JPH02287705A - 姿勢制御装置 - 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】 発明の要点 姿勢制御すべき面と基準面との間の距離を表わすデータ
を距離センサから得、この距離情報に基づいてファジィ
推論によって姿勢制御すべき平面を基準面に対して一定
の姿勢（距離、傾き角）となるよう制御する。

発明の背景 技術分野 この発明は、姿勢制御すべき面を他の任意の面（以下基
準面という）に対して一定の姿勢（一定の距離、一定の
傾き角）に保つための装置に関する。

従来技術とその問題点 溶接ロボッＩ・や塗装ロボットにおいては、均一な溶接
や塗装を施すために１・−チやノズルを対象面に対して
垂直または所定の角度に保つようトーチやノズルを姿勢
制御する必要がある。すなわち、トーチやノズルを法線
とする平面を考えたときにこの平面が基準面と平行また
は一定角度をなす必要がある。

従来は、このような姿勢制御のためにワークの形状をあ
らかじめロボットにティーチングしたり、ワークのＮＣ
加工データから姿勢制御情報を作成するなどの方法がと
られている。しかしながら、このような従来の方法では
ワークの形状が変化するごとにティーチングやＮＣデー
タの加工が必要である。とくに多品種少量生産のライン
においてはこのような作業が頻繁に必要となるので。

溶接工程や塗装工程などを自動化したメリットが生かさ
れないという問題があった。

発明の概要 発明の目的 この発明は、比較的簡単な構成でかつ比較的迅速に姿勢
制御すべき平面を基準の平面に対して一定の姿勢（距離
、角度）に保つことのできる装置を提供することを目的
とする。

発明の構成と効果 この発明は、姿勢制御すべき面を基準面に対して一定の
姿勢に保つための装置であり、少なくとも一方向に動き
うる上記姿勢制御すべき平面を同方向に動かすための駆
動手段、姿勢制御すべき面と上記基準面との間の距離に
関する情報を作成する手段１作成された距離に関する情
報を用いて所定のルールにしたがって、姿勢制御すべき
面を上記基準面に対して一定の姿勢に保つようにするた
めに、上記駆動手段を制御すべき量を演算する推論手段
、および上記推論手段による推論結果に基づいて上記駆
動手段を制御する手段を備えていることを特徴とする。

この発明によると、姿勢制御すべき平面を基準平面に対
して一定の姿勢（一定の距離もしくは一定の傾き角また
はこれらの両方）に保つことができる。しかもファジィ
推論を行ない、その推論結果に基づいて制御しているの
で比較的簡単なルールを設定するだけで容易に姿勢制御
すべき平面の姿勢を制御することができる。また、ファ
ジィ推論装置をそれ専用のアーキテクチャをもつものに
よって実現した場合にはディジタル・コンピュータやそ
の他のディジタル制御系と比較して高速とすることが可
能であるので、高速応答が達成てきることとなる。

したがって、この発明を溶接ロボットや塗装ロボットに
適用すればワークの形状にかかわらずトーチやノズルを
基準面に対して常に垂直または所定角度に保つなどの制
御を比較的容易に実現することができる。これにより従
来ではワークが変わるごとに必要であったティーチング
やＮＣデータの加工などが不要となるので、溶接や塗装
などの作業効率が向上することとなる。

実施例の説明 以下この発明を姿勢制御すべき平面を基準面に対して平
行かつ一定距離に保つ実施例について説明する。

第１図は姿勢制御装置の全体構成を示すものである。

平面４が姿勢制御すべき平面であり、この平面４が固定
された対象面（基準面）５に対して平行となりかつ一定
距離を保つように制御される。平面４はたとえばロボッ
トのアームまたはこれに垂直な面であり、基準面５はワ
ーク等の表面である。基準面は平面でなく曲面でもよい
。平面４は第２図に示すように水平軸のまわりを回転さ
せる第１の回転機構７と垂直軸のまわりを回転させる第
２の回転機構８によって２方向に回転自在に支持されて
いる。第１の回転機構７はモータＭ１によって駆動され
、第２の回転機構８はモータＭ２によって駆動される。

第１の回転機構７による平面４の回転角をθ　、第２の
回転機構８による平面４の回転角をθ　とする。回転角
θ　、θ２の原点位置は適宜定められている。

また平面４の法線に沿って平面４を平行に移動させる直
進機構６が設けられている。この直進機構６はモータＭ
３によって駆動され、その移動方向の位置をｙとする。

位置ｙの原点位置も適宜定められている。

これらのモータＭ　　、Ｍ　　、Ｍ　　はそれぞれ速度
制御を行なうモータ・コントローラー３．２３．３３に
よって別個に制御される。

さらに平面４上には異なる３位置に距離センサー、２お
よび３が設けられている。これらの距離センサー、２お
よび３はそれぞれの設けられている平面４上の位置から
対象面５までの距離を計測するものである。それぞれの
距離センサー、２および３によって測定される対象面５
までの距離をり、Ｌ２．Ｌ３とすれば、平面４と対象面
５■ が平行である条件は、Ｌ−Ｌ＝０かつＬ２Ｌ８＝Ｏであ
る。この条件は第１の回転機構７および第２の回転機構
８をそれぞれ制御することによって満たすことができる
。

また、実用的には平面４と対象面５との間の距離を一定
に保つ、または適当な距離（変化してもよい）になるよ
うに制御するということが必要である。この場合は平面
４の位置ｙを制御することによりそれを達成することが
できる。この制御は直進機構６により行なうことができ
る。

平面４から対象面５までの距離を表わす距離センサ１，
２および３から出力される信号のうち。

距離センサ１の出力信号は距離差計測装置２１および距
離測定装置３１にそれぞれ与えられる。距離センサ２の
出力信号は距離差計測装置１１および距離差計測装置２
１にそれぞれ与えられる。また距離センサ３の出力信号
は距離差計ｆｌｌｌ＋装置１１に与えられる。

これら計測装置１１．２１．３１は各距離センサからの
出力信号に基づいて平面４と対象面５に関する次の距離
データを作成する。すなわち距離差計測装置１１は距離
Ｌ　と距離Ｌ３との差のデータＸ１を　距離差計測装置
２１は距離Ｌ　と距離Ｌ２との差のデータＸ２をそれぞ
れ作成する。また距離旧制装置３１は距離Ｌ　を表わす
データｘ３を作成すす る。

距離差データＸ１に関していうと、このデータｘ１はフ
ァジィ推論装置１０に与えられる。また距離差データＸ
　の変化分交、が微分手段１２で求められ、この変化分
量、ちまたファジィ推論装置１０に入力する。位置デー
タＸ１がアナログ信号で表現されているときには微分手
段１２は通常の微分回路で実現される。サンプリングさ
れたディジタル量として表現されているときには前回の
位置ブタと今回の位置データとの偏差が変化分Ｘ１とな
る。したがってこの場合には微分手段は偏差を算出する
ディジタル演算回路で実現される。もっともこの偏差算
出処理は距離差計測装置１１にＣＰＵを含ませておけば
そのソフトウェア処理によっても達成できる。

距離差データＸ２についても同じように、微分手段２２
によってその変化分交、が求められ１両データｘ、ｘ２
がファジィ推論装置１０に与えられる。

さらに距離データＸ３についても同じように。

微分手段３２によってその変化分量、が求められ。

両データＸ　、☆　がファジィ推論装置１０に与えられ
る。

ファジィ推論装置１０はファジィ推論ないしはファジィ
演算を実行するもので、ファジィ・コンピュータ、ファ
ジィ◆コントローラ、ファジィ推論デイバイス、ファジ
ィ推論演算装置等といわれるものである。これは、ファ
ジィ推論のための専用デイバイス（アナログ・タイプ、
ディジタル・タイプを問わず）（たとえば「日経エレク
トロニクスＪ　１９８７年７月２７日、第１４８頁〜第
１５２頁１日経マグロウヒル社を参照）のみならず、フ
ァジィ推論を実行するようにプログラムされたバイナリ
イ・タイプのコンピュータ、プロセッサ等によっても実
現できるのはいうまでもない。

ファジィ制御装置１０は３つのファジィ制御を独立に行
なうものであり　その１つはｘ、、交。

を入力とするモータＭ　の制御、その２はＸ　２　。

灸、を人力とするモータＭ２の制御、その３はｘ３．交
３を入力とするモータＭ３の制御である。

これらのファジィ制御に関して　モータＭ１の制御のた
めの構成、動作ないしは機能について説明する。

ファジィ推論装置１０は入力するデータＸ１交１に基づ
いて所与のルールにしたがってファジィ推論を行ない２
モータ・コントローラー３ニ与えるべき速度指令θ１を
導き出す。このルールはいわゆる　Ｉｆ、　ｔｈｅｎ　
　（もし、ならば）ルールといわれるもので、たとえば
次のようなルールを含む。

（ルール１） もしくＩｆ）ｘｔが負で中くらいの値でかっＭｌが零で
あるならば（ｔｈｅｎ）速度θ１を正の中くらいの値に
せよ このルール１は次のように簡略化して表現される。

Ｈｘ、　−ＮＭ　ａｎｄ　　鮨−ＺＲ。

ｔｈｅｎ　θｌ−ＰＭ 他の代表的ないくつかのルールを挙げれば次のようにな
る。

（ルール２） Ｉｆ　ｘｌ−ＮＳ　ａｎｄ　　鮨−ＮＳ。

ｔｈｅｎ　θ１−ｐｓ （ルール３） Ｉｆ　ｘ、　−ＮＳ　ａｎｄ　　稍−ＰＳ。

ｔｈｅｎ　θ１−ＺＲ これらのルールの例が第３図に表の形で表現されている
。縦方向にＸｌが、横方向にう１がそれぞれ配列され、
それらが交差する欄にθ１が示されている。ここてＮＬ
は負の大きな値、ＮＭは負の中くらいの値、ＮＳは負の
小さな値、ＺＲはほぼ零、ＰＳは正の小さな値、ＰＭは
正の中くらいの値、ＰＬは正の大きな値をそれぞれ表わ
している。第３図において正（Ｐ）および負（Ｎ）は変
数（Ｘ１＋Ｘ１＋　　０１）の軸の方向に応じて設定さ
れるので、軸が反対向きに設定されればＰとＮは交換さ
れる。

これらの言語表現はメンバーシップ関数によって表わさ
れる。Ｘ　および交１のメンバーシップ■ 関数が第４図に、θｌのメンバーシップ関数が第５図に
それぞれ示されている。これらの図において、横軸はＸ
ｌ’　　１’　θ１等の変数を表わし、縦軸はこれらの
変数が上記言語表現ＮＬ。

ＮＭ等によって表わされるファジィ集合に属する度合（
グレード）を表わしている。

ファジィ処理装置１０において、与えられる入力Ｘ　ｔ
　＋　　Ｘ　ｉが設定された各ルールの対応するメンバ
ーシップ関数に適合する度合が求められる。各ルールに
おいて、Ｘ　とＸｌの適合度の小さい方が選択され（Ｍ
ＩＮ演算）、この選択された適合度によってそのルール
のθｌに関するメンバーシップ関数が裁断される。これ
らの裁断されたすべてのルールのθ１に関するメンバー
シップ関数が重ね合わされて（ＭＡＸ演算）、最終的な
メンバーシップ関数が得られる。最終的なメンバーシッ
プ関数のたとえば重心を求めることにより確定した速度
指令θ１が得られ、これがモータ・コントローラー３に
与えられる。

以上はＭＩ　Ｎ−ＭＡＸ演算規則にしたがうファジィ推
論の説明であるが、もちろん他の演算規則にしたがうフ
ァジィ推論を行なうことも可能である。またメンバーシ
ップ関数は第４図、第５図に示すように三角形状のもの
に限らず、任意の形のものが採用されうる。さらにメン
バーシップ関数やルールは制御結果等に応じて適宜変更
ないしは修正可能である。

ファジィ制御装置１０に入力する他の距離差データＸ、
交２においても同じように、第３図に示すルール、第４
図および第５図に示すメンバーシップ関数を用いてファ
ジィ推論が行なわれ。

モータ・コントローラ２３に対する速度指令θ２が得ら
れる。

これらの速度指令θ　、θ　に応じてコント０−ラ１３
．　２３がモータＭ　　、Ｍ　　を制御する結果、平面
４が対象面５に対して平行となるように、すなわちＬ　
　−Ｌ　　＝ＯかつＬ２−Ｌ３＝０となるように駆動制
御される。

さらにファジィ制御装置１０に入力する距離データｘ　
、灸　においても同じように、第３図に示すルールにし
たがい、第４図および第５図に示すメンバーシップ関数
を用いてモータ・コントローラ３３に対する速度指令９
が推論される。そしてこの指令９に応答してコントロー
ラ３３によってモタＭ３が制御されることにより、平面
４と対象面５との距離か常にほぼ一定となるように平面
４の位置が変更される。

上記のθ　とθ　、ｙの制御はファジィ推論装置２ 置１０において時分割で行なうようにしてもよい。

また、それぞれ別個のファジィ推論装置を用いることに
よって３つの制御対象θ　、θ　、ｙをそれぞれ別個に
制御するようにすることも可能である。

専用のアーキテクチャをもつファジィ推論装置は一般に
ディジタル・コンピュータやその他のディジタル制御系
と比較して高速であるので、対象面の傾き等の変化が高
速であっても追随することができる。

上述の説明においては平面４を対象面５に対して平行と
する実施例について説明したが、この発明は平面４と対
象面５とを平行とする場合に限らず、平面４を対象面５
に対して一定の角度を保つようにすることもできる。こ
の場合には上述の距離差Ｌ　　　Ｌ２およびＬ２−Ｌ３
を所定の定数に保つようなルールを作成して上述と同じ
ようにファジィ推論を行なうようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すもので、姿勢制御装置
の機構的および電気的構成を示す構造およびブロック図
である。 第２図は姿勢制御すべき平面の駆動機構を示す図である
。 第３図はファジィ推論のためのルールをまとめて表わし
たものである。 第４図および第５図はそれぞれ入力および川内のメンバ
ーシップ関数を示すグラフである。 １．２．３・・・距離センサ。 ４・・・平面（姿勢制御すべき面）。 ５・・・対象面（基準面） ６・・・直進駆動機構。 ７．８・・・回転駆動機構１ １０・・・ファジィ推論装置。 １１、２１・・・距離差計４１り装置。 １２、２２．３２・・・微分手段。 １３、２３．３３・・・モータコントローラ。 Ｍ、Ｍ、Ｍ３・・・モータ。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 姿勢制御すべき面を基準面に対して一定の姿勢に保つた
   めの装置であり、 少なくとも一方向に動きうる上記姿勢制御すべき面を同
   方向に動かすための駆動手段、 姿勢制御すべき面と上記基準面との間の距離に関する情
   報を作成する手段、 作成された距離に関する情報を用いて所定のルールにし
   たがって、姿勢制御すべき面を上記基準面に対して一定
   の姿勢に保つようにするために、上記駆動手段を制御す
   べき量を演算する推論手段、および 上記推論手段による推論結果に基づいて上記駆動手段を
   制御する手段、 を備えた姿勢制御装置。