JPH06270081A - 多関節ロボットのならい制御装置 - Google Patents
多関節ロボットのならい制御装置Info
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- JPH06270081A JPH06270081A JP6697993A JP6697993A JPH06270081A JP H06270081 A JPH06270081 A JP H06270081A JP 6697993 A JP6697993 A JP 6697993A JP 6697993 A JP6697993 A JP 6697993A JP H06270081 A JPH06270081 A JP H06270081A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多関節ロボットの手首に取り付けられた距離
センサを用いて、対象物表面と手首の指定点との距離を
一定に保ちながら、ある指定方向に手首を移動させる、
ならい制御装置を提供する。 【構成】 距離センサを指定点から見て常に手首移動方
向にむけ、指定点が将来通過すべき目標軌道を手首の移
動と共に演算する。各関節に取り付けられたモータを用
いてロボットの手首位置をこの目標軌道上を通過するよ
うに制御をおこなう。更に、この指定点の向きを作業空
間に固定された一定方向に向ける場合と、ある指定面上
の対象物の法線に向ける場合と、対象物の３次元法線方
向に向ける場合、３種類の制御を実施する。
センサを用いて、対象物表面と手首の指定点との距離を
一定に保ちながら、ある指定方向に手首を移動させる、
ならい制御装置を提供する。 【構成】 距離センサを指定点から見て常に手首移動方
向にむけ、指定点が将来通過すべき目標軌道を手首の移
動と共に演算する。各関節に取り付けられたモータを用
いてロボットの手首位置をこの目標軌道上を通過するよ
うに制御をおこなう。更に、この指定点の向きを作業空
間に固定された一定方向に向ける場合と、ある指定面上
の対象物の法線に向ける場合と、対象物の３次元法線方
向に向ける場合、３種類の制御を実施する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの手先に取り
付けられた工具またはセンサと対象物との距離を一定に
制御しながら、指定方向に手首を移動させる制御装置に
関するものである。
付けられた工具またはセンサと対象物との距離を一定に
制御しながら、指定方向に手首を移動させる制御装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】まず、多関節ロボットの機構について説
明する。６関節ロボットの概要を図２に示す。６関節ロ
ボットの場合、図２のように６つの可動軸があり、それ
ぞれの軸は電動モ−タや油圧モ−タ等のモ−タで駆動さ
れる。６関節ロボットの場合、手首先端にある点Ｐを指
定したとき、点Ｐの３次元空間上の位置と姿勢は各関節
のモータの変位で決定され、動作範囲内で点Ｐの位置と
姿勢は任意の値を取ることができる。
明する。６関節ロボットの概要を図２に示す。６関節ロ
ボットの場合、図２のように６つの可動軸があり、それ
ぞれの軸は電動モ−タや油圧モ−タ等のモ−タで駆動さ
れる。６関節ロボットの場合、手首先端にある点Ｐを指
定したとき、点Ｐの３次元空間上の位置と姿勢は各関節
のモータの変位で決定され、動作範囲内で点Ｐの位置と
姿勢は任意の値を取ることができる。
【０００３】近年ロボットは、組立，検査などさまざま
な用途で使用されている。中でもロボットの手首先端に
疵センサを取り付け、対象物の疵を検査する疵検査ロボ
ットにおいては、疵センサの出力が対象物との距離によ
り変動するため、常に対象物との距離を一定に保ちなが
ら対象物表面をならう必要がある。対象物表面をならう
場合、対象物を検知する外部センサを用いず、対象物の
座標をあらかじめロボットに教示し、対象物表面をなら
う方法がある。この場合、外部に距離センサを取り付け
る必要がないので簡便であるが、対象物表面に凹凸があ
る場合には、教示する座標データが膨大になり教示が複
雑になるばかりか、対象物の位置がずれたときには対処
することができないという問題点がある。これに対処す
るため、いくつかの技術が提案されている。
な用途で使用されている。中でもロボットの手首先端に
疵センサを取り付け、対象物の疵を検査する疵検査ロボ
ットにおいては、疵センサの出力が対象物との距離によ
り変動するため、常に対象物との距離を一定に保ちなが
ら対象物表面をならう必要がある。対象物表面をならう
場合、対象物を検知する外部センサを用いず、対象物の
座標をあらかじめロボットに教示し、対象物表面をなら
う方法がある。この場合、外部に距離センサを取り付け
る必要がないので簡便であるが、対象物表面に凹凸があ
る場合には、教示する座標データが膨大になり教示が複
雑になるばかりか、対象物の位置がずれたときには対処
することができないという問題点がある。これに対処す
るため、いくつかの技術が提案されている。
【０００４】特公平4-24197号公報には、図３のように
ロボット手首ＨＤに距離センサＭＤを取り付け、対象物
ＷＫとの距離を直交座標系の一軸方向で測定するロボッ
トが提示されている。この距離センサＭＤから得られる
測定距離が指定された値になるように、ロボット手首Ｈ
Ｄを前記一軸方向に制御し、前記一軸と直交する方向に
手首ＨＤを移動させる。
ロボット手首ＨＤに距離センサＭＤを取り付け、対象物
ＷＫとの距離を直交座標系の一軸方向で測定するロボッ
トが提示されている。この距離センサＭＤから得られる
測定距離が指定された値になるように、ロボット手首Ｈ
Ｄを前記一軸方向に制御し、前記一軸と直交する方向に
手首ＨＤを移動させる。
【０００５】特公平1-46273号公報に開示の倣い制御方
法を図４を用いて説明する。この方式は簡単に説明する
と、ロボット手首１２の先端に距離センサ８を取り付
け、手首１２の先端と対象物Ｂの距離を指定距離Ｓ0で
ならう制御方式である。次の〜にそのアルゴリズム
を示す。
法を図４を用いて説明する。この方式は簡単に説明する
と、ロボット手首１２の先端に距離センサ８を取り付
け、手首１２の先端と対象物Ｂの距離を指定距離Ｓ0で
ならう制御方式である。次の〜にそのアルゴリズム
を示す。
【０００６】探索方向Ｃと対象物Ｂの存在する方向Ｄ
を指定する。
を指定する。
【０００７】手首１２の初期位置（図４の左下）から
Ｄ方向に、距離センサ８の値がＳ0になるまで移動させ
る。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点を
Ｑ0とする。
Ｄ方向に、距離センサ８の値がＳ0になるまで移動させ
る。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点を
Ｑ0とする。
【０００８】点Ｑ0上の対象物表面の接線方向を仮定
し、点Ｑ0から接線方向に微少距離Ｌだけ離れた点をＲ1
とする。点Ｒ1から距離Ｓ0だけ離して、かつ接線と直角
方向に距離センサ８が向くように、手首１２を移動す
る。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点を
Ｑ1とする。
し、点Ｑ0から接線方向に微少距離Ｌだけ離れた点をＲ1
とする。点Ｒ1から距離Ｓ0だけ離して、かつ接線と直角
方向に距離センサ８が向くように、手首１２を移動す
る。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点を
Ｑ1とする。
【０００９】点Ｑ1上の対象物表面の接線を直線Ｑ0Ｑ
1とし、点Ｑ1から接線方向に微少距離Ｌだけ離れた点を
Ｒ2とする。点Ｒ2から距離Ｓ0だけ離して、かつ接線と
直角方向に距離センサ８が向くように、手首１２を移動
する。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点
をＱ2とする。
1とし、点Ｑ1から接線方向に微少距離Ｌだけ離れた点を
Ｒ2とする。点Ｒ2から距離Ｓ0だけ離して、かつ接線と
直角方向に距離センサ８が向くように、手首１２を移動
する。このとき、距離センサ８が示す対象物表面上の点
をＱ2とする。
【００１０】このを順次繰り返すことにより、対象物
Ｂの表面をならう。
Ｂの表面をならう。
【００１１】特公平1-46275号公報の制御方式では、前
記特公平1-46273号公報の制御方式に加えて、Ｑi-1上の
接線とＱiの接線の角度差によって微少距離Ｌを可変に
する制御方式である。角度差が小さい（対象物表面が滑
らか）ときは微少距離Ｌを大きい値とし、角度差が大き
い（対象物表面が凸凹）ときは微少距離Ｌを小さい値と
し、ならい誤差を小さくする。
記特公平1-46273号公報の制御方式に加えて、Ｑi-1上の
接線とＱiの接線の角度差によって微少距離Ｌを可変に
する制御方式である。角度差が小さい（対象物表面が滑
らか）ときは微少距離Ｌを大きい値とし、角度差が大き
い（対象物表面が凸凹）ときは微少距離Ｌを小さい値と
し、ならい誤差を小さくする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述の３つの公告公報
に開示の技術は、いずれも距離センサと対象物の距離を
ある指定された距離に制御しながら、対象物表面上をな
らう制御である。しかし、現実的には距離センサとは別
の手首上のある点と対象物との距離を制御したい場合が
多い。例えば、先の疵検査の例で言うと、疵センサと対
象物との距離を一定に制御する必要があり、距離センサ
と疵センサとは同一の場所に取り付けることはできな
い。
に開示の技術は、いずれも距離センサと対象物の距離を
ある指定された距離に制御しながら、対象物表面上をな
らう制御である。しかし、現実的には距離センサとは別
の手首上のある点と対象物との距離を制御したい場合が
多い。例えば、先の疵検査の例で言うと、疵センサと対
象物との距離を一定に制御する必要があり、距離センサ
と疵センサとは同一の場所に取り付けることはできな
い。
【００１３】本発明の目的は、対象物との距離を一定に
制御したい手首上の点と、距離センサの位置とが異なる
場合において、距離センサの値から制御したい点と対象
物との距離を正確に制御する制御装置を提供することで
ある。また、対象物の表面に合わせ、その法線方向に手
首方向を向ける制御装置を提供することを目的とする。
制御したい手首上の点と、距離センサの位置とが異なる
場合において、距離センサの値から制御したい点と対象
物との距離を正確に制御する制御装置を提供することで
ある。また、対象物の表面に合わせ、その法線方向に手
首方向を向ける制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の関節を
有するロボットを用いて、ロボット手首に指定点Ｐから
対象物表面までの距離を指定された値に制御しながら、
前記手首を指定されたベクトルＸ方向へ移動させるなら
い制御装置において、手首に前記点Ｐとは異なる点Ｑを
指定し、手首に固定された指定ベクトルＺQ方向に前記
点Ｑから対象物表面上の点Ｗまでの距離を測定する距離
センサを手首に取り付け、前記点Ｐから見たとき前記距
離センサが常に前記ベクトルＸ方向に位置するように手
首姿勢を制御する第１の制御手段と、ロボットの各関節
に取り付けられたモータの変位から演算される前記点Ｐ
および点Ｑの座標と、距離センサの測定結果より、前記
対象物表面上の点Ｗの座標を演算し、作業空間上に固定
された指定ベクトルＺW方向に、前記点Ｗから指定距離
Ｈ離れた点Ｔを点Ｐが将来通過する目標軌道上の点と
し、この目標軌道に沿って手首を移動させながら、次々
と目標軌道を演算していく第２の制御手段と、手首上の
前記点Ｐに固定されたベクトルＺPを常に前記ベクトル
ＺWと逆向きになるように手首姿勢を制御する第３の制
御手段と、を有することを特徴とする多関節ロボットの
ならい制御装置である。
有するロボットを用いて、ロボット手首に指定点Ｐから
対象物表面までの距離を指定された値に制御しながら、
前記手首を指定されたベクトルＸ方向へ移動させるなら
い制御装置において、手首に前記点Ｐとは異なる点Ｑを
指定し、手首に固定された指定ベクトルＺQ方向に前記
点Ｑから対象物表面上の点Ｗまでの距離を測定する距離
センサを手首に取り付け、前記点Ｐから見たとき前記距
離センサが常に前記ベクトルＸ方向に位置するように手
首姿勢を制御する第１の制御手段と、ロボットの各関節
に取り付けられたモータの変位から演算される前記点Ｐ
および点Ｑの座標と、距離センサの測定結果より、前記
対象物表面上の点Ｗの座標を演算し、作業空間上に固定
された指定ベクトルＺW方向に、前記点Ｗから指定距離
Ｈ離れた点Ｔを点Ｐが将来通過する目標軌道上の点と
し、この目標軌道に沿って手首を移動させながら、次々
と目標軌道を演算していく第２の制御手段と、手首上の
前記点Ｐに固定されたベクトルＺPを常に前記ベクトル
ＺWと逆向きになるように手首姿勢を制御する第３の制
御手段と、を有することを特徴とする多関節ロボットの
ならい制御装置である。
【００１５】本発明の一実施例では、前記距離センサの
測定結果より、前記対象物表面上の点Ｗに加えて、指定
平面上の前記点Ｗの法線ベクトルを演算し、この法線ベ
クトルを前記ベクトルＺWとすることにより、前記点Ｐ
に固定されたベクトルＺPを常に対象物の指定面上の法
線方向に向ける。
測定結果より、前記対象物表面上の点Ｗに加えて、指定
平面上の前記点Ｗの法線ベクトルを演算し、この法線ベ
クトルを前記ベクトルＺWとすることにより、前記点Ｐ
に固定されたベクトルＺPを常に対象物の指定面上の法
線方向に向ける。
【００１６】本発明のもう１つの実施例では、前記距離
センサ近傍に複数の距離センサを取り付け、前記複数の
距離センサの測定結果より対象物表面上の複数の点の座
標を演算し、この座標より演算される対象物表面の法線
ベクトルを前記ベクトルＺWとすることにより、前記点
Ｐに固定されたベクトルＺPを常に対象物の法線方向に
向ける。
センサ近傍に複数の距離センサを取り付け、前記複数の
距離センサの測定結果より対象物表面上の複数の点の座
標を演算し、この座標より演算される対象物表面の法線
ベクトルを前記ベクトルＺWとすることにより、前記点
Ｐに固定されたベクトルＺPを常に対象物の法線方向に
向ける。
【００１７】
【作用】本発明では、距離センサが常に手首移動方向に
存在しているため、手首が移動する先の対象物形状をあ
らかじめ測定しておくことができる。このため、指定点
Ｐと同一位置にセンサを配置し、現在の指定点Ｐと対象
物の距離を検出しながらフィードバック制御を行うより
も、高速かつ高精度にならい制御を行うことが可能とな
る。
存在しているため、手首が移動する先の対象物形状をあ
らかじめ測定しておくことができる。このため、指定点
Ｐと同一位置にセンサを配置し、現在の指定点Ｐと対象
物の距離を検出しながらフィードバック制御を行うより
も、高速かつ高精度にならい制御を行うことが可能とな
る。
【００１８】また、距離センサを指定点Ｐより離した位
置に取り付けるため、指定点Ｐと同一位置に疵センサ等
を配置できない場合でも、ならい制御を実施することが
できる。
置に取り付けるため、指定点Ｐと同一位置に疵センサ等
を配置できない場合でも、ならい制御を実施することが
できる。
【００１９】
【実施例】本発明の一実施例のならい制御装置の構成を
図１に示す。ロボット１の各アーム回転軸にはモータ２
が取り付けられ、回転軸にトルク１５を与える。サーボ
ドライバ３は、モータ２のエンコーダ信号１０から、回
転速度が指令値１１となるようにモータ２へ電圧９を与
える。このエンコーダ信号１０は、カウンタ６により積
算され、モータ２の回転角度が算出される。手首１２に
は距離センサ８が取り付けられ、対象物１３との距離を
測定する。演算装置５は、距離測定データをＡ／Ｄコン
バータ７より、また、先のモータ２の回転角度をカウン
タ６より読み込み取る。そして、演算装置５がこれらの
データよりロボット１の手首１２の位置，姿勢，速度お
よび対象物１３の位置等を演算し、ロボット１の手首１
２が望ましい動作をするように、Ｄ／Ａコンバータ４を
通して、サーボドライバ３に指令値１１を与える。メモ
リ１４は演算装置５のプログラムや読み取ったデータや
演算結果を保存するためのものである。
図１に示す。ロボット１の各アーム回転軸にはモータ２
が取り付けられ、回転軸にトルク１５を与える。サーボ
ドライバ３は、モータ２のエンコーダ信号１０から、回
転速度が指令値１１となるようにモータ２へ電圧９を与
える。このエンコーダ信号１０は、カウンタ６により積
算され、モータ２の回転角度が算出される。手首１２に
は距離センサ８が取り付けられ、対象物１３との距離を
測定する。演算装置５は、距離測定データをＡ／Ｄコン
バータ７より、また、先のモータ２の回転角度をカウン
タ６より読み込み取る。そして、演算装置５がこれらの
データよりロボット１の手首１２の位置，姿勢，速度お
よび対象物１３の位置等を演算し、ロボット１の手首１
２が望ましい動作をするように、Ｄ／Ａコンバータ４を
通して、サーボドライバ３に指令値１１を与える。メモ
リ１４は演算装置５のプログラムや読み取ったデータや
演算結果を保存するためのものである。
【００２０】まず、本発明の第１実施例を、図５を用い
て説明する。手首１２に点Ｐを指定し、点Ｐと離れた点
Ｑに距離センサ８を配置している。ならい制御として
は、手首１２をベクトルＸ方向に移動させながら、対象
物１３と点Ｐとの距離をベクトルＺW方向に向かって一
定値Ｈ[mm]に制御し、かつ点Ｐに固定されたベクトルＺ
Pが常にベクトルＺWと平行になるように手首姿勢を制御
する。また、距離センサ８で点Ｑと対象物との距離をＺ
Q方向に測定する。簡単のため、図５のように、空間に
固定されたｘｙｚ座標系のｚ軸方向とベクトルＺWとが
同じ方向を向き、かつベクトルＺWとベクトルＺQは同じ
方向を向いているとする。また、ｘ軸方向を手首１２の
移動方向Ｘとする。手首姿勢が図５の場合に、点Ｑは点
Ｐからｘ軸方向にＲ[mm]、ｚ軸方向にＳ[mm]離れている
とする。
て説明する。手首１２に点Ｐを指定し、点Ｐと離れた点
Ｑに距離センサ８を配置している。ならい制御として
は、手首１２をベクトルＸ方向に移動させながら、対象
物１３と点Ｐとの距離をベクトルＺW方向に向かって一
定値Ｈ[mm]に制御し、かつ点Ｐに固定されたベクトルＺ
Pが常にベクトルＺWと平行になるように手首姿勢を制御
する。また、距離センサ８で点Ｑと対象物との距離をＺ
Q方向に測定する。簡単のため、図５のように、空間に
固定されたｘｙｚ座標系のｚ軸方向とベクトルＺWとが
同じ方向を向き、かつベクトルＺWとベクトルＺQは同じ
方向を向いているとする。また、ｘ軸方向を手首１２の
移動方向Ｘとする。手首姿勢が図５の場合に、点Ｑは点
Ｐからｘ軸方向にＲ[mm]、ｚ軸方向にＳ[mm]離れている
とする。
【００２１】手首１２上の点Ｐの座標は各関節に取り付
けられたモータの変位とロボット１の機械定数より演算
する。このとき、点Ｐの座標を（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]
とすると点Ｑの座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]は、次式に
より演算される。
けられたモータの変位とロボット１の機械定数より演算
する。このとき、点Ｐの座標を（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]
とすると点Ｑの座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]は、次式に
より演算される。
【００２２】 ｘQ ＝ ｘP ＋ Ｒ (1) ｙQ ＝ ｙP (2) ｚQ ＝ ｚP ＋ Ｓ (3) 始めに、手首１２の初期位置を図５の左とする。この初
期位置において、距離センサ８を移動方向Ｘに位置する
ように、手首１２を回転させる。距離センサ８を常に移
動方向Ｘに位置するように保ちながら、手首１２の指定
点Ｐをならい制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動させる。
このとき、各時刻での距離センサ８の測定データＬ[mm]
と指定点Ｑの座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]より、距離セ
ンサ８が測定している対象物表面上の座標（ｘW，ｙW，
ｚW）[mm]を、次式により計算する。
期位置において、距離センサ８を移動方向Ｘに位置する
ように、手首１２を回転させる。距離センサ８を常に移
動方向Ｘに位置するように保ちながら、手首１２の指定
点Ｐをならい制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動させる。
このとき、各時刻での距離センサ８の測定データＬ[mm]
と指定点Ｑの座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]より、距離セ
ンサ８が測定している対象物表面上の座標（ｘW，ｙW，
ｚW）[mm]を、次式により計算する。
【００２３】 ｘW ＝ ｘQ (4) ｙW ＝ ｙQ (5) ｚW ＝ ｚQ − Ｌ (6) 既に、対象物表面上のならい制御開始点のＷ1とＷ1か
ら、ｘ軸方向にＲ[mm]離れたＷ2との間の対象物１３の
座標（対象物形状）は(4)〜(6)式により演算済みである
から、手首１２の指定点Ｐの目標軌道（ｘT，ｙT，
ｚT）を、次式により演算する。
ら、ｘ軸方向にＲ[mm]離れたＷ2との間の対象物１３の
座標（対象物形状）は(4)〜(6)式により演算済みである
から、手首１２の指定点Ｐの目標軌道（ｘT，ｙT，
ｚT）を、次式により演算する。
【００２４】 ｘT ＝ ｘW (7) ｙT ＝ ｙW (8) ｚT ＝ ｚW ＋ Ｈ (9) そこで、手首１２を目標軌道の始点Ｔ1まで移動させ
る。以降、この目標軌道に沿って手首１２を移動させな
がら、時々刻々の距離センサ８の測定データＬ[mm]と指
定点Ｐの位置（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]より、Ｔ2以降の目
標軌道を(1)〜(9)式を用いて算出していく。
る。以降、この目標軌道に沿って手首１２を移動させな
がら、時々刻々の距離センサ８の測定データＬ[mm]と指
定点Ｐの位置（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]より、Ｔ2以降の目
標軌道を(1)〜(9)式を用いて算出していく。
【００２５】次に、本発明の第２実施例を、図６を用い
て説明する。距離センサ８が常に移動方向Ｘに位置する
ように手首１２を回転させ、手首１２の指定点Ｐをなら
い制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動させるまでは、上述
の、第１実施例と同じである。この時点で先ほどと同様
に、ならい制御開始点Ｗ1〜Ｗ2までの対象物１３の座標
（対象物形状）は演算済みであるから、対象物表面のｘ
ｚ平面上の法線ベクトルを演算することができる。以下
この法線ベクトルを前述のベクトルＺWと同じものとし
て扱いＺWと記述する。この法線ベクトルＺWがｙ軸回り
に角度θ1[rad]だけ傾き、ならい制御開始点Ｗ1の座標
が（ｘW1、ｙW1、ｚW1）[mm]だとすると、目標軌道の始
点Ｔ1の座標（ｘT1、ｙT1、ｚT1）[mm]を、次式により
演算する。
て説明する。距離センサ８が常に移動方向Ｘに位置する
ように手首１２を回転させ、手首１２の指定点Ｐをなら
い制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動させるまでは、上述
の、第１実施例と同じである。この時点で先ほどと同様
に、ならい制御開始点Ｗ1〜Ｗ2までの対象物１３の座標
（対象物形状）は演算済みであるから、対象物表面のｘ
ｚ平面上の法線ベクトルを演算することができる。以下
この法線ベクトルを前述のベクトルＺWと同じものとし
て扱いＺWと記述する。この法線ベクトルＺWがｙ軸回り
に角度θ1[rad]だけ傾き、ならい制御開始点Ｗ1の座標
が（ｘW1、ｙW1、ｚW1）[mm]だとすると、目標軌道の始
点Ｔ1の座標（ｘT1、ｙT1、ｚT1）[mm]を、次式により
演算する。
【００２６】 ｘT1 ＝ ｘW1 ＋ Ｈcosθ1 (10) ｙT1 ＝ ｙW1 (11) ｚT1 ＝ ｚW1 ＋ Ｈsinθ1 (12) 同様に、対象物表面のＷ1〜Ｗ2に対応する目標軌道Ｔ1
〜Ｔ2と法線ベクトルＺW1〜ＺW2とｙ軸とのなす角度θ1
〜θ2を演算して、手首１２の指定点Ｐをこの目標軌道
に沿い、かつ手首の方向ＺPをこの法線ベクトルと平行
になるように制御する。
〜Ｔ2と法線ベクトルＺW1〜ＺW2とｙ軸とのなす角度θ1
〜θ2を演算して、手首１２の指定点Ｐをこの目標軌道
に沿い、かつ手首の方向ＺPをこの法線ベクトルと平行
になるように制御する。
【００２７】Ｔ2以降の目標軌道と法線ベクトルＺWの発
生方法について説明する。ある時刻で、手首１２の指定
点Ｐの座標が（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]であり、点Ｐの方
向ＺPがｙ軸回りに角度θ[rad]回転しているとする。こ
のとき、点Ｑの座標を次のように演算する。
生方法について説明する。ある時刻で、手首１２の指定
点Ｐの座標が（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]であり、点Ｐの方
向ＺPがｙ軸回りに角度θ[rad]回転しているとする。こ
のとき、点Ｑの座標を次のように演算する。
【００２８】 ｘQ ＝ ｘP ＋ Ｒcosθ ＋ Ｓsinθ (13) ｙQ ＝ ｙP (14) ｚQ ＝ ｚP ＋ Ｓcosθ − Ｒsinθ (15) 点Ｑに配置された距離センサ８の測定結果がＬ[mm]とす
ると、距離センサ８が測定している対象物表面上の点Ｗ
の座標を、次式により演算する。
ると、距離センサ８が測定している対象物表面上の点Ｗ
の座標を、次式により演算する。
【００２９】 ｘW ＝ ｘQ − Ｌsinθ (16) ｙW ＝ ｙQ (17) ｚW ＝ ｚQ − Ｌcosθ (18) この点Ｗの座標をメモリし、その後点Ｗの近傍の数点の
座標が得られると、点Ｗの法線ベクトルＺWを演算す
る。この法線ベクトルＺWがｙ軸回りに角度θW[rad]回
転しているとすると、点Ｗに対応する目標軌道上の点Ｔ
は、次式により演算する。
座標が得られると、点Ｗの法線ベクトルＺWを演算す
る。この法線ベクトルＺWがｙ軸回りに角度θW[rad]回
転しているとすると、点Ｗに対応する目標軌道上の点Ｔ
は、次式により演算する。
【００３０】 ｘT ＝ ｘW ＋ ＨsinθW (19) ｙT ＝ ｙW (20) ｚT ＝ ｚW ＋ ＨcosθW (21) また、点Ｔ上に指定点Ｐを移動させたときの点Ｐの方向
ＺPの目標角度はθW[rad]とする。以上より、目標軌道
上の点Ｔの座標（ｘT，ｙT，ｚT）[mm]とこの時の目標
角度θW[rad]を手首１２の移動に伴って時々刻々演算す
る。
ＺPの目標角度はθW[rad]とする。以上より、目標軌道
上の点Ｔの座標（ｘT，ｙT，ｚT）[mm]とこの時の目標
角度θW[rad]を手首１２の移動に伴って時々刻々演算す
る。
【００３１】本発明の第３実施例を図７を用いて説明す
る。このならい制御では距離センサを複数用いる。図７
では３ケの距離センサを用いているが、２つ以上の距離
センサがあればよい。始めに、距離センサ８が常に移動
方向Ｘに位置するように手首１２を回転させ、手首１２
の指定点Ｐを、ならい制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動
させるまでは、第２実施例と同じである。ただし、距離
センサ８を複数設けるため対象物表面の３次元的法線ベ
クトルを演算する。この法線ベクトルを前述のベクトル
ＺWと同じものとして扱いＺWと記述する。対象物表面上
のならい開始点Ｗ1〜Ｗ2まではその座標（ｘW，ｙW，ｚ
W）[mm]と法線方向が演算済みであるから、その法線方
向がｙ軸回りにθ[rad]でｘ軸回りにξ[rad]回転してい
るとすると、Ｗ1からＷ2の間の各点対応する目標位置
（ｘT，ｙT，ｚT）[mm]を次式により演算する。
る。このならい制御では距離センサを複数用いる。図７
では３ケの距離センサを用いているが、２つ以上の距離
センサがあればよい。始めに、距離センサ８が常に移動
方向Ｘに位置するように手首１２を回転させ、手首１２
の指定点Ｐを、ならい制御開始点Ｗ1のｚ軸方向に移動
させるまでは、第２実施例と同じである。ただし、距離
センサ８を複数設けるため対象物表面の３次元的法線ベ
クトルを演算する。この法線ベクトルを前述のベクトル
ＺWと同じものとして扱いＺWと記述する。対象物表面上
のならい開始点Ｗ1〜Ｗ2まではその座標（ｘW，ｙW，ｚ
W）[mm]と法線方向が演算済みであるから、その法線方
向がｙ軸回りにθ[rad]でｘ軸回りにξ[rad]回転してい
るとすると、Ｗ1からＷ2の間の各点対応する目標位置
（ｘT，ｙT，ｚT）[mm]を次式により演算する。
【００３２】 ｘT ＝ ｘW ＋ Ｈsinθ (22) ｙT ＝ ｙW ＋ Ｈsinξcosθ (23) ｚT ＝ ｙW ＋ Ｈcosξcosθ (24) これより、Ｗ1〜Ｗ2までは(22)〜(24)式によって算出す
る目標位置と法線ベクトルＺWに従って手首１２を移動
させる。Ｗ2以降については、ある時刻で点Ｐの座標が
（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]で、ＺPの方向がｙ軸回りにθ[r
ad]でｘ軸回りにはξ[rad]回転しているとすると、点Ｑ
の座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]を、 ｘQ ＝ ｘP ＋ Ｒcosθ ＋ Ｓsinθ (25) ｙQ ＝ ｙP − Ｒsinξsinθ ＋ Ｓsinξcosθ (26) ｚQ ＝ ｙP − Ｒcosξsinθ ＋ Ｓcosξcosθ (27) で算出する。このとき、点Ｑに配置された距離センサ８
の測定結果がＬ[mm]とすると、距離センサ８が測定して
いる対象物表面上の点Ｗの座標は、次式により演算す
る。
る目標位置と法線ベクトルＺWに従って手首１２を移動
させる。Ｗ2以降については、ある時刻で点Ｐの座標が
（ｘP，ｙP，ｚP）[mm]で、ＺPの方向がｙ軸回りにθ[r
ad]でｘ軸回りにはξ[rad]回転しているとすると、点Ｑ
の座標（ｘQ，ｙQ，ｚQ）[mm]を、 ｘQ ＝ ｘP ＋ Ｒcosθ ＋ Ｓsinθ (25) ｙQ ＝ ｙP − Ｒsinξsinθ ＋ Ｓsinξcosθ (26) ｚQ ＝ ｙP − Ｒcosξsinθ ＋ Ｓcosξcosθ (27) で算出する。このとき、点Ｑに配置された距離センサ８
の測定結果がＬ[mm]とすると、距離センサ８が測定して
いる対象物表面上の点Ｗの座標は、次式により演算す
る。
【００３３】 ｘW ＝ ｘQ − Ｌcosξsinθ (28) ｙW ＝ ｙQ − Ｌsinξ (29) ｚW ＝ ｚQ − Ｌcosξcosθ (30) 距離センサ８が複数取り付けられているため、一度に対
象物表面上の数点の座標が得られる。これらの座標より
対象物表面の法線ベクトルＺWを演算し、(22)〜(24)式
に従って目標軌道を計算していく。
象物表面上の数点の座標が得られる。これらの座標より
対象物表面の法線ベクトルＺWを演算し、(22)〜(24)式
に従って目標軌道を計算していく。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、対
象物と一定に保つべき手首上の点Ｐと距離センサを別々
の位置に配置することができる。また、この距離センサ
を常にならい方向に向けておくことで、将来の目標軌道
を時々刻々演算しながらならい制御を実施することがで
きる。一方、距離センサが点Ｐに配置されている場合
や、点Ｑと対象物との距離を指定された値Ｈ[mm]に制御
する場合には、距離センサ８と指定された値Ｈ[mm]との
差に基づきフィードバック制御を行うため、必ず遅れが
発生し誤差の要因となる。この誤差を減少させるために
は、手首１２の移動速度を遅くする必要がある。本発明
のならい制御の場合、フィードフォワード制御なため、
遅れがほとんど発生せず、誤差の少ないならい制御が実
現する。
象物と一定に保つべき手首上の点Ｐと距離センサを別々
の位置に配置することができる。また、この距離センサ
を常にならい方向に向けておくことで、将来の目標軌道
を時々刻々演算しながらならい制御を実施することがで
きる。一方、距離センサが点Ｐに配置されている場合
や、点Ｑと対象物との距離を指定された値Ｈ[mm]に制御
する場合には、距離センサ８と指定された値Ｈ[mm]との
差に基づきフィードバック制御を行うため、必ず遅れが
発生し誤差の要因となる。この誤差を減少させるために
は、手首１２の移動速度を遅くする必要がある。本発明
のならい制御の場合、フィードフォワード制御なため、
遅れがほとんど発生せず、誤差の少ないならい制御が実
現する。
【図１】 本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】 ロボットの概要を示す側面図である。
【図３】 （ａ）は従来のロボットの手首廻りを示す斜
視図、（ｂ）は側面図である。
視図、（ｂ）は側面図である。
【図４】 ロボットの従来のならい制御によるロボット
手首の軌跡を示す平面図である。
手首の軌跡を示す平面図である。
【図５】 本発明の第１実施例のロボット手首の軌跡を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図６】 本発明の第２実施例のロボット手首の軌跡を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図７】 本発明の第３実施例のロボット手首を示す斜
視図である。
視図である。
１：ロボット ２：モータ ３：サーボドライバ ４：Ｄ／Ａコ
ンバータ ５：演算装置 ６：カウンタ ７：Ａ／Ｄコンバータ ８：距離セン
サ ９：電圧 １０：エンコー
ダ信号 １１：速度指令値 １２：手首 １３：対象物 １４：メモリ １５：トルク
ンバータ ５：演算装置 ６：カウンタ ７：Ａ／Ｄコンバータ ８：距離セン
サ ９：電圧 １０：エンコー
ダ信号 １１：速度指令値 １２：手首 １３：対象物 １４：メモリ １５：トルク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】 ｘT1 ＝ ｘW1 ＋ Ｈsinθ1 (10) ｙT1 ＝ ｙW1 (11) ｚT1 ＝ ｚW1 ＋ Ｈcosθ1 (12) 同様に、対象物表面のＷ1〜Ｗ2に対応する目標軌道Ｔ1
〜Ｔ2と法線ベクトルＺW1〜ＺW2とｙ軸とのなす角度θ1
〜θ2を演算して、手首１２の指定点Ｐをこの目標軌道
に沿い、かつ手首の方向ＺPをこの法線ベクトルと平行
になるように制御する。
〜Ｔ2と法線ベクトルＺW1〜ＺW2とｙ軸とのなす角度θ1
〜θ2を演算して、手首１２の指定点Ｐをこの目標軌道
に沿い、かつ手首の方向ＺPをこの法線ベクトルと平行
になるように制御する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
フロントページの続き (72)発明者 中 村 悦 久 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の関節を有するロボットを用いて、
ロボット手首の指定点Ｐから対象物表面までの距離を指
定された値に制御しながら、前記手首を指定されたベク
トルＸ方向へ移動させるならい制御装置において、 手首に前記点Ｐとは異なる点Ｑを指定し、手首に固定さ
れた指定ベクトルＺQ方向に前記点Ｑから対象物表面上
の点Ｗまでの距離を測定する距離センサを手首に取り付
け、 前記点Ｐから見たとき前記距離センサが常に前記ベクト
ルＸ方向に位置するように手首姿勢を制御する第１の制
御手段と、 ロボットの各関節に取り付けられたモータの変位から演
算される前記点Ｐおよび点Ｑの座標と、距離センサの測
定結果より、前記対象物表面上の点Ｗの座標を演算し、
作業空間上に固定された指定ベクトルＺW方向に、前記
点Ｗから指定距離Ｈ離れた点Ｔを点Ｐが将来通過する目
標軌道上の点とし、この目標軌道に沿って手首を移動さ
せながら、次々と目標軌道を演算していく第２の制御手
段と、 手首上の前記点Ｐに固定されたベクトルＺPを常に前記
ベクトルＺWと逆向きになるように手首姿勢を制御する
第３の制御手段と、を有することを特徴とする多関節ロ
ボットのならい制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の多関節ロボットのならい
制御装置において、前記第２の制御手段は、前記距離セ
ンサの測定結果より、前記対象物表面上の点Ｗに加え
て、指定平面上の前記点Ｗの法線ベクトルを演算し、こ
の法線ベクトルを前記ベクトルＺWとすることにより、
前記点Ｐに固定されたベクトルＺPを常に対象物の指定
面上の法線方向に向けること特徴とする多関節ロボット
のならい制御装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の多関節ロボットのならい
制御装置において、前記距離センサ近傍に複数の距離セ
ンサを取り付け、前記第２の制御手段は、前記複数の距
離センサの測定結果より対象物表面上の複数の点の座標
を演算し、この座標より演算される対象物表面の法線ベ
クトルを前記ベクトルＺWとすることにより、前記点Ｐ
に固定されたベクトルＺPを常に対象物の法線方向に向
けることを特徴とする多関節ロボットのならい制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6697993A JPH06270081A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 多関節ロボットのならい制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6697993A JPH06270081A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 多関節ロボットのならい制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06270081A true JPH06270081A (ja) | 1994-09-27 |
Family
ID=13331654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6697993A Withdrawn JPH06270081A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 多関節ロボットのならい制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06270081A (ja) |
-
1993
- 1993-03-25 JP JP6697993A patent/JPH06270081A/ja not_active Withdrawn
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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: 20000530 |