JPH06226667A - ７軸マニピュレータの制御方法 - Google Patents
７軸マニピュレータの制御方法Info
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- JPH06226667A JPH06226667A JP5060845A JP6084593A JPH06226667A JP H06226667 A JPH06226667 A JP H06226667A JP 5060845 A JP5060845 A JP 5060845A JP 6084593 A JP6084593 A JP 6084593A JP H06226667 A JPH06226667 A JP H06226667A
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- shaft
- axes
- manipulator
- pulse
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ７軸マニピュレータの７軸同時制御における
直交動作の際、基準軸から第二番目のＪ2 軸の０°前後
で特異姿勢となり、基準軸から第一番目のＪ1 と第三番
目のＪ3 軸の単位時間当たりの移動パルスの量が異常に
大きくなり、動作に制限が生じるのを防ぐ。 【構成】 ７軸マニピュレータのＪ1 軸とＪ2 軸の移動
パルスが異常に大きくなる範囲で、Ｊ3 軸あるいはＪ1
軸を固定し、他の６軸マニピュレータの逆変換を行うと
共に肘角度の作成と移動量を作成し、先の範囲以外にな
ると７軸同時制御にする。
直交動作の際、基準軸から第二番目のＪ2 軸の０°前後
で特異姿勢となり、基準軸から第一番目のＪ1 と第三番
目のＪ3 軸の単位時間当たりの移動パルスの量が異常に
大きくなり、動作に制限が生じるのを防ぐ。 【構成】 ７軸マニピュレータのＪ1 軸とＪ2 軸の移動
パルスが異常に大きくなる範囲で、Ｊ3 軸あるいはＪ1
軸を固定し、他の６軸マニピュレータの逆変換を行うと
共に肘角度の作成と移動量を作成し、先の範囲以外にな
ると７軸同時制御にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタの姿勢を変化させないで行う直線動作
及びエンドエフェクタの位置を変化させないで行う姿勢
変化動作［以下これを７軸マニピュレータの「直交動
作」という］において、Ｊ1 軸及びＪ3軸の単位時間当
たりの移動パルス数［以下これを「セグメントパルス」
という］が動作可能パルス数を超える［以下これを「セ
グメントオーバ」という］のを防ぐことを可能とする制
御方法に関する。
エンドエフェクタの姿勢を変化させないで行う直線動作
及びエンドエフェクタの位置を変化させないで行う姿勢
変化動作［以下これを７軸マニピュレータの「直交動
作」という］において、Ｊ1 軸及びＪ3軸の単位時間当
たりの移動パルス数［以下これを「セグメントパルス」
という］が動作可能パルス数を超える［以下これを「セ
グメントオーバ」という］のを防ぐことを可能とする制
御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の制御方法は、７軸マニピ
ュレータの直交動作を行う際に、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタが占める目標点の位置と目標姿勢と肘
角度より基準点から数えて順次称呼する可動軸の、Ｊ1
軸ないしＪ7 軸各軸におけるパルス値と、単位時間当た
りの移動パルス数であるセグメントパルスを求めていた
［これを「従来例１」という］。また、冗長度を有する
多関節形アームロボットにおいて、エンドエフェクタの
指令速度の内容とエンドエフェクタの現在の位置と姿勢
とから定める所謂逆ヤコビ行列からなる判別式を用い
て、冗長分の自由度を固定し、仮想の６自由アームを再
構成して、演算処理を行うようにした従来例２［特公平
４−４５３１３号］がある。さらに、６軸を超え１２軸
以下の多関節形アームロボットを制御する方法［特開平
３−２１７９０６号・これを「従来例３」という］とし
て、各軸を６軸以下の２区分とし、区分点に対し基準点
側を冗長軸、手先側を基本軸とする第一のステップを行
い、ついで区分点を補間制御してこれを新たな基準点と
みなして、さらに手先を補間制御する第二のステップを
施行する手段である。
ュレータの直交動作を行う際に、７軸マニピュレータの
エンドエフェクタが占める目標点の位置と目標姿勢と肘
角度より基準点から数えて順次称呼する可動軸の、Ｊ1
軸ないしＪ7 軸各軸におけるパルス値と、単位時間当た
りの移動パルス数であるセグメントパルスを求めていた
［これを「従来例１」という］。また、冗長度を有する
多関節形アームロボットにおいて、エンドエフェクタの
指令速度の内容とエンドエフェクタの現在の位置と姿勢
とから定める所謂逆ヤコビ行列からなる判別式を用い
て、冗長分の自由度を固定し、仮想の６自由アームを再
構成して、演算処理を行うようにした従来例２［特公平
４−４５３１３号］がある。さらに、６軸を超え１２軸
以下の多関節形アームロボットを制御する方法［特開平
３−２１７９０６号・これを「従来例３」という］とし
て、各軸を６軸以下の２区分とし、区分点に対し基準点
側を冗長軸、手先側を基本軸とする第一のステップを行
い、ついで区分点を補間制御してこれを新たな基準点と
みなして、さらに手先を補間制御する第二のステップを
施行する手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１においては図１に示す７軸マニピュレータのリンク構
成図に見られるようにＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近
い状態、すなわちＪ2 軸が角度０°前後になった時に、
Ｊ2 軸が角度０°前後以外で動作可能な通常の速度でＪ
1 軸及びＪ3 軸のセグメントオーバが発生し、７軸マニ
ピュレータの直交動作ができなくなる。つまり、従来例
１では、ある速度以上の直交動作において、Ｊ2 軸が角
度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸がセグメントオーバを発生
し、７軸マニピュレータの動作が停止しなければならな
かった。その結果、通常のマニピュレータの手動操作に
おいて、セグメントオーバの発生する範囲を通過する際
に、セグメントオーバの発生を防ぐために、速度を遅く
したり、その範囲を逃げて操作しなければならないとい
う問題点があった。また、自動運転プレーバック動作に
おいても先の通常の操作時と同様な問題点が発生してい
た。また、従来例２では９軸の自由度から６自由度の軸
を判別して、その６軸の演算を行う方法であり、本発明
の意図するところは、上記の７軸の自由度を持つマニピ
ュレータのＪ1 軸からＪ4 軸のリンク構成において、Ｊ
2 軸が角度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸が平行になるよう
な状態での制御方法であり、このような前提条件での円
滑な制御手段としての従来例２は妥当ではなく、さらに
従来例３は６軸または６軸以下のマニピュレータの組合
せ演算であって手先側の６軸を基本軸とするこの制御方
法は、７軸では２区分制御には適当な手段とはいえない
欠点がある。そこで上記問題点を解消するために、本発
明は、いずれも回転自在に支承され、基準点に配設され
た第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋がる第
二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋がる第三
番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる第四番
目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれらから手
先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7 軸を連接
して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにおいて、
７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸逆変換の２つの逆変
換を有し、その逆変換を条件によって切替を行う手段で
あり、Ｊ1 軸とＪ3 軸におけるセグメントオーバを防
ぎ、手動操作および自動運転プレーバック動作において
スームズな直交動作を可能とする適切な手段としての、
７軸マニピュレータの制御方法を提供することを目的と
する。
１においては図１に示す７軸マニピュレータのリンク構
成図に見られるようにＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近
い状態、すなわちＪ2 軸が角度０°前後になった時に、
Ｊ2 軸が角度０°前後以外で動作可能な通常の速度でＪ
1 軸及びＪ3 軸のセグメントオーバが発生し、７軸マニ
ピュレータの直交動作ができなくなる。つまり、従来例
１では、ある速度以上の直交動作において、Ｊ2 軸が角
度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸がセグメントオーバを発生
し、７軸マニピュレータの動作が停止しなければならな
かった。その結果、通常のマニピュレータの手動操作に
おいて、セグメントオーバの発生する範囲を通過する際
に、セグメントオーバの発生を防ぐために、速度を遅く
したり、その範囲を逃げて操作しなければならないとい
う問題点があった。また、自動運転プレーバック動作に
おいても先の通常の操作時と同様な問題点が発生してい
た。また、従来例２では９軸の自由度から６自由度の軸
を判別して、その６軸の演算を行う方法であり、本発明
の意図するところは、上記の７軸の自由度を持つマニピ
ュレータのＪ1 軸からＪ4 軸のリンク構成において、Ｊ
2 軸が角度０°付近でＪ1 軸とＪ3 軸が平行になるよう
な状態での制御方法であり、このような前提条件での円
滑な制御手段としての従来例２は妥当ではなく、さらに
従来例３は６軸または６軸以下のマニピュレータの組合
せ演算であって手先側の６軸を基本軸とするこの制御方
法は、７軸では２区分制御には適当な手段とはいえない
欠点がある。そこで上記問題点を解消するために、本発
明は、いずれも回転自在に支承され、基準点に配設され
た第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋がる第
二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋がる第三
番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる第四番
目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれらから手
先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7 軸を連接
して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにおいて、
７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸逆変換の２つの逆変
換を有し、その逆変換を条件によって切替を行う手段で
あり、Ｊ1 軸とＪ3 軸におけるセグメントオーバを防
ぎ、手動操作および自動運転プレーバック動作において
スームズな直交動作を可能とする適切な手段としての、
７軸マニピュレータの制御方法を提供することを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、直交動作中にＪ2 軸が角度０°付近の特
異姿勢になると、７軸の目標パルス値とセグメントパル
スを求めるのではなく、７軸の関節座標系より作業座標
系への逆変換から６軸逆変換に切り替え、Ｊ1軸または
Ｊ3 軸のパルス値を固定し、目標点の位置と姿勢と固定
軸のパルス値より、他の６軸の目標点のパルス値とセグ
メントパルスを求める制御を行う。
め、本発明は、直交動作中にＪ2 軸が角度０°付近の特
異姿勢になると、７軸の目標パルス値とセグメントパル
スを求めるのではなく、７軸の関節座標系より作業座標
系への逆変換から６軸逆変換に切り替え、Ｊ1軸または
Ｊ3 軸のパルス値を固定し、目標点の位置と姿勢と固定
軸のパルス値より、他の６軸の目標点のパルス値とセグ
メントパルスを求める制御を行う。
【０００５】
【作用】このような制御方法により、特異姿勢でのＪ1
軸およびＪ3 軸のセグメントオーバが防げ、マニピュレ
ータのスムーズな直交動作が可能となる。
軸およびＪ3 軸のセグメントオーバが防げ、マニピュレ
ータのスムーズな直交動作が可能となる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づい説明す
る。図１は、本発明の一実施例の回路構成並びにリンク
構成を表した図である。図１(a) の７軸マニピュレータ
を制御する回路構成図において、７軸マニピュレータの
手先側に備えるエンドエフェクタに対する移動命令１が
目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度
の作成器２に与えられると、ここでそれらの緒元が設定
されて逆変換器判別器３へ設定値が送られ、この逆変換
器判別器３においてこれらの設定値から、特異姿勢での
Ｊ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防ぎながら、
マニピュレータのスムーズな直交動作が可能かどうかが
判断され、可能の場合は目標パルス作成器５の７軸逆変
換器５a において７軸の逆変換がなされ、次の各軸セグ
メントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボアン
プ８へ駆動信号が加えられる。ところで、もし逆変換器
判別器３での判断が特異姿勢でのＪ1 軸およびＪ3 軸に
ついてセグメントオーバが生起するとされると、逆変換
器判別器３からの信号はＪ3 軸パルス作成器４にてＪ3
軸は任意のパルス値に固定して作成され、次いで６軸逆
変換器５b において６軸の逆変換がなされ、さらに各軸
セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボ
アンプ８へ駆動信号が加えられるが、一方で、６軸逆変
換器５b からの出力信号は肘角度計算器７を介して、目
標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度の
作成器２に負帰還されてサーボ演算がなされて、直交動
作が行われる。そして図１(b) はこの７軸マニピュレー
タのリンク構成を示す図であり、その７軸マニピュレー
タの姿勢が原点姿勢で、各軸角度０°、０パルスであ
る。基準点９から各可動軸を順次数えて、第一番目の軸
をＪ1 軸とし、以下Ｊ7 軸までが軸連節を成し、Ｊ7 軸
の先端に手先であるエンドエフェクタ10を具備してい
る。さらに詳述すれば、この７軸マニピュレータは基本
４軸として旋回軸のＪ1 軸，肩曲げ軸のＪ2 軸，肘回転
軸のＪ3 軸，肘曲げ軸のＪ4 軸とを設け、さらに手首３
軸として手首回転軸のＪ5 軸，手首曲げ軸のＪ6 軸，フ
ランジ回転軸のＪ7 軸を備え、計７軸で構成されてい
る。そして、基本軸はマニピュレータ先端のエンドエフ
ェクタ10の位置決めに寄与しており、手首先端には作業
に適した動力工具を取付ける駆動器が設けられる。な
お、肘角度とは次のように定義する、すなわち図１(b)
に表すＪ3 軸とＪ4 軸の交点・ｅ点を肘位置とし、ロボ
ット座標で表し、Ｊ3 軸の角度が０°のときのｐ点（Ｊ
6 軸）とロボット座標原点のｏ点（Ｊ1 軸とＪ2 軸の交
点）を結ぶ直線と、肘位置・ｅ点とでできる平面を肘角
度０°の面としており、各軸が任意の角度のときのｐ点
とロボット座標原点・ｏ点と肘位置・ｅ点でできる平面
と、ｐ点の位置を変化させずに、Ｊ3 軸を０°にしたと
きにできるｐ点とロボット座標原点のｏ点と肘位置ｅ点
でできる平面（つまり先の肘角度０°の平面）との角度
を肘角度という。この７軸マニピュレータのＪ1 軸およ
びＪ3 軸が直交動作時にセグメントオーバを発生する範
囲［以下、これを「範囲Ｘ」という］は、Ｊ1 軸とＪ3
軸間のオフセットＬと移動速度に依存し変化するが、基
本的にＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近い状態、すなわ
ちＪ2 軸が軸角度０°付近である。以下に、この範囲Ｘ
でセグメントオーバの発生を防ぐ方法を、手動操作時と
自動運転プレーバック時に分けて説明する。
る。図１は、本発明の一実施例の回路構成並びにリンク
構成を表した図である。図１(a) の７軸マニピュレータ
を制御する回路構成図において、７軸マニピュレータの
手先側に備えるエンドエフェクタに対する移動命令１が
目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度
の作成器２に与えられると、ここでそれらの緒元が設定
されて逆変換器判別器３へ設定値が送られ、この逆変換
器判別器３においてこれらの設定値から、特異姿勢での
Ｊ1 軸およびＪ3 軸のセグメントオーバを防ぎながら、
マニピュレータのスムーズな直交動作が可能かどうかが
判断され、可能の場合は目標パルス作成器５の７軸逆変
換器５a において７軸の逆変換がなされ、次の各軸セグ
メントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボアン
プ８へ駆動信号が加えられる。ところで、もし逆変換器
判別器３での判断が特異姿勢でのＪ1 軸およびＪ3 軸に
ついてセグメントオーバが生起するとされると、逆変換
器判別器３からの信号はＪ3 軸パルス作成器４にてＪ3
軸は任意のパルス値に固定して作成され、次いで６軸逆
変換器５b において６軸の逆変換がなされ、さらに各軸
セグメントパルスの作成器６を経て、次段の各軸サーボ
アンプ８へ駆動信号が加えられるが、一方で、６軸逆変
換器５b からの出力信号は肘角度計算器７を介して、目
標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度の
作成器２に負帰還されてサーボ演算がなされて、直交動
作が行われる。そして図１(b) はこの７軸マニピュレー
タのリンク構成を示す図であり、その７軸マニピュレー
タの姿勢が原点姿勢で、各軸角度０°、０パルスであ
る。基準点９から各可動軸を順次数えて、第一番目の軸
をＪ1 軸とし、以下Ｊ7 軸までが軸連節を成し、Ｊ7 軸
の先端に手先であるエンドエフェクタ10を具備してい
る。さらに詳述すれば、この７軸マニピュレータは基本
４軸として旋回軸のＪ1 軸，肩曲げ軸のＪ2 軸，肘回転
軸のＪ3 軸，肘曲げ軸のＪ4 軸とを設け、さらに手首３
軸として手首回転軸のＪ5 軸，手首曲げ軸のＪ6 軸，フ
ランジ回転軸のＪ7 軸を備え、計７軸で構成されてい
る。そして、基本軸はマニピュレータ先端のエンドエフ
ェクタ10の位置決めに寄与しており、手首先端には作業
に適した動力工具を取付ける駆動器が設けられる。な
お、肘角度とは次のように定義する、すなわち図１(b)
に表すＪ3 軸とＪ4 軸の交点・ｅ点を肘位置とし、ロボ
ット座標で表し、Ｊ3 軸の角度が０°のときのｐ点（Ｊ
6 軸）とロボット座標原点のｏ点（Ｊ1 軸とＪ2 軸の交
点）を結ぶ直線と、肘位置・ｅ点とでできる平面を肘角
度０°の面としており、各軸が任意の角度のときのｐ点
とロボット座標原点・ｏ点と肘位置・ｅ点でできる平面
と、ｐ点の位置を変化させずに、Ｊ3 軸を０°にしたと
きにできるｐ点とロボット座標原点のｏ点と肘位置ｅ点
でできる平面（つまり先の肘角度０°の平面）との角度
を肘角度という。この７軸マニピュレータのＪ1 軸およ
びＪ3 軸が直交動作時にセグメントオーバを発生する範
囲［以下、これを「範囲Ｘ」という］は、Ｊ1 軸とＪ3
軸間のオフセットＬと移動速度に依存し変化するが、基
本的にＪ1 軸とＪ3 軸が平行とそれに近い状態、すなわ
ちＪ2 軸が軸角度０°付近である。以下に、この範囲Ｘ
でセグメントオーバの発生を防ぐ方法を、手動操作時と
自動運転プレーバック時に分けて説明する。
【０００７】手動操作時の制御方法は下記のようにして
行う。図２のフローチャートは、本発明の他の実施例で
ある手動操作時の直交動作の制御方法を示したものであ
る。通常は、目標点の位置、姿勢、肘角度を用いて７軸
逆変換を行い、７軸各軸の目標パルスとセグメントパル
スを作成する。すなわち、７軸マニピュレータにスター
トの指令が与えられると［ステップ201 ］、次のステッ
プ202 に移りエンドエフェクタ10の目標点における位
置、姿勢、肘角度がパルス値として設定される。そし
て、設定されたＪ2 軸の現在パル値がステップ203 で範
囲Ｘ以外での処理と判断されれば、ステップ204 に行き
７軸を逆変換し、各軸の目標パルスを作成し、さらにス
テップ208 で各軸のセグメントパルスを作成するこにな
り、それによりステップ209 においてマニピュレータを
移動する。そして、Ｊ2 軸の現在パル値が範囲Ｘになる
とステップ203 で範囲Ｘ内処理と判断され、エンドエフ
ェクタ10の位置・姿勢を保つことを優先にし、ステップ
205 へ進みＪ3 軸を現在のパルス値に固定し、ステップ
206 へ移り６軸を逆変換し、さらにステップ207 におい
て肘角度を作成してから、ステップ208 の各軸のセグメ
ントパルスを作成して、マニピュレータを移動する［ス
テップ209 ］。このような手動操作により、７軸マニピ
ュレータはセグメントオーバを発生することなく、直交
動作を行いながら、エンドエフェクタ10の目標点におけ
る位置、姿０勢、肘角度が設定どうりの所期の値に制御
される。この処理によりＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメン
トオーバを防止できる。
行う。図２のフローチャートは、本発明の他の実施例で
ある手動操作時の直交動作の制御方法を示したものであ
る。通常は、目標点の位置、姿勢、肘角度を用いて７軸
逆変換を行い、７軸各軸の目標パルスとセグメントパル
スを作成する。すなわち、７軸マニピュレータにスター
トの指令が与えられると［ステップ201 ］、次のステッ
プ202 に移りエンドエフェクタ10の目標点における位
置、姿勢、肘角度がパルス値として設定される。そし
て、設定されたＪ2 軸の現在パル値がステップ203 で範
囲Ｘ以外での処理と判断されれば、ステップ204 に行き
７軸を逆変換し、各軸の目標パルスを作成し、さらにス
テップ208 で各軸のセグメントパルスを作成するこにな
り、それによりステップ209 においてマニピュレータを
移動する。そして、Ｊ2 軸の現在パル値が範囲Ｘになる
とステップ203 で範囲Ｘ内処理と判断され、エンドエフ
ェクタ10の位置・姿勢を保つことを優先にし、ステップ
205 へ進みＪ3 軸を現在のパルス値に固定し、ステップ
206 へ移り６軸を逆変換し、さらにステップ207 におい
て肘角度を作成してから、ステップ208 の各軸のセグメ
ントパルスを作成して、マニピュレータを移動する［ス
テップ209 ］。このような手動操作により、７軸マニピ
ュレータはセグメントオーバを発生することなく、直交
動作を行いながら、エンドエフェクタ10の目標点におけ
る位置、姿０勢、肘角度が設定どうりの所期の値に制御
される。この処理によりＪ1 軸およびＪ3 軸のセグメン
トオーバを防止できる。
【０００８】さらに、自動運転プレイバック時の制御方
法は次のようにして施行する。図３は、本発明の別の実
施例である自動運転プレイバック時の制御方法を示すフ
ローチャートで、これを用いて順次説明する。 イニシャル処理と今回の払い出し処理について、０
スタートの指令［ステップ301 ］があると、ステップ30
2 で教示点データの入力であるエンドエフェクタ10の位
置・姿勢・肘角度が設定され、さらにステップ303 にお
いて払い出し回数ｎおよび一回の払い出しでのエンドエ
フェクタ10の位置・姿勢・肘角度の移動量を求めるイニ
シャル処理を行う。次に、イニシャル処理のステップ30
3 で求めた一回の払い出しの位置、姿勢、肘角度の移動
量をステップ304 で現在値に足し込み、今回の払い出し
での目標値０の位置、姿勢、肘角度を毎回求める。それ
からの処理形態は以下に示す，，の３通りに分か
れて制御される。 Ｊ2 軸が範囲Ｘ以外での処理について、ステップ30
5 での判断はNoであるから、ステップ306 でもflag=1と
なり、ステップ307 に進みその値を用いて７軸を逆変換
し各軸の目標パルスを作成し、ステップ308 で各軸のセ
グメントパルスの作成を行い、ステップ309 に移り７軸
マニピュレータの移動が行われ、ステップ310 において
エンドエフェクタ10が教示点へ到達したか、つまり払い
出し回数ｎが０までに至ったかを判断し、教示点へ到達
しておれば制御動作は終了するが［ステップ311 ］、そ
うでなければｎ＝ｎ−１としてステップ304 へ戻り、そ
れ以下のステップ305 ないしステップ310 を繰り返す。
このように繰り返して目標パルスとセグメントパルスを
作成し、マニピュレータの動作を制御する。
法は次のようにして施行する。図３は、本発明の別の実
施例である自動運転プレイバック時の制御方法を示すフ
ローチャートで、これを用いて順次説明する。 イニシャル処理と今回の払い出し処理について、０
スタートの指令［ステップ301 ］があると、ステップ30
2 で教示点データの入力であるエンドエフェクタ10の位
置・姿勢・肘角度が設定され、さらにステップ303 にお
いて払い出し回数ｎおよび一回の払い出しでのエンドエ
フェクタ10の位置・姿勢・肘角度の移動量を求めるイニ
シャル処理を行う。次に、イニシャル処理のステップ30
3 で求めた一回の払い出しの位置、姿勢、肘角度の移動
量をステップ304 で現在値に足し込み、今回の払い出し
での目標値０の位置、姿勢、肘角度を毎回求める。それ
からの処理形態は以下に示す，，の３通りに分か
れて制御される。 Ｊ2 軸が範囲Ｘ以外での処理について、ステップ30
5 での判断はNoであるから、ステップ306 でもflag=1と
なり、ステップ307 に進みその値を用いて７軸を逆変換
し各軸の目標パルスを作成し、ステップ308 で各軸のセ
グメントパルスの作成を行い、ステップ309 に移り７軸
マニピュレータの移動が行われ、ステップ310 において
エンドエフェクタ10が教示点へ到達したか、つまり払い
出し回数ｎが０までに至ったかを判断し、教示点へ到達
しておれば制御動作は終了するが［ステップ311 ］、そ
うでなければｎ＝ｎ−１としてステップ304 へ戻り、そ
れ以下のステップ305 ないしステップ310 を繰り返す。
このように繰り返して目標パルスとセグメントパルスを
作成し、マニピュレータの動作を制御する。
【０００９】 Ｊ2 軸が範囲Ｘ内の処理について、教
示点に移動するまでの間にＪ2 軸の現在位置パルスが範
囲Ｘに移行する場合は、ステップ305 に進んだ時に、Ｊ
2 軸が範囲Ｘ内であると判断されればステップ321 へ進
み、Ｊ3 軸の目標パルスを作成し、Ｊ3 軸のパルスを既
知の値としてステップ322 へ移り、ステップ322 では処
理を７軸逆変換から６軸逆変換に切り替え、今回の目標
値の位置、姿勢とＪ3 軸のパルス値より６軸逆変換を行
い、flag=1にして［ステップ324 ］、Ｊ3 軸以外の６軸
の目標パルスとセグメントパルスをステップ308 におい
て作成する。この時のＪ3 軸の値は今回の払い出しの目
標パルス値は次式で求める。 目標パルス値＝（現在位置パルス）＋｛（Ｊ3 軸教示点
パルス）−（Ｊ3 軸現在位置パルス）｝／（残りの払い
出し回数）…………（１式） また、この処理により肘角度が変化するので、ステップ
323 において肘角度を作成し、目標パルスを用いて肘角
度を求め直す。ステップ309 からステップ310 まで、そ
してステップ304 への循環を繰り返し、ステップ311 の
教示点到達となる。 Ｊ2 軸が範囲Ｘを出たときの処理について、Ｊ2 軸
が範囲Ｘ以内での処理が行われて、７軸マニピュレータ
はセグメントオーバを発生することなく、直交動作を行
いながら、エンドエフェクタ10が順次移行するに及び、
Ｊ2 軸が範囲Ｘより外れると通常の７軸変換に切り替え
るが、その手順はこうのようになる。ステップ305 でNo
と判断されてステップ306 に移り、このときはまだＪ2
軸が０°付近であるからflag=1でYes の判断がなされて
ステップ331 へ行くが、の処理により肘角度がイニシ
ャル処理で求めた移動量で移動していない、このため肘
角度の一回の払い出しでの移動量を計算し直し、通常の
処理に切り替えるために、ステップ331 では肘角度移動
量作成として（教示点肘角度−現在肘角度）／ｎを求め
る。このｎは残りの払い出し回数である。そうしてステ
ップ332 に至り今回の目標点肘角度の作成を行い、ステ
ップ333 でflag=0にして前述のステップ307 以下の動作
を繰り返し、Ｊ2 軸が０°付近を超えるとステップ306
での判断がNoに変わるので、肘角度の作成のステップは
なされずに、直ちに前述のステップ307 以下の動作を繰
り返し、最後にステップ311の教示点に到達する。これ
らないしの手順の処理により、自動運転プレーバッ
ク中にＪ2 軸が範囲Ｘになっても、Ｊ1 軸およびＪ3 軸
のセグメントオーバを防止できる。ところで、ステップ
306,324,333 におけるflag=1,flag=0 のＪ2 軸の角度変
化に伴うflagの変化は、次のようになされる。つまり、
flagは通常は０であり、従ってＪ2 軸が範囲Ｘの範囲外
でflag=1になっているのは、Ｊ2 軸が範囲Ｘの範囲を出
た直後の時のみであるから、それ以降はＪ2 軸が範囲Ｘ
の範囲を出た時の処理に移りflag=0にしている。
示点に移動するまでの間にＪ2 軸の現在位置パルスが範
囲Ｘに移行する場合は、ステップ305 に進んだ時に、Ｊ
2 軸が範囲Ｘ内であると判断されればステップ321 へ進
み、Ｊ3 軸の目標パルスを作成し、Ｊ3 軸のパルスを既
知の値としてステップ322 へ移り、ステップ322 では処
理を７軸逆変換から６軸逆変換に切り替え、今回の目標
値の位置、姿勢とＪ3 軸のパルス値より６軸逆変換を行
い、flag=1にして［ステップ324 ］、Ｊ3 軸以外の６軸
の目標パルスとセグメントパルスをステップ308 におい
て作成する。この時のＪ3 軸の値は今回の払い出しの目
標パルス値は次式で求める。 目標パルス値＝（現在位置パルス）＋｛（Ｊ3 軸教示点
パルス）−（Ｊ3 軸現在位置パルス）｝／（残りの払い
出し回数）…………（１式） また、この処理により肘角度が変化するので、ステップ
323 において肘角度を作成し、目標パルスを用いて肘角
度を求め直す。ステップ309 からステップ310 まで、そ
してステップ304 への循環を繰り返し、ステップ311 の
教示点到達となる。 Ｊ2 軸が範囲Ｘを出たときの処理について、Ｊ2 軸
が範囲Ｘ以内での処理が行われて、７軸マニピュレータ
はセグメントオーバを発生することなく、直交動作を行
いながら、エンドエフェクタ10が順次移行するに及び、
Ｊ2 軸が範囲Ｘより外れると通常の７軸変換に切り替え
るが、その手順はこうのようになる。ステップ305 でNo
と判断されてステップ306 に移り、このときはまだＪ2
軸が０°付近であるからflag=1でYes の判断がなされて
ステップ331 へ行くが、の処理により肘角度がイニシ
ャル処理で求めた移動量で移動していない、このため肘
角度の一回の払い出しでの移動量を計算し直し、通常の
処理に切り替えるために、ステップ331 では肘角度移動
量作成として（教示点肘角度−現在肘角度）／ｎを求め
る。このｎは残りの払い出し回数である。そうしてステ
ップ332 に至り今回の目標点肘角度の作成を行い、ステ
ップ333 でflag=0にして前述のステップ307 以下の動作
を繰り返し、Ｊ2 軸が０°付近を超えるとステップ306
での判断がNoに変わるので、肘角度の作成のステップは
なされずに、直ちに前述のステップ307 以下の動作を繰
り返し、最後にステップ311の教示点に到達する。これ
らないしの手順の処理により、自動運転プレーバッ
ク中にＪ2 軸が範囲Ｘになっても、Ｊ1 軸およびＪ3 軸
のセグメントオーバを防止できる。ところで、ステップ
306,324,333 におけるflag=1,flag=0 のＪ2 軸の角度変
化に伴うflagの変化は、次のようになされる。つまり、
flagは通常は０であり、従ってＪ2 軸が範囲Ｘの範囲外
でflag=1になっているのは、Ｊ2 軸が範囲Ｘの範囲を出
た直後の時のみであるから、それ以降はＪ2 軸が範囲Ｘ
の範囲を出た時の処理に移りflag=0にしている。
【００１０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば７軸
マニピュレータの直交動作でのセグメントオーバの発生
する範囲において、７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸
逆変換の２つの逆変換を有し、その逆変換を条件によっ
て切替を行う手段であり、Ｊ1軸またはＪ3 軸を固定し
て目標点の位置、姿勢より他の６軸の目標パルス値およ
びセグメントパルスを求めることにより、Ｊ1 軸および
Ｊ3 軸に発生していたセグメントオーバを防ぎ、マニピ
ュレータのスームズな直交動作が得られ、動作の確実性
が保証されると共に動作の信頼性が著しく向上するとい
う特段の効果がある。
マニピュレータの直交動作でのセグメントオーバの発生
する範囲において、７軸逆変換（７軸同時制御）と６軸
逆変換の２つの逆変換を有し、その逆変換を条件によっ
て切替を行う手段であり、Ｊ1軸またはＪ3 軸を固定し
て目標点の位置、姿勢より他の６軸の目標パルス値およ
びセグメントパルスを求めることにより、Ｊ1 軸および
Ｊ3 軸に発生していたセグメントオーバを防ぎ、マニピ
ュレータのスームズな直交動作が得られ、動作の確実性
が保証されると共に動作の信頼性が著しく向上するとい
う特段の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の７軸マニュプレータの制御方法の一実
施例を表すブロック図およびその７軸マニュプレータの
リンク構成を示す図
施例を表すブロック図およびその７軸マニュプレータの
リンク構成を示す図
【図２】本発明の他の実施例の手動操作時の制御方法を
示すフローチャート
示すフローチャート
【図３】本発明の別の実施例の自動運転のプレーバック
時の制御方法を示すフローチャート
時の制御方法を示すフローチャート
１ 移動命令 ２ 目標点におけるエンドエフェクタ位置・姿勢・肘角
度の作成器 ３ 逆変換器判別器 ４ Ｊ3 軸パルス作成器 ５ 目標パルス作成器 ５a ７軸逆変換器 ５b ６軸逆変換器 ６ 各軸セグメントパルスの作成器 ７ 肘角度の計算器 ８ 各軸サーボアンプ ９ 基準点 10 エンドエフェクタ
度の作成器 ３ 逆変換器判別器 ４ Ｊ3 軸パルス作成器 ５ 目標パルス作成器 ５a ７軸逆変換器 ５b ６軸逆変換器 ６ 各軸セグメントパルスの作成器 ７ 肘角度の計算器 ８ 各軸サーボアンプ ９ 基準点 10 エンドエフェクタ
Claims (1)
- 【請求項１】いずれも回転自在に支承され、基準点に配
設された第一番目のＪ1 軸と、そのＪ1 軸に直交して繋
がる第二番目のＪ2 軸と、このＪ2 軸から直交して繋が
る第三番目のＪ3 軸と、そのＪ3 軸より直交して繋がる
第四番目のＪ4 軸とで基本４軸を構成し、さらにこれら
から手先側に第五番目のＪ5 軸ないし第七番目のＪ7 軸
を連接して手首３軸を形成した７軸マニピュレータにお
いて、 Ｊ7 軸に装着するエンドエフェクタの姿勢を変化させな
いで行う直線動作及びエンドエフェクタの位置を変化さ
せないで行う姿勢変化動作の場合に、 エンドエフェクタの教示データを入力し、払い出し回数
ｎおよび一回の払い出しでのエンドエフェクタの位置・
姿勢・肘角度の移動量の作成を行い、 今回の払い出しでのエンドエフェクタの位置・姿勢・肘
角度の作成をして、 その７軸マニピュレータの基準点からのＪ2 軸が０°前
後の場合に起こるＪ1 軸とのＪ3 軸が相互に平行かそれ
に近い状態となる特異姿勢であるかを判断し、 Ｊ2 軸が特異姿勢をとる範囲内であるならばＪ1 軸ある
いはＪ3 軸の目標パルスを作成し、他の６軸を逆変換し
て６軸の目標パルス・肘角度を作成してから、各軸の単
位時間当たりの移動パルスを求め、マニピュレータを移
動させることを繰り返し、 Ｊ2 軸が特異姿勢の範囲内から範囲以外の姿勢に移る際
には、教示した肘角度から現在の肘角度を差し引いた値
を残りの払い出し回数で割った値の肘角度移動量を作成
して、今回の目標点の肘角度を作成してから、７軸の逆
変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パルスを
求め、マニピュレータを移動させることを繰り返し、 Ｊ2 軸が当初から特異姿勢の範囲以外であるときは、７
軸の逆変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パ
ルスを求め、マニピュレータを移動させることを繰り返
し、 ｎ回の払い出しを終え教示点に到達するようにしたこと
を特徴とする７軸マニピュレータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06226667A true JPH06226667A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3402378B2 JP3402378B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=13154115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06084593A Expired - Lifetime JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | ７軸マニピュレータの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3402378B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014050952A (ja) * | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Fanuc Robotics America Inc | 冗長ロボットを制御する方法 |
| KR101498836B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2015-03-04 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 7축 다관절 로봇의 제어 장치 및 교시 방법 |
| WO2019167528A1 (ja) | 2018-02-27 | 2019-09-06 | ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 | 医療用観察装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63276606A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多関節型ロボットの軌跡制御装置 |
| JPH03217906A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 多関節形ロボットの制御方法 |
| JPH04140802A (ja) * | 1990-10-02 | 1992-05-14 | Nachi Fujikoshi Corp | 産業用ロボットの位置制御方法 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP06084593A patent/JP3402378B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63276606A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多関節型ロボットの軌跡制御装置 |
| JPH03217906A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 多関節形ロボットの制御方法 |
| JPH04140802A (ja) * | 1990-10-02 | 1992-05-14 | Nachi Fujikoshi Corp | 産業用ロボットの位置制御方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101498836B1 (ko) * | 2010-12-28 | 2015-03-04 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 7축 다관절 로봇의 제어 장치 및 교시 방법 |
| US9073211B2 (en) | 2010-12-28 | 2015-07-07 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Control system and teaching method for seven-axis articulated robot |
| JP2014050952A (ja) * | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Fanuc Robotics America Inc | 冗長ロボットを制御する方法 |
| WO2019167528A1 (ja) | 2018-02-27 | 2019-09-06 | ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 | 医療用観察装置 |
| US11510751B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-11-29 | Sony Olympus Medical Solutions Inc. | Medical observation apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3402378B2 (ja) | 2003-05-06 |
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