JPH05345291A - ロボットの動作範囲制限方式 - Google Patents

ロボットの動作範囲制限方式

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JPH05345291A
JPH05345291A JP15484492A JP15484492A JPH05345291A JP H05345291 A JPH05345291 A JP H05345291A JP 15484492 A JP15484492 A JP 15484492A JP 15484492 A JP15484492 A JP 15484492A JP H05345291 A JPH05345291 A JP H05345291A
Authority
JP
Japan
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robot
interference
motion
range
working
Prior art date
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Pending
Application number
JP15484492A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Sugimura
洋 杉村
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPH05345291A publication Critical patent/JPH05345291A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作制限領域を適正に設定し7自由度ロボッ
トの動作制限を的確に行う。 【構成】 ロボット制御装置2の位置演算手段21は、
7自由度ロボット1の次のアーム先端位置及び肘位置を
求める。一方、周辺環境の障害物等に対応して、7自由
度ロボットの動作範囲を制限する動作制限領域AがRA
M240内に設定される。干渉回避手段22は、アーム
先端位置及び肘位置並びに動作制限領域Aの各データに
基づいて、アーム先端及び肘関節が動作制限領域Aと干
渉するか否かを判別し、干渉すると判別したときに7自
由度ロボット1に干渉回避動作を指令する。このため、
動作制限領域Aは、余分な領域を含めずに適正に設定さ
れ、その動作制限領域Aに基づいてロボット1の手先及
び肘関節の干渉チェックが行われる。したがって、ロボ
ット1の的確な動作制限が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロボットと周辺環境との
干渉を回避するロボットの動作範囲制限方式に関し、特
に7自由度ロボットの動作範囲を制限して周辺環境との
干渉を回避するロボットの動作範囲制限方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボットと周辺環境との干渉を回
避する方法として、ロボットが動作できる範囲を事前に
関節角度で制限する方法が知られている。例えばある関
節の設計上の可動範囲が−150°〜+150°のと
き、障害物との干渉回避のためにその可動範囲を−90
°〜+100°に制限するような方法である。
【0003】また、他の干渉回避方法として、オフライ
ンでのシミュレーションによって予め干渉チェックを行
い、動作プログラムを作成する方法もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ロボットの動
作範囲を各関節の角度で制限する方法の場合、各関節の
角度は互いに独立して制限されるため、ロボットの動作
範囲は、全体として歪んだ非線型空間になる。すなわ
ち、余分の動作制限領域が形成されることになり、動作
制限領域は適正に設定されているとはいえない。このた
め、実際には干渉しない領域までロボットの動作が制限
され、干渉回避のための動作制限は的確に行われていな
かった。
【0005】また、オフラインで予め干渉チェックを行
う方法の場合、その干渉チェックは、計算機中に記述さ
れたロボットモデル及び環境モデルに基づくシミュレー
ション計算によって行われる。この場合は、環境モデル
に対応して適正な動作制限領域が設定されるが、データ
量及び演算量が膨大となるので、干渉チェックにかなり
の時間を要することになる。このため、この干渉チェッ
ク方法を、生産ライン等において実時間で動作するロボ
ットに適用するのは困難である。
【0006】一方、7自由度ロボットの場合、アーム先
端の位置を固定したときに、肘位置は自由に選択するこ
とができる。このため、アーム先端位置及び肘位置を監
視して、アーム先端及び肘関節が動作制限領域に入らな
いようにすれば、7自由度ロボットのほとんどすべての
干渉は回避することができる。
【0007】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、動作制限領域を適正に設定し7自由度ロボッ
トの動作制限を的確に行うことができるロボットの動作
範囲制限方式を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、7自由度ロボットの動作範囲を制限して
周辺環境との干渉を回避するロボットの動作範囲制限方
式において、前記7自由度ロボットの次のアーム先端位
置及び肘位置を求める位置演算手段と、前記周辺環境の
障害物等に対応して設定され前記7自由度ロボットの動
作範囲を制限する動作範囲制限領域を格納する制限領域
格納手段と、前記アーム先端位置及び前記肘位置が前記
動作制限領域と干渉するか否かを判別し、干渉すると判
別したときに前記7自由度ロボットに干渉回避動作を指
令する干渉回避手段と、を有することを特徴とするロボ
ットの動作範囲制限方式が、提供される。
【0009】
【作用】位置演算手段は、7自由度ロボットの次のアー
ム先端位置及び肘位置を求める。一方、周辺環境の障害
物等に対応して、7自由度ロボットの動作範囲を制限す
る動作制限領域が設定される。制限領域格納手段はその
エリア内に動作制限領域を格納する。干渉回避手段は、
アーム先端位置及び肘位置並びに動作制限領域の各デー
タに基づいて、アーム先端及び肘関節が動作制限領域と
干渉するか否かを判別し、干渉すると判別したときに7
自由度ロボットに干渉回避動作を指令する。すなわち、
障害物等に対応して適正な動作制限領域が設定され、そ
の適正な動作制限領域に基づいて7自由度ロボットのア
ーム先端及び肘関節の干渉チェックが行われる。一方、
7自由度ロボットの場合、その干渉チェックはアーム先
端及び肘関節において行えば十分である。このため、7
自由度ロボット自体の動作制限が、適正に設定された動
作制限領域に基づいて行われることになり、的確な動作
制限を行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図2は本発明が適用される7自由度ロボットの
概略構成を示す図である。図において、7自由度ロボッ
ト1は、7個の関節11,12,13,14,15,1
6,17及び手先18から構成される。関節11,1
2,15及び17は回転軸であり、関節13,14及び
16は屈曲軸である。
【0011】ここで、関節14は肘関節であり、関節1
4の位置(肘位置)Oeは、肩点Os及び手首点Owを
結ぶ線100を中心にとする回転軌道110上で任意の
角度φをとることができる。したがって、手先(アーム
先端)18の位置Ofを固定しても、肘位置Oeの角度
φは自由に選択することができる。このような肘関節1
4を有する7自由度ロボット1の場合、他の障害物との
干渉は、ほとんどが肘関節14または手先18において
発生する。したがって、肘関節14及び手先18を監視
して障害物との干渉を回避すれば、7自由度ロボット1
のほとんどすべての干渉を回避することができることに
なる。次に、この7自由度ロボット1に干渉を回避させ
るために行われる動作範囲制限について説明する。
【0012】図1は本発明のロボットの動作範囲制限方
式の全体構成を示す図である。図において、7自由度ロ
ボット(以下「ロボット」という。)1は、ロボット制
御装置2からの指令信号に応じてその動作が制御され
る。
【0013】ロボット制御装置2の位置演算手段21
は、ロボット1のアーム先端位置Of及び肘位置Oeを
求める。すなわち、位置演算手段21は、まず、現在位
置P2及び目標位置P1に基づいて補間演算行い、アー
ム先端位置Ofを求める。このアーム先端位置Ofは、
ロボット1の手先18が次にとるべき位置であり、補間
演算の周期(例えば8ms)毎に求められる。アーム先
端位置Ofは、通常の軌道演算において求めらるデータ
であるため、アーム先端位置Ofを求めるための新たな
演算の負荷は要求されない。現在位置P2は、関節11
〜17毎に設けられたエンコーダによる今回の検出角度
である。また、目標位置P1は、例えばキーボード36
bを用いてロボット動作プログラム24において予め指
定される。なお、ロボット動作プログラム24は、ロボ
ット制御装置2のRAM240内にローディングされて
いる。
【0014】位置演算手段2は、続いて肘位置Oeを求
める。この肘位置Oeは、上記の通常の軌道演算(補間
演算)時に得られる各関節11〜17の角度データから
求められる。各関節11〜17の角度データは、現在位
置P2と目標位置P1とに基づいて逆運動学計算によっ
て得られ、肘位置Oeは、その各関節11〜17の角度
データから順運動学計算によって求められる。位置演算
手段21において求められたアーム先端位置Of及び肘
位置Oeは、干渉回避手段22に送られる。
【0015】干渉回避手段22は、アーム先端位置Of
又は肘位置Oeと、後述する動作制限領域A25とが干
渉するか否かを判別し、干渉すると判別したときにロボ
ット1に干渉回避動作を指令する。干渉回避動作の指令
は、例えば、ロボット1の移動量を0とする指令であ
り、あるいは、ロボット1に動作制限領域Aを迂回させ
る指令である。ロボット1は移動量0の指令を受ける
と、手先18、肘関節14を動作制限領域Aに入る前に
停止させると共に、ロボット動作プログラム24の実行
を停止させる。
【0016】動作制限領域Aは、ロボット1が周辺の障
害物等と干渉しないように、障害物等に対応して設定さ
れた領域であり、例えば、障害物の大きさに応じて、α
min≦X≦αmax ,βmin ≦Y≦βmax ,γmin ≦Z≦
γmax というように作業座標系の3次元空間で表され
る。この動作制限領域Aは、ロボット動作プログラム2
4で指定され、その指定に応じてRAM240の一部に
格納される。ロボット動作プログラム24への指定は、
目標位置P1の指定と同様に、キーボード36bを用い
て行われる。
【0017】以上述べたように、本実施例では、ロボッ
ト制御装置2内に動作制限領域Aを設定し、その動作制
限領域Aとアーム先端位置Of又は肘位置Oeとが干渉
しないように、ロボット1の動作範囲を制限する。動作
制限領域Aは、ロボット1が周辺の障害物等と干渉しな
いように、障害物等に対応して設定される。このため、
動作制限領域Aは、余分な領域を含めずに適正に設定さ
れ、その動作制限領域Aに基づいてロボット1の手先1
8及び肘関節14の干渉チェックが行われる。また、こ
の干渉チェックは、補間演算の周期毎に実時間で行われ
る。したがって、ロボット1の動作制限が、適正に設定
された動作制限領域Aに基づいて実時間で行われること
になり、的確な動作制限が可能となる。
【0018】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。第1の実施例との相違点は、ロボット動作プログラ
ム24への動作制限領域Aの指定を、センサ40を用い
て行うように構成した点である。このセンサ40は、例
えばビジョンセンサである。センサ40が障害物を撮像
し、その撮像データがロボット制御装置2に送られる
と、ロボット制御装置2は、撮像データを動作制限領域
Aのデータに変換し、そのデータでロボット動作プログ
ラム24内の指定データを書き換える。この動作制限領
域Aの指定データは、障害物の位置が変化するとそれに
応じて書き換えられる。このため、ロボット1の作業中
に障害物の位置が変化しても、ロボット1は、その変化
に伴う動作制限領域Aの変化を認識することができる。
したがって、ロボット1は障害物の位置変化に対応して
実時間で的確に干渉を回避することができる。
【0019】図4はロボット制御装置の概略のブロック
図である。ロボット制御装置2にはプロセッサボード2
0があり、プロセッサボード20にはプロセッサ21
0、ROM230、RAM240がある。プロセッサ2
10はROM230に格納されたシステムプログラムに
従って、ロボット制御装置2全体を制御する。RAM2
40には各種のデータが格納され、上述したように、ロ
ボット1の動作プログラム24や動作制限領域Aもこの
RAM240に格納されている。プロセッサボード20
はバス39に結合されている。
【0020】ディジタルサーボ制御回路32はバス39
に結合され、プロセッサボード20からの指令によっ
て、サーボアンプ33を経由して、サーボモータ51、
52、53、54、55、56及び57を駆動する。こ
れらのサーボモータはロボット1に内蔵され、ロボット
1の各軸11〜17(図2)を動作させる。
【0021】シリアルポート34はバス39に結合さ
れ、表示器付き教示操作盤59、その他のRS232C
機器58と接続されている。また、シリアルポートには
CRT36aが接続されている。ディジタルI/O35
にはキーボード36bが接続されている。ロボット動作
プログラム24内の動作制限領域Aの指定データ等は、
このキーボード36bから入力される。また、大容量メ
モリ38にはティーチングデータ等が格納される。
【0022】上記の説明では、動作制限領域Aの設定を
ロボット動作プログラムからの指定に応じて行うように
構成したが、キーボード等を用いて直接動作制限領域A
を設定するようにすることもできる。
【0023】また、7自由度ロボットの手先及び肘関節
に対して適用するようにしたが、他の構成のロボット、
例えば6自由度ロボットの手先や関節にも同様に適用す
ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ロボッ
ト制御装置内に動作制限領域を設定し、その動作制限領
域とアーム先端位置又は肘位置とが干渉しないように、
ロボットの動作を制限する構成とした。動作制限領域
は、ロボットが周辺の障害物等と干渉しないように、障
害物等に対応して設定される。このため、動作制限領域
は、余分な領域を含めずに適正に設定され、その動作制
限領域に基づいてロボットの手先及び肘関節の干渉チェ
ックが行われる。したがって、ロボットの動作制限が、
適正に設定された動作制限領域に基づいて実時間で行わ
れることになり、的確な動作制限が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のロボットの動作範囲制限方式の全体構
成を示す図である。
【図2】本発明が適用される7自由度ロボットの概略構
成を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図4】ロボット制御装置の概略のブロック図である。
【符号の説明】
1 7自由度ロボット 2 ロボット制御装置 14 肘関節 18 手先 21 位置演算手段 22 干渉回避手段 24 ロボット動作プログラム 25 動作制限領域A 36b キーボード 40 センサ 210 プロセッサ 240 RAM

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 7自由度ロボットの動作範囲を制限して
    周辺環境との干渉を回避するロボットの動作範囲制限方
    式において、 前記7自由度ロボットの次のアーム先端位置及び肘位置
    を求める位置演算手段と、 前記周辺環境の障害物等に対応して設定され前記7自由
    度ロボットの動作範囲を制限する動作範囲制限領域を格
    納する制限領域格納手段と、 前記アーム先端位置及び前記肘位置が前記動作制限領域
    と干渉するか否かを判別し、干渉すると判別したときに
    前記7自由度ロボットに干渉回避動作を指令する干渉回
    避手段と、 を有することを特徴とするロボットの動作範囲制限方
    式。
  2. 【請求項2】 前記位置演算手段は、前記アーム先端位
    置を前記7自由度ロボットの現在位置と目標位置との補
    間演算によって求め、前記肘位置を前記補間演算によっ
    て得られた前記7自由度ロボットの各関節角度データか
    ら求めることを特徴とする請求項1記載のロボットの動
    作範囲制限方式。
  3. 【請求項3】 前記動作制限領域は、前記7自由度ロボ
    ットの動作実行中に更新可能であることを特徴とする請
    求項1記載のロボットの動作範囲制限方式。
JP15484492A 1992-06-15 1992-06-15 ロボットの動作範囲制限方式 Pending JPH05345291A (ja)

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