JP3457693B2 - ロボットの軌跡制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット，マニピュレ
ータ，工作機械，輸送機械等に適用するロボットの軌跡
制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まずはじめに従来のロボットの円弧軌跡
制御方法を、図１４〜図１５を参照して説明する。図１
４においてＣＰＵ０１は、メモリ０２に記憶された円弧
の開始点Ｐ₁ ，中間点Ｐ₂ ，終点Ｐ₃ の位置データを読
み取り、Ｐ₁ →Ｐ₂ →Ｐ₃ の円弧軌跡を発生させ、それ
を速度指令に変換することにより、速度指令発生回路０
３を経由し、アクチュエータ０４を駆動しロボット軸０
５を制御する。メモリ０２はロボット軸０５の動作すべ
き教示位置を記憶している。速度指令発生回路０３は、
ＣＰＵ０１の指令によりアクチュエータ０４の駆動信号
を発生する。アクチュエータ０４は速度指令発生回路０
３の指示によりロボット軸０５を駆動制御する。

【０００３】図１４の構成において、ＣＰＵ０１はあら
かじめメモリ０２に教示された位置データを読み取り、
それにより位置データ間の補間位置データを演算し、そ
れを速度指令発生回路０３に指示することにより、アク
チュエータ０４を駆動しロボット軸０５を駆動する。

【０００４】一方、従来のロボットの自由曲線軌跡制御
方法では、ＣＰＵ０１は、メモリ０２に記憶された図１
７に示す自由曲線の開始点Ｐ₁ ，中間点Ｐ₂ ，終点Ｐ₃
の位置データを読み取り、Ｐ₁ →Ｐ₂ →Ｐ₃ の自由曲線
軌跡（図１８に示すｙ＝ｆ（ｘ））を発生させ、それを
速度指令に変換することにより、速度指令発生回路０３
を経由しアクチュエータ０４を駆動しロボット軸０５を
駆動制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来ロボットにおいて
円弧軌跡動作をさせようとする場合、図１５に示すよう
に、既教示のＰ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ），Ｐ₂ （Ｘ₂ ，
Ｙ₂ ），Ｐ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）の３点より円弧を定義し、
動作中に直接円弧の方程式の解を求めたり、図１６に示
すようにＰ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ），Ｐ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ）の円
弧平面上の直交する２方向の単位移動量ΔＸ，ΔＹに対
し特有の判別式を使用し移動の要否を判別し軌跡を発生
させていた。そのためいずれの場合もＣＰＵ０１の演算
負荷が大きく高速・高精度の円弧運動の軌跡発生が困難
であるという問題があった。

【０００６】また従来ロボットにおいて自由曲線軌跡動
作をさせようとする場合、動作中に図１７の既教示３点
より、図１８の如く曲線方程式ｙ＝ｆ（ｘ）を定義し曲
線上にΔＸ毎の離教点としての解を求め、その連続とし
て動作軌跡を発生させていた。そのため曲線方程式及び
ΔＸ毎の解を求めるのに大量の関数演算を要し、ＣＰＵ
０１の演算負荷上非常に大きなウェイトをしめることに
なり、いっそうの高速・高精度を必要とすればさらに負
荷が大きくなりシステム全体としての性能を落すといっ
た問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術に鑑み、演算負荷
が小さく高速・高精度に円弧軌跡制御装置や自由曲線軌
跡制御動作をするロボットの軌跡制御方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボットの
円弧軌跡制御方法においては、既教示の３点より円弧軌
跡を生成する際、あらかじめ円弧データメモリに半径Ｒ
の基準円をデータテーブル化して記憶させておき、円弧
運動必要時には前記データテーブル格納値を拡大・縮小
し既教示３点の位置関係に合せて切り出し、既教示３点
の位置にかぶせることにより円弧軌跡を発生させるよう
にしたことを特徴とする。

【０００９】本発明に係るロボットの自由曲線軌跡制御
方法においては、既教示の３点より自由曲線軌跡を生成
する際、あらかじめメモリに基準となる基準曲線をデー
タテーブル化して記憶させておき、曲線運動必要時には
前記データテーブル格納値を既教示３点と基準曲線形状
に合せて拡大・縮小し必要部を切り出し、既教示点の位
置にかぶせることにより自由曲線軌跡を発生させるよう
にしたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のロボットの円弧軌跡制御方法では、あ
らかじめ教示記憶された３点の位置データより円の中心
点及び半径を定義する一方、基準円データテーブルの値
を読み出し、基準円と定義した円とから軌跡を決定し、
決定した軌跡に応じて指令を出してロボット軸の駆動制
御をする。

【００１１】本発明のロボットの自由曲線軌跡制御方法
では、あらかじめ教示記憶された３点の位置データより
曲線を定義する一方、基準曲線データテーブルの値を読
み出し、基準曲線と定義した曲線とから軌跡を決定し、
決定した軌跡に応じて指令を出してロボット軸の駆動制
御をする。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１３】まずはじめにロボットの円弧軌跡制御方法
についての実施例を、ブロック図である図１，フローチ
ャートである図２，位置データを示す図３を中心に説明
する。

【００１４】ＣＰＵ１はメモリ２より既教示の円弧定義
点Ｐ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ），Ｐ₂ （Ｘ₂，Ｙ₂ ），Ｐ₃ （Ｘ
₃ ，Ｙ₃ ）を読み出す（ステップ１）。次にＣＰＵ１は
点Ｐ ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ より円弧の半径ｒ，中心座標Ｐ
₀ （Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）を演算する（ステップ２）。

【００１５】一方ＣＰＵ１は、円弧データメモリ６から
あらかじめ記憶されている基準円弧データテーブルの値
を読み出す（ステップ３）。円弧データメモリ６には、
あらかじめ半径Ｒの基準円をＮ個の値に分割しデータテ
ーブル化し格納してある（図４（ａ）参照）。したがっ
て直径が２Ｒの基準円の各部のデータはデータテーブル
ポインタｊによりＤＴ（ｊ）により読み出すことができ
る（図４（ｂ）参照）。

【００１６】ＣＰＵ１は、図３の動作範囲の円弧Ｐ₁ ，
Ｐ₂ ，Ｐ₃ の半径ｒと、基準円の半径Ｒより、動作円と
基準円のスケーリング係数ａ_r を式（１）により計算す
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】ＣＰＵ１は、直径２Ｒの基準円データテー
ブル上の動作範囲の円弧Ｐ₁ ，Ｐ₃に対応したテーブル
ポインタＮ₁ ，Ｎ₃ を式（２），式（３）により求める
（ステップ４，図４（ｃ）（ｄ）参照）。

【００１９】

【数２】

【００２０】ＣＰＵ１は動作円弧上のｉ番目の補間点に
対応する基準円データテーブルのテーブルポインタｊを
式（４）により算出する（ステップ５，図４（ｄ））。

【００２１】

【数３】

【００２２】ＣＰＵ１は動作円弧上のｉ番目の補間点の
座標Ｐ_i （Ｘ_i ，Ｙ_i ）を式（５）式（６）により求め
る（ステップ６）。

【００２３】

【数４】

【００２４】ＣＰＵ１は、式（５）式（６）で算出した
Ｐ_i の座標値にロボット軸５が移動するよう、速度指令
発生回路３を介してアクチュエータ４を作動させ制御す
る。

【００２５】ＣＰＵ１はロボット軸５が円弧動作して終
点Ｐ₃ に達するまでステップ５，６の演算を繰り返して
ロボット軸５の軌跡動作を制御する（図５参照，ステッ
プ７）。

【００２６】次にロボットの自由曲線軌跡制御方法につ
いての実施例を、ブロック図である図６，フローチャー
トである図７，及び各データ特性を示す図９〜図１３を
参照して説明する。

【００２７】ＣＰＵ１１はメモリ１２より、図１７の既
教示の曲線定義点Ｐ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁），Ｐ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ
₂ ），Ｐ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）を読み出す（ステップ１
１）。次にＣＰＵ１１は、Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ の位置関係
より図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の如く曲線の形状
（単純増加／減少、凹凸等）を判別する（ステップ１
２）。

【００２８】ＣＰＵ１１は、自由曲線データメモリ１６
からあらかじめ記憶されている基準自由曲線データテー
ブルの値（図８（ｂ））を読み出す（ステップ１３）。

【００２９】自由曲線データメモリ１６には、あらかじ
め図８（ａ）に示す基準曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を所定数Ｎ
（必要精度に応じて分割）に分割し図８（ｂ）の如くデ
ータテーブル化し格納してある。したがって図８（ａ）
の如く自由曲線のある位置の座標Ｐ_i （Ｘ_i ，Ｙ_i ）
は、図８（ｂ）のデータテーブルポインタｉにより次式
（７）（８）で読み出すことができる。

【００３０】

【数５】

【００３１】ＣＰＵ１１は、Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ が図１７
の位置関係の場合、（他の位置関係のときも以下に示す
ものと同様な処理をする）、曲線Ｐ₁ ，Ｐ₂ において曲
線Ｐ ₁ ，Ｐ₂ のＸ方向差分，Ｙ方向差分と基準曲線の
Ｘ，Ｙ方向差分より、実曲線と基準曲線のＸＹ軸方向の
スケーリング定数ａ₁ ，ｂ₁ （図１１）を、式（９）式
（１０）により算出する（ステップ１４）。

【００３２】

【数６】

【００３３】同様に曲線Ｐ₂ Ｐ₃ 間のスケーリング定数
ａ₂ ，ｂ₂ （図６）も式（１１）式（１２）により算出
する（ステップ１４）。

【００３４】

【数７】

【００３５】図１０は基準曲線から動作曲線への変換状
態を示している。

【００３６】ＣＰＵ１１は図１２の動作曲線Ｐ₁ Ｐ₂ の
ｉ番目の補間点Ｐ_i （Ｘ_i ，Ｙ_i ）を基準曲線データテ
ーブル上のＴ_X （ｉ），Ｔ_Y （ｉ）により式（１３）式
（１４）で算出する（ステップ１５）。

【００３７】

【数８】

【００３８】ＣＰＵ１１は式（１３）式（１４）で算出
したＰ_i の座標にロボット軸１５を制御する。

【００３９】ＣＰＵ１１はＰ_i がＰ₁ からＰ₂ に達する
までステップ１５を繰り返す（ステップ１６，１７）。

【００４０】図１２の動作曲線区間Ｐ₂ Ｐ₃ のｊ番目の
補間点に対しても同様に次式（１５）（１６）で補間す
る（ステップ１８）。

【００４１】

【数９】

【００４２】ＣＰＵ１１は、区間Ｐ₂ Ｐ₃ に対してもＰ
_j がＰ₂ からＰ₃ に達するまでステップ１８を繰り返す
（ステップ１９，２０）。

【００４３】

【発明の効果】本発明のロボットの円弧軌跡制御方法に
よれば、次の（１）（２）（３）の効果を奏する。 （１）ロボットの円弧軌跡の発生を、円弧方程式の直接
解の使用や判別式を使用することなく、基準円データテ
ーブルの拡大・縮小のみで実施できるようにしたため、
ＣＰＵの演算負荷が大巾に減少する。 （２）その結果、円弧上の補間点をより多く発生させる
ことができ、高精度の円弧を発生させることができた。 （３）また同一精度ならより高速度の円弧運動が可能と
なった。

【００４４】本発明のロボットの自由曲線軌跡制御方法
によれば、次の（４）（５）の効果を奏する。 （４）ロボットの自由曲線の軌跡発生を、曲線方程式を
算出することなくあらかじめ定義・記憶してある自由曲
線データテーブル値を教示点に合せて拡大・縮小するこ
とのみで行なえるようにできた。 （５）その結果、曲線の演算時間を大巾に減少させるこ
とができ、その結果従来方法より同一時間内でより多く
の補間点を発生させることができ、高精度軌跡の発生が
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例方法を適用するロボット制
御系を示すブロック図。

【図２】本発明の第１実施例方法を示すフロー図。

【図３】定義された円弧を示す特性図。

【図４】基準円データのスケーリング処理を示す説明
図。

【図５】円弧生成の状態を示す特性図。

【図６】本発明の第２実施例方法を適用するロボット制
御系を示すブロック図。

【図７】本発明の第２実施例方法を示すフロー図。

【図８】基準曲線及びデータテーブルを示す説明図。

【図９】曲線方向判別の例を示す説明図。

【図１０】基準曲線から実曲線への変換状態を示す説明
図。

【図１１】スケーリング係数の状態を示す説明図。

【図１２】曲線の補間点を示す特性図。

【図１３】曲線の発生状態を示す特性図。

【図１４】従来のロボット制御系を示すブロック図。

【図１５】従来の定義円弧を示す特性図。

【図１６】従来の判別方法を示す説明図。

【図１７】従来の教示曲線を示す特性図。

【図１８】従来の曲線発生方法を示す特性図。

【符号の説明】

０１，１，１１ ＣＰＵ ０２，２，１２ メモリ ０３，３，１３ 速度指令発生回路 ０４，４，１４ アクチュエータ ０５，５，１５ ロボット ６ 円弧データメモリ １６ 自由曲線データメモリ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット軸を、既教示３点で定義される
   円弧軌跡に沿い動作させるロボットの軌跡制御方法にお
   いて、 あらかじめ基準円弧をデータテーブル化して記憶させ、
   この基準円弧を円弧軌跡と一致するよう拡大または縮小
   する演算を順次行い、一致したときに教示３点の位置関
   係に合せてデータテーブルからデータを抜き出すことに
   より円弧軌跡を発生させることを特徴とするロボットの
   軌跡制御方法。
2. 【請求項２】 ロボット軸を、既教示３点を通る自由曲
   線軌跡に沿い動作させるロボットの軌跡制御方法におい
   て、 あらかじめ基準曲線をデータテーブル化して記憶させ、
   この基準曲線を自由曲線軌跡と一致するよう拡大または
   縮小する演算を順次行い、一致したときに教示３点の位
   置関係に合せてデータテーブルからデータを抜き出すこ
   とにより自由曲線軌跡を発生させることを特徴とするロ
   ボットの軌跡制御方法。