JP4196911B2 - 軌道決定システムおよび軌道決定方法 - Google Patents
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Description
図1は、多関節ロボット10が直線の軌道11上において手先部12の手先121の位置および姿勢(手先位置・姿勢)を変化させながら動作する様子を表す簡略図である。多関節ロボット10としては、正逆両方向に回転可能な6つの関節(関節部)を有する垂直6軸型ロボットが想定されている。
一方の軌道(回転方向13:図中の例ではaに対応)では、動作完了後の手先121の姿勢が目標通り実現されると共に、先端関節14の回転角度は実際に目標位置15をティーチングしたときと同じ回転角度に達することとなる。
なお、ここでは、手先座標系は、手先座標系のZ軸と先端関節14の回転軸とが平行、すなわち、手先座標系のZ軸周りの回転方向と、先端関節14の回転方向とが一致するように想定されているが、手先座標系のZ軸と先端関節14の回転軸とが平行にならないように想定してもよい。
なぜなら、多関節ロボットの連続軌道追従動作においては、軌道11に追従するために動作途中で先端関節14の回転方向13を反転させなければならないケースがごく普通に存在するからである。このような場合、前記中間点では先端関節14の回転角度が動作開始時の先端関節14の回転角度と動作完了時の先端関節14の回転角度との間にあっても、その後の回転方向13の反転により、結果として目標位置15に到達した時点で先端関節14が1回転分ずれてしまうことがあり、また、逆に、前記中間点では先端関節14の回転角度が動作開始時の先端関節14の回転角度と動作完了時の先端関節14の回転角度との間になくても、その後の回転方向13の反転により正しい回転角度に到達することもある。
この図における正しい軌道20では、多関節ロボット10の先端関節14が、一旦、目標回転角度とは逆の回転方向21に向けて回転する共に、その後、反対の(反転した)回転方向22に向けて回転して目標回転角度に到達している。
こうした現象は、多関節ロボット10における姿勢変化が大きくなる動作で発生しやすいため、前記目標位置15を軌道11の経路上で複数設けて細分化することで、各目標位置15の間における多関節ロボット10の姿勢変化を少なくすることにより回避できる。
以上のように、従来では、多関節ロボット10の連続軌道追従動作時の挙動をシミュレータ等で視覚化することなく動作前に検証することは困難となっている。このため、実際に多関節ロボット10を動作させて初めて先端関節14が誤った方向に回転することがわかったり、また、許容値を超えるような関節速度を制御システム側が検出してエラーを生じたるといったケースが少なくない。
本発明の軌道決定システムは、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定システムであって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする。
これにより、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の適正な軌道(最適な軌道)を、多関節ロボット動作前に、容易かつ安定的に決定することができる。また、軌道決定の処理効率および処理精度が向上する。これによって、多関節ロボットを、容易に、最適かつ確実に作動させることができる。
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする。
これにより、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の適正な軌道(最適な軌道)を、多関節ロボット動作前に、容易かつ安定的に決定することができる。また、軌道決定の処理効率および処理精度が向上する。これによって、多関節ロボットを、容易に、最適かつ確実に作動させることができる。
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とし、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道が無い場合は、前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする。
これにより、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の適正な軌道(最適な軌道)を、多関節ロボット動作前に、容易かつ安定的に決定することができる。また、軌道決定の処理効率および処理精度が向上する。これによって、多関節ロボットを、容易に、最適かつ確実に作動させることができる。
これにより、軌道決定の処理効率および処理精度が向上する。
これにより、軌道決定の処理効率および処理精度が向上する。
これにより、作業者(使用者)は、手先の位置および姿勢の最適軌道が特定されないことを把握することができる。
本発明の軌道決定システムでは、前記手先の位置および姿勢の複数の軌道は、前記多関節ロボットの先端関節の初めの回転方向の異なる2つの軌道であることが好ましい。
これにより、軌道決定の処理効率が向上する。
これにより、垂直6軸型ロボットを、容易に、最適かつ確実に作動させることができる。
本発明の軌道決定方法は、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする。
これにより、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の適正な軌道(最適な軌道)を、多関節ロボット動作前に、容易かつ安定的に決定することができる。これによって、多関節ロボットを、容易に、最適かつ確実に作動させることができる。
本発明の軌道決定方法は、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする。
本発明の軌道決定方法は、多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とし、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道が無い場合は、前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする。
図3は、本発明の軌道決定システムの実施形態を含む全体構成図である。
本実施形態における多関節ロボット10としては、正逆両方向に回転可能な6つの関節(関節部)を有する垂直6軸型ロボットを想定する(図1参照)。すなわち、多関節ロボット10は、関節を有する6つのロボットアーム30と、各ロボットアーム30(関節)を駆動するための6つのモータ31と、各ロボットアーム30の位置を検出する6つのエンコーダ32とを備えている。
軌道決定システム100は、連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボット10における手先部12の手先121の位置および姿勢の情報に基づき、多関節ロボット10の手先121の位置および姿勢の軌道を複数(本実施形態では、先端関節14の初めの回転方向の異なる2つ)生成する軌道生成部(軌道生成手段)110を有する。
また、軌道決定システム100は、前記連続軌道追従動作を行う多関節ロボット10の動作開始時と動作完了時との間の複数の箇所において、前記現回転角度の検証を行って、前記手先121の位置および姿勢の複数の軌道のうち、所定判定基準により適合する最適軌道を特定する軌道検証部(軌道検証手段)112を有する。
また、前記軌道検証部112は、前記多関節ロボット10の先端関節14の回転開始角度と回転完了角度との間を線形補間する補間角度に、前記検証対象となった前記現回転角度がより近い手先121の位置および姿勢の軌道を特定し、これを前記最適軌道とする処理(第2の処理)を行う。
また、軌道決定システム100は、前記現回転角度の検証(複数回の検証)の結果、各検証箇所での前記手先121の位置および姿勢の軌道の特定結果が一致しない場合、エラー通知を出力する、エラー通知部(エラー通知手段)113を備える。
また、軌道決定システム100は、軌道に則した多関節ロボット10の連続軌道追従動作を実行する動作実行部(動作実行手段)114を有する。
図4は、軌道追従プログラム109に基づく処理手順を示すフローチャートである。なお、以下で説明する軌道決定方法に対応する各動作は、軌道決定システム100における前述したプログラムによって実現される。
軌道決定システム100は、まず、例えばティーチングなどにより記憶されている、多関節ロボット10の手先121の動作開始位置とそのときの手先121の姿勢、動作完了位置となる手先121の目標位置15とそのときの手先121の姿勢(目標姿勢)の情報を取得する(s1000)。
また、前記軌道検証部112は、前記第1中間点および第2中間点の2箇所において先端関節14の現回転角度の検証を行って前記手先121の位置および姿勢の軌道のうち、所定判定基準により適合する最適軌道を特定するものとする。この特定処理については、後述する前記ステップs1003、s1004におけるサブルーチンとともに説明する。
前記第1中間点では、回転方向aの軌道が特定されたにもかかわらず、第2中間点では、回転方向bの軌道が特定された場合や、逆に、前記第1中間点では、回転方向bの軌道が特定されたにもかかわらず、第2中間点では、回転方向aの軌道が特定された場合(s1005:NO)、中間点毎に異なる軌道を採用することはできない訳であるから、軌道決定システム100は、多関節ロボット10の動作不能と判断し、最適軌道を特定せずに、エラー通知部113を通じてエラー通知を出力し(s1006)、処理を終了する。これにより、操作表示部105において、エラーが表示され、この場合は、多関節ロボット10の実際の動作は実行されない。前記エラー表示により、作業者(使用者)は、手先の位置および姿勢の最適軌道が特定されず、多関節ロボット10が作動しないことを把握することができる。
次に、手先軌道の特定処理について、図5のフローチャートに基づいて説明する。
図5は、本実施形態における軌道特定の処理手順等を示すフローチャートであって、図4のフローチャート中のステップs1003、s1004に対応するサブルーチンである。また、図6は、本実施形態における軌道特定の思想を示す説明図であり、横軸を多関節ロボット10の動作開始から動作完了までの時間、縦軸を先端関節14の回転角度としている。
図6に示す例では、前記軌道推定部111により、第1軌道60における第1中間点での先端関節14の現回転角度62、第2中間点での先端関節14の現回転角度66、第2軌道61における第1中間点での先端関節14の現回転角度63、第2中間点での先端関節14の現回転角度67の4つの現回転角度が推定される。
回転角度範囲80に、第1軌道60における第1中間点での現回転角度62が含まれる場合(s1102:YES)、回転角度範囲80に、第2軌道61における第1中間点での先端関節14の現回転角度63が含まれるか否かを判定する(s1103)。
一方、前記ステップs1102において、回転角度範囲80に、第1軌道60における第1中間点での現回転角度62が含まれない場合(s1102:NO)、回転角度範囲80に、第2軌道61における第1中間点での現回転角度63が含まれるか否かを判定する(s1105)。
また、回転角度範囲80に、第1軌道60における第1中間点での現回転角度62と、第2軌道61における第1中間点での現回転角度63とがどちらも含まれない場合(s1105:NO)、または、現回転角度62および現回転角度63がどちらも含まれる場合(s1103:YES)がある。
すなわち、前記軌道検証部112は、第1軌道60における第1中間点での現回転角度62が第2軌道60における第1中間点での現回転角度63より第1中間点での補間角度70に近いか否かを判定する(s1107)。そして、現回転角度62が現回転角度63より第1中間点での補間角度70に近い場合(s1107:YES)、第1軌道60を最適軌道として特定し、これを記憶手段に記憶して(s1104)、処理を終了する。一方、現回転角度63が現回転角度62より第1中間点での補間角度70に近い場合(s1107:NO)、第2軌道61を最適軌道として特定し、これを記憶手段に記憶して(s1106)、処理を終了する。
すなわち、図6の例では、全ての検証箇所(第1中間点および第2中間点)において、第1軌道が最適軌道として特定される。
また、図5のフローチャートにおいて、ステップs1102、s1103、s1105の判定を省略し、ステップs1107の判定で、各中間点(各検証箇所)において最適軌道を特定するよう構成してもよい。
なお、本発明では、多関節ロボットの手先の位置の軌道の形状(パターン)は、特に限定されず、前述した直線(直線の軌道)の他、例えば、曲線(曲線の軌道)等が挙げられる。
Claims (11)
- 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定システムであって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする軌道決定システム。 - 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定システムであって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする軌道決定システム。 - 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定システムであって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成する軌道生成手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定する軌道推定手段と、
前記軌道生成手段により生成された前記複数の軌道のうち、前記軌道推定手段により推定された前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とし、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道が無い場合は、前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とする軌道検証手段とを備えることを特徴とする軌道決定システム。 - 前記軌道検証手段は、前記各検証箇所での前記手先の位置および姿勢の軌道の特定結果が一致した場合にのみ、前記最適軌道を特定する請求項1ないし3のいずれかに記載の軌道決定システム。
- 前記各検証箇所での先端関節の回転角度の検証の結果、各検証箇所での前記手先の位置および姿勢の軌道の特定結果が一致しない場合、エラー通知を出力する、エラー通知手段を備える請求項1ないし4のいずれかに記載の軌道決定システム。
- 前記エラー通知に基づいて、エラーを報知する報知手段を有する請求項5に記載の軌道決定システム。
- 前記手先の位置および姿勢の複数の軌道は、前記多関節ロボットの先端関節の初めの回転方向の異なる2つの軌道である請求項1ないし6のいずれかに記載の軌道決定システム。
- 前記多関節ロボットは、正逆両方向に回転可能な6つの関節を有する垂直6軸型ロボットである請求項1ないし7のいずれかに記載の軌道決定システム。
- 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする軌道決定方法。 - 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする軌道決定方法。 - 多関節ロボットの連続軌道追従動作時における手先の位置および姿勢の軌道を決定する軌道決定方法であって、
連続軌道追従動作の動作開始時と動作完了時とにおける、前記多関節ロボットにおける手先の位置および姿勢の情報に基づき、前記多関節ロボットの手先の位置および姿勢の軌道を複数生成し、
前記複数の軌道について、それぞれ、前記軌道途中の任意の複数の検証箇所での先端関節の回転角度を推定し、
前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とし、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間の回転角度範囲に含まれる軌道が無い場合は、前記複数の軌道のうち、前記各検証箇所での前記先端関節の回転角度が、前記連続軌道追従動作の動作開始時の前記先端関節の回転角度と前記連続軌道追従動作の動作完了時の前記先端関節の回転角度との間を線形補間する補間角度の、前記各検証箇所に対応する点での角度により近い軌道を特定し、特定した軌道を最適軌道とすることを特徴とする軌道決定方法。
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