JPH035606B2 - - Google Patents

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JPH035606B2
JPH035606B2 JP57135172A JP13517282A JPH035606B2 JP H035606 B2 JPH035606 B2 JP H035606B2 JP 57135172 A JP57135172 A JP 57135172A JP 13517282 A JP13517282 A JP 13517282A JP H035606 B2 JPH035606 B2 JP H035606B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三次元領域内で可動な経路制御対象部
を有する特に関節機構を有する工作機械や工業用
ロボツトに実施して好適な経路制御方法及び装置
に関するものである。
あらかじめ記憶手段に移動経路に関する主要点
をテイーチ点として記憶しておき、この情報を読
み出して補間演算をし、経路制御対象部を制御す
ることが行われている。
この補間演算はベースから経路制御対象部まで
の可動軸が増加すれにつれて複雑になる。
工業用ロボツトを例にとると最近では５つの可
動軸を有するものが大勢をしめており、更に６軸
構成のものが普及しつつある。
従つて補間演算に要する時間は次第に増加する
傾向にある。
また工業用ロボツトや工作機械では経路制御の
為の演算以外に種々の機能を果す為の演算が要求
されることが多い。
これ等の演算は多くの場合マイクロコンピユー
タに依つて行われている。マイクロコンピユータ
は非常に安価であるが演算能力はそれほど大きく
なく、工業用ロボツトや工作機械の制御ではほぼ
能力いつぱいに使用しているのが実状である。
しかし一方では補間演算をこまかく行い、移動
経路の蛇行を少くして、より正確に制御すること
が要求されている。
そこで本発明の目的は補間演算に要する時間を
それほど大きくすることなく、補間時間間隔を短
くすることのできる経路制御方法を提供し、装置
を構成することにある。
すなわち本発明では、制御対象部の現置位置情
報とテーチ点情報から一般座標系で表される主経
路点を求め、この主経路点情報から運動体の構成
座標系で表される主指令を求め、さらに主指令の
間に少なくとも１つの運動体の構成座標系で表さ
れる副指令を求め、これらの動作を一定周期毎実
行する。主指令は従来から求めていたものであ
り、これを求めるには座標変換を行わなければな
らないので長い演算時間がかかる。
しかし副指令は四則演算で実行できるので主指
令を求める時間に比べてはるかに短かい時間で求
めることができる。
従つて主指令を求める時間に副指令を求める時
間を加えても全体としては主指令を求める時間よ
りわずかに長くなるだけである。
本発明では経路に沿つて隣接する主指令の間に
副指令を求めるので、主指令を求める周期は従来
よりも若干長くすることも可能である。このよう
にすれば経路補間の演算に要する時間を従来と等
しいか、むしろ短かくすることも可能である。
以下図を参照しながら本発明を工業用ロボツト
に実施した場合について説明する。
第１図に於いて１はベース、２は回転テーブル
である。この回転テーブルは、これの下に設けた
駆動手段３に依つて垂直軸線４を中心として矢印
で示すθ方向へ旋回できるようにする。
回転テーブル２の上にＵ字状の支持台５を固定
する。第１アーム６を軸線７を中心にしてφ方向
へ旋回できるように支持する。８は第１アーム６
をφ方向へ駆動する駆動手段である。第１アーム
６の上端に第２アーム９をピン１０で枢着する。
第１アーム６に対して平行に背部レバー１１を設
け、その一端を第２アーム９にピン１２で枢着し
他端を図示しない下側レバーの一端にピンで枢着
する。図示しない下側レバーの他端は軸線７上で
駆動手段１３により駆動されるようにする。そし
て第１アーム６、第２アーム９、背部レバー１１
及び下側レバーとで平行四辺形リンクを構成す
る。従つて駆動手段１３を駆動すると第２アーム
はピン１０の軸線１４を中心にしてψ方向に回転
する。
背部レバー１１と図示しない下側レバーとの枢
着点には手首１５を、軸線１６を中心にしてα方
向へ回転するための駆動手段１７と、手首１５を
軸線１８を中心にしてβ方向へ回転するための駆
動手段１９を設ける。
手首には溶接トーチ２０が取りつけてありトー
チの軸線と軸線１８との交点２１が経路制御対象
部である。つまり運動体は回転テーブル２、第１
アーム６、第２アーム９及び手首２軸の５軸構成
である。
駆動手段３，８，１３，１７及び１９には夫々
位置検出手段としてエンコーダ２２，２３，２
４，２５及び２６を取りつけ、駆動手段３，８，
１３，１７及び１９の回転角を検出するようにす
る。
さて第１図に示した関節形工業用ロボツトの機
構部について説明したが本発明の特徴点は機構部
にあるのではない。従つて機構部は第１図に示し
たものに限定されるものではなく直交座標形、極
座標形、円筒座標形等、いずれのものでもよい。
また手首１５に取りつけるものは溶接トーチに限
定されるものでもない。なお第１図に示した機構
部についてのより詳細な説明は1980年10月10日に
アメリカへ出願した特許願第196252号にある。
第２図は第１図に示した機構部を制御する制御
部の一例を示すブロツクダイヤグラムである。以
下、これについて説明する。
２７はコンソールである。このコンソール２７
はロボツト全体に電力を供給する為のスイツチ２
８は勿論、テイーチングモード、自動運転モード
切換イツチ２９及びテイーチングに必要なスイツ
チ３０，３１，３２，３４，３５を有している。
スイツチ３０，３１，３２は経路制御対象部２１
を夫々＋×・−×、＋Ｙ・−Ｙ、＋Ｚ・−Ｚへ移か
す為の三位置切換スイツチ。３３，３４は駆動手
段１７，１９を作動させて手首を＋α・−α、＋
β・−β方向へ動かす為の三位置切換スイツチ、
３５は経路制御対象部２１の位置は変えずに運動
体の姿勢だけを変えるときにPe側に投入するス
イツチである。
３６はテイーチ点を主記憶手段３７に書ひ込む
ときに押す押釦である。
コンソール２７はライン３８を介して統括制御
手段３９に接続される。
統括制御手段３９はライン４０，４１，４２，
４３を介して主記憶手段３７、一時記憶手段４
４、演算手段４５及び制御手段４６を統括制御す
る。また統括制御手段３９はタイミングパルスを
出力する。主記憶手段３７は前記したように各テ
イーチ点を記憶する。一時記憶手段４４はライン
４７を介して主指令を一時的に記憶する。演算手
段４５はライン４８を介して主記憶手段から入力
された隣接するテイーチ点情報をもとにして主経
路点を求め、この主経路点に経路制御対象部２１
を動かす為に必要な各駆動手段３，８，１３，１
７及び１９への主指令を算出し、且つ隣接する主
指令から、これ等主指令間を補間する副指令を演
算する。またこの演算手段４５は切換スイツチ３
０，３１，３２のうちのいずれか、例えば３０を
＋Ｘ側に倒したときは経路制御対象部２１を＋Ｘ
方向へ動かす為に必要な演算を行う。
制御手段４６は演算手段４５からライン４９を
介して主指令、副指令を受け、これ等とエンコー
ダ２２〜２６の出力との差を順次対応する駆動手
段３，８，１３，１７及び１９にライン５０を介
して与える。５１はエンコーダ２２〜２６と制御
手段４６とを結ぶラインである。
さて切換スイツチ２９をテイーチングモード
Te側へ倒して例えば切換スイツチ３０を＋Ｘ側
へ倒すと、この信号はライン３８，４２を介して
演算手段４５へ与えられる。演算手段４５は経路
制御対象部２１を＋Ｘ方向へ動かす為に必要な演
算を△Xl＝一定、△yl＝△Zl＝０を(1)式に代入し
て行う。
Δθl Δφl Δψl Δαl Δβl＝a11 a21 〓 〓 a51a12 a22 〓 〓 a52… … … … …a15 a25 a35 a45 a55〓-1 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ 〓△Xl △yl △Zl △αl △βl …(1) (1)式は経路制御対象部２１を△Xl、△yl、△Zl
動かすのに要するθ、φ、ψの変化量△θl、△
φl、△ψlを求める式である。
なおa11〜a25は第１図に示した機構部の構成で
決まる係数である。
△αl、△βlは経路制御対象部２１に近いので、
これの値が変つても経路制御対象部２１の位置変
化は△θl、△φl、△ψlよりも小さい。そこで△
αl、△βlは零として上記(1)式を演算することがで
きる。(1)式で求めた演算結果はライン４９を通し
て制御手段４６へ送られる。
制御手段４６はこの出力を受け、更にエンコー
ダ２２，２３，２４の出力を受けて、その差に相
当する信号を駆動手段３，８，１３へ送り、これ
等を付勢する。
経路制御対象部２１が希望する座標位置へ着い
たら切換スイツチ３０を中立の位置へ戻す。
経路制御対象部２１をＹ方向Ｚ方向へ位置決め
するときの動作は以上の説明から容易に類推でき
るので説明を省略する。なおスイツチ３０，３
１，３２を同時に操作することも可能である。
次に経路制御対象部２１の位置は変えずに角度
αだけを変えたいときにはスイツチ３５をPe側
へ投入し、切換スイツチ３３を例えば＋α側へ投
入する。
そうすると(1)式に△Xl＝△yl＝△Zl＝△βl＝０
△αl＝一定が代入される。
これに依つて△θl、△φl、△ψlが求まる。
これ等の値はライン４９を通して制御手段４６
へ送られる。
制御手段４６はこの出力を受け、更にエンコー
ダ２２，２３，２４，２５の出力を受けてその差
に相当する信号を駆動手段３，８，１３及び１７
へ送り、これ等を付勢する。
角度αが希望する大きさになつたら切換スイツ
チ３３を中立の位置へ戻す。
経路制御対象部２１の位置は変えずに−α、＋
β、−βの大きさを変えるときの動作は以上の説
明から容易に類推できるので説明は省略する。な
おスイツチ３３と３４とを同時に操作して角度
α，βの大きさを同時に変えることも可能であ
る。
さて経路制御対象部２１の位置ならびに角度
α、βの大きさが希望する状態になつたならばコ
ンソール２７に設けた押釦３６を押す。そうする
とそのとき演算手段４５が出しているθ、φ、
ψ、α、βに関する情報が主記憶手段に書き込ま
れる。
書き込みが終つたら押釦３６を解放し、あらた
なテイーチ点に対して同様の操作を行う。
自動動作モードに切り換えるときは切換スイツ
チ２９をAu側に投入する。そうすると第４図に
４ａで示すようにイニシヤライズが成される。
〔第１演算工程〕 次に統括制御手段３９は４ｂに示すようにライ
ン５２を通して各エンコーダ２２，２３，２４，
２５，２６の出力（θ0、φ0、ψ0、α0、β0）を演算
手段４５に取り込む。
このときの経路制御対象部２１の位置をT0と
する。
演算手段は４Ｃに示すように（θ0、φ0、ψ0、
α0、β0）を(2)式に代入して座標変換を行い、（θ0、
φ0、ψ0、α0、β0）に対応する一般座標系の値X0、
y0、z0を演算する。
Xn Yn Zn αn βn＝Ａθn φn ψn αn βn …(2) 但しＡは(1)式に（a11〜a55）で構成された項で
ある。
統括制御手段３９は4dに示すように（x0、y0、
z0）を一時記憶手段４４に書き込む。
次に統括制御手段３９は４ｅに示すように主記
憶手段３７から第１テイーチ点T1に関する運動
体の構成で表わされるテイーチ点情報（θ1、φ1、
ψ1、α1、β1）を読み出し演算手段４５に入力す
る。
演算手段４５は４５に入力するように（θ1、
φ1、ψ1、α1、β1）を(2)式に代入し一般座標系の
値（x1、y1、z1）を演算する。
総括制御手段３７は４ｇに示すように一時記憶
手段４４からx0、y0、z0を読み出し、これを演算
手段４５に入力する。
演算手段４５は４ｈで示すように(3)式からT0
点とT1点との距離Ｌを計算する。
Ｌ＝√（−−1）2＋（−−
1）2＋（−−1）2…(3) 更に演算手段４５は４ｉで示すように経路制御
対象部２１をT0からT1へ運動させるのにかかる
であろうタイミングパルスの数Ｎを(4)式に依つて
求める。
Ｎ＝（Ｂ＋１）Ｌ／△Ｌ …(4) 但し△Ｌは１タイミングパルス周期中に経路制
御対象部２１を移動させる距離であり、ｂは隣接
する主経路点間に求める一軸当りの副指令の数で
ある。
更に演算手段４５は４ｊで示すように(5)〜(7)に
より、隣接する主経路点P1，P2…Pn間、始点T0
とP1間及びPnとT1間のＸ方向Ｙ方向Ｚ方向成分
距離△xa △ya △zaを求める。
△xa＝（Xn−Xn−1／Ｎ）（Ｂ＋１） …(5) △ya＝（Yn−Yn−1／Ｎ）（Ｂ＋１） …(6) △za＝（zn−zn−1／Ｎ）（Ｂ＋１） …(7) 演算手段４５は４ｋに示すように(8)(9)(10)式に△
xa △ya △zaを代入して各主経路点P1P2…Pn
点の一般座標系上の値つまり主経路点指令Xmn、
Ymn、Zmnを求める。
Xmn＝X0＋ｍ△xa …(8) Ymn＝Y0＋ｍ△ya …(9) Zmn＝Z0＋ｍ△za …(10) これ等の演算は統括制御手段３９からのタイミ
ングパルスに同期して行われる。
〔第２演算工程〕 演算手段４５は４ｌに示すようにα0、β0、α1、
β1Nを(11)、(12)式に代入して隣接する主経路点P1，
P2…Pn間、始点T0とP1間及びPnとT1間で変るべ
き角度αa、βaを求める。
△αa＝αn−α（ｎ−1）／Ｎ（Ｂ＋１） …(11) △βa＝βa−β（ｎ−1）／Ｎ（Ｂ＋１） …(12) 次に演算手段４５は４ｍに示すように（13）
（14）式に△αa、△βaを代入して各主経路点
P10P20…Pm0点のα、βに関する運動体の構成座
標系で表わされるαmn、βmnを求める。
αmn＝α0＋ｍ△αa …（13） βmn＝β0＋ｍ△βa …（14） 演算手段は４ｎに示すようにαmn、βmnの値
ならびにXmn、Ymn、Zmnの直を（15）式に代
入して座標変換を行い運動体の構成座標系で表わ
される主指令θmn φmn ψmnを求める。
θmn φmn ψmn αmn βmn＝A-1Xmn Ymn Zmn αmn βmn …（15） これ等の演算は統括制御手段３９からのタイミ
ングパルスに同期して行われる。
〔記憶工程〕
４Ｐに示すように主指令θmn φmn ψmn αmn
βmnを一時記憶手段４４に記憶する。
〔第３演算工程〕 ４ｇに示すように一時記憶手段４４に記憶して
あつた主指令を読み出し（16）〜（20）に依りサ
ンプリング期間中に変えるべき各軸の信号の大き
さ△θb △φb △ψb △αb △βbを求める。
△θb＝θmn−θm（ｎ−１）／Ｂ＋１…（16） △φb＝φmn−φm（ｎ−１）／Ｂ＋１…（17） △ψb＝ψmn−ψm（ｎ−１）／Ｂ＋１…（18） △αb＝αmn−αm（ｎ−１）／Ｂ＋１…（19） △βb＝βmn−βm（ｎ−１）／Ｂ＋１…（20） 次に4rに示すように△θb △φb △ψb △αb
△βbを（21）〜（25）式に代入して運動体の
構成座標標系で表わされる２組の主指令間を補間
する副指令θmq θmq ψmq αmq βmqを求める。
θmqn＝θmn＋ｑ△θb …（21） φmqn＝φmn＋ｑ△φb …（22） ψmqn＝ψmn＋ｑ△ψb …（23） αmqn＝αmn＋ｑ△αb …（24） βmqn＝βmn＋ｑ△βb …（25） なおT0とP10間、PnoとT1間についても同様に
して副指令を求める。C010 C0q0 C110 C1q0 Cm10
Cmq0が副指令点である。
これ等の演算は統括制御手段３９からのタイミ
ングパルスに同期して行われる。
〔第４演算工程及び駆動工程〕 4Sに示すように制御手段４６は副指令θmqn、
φmqn、ψmqn、αmqn、βmqnと各駆動手段３，
８，１３，１７，１９の位置を表わす位置情報つ
まりエンコーダ２２〜２６の出力の差を求め、こ
れを４ｔに示すように夫々対応する駆動手段３，
８，１３，１７，１９に与える。上記した各演算
工程は一定周期毎に実行される。
なお制御手段４６は主指令θmn φmn ψmn
αmn βmnとエンコーダ２２〜２６の出力の差も
求め、これを夫々対応する駆動手段３，８，１
３，１７，１９に与える。
与える順序は経路に沿つてC010、C020…Coq0、
P1、C110、C120、C1q0…Pm、Cm10、Cmqo、T1
点に関する運動体の構成座標系で表わす値であ
り、これ等の値は統括制御手段３９からのタイミ
ングパルクと同期して順次制御手段に入力され
る。
統括制御手段３９は主記憶手段３７から順次テ
イーチ点T2…Tn−１、Tm表わすテイーチ点情
報θn φn ψn αn βnを読み出す。演算手段４５は
各テイーチ点間について主経路点指令主指令、副
指令を求め、これをタイミングパルスに同期して
制御手段４６に与える。
制御手段４６は主指令、副指令とエンコーダの
出力との差に相当する信号を各駆動手段３，８，
１３，１７，１９に与える。
従つて経路制御対象点はほぼテイーチ点、主経
路点に沿つて移動する。
なおテイーチ点TmとTm−１間の主経路点を
求めるにあたつては、テイーチ点Tn、Tn−１と
も主記憶手段内の記憶情報をもとにして求めるこ
ともできるし、テイーチ点Tnについては主記憶
手段の記憶情報を用いるが、もう一方のテイーチ
点については、これを用いるかわりに経路制御対
象部２１がTn−１の近傍にあるときの各エンコ
ーダ２２〜２６の出力を用いて求めても良い。ま
た経路制御対象部２１はかならずしもテイーチ点
を通る必要はない。USP3661051にあるように経
路制御対象部がテイーチ点にほぼ近づたときに次
のテイーチ点を記憶手段から読み出すようにして
経路制御対象部を例えば第５図に２点鎖線で示す
ように近まわりさせることも可能である。また主
記憶手段３７はテイーチ点情報を一般座標系で表
わされる値つまりＸ、Ｙ、Ｚの値とα，βの角度
情報とで記憶しておくことも可能である。またテ
イーチ点の書き込みにあたつがは演算手段が出し
ている信号に代えて各位置検出器の出力を書き込
むことも可能である。
本発明に依れば以上の説明から明らかなように
座標変換を伴なう演算で主指令を求め、主指令の
間に座標変換を伴わない演算容易な副指令を求
め、これ等主指令、副指令に基いて運動体を駆動
するのであまり演算時間を長くすることなく多数
の経路点を求めることができる。従つて経路制御
対象点の経路が安定する。また、各演算を一定周
期毎に実行してその都度制御対象部の現在位置を
始点として主経路指令を求めているので、制御対
象部を途中で止めて位置がずれても、その後に開
始した動作はテーチ点に向かつて正確に実行され
る。さらに、上記理由により溶接品質を確保する
などで動作中に速度を変える場合でも、その後の
動作はスムーズに行い得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明経路制御方法に依つて制御を行
う工業用ロボツトの一例を示す斜視図、第２図は
本発明経路制御装置の実施例を示すブロツク回路
図、第３図は第２図にしたコンソールの盤面構成
の一例を示す正面図、第４図は本発明経路制御方
法の工程を示す工程図、第５図はテイーチ点を示
す図、第６図は本発明経路制御方法に於けるテイ
ーチ点と主経路点と主指令と副指令との関係を示
す図である。 ３，８，１３，１７，１９は駆動手段、２２〜
２６は位置検出手段の一例を示すエンコーダ、３
７は主記憶手段、４４は一時記憶手段、４５は演
算手段、４６は制御手段、Tnはテイーチ点、
Pmnは主経路点、Cmqnは副経路点である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 経路制御対象部を少なくとも二次元領域内で
    移動し得る複数のアームとこれ等を駆動する駆動
    手段とから成る運動体を、あらかじめ主記憶手段
    に記憶しておいた移動経路に関するテーチ点情報
    に基いて駆動し、前記経路制御対象部の移動経路
    を制御する方法に於いて (a) 前記制御対象部の現置位置情報を取り込んで
    始点情報を求め、この始点と前記主記憶手段か
    ら読み出される前記テーチ点情報を用いて一般
    座標系で表される主経路点指令を算出する第１
    演算工程と、 (b) 前記主経路点の座標値をもとにして前記主経
    路点に前記経路制御対象部を動かす為に必要な
    前記各駆動手段に対応する前記運動体の構成座
    標系で表される主指令を算出する第２演算工程
    と、 (c) 前記主指令を一時記憶手段に記憶する記憶工
    程と、 (d) 前記一時記憶手段に記憶してあつた前記主指
    令を読み出し、この主指令を含む２組の前記運
    動体の構成座標系で表される信号間を補間する
    ための副指令を演算する第３演算工程と、 (e) 前記副指令と、前記各駆動手段の位置を表す
    位置情報との差を演算する第４演算工程と、 (f) 前記第４演算工程で求めた前記差を表す信号
    を、順次対応する駆動手段に与える駆動工程と
    を有し、 前記第１演算工程〜第４演算工程は一定周期毎
    に実行されることを特徴とする経路制御方法。 ２ ベースと、経路制御対象部と、前記ベースか
    ら前記経路制御対象部へ至るまでの間に位置して
    おり、複数の駆動手段に依つて駆動され、前記経
    路制御対象部を方向の異なる複数の位置へ移動し
    得る運動体とを有するものを制御する装置におい
    て、前記経路制御対象部の移動経路に関するテー
    チ点情報を記憶する主記憶手段と、各々の前記駆
    動手段の位置に関する情報を出力する位置検出手
    段と、前記位置検出手段から取り込んだ前記経路
    制御対象部の現在位置情報と前記テーチ点情報を
    もとに一般座標系で表される主経路点指令を求
    め、この主経路点に前記経路制御対象部を動かす
    為に必要な前記運動体の構成座標系で表される主
    指令を算出し、且つ前記主指令を含む２組の前記
    運動体の構成座標系で表される信号から副指令を
    演算する演算手段と、前記移動経路に沿う主指
    令、副指令と各位置検出手段の出力との差を順次
    対応する前記駆動手段に与える制御手段と、前記
    主指令を一時的に記憶し、前記演算手段に出力す
    る一時記憶手段とからなり、上記主経路点・主指
    令・副指令・副指令と各位置検出手段との差の演
    算による算出を一定周期毎に実行されることを特
    徴とする経路制御装置。
JP57135172A 1982-07-31 1982-08-04 経路制御方法及び装置 Granted JPS5927307A (ja)

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