JPH01187602A - ロボット制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はロボット制御方法に係り、特にロボ・ソトの基
準直交座標系におけろｘ、ｙ、ｚ軸のいずれかニ平行な
付加軸を有するシステムにおけるロボット制御方法に関
する。

〈従来技術〉 アーク溶接、スポット溶接、シーリング等の作業を行う
ロボットは、第５図に示すようにそのペースＢＳが床等
に固定され、該固定された状態でロボッ■・の各関節軸
θ１〜θ６を回転してツール（エンドエフェクタ）をワ
ークに対して教示したパスに沿って移動させて作業を行
うものである。

尚、第５図において、ｘ−ｙ−、ｚ＋、？ロボットに固
定された直交座標系でありツール中心点ＲＴの座標値（
Ｘ、Ｙ、Ｚ）を示すためのもの、Ｘ、　−Ｙ、　−Ｚ、
はツールに固定された直交座標系でありツール軸方向を
ＺＩ軸、ツール中心点Ｒアを原点とし、各軸Ｘ、、　Ｙ
、、　Ｚ、回りの回転角度（Ｐ＃　ｑＰ　’）を示すた
めのものである。

かかるロボットにおいては、ロボット動作通路を構成す
る各ブロックの始点、終点を順次関節座標系あるいは直
交座標系で教示し、自動運転時に各ブロックの始点、終
点座標値を用いて補間を行ってツールを教示された通路
に沿って移動させて溶接、シーリング作業を行わせろ。

第６図はかかる補間処理の説明図で、ブロックが直線で
あり、その始点、終点Ｐ、、、　Ｐ、の座標値が関節座
標系（θ、〜θ６）で教示されているものとしている。

かかる場合には、 （１）始点、終点の直交座標系における位置・姿勢デー
タを変換マトリクスｆを用いて次式より求め、ついで ｆｉｉｌ指令速指令速度子め与えられているサンプリン
グ時間Ｔを用いて次式 ％式％） より、サンプリング時間Ｔの間に移動する合成移動量Δ
Ｓを求め、しかる後 （ｉｉｉｌ現在位置Ｑ、−１から距離ΔＳ離れた直線上
の粗補間ポイント（目標位置）Ｑｌの位置・姿勢データ
を求め、 （Ｉψ該目標位置に対して次式 のマトリクス逆変換を施して粗補間ポイントＱ、の関節
座標値を求め、 （■）ポイントＱ＝、からＱ、迄の関節各軸のインクリ
メンタル量を求めて同時６軸補間を行って工具をポイン
トＱ１−２からＱ、迄移動させ以後、同様な処理を実行
してブロック終点Ｐ６迄工具を移動させろ。尚、教示点
が直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ、ｐ。

ＱＰ’）で教示されている場合には（１３式のマトリク
ス変換処理は不要となる。

以上は、ロボット全体が床等に固定されている場合であ
るが、直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚにおける任意の軸に平行な
付加軸を少な（とも１つ設け、該付加軸に沿ってロボッ
ト全体をワークに対して相対的に移動させる場合もある
。たとえば、第７図に示すようにロボットのベースＢＳ
をコンベヤＣＶＹに固定し、ロボット全体をＹ軸に平行
な軸（Ｙ軸）方向に移動させながら図示しないワークに
作業を施す場合、あるいはロボッ）・全体は固定するが
作業時にワークをＸ、Ｙ、Ｚのいずれかのこのように、
付加軸を有する場合には従来、（ｉｌ該付加軸をロボッ
トとは関係が無い単なる外部軸として扱ったり、 （１１）付加軸をロボットの一部とみなして扱っている
。しかし、前者の場合には、ロボットと付加軸の協調動
作ができず教示が面倒となる問題があり、しかもロボッ
ト全体とワークの相対速度が変る毎に教示し直さなくて
はならないという問題がある。

又、後者の場合には前者の欠点は無いが７自由度以上に
なり、冗長になるため座標変換が複雑になって処理時間
が長くなると共に、動作速度を高速にできないという問
題がある。

以上から本発明の目的はロボットと付加軸の協調動作が
でき、しかもロボ・ソト全体が動かない場合における変
換マトリクスと同一のマトリクスが使用でき、従って高
速処理が可能なロボット制御第１図は本発明を実現する
システムのブロック図である。

１１は多関節型ロボット、１２はコンピュータ構成のロ
ボット制御装置、１３は教示操作盤、１４は軸制御部、
１５は走行手段である。

Ｘ−Ｙ−Ｚはツール中心点ＲＴ（７）座標値（ｘ、ｙ。

Ｚ）を示すためのロボットに固定された基準直交座標系
、Ｘ、　−Ｙ、−Ｚ、はツール姿勢（ｘ、、　ｙｔ。

Ｚ、軸の回りの回転角度ｐ、ｑ、ｒ）ｉｅ示すためのツ
ール座標系である。

く作用〉 教示あるいは自動運転時に、関節座標系におけるロボッ
ト１１の関節角度（θ１〜θ６）を直交座標系における
位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　、姿勢データ（Ｔ’ｐ　ｑｐｒ）
に変換する場合には、ロボット制御装置１２；よ変換マ
トリクスｆを用いて関節角度（θ、〜θ６）を位置、姿
勢データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ。

ｐｙ　ｑｐ　ｒ）に変換し、しかる後、前記付加軸軸が
平行な軸（Ｙ軸とする）の位置データＹに該付加軸の現
在位置データｙを加算して補正しくＹ＋ｙ　４Ｙ　’　
）、位置、姿勢データを（Ｘ、Ｙ’　、Ｚ。

ｐ、ｑｐ　　ｒ）　とする。

又、直交座標系における位置、姿勢データ（ｘ。

Ｙ’　ｐ　Ｚｐ　Ｐｙ　ｑｐ　ｒ）を関節座標系におけ
るロボットの関節角度（θ１〜θ、）へ変換する場合に
は、付加軸が平行な軸の位置データＹ′から該付加軸の
現在位置ｙを減算し、しかる後直交座標系から関節座標
系にマトリクスｆ−１を用いて逆変換する。

〈実施例〉 第１図は本発明を実現するシステムのブロック図である
。

１１は関節軸θ、〜θ６を有するロボット、ｘ−Ｙ−Ｚ
はロボットに固定された直交座標系でありツール中心点
ＲＴの座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を示すためのもの、Ｘ、−
Ｙ、−Ｚ、はツールに固定された直交座標系でありツー
ル軸方向をＺ、軸、ツール中心点Ｒ□を原点とし、ツー
ルの各軸Ｘ、、　Ｙ、、　Ｚｐ回りの回転角度（Ｐ＃　
ｑｐ　ｒ）　、換言すればツール姿勢を示すためのもの
である。尚、ｐｙ　ｑｐ　ｒはＸ−Ｙ−Ｚ座標に関して
表わされていてもかまわない。

１２はロボット制御装置であり、プロセッサや制御プロ
グラムメモリ（ＲＯＭ）　、処理結果記憶用のＲＡＭ等
を有している。１３は各種教示用及び自動運転用のスイ
ッチや表示部を備えた教示操作盤、１４はパルス補間回
路やサーボ回路を備えた軸制御部、１５はロボット１１
をたとえばＹ軸に平行な軸（Ｙ軸）方向に移動させる走
行手段である。

第２図乃至第４図は本発明にかかるロボット制御方法の
処理の流れ図であり、第２図は教示時の流れ図、第３図
及び第４図は自動運転時の処理の流れ図である。尚、以
下ではＸ、Ｙ、Ｚの各軸に平行な方向に総計３本の付加
軸（ロボット走行軸）Ｘ、Ｖ、Ｚが存在するものとして
説明する。

（ａｌ教示 教示操作盤１３上の所定のスイッチ操作により、ロボッ
ト制御装置１２は走行手段１５を駆動し、これによりロ
ボット１１を各付加軸方向に移動させ、所定の位置（Ｘ
ｐＹｐｚ）に停止させる。しかる後、ロボット１１の関
節各軸を手動送り（たとえばジ璽グ送り）してツール中
心点ＲＴをポイントＰ、　（図示せず）に位置させると
共にツールの姿勢を所定の方向に向けさせ、この時の関
節各軸の回転角及び付加軸位置（θ、〜θ６．ｘ、ｙ、
ｚ）を内蔵のＲＡＭに記憶する（ステップ１０１）。

ついで、ロボット制御装置１２は次式 により、変換マトリクスｆを用いてロボット１１の関節
角度（θ、〜θ６）を直交座標系における位置・姿勢デ
ータ（Ｘ＃　Ｙｐ　Ｚｚ　ｐ、ｑｐ　ｒ）に変換する（
ステップ１０２）。尚、ステップ１０２は再生時に各ブ
ロックの最初に行ってもかまわない０ しかる後、付加軸軸が平行な軸の位置データＸ。

Ｙ、Ｚにそれぞれ該付加軸の現在位置データＸ。

Ｙｐ　ｚを加算（Ｘ＋Ｘ４Ｘ’　、Ｙ＋ｙ→Ｙ’　、ｚ
＋Ｚ−４Ｚ’）Ｉ、て補正する（ステップ１０３）。

このステップ１０３も再生時に各ブロックの最初に行っ
てもかまわない。

Ｘ’　、Ｙ’　、Ｚ’が求まればロボット制御装置１２
（よ教示ポイントＰ、の直交座標系におけろ位置・姿勢
データを（Ｘ’　、Ｙ’　、Ｚ’　、ｐ、ｑ、ｒ）とし
てロボット制御プログラムを作成して−ＲＡＭに記憶す
る（ステップ１０４）。

しかる後、全ポイントの教示が終了したかチエツクしく
ステップ１０５）、終了してなければ次の教示ポイント
に対してステップ１０１以降の処理を繰り返し、全ポイ
ントの教示が終了していれば教示操作を終える。

（ｂ）自動運転（再生運転） ロボット制御プログラムがＲＡＭに記憶されている状態
において、再生運転の起動が掛かればロボット制御装置
１２は１→１とすると共に（ステップ２０１）、第１ブ
ロツクのロボット制御データを読み取る（ステップ２０
２）。

ついで、ロボット制御データがプログラムエンドかチエ
ツクしくステップ２０３）、プログラムエンドであれば
再生運転を終了し、プログラムエンドでなければ通路デ
ータ（ポイントデータ）かチエツクしくステップ２０４
）、通路データでなければ所定の処理を行い（ステップ
２０５）、以後ｉ　＋　１→ｉによりｉを歩進しくステ
ップ２０６）ステップ２０２以降の処理を繰り返す。

一方、ステップ２０４において、ロボット制御データが
通路データ（ポイントデータ）であれば、該ポイントを
ブロック終点とした補間処理を行ってロボット関節各軸
を回転させてツールを移動させる（ステップ２０７）。

第４図はこのステップ２０７におけろ補間処理ルーチン
の流れ図である。

すなわち、ポイントデータが　（ｘ’　、ｙ’　。

Ｚ’　ｐ　Ｐｐ　Ｑｐ　’）であれば、ロボット制御装
置１２はロボット制御プログラムより指令されている移
動速度Ｆと、予め与えられているサンプリング時間Ｔを
用いて次式 ％式％ より、サンプリング時間Ｔの間に移動する合成移動量Δ
Ｓを求め、しかる後現在位置から距離ΔＳ離れた直線上
の粗補間ポイントの位置・姿勢データ　（ｘ’　、ｙ’
　、ｚ’　、ｐ、ｑ、ｒ）を求める（ステップ３０１）
。

ついで、各付加軸の移動速度をＦｘ、　Ｆ、、　Ｆ２、
付加軸の現在位置をｘ、ｙ、ｚとすれば次式％式％ により粗補間ポイントにおける付加軸の位置を求める（
ステ・ツブ３０２）。

しかる後、ロボット制御装置１２は、付加軸軸が平行な
軸の粗補間点の位置データＸ　／　、　Ｙ　／。

Ｚ′からそれぞれ付加軸の位置データＸ、　ｙ、Ｚを減
算ｌ、（Ｘ’−Ｘ４Ｘ、Ｙ’−ｙ−ｅＹ、Ｚ’　−ｚ−
Ｚ）、位置、姿勢データ（ｘ、Ｙ、Ｚ、ｐ。

ｑｐ　　’）に対して次式 のマトリクス逆変換を施して粗補間ポイントの関節座標
値（θ１．θ２．θ３．・・θ６）を求め（ステップ３
０３．３０４）　、以後現在位置から粗油間ポイント迄
の関節各軸のインクリメンタル量（Δθ０．Δθ２゜Δ
θ３．・・・・Δθ６）を求めてこれらを軸制御部１４
に入力し、関節６軸のパルス補間演算を実行させ（精神
間）、分配パルスに基づいて関節各軸用のモータを回転
させる。これと同時に各付加軸をＦｘ。

Ｆｖ、　Ｆ２で駆動させることによりロボット全体を移
動させ工具を粗補間ポイント迄移動させる（ステップ３
０５）。

以後、ブロック終点に到達する迄ステップ３０１以降の
処理を繰り返し最終的に工具をブロック終点迄移動させ
る（ステップ３０６）。そして、ブロック終点に到達す
れば第３図におけろステップ２０６以降の処理を繰り返
す。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば１、ロボットと付加軸の協調動作が
でき、しかも付加軸が無い場合における変換マトリクス
と同一のマトリクスが使用でき、従って変換処理に要す
る時間を従来方法に比べて短縮でき、高速移動も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実現するシステムのブロック図、 第２図は教示処理の流れ図、 第３図及び第４図は自動運転処理の流れ図、第５図は多
関節ロボットの外観図、 第６図はロボット全体が固定されている場合におけろ補
間処理説明図、 第７図はロボット全体が移動する場合の説明図である。 １１・・多関節型ロボット、 １２・・ロボット制御装置、 １３・・教示操作盤、 １４・・軸制御部、 １５・・走行手段 特許出願人　　　　　　　　ファナック株式会社代理人
　　　　　　　　　　弁理士　　Ｉｌ藤千幹第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットの基準直交座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸のいず
   れかに平行な付加軸を少なくとも１つ有し、該付加軸に
   沿ってロボット全体がワークに対して相対的に移動する
   システムにおけるロボット制御方法において、 関節座標系におけるロボットの関節角度から直交座標系
   における位置、姿勢データを求める場合には、変換マト
   リクスを用いて関節角度を位置、姿勢データに変換し、
   しかる後、前記付加軸が平行な軸の位置データに該付加
   軸の現在位置データを加算して目的とする位置、姿勢デ
   ータを求め、直交座標系における位置、姿勢データから
   関節座標系におけるロボットの関節角度を求める場合に
   は、付加軸が平行な軸の位置データから該付加軸の現在
   位置を減算し、しかる後減算して得られた位置、姿勢デ
   ータを関節角度に変換することを特徴とするロボット制
   御方法。