JP5726052B2 - 多関節型ロボットの制御装置,制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Description
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,手首軸を所定の許容量を超えて急激に変化させる必要がある場合に,溶接や塗装作業に特に必要な手首先端の位置及び手首先端の移動速度と手首軸の許容速度とを維持し,かつ目的に応じた作業座標系における姿勢角度の少なくとも一つの特定成分の変動を抑制するようにした多関節型ロボットの制御装置,制御方法及び制御プログラムを提供することにある。
(11)前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段。
(12)前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段。
(13)前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段。
(14)前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段。
(15)前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ,前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段。
(16)前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段。
ところで,前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,前記角度算出手段は,例えば前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出する。これにより,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の角度が0°を通過しないように制御して特異点を回避することができる。
さらに,前記駆動指示手段が,前記速度許容判別手段により前記許容範囲外の駆動軸があると判別された後は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,その後,前記角度算出手段により算出された前記第1関節駆動系の角度と前記再算出手段により算出された前記第1関節駆動系の角度との差分が所定値以下となったことを条件に,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に代えて前記角度算出手段により算出される前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させるものであることが考えられる。
本発明にかかる多関節型ロボットの制御装置の最も好ましい形態は,作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,を備えてなり、前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,前記角度算出手段が,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする。
本発明にかかる多関節型ロボットの制御装置の最も好ましい別形態は,作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,を備えてなり、前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,前記角度算出手段が,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする。
本発明にかかる多関節型ロボットの制御装置の最も好ましい別形態は,作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,を備えてなり、前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,前記角度算出手段が,前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が同符号である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が異符号である場合において,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1
関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする。
なお,本発明は前記多関節型ロボットの制御装置で実行される各工程を実行する多関節型ロボットの制御方法の発明,或いは,その各工程をコンピュータに実行させる多関節型ロボットの制御プログラムの発明として捉えることができる。
まず,図1に示される概略構成図を参照しつつ,本発明の実施形態に係る多関節型ロボットXの構成について説明する。
また,1つの作業点を備えるトーチをシングルトーチという。
操作部21は,ユーザにより操作されるシートキーや操作ボタン,操作レバー等により構成され,ユーザによる操作入力を受け付ける入力インターフェースである。例えば,操作部21は,前記エンドエフェクタ39の作業開始位置及び姿勢と作業終了位置及び姿勢とこれを結ぶ経路との作業経路や作業時間,目的に応じた溶接線座標系Σline(作業座標系)におけるエンドエフェクタ39の姿勢角度の各成分の変動を抑制するための重み付け情報,これらの内容が記載されたプログラムなどの入力を受け付けて制御部10に出力する。即ち,操作部21は,エンドエフェクタ39の作業開始位置及び姿勢,作業終了位置及び姿勢を教示するための手段であり,前記重み付け情報を設定するための手段である。
次に,図2〜図6のフローチャートを参照して,多関節型ロボットXの主制御部11が中心となって,マニピュレータ本体30を作動させる処理手順の一例について説明する。尚,以下に示すS11,S12,…は,処理手順(ステップ)の識別符号を表す。
一般的なマニピュレータ本体30の制御は,後述するように主制御部11に作動軌跡を教示する教示工程(ステップS11)を実施し,更に教示された作動軌跡上の補間点の位置・姿勢に作動させるために各駆動軸の角度を算出・記憶する工程(ステップS12)と,算出された角度を読み出して作動を指示する工程(ステップS14)と,作業終了位置・姿勢に到達したか否かを判別する工程(ステップS15)とを実施して,マニピュレータ本体30を現在の補間点の位置・姿勢から次の補間点の位置・姿勢に作動させ,以後,所定のサンプリング期間毎にステップS12,S14,S15を繰り返すことにより作動軌跡に沿って作業開始位置・姿勢から作業終了位置・姿勢までマニピュレータ本体30を作動させる。また,主制御部11は,マニピュレータ本体30のエンドエフェクタ39を予め設定された一定速度で移動させることにより,該エンドエフェクタ39による作業を実行する。但し,一定速度で移動させる場合には,第1関節駆動系のJ5軸35が0°近傍を通過するとき(特異点)に,J4軸34やJ6軸36の速度が予め定められた許容範囲を超えるおそれがある。
最初に,利用者が,ロボットの作動軌跡を,操作部21によりポイントツーポイントで教示する。即ち,操作部21によって各教示ポイントに移動させ,前記エンドエフェクタ39の作業位置及び姿勢を制御部10の記憶部12に記憶させる(ステップS11)。尚,ステップS11が教示工程の一例である。
次に,図3を参照して,図2のステップS12に該当する多関節型ロボットXの現在の補間点から次の補間点に移動するためのJ1軸31〜J6軸36の角度と第1関節駆動系のJ4軸34〜J6軸36の速度とを算出する処理手順の一例について説明する。
続いて,主制御部11は,次の補間点Pi+1の位置及び姿勢(Xi+1,Yi+1,Zi+1,αi+1,βi+1,i+1 )から逆運動学問題の解を求めることによって,各J1軸31〜J6軸36の角度(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)を算出して,記憶部12に記憶させる(ステップS122)。このとき,J4軸34〜J6軸36について逆運動学問題の2つの解が得られるが,ここでは,主制御部11は,その2つの解のうち第1関節駆動系のJ5軸35の角度が,教示された前記エンドエフェクタ39の作業開始位置におけるJ5軸35の角度と同符号となる逆運動学問題の解を採用する。これにより,J5軸35の角度が0°を通過することなく推移するため特異点の通過を回避することができる。
次に,主制御部11は,算出された次の補間点Pi+1 の各J4軸34〜J6軸36の角度から,記憶部12に記憶された現在の補間点Piの各J4軸34〜J6軸36の角度を差し引き,第1関節駆動系のJ4軸34〜J6軸36の速度を算出して記憶部12に記憶させる(ステップS123)。尚,後述するように,速度抑制処理(ステップS20)を実行する場合には,特異点を経由する系の補間点の第1関節駆動系のJ4軸34〜J6軸36の速度を算出し記憶部12に記憶させ,後述するステップS131において速度の許容範囲を算出したり,ステップS211等において次の補間点の候補となる速度(必要に応じて加速度)を算出するために用いる。
次に,図4を参照して,図2のステップS13に該当する速度抑制必要性判別処理手順の一例について説明する。
まず,主制御部11はエンドエフェクタ39の位置及び姿勢を現在の補間点Piから次の補間点Pi+1 に動かす際の第1関節駆動系のJ4軸34,J6軸36の速度の許容範囲を算出する(ステップS131)。例えば,現在の補間点Piの速度の値に所定の値や所定の割合を加減算して得られる値を上限・下限として,速度の許容範囲を算出する。尚,この各軸の速度の許容範囲は,エンドエフェクタ39の作動条件(例えば,溶接する際の温度,塗装する際の塗装膜の厚さなどの条件)や多関節型ロボットが動作する際に振動などの異常動作を起こさないための条件など,作業対象物の品質に影響を及ぼさない範囲内で予め定めておいても良い。さらに,J4軸34,J6軸36ごとに個別の許容範囲を設定しても良い。
ここで,第1関節駆動系の次の補間点におけるJ4軸34及びJ6軸36の両方が前記許容範囲内であり,且つ速度抑制処理中でない場合には(ステップS132;NO),主制御部11の指示により駆動指示部13は記憶部12から前記ステップS12で算出された各J1軸31〜J6軸36の角度を読み出しマニピュレータ本体30に出力する(ステップS14)。他方,許容範囲外の軸がある,又は速度抑制処理中である場合には(ステップS132;YES),主制御部11は以下に述べる速度抑制処理(ステップS20)を実行する。
尚,以下では,図24に示したJ5軸35が0度付近にあり,J4軸34やJ6軸36の速度が許容範囲を超えるときに当該速度抑制処理を実行する場合を例に挙げて説明する
が,他の理由によってJ4軸34やJ6軸36の速度が許容範囲を超える場合にも同様である。従って,当該速度抑制処理は,第1関節駆動系のJ4軸34,J6軸36の何れか1つ又は2つの駆動軸の速度が許容範囲を超える場合に実施される。尚,最初に次の補間点について許容範囲外の軸が発見された時に,現在の補間点での速度は許容範囲内である。
(J6軸36の速度抑制処理ステップS211〜S217)
J6軸36の速度が許容範囲外であるか又は,J6軸36の速度抑制処理中を示すフラグが立っている場合(ステップS201;J6軸が範囲外),主制御部11は,現在の補間点におけるJ6軸36の角度に基づいて,該J6軸36の角度が前記ステップS12で算出された次の補間点における角度に追従し,且つJ6軸36の次の補間点における速度が前記許容範囲内となる角度の候補を複数算出する(ステップS211)。
(21)まず,下記(21a)式により抑制基準速度V6b を算出する。ここに,θnow は次の補間点におけるJ6軸36の角度,θold は現在の補間点におけるJ6軸36の角度,Eは予め設定された係数(例えば0.1)である。
V6b =E(θnow −θold ) …(21a)
(22)次に,抑制基準速度V6b が予め定められた速度リミッタVmax 以上であるか否かを判断し,該速度リミッタVmax 以上であると判断した場合は,抑制基準速度V6b を前回の速度θold に設定する。前記速度リミッタVmax は,例えば前記許容範囲内の速度の最大値である。
(23)そして,抑制基準速度V6b と所定の値D(事前に定められた許容範囲内の加速度を保っていることが分かっている速度の変化分の絶対値など)とにより3つの速度の候補(Vθ6a =V6b −D,Vθ6b =V6b ,Vθ6c =V6b +D)を算出する。前記所定の値Dは,例えば前記速度リミッタVmax の10%程度の値である。また,Vθ6a が前記速度リミッタVmax より大きい場合は,Vθ6a =Vmax とする。
(1)候補θ6a に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6a ]から[θ1a ,θ2a,θ3a ,θ4,θ5,θ6a ]を算出する。
(2)候補θ6b に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6b ]から[θ1b ,θ2b,θ3b ,θ4,θ5,θ6b ]を算出する。
(3)候補θ6c に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6c ]から[θ1c ,θ2c,θ3c ,θ4,θ5,θ6c ]を算出する。
このようにしてJ6軸36の速度を許容範囲内に維持した次の補間点における3つの角度の候補(θ6a ,θ6b ,θ6c )が得られると,次の補間点としてどの候補を選択すべきかの判断が行われる。ここまでの計算では,第1関節駆動系のJ4軸34〜J6軸36の角度(θ4,θ5,θ6)が問題とされているが,最終的には作業の種類に応じて重要視されるエンドエフェクタ39の姿勢に焦点を合わせて候補が選択されなければならない。従って,上記J1軸31〜J6軸36の角度からエンドエフェクタ39の姿勢を示すデータへの変換が必要である。
例えば,上記の(1)〜(3)の候補θ6a 〜θ6c に対して,以下の(1’)〜(3’)によりエンドエフェクタ39の姿勢を示すデータの各成分を算出する。
(1’)[θ1a ,θ2a ,θ3a ,θ4,θ5,θ6a ]から[Rxa ,Rya ,Rza ]を算出する。
(2’)[θ1b ,θ2b ,θ3b ,θ4,θ5,θ6b ]から[Rxb ,Ryb ,Rzb ]を算出する。
(3’)[θ1c ,θ2c ,θ3c ,θ4,θ5,θ6c ]から[Rxc ,Ryc ,Rzc ]を算出する。
尚,直交座標系Σbaseから溶接線座標系Σlineに変換する式を下記の(数1)に示す。
(1”)[Fa=A(Rx−Rxa )2+B(Ry−Rya )2+C(Rz−Rza )2]
(2”)[Fb=A(Rx−Rxb )2+B(Ry−Ryb )2+C(Rz−Rzb )2]
(3”)[Fc=A(Rx−Rxc )2+B(Ry−Ryc )2+C(Rz−Rzc )2]
上記(1”)〜(3”)において,変動を抑制する成分に重み付けをして,前記ステップS214で算出された元の経路上の次の補間点のエンドエフェクタ39の姿勢角と,前記ステップS213で算出された例外経路上の次の補間点の各候補のエンドエフェクタ39の姿勢角との差Fa〜Fcが求められるので,そのFa〜Fcの中で最も値が小さい(変動が小さい)ものを選択し,選択された候補の駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度を特異点を回避する動作時の各軸の角度として採用する。ここに,係るステップS216の処理が角度選択工程の一例であり,係る処理を実行するときの主制御部11が角度選択手段に相当する。また,選択された候補の駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度とJ6軸36の速度を記憶部12に保存する。これにより,エンドエフェクタ39の姿勢データのうち予め定められた重み付けが大きい成分から順に変動の抑制量が大きくなるように駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度が再度算出される。例えば,重み付け係数A=0.2,B=0,C=1である場合,トーチ回転角Rzの変動が最も抑制され,トーチ前進角Ryの変動が最も大きくなる。
尚,ステップS211〜S213,S216,S217が,再算出工程の一例であって,係る処理を実行するときの主制御部11が再算出手段に相当する。
上述した処理(ステップS211〜S217)を実行することによって,図8(A),図8(B)に示すように,現在の補間点の位置Piから特異点を経由する元の経路上の次の補間点Pi+1 ではなく,特異点を回避する例外経路上の次の補間点P’i+1 が見つかる。
その後に主制御部11が実行するJ6軸36の速度抑制処理からの復帰処理(ステップS310)の詳細については後述する。
J4軸34の速度が許容範囲外であるか又は,J4軸34の速度抑制処理中を示すフラグが立っている場合(ステップS201;J4軸が範囲外),主制御部11は,前述したJ6軸36の速度と角度の候補を算出する場合と同様に,許容範囲内に収まる複数のJ4軸34の角度の候補を算出する(ステップS221)。即ち,J4軸34の抑制基準速度V4b が算出されて,3つの速度の候補(Vθ4a =V4b −G,Vθ4b =V4b ,Vθ4c =V4b+G)が算出され,3つの角度の候補(θ4a ,θ4b ,θ4c )が算出される。なお,所定の値Gは,事前に定められた許容範囲内の加速度を保っていることが分かっている速度の変化分の絶対値などである。ここに,係るステップS221の処理が角度候補算出工程の一例である。
(J4軸34・J6軸36の速度抑制処理ステップS231〜S237)
J4軸34及びJ6軸36両方の速度が許容範囲外であるか又は,J4軸及びJ6軸36両方の速度抑制処理中を示すフラグが立っている場合(ステップS201;J4軸・J6軸が範囲外),主制御部11は許容範囲内に収まる1又は複数のJ4軸34とJ6軸36との両方の速度と角度の候補を算出する(ステップS231)。
(1)候補(θ4a ,θ6a )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4a ,θ5,θ6a ]から[θ1aa ,θ2aa ,θ3aa ,θ4a ,θ5,θ6a ]を算出する。
(2)候補(θ4a ,θ6b )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4a ,θ5,θ6b ]から[θ1ab ,θ2ab ,θ3ab ,θ4a ,θ5,θ6b ]を算出する。
(3)候補(θ4a ,θ6c )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4a ,θ5,θ6c ]から[θ1ac ,θ2ac ,θ3ac ,θ4a ,θ5,θ6c ]を算出する。
(4)候補(θ4b ,θ6a )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4b ,θ5,θ6a ]から[θ1ba ,θ2ba ,θ3ba ,θ4b ,θ5,θ6a ]を算出する。
(5)候補(θ4b ,θ6b )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4b ,θ5,θ-6b]から[θ1bb ,θ2bb ,θ3bb ,θ4b ,θ5,θ6b ]を算出する。
(6)候補(θ4b ,θ6c )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4b ,θ5,θ6c ]から[θ1bc ,θ2bc ,θ3bc ,θ4b ,θ5,θ6c ]を算出する。
(7)候補(θ4c ,θ6a )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4c ,θ5,θ6a ]から[θ1ca ,θ2ca ,θ3ca ,θ4c ,θ5,θ6a ]を算出する。
(8)候補(θ4c ,θ6b )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4c ,θ5,θ6b ]から[θ1cb ,θ2cb ,θ3cb ,θ4c ,θ5,θ6b ]を算出する。
(9)候補(θ4c ,θ6c )に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4c ,θ5,θ6c ]から[θ1cc ,θ2cc ,θ3cc ,θ4c ,θ5,θ6c ]を算出する。
次に,エンドエフェクタ39の姿勢に焦点を合わせて候補を選択するために,J1軸31〜J6軸36の角度の候補をエンドエフェクタ39の姿勢を示すデータへ変換する。
例えば,上記の(1)〜(9)の角度の候補に対して,以下の(1’)〜(9’)によりエンドエフェクタ39の姿勢を示すデータの各成分を算出する。
(1’)[θ1aa ,θ2aa ,θ3aa ,θ4a ,θ5,θ6a ]から[Rxaa ,Ryaa ,Rzaa ]を算出する。
(2’)[θ1ab ,θ2ab ,θ3ab ,θ4a ,θ5,θ6b ]から[Rxab ,Ryab ,Rzab ]を算出する。
(3’)[θ1ac ,θ2ac ,θ3ac ,θ4a ,θ5,θ6c ]から[Rxac ,Ryac ,Rzac ]を算出する。
(4’)[θ1ba ,θ2ba ,θ3ba ,θ4b ,θ5,θ6a ]から[Rxba ,Ryba ,Rzba ]を算出する。
(5’)[θ1bb ,θ2bb ,θ3bb ,θ4b ,θ5,θ6b ]から[Rxbb ,Rybb ,Rzbb ]を算出する。
(6’)[θ1bc ,θ2bc ,θ3bc ,θ4b ,θ5,θ6c ]から[Rxbc ,Rybc ,Rzbc ]を算出する。
(7’)[θ1ca ,θ2ca ,θ3ca ,θ4c ,θ5,θ6a ]から[Rxca ,Ryca ,Rzca ]を算出する。
(8’)[θ1cb ,θ2cb ,θ3cb ,θ4c ,θ5,θ6b ]から[Rxcb ,Rycb ,Rzcb ]を算出する。
(9’)[θ1cc ,θ2cc ,θ3cc ,θ4c ,θ5,θ6c ]から[Rxcc ,Rycc ,Rzcc ]を算出する。
さらに,主制御部11は算出された次の補間点における複数の候補の中から前述したステップS235により取得された抑制するための重み付けが大きい特定成分(トーチ傾斜角Rx,トーチ前進角Ry,トーチ回転角Rzのいずれか)の変動が最も少ない候補を選択する(ステップS236)。例えば,トーチ傾斜角と,トーチ前進との変動を抑制し,トーチ回転角の変動を許容する場合,重み付け係数A=1,B=1,C=0とし,上記の(1’)〜(9’)の候補に対して下記の(1”)〜(9”)の演算する。
(1”)[Faa =A(Rx−Rxaa)2+B(Ry−Ryaa )2+C(Rz−Rzaa )2 ]
(2”)[Fab =A(Rx−Rxab)2+B(Ry−Ryab )2+C(Rz−Rzab )2 ]
(3”)[Fac =A(Rx−Rxac)2+B(Ry−Ryac )2+C(Rz−Rzac )2 ]
(4”)[Fba =A(Rx−Rxba)2+B(Ry−Ryba )2+C(Rz−Rzba )2 ]
(5”)[Fbb =A(Rx−Rxbb)2+B(Ry−Rybb )2+C(Rz−Rzbb )2 ]
(6”)[Fbc =A(Rx−Rxbc)2+B(Ry−Rybc )2+C(Rz−Rzbc )2 ]
(7”)[Fca =A(Rx−Rxca)2+B(Ry−Ryca )2+C(Rz−Rzca )2 ]
(8”)[Fcb =A(Rx−Rxcb)2+B(Ry−Rycb )2+C(Rz−Rzcb )2 ]
(9”)[Fcc =A(Rx−Rxcc)2+B(Ry−Rycc )2+C(Rz−Rzcc )2 ]
上記(1”)〜(9”)において,変動を抑制する成分に重み付けをして,前記ステップS234で算出された元の経路の次の補間点のエンドエフェクタ39の姿勢角と,前記ステップS233で算出された例外経路の次の補間点の各候補のエンドエフェクタ39の姿勢角との差Faa 〜Fcc が求められるので,その差Faa 〜Fcc の中で最も値が小さい(変動が小さい)ものを選択し,選択された候補の駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度を特異点を回避する動作時の各軸の角度とする。ここに,係るステップS236の処理が角度選択工程の一例であり,係る処理を実行するときの主制御部11が角度選択手段に相当する。また,選択された候補の駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度とJ4軸34・J6軸36の速度を記憶部12に保存する。
上述した処理(ステップS231〜S237)をすることによって,現在の補間点の位置Piから特異点を経由する元の経路上の次の補間点Pi+1 ではなく,特異点を回避する例外経路上の次の補間点P’i+1 が見つかる。
主制御部11が実行するJ4軸34・J6軸36の速度抑制処理からの復帰処理(ステップS330)の詳細については後述する。
主制御部11は,図8(B)に示されるように特異点区間Pi〜Pi+1 を回避した例外経路上の次の補間点P’i+1 から,特異点を経由する元の経路上の更に次の補間点Pi+2 と特異点を回避した例外経路上の更に次の補間点P’i+2 との角度の差分を計算して,その差が所定の範囲を超えていない場合にはPi+3 へ進んでこの処理を終了するが,超えている場合にはP’i+3 へ進み,差分が所定の範囲を超えている限りこの処理を繰り返す。やがて差分が所定の範囲内に入る次の補間点が見つかった場合に(この例では,P’i+4 〜Pi+5 の場合)は,補間点P’i+4 から補間点Pi+5 へ進みこの処理を終了する。そこで,特異点を回避する経路上の現在の補間点P’i+4 から特異点を経由する経路上の次の補間点Pi+5 に復帰する場合を中心に説明する。
まず,主制御部11は前記ステップS122により算出された特異点を経由した系の次の補間点Pi+5 のJ6軸36の角度θ6(i+5) と,前記ステップS214により選択された特異点を回避した系の次の補間点P’i+5 のJ6軸36の角度θ’6(i+5) とを取得する(ステップS311)。
ここで,J6軸36の速度が所定の許容範囲内の場合(ステップS315;YES),主制御部11は次の補間点をP’i+5 からPi+5 に変更して,J6軸36の角度をθ6(i+5)にし,これに対応する他の全ての駆動軸J1軸31〜J5軸35の角度を算出する(ステップS316)。主制御部11は算出された全ての駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度を記憶部12に記憶させる。更に,主制御部11はJ6軸36の速度抑制処理中を示すフラグを立ち下げる(ステップS317)。
(J4軸34の速度抑制処理からの復帰処理)
ステップS320にあたるJ4軸34の速度抑制処理からの復帰処理は,上述したJ6軸36の速度抑制処理からの復帰処理(ステップS311〜S319)と同様の処理をするため説明を省略する。
ステップS330にあたるJ4軸34・J6軸36の速度抑制処理からの復帰処理は,それぞれJ4軸34の復帰処理とJ6軸36の復帰処理との双方を共に実施する以外はJ6軸36の速度抑制処理からの復帰処理と同様のため説明を省略する。
以上に示した制御方法により,多関節型ロボットXの主制御部11が中心となって,変動を抑制するための重み付けが大きい特定成分(トーチ傾斜角Rx,トーチ前進角Ry,トーチ回転角Rzのいずれか一つ又は二つ)の変動を抑えつつ特異点を回避してマニピュレータ本体30に備え付けられたエンドエフェクタ39の位置及び姿勢を作動させることにより,本来の教示ポイントに基づく補間点を大きく外れることがなく,且つエンドエフェクタ39の移動速度を変更せずに全ての軸の速度が許容範囲内に入る作業軌道を得ることができる。
但し,図11に示すように単に速度制限をした場合には,トーチ前進角やトーチ傾斜角の姿勢変動角が大きく変動してしまう。
また,図13(A)に示すように,J1軸31が上下方向に駆動し,J2軸32とJ3軸33との駆動する方向が同じ方向でもよい,更に図13(B)に示すようにJ1軸31,J2軸32が左右方向に駆動し,J3軸33が上下方向に駆動するものでもよい。尚,駆動軸が上下方向に駆動する場合には,各駆動軸を上下させるためのモータが回転する角度の差分のみならず,各駆動軸が上下する移動距離の差分を元に速度を算出してもよい。
前記実施の形態で説明した手法により多関節型ロボットXを制御すると,前記J5軸35の角度の符号が作業開始位置及び作業終了位置で異符号になる場合でも,該J5軸35の角度が0°を通過しないように制御されるため,該作業終了位置における該J5軸35の角度が本来の目標値と異なる。この場合には,例えば図15に示すように,残りのJ4軸34やJ6軸36の角度が急激に変化するおそれや動作限界角度(例えば±180°)
を超えるおそれがある。
まず,本実施例1に係る構成でも,前記ステップS13で速度抑制処理が必要であると判断されるまでの間は(S13のNo側),主制御部11が,エンドエフェクタ39を次の補間点に動かすためのJ1軸31〜J6軸36の角度として,J5軸35の角度の符号が前記作業開始位置における該J5軸35の角度と同符号となる逆運動学問題の解を算出する(S12)。なお,ステップS12では,その算出されたJ4軸34〜J6軸36に対応する速度も算出される。
一方,前記ステップS13で速度抑制処理が必要であると判断された場合(S13のYes側),主制御部11は,続くステップS411において,前記ステップS12と同様に,次の補間点におけるJ1軸31〜J6軸36の角度とJ4軸34〜J6軸36の速度を算出する。なお,ステップS411では,その算出されたJ4軸34〜J6軸36に対応する速度も算出される。
ここで,速度抑制処理が必要であると判断されると(S412のYes側),処理はステップS413に移行し,速度抑制処理が必要でないと判断されると(S412のNo側),処理はステップS414に移行する。
前記ステップS413では,図5に示した前記ステップS20と同様に,J4軸34及びJ6軸36のいずれか一方又は両方の速度を抑制するための速度抑制処理が実行される。但し,このとき,主制御部11は,エンドエフェクタ39を次の補間点に動かすためのJ1軸31〜J6軸36の角度として求められる逆運動学問題の2つの解のうち,J5軸35の角度の符号が前記作業開始位置における該J5軸35の角度と異符号となる解を採用するため,J1軸31〜J6軸36はその解を目標値として動作することになる。なお,前記ステップS413における処理内容は,J4軸34やJ6軸36の角度が異なるだけであり,その他は前記ステップS20と同様であるためその説明を省略する。
そして,ステップS414では,前記ステップS14と同様に,主制御部11が,駆動指示部13を制御することにより,エンドエフェクタ39を次の補間点に動かすためのJ1軸31〜J6軸36の角度が記憶部12から読み出されて,マニピュレータ本体30の各駆動軸のアクチュエータに出力される。このとき,J1軸31〜J6軸36の角度は,前記ステップS411又は前記ステップS413において,J5軸35の角度の符号が前記作業開始位置における該J5軸35の角度と異符号となる解を目標値として算出されたものである。従って,J5軸35の角度は0°を通過して遷移することとなる。
ここに,図15は,J5軸35の角度の符号が作業開始位置及び作業終了位置で異なる場合(プラスからマイナス,マイナスからプラスに変化する場合),即ち0°を通過する場合に,従来の特異点を経由する経路のJ4軸J5軸J6軸の動作結果の一例を示している。図15に示す例では,J5軸35の角度が0°を通過しないように制御され,作業終了位置におけるJ5軸35の角度がプラスとなっているため,他のJ4軸34やJ6軸36の角度の変化量が大きくなっていることがわかる。
さらに,図17は,本実施例1に係る多関節型ロボットXの制御手法を採用せずに等速動作させた場合のエンドエフェクタ39の姿勢データの変化を示しており,図18は,本実施例1に係る制御手法を採用した場合のエンドエフェクタ39の姿勢データの変化を示している。なお,図17,図18において縦軸は本来の補間点におけるエンドエフェクタ39の姿勢データに対する変動量,横軸は時間を示している。
そこで,前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系のJ5軸35の符号が同符号であるか異符号であるかに応じて,前記実施の形態に係る制御手法と前記実施例1に係る制御手法とを切り替えて実行することが考えられる。
具体的に,主制御部11は,前記ステップS13のYes側と前記ステップS20及び前記ステップS411との間において,前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系のJ5軸35の角度の符号が同符号であるか異符号であるかを判断するための処理(ステップS511のYes側)を実行する。
多関節型ロボットX1は,エンドエフェクタ39Aを備え,エンドエフェクタ39以外の他の構成は多関節型ロボットXと同様である。また,前記多関節型ロボットX1の制御は,前記多関節型ロボットXの制御処理とは,図5に示したステップS215,S216(ステップS225,S226及びS235,236を含む)の処理以外は同様の処理をする。尚以下の説明では,多関節型ロボットX1と多関節型ロボットXとの同一の構成及び同一の処理は説明を省略する。
まず,図1に示した多関節型ロボットXとの構成が異なる部分について説明する。
次に,図5のフローチャートを参照して,本発明の実施形態と処理が異なる速度抑制処理のステップS215,S216の処理を中心に説明する。
次に,前記ステップS215において,主制御部11は,前記ステップS213において変換された溶接線座標系Σlineにおけるエンドエフェクタ39Aの姿勢を示すデータの各成分(トーチ傾斜角Rx,トーチ前進角Ry,トーチ回転角Rz)の中から変動を抑制すべき成分の情報(重み付け情報)を取得する。その際,この実施例1では,エンドファクタ39Aは作業点が2つの溶接トーチであり,溶接トーチを用いた溶接作業の性質上,トーチの軸周りの回転角とトーチの進行速度とは重要である。そのため,この実施例1では,標準設定として,トーチ回転角Rzを重み付けが大きい(抑制すべき)成分とし,トーチ前進角Ryを重み付けが小さい(抑制しない)成分として予め設定される。
(1”)[Fa=A(Rx−Rxa )2+B(Ry−Rya )2+C(Rz−Rza )2]
(2”)[Fb=A(Rx−Rxb )2+B(Ry−Ryb )2+C(Rz−Rzb )2]
(3”)[Fc=A(Rx−Rxc )2+B(Ry−Ryc )2+C(Rz−Rzc )2]
(1”)〜(3”)において,特異点を経由する経路上の次の補間点のエンドエフェクタ39Aの姿勢角と,特異点を回避する経路上の次の補間点の各候補のエンドエフェクタ39Aの姿勢角との差が求められるので,Fa〜Fcの中で最も値が小さい(変動が小さい)ものを選択し,選択された候補の駆動軸J1軸31〜J6軸36の角度を特異点を回避する動作時の各軸の角度とする。
以上に示した制御方法により,多関節型ロボットX1の主制御部11が中心となって,抑制するための重み付けが大きいトーチ傾斜角Rx,トーチ回転角Rzの変動を抑えつつ特異点を回避してマニピュレータ本体30に備え付けられたエンドエフェクタ39Aの位置及び姿勢を作動させ,本来の教示ポイントに基づく補間点を大きく外れることがなく,且つエンドエフェクタ39Aの移動速度を変更せずに全ての軸の速度が許容範囲内に入る作業軌道を得ることができる。
まず,図1に示した多関節型ロボットXと図22に示される多関節型ロボットX2との構成が異なる部分について説明する。
J7軸37は,J1軸31〜J6軸36と同様に,電気モータ等により構成され,駆動指示部13からの指示により正負の方向に回転駆動し,複数の軸の回転駆動が連関することによって,人間の手首や腕の動きを実現する。その中でも上記J7軸37を含む第2関節駆動系の4つの駆動軸は,人間の腕に相当する動作を行い,エンドエフェクタ39の位置を移動する。
実施形態においては,補間点の位置及び姿勢Pi(Xi,Yi,Zi,αi,βi,γi)から逆運動学問題の解として各J1軸31〜J6軸36の角度(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)を算出し,補間点における各J1軸31〜J6軸36の角度(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)から順運動学問題の解として位置及び姿勢Pi(Xi,Yi,Zi,αi,βi,γi)を算出したが,実施例4では,補間点の位置及び姿勢Pi(Xi,Yi,Zi,αi,βi,γi)から逆運動学問題の解として各J1軸31〜J7軸37の角度(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7)を算出し,補間点における各J1軸31〜J7軸37の角度(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7)から順運動学問題の解として位置及び姿勢Pi(Xi,Yi,Zi,αi,βi,γi)を算出するように,角度の変数の数が6か7かの点が異なる。
次に,前記ステップS123以降と同様の処理を実行する。ここでは,速度抑制処理が必要であると判別され(S13;YES),J6軸36の速度が許容範囲外であるか又は,J6軸36の速度抑制処理中を示すフラグが立っている場合(ステップS201;J6軸が範囲外)に該当しているものとする。ステップS211において,J6軸36の角度の候補が算出されたものとする。
(1)候補θ6a に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6a ]から[θ1a ,θ2a,θ3a ,θ4,θ5,θ6a ,θ7]を算出する。
(2)候補θ6b に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6b ]から[θ1b ,θ2b,θ3b ,θ4,θ5,θ6b ,θ7]を算出する。
(3)候補θ6c に対して,[Xi+1 ,Yi+1 ,Zi+1 ,θ4,θ5,θ6c ]から[θ1c ,θ2c,θ3c ,θ4,θ5,θ6c ,θ7]を算出する。
例えば,上記の(1)〜(3)の候補θ6a 〜θ6c に対して,
(1’)[θ1a ,θ2a ,θ3a ,θ4,θ5,θ6a ,θ7]から[Rxa ,Rya ,Rza ]を算出する。
(2’)[θ1b ,θ2b ,θ3b ,θ4,θ5,θ6b ,θ7]から[Rxb ,Ryb ,Rzb ]を算出する。
(3’)[θ1c ,θ2c ,θ3c ,θ4,θ5,θ6c ,θ7]から[Rxc ,Ryc ,Rzc ]を算出する。
続いて,前記ステップS215以降の処理を実行する。尚,実施形態と同様に,速度が許容範囲外と判別された各駆動軸に対応して,ステップS211〜S216の代わりに,ステップS221〜S226若しくはステップS231〜S236を実行する。
上述した実施形態では、例えば、第1関節駆動系のJ4軸34やJ6軸36の一方又は両方の速度や加速度が許容範囲外とならないように、J5軸35の特異点を回避するという特異点回避の処理を行っている。ここで、特異点回避の処理を行っていることを外部に報知する手段を多関節型ロボットに設けてもよい。
上述した例では、特異点回避の処理を行っていることを表示画面Mに表示させているが、これに代えて、特異点回避を行っていることをスピーカ等によって音で知らせてもよいし、ランプなどの点灯や点滅など光で知らせてもよい。また、特異点回避を行っていることは、多関節型ロボットの教示ペンダント21とは別の外部の表示装置に表示してもよい。
10:制御部
11:主制御部
12:記憶部
13:駆動指示部
21:操作部
30,30A:マニピュレータ本体
31:J1軸
32:J2軸
33:J3軸
34:J4軸
35:J5軸
36:J6軸
37:J7軸
39,39A:エンドエフェクタ
Claims (17)
- 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,
前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動
軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,
を備えてなり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出手段が,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出するものである
ことを特徴とする多関節型ロボットの制御装置。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,
前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,
を備えてなり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出手段が,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御装置。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御装置であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出手段と,
前記角度算出手段により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出手段と,
前記補間データ算出手段により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出手段により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出手段と,
前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示手段と,
を備えてなり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出手段が,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が同符号である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が異符号である場合において,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置にお
ける該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記速度算出手段により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御装置。 - 前記再算出手段が,
現在の前記補間点における前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度に基づいて,該駆動軸各々の角度が前記角度算出手段で算出された次の前記補間点における角度に追従し,且つ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の次の前記補間点における速度が前記許容範囲内となる該駆動軸各々の角度の候補を複数算出する角度候補算出手段と,
前記角度候補算出手段により算出された角度の候補各々を採用したときの次の前記補間点の前記作業部の姿勢を前記作業座標系で示す姿勢データをそれぞれ算出する姿勢データ算出手段と,
前記姿勢データ算出手段により算出された複数の姿勢データのうち,前記姿勢データ変換手段により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して前記特定成分の変動が最も抑制された姿勢データを選択し,該姿勢データに対応する角度を前記駆動軸各々の角度として選択する角度選択手段と,
を含んでなる請求項1〜3のいずれかに記載の多関節型ロボットの制御装置。 - 前記再算出手段が,前記姿勢データ変換手段により変換された前記作業部の姿勢データのうち予め定められた重み付けが大きい前記特定成分から順に変動の抑制量が大きくなるように前記駆動軸の角度を再度算出するものである請求項1〜4のいずれかに記載の多関節型ロボットの制御装置。
- 前記作業部がトーチであり,
前記姿勢データが,前記作業部の移動方向の軸をX軸,前記X軸と重力方向との外積によって表される軸をY軸,前記X軸と前記Y軸との外積によって表される方向の軸をZ軸,前記X軸の軸周りの回転角をトーチ傾斜角,前記Y軸の軸周りの回転角をトーチ前進角,前記Z軸の軸周りの回転角をトーチ回転角とする作業座標系で表されるものであって,前記特定成分が,前記トーチ傾斜角,前記トーチ前進角,前記トーチ回転角のいずれか一つ又は二つである請求項1〜5のいずれかに記載の多関節型ロボットの制御装置。 - 前記作業部が,先端に前記作業対象物に対して作業上の効果を与える一つの作業点を有するシングルトーチであり,
前記特定成分が,前記トーチ傾斜角及び前記トーチ前進角である請求項6に記載の多関節型ロボットの制御装置。 - 前記作業部が,先端に前記作業対象物に対して作業上の効果を与える2つの作業点を有するタンデムトーチであり,
前記特定成分が,前記トーチ傾斜角及び前記トーチ回転角である請求項6に記載の多関節型ロボットの制御装置。 - 前記駆動指示手段が,前記速度許容判別手段により前記許容範囲外の駆動軸があると判別された後は,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,その後,前記角度算出手段により算出された前記第1関節駆動系の角度と前記再算出手段により算出された前記第1関節駆動系の角度との差分が所定値以下となったことを条件に,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に代えて前記角度算出手段により算出される前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させるものである請求項1〜8のいずれかに記載の多関節型ロボットの制
御装置。 - 前記駆動指示手段が,前記再算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づく前記多関節ロボットの駆動制御から前記角度算出手段により算出された前記駆動軸各々の角度に基づく前記多関節ロボットの駆動制御に切り替える際に,該駆動軸各々の角度を所定の変動範囲内で徐々に変動させるものである請求項9に記載の多関節型ロボットの制御装置。
- 前記速度算出手段が,速度に代えて加速度を算出するものであり,前記再算出手段及び前記駆動指示手段が,速度に代えて加速度に基づいて判別するものである請求項1〜10のいずれかに記載の多関節型ロボットの制御装置。
- 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御方法であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,
を実行するものであり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出するものである
ことを特徴とする多関節型ロボットの制御方法。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御方法であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,
を実行するものであり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御方法。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた
第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御する多関節型ロボットの制御方法であって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,
を実行するものであり、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が同符号である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が異符号である場合において,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御方法。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた
第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御するコンピュータによって実行される多関節型ロボットの制御プログラムであって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,をコンピュータに実行させるものであって、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出するものである
ことを特徴とする多関節型ロボットの制御プログラム。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御するコンピュータによって実行される多関節型ロボットの制御プログラムであって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記
第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,
をコンピュータに実行させるものであって、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御プログラム。 - 作業対象物の作業線に則して移動させる作業部を先端に有し,その作業部に連結されて前記作業部の姿勢を変化させる3つの駆動軸を備えた第1関節駆動系と,前記第1関節駆動系に連結されて該第1関節駆動系の位置を変化させる少なくとも3つの駆動軸を備えた第2関節駆動系とを有する多関節型ロボットを制御するコンピュータによって実行される多関節型ロボットの制御プログラムであって,
前記多関節型ロボットのベース座標系において予め教示された前記作業部の作業開始位置及びその時の姿勢と作業終了位置及びその時の姿勢とを結ぶ教示経路を補間する複数の補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示すデータを算出する補間データ算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータから逆運動学問題の解を求めることにより,前記補間点における前記作業部の位置及びその時の姿勢を示す前記第1関節駆動系及び前記第2関節駆動系を含む全ての駆動軸の角度を算出する角度算出工程と,
前記角度算出工程により算出された次の前記補間点と現在の前記補間点とにおける前記第1関節駆動系の前記各駆動軸の角度の差分に基づいて次の前記補間点に前記作業部の姿勢を動かすときの前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度を算出する速度算出工程と,
前記補間データ算出工程により算出されたデータを,前記作業部の移動方向の軸,該軸に垂直な方向の軸,該2つの軸に垂直な軸を含む作業座標系における前記作業部の姿勢を
示す姿勢データに変換する姿勢データ変換工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が予め定められた許容範囲外である場合に,前記作業部の移動速度を変更することなく,且つ前記姿勢データ変換工程により変換された次の前記補間点における前記作業部の姿勢データに対して一つ又は二つの特定成分の変動を抑制しつつ前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の速度が前記許容範囲内となる前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出し,該算出された前記第1関節駆動系の駆動軸各々の角度と前記補間データ算出工程により算出された前記作業部の位置とに基づいて前記第2関節駆動系の駆動軸各々の角度を再度算出する再算出工程と,
前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記角度算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させ,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記再算出工程により算出された前記駆動軸各々の角度に基づいて前記多関節型ロボットを駆動させる駆動指示工程と,
をコンピュータに実行させるものであって、
前記第1関節駆動系の駆動軸の角度を±180°で表したとき,
前記角度算出工程が,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が同符号である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,
前記作業開始位置及び前記作業終了位置における前記第1関節駆動系の中央の駆動軸の角度が異符号である場合において,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の両方の速度が前記許容範囲内である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と同符号になる逆運動学問題の解を算出し,前記速度算出工程により算出された前記第1関節駆動系における両端の2つの駆動軸の一方又は両方の速度が前記許容範囲外である場合は,前記第1関節駆動系の中央に位置する駆動軸の次の前記補間点における角度が前記作業開始位置における該駆動軸の角度と異符号になる逆運動学問題の解を算出するものであることを特徴とする多関節型ロボットの制御プログラム。
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