JPH02212087A - ロボットアーム制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、非定常作業を行うロボットアーム（以下アー
ムと呼ぶ）の位置制御を行うアーム制御装置に係る。

（従来の技術） 非定常作業を行うアームの自動制御は困難であるため、
従来はマスタースレーブマニピュレータ等によって作業
員が遠隔で操作していた。しかしながら、遠隔操作によ
ってアームを所要の位置に所要のタイミングで移動させ
ることは非常に難しいので、作業員に非常な負担がかか
り何等かの改善が要望されていた。

そこで、アームの先端を目標の位置まで移動させること
だけを自動化することが考えられている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、多関節アームの先端の位置を制御するには、
先端の位置座標からアームの姿勢を算出し、関節角を計
算によって求める方法がある。しかしながら、この方法
では三角関数等による複雑な計算が必要であり、計算時
間も長く必要とする。

その上、目標点の座標を精密、正確に指示してやる必要
がある。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので。

複雑且つ長時間を要する計算を行うことなく、シかも目
標点の大体の座標を指示すれば、アームの先端をその位
置へ移動させることができるアーム制御装置を提供する
ことを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のアーム制御装置は、ロボットアームの先端およ
び目標点を撮像するＴＶカメラと、このＴＶカメラによ
って得られた情報から前記アーム先端と目標点の座標を
求める画像処理装置と、前記座標情報を制御用計算器に
入力する通信インターフェースと、前記アームの関節の
センサにより検知した関節の角度情報を前記制御用計算
器に入力するインターフェースと、前記座標情報と前記
角度情報とからアームの関節の制御量を推論によって求
めるＣＰＵと、前記推論を行う際に使用するメンバーシ
ップ関数、制御ルール、計算手順を記述したＲＯＭと、
前記ＣＰＵが計算を行う時にデータを記述するためのＲ
ＡＭと、アームの関節のアクチュエータを駆動するため
のインターフェースと、外部指令用操作卓とを具えたも
のにおいて、前記関節の角度の制御量をファジィ推論に
よって決定するようにしたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明アーム制御装置においては、ＣＰＵは
アーム先端の座標と目標点の座標とから、アーム先端が
目標点に到達するために辿るべき軌道を求める１次いで
、前記軌道上に現在のアーム先端からの距離が成る一定
の短い！ｊｐ！ｓとなるようなサブゴールを設定する。

さらに、このサブゴール位置とアーム先端の位置から先
端を動かすべき方向を求める。この情報と各関節の関節
角に関する情報とを入力として、ファジィ推論によりそ
れぞれの関節について動かす大きさを求め、各関節のア
クチュエータに向けて出力する。このような制御をサブ
ゴールを次々と設定することによって繰り返し、最終的
にアームの先端を目標点に到達させる。

（実施例） 第１図は本発明一実施例の全体構成を示す模式図である
。この図において、ファジィ推論を行うセントラルブロ
セッシングユニット（以下ＣＰＵと呼ぶ）１と、前記フ
ァジィ推論を行うのに用いる入出力用メンバーシップ関
数、制御ルール、計算手順を記憶するＲＯＭ２と、計算
を行う際にデータを記述するランダムアクセスメモリ（
以下ＲＡＭと呼ぶ）３とがマルチパス４にそれぞれ接続
されている。また、アームＲＡは基台Ａ、第１関節に１
、第１アーム部材Ｂ、第２関節に８、第２アーム部材Ｃ
１この第２アーム部材の先端の指部Ｆとからなる。而し
て、ＴＶカメラ５はアームＲＡの先端の指部Ｆと目標点
とを撮像するものであり。

このＴＶカメラによって得られた情報からアームＲＡ先
端と目標点の座標を求める画像処理装！６は、入力用、
出力用の通信インタフェース７．８を介してマルチパス
４に接続されている。

また、前記第１、第２関節にいに２には図示省略の関節
角センサがそれぞれ設けられ、それ等の検出値すなわち
各関節に関する角度情軸をＣＰＵ１に入力するためのイ
ンタフェース９が前記マルチパス４に接続されている。

ＣＰＵＩが算出した計算値はマルチパス４に接続したイ
ンターフェース１０を介して、各関節にいに２の図示省
略のアクチュエータに印加される。なお１画像処理装置
６、従ってアームＲＡの起動、停止命令は操作卓１１に
よって作業員が行う。

以下、前記説明した実施例の作動につき説明する。制御
の全体的な流れは次の通りである。先ず、ＴＶカメラ５
がアームＲＡの先端と目標点とを撮像する０画像処理装
置６は前記ＴＶカメラ５からの画像データによりアーム
ＲＡ先端と目標点との距離を求め、これを通信インター
フェース７．８を介しマルチパス４を介してＣＰＵＩに
送り込む。

また、各関節に、、に、の図示省略の関節角センサの角
度情報もインターフェース９を介し、マルチパス４を介
してＣＰＵＩに送り込まれる。　ＣＰｔＪｌはＲＯＭ２
に記憶されているメンバシップ関数と制御ルールとによ
って推論を行って各関節の関節角の制御量を求め、イン
ターフェース１０を介して各関節にいに、の図示省略の
アクチュエータに出力する。

上記のようにして得られたアームＲＡ先端と目標点の位
置座標および関節角から１次のようにしてファジィ推論
によって操作量が求められる。ＲＯＭ２にはいくつかの
制御ルールを記憶させておく、これ等の制御ルールは「
現在の関節角がどのくらいで、アームＲＡの先端を何方
の方向に動かしたいのであれば、どの関節をどのくらい
動かせ」と云った形態のものとする。さらに、ＲＯＭ２
内には関節角の大きさ、アームＲＡ先端を動かす方向、
それを動かす大きさについてそれぞれメンバーシップ関
数が記憶させである。

ＣＰＵＩは先ずアームＲＡの先端の座標と目標点の座標
とから、現在のアームＲＡ先端が目標点に到達するため
に辿るべき軌道を求める０次いで。

前記軌道上に現在のアームＲＡ先端からの距離が成る一
定の短い距離となるようなサブゴールを設定する。さら
に、このサブゴール位置とアームＲＡ先端の位置からア
ームＲＡの先端を動かすべき方向を求める。この情報と
各関節の関節角に関する情報とを入力として、ファジィ
推論によりそれぞれの関節について動かす大きさを求め
、各関節のアクチュエータに向けて出力する。このよう
な制御をサブゴールを次々と設定することによって繰り
返し、最終的にアームＲＡの先端を目標点に到達させる
。

なお、メンバーシップ関数を定める際に、初めは人間の
感覚で認識できる程度のものとしておく。

而して、学習によってその精度を高めていく、それは次
のようにしてなされる。すなわち、ＣＰＵ１からの出力
によって各関節を動かした後、アームＲＡの先端の位置
と前記設定したサブゴールの位置との比較、アームＲＡ
が実際に辿った軌跡と前記設定された軌道との比較を行
い、それ等のずれを予め設定した基準値と比較してＣＰ
ＵＩの出力値の評価を行う、評価値の良かった場合には
メンバーシップ関数はそのままとし、悪かった場合には
その出力値を算出するにあたり使用した制御ルールの中
で最も関与が大きかったものの、例えば出力用メンバー
シップ関数を変更する。

第２図は上記の学習によるメンバーシップ関数の変更に
ついて説明する線図である。この図において、アームＲ
Ａの現在の姿勢がＰＫで、動かすべき方向がｄにである
とする入力があった時に。

ファジィ推論による出力値がｍにとなり、その結果アー
ムＲＡの動いた方向がｄＫｊとなったとする。

この場合において、「もし姿勢がＰｌで、方向がＤｌで
あるならば、出力はＭｌにせよ」というルールが最も大
きく関与していたとする。前記のＰＬ、Ｄｉ、Ｍｌはそ
れぞれメンバーシップ関数の名称である。

第２図に示すように、アームＨＡの実際に動いた方向が
ｄＫｊの前提の方向Ｄ１に対するメンバーシップ値はｗ
８１である。そこで、ＣＰＵＩの出力値ｍｇのメンバー
シップ値がＷ、に’となるように、メンバーシップ関数
Ｍ１を横軸方向に変化させる。

この操作を繰り返し、変化させる量が成る程度以下とな
ったら収束したとみなし、操作を終了する。

上記のようにして制御を行う前に何回かの学習を行わせ
、制御対象に最適なメンバーシップ関数を設定すること
ができるから、アームＲＡのより正確な制御を行うこと
ができる。

なお１本発明は上記実施例のみに限定されない。

例えば３関節以上の多関節アームについて適用すること
も可能である。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明のロボットアーム制御装
置においては、三角関数等の複雑な計算を行うことなく
、短時間の計算によってアーム先端を目標点にもたらす
ことができる。また１本発明の制御装置はファジィ制御
を行うものであるから、目標点の位置を正確に指示して
やる必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の全体構成を示す模式図、第２
図は学習によるメンバーシップ関数の変更について説明
する線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームの先端および目標点を撮像するＴＶカメ
   ラと、このＴＶカメラによって得られた情報から前記ア
   ーム先端と目標点の座標を求める画像処理装置と、前記
   座標情報を制御用計算器に入力する通信インターフェー
   スと、前記アームの関節のセンサにより検知した関節の
   角度情報を前記制御用計算器に入力するインターフェー
   スと、前記座標情報と前記角度情報とからアームの関節
   の制御量を推論によって求めるＣＰＵと、前記推論を行
   う際に使用するメンバーシップ関数、制御ルール、計算
   手順を記述したＲＯＭと、前記ＣＰＵが計算を行う時に
   データを記述するためのＲＡＭと、アームの関節のアク
   チュエータを駆動するためのインターフェースと、外部
   指令用操作卓とを具えたものにおいて、前記関節の角度
   の制御量をファジィ推論によって決定するようにしたこ
   とを特徴とするロボットアーム制御装置。