JP5904445B2 - Robot controller - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットアームの手先、すなわち先端部が目標位置に移動している途中、その目標位置が変更されても変更後の目標位置にロボットアームの先端部を移動させる、ロボット用制御装置に関する。 The present invention relates to a robot control device that moves the tip of a robot arm to a changed target position even if the target position is changed while the hand of the robot arm, that is, the tip is moving to the target position. .
自動化又は作業者の効率化のためロボットが採用されている(例えば特許文献1−4)。 Robots are employed for automation or efficiency improvement of workers (for example, Patent Documents 1-4).
特許文献1では、人工衛星本体の姿勢制御を行うリアクションホイールを制御し、かつ、人工衛星本体に取り付けられた作業ロボットの動作で発生する慣性力を打ち消すため、リアクションホイールの動作可能範囲で作業ロボットの最適軌道をデータベースを用いて生成する技術が開示されている。
In
特許文献2では、ロボットハンドの把持部の慣性力の方向を自動的に検知し、その検知結果に基いて姿勢制御を行うことにより、慣性力による被把持物体の落下を防止することが可能なロボット制御技術について、開示されている。
In
特許文献3には、ロボットや多関節アームなどの現在位置姿勢から目標とする位置姿勢までの滑らかな軌道を高速で生成する技術について開示されている。 Patent Document 3 discloses a technique for generating a smooth trajectory from a current position and orientation to a target position and orientation, such as a robot and a multi-joint arm, at high speed.
特許文献4には、補間動作に必要な個々の軸の速度を計算する必要がなく、動作可能な範囲で最大速度の補間動作をすることができ、かつ、速度によらず経路動作の軌跡を一定に保つことができる、モータの制御技術について開示されている。 In Patent Document 4, it is not necessary to calculate the speed of each axis necessary for the interpolation operation, the maximum speed interpolation operation can be performed within the operable range, and the path motion trajectory is shown regardless of the speed. A motor control technique that can be kept constant is disclosed.
特許文献4において開示されているモータ制御装置は、上位コントローラからの目標位置及び目標速度を含む指令値から軌道生成用データを生成するデータ生成手段と、軌道生成用データから目標位置までの軌道を生成する軌道生成手段とを備えている。データ生成手段は、上位コントローラから経由動作指令を受けると現在位置から次の目標位置となる第1の目標位置までの第1の区間において減速する割合が2段階に変化する減速用データを生成すると共に、第1の目標位置の次の目標位置となる第2の目標位置までの第2の区間において加速する割合が2段階に変化する加速度データを生成している。 The motor control device disclosed in Patent Document 4 includes data generation means for generating trajectory generation data from a command value including a target position and target speed from a host controller, and a trajectory from the trajectory generation data to the target position. And a trajectory generating means for generating. The data generation means generates data for deceleration in which the rate of deceleration in the first section from the current position to the first target position that becomes the next target position changes in two stages when a relay operation command is received from the host controller. At the same time, acceleration data is generated in which the acceleration rate changes in two stages in the second section to the second target position that is the next target position after the first target position.
しかしながら、従来のロボット制御技術では、ロボットアームの先端部が目標位置へ移動している途中において、目標位置が変更されたとき、ロボットアームの動作を止めることなくその先端部を簡易にしかも迅速に移動させることが難しい。 However, in the conventional robot control technology, when the target position is changed while the tip of the robot arm is moving to the target position, the tip of the robot arm can be simply and quickly stopped without stopping the operation of the robot arm. It is difficult to move.
図5は、ロボットアームの先端部が目標位置へ移動している途中で目標位置が変更されたときのロボットアームの制御として考えられる手法を説明するための図であり、(a)は何ら処理を施さず変更後の目標位置にロボットアームの先端部を移動させる手法、(b)はロボットアームの先端部を一旦停止させて移動させる手法、(c)は特許文献4に示されている手法を適用した場合を示している。 FIG. 5 is a diagram for explaining a possible method for controlling the robot arm when the target position is changed while the tip of the robot arm is moving to the target position. FIG. (B) is a method for temporarily stopping and moving the tip of the robot arm, and (c) is a method disclosed in Patent Document 4. The case where is applied is shown.
上記説明では、アーム部が連結してロボットアームが構成されているものとし、アーム部同士の連結軸が鉛直方向に沿っている場合を想定している。図5(a)乃至(c)の何れにおいても、ロボットアームの先端部のみを実線の〇又は破線の〇で模式的に示し、平面視で示している。図5(a)及び(b)では、ロボットアームの先端部の位置として、位置Pi-1が変更指示を受けたときよりも一つ手前の位置を示し、位置Piが変更指示を受けたときの位置を示し、Paが変更前の目標位置を示し、Pbが変更後の目標位置を示している。 In the above description, it is assumed that the robot arm is configured by connecting the arm portions, and the connecting axis of the arm portions is along the vertical direction. In any of FIGS. 5A to 5C, only the tip of the robot arm is schematically indicated by a solid circle or a broken circle, and is shown in plan view. 5A and 5B, as the position of the tip of the robot arm, the position P i-1 indicates a position one before the change instruction, and the position P i receives the change instruction. P a indicates the target position before the change, and P b indicates the target position after the change.
ここで、何ら処理を施さず変更後の目標位置にロボットアームの先端部を移動させる手法を採用することを考える。図5(a)に示すように、ロボットアームの先端部の移動方向は、現在位置Piから変更後の目標位置Pbに向かうベクトルで示される。連結軸を駆動するモータが大きいトルクを発生することが出来ない場合には、トルクオーバーとなり、ロボットアームの先端部は停止する。その結果、ロボットアームの先端部を変更後の目標位置Pbに到達させることができない。 Here, let us consider adopting a method of moving the tip of the robot arm to the changed target position without performing any processing. As shown in FIG. 5A, the moving direction of the tip of the robot arm is indicated by a vector from the current position P i toward the changed target position P b . If the motor that drives the connecting shaft cannot generate a large torque, the torque is over and the tip of the robot arm stops. As a result, it is impossible to reach the target position P b after changing the tip of the robot arm.
次に、ロボットアームの先端部を一旦停止してから変更後の目標位置に移動させる手法を採用することを考える。図5(b)に示すように、ロボットアームの先端部を、現在位置Piから一旦停止するまで、位置Pi-1から位置Paへ向かうベクトルの方向に沿って僅かであっても移動させた後に、位置Pstopにおいて一旦停止させる。その後、位置Pstopから変更後の目標位置Pbに向かって矢印の方向に移動させることになる。この場合にはロボットアームの先端部を変更後の目標位置Pbに到達させることはできるわけであるが、一旦停止させるまでに時間がかかり、作業工程上では僅かな時間でも削減しないと、作用効率性の向上が図れない。ひいては、作業により組み立てられる製品の低廉化を図ることができない。 Next, consider adopting a method in which the tip of the robot arm is temporarily stopped and then moved to the changed target position. As shown in FIG. 5 (b), the tip of a robot arm, from the current position P i until stopped temporarily, even slightly in the direction of the vector from the position P i-1 to the position P a mobile Then, it is stopped once at the position P stop . Thereafter, the position is moved from the position P stop toward the changed target position P b in the direction of the arrow. Although in this case is not able be to reach the target position P b after changing the tip of the robot arm, once it takes time until stopping, unless reduced even slight time on working process, action Efficiency cannot be improved. As a result, it is not possible to reduce the cost of products assembled by work.
そこで、特許文献4に開示されている上述の技術を用いることが考えられる。図5(c)に示すように、特許文献4に開示されたモータ制御装置は、例えば位置P1から位置P2へ移動中に上位コントローラから目標位置変更の指令を受けると、位置P1から位置P2への移動を2段階で減速させ、位置P3へ移動を2段階で加速させている。よって、直線補間動作の作業中に、目標位置を変更するような場合でも、目標位置変更中の軌跡を規定することができることになる。 Therefore, it is conceivable to use the above-described technique disclosed in Patent Document 4. As shown in FIG. 5C, when the motor control device disclosed in Patent Document 4 receives a command for changing the target position from the host controller while moving from position P1 to position P2, for example, the position is changed from position P1 to position P2. Is decelerated in two stages, and the movement to position P3 is accelerated in two stages. Therefore, even when the target position is changed during the linear interpolation operation, the trajectory during the target position change can be defined.
しかしながら、特許文献4に開示された技術であっても、第1に、軌道を変更する度に減速し、経由動作を行って再加速する必要があり、タイムラグが生じる。これにより、瞬時に軌道を変更することが難しい。 However, even with the technique disclosed in Patent Document 4, first, it is necessary to decelerate each time the trajectory is changed and perform re-acceleration by performing a transit operation, resulting in a time lag. This makes it difficult to change the trajectory instantaneously.
第2に、2段階減速のため軌道が滑らかにはなり難く、ロボットアームの先端部のトルク変動が大きくなり、各軸に負荷がかかる。これにより、構成部品の寿命が短くなりメンテナンスも必要となる。 Secondly, the trajectory is difficult to be smooth due to the two-stage deceleration, the torque fluctuation at the tip of the robot arm becomes large, and a load is applied to each axis. This shortens the service life of the components and necessitates maintenance.
第3に、ロボットアームの先端部の動きが滑らかではなく、所謂ぎこちない動作となる。すると、ロボットアームの近くで作業する者に違和感や不安感を与えることになる。 Thirdly, the movement of the tip of the robot arm is not smooth, which is a so-called awkward operation. As a result, the person working near the robot arm feels uncomfortable or uneasy.
一方、軌道計算を高速で行えるように演算処理能力の高いコンピュータを備えれば、目標位置が変更になっても計算を直ちに行うことができるかもしれない。しかしながら、目標位置の変更が任意に生じることから、限界があり、コスト高となる。作業現場に多数のロボットを設置することを考えると、この手法も好ましくはない。 On the other hand, if a computer with a high processing capacity is provided so that the trajectory calculation can be performed at high speed, the calculation may be performed immediately even if the target position is changed. However, since the target position can be changed arbitrarily, there is a limit and the cost is increased. This method is also not preferable in consideration of installing a large number of robots at the work site.
そこで、本発明では、ロボットアームの先端部を目標位置に移動する途中において、目標位置が変更されてもその先端部を簡易に移動させることができる、ロボット用制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a robot control device that can easily move the tip of the robot arm even when the target position is changed during the movement of the tip of the robot arm to the target position. To do.
上記目的を達成するために、本発明は、アーム部からなるロボットアームと、アーム部を回転駆動する駆動部と、を備えたロボットを制御するためのロボット用制御装置において、ロボットアームの先端部の目標位置の入力を受けると、ロボットアームの先端部の現在の位置情報及び速度情報からロボットアームの先端部の運動エネルギー及び移動方向を求め、それらの求めた運動エネルギー及び移動方向からロボットアームの先端部が経由すべき位置を設定し、ロボットアームの先端部の現在位置と経由すべき位置と目標位置とを結ぶ曲線を軌道として求める軌道生成部と、軌道生成部により求めた軌道に沿ってロボットアームの先端部が移動するように駆動部を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a robot control device for controlling a robot, comprising: a robot arm comprising an arm unit; and a drive unit that rotationally drives the arm unit. When the target position of the robot arm is input, the kinetic energy and moving direction of the tip of the robot arm are obtained from the current position information and velocity information of the tip of the robot arm, and the robot arm is determined from the obtained kinetic energy and moving direction . A trajectory generator that sets a position where the tip should be routed and obtains a curve connecting the current position of the tip of the robot arm and the position to be routed and the target position as a trajectory, along the trajectory obtained by the trajectory generator And a drive control unit that controls the drive unit so that the tip of the robot arm moves.
軌道生成部は、ロボットアームの先端部の現在の位置情報と一つ前の位置情報から現在の速度を求めて、ロボットアームの先端部の運動エネルギーを求め、運動エネルギーにエネルギー量変換係数を掛けることにより、ロボットアームの先端部が経由すべき位置を設定する。
さらに、ロボットアームの設置箇所に配置されているセンサからの検出信号により、ロボットアームの目標位置を変更すべきか否かを判断し、変更すべき目標位置を算出して軌道生成部に出力する目標位置算出部を備えてもよい。
The trajectory generator obtains the current velocity from the current position information of the tip of the robot arm and the previous position information, obtains the kinetic energy of the tip of the robot arm, and multiplies the kinetic energy by the energy amount conversion coefficient. As a result, the position through which the tip of the robot arm should pass is set.
Further, it is determined whether or not the target position of the robot arm should be changed based on the detection signal from the sensor arranged at the installation position of the robot arm, and the target position to be changed is calculated and output to the trajectory generation unit A position calculation unit may be provided.
本発明によれば、目標位置の変更があっても、軌道生成部が複雑な計算をしないため、ロボットアームの先端部の軌道を求めて、軌道を変更する。よって、ロボットアームの動きを停止することなく、また、ロボットアームに不要な動きや動作をさせないで済む。軌道生成部において、軌道を計算する際に必要となる情報量は少なく、複雑な計算処理をしないため、軌道生成部には高い演算処理能力が要求されない。また、駆動部としてトルクの低いモータを採用することができるため、ロボットを作業者などの人間と共存させることができる。 According to the present invention, even if the target position is changed, the trajectory generation unit does not perform complicated calculations, so the trajectory of the tip of the robot arm is obtained and the trajectory is changed. Therefore, it is not necessary to stop the movement of the robot arm and to prevent the robot arm from performing unnecessary movement or movement. The trajectory generation unit requires a small amount of information when calculating the trajectory and does not perform complicated calculation processing, so that the trajectory generation unit is not required to have high calculation processing capability. Moreover, since a motor with a low torque can be employed as the drive unit, the robot can coexist with a human being such as an operator.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔原理〕
本発明の実施形態を説明する前提として、本発明の原理について説明する。図1は、本発明の原理を説明するための図である。説明上、ロボットシステム1が、アーム部2a,2bを連結してロボットアーム2が構成されて、ロボットアーム2が筐体3に回動可能に取り付けられているものとし、回動軸、アーム部2a,2b同士の連結軸が鉛直方向に沿っている場合を想定している。ロボットアーム2の先端部の位置として、位置Pi-1が変更指示を受けたときよりも一つ手前の位置を示し、位置Piが変更指示を受けたときの位置を示し、Paが変更前の目標位置を示し、Pbが変更後の目標位置を示している。ロボットアーム2が水平面上を動いているので、便宜上二次元の座標軸を設定し、位置Pi-1の座標を(X1,Y1),位置Piの座標を(X2,Y2),Paの座標を(X0、Y0)、Pbの座標を(Xn,Yn)とする。
〔principle〕
As a premise for explaining the embodiment of the present invention, the principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. For explanation, it is assumed that the
図1に示すように、ロボットアーム2の先端部の目標位置が図1(a)に示す状態で位置Paから位置Pbに変更されたとする。そのとき、ロボットアーム2の先端部の現在位置がPiであったとする。ロボットアーム2の先端部では、現在位置Pi及び一つ前の位置Pi-1の位置情報はロボットアーム2の駆動部に設けたセンサにより既知となる。また、現時点Piでのロボットアーム2の先端部の速度は位置Piから位置Pi-1の変位として算出できる。よって、運動エネルギーと先端部の移動方向を求めることができる。そこで、これらの運動エネルギー及び移動方向から、ロボットアーム2の先端部が経由すべき位置(以下、「経由点」と略記する。)を求める。すると、ロボットアーム2の先端部の現在位置Piと、経由点Pviaと、新たな目標位置Pbと、を滑らかに結ぶ曲線Lを求める。その際、スプライン補間などを用いればよい。
As shown in FIG. 1, the target position of the distal end portion of the
現在位置Piと一つ前の位置Pi-1については、ロボットアーム2の回動軸や連結軸を駆動する駆動部にセンサを取り付けておき、そのセンサから回転数などをモニタリングすることにより、容易に求めることができる。速度についても、現在位置Piの座標から一つ前の位置Pi-1が分かれば求めることができる。
For the current position P i and the previous position P i−1 , a sensor is attached to the drive unit that drives the rotation axis and the connection axis of the
よって、ロボットアーム2の先端部の質量等が既知であるから、運動エネルギーを求めることができる。この運動エネルギーを定数倍することにより、現在位置Piから経由点Pviaへの変位量を求めることができる。
Therefore, since the mass of the tip of the
ロボットアーム2の目標位置が変更された場合には、ロボットアーム2の先端部の慣性での動きを停止するために移動する距離を、その先端部の運動エネルギーから求める。すると、現在位置Piから経由点Pviaへの変位量を求めることができる。これは、目標位置の変更があったときのロボットアーム2の先端部の運動エネルギーと、ロボットアーム2の先端部が停止するのに必要なエネルギーと、が等価であるという考えに依拠している。すなわち、次式が成り立つ。
(目標位置の変更があったときのロボットアームの先端部の運動エネルギー)
=(停止させるのに必要な力)×(停止するまでの移動距離)
ここで、ロボットアーム2の先端部を停止させる力が一定とすると、現在位置から経由点までの変位距離が、目標位置が変更となったときのロボットアーム2の運動エネルギーに比例する。
When the target position of the
(Kinematic energy at the tip of the robot arm when the target position is changed)
= (Force required to stop) x (travel distance to stop)
Here, if the force for stopping the tip of the
本発明においては、この比例定数kをエネルギー量変換係数と呼ぶ。上記の関係式から次のような関係が求められる。
Xp=mk(X2−X1)2/2+X2
Yp=mk(Y2−Y1)2/2+Y2
ここで、(Xp、Yp)は経由点Pviaの座標、(X1,Y1)は一つ手前の位置座標、(X2,Y2)は現在の位置座標である。mはロボットアーム先端部の質量である。x方向、y方向での変化量を元に経由点を算出しているので、これらのベクトルを合成した延長に、変位方向が定まる。ロボットアーム2の動きが二次元ではなく三次元であっても同様に導かれる。
In the present invention, this proportionality constant k is called an energy amount conversion coefficient. The following relationship is obtained from the above relational expression.
Xp = mk (X2-X1) 2/2 + X2
Yp = mk (Y2-Y1) 2/2 + Y2
Here, (Xp, Yp) is the coordinates of the via point P via , (X1, Y1) is the previous position coordinate, and (X2, Y2) is the current position coordinate. m is the mass of the robot arm tip. Since the waypoint is calculated based on the amount of change in the x direction and the y direction, the displacement direction is determined by the extension obtained by combining these vectors. The
ここで、エネルギー量変換係数kは、ロボットアーム2の先端部が有する運動エネルギーを、先端部が動く距離に変換するための係数であり、この係数kは次式で示される。
k=(減衰率)×1/(停止させる力)
ここで減衰率は、現在の速度からどのくらいの割合で減速するかを示し、例えば0.6〜0.9が設定される。
ロボットアーム2の先端部を停止させる力に関しては、ロボット工学の動力学などによってモータのトルクから計算することができる。この場合、動作パターンの検証などが必要となる。そこで、モータの出力と、ロボットアーム先端部が有する運動エネルギーの大きさとの関係を、実際にロボットアームを動かしてトルクを計測することにより、係数kを設定してもよい。
Here, the energy amount conversion coefficient k is a coefficient for converting the kinetic energy of the tip of the
k = (attenuation rate) × 1 / (force to stop)
Here, the attenuation rate indicates how much the vehicle decelerates from the current speed, and is set to 0.6 to 0.9, for example.
The force for stopping the tip of the
〔システム構成〕
本発明の実施形態に係るシステム構成について説明する。図2は、本発明の実施形態に係るロボットシステムのブロック構成図であり、図3は図2に示すロボットシステム1におけるロボットについての実機の一例を模式的に示す図である。ロボットシステム1は、ロボット10とロボット用制御装置20とを備える。ロボット10は、ロボットアーム11と、ロボットアーム11を駆動する駆動部15とを備える。図2においては、ロボットアーム11を示しておらず、ロボット用制御装置20との関係で必要なものを代表して示している。
〔System configuration〕
A system configuration according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram of the robot system according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of an actual machine for the robot in the
ロボットアーム11は、複数のアーム部12a,12bを回動軸13で接続して構成されるところ、一のアーム部を筐体3に直接回動可能に取り付けて構成してもよい。ロボットアーム11の先端部には、ロボット10が作業する際に必要となる把握部(図示せず)を備えている。図3に示すロボット10は所謂スカラー型ロボットと呼ばれるものである。回転軸13には駆動部15の部品としてのモータ、例えばサーボモータ15aが取り付けられ、一方のアーム部12aを他方のアーム部12bの先端部の回動軸13回りに回動させる。また、フレーム14には他方のアーム部12bが回動軸13により回転可能に取り付けられ、この取り付け部位が関節部として機能し、この関節部にも例えばサーボモータ15aが取り付けられて、アーム部12bを回動軸13回りに回動させる。なお、サーボモータ15aの前段にはモータドライバーとしてのサーボアンプ15bが設けてある。
The
駆動部15にはそれぞれエンコーダなどのセンサ16が取り付けられ、回転数をカウントし、ロボット用制御装置20に出力する。本発明の実施形態は、図3に示すように、各アーム部12a,12bが鉛直軸回りに回転するようなスカラー型ロボットに限られることなく、水平軸回りに回転してもよいし、これら以外の軸回りに回転してもよい。
A
ロボット用制御装置20は、センサ情報処理部21と目標位置算出部22と軌道生成部23と駆動制御部24と位置座標変換部25とプログラム動作部26とを備えている。
The
ロボットシステム1のうち、特に、ロボット10が設置されている領域には、作業者、作業対象物の各位置、障害物の有無やその距離を検知するための各種センサが設置されている。その各種センサからの信号が、インタフェース部31を経由してセンサ情報処理部21に入力される。
In the
センサ情報処理部21は、インタフェース部31を経由して上述の各種センサからの信号が入力されるので、目標位置算出部22で使用することができるように単位変換等の各種変換を行う。インタフェース部31からセンサ情報処理部21への送受信は有線でも無線でもよい。
Since the sensor
目標位置算出部22には、プログラム動作部26からの各種条件が入力され、センサ情報処理部21からセンサ情報が入力されるので、センサ情報に基いて比較演算等を行って最終的な目標位置を算出する。
Since various conditions from the
プログラム動作部26は、事前に設定したパラメータを目標位置算出部22に出力する。設定されているパラメータは、現在ロボット10が稼働中であるか、目標位置変更を受け付ける状態にあるかなどに関する値である。
The
目標位置算出部22は、ロボット10の設置位置に関する情報、ロボットアーム2の形状に関する情報等から、作業工程に応じてロボットアーム2の先端部の目標位置を算出する。また、目標位置算出部22は、センサ情報処理部21から作業者、作業対象物、障害物の位置情報をセンサ情報として入力を受け、目標位置の変更の有無を判断し、変更する場合には変更後の目標値を算出する。なお、センサ情報処理部21からのセンサ情報の入力があっても、作業者、作業対象物、障害物の位置により、目標位置算出部22が、作業工程に応じてロボットアーム2の先端部の動きを変更する必要がないと判断した場合には、インタフェース部31からセンサ情報処理部21を経由して入力されたセンサ情報の影響を受けないで、軌道生成部22に目標位置を出力する。
The target
軌道生成部23は、センサ16から位置座標変換部25を経由してロボットアーム先端部のリアルタイムな位置情報及び速度情報の入力を受け、その入力情報と目標位置算出部22から算出された目標位置からロボットアーム先端部の軌道を生成する。
The
駆動制御部24は、軌道生成部23により生成された軌道の曲線に沿ってロボットアーム先端部が移動するように駆動部15を制御する。駆動制御部24は、駆動部15に対して駆動部15中のサーボモータ15aの回転速度などの指令値を入力し、サーボアンプ15bを介してサーボモータ15aを回転駆動する。これにより、サーボモータ15aが、ロボットアーム先端部を軌道曲線に沿って移動させる。
The
位置座標変換部25は、駆動部15のサーボモータ15aに取り付けられているセンサ16としてのエンコーダからの信号を座標変換するものであり、駆動部15のサーボモータ15aによる回転数からロボットアーム先端部の位置や速度を求め、軌道生成部23へその位置情報、速度情報を入力する。
The position coordinate
図4は、図1に示すロボットシステムにおける主要な動作を示すフロー図である。本発明の実施形態では、先ず、プログラム動作部26がロボットアーム11を回転駆動するための各種条件を設定する(STEP1)。これにより、ロボット10に対して基本動作の設定がなされる。すると、目標位置算出部22によりプログラム動作部26からの入力された条件に従って目標位置が算出され、軌道生成部23により軌道計算が行われ、その軌道に沿ってロボットアーム先端部が移動するように、駆動制御部24により駆動部15に目標位置に関する指令値が出力される。すると、ロボットアーム11が駆動部15により駆動される。
FIG. 4 is a flowchart showing main operations in the robot system shown in FIG. In the embodiment of the present invention, first, the
このような状態において、インタフェース部31からセンサ情報処理部21に対してセンサ検出信号が入力されたとする。すると、センサ情報処理部21がインタフェース部31からセンサ検出信号を受け取り、比較可能に信号をデータ変換して目標位置算出部22に出力する(STEP2)。
Assume that a sensor detection signal is input from the
目標位置算出部22は、プログラム動作部26からの各種条件の入力を受けてロボットアーム2の先端部の目標位置を計算で求めて軌道生成部23に逐次出力し、軌道に関するデータ列として軌道を計算して駆動制御部24に出力する。これを受けて、駆動制御部24はサーボモータ15bに対して指令値を出力する(STEP8)。このような状態で、目標位置算出部22は、センサ情報処理部21からセンサ検出信号を受けると、先ずロボットアームの先端部の目標位置を変更するか否かを判定する(STEP3)。
The target
次に、目標位置算出部22が目標位置を変更すると判断した場合、変更後の目標位置が目標位置算出部22で算出されて軌道生成部23に出力され(STEP4)、軌道計算部23において運動エネルギー及び向きが算出され(STEP5)、前述のように経由点が設定され(STEP6)、目標位置までの軌道が計算されて、駆動制御部24に出力される(STEP7)。
Next, when the target
駆動制御部24では、軌道生成部23から計算された軌道に関するデータが入力されると、サーボモータ15bに目標位置の指令値を出力する。
When the data related to the trajectory calculated from the
そして、ロボットアーム2の先端部が目標位置に到達しているか否かを判断し(STEP9)、到達していない場合には目標位置検出(STEP2)にリターンする。一方、到達している場合には、ロボットアーム2の駆動を停止する。
Then, it is determined whether or not the tip of the
以上説明したように、任意の新たな目標位置が入力されても、軌道生成部23において、ロボットアーム先端部の運動エネルギーと移動方向を求め、これらの情報からロボットアーム先端部が経由すべき位置を求め、現在位置と経由点と新たな目標位置とを滑らかに結ぶ曲線Lを、新たな軌道として生成する。
As described above, even if an arbitrary new target position is input, the
新たな軌道が生成される際には、エネルギー量変換係数kと先端部の位置情報とを演算して経由点を求めればよく、計算量が少ないため、計算能力の高いサーバーなどのコンピュータを用いなくて済む。しかも、瞬時に簡易に軌道が算出されるため、ロボットアームの軌跡を瞬時に変更することができる。ロボットアームを一旦停止することもないことと相まって、ロボットによる作業効率が向上する。 When a new trajectory is generated, it is only necessary to calculate the transit point by calculating the energy amount conversion coefficient k and the position information of the tip, and since the calculation amount is small, a computer such as a server with high calculation capacity is used. No need. In addition, since the trajectory is simply and instantaneously calculated, the trajectory of the robot arm can be changed instantaneously. Combined with the fact that the robot arm is never stopped, the working efficiency of the robot is improved.
駆動部の部品として設置するモータとしては、低トルクモータを採用でき、トルクオーバーの問題もない。 As a motor to be installed as a component of the drive unit, a low torque motor can be adopted and there is no problem of torque over.
このように、本発明の実施形態では、ロボットアームが目標位置に向けて移動中に、目標位置が新たに変更されても、目標位置を変更した時点において、ロボットアームの先端部の回転エネルギーを最大限利用し得て、駆動部での加速及び減速のためのトルクが最小限で済むことになる。 Thus, in the embodiment of the present invention, even when the target position is newly changed while the robot arm is moving toward the target position, the rotational energy at the tip of the robot arm is changed at the time when the target position is changed. It can be used to the maximum, and the torque for acceleration and deceleration in the drive unit can be minimized.
1:ロボットシステム
2:ロボットアーム
2a,2b:アーム部
3:筐体
11:ロボットアーム
12a,12b:アーム部
13:回動軸
14:フレーム
15:駆動部
15a:モータ(サーボモータ)
15b:ドライバ(サーボアンプ)
16:センサ(エンコーダ)
20:ロボット用制御装置
21:センサ情報処理部
22:目標位置算出部
23:軌道生成部
24:駆動制御部
25:位置座標変換部
26:プログラム動作部
31:インタフェース部
1: Robot system 2:
15b: Driver (servo amplifier)
16: Sensor (encoder)
20: Robot control device 21: Sensor information processing unit 22: Target position calculation unit 23: Trajectory generation unit 24: Drive control unit 25: Position coordinate conversion unit 26: Program operation unit 31: Interface unit
Claims (3)
上記ロボットアームの先端部の目標位置の入力を受けると、上記ロボットアームの先端部の現在の位置情報及び速度情報から上記ロボットアームの先端部の運動エネルギー及び移動方向を求め、それらの求めた運動エネルギー及び移動方向から上記ロボットアームの先端部が経由すべき位置を設定し、上記ロボットアームの先端部の現在位置と経由すべき位置と目標位置とを結ぶ曲線を軌道として求める軌道生成部と、
上記軌道生成部により求めた軌道に沿って上記ロボットアームの先端部が移動するように上記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする、ロボット用制御装置。 In a robot control device for controlling a robot comprising a robot arm composed of an arm unit and a drive unit that rotationally drives the arm unit,
Upon receiving the input of the target position of the tip of the robot arm, the kinetic energy and moving direction of the tip of the robot arm are obtained from the current position information and speed information of the tip of the robot arm, and the obtained motion A trajectory generator that sets a position through which the tip of the robot arm should pass from energy and a moving direction, and obtains a curve connecting the current position of the tip of the robot arm and a position to be passed through and a target position as a trajectory;
A drive control unit that controls the drive unit so that the tip of the robot arm moves along the trajectory obtained by the trajectory generation unit;
A robot control device comprising:
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