JPH0239802B2 - Robotsutonoseigyohoho - Google Patents

Robotsutonoseigyohoho

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JPH0239802B2
JPH0239802B2 JP13722582A JP13722582A JPH0239802B2 JP H0239802 B2 JPH0239802 B2 JP H0239802B2 JP 13722582 A JP13722582 A JP 13722582A JP 13722582 A JP13722582 A JP 13722582A JP H0239802 B2 JPH0239802 B2 JP H0239802B2
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JP
Japan
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robot
coordinate system
final effector
final
matrix
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JP13722582A
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Shinichi Arai
Koichi Sugimoto
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/408Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
    • G05B19/4086Coordinate conversions; Other special calculations
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/33Director till display
    • G05B2219/33263Conversion, transformation of coordinates, cartesian or polar
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数種のハンド、ツール、検出器等の
最終作用器のうち任意の最終作用器が取付可能で
あつてその最終作用器が所望の軌道を描くように
したロボツトの制御方法に関するものである。
ロボツトはその動作が自由に変化できる点が1
つの存在理由となつている。しかしロボツトは、
システム的に固有の動作機能をもつておりそれら
の組み合せにより全体の動作を変化させているの
が一般的であつた。これでは前記固有な動作機能
がロボツト使用者にとつて不都合な場合、その固
有な動作をなさしめるシステム自体を改変する必
要があり、実際には不可能であることが殆んどで
あつた。このことは、ロボツトに別の作業、役割
をさせる場合についても同様であり、従来のロボ
ツトは動作上の応用性拡張性に極めて劣るもので
あつた。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたも
ので、選択された最終作用器の種類、機能および
ロボツトへの取付部位に応じて適宜最終作用器座
標系が選択され、最終作用器が所望の軌道を描く
ようにして動作機能の応用性、拡張性をもたせた
ロボツトの制御方法を提供することを目的とす
る。
本発明は、従来ロボツトにおける制御部位を最
終作用器取付部位とし、そこに取り付けられた最
終作用器の種類、機能に応じて決定される最終作
用器座標系、換言すれば最終作用器の位置(姿
勢)を定義し、その定義された各最終作用器の位
置とロボツトの最終作用器取付部位とを座標系変
換マトリツクスで相互に一次的に関係づけ、その
マトリツクスに基づいてロボツトを動作させるよ
うにしたもので、本来ロボツトがもつている動作
機能を、ロボツト固有の部位ではなくロボツトに
取り付けられた最終作用器に応じた座標系に対し
てもたせ、これによりロボツトの動作機能に応用
性、拡張性をもたせたものである。
以下、前記座標系変換マトリツクスについて説
明する。ロボツトの基本動作にはロボツト各軸の
アクチユエータ単位の移動動作があるが、ここで
はその説明を省略し、高機能ロボツトの特徴であ
る手先の直線移動と姿勢補間の動作に関して説明
する。すなわち、高機能ロボツトには前記の動作
機能が基本的に要求され、従来から何らかの方法
でそれを実現している。
ここでは第1図に示すようにロボツトの旋回軸
にZ軸をとつた直交座標系のロボツトのシステム
上の基本静止座標系を1とする。X(i)軸、Y(j)
軸、Z(k)軸はここでの主方向であり、単位ベクト
ルの成分で表わすと、 X軸(1φφ) Y軸(φ1φ) Z軸(φφ1) である。ここで、第1図に示すようにロボツトの
手先10に同じ様な直交座標系を定義し、これを
手先座標系2と称する。この手先座標系2は前記
静止座標系1に対して距離ベクトルP→と主方向に
対する方向余弦を成分とするマトリツクスで表わ
され、その手先座標系2のX軸の主方向の単位ベ
クトルをX→R、Y軸の主方向に単位ベクトルをY→
、Z軸の主方向の単位ベクトルをZ→Rとすると、 P→=(x、y、z) X→R=(XRX、XRY、XRZ) Y→R=(YRX、YRY、YRZ) Z→R=(ZRX、ZRY、ZRZ) ∵(XRX2+(XRY2+(XRZ2=1、 |Y→R|=1、|Z→R|=1 X→R×Y→R=Z→R(外積) と成分表示できる。なお、ロボツトの姿勢(位
置)を角度で表わすか単位ベクトルの方向余弦を
成分としたマトリツクスで表わすかはロボツトの
システムにより任意に決めて差し支えないが、こ
こでは方向余弦を成分としたマトリツクスで表わ
す。
ここで、位置と方向を合わせて記号化してマト
リツクス〔L〕を 〔L〕={P→、X→R、Y→R、Z→R} と定義すると、ロボツトの位置教示はこのマトリ
ツクス〔L〕を求めることに他ならない。すなわ
ち、ロボツトの動作は、このデータであるマトリ
ツクス〔L〕の成分を他のマトリツクス〔L〕の
成分とで補間し、時間的に連続に動かして他のマ
トリツクス〔L〕の位置に移動させることであ
り、ロボツトの動作機能は、突極的に前記補間と
どのマトリツクス〔L〕の成分を選択的に変化さ
せるかで決定される。例えば手先座標系2でX→R
軸回りにロボツトの手先をθ度回転させようとす
れば、新しい姿勢をX→Ro、Y→Ro、Z→Roとしたとき
X→R=X→Roであり、X軸についてはデータは変化
させず、次式 Y→Ro=cosθY→R+(1−cosθ)(X→R・Y→R
)Y→R+sinθX→R×Y→R………(1) Z→Ro=X→R×Y→R ………(2) により他の成分を変化させればよい。
また、X→R方向にSだけ直進移動させるのは、
次式 P→o=P→+SX→R ………(3) によればよい。これは他の成分の変化であつても
同様である。
なお、第1図において、4〜9はロボツトの関
節、θ1〜θ6はそれら関節4〜9の回転方向を示
す。
次に第2図に基づいて本発明方法の具体例につ
いて説明する。第2図はロボツトの手先座標系と
最終作用器座標系の関係を示す図で、図中3は最
終作用器座標系、11はハンド、ツール、検出器
等の最終作用器である。その他は第1図と同様で
あるが、手先10は、ここでは最終作用器11の
取付部位となつている。この第2図おいて、最終
作用器11の位置成分マトリツクス〔Q〕を前述
マトリツクス〔L〕と同様にして 〔Q〕={P→Q、X→Q、Y→Q、Z→Q} と定義すると、このマトリツクス〔Q〕成分は次
で表わされる。そしてこの(4)式中のλθ1〜λθ3
λa1〜λa3、λb1〜λb3およびλc1〜λc3の各定数を
適宜定めることにより手先座標系2とは別の所望
の最終作用器座標系3を定義したことになる。ま
た、(4)式を整理し、逆に〔L〕={P→、X→R、Y→
R
Z→Rについて解くことにより、マトリツクス〔Q〕
からマトリツクス〔L〕を求めることもできる。
さて、一般に、ロボツトの動作機能は手先座標
系2について固有のシステムによつて固定化され
ており、その変更は容易ではない。しかし、前記
マトリツクス〔L〕とマトリツクス〔Q〕は同一
性質機能をもつものであり、ロボツトがもつてい
るマトリツクス〔L〕を操作する動作機能をその
ままマトリツクス〔Q〕に適用しても何ら不都合
は生じない。すなわち、第3図に示すロボツトの
動作機能を実現するフローチヤートにおいて、ス
テツプ103「(4)式の実行」を追加するだけで任
意かつ簡単ロボツトの動作機能を最終作用器11
側に変更することが可能となる。(4)式を無効に
し、ロボツトの動作機能を手先10側に戻すには
(4)式中の定数を、 λθ1〜λθ3=φ λa1=λb2=λc3=1 λa2、λa3=λb1、λb3=λc1、λc2=φ と定めればよい。
従つて、ロボツトの制御装置にステツプ103
を実行するブロツクを追加すれば、ロボツトの動
作機能を任意に変化化させることが可能となり応
用性、拡張性のあるロボツトが達成できる。
ここで、一応用例として、ロボツト手先10を
円弧運動させる方法について第2図に基づき説明
しておく。すなわち、ロボツトの手先10を点1
2を中心に円弧を描かせるには単に点12を前記
(4)式中の定数によつてマトリツクス〔Q〕に定義
し、Z→Q等の軸回りに(1)、(2)式により360゜回転さ
せるようにすればよく、他に特別な計算をするこ
となく簡単に行なわせることが可能である。
なお、第3図において100〜104は、各々
図中に記載の動作を実行するステツプを指す。
以上述べたように本発明によれば、最終作用器
が取り付けられるロボツトの部位に対し、選択さ
れた最終作用器の種類、機能に応じて決定される
最終作用器座標系を定義し、その定義された各最
終作用器座標系とロボツトの最終作用器取付部位
とを相互に一次的に関係づける座標系変換マトリ
ツクスを備え、このマトリツクスに基づいてロボ
ツトを動作させることにより、選択された最終作
用器の種類、機能およびロボツトへの取付部位に
応じて適宜座標系が選択され、最終作用器が所望
の軌道に描くようにしたので、ロボツトの動作機
能の応用性、拡張性を高めることができる。特
に、オートマチツクツールチエンジにおいては、
ツールと共に座標系を変換することにより、その
ツールに適した動きをプレイバツク時および動作
教示時にロボツトに与えることができる。また、
センサーフイードバツクについても、センサー信
号を最終作用器の座標系で定義することによつて
より簡単かつ効果的に行わせることができる等の
効果がある。しかも、これらの効果は、ロボツト
の基本システムを変更することなく座標系変換マ
トリツクスの定義を変えるだけで簡単に達成でき
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はロボツトの基本静止座標系と手先座標
系の関係を示す図、第2図は本発明方法を説明す
るためのロボツトの手先座標系と最終作用器座標
系の関係を示す図、第3図は本発明方法が適用さ
れたロボツトの動作を示すフローチヤートであ
る。 1……基本静止座標系、2……手先座標系、3
……最終作用器座標系、4〜9……関節、10…
…手先、11……最終作用器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数種の最終作用器のうち任意の最終作用器
    が取付可能のロボツトにおいて、前記最終作用器
    が取り付けられるロボツトの部位に対し、選択さ
    れた最終作用器の種類、機能に応じて決定される
    最終作用器座標系を定義し、その定義された各最
    終作用器座標系とロボツトの最終作用器取付部位
    の座標系とを相互に一次的に関係づける座標系変
    換マトリツクスを備え、ロボツトを動作させるた
    めの位置指令値を、選択された最終作用器の種
    類、機能に応じた変換マトリツクスを用いて、前
    記選択された最終作用器の位置指令値におきか
    え、この位置指令値に基づいてロボツトを動作さ
    せることにより、選択された最終作用器の種類、
    機能およびロボツトへの取付部位に応じて適宜座
    標系が選択され、最終作用器が所望の軌道を描く
    ようにしたことを特徴とするロボツトの制御方
    法。
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