JP2932443B2 - ロボットの円弧補間姿勢制御方法 - Google Patents
ロボットの円弧補間姿勢制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多関節ロボットの姿勢制御方法に関し、特
に少なくとも３つのティーチング点に基づく円弧補間制
御において円弧平面に対するツールの姿勢角を一定また
は連続性をもって制御できるようにしたロボットの円弧
補間姿勢制御方法に関する。
に少なくとも３つのティーチング点に基づく円弧補間制
御において円弧平面に対するツールの姿勢角を一定また
は連続性をもって制御できるようにしたロボットの円弧
補間姿勢制御方法に関する。
ロボットの軌跡制御の方法の１つに円弧補間といわれ
るものがある。この円弧補間は少なくとも３つのティー
チング点におけるティーチングデータに基づき円弧軌跡
上の各点の制御データをもとめ、ロボットの各種制御要
素を制御するもので、かかる制御において、例えば溶接
やガス切断等の作業に通用する場合には上記円弧軌跡に
よって形成される円弧平面に対するロボットのツールの
姿勢角を一定または連続性をもって制御する必要があ
る。
るものがある。この円弧補間は少なくとも３つのティー
チング点におけるティーチングデータに基づき円弧軌跡
上の各点の制御データをもとめ、ロボットの各種制御要
素を制御するもので、かかる制御において、例えば溶接
やガス切断等の作業に通用する場合には上記円弧軌跡に
よって形成される円弧平面に対するロボットのツールの
姿勢角を一定または連続性をもって制御する必要があ
る。
ところで、従来のロボットの姿勢制御装置としては、 ロボットの各軸の角度変化量をそれぞれ分割すること
によりツールの姿勢制御データを得る。
によりツールの姿勢制御データを得る。
ツールの姿勢をロボットの原点に固定したロボット座
標系におけるオイラー角で表し、このオイラー角の変化
量をそれぞれ分割することによりツールの姿勢制御デー
タを得る。
標系におけるオイラー角で表し、このオイラー角の変化
量をそれぞれ分割することによりツールの姿勢制御デー
タを得る。
ツールの姿勢をロボット座標系におけるベクトル（姿
勢ベクトル）で表し、この姿勢ベクトルの変化量を分割
することによりツールの姿勢制御データを得る。
勢ベクトル）で表し、この姿勢ベクトルの変化量を分割
することによりツールの姿勢制御データを得る。
円弧軌跡上のティーチング点において姿勢制御用の座
標系を設定し、ツールの姿勢ベクトルを前記姿勢制御用
座標系におけるベクトルで表し、このベクトルに基づ
き、姿勢制御することにより、ツールの姿勢制御データ
を得る（例えば、特開昭62−194513参照）。
標系を設定し、ツールの姿勢ベクトルを前記姿勢制御用
座標系におけるベクトルで表し、このベクトルに基づ
き、姿勢制御することにより、ツールの姿勢制御データ
を得る（例えば、特開昭62−194513参照）。
等の方法がある。
しかしながらの方法においては円弧軌跡上の各点に
おいてツールの姿勢を一定に保つことはできない。
おいてツールの姿勢を一定に保つことはできない。
またの方法においては円弧軌跡がロボット座標系に
関して２次元平面で表される場合にはツールの姿勢一定
制御が可能であるが、上記円弧軌跡が３次元の任意平面
に形成されたものであるとツールの姿勢一定制御は不可
能となる。
関して２次元平面で表される場合にはツールの姿勢一定
制御が可能であるが、上記円弧軌跡が３次元の任意平面
に形成されたものであるとツールの姿勢一定制御は不可
能となる。
更にまたの方法は直線補間の姿勢制御には適してい
るが、円弧補間の場合はの装置と同様にツールの好ま
しい姿勢補償はできない。例えば、第５図に示すよう
に、ツールを作業面に対してある角度を保ち、円錐状に
ガスカットを行う場合、従来制御では第６図に示すよう
に、円錐状にならなかった。
るが、円弧補間の場合はの装置と同様にツールの好ま
しい姿勢補償はできない。例えば、第５図に示すよう
に、ツールを作業面に対してある角度を保ち、円錐状に
ガスカットを行う場合、従来制御では第６図に示すよう
に、円錐状にならなかった。
の方法においては、も同じように、ロボットの姿
勢を定義するのに、１つのベクトルでは不可能である。
勢を定義するのに、１つのベクトルでは不可能である。
上述したように、従来のロボットの姿勢制御方法にお
いては直線補間を行う場合、または円弧補間を行う円弧
軌跡がロボット座標系に関して２次元平面で表される場
合においては、満足すべき結果が得られるが、円弧補間
を行う円弧軌跡がロボット座標系に関して任意の３次元
平面で表されるような場合にはツールの姿勢を一定また
は連続性をもって制御することはできなかった。
いては直線補間を行う場合、または円弧補間を行う円弧
軌跡がロボット座標系に関して２次元平面で表される場
合においては、満足すべき結果が得られるが、円弧補間
を行う円弧軌跡がロボット座標系に関して任意の３次元
平面で表されるような場合にはツールの姿勢を一定また
は連続性をもって制御することはできなかった。
また、ロボットの姿勢制御においては、ツールの姿勢
は第４図に示すように一般に３つの単位ベクトルで表し の３行３列の行列で表す。
は第４図に示すように一般に３つの単位ベクトルで表し の３行３列の行列で表す。
しかしながら、上述の、の従来のロボットの姿勢
制御方法においては、１つのベクトルの制御であり、１
つのベクトルからロボットの姿勢を表すのは不可能であ
り、ティーチングされた姿勢に基づいた姿勢制御は不可
能であった。
制御方法においては、１つのベクトルの制御であり、１
つのベクトルからロボットの姿勢を表すのは不可能であ
り、ティーチングされた姿勢に基づいた姿勢制御は不可
能であった。
そこで、この発明は、任意の円弧平面に対して、ツー
ルの姿勢を３行３列の行列で制御する事により、ツール
の姿勢を連続性をもって制御する事ができるロボットの
円弧補間姿勢制御方法を提供することを目的とする。
ルの姿勢を３行３列の行列で制御する事により、ツール
の姿勢を連続性をもって制御する事ができるロボットの
円弧補間姿勢制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、姿勢制御できるロボットにおいて、 ロボットのツールの位置と姿勢を教示する装置により
教示された少なくとも３点のティーチング点によって規
定される各ティーチング点毎に姿勢制御用座標系を算出
し、 ロボットの原点に固定されたロボット座標系における
各ティーチング点のロボットのツールの姿勢を表す３行
３列の行列（以下この３行３列の行列を姿勢フレームと
いう）を前記姿勢制御用座標系における姿勢フレームに
変換し、 前記各ティーチング点間の、前記姿勢制御用座標系に
おける姿勢フレームの変位量を求める計算をし、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系
を求め、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系
におけるツールの姿勢フレームを求め、 求められた前記円弧軌跡上の姿勢フレームと姿勢制御
用座標系より計算して求まるロボット座標系における姿
勢フレームを求め、 求められたロボット座標系における姿勢フレームに基
づき前記ロボットのツールの位置と姿勢を制御すること
を特徴とするロボットの円弧補間姿勢制御方法。
教示された少なくとも３点のティーチング点によって規
定される各ティーチング点毎に姿勢制御用座標系を算出
し、 ロボットの原点に固定されたロボット座標系における
各ティーチング点のロボットのツールの姿勢を表す３行
３列の行列（以下この３行３列の行列を姿勢フレームと
いう）を前記姿勢制御用座標系における姿勢フレームに
変換し、 前記各ティーチング点間の、前記姿勢制御用座標系に
おける姿勢フレームの変位量を求める計算をし、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系
を求め、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系
におけるツールの姿勢フレームを求め、 求められた前記円弧軌跡上の姿勢フレームと姿勢制御
用座標系より計算して求まるロボット座標系における姿
勢フレームを求め、 求められたロボット座標系における姿勢フレームに基
づき前記ロボットのツールの位置と姿勢を制御すること
を特徴とするロボットの円弧補間姿勢制御方法。
したがって、この発明によれば円弧補間の演算は、ロ
ボットの姿勢である３行３列の行列を円弧軌跡上の姿勢
制御用座標系によって姿勢制御行われ、これによりロボ
ットのツールの姿勢はティーチングの姿勢に基づき円弧
軌跡によって規定される円弧平面に対して一定または、
連続性をもって制御される。
ボットの姿勢である３行３列の行列を円弧軌跡上の姿勢
制御用座標系によって姿勢制御行われ、これによりロボ
ットのツールの姿勢はティーチングの姿勢に基づき円弧
軌跡によって規定される円弧平面に対して一定または、
連続性をもって制御される。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は、本発明の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
ロボットのティーチング手段101により教示されたロ
ボットの位置、姿勢及び速度は、ティーチングデータ記
憶部102に記憶され、円弧補間演算部103において、位
置、姿勢を求め、ロボット動作指令作成部104でロボッ
ト動作指令を作成し、ロボット制御装置に出力する。
ボットの位置、姿勢及び速度は、ティーチングデータ記
憶部102に記憶され、円弧補間演算部103において、位
置、姿勢を求め、ロボット動作指令作成部104でロボッ
ト動作指令を作成し、ロボット制御装置に出力する。
第２図は、本発明の実施のフローチャートであり、円
弧補間姿勢制御部の制御フローチャートである。
弧補間姿勢制御部の制御フローチャートである。
例えば、第３図に示すある円弧軌跡上にティーチング
されたP1〜P3のP1→P2の円弧補間する場合を考える。
されたP1〜P3のP1→P2の円弧補間する場合を考える。
なお、第４図は６自由度の関節型ロボットを示すスケ
ルトン図であり、本体401に下腕402が取り付けられ、下
腕402には上腕403が取り付けられ、上腕403には手首404
が取り付けられた構成を示す。
ルトン図であり、本体401に下腕402が取り付けられ、下
腕402には上腕403が取り付けられ、上腕403には手首404
が取り付けられた構成を示す。
そして、下腕402ではロボット本体401に対して旋回自
在（θ方向）、かつ回動自在（θ２方向）にされ、上腕
403は下腕402に対して回動自在（θ３方向）、かつ回動
自在（θ４方向）にされ、手首404は上腕403に対して回
動自在（θ５方向）、かつ回動自在（θ６方向）にされ
ている。
在（θ方向）、かつ回動自在（θ２方向）にされ、上腕
403は下腕402に対して回動自在（θ３方向）、かつ回動
自在（θ４方向）にされ、手首404は上腕403に対して回
動自在（θ５方向）、かつ回動自在（θ６方向）にされ
ている。
この６自由度のロボットの手首先端の位置がＰであ
り、Ｎ、Ｏ、Ａの３ベクトルは姿勢に関するベクトルを
示す。
り、Ｎ、Ｏ、Ａの３ベクトルは姿勢に関するベクトルを
示す。
さて、第３図のX0、Y0、Z0はロボットの原点に固定さ
れたロボット座標系であり、T1、T2はロボット座標系か
らのP1、P2点での位置姿勢を表す４行４列の行列式で一
般に で表し、 以後、Ti＝［ni oi ai pi］とする。ここで、ｎ、
ｏ、ａのベクトルが姿勢を示し、ｐが位置を示す。
れたロボット座標系であり、T1、T2はロボット座標系か
らのP1、P2点での位置姿勢を表す４行４列の行列式で一
般に で表し、 以後、Ti＝［ni oi ai pi］とする。ここで、ｎ、
ｏ、ａのベクトルが姿勢を示し、ｐが位置を示す。
TE1,TE2は円弧中心点における円弧フレームと称し、
円弧中心点をＥとすると、Ｅ→P1点方向の単位ベクトル
をNe1、P1,P2,P3により形成される円弧面に垂直な単位
ベクトルをAe、Ne1とAeにより形成される面に垂直な単
位ベクトルをOe1とし、 TE1＝［Ne1 Oe1 Ae Pe］ とする。
円弧中心点をＥとすると、Ｅ→P1点方向の単位ベクトル
をNe1、P1,P2,P3により形成される円弧面に垂直な単位
ベクトルをAe、Ne1とAeにより形成される面に垂直な単
位ベクトルをOe1とし、 TE1＝［Ne1 Oe1 Ae Pe］ とする。
同様にP2点における円弧フレームは TE2＝［Ne2 Oe2 Ae Pe］ となる。
そしてこの円弧フレームは、前記姿勢制御用座標系で
ある。
ある。
θはNe1とNe2のはさむ角、TC1,TC2は、T1をTE1から見
たフレーム同様にTC2はTzをTE2から見たフレームであ
る。
たフレーム同様にTC2はTzをTE2から見たフレームであ
る。
次に第２図のフローチャートで、ステップ201でTE1,T
E2を求める。
E2を求める。
ステップ202では、Ne1,Ne2ではさまれる角θを求め
る。
る。
次にステップ203では、ロボット座標から見たT1を円
弧始点フレームTE1から見たフレームに変換し、Tc1とす
る。
弧始点フレームTE1から見たフレームに変換し、Tc1とす
る。
またT2についても同様にしてTC2を求める。
ステップ204ではTC1とTC2の差分を求め、ΔTCを求め
る。但しここでは、姿勢データのみの差分を求める。
る。但しここでは、姿勢データのみの差分を求める。
ステップ205では、P1P2の弧の長さと速度からトータ
ルの時間Timeが求められる。
ルの時間Timeが求められる。
ステップ206では、円弧フレームでのｔ時間経過した
目標点TC(t)を求める。
目標点TC(t)を求める。
姿勢フレームは、ΔTCと経過時間ｔより求め、位置P
C(t)はPC1をAEまわりにθ(t)回転する事より求め、 TC(t)＝［NC(t) OC(t) AC(t) PC(t)］ を求める。
C(t)はPC1をAEまわりにθ(t)回転する事より求め、 TC(t)＝［NC(t) OC(t) AC(t) PC(t)］ を求める。
ステップ207ではｔ時間後の円弧フレームTE(t)をTE1
をAEまわりにθ(t)まわすことにより求められる。
をAEまわりにθ(t)まわすことにより求められる。
ステップ208では、ロボット座標系における目標点フ
レームT(t)を求める。
レームT(t)を求める。
これは、TC(t)＝TE(t)・TC(t) の行列の掛け算で求まる。
ステップ208では、TC(t)を指令作成部へ送り、ステッ
プ209でｔがTimeになるまで操り返す為の判別を行う。
プ209でｔがTimeになるまで操り返す為の判別を行う。
以上に説明したように、本発明によれば円弧補間の演
算をロボットの姿勢データの３行３列の行列式と円弧フ
レームによって行うようにしたので、ティーチングした
姿勢に基づいて補間中の姿勢を円弧の平面に対して一定
にかつ連続性をもって制御することができる。
算をロボットの姿勢データの３行３列の行列式と円弧フ
レームによって行うようにしたので、ティーチングした
姿勢に基づいて補間中の姿勢を円弧の平面に対して一定
にかつ連続性をもって制御することができる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の実施例のフローチャート、第３図は円弧軌跡の
例を示す説明図、第４図はロボットとロボットの姿勢を
示す図である、第５図は円錐状にガスカットを行うよう
すを示す図、第６図は第５図の作業を従来制御で行なっ
た場合の軌跡を示す図である。
本発明の実施例のフローチャート、第３図は円弧軌跡の
例を示す説明図、第４図はロボットとロボットの姿勢を
示す図である、第５図は円錐状にガスカットを行うよう
すを示す図、第６図は第５図の作業を従来制御で行なっ
た場合の軌跡を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−154006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194513（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−136207（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230104（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316185（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46
Claims (1)
- 【請求項１】ロボットの円弧補間姿勢制御方法におい
て、 ロボットのツールの位置と姿勢を教示する装置により教
示された少なくとも３点のティーチング点によって規定
される各ティーチング点毎に姿勢制御用座標系を算出
し、 ロボットの原点に固定されたロボット座標系における各
ティーチング点のロボットのツールの姿勢を表す３行３
列の行列（以下この３行３列の行列を姿勢フレームとい
う）を前記姿勢制御座標系における姿勢フレームに変換
し、 前記各ティーチング点間の、前記姿勢制御用座標系にお
ける姿勢フレームの変位量を求める計算をし、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系を
求め、 前記円弧軌跡上の各点における前記姿勢制御用座標系に
おけるツールの姿勢フレームを求め、 求められた前記円弧軌跡上の姿勢フレームと姿勢制御用
座標系より計算して求まるロボット座標系における姿勢
フレームを求め、 求められたロボット座標系における姿勢フレームに基づ
き前記ロボットのツールの位置と姿勢を制御することを
特徴とするロボットの円弧補間姿勢制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15592390A JP2932443B2 (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | ロボットの円弧補間姿勢制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15592390A JP2932443B2 (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | ロボットの円弧補間姿勢制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100114A JPH04100114A (ja) | 1992-04-02 |
| JP2932443B2 true JP2932443B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=15616465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15592390A Expired - Fee Related JP2932443B2 (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | ロボットの円弧補間姿勢制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2932443B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104070523B (zh) * | 2013-03-27 | 2015-11-25 | 深圳市博锐捷数控技术有限公司 | 基于空间坐标转换的工业机器人实时圆弧插补实现方法 |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP15592390A patent/JP2932443B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04100114A (ja) | 1992-04-02 |
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Legal Events
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