JP3444313B2 - 工業用ロボットの制御装置 - Google Patents
工業用ロボットの制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、塗装ロボット等の工業
用ロボットの制御装置に係り、特に小型で動作範囲およ
び最大速度、最大加速度等の運動能力が制限されるよう
なロボットに好適な制御装置に関する。
用ロボットの制御装置に係り、特に小型で動作範囲およ
び最大速度、最大加速度等の運動能力が制限されるよう
なロボットに好適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の通り、塗装ロボットにより塗装作
業を行う場合には、記憶装置に予め記憶された教示デー
タが読み出され、この教示データに従ってマニピュレー
タが制御される。このような制御が行われることによ
り、塗装ガンがマニピュレータに駆動されて所定の軌道
を移動し、ワークに対する塗装が行われる。
業を行う場合には、記憶装置に予め記憶された教示デー
タが読み出され、この教示データに従ってマニピュレー
タが制御される。このような制御が行われることによ
り、塗装ガンがマニピュレータに駆動されて所定の軌道
を移動し、ワークに対する塗装が行われる。
【０００３】さて、塗装ガンが移動する軌道は、塗装作
業（塗料の吐出等）を行う作業軌道と、塗装作業を行う
ことなく単に移動するのみの遷移軌道とに区分すること
ができる。従来の塗装ロボットにおいては、塗装ガンを
遷移軌道に沿って移動させるための教示データについて
は試行錯誤的によりその作成を行っていた。すなわち、
教示データに従って塗装ガンを移動させ、塗装ガンが遷
移軌道に沿って移動している期間中に塗装ガンの動作範
囲のチェックを行い、不適正な教示データによって塗装
ガンが所定の動作範囲から外れそうな動きをした場合に
は動作を停止させる。そして、教示者にこの旨を知ら
せ、教示者が教示データの修正を行っていた。
業（塗料の吐出等）を行う作業軌道と、塗装作業を行う
ことなく単に移動するのみの遷移軌道とに区分すること
ができる。従来の塗装ロボットにおいては、塗装ガンを
遷移軌道に沿って移動させるための教示データについて
は試行錯誤的によりその作成を行っていた。すなわち、
教示データに従って塗装ガンを移動させ、塗装ガンが遷
移軌道に沿って移動している期間中に塗装ガンの動作範
囲のチェックを行い、不適正な教示データによって塗装
ガンが所定の動作範囲から外れそうな動きをした場合に
は動作を停止させる。そして、教示者にこの旨を知ら
せ、教示者が教示データの修正を行っていた。
【０００４】また、このような方法とは別に、生成した
遷移軌道のうち動作範囲から外れる部分が生じた場合に
は、動作範囲内で動作するようガン先位置の移動を強制
的に制限し、再生動作を行う方法もあった。
遷移軌道のうち動作範囲から外れる部分が生じた場合に
は、動作範囲内で動作するようガン先位置の移動を強制
的に制限し、再生動作を行う方法もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来技術では、教示時間が長時間に及び、作業の効率
が悪いという問題があった。また、教示者がリモート教
示によりデータを修正する場合には、ロボットの近くで
長時間作業するので危険を伴った。また、遷移軌道に制
約を設け、加減速を行わなかったりすると、ロボット関
節、駆動装置に大きな負荷がかかるだけでなく、アーム
に振動が発生して塗装品質が低下するという問題があっ
た。
な従来技術では、教示時間が長時間に及び、作業の効率
が悪いという問題があった。また、教示者がリモート教
示によりデータを修正する場合には、ロボットの近くで
長時間作業するので危険を伴った。また、遷移軌道に制
約を設け、加減速を行わなかったりすると、ロボット関
節、駆動装置に大きな負荷がかかるだけでなく、アーム
に振動が発生して塗装品質が低下するという問題があっ
た。
【０００６】この発明は以上説明した事情に鑑みてなさ
れたものであり、教示に長時間を費やすことなく、マニ
ピュレータの運動能力、動作範囲に見合った適切な遷移
軌道を求め、その遷移軌道に沿ってマニピュレータを動
作させることができる工業用ロボットの制御装置を提供
することを目的とする。
れたものであり、教示に長時間を費やすことなく、マニ
ピュレータの運動能力、動作範囲に見合った適切な遷移
軌道を求め、その遷移軌道に沿ってマニピュレータを動
作させることができる工業用ロボットの制御装置を提供
することを目的とする。
【０００７】請求項１に係る発明は、複数の作業軌道ま
たはその代表点を表わす教示データを記憶する記憶部
と、前記複数の作業軌道を補間する遷移軌道を演算する
とともにマニピュレータを前記作業軌道および遷移軌道
に従って運動させる制御部とを有する工業用ロボットの
制御装置において、前記制御部は、動作範囲内の位置に
ついてマニピュレータの各関節の中で最大角速度を求
め、前記最大角速度から直交座標系での最高速度と最高
加速度を求め、前記最高速度と前記最高加速度に基づい
て前記遷移軌道を演算することを特徴とする工業用ロボ
ットの制御装置を要旨とする。
たはその代表点を表わす教示データを記憶する記憶部
と、前記複数の作業軌道を補間する遷移軌道を演算する
とともにマニピュレータを前記作業軌道および遷移軌道
に従って運動させる制御部とを有する工業用ロボットの
制御装置において、前記制御部は、動作範囲内の位置に
ついてマニピュレータの各関節の中で最大角速度を求
め、前記最大角速度から直交座標系での最高速度と最高
加速度を求め、前記最高速度と前記最高加速度に基づい
て前記遷移軌道を演算することを特徴とする工業用ロボ
ットの制御装置を要旨とする。
【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記制御部
は、前記複数の作業軌道の通過順序を前記最高速度と前
記最高加速度に基づいて決定し、前記各作業軌道を補間
する遷移軌道を演算することを特徴とする請求項１記載
の工業用ロボットの制御装置を要旨とする。
は、前記複数の作業軌道の通過順序を前記最高速度と前
記最高加速度に基づいて決定し、前記各作業軌道を補間
する遷移軌道を演算することを特徴とする請求項１記載
の工業用ロボットの制御装置を要旨とする。
【０００９】
【作用】請求項１に係る発明によれば、遷移軌道がマニ
ピュレータの加速度制限値等の運動能力と動作範囲にあ
わせて生成される。また、請求項２に係る発明によれ
ば、作業軌道の通過順序についても運動能力、動作範囲
に無理がないよう決定される。
ピュレータの加速度制限値等の運動能力と動作範囲にあ
わせて生成される。また、請求項２に係る発明によれ
ば、作業軌道の通過順序についても運動能力、動作範囲
に無理がないよう決定される。
【００１０】
【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に本実施例に係る塗装ロボットシステムを示
す。このシステムは、マニピュレータ１と、コントロー
ラ（制御装置）２と、マニピュレータ先端に取り付けら
れた塗装ガン４と、オペレータの指示を入力するための
指示入力装置３とにより構成されている。マニピュレー
タ１は、第１ベース５を有しており、全体がこの第１ベ
ース５を介して天井または壁面に取り付けられている。
第１ベース５には第１のモータ６が取り付けられてお
り、このモータ６によりリンク７を上下方向（矢印Ａ）
に回動させるようになっている。リンク７の先端部には
第２ベース１４が取り付けられており、この第２ベース
１４には、第２モータ８が取り付けられている。そし
て、この第２モータ８により伝達機構を介して第１アー
ム１１を左右方向（矢印Ｂ）に回動させるようになって
いる。第１アーム１１の先端には第３のモータ９が取り
付けられており、このモータ９により第２アーム１２を
矢印Ｄ方向に回動させるようになっている。第２アーム
１２の先端には第４のモータ１０が取り付けられてお
り、このモータ１０により、塗装ガン４を支持する手首
１３を矢印Ｃ方向に回動させるようになっている。
する。図１に本実施例に係る塗装ロボットシステムを示
す。このシステムは、マニピュレータ１と、コントロー
ラ（制御装置）２と、マニピュレータ先端に取り付けら
れた塗装ガン４と、オペレータの指示を入力するための
指示入力装置３とにより構成されている。マニピュレー
タ１は、第１ベース５を有しており、全体がこの第１ベ
ース５を介して天井または壁面に取り付けられている。
第１ベース５には第１のモータ６が取り付けられてお
り、このモータ６によりリンク７を上下方向（矢印Ａ）
に回動させるようになっている。リンク７の先端部には
第２ベース１４が取り付けられており、この第２ベース
１４には、第２モータ８が取り付けられている。そし
て、この第２モータ８により伝達機構を介して第１アー
ム１１を左右方向（矢印Ｂ）に回動させるようになって
いる。第１アーム１１の先端には第３のモータ９が取り
付けられており、このモータ９により第２アーム１２を
矢印Ｄ方向に回動させるようになっている。第２アーム
１２の先端には第４のモータ１０が取り付けられてお
り、このモータ１０により、塗装ガン４を支持する手首
１３を矢印Ｃ方向に回動させるようになっている。
【００１１】コントローラ２は、マニピュレータ１に設
けられた上記各モータを制御して塗装ガン４を移動させ
ることにより塗装ガン４による塗装処理を制御する手段
である。また、このコントローラ２は、オペレータによ
って与えられる教示データに基づいてマニピュレータ１
の制御を行うものであり、塗装処理の際に塗装ガン４を
移動させる複数の作業軌道を記憶あるいは生成する機能
の他、各作業軌道を補間する遷移軌道を演算する演算機
能と、マニピュレータを作業軌道および遷移軌道に従っ
て運動させる制御を行う制御機能を有している。
けられた上記各モータを制御して塗装ガン４を移動させ
ることにより塗装ガン４による塗装処理を制御する手段
である。また、このコントローラ２は、オペレータによ
って与えられる教示データに基づいてマニピュレータ１
の制御を行うものであり、塗装処理の際に塗装ガン４を
移動させる複数の作業軌道を記憶あるいは生成する機能
の他、各作業軌道を補間する遷移軌道を演算する演算機
能と、マニピュレータを作業軌道および遷移軌道に従っ
て運動させる制御を行う制御機能を有している。
【００１２】図２はマニピュレータ１の数学モデルとロ
ボットベース座標系（ｘ−ｙ−ｚ直交座標系）を示すも
のである。同図に示すように、マニピュレータ１の各軸
の回転角（リンク−アーム間、アーム−アーム間等の各
回転角）をθ1〜θ4とし、リンク、アームの長さをｒ1
〜ｒ6とする。このとき塗装ガン４の先端位置（以下、
ガン先位置という。）Ｐgのロボットベース座標系での
各座標値をｘg，ｙg，ｚgとすると、これらは、 ｘg＝ｒ1ｃｏｓθ1＋ｒ2ｃｏｓθ2＋ｒ3ｃｏｓ（θ2+θ3）＋ｒ6ｓｉｎθ4 ｙg＝ｒ2ｓｉｎθ2＋ｒ3ｓｉｎ（θ2＋θ3）−ｒ5 ｚg＝−ｒ1ｓｉｎθ1−ｒ4−ｒ6ｃｏｓθ4 ・・・（１） と表わすことができる。
ボットベース座標系（ｘ−ｙ−ｚ直交座標系）を示すも
のである。同図に示すように、マニピュレータ１の各軸
の回転角（リンク−アーム間、アーム−アーム間等の各
回転角）をθ1〜θ4とし、リンク、アームの長さをｒ1
〜ｒ6とする。このとき塗装ガン４の先端位置（以下、
ガン先位置という。）Ｐgのロボットベース座標系での
各座標値をｘg，ｙg，ｚgとすると、これらは、 ｘg＝ｒ1ｃｏｓθ1＋ｒ2ｃｏｓθ2＋ｒ3ｃｏｓ（θ2+θ3）＋ｒ6ｓｉｎθ4 ｙg＝ｒ2ｓｉｎθ2＋ｒ3ｓｉｎ（θ2＋θ3）−ｒ5 ｚg＝−ｒ1ｓｉｎθ1−ｒ4−ｒ6ｃｏｓθ4 ・・・（１） と表わすことができる。
【００１３】ここで、ガン先位置の位置ベクトルを〔Ｐ
g〕とすると共に、マニピュレータ１の各軸の角速度ｐ
θ1〜ｐθ4（ただし、ｐは時間微分演算子を表わし、時
間についての２回微分はｐ2、３回微分はｐ3である。以
下において同様である。）のベクトルを〔ｐθ〕とする
と、塗装ガンが任意の位置〔Ｐg〕にあるときの各軸の
角速度〔ｐθ〕とガン先速度〔ｐＰg〕との関係は 〔ｐＰg〕＝〔Ｊ〕〔ｐθ〕 ・・・（２） と表わすことができる。ここで、〔Ｊ〕はヤコビ行列で
あり、〔Ｐg〕の各要素を表わす関数ｆ（θ1〜θ4）
（前掲式（１）に相当）をθ1〜θ4の各々によって偏微
分した結果を要素としている。
g〕とすると共に、マニピュレータ１の各軸の角速度ｐ
θ1〜ｐθ4（ただし、ｐは時間微分演算子を表わし、時
間についての２回微分はｐ2、３回微分はｐ3である。以
下において同様である。）のベクトルを〔ｐθ〕とする
と、塗装ガンが任意の位置〔Ｐg〕にあるときの各軸の
角速度〔ｐθ〕とガン先速度〔ｐＰg〕との関係は 〔ｐＰg〕＝〔Ｊ〕〔ｐθ〕 ・・・（２） と表わすことができる。ここで、〔Ｊ〕はヤコビ行列で
あり、〔Ｐg〕の各要素を表わす関数ｆ（θ1〜θ4）
（前掲式（１）に相当）をθ1〜θ4の各々によって偏微
分した結果を要素としている。
【００１４】上記式（２）において、ガン先位置
〔Ｐg〕が与えられると、各軸角度〔θ〕はｆ-1なる逆
運動学変換により得られる。また、〔θ〕によりヤコビ
行列〔Ｊ〕を決定すると、ガン先速度〔ｐＰg〕から各
軸の角速度〔ｐθ〕を求めることができる。たとえば、
任意の位置でのｘ方向の最大速度をもとめる手順を述べ
る。まず、ガン先位置をｘ方向に単位ベクトル〔ｅｘ〕
＝〔１，０，０〕T相当の速度で移動させるための各軸
角速度のベクトル〔ｐθ〕を求める。このベクトル〔ｐ
θ〕は、前掲式（２）における左辺〔ｐＰg〕を単位ベ
クトル〔ｅｘ〕に置換し、この結果得られる式を〔ｐ
θ〕について解くことにより得られる。すなわち、次式
（３）に示す通りである。 〔ｐθ〕＝〔Ｊ〕-1〔ｅｘ〕 ・・・（３）
〔Ｐg〕が与えられると、各軸角度〔θ〕はｆ-1なる逆
運動学変換により得られる。また、〔θ〕によりヤコビ
行列〔Ｊ〕を決定すると、ガン先速度〔ｐＰg〕から各
軸の角速度〔ｐθ〕を求めることができる。たとえば、
任意の位置でのｘ方向の最大速度をもとめる手順を述べ
る。まず、ガン先位置をｘ方向に単位ベクトル〔ｅｘ〕
＝〔１，０，０〕T相当の速度で移動させるための各軸
角速度のベクトル〔ｐθ〕を求める。このベクトル〔ｐ
θ〕は、前掲式（２）における左辺〔ｐＰg〕を単位ベ
クトル〔ｅｘ〕に置換し、この結果得られる式を〔ｐ
θ〕について解くことにより得られる。すなわち、次式
（３）に示す通りである。 〔ｐθ〕＝〔Ｊ〕-1〔ｅｘ〕 ・・・（３）
【００１５】このようにして得られる〔ｐθ〕の各成分
ｐθ1〜ｐθ4の最大角速度（所定の制限値）との比を求
め、これらの比の中の最小値を〔ｅｘ〕に乗算する。こ
の結果、各軸のうちいずれか１つの角速度を最大角速度
としたときのガン先位置のｘ方向の移動速度、すなわ
ち、最大角速度の制限がある場合に実現可能なガン先位
置のｘ方向の最高速度が得られる。以上の操作を動作範
囲内のすべてのガン先位置について実行する。図３はこ
の結果を示すものであり、各位置におけるガン先位置の
ｘ方向の最高速度を所定の許容速度に対する比によって
表わしたものである。図中、０．５，０．８，…等の数
値の付された破線は、当該破線上の各位置でのガン先位
置の最高速度が０．５，０．８等の数値に相当する速度
であることを示している。この図に示される通り、ガン
先位置の最高速度はガン先位置に依存しており、速度が
出る場所とそうでない場所があることがわかる。
ｐθ1〜ｐθ4の最大角速度（所定の制限値）との比を求
め、これらの比の中の最小値を〔ｅｘ〕に乗算する。こ
の結果、各軸のうちいずれか１つの角速度を最大角速度
としたときのガン先位置のｘ方向の移動速度、すなわ
ち、最大角速度の制限がある場合に実現可能なガン先位
置のｘ方向の最高速度が得られる。以上の操作を動作範
囲内のすべてのガン先位置について実行する。図３はこ
の結果を示すものであり、各位置におけるガン先位置の
ｘ方向の最高速度を所定の許容速度に対する比によって
表わしたものである。図中、０．５，０．８，…等の数
値の付された破線は、当該破線上の各位置でのガン先位
置の最高速度が０．５，０．８等の数値に相当する速度
であることを示している。この図に示される通り、ガン
先位置の最高速度はガン先位置に依存しており、速度が
出る場所とそうでない場所があることがわかる。
【００１６】次に動作範囲内の各位置でのガン先位置の
最高加速度を求める。まず、式（２）を更に時間で微分
することにより、 〔ｐ2Ｐｇ〕＝〔ｐＪ〕〔ｐθ〕＋〔Ｊ〕〔ｐ2θ〕 ・・・（４） が得られる。また、発生トルクτは τ＝ｆ１（Ｈ，∂Ｈ／∂θ，θ，ｐθ，ｐ2θ） ・・・（５） により求められる。なお、Ｈは慣性マトリクスである。
各軸の最大トルクがこの値を超えないことを条件とし、
上記式（４），（５）により任意の位置での加速度の最
大値を算出する。このようにして得られる最大値を所定
の許容値に対する割合によって表わして図示すると図４
のようになり、加速度が大きいところと小さいところが
あることがわかる。
最高加速度を求める。まず、式（２）を更に時間で微分
することにより、 〔ｐ2Ｐｇ〕＝〔ｐＪ〕〔ｐθ〕＋〔Ｊ〕〔ｐ2θ〕 ・・・（４） が得られる。また、発生トルクτは τ＝ｆ１（Ｈ，∂Ｈ／∂θ，θ，ｐθ，ｐ2θ） ・・・（５） により求められる。なお、Ｈは慣性マトリクスである。
各軸の最大トルクがこの値を超えないことを条件とし、
上記式（４），（５）により任意の位置での加速度の最
大値を算出する。このようにして得られる最大値を所定
の許容値に対する割合によって表わして図示すると図４
のようになり、加速度が大きいところと小さいところが
あることがわかる。
【００１７】本実施例におけるコントローラ２は、マニ
ピュレータ１の運動能力、すなわち、動作範囲内の各位
置によって異なるガン先位置の最高速度、最高加速度を
考慮し、これらに基づいて遷移軌道を演算する機能を有
している。以下、図３または図４に示す４点Ｔ0〜Ｔ3を
頂点とする矩形のエリアを塗装を行うべき塗装エリアと
想定し、この塗装エリア内において塗装ガン４をｘ軸方
向に沿って往復移動させて塗装を行う場合を例に遷移軌
道の決定手順について説明する。
ピュレータ１の運動能力、すなわち、動作範囲内の各位
置によって異なるガン先位置の最高速度、最高加速度を
考慮し、これらに基づいて遷移軌道を演算する機能を有
している。以下、図３または図４に示す４点Ｔ0〜Ｔ3を
頂点とする矩形のエリアを塗装を行うべき塗装エリアと
想定し、この塗装エリア内において塗装ガン４をｘ軸方
向に沿って往復移動させて塗装を行う場合を例に遷移軌
道の決定手順について説明する。
【００１８】図５は遷移軌道の決定のための第１の演算
例を示すＰＡＤ図である。上述した通り、遷移軌道は作
業軌道間をつなぐ軌道である。この演算例では、ガン先
位置が作業軌道から遷移軌道へあるいは遷移軌道から作
業軌道へ移行する際に、加速度が連続的に変化するよう
に遷移軌道を決定する。また、加速度に制限を課して遷
移軌道を求める一方、動作範囲（即ち教示データの外側
を移動するオーバーラン量）に制限を課して別の遷移軌
道を求め、これらの遷移軌道のうち最善のものを選択す
るという方法を採る。
例を示すＰＡＤ図である。上述した通り、遷移軌道は作
業軌道間をつなぐ軌道である。この演算例では、ガン先
位置が作業軌道から遷移軌道へあるいは遷移軌道から作
業軌道へ移行する際に、加速度が連続的に変化するよう
に遷移軌道を決定する。また、加速度に制限を課して遷
移軌道を求める一方、動作範囲（即ち教示データの外側
を移動するオーバーラン量）に制限を課して別の遷移軌
道を求め、これらの遷移軌道のうち最善のものを選択す
るという方法を採る。
【００１９】まず、以下のデータをコントローラ２に入
力する。 ａ．塗装エリアの頂点である４点Ｔ0〜Ｔ3 ｂ．塗装ガン４がこの塗装エリアを通過する回数である
パス数（すなわち、塗装エリアを横切る作業軌道の本
数） ｃ．塗装エリア内を移動させる際の塗装ガン４の速度 これらのデータの入力は該当するデータを直接ロードす
るかまたは塗装ガン４を移動させて該当する位置等を教
示することにより行う。コントローラ２は、このように
して入力された上記データに基づき、図７に示すように
作業軌道の端点Ｐ0〜Ｐ9を求める（ステップＳ１）。そ
して、制御変数ｉを０〜パス数まで変化させ、すべての
ｉについて以下のステップＳ２〜ステップＳ１０の処理
を繰り返すことにより、Ｐ1−Ｐ2間、Ｐ3−Ｐ4間など、
各作業軌道間をつなぐ遷移軌道を順次求める。
力する。 ａ．塗装エリアの頂点である４点Ｔ0〜Ｔ3 ｂ．塗装ガン４がこの塗装エリアを通過する回数である
パス数（すなわち、塗装エリアを横切る作業軌道の本
数） ｃ．塗装エリア内を移動させる際の塗装ガン４の速度 これらのデータの入力は該当するデータを直接ロードす
るかまたは塗装ガン４を移動させて該当する位置等を教
示することにより行う。コントローラ２は、このように
して入力された上記データに基づき、図７に示すように
作業軌道の端点Ｐ0〜Ｐ9を求める（ステップＳ１）。そ
して、制御変数ｉを０〜パス数まで変化させ、すべての
ｉについて以下のステップＳ２〜ステップＳ１０の処理
を繰り返すことにより、Ｐ1−Ｐ2間、Ｐ3−Ｐ4間など、
各作業軌道間をつなぐ遷移軌道を順次求める。
【００２０】まず、求めるべき遷移軌道の直前の作業軌
道の終点Ｐ2i+1を始点ｘ0とし、次に進むべき作業軌道
の始点Ｐ2i+2を当該遷移軌道の終点ｘ1とする（ステッ
プＳ２）。この処理により、例えばｉ＝０の場合には図
７における点Ｐ1が遷移軌道の始点ｘ0とされ、点Ｐ2は
遷移軌道の終点ｘ1とされる。次に遷移軌道の始点およ
び終点での速度ｖ0およびｖ1を決定する（ステップＳ
３）。上述の通り、本例では塗装ガン４の速度は移動中
において連続的に変化させるため、このステップＳ３で
は、直前の作業軌道の終点での速度ｗ2i+1が当該遷移軌
道の始点での速度ｖ0とされ、次に進むべき作業軌道の
始点での速度ｗ2i+2が遷移軌道の終点での速度ｖ1とさ
れる。
道の終点Ｐ2i+1を始点ｘ0とし、次に進むべき作業軌道
の始点Ｐ2i+2を当該遷移軌道の終点ｘ1とする（ステッ
プＳ２）。この処理により、例えばｉ＝０の場合には図
７における点Ｐ1が遷移軌道の始点ｘ0とされ、点Ｐ2は
遷移軌道の終点ｘ1とされる。次に遷移軌道の始点およ
び終点での速度ｖ0およびｖ1を決定する（ステップＳ
３）。上述の通り、本例では塗装ガン４の速度は移動中
において連続的に変化させるため、このステップＳ３で
は、直前の作業軌道の終点での速度ｗ2i+1が当該遷移軌
道の始点での速度ｖ0とされ、次に進むべき作業軌道の
始点での速度ｗ2i+2が遷移軌道の終点での速度ｖ1とさ
れる。
【００２１】次に、求めるべき遷移軌道の代表点、例え
ば始点ｘ0に塗装ガン４の先端が位置するときの各軸の
回転角θ1〜θ4に対応した各軸の最大トルクを求め、こ
の最大トルクを越えないことを条件としてｘ方向の最大
加速度を求める（ステップＳ４）。具体的には予め記憶
された動作範囲内の各位置での最大加速度のマップ（図
４参照）を参照し、求めるべき遷移軌道の始点での最大
加速度を求める。次にこのようにして求めた最大加速度
を条件（パラメータ）とし、所定のルールに従って遷移
軌道を求める。そして、この結果得られた遷移軌道のｘ
方向の最大値ｘmax_aと最小値ｘmin_aを求める（ステッ
プＳ５）。次に動作範囲（オーバーラン量）の制限を課
して別の遷移軌道を演算し、この結果求められた遷移軌
道のｘ方向の最大値ｘmax_hとｘmin_hを決定する（ステ
ップＳ６）。２つの条件から求めた最大値が同じ値の場
合、即ち、Ｐ3−Ｐ4間など始点および終点のｘ座標が等
しい場合、加速度の条件から決定した最小値と動作範囲
の条件から決定した最小値を比較し、この値が大きい方
の軌道を遷移するようにする（ステップＳ７，ステップ
Ｓ８）。また、２つの条件から求めた最小値が等しい
時、最大値が小さい方の軌道を遷移するようにする（ス
テップＳ９，ステップＳ１０）。これらの条件を、補助
データとして教示データとともに記憶する（ステップＳ
１１）。
ば始点ｘ0に塗装ガン４の先端が位置するときの各軸の
回転角θ1〜θ4に対応した各軸の最大トルクを求め、こ
の最大トルクを越えないことを条件としてｘ方向の最大
加速度を求める（ステップＳ４）。具体的には予め記憶
された動作範囲内の各位置での最大加速度のマップ（図
４参照）を参照し、求めるべき遷移軌道の始点での最大
加速度を求める。次にこのようにして求めた最大加速度
を条件（パラメータ）とし、所定のルールに従って遷移
軌道を求める。そして、この結果得られた遷移軌道のｘ
方向の最大値ｘmax_aと最小値ｘmin_aを求める（ステッ
プＳ５）。次に動作範囲（オーバーラン量）の制限を課
して別の遷移軌道を演算し、この結果求められた遷移軌
道のｘ方向の最大値ｘmax_hとｘmin_hを決定する（ステ
ップＳ６）。２つの条件から求めた最大値が同じ値の場
合、即ち、Ｐ3−Ｐ4間など始点および終点のｘ座標が等
しい場合、加速度の条件から決定した最小値と動作範囲
の条件から決定した最小値を比較し、この値が大きい方
の軌道を遷移するようにする（ステップＳ７，ステップ
Ｓ８）。また、２つの条件から求めた最小値が等しい
時、最大値が小さい方の軌道を遷移するようにする（ス
テップＳ９，ステップＳ１０）。これらの条件を、補助
データとして教示データとともに記憶する（ステップＳ
１１）。
【００２２】以上の処理がｉ＝０〜パス数について繰り
返される結果、図７に示すように全遷移軌道が求められ
る。図７において、破線は加速度の条件を課して求めた
遷移軌道を示しており、実線は動作範囲の条件を課して
求めた遷移軌道を示しており、両条件において求めた各
遷移軌道のうち最善のものが選択される。この図７の例
では、Ｐ1−Ｐ2、Ｐ3−Ｐ4、Ｐ7−Ｐ8間は実線で示され
た遷移軌道が選択され、Ｐ5−Ｐ6間は破線で示された遷
移軌道が選択される。
返される結果、図７に示すように全遷移軌道が求められ
る。図７において、破線は加速度の条件を課して求めた
遷移軌道を示しており、実線は動作範囲の条件を課して
求めた遷移軌道を示しており、両条件において求めた各
遷移軌道のうち最善のものが選択される。この図７の例
では、Ｐ1−Ｐ2、Ｐ3−Ｐ4、Ｐ7−Ｐ8間は実線で示され
た遷移軌道が選択され、Ｐ5−Ｐ6間は破線で示された遷
移軌道が選択される。
【００２３】さて、上記演算例において動作範囲（オー
バーラン量）に制限を課して遷移軌道を求めたときに、
遷移中に発生する最大加速度が、加速度の制限値を越え
る場合がある。かかる場合において、常に隣の作業軌道
へと遷移させるのではなく、例えばある作業軌道を通過
した場合には隣の作業軌道のさらに隣の作業軌道へとい
う具合に、作業軌道を必要な本数だけ飛ばして作業軌道
の切り替えを行うようにすると、動作範囲の条件が大き
く緩和されることとなる。以下、図６を参照し、このよ
うな作業軌道の通過順序を変更する場合の動作について
説明する。まず、図５に示した場合と同様、教示データ
のロードまたは教示を行う。ここでは各点を生成するこ
とは行わず、パス数と速度のみを決定する（ステップＳ
１２）。次に、教示点Ｔｉとパス数ｐａｓｓ＿ｎの関係
から作業軌道間の幅ｐｉｃｈを決定する。また、現在の
作業軌道を終了した場合に何本隣の作業軌道へ進めるか
のステップ数ｓｔの最大値ｓｔ＿ｍａｘをパス数の１／
２として定める（ステップＳ１３）。次に教示データが
生成できたことを示すフラグｒｅａｄｙを初期化する。
また、ステップ数ｓｔを初期値を最小値の１とする。さ
らに作業軌道の進行方向を正の方向とする（ステップＳ
１４）。
バーラン量）に制限を課して遷移軌道を求めたときに、
遷移中に発生する最大加速度が、加速度の制限値を越え
る場合がある。かかる場合において、常に隣の作業軌道
へと遷移させるのではなく、例えばある作業軌道を通過
した場合には隣の作業軌道のさらに隣の作業軌道へとい
う具合に、作業軌道を必要な本数だけ飛ばして作業軌道
の切り替えを行うようにすると、動作範囲の条件が大き
く緩和されることとなる。以下、図６を参照し、このよ
うな作業軌道の通過順序を変更する場合の動作について
説明する。まず、図５に示した場合と同様、教示データ
のロードまたは教示を行う。ここでは各点を生成するこ
とは行わず、パス数と速度のみを決定する（ステップＳ
１２）。次に、教示点Ｔｉとパス数ｐａｓｓ＿ｎの関係
から作業軌道間の幅ｐｉｃｈを決定する。また、現在の
作業軌道を終了した場合に何本隣の作業軌道へ進めるか
のステップ数ｓｔの最大値ｓｔ＿ｍａｘをパス数の１／
２として定める（ステップＳ１３）。次に教示データが
生成できたことを示すフラグｒｅａｄｙを初期化する。
また、ステップ数ｓｔを初期値を最小値の１とする。さ
らに作業軌道の進行方向を正の方向とする（ステップＳ
１４）。
【００２４】そして、適当な教示データが生成されるま
で以下の処理を繰り返す。まず、図８に示すように各作
業軌道に番号を定める。それぞれの作業軌道を教示デー
タに含めたかどうかを示す変数ｐａｓｓ＿ａｌｒｅａｄ
ｙ（ｉ）を初期化する（ステップＳ１５）。次にパス番
号を示す変数ｉに０をセットする（ステップＳ１６）。
で以下の処理を繰り返す。まず、図８に示すように各作
業軌道に番号を定める。それぞれの作業軌道を教示デー
タに含めたかどうかを示す変数ｐａｓｓ＿ａｌｒｅａｄ
ｙ（ｉ）を初期化する（ステップＳ１５）。次にパス番
号を示す変数ｉに０をセットする（ステップＳ１６）。
【００２５】次にカウンタｐａｓｓ＿ｃｏｕｎｔを０〜
ｐａｓｓ＿ｎまで変化させ、各カウント値ｐａｓｓ＿ｃ
ｏｕｎｔについて以下の操作を行う。まず、ｐａｓｓ＿
ｒｅａｄｙ（ｉ）がＯＮ、すなわち、既に塗装順序が決
定されている作業軌道を選定している間は、作業軌道を
送るようｉの値を塗装方向に１づつ増やしていく（ステ
ップＳ１７）。塗装順序が決まっていない作業軌道がく
ればこれをｐａｓｓ＿ｃｏｕｎｔ番目とする（ステップ
Ｓ１８）。次にカウンタｐａｓｓ＿ｃｏｕｎｔを更新す
る（ステップＳ１９）。次いでパス番号をｓｔだけ更新
する（ステップＳ２０）。この値がパス数ｐａｓｓ＿ｎ
を超える時は塗装方向を反転させ（ステップＳ２１）、
ｓｔの２倍パス番号を更新する（ステップＳ２２）。
ｐａｓｓ＿ｎまで変化させ、各カウント値ｐａｓｓ＿ｃ
ｏｕｎｔについて以下の操作を行う。まず、ｐａｓｓ＿
ｒｅａｄｙ（ｉ）がＯＮ、すなわち、既に塗装順序が決
定されている作業軌道を選定している間は、作業軌道を
送るようｉの値を塗装方向に１づつ増やしていく（ステ
ップＳ１７）。塗装順序が決まっていない作業軌道がく
ればこれをｐａｓｓ＿ｃｏｕｎｔ番目とする（ステップ
Ｓ１８）。次にカウンタｐａｓｓ＿ｃｏｕｎｔを更新す
る（ステップＳ１９）。次いでパス番号をｓｔだけ更新
する（ステップＳ２０）。この値がパス数ｐａｓｓ＿ｎ
を超える時は塗装方向を反転させ（ステップＳ２１）、
ｓｔの２倍パス番号を更新する（ステップＳ２２）。
【００２６】各作業軌道の通過順序が決定したら、仮の
教示点Ｐ0〜Ｐnを生成する（ステップＳ２３）。次に再
生動作時の加速度を求め、この最大値を求める（ステッ
プＳ２４）。この値が制限値を超える場合は、ピッチ飛
ばし幅ｓｔを１増やす。この値が先に定めたｓｔ＿ｍａ
ｘを超えるときはフラグｒｅａｄｙをＯＮとし（ステッ
プＳ２６）、データの生成が終了したものとする。加速
度の制限値を超え、ｓｔがｓｔ＿ｍａｘを超えない時は
ステップＳ１５からステップＳ２３の演算を繰り返す。
そして、加速度条件を満たす場合にはフラグｒｅａｄｙ
をＯＮにし（ステップＳ２７）、演算を終了させる。
教示点Ｐ0〜Ｐnを生成する（ステップＳ２３）。次に再
生動作時の加速度を求め、この最大値を求める（ステッ
プＳ２４）。この値が制限値を超える場合は、ピッチ飛
ばし幅ｓｔを１増やす。この値が先に定めたｓｔ＿ｍａ
ｘを超えるときはフラグｒｅａｄｙをＯＮとし（ステッ
プＳ２６）、データの生成が終了したものとする。加速
度の制限値を超え、ｓｔがｓｔ＿ｍａｘを超えない時は
ステップＳ１５からステップＳ２３の演算を繰り返す。
そして、加速度条件を満たす場合にはフラグｒｅａｄｙ
をＯＮにし（ステップＳ２７）、演算を終了させる。
【００２７】以上のように、作業軌道の通過順序を決定
する処理と当該通過順序において加速度条件を満たすか
否かの判定をする処理とが、ステップ数ｓｔを増加させ
つつ繰り返され、加速度条件を満たすという判定結果が
得られることを以て全処理が終了し、最適な作業軌道の
通過順序が得られる。
する処理と当該通過順序において加速度条件を満たすか
否かの判定をする処理とが、ステップ数ｓｔを増加させ
つつ繰り返され、加速度条件を満たすという判定結果が
得られることを以て全処理が終了し、最適な作業軌道の
通過順序が得られる。
【００２８】なお、上記実施例では本発明を塗装ロボッ
トに適用した場合について説明したが、本発明の適用範
囲はこれに限定されるものではなく、塗装ロボットと同
様に軌跡精度が重要な他の種類のロボットにも適用可能
である。また、組立ロボットなど移動経路を問わないロ
ボットであっても、エネルギを制限する目的で適用する
場合などに好適である。
トに適用した場合について説明したが、本発明の適用範
囲はこれに限定されるものではなく、塗装ロボットと同
様に軌跡精度が重要な他の種類のロボットにも適用可能
である。また、組立ロボットなど移動経路を問わないロ
ボットであっても、エネルギを制限する目的で適用する
場合などに好適である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マニピュレータが発生できない加速度での動作が回避さ
れるので、以下の効果が得られる。 （１）軌道精度が向上し、塗装品質が向上する。 （２）マニピュレータが無理な加速度を発生することが
なくなり、各軸に作用する力、トルクが減少し、マニピ
ュレータの寿命が伸びる。 （３）動作範囲に関しても自動的にチェックし、加減速
区間を考えて教示する必要がなく、生産効率の向上を図
る事ができる。 （４）さらに、軌道生成時に動作範囲から外れることが
なくなり、教示時間を大幅に短縮することができ、オペ
レータの安全性も確保することができる。
マニピュレータが発生できない加速度での動作が回避さ
れるので、以下の効果が得られる。 （１）軌道精度が向上し、塗装品質が向上する。 （２）マニピュレータが無理な加速度を発生することが
なくなり、各軸に作用する力、トルクが減少し、マニピ
ュレータの寿命が伸びる。 （３）動作範囲に関しても自動的にチェックし、加減速
区間を考えて教示する必要がなく、生産効率の向上を図
る事ができる。 （４）さらに、軌道生成時に動作範囲から外れることが
なくなり、教示時間を大幅に短縮することができ、オペ
レータの安全性も確保することができる。
【図１】 本発明の実施例を適用した塗装システムの構
成図である。
成図である。
【図２】 マニピュレータの数学モデルとロボットベー
ス座標系を示す図である。
ス座標系を示す図である。
【図３】 動作範囲内でのガン先位置の最大速度のマッ
プである。
プである。
【図４】 動作範囲内でのガン先位置の最大加速度のマ
ップである。
ップである。
【図５】 遷移軌道の第１の演算例を表わす図である。
【図６】 遷移軌道の第２の演算例を表わす図である。
【図７】 第１の演算例での軌道イメージを示す図であ
る。
る。
【図８】 第２の演算例での軌道イメージを示す図であ
る。
る。
１……マニピュレータ、２……コントローラ、４……塗
装ガン。
装ガン。
Claims (2)
- 【請求項１】複数の作業軌道またはその代表点を表わす
教示データを記憶する記憶部と、前記複数の作業軌道を
補間する遷移軌道を演算するとともにマニピュレータを
前記作業軌道および遷移軌道に従って運動させる制御部
とを有する工業用ロボットの制御装置において、 前記制御部は、動作範囲内の位置についてマニピュレー
タの各関節の中で最大角速度を求め、前記最大角速度か
ら直交座標系での最高速度と最高加速度を求め、前記最
高速度と前記最高加速度に基づいて前記遷移軌道を演算
することを特徴とする工業用ロボットの制御装置。 - 【請求項２】前記制御部は、前記複数の作業軌道の通過
順序を前記最高速度と前記最高加速度に基づいて決定
し、前記各作業軌道を補間する遷移軌道を演算すること
を特徴とする請求項１記載の工業用ロボットの制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28564394A JP3444313B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 工業用ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28564394A JP3444313B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 工業用ロボットの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08141953A JPH08141953A (ja) | 1996-06-04 |
| JP3444313B2 true JP3444313B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=17694193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28564394A Expired - Fee Related JP3444313B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 工業用ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3444313B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5516865B2 (ja) * | 2010-02-22 | 2014-06-11 | シンフォニアテクノロジー株式会社 | 移動装置の軌道情報生成装置 |
| JP6126152B2 (ja) * | 2015-03-16 | 2017-05-10 | ファナック株式会社 | 曲線部を有する軌道を生成するロボットの軌道生成装置 |
| CN115007350A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-06 | 中铭谷智能机器人(广东)有限公司 | 一种钣喷机器人自动拼接喷涂方法 |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP28564394A patent/JP3444313B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08141953A (ja) | 1996-06-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080627 Year of fee payment: 5 |
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