JPH05324044A - ロボットの軌跡制御方式 - Google Patents
ロボットの軌跡制御方式Info
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- JPH05324044A JPH05324044A JP13070792A JP13070792A JPH05324044A JP H05324044 A JPH05324044 A JP H05324044A JP 13070792 A JP13070792 A JP 13070792A JP 13070792 A JP13070792 A JP 13070792A JP H05324044 A JPH05324044 A JP H05324044A
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- Japan
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- velocity
- point
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】特異点近傍における関節駆動速度と補間間隔を
適正化することにより、振動発生を回避して軌跡制御の
安定性を向上すると共に、軌跡の非補償時間を短くして
軌跡精度を高める。 【構成】直交座標系にて始点より逐次所定の時間後に通
過するべき補間点を演算し、各々の補間点におけるロボ
ットの関節角を直交座標系からロボットの形態に固有の
関節座標系への座標変換演算により求め、補間点におけ
る関節角と移動中の現時点での関節角との差から補間点
に達するまでに関節を駆動させる速度を求める演算を行
って、ロボット先端を終点まで移動させる制御方式であ
って、関節角の差が所定量よりも大きくなったときは、
関節角が不連続に変化する特異点近傍に近付いたとみな
し、この近傍では、関節を駆動させる速度を関節アクチ
ュエータの最高速度に相当する速度から該速度よりも低
い速度へ変化させると共に、これに対応させて補間点の
間隔を短くする。
適正化することにより、振動発生を回避して軌跡制御の
安定性を向上すると共に、軌跡の非補償時間を短くして
軌跡精度を高める。 【構成】直交座標系にて始点より逐次所定の時間後に通
過するべき補間点を演算し、各々の補間点におけるロボ
ットの関節角を直交座標系からロボットの形態に固有の
関節座標系への座標変換演算により求め、補間点におけ
る関節角と移動中の現時点での関節角との差から補間点
に達するまでに関節を駆動させる速度を求める演算を行
って、ロボット先端を終点まで移動させる制御方式であ
って、関節角の差が所定量よりも大きくなったときは、
関節角が不連続に変化する特異点近傍に近付いたとみな
し、この近傍では、関節を駆動させる速度を関節アクチ
ュエータの最高速度に相当する速度から該速度よりも低
い速度へ変化させると共に、これに対応させて補間点の
間隔を短くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多関節型ロボットの軌
跡制御方式に関し、特に、６自由度多関節型ロボットを
直交座標系でスムーズに移動させる軌跡制御方式の改良
に関する。 ［背景説明］一般に、各関節の運動が互いに影響し合う
多関節型ロボットの軌跡制御においては、マトリクスを
用いた演算、すなわち座標変換行列によって各関節の動
きを計算し、この演算結果に基づいて腕や手先の位置を
目標軌跡に一致させる制御方式を採用する。
跡制御方式に関し、特に、６自由度多関節型ロボットを
直交座標系でスムーズに移動させる軌跡制御方式の改良
に関する。 ［背景説明］一般に、各関節の運動が互いに影響し合う
多関節型ロボットの軌跡制御においては、マトリクスを
用いた演算、すなわち座標変換行列によって各関節の動
きを計算し、この演算結果に基づいて腕や手先の位置を
目標軌跡に一致させる制御方式を採用する。
【０００２】座標変換演算は、例えば「人工の手の運動
制御に関する研究」日本機械学論文集（Ｃ編）、４５巻
３９１号（昭和５４年３月）Ｐ３１４〜Ｐ３２２、に詳
しく紹介されているように、目標とする手先の位置・姿
勢ベクトルＰを与えるのに必要な各々の関節角度ベクト
ルΘを、各関節に固定された座標系間のトータルな座標
変換行列を使用して求めるものである。
制御に関する研究」日本機械学論文集（Ｃ編）、４５巻
３９１号（昭和５４年３月）Ｐ３１４〜Ｐ３２２、に詳
しく紹介されているように、目標とする手先の位置・姿
勢ベクトルＰを与えるのに必要な各々の関節角度ベクト
ルΘを、各関節に固定された座標系間のトータルな座標
変換行列を使用して求めるものである。
【０００３】しかし、かかる座標変換行列によって求め
られたΘの解は、存在範囲を次式に制限してモード８
通りある。この解の種類は、ロボットに行わせる作業内
容によって決めなければならないが、解の種類を変更す
るためには、特異点を必ず通過する。 −π＜θi ≦π（ｉ＝１〜６） …… 但し、θi ：関節ｉの関節角度 特異点は解の種類の変化点であるから、この点を境にΘ
の動きが不連続となり、また、特異点近傍でもＰの微小
変化によってΘが大きく変化するといった軌跡制御の不
連続性問題が生じてしまう。本発明は、特に後者の「特
異点近傍における不連続性問題」を解消するための有用
な技術を提供するものである。
られたΘの解は、存在範囲を次式に制限してモード８
通りある。この解の種類は、ロボットに行わせる作業内
容によって決めなければならないが、解の種類を変更す
るためには、特異点を必ず通過する。 −π＜θi ≦π（ｉ＝１〜６） …… 但し、θi ：関節ｉの関節角度 特異点は解の種類の変化点であるから、この点を境にΘ
の動きが不連続となり、また、特異点近傍でもＰの微小
変化によってΘが大きく変化するといった軌跡制御の不
連続性問題が生じてしまう。本発明は、特に後者の「特
異点近傍における不連続性問題」を解消するための有用
な技術を提供するものである。
【０００４】
【従来の技術】かかる特異点近傍における不連続性問題
を解消するための従来技術としては、例えば特公平３−
５６０５公報に記載された技術がある。この従来技術
は、多関節ロボットのベース（基台）に定義した直交座
標系にてあらかじめ指定されている始点より逐次所定の
時間後に通過するべき点（以下、補間点）を演算し、そ
れぞれの補間点における関節角と移動中の現時点での関
節角との差から、補間点に達するまでの関節駆動速度を
求めて、その関節駆動速度が所定値よりも大きくなった
ときに特異点に接近したとみなし、この特異点近傍で
は、上記関節駆動速度をアクチュエータの最高速度Ｖ
max で制限すると共に、補間点の間隔（以下、補間間
隔）を上記関節駆動速度とアクチュエータの最高速度Ｖ
max の比に応じて引き延ばすようにしたものである。
を解消するための従来技術としては、例えば特公平３−
５６０５公報に記載された技術がある。この従来技術
は、多関節ロボットのベース（基台）に定義した直交座
標系にてあらかじめ指定されている始点より逐次所定の
時間後に通過するべき点（以下、補間点）を演算し、そ
れぞれの補間点における関節角と移動中の現時点での関
節角との差から、補間点に達するまでの関節駆動速度を
求めて、その関節駆動速度が所定値よりも大きくなった
ときに特異点に接近したとみなし、この特異点近傍で
は、上記関節駆動速度をアクチュエータの最高速度Ｖ
max で制限すると共に、補間点の間隔（以下、補間間
隔）を上記関節駆動速度とアクチュエータの最高速度Ｖ
max の比に応じて引き延ばすようにしたものである。
【０００５】これによれば、特異点近傍においても、与
えられた直交座標から各関節の関節角度への変換処理を
スムーズに行うことができ、６自由度多関節型ロボット
の機構に固有の特異点近傍における不連続性問題を解決
できる。
えられた直交座標から各関節の関節角度への変換処理を
スムーズに行うことができ、６自由度多関節型ロボット
の機構に固有の特異点近傍における不連続性問題を解決
できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のロボットの軌跡制御方式にあっては、特異点近傍
における関節速度をアクチュエータの最高速度Ｖmax で
制限するので、特異点近傍から離脱する際、すなわち、
関節角がある値から他の値へと変化する際の変化曲線の
傾き（Ｖmax で決まる）が急となり、他の値に収束する
際に大きな振動（ハンティング）を発生して軌跡制御の
安定性を損なうといった問題点があった。また、特異点
近傍における補間間隔を上記関節駆動速度とアクチュエ
ータの最高速度Ｖmax の比に応じて引き延ばすので、軌
跡の非補償時間が長くなり、軌跡精度が低下するといっ
た問題点があった。 ［目的］そこで、本発明は、特異点近傍における関節駆
動速度と補間間隔を適正化することにより、振動発生を
回避して軌跡制御の安定性を向上すると共に、軌跡の非
補償時間を短くして軌跡精度を高めることを目的とす
る。
従来のロボットの軌跡制御方式にあっては、特異点近傍
における関節速度をアクチュエータの最高速度Ｖmax で
制限するので、特異点近傍から離脱する際、すなわち、
関節角がある値から他の値へと変化する際の変化曲線の
傾き（Ｖmax で決まる）が急となり、他の値に収束する
際に大きな振動（ハンティング）を発生して軌跡制御の
安定性を損なうといった問題点があった。また、特異点
近傍における補間間隔を上記関節駆動速度とアクチュエ
ータの最高速度Ｖmax の比に応じて引き延ばすので、軌
跡の非補償時間が長くなり、軌跡精度が低下するといっ
た問題点があった。 ［目的］そこで、本発明は、特異点近傍における関節駆
動速度と補間間隔を適正化することにより、振動発生を
回避して軌跡制御の安定性を向上すると共に、軌跡の非
補償時間を短くして軌跡精度を高めることを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、多関節型ロボットのベースに定義した直
交座標系にてあらかじめ指定されている始点より逐次所
定の時間後に通過するべき補間点を演算し、前記各々の
補間点におけるロボットの関節角を前記直交座標系から
ロボットの形態に固有の関節座標系への座標変換演算に
より求め、前記補間点における関節角と移動中の現時点
での関節角との差から補間点に達するまでに関節を駆動
させる速度を求める演算を行って、ロボット先端を終点
まで移動させる制御方式であって、前記関節角の差が所
定量よりも大きくなったときは、関節角が不連続に変化
する特異点近傍に近付いたとみなし、該特異点近傍で
は、前記関節を駆動させる速度を関節アクチュエータの
最高速度に相当する速度から該速度よりも低い速度へと
段階的若しくは連続的に変化させると共に、該速度の変
化に対応させて前記補間点の間隔を短くすることを特徴
とする。
成するために、多関節型ロボットのベースに定義した直
交座標系にてあらかじめ指定されている始点より逐次所
定の時間後に通過するべき補間点を演算し、前記各々の
補間点におけるロボットの関節角を前記直交座標系から
ロボットの形態に固有の関節座標系への座標変換演算に
より求め、前記補間点における関節角と移動中の現時点
での関節角との差から補間点に達するまでに関節を駆動
させる速度を求める演算を行って、ロボット先端を終点
まで移動させる制御方式であって、前記関節角の差が所
定量よりも大きくなったときは、関節角が不連続に変化
する特異点近傍に近付いたとみなし、該特異点近傍で
は、前記関節を駆動させる速度を関節アクチュエータの
最高速度に相当する速度から該速度よりも低い速度へと
段階的若しくは連続的に変化させると共に、該速度の変
化に対応させて前記補間点の間隔を短くすることを特徴
とする。
【０００８】
【作用】本発明では、特異点近傍から離脱する際、すな
わち、関節角がある値から他の値へと変化する際の変化
曲線が、関節アクチュエータの最高速度に相当する急な
傾斜から、該速度よりも低い速度に相当する緩やかな傾
斜へと段階的若しくは連続的にスムーズに連続する。従
って、上記他の値に収束する際の大きな振動（ハンティ
ング）が回避され、軌跡制御の安定性向上が図られる。
また、軌跡の非補償時間が短縮化され、軌跡精度が高め
られる。
わち、関節角がある値から他の値へと変化する際の変化
曲線が、関節アクチュエータの最高速度に相当する急な
傾斜から、該速度よりも低い速度に相当する緩やかな傾
斜へと段階的若しくは連続的にスムーズに連続する。従
って、上記他の値に収束する際の大きな振動（ハンティ
ング）が回避され、軌跡制御の安定性向上が図られる。
また、軌跡の非補償時間が短縮化され、軌跡精度が高め
られる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図１２は本発明に係るロボットの軌跡制御
方式の一実施例を示す図であり、６自由度多関節型ロボ
ットへの適用例である。まず、構成を説明する。図１に
おいて、ロボット１は、ベース（基台）２と手先（ハン
ド）３の間を連結する複数の関節（第１関節〜第６関
節）を備え、各関節内部のアクチュエータ（例えばモー
タ）を回転させることにより、手先の位置・姿勢ベクト
ル（以下、手先位置と略す）Ｐを自在に変更できる。
する。図１〜図１２は本発明に係るロボットの軌跡制御
方式の一実施例を示す図であり、６自由度多関節型ロボ
ットへの適用例である。まず、構成を説明する。図１に
おいて、ロボット１は、ベース（基台）２と手先（ハン
ド）３の間を連結する複数の関節（第１関節〜第６関
節）を備え、各関節内部のアクチュエータ（例えばモー
タ）を回転させることにより、手先の位置・姿勢ベクト
ル（以下、手先位置と略す）Ｐを自在に変更できる。
【００１０】［Ｏ−ｘｙｚ］はロボット１のベース２に
定義した直交座標系であり、各関節や手先３に固定の座
標系で表現された位置情報等を座標変換する際の基準と
なる座標系である。図２は、各関節の制御系の概念ブロ
ック図である。制御系は、目標関節角度と現在の関節角
度とに基づいて関節角度の指令値を演算する演算処理装
置１０、該指令値に応じた関節速度の制御値を発生する
速度関数発生部１１、及び、該制御値に従って関節を回
転駆動するサーボ機構１２を含み、全体でクローズドル
ープ制御系を構成する。
定義した直交座標系であり、各関節や手先３に固定の座
標系で表現された位置情報等を座標変換する際の基準と
なる座標系である。図２は、各関節の制御系の概念ブロ
ック図である。制御系は、目標関節角度と現在の関節角
度とに基づいて関節角度の指令値を演算する演算処理装
置１０、該指令値に応じた関節速度の制御値を発生する
速度関数発生部１１、及び、該制御値に従って関節を回
転駆動するサーボ機構１２を含み、全体でクローズドル
ープ制御系を構成する。
【００１１】図３は、制御系の詳細ブロック図である。
１０ａは現在位置から指定された目標位置まであらかじ
め定められた補間方式と速度で手先位置を計算する第１
軌跡補間部、１０ｂは第１軌跡補間部１０ａで計算され
た手先位置を関節角度に座標変換する座標変換部、１０
ｃは各関節の現在の関節角度を取得する現在位置読込
部、１０ｄは後述の速度計算部１１ａで算出された速度
及び移動時間に基づいて手先の補間間隔を伸縮する位置
と伸縮量を設定する速度変化点抽出部、１０ｅは速度変
化点抽出部１０ｄで求めた変化点と伸縮量に従って所定
の補間演算を実行する第２軌跡補間部、１１ａは座標変
換部１０ｂで計算された各関節角度と現在の関節角度に
基づいて関節速度を算出すると共に、各関節の最高速度
を越えた場合は移動時間を延ばすための計算を行う速度
計算部、１２ａは各関節速度に従ってロボットを実際に
動作させるサーボ制御部である。
１０ａは現在位置から指定された目標位置まであらかじ
め定められた補間方式と速度で手先位置を計算する第１
軌跡補間部、１０ｂは第１軌跡補間部１０ａで計算され
た手先位置を関節角度に座標変換する座標変換部、１０
ｃは各関節の現在の関節角度を取得する現在位置読込
部、１０ｄは後述の速度計算部１１ａで算出された速度
及び移動時間に基づいて手先の補間間隔を伸縮する位置
と伸縮量を設定する速度変化点抽出部、１０ｅは速度変
化点抽出部１０ｄで求めた変化点と伸縮量に従って所定
の補間演算を実行する第２軌跡補間部、１１ａは座標変
換部１０ｂで計算された各関節角度と現在の関節角度に
基づいて関節速度を算出すると共に、各関節の最高速度
を越えた場合は移動時間を延ばすための計算を行う速度
計算部、１２ａは各関節速度に従ってロボットを実際に
動作させるサーボ制御部である。
【００１２】次に、作用を説明する。図４において、Ｐ
S は多関節型ロボットのベースに定義した直交座標系に
てあらかじめ指定されている始点、ＰE は軌跡制御の最
終目標位置となる終点である。始点ＰS と終点ＰE の間
のＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、……Ｐ i 、……は、それぞれが所
定の時間後に通過するべき補間点であり、これら補間点
の位置は演算によって逐次求められる。
S は多関節型ロボットのベースに定義した直交座標系に
てあらかじめ指定されている始点、ＰE は軌跡制御の最
終目標位置となる終点である。始点ＰS と終点ＰE の間
のＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、……Ｐ i 、……は、それぞれが所
定の時間後に通過するべき補間点であり、これら補間点
の位置は演算によって逐次求められる。
【００１３】軌跡制御は、直前の補間点（例えばＰi ）
におけるロボットの関節角θi を直交座標系からロボッ
トの形態に固有の関節座標系への座標変換演算により求
めると共に、その補間点Ｐi における関節角θi （演算
関節角）と移動中の現時点での関節角θi ’（実関節
角）との差から補間点Ｐi に達するまでに関節を駆動さ
せる速度（以下、関節速度Ｖi ）を求める演算を行い、
これを補間点ごとに繰り返してロボット先端を終点まで
移動させる一連の制御方式である。
におけるロボットの関節角θi を直交座標系からロボッ
トの形態に固有の関節座標系への座標変換演算により求
めると共に、その補間点Ｐi における関節角θi （演算
関節角）と移動中の現時点での関節角θi ’（実関節
角）との差から補間点Ｐi に達するまでに関節を駆動さ
せる速度（以下、関節速度Ｖi ）を求める演算を行い、
これを補間点ごとに繰り返してロボット先端を終点まで
移動させる一連の制御方式である。
【００１４】ロボットの手先を始点ＰS から終点ＰE ま
で直線補間で軌跡制御する場合、図５に示す台形速度曲
線の一定時間間隔Ｄth（補間点の間隔に相当；以下、補
間間隔）ごとに、補間点Ｐj における手先位置から各関
節角度θを求め、その位置を各関節が通過するように、
次式に従って各関節角度Ｖi を演算し、その速度で補
間点を通過するようにアクチュエータを制御する。
で直線補間で軌跡制御する場合、図５に示す台形速度曲
線の一定時間間隔Ｄth（補間点の間隔に相当；以下、補
間間隔）ごとに、補間点Ｐj における手先位置から各関
節角度θを求め、その位置を各関節が通過するように、
次式に従って各関節角度Ｖi を演算し、その速度で補
間点を通過するようにアクチュエータを制御する。
【００１５】Ｖi ＝（θi −θi ’）／Ｄtr …… Ｖi ：関節i の速度 θi ：Ｐj 点における関節i の関節角度 θi ’：関節i の現在位置（関節角度） Ｄtr：一定時間間隔（制御間隔に相当する、通常は＝Ｄ
th） ここで、関節角が不連続に変化する特異点は、前述した
ように関節角度ベクトルΘの解の種類の変化点であり、
演算で求めた関節速度Ｖi が急激に大きくなるから、こ
のＶi と所定値、例えばアクチュエータ等の最高速度Ｖ
maxiとを比較することにより、特異点近傍への接近を検
出できる。
th） ここで、関節角が不連続に変化する特異点は、前述した
ように関節角度ベクトルΘの解の種類の変化点であり、
演算で求めた関節速度Ｖi が急激に大きくなるから、こ
のＶi と所定値、例えばアクチュエータ等の最高速度Ｖ
maxiとを比較することにより、特異点近傍への接近を検
出できる。
【００１６】本発明では、特異点近傍以外のときは制御
間隔Ｄtrと補間間隔Ｄthとを等値に設定するが、特異点
近傍に接近したときは補間間隔Ｄthを縮小方向に変化さ
せる。なお、縮小に伴って目標位置への到達時間が長く
なるため、特異点近傍の通過後は、制御間隔Ｄtrを元の
値に戻すという手法をとる（但し、特異点近傍で停止す
るときは縮小したままとする）。
間隔Ｄtrと補間間隔Ｄthとを等値に設定するが、特異点
近傍に接近したときは補間間隔Ｄthを縮小方向に変化さ
せる。なお、縮小に伴って目標位置への到達時間が長く
なるため、特異点近傍の通過後は、制御間隔Ｄtrを元の
値に戻すという手法をとる（但し、特異点近傍で停止す
るときは縮小したままとする）。
【００１７】速度変化点抽出部１０ｄでは、現在位置か
ら目標位置までの補間間隔ごとに各関節速度を計算する
が、特異点近傍通過時における計算では、以下に示す複
数のパラメータを求める。 Ｔc ；制御間隔Ｄtrを延ばす場合、その延ばしの開始点
（動作開始からの時間）を示すパラメータ、Ｔm ；制御
間隔Ｄtrが最大に延びた点（動作開始からの時間）を示
すパラメータ、Ｄtm；上記Ｔm における補間間隔であ
り、次式で与えられる。
ら目標位置までの補間間隔ごとに各関節速度を計算する
が、特異点近傍通過時における計算では、以下に示す複
数のパラメータを求める。 Ｔc ；制御間隔Ｄtrを延ばす場合、その延ばしの開始点
（動作開始からの時間）を示すパラメータ、Ｔm ；制御
間隔Ｄtrが最大に延びた点（動作開始からの時間）を示
すパラメータ、Ｄtm；上記Ｔm における補間間隔であ
り、次式で与えられる。
【００１８】Ｄtm＝Ｄth＊Ｖmaxi／Ｖi …… Ｖmaxi：関節i の最大速度 Ｖi ：次の補間点に移動するための速度 Ｔd ；関節速度Ｖi が急激に低下したときに、その制御
間隔Ｄtrでは現在速度から計算値Ｖi まで落とせないと
いったことが発生した時間を示すパラメータ、なお、計
算値まで落とせないという判断は、現在位置読み込み時
の速度をＶi ’とすると、減速するまでに要する時間Ｄ
taは次式で与えられる。
間隔Ｄtrでは現在速度から計算値Ｖi まで落とせないと
いったことが発生した時間を示すパラメータ、なお、計
算値まで落とせないという判断は、現在位置読み込み時
の速度をＶi ’とすると、減速するまでに要する時間Ｄ
taは次式で与えられる。
【００１９】 Ｄta＝（Ｖi ’−Ｖi ）／ＶＫmaxi …… ＶＫmaxi：関節i の最大加速度 ここで、次の条件を満たす場合が、計算値まで落とせな
い場合である。 （ａ）Ｖi ’＜０．０ かつ Ｖi ＜Ｖi ’ かつ Ｄ
ta＞Ｄtr （ｂ）Ｖi ’≧０．０ かつ Ｖi ＞Ｖi ’ かつ Ｄ
ta＞Ｄtr 従って、補間時間内で計算値まで落とすためには、１補
間間隔前において次式で求められる速度Ｖi ”まで減
速しておく必要がある。
い場合である。 （ａ）Ｖi ’＜０．０ かつ Ｖi ＜Ｖi ’ かつ Ｄ
ta＞Ｄtr （ｂ）Ｖi ’≧０．０ かつ Ｖi ＞Ｖi ’ かつ Ｄ
ta＞Ｄtr 従って、補間時間内で計算値まで落とすためには、１補
間間隔前において次式で求められる速度Ｖi ”まで減
速しておく必要がある。
【００２０】 Ｖi ”＝Ｖi ±ＶＫmaxi＊Ｄth（Ｖi ＞０で−，Ｖi ＜０で＋） …… すなわち、１補間間隔前のロボットの制御間隔をＤtr’
とすると、 Ｄthd ＝Ｄtr’＊｜Ｖi ’／Ｖi ”｜ …… となる。
とすると、 Ｄthd ＝Ｄtr’＊｜Ｖi ’／Ｖi ”｜ …… となる。
【００２１】第２軌跡補間部１０ｅは以上の各パラメー
タを利用し、以下の規則に従って手先の補間位置を求め
ていく（ｔは補間計算上の経過時間）。 （ア）０≦ｔ≦Ｔc ｔ＝ｔ＋Ｄth （Ｄth＝Ｄ
tr） （イ）Ｔc ＜ｔ≦Ｔm 時間内でＤthからＤtmに至る
まで段階的若しくは連続的に徐々に手先補間時間を縮め
る。徐々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄtmになるように
する。 （ウ）Ｔm ＜ｔ≦Ｔd 時間内でＤtmから段階的若し
くは連続的に徐々に手先補間間隔をＤthd に至らせる。
徐々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄthd になるようにす
る。 （エ）Ｔd ＜ｔ≦Ｔe 時間内でＤtdから段階的若し
くは連続的に徐々に手先補間間隔をＤthに至らせる。徐
々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄthになるようにする。
タを利用し、以下の規則に従って手先の補間位置を求め
ていく（ｔは補間計算上の経過時間）。 （ア）０≦ｔ≦Ｔc ｔ＝ｔ＋Ｄth （Ｄth＝Ｄ
tr） （イ）Ｔc ＜ｔ≦Ｔm 時間内でＤthからＤtmに至る
まで段階的若しくは連続的に徐々に手先補間時間を縮め
る。徐々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄtmになるように
する。 （ウ）Ｔm ＜ｔ≦Ｔd 時間内でＤtmから段階的若し
くは連続的に徐々に手先補間間隔をＤthd に至らせる。
徐々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄthd になるようにす
る。 （エ）Ｔd ＜ｔ≦Ｔe 時間内でＤtdから段階的若し
くは連続的に徐々に手先補間間隔をＤthに至らせる。徐
々に落とす際は、必ず補間間隔Ｄthになるようにする。
【００２２】図６は、特異点近傍を通過する際の関節角
速度の変化曲線である。所定の角速度から急激に立ち上
がった後、所定の角速度に安定する。立上りの開始点
（Ｔc）までは上記（ア）の規則が適用され、開始点
（Ｔc ）からほぼ中間点（Ｔm ）までは上記（イ）の規
則が適用される。また、中間点（Ｔm ）から終了点（Ｔ
d）までは上記（ウ）の規則が適用され、終了点
（Ｔd ）以降は上記（エ）の規則が適用される。すなわ
ち、特異点近傍を通過する際は、Ｔm のときにＤtm、Ｔ
dのときにＤthd 、Ｔd 以降ではＤth（本来の補間間
隔）となるように、手先補間時間が徐々に伸縮される。
従って、補間間隔が長くなり過ぎないから、軌跡の非補
償時間を短くすることができ、軌跡精度を高めることが
できる。
速度の変化曲線である。所定の角速度から急激に立ち上
がった後、所定の角速度に安定する。立上りの開始点
（Ｔc）までは上記（ア）の規則が適用され、開始点
（Ｔc ）からほぼ中間点（Ｔm ）までは上記（イ）の規
則が適用される。また、中間点（Ｔm ）から終了点（Ｔ
d）までは上記（ウ）の規則が適用され、終了点
（Ｔd ）以降は上記（エ）の規則が適用される。すなわ
ち、特異点近傍を通過する際は、Ｔm のときにＤtm、Ｔ
dのときにＤthd 、Ｔd 以降ではＤth（本来の補間間
隔）となるように、手先補間時間が徐々に伸縮される。
従って、補間間隔が長くなり過ぎないから、軌跡の非補
償時間を短くすることができ、軌跡精度を高めることが
できる。
【００２３】以上述べたように、本実施例では、特異点
を通過する際の時点Ｔm において、関節速度を最大速度
Ｖmaxiに設定すると共に、その後の時点Ｔd （の１補間
間隔前）において前式で求められる速度Ｖi ”まで減
速しておくので、各関節や手先の振動を回避することが
でき、軌跡制御の安定性を向上することができる。すな
わち、図７〜図９は、かかる速度コントロールを行わな
い場合（言い替えれば従来例）の関節速度（実線）と関
節角度（破線）の特性図であり、この例では、第４関節
（図８（ｂ）参照）と第６関節（図９（ｂ）参照）に大
きな振動が認められる。これは、特異点近傍を通過する
際の関節速度が、相当に大きな値から急にゼロになるた
めである。図１０〜図１２は速度コントロールを行う場
合の特性図であり、図７〜図９と同一動作条件の図であ
る。これによれば、第４関節（図１１（ｂ）参照）と第
６関節（図１２（ｂ）参照）に振動は認められない。速
度コントロールにより、関節速度が比較的緩やかにゼロ
となるからである。
を通過する際の時点Ｔm において、関節速度を最大速度
Ｖmaxiに設定すると共に、その後の時点Ｔd （の１補間
間隔前）において前式で求められる速度Ｖi ”まで減
速しておくので、各関節や手先の振動を回避することが
でき、軌跡制御の安定性を向上することができる。すな
わち、図７〜図９は、かかる速度コントロールを行わな
い場合（言い替えれば従来例）の関節速度（実線）と関
節角度（破線）の特性図であり、この例では、第４関節
（図８（ｂ）参照）と第６関節（図９（ｂ）参照）に大
きな振動が認められる。これは、特異点近傍を通過する
際の関節速度が、相当に大きな値から急にゼロになるた
めである。図１０〜図１２は速度コントロールを行う場
合の特性図であり、図７〜図９と同一動作条件の図であ
る。これによれば、第４関節（図１１（ｂ）参照）と第
６関節（図１２（ｂ）参照）に振動は認められない。速
度コントロールにより、関節速度が比較的緩やかにゼロ
となるからである。
【００２４】本実施例では、従来例に比べて、特異点近
傍通過時の補間回数が大幅に増加し（実験によれば１２
２回→１８８回）、軌跡精度を格段に高めることができ
る。これにより、特異点近傍での作業が可能になり、ま
た、補間制御を行いながら任意の関節を最大速度で動作
させるといった高速制御も可能になる。なお、ロボット
を従来方式で１度動作させながら、速度変化点や補間間
隔量を収集しておき、以後、同一動作を行う際に本発明
の方式を適用するようにしてもよい。
傍通過時の補間回数が大幅に増加し（実験によれば１２
２回→１８８回）、軌跡精度を格段に高めることができ
る。これにより、特異点近傍での作業が可能になり、ま
た、補間制御を行いながら任意の関節を最大速度で動作
させるといった高速制御も可能になる。なお、ロボット
を従来方式で１度動作させながら、速度変化点や補間間
隔量を収集しておき、以後、同一動作を行う際に本発明
の方式を適用するようにしてもよい。
【００２５】また、ロボットの動作前に中央処理装置内
で仮想的に（シミュレーション的に）動作させ、手先補
間間隔を縮めるための各パラメータを収集してもよい。
また、複数の演算装置を用いれば、速度変換点抽出部の
計算を先に実行すると共に、遅れて軌跡制御部を動作さ
せることも可能であり、ロボットを動作させながらスム
ーズに補間することができる。
で仮想的に（シミュレーション的に）動作させ、手先補
間間隔を縮めるための各パラメータを収集してもよい。
また、複数の演算装置を用いれば、速度変換点抽出部の
計算を先に実行すると共に、遅れて軌跡制御部を動作さ
せることも可能であり、ロボットを動作させながらスム
ーズに補間することができる。
【００２６】また、本方式では、（ア）〜（ウ）の４段
階判定例を示したが、これらに加えてさらに途中点を設
定し、その途中点での補間時間を正確に求めることによ
り、特異点近傍における関節角速度の変化傾向をきめ細
かく知ることができ、さらに正確な制御を行うことが可
能である。
階判定例を示したが、これらに加えてさらに途中点を設
定し、その途中点での補間時間を正確に求めることによ
り、特異点近傍における関節角速度の変化傾向をきめ細
かく知ることができ、さらに正確な制御を行うことが可
能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、特異点近傍における関
節駆動速度と補間間隔を適正化したので、振動発生を回
避して軌跡制御の安定性を向上することができると共
に、軌跡の非補償時間を短くして軌跡精度を高めること
ができる。
節駆動速度と補間間隔を適正化したので、振動発生を回
避して軌跡制御の安定性を向上することができると共
に、軌跡の非補償時間を短くして軌跡精度を高めること
ができる。
【図１】一実施例のロボットの概念構成図である。
【図２】一実施例の制御系の概念ブロック図である。
【図３】一実施例の制御系の詳細ブロック図である。
【図４】一実施例の軌跡経路上に設定する補間点を示す
図である。
図である。
【図５】一実施例の台形速度曲線図である。
【図６】一実施例の特異点近傍通過時における関節角速
度特性図である。
度特性図である。
【図７】本発明を適用しない場合の第１関節と第２関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
【図８】本発明を適用しない場合の第３関節と第４関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
【図９】本発明を適用しない場合の第５関節と第６関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
【図１０】本発明を適用した場合の第１関節と第２関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
【図１１】本発明を適用した場合の第３関節と第４関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
【図１２】本発明を適用した場合の第５関節と第６関節
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
の関節速度及び関節角度の制御特性図である。
ＰS ：始点 Ｐ1 、Ｐ2 、……：補間点 ＰE ：終点 １：多関節型ロボット ２：ベース ３：手先 １０：演算処理装置 １０ａ：第１軌跡補間部 １０ｂ：座標変換部 １０ｃ：現在位置読込部 １０ｄ：速度変化点抽出部 １０ｅ：第２軌跡補間部 １１：速度関数発生部 １１ａ：速度計算部 １２：サーボ機構 １２ａ：サーボ制御部
Claims (1)
- 【請求項１】多関節型ロボットのベースに定義した直交
座標系にてあらかじめ指定されている始点より逐次所定
の時間後に通過するべき補間点を演算し、 前記各々の補間点におけるロボットの関節角を前記直交
座標系からロボットの形態に固有の関節座標系への座標
変換演算により求め、 前記補間点における関節角と移動中の現時点での関節角
との差から補間点に達するまでに関節を駆動させる速度
を求める演算を行って、ロボット先端を終点まで移動さ
せる制御方式であって、 前記関節角の差が所定量よりも大きくなったときは、関
節角が不連続に変化する特異点近傍に近付いたとみな
し、 該特異点近傍では、前記関節を駆動させる速度を関節ア
クチュエータの最高速度に相当する速度から該速度より
も低い速度へと段階的若しくは連続的に変化させると共
に、 該速度の変化に対応させて前記補間点の間隔を短くする
ことを特徴とするロボットの軌跡制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13070792A JPH05324044A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | ロボットの軌跡制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13070792A JPH05324044A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | ロボットの軌跡制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05324044A true JPH05324044A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15040699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13070792A Withdrawn JPH05324044A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | ロボットの軌跡制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05324044A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009230552A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 数値制御装置 |
| JP2011003176A (ja) * | 2009-05-19 | 2011-01-06 | Fanuc Ltd | ５軸加工機用数値制御装置 |
| JP2015030078A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット制御方法 |
| US9415518B2 (en) | 2013-10-31 | 2016-08-16 | Seiko Epson Corporation | Robot control device and robot |
| JP2018015896A (ja) * | 2017-10-31 | 2018-02-01 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット制御方法 |
| CN114102596A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 运动机构的运动控制方法、装置、电子设备及介质 |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP13070792A patent/JPH05324044A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009230552A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 数値制御装置 |
| JP4637197B2 (ja) * | 2008-03-24 | 2011-02-23 | 三菱電機株式会社 | 数値制御装置 |
| JP2011003176A (ja) * | 2009-05-19 | 2011-01-06 | Fanuc Ltd | ５軸加工機用数値制御装置 |
| JP2015030078A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット制御方法 |
| US9415518B2 (en) | 2013-10-31 | 2016-08-16 | Seiko Epson Corporation | Robot control device and robot |
| US10150215B2 (en) | 2013-10-31 | 2018-12-11 | Seiko Epson Corporation | Robot control device and robot |
| JP2018015896A (ja) * | 2017-10-31 | 2018-02-01 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボット制御方法 |
| CN114102596A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 运动机构的运动控制方法、装置、电子设备及介质 |
| CN114102596B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-09-26 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 运动机构的运动控制方法、装置、电子设备及介质 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |