JPH03121786A - マニピュレータの制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボット等に用いられ、マニピュレータ
が取付けられた基部の動作によってマニピュレータ本体
が移動するマニピュレータの制御装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

Ａ常マニピュレータはマニピュレータ取付部に固定され
た座標系でマニピュレータ先端に取付けられたハンドが
指定された位置・姿勢となるように制御する。マニピュ
レータ取付部に固定される位置関係にある座標系を以下
にマニピュレータ座標系とする。

第２図は従来のマニピュレータ制御装置の一例を示す図
であって、マニピュレータ座標系（ＯＩＩｌ。

Ｘ　ｍ　＋　Ｙ　ｍ　＋　Ｚ　ｍ　）で指定されたハン
ドの位置や姿勢データを元に、制御装置はいわゆる逆変
換の演算を行ってマニピュレータの各関節の角度を算出
し、各関節を駆動するモータを制御してマニピュレータ
に所望の動作をさせるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし第２図に示すようにマニピュレータ１１が基部１
２上に取付けられ、基部駆動装置１３によって図示のよ
うに■方向に移動可能な装置においては、基部１２が移
動するとマニピュレータ座標系も同時に移動するため、
マニピュレータ１１の作業対象が同じ位置であっても、
基部１２の移動により異なった位置データによって動作
位置や姿勢となるよう制御する必要がある。

例えばマニピュレータの動作位置の教示を行うときには
、基部１２の位置が変われば同一の作業位置であっても
夫々の基部１２の位置でマニピュレータ座標系の位置が
異なるため、夫々の基部の位置でマニピュレータの動作
位置教示を行う必要があった。

本発明はこのような基部が移動するマニピュレータの制
御装置の問題点に鑑みてなされたものであって、基部が
動作しマニピュレータ本体が移動しても作業対象に固定
された座標系でマニピュレータ先端の動作目標位置を指
定できるようにすることを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願の請求項１の発明は第１図に示すように、マニピュ
レータ１１と、該マニピュレータが取付けられ移動自在
の基部１２とを動作制御するマニピュレータの制御装置
であって、マニピュレータ先端の動作目標位置を指定し
てマニピュレータの動作指令を行うマニピュレータ指令
手段１と、基部の動作目標位置を指定して基部の動作指
令を行う基部動作指令手段２と、マニピュレータの作業
対象に固定された座標系からマニピュレータの取付部に
固定されたマニピュレータ座標系に変換するためのパラ
メータを設定するパラメータ設定手段３と、パラメータ
設定手段より設定されるパラメータを記憶するパラメー
タ記憶手段４と、マニピュレータ指令手段により得られ
る動作目標位置を記憶された変換パラメータに従って座
標変換する座標変換手段５と、座標変換されたマニピュ
レータ座標系で示されるマニピュレータ先端の動作目標
位置データに従ってマニピュレータの動作制御を行うマ
ニピュレータ制御手段６と、基部動作指令手段からの動
作指令に従って基部動作を行うと共に、その動作目標位
置に従って座標変換手段に用いられる変換パラメータを
更新する基部制御手段７と、を有することを特徴とする
ものである。

又本願の請求項２の発明はこれらに加えて、基部制御手
段の変換パラメータの更新に用いられる、基部の基本位
置に対するマニピュレータの取付部に固定される座標系
データ、基部の基本位置オフセット、基部の動作方向ベ
クトル、及び基部動作の単位移動量を設定、記憶する基
部パラメータ設定手段８を有することを特徴とするもの
である。

又本願の請求項３の発明は基部制御手段を基部パラメー
タ設定手段による基部の動作目標位置に従ってパラメー
タを更新するか否かを判別するフラグを有することを特
徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本願の請求項１の発明によれば
、マニピュレータ指令手段によってマニピュレータの動
作指令を行い、基部制御手段によって基部の動作指令を
行っている。基部制御手段は基部の動作を行うと共にそ
の動作目標位置に従って座標変換時に用いられる変換パ
ラメータを更新しており、そのパラメータが設定され記
憶されている。従ってマニピュレータの動作指令を元に
変換パラメータに従って座標変換を行い、マニピュレー
タ座標系でのマニピュレータの動作目標位置を算出して
マニピュレータを制御するようにしている。

又本願の請求項２の発明では、変換パラメータの更新に
用いられる種々のデータを基部パラメータ設定手段より
更新できるようにしている。更に本願の請求項３の発明
では、パラメータの更新の有無を任意に選択できるよう
にしている。

〔実施例〕

次に本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明す
る。第２図は本発明のマニピュレータ制御装置で制御さ
れるマニピュレータの一例を示す外観図である。本図に
おいてマニピュレータ１１は例えば第３図に示すような
軸構成を有し、６自由度の垂直多関節マニピュレータと
する。このマニピュレータ１１は基部１２上に取付けら
れている。基部１２は図示のように基部駆動装置１３に
よって■方向に移動するように制御される。

この基部の動作を制御する制御装置及びマニピュレータ
の各軸の制御装置は第４図にその構成を示すように、パ
スライン１４に接続された中央制御ユニット１５．演算
ユニット１６．基部制御ユニット１７を有しており、又
演算ユニット１６にはサーボユニット１８が接続されて
いる。各ユニットは夫々ＣＰＵ２１〜２４．メモリ２５
〜２８及び内部バスと外部の入出力装置とのデータ伝送
を行うＩ１０インターフェース２９〜３２が夫々設けら
れる。又演算ユニット１３及び基部制御ユニット１７と
パスライン１４との間には夫々２ポー１−ＲＡＭ３３．
３４が設けられる。基部制御ユニット１７は更に基部駆
動装置１３のモータに駆動電流を与えるためのＰＷＭ回
路３５と、基部の位置を検出する位置検出回路３６を有
しており、その出力がＩ１０インターフェース３１を介
してＣＰＵ２３に与えられる。又サーボユニット１８は
マニピュレータ１１の各軸のモータを駆動するＰＷＭ回
路３７、及び各軸の位置を検出する位置検出回路３８を
有しており、各軸の位置がＩ１０インターフェース３２
を介してＣＰＵ２４に与えられるように構成されている
。

又中央制御ユニット１５には端末機４０が接続されてお
り、マニピュレータや基部の動作目標位置を指令したり
基部の制御パラメータの設定等の人力が行われる。中央
制御ユニット１２のメモリ２５にはマニピュレータの行
う作業を実行するための命令及びデータ列が格納されて
おり、これらの命令やデータ列を順次読出して読出され
た命令に従って対応する処理が行われる。そして中央制
御ユニット１５と演算ユニット１６間は演算ユニットの
２ボー）ＲＡＭ３３を介してデータ通信が行われる。同
様にして中央制御ユニット１５と基部制御ユニット１７
との間は２ポ一トＲＡＭ３４を介してデータ通信が行わ
れる。演算ユニット１６はＩ１０インターフェース３０
．３２を介してサーボユニット１８との通信を行い、各
関節を駆動するモータの現在位置の検出指令やモータの
動作指令を行う。サーボユニット１８はＰＷＭ回路３７
によりマニピュレータ１１の各軸のモータをＰＷＭ制御
すると共に、その位置を位置検出回路３８を介してモー
タの現在位置を検出しモータの動作制御を行うように構
成されている。

次に本発明の動作原理について説明する。操作者による
端末機４０からの入力によって中央制御ユニット１５の
プログラムが起動され、プログラムの内容に従って中央
制御ユニット１５は演算ユニット１６や基部制御ユニッ
ト１７の間で動作指令の通信を行うことによりマニピュ
レータと基部の動作を行わせるようにしている。さて第
２図に示すようにマニピュレータ１１に固定された座標
系を（Ｏｍ、　Ｘ　ｍ＋　Ｙ　ｍ＋　Ｚ　ｍ）とし、作
業対象に固定された座標系を（Ｏｗ、Ｘｗ、Ｙ御、２判
）とする。このときマニピュレータ先端の動作目標位置
データは次のような行列で表される。

、：、こでＮ、Ｏ，Ａ、Ｐは座標系（Ｏｈ、　Ｘｗ、　
Ｙｉｖ、　Ｚ噴で表される３行１列のベクトルであり、
夫々マニピュレータ１の先端に固定された座標系のＸ方
向単位ベクトル、Ｙ方向単位ベクトル、Ｘ方向単位ベク
トル及び原点の位置ベクトルである。

さて第５．６．７図は中央制御ユニ・ント１５の動作を
示すフローチャートである。中央制御ユニット１５は第
５図に示すフローチャートにおいて動作を開始すると、
まずステップ５１において命令とデータの読出しを行う
。そしてステップ５２に進んでマニピュレータの動作指
令かどうかをチエツクし、この指令であればステップ５
３に進んで動作目標位置データと共に演算ユニット１６
に動作指令を送出する。そして命令が終了すればステッ
プ５１に戻って同様の処理を繰り返す。ここでステップ
５２．５３はマニピュレータ指令手段ｌの機能を達成し
ている。又ステップ５２においてマニピュレータ動作指
令でなければステップ５３に進み基部動作指令かどうか
をチエツクする。基部動作指令であればステップ５５か
らルーチン５６に進んで目標位置をセットし、基部制御
手段７の処理を起動する。

ここで中央制御ユニット１５はステップ５５．ルーチン
５６において基部の動作目標位置をセットし、基部制御
の処理を開始する基部動作指令手段２の機能を達成して
いる。基部制御手段７の処理は第６図に示すように、基
部の目標位置を元にして基部制御ユニット１７に動作指
令を行う。そしてステップ５９においてパラメータの変
換フラグが立てられいるかどうかをチエツクし、このフ
ラグが立てられていればステップ６０に進んで後述する
ように記憶している基部パラメータと基部の動作目標位
置を元にして変換パラメータを算出する。そしてステッ
プ６１に進んで算出された変換パラメータを演算ユニッ
ト１６に送ってパラメータの記憶指令を行う。

第８図は演算ユニット１６の動作を示すフローチャート
である。演算ユニット１６は動作を開始すると、まずス
テップ７１において中央制御ユニット１５からの指令を
待受け、指令があればマニピュレータ動作指令、パラメ
ータ記憶指令のいずれかをチエツクする（ステップ７２
．７３）。パラメータ記憶指令であればステップ７３か
らステップ７４゜７５に進んで変換パラメータを受は取
り、演算ユニット１６のメモリ２６にそのパラメータを
保持する。演算ユニット１６のメモリ２６に記憶される
パラメータは次のような行列である。

系のＸ方向、Ｙ方向、Ｘ方向の単位ベクトルと原点の位
置ベクトルである。

さて演算ユニット１６はステップ７２において中央制御
ユニット１５から動作指令を受は取ると、ステップ７６
、７７に進みマニピュレータ１１の動作目標位置データ
と共に動作目標位置を作業対象に固定された座標系から
マニピュレータ座標系に座標変換する。座標変換は上述
した行列（２）の逆行列と行列（１）との乗算によって
行われる。

ここでＮｗ＋ｎ、　Ｏｗｍ、　Ａｗｍ、　　Ｐｗｍは夫
々作業対象に固定された座標系で表されたマニピュレー
タ座標こうして得られた４×４の行列はマニピュレータ
座標系に変換された動作目標位置データとその方向を示
している。そしてステップ７８に進みこのデータを元に
していわゆる逆変換の演算を行ってマニピュレータの各
関節の角度を算出し、各関節を駆動するモータの動作目
標値を算出する。そしてステップ７９において算出され
た動作目標値及びそれに対応する動作指令信号をサーボ
ユニット１８に送出する。サーボユニット１８では前述
したようにＰＷＭ回路３７によってモータの各軸を駆動
し、位置検出回路３８によって夫々の位置を検出して所
定値となるように駆動する。ここで演算ユニット１６は
ステップ７３〜７５においてパラメータ設定手段３より
設定されるパラメータを記憶するパラメータ記憶手段４
の機能を達成している。又ステップ７６、７７において
記憶されたパラメータに従って座標変換する座標変換手
段５の機能を達成しており、ステップ７８．７９におい
て座標変換されたマニピュレータ座標系の動作目標位置
データに従ってマニピュレータの動作制御を行うマニピ
ュレータ制御手段６の機能を達成している。

さて中央制御ユニット１５はルーチン５６．ステップ５
８に示すように基部１２の動作目標位置を元にして基部
制御ユニット１７に動作指令を行う。

そしてステップ５９に進んで座標変換フラグが立てられ
ている場合には座標変換のパラメータを自動的に更新す
る。更新する座標変換パラメータは以下のようにして計
算する。

Ｎｏ、０゜＋　Ａｏ　＋　　Ｐ　ｏは基部１２が基本位
置にあるときの行列（２）で示される座標変換のパラメ
ータの１〜３行までに対応する３×４行列、Ｓは作業対
象に固定された座標系における基部の単位動作量、ｂは
モータの回転数等の基部１２の動作位置データであり、
基部１２の移動に伴って変化する。又す。１１は基部が
基本位置にあるときの基部１２の位置データ、■は第２
図に示すように基部１２の動作方向ベクトルである。こ
れらの全ての各パラメータは中央制御ユニット１５のメ
モリ２５内に記憶されている。そして基部１２の動作位
置すが定まると、この行列に基づきステップ６０におい
て変換パラメータを算出する。これが前述した行列（２
）であり、次いでステップ６１に進み、算出された変換
パラメータを演算ユニット１６に送る。

演算ユニット１６ではこの変換パラメータを新たな変換
パラメータとしてメモリ２６に記憶する。

ここで中央制御ユニット１５はステップ５８．５９゜６
０において基部動作指令手段からの動作指令によって基
部動作を行うと共に、その動作目標位置に従って座標変
換時に用いられる変換パラメータを更新する基部制御手
段７の機能を達成している。

又ステップ６１では変換されたパラメータを演算ユニッ
ト１６に送って設定するパラメータ設定手段３の機能を
達成している。こうすれば基部１２が移動したときにも
自動的に新たな変換パラメータによって座標変換を行い
、マニピュレータ座標系に変換してマニピュレータ１１
の各軸を制御することができる。

第７図は中央制御ユニット１５における基部の制御パラ
メータを設定する際のフローチャートを示している。こ
の処理が開始されるとステップ６２において端末機より
基部のパラメータ、即ち前述した単位動作量Ｓ、基部２
の動作位置データｂｂＯｆｆ＋基部が基本位置にあると
きの制御パラメータＮ０．Ａ、、Ｏ０＋ＰＯを入力する
。そしてステップ６３に進み入力された基部パラメータ
としてメモリ２５に記憶する。ここで中央制御ユニ・ノ
ド１５はステップ６１．６２においてこれらのパラメー
タを任意に設定する基部パラメータ設定手段８の機能を
達成している。

又第６図に示す基部制御手段７のフローチャートにおい
て、変換フラグをオフとしておけばこのようなパラメー
タ変換処理は行われないので、自動的に座標変換のパラ
メータを更新しないようにすることができ、微調整や教
示の際にも使用することができる。

〔発明の効果〕

このように本願の請求項１のマニピュレータの制御装置
によれば、基部の動作位置が変化しマニピュレータ本体
の位置が変わっても作業対象に固定された座標系でマニ
ピュレータ先端の動作目標位置を指定することができる
。従ってマニビュレ−夕の操作者は基部の位置を気にす
ることなくマニピュレータを動作させたり教示すること
ができるという効果が得られる。

又本願の請求項２の発明では、基部の制御パラメータが
容易に変えられるためシステム構成の変更に柔軟に対処
することができるという効果が得られる。

更に本願の請求項３の発明では、自動的に座標変換のパ
ラメータを更新するかどうかを設定するようにしている
ため、微調整や教示段階ではパラメータの更新を停止さ
せることによって使い易いパラメータの制御装置とする
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の機能的構成を示すブロック
図、第２図は本発明の一実施例によるマニピュレータの
外観を示す図、第３図はマニピュレータの軸構成を示す
図、第４図は制御装置のハードウェアの構成を示すブロ
ック図、第５図、第６図及び第７図は中央制御ユニット
の動作を示すフローチャート、第８図は演算ユニットの
動作を示すフローチャートである。 １−−−−−−・マニピュレータ指令手段　　２−〜−
−−−−基部動作指令手段　　３−−−−−・−パラメ
ータ設定手段　　４−一一一一一・パラメータ記憶手段
　　５−・−・座標変換手段６・−・−・・・マニピュ
レータ制御手段　　７−・−・・・−基部制御手段　　
８−・−・・−基部パラメータ設定手段　　１１−・・
−・・・マニピュレータ本体　　１２−・・・−基部１
３・−一−−−−基部駆動装置　　１５・−・・−中央
制御ユニット　　１６−・・−ｉｘユニッ）　　　１７
−・−・・−基部側？ＩＩＩ　ユニッＩ−１８・−一一
一一一サーボユニ７）　　　２１〜２４−・−−−−−
ＣＰＵ　　　２５〜２８−・−・−・メモリ３５．３７
−・−ＰＷＭ回路　　３６．３８−・・・−位置検出回
路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マニピュレータと、該マニピュレータが取付けら
   れ移動自在の基部とを動作制御するマニピュレータの制
   御装置であって、 前記マニピュレータ先端の動作目標位置を指定してマニ
   ピュレータの動作指令を行うマニピュレータ指令手段と
   、 前記基部の動作目標位置を指定して基部の動作指令を行
   う基部動作指令手段と、 前記マニピュレータの作業対象に固定された座標系から
   マニピュレータの取付部に固定されたマニピュレータ座
   標系に変換するためのパラメータを設定するパラメータ
   設定手段と、 前記パラメータ設定手段により設定されるパラメータを
   記憶するパラメータ記憶手段と、前記マニピュレータ指
   令手段より得られる動作目標位置を前記記憶された変換
   パラメータに従って座標変換する座標変換手段と、 前記座標変換されたマニピュレータ座標系で示されるマ
   ニピュレータ先端の動作目標位置データに従ってマニピ
   ュレータの動作制御を行うマニピュレータ制御手段と、 前記基部動作指令手段からの動作指令に従って基部動作
   を行うと共に、その動作目標位置に従って前記座標変換
   手段に用いられる変換パラメータを更新する基部制御手
   段と、を有することを特徴とするマニピュレータの制御
   装置。
2. （２）前記マニピュレータの制御装置は、前記基部制御
   手段の変換パラメータの更新に用いられる、基部の基本
   位置に対するマニピュレータの取付部に固定される座標
   系データ、基部の基本位置オフセット、基部の動作方向
   ベクトル、及び基部動作の単位移動量を設定、記憶する
   基部パラメータ設定手段を有することを特徴とする請求
   項１記載のマニピュレータの制御装置。
3. （３）前記基部制御手段は、前記基部パラメータ設定手
   段による基部の動作目標位置に従ってパラメータを更新
   するか否かを判別するフラグを有することを特徴とする
   請求項１記載のマニピュレータの制御装置。