JPH04322983A - 関節型ロボット - Google Patents

関節型ロボット

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Publication number
JPH04322983A
JPH04322983A JP9395091A JP9395091A JPH04322983A JP H04322983 A JPH04322983 A JP H04322983A JP 9395091 A JP9395091 A JP 9395091A JP 9395091 A JP9395091 A JP 9395091A JP H04322983 A JPH04322983 A JP H04322983A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
math
articulated robot
joints
link
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9395091A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiko Yabuki
彰彦 矢吹
Hidetoshi Nogo
野吾 英俊
Nobuhiko Onda
信彦 恩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04322983A publication Critical patent/JPH04322983A/ja
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、関節型ロボットに係り
、詳しくは、例えば、工場の組立作業の自動化等の分野
に用いて好適な、少なくとも6自由度を有する関節型ロ
ボットに関する。
【0002】近年、工場の組立作業では、比較的安価で
稼動範囲の広い、スカラ型ロボットと呼ばれる関節型ロ
ボットが数多く開発されている。
【0003】これは、所定の自由度を有する2本の指機
構により所定の制御対象となる対象物(以下、単に物体
という)を把持し、この物体に対して所定の制御を行う
ものである。
【0004】しかし、物体をより精密に制御するために
は、少なくとも6自由度を有する関節型ロボットが必要
であり、このような多自由度のロボットの動作制御は複
雑である。
【0005】そこで、簡単な制御構成の多自由度の関節
型ロボットが必要となる。
【0006】
【従来の技術】従来のこの種の関節型ロボットとしては
、例えば、図5、または図6に示すようなものがある。
【0007】図5に示す関節型ロボットは4自由度のス
カラ型ロボットであり、大別して、アーム部1、ハンド
部2から構成され、アーム部1は、同一の2次元平面内
で2つの異なる部材を回動自在に接続する2つの回転関
節R1,R2、所定部材の回転軸に対して直角方向に移
動自在に接続する直動関節S1、同一の回転軸で2つの
異なる部材を回動自在に接続する同軸回転関節P1、及
びリンクL1〜L3から構成されている。なお、Mは制
御対象となる物体である。
【0008】また、図6に示す関節型ロボットは6自由
度の多関節型ロボットであり、図5の4自由度のスカラ
型ロボットと同様に、大別して、アーム部1、ハンド部
2から構成され、アーム部1は、同一の2次元平面内で
2つの異なる部材を回動自在に接続する3つの回転関節
R3〜R5、同一の回転軸で2つの異なる部材を回動自
在に接続する3つの同軸回転関節P2〜P4、及びリン
クL4〜L8から構成されている。
【0009】以上の構成において、関節型ロボットは、
その自由度に応じた制御姿勢がとられ、ハンド部1で把
持した対象物Mの制御が行われるものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示した4自由度のスカラ型ロボットにあっては、自由度
が4つという構成となっていたため、複雑な姿勢変化を
必要とされる作業は行うことができないという問題点が
あった。
【0011】これは、空間内の作業において、精密な位
置制御を行うためには、少なくとも6自由度が必須であ
り、前述のスカラ型ロボットにおいては、回転自由度が
2つ足らないためである。
【0012】また、図6に示した6自由度の多関節型ロ
ボットにあっては、物体Mの位置・姿勢制御をアーム部
1全体の動きで行うという構成となっていたため、移動
動作を高速に行うと振動しやすく、また、図7に示すよ
うに、姿勢を変化させる場合には、広い周辺空間を必要
とするという問題点があった。
【0013】しかも、この場合は、自由度を6つにして
いるため、制御のための演算処理に時間がかかる等、制
御が複雑になるという問題点があった。
【0014】[目的]そこで本発明は、最低限の空間内
で、多自由度ながら処理制御が簡単な関節型ロボットを
提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による関節型ロボ
ットは上記目的達成のため、同一の回転軸で2つの異な
る部材を回動自在に接続する同軸回転関節、同一の2次
元平面内で2つの異なる部材を回動自在に接続する回転
関節、所定部材の回転軸に対して直角方向に移動自在に
接続する直動関節、及び該各関節を介して接続される複
数のリンクを有するアーム部と、該各関節を駆動する駆
動手段と、該各関節の回転角度、及び並進距離を検出す
る検出手段とを備えた関節型ロボットであって、前記直
動関節の直動軸に対して垂直な平面内に前記各回転関節
、及びリンクからなる2本の指機構を有し、前記各関節
を介して先端部に向かうほど可動範囲を小さくするハン
ド部を備えるように構成している。
【0016】なお、前記指機構は、前記直動軸に平行な
軸を回転軸とした3つの回転関節を前記平面内にそれぞ
れ順にリンクを介して直列に接続するとともに、該回転
関節の最先端関節と接続するリンクに同軸回転関節で接
続し、全体で少なくとも6自由度を有するように構成す
ることが好ましい。
【0017】
【作用】本発明では、直動関節の直動軸に対して垂直な
平面内に各回転関節、及びリンクからなる2本の指機構
が設けられ、各関節、及びリンクを介して先端部に向か
うほど可動範囲が小さくするハンド部が備えられる。
【0018】すなわち、装置全体の機構の逆運動学の解
が容易に導かれて素早い制御がなされるとともに、運動
の際に必要な空間が低減される。
【0019】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1〜4は本発明に係る関節型ロボットの一実施例を示す
図であり、図1は本実施例の関節型ロボットの概略構成
図である。
【0020】まず、構成を説明する。
【0021】なお、図1において、図6に示した従来例
に付された番号と同一番号は同一部分を示す。本実施例
の関節型ロボットは、大別して、アーム部1、ハンド部
2から構成され、アーム部1は、同一の2次元平面内で
2つの異なる部材を回動自在に接続する3つの回転関節
R3〜R5、同一の回転軸で2つの異なる部材を回動自
在に接続する3つの同軸回転関節P2〜P4、及びリン
クL4〜L9から構成されている。
【0022】ハンド部2は、図2に示すように、同一の
回転軸で2つの異なる部材を回動自在に接続する同軸回
転関節P11、所定部材の回転軸に対して直角方向に移
動自在に接続する直動関節S11、及び第1把持指3、
及び第2把持指4からなり、第1把持指3は、同一の2
次元平面内で2つの異なる部材を回動自在に接続する4
つの回転関節R11R 〜R14R から、第2把持指
4は同一の2次元平面内で2つの異なる部材を回動自在
に接続する4つの回転関節R11L 〜R14L から
構成されている。
【0023】そして、各関節P11、S11、R11R
 〜R14R ,R11L 〜R14L にはそれぞれ
関節を駆動する駆動手段であるモータ5、及び各関節の
回転角度、及び並進距離を検出する検出手段であるエン
コーダ6が設けられている。
【0024】第1把持指3、及び第2把持指4は、所定
の距離間を保った状態で基点が接続され、第1把持指3
、及び第2把持指4の中心点で直動関節S11に接続さ
れて構成されている。
【0025】次に作用を説明する。ハンド部2を構成す
る第nリンクからみた第n+1リンクの位置姿勢を与え
る同次変換行列An をDenavit−Harten
berg表記法(ロボット・マニピュレータ  コロナ
社  Richard P.Paul著,吉川恒夫訳を
参照)を用いて求めると、一般に、同次変換行列An 
は、
【0026】
【数1】
【0027】
【数2】
【0028】
【数3】
【0029】直動関節に対しては、
【0030】
【数4】
【0031】である。また、最終リンクmに関しては、
第m−1リンク座標系からみた任意のベクトル m−1
r=[rx ,ry ,rz ]T で指定される点 
m−1P(添字は、その番号の座標系表記を示す)が先
端となるようにして、
【0032】
【数5】
【0033】で与えられることにする。最後に初期姿勢
と基準座標系の姿勢との補正を座標変換行列AP で与
える。図3に示すように、ハンド部2には2本の第1把
持指3、及び第2把持指4があり、それぞれ4自由度が
あり、表1に示すようなリンクパラメータを有している
。 なお、表1では各把持指3,4における同次変換行列A
nR、AnLは同一値であるため、第1把持指3の同次
変換行列AnRを表記している。
【0034】
【表1】
【0035】基準座標系からみた指先端Pの位置姿勢は
、各行列の積、
【0036】
【数6】
【0037】
【数7】
【0038】
【数8】
【0039】
【数9】
【0040】
【数10】
【0041】
【数11】
【0042】
【数12】
【0043】T6 =A1・A2・A3・A4・A5・
A6・AP すなわち、
【0044】
【数13】
【0045】ここで、T6 を
【0046】
【数14】
【0047】で表すと、0R6が姿勢行列、0P6がP
点での位置ベクトルとなる。次に、数13,14で与え
られた運動学方程式を解く。いま、目標姿勢行列0R0
、及び目標位置0P0が、
【0048】
【数15】
【0049】
【数16】
【0050】で与えられたときの目標関節角度は、
【0
051】
【数17】
【0052】で求めることができる。但し、回転関節の
可動範囲は−π〜πまでとする。姿勢行列0R6の各要
素の構造から容易に以下の関係式が求められる。すなわ
ち、
【0053】
【数18】
【0054】
【数19】
【0055】
【数20】
【0056】次に、方程式
【0057】
【数21】
【0058】の両辺にA2−1・A1−1をそれぞれ掛
けると、
【0059】
【数22】
【0060】なお、A1−1 、及びA2−1 は、

0061】
【数23】
【0062】
【数24】
【0063】であるから、
【0064】
【数25】
【0065】となる。この場合の、第4列の各要素に成
立する方程式は、以下のようになる。すなわち、
【00
66】
【数26】
【0067】
【数27】
【0068】
【数28】
【0069】となり、数28より、
【0070】
【数29】
【0071】と求められ、また、数26,27より、

0072】
【数30】
【0073】
【数31】
【0074】の関係式が与えられる。そこで、それぞれ
の右辺を2Pcx,2Pcyと表記すると、図4に示す
ような幾何関係となる。つまり、
【0075】
【数32】
【0076】
【数33】
【0077】としたとき、
【0078】
【数34】
【0079】
【数35】
【0080】であり、
【0081】
【数36】
【0082】
【数37】
【0083】が与えられる。なお、複合は同順であり、
S4 >0が第1把持指3、S4 <0が第2把持指4
である。このとき、
【0084】
【数38】
【0085】
【数39】
【0086】が与えられ、また、数19により
【008
7】
【数40】
【0088】が与えられる。以上、θ01,θ0345
,θ06,d02,θ04,θ03,θ05の順に運動
学方程式の解が求められ、ハンド部2の逆ヤコビ行列が
求められる。
【0089】すなわち、逆ヤコビ行列0JPf−1 (
但し、f はR,Lを示す)は、物体Mの制御点Pの速
度0VPに対して以下の関係が与えられる。
【0090】
【数41】
【0091】逆ヤコビ行列0JPf−1 =PJPf−
1 ・0CPf−1 (但し、f はR,Lを示す)で
与えられる。すなわち、PJPf−1 、及び0CPf
−1 は数42,43で与えられるような結果となる。 なお、数42,43中の変数(S1 ,C1 ,d2 
,・・・)、及び定数(a1 ,a2 ,a3 ,a4
 ,a5 ,rx ,ry ,rz )には、添字f 
(但し、f はR,Lを示す)が省略されている。
【0092】
【数42】
【0093】
【数43】
【0094】したがって、逆運動学の解を求めるための
行列式が簡単になり、解が容易に求められる。このよう
に本実施例では、ハンド部2の各関節、及びリンクを介
して先端部に向かうほど可動範囲を小さく構成されてい
るため、装置全体の機構の逆運動学の解を比較的容易に
求めることができる。
【0095】したがって、逆運動学の解を容易に求める
ことで素早い制御を行うことができるとともに、運動の
際に必要な空間を小さくすることができる。
【0096】
【発明の効果】本発明では、直動関節の直動軸に対して
垂直な平面内に各回転関節、及びリンクからなる2本の
指機構を設け、各関節、及びリンクを介して先端部に向
かうほど可動範囲を小さくでき、装置全体の機構の逆運
動学の解を比較的容易に求めることができる。
【0097】したがって、逆運動学の解を容易に求める
ことで素早い制御を行うことができ、また、運動の際に
必要な空間を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明一実施例の関節型ロボットの概略構成図
である。
【図2】本発明一実施例の要部構成を示す平面図である
【図3】本発明一実施例の動作例を説明するための図で
ある。
【図4】本発明一実施例の動作例を説明するための図で
ある。
【図5】従来例の4自由度のスカラ型ロボットを示す概
略構成図である。
【図6】従来例の6自由度の多関節型ロボットを示す概
略構成図である。
【図7】図6の従来例の問題点を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1    アーム部 2    ハンド部 3    第1把持指 4    第2把持指 5    モータ(駆動手段) 6    エンコーダ(検出手段) P11    同軸回転関節 S11    直動関節

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  同一の回転軸で2つの異なる部材を回
    動自在に接続する同軸回転関節、同一の2次元平面内で
    2つの異なる部材を回動自在に接続する回転関節、所定
    部材の回転軸に対して直角方向に移動自在に接続する直
    動関節、及び該各関節を介して接続される複数のリンク
    を有するアーム部と、該各関節を駆動する駆動手段と、
    該各関節の回転角度、及び並進距離を検出する検出手段
    と、を備えた関節型ロボットであって、前記直動関節の
    直動軸に対して垂直な平面内に前記各回転関節、及びリ
    ンクからなる2本の指機構を有し、前記各関節を介して
    先端部に向かうほど可動範囲を小さくするハンド部を備
    えることを特徴とする関節型ロボット。
  2. 【請求項2】  前記ハンド部は、前記直動軸に平行な
    軸を回転軸とした3つの回転関節を前記平面内にそれぞ
    れ順にリンクを介して直列に接続するとともに、該回転
    関節の最先端関節と接続するリンクに同軸回転関節で接
    続し、全体で少なくとも6自由度を有することを特徴と
    する請求項1の関節型ロボット。
JP9395091A 1991-04-24 1991-04-24 関節型ロボット Withdrawn JPH04322983A (ja)

Priority Applications (1)

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JP9395091A JPH04322983A (ja) 1991-04-24 1991-04-24 関節型ロボット

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JP9395091A JPH04322983A (ja) 1991-04-24 1991-04-24 関節型ロボット

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JPH04322983A true JPH04322983A (ja) 1992-11-12

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ID=14096717

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9395091A Withdrawn JPH04322983A (ja) 1991-04-24 1991-04-24 関節型ロボット

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JP (1) JPH04322983A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008254138A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Yaskawa Electric Corp 多関節ロボット
CN107030698A (zh) * 2017-05-09 2017-08-11 中国科学院计算技术研究所 机器人的逆运动学求解系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008254138A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Yaskawa Electric Corp 多関節ロボット
CN107030698A (zh) * 2017-05-09 2017-08-11 中国科学院计算技术研究所 机器人的逆运动学求解系统

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