the CPU in the controller. Therefore, by combining the above equations to form an equation in which the amount (for example, the virtual turning angle Θ ′) that appears corresponding to the virtual φ rotation is eliminated, the virtual φ rotation is included in the equation. The quantity for will not appear. That is, in this case, an arithmetic expression that does not perform the virtual φ rotation is obtained as an intermediate process, and it is possible to obtain each value of the α system based on such an arithmetic expression. That is, such modifications are also included in the scope of the present invention. Moreover, the angle δ is a scalar quantity and is not affected by the rotation of the coordinate axes. Therefore, even in such a case, the angle δ can be determined from the solution of the quartic equation for Cδ or Sδ, or the solution of the quartic equation for the reciprocal of Cδ or Sδ.

【0257】 上記実施例では余弦Cδと正弦Sδと
を求めた上で、交差角δの値を求めていた。しかし、余
弦Cδから、又は正弦Sδから直接的に交差角δの値を
求めても良い。
In the above embodiment, the value of the intersection angle δ is obtained after obtaining the cosine Cδ and the sine Sδ. However, the value of the intersection angle δ may be directly obtained from the cosine Cδ or the sine Sδ.

【0258】(D−5) その5 この発明は、以上説明したレーザー溶接ロボットRB等
に限らず、図2に示す座標系と等価な構成を有する円筒
座標ロボット全般について適用できるものである。即
ち、図2に示したXYZ座標系を座標変換して得られる
新たなXYZ座標系を有する円筒座標ロボットに関して
も、本制御方法を適用することが出来る。
(D-5) No. 5 The present invention is not limited to the laser welding robot RB described above, and can be applied to any cylindrical coordinate robot having a configuration equivalent to the coordinate system shown in FIG. That is, the present control method can be applied to a cylindrical coordinate robot having a new XYZ coordinate system obtained by performing coordinate conversion on the XYZ coordinate system shown in FIG.

【0259】その様な一例を示したのが、図23及び図
24に記載されたレーザー溶接ロボットRB1である。
ここで図24は、レーザー溶接ロボットRB1のα系を
示す模式図であり、図23に示したレーザー溶接ロボッ
トRB1を同図の矢印ARの方向から眺めた側面図に対
応している。本ロボットRB1の構成を概観すれば、次
の通りである。
FIG. 23 and FIG. 24 show an example of such a laser welding robot RB1.
Here, FIG. 24 is a schematic diagram showing the α system of the laser welding robot RB1, and corresponds to a side view of the laser welding robot RB1 shown in FIG. 23 viewed from the direction of the arrow AR in the same figure. An overview of the configuration of the robot RB1 is as follows.

【0260】XY平面に平行なロボット設置面10’に
は第1アーム21’が垂直に設置されており、第1アー
ム21’自身が有する駆動機構(図示せず)の駆動力を
受けて第1アーム21’は、ガイド12に沿ってX方向
に並進運動する(第1軸、駆動量xs )。尚、第1アー
ム21’にはジャバラ機構13が設けられている。
A first arm 21 'is installed vertically on the robot installation surface 10' parallel to the XY plane, and the first arm 21 'receives a driving force of a driving mechanism (not shown) of the first arm 21' itself. The one arm 21 ′ translates in the X direction along the guide 12 (first axis, drive amount x s ). The bellows mechanism 13 is provided on the first arm 21 '.

【0261】又、第1アーム21’の一面に取り付けら
れた第2アーム22’は、自身が有する駆動機構(図示
せず)の駆動力を受けてY方向に並進運動するとともに
(第3軸、駆動量ys )、点M’を旋回中心としてYZ
平面内を旋回運動する(第2軸、旋回角Θ)。従って、
第2アーム22’は、第1アーム21’に対して直接的
にYZ平面内に旋回自由度を有しているものと言える。
The second arm 22 'attached to one surface of the first arm 21' receives a driving force of a driving mechanism (not shown) of the second arm 22 'and translates in the Y direction (third axis). , Drive amount y s ), and YZ around the point M ′ as the turning center.
Swivels in a plane (second axis, swivel angle Θ). Therefore,
It can be said that the second arm 22 'has a degree of freedom of rotation in the YZ plane directly with respect to the first arm 21'.

【0262】更に第3アーム23’は、第4軸と第5軸
とによる回転運動を有している(回転角α、β)。
Further, the third arm 23 'has a rotational motion about the fourth axis and the fifth axis (rotation angles α and β).

【0263】以上の構成より、本ロボットRB1は、図
1のロボットRBを図2のX軸のまわりに90度回転し
た構成に対応していることが理解される。その様な座標
変換を図25に示す。尚、図25(a)は図2のXYZ
座標系のX軸まわりの回転を示しており、同図(b)は
回転後の座標系を本ロボットRB1のデカルト座標系と
して適用した場合を示している。本図に示される通り、
本ロボットRB1のX軸、Y軸、Z軸はそれぞれ、図2
のZ軸、X軸、Y軸に対応している。従って、本ロボッ
トRB1の旋回角Θは図2の旋回角Θに対応しており、
本ロボットRB1にg法又は改良g法を適用した場合に
は、第2アーム22’をX軸の周りに仮想的に旋回する
こととなる。この点は、図1のロボットRBと異なる点
である。
From the above configuration, it is understood that the robot RB1 corresponds to a configuration in which the robot RB in FIG. 1 is rotated by 90 degrees around the X axis in FIG. Such a coordinate transformation is shown in FIG. FIG. 25A shows the XYZ of FIG.
The rotation around the X axis of the coordinate system is shown, and FIG. 4B shows a case where the rotated coordinate system is applied as the Cartesian coordinate system of the robot RB1. As shown in this figure,
The X, Y, and Z axes of the robot RB1 are respectively shown in FIG.
Correspond to the Z axis, X axis and Y axis. Therefore, the turning angle の of the robot RB1 corresponds to the turning angle の in FIG.
When the g method or the improved g method is applied to the robot RB1, the second arm 22 'is virtually turned around the X axis. This is a point different from the robot RB in FIG.

【0264】ここで、本ロボットRB1に於ける逆変換
の方法の一例を図27及び図28に示す。このステップ
S6Fは、図7,図8のステップS6に対応している。
尚、図7,図8で示した方法(プログラム)をそのまま
使用して先ず図1、図2に適応した各駆動量を決定して
おき、その後、これらの駆動量を図25の座標変換に従
って変換することにより、本ロボットRB1に適応した
駆動量(xs ,ys ,Θ,α,β)を決定することもで
きる。この場合には、ロボットの軸構成が変わる毎にプ
ログラムを改めて構築する必要がなくなり、一つのプロ
グラムに簡単な座標変換用のプログラムを付加するだけ
で足りるという利点がある。
FIGS. 27 and 28 show an example of an inverse conversion method in the robot RB1. This step S6F corresponds to step S6 in FIGS.
It should be noted that, by using the methods (programs) shown in FIGS. 7 and 8 as they are, first, drive amounts adapted to FIGS. 1 and 2 are determined, and then these drive amounts are determined according to the coordinate transformation shown in FIG. by converting the amount of drive adapted to the robot RB1 (x s, y s, Θ, α, β) can also be determined. In this case, there is no need to construct a new program every time the axis configuration of the robot changes, and there is an advantage that it is sufficient to add a simple coordinate conversion program to one program.

【0265】更に、本ロボットRB1に於けるトーチ4
0の姿勢角を図26に参考として示す。
Further, the torch 4 of the robot RB1
An attitude angle of 0 is shown in FIG. 26 for reference.

【0266】[0266]

【発明の効果】【The invention's effect】

(1) 請求項1記載の発明によれば、角度δの正弦又
は余弦の逆数の4次方程式を解き、角度δと旋回角Θと
の位置関係より旋回角Θを厳密に求め、この旋回角Θの
値を用いて順次残りの各アームの駆動量をも厳密に求め
ることができる。即ち、本発明は、エンドエフェクタ先
端の位置決めを誤差なく正確に行うことができる効果が
ある。
(1) According to the first aspect of the invention, the sine or the cosine of the angle δ is solved to obtain a quartic equation, and the turning angle Θ is strictly obtained from the positional relationship between the angle δ and the turning angle Θ. By using the value of Θ, the drive amount of each of the remaining arms can also be sequentially strictly obtained. That is, the present invention has an effect that the end effector tip can be accurately positioned without error.

【0267】請求項2記載の発明によれば、エンドエフ
ェクタの先端の姿勢に応じて旋回角Θを厳密に求めるこ
とができ、順次残りの各アームの駆動量をも厳密に求め
ることができる。従って、本発明もまた、エンドエフェ
クタ先端の位置決めを誤差なく正確に行うことができ
る。
According to the second aspect of the present invention, the turning angle Θ can be strictly determined according to the posture of the tip of the end effector, and the drive amounts of the remaining arms can also be strictly determined sequentially. Therefore, the present invention can also accurately position the end effector tip without errors.

【0268】(2) 更に請求項1及び請求項2記載の
発明によれば、角度δに関して成立する4次方程式の解
の形式は定まっているので、上記4次方程式を解くステ
ップを系統的に処理することができる。従って、各アー
ムの駆動制御を短時間で行える効果もある。
(2) According to the first and second aspects of the present invention, since the form of the solution of the quartic equation that holds for the angle δ is determined, the steps for solving the quaternary equation are systematically performed. Can be processed. Therefore, there is also an effect that the drive control of each arm can be performed in a short time.

【0269】(3) 尚、次の様な実施例特有の効果が
ある。即ち、第1のアームをZ軸のまわりに角度φだけ
旋回することによりエンドエフェクタのXY平面への射
影がX軸と平行になる様な仮想的な状態が導入されてい
るので、角度δの正弦又は余弦の4次方程式及び角度δ
の正弦又は余弦の逆数の4次方程式を簡単な形にするこ
とができ、厳密な旋回角Θの値を容易に決定することが
できる効果がある。
(3) There are the following effects unique to the embodiment. That is, a virtual state is introduced in which the first arm is turned around the Z axis by an angle φ so that the projection of the end effector on the XY plane is parallel to the X axis. Quadratic equation of sine or cosine and angle δ
Sine or cosine can be simplified into a simple form, and the exact value of the turning angle Θ can be easily determined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例であるレーザ溶接ロボット
の機械的構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical configuration of a laser welding robot according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例であるレーザ溶接ロボット
の機械的構成を示す模式的側面図である。
FIG. 2 is a schematic side view showing a mechanical configuration of a laser welding robot according to one embodiment of the present invention.

【図3】トーチの先端の位置及び姿勢を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a position and a posture of a tip of a torch.

【図4】レーザ溶接ロボットの制御系の電気的構成を示
すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a control system of the laser welding robot.

【図5】レーザ溶接ロボットを駆動制御するためのステ
ップを示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing steps for drive-controlling the laser welding robot.

【図6】レーザ溶接ロボットを駆動制御するためのステ
ップを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing steps for controlling the drive of the laser welding robot.

【図7】X系からα系への逆変換のステップを詳細に説
明するフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating in detail a step of inverse conversion from an X system to an α system.

【図8】X系からα系への逆変換のステップを詳細に説
明するフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating in detail a step of inverse conversion from an X system to an α system.

【図9】逆変換に於けるg− sinδ法のステップを詳細
に説明するフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart describing in detail the steps of the g-sin δ method in the inverse transform.

【図10】逆変換に於ける改良g法のステップを説明す
るフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating steps of an improved g method in the inverse transform.

【図11】逆変換に於ける改良g− cosδ法のステップ
を詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart describing in detail the steps of the improved g-cos δ method in the inverse transform.

【図12】逆変換に於ける改良g− sinδ法のステップ
を詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart describing in detail the steps of the improved g-sin δ method in the inverse transform.

【図13】この発明の他の実施例に於ける逆変換のステ
ップを詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart for explaining in detail the steps of the inverse conversion in another embodiment of the present invention.

【図14】この発明の他の実施例に於ける逆変換のステ
ップを詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart illustrating in detail the steps of the inverse conversion according to another embodiment of the present invention.

【図15】この発明の他の実施例に於ける改良g− sin
δ法のステップを詳細に説明するフローチャートであ
る。
FIG. 15 shows an improved g-sin according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating the steps of the δ method in detail.

【図16】この発明の更に他の実施例に於ける逆変換の
ステップを詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart illustrating in detail a step of inverse conversion according to still another embodiment of the present invention.

【図17】この発明の更に他の実施例に於ける逆変換の
ステップを詳細に説明するフローチャートである。
FIG. 17 is a flowchart illustrating in detail a step of inverse conversion according to still another embodiment of the present invention.

【図18】位置関係を明確化するための立体図である。FIG. 18 is a three-dimensional view for clarifying a positional relationship.

【図19】XZ平面への射影を示す説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram showing projection onto an XZ plane.

【図20】g法における逆変換アルゴリズムの流れを示
す説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a flow of an inverse transformation algorithm in the g method.

【図21】改良g法における逆変換アルゴリズムの流れ
を示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a flow of an inverse conversion algorithm in the improved g method.

【図22】g法と改良g法との組合せ及び改良g法同士
の組合せを示す説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a combination of the g method and the improved g method and a combination of the improved g methods.

【図23】この発明の更に他の実施例であるレーザ溶接
ロボットの機械的構成を示す斜視図である。
FIG. 23 is a perspective view showing a mechanical configuration of a laser welding robot according to still another embodiment of the present invention.

【図24】この発明の更に他の実施例であるレーザ溶接
ロボットのα系を示す説明図である。
FIG. 24 is an explanatory view showing an α system of a laser welding robot according to still another embodiment of the present invention.

【図25】座標変換を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing coordinate conversion.

【図26】トーチ40の姿勢角を示す説明図である。FIG. 26 is an explanatory diagram showing a posture angle of the torch 40.

【図27】この発明の更に他の実施例であるレーザ溶接
ロボットの逆変換のステップを詳細に説明するフローチ
ャートである。
FIG. 27 is a flowchart illustrating in detail the inverse conversion step of the laser welding robot according to still another embodiment of the present invention.

【図28】この発明の更に他の実施例であるレーザ溶接
ロボットの逆変換のステップを詳細に説明するフローチ
ャートである。
FIG. 28 is a flowchart illustrating in detail the inverse conversion step of the laser welding robot according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

RB レーザ溶接ロボット 10 ロボットの設置面 21 第1のアーム 22 第2のアーム 23 第3のアーム 31 第2のアームの先端部 32 第3のアームの先端部 40 トーチ A1 第1のアームの軸 A2 第2のアームの軸 A3 第3のアームの軸 A4 トーチの軸 RB laser welding robot 10 robot installation surface 21 first arm 22 second arm 23 third arm 31 tip of second arm 32 tip of third arm 40 torch A1 axis of first arm A2 A3 axis of the second arm A3 axis of the third arm A4 axis of the torch

フロントページの続き (72)発明者 黒田 俊英 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明 和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 藤長 茂樹 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明 和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 笠井 増雄 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明 和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 武内 清 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明 和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 美藤 龍平 兵庫県宝塚市新明和町1番1号 新明和 工業株式会社産業機械事業部内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 19/4093 B25J 9/04 B25J 9/10 G05B 19/18 G05B 19/4155 Continued on the front page (72) Inventor Toshihide Kuroda 6-107, Takino-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Shinmei Wako Industry Co., Ltd. No. Shinmeiwa Industries Co., Ltd.Development Technology Division (72) Inventor Masuo Kasai No.6, 107, Takino-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Prefecture Shinmeiwa Industry Co., Ltd. 6-107 Takino-cho Shin-Meiwa Industrial Co., Ltd. Development Technology Division (72) Inventor Ryuhei Mitou 1-1, Shin-Meiwa-cho, Takarazuka-shi, Hyogo Shin-Meiwa Industrial Co., Ltd. Industrial Machinery Division (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G05B 19/4093 B25J 9/04 B25J 9/10 G05B 19/18 G05B 19/4155

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ロボット設置面に略垂直に設置された第
1アームと、前記第1アームに結合して前記ロボット設
置面に略平行な平面内に並進自由度を有するとともに、
前記第1アームに対して定まる所定の平面内に直接的又
は間接的に旋回自由度を有する第2アームと、前記第2
アームの先端部に略直角に結合して前記第2アームの軸
方向まわりの回転自由度とそれ自身の軸まわりの回転自
由度とを有する第3アームと、前記第3アームの先端部
に略直角に結合したエンドエフェクタとを有する円筒座
標ロボットの駆動制御方法であって、 (a) 前記エンドエフェクタの先端の位置及び姿勢を
指定するステップと、 (b) 前記エンドエフェクタの軸を含み且つ前記所定
の平面に垂直な平面が前記エンドエフェクタの軸方向を
法線方向とする平面と交差する際の交線と前記第3アー
ムの軸方向とのなす角度の余弦の逆数、又は前記角度の
正弦の逆数のうち、いずれかを選択するステップと、 (c) 前記ステップ(b)で選択された逆数を変数と
する4次方程式の解を算出するステップと、 (d) 前記4次方程式の解より前記位置及び姿勢に対
応する前記角度の値を求めるステップと、 (e) 前記角度の値を用いて前記第1、第2及び第3
アームの各駆動量を決定するステップと、 (f) 前記駆動量に応じた駆動出力をそれぞれ前記第
1、第2及び第3アームの各駆動機構に与えることによ
り前記第1、第2及び第3アームの駆動を行うステップ
とを備えた円筒座標ロボットの駆動制御方法。
A first arm installed substantially perpendicular to the robot installation surface; a first arm coupled to the first arm and having a degree of freedom of translation in a plane substantially parallel to the robot installation surface;
A second arm having a degree of freedom of rotation directly or indirectly in a predetermined plane defined with respect to the first arm;
A third arm coupled substantially at a right angle to the distal end of the arm and having a degree of freedom of rotation about the axis of the second arm and a degree of freedom of rotation about its own axis; A drive control method for a cylindrical coordinate robot having an end effector coupled at right angles, comprising: (a) designating a position and a posture of a tip of the end effector; and (b) including an axis of the end effector and The reciprocal of the cosine of the angle between the intersection line when the plane perpendicular to the predetermined plane intersects with the plane having the axial direction of the end effector as the normal direction and the axial direction of the third arm, or the sine of the angle (C) calculating a solution of a quartic equation with the reciprocal selected in step (b) as a variable; and (d) solving a solution of the quartic equation. Ri determining a value of said angle corresponding to the position and orientation, (e) the first using the value of angle, the second and third
Determining each drive amount of the arm; and (f) providing a drive output corresponding to the drive amount to each of the first, second, and third arm drive mechanisms, respectively. A driving method for a cylindrical coordinate robot, comprising the steps of driving three arms.
【請求項2】 ロボット設置面に略垂直に設置された第
1アームと、前記第1アームに結合して前記ロボット設
置面に略平行な平面内に並進自由度を有するとともに、
前記第1アームに対して定まる所定の平面内に直接的又
は間接的に旋回自由度を有する第2アームと、前記第2
アームの先端部に略直角に結合して前記第2アームの軸
方向まわりの回転自由度とそれ自身の軸まわりの回転自
由度とを有する第3アームと、前記第3アームの先端部
に略直角に結合したエンドエフェクタとを有する円筒座
標ロボットの駆動制御方法であって、 (a) 前記エンドエフェクタの先端の位置及び姿勢を
複数指定するステップと、 (b) 前記姿勢が予め定められた特定領域内に有るか
否かを判断するステップと、 (c) 前記姿勢が前記特定領域内に有る場合には、 前記エンドエフェクタの軸を含み且つ前記所定の平面に
垂直な平面が前記エンドエフェクタの軸方向を法線方向
とする平面と交差する際の交線と前記第3のアームの軸
方向とのなす角度の余弦の逆数、又は前記角度の正弦の
逆数のうち、いずれかを選択し、 選択された逆数を変数とする4次方程式の解を算出する
とともに、 当該4次方程式の解より前記位置及び姿勢に対応する前
記角度の値を求めるステップと、 (d) 前記姿勢が前記特定領域外に有る場合には、 前記角度の余弦、又は前記角度の正弦のうち、いずれか
を変数に選択し、 前記変数に関する4次方程式の解を算出するとともに、 当該4次方程式の解より前記位置及び姿勢に対応する前
記角度の値を求めるステップと、 (e) 前記角度の値を用いて前記第1、第2及び第3
アームの各駆動量を決定するステップと、 (f) 前記駆動量に応じた駆動出力をそれぞれ前記第
1、第2及び第3アームの各駆動機構に与えることによ
り前記第1、第2及び第3アームの駆動を行うステップ
とを備えた円筒座標ロボットの駆動制御方法。
A first arm installed substantially perpendicular to the robot installation surface; a first arm coupled to the first arm and having a degree of freedom of translation in a plane substantially parallel to the robot installation surface;
A second arm having a degree of freedom of rotation directly or indirectly in a predetermined plane defined with respect to the first arm;
A third arm coupled substantially at a right angle to the distal end of the arm and having a degree of freedom of rotation about the axis of the second arm and a degree of freedom of rotation about its own axis; A drive control method for a cylindrical coordinate robot having an end effector coupled at a right angle, comprising: (a) specifying a plurality of positions and postures of a tip of the end effector; and (b) specifying the posture in which the posture is predetermined. (C) when the posture is within the specific region, a plane that includes an axis of the end effector and is perpendicular to the predetermined plane is a plane of the end effector; A reciprocal of a cosine of an angle formed by an intersecting line and an axial direction of the third arm when intersecting with a plane having an axial direction as a normal direction, or a reciprocal of a sine of the angle, is selected. Choice Calculating a solution of a quartic equation using the obtained reciprocal as a variable, and obtaining values of the angles corresponding to the positions and postures from the solution of the quaternary equations; and (d) the posture is outside the specific area. In the case of, one of the cosine of the angle or the sine of the angle is selected as a variable, a solution of a quartic equation for the variable is calculated, and the position and the position are calculated from the solution of the quaternary equation. Obtaining the value of the angle corresponding to the posture; and (e) using the value of the angle, the first, second and third values.
Determining each drive amount of the arm; and (f) providing a drive output corresponding to the drive amount to each of the first, second, and third arm drive mechanisms, respectively. A driving method for a cylindrical coordinate robot, comprising the steps of driving three arms.
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