JP3402378B2 - ７軸マニピュレータの制御方法 - Google Patents
７軸マニピュレータの制御方法Info
- Publication number
- JP3402378B2 JP3402378B2 JP06084593A JP6084593A JP3402378B2 JP 3402378 B2 JP3402378 B2 JP 3402378B2 JP 06084593 A JP06084593 A JP 06084593A JP 6084593 A JP6084593 A JP 6084593A JP 3402378 B2 JP3402378 B2 JP 3402378B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- axes
- manipulator
- elbow angle
- posture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタの姿勢を変化させないで行う直線動作
及びエンドエフェクタの位置を変化させないで行う姿勢
変化動作［以下これを７軸マニピュレータの「直交動
作」という］において、Ｊ1 軸及びＪ3軸の単位時間当
たりの移動パルス数［以下これを「セグメントパルス」
という］が動作可能パルス数を超える［以下これを「セ
グメントオーバ」という］のを防ぐことを可能とする制
御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の制御方法は、７軸マニピ
ュレータの直交動作を行う際に、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタが占める目標点の位置と目標姿勢と肘
角度より基準点から数えて順次称呼する可動軸の、Ｊ1
軸ないしＪ7 軸各軸におけるパルス値と、単位時間当た
りの移動パルス数であるセグメントパルスを求めていた
［これを「従来例１」という］。また、冗長度を有する
多関節形アームロボットにおいて、エンドエフェクタの
指令速度の内容とエンドエフェクタの現在の位置と姿勢
とから定める所謂逆ヤコビ行列からなる判別式を用い
て、冗長分の自由度を固定し、仮想の６自由アームを再
構成して、演算処理を行うようにした従来例２［特公平
４−４５３１３号］がある。さらに、６軸を超え１２軸
以下の多関節形アームロボットを制御する方法［特開平
３−２１７９０６号・これを「従来例３」という］とし
て、各軸を６軸以下の２区分とし、区分点に対し基準点
側を冗長軸、手先側を基本軸とする第一のステップを行
い、ついで区分点を補間制御してこれを新たな基準点と
みなして、さらに手先を補間制御する第二のステップを
施行する手段である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１においては図１に示す７軸マニピュレータのリンク構
成図に見られるようにＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近
い状態、すなわちＪ2 軸が角度０°前後になった時に、
Ｊ2 軸が角度０°前後以外で動作可能な通常の速度でＪ
1 軸及びＪ3 軸のセグメントオーバが発生し、７軸マニ
ピュレータの直交動作ができなくなる。つまり、従来例
１では、ある速度以上の直交動作において、Ｊ2 軸が角
度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸がセグメントオーバを発生
し、７軸マニピュレータの動作が停止しなければならな
かった。その結果、通常のマニピュレータの手動操作に
おいて、セグメントオーバの発生する範囲を通過する際
に、セグメントオーバの発生を防ぐために、速度を遅く
したり、その範囲を逃げて操作しなければならないとい
う問題点があった。また、自動運転プレーバック動作に
おいても先の通常の操作時と同様な問題点が発生してい
た。また、従来例２では９軸の自由度から６自由度の軸
を判別して、その６軸の演算を行う方法であり、本発明
の意図するところは、上記の７軸の自由度を持つマニピ
ュレータのＪ1 軸からＪ4 軸のリンク構成において、Ｊ
2 軸が角度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸が平行になるよう
な状態での制御方法であり、このような前提条件での円
滑な制御手段としての従来例２は妥当ではなく、さらに
従来例３は６軸または６軸以下のマニピュレータの組合
せ演算であって手先側の６軸を基本軸とするこの制御方
法は、７軸では２区分制御には適当な手段とはいえない
欠点がある。そこで上記問題点を解消するために、本発
明は、いずれも回転自在に支承され、基準点に配設され
た第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋がる第
二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋がる第三
番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる第四番
目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれらから手
先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7 軸を連接
して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにおいて、
７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸逆変換の２つの逆変
換を有し、その逆変換を条件によって切替を行う手段で
あり、Ｊ1 軸とＪ3 軸におけるセグメントオーバを防
ぎ、手動操作および自動運転プレーバック動作において
スームズな直交動作を可能とする適切な手段としての、
７軸マニピュレータの制御方法を提供することを目的と
する。 【０００４】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、直交動作中にＪ2 軸が角度０°付近の特
異姿勢になると、７軸の目標パルス値とセグメントパル
スを求めるのではなく、７軸の関節座標系より作業座標
系への逆変換から６軸逆変換に切り替え、Ｊ1軸または
Ｊ3 軸のパルス値を固定し、目標点の位置と姿勢と固定
軸のパルス値より、他の６軸の目標点のパルス値とセグ
メントパルスを求める制御を行う。 【０００５】 【作用】このような制御方法により、特異姿勢でのＪ1
軸およびＪ3 軸のセグメントオーバが防げ、マニピュレ
ータのスムーズな直交動作が可能となる。 【０００６】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例の回路構成並びにリン
ク構成を表した図である。図１(a) の７軸マニピュレー
タを制御する回路構成図において、７軸マニピュレータ
の手先側に備えるエンドエフェクタに対する移動命令１
が目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角
度の作成器２に与えられると、ここでそれらの緒元が設
定されて逆変換器判別器３へ設定値が送られ、この逆変
換器判別器３においてこれらの設定値から、特異姿勢で
のＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防ぎなが
ら、マニピュレータのスムーズな直交動作が可能かどう
かが判断され、可能の場合は目標パルス作成器５の７軸
逆変換器５a において７軸の逆変換がなされ、次の各軸
セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボ
アンプ８へ駆動信号が加えられる。ところで、もし逆変
換器判別器３での判断が特異姿勢でのＪ1 軸およびＪ3
軸についてセグメントオーバが生起するとされると、逆
変換器判別器３からの信号はＪ3 軸パルス作成器４にて
Ｊ3 軸は任意のパルス値に固定して作成され、次いで６
軸逆変換器５b において６軸の逆変換がなされ、さらに
各軸セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サ
ーボアンプ８へ駆動信号が加えられるが、一方で、６軸
逆変換器５b からの出力信号は肘角度計算器７を介し
て、目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘
角度の作成器２に負帰還されてサーボ演算がなされて、
直交動作が行われる。そして図１(b) はこの７軸マニピ
ュレータのリンク構成を示す図であり、その７軸マニピ
ュレータの姿勢が原点姿勢で、各軸角度０°、０パルス
である。基準点９から各可動軸を順次数えて、第一番目
の軸をＪ1 軸とし、以下Ｊ7 軸までが軸連節を成し、Ｊ
7 軸の先端に手先であるエンドエフェクタ10を具備して
いる。さらに詳述すれば、この７軸マニピュレータは基
本４軸として旋回軸のＪ1 軸，肩曲げ軸のＪ2 軸，肘回
転軸のＪ3 軸，肘曲げ軸のＪ4 軸とを設け、さらに手首
３軸として手首回転軸のＪ5 軸，手首曲げ軸のＪ6 軸，
フランジ回転軸のＪ7軸を備え、計７軸で構成されてい
る。そして、基本軸はマニピュレータ先端のエンドエフ
ェクタ10の位置決めに寄与しており、手首先端には作業
に適した動力工具を取付ける駆動器が設けられる。な
お、肘角度とは次のように定義する、すなわち図１(b)
に表すＪ3 軸とＪ4軸の交点・ｅ点を肘位置とし、ロボ
ット座標で表し、Ｊ3 軸の角度が０°のときのｐ点（Ｊ
6 軸）とロボット座標原点のｏ点（Ｊ1 軸とＪ2 軸の交
点）を結ぶ直線と、肘位置・ｅ点とでできる平面を肘角
度０°の面としており、各軸が任意の角度のときのｐ点
とロボット座標原点・ｏ点と肘位置・ｅ点でできる平面
と、ｐ点の位置を変化させずに、Ｊ3 軸を０°にしたと
きにできるｐ点とロボット座標原点のｏ点と肘位置ｅ点
でできる平面（つまり先の肘角度０°の平面）との角度
を肘角度という。この７軸マニピュレータのＪ1 軸およ
びＪ3 軸が直交動作時にセグメントオーバを発生する範
囲［以下、これを「範囲Ｘ」という］は、Ｊ1 軸とＪ3
軸間のオフセットＬと移動速度に依存し変化するが、基
本的にＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近い状態、すなわ
ちＪ2 軸が軸角度０°付近である。以下に、この範囲Ｘ
でセグメントオーバの発生を防ぐ方法を、手動操作時と
自動運転プレーバック時に分けて説明する。 【０００７】手動操作時の制御方法は下記のようにして
行う。図２のフローチャートは、本発明の他の実施例で
ある手動操作時の直交動作の制御方法を示したものであ
る。通常は、目標点の位置、姿勢、肘角度を用いて７軸
逆変換を行い、７軸各軸の目標パルスとセグメントパル
スを作成する。すなわち、７軸マニピュレータにスター
トの指令が与えられると［ステップ201 ］、次のステッ
プ202 に移りエンドエフェクタ10の目標点における位
置、姿勢、肘角度がパルス値として設定される。そし
て、設定されたＪ2 軸の現在パル値がステップ203 で範
囲Ｘ以外での処理と判断されれば、ステップ204 に行き
７軸を逆変換し、各軸の目標パルスを作成し、さらにス
テップ208 で各軸のセグメントパルスを作成するこにな
り、それによりステップ209 においてマニピュレータを
移動する。そして、Ｊ2 軸の現在パル値が範囲Ｘになる
とステップ203 で範囲Ｘ内処理と判断され、エンドエフ
ェクタ10の位置・姿勢を保つことを優先にし、ステップ
205 へ進みＪ3 軸を現在のパルス値に固定し、ステップ
206 へ移り６軸を逆変換し、さらにステップ207 におい
て肘角度を作成してから、ステップ208 の各軸のセグメ
ントパルスを作成して、マニピュレータを移動する［ス
テップ209 ］。このような手動操作により、７軸マニピ
ュレータはセグメントオーバを発生することなく、直交
動作を行いながら、エンドエフェクタ10の目標点におけ
る位置、姿勢、肘角度が設定どうりの所期の値に制御さ
れる。この処理によりＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメント
オーバを防止できる。 【０００８】さらに、自動運転プレイバック時の制御方
法は次のようにして施行する。図３は、本発明の別の実
施例である自動運転プレイバック時の制御方法を示すフ
ローチャートで、これを用いて順次説明する。 イニ
シャル処理と今回の払い出し処理について、０スタート
の指令［ステップ301 ］があると、ステップ302 で教示
点データの入力であるエンドエフェクタ10の位置・姿勢
・肘角度が設定され、さらにステップ303 において払い
出し回数ｎおよび一回の払い出しでのエンドエフェクタ
10の位置・姿勢・肘角度の移動量を求めるイニシャル処
理を行う。次に、イニシャル処理のステップ303 で求め
た一回の払い出しの位置、姿勢、肘角度の移動量をステ
ップ304 で現在値に足し込み、今回の払い出しでの目標
値０の位置、姿勢、肘角度を毎回求める。それからの処
理形態は以下に示す，，の３通りに分かれて制御
される。 Ｊ2 軸が範囲Ｘ以外での処理について、ス
テップ305 での判断はNoであるから、ステップ306 でも
flag=0となり、ステップ307 に進みその値を用いて７軸
を逆変換し各軸の目標パルスを作成し、ステップ308 で
各軸のセグメントパルスの作成を行い、ステップ309 に
移り７軸マニピュレータの移動が行われ、ステップ310
においてエンドエフェクタ10が教示点へ到達したか、つ
まり払い出し回数ｎが０までに至ったかを判断し、教示
点へ到達しておれば制御動作は終了するが［ステップ31
1 ］、そうでなければｎ＝ｎ−１としてステップ304 へ
戻り、それ以下のステップ305 ないしステップ310 を繰
り返す。このように繰り返して目標パルスとセグメント
パルスを作成し、マニピュレータの動作を制御する。 【０００９】 Ｊ2 軸が範囲Ｘ内の処理について、教
示点に移動するまでの間にＪ2 軸の現在位置パルスが範
囲Ｘに移行する場合は、ステップ305 に進んだ時に、Ｊ
2 軸が範囲Ｘ内であると判断されればステップ321 へ進
み、Ｊ3 軸の目標パルスを作成し、Ｊ3 軸のパルスを既
知の値としてステップ322 へ移り、ステップ322 では処
理を７軸逆変換から６軸逆変換に切り替え、今回の目標
値の位置、姿勢とＪ3 軸のパルス値より６軸逆変換を行
い、flag=1にして［ステップ324 ］、Ｊ3 軸以外の６軸
の目標パルスとセグメントパルスをステップ308 におい
て作成する。この時のＪ3 軸の値は今回の払い出しの目
標パルス値は次式で求める。 目標パルス値＝（現在位置パルス）＋｛（Ｊ3 軸教示点
パルス）−（Ｊ3 軸現在位置パルス）｝／（残りの払い
出し回数）…………（１式） また、この処理により肘角度が変化するので、ステップ
323 において肘角度を作成し、目標パルスを用いて肘角
度を求め直す。ステップ309 からステップ310 まで、そ
してステップ304 への循環を繰り返し、ステップ311 の
教示点到達となる。 Ｊ2 軸が範囲Ｘを出たときの処
理について、Ｊ2 軸が範囲Ｘ以内での処理が行われて、
７軸マニピュレータはセグメントオーバを発生すること
なく、直交動作を行いながら、エンドエフェクタ10が順
次移行するに及び、Ｊ2 軸が範囲Ｘより外れると通常の
７軸変換に切り替えるが、その手順はこうのようにな
る。ステップ305 でNoと判断されてステップ306 に移
り、このときはまだＪ2 軸が０°付近であるからflag=1
でYes の判断がなされてステップ331 へ行くが、の処
理により肘角度がイニシャル処理で求めた移動量で移動
していない、このため肘角度の一回の払い出しでの移動
量を計算し直し、通常の処理に切り替えるために、ステ
ップ331 では肘角度移動量作成として（教示点肘角度−
現在肘角度）／ｎを求める。このｎは残りの払い出し回
数である。そうしてステップ332 に至り今回の目標点肘
角度の作成を行い、ステップ333 でflag=0にして前述の
ステップ307 以下の動作を繰り返し、Ｊ2 軸が０°付近
を超えるとステップ306 での判断がNoに変わるので、肘
角度の作成のステップはなされずに、直ちに前述のステ
ップ307 以下の動作を繰り返し、最後にステップ311の
教示点に到達する。これらないしの手順の処理によ
り、自動運転プレーバック中にＪ2 軸が範囲Ｘになって
も、Ｊ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防止でき
る。ところで、ステップ306,324,333 におけるflag=1,f
lag=0 のＪ2 軸の角度変化に伴うflagの変化は、次のよ
うになされる。つまり、flagは通常は０であり、従って
Ｊ2 軸が範囲Ｘの範囲外でflag=1になっているのは、Ｊ
2 軸が範囲Ｘの範囲を出た直後の時のみであるから、そ
れ以降はＪ2 軸が範囲Ｘの範囲を出た時の処理に移りfl
ag=0にしている。 【００１０】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば７軸
マニピュレータの直交動作でのセグメントオーバの発生
する範囲において、７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸
逆変換の２つの逆変換を有し、その逆変換を条件によっ
て切替を行う手段であり、Ｊ1軸またはＪ3 軸を固定し
て目標点の位置、姿勢より他の６軸の目標パルス値およ
びセグメントパルスを求めることにより、Ｊ1 軸および
Ｊ3 軸に発生していたセグメントオーバを防ぎ、マニピ
ュレータのスームズな直交動作が得られ、動作の確実性
が保証されると共に動作の信頼性が著しく向上するとい
う特段の効果がある。
エンドエフェクタの姿勢を変化させないで行う直線動作
及びエンドエフェクタの位置を変化させないで行う姿勢
変化動作［以下これを７軸マニピュレータの「直交動
作」という］において、Ｊ1 軸及びＪ3軸の単位時間当
たりの移動パルス数［以下これを「セグメントパルス」
という］が動作可能パルス数を超える［以下これを「セ
グメントオーバ」という］のを防ぐことを可能とする制
御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の制御方法は、７軸マニピ
ュレータの直交動作を行う際に、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタが占める目標点の位置と目標姿勢と肘
角度より基準点から数えて順次称呼する可動軸の、Ｊ1
軸ないしＪ7 軸各軸におけるパルス値と、単位時間当た
りの移動パルス数であるセグメントパルスを求めていた
［これを「従来例１」という］。また、冗長度を有する
多関節形アームロボットにおいて、エンドエフェクタの
指令速度の内容とエンドエフェクタの現在の位置と姿勢
とから定める所謂逆ヤコビ行列からなる判別式を用い
て、冗長分の自由度を固定し、仮想の６自由アームを再
構成して、演算処理を行うようにした従来例２［特公平
４−４５３１３号］がある。さらに、６軸を超え１２軸
以下の多関節形アームロボットを制御する方法［特開平
３−２１７９０６号・これを「従来例３」という］とし
て、各軸を６軸以下の２区分とし、区分点に対し基準点
側を冗長軸、手先側を基本軸とする第一のステップを行
い、ついで区分点を補間制御してこれを新たな基準点と
みなして、さらに手先を補間制御する第二のステップを
施行する手段である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１においては図１に示す７軸マニピュレータのリンク構
成図に見られるようにＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近
い状態、すなわちＪ2 軸が角度０°前後になった時に、
Ｊ2 軸が角度０°前後以外で動作可能な通常の速度でＪ
1 軸及びＪ3 軸のセグメントオーバが発生し、７軸マニ
ピュレータの直交動作ができなくなる。つまり、従来例
１では、ある速度以上の直交動作において、Ｊ2 軸が角
度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸がセグメントオーバを発生
し、７軸マニピュレータの動作が停止しなければならな
かった。その結果、通常のマニピュレータの手動操作に
おいて、セグメントオーバの発生する範囲を通過する際
に、セグメントオーバの発生を防ぐために、速度を遅く
したり、その範囲を逃げて操作しなければならないとい
う問題点があった。また、自動運転プレーバック動作に
おいても先の通常の操作時と同様な問題点が発生してい
た。また、従来例２では９軸の自由度から６自由度の軸
を判別して、その６軸の演算を行う方法であり、本発明
の意図するところは、上記の７軸の自由度を持つマニピ
ュレータのＪ1 軸からＪ4 軸のリンク構成において、Ｊ
2 軸が角度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸が平行になるよう
な状態での制御方法であり、このような前提条件での円
滑な制御手段としての従来例２は妥当ではなく、さらに
従来例３は６軸または６軸以下のマニピュレータの組合
せ演算であって手先側の６軸を基本軸とするこの制御方
法は、７軸では２区分制御には適当な手段とはいえない
欠点がある。そこで上記問題点を解消するために、本発
明は、いずれも回転自在に支承され、基準点に配設され
た第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋がる第
二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋がる第三
番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる第四番
目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれらから手
先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7 軸を連接
して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにおいて、
７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸逆変換の２つの逆変
換を有し、その逆変換を条件によって切替を行う手段で
あり、Ｊ1 軸とＪ3 軸におけるセグメントオーバを防
ぎ、手動操作および自動運転プレーバック動作において
スームズな直交動作を可能とする適切な手段としての、
７軸マニピュレータの制御方法を提供することを目的と
する。 【０００４】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、直交動作中にＪ2 軸が角度０°付近の特
異姿勢になると、７軸の目標パルス値とセグメントパル
スを求めるのではなく、７軸の関節座標系より作業座標
系への逆変換から６軸逆変換に切り替え、Ｊ1軸または
Ｊ3 軸のパルス値を固定し、目標点の位置と姿勢と固定
軸のパルス値より、他の６軸の目標点のパルス値とセグ
メントパルスを求める制御を行う。 【０００５】 【作用】このような制御方法により、特異姿勢でのＪ1
軸およびＪ3 軸のセグメントオーバが防げ、マニピュレ
ータのスムーズな直交動作が可能となる。 【０００６】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例の回路構成並びにリン
ク構成を表した図である。図１(a) の７軸マニピュレー
タを制御する回路構成図において、７軸マニピュレータ
の手先側に備えるエンドエフェクタに対する移動命令１
が目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角
度の作成器２に与えられると、ここでそれらの緒元が設
定されて逆変換器判別器３へ設定値が送られ、この逆変
換器判別器３においてこれらの設定値から、特異姿勢で
のＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防ぎなが
ら、マニピュレータのスムーズな直交動作が可能かどう
かが判断され、可能の場合は目標パルス作成器５の７軸
逆変換器５a において７軸の逆変換がなされ、次の各軸
セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボ
アンプ８へ駆動信号が加えられる。ところで、もし逆変
換器判別器３での判断が特異姿勢でのＪ1 軸およびＪ3
軸についてセグメントオーバが生起するとされると、逆
変換器判別器３からの信号はＪ3 軸パルス作成器４にて
Ｊ3 軸は任意のパルス値に固定して作成され、次いで６
軸逆変換器５b において６軸の逆変換がなされ、さらに
各軸セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サ
ーボアンプ８へ駆動信号が加えられるが、一方で、６軸
逆変換器５b からの出力信号は肘角度計算器７を介し
て、目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘
角度の作成器２に負帰還されてサーボ演算がなされて、
直交動作が行われる。そして図１(b) はこの７軸マニピ
ュレータのリンク構成を示す図であり、その７軸マニピ
ュレータの姿勢が原点姿勢で、各軸角度０°、０パルス
である。基準点９から各可動軸を順次数えて、第一番目
の軸をＪ1 軸とし、以下Ｊ7 軸までが軸連節を成し、Ｊ
7 軸の先端に手先であるエンドエフェクタ10を具備して
いる。さらに詳述すれば、この７軸マニピュレータは基
本４軸として旋回軸のＪ1 軸，肩曲げ軸のＪ2 軸，肘回
転軸のＪ3 軸，肘曲げ軸のＪ4 軸とを設け、さらに手首
３軸として手首回転軸のＪ5 軸，手首曲げ軸のＪ6 軸，
フランジ回転軸のＪ7軸を備え、計７軸で構成されてい
る。そして、基本軸はマニピュレータ先端のエンドエフ
ェクタ10の位置決めに寄与しており、手首先端には作業
に適した動力工具を取付ける駆動器が設けられる。な
お、肘角度とは次のように定義する、すなわち図１(b)
に表すＪ3 軸とＪ4軸の交点・ｅ点を肘位置とし、ロボ
ット座標で表し、Ｊ3 軸の角度が０°のときのｐ点（Ｊ
6 軸）とロボット座標原点のｏ点（Ｊ1 軸とＪ2 軸の交
点）を結ぶ直線と、肘位置・ｅ点とでできる平面を肘角
度０°の面としており、各軸が任意の角度のときのｐ点
とロボット座標原点・ｏ点と肘位置・ｅ点でできる平面
と、ｐ点の位置を変化させずに、Ｊ3 軸を０°にしたと
きにできるｐ点とロボット座標原点のｏ点と肘位置ｅ点
でできる平面（つまり先の肘角度０°の平面）との角度
を肘角度という。この７軸マニピュレータのＪ1 軸およ
びＪ3 軸が直交動作時にセグメントオーバを発生する範
囲［以下、これを「範囲Ｘ」という］は、Ｊ1 軸とＪ3
軸間のオフセットＬと移動速度に依存し変化するが、基
本的にＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近い状態、すなわ
ちＪ2 軸が軸角度０°付近である。以下に、この範囲Ｘ
でセグメントオーバの発生を防ぐ方法を、手動操作時と
自動運転プレーバック時に分けて説明する。 【０００７】手動操作時の制御方法は下記のようにして
行う。図２のフローチャートは、本発明の他の実施例で
ある手動操作時の直交動作の制御方法を示したものであ
る。通常は、目標点の位置、姿勢、肘角度を用いて７軸
逆変換を行い、７軸各軸の目標パルスとセグメントパル
スを作成する。すなわち、７軸マニピュレータにスター
トの指令が与えられると［ステップ201 ］、次のステッ
プ202 に移りエンドエフェクタ10の目標点における位
置、姿勢、肘角度がパルス値として設定される。そし
て、設定されたＪ2 軸の現在パル値がステップ203 で範
囲Ｘ以外での処理と判断されれば、ステップ204 に行き
７軸を逆変換し、各軸の目標パルスを作成し、さらにス
テップ208 で各軸のセグメントパルスを作成するこにな
り、それによりステップ209 においてマニピュレータを
移動する。そして、Ｊ2 軸の現在パル値が範囲Ｘになる
とステップ203 で範囲Ｘ内処理と判断され、エンドエフ
ェクタ10の位置・姿勢を保つことを優先にし、ステップ
205 へ進みＪ3 軸を現在のパルス値に固定し、ステップ
206 へ移り６軸を逆変換し、さらにステップ207 におい
て肘角度を作成してから、ステップ208 の各軸のセグメ
ントパルスを作成して、マニピュレータを移動する［ス
テップ209 ］。このような手動操作により、７軸マニピ
ュレータはセグメントオーバを発生することなく、直交
動作を行いながら、エンドエフェクタ10の目標点におけ
る位置、姿勢、肘角度が設定どうりの所期の値に制御さ
れる。この処理によりＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメント
オーバを防止できる。 【０００８】さらに、自動運転プレイバック時の制御方
法は次のようにして施行する。図３は、本発明の別の実
施例である自動運転プレイバック時の制御方法を示すフ
ローチャートで、これを用いて順次説明する。 イニ
シャル処理と今回の払い出し処理について、０スタート
の指令［ステップ301 ］があると、ステップ302 で教示
点データの入力であるエンドエフェクタ10の位置・姿勢
・肘角度が設定され、さらにステップ303 において払い
出し回数ｎおよび一回の払い出しでのエンドエフェクタ
10の位置・姿勢・肘角度の移動量を求めるイニシャル処
理を行う。次に、イニシャル処理のステップ303 で求め
た一回の払い出しの位置、姿勢、肘角度の移動量をステ
ップ304 で現在値に足し込み、今回の払い出しでの目標
値０の位置、姿勢、肘角度を毎回求める。それからの処
理形態は以下に示す，，の３通りに分かれて制御
される。 Ｊ2 軸が範囲Ｘ以外での処理について、ス
テップ305 での判断はNoであるから、ステップ306 でも
flag=0となり、ステップ307 に進みその値を用いて７軸
を逆変換し各軸の目標パルスを作成し、ステップ308 で
各軸のセグメントパルスの作成を行い、ステップ309 に
移り７軸マニピュレータの移動が行われ、ステップ310
においてエンドエフェクタ10が教示点へ到達したか、つ
まり払い出し回数ｎが０までに至ったかを判断し、教示
点へ到達しておれば制御動作は終了するが［ステップ31
1 ］、そうでなければｎ＝ｎ−１としてステップ304 へ
戻り、それ以下のステップ305 ないしステップ310 を繰
り返す。このように繰り返して目標パルスとセグメント
パルスを作成し、マニピュレータの動作を制御する。 【０００９】 Ｊ2 軸が範囲Ｘ内の処理について、教
示点に移動するまでの間にＪ2 軸の現在位置パルスが範
囲Ｘに移行する場合は、ステップ305 に進んだ時に、Ｊ
2 軸が範囲Ｘ内であると判断されればステップ321 へ進
み、Ｊ3 軸の目標パルスを作成し、Ｊ3 軸のパルスを既
知の値としてステップ322 へ移り、ステップ322 では処
理を７軸逆変換から６軸逆変換に切り替え、今回の目標
値の位置、姿勢とＪ3 軸のパルス値より６軸逆変換を行
い、flag=1にして［ステップ324 ］、Ｊ3 軸以外の６軸
の目標パルスとセグメントパルスをステップ308 におい
て作成する。この時のＪ3 軸の値は今回の払い出しの目
標パルス値は次式で求める。 目標パルス値＝（現在位置パルス）＋｛（Ｊ3 軸教示点
パルス）−（Ｊ3 軸現在位置パルス）｝／（残りの払い
出し回数）…………（１式） また、この処理により肘角度が変化するので、ステップ
323 において肘角度を作成し、目標パルスを用いて肘角
度を求め直す。ステップ309 からステップ310 まで、そ
してステップ304 への循環を繰り返し、ステップ311 の
教示点到達となる。 Ｊ2 軸が範囲Ｘを出たときの処
理について、Ｊ2 軸が範囲Ｘ以内での処理が行われて、
７軸マニピュレータはセグメントオーバを発生すること
なく、直交動作を行いながら、エンドエフェクタ10が順
次移行するに及び、Ｊ2 軸が範囲Ｘより外れると通常の
７軸変換に切り替えるが、その手順はこうのようにな
る。ステップ305 でNoと判断されてステップ306 に移
り、このときはまだＪ2 軸が０°付近であるからflag=1
でYes の判断がなされてステップ331 へ行くが、の処
理により肘角度がイニシャル処理で求めた移動量で移動
していない、このため肘角度の一回の払い出しでの移動
量を計算し直し、通常の処理に切り替えるために、ステ
ップ331 では肘角度移動量作成として（教示点肘角度−
現在肘角度）／ｎを求める。このｎは残りの払い出し回
数である。そうしてステップ332 に至り今回の目標点肘
角度の作成を行い、ステップ333 でflag=0にして前述の
ステップ307 以下の動作を繰り返し、Ｊ2 軸が０°付近
を超えるとステップ306 での判断がNoに変わるので、肘
角度の作成のステップはなされずに、直ちに前述のステ
ップ307 以下の動作を繰り返し、最後にステップ311の
教示点に到達する。これらないしの手順の処理によ
り、自動運転プレーバック中にＪ2 軸が範囲Ｘになって
も、Ｊ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防止でき
る。ところで、ステップ306,324,333 におけるflag=1,f
lag=0 のＪ2 軸の角度変化に伴うflagの変化は、次のよ
うになされる。つまり、flagは通常は０であり、従って
Ｊ2 軸が範囲Ｘの範囲外でflag=1になっているのは、Ｊ
2 軸が範囲Ｘの範囲を出た直後の時のみであるから、そ
れ以降はＪ2 軸が範囲Ｘの範囲を出た時の処理に移りfl
ag=0にしている。 【００１０】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば７軸
マニピュレータの直交動作でのセグメントオーバの発生
する範囲において、７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸
逆変換の２つの逆変換を有し、その逆変換を条件によっ
て切替を行う手段であり、Ｊ1軸またはＪ3 軸を固定し
て目標点の位置、姿勢より他の６軸の目標パルス値およ
びセグメントパルスを求めることにより、Ｊ1 軸および
Ｊ3 軸に発生していたセグメントオーバを防ぎ、マニピ
ュレータのスームズな直交動作が得られ、動作の確実性
が保証されると共に動作の信頼性が著しく向上するとい
う特段の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の７軸マニュプレータの制御方法の一実
施例を表すブロック図およびその７軸マニュプレータの
リンク構成を示す図 【図２】本発明の他の実施例の手動操作時の制御方法を
示すフローチャート 【図３】本発明の別の実施例の自動運転のプレーバック
時の制御方法を示すフローチャート 【符号の説明】 １ 移動命令 ２ 目標点におけるエンドエフェクタ位置・姿勢・肘角
度の作成器 ３ 逆変換器判別器 ４ Ｊ3 軸パルス作成器 ５ 目標パルス作成器 ５a ７軸逆変換器 ５b ６軸逆変換器 ６ 各軸セグメントパルスの作成器 ７ 肘角度の計算器 ８ 各軸サーボアンプ ９ 基準点 10 エンドエフェクタ
施例を表すブロック図およびその７軸マニュプレータの
リンク構成を示す図 【図２】本発明の他の実施例の手動操作時の制御方法を
示すフローチャート 【図３】本発明の別の実施例の自動運転のプレーバック
時の制御方法を示すフローチャート 【符号の説明】 １ 移動命令 ２ 目標点におけるエンドエフェクタ位置・姿勢・肘角
度の作成器 ３ 逆変換器判別器 ４ Ｊ3 軸パルス作成器 ５ 目標パルス作成器 ５a ７軸逆変換器 ５b ６軸逆変換器 ６ 各軸セグメントパルスの作成器 ７ 肘角度の計算器 ８ 各軸サーボアンプ ９ 基準点 10 エンドエフェクタ
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 13/00
G05B 19/18
G05B 19/4103
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】いずれも回転自在に支承され、基準点に配
設された第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋
がる第二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋が
る第三番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる
第四番目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれら
から手先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7軸
を連接して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにお
いて、 Ｊ7 軸に装着するエンドエフェクタの姿勢を変化させな
いで行う直線動作及びエンドエフェクタの位置を変化さ
せないで行う姿勢変化動作の場合に、エンドエフェクタ
の教示データを入力し、 払い出し回数ｎおよび一回の
払い出しでのエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度の
移動量の作成を行い、 今回の払い出しでのエンドエフェクタの位置・姿勢・肘
角度の作成をして、その７軸マニピュレータの基準点か
らのＪ2 軸が０°前後の場合に起こるＪ1軸とのＪ3 軸
が相互に平行かそれに近い状態となる特異姿勢であるか
を判断し、 Ｊ2 軸が特異姿勢をとる範囲内であるならばＪ1 軸ある
いはＪ3 軸の目標パルスを作成し、他の６軸を逆変換し
て６軸の目標パルス・肘角度を作成してから、各軸の単
位時間当たりの移動パルスを求め、マニピュレータを移
動させることを繰り返し、 Ｊ2 軸が前回特異姿勢の範囲内で今回特異姿勢の範囲外
となる場合には、教示した肘角度から現在の肘角度を差
し引いた値を払い出し回数で割った値の肘角度移動量を
作成して、今回の目標点の肘角度を作成してから、教示
した肘角度と現在の肘角度が等しくなるまで、７軸の逆
変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パルスを
求めてマニピュレータを移動させることを繰り返し、 Ｊ2 軸が当初から特異姿勢の範囲以外であるときは、７
軸の逆変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パ
ルスを求め、マニピュレータを移動させることを繰り返
し、 ｎ回の払い出しを終え教示点に到達するようにしたこと
を特徴とする７軸マニピュレータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06226667A JPH06226667A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3402378B2 true JP3402378B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=13154115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06084593A Expired - Lifetime JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3402378B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5547626B2 (ja) | 2010-12-28 | 2014-07-16 | 川崎重工業株式会社 | ７軸多関節ロボットの制御装置および教示方法 |
| US9327401B2 (en) * | 2012-09-10 | 2016-05-03 | Fanuc America Corporation | Method of controlling a redundant robot |
| CN111757713A (zh) | 2018-02-27 | 2020-10-09 | 索尼奥林巴斯医疗解决方案公司 | 医疗观察设备 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2607515B2 (ja) * | 1987-05-08 | 1997-05-07 | 三菱重工業株式会社 | 多関節型ロボットの軌跡制御装置 |
| JP2874238B2 (ja) * | 1990-01-23 | 1999-03-24 | 株式会社安川電機 | 多関節形ロボットの制御方法 |
| JPH04140802A (ja) * | 1990-10-02 | 1992-05-14 | Nachi Fujikoshi Corp | 産業用ロボットの位置制御方法 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP06084593A patent/JP3402378B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06226667A (ja) | 1994-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4756662A (en) | Varible compliance manipulator | |
| JP3207728B2 (ja) | 冗長マニピュレータの制御方法 | |
| US4594671A (en) | Velocity method of controlling industrial robot actuators | |
| JP2895672B2 (ja) | 複数ロボット制御方法 | |
| JPS591180A (ja) | 制御された経路の運動を行なうマニピユレ−タ | |
| US4967125A (en) | Tool posture control method for a robot | |
| JP2874238B2 (ja) | 多関節形ロボットの制御方法 | |
| JP3402378B2 (ja) | ７軸マニピュレータの制御方法 | |
| JP2703767B2 (ja) | ロボットの教示データ作成方法 | |
| JPS62251901A (ja) | 多軸ロボツトの経路制御装置 | |
| JP2979552B2 (ja) | ロボットの制御方法 | |
| JP2610996B2 (ja) | 多関節ロボット制御装置 | |
| WO1991004521A1 (en) | A method for the control of the path of a robot cell | |
| JPH0647689A (ja) | 多関節形ロボットの制御方法 | |
| JP3379540B2 (ja) | 冗長アームロボットのアーム制御方式 | |
| JPH02271402A (ja) | 双腕ロボットの制御方法 | |
| JP2649463B2 (ja) | 回転外部軸を有する産業用ロボットの教示方法およびそれに用いる教示装置 | |
| JP2676721B2 (ja) | 多関節型ロボットの制御装置 | |
| JPS59229614A (ja) | ロボツト制御装置 | |
| JPH05233042A (ja) | 冗長自由度ロボットの姿勢制御方式 | |
| JPH05177563A (ja) | マスタスレーブマニピュレータの制御方法 | |
| JP2841364B2 (ja) | 加工装置の位置決め方法 | |
| JPH05181515A (ja) | 多関節ロボットにおける軸角度の計算方法 | |
| JPH1199491A (ja) | ロボット制御装置 | |
| JPH04169909A (ja) | ロボットの姿勢修正方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090228 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100228 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110228 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110228 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120229 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120229 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130228 Year of fee payment: 10 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |