JPH05297916A - Track control method for robot - Google Patents

Track control method for robot

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Publication number
JPH05297916A
JPH05297916A JP4124107A JP12410792A JPH05297916A JP H05297916 A JPH05297916 A JP H05297916A JP 4124107 A JP4124107 A JP 4124107A JP 12410792 A JP12410792 A JP 12410792A JP H05297916 A JPH05297916 A JP H05297916A
Authority
JP
Japan
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point
coordinate
interpolation
distance
trajectory
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4124107A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Hariki
和夫 針木
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.)
Nachi Fujikoshi Corp
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nachi Fujikoshi Corp filed Critical Nachi Fujikoshi Corp
Priority to JP4124107A priority Critical patent/JPH05297916A/en
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Abstract

PURPOSE:To shorten a wait time at an instruction point when a feedback servo system is used to zero and to improve track precision by converting the coordinates of the instruction points at the start point and end point of a track to a 3rd coordinate system and performing interpolation calculation based upon a linear speed and an interpolation calculation period. CONSTITUTION:A 2nd coordinate system (X, Y, Z) is defined on the basis of the center of rotation of an axis q2 as its origin. The 3rd coordinate system (X1, Y1, Z1) whose axes are parallel to those of the 2nd coordinate system (X, Y, Z) is defined on the basis of a current instruction point P0 as its origin. Further, a 3rd coordinate system (X2, Y2, Z2) is defined even for a track L2 (P1, P2) which starts at the end point P1 of the track from P0 to P1. The coordinates of the instruction point P0 at the start point of the track L1 and the instruction point at the end point P1 are converted, the interpolation calculation based upon the linear speed and interpolation calculation period is performed, and feedback servo system control depending upon acceleration in the directions of the tracks L1 and L2 is carried out to find an interpolation point as its controlled variable. Further, the process is carried on by plural servo systems until deviation becomes sufficiently small, and a composite interpolation point is calculated to find a final interpolation point.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、全て回転形と旋回形で
構成した多関節形ロボットに関する。詳細には、多関節
形ロボットの関節座標系とは独立の座標系に定義された
複数の軌跡を、軌跡の接続点である教示点でのスピード
をできるだけ低下させないで、しかもスムーズに次の軌
跡の制御に移行させて、ロボットの軌跡を向上させる制
御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an articulated robot which is composed of a rotating type and a rotating type. In detail, multiple trajectories defined in a coordinate system independent of the joint coordinate system of the articulated robot can be smoothly moved to the next locus without reducing the speed at the teaching point that is the connection point of the loci as much as possible. The present invention relates to a control method for improving the trajectory of a robot by shifting to the control of 1.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から多関節形ロボットは他の直交座
標、極座標、円筒座標形に比べ作業範囲が広くとれるこ
とから広く利用されてきた。この多関節形ロボットにお
けるマニピュレータの先端エンドエフェクタについては
各関節の制御としては有効なものもあるが軌跡を制御す
る方法としては適していなかった。また、関節座標系と
は独立な第2の座標系において、等ピッチの補間点と加
減速制御により修正した補間点を非線形サーボ制御によ
る対応付けを行う方法が提案されている(本出願人によ
る平成4年2月27日出願、発明の名称「ロボットの軌
跡制御方法」)。すなわち、アクチュエータを含む関節
駆動系が関節角及び関節角速度を指令値として受け取り
関節ごとに独立にサーボ系を構成させる多関節ロボット
の軌跡制御方法において、各関節にアクチュエータに発
生できるトルクについて関節ごとに異なる制限が存在し
ても、実現される軌跡は目標軌跡と外れないように追従
させたロボットの軌跡制御方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an articulated robot has been widely used because it has a wider working range than other Cartesian coordinates, polar coordinates, and cylindrical coordinates. Although the tip end effector of the manipulator in this articulated robot is effective as a control of each joint, it is not suitable as a method for controlling a trajectory. Further, a method has been proposed in which, in a second coordinate system independent of the joint coordinate system, interpolation points of equal pitch and interpolation points corrected by acceleration / deceleration control are associated by nonlinear servo control (according to the applicant). Filed on February 27, 1992, title of invention: "Robot trajectory control method"). That is, in a trajectory control method of a multi-joint robot in which a joint drive system including an actuator receives a joint angle and a joint angular velocity as command values and independently configures a servo system for each joint, the torque that can be generated in the actuator at each joint is determined for each joint. Even if there are different restrictions, this is a trajectory control method for a robot that follows a trajectory that does not deviate from the target trajectory.

【0003】しかしながら、この方法は軌跡の接続点で
ある教示点での次の軌跡の制御への移行方法については
開示がない。また、上記修正した補間点が目標とする教
示点に到達した後に次の軌跡の制御に移行するのが最も
単純な応用方法となるとしている。これでは、教示点で
待時間が発生したり、十分減速した上での加速といった
極めて無駄時間を発生せしめる欠点があった。さらに、
教示点においてできるだけ減速せずに軌跡を接続するこ
とができない欠点があった。
However, this method does not disclose a method of shifting to the control of the next locus at the teaching point which is the connection point of the locus. Further, it is said that the simplest application method is to shift to the control of the next locus after the corrected interpolation point reaches the target teaching point. This has a drawback that a waiting time is generated at a teaching point, or an extremely dead time such as acceleration after sufficiently decelerating is generated. further,
There is a drawback that the loci cannot be connected at the teaching point without decelerating as much as possible.

【0004】図2は距離のサーボ系のブロック図であ
る。目標距離Sd 、実現可能距離Sが与えられる。多関
節ロボットにあっては一般に教示/再生方式に従う制御
系では各関節についてはそれぞれ独立に構成されたサー
ボ系により制御される。このサーボ系にあっては、目標
距離Sd と実現可能距離Sからのフィードバック量とが
比較されその偏差について非線形処理(加減速制限)さ
れる。図2は一つの軌跡上において、目標距離Sd に対
して実現可能距離Sを求めるためのフィードバックサー
ボ系である。ロボットの各関節のアクチュエータのトル
ク制限によって加速度が制限されるが目標距離Sd を基
にトルク飽和を生じずに達成できる実現可能距離Sをシ
ミュレーションにより求めるものである。
FIG. 2 is a block diagram of a distance servo system. The target distance S d and the feasible distance S are given. In a multi-joint robot, generally, in a control system according to a teaching / reproducing system, each joint is controlled by an independently configured servo system. In this servo system, the target distance S d and the feedback amount from the feasible distance S are compared, and the deviation is subjected to non-linear processing (acceleration / deceleration limitation). FIG. 2 shows a feedback servo system for obtaining the feasible distance S with respect to the target distance S d on one trajectory. Although the acceleration is limited by the torque limitation of the actuator of each joint of the robot, the feasible distance S that can be achieved without causing the torque saturation is calculated based on the target distance S d by simulation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図3は軌跡上の加減速
制御について示した図で、具体的には、同図(A)は一
つの軌跡に対して始点からの距離の時間変化を示した図
で、目標とする距離Sdと加速制限によって動作可能な
距離Sについての時間的変化を示す。横軸は時間、縦軸
は軌跡上の始点からの距離である。同図(B)は線速度
の時間的変化を示した図である。同様に、横軸は時間、
縦軸は軌跡上の線速度である。時刻t0 で距離の指令S
d は一定となる。ここで、次の軌跡の計算に入ることは
可能であるが、実際にロボットに指令しているt=t0
時の距離Sは、Sd とはεs の偏差をもっており、これ
が十分小さくなる時刻t1 まで待ってから、次の軌跡に
ついて同様な制御を行う必要がある。
FIG. 3 is a diagram showing the acceleration / deceleration control on the locus. Specifically, FIG. 3A shows the time change of the distance from the starting point for one locus. The figure also shows the temporal changes in the target distance Sd and the distance S operable by the acceleration limitation. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the distance from the starting point on the locus. FIG. 3B is a diagram showing a temporal change in linear velocity. Similarly, the horizontal axis is time,
The vertical axis is the linear velocity on the locus. Distance command S at time t 0
d is constant. Here, it is possible to start the calculation of the next locus, but t = t 0 actually instructing the robot.
The time distance S has a deviation of ε s from S d, and it is necessary to wait for time t 1 at which it becomes sufficiently small and then perform similar control for the next locus.

【0006】その理由は、時刻t0 で次の軌跡に移行す
るのが、サイクルタイムの最小化に最も効果的である
が、この場合新軌跡の制御の時刻0のときの線速度は0
となるが、旧軌跡の制御の時刻t=t0 の線速度は0と
ならず両者間で線速度が相違する。したがって、単純に
切り換えた場合には線速度の大きな変動が招来し、実用
には全く供し得ない。これには、時刻t0 をt1 にでき
る限り近づけ実用上ショックを軽減することも考えられ
るが本質的な解決ではないこと、切換時間t0 とt1
の差が無駄時間となってしまう欠点があった。本発明
は、時刻t0 のときに次の軌跡制御に切り換えることを
前提とするとともに、前述した切り換えによって発生す
る線速度の変動を実質的に0にしようとするものであ
る。望ましくは、完全に0にしようとするものである。
同時に、サイクルタイムの最小化を達成せんとするもの
である。
The reason is that shifting to the next locus at time t 0 is the most effective for minimizing the cycle time, but in this case, the linear velocity at time 0 of the control of the new locus is 0.
However, the linear velocity at the time t = t 0 of the old trajectory control does not become 0, and the linear velocity differs between the two. Therefore, if the switching is simply performed, a large change in the linear velocity will occur, and it cannot be practically used at all. To this end, it is conceivable that the time t 0 is made as close as possible to t 1 to reduce the shock in practice, but this is not an essential solution, and the difference between the switching times t 0 and t 1 becomes a dead time. There was a flaw. The present invention is premised on switching to the next trajectory control at time t 0 , and is intended to substantially reduce the fluctuation of the linear velocity caused by the above switching. Desirably, it is intended to completely set it to zero.
At the same time, it aims to achieve the minimization of cycle time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、多関節ロボッ
トの関節座標とは独立な第2の座標系によって定義され
た複数の軌跡に連続的に追従する多関節ロボットの軌跡
制御方法であって、少なくとも、次の手段を有する制御
方法によって提供される。 a) 軌跡の始点である第1の教示点と終点である第2
の教示点を第3の座標に変換し、線速度と補間計算周期
で決まる分割数分の第3の座標上の補間計算手段と、 b) 前記第3の座標における軌跡方向の原点からの距
離を目標とし、前記軌跡方向の最大及び最小加速度によ
る制限を加えた結果の距離を制御量とするフィードバッ
クサーボ系と、 c) 前記第3の座標上の原点と前記第2の教示点まで
の距離と、前記分割数との比から、前記フィードバック
サーボ系の制御量である距離に対応する第3の座標系の
補間点を求める手段と、
The present invention is a trajectory control method for an articulated robot that continuously follows a plurality of trajectories defined by a second coordinate system that is independent of the joint coordinates of the articulated robot. And is provided by a control method having at least the following means. a) The first teaching point, which is the starting point of the trajectory, and the second teaching point, which is the ending point.
And the interpolation calculation means on the third coordinate for the number of divisions determined by the linear velocity and the interpolation calculation cycle, and b) the distance from the origin in the trajectory direction at the third coordinate. A feedback servo system in which the control amount is the distance resulting from the limitation of the maximum and minimum accelerations in the trajectory direction, and c) the distance between the origin on the third coordinate and the second taught point. And means for obtaining an interpolation point of the third coordinate system corresponding to the distance which is the control amount of the feedback servo system from the ratio of the number of divisions,

【0008】d) 前記距離のフィードバックサーボ系
を複数個(m)もち、目標と制御量との偏差が十分小さ
くなるまでは、次の軌跡の制御中であっても処理を続行
させ、すべての続行中のサーボ系に対応する複数の第3
の座標系の補間点とから合成補間点を求める手段と、 e) 前記合成補間点を求めた処理の続行中の最も古い
サーボ系に対応する前記第3の座標系の原点を示す前記
第2の座標系の値と、合成補間点の座標値の和を、最終
的な補間点の第2座標とする手段と、 f) 前記複数のサーボ系を管理する手段であって、最
も古い1番目のサーボ系が処理の終了時点で、2番目以
降の処理中のすべてのサーボ系の状態量を順に1つ前の
それに移し、常に1番目を最も古い処理中のサーボ系と
する手段とからなることを特徴とする。
D) If a plurality of (m) feedback servo systems for the distance are provided and the deviation between the target and the control amount becomes sufficiently small, the processing is continued even during the control of the next locus, and all Multiple thirds corresponding to ongoing servo system
Means for obtaining a combined interpolation point from the interpolation point of the coordinate system of the second coordinate system, and e) the second point indicating the origin of the third coordinate system corresponding to the oldest servo system in the process of obtaining the combined interpolation point. Means for setting the sum of the coordinate system value and the coordinate value of the synthetic interpolation point as the second coordinate of the final interpolation point, and f) means for managing the plurality of servo systems, which is the oldest first When the processing ends, the second servo system transfers the state quantities of all the second and subsequent processing servo systems to the previous one, and always makes the first processing servo system the oldest processing system. It is characterized by

【0009】[0009]

【作用】多関節ロボットの関節座標とは独立な第2の座
標系によって定義された複数の軌跡に連続的に追従する
多関節ロボットの軌跡制御方法である。まず、軌跡の始
点である第1の教示点と終点である第2の教示点を第3
の座標に変換し、線速度と補間計算周期で決まる分割数
分の第3の座標上の補間計算を行う。つぎに、軌跡方向
の原点からの距離を目標とし、前記軌跡方向の加速度に
依存したフィードバックサーボ系での制御と、第3の座
標上の原点と前記第2の教示点までの距離と、前記分割
数との比から、前記フィードバックサーボ系の制御量で
ある距離に対応する第3の座標系の補間点を求める。さ
らに、これらのフィードバックサーボ系を複数個(m)
もち、目標と制御量との偏差が十分小さくなるまでは、
次の軌跡の制御中であっても処理を続行させ、すべての
続行中のサーボ系に対応する複数の第3の座標系の補間
点の和を合成補間点とし、その処理の続行中の最も古い
サーボ系に対応する前記第3の座標系の原点を示す前記
第2の座標系の値と、合成補間点の座標値の和を、最終
的な補間点の第2座標とするものである。これに、最も
古い1番目のサーボ系が処理の終了時点で、2番目以降
の処理中のすべてのサーボ系の状態量を順に1つ前のそ
れに移し、常に1番目を最も古い処理中のサーボ系管理
とすることにより本発明を作用させる。本発明によれ
ば、前記フィードバックサーボ系を利用しての教示点で
の待時間を実質的に0とすることができる。さらに、軌
跡精度を良好に、教示点における線速度を低下させずに
スムーズに移動方向を変更でき、しかも、サイクルタイ
ムも向上できる。
This is a trajectory control method for an articulated robot that continuously follows a plurality of trajectories defined by a second coordinate system that is independent of the joint coordinates of the articulated robot. First, the first teaching point, which is the starting point of the locus, and the second teaching point, which is the ending point, are set to the third teaching point.
And the interpolation calculation on the third coordinate for the number of divisions determined by the linear velocity and the interpolation calculation cycle is performed. Next, with a target from the origin in the trajectory direction, control by a feedback servo system depending on the acceleration in the trajectory direction, a distance from the origin on the third coordinate to the second teaching point, and The interpolation point of the third coordinate system corresponding to the distance, which is the control amount of the feedback servo system, is obtained from the ratio to the number of divisions. Furthermore, a plurality of these feedback servo systems (m)
Mochi, until the deviation between the target and the control amount becomes sufficiently small,
The process is continued even during the control of the next locus, and the sum of the interpolation points of the plurality of third coordinate systems corresponding to all the ongoing servo systems is set as the synthetic interpolation point. The sum of the value of the second coordinate system indicating the origin of the third coordinate system corresponding to the old servo system and the coordinate value of the synthetic interpolation point is set as the second coordinate of the final interpolation point. .. At the end of processing, the oldest first servo system sequentially transfers the state quantities of all the second and subsequent servo systems to the previous one, and always sets the first servo to the oldest processing servo. The present invention works by controlling the system. According to the present invention, the waiting time at the teaching point using the feedback servo system can be made substantially zero. Furthermore, the trajectory accuracy is good, the moving direction can be smoothly changed without lowering the linear velocity at the teaching point, and the cycle time can be improved.

【0010】[0010]

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図1は本発明のロボットの軌跡制御方法を実施する多関
節ロボットの座標系を説明するためのものである。多関
節ロボットに1つの座標系(x、y、z)を定義する。
原点はどこでも良いが一般にはq2 軸の回転中心をとる
ことが便利である。次に、現在の教示点P0 を原点と
し、第2座標(x、y、z)に各軸が平行な第3座標
(x1 、y1 、z1 )を定義するものとする。これは、
軌跡L1(P0 、P1 )に対して一つ決定する。また、P
0 からP1 までの軌跡L1の終点P1 を始点とする軌跡L2
(P1 、P2)に対して同様に第3座標(x2 、y2
2 )を定義する。
EXAMPLES Examples will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is for explaining the coordinate system of an articulated robot that implements the robot trajectory control method of the present invention. One coordinate system (x, y, z) is defined for the articulated robot.
The origin may be anywhere, but generally it is convenient to set the rotation center of the q 2 axis. Next, it is assumed that the current teaching point P 0 is the origin and the third coordinate (x 1 , y 1 , z 1 ) whose axes are parallel to the second coordinate (x, y, z) is defined. this is,
One is determined for the locus L 1 (P 0 , P 1 ). Also, P
A locus L 2 starting from the end point P 1 of the locus L 1 from 0 to P 1
Similarly, for (P 1 , P 2 ), the third coordinates (x 2 , y 2 ,
z 2 ) is defined.

【0011】軌跡Liの線速度Vi と補間周期δt から補
間回数ni との間には、数1が成立する。ここで、軌跡
の距離をLiとすると、・・・
[0011] Between the locus L i the linear velocity V i and interpolation period [delta] t from the interpolation number n i of the number 1 is established. Here, if the distance of the locus is L i , ...

【数1】 として求められる。このとき第j補間点は数2として求
められる。ただし、Xieは Li 上の終点である。始点は
常に0である。
[Equation 1] Is required as. At this time, the j-th interpolation point is obtained as Equation 2. However, X ie is the end point on L i . The starting point is always 0.

【数2】 次に、軌跡Li方向の最大加速度をai とする。このai
は各関節の最大加速度から求めることが知られている。
[Equation 2] Next, the maximum acceleration in the locus L i direction is a i . This a i
Is known to be calculated from the maximum acceleration of each joint.

【0012】この軌跡Li方向の最大加速度ai を使用
し、軌跡上の始点からの距離については図4を例とし
て、フィードバックサーボ系のブロック図を示したもの
である。この図4に示す軌跡上の距離についてのサーボ
系を構成することによって、図3に示すような非線型制
御を行う。軌跡上の始点からの距離をSi と考え、指令
距離SdiをSdi=vtによって指示するときの軌跡方向
の最大加速度ai によって制限される実現可能なSi
求めようとするものである。これにより、各関節の許容
角加速度から、軌跡上の距離についての最大加速度a
i 、すなわち軌跡方向の最大加速度を予め求め、これか
ら軌跡の移動方向の実現可能な速度を求め、さらにこれ
と時間との対応付けをおこなって、前記最大加速度の制
限によって達成可能かどうか判定し、不可であれば直前
に指令した補間点に対して加減速可能な補間点とする。
具体的に図に基づき説明すると、軌跡上の距離について
予め決められた周期ごとに軌跡上の始点からの距離Si
と対応させた番号付けを行い、これを補間点番号iとし
て与え補間点番号iと、現在番号との偏差である番号偏
差εi から現在番号を増加させる一次遅れのサーボ系を
構成し、このサーボ系の時定数Tと軌跡方向の最大加速
度ai から決められる線型制御限界値を求め、線型制御
限界値を番号偏差εi を越えない範囲は線型とし、その
他の場合には番号偏差εi と線型制御限界値の1/2と
の差の2倍と前記最大加速度との積の1/2乗して求め
た値を増分値として与え、さらにこれらが前記最大加速
度の制限を越えないように前記増分値を求める処理をサ
ーボ系の前向きループに設置し、結果として得られた現
在番号を修正された補間点番号として得ることができ
る。なお、前述した処理をサーボ系の前向きループに設
置した場合は減速時には有効であるが、加速時にはさら
にvi の変化量が許容値ai を越えていないかをチェッ
クする必要がある。これはvi の絶対値とai を比較
し、前者が大きければvi =vif+ai によってvi
求め直す必要がある。ここでvifは直前のviである。
以上によって得られたvi を積分し、軌跡上の始点から
の距離をSi を得ることができる。図4の左端は目標と
する距離Sdiとし、制御量Si とすると、補間点番号j
iは数3のように与えられる。
The maximum acceleration a i in the locus L i direction is used, and the distance from the starting point on the locus is shown in the block diagram of the feedback servo system by taking FIG. 4 as an example. By configuring the servo system for the distance on the locus shown in FIG. 4, the nonlinear control as shown in FIG. 3 is performed. Consider the distance from the start point on the trajectory and S i, an instruction distance S di intended to be obtained the maximum acceleration a i feasible is limited by the S i trajectory direction when instructing the S di = vt is there. Thus, from the allowable angular acceleration of each joint, the maximum acceleration a for the distance on the locus is obtained.
i , that is, the maximum acceleration in the trajectory direction is obtained in advance, the achievable speed in the movement direction of the trajectory is obtained from this, and this is associated with time to determine whether or not the maximum acceleration can be achieved by limiting the maximum acceleration. If it is not possible, the interpolation point that can be accelerated / decelerated with respect to the interpolation point commanded immediately before is set.
Specifically, with reference to the drawings, the distance S i from the starting point on the locus is determined every predetermined period for the distance on the locus.
Is assigned as the interpolation point number i, and a first-order lag servo system is configured to increase the current number from the number deviation ε i which is the deviation between the interpolation point number i and the current number. The linear control limit value determined from the time constant T of the servo system and the maximum acceleration a i in the trajectory direction is obtained, and the linear control limit value is set to a linear range within the number deviation ε i . In other cases, the number deviation ε i And a value obtained by multiplying the maximum acceleration by half the product of twice the difference between the linear control limit value and half of the linear control limit value are given as increment values so that these do not exceed the maximum acceleration limit. The process of obtaining the increment value can be installed in the forward loop of the servo system, and the current number obtained as a result can be obtained as the corrected interpolation point number. It should be noted that when the above-described processing is installed in the forward loop of the servo system, it is effective during deceleration, but it is necessary to further check during acceleration whether or not the variation of v i exceeds the allowable value a i . For this, it is necessary to compare the absolute value of v i with a i, and re-determine v i by vi i = v if + a i if the former is large. Here, v if is the previous v i .
By integrating v i obtained as described above, the distance from the starting point on the locus can be obtained as S i . If the left end of FIG. 4 is the target distance Sd i and the control amount S i , the interpolation point number j
i is given by Equation 3.

【数3】 この結果から、各関節の加速度を考慮した実現可能な補
間点番号ji が得られ、さらに、数2に数3を代入する
と数4が得られ、第j補間点が求められる。
[Equation 3] From this result, a feasible interpolation point number j i considering the acceleration of each joint is obtained, and further, by substituting the equation 3 into the equation 3, the equation 4 is obtained, and the j-th interpolation point is obtained.

【数4】 [Equation 4]

【0013】次に、図4のフィードバックサーボ系を複
数個(m)もち、偏差εi が十分小さくなるまで繰り返
し処理を実行させることにより、数4で与えられる全て
の和を点P0 の第2座標との和を補間点の第2座標とし
て数5にしたがい求める。
Next, by using a plurality of (m) feedback servo systems shown in FIG. 4 and repeatedly executing the process until the deviation ε i becomes sufficiently small, all the sums given by the equation 4 are calculated at the point P 0 . The sum of the two coordinates is used as the second coordinate of the interpolation point, and is calculated according to Equation 5.

【数5】 このXj が第j補間点として与えられる。ただし、ma
は現在処理中のサーボ系の個数であり、i=1からma
まで積算されることになる。ロボットの運動制御につい
ては、一般にアクチュエータが駆動する関節の変位と、
作業座標系内でのマニピュレータの手先位置及び姿勢と
の間には数6の関係が成り立ち、順運動学の式として知
られている。ここでxは作業座標系でのマニピュレータ
の手先位置及び姿勢をあらわす作業座標ベクトル、qは
マニピュレータの各関節でのリンクのなす相対変位から
なる関節座標ベクトルである。
[Equation 5] This X j is given as the j-th interpolation point. However, m a
Is the number of servo system currently being processed, from i = 1 m a
Will be added up to. Regarding the motion control of the robot, generally, the displacement of the joint driven by the actuator,
The relationship between the hand position and the posture of the manipulator in the working coordinate system is expressed by the equation (6), and is known as a formula of forward kinematics. Here, x is a work coordinate vector that represents the hand position and posture of the manipulator in the work coordinate system, and q is a joint coordinate vector that is the relative displacement of the links at each joint of the manipulator.

【数6】 [Equation 6]

【0014】これは、さらに数7に示す関係が導かれ
る。これは一般には逆運動学の関係式として知られてい
る。
This further leads to the relationship shown in equation (7). This is generally known as the inverse kinematics relational expression.

【数7】 この数6を用いて数5で得られたXj よりqj を知るこ
とができる。数5において軌跡Liの偏差が十分小さくな
れば、数8に示されるように、ベースとなる点をP0
らP1 に順次変更していく。
[Equation 7] Using this equation 6, q j can be known from X j obtained in equation 5. When the deviation of the locus L i in Expression 5 becomes sufficiently small, the base point is sequentially changed from P 0 to P 1 as shown in Expression 8.

【数8】 さらに、新たな軌跡の制御に入れば、数9に示すように
a を順次増加させることによって、Xj を得るように
制御するものである。
[Equation 8] Further, when the control of a new locus is entered, the control is performed so as to obtain X j by sequentially increasing ma as shown in Expression 9.

【数9】 [Equation 9]

【0015】次に、教示点P0 からP1 を通過し、P2
に到る制御について、教示点P1 を通過するときのxを
求める方法について図5をもって説明する。同図(A)
は横軸は時間、縦軸は軌跡L1上の始点P0 からの距離で
ある。同(B)は横軸は時間、縦軸は軌跡L2上のP1
らの距離である。同(C)は横軸は時間、縦軸は補間点
の第2座標の時間変化を示す。時間軸は同図(A)に示
すように軌跡L1上を運動しており、同(B)で横軸の時
刻t0 で軌跡L2上に接続される状態を示し、原点からの
時間t0 分ずらして図示してある。すなわち、時刻0か
らt0 まではマニピュレータの先端エンドエフェクタの
軌跡はL1上を運動しており、その間の第j補間点Xj
数10によって得られる。
Next, the teaching point P 0 is passed through P 1 and P 2
Regarding the control up to, the method for obtaining x when passing the teaching point P 1 will be described with reference to FIG. Same figure (A)
Is the horizontal axis and the vertical axis is the distance from the starting point P 0 on the locus L 1 . In the same (B), the horizontal axis is time, and the vertical axis is the distance from P 1 on the locus L 2 . In (C), the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the time change of the second coordinate of the interpolation point. The time axis is moving on the locus L 1 as shown in (A) of the same figure, and in the same (B) shows the state of being connected to the locus L 2 at time t 0 on the horizontal axis. The figure is shown shifted by t 0 . That is, from time 0 to t 0, the locus of the tip end effector of the manipulator moves on L 1 , and the j-th interpolation point X j in the meantime is obtained by the formula 10.

【数10】 [Equation 10]

【0016】さらに、時刻t0 から、L1の偏差ε1 が十
分小さくなるt1 までの間は数11により、第j補間点
j は軌跡L1上の運動する成分X2jをさらに加える。
Furthermore, from time t 0, the number 11 until the deviation epsilon 1 is sufficiently small t 1 of L 1, the first j interpolation point X j further addition of component X 2j that moves on the trajectory L 1 ..

【数11】 2jは同図(B)に示すように、時刻t0 で0であり、
少しづつ加速され、軌跡L2への接続がスムーズに行われ
ていることが示されている。時刻t1 では、軌跡L1の移
動成分が終了し、それ以降は数12によって補間点Xj
が計算される。
[Equation 11] X 2j is 0 at time t 0 as shown in FIG.
It is shown that the connection to the locus L 2 is smoothly made by gradually accelerating. At time t 1 , the moving component of the locus L 1 ends, and thereafter, the interpolation point X j
Is calculated.

【数12】 図6はフィードバックサーボ系の管理方法を示したフロ
ーチャート図である。ここでは、1からma までのサー
ボ系の処理中は、1を最も古いものとし、ε1が十分小
さくなった時点で2からma までのサーボ系の全ての状
態変数を1からma −1に移し、処理中のサーボ系の個
数ma =ma −1とする。また、目標と制御量との偏差
(εi )が十分小さくなるまでは、次の軌跡の制御中で
あっても処理を続行させる。さらに、ここには示してい
ないが、新たな軌跡の制御にあっては、スタート時にm
a +1番目を使用し、ma +1として図6のフローを実
行すればよい。これはファースト・イン・ファースト・
アウトのフィードバックサーボ系を1つのデータとする
バッファーと考えることができる。なお、ma は処理中
のサーボ系の最大値とする。
[Equation 12] FIG. 6 is a flowchart showing the method of managing the feedback servo system. Here, the processing of the servo system from 1 to m a, and the oldest of 1, m from 1 to all of the state variables of the servo system from 2 when epsilon 1 is sufficiently reduced to m a a transferred to -1, and the number m a = m a -1 of the servo system during the process. Further, until the deviation (ε i ) between the target and the control amount becomes sufficiently small, the processing is continued even during the control of the next locus. Furthermore, although not shown here, when controlling the new trajectory, m
Use the + 1st a, it may execute the flow of Figure 6 as m a + 1. This is first in first
The feedback servo system of the out can be considered as a buffer for one data. Incidentally, m a is the maximum value of the servo system during the process.

【0017】図7はマニピュレータは多くの自由度を有
するが、その1つとして2自由度の場合についてシミュ
レーション結果を図示したものである。図8は従来方法
を示し、偏差ε1カ゛が充分小さくなってから次の方向へ
の軌跡制御を行った例である。 図7、8とも同図
(A)ないし(D)で横軸は時間で、同図(A)は各関
節のモータ電流の時間変化を示し、縦軸はモータ電流、
図中(1)は第1軸、(2)は第2軸のモータ電流であ
る。同図(B)は各関節の角速度の時間変化を示し、縦
軸は角速度である。図中(1)は第1軸、(2)は第2
軸の角速度を示す。同図(C)は軌跡移動中の線速度の
時間変化を示し、縦軸は線速度である。図中(1)は指
令している線速度、(2)は実際の線速度である。同図
(D)は一つの平面上の軌跡を示すものであり各軸は各
々第2座標に対応するx,yである。ここで、時刻t1
のとき、バッファーの切り換えを示す。具体的には点P
0 からP1 への移動制御が終了し、数12による計算に
移行したことが示されている。図8(D)では点P1
停止してから次の軌跡P2 に向け移動している。これら
両図から、本発明にあっては図7(C)に比べ図8
(C)では、実線速度の減少度合が大きいことがわか
る。さらに、本発明にあっては図7(D)に比べ図8
(D)で軌跡の長さが相当大きくなっていることも理解
されよう。したがって、本発明を使用することにより同
一時間内に軌跡の長さ、すなわち、マニピュレータの先
端エンドエフェクタの運動距離を大とすることができる
も理解されよう。
FIG. 7 shows a simulation result in the case where the manipulator has many degrees of freedom, one of which has two degrees of freedom. FIG. 8 shows a conventional method, which is an example in which the trajectory is controlled in the next direction after the deviation ε 1 is sufficiently small. 7 and 8, the horizontal axis represents time, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents motor current of each joint, and the vertical axis represents motor current.
In the figure, (1) is the motor current of the first axis and (2) is the motor current of the second axis. FIG. 6B shows the change over time in the angular velocity of each joint, and the vertical axis represents the angular velocity. In the figure, (1) is the first axis and (2) is the second axis.
Indicates the angular velocity of the shaft. FIG. 6C shows a temporal change in the linear velocity during movement of the locus, and the vertical axis represents the linear velocity. In the figure, (1) is the commanded linear velocity, and (2) is the actual linear velocity. FIG. 3D shows a locus on one plane, and each axis is x, y corresponding to the second coordinate. Here, time t 1
Indicates that the buffer is switched. Specifically, point P
It is shown that the movement control from 0 to P 1 is completed and the calculation by the formula 12 is started. In FIG. 8D, after stopping at the point P 1, it moves toward the next locus P 2 . From these figures, in the present invention, as compared with FIG.
In (C), it can be seen that the degree of decrease in the solid linear velocity is large. Further, according to the present invention, as compared with FIG.
It will also be appreciated that in (D) the length of the trajectory is considerably large. It will therefore be appreciated that the present invention can be used to increase the length of the trajectory in the same time period, i.e., the distance traveled by the tip end effector of the manipulator.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、多関
節ロボットのマニピュレータの先端エンドエフェクタの
軌跡上の加減速を可能とするフィードバックサーボ系を
利用しての教示点での待時間を実質的に0とすることが
できる。したがって、軌跡精度を良さを維持しつつ教示
点における線速度をできる限り低下させずにスムーズに
移動方向を変更でき、しかも、サイクルタイムも向上で
きる効果を有する。
As described above, according to the present invention, the waiting time at the teaching point using the feedback servo system that enables the acceleration / deceleration on the trajectory of the tip end effector of the manipulator of the articulated robot can be reduced. It can be substantially zero. Therefore, it is possible to smoothly change the moving direction without reducing the linear velocity at the teaching point as much as possible while maintaining good locus accuracy, and also to improve the cycle time.

【0019】[0019]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明のロボットの軌跡制御方法を実施
する多関節ロボットの座標系の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a coordinate system of an articulated robot that implements a robot trajectory control method of the present invention.

【図2】図2は距離のサーボ系のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a distance servo system.

【図3】図3は軌跡上の加減速制御について示した図
で、同図(A)は一つの軌跡に対して始点からの距離の
時間変化を示した図、同図(B)は線速度の時間的変化
を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing acceleration / deceleration control on a locus, FIG. 3 (A) is a diagram showing a time change of a distance from a starting point with respect to one locus, and FIG. 3 (B) is a line. It is the figure which showed the time change of speed.

【図4】図4は軌跡上の距離についてのフィードバック
サーボ系のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a feedback servo system for a distance on a trajectory.

【図5】図5は教示点P1 を通過するときのxを求める
方法を示した図、同図(A)は軌跡L1上の距離の時間的
変化、同図(B)軌跡L2上の距離の時間的変化、同図
(C)は補間点の第2座標の時間変化を示した図であ
る。
5 is a diagram showing a method of obtaining x when passing a teaching point P 1 , FIG. 5 (A) is a temporal change of a distance on a locus L 1 , and FIG. 5 (B) is a locus L 2. FIG. 6C is a diagram showing the time variation of the upper distance, and the time variation of the second coordinate of the interpolation point.

【図6】図6はフィードバックサーボ系の管理方法を示
したフローチャート図である。
FIG. 6 is a flowchart showing a method of managing a feedback servo system.

【図7】図7は本発明の2自由度の場合についてシミュ
レーション結果の図示したものである。同図(A)は各
関節のモータ電流の時間変化を示し、同図(B)は各関
節の角速度の時間変化を示し、同図(C)は軌跡移動中
の線速度の時間変化を示し、同図(D)は一つの平面上
の軌跡を示すものであり各軸は各々第2座標に対応する
x,yである。
FIG. 7 is a diagram showing simulation results for the case of two degrees of freedom according to the present invention. The same figure (A) shows the time change of the motor current of each joint, the same figure (B) shows the time change of the angular velocity of each joint, and the same figure (C) shows the time change of the linear velocity during trajectory movement. , (D) shows a locus on one plane, and each axis is x, y corresponding to the second coordinate.

【図8】図8は従来方法についてシミュレーション結果
を図示したものである。同図(A)は各関節のモータ電
流の時間変化を示し、同図(B)は各関節の角速度の時
間変化を示し、同図(C)は軌跡移動中の線速度の時間
変化を示し、同図(D)は一つの平面上の軌跡を示すも
のであり各軸は各々第2座標に対応するx,yである。
FIG. 8 illustrates a simulation result of a conventional method. The same figure (A) shows the time change of the motor current of each joint, the same figure (B) shows the time change of the angular velocity of each joint, and the same figure (C) shows the time change of the linear velocity during trajectory movement. , (D) shows a locus on one plane, and each axis is x, y corresponding to the second coordinate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P 教示点 L 軌跡の距離 εs 偏差 δt 補間周期 ni 補間回数 Si 制御量 xij 第j補間点P Teaching point L Distance of locus ε s Deviation δ t Interpolation cycle n i Interpolation number S i Control amount x ij jth interpolation point

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多関節ロボットの関節座標とは独立な第
2の座標系によって定義された複数の軌跡に連続的に追
従する多関節ロボットの軌跡制御方法であって、 a) 軌跡の始点である第1の教示点と終点である第2
の教示点を第3の座標に変換し、線速度と補間計算周期
で決まる分割数分の第3の座標上の補間計算手段と、 b) 前記第3の座標における軌跡方向の原点からの距
離を目標とし、前記軌跡方向の最大及び最小加速度によ
る制限を加えた結果の距離を制御量とするフィードバッ
クサーボ系と、 c) 前記第3の座標上の原点と前記第2の教示点まで
の距離と、前記分割数との比から、前記フィードバック
サーボ系の制御量である距離に対応する第3の座標系の
補間点を求める手段と、 d) 前記距離のフィードバックサーボ系を複数個
(m)もち、目標と制御量との偏差が十分小さくなるま
では、次の軌跡の制御中であっても処理を続行させ、す
べての続行中のサーボ系に対応する複数の第3の座標系
の補間点とから合成補間点を求める手段と、 e) 前記合成補間点を求めた処理の続行中の最も古い
サーボ系に対応する前記第3の座標系の原点を示す前記
第2の座標系の値と、合成補間点の座標値の和を、最終
的な補間点の第2座標とする手段と、 f) 前記複数のサーボ系を管理する手段であって、最
も古い1番目のサーボ系が処理の終了時点で、2番目以
降の処理中のすべてのサーボ系の状態量を順に1つ前の
それに移し、常に1番目を最も古い処理中のサーボ系と
する手段とからなることを特徴とするロボットの軌跡制
御方法。
1. A trajectory control method for an articulated robot that continuously follows a plurality of trajectories defined by a second coordinate system that is independent of the joint coordinates of the articulated robot, comprising: a) at the start point of the trajectory. There is a first teaching point and a second ending point.
And the interpolation calculation means on the third coordinate for the number of divisions determined by the linear velocity and the interpolation calculation cycle, and b) the distance from the origin in the trajectory direction at the third coordinate. A feedback servo system in which the control amount is the distance resulting from the limitation of the maximum and minimum accelerations in the trajectory direction, and c) the distance between the origin on the third coordinate and the second taught point. And a means for obtaining an interpolation point of the third coordinate system corresponding to a distance which is a control amount of the feedback servo system from the ratio of the division number, and d) a plurality of feedback servo systems of the distance (m). Until the deviation between the target and the control amount becomes sufficiently small, the processing is continued even during the control of the next locus, and the interpolation of the plurality of third coordinate systems corresponding to all the ongoing servo systems is performed. And a means to obtain a synthetic interpolation point from e) The sum of the value of the second coordinate system indicating the origin of the third coordinate system corresponding to the oldest servo system in the process of obtaining the synthetic interpolation point and the coordinate value of the synthetic interpolation point is calculated. Means for setting the second coordinate of the final interpolation point, and f) means for managing the plurality of servo systems, wherein the oldest first servo system is in the process of the second and subsequent processes at the end of the process. The method for controlling the trajectory of a robot, which comprises sequentially moving the state quantities of all the servo systems to the previous one, and always making the first one the oldest servo system being processed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103080859A (en) * 2010-08-25 2013-05-01 三菱电机株式会社 Trajectory control device
CN103092129A (en) * 2013-01-29 2013-05-08 电子科技大学 Predictive control method for complex digital control system
CN112451089A (en) * 2020-10-13 2021-03-09 北京工业大学 Pose space equidistant trajectory planning method for correcting tibial deformity
WO2022201377A1 (en) * 2021-03-24 2022-09-29 三菱電機株式会社 Robot control device and robot control method

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