JPH06187027A

JPH06187027A - 軌跡制御装置

Info

Publication number: JPH06187027A
Application number: JP35607992A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoneda; 孝夫米田; Katsuhiro Komuro; 克弘小室; Yoshiji Yamamoto; 吉二山本
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】加工時に、確認モードでの軌跡と同じ軌跡を
描くよう制御し得る軌跡制御装置を提供する。【構成】ＲＡＭ３０に、移動軌跡を確認するための動
作時（確認モード）の速度における内回り量を記憶する
（ステップ７）。そして、確認モードよりも高速度であ
る加工時（自動モード）に、ＣＰＵ１１が、一方向への
速度成分を減少させているとき、該一方向の残り移動量
がＲＡＭ３０に記憶された該内回り量に等しくなったと
判断すると（判断ステップ１４がＹｅｓ）、他方への速
度成分の増大を開始させることにより前述の確認モード
での移動軌跡と同じ軌跡を描かせる（ステップ１９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットのハンド部等
の物体の移動軌跡を制御するための軌跡制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の軌跡制御技術として、第１回日
本ロボット学会技術講演会予稿集第１６５頁に記載のＣ
Ｐ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＰａｓｓ）制御が知ら
れている。この技術では、図３に例示するように、ま
ず、物体を移動させたい軌跡に沿った各点をＰ_i-1、Ｐ
_i、Ｐ_i+1・・のように定める。そして、例えば、点Ｐ
_i-1と点Ｐ_iが与えられると、点Ｐ_i-1から点Ｐ_iに向
かう方向（Ｐ_i-1→Ｐ_i方向と示す。他も同様である）
が決定される。次に、点Ｐ_i-1からＰ_iに向かう図４
（ａ）に示す速度パターンが決定される。即ち、Ｐ _i-1
→Ｐ_i方向に先ず加速度α_Oで増速して、定速度Ｖ_Oに
達したらその定速度Ｖ_Oで移動させ、そして、−α_Oと
いう加速度（減速度としてはα_Oとなる）で減速させて
速度ゼロまで減速されたとき（この速度ゼロの点をタイ
ミングｔ’とする）にちょうど点Ｐ_iに達するような減
速開始点Ａ_O（タイミングｔ）を求め、この減速開始点
Ａ_O（タイミングｔ）から減速を開始させる速度パター
ンを求める。ここで、定速度Ｖ_Oはロボット等、軌跡を
制御したい物体の予め定められた最高速度であり、加速
度α_Oは該被制御物体の最高加速度である。

【０００３】このタイミングｔが決定されると、今度は
Ｐ_i→Ｐ_i+1方向の速度成分Ｖ_i+1に関し、図４（ｂ）
に示すようなタイミングｔから加速度α_Oで増速し、速
度Ｖ_Oに達した時以後定常速度とする速度パターンを算
出する。これら２つの速度パターンが決定されると、そ
れぞれの速度成分をベクトル加算することにより、実際
の移動方向と速度成分が算出される。なお、ベクトル加
算された速度は最高速度Ｖ_O以上となることはない。図
４（ａ）、（ｂ）から明らかなように、Ｐ_i-1→Ｐ_i方
向の速度成分Ｖ_iが減少すると同時に点Ｐ_iから点Ｐ
_i+1に向かう速度成分Ｖ_i+1が増大し、タイミングｔと
ｔ’において、いずれか一方の速度成分は最高速度Ｖ_O
となり、他方の速度成分はゼロとなる。

【０００４】このため、ベクトル加算された方向と速度
とに従って物体を移動させると、タイミングｔ以前には
Ｐ_i-1→Ｐ_i方向に速度Ｖ_Oで定速度で移動する。タイ
ミングｔからｔ’の間は、Ｐ_i-1→Ｐ_i方向の速度成分
Ｖ_iが小さくなりつつＰ_i→Ｐ_i+1方向の速度成分が大
きくなる。ここで、タイミングｔ’でＰ_i-1→Ｐ_iの速
度成分がゼロになるため、タイミングｔ’で物体は点Ｐ
_iと点Ｐ_i+1とを結ぶ直線上にいることになる。なお、
上記の計算が点Ｐ_i-1→点Ｐ_iに引き続き、点Ｐ_i→点
Ｐ_i+1→点Ｐ_i+2・・・についても行われる（なお、点
Ｐ_i+2は図示されていない）。このようにして、物体の
移動方向と速度とが決定されると、物体は図３の軌跡に
示すように、点Ｐ_i-1→点Ｐ_i→点Ｐ_i+1を結ぶ直線に
ほぼ沿って、これをなならかめに内回りしながら移動す
ることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】実際の作業現場におい
て、ロボットに工具等を送らせる移動軌跡は前述したよ
うに複数の点（教示点）により指示されている。例え
ば、車両に塗布剤をシーリングするシーラーを送るロボ
ットに、車両のシーリング箇所に沿って軌跡を描かせる
とき（なお、ここでは車両のシーリング箇所が図３に示
す点Ｐ_i-1から点Ａ₁を経て曲線Ｍ₁を通る形状であっ
たとする）、オペレータは、複数の教示点（点Ｐ_i-1、
点Ｐ_i、点Ｐ_i+1、点Ｐ_i+2・・・）を入力することに
より移動軌跡を指示する。これに対してロボットは、軌
跡制御装置により指示された教示点を上記のＣＰ処理を
行い、教示点の内側を滑らかに結ぶ移動軌跡を描くよう
にシーラーを送る。このように、軌跡は直接教示される
訳でなく、点により教示されて軌跡制御装置がこの教示
された点を基に移動軌跡を作成するため、オペレータの
入力した教示点に従いロボットが所望の軌跡（前述のシ
ーリング箇所）に沿って正確な軌跡を描くかをチェック
することが必要になる。このチェックは、オペレータの
安全のために、教示モードと呼ばれる実際の加工時より
も低い速度で行われている。しかし従来は、この教示モ
ードで描かれた軌跡と実際の加工時（自動モード）に描
かれる軌跡とは異なるものになっていた。

【０００６】即ち、このＣＰ処理により移動軌跡が制御
されるロボット等では動作時の最高速度Ｖ_Oと最高加速
度α_Oとが予め設定されている。このようにＶ_Oとα_O
とが決定されると、例えば、点Ｐ_i-1から点Ｐ_iに向か
って直線的に移動しているところから点Ｐ_i+1に向かっ
て向きを変える点、すなわち図３での速度成分Ｖ_iの減
速を開始する点Ａ_Oは、最高速度Ｖ_Oから加速度−α_O
で減速を開始して点Ｐ_iで速度成分Ｖ_iがゼロとなる点
として定まる。そして、この点Ａ_Oと点Ｐ_iとの距離Ｌ
（これを内回り量ということとする）は、図４（ａ）の
斜線部分の面積で表され、次の（１）式で表される。Ｌ＝Ｖ_O ²／（２α_O）・・・（式１）このようにＣＰ制御技術によると、内回り量Ｌの値は動
作時の最高速度Ｖ_Oに依存した固有のものとなる（これ
を固有内回り量Ｌ_Oということにする）。

【０００７】一方、教示モードでは、上述したように実
際の加工時（自動モード）の最高速度Ｖ_Oよりも遅い速
度Ｖｃでロボットが制御される。しかし、このように低
い動作速度Ｖｃによりロボットを動作させると、図６に
示すＰ_i-1→Ｐ_i方向の速度成分Ｖ_iの速度パターンの
ように、減速を開始する時点（タイミングｔ₁）が図４
（ａ）に示す自動モードでのタイミングｔに比べて遅く
なる。これは、教示モードでは、自動モードでの最高速
度Ｖ_Oよりも低い速度Ｖｃから減速を開始するが、減速
度α_Oは自動モードと同一であるため、速度Ｖｃから速
度成分Ｖ_iがゼロに達するのに要する時間が短くなるた
めである。そしてこのタイミングｔ₁から点Ｐ_iからＰ
_i+1に向かう速度成分Ｖ_i+1の加算が開始される。即
ち、図３において、点Ａ_Oよりも点Ｐ_iに近い点Ａ₁か
ら速度成分Ｖ_i+1の加算が開始され、内回り量Ｌｋ（図
６の斜線部分の面積）は自動モードでの内回り量Ｌ_Oよ
りも小さくなる。したがって、従来技術においては、加
工時の内回り量Ｌ_Oと確認運転時の内回り量Ｌｋとが異
なり、例え、教示モードで正確に所望の曲線Ｍ₁を描き
前述のシーリング箇所に沿って塗布剤のシーリングが行
い得たとしても、加工時には異なる曲線Ｍ_Oをロボット
が描き、シーリング箇所と異なる位置にシーリング用の
ノズルを送っていた。

【０００８】これに対応するためには、オペレータが内
回り量の教示モードと自動モードとにおける変化を見越
して教示点を指示する必要があり、ロボットへのティー
チングは熟練を要した。また、このティーチングを適正
に行うことは熟練度の高いオペレータにとっても困難な
作業であった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するために成さ
れたもので、その目的とするところは、加工時に、確認
運転時の軌跡と同じ軌跡を描くよう制御し得る軌跡制御
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、一方向への速度成分を減少させながら
他方への速度成分を増大させることによって、前記一方
向から前記他方向へ向かう移動軌跡を作る軌跡制御装置
であって、前記移動軌跡を確認するための動作時の速度
における内回り量を記憶する記憶手段と、前記移動軌跡
を確認するための動作時の速度よりも高い速度におい
て、前記一方向への速度成分を減少中に、該一方向の残
り移動量が前記記憶手段に記憶された内回り量に等しく
なったときに、前記他方への速度成分の増大を開始させ
るよう前記移動軌跡を制御する移動軌跡制御手段と、を
備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記の手段によれば、記憶手段が移動軌跡を確
認するための動作時（教示モード）の速度における内回
り量を記憶する。そして、教示モードより高い速度であ
る加工時（自動モード）に、移動軌跡制御手段が、一方
向への速度成分を減少しているとき、該一方向の残り移
動量が該記憶手段に記憶された内回り量に等しくなった
と判断すると、他方への速度成分の増大を開始させるこ
とにより前述の教示モードでの移動軌跡と同じ軌跡を描
かせる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の軌跡制御装置の一実施例に
ついて図を参照して説明する。先ず、本実施例の軌跡制
御装置により制御される６関節を有するロボット１０に
ついて、図１を参照して説明する。ロボット１０は、ベ
ース１３に固定された脚柱１２に旋回自在に取り付けら
れたコラム１４と、第１アーム１５と、第２アーム１６
と、第３アーム１７と、塗布剤をシーリングするシーラ
ーのノズル１９とから構成されている。そして、第１関
節ａ、第２関節ｂ、第３関節ｃ、第４関節ｄ、第５関節
ｅ、第６関節ｆにより、６自由度で自在にノズル１９を
送るようにされている。

【００１３】次に、本実施例の軌跡制御装置５０の構成
を図２を参照して説明する。図１に示したロボット１０
の位置制御のための演算を行うＣＰＵ１１には、ＣＰ
（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＰａｓｓ）制御を行うた
めの制御情報を記憶したＲＯＭ２０及びＲＡＭ３０と、
制御指令を入力するオペレーティングボックス２７及び
操作盤２６と、該ＣＰＵ１１の作成した制御情報等を保
持する外部記憶装置２９と、サーボ制御部４０とが接続
されている。このサーボ制御部４０は、ロボット１０の
第１関節ａを駆動するサーボモータＭ１乃至第６関節ｆ
を駆動するサーボモータＭ６までが接続され、そして、
各々のサーボモータＭ１乃至Ｍ６に取り付けられたエン
コーダＥ１乃至Ｅ６からのフィードバック信号が帰還さ
れるように構成されている。この軌跡制御装置５０は、
入力された教示点を基にＣＰＵ１１が移動軌跡を演算し
てサーボ制御部４０に出力を送り、該サーボ制御部４０
はサーボモータＭ１乃至Ｍ６を制御してロボット１０を
駆動し、シーリングを行うノズル１９に所望の移動軌跡
を描かせるよう構成されている。

【００１４】次に、本発明の実施例に係る軌跡制御装置
５０への教示点の入力、及び、教示モードにおける軌跡
制御装置５０の移動軌跡の確認について、図７に示すフ
ローチャートを参照して説明する。ここでは、オペレー
タが図３に示すシーリング箇所（ここではシーリング箇
所が、点Ｐ_i-1と点Ａ₁とを結ぶ直線を通り曲線Ｍ₁を
経てＢ₁から点Ｐ_i+1へ向かう直線を通る形状であると
する）に沿ってシーラーのノズル１９を送らせるために
移動軌跡を教示する際の処理について説明する。

【００１５】先ず、オペレータは、オペレーティングボ
ックス２７から複数の教示点（点Ｐ_i-1、点Ｐ_i、点Ｐ
_i+1、点Ｐ_i+2）を入力することによりシーリング箇所
に沿った移動軌跡を指示する（ステップ１）。これに応
じて、軌跡制御装置５０のＣＰＵ１１は、ロボット１０
を制御するためのプログラムを作成すると共にこれをＲ
ＡＭ３０に格納する（ステップ２）。そして、オペレー
タが教示モードによる軌跡確認のための運転を該操作盤
２６から指示すると（判断ステップ３がＹｅｓ）、軌跡
制御装置５０は、教示点（点Ｐ_i-1、点Ｐ_i、点Ｐ_i、
点Ｐ_i+1、点Ｐ_i+2）に基づいて作成したプログラムに
従いロボット１０を制御して、シーラーのノズル１９を
送る軌跡確認運転を行う（ステップ４）。この軌跡確認
運転について図６を参照して更に詳しく説明する。ま
ず、図３に示す点Ｐ_i-1を起点としてＰ_i-1→Ｐ_i方向
（速度成分Ｖ_i）へ加速度α_Oで加速を開始し、後述す
る自動モードでの最高速度より低い教示モードでの定速
度Ｖｃに達すると該定速度速度Ｖｃでの送りを続ける。
そして、加速度−α_Oで減速することにより点Ｐ_iでの
速度成分Ｖ_iがゼロになるタイミングｔ₁（減速開始点
Ａ₁）を求め、そのタイミングｔ₁から速度成分Ｖ_iの
減速を開始すると共に合成処理、即ち、Ｐ _i-1→Ｐ_i
方向の速度成分Ｖ_i成分に加えて、点Ｐ_iから点Ｐ_i+1
に向かう速度成分Ｖ_i+1を加える処理を開始し、これに
より図３に示す曲線Ｍ₁を通るようノズル１９を送る。

【００１６】オペレータは、このノズル１９が、図３に
示すシーリング箇所に沿って正しく送られているかをチ
ェックする。ここで、ノズル１９がシーリング箇所と異
なる軌跡を描くとき（判断ステップ５がＮｏ）には、ス
テップ１の処理に戻り教示点を補正して再度入力を行
う。他方、軌跡が正確にシーリング箇所に沿っており、
この軌跡で加工作業を開始できる場合には（判断ステッ
プ５がＹｅｓ）、オペレータは操作盤２６を操作して確
定モードを指令する（ステップ６）。これにより、軌跡
制御装置５０は、確定モードを実行して、各教示点（点
Ｐ_i、点Ｐ_i+1、点Ｐ_i+2・・・）に関するそれぞれの
内回り量Ｌｋ、Ｌｋ’（点Ｐ_i+1についての内回り
量）、Ｌｋ’’（点Ｐ_i+2についての内回り量）・・・
をＲＡＭ３０へ格納する（ステップ７）。これにより教
示モードでの全処理が終了する。

【００１７】次に、シーラーによりワークである車両に
シーリングを行う自動モードにおける軌跡制御装置５０
の動作について図８のフローチャートを参照して説明す
る。

【００１８】軌跡制御装置５０に動作開始が命じられる
と、まず、ＣＰＵ１１が、ＲＡＭ３０に保持されたプロ
グラムを呼び出してこれを解釈し（ステップ１１）、そ
して、動作（ｍｏｖｅｓ）処理タスクを起動する（ステ
ップ１２）。次に、補間パターン変数を計算する、ここ
では、移動量Ｌｔ、残り移動量Ｌｒ、減速開始移動量Ｌ
ｐ等が計算される（ステップ１３）。この移動量Ｌｔと
は、例えば、図３に示す点Ｐ_i-1を出発してノズル１９
が点Ａ’（以下便宜上移動点Ａ’ということとする）上
にあるときの、点Ｐ_i-1から点Ａ’までの距離を意味
し、また、残り移動量Ｌｒとは点Ａ’から次の教示点の
点Ｐ_iまでの距離を意味する（なお、ＣＰＵ１１は、こ
の残り移動量Ｌｒを教示点Ｐ_i-1から次の教示点Ｐ_iま
での距離から該移動量Ｌｔを減算することにより求め
る）。そして、減速開始移動量Ｌｐとは減速を開始する
点Ａ_Oから点Ｐ_iまでの距離を指す。なお、減速開始点
Ａ_Oは、最高速度Ｖ_Oでの送りを、加速度−α_Oで減速
して点Ｐ_iでＰ_i-1→Ｐ_i方向の速度成分Ｖ_iをゼロに
するために減速を開始する点を意味する。

【００１９】そして次に、計算された残り移動量Ｌｒに
ついて前述の教示モードにおいて取得された内回り量Ｌ
ｋとの比較をおこなう（判断ステップ１４）。即ち、こ
の判断ステップ１４では、ステップ１５以降の一方の速
度成分のみの単独処理を行うか、ステップ１８以降の該
一方の速度成分に他方の速度成分を合成する合成処理を
行うかを決定する。動作開始時には移動量Ｌｔがゼロ
で、残り移動量Ｌｒが内回り量Ｌｋよりも大きいため、
判断ステップ１４がＮｏとなりステップ１５以降の速度
成分の単独処理に進む。

【００２０】次に、ステップ１５以降の速度成分の単独
処理について、本実施例の自動モードにおける各速度成
分Ｖ_i、Ｖ_i+1の変化のパターンを示す図５を参照して
述べる。先ずステップ１５では、点Ｐ_i-1から点Ｐ_iに
向かう速度成分Ｖ_iについての単独処理を行うため、単
独補間周期毎にノズル１９を送る目標値を計算し、そし
て、この目標値を基にサーボ制御部４０に出力を発しロ
ボット１０を制御する（ステップ１６）。これよりロボ
ット１０は、ノズル１９を点Ｐ_i-1から加速度α_Oで図
５に示すようにＰ_i-1→Ｐ_i方向へ増速させ、自動モー
ドでの定速度Ｖ_Oに達すると該定速度速度Ｖ_Oで送り続
ける。そして、ノズル１９が減速開始点Ａ_Oに到達し残
り移動量Ｌｒが上記の減速開始移動量Ｌｐと等しくなっ
た時点で（図５のタイミングｔ）、加速度−α_Oによる
減速を開始する。

【００２１】そして、ノズル１９が内回り開始点Ａ₁に
到達し、残り移動量Ｌｒが内回り量Ｌｋに等しくなると
判断ステップ１４がＹｅｓとなり、ステップ１８以下の
合成処理が開始される。まず、ステップ１８で、ＣＰＵ
１１が合成パターン変数を作成する、即ち、図５に示す
ように点Ｐ_i-1から点Ｐ_iに向かう速度成分Ｖ_iに加え
て、点Ｐ_iから点Ｐ_i+1に向かう速度成分Ｖ_i+1をベク
トル加算してこの区間における移動方向と速度成分とを
算出する。そして、ステップ１９では、算出された合成
パターン変数に従い合成補間周期毎の目標値を計算し、
この目標値を基にサーボ制御部４０に出力を発しロボッ
ト１０を制御して（ステップ２０）、ノズル１９を点Ａ
₁と点Ｂ₁とを結ぶ曲線Ｍ₁上を送る。ノズル１９が点
Ｂ₁（点Ｐ_i-1から点Ｐ_iに向かう速度成分Ｖ_iが加速
度−α_Oにより減速されゼロになった点）に到達すると
合成が終了し（判断ステップ２１がＹｅｓ）、ステップ
１３の処理に戻る。以後、判断ステップ１４を経てステ
ップ１５以降の点Ｐ_iから点Ｐ_i+1方向に向かう速度成
分Ｖ_i+1の単独処理を行い、点Ｐ_iから点Ｐ_i+1に向か
う直線上にノズル１９を送る。そして、以上の処理を点
Ｐ_i→点Ｐ_i+1→Ｐ_i+2→・・・と繰り返し、サーボへ
の出力が最終出力になる、即ち、入力された教示点が最
終のものに到達すると、判断ステップ１７がＹｅｓとな
り全ての処理が終了する。このようにして、教示モード
で取った曲線Ｍ₁と同じ曲線Ｍ₁を自動モードにおいて
もロボット１０に描かせることができる。

【００２２】なお、この実施例においては、軌跡制御装
置５０をシーラー用のロボット１０に適用した例につい
て説明したが、本発明はロボットのハンド等の物体の移
動軌跡を制御する一般の装置に適用できることは言うま
でもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ており、高速度である加工時に、低速度である確認運転
時に教示した軌跡と同じ軌跡を描くよう制御し得るた
め、教示モードでの運転時に確認された軌跡と同じ軌跡
を、実際の作業時にロボットに描かせることができる。
従って、ティーチング時に確認した軌跡が、そのまま加
工時の軌跡となるため、従来熟練を要したロボットへの
ティーチングを、誰でもが簡単に行うことを可能にし、
従来行われていた軌跡制御装置へのティーチングのため
の教育を不要にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る軌跡制御装置により制
御されるロボットの機械的構成を示す構成図。

【図２】本発明の一実施例に係る軌跡制御装置の構成を
示すブロック図。

【図３】本発明の実施例及び従来の軌跡制御方式におけ
る軌跡を示す図である。

【図４】従来技術の軌跡制御方式における各速度成分Ｖ
_i及びＶ_i+1の大きさを示す図である。

【図５】本発明の実施例の自動モードにおける各速度成
分Ｖ_i及びＶ_i+1の大きさを示す図である。

【図６】本発明の実施例及び従来技術に係る教示モード
における各速度成分Ｖ_i及びＶ_i+1の大きさを示す図で
ある。

【図７】本実施例に係る軌跡制御装置の教示モードにお
ける動作を示すフローチャートである。

【図８】本実施例に係る軌跡制御装置の自動モードにお
ける動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ロボット１１ＣＰＵ１９ノズル２６操作盤３０ＲＡＭＬｔ移動量Ｌｒ残り移動量Ｌｐ減速開始移動量Ｌｋ内回り量Ａ_O 減速開始点Ａ₁ 内回り開始点Ａ’ 移動点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向への速度成分を減少させながら他
方への速度成分を増大させることによって、前記一方向
から前記他方向へ向かう移動軌跡を作る軌跡制御装置で
あって、前記移動軌跡を確認するための動作時の速度における内
回り量を記憶する記憶手段と、前記移動軌跡を確認するための動作時の速度よりも高い
速度において、前記一方向への速度成分を減少中に、該
一方向の残り移動量が前記記憶手段に記憶された内回り
量に等しくなったときに、前記他方への速度成分の増大
を開始させるよう前記移動軌跡を制御する移動軌跡制御
手段と、を備えたことを特徴とする軌跡制御装置。