JP3094418B2 - 産業用ロボットの協調制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ワーク取扱装置１とツール２を設けた６自
由度を有するマニピユレータ３とを備えた産業用ロボツ
ト４を入力データに基いて協調動作させる制御方法およ
び装置に関する。

ここに、６自由度を有するマニピユレータ３とは、６
個以上の関節θ_1k〜θ_6kを有し、マニピユレータ３の取
付面を基準にして、ツール取付基準面が直交する３方向
の並進運動が可能で、すなわち位置に対して３自由度を
有し、かつ、前記直交する３方向を夫々の回転軸として
回転運動が可能な、すなわち姿勢に対して３自由度を有
し、各々の合計として位置・姿勢に対して６自由度を有
することを意図する。

＜従来の技術＞ 産業用ロボツトは、溶接・シーリング・塗装・組立組
立作業など広範囲に用いられている。最近、 （１）１台のロボツトマニピユレータ３が有する動作範
囲を越える大きなワークにも適用させること。

（２）作業しやすいワーク姿勢に変更しながら作業を行
なうこと。

（３）ロボツトマニピユレータ３と他の設備との干渉を
避けて作業を行なうこと。

に着目して、第１図に示されるごとく、ワーク取扱装置
１と，例えば回転装置と加工用トーチやガンなどの、い
わゆるツール２を設けた６自由度を有するマニピユレー
タ３とを備えた産業用ロボツト４が採用され、この産業
用ロボツトを，例えばテイーチングプレイバツク方式に
より同時に動作させる、いわゆる協調動作制御が実施さ
れている。

この場合、第５図に示されるごとく、ワークＷに対す
るツール２の位置・姿勢は，例えば第１の状態201から
第２の状態202へと徐々に変化させる場合がある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、上記従来の産業用ロボツト４では、協調動
作を円滑とするために、第21図の2kにて示されるごと
く、多数点の位置決め状態を教示して、再生していた。

この理由はワーク取扱装置１をΦ_1k回転させることに
より、ワークＷを基準とした際にはツール２の先端の運
動は直線であるにも係わらず、マニピユレータ３の設置
基準面X_M−Y_M−Z_Mから見たツール２の先端の運動は、20
1乃至202の間に２点鎖線で示す複数の2kの点を経由する
複雑な三次元曲線となるためである。

従来の産業用ロボツト４では、前記複雑な三次元曲線
にツール２の先端を沿わすために多数の教示点2kを必要
とした。

このため、教示作業が面倒であるばかりでなく、多大
の教示時間を費やしていた。さらに、教示データ量が多
くなるため、産業用ロボツトとして記憶容量の大きいも
のが必要であつた。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決することに
ある。すなわち、第21図における201と202とのみを教示
し、2kを教示すること無く等価な動作をさせる。この結
果、教示作業が容易にかつ迅速に行なえ、しかも産業用
ロボツトに記憶させるデータ量を少量とするとともに、
これにも拘わらず産業用ロボツトを円滑に協調動作させ
ることにある。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、再生時にワークに対するツ
ールの位置姿勢を自動的に演算させることにより、2kで
示した複数の教示データを省略する。このための自動演
算の内容を説明するために座標系と取扱うデータを明ら
かにし、複数の演算式を示して説明する。

本発明では、（Ａ）教示データを作成するためのステ
ツプ又は手段を持ち、（Ｂ）再生すなわち自動運転させ
るためのステツプ又は手段を持つ。

本発明に係る第１の制御方法は、ワーク取扱装置１と
ツール２を設けた６自由度を有するマニピユレータ３と
を備えた産業用ロボツト４を入力データに基いて協調動
作させる制御方法において、 （Ａ−１）マニピユレータ３とワーク取扱装置１との設
置関係を表わす位置・姿勢データ およびツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿
勢データ よりなる産業用ロボツト固有のデータを入力するステツ
プと、 （Ａ−２）２点以上の教示点における、マニピユレータ
３およびワーク取扱装置１の各関節変数データθ_1k〜θ
_6k、Φ_1k〜Φ_3kとマニピユレータ３の姿データとを入力
するステツプと、 （Ａ−３）前記各関節変数データからツール２およびワ
ークＷの各取付基準面の位置・姿勢 を演算すると共に該ツール２およびワークＷの各取付基
準面の位置・姿勢 と産業用ロボツト固有のデータ からワークに対するツールの位置・姿勢 を演算するステツプと、 （Ａ−４）該ワークに対するツールの位置・姿勢データ ワーク取扱装置１の各関節変数データΦ_1k〜Φ_3kおよび
マニピユレータ３の姿データよりなる教示データを作成
するステツプと、 （Ａ−５）前記教示データを記憶するステツプとを有
し、 再生時に （Ｂ−１）教示データを取出し、連続する２点の教示デ
ータから教示点間における、ワークＷに対するツールの
位置・姿勢 ワーク取扱装置１の関節変数Φ_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iおよ
びワーク取付基準面の位置・姿勢 を演算するステツプと、 （Ｂ−２）前記ワークＷに対するツールの位置・姿勢デ
ータ ワーク取付基準面の位置・姿勢データ および産業用ロボツト固有のデータ から基準座標系に対するツール取付基準面の位置・姿勢 を演算するステツプと、 （Ｂ−３）前記ツール取付基準面の位置・姿勢データ および前記姿データに基いて教示点間におけるマニピユ
レータ３の各関節変数θ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)iを演算する
ステツプと、 （Ｂ−４）前記マニピユレータ３およびワーク取扱装置
１の夫々の関節変数データθ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)i、Φ
_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iを同期して出力させて、マニピユレ
ータ３およびワーク取扱装置１を独立して駆動するステ
ツプと を具備したことを特徴とする。

また、本発明に係る第２の制御方法は、ワーク取扱装
置１とツール２を設けた６自由度を有するマニピユレー
タ３とを備えた産業用ロボツト４を入力データに基いて
協調動作させる制御方法において、 （Ａ−１）マニピユレータ３とワーク取扱装置１との設
置関係を表わす位置・姿勢データ およびツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿
勢データ よりなる産業用ロボツト固有のデータを入力するステツ
プと、 （Ａ−２′）２点以上の教示点における、ワーク取扱装
置１の各完成変数データΦ_1k〜Φ_3k、ワークＷに対する
ツールの位置・姿勢データ およびマニピユレータ３の姿データよりなる教示データ
を入力するステツプと、 （Ａ−５）前記教示データを記憶するステツプとを有
し、 再生時に （Ｂ−１）教示データを取出し、連続する２点の教示デ
ータから教示点間における、ワークＷに対するツールの
位置・姿勢 ワーク取扱装置１の関節変数Φ_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iおよ
びワーク取付基準面の位置・姿勢 を演算するステツプと、 （Ｂ−２）前記ワークＷに対するツールの位置・姿勢デ
ータ ワーク取付基準面の位置・姿勢データ および産業用ロボツト固有のデータ から基準座標系に対するツール取付基準面の位置・姿勢 を演算するステツプと、 （Ｂ−３）前記ツール取付基準面の位置・姿勢データ および前記姿データに基いて教示点間におけるマニピユ
レータ３の各関節変数θ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)iを演算する
ステツプと、 （Ｂ−４）前記マニピユレータ３およびワーク取扱装置
１の夫々の関節変数データθ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)i、Φ
_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iを同期して出力させて、マニピユレ
ータ３およびワーク取扱装置１を独立して駆動するステ
ツプとを具備したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る第３の制御方法は、前記第２の
制御方法において、再生時において適用するワーク取扱
装置１の構成が教示データ作成時と異なる場合に、前記
記憶したデータの一部を修正し、該修正教示データに基
いて再生することを特徴とする。

さらに、本発明に係る第１の制御装置は、ワーク取扱
装置１とツール２を設けた６自由度を有するマニピユレ
ータ３とを備えた産業用ロボツト４を入力データに基い
て協調動作させる制御装置において、 （Ａ−１）マニピユレータ３とワーク取扱装置１との設
置関係を表わす位置・姿勢データ およびツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿
勢データ よりなる産業用ロボツト固有のデータを入力する手段
と、 （Ａ−２）２点以上の教示点における、マニピユレータ
３およびワーク取扱装置１の各関節変数データθ_1k〜θ
_6k、Φ_1k〜Φ_3kとマニピユレータ３の姿データとを入力
する手段と、 （Ａ−３）前記各関節変数データからツール２およびワ
ークＷの各取付基準面の位置・姿勢 を演算すると共に該ツール２およびワークＷの各取付基
準面の位置・姿勢 と産業用ロボツト固有のデータ からワークに対するツールの位置・姿勢 を演算する手段と、 （Ａ−４）該ワークに対するツールの位置・姿勢データ ワーク取扱装置１の各関節変数データΦ_1k〜Φ_3kおよび
マニピユレータ３の姿データよりなる教示データを作成
する手段と、 （Ａ−５）前記教示データを記憶する手段とを有し、 再生時に （Ｂ−１）教示データを取出し、連続する２点の教示デ
ータから教示点間における、ワークＷに対するツールの
位置・姿勢 ワーク取扱装置１の関節変数Φ_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iおよ
びワーク取付基準面の位置・姿勢 を演算する手段と、 （Ｂ−２）前記ワークＷに対するツールの位置・姿勢デ
ータ ワーク取付基準面の位置・姿勢データ および産業用ロボツト固有のデータ から基準座標系に対するツール取付基準面の位置・姿勢 を演算する手段と、 （Ｂ−３）前記ツール取付基準面の位置・姿勢データ および前記姿データに基いて教示点間におけるマニピユ
レータ３の各関節変数θ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)iを演算する
手段と、 （Ｂ−４）前記マニピユレータ３およびワーク取扱装置
１の夫々の関節変数データθ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)i、Φ
_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iを同期して出力させて、マニピユレ
ータ３およびワーク取扱装置１を独立して駆動する手段
と を具備したことを特徴とする。

また、本発明に係る第２の制御装置は、ワーク取扱装
置１とツール２を設けた６自由度を有するマニピユレー
タ３とを備えた産業用ロボツト４を入力データに基いて
協調動作させる制御方法において、 （Ａ−１）マニピユレータ３とワーク取扱装置１との設
置関係を表わす位置・姿勢データ およびツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿
勢データ よりなる産業用ロボツト固有のデータを入力する手段
と、 （Ａ−２′）２点以上の教示点における、ワーク取扱装
置１の各関節変数データΦ_1k〜Φ_3k、ワークＷに対する
ツールの位置・姿勢データ およびマニピユレータ３の姿データよりなる教示データ
を入力する手段と、 （Ａ−５）前記教示データを記憶する手段とを有し、 再生時に （Ｂ−１）教示データを取出し、連続する２点の教示デ
ータから教示点間における、ワークＷに対するツールの
位置・姿勢 ワーク取扱装置１の関節変数Φ_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iおよ
びワーク取付基準面の位置・姿勢 を演算する手段と、 （Ｂ−２）前記ワークＷに対するツールの位置・姿勢デ
ータ ワーク取付基準面の位置・姿勢データ および産業用ロボツト固有のデータ から基準座標系に対するツール取付基準面の位置・姿勢 を演算する手段と、 （Ｂ−３）前記ツール取付基準面の位置・姿勢データ および前記姿データに基いて教示点間におけるマニピユ
レータ３の各関節変数θ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)iを演算する
手段と、 （Ｂ−４）前記マニピユレータ３およびワーク取扱装置
１の夫々の関節変数データθ_1(1-2)i〜θ_6(1-2)i、Φ
_1(1-2)i〜Φ_3(1-2)iを同期して出力させて、マニピユレ
ータ３およびワーク取扱装置１を独立して駆動する手段
とを具備したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る第３の制御装置は、前記第２の
制御装置において、再生時において適用するワーク取扱
装置１の構成が教示データ作成時と異なる場合に、前記
記憶したデータの一部を修正し、該修正教示データに基
いて再生することを特徴とする。

＜実施例＞ 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１の実施例 例えば、第１図に示されるごとく、ワーク取扱装置１
と、自由端部にツール２を設けた６自由度を有するマニ
ピユレータ３とを備えた産業用ロボツト４であつて、ワ
ーク取扱装置１は、例えばワークＷを搭載して単一の回
転軸Φ_1kを有する回転装置とし、マニピユレータ３は６
つの回転軸θ_1k〜θ_6kを有するものとして、産業用ロボ
ツト４の協調作業について述べる。

なお、第５図（Ａ）および（Ｂ）に示されるごとく、
ツール２を第１の状態201から第２の状態202に変化させ
て、いわゆるテイーチングするものとする。

第１図に示される構成において、ツール２がワークＷ
に対して第１の状態201となるように、ワーク取扱装置
１およびマニピユレータ３を手動にて適宜に操作する。
この状態を第１の教示状態として第３図に示す。この第
１の教示状態におけるマニピユレータ３の第１乃至第６
の回転軸の角度を夫々θ₁₁〜θ₆₁とし、ワーク取扱装置
１の回転軸Φの角度をΦ₁₁とする。

次に、ツール２がワークＷに対して第２の状態202と
なるように、ワーク取扱装置１およびマニピユレータ３
を手動にて適宜に操作し、この状態を第２の教示状態と
して第４図に示す。この第２の教示状態におけるマニピ
ユレータ３およびワーク取扱装置１の夫々の回転軸の角
度をθ₁₂〜θ₆₂,Φ₁₂とする。

第３図に示される第１の教示状態から第４図に示され
る第２の教示状態に至るテイーチングプレイバツク方式
の産業用ロボツトの協調動作について説明する。

（１）産業用ロボツトの座標系 第１図に示されるごとく、マニピユレータ３の機械座
標系をX_M−Y_M−Z_M（以下、座標系Σ_Ｍと称する。）と
し、ワーク取扱装置１の基底部に基準となる座標系X_P−
Y_P−Z_P（以下、座標系Σ_Ｐと称する。）を設定する。こ
の場合、座標系Σ_Ｍと座標系Σ_Ｐとは第２図（Ａ）〜
（Ｃ）に示されるごとく、位置のずれ量がx_P,y_P,z_Pであ
り、角度のずれ量がα，β，γであるものとする。な
お、以下、マニピユレータ３の座標系Σ_Ｍを基準座標系
と呼ぶ。

また、ワーク取扱装置１の搭載基準面に座標系X_W−Y_W
−Z_W（以下、座標系Σ_Ｗと称する。）を設定する。

さて、基準座標系Σ_Ｍに対するツール先端の工具中心
点の位置・姿勢（以下、ツールの位置・姿勢という。）
を は次式として表わされる。

一方、座標系Σ_Ｗを基準としたツールの位置・姿勢を は次式で表わされる。

さて基準座標系Σ_Ｍに対する座標系Σ_Ｐの位置・姿勢
の変換関数 は、姿勢関係をRPY角表現（ロールピツチヨー角表現:Ro
t＝Rotation）で、また位置の関係をTrans＝Translatio
nで表現して次式で表わすことができる。

ところで、x_P,y_P,z_P,α，β，γは第２図（Ａ）〜
（Ｃ）に示されるごとく固定値であるため、上記変換関
数 は上記行列式を演算することにより、固定値として求ま
る。

一方、座標系Σ_Ｐを基準としたツールの位置・姿勢を とし、座標系Σ_Ｍを基準としたツールの位置・姿勢を とすれば次式が成立つ。

さらに、第１図に示されるごとく、ワーク取扱装置１
の回転角度をΦ_1kとし、座標系Σ_Ｐと座標系Σ_ＷとのＺ
方向のずれ量をl_P1とすれば、座標系Σ_Ｐを基準とした
座標系Σ_Ｗの同次変換関数 は次式で表わされる。

そこで、座標系Σ_Ｐを基準とした座標系Σ_Ｗの位置・
姿勢の変換関数 を求めるが、第１図に示されるワーク取扱装置１におい
ては、単一の回転軸、すなわち関節は１組であるから、
この場合、上記位置・姿勢の変換関数 となり、次式で示される。

また、座標系Σ_Ｗを基準としたツールの位置・姿勢を とし、座標系Σ_Ｐから見たツールの位置・姿勢を とすれば次式が成立つ。

上記式（３）および式（６）より となる。これを書替えれば次式が成立つ。

以上で取扱うデータ及び演算方法に関する基本的な説
明をした。次に教示データの作成方法について説明す
る。

（２）教示データの分割および記憶例 第１の教示状態に対して、マニピユレータ３を基準と
したツールの位置・姿勢 は下記のごとく求まる。

なお、マニピユレータ３は第９図に示されるリンク構
成とし、この場合、リンクのＹ方向のずれはないものと
する。

ところで、第３図に示されるごとく、第１の教示状態
におけるマニピユレータ３の各関節の回転角度をθ₁₁〜
θ₆₁とし、マニピユレータ３をDenavit−Hartenbergの
表現を用いると各リンクパラメータは表１で表わすこと
ができる。

この場合、リンクｋの座標系をリンク（ｋ−１）の座
標系に関係ずける回転軸Ｚに着目した同次変換関数 は下記のごとく表わされる。

なお、同次変換関数 を実際の行列式として表示すれば下記で示される。

次に、第６図に示されるごとくマニピユレータ３の自
由端部に座標系X_t−Y_t−Z_tを備えたツール２を取付ける
場合、ツール２の同次変換関数 を次のように規定する。

なお、この はツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿勢を
表わし、Otはツール先端の加工位置を表わしているてい
る。

ところで、産業用ロボツトにおいてはツールの取付基
準面をメカニカルインタフエイスと称されているが、上
記における基準座標系から見たメカニカルインタフエイ
ス座標系、即ちツール取付基準面の位置・姿勢 は式（９）に基き で表わすことができる。

このため、基準座標系Σ_Ｍから見たツールの位置・姿
勢 は次式で示される。

すなわち、第１の教示状態により得られる回転角度；
θ₁₁〜θ₆₁,リンク間角度；α_１〜α_６およびその他の
定数を式（９）および式（11）に代入し、これにより得
られた値と式（12）よりツールの位置・姿勢 が求まる。

ところで、第１の教示状態におけるワーク取扱装置１
の回転角度、すなわちワーク取扱装置１の関節変換デー
タはΦ₁₁であり、このΦ₁₁を式（５）に代入して得られ
た値を とする。この はワーク取扱装置１自体の基準面から見たワーク取付基
準面の位置・姿勢を表わすデータである。

さて、マニピユレータを基準としたツールの位置・姿
勢を で示したが、これを座標系Σ_Ｗから見た、すなわちワー
クに対するツールの位置・姿勢を を式（８）に代入して次式として求められる。

ただし、 は式（２）より求まる固定値 この結果を下記とおく。

これら12個のデータが「ワークに対するツールの位置
・姿勢データ」であつて、これら12個のデータと、ワー
ク取扱装置１の関節変換データΦ₁₁が第１の教示データ
となる。

さらに、マニピユレータ１の姿を一義的に決めるため
の手段としてのデータ、すなわち姿データも教示データ
となる。この姿データとしてはマニピユレータの関節角
度，関節角度の符号，アーム姿勢等種々のデータとする
ことができるが、例えば、第７図に示されるごとく、第
３番目のリンク間角度の状態により「アームUP or DOW
N」を姿データとして採用する。

このようにして、第１の教示状態において第８図
（Ａ）に示されるごとく、 「ワークに対するツールの位置・姿勢データ」； 「ワーク取扱装置の関節変数データ」；Φ₁₁ 「マニピユレータの姿データ」；アームDOWN からなるデータを第１の教示データとして作成し、この
第１の教示データを産業用ロボツトに記憶させる。

さらに、第２の教示状態において、式（５）にΦ_1k＝
Φ₁₂を代入することにより求まる と式（12）と式（13）からワークに対するツールの位置
・姿勢データが演算される。すなわち、第８図（Ｂ）に
示されるごとく、 「ワークに対するツールの位置・姿勢データ」； 「ワーク取扱装置の関節変数データ」；Φ₁₂ 「マニピユレータの姿データ」；アームDOWN からなる第２の教示データを産業用ロボツトに記憶させ
る。

なお必要に応じて、第3,第４…の教示データを上記と
同様にして産業用ロボツトに記憶させる。

さらに、 は取付けられるツールにより定まる固有値であり、かつ はマニピユレータとワーク取扱装置とのは配置により定
まる固有値であるため、この は産業用ロボツト固有のデータとして予め入力される。

以上で教示データを作成する方法について説明した。
以下では、上記教示データを使って、自動運転させる再
生時の制御方法に関して説明する。

（３）再生時における教示点間データの演算例 教示点間のデータの演算は以下に示すように（３−
Ａ）ワークに対するツールの運動及び（３−Ｂ）ワーク
取扱装置の運動の各々に別けて説明する。

（３−Ａ）ワークに対するツールの運動について ツールの運動を位置および姿勢の運動に分けて考え
る。

上記ツールの位置関数を 姿勢関数を とすれば、 として示される。

今、第１および第２の教示状態における、ワークに対
するツールの位置関数を夫々 とすると、記憶データから次式として求められる。

さて、第１の教示状態から第２の教示状態に位置変位
する上記ツールの位置の並進運動量 は次式を演算することにより求まる。

ところで、上記ツールの並進運動について、例えば直
線補間により求めるものとすれば、補間分割数をＮとす
ると、上記ツールの位置の並進運動の増分量 は次式で表わされる。

したがつて、第１の教示状態から第２の教示状態に向
つて補間ｉ番目のワークに対するツールの位置 を用いて次式として求められる。

一方、ワークに対するツールの姿勢関数は、第１およ
び第２の教示状態における、ワークに対するツールの姿
勢関数を夫々 とすると、記憶データから次式として求められる。

今、第１の教示状態から第２の教示状態に回転変位す
る上記ツールの回転運動量 は次式を演算することにより求まる。

式（18）で求められる を次式で表示することとする。

ところで、上記ツールの回転運動は、第１の教示状態
から第２の教示状態へと座標系Σ_Ｗの各軸が動く状態で
あるため、第１の教示状態から第２の教示状態に回転す
る回転中心軸をK_r,回転角度をＫとして回転運動の姿勢
関数を導入すれば、上記式（19）を次式と置くことがで
きる。

式（20）において、回転中心軸K_rのＸ軸,Y軸およびＺ
軸の値を、K_rx(1-2),K_ry(1-2),K_rz(1-2)とすればこれら
の値および回転角度Ｋは、式（19）および（20）より次
式として求められる。

上記において、ツールの回転運動の補間分割数をＮと
すると、ツールの姿勢に関する回転運動の増分量 は次式として求められる。

したがって、第１の教示状態から第２の表示状態に向
つて補間ｉ番目のワークに対するツールの姿勢関数 を用いて次式として求められる。

上記式（17）および（22）より、第１の教示状態から
第２の教示状態に向つて補間ｉ番目のワークに対するツ
ールの位置・姿勢 は、式（15）より次式として求められる。

このようにして、２点の教示データから教示点間にお
けるワークに対するツールの位置・姿勢データ が演算される。

（３−Ｂ）ワーク取扱装置の運動について 一般にワーク取扱装置は、ポジシヨナとスライダ装置
とにより構成されるが、このワーク取扱装置の各教示点
間の補間は線形補間により行なわれる。

ところで、ワーク取扱装置１の運動量、すなわちワー
ク取扱装置１の関数変数Φ_1iの変位量は、Φ₁₁・Φ₁₂よ
り次式で求まる。

ここに、線形補間の分割数をＮとすると上記運動の増
分量 は次式となる。

したがつて、第１の教示状態から第２の教示状態に向
つて、補間ｉ番目のワーク取扱装置の角度、すなわちワ
ーク取付基準面の位置・姿勢データ は、いま単一の回転軸を対象としているためΦ_(1-2)iと
等値であつて、増加関節変数 を用いて次式で表わされる。

更に、式（26）の値を式（５）に代入することによ
り、２点の教示データから教示点間におけるワーク取扱
装置の取付基準面の位置・姿勢 が次式として求められる。

以上のとおり補間ｉ番目において必要なデータは算出
した。次にマニピユレータを動かすためには、補間ｉ番
目におけるマニピユレータの関節変数を算出する必要が
ある。この手順について説明する。

（４）再生時におけるマニピユレータの位置・姿勢デー
タの演算例 上記式（23）と式（27）とを式（７）に代入すること
により、基準座標系に対するツールの位置・姿勢 が次式として求まる。

ところで、マニピユレータを基準とした補間ｉ番目の
メカニカルインタフエイス座標系の位置・姿勢、すなわ
ち基準座標系に対するツール取付基準面の位置・姿勢 は式（12）を変形した次式で表わされる。

式（28）と式（29）とより次式が成り立つ。

式（30）において、式（27），式（23）および固有値 より右辺の値が既値であるため、 が求まる。この を次式で表わす。

さて、マニピユレータ３が第９図に示されるリンク構
成である場合、第１および第２の教示点間の補間ｉ番目
のリンクパラメータは表２で表わされる。

マニピユレータの機械座標系、即ち基準座標系に関し
て、補間ｉ番目のリンク状態を第10図に示す。なお、第
10図において、O_Mはマニピユレータの基準点、O₁〜O₆は
第１乃至第６のリンクの各座標系の中心点を示す。

まず、θ_１、θ_２及びθ_３から成る基本３軸の先端O₄
点（＝O₅点）の位置を算出する。このために式（31）に
含まれる第４列第１行乃至第３行の位置ベクトルと第１
行第１列乃至第３行第３列の姿勢ベクトルを使用して算
出する。すなわち、第10図に示される座標ベクトルの関
係から次式が成立する。

すなわち、マニピユレータの機械座標系から見たO₄点
の座標は次式で表わされる。

第９図からtanθ_1i＝Y₄÷X₄ θ_1i＝tan^-1（Y₄÷X₄） ……（33） すなわち、式（32）を式（33）に代入することによりθ
_1iが求まる。次に、第10図の幾何学の関係から次式が成
立する。

式（34）と式（35）又は式（34）と式（36）とによ
り、マニピユレータの第２および第３のリンクの関節変
数が求められるが、マニピユレータの姿データが「アー
ムDOWN」のときにはθ_2i,θ_3iとして演算され、「アー
ムUP」のときにはθ_2i′，θ_3i′として関節変数が演算
される。

以上により、マニピユレータの第１乃至第３の関節変
数θ_1i〜θ_3iの値が求まる。

マニピユレータを基準とした補間ｉ番目のメカニカル
インタフエイス座標系の位置・姿勢 と、マニピユレータのリンク座標系の各同次変換関数 とは、式（11）を変形した次式で表わすことができる。

上式より下式が成り立つ。

リンク４番目のパラメータを式（９）に代入すること
により は次式で表わされる。

同様に夫々のリンクパラメータを式（９）に代入する
ことにより、夫々 が下式で示される。

式（37）の左辺は式（38）乃至式（40）より次式で表
わされる。

一方、リンク１番目のパラメータを式（９）に代入す
ることにより は次式で表わされる。

したがつて は次式となる。

同様にして逆変換行列 は夫々下式で示される。

したがつて、式（37）の右辺は式（31），式（42）乃
至式（44）より次式で表わされる。

式（41）と式（45）とからθ_4i乃至θ_6iを求める。ま
ず、 ［式（41）の第３行第３列］＝［式（45）の第３行第３
列］ より次式が成立する。

C_osθ_5i ＝S_IN（θ_2i＋θ_3i）・［C_XM(1-2)iC_osθ_1i＋C_yM(1-2)iS_INθ_1i］ −C_os（θ_2i＋θ_3i）×C_2M(1-2)i 上式を演算することによりθ_5iが求まる。

θ_4iは式（41）および式（45）の第１行第３列と第２
行第３列から次のように求まる。

Tanθ_4i＝［式（41）の第２行第３列］÷［式（41）の第１行第３列］ ＝［式（45）の第２行第３列］÷［式（45）の第１行第３列］ ＝｛C_XM(1-2)i・S_INθ_1i−C_yM(1-2)iC_osθ_1i｝ ÷｛C_os（θ_2i＋θ_3i）・［C_XM(1-2)iC_osθ_1i＋C_yM(1-2)iS_INθ_1i］ ＋S_IN（θ_2i＋θ_3i）×C_zM(1-2)i｝ 上式を演算することによりθ_4iが求まる。

θ_6iは式（41）および式（45）の第３行第１列と第３
行第２列から次のように求まる。

上式を演算することによりθ_6iが求まる。

以上のとおり補間ｉ番目におけるマニピユレータの関
節変数を算出した。この算出結果を使用して、マニピユ
レータとワーク取扱装置とが同時に動作さるように指示
することである。

（５）産業用ロボツトの駆動例 マニピユレータおよびワーク取扱装置は、マニピユレ
ータおよびワーク取扱装置の夫々の関節変数データが同
期して出力されて駆動されるサーボ機構により夫々独立
して駆動される。このため、マニピユレータとワーク取
扱装置とは相互に同期して駆動され、結果として産業用
ロボツトが協調動作するよう制御される。

第２の実施例 第１図および第２図に示される産業用ロボツトのう
ち、ワーク取扱装置１が、第11図に示されるごとく３個
の回転軸を有する場合、すなわち３軸ポジシヨナについ
て説明する。

３個の回転軸の各回転角度を夫々Φ_1k,Φ_2k,Φ_3kとす
れば、ワーク取扱装置１の各リンクパラメータは表３で
表わされる。

座標系Σ_Ｐと座標系Σ_Ｗとの関係を示す、式（４）に
対応する変換関数 は、式（４）に対応する各リンク毎の同次変換関数を とすれば下記で示される。

さて、第１の教示状態におけるワーク取扱装置の各回
転角度をΦ₁₁,Φ₂₁,Φ₃₁とし、これらの角度を式（46）
に代入して得られる値を、式（47）に代入することによ
り次式が得られる。

すなわち、式（13）における を式（48）の値と置換すれば、第１の実施例の場合と同
様に、式（13）より第１の教示データの一部が演算によ
り求められて記憶される。この場合、第８図（Ｃ）に示
されるごとく、マニピユレータの姿データおよびΦ₁₁,
Φ₂₁,Φ₃₁も第１の教示データとして産業用ロボツトに
記憶される。

更に、第２の教示状態において、３個の回転軸の回転
角度Φ₁₂,Φ₂₂,Φ₃₂を式（46）に代入し、式（47）より が得られ、式（49）の値 と式（13）より第２の教示データの一部が演算されて、
第８図（Ｄ）に示されるごとく、マニピユレータの姿デ
ータおよびΦ₁₂,Φ₂₂,Φ₃₂と共に産業用ロボツトに記憶
される。

再生時、３個の回転軸における、第１の教示状態から
第２の教示状態に向つて補間ｉ番目の夫々の角度、即ち
ワーク取扱装置の関節変数データ 詳細に示せばΦ_(1-2)1i,Φ_(1-2)2i,Φ_(1-2)3iは、式（2
6）と同様に夫々の増加関節変数 を用いて下記のごとく示される。

式（50）を演算することにより、教示点間におけるワ
ーク取扱装置の夫々の角度、すなわち関節変数データ が求められる。

さらに式（50）により求められるΦ_(1-2)1i,Φ
_(1-2)2i,Φ_(1-2)3iと式（46）および式（47）より次式
が得られる。

上記式（51）、式（23）および固有値 を式（30）に代入することにより、基準座標系に対する
ツール取付基準面の位置・姿勢 すなわち式（31）に相当する値が演算により求められ
る。以下、第１の実施例と同様にして教示点間における
ｉ番目のマニピユレータの各関節変数θ_1i〜θ_6iの値が
演算される。

上記教示点および教示点間における各関節変数データ
に基いてマニピユレータが駆動されると共に、教示点お
よび教示点間のワーク取扱装置の関節変数データにより
ワーク取扱装置が駆動されることは第１の実施例と同様
である。

第３の実施例 第12図に示されるごとく、産業用ロボツト４のうちマ
ニピユレータ３は第１図に示されると同様にツール２を
設けた６自由度を有し、ワーク取扱装置１は第11図に示
されると同様にワークを載置した３軸ポジシヨナ101
と、３軸ポジシヨナを搭載して、互いに直交する３方向
に移動するスライダ装置102とにより構成されているも
のとして説明する。

なお、マニピユレータ３の機械座標系Σ_Ｍ、すなわち
基準座標系とワーク取扱装置１の基底部の座標系Σ_Ｐと
は第２図（Ａ）〜（Ｃ）に示されると同様に、位置およ
び角度がずれているものとする。

さて、スライダ装置102を第13図に示されるごとく構
成し、 可変とし、l_s1,l_S2,l_S3を固定値とすれば、各リンクパ
ラメータは表４で表わされる。

座標系Σ_Ｐとワーク取付基準面の座標系Σ_Ｗとの関係
を表わす、式（５）に対応する変換関数 は、３軸ポジシヨナ101とスライダ装置102とに帰因し、
３軸ポジシヨナ101およびスライダ装置102に帰因する夫
々の変換関数を とすれば、次式が成立つ。

ところで、３軸ポジシヨナ101のリンクパラメータが
表３で表わされるものとすれば、式（46）で示される同
次変換関数 を用いて、式（47）を下記のごとく表わすことができ
る。

さらに、スライダ装置102の変換関数 は同次変換関数 を用いて、式（４）および式（５）に類似した下記式に
より表わすことができる。

さて、第１の教示状態における３軸ポジシヨナ101の
回転角度をΦ₁₁,Φ₂₁,Φ₃₁とし、スライダ装置102のリ
ンク長さを リンク間距離を とする。

上記Φ₁₁,Φ₂₁,Φ₃₁を式（46）に代入して得られる値
を式（53）に代入することにより次式が得られる。

また、上記 を式（54）に代入して得られる値、 を、式（55）に代入することにより次式が得られる。

上記式（56）および式（57）で得られる値、 を式（52）に代入することにより次式が得られる。

すなわち、式（13）における を式（58）の値と置換すれば、第１の実施例の場合と同
様に、式（13）より第１の教示データの一部が演算によ
り求められる。この場合、第８図（Ｅ）に示されるごと
く、マニピユレータの姿データおよびΦ₁₁,Φ₂₁,Φ₃₁, も第１の教示データとして産業用ロボツトに記憶され
る。更に、第２の教示状態において、第１の教示状態と
同様にして、３軸ポジシヨナ101の回転角度Φ₁₂,Φ₂₂,
Φ₃₂およびスライダ装置102のリンク長さ およびリンク間距離 を夫々を式（46），（53）と式（54），（55）とに代入
して下記式が得られ、 上記式（59），（60）の値を式（52）に代入すること
により下記 が得られる。

上記（61）の値 と式（13）より第２の教示データの一部が演算されて、
第８図（Ｆ）に示されるごとく、マニピユレータの姿デ
ータおよびΦ₁₂,Φ₂₂,Φ₃₂, と共に産業用ロボツトに記憶される。

再生時、３軸ポジシヨナ101における、第１の教示状
態から第２の教示状態に向つて補間ｉ番目の夫々の角
度、すなわちポジシヨナの関節変数データは式（50）を
演算することにより求められる。

またスライダ装置102における、第１の教示状態から
第２の教示状態に向つて補間ｉ番目の夫々のスライダの
位置データ、即ちスライダ装置の関節変数データ 詳細に示せば は、夫々の増加関節変数 を用いて、式（26）と同様にして下記のごとく示され
る。

上記式（62）を演算することにより、教示点間におけ
る補間ｉ番目のスライダ装置102の関節変数データ が求められる。

一方、式（50）により求められる値と、式（46）およ
び式（47）により次式が得られる。

さらに、式（62）により求められる値と、式（54）お
よび式（55）により次式が得られる。

上記式（63）および式（64）を式（52）に代入して次
式が得られる。

上記式（65）、式（23）および固有値 を式（30）に代入することにより、基準座標系に対する
ツール取付基準面の位置・姿勢 即ち式（31）に相当する値が演算により求められる。以
下、第１の実施例と同様にして教示点間における補間ｉ
番目のマニピユレータの各関節変数θ_1i〜θ_6iの値が演
算される。

上記教示点および教示点間における各関節変数データ
に基いて、マニピユレータとワーク取扱装置とが各々駆
動されることは第１の実施例と同様である。

記憶データの少量化 教示データのうち、ワークを基準としたツールの位置
・姿勢データ、例えば は式（14）で表わされるが、このうち式（17）で示され
る姿勢データ は記憶データの少量化が可能である。

すなわち、一般に姿勢の表現はオイラー角表現やロー
ルピツチヨー角表現で表わされるが、例えばオイラー角
表現を用いれば下記のごとく示される。

式（17）と式（67）との夫々の第３行第３列より次式
が成立する。

C_ose₂₁＝C_zw1より e₂₁＝C_os ^-1（C_zw1） ……（68） また、上記行列式の夫々の第３行第２列より次式が成立
する。

S_INe₃₁＝O_zw1÷S_INe₂₁より e₃₁＝S_IN ^-1（O_zw1÷S_INe₂₁） ……（69） さらに夫々の第１行第３列より次式が成立する。

C_ose₁₁＝C_xw1÷S_INe₂₁より e₁₁＝C_os ^-1（C_xw1÷S_INe₂₁） ……（70） 式（68）乃至式（70）よりe₁₁,e₂₁,e₃₁が求まる。

これらe₁₁,e₂₁,e₃₁からなる姿勢データとP_xw1,P_yw1,P
_zw1からなる位置データとにより「ワークに対するツー
ルの位置・姿勢データ」が形成されて、第14図（Ａ）に
示されるごとく、教示データの一部として産業用ロボツ
トに記憶される。この第14図（Ａ）に示される教示デー
タは第８図（Ｅ）に示されるものと対応している。

上記と同様にして、第２の教示点に関する教示データ
が第14図（Ｂ）に示されるごとく、産業用ロボツトに記
憶される。この第14図（Ｂ）に示される教示データは第
８図（Ｆ）に示されるものと対応している。

この場合、再生時には姿勢データe₁₁,e₂₁,e₃₁を取出
して に関する式（66）の演算を行ない、これにより式（67）
に相当する４行４列の行列式が得られ、これを式（17）
のごとく４行４列の行列式と見做す。さらに、同様にし
てe₂₁,e₂₂,e₃₁のデータにより式（17）に対応する を演算する。

この後は式（17）乃至式（22）と同様の演算が行なわ
れると共に、位置データに関しては式（15）および式
（16）と同様の演算が行なわれ、以後第１の実施例と同
様にして教示点間におけるデータの演算が行なわれる。

勿論、第14図（Ａ）および（Ｂ）におけるワーク取扱
装置の関節変数データは、ワーク取扱装置の構成の減少
に対応して割愛される。

ところで、第14図（Ａ）に示される教示データのう
ち、ワークに対するツールの位置・姿勢データP_xw1,P
_yw1,P_zw1,e₁₁,e₂₁,e₃₁と座標系Σ_W,Σ_ｔとの関係を以下
に説明する。

なお、ツール２は第６図に示される状態でマニピユレ
ータの自由端部のツール取付基準面に取付けられている
ものとする。

第15図において、まずワークに対するツールの位置デ
ータP_xw1,P_yw1,P_zw1により、ワーク取扱装置１のワーク
取付基準面の座標系Σ_Ｗに対するツール先端位置O_t,す
なわち、座標系Σ_ｔの原点の位置が決定する。

一方、姿勢データe₁₁,e₂₁,e₃₁をオイラー角表現を用
いれば式（66）で表わせるが、この式（66）によりワー
クに対するツールの姿勢が決定する。すなわち、座標系
Σ_Ｗと座標系Σ_ｔに着目した場合、式（66）は座標系Σ
_Ｗに対して、まずＺ軸を中心として座標系を角度e₁₁だ
け回転し、この後、Ｙ軸を中心として座標系を角度e₂₁
だけ回転し、さらにこの後、Ｚ軸を中心として座標系を
角度e₃₁だけ回転して、このように座標系Σ_Ｗに対して
上記のごとく３回回転して得られる座標系がΣ_ｔである
ことを意味している。

これをさらに詳細に説明すると、第15図において、ツ
ール先端位置O_tを原点とした、座標系Σ_Ｗに平行な座標
系をX_w-0−Y_w-0−Z_w-0とし、この座標系Σ_w-0を夫々一
辺とする矩形を一点鎖線で示す。

そこで、まず最初にZ_w-0軸を中心として座標系Σ_w-0
をe₁₁角度回転させ、この座標系をX_w-1−Y_w-1−Z_w-1と
し、この座標系Σ_w-1を夫々一辺とする矩形を二点鎖線
で示す。この場合、（Z_w-0軸）＝（Z_w-1軸）である。次
に第２回目として、Y_w-1軸を中心として座標系Σ_w-1をe
₂₁角度回転させ、この座標系をX_w-2−Y_w-2−Z_w-2とし、
この座標系Σ_w-2を夫々一辺とする矩形を一点鎖線で示
す。この場合、（Y_w-1軸）＝（Y_w-2軸）である。この
後、第３回目として、Z_w-2軸を中心として座標系Σ_w-2
をe₃₁角度回転させ、この座標系をX_t−Y_t−Z_tとし、こ
の座標系Σ_ｔを夫々一辺とする矩形を実線で示す。この
場合、（Z_w-2軸）＝（Z_t軸）である。

このように、座標系Σ_ｔは、まず第１回目の回転でX
_w-0−Y_w-0平面、すなわち“イ”面でO_tを中心として角
度e₁₁だけ回転され、第２回目の回転でX_w-1−Z_w-1平
面、すなわち“ロ”面でO_tを中心として角度e₂₁だけ回
転され、第３回目の回転でX_w-2−Y_w-2平面、すなわち
“ハ”面でO_tを中心として角度e₃₁だけ回転された姿勢
となる。

これにより、姿勢データe₁₁,e₂₁,e₃₁により座標系Σ
_Ｗに対する座標系Σ_ｔの関係、すなわちワークに対する
ツールの姿勢が決定する。

上記のごとく、座標系Σ_ｔが決定すれば、第６図に示
されるごとく、マニピユレータに対するツール２の取付
状態が固定であるため、マニピユレータのツール取付基
準面の座標X₆−Y₆−Z₆が決定する。

勿論第８図（Ａ），（Ｃ）または（Ｅ）に示さるごと
く、ワークに対するツールの姿勢がＸ軸,Y軸およびＺ軸
に関するデータ； ,O_xw1,C_xw1,−−−，すなわち式（17）に対応するデー
タで記憶されている場合、式（66）〜式（70）の演算に
よりe₁₁,e₂₁,e₃₁が求められるため、e₁₁,e₂₁,e₃₁からな
る角度データと同様にワークに対するツールの姿勢が決
定する。

その他の実施例 以上、マニピユレータの座標系を基準座標系として説
明したが、マニピユレータおよびワーク取扱装置の各座
標系とは別に基準座標系を定めることもできる。この場
合、基準座標系とマニピユレータの座標系との関係は、
マニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表わす
ときに用いた変換関数 と同様にして求まる変換関数を用いて表わされる。

６自由度を有するマニピユレータのリンク間角度：α
_ｋが第９図に示される構成と異なる場合や、マニピユレ
ータのリンクの長さ： とリンク間距離d_kとのいずれかが変化する（＝摺動す
る）場合などにおいては、個々の教示データのうち、例
えば第１および第２の教示状態における姿データを夫々
複数とすることもある。

なお、再生時に、ツール取付基準面の位置・姿勢デー
タ と姿データとにより、第１および第２の教示点間の補間
ｉ番目のマニピユレータの関節変数θ_1i〜θ_6iが演算さ
れる。このように補間（ｉ＋１）番目の関節変数θ
_1(i+1)〜θ_6(i+1)も「姿データ」を用いて特定される
が、関節変数θ_1(i+1)〜θ_6(i+1)の演算値のうち、すで
に演算したθ_1i〜θ_6iに近い方の値を夫々θ_1(i+1)〜θ
_6(i+1)として決定することができる。

このように補間（ｉ＋１）番目の関節変数θ_1(i+1)〜
θ_6(i+1)を演算する際に、すでに求めたθ_1i〜θ_6iを演
算用のデータとして用いることは、θ_1i〜θ_6iの演算時
に「姿データ」を取込んでいるため、結局「姿データ」
に基いて関節変数θ_1(i+1)〜θ_6(i+1)を演算しているこ
とと同じである。

また、マニピユレータとワーク取扱装置との設置関係
を表わす位置・姿勢データ およびツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿
勢データ よりなる産業用ロボツト固有のデータが一定であるとし
て、産業用ロボツトの「教示」と「再生」について説明
したが、必要に応じて「ロボツト固有のデータ」を単独
で再入力することができる。

例えば、産業用ロボツトを稼動させたときに入力する
産業用ロボツト固有のデータを とし、引続き「教示」作業を行なつたとする。この後適
宜に「再生」を行なうが、この「再生」時における産業
用ロボツト固有のデータが教示時と異なる場合があり得
る。この場合、「再生」作業を行なうために産業用ロボ
ツトを稼動させたときに、所望のデータ、すなわち産業
用ロボツト固有のデータ を適宜に入力するだけで、産業用ロボツトはすでに記憶
している教示データに順応した再生動作を行なう。

すなわち、教示データは、ワーク取扱装置の各関節
数変数データ、およびマニピユレータの姿データ、の
他に、 産業用ロボツト固有のデータと、 ；換言すれば、 マニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表
わす位置・姿勢データ と、 ツール取付基準面に対するツール先端の位置・姿勢
データ と、 ワーク取扱装置の位置・姿勢、すなわちワーク取付基
準面の位置・姿勢データ と マニピユレータの位置・姿勢、すなわちツール取付基
準面の位置・姿勢データ とを演算に取り入れて求めた、 ワークを基準としたツールの位置・姿勢データ を有していて、この教示データ〜が再生時の入力デ
ータとなつて、教示点間における再生用のデータが演算
される。

ところで、教示データに基づいて教示点間における再
生用のデータを演算する場合、 ワーク取付基準面の位置・姿勢 と ワークを基準としたツールの位置・姿勢 とはベクトル的に求められる。

この後、教示点間における基準座標系に対するツール
取付基準面の位置・姿勢 が ａ上記，により基まる位置・姿勢データ と、 ｂ産業用ロボツト固有のデータ とに基いて演算されると共に ａ上記a,ｂにより求まる位置・姿勢データ と、 ｂマニピユレータの姿データと に基いて教示点間におけるマニピユレータの関節変数θ
_1i〜θ_6iが演算される。

従つて、教示時における産業用ロボツト固有のデータ
を とし、再生時における産業用ロボツト固有のデータを とする場合を第19図（Ａ）で、また再生時における産業
用ロボツト固有のデータを とする場合を第19図（Ｂ）で、さらに再生時における産
業用ロボツト固有のデータを とする場合を第19図（Ｃ）で、夫々示すことができる。

以上のように、「再生」作業の産業用ロボツト稼動時
に教示時とは異なる所望とする産業用ロボツト固有のデ
ータ を入力するだけで、産業用ロボツトは、すでに記憶して
いる教示データを修正しなくとも該教示データに基づい
て産業用ロボツトのデータ に合致した協調動作を行なう。

以上、テイーチングプレイバツク方式の産業用ロボツ
トについて説明したが、入力データを数値データとす
る、いわゆるNC制御の産業用ロボツトを対象とすること
ができる。この場合、複数の教示点における、マニピユ
レータおよびワーク取扱装置の各関節変数データとマニ
ピユレータの姿データとの数値データを入力する場合
は、テイーチングプレイバツク方式と同様に取扱うこと
ができる。さらに、他のNC制御として、複数の教示点に
おける、ワーク取扱装置の各関節変数データ、ワークに
対するツールの位置・姿勢データおよびマニピユレータ
の姿データよりなる教示データを数値データとして入力
することとすれば、予じめ複数の教示点におけるワーク
に対するツールの位置・姿勢データを演算により求めた
数値データを作成しなければならないが、この数値デー
タは、産業用ロボツトに数値データを入力する工程とは
別の工程として予じめ作成しておくことができること
と、数値データを産業用ロボツトに入力する実入力作業
が容易となることより有利である。

さらに、産業用ロボツトの再生稼動時に、再生作業上
好ましくない場合、例えば、溶接作業において、溶接ビ
ードが溶接進行方向に垂下がつたり、溶込みが悪かつた
りした場合、ワークに対するツールの姿勢を変更しなけ
ればならない。

この場合、例えば、第14図（Ａ）および（Ｂ）に示さ
れる教示データのうちワークに対するツールの姿勢に相
当する値が、e₁₁＋Δe₁₁,e₂₁＋Δe₂₁,e₃₁,e₁₂＋Δe₁₂,e
₂₂およびe₃₂＋Δe₃₂であれば最適であると判明したとす
れば、該当教示データをe₁₁→e₁₁＋Δe₁₁,e₂₁→e₂₁＋Δ
e₂₁;e₁₂→e₁₂＋Δe₁₂,e₃₂→e₃₂＋Δe₃₂と修正して、こ
の修正教示データを新たな教示データとして産業用ロボ
ツトに記憶させることにより、以後の再生作業が良好に
行なわれる。

勿論、教示データのうち適宜に１以上のデータを必要
に応じて修正することができる。

ついで、第20図（Ａ）および（Ｂ）により以上述べて
きたような動作手順を再度テイーチングプレイバツク方
式について取まとめて説明する。なお、ワーク取扱装置
がポジシヨナとスライダとにより構成されているものと
する。

まず、第20図（Ａ）に示されるごとく、「教示」作業
の産業用ロボツト稼動時に、産業用ロボツト固有のデー
タ を入力する。この後、マニピユレータ、ポジシヨナおよ
びスライダを夫々手動操作して、所望の教示状態を造成
する。

この教示状態において、マニピユレータの各リンク位
置、すなわち各関節変数値θ_1k〜θ_6kと、ポジシヨナお
よびスライダの各関節変数値Φ_1k〜Φ_3k, と、マニピユレータの姿データであるアームUP or DOWN
とをロボツトに取込む。

次に、上記各関節変数データより、マニピユレータ，
ポジシヨナおよびスライダの夫々の位置・姿勢を を演算すると共に、マニピユレータ，ポジシヨナ、スラ
イダの位置・姿勢データ および産業用ロボツト固有のデータ よりワークを基準としたツールの位置・姿勢 を演算して、このワークを基準としたツールの位置・姿
勢データ と、ポジシヨナおよびスライダーの夫々の関節変数デー
タΦ_1k〜Φ_3k, と、マニピユレータの姿データであるアームUP or DO
WNとよりなる教示データを作成する。このようにして作
成した２点以上の教示データを記憶させて教示プロセス
を終了する。

さて、第20図（Ｂ）に示されるごとく、再生時におい
て、教示作業時の産業用ロボツト固有のデータ を取り込む。もちろん、教示時と異なる場合には、所望
とする産業用ロボツト固有のデータ を適宜に入力する。この後、連続する２点の教示データ
を取込み、ワークに対するツールについて、教示点間に
おける位置の増加並進量 と姿勢の増加回転量 とを夫々演算し、これらの増加量 に基いて、教示点間におけるワークに対するツールの位
置・姿勢 を求める。

一方、ポジシヨナおよびスライダについては、連続す
る２点の教示データを取込み、教示点間ｉ番目における
ポジシヨナおよびスライダの夫々の関節変数 と、ワーク取扱装置自体の基準面に対するワーク取付基
準面の位置・姿勢 とを演算する。次に、ワークに対するツールの位置・姿
勢データ とワーク取付基準面の位置・姿勢データ と産業用ロボツト固有のデータ とから基準座標系に対する教示点間ｉ番目のツール取付
基準面の位置・姿勢 を求め、このツール取付基準面の位置・姿勢データ およびマニピユレータの姿データに基いて、教示点間ｉ
番目のマニピユレータの関節変数θ_1i〜θ_6iを演算す
る。

この後、上記教示点間ｉ番目におけるマニピユレー
タ，ポジシヨナおよびスライダの夫々の関節変数を同期
して出力させて、マニピユレータ、ポジシヨナおよびス
ライダをサーボ機構により夫々独立して駆動させる。

＜発明の効果＞ 以上のごとく、本発明によれば、産業用ロボツトの稼
動時に、連続する２点の教示データから教示点間におけ
るマニピユレータおよびワーク取扱装置の夫々の関節変
数の値が演算されるが、このマニピユレータの関節変数
データは、時々刻々変化するツールとワーク取扱装置と
の夫々の位置・姿勢データおよびマニピユレータの姿デ
ータを演算に取入れて求められるため、マニピユレータ
およびワーク取扱装置の夫々の関節変数データを同期し
て出力させて駆動するマニピユレータおよびワーク取扱
装置は確実かつ円滑に協調制御される。

さらに、本発明によれば、教示状態は２点以上の少数
とすることができるため、従来のごとく産業用ロボツト
を協調制御するために、極めて多数点に産業用ロボツト
を位置決めしていた場合に比べて、産業用ロボツトの教
示作業、すなわちデータ入力作業が容易にかつ迅速に行
なわれる。

また、教示データは２点以上の少数のデータとするこ
とができるため、この教示データ量が少なくなり、従つ
て産業用ロボツトとして必要な記憶容量が小さくて済
む。

勿論２点以上の教示点における、マニピユレータおよ
びワーク取扱装置の各関節変数データとマニピユレータ
の姿データとを入力データとすれば、他に教示データと
して必要なワークに対するツールの位置・姿勢データは
産業用ロボツトで自動的に演算されるため有利である。

また、産業用ロボツト固有のデータ が教示作業時と再生作業時とで異なる場合、「再生」作
業の産業用ロボツト稼動時に、所望とする産業用ロボツ
ト固有のデータ を適宜に入力するだけで、産業用ロボツトは、すでに記
憶している教示データを修正しなくとも、該教示データ
に基づいて産業用ロボツトのデータ に合致した協調動作を行なうため、すでに作成した教示
データを有効に利用することができる。

さらに２以上の教示点における、ワーク取扱装置の各
関節変数データ、ワークに対するツールの位置・姿勢デ
ータおよびマニピユレータの姿データよりなる複数組の
教示データを数値データとして入力すれば、この数値デ
ータは、産業用ロボツトに数値データを入力する工程と
は別の工程として予じめ作成しておくことができること
と、数値データを産業用ロボツトに入力する実入力作業
が容易となることより有利である。

なお、記憶した教示データは、教示後適時に、必要に
応じて夫々特定のデータに修正することができ、この修
正後の教示データを産業用ロボツトに記憶させることに
より、該修正教示データに基づいて産業用ロボツトの再
生作業が行なわれるため、記憶した教示データを有効に
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の対象とする産業用ロボツトを示す斜
視図、第２図（Ａ）乃至（Ｃ）は第１図の配置図であつ
て、第２図（Ａ），第２図（Ｂ）および第２図（Ｃ）は
夫々Ｘ軸,Y軸およびＺ軸を基準とした配置図、第３図お
よび第４図は本発明における第１および第２の教示状態
説明図、第５図（Ａ）は第１および第２の教示状態にお
けるワークとツールとの関係を示す側面図、第５図
（Ｂ）は第５図（Ａ）の平面図、第６図はマニピユレー
タの先端詳細図であつて、主としてツール取付基準面に
対するツール先端の位置・姿勢の状態説明図、第７図
は、マニピユレータにおける姿データを説明するための
図、第８図（Ａ）および（Ｂ）は第１および第２の教示
データの説明図、第８図（Ｃ）および（Ｄ）は、夫々第
８図（Ａ）および（Ｂ）の変形例を示す図、第８図
（Ｅ）および（Ｆ）は、夫々第８図（Ａ）および（Ｂ）
の更に他の変形例を示す図、第９図はマニピユレータの
概略構成説明図、第10図は第９図におけるベクトル説明
図、第11図および第12図は、夫々本発明の第２および第
３の実施例を示す概略斜視図、第13図は第12図の要部を
示す概略斜視図、第14図（Ａ）および（Ｂ）は、夫々第
８図（Ａ）および（Ｂ）の変形例を示す図、第15図は、
第14図（Ａ）に示される教示データにおけるワークに対
するツールの座標系Σ_W,Σ_ｔの関係を説明する図、第16
図は、第15図に示される座標系Σ_ｔにツールを配置した
状態を説明する図、第17図は、第16図に示されるXVII−
XVII線矢視図、第18図は、第17図に示されるXVIII−XVI
II線矢視図、第19図（Ａ）乃至（Ｃ）は産業用ロボツト
の再生状態を示す概略図であつて、第19図（Ａ）は産業
用ロボツト固有のデータが教示時および再生時とも の場合を示す図、第19図（Ｂ）および（Ｃ）は、夫々再
生時における値が の場合を示す図、第20図（Ａ）および（Ｂ）は、夫々産
業用ロボツトの教示状態および再生状態を示す流れ図、
第21図は従来の産業用ロボツトにおける教示状態を説明
する図である。 １……ワーク取扱装置、２……ツール ３……６自由度を有するマニピユレータ ４……産業用ロボツト

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク取扱装置とツールを設けた６自由度
   を有するマニピユレータとを備えた産業用ロボツトを入
   力データに基いて協調動作させる制御方法において、マ
   ニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表わす位
   置・姿勢データおよびツール取付基準面に対するツール
   先端の位置・姿勢データよりなる産業用ロボツト固有の
   データを入力するステツプと、２点以上の教示点におけ
   る、マニピユレータおよびワーク取扱装置の各関節変数
   データとマニピユレータの姿データとを入力するステツ
   プと、前記各関節変数データからツールおよびワークの
   各取付基準面の位置・姿勢を演算すると共に該ツールお
   よびワークの各取付基準面の位置・姿勢と産業用ロボツ
   ト固有のデータからワークに対するツールの位置・姿勢
   を演算するステツプと、該ワークに対するツールの位置
   ・姿勢データ，ワーク取扱装置の各関節変数データおよ
   びマニピユレータの姿データよりなる教示データを作成
   するステツプと、前記教示データを記憶するステツプと
   を有し、再生時に教示データを取出し、連続する２点の
   教示データから教示点間における、ワークに対するツー
   ルの位置・姿勢、ワーク取扱装置の関節変数およびワー
   ク取付基準面の位置・姿勢を演算するステツプと、前記
   ワークに対するツールの位置・姿勢データ、ワーク取付
   基準面の位置・姿勢データおよび産業用ロボツト固有の
   データから基準座標系に対するツール取付基準面の位置
   ・姿勢を演算するステツプと、前記ツール取付基準面の
   位置・姿勢データおよび前記姿データに基いて教示点間
   におけるマニピユレータの各関節変数を演算するステツ
   プと、前記マニピユレータおよびワーク取扱装置の夫々
   の関節変数データを同期して出力させて、マニピユレー
   タおよびワーク取扱装置を独立して駆動するステツプと
   を具備したことを特徴とする産業用ロボツトの協調制御
   方法。
2. 【請求項２】ワーク取扱装置とツールを設けた６自由度
   を有するマニピユレータとを備えた産業用ロボツトを入
   力データに基いて協調動作させる制御方法において、マ
   ニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表わす位
   置・姿勢データおよびツール取付基準面に対するツール
   先端の位置・姿勢データよりなる産業用ロボツト固有の
   データを入力するステツプと、２点以上の教示点におけ
   る、ワーク取扱装置の各関節変数データ、ワークに対す
   るツールの位置・姿勢データ，およびマニピユレータの
   姿データよりなる教示データを入力するステツプと、前
   記教示データを記憶するステツプとを有し、再生時に教
   示データを取出し、連続する２点の教示データから教示
   点間における、ワークに対するツールの位置・姿勢、ワ
   ーク取扱装置の関節変数およびワーク取付基準面の位置
   ・姿勢を演算するステツプと、前記ワークに対するツー
   ルの位置・姿勢データ、ワーク取付基準面の位置・姿勢
   データおよび産業用ロボツト固有のデータから基準座標
   系に対するツール取付基準面の位置・姿勢を演算するス
   テツプと、前記ツール取付基準面の位置・姿勢データお
   よび前記姿データに基いて教示点間におけるマニピユレ
   ータの各関節変数を演算するステツプと、前記マニピユ
   レータおよびワーク取扱装置の夫々の関節変数データを
   同期して出力させて、マニピユレータおよびワーク取扱
   装置を独立して駆動するステツプとを具備したことを特
   徴とする産業用ロボツトの協調制御方法。
3. 【請求項３】再生時において適用するワーク取扱装置の
   構成が教示データ作成時と異なる場合に、前記記憶した
   データの一部を修正し、該修正教示データに基いて再生
   する第２項記載の産業用ロボツトの協調制御方法。
4. 【請求項４】ワーク取扱装置とツールを設けた６自由度
   を有するマニピユレータとを備えた産業用ロボツトを入
   力データに基いて協調動作させる制御装置において、マ
   ニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表わす位
   置・姿勢データおよびツール取付基準面に対するツール
   先端の位置・姿勢データよりなる産業用ロボツト固有の
   データを入力する手段と、２点以上の教示点における、
   マニピユレータおよびワーク取扱装置の各関節変数デー
   タとマニピユレータの姿データとを入力する手段と、前
   記各関節変数データからツールおよびワークの各取付基
   準面の位置・姿勢を演算すると共に該ツールおよびワー
   クの各取付基準面の位置・姿勢と産業用ロボツト固有の
   データからワークに対するツールの位置・姿勢を演算す
   る手段と、該ワークに対するツールの位置・姿勢デー
   タ，ワーク取扱装置の各関節変数データおよびマニピユ
   レータの姿データよりなる教示データを作成する手段
   と、前記教示データを記憶する手段とを有し、再生時に
   教示データを取出し、連続する２点の教示データから教
   示点間における、ワークに対するツールの位置・姿勢、
   ワーク取扱装置の関節変数およびワーク取付基準面の位
   置・姿勢を演算する手段と、前記ワークに対するツール
   の位置・姿勢データ、ワーク取付基準面の位置・姿勢デ
   ータおよび産業用ロボツト固有のデータから基準座標系
   に対するツール取付基準面の位置・姿勢を演算する手段
   と、前記ツール取付基準面の位置・姿勢データおよび前
   記姿データに基いて教示点間におけるマニピユレータの
   各関節変数を演算する手段と、前記マニピユレータおよ
   びワーク取扱装置の夫々の関節変数データを同期して出
   力させて、マニピユレータおよびワーク取扱装置を独立
   して駆動する手段とを具備したことを特徴とする産業用
   ロボツトの協調制御装置。
5. 【請求項５】ワーク取扱装置とツールを設けた６自由度
   を有するマニピユレータとを備えた産業用ロボツトを入
   力データに基いて協調動作させる制御装置において、マ
   ニピユレータとワーク取扱装置との設置関係を表わす位
   置・姿勢データおよびツール取付基準面に対するツール
   先端の位置・姿勢データよりなる産業用ロボツト固有の
   データを入力する手段と、２点以上の教示点における、
   ワーク取扱装置の各関節変数データ、ワークに対するツ
   ールの位置・姿勢データ，およびマニピユレータの姿デ
   ータよりなる教示データを入力する手段と、前記教示デ
   ータを記憶する手段とを有し、再生時に教示データを取
   出し、連続する２点の教示データから教示点間におけ
   る、ワークに対するツールの位置・姿勢、ワーク取扱装
   置の関節変数およびワーク取付基準面の位置・姿勢を演
   算する手段と、前記ワークに対するツールの位置・姿勢
   データ、ワーク取付基準面の位置・姿勢データおよび産
   業用ロボツト固有のデータから基準座標系に対するツー
   ル取付基準面の位置・姿勢を演算する手段と、前記ツー
   ル取付基準面の位置・姿勢データおよび前記姿データに
   基いて教示点間におけるマニピユレータの各関節変数を
   演算する手段と、前記マニピユレータおよびワーク取扱
   装置の夫々の関節変数データを同期して出力させて、マ
   ニピユレータおよびワーク取扱装置を独立して駆動する
   手段とを具備したことを特徴とする産業用ロボツトの協
   調制御装置。
6. 【請求項６】再生時において適用するワーク取扱装置の
   構成が教示データ作成時と異なる場合に、前記記憶した
   データの一部を修正し、該修正教示データに基いて再生
   する第５項記載の産業用ロボツトの協調制御装置。