JPH0643917A - ロボット群制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のロボットを協調動作させるための教示
工程を簡単化する。 【構成】 １台のロボットの姿勢が定まったら、そのと
きの対象物の座標系と他のロボットの座標系の相対位置
関係を演算する。他のロボットの位置と姿勢は対象物座
標系で入力することにし、それから他のロボットの姿勢
を示すデータを演算する。 【効果】 他のロボットの教示データは製品組付図等か
ら容易にわかる。また１台のロボットの動きに追従する
他のロボットの動きは別に教示することが不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２台以上のロボットを備
えたロボット群を協調動作させる制御技術に関するもの
である。

【０００２】ロボットに所望の動作を実行させるために
は、予めその動作に対応するデータをロボットに教示し
ておかなければならない。そして２台以上のロボットを
協調動作させるためには、各ロボット毎に協調動作に対
応するデータを教示しておかなければならない。２台以
上のロボットに教示する技術が特開昭６２−１０６５１
１号公報に開示されている。この技術では複数のロボッ
トに対する教示が１台の教示装置から可能となってい
る。すなわち１台の教示装置に教示対象ロボットを切換
えるスイッチを設け、このスイッチを切換えながら複数
のロボットに対して協調動作のためのデータを教示して
いく。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この技術によると複数
ロボットへの教示が１台の教示装置で可能になるもの
の、教示作業そのものは各ロボットについてそれぞれ必
要とされる。例えばロボットＡでワークＷＡを移動させ
ながら、ロボットＢでワークＷＡの特定箇所に作業する
場合、ロボットＡにはワークＷＡを移動させるためのデ
ータを教示し、ロボットＢにはその移動に追従したうえ
でさらに作業をするためのデータを教示しなければなら
ない。

【０００４】しかるにこの場合、ロボットＡの動作が決
定すれば、それに追従するためのロボットＢの動作も決
定されるはずであり、すべてのロボットについて教示す
る必要はないはずである。すなわち一方のロボットに対
する教示のみすれば、他方のロボットに対する教示作業
は本来不要とできるはずである。そこで本発明では、か
かる知見に基づき、一方のロボットに対する教示のみで
協調動作が実施される制御技術を開発することにした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
図１にその概念が模式的に示されるように、２台以上の
ロボットＡ，Ｂ…からなるロボット群を協調動作させる
制御方法であり、一方のロボットＡの座標系０Ａに対す
る他方のロボットＢの座標系ＯＢの相対位置関係を示す
データを予め入力しておく第１工程と、ロボットの姿勢
を示すデータθＡ，θＢとそのときのロボットハンドＨ
Ａ，ＨＢの位置と姿勢を当該ロボットの座標系ＯＡ，Ｏ
Ｂで示すデータＨＡ（ＯＡ），ＨＢ（ＯＢ）との変換式
を予めロボット毎に入力しておく第２工程と、ロボット
ハンドＨＡ，ＨＢとロボットハンドで把持される物Ｗ
Ａ，ＷＢとの相対位置関係を示すデータを予めロボット
毎に入力しておく第３工程とを準備工程とし、いずれか
一方のロボットＡの姿勢を示すデータθＡを入力する第
４工程と、前記第４工程で入力されたデータθＡと前記
第２工程で入力されている変換式θＡ←→ＨＡ（ＯＡ）
に基づいてロボットハンドＨＡの位置と姿勢を当該ロボ
ットの座標系ＯＡで示すデータＨＡ（ＯＡ）を演算する
第５工程と、前記第５工程で演算されたデータＨＡ（Ｏ
Ａ）と前記第３工程で入力されているデータＨＡ←→Ｗ
Ａとに基づいて当該ロボットＡで把持されている物ＷＡ
の位置と姿勢を当該ロボットの座標系ＯＡで示すデータ
ＷＡ（ＯＡ）を演算する第６工程と、前記第６工程で演
算されたデータＷＡ（ＯＡ）とロボット群が協調動作す
る対象物ＷＡ，ＷＢの形状データとから当該ロボットの
座標系ＯＡと前記対象物の座標系ＯＷとの相対位置関係
を示すデータＯＡ←→ＯＷを演算する第７工程と、前記
対象物の形状データから他方のロボットＢで把持される
物ＷＢの位置と姿勢を前記対象物の座標系ＯＷで示すデ
ータＷＢ（ＯＷ）を入力する第８工程と、前記第８工程
で入力されたデータＷＢ（ＯＷ）と前記第３工程で入力
されているデータＨＢ←→ＷＢとに基づいて前記他方の
ロボットＢのロボットハンドＨＢの位置と姿勢を前記対
象物の座標系ＯＷで示すデータＨＢ（ＯＷ）を演算する
第９工程と、前記第１工程で入力されているデータＯＡ
←→ＯＢと前記第７工程で演算されたデータＯＡ←→Ｏ
Ｗとに基づいて前記他方のロボットＢの座標系ＯＢと前
記対象物の座標系ＯＷとの相対位置関係を示すデータＯ
Ｗ←→ＯＢを演算する第１Ｏ工程と、前記第１Ｏ工程で
演算されたデータＯＷ←→ＯＢと前記第９工程で演算さ
れたデータＨＢ（ＯＷ）とから前記他方のロボットＢの
ロボットハンドＨＢの位置と姿勢を前記他方のロボット
の座標系ＯＢで示すデータＨＢ（ＯＢ）を演算する第１
１工程と、前記第１１工程で演算されたデータＨＢ（Ｏ
Ｂ）と前記第２工程で入力されている変換式θＢ←→Ｈ
Ｂ（ＯＢ）から前記他方のロボットＢの姿勢を示すデー
タθＢを演算する第１２工程と、前記第４工程で入力さ
れたデータθＡに基づいて前記一方のロボットＡを、前
記第１２工程で演算されたデータθＢに基づいて前記他
方のロボットＢを駆動する第１３工程とを有するロボッ
ト群制御方法を創り出した。なお図１ではロボットＡに
教示することによってロボットＢに対する教示が不要と
なっている例を例示しているが、その逆も可能である。
またロボットは２台に限られない。すなわち図１は例示
にすぎないものである。

【０００６】

【作用】上記工程を備えていると、一方のロボットＡに
対する教示（第４工程）によって、そのロボットＡに把
持されている物ＷＡの位置と姿勢に関するデータがその
ロボットＡの座標系ＯＡで演算される（第６工程）。把
持されている物ＷＡの位置と姿勢がわかれば、ロボット
Ａ，Ｂが協調動作する対象物ＷＡ，ＷＢの形状から、ロ
ボットＡの座標系ＯＡと対象物ＷＡ，ＷＢの座標系ＯＷ
の関係が演算される（第７工程）。

【０００７】対象物座標系ＯＷでは、他方のロボットＢ
によって把持される物ＷＢの位置と姿勢に関するデータ
が容易に算出され、これが入力される（第８工程）。こ
のためその物ＷＢを把持するロボットＢのハンドＨＢの
位置と姿勢を示す対象物座標系ＯＷにおけるデータが算
出される（第９工程）。一方ロボットＡとＢ間の相対位
置関係は予め入力されており（第１工程）、またロボッ
トＡに対する対象物座標系ＯＷの位置関係が第７工程で
演算されているから、対象物座標系ＯＷと他方のロボッ
トＢの座標系ＯＢの関係もわかる（第１０工程）。

【０００８】第９工程でロボットＢのハンドＨＢの位置
と姿勢のデータが対象物座標系ＯＷで演算されており、
第１０工程で対象物座標系ＯＷとロボットＢの座標系Ｏ
Ｂの相対位置関係がわかっているため、ロボットＢのハ
ンドＨＢの位置と姿勢をロボットＢの座標系で示すデー
タＨＢ（ＯＢ）が演算される（第１１工程）。この結果
ロボットＢの姿勢に関するデータθＢが演算される（第
１２工程）。

【０００９】このようにしてロボットＢの姿勢に関する
データθＢが演算され、ロボットＡはロボットＡの姿勢
を示すデータθＡに基づいて、ロボットＢはロボットＢ
の姿勢を示すデータθＢに基づいて運転されると、ロボ
ットＡ，Ｂは意図した協調動作を実行する。このときい
ずれか一方のロボット（図１の場合はロボットＡ）につ
いてのみ教示すればよく、他方のロボットＢには教示作
業を要しない。

【００１０】

【実施例】次に本発明を具現化した一実施例について説
明する。図２はそのハードウエア構成を示しており、３
台のロボットＡ，Ｂ，Ｔが協調動作する。すなわちロボ
ットＡはハンドＨＡによって略円柱状のワークＷＡを把
持して移動させる。ロボットＢはハンドＨＢによってフ
ランジ状のワークＷＢを把持し、ワークＷＡの所定位置
にあてがう。ロボットＴはハンドＨＴによって溶接用ト
ーチＷＴを把持し、ワークＷＡにあてがわれたワークＷ
Ｂの縁に沿って移動し、ワークＷＢをワークＷＡに溶接
する。なお後記するところから明らかなように、図３の
辺Ｃ，Ｅを溶接する際には固定されたロボットＡ，Ｂに
対してロボットＴが移動し、辺Ｄを溶接する際には固定
されたロボットＴに対してロボットＡ，Ｂが移動する。
すなわちロボットＡとＢは一定の位置関係を保つように
制御され、それに対してロボットＴが移動する。

【００１１】図２に示すように、ロボットＡはドライバ
Ａを介してコントローラプログラマＡに、ロボットＢは
ドライバＢを介してコントローラプログラマＢに、ロボ
ットＴはドライバＴを介してコントローラプログラマＴ
にそれぞれ接続されている。各コントローラプログラマ
Ａ，Ｂ，Ｔは協調制御装置に接続されている。

【００１２】ロボットＡ，Ｂ，Ｔはいずれも６軸ロボッ
トであり、各関節の角度θ１Ａ〜θ６Ａ（以下これをθ
Ａという）、θ１Ｂ〜θ６Ｂ（θＢ）、θ１Ｔ〜θ６Ｔ
（θＴ）によって姿勢が決まる。逆に姿勢が決まればθ
Ａ，θＢ，θＣが決定される。各ロボットＡ，Ｂ，Ｔは
それぞれのロボットのための座標系ＯＡ，ＯＢ，ＯＴを
有し、各ロボットＡ，Ｂ，Ｔの配置の際に各座標系間の
相対位置関係すなわちＯＡ←→ＯＢ←→ＯＴが測定され
ている。

【００１３】コントローラプログラマＡには、ＯＡ座標
系とＯＢ座標系の関係を示すデータＯＡ←→ＯＢと、Ｏ
Ａ座標系とＯＴ座標系の関係を示すＯＡ←→ＯＴが記憶
されている。同様にコントローラプログラマＢにはＯＢ
←→ＯＴ、ＯＢ←→ＯＡが、コントローラプログラマＴ
にはＯＴ←→ＯＡ，ＯＴ←→ＯＢが記憶されている。こ
のための記憶工程が本発明の第１工程に相当する。

【００１４】またコントローラプログラマＡには、ロボ
ットＡの姿勢を示すデータθＡが与えられたときのハン
ドＨＡの位置と姿勢をロボットＡの座標系ＯＡで示すデ
ータＨＡ（ＯＡ）を演算する式θＡ←→ＨＡ（ＯＡ）が
記憶されている。この式ではロボットＡの寸法等がパラ
メータとして利用されている。ここでＨＡの位置はハン
ド基準点ＨＡＰのＯＡ座標系の値で与えられ、その姿勢
は２本の直交ベクトル（図２では図示の明瞭化のためア
プローチベクトルＨＡＸのみが示されている）の方位で
与えられる。同様にコントロールプログラマＢには式θ
Ｂ←→ＨＢ（ＯＢ）が、コントロールプログラマＴには
式θＴ←→ＨＴ（ＯＴ）が記憶されている。このための
記憶工程が本発明の第２工程に相当する。

【００１５】さらにコントローラプログラマＡには、ハ
ンドＨＡと、ハンドＨＡで把持されるワークＷＡの相対
位置関係を示すデータＨＡ←→ＷＡが記憶されている。
ワークＷＡの位置と姿勢は図３に示されるワークＷＡの
基準点ＰＡの位置座標と、ワークＷＡの対称軸等の基準
軸の方位で与えられる。同様にコントローラプログラマ
Ｂには、ハンドＢとワークＷＢの相対位置関係を示すデ
ータＨＢ←→ＷＢが記憶されており、コントローラプロ
グラマＴには、ハンドＨＴとトーチＷＴの相対位置関係
を示すデータＨＴ←→ＷＴが記憶されている。このデー
タの入力工程が本発明の第３工程に相当する。なお以上
の入力工程が準備工程である。各コントローラプログラ
マＡ，Ｂ，Ｔにはロボットの姿勢を示すデータθＡ，θ
Ｂ，θＴを記憶する領域が備えられている。

【００１６】さて次に図５を参照して実際の教示工程を
説明する。まずロボットＡを実際に動かして所望の姿勢
とする（ステップＳ２）。例えば図３の辺Ｃを溶接する
際には辺Ｃが水平でワークＷＡの上面となるようにロボ
ットＡの姿勢を決める。そしてこの状態でロボットＡの
各軸用モータに取付けられているエンコーダから角度情
報を読取り、これをθＡとしてコントローラプログラマ
Ａに記憶させる。なおθＡは６要素からなる。これが本
発明の第４工程に相当する。なお第４工程のために、ロ
ボットＡを実際に動かすのは一方法にすぎず、オペレー
タがθＡを直接入力してもよい。またオペレータはワー
クＷＡの位置と姿勢をＯＡ座標系で入力し、これに基づ
いてθＡを演算して求め、求められたθＡをコントロー
ラプログラマＡに入力してもよい。あるいはオフライン
ティーチング装置によってθＡを別に定め、これをコン
トローラプログラマＡに入力してもよい。すなわちθＡ
の入力方法には多様なバラエティが存在する。

【００１７】さてこのようにしてロボットＡの姿勢を示
すデータθＡが入力されると、次にコントローラプログ
ラマＡに記憶されている変換式θＡ←→ＨＡ（ＯＡ）を
用いて、ハンドＨＡの位置と姿勢をロボット座標系ＯＡ
で示すデータＨＡ（ＯＡ）に変換し、これをＨＡ（Ｏ
Ａ）として協調制御装置に記憶する（ステップＳ６）。
これが本発明の第５工程に相当する。さらにコントロー
ルプログラマＡに記憶されているＨＡ←→ＷＡの関係を
用いて、ワークＷＡの位置と姿勢をＯＡ座標系で示すデ
ータＷＡ（ＯＡ）を演算し、これを協調制御装置に記憶
する（ステップＳ８）。これが本発明の第６工程に相当
する。次にワークＷＡの位置と姿勢を対象物座標系ＯＷ
で入力する（ステップＳ１０）。ここで対象物座標系Ｏ
ＷはワークＷＡとワークＷＢの組付状態における基準座
標系であり、図３に例示されている。すなわちこの場合
はワークＡの基準点が同時に対象物座標系ＯＷの原点で
あり、ワークＡの軸が対象物座標系ＯＷのＸ軸にとられ
ている。すなわちこの場合には、ワークＷＡの位置と姿
勢が対象物座標系でＯ（位置）、Ｏ（姿勢）となるよう
にとられている。ただしワークＡの基準点や基準軸は必
ずしも対象物座標系ＯＷと一致させる必要はない。例え
ばワークＷＢのように、対象物座標系ＯＷの原点と一致
せず、その方向も斜めとなっていてよい。

【００１８】このようにして、ＯＡ座標系におけるワー
クＷＡの位置と姿勢と、ワークＷＡの位置と姿勢に対す
る対象物座標系ＯＷとの関係がわかると、ＯＷ座標系と
ＯＡ座標系での座標変換に必要なパラメータ（例えば原
点の平行移動量や回転角度といったパラメータ）が演算
可能となる。そこで図５のステップＳ１２で変換パラメ
ータが演算される。これが本発明の第７工程に相当す
る。

【００１９】さてＯＡ←→ＯＷの関係がわかると、もと
もとコントロールプログラマＡにＯＡ←→ＯＢ，ＯＡ←
→ＯＴの関係が入力されているために、ＯＷ←→ＯＢ，
ＯＷ←→ＯＴの関係が演算可能となる。そこでステップ
Ｓ１４でＯＷ座標系での値をＯＢ，ＯＴ座標系に変換す
るための変換パラメータが演算され、これが協調制御装
置に記憶される。これが本発明の第１０工程に相当す
る。このように第１０工程は第７工程のあとであればよ
く、第８，第９工程よりも先に実行されてもよい。

【００２０】ステップＳ１６はワークＷＢの位置と姿勢
をＯＷ座標系で入力する工程である。この工程は組付図
から容易に実行可能である。例えば図４に示す組付図か
ら、図３に示すＯＷ座標系において、ワークＷＢの位置
と姿勢は（１００，−４０，１４．６，−２０゜，−２
５゜，０゜）であることが直ちに読取れる。なおこの場
合もワークＷＢの位置と姿勢は基準点と基準軸の位置と
方位で示される。この工程が本発明の第８工程に相当す
る。

【００２１】さてこのようにしてワークＷＢの位置と姿
勢が入力されると、ワークＷＢをその位置と姿勢におく
ために必要なハンドＨＢの位置と姿勢がわかる。このた
めにコントロールプログラマＢに記憶されているＨＢ←
→ＷＢの関係が用いられる。図５のステップＳ１８はこ
れを実行するものであり、得られたハンドＨＢの位置と
姿勢をＯＷ座標系で示すデータＨＢ（ＯＷ）は協調制御
装置に記憶される。これが本発明の第９工程に相当す
る。なおステップＳ１６とＳ１８ではロボットＴ，ハン
ドＨＴ，トーチＷＴに対しても同様の処理をする。ハン
ドＨＢ，ＨＴの位置と姿勢がＯＷ座標系で演算される
と、ステップＳ１４でＯＷ←→ＯＢ，ＯＷ←→ＯＴの変
換パラメータがすでに演算されているために、ハンドＨ
Ｂの位置と姿勢に関するＯＢ座標系での値と、ハンドＨ
Ｔの位置と姿勢を示すＯＴ座標系での値が演算可能とな
る（ステップＳ２０，Ｓ２４。これが第１１工程に相当
する。また各座標系での位置と姿勢がわかると、そのと
きのロボットＢとロボットＴの姿勢を示すデータθＢ，
θＴも演算される（ステップＳ２２，Ｓ２６）。このと
き各コントローラプログラマＢ，Ｔに記憶されているθ
Ｂ←→ＨＢ（ＯＢ），θＴ←→ＨＴ（ＯＴ）の式が用い
られる。これが第１２工程に相当する。このようにして
演算されたロボットＢの姿勢を示すデータθＢとロボッ
トＴの姿勢を示すデータθＴは各コントロールプログラ
マＢ，ＴのθＢ，θＴ記憶領域に記憶される。

【００２２】さて次にステップＳ２８で教示が終了した
か否か判断される。ここで図３のＣ１→Ｃ２→Ｃ３と教
示してゆく場合、なお教示は終了していない。そこで次
にステップＳ３２が実行される。ここで図３の点Ｃ１０
の教示が終了するまではステップＳ３２がＮＯとなる。
そこでロボットＡの位置は変えないで、トーチＷＴの位
置と姿勢を組付図（図４）から読取って入力してゆく。
このようにして点Ｃ１〜Ｃ１０の教示が進行する。点Ｃ
１０の教示が終了すると図４のステップＳ３２がＹＥＳ
となる。そこでこのときはロボットＡを実際に動かして
教示してゆく。このとき、対象物座標系ＯＷも動いてゆ
くので、ＯＷ座標系におけるワークＷＢの位置と姿勢を
変える必要がなく、ステップＳ１６の入力は簡単になし
得る。なおこの実施例では図示されていないが、ロボッ
トＴの位置と姿勢を変えないときには図５のステップＳ
１６でトーチＷＴの位置等の入力を省略できるようにな
っている。すなわちその間はθＴを保存する。このため
辺Ｄに対する教示も簡単に実行可能となっている。

【００２３】このようにしてθＡが決まるとそれに応じ
てθＢ，θＴも演算されるので、３台のロボットＡ，
Ｂ，Ｔを協調動作させる際にも、１台のロボットにのみ
教示を行なえばよいことになる。ロボットＡをθＡに基
づいて、ロボットＢとＴをθＢとθＴに基づいて動作さ
せると、意図した協調動作が行なわれる。なお以上の実
施例では各座標系が直交３軸の座標系である場合を例示
したが、座標系はこれに限られるものでなく、極座標系
等であってもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、１台のロボットに対す
る教示によってそのロボット群が協調動作する対象物の
座標系と、各ロボットの座標系の相対位置関係が演算さ
れる。また他のロボットの位置と姿勢は対象物の座標系
で入力すればよく、従って教示データは組付図等から容
易に判明する。他のロボットの位置と姿勢が対象物の座
標系で指定されると、それがそのロボットの座標系での
データに変換され、さらにそのロボットの姿勢を直接示
すデータに自動変換される。このため他のロボットに対
する教示工程が著しく容易化される。また１台のロボッ
トに対する教示によって、そのロボットの動きに追従す
る動きを他のロボットに教示する必要はなくなる。この
ようにして著しく教示工程が簡単化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】一実施例のシステム構成図

【図３】協調動作する対象物とその座標系を例示する図

【図４】協調動作する対象物の組立図を例示する図

【図５】教示工程の処理手順を示す図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２台以上のロボットからなるロボット群
   を協調動作させる制御方法であり、 一方のロボットの座標系に対する他方のロボットの座標
   系の相対位置関係を示すデータを予め入力しておく第１
   工程と、 ロボットの姿勢を示すデータとそのときのロボットハン
   ドの位置と姿勢を当該ロボットの座標系で示すデータと
   の変換式を予めロボット毎に入力しておく第２工程と、 ロボットハンドとロボットハンドで把持される物との相
   対位置関係を示すデータを予めロボット毎に入力してお
   く第３工程とを準備工程とし、 いずれか一方のロボットの姿勢を示すデータを入力する
   第４工程と、 前記第４工程で入力されたデータと前記第２工程で入力
   されている変換式に基づいて、ロボットハンドの位置と
   姿勢を当該ロボットの座標系で示すデータを演算する第
   ５工程と、 前記第５工程で演算されたデータと前記第３工程で入力
   されているデータとに基づいて、当該ロボットで把持さ
   れている物の位置と姿勢を当該ロボットの座標系で示す
   データを演算する第６工程と、 前記第６工程で演算されたデータとロボット群が協調動
   作する対象物の形状データとから、当該ロボットの座標
   系と前記対象物の座標系との相対位置関係を示すデータ
   を演算する第７工程と、 前記対象物の形状データから他方のロボットで把持され
   る物の位置と姿勢を前記対象物の座標系で示すデータを
   入力する第８工程と、 前記第８工程で入力されたデータと前記第３工程で入力
   されているデータとに基づいて、前記他方のロボットの
   ロボットハンドの位置と姿勢を前記対象物の座標系で示
   すデータを演算する第９工程と、 前記第１工程で入力されているデータと前記第７工程で
   演算されたデータとに基づいて、前記他方のロボットの
   座標系と前記対象物の座標系との相対位置関係を示すデ
   ータを演算する第１０工程と、 前記第１０工程で演算されたデータと前記第９工程で演
   算されたデータとから、前記他方のロボットのロボット
   ハンドの位置と姿勢を前記他方のロボットの座標系で示
   すデータを演算する第１１工程と、 前記第１１工程で演算されたデータと前記第２工程で入
   力されている変換式とから、前記他方のロボットの姿勢
   を示すデータを演算する第１２工程と、 前記第４工程で入力されたデータに基づいて前記一方の
   ロボットを、前記第１２工程で演算されたデータに基づ
   いて前記他方のロボットを駆動する第１３工程とを有す
   るロボット群制御方法。