JP3188130B2 - マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 - Google Patents
マニピュレーターの曲面なぞり制御方法Info
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- JP3188130B2 JP3188130B2 JP08889495A JP8889495A JP3188130B2 JP 3188130 B2 JP3188130 B2 JP 3188130B2 JP 08889495 A JP08889495 A JP 08889495A JP 8889495 A JP8889495 A JP 8889495A JP 3188130 B2 JP3188130 B2 JP 3188130B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレーターの曲
面なぞり制御方法に関する。
面なぞり制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、任意曲面のなぞりを実現するため
の方法としては、次のような方法がある。 (1)曲面の形状を正確に計測してその面をなぞるため
のマニピュレーターの位置・姿勢データを正確に計算
し、すなわちなぞり軌道を算出し位置制御のみで行う。 (2)(1)ほどでないが、ある程度正確ななぞり軌道
を計算し、マニピュレーター手先搭載の距離センサーを
用いてその軌道補正を行いなぞる。(3)力覚センサー
をマニピュレーター先端に搭載し、その力覚センサーの
フィードバックを利用する力制御を用い、なぞる運動方
向の力学的条件に沿った力制御主体の3次元空間の運動
方向を、位置と力制御に分割してなぞりを行う。 (4)力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、
その力覚センサーのフィードバックを利用するととも
に、位置制御の情報も利用して、マニピュレーター手先
をバネのように制御するコンプライアンス制御を用い、
なぞり曲面の大まかな軌道を与えて、軌道となぞり面の
ずれ量を制御上のバネにて吸収してなぞりを行う。 (5)メカニカルに手先にバネを取り付けて、(1)の
位置のずれを吸収して補正してなぞりを行う。
の方法としては、次のような方法がある。 (1)曲面の形状を正確に計測してその面をなぞるため
のマニピュレーターの位置・姿勢データを正確に計算
し、すなわちなぞり軌道を算出し位置制御のみで行う。 (2)(1)ほどでないが、ある程度正確ななぞり軌道
を計算し、マニピュレーター手先搭載の距離センサーを
用いてその軌道補正を行いなぞる。(3)力覚センサー
をマニピュレーター先端に搭載し、その力覚センサーの
フィードバックを利用する力制御を用い、なぞる運動方
向の力学的条件に沿った力制御主体の3次元空間の運動
方向を、位置と力制御に分割してなぞりを行う。 (4)力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、
その力覚センサーのフィードバックを利用するととも
に、位置制御の情報も利用して、マニピュレーター手先
をバネのように制御するコンプライアンス制御を用い、
なぞり曲面の大まかな軌道を与えて、軌道となぞり面の
ずれ量を制御上のバネにて吸収してなぞりを行う。 (5)メカニカルに手先にバネを取り付けて、(1)の
位置のずれを吸収して補正してなぞりを行う。
【0003】しかしながら、このような従来方法では、
いずれの方法も、なぞり対象面が変わる毎に事前になぞ
り面の軌道を与えなければならず、また各方法の特徴か
ら事前に与えるなぞり面の軌道をラフにすることができ
るが、限界値が存在する。そしてマニピュレーターに何
らかの作業、動作を行わせる場合、事前に与えておく動
作情報を極力低減できることが望ましい。
いずれの方法も、なぞり対象面が変わる毎に事前になぞ
り面の軌道を与えなければならず、また各方法の特徴か
ら事前に与えるなぞり面の軌道をラフにすることができ
るが、限界値が存在する。そしてマニピュレーターに何
らかの作業、動作を行わせる場合、事前に与えておく動
作情報を極力低減できることが望ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、複雑な形状の曲面のマ
ニピュレーターなぞり動作を軌道の開始点と終了点を教
えるだけで実現でき、教示データ作成にあたっての大巾
な効率化が図れるマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法を提供することを目的とする。
事情に鑑みて提案されたもので、複雑な形状の曲面のマ
ニピュレーターなぞり動作を軌道の開始点と終了点を教
えるだけで実現でき、教示データ作成にあたっての大巾
な効率化が図れるマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために本発明のマニ
ピュレーターの曲面なぞり制御方法は、関節角度センサ
ー及び力覚センサーを有しマニピュレーター手先の位置
・姿勢と力・モーメントとを検出して上記マニピュレー
ター手先の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行
うように制御するマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法において、開始点と終了点とが教えられた任意の曲面
を一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何
点かのマニピュレーター手先の位置情報を基になぞり面
の曲率中心の位置座標を求め、現在の曲率中心の位置座
標と先の曲率中心の位置座標とから法線ベクトルを導出
し、なぞり面の法線方向の座標軸をx,y,z座標系の
z軸と一致させたときのx軸の周りの上記法線ベクトル
の回転量に係る回転行列とy軸の周りの上記法線ベクト
ルの回転量に係る回転行列とに基いて上記マニピュレー
ターの現在の姿勢との偏差を求め、求められた偏差量を
正規の偏差に加算することにより上記マニピュレーター
手先の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うよ
うに制御することを特徴とする。
ピュレーターの曲面なぞり制御方法は、関節角度センサ
ー及び力覚センサーを有しマニピュレーター手先の位置
・姿勢と力・モーメントとを検出して上記マニピュレー
ター手先の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行
うように制御するマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法において、開始点と終了点とが教えられた任意の曲面
を一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何
点かのマニピュレーター手先の位置情報を基になぞり面
の曲率中心の位置座標を求め、現在の曲率中心の位置座
標と先の曲率中心の位置座標とから法線ベクトルを導出
し、なぞり面の法線方向の座標軸をx,y,z座標系の
z軸と一致させたときのx軸の周りの上記法線ベクトル
の回転量に係る回転行列とy軸の周りの上記法線ベクト
ルの回転量に係る回転行列とに基いて上記マニピュレー
ターの現在の姿勢との偏差を求め、求められた偏差量を
正規の偏差に加算することにより上記マニピュレーター
手先の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うよ
うに制御することを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方法
においては、マニピュレーターの現在値の読み込みを行
ったうえ、2点を通る直線が交叉する任意の2点毎の4
点を選んで2直線の垂直2等分線の交点からなぞり面の
曲率中心を求めたのち、法線ベクトルの導出を行い、基
準座標から見たx軸回りの法線ベクトルの回転量と、基
準座標から見たy軸回りの法線ベクトルの回転量とを求
め、両軸回りのそれぞれの回転行列からマニピュレータ
ー現在姿勢との偏差を計算し、この偏差量を正規の偏差
に加算する。
においては、マニピュレーターの現在値の読み込みを行
ったうえ、2点を通る直線が交叉する任意の2点毎の4
点を選んで2直線の垂直2等分線の交点からなぞり面の
曲率中心を求めたのち、法線ベクトルの導出を行い、基
準座標から見たx軸回りの法線ベクトルの回転量と、基
準座標から見たy軸回りの法線ベクトルの回転量とを求
め、両軸回りのそれぞれの回転行列からマニピュレータ
ー現在姿勢との偏差を計算し、この偏差量を正規の偏差
に加算する。
【0007】
【実施例】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方
法の一実施例を図面について説明すると、図1は本方法
を実施する装置の模式図、図2は本方法の制御系のブロ
ック図、図3は本方法のアルゴリズムのフローチャー
ト、図4はなぞり面の曲率中心を求めるための説明図、
図5は本方法のなぞり動作の説明図である。まず図1に
おいて、本方法を実施する装置を説明すると、通常6軸
以上の関節の数を有するマニピュレーター1は、基準座
標2(xb −yb −zb )を持っており、手先座標4
(xh −yh −zh)を持つマニピュレーター手先3の
位置〔x,y,z(m)〕及び姿勢〔αx ,αy ,αz
(rad)〕を計測できる関節角度センサー5と、マニピ
ュレーター手先3の力〔Fx ,Fy ,Fz (N)〕及びト
ルク〔Mx ,My ,Mz(Nm)〕を計測できる力覚セン
サー6とを備えている。そしてマニピュレーター手先3
は、開始点7a、終了点7bを有する任意の曲面のなぞ
り面7に対向しており、本方法によって計算で割り出す
なぞり面の曲率中心8及びなぞり面の法線9に応じて作
動するようになっている。またマニピュレーター1に
は、本方法の制御を行うために、関節速度制御アンプ1
0、電装インプット/アウトプットボード11、制御計
算機12が順次接続されるとともに、電装インプット/
アウトプットボード11には、ティーチングボックス1
4を持つ教示・遠隔操作用の操作器13が接続されてい
る。
法の一実施例を図面について説明すると、図1は本方法
を実施する装置の模式図、図2は本方法の制御系のブロ
ック図、図3は本方法のアルゴリズムのフローチャー
ト、図4はなぞり面の曲率中心を求めるための説明図、
図5は本方法のなぞり動作の説明図である。まず図1に
おいて、本方法を実施する装置を説明すると、通常6軸
以上の関節の数を有するマニピュレーター1は、基準座
標2(xb −yb −zb )を持っており、手先座標4
(xh −yh −zh)を持つマニピュレーター手先3の
位置〔x,y,z(m)〕及び姿勢〔αx ,αy ,αz
(rad)〕を計測できる関節角度センサー5と、マニピ
ュレーター手先3の力〔Fx ,Fy ,Fz (N)〕及びト
ルク〔Mx ,My ,Mz(Nm)〕を計測できる力覚セン
サー6とを備えている。そしてマニピュレーター手先3
は、開始点7a、終了点7bを有する任意の曲面のなぞ
り面7に対向しており、本方法によって計算で割り出す
なぞり面の曲率中心8及びなぞり面の法線9に応じて作
動するようになっている。またマニピュレーター1に
は、本方法の制御を行うために、関節速度制御アンプ1
0、電装インプット/アウトプットボード11、制御計
算機12が順次接続されるとともに、電装インプット/
アウトプットボード11には、ティーチングボックス1
4を持つ教示・遠隔操作用の操作器13が接続されてい
る。
【0008】このような装置において、マニピュレータ
ー1がなぞり面7をなぞろうとする場合、開始点7a:
数1及び終了点7b:数2の入力データに対して、
ー1がなぞり面7をなぞろうとする場合、開始点7a:
数1及び終了点7b:数2の入力データに対して、
【数1】
【数2】 手先座標4(xh −yh −zh)のzh 方向のみ、押し
付け力15 Fzh(N)の力制御を行い、それ以外の方
向(xh ,yh ,Mzh〜zh )は、すべて位置制御の状
態を図2の制御軸の選択により行ってなぞり面7をなぞ
ろうとする。この状態にて図2の位置と力の制御ループ
の制御周期毎にマニピュレーターの位置・姿勢の現在値
を読み込む。
付け力15 Fzh(N)の力制御を行い、それ以外の方
向(xh ,yh ,Mzh〜zh )は、すべて位置制御の状
態を図2の制御軸の選択により行ってなぞり面7をなぞ
ろうとする。この状態にて図2の位置と力の制御ループ
の制御周期毎にマニピュレーターの位置・姿勢の現在値
を読み込む。
【0009】以下になぞり面7の曲率中心を求めたうえ
法線ベクトルを求めてなぞり動作を行うプロセスを説明
する。 (a) なぞり面の法線9をマニピュレーター1がなぞ
っている際中のマニピュレーター手先3の位置(x,
y,z)を制御計算機12のサンプリングの過去何点か
を利用して、図4に示すように、2点を通る直線が交叉
する任意の2点毎(A,C)と(B,D)の4点を選
び、直線ACとBDの垂直2等分線の交点である曲率中
心r0(x0 ,y0 ,z0)を求める。 (b) マニピュレーター1の現在の位置の曲率中心rc
=(xc ,yc ,zc)と先の位置の曲率中心r0 =
(x0 ,y0 ,z0 )との差より、法線ベクトル△rc0
=(x0 −xc,y0−yc ,z0−zc)が求められ
る。 (c) この法線ベクトル△rc0 の基準座標から見た方
向余弦より、その姿勢を表す行列Ac0:数3を求める。
法線ベクトルを求めてなぞり動作を行うプロセスを説明
する。 (a) なぞり面の法線9をマニピュレーター1がなぞ
っている際中のマニピュレーター手先3の位置(x,
y,z)を制御計算機12のサンプリングの過去何点か
を利用して、図4に示すように、2点を通る直線が交叉
する任意の2点毎(A,C)と(B,D)の4点を選
び、直線ACとBDの垂直2等分線の交点である曲率中
心r0(x0 ,y0 ,z0)を求める。 (b) マニピュレーター1の現在の位置の曲率中心rc
=(xc ,yc ,zc)と先の位置の曲率中心r0 =
(x0 ,y0 ,z0 )との差より、法線ベクトル△rc0
=(x0 −xc,y0−yc ,z0−zc)が求められ
る。 (c) この法線ベクトル△rc0 の基準座標から見た方
向余弦より、その姿勢を表す行列Ac0:数3を求める。
【数3】 (d) マニピュレーター1の現在の姿勢を表す行列は
Ac : 数4であり、行列Ac を行列Ac0に合わせるよ
うにマニピュレーター1の姿勢を位置制御する。
Ac : 数4であり、行列Ac を行列Ac0に合わせるよ
うにマニピュレーター1の姿勢を位置制御する。
【数4】 (e)(d)の位置制御は数5として、外積によって得
られる量 : 数6を求めて姿勢制御する(行列Acを行
列Ac0に合わせる)。
られる量 : 数6を求めて姿勢制御する(行列Acを行
列Ac0に合わせる)。
【数5】
【数6】 (f) 押し付け力の作用線は時々刻々変化する手先座
標4のzh 軸に一致するように制御しておく。
標4のzh 軸に一致するように制御しておく。
【0010】このようにして上記(a)〜(f)を無限
に繰り返すことが基本であるが、(c)〜(f)は以下
の2通りの方法を代わる代わる行うことで対処する。
(c−1)基準座標x軸回りの回転θxを求めると方向
余弦から数7となる。
に繰り返すことが基本であるが、(c)〜(f)は以下
の2通りの方法を代わる代わる行うことで対処する。
(c−1)基準座標x軸回りの回転θxを求めると方向
余弦から数7となる。
【数7】 よって、x軸回りの3×3の回転行列は数8となり、こ
の行列Acoに対して(d),(e),(f)を実施す
る。
の行列Acoに対して(d),(e),(f)を実施す
る。
【数8】 (c−2) 基準座標y軸回りの回転θyを求めると方向
余弦から数9となる。
余弦から数9となる。
【数9】 これよりy軸回りの3×3の回転行列は数10となり、
この行列Ac0に対して(d),(e),(f)を実施す
る。
この行列Ac0に対して(d),(e),(f)を実施す
る。
【数10】
【0011】このようにしてマニピュレーター1の姿勢
制御を行うアルゴリズムを示すと図3の通りであり、こ
れに従って導出される偏差の補正量を正規の偏差量に加
え合わせることで、図5に示すような、なぞり面7のな
ぞり動作が実現できる。
制御を行うアルゴリズムを示すと図3の通りであり、こ
れに従って導出される偏差の補正量を正規の偏差量に加
え合わせることで、図5に示すような、なぞり面7のな
ぞり動作が実現できる。
【0012】
【発明の効果】要するに、本発明のマニピュレーターの
曲面なぞり制御方法によれば、関節角度センサー及び力
覚センサーを有しマニピュレーター手先の位置・姿勢と
力・モーメントとを検出して上記マニピュレーター手先
の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うように
制御するマニピュレーターの曲面なぞり制御方法におい
て、開始点と終了点とが教えられた任意の曲面を一定押
し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点かのマ
ニピュレーター手先の位置情報を基になぞり面の曲率中
心の位置座標を求め、現在の曲率中心の位置座標と先の
曲率中心の位置座標とから法線ベクトルを導出し、なぞ
り面の法線方向の座標軸をx,y,z座標系のz軸と一
致させたときのx軸の周りの上記法線ベクトルの回転量
に係る回転行列とy軸の周りの上記法線ベクトルの回転
量に係る回転行列とに基いて上記マニピュレーターの現
在の姿勢との偏差を求め、求められた偏差量を正規の偏
差に加算することにより上記マニピュレーター手先の姿
勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うように制御
するようにしたので、複雑な形状の曲面のマニピュレー
ターなぞり動作を、軌道の開始点と終了点を教えるだけ
で実現でき、教示データ作成に当たっての大巾な効率化
を図ることができるマニピュレーターの曲面なぞり制御
方法が得られ、産業上極めて有益なマニピュレーターの
曲面なぞり制御方法が得られる。
曲面なぞり制御方法によれば、関節角度センサー及び力
覚センサーを有しマニピュレーター手先の位置・姿勢と
力・モーメントとを検出して上記マニピュレーター手先
の姿勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うように
制御するマニピュレーターの曲面なぞり制御方法におい
て、開始点と終了点とが教えられた任意の曲面を一定押
し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点かのマ
ニピュレーター手先の位置情報を基になぞり面の曲率中
心の位置座標を求め、現在の曲率中心の位置座標と先の
曲率中心の位置座標とから法線ベクトルを導出し、なぞ
り面の法線方向の座標軸をx,y,z座標系のz軸と一
致させたときのx軸の周りの上記法線ベクトルの回転量
に係る回転行列とy軸の周りの上記法線ベクトルの回転
量に係る回転行列とに基いて上記マニピュレーターの現
在の姿勢との偏差を求め、求められた偏差量を正規の偏
差に加算することにより上記マニピュレーター手先の姿
勢を変化させつつ任意の曲面のなぞりを行うように制御
するようにしたので、複雑な形状の曲面のマニピュレー
ターなぞり動作を、軌道の開始点と終了点を教えるだけ
で実現でき、教示データ作成に当たっての大巾な効率化
を図ることができるマニピュレーターの曲面なぞり制御
方法が得られ、産業上極めて有益なマニピュレーターの
曲面なぞり制御方法が得られる。
【図1】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方法
の一実施例における実施装置の模式図である。
の一実施例における実施装置の模式図である。
【図2】本方法の制御系のブロック図である。
【図3】本方法のアルゴリズムのフローチャートであ
る。
る。
【図4】本方法におけるなぞり面の曲率中心を求めるた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図5】本方法のなぞり動作の説明図である。
1 マニピュレーター 2 基準座標 3 マニピュレーター手先 4 手先座標 5 関節角度センサー 6 力覚センサー 7 なぞり面 7a 開始点 7b 終了点 8 なぞり面の曲率中心 9 なぞり面の法線 10 関節速度制御アンプ 11 電装インプット/アウトプットボード 12 制御計算機 13 操作器 14 ティーチングボックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/10 B25J 13/08 G05D 3/12 305
Claims (1)
- 【請求項1】関節角度センサー及び力覚センサーを有し
マニピュレーター手先の位置・姿勢と力・モーメントと
を検出して上記マニピュレーター手先の姿勢を変化させ
つつ任意の曲面のなぞりを行うように制御するマニピュ
レーターの曲面なぞり制御方法において、開始点と終了
点とが教えられた任意の曲面を一定押し付け力でなぞる
際の時々刻々変化する過去何点かのマニピュレーター手
先の位置情報を基になぞり面の曲率中心の位置座標を求
め、現在の曲率中心の位置座標と先の曲率中心の位置座
標とから法線ベクトルを導出し、なぞり面の法線方向の
座標軸をx,y,z座標系のz軸と一致させたときのx
軸の周りの上記法線ベクトルの回転量に係る回転行列と
y軸の周りの上記法線ベクトルの回転量に係る回転行列
とに基いて上記マニピュレーターの現在の姿勢との偏差
を求め、求められた偏差量を正規の偏差に加算すること
により上記マニピュレーター手先の姿勢を変化させつつ
任意の曲面のなぞりを行うように制御することを特徴と
する、マニピュレーターの曲面なぞり制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08889495A JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08889495A JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08257955A JPH08257955A (ja) | 1996-10-08 |
JP3188130B2 true JP3188130B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=13955683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08889495A Expired - Fee Related JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3188130B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19814630B4 (de) * | 1998-03-26 | 2011-09-29 | Carl Zeiss | Verfahren und Vorrichtung zum handgesteuerten Führen eines Werkzeuges in einem vorgegebenen Bewegungsbereich |
JP2002331479A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-19 | Yaskawa Electric Corp | 産業用ロボットの制御方法 |
JP6323744B2 (ja) * | 2014-01-27 | 2018-05-16 | 株式会社Ihi | 研磨ロボットとその制御方法 |
JP6821934B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2021-01-27 | 株式会社Ihi | ロボットシステム及びロボットの制御方法 |
JP2018051692A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | ファナック株式会社 | オフラインプログラミング用ジョグ支援装置、ジョグ支援方法及びジョグ支援プログラム |
CN109596125B (zh) * | 2017-09-30 | 2022-03-11 | 北京柏惠维康科技有限公司 | 一种机器人的空间坐标系转换关系的确定方法和装置 |
-
1995
- 1995-03-22 JP JP08889495A patent/JP3188130B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08257955A (ja) | 1996-10-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
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