JPH065486B2

JPH065486B2 - ロボットの軌跡制御方法

Info

Publication number: JPH065486B2
Application number: JP56044275A
Authority: JP
Inventors: 理仁尾; 佐藤　　忍; 肇藤井; 豊治浜島
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS57182205A; DE3279928D1; EP0062244A1; US4495588A; EP0062244B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ティーチング（以下、『教示』と同じ意味に
用いる）作業の簡略化とロボット交換時のロボット互換
性に係る軌跡制御に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のティーチングプレイバックロボットでは、作業対
象内に同じ形状のワークピースが多く存在しようとも、
また同一対象物を複数台の治具にセットし作業を行なう
際にも、全ての作業部をティーチングする必要があっ
た。

また、トラブルによる作業ツール変形時には作業部全て
のティーチング修正により位置ずれを修正していた。

ところで、特願昭５５−１６７８２７号（特開昭５７−
９６７９１号）「対称形状ワークを加工する産業用ロボ
ット」がすでに提案されている。この提案においては、
ワークの１個につき記憶した加工位置情報を他の１個の
ワークにつき座標変換するにつき、各ワークを並進制御
軸に平行な直線に対して相互に対称位置に固定して位置
決めするようにしている。各ワークにはワーク相互に対
称な３箇所にマークが付され、これらマークの位置情報
を取り込むメモリを具備している。そしてこの提案の発
明は互いにミラーイメージ配置（面対称配置）の関係に
ある２つのワークＷ１およびＷ２の位置決め制御を行な
う。

本発明は、この提案とは異なるやり方に基づくロボット
の軌跡制御方法を提案するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ティーチング作業は多大な労力を要する作業であるの
で、いかにティーチング作業を簡略化し、操作性を向上
させるかは実用上重要な問題である。

例えば、ロボットで多数の同一形状の対象物に同一の作
業をさせる場合に、対象物毎に同一の作業プログラムを
ティーチングすることは手間のかかる作業で、簡略なテ
ィーチング作業が望まれる。

また、溶接ロボットの溶接ガンがティーチング作業中に
衝突で変形した場合、ふたたび全作業点をティーチング
しなおさなければならないが、このような重複ティーチ
ングをさけることも解決しなければならない問題点であ
る。２つの対象物の形状が互いにミラーイメージの関係
にある場合も、出来れば対象毎にティーチングしなくて
もよい簡略なティーチング方法が望ましい。

更に、多数のロボットを大量生産ラインへ導入する際の
生産形態によっては、ロボットに不測の事故が起ったと
き、予備ロボットとの交換により迅速にライン稼動を復
旧させる必要がある。

ロボットの互換性を可能にするためには、ロボット本体
の互換性の他にロボットと治具・作業対象物との相対位
置の厳密な管理と調整機構が要求されるが、これらの生
産技術上幾多の困難な問題を含み、また採算上からも制
約があり、このロボットの互換性を保証するための安価
で簡単な方式への要望は強い。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

ロボットで作業する対象物が＃イの位置から、三次元的
に任意の位置＃ロに写し替えられたときを考えると、＃
ロの位置に置かれた対象物は＃イの位置の対象物は三次
元的に平行移動させた後、区間上の２つの軸のまわりに
回転させれば＃ロの位置に置かれた対象物と重なる。

＃イの位置に置かれた対象物の空間位置を代表する３つ
の点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃；（第１代表点と呼ぶ）と作業点
（ロボットのワークに対する作業の目標点）Ｐ₄，Ｐ₅，
……Ｐ_nｎ……；（第１作業点と呼ぶ）は既にティーチ
ングされているとする。

つぎに、前記＃イの位置に置かれた同一対象物を＃ロの
位置に移したとき、前記第１代表点の移動後の３つの点
を、移動後の対象物の空間的位置を代表する点Ｐ₁′，
Ｐ₂′，Ｐ₃′；（第２代表点と呼ぶ）としてロボットに
ティーチングした後、点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃で決る面から点
Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′で決る面への三次元回転ポラス平
行移動のシフト量を求め、第１作業点Ｐ₄，Ｐ₅，……Ｐ
_ｎ，……の任意の１点と第１代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃とで
決る相対的な関係を、第２代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′
と前記任意の１点と対応する第２作業点の１点との相対
的関係に写し換えることと等価な演算を行なうことによ
り、新たな第２作業点Ｐ₄′，Ｐ₅′，……Ｐ_n′，…
…；（第２作業点と呼ぶ）の位置データは教示すること
なく自動的に求まる。

すなわち、予め第１作業点と第１代表点がティーチング
されてあれば、第２代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′の３点
をティーチングするのみで＃ロの位置に置かれた第２作
業点₄′，Ｐ₅′，……Ｐ_n′，……の全ての位置データ
が自動的に作成され、ティーチング作業性が大幅に向上
する。

第２作業点の集合の数は任意である。次に述べる例のご
とく、第２作業点の集合が複数個あっても、以上述べた
原理を適用して第２作業点の各集合における点の位置デ
ータを演算によって自動的に求めることができる。

第２図は、合同なワークピースが多数配列されている対
象物へ本機能を適用するティーチング列であり、ワーク
ピースＷ₁の溶接線を表わす位置データ（第１作業点）
と代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃（第１代表点）ワーク「ピース
Ｗ₂の代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′（第２代表点）、ワー
クピースＷ₃の代表点Ｐ₁″，Ｐ₂″，Ｐ₃″（第２代表
点），……をティーチングするのみで、ワークピークＷ
₂，Ｗ₃，……の溶接線の位置データ（第２作業点）が自
動的に作成される。

第３図は、複数台の治具により同一形状対象物を１台の
ロボットで作業する際の本発明の適用例を示している。
作業用ロボットは一般に２〜３台の治具上の対象物を一
つのロボットで作業する場合が多い。ロボットが１台の
治具上の対象物を作業しているときに、他の治具上に対
象物をセットする。ロボットにとって空き時間がないよ
うに、対象物のローディング、アンローディングとロボ
ット作業を並行して行ない、効率的なシステムを組むた
めである。このときも同じように、１つの治具上の対象
物についてのみ作業点（第１作業点）をティーチング
し、第１代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃、第２代表点Ｐ₁′，
Ｐ₂′，Ｐ₃′，Ｐ₁″，Ｐ₂″，Ｐ₃″，……をティーチ
ングするのみで、他の治具上の対象物の位置のデータが
全て自動的に作成される。

第４図は、本機能によりロボット交換時のロボット互換
性を実現することに関する説明図である。複数台ロボッ
トを大量生産ラインに導入するときには、不測のロボッ
ト故障時の迅速な復旧手段として、故障ロボットを交換
し、同じティーチデータ（制御装置は同じであるから故
障ロボットのティーチデータ）で即時に動作させる所謂
ゼロイング機能が必要になる。しかしロボット機能寸法
のバラツキやロボット換時の治具とロボットの相対位置
のずれ等のため、通常、故障ロボットを予備ロボットに
交換するのみではゼロイングは成功しない。＃２ロボッ
トが予備ロボットと交換されたとき、故障ロボットが正
常であったときの軌跡（実線）すなわち対象物を正しく
作業するための軌跡（実線）が予備ロボットでは点線の
ようにずれてしまう。その実線上の代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃がティーチされ、制御装置内のメモリに格納されてい
る。そこで、点線のようにずれる予備ロボットで対象物
の代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′の３点のみをティーチン
グする。この３点と既にメモリに格納されているＰ₁，
Ｐ₂，Ｐ₃とにより、点線で示された位置データが全て自
動的に実線で示される位置データに修正され、ロボット
の互換性が保証される。Ｐ₁とＰ₁′，Ｐ₂とＰ₂′，Ｐ₃
とＰ₃′が対象物からみると同一点でありながら図のよ
うにずれているのは、ロボットからみると、故障ロボッ
トで教えたＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃とその座標データに基づいて
予備ロボットがプレーバックする点Ｐ₁′，Ｐ₂′，
Ｐ₃′とはロボット各駆動軸の原点からの現在地が２つ
のロボットでは異なるからである。本機能により、ロボ
ットと治具の相対位置管理は不要となり、ロボット互換
性が可能となる。

第５図は、複数台ロボットで同一形状対象物を作業する
との本機能によるティーチング例を示す図である。この
とき１台のロボット（＃１）でティーチングを行ない、
そのデータをカセットテープに取り出し、＃２，＃３，
＃４，……のロボット制御装置にインプットする。各ロ
ボットの機械寸法や治具とロボット間の各相対位置が異
なるため、そのインプットデータのままでは＃２ロボッ
ト，＃３ロボット，＃４ロボット，……はワークピース
上の正しい作業点から位置ずれを起こ作業できなくな
る。本機能を使い、＃２，＃３，＃４，……のロボット
の第２代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′、第２代表点Ｐ₁′，
Ｐ₂″，Ｐ₃″，さらに他の第２代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃，……のティーチング操作のみにより位置ずれは全
で自動的に修正されることになる。

第６図は、作業ツール変形時のティーチング修正用に本
機能を適用する際の説明図である。ロボットのティーチ
ングの際、オペレータの作業ミス等により作業ツールを
治具等に衝突させ、作業ツールの変形に至る場合があ
る。一般に、多品種少量生産を１台のロボットで行なわ
せるときには、対象物の種類の数だけのジョブデータが
ある。この変形ツールで、これら既に制御装置内に格納
されているジョブデータを実行させると、図示の点線の
ような位置ずれを起す。また、変形ツールを修正した
り、新しいツールに交換しても、一般にツールに互換性
がないため位置ずれ量は減るとしても完全になくなるも
のではない。このようなときに威力を発揮するのが本機
能であり、第２代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′をティーチ
ングし直すだけで、位置ずれのないジョブデータに全で
自動的に修正される。

第７図は、ミラーイメージ面対称形シフト例で、第２図
〜第６図に示した三次元回転プラス平行移動シフトとは
違う。＃イを空間てきにどのように回転させ平行移動し
ても＃ロとは重ならない。＃イと＃ロは合同ではなく、
Ｙ−Ｙ′を通る空間的な一つの面に対し対象であるから
である。この列は車の構成部品等左右対称な勝手ちがい
部品に多くみられる。＃イを回転し平行移動させると＃
ロ′の位置にくる。＃ロと＃ロ′はミラーイメージの関
係にある。このようにまず、回転、平行移動で形状自体
は＃イと合同であるが、位置および姿勢の異なる＃ロ′
を＃イの平行移動および回転移動の各変換により得て、
次にそれとミラーイメージの関係にある＃ロを鏡映変換
により得る。こうすれば第２図〜第６図と同様に、＃イ
のティーチングと第１代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃、ミラーイ
メージ対象物の＃ロの第２代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′
をティーチングするのみで＃ロの作業位置データが全て
自動的に作成される。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を順次説明する。

第８図は、第１図のＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄点とＰ₁′，
Ｐ₂′，Ｐ₃′，Ｐ₄′を抽出したモデル図である。

問題は第１代表点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃、第２代表点Ｐ₁′，Ｐ
₂′，Ｐ₃′および第１作業点の１つＰ₄の座標データよ
り第２作業点Ｐ₄′の座標データを求めることに帰着す
る。他の点第２作業点Ｐ₅′．……Ｐ_n′，……について
はそれぞれ第１作業点Ｐ₅．……Ｐ_n，……点の座標デー
タをＰ₄の座標データの代わりに置き替えれば求まるか
らである。

ティーチングされたＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₁′，Ｐ₂′，
Ｐ₃′，Ｐ₄の座標値はそれぞれＰ₁（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）Ｐ₂（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）Ｐ₃（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）Ｐ₄（Ｘ_４，Ｙ_４，Ｚ_４）Ｐ₁′（Ｘ_１′，Ｙ_１′，Ｚ_１′）Ｐ₂′（Ｘ_２′，Ｙ_２′，Ｚ_２′）Ｐ₃′（Ｘ_３′，Ｙ_３′，Ｚ_３′） ………（１式） ∠Ｐ₂Ｐ₁Ｐ₄＝α，∠Ｐ₃Ｐ₁Ｐ₄＝β，∠Ｐ₂Ｐ₁Ｐ₃＝ε
はそれぞれΔＰ₂Ｐ₁Ｐ₄ΔＰ₃Ｐ₁Ｐ₄，ΔＰ₂Ｐ₁Ｐ₃の内
角としてＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄の座標値から容易に求ま
る。

同一最小物を移動したにすぎないため、移動後これらの
角度は変化しないので ∠Ｐ₂′Ｐ₁′Ｐ₄′＝α， ∠Ｐ₃′Ｐ₁′Ｐ₄′＝β， ∠Ｐ₂′Ｐ₁′Ｐ₃′＝εとなる。

またＰ₁′Ｐ₂′Ｐ₃′の座標値から求まる。

ｃ′）は次式の関数で定義される。

a′＝f₁（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ） b′＝f₂（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ） …
…（２式） c′＝f₃（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ）複号は、ｃｏｓλ≧０のときは＋，ｃｏｓλ＜０ときは
−をとるものとする。

ミラーイメージの場合にはこの方向余弦a′，b′，c′
は別関数で定義される。すなわち、 a′＝ｆ′₁（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ） b′＝ｆ′₂（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ）
……（３式） c′＝ｆ′₃（α，β，ε、，ｍ，ｎ，ｈ，ｉ，ｊ）ってP₄′の平均座標値を求めてもよい。

Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′点のティーチング
時には各点の座標のほかに各点に対応した手首軸の姿勢
データのティーチングも行なわれる。手首の姿勢はロボ
ットの作業内容、対象物によって一般に決まる。例えば
アークの溶接ロボットの場合には対象物の溶接線に沿い
溶接トーチの角度、前進角等が溶接上支障のない範囲で
一定に保たれるよう手首姿勢制御されねばならない。

位置の異なる＃イ対象物と＃ロ対象物では手首姿勢は異
なる。そのため第２作業点Ｐ₄′，Ｐ₅′，……Ｐ_n′，
……の各点における手首姿勢は、第１作業点Ｐ₄，Ｐ₅，
……Ｐ_n，……の手首姿勢をそのまま使うのではなく、
何らかの補正が必要となる。そのために本発明では手首
ふり軸γ、ひねり軸τが、Ｐ₁（γ_１，τ_１），Ｐ₂（γ
_２，τ_２），Ｐ₃（γ_３，τ_３），Ｐ₁′（γ_１′，
τ_１′），Ｐ₂′（γ_２′，τ_２′），Ｐ₃′（γ_３′，
τ_３′）のときにただし、，ｍ，ｎは（２式）で与えられたものを用
い、また、複号は、ｃｏｓλ≧０のときは−，ｃｏｓλ
＜０のときは＋をとるものとする。

c′を求めることにより、Ｐ₄′の座標値X₄′，Y₄′，
Z₄′は次式で求まる。

（ｋは零でない実数）とするときには（４）式のＬをｋ
Ｌとおきかえればよい。

おりのＰ₄′の座標値を求め、これらの平均をと Δγ＝g₁（γ_１′，γ_１，γ_２′，γ_２， γ_３′，γ_３） Δτ＝g₂（τ_１′，τ_１，τ_２′，τ_２， τ_３′，τ_３） ………（５式）（ただしg₁,g₂は関数をあらわす記号。）を計算し、＃
イのティーチングデータの手首姿勢にΔγ，Δτを加え
＃ロの手首姿勢とする方式、すなわちＰ₄′（γ_４′，
τ_４′）ではティーチングデータＰ₄（γ_４，τ_４）よ
り γ_４′＝γ_４＋Δγ ………（６式） τ_４′＝τ_４＋Δτ を手首姿勢とする方式を採用することにより手首の適正
な補正を行なっている。

Δτ，Δγの、求める方は種々考えられるが、たとえ
ば、ロボットの作業先端が第１代表点と第２代表点にあ
るときのそれぞれのロボット手首軸姿勢の差の平均値を
もってΔτ，Δγとする方法、あるいはロボットの作業
先端が第１代表点と第１作業点にあるときの手首軸姿勢
の差が最小となるような第１代表点と、その第１代表点
に対応する第２代表点との手首軸姿勢の差をもってΔ
τ，Δγとする方法などが考えられる。後者の方法の場
合、手首軸姿勢が大きく変化するようなところに用いる
と効果がある。

直交形ロボットの場合にはＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄Ｐ₁′，
Ｐ₂′，Ｐ₃′の座標データがＸ，Ｙ，Ｚ値で記憶されて
いるから、Ｐ₄′（Ｘ₄′，Ｙ₄′，Ｚ₄′，γ₄′，
τ₄′）を求めるためには、関節形、円筒形、極座標形
ロボットの場合には、（１式）〜（６式）を解けばよい
が、関節形、円筒形、極座標形ロボットの場合には、
（１式）を求めるために各駆動軸の直交座標変換が必要
となる。また解Ｐ₄′（Ｘ₄′，Ｙ₄′，Ｚ₄′，γ₄′，
τ₄′）のＸ₄′，Ｙ₄′，Ｚ₄′を手首を除く各駆動基本
３軸に逆変換しなければならい。

例として第９図に多関節ロボットのモデルを示す。旋回
軸、下腕軸Ｌ，上腕軸はそれぞれ回転角φ，θ、で
制御され、手首ふり軸、ひねり軸は回転角γ，τで制御
される。

第１０図ａは、多関節ロボットの手首まわりと取り付け
ツールの外観を示している。

第９図の手首ふり軸回転中心Ｑより距離Ａ，ひねり軸回
転中心軸より距離δ離れた点Ｐがティーチングされる制
御点であるから、その直交軸上の座標値はＸ＝（Ｌ cosθ＋ cos＋Ａ sinγ＋ δ cosτ・cosγ）・cosφ−δsinτ・sinφ Ｙ＝（Ｌ cosθ＋ cos＋Ａ sinγ＋ δ cosτ・cosγ）Ｚ＝Ｌ sinθ＋ sin−Ａ cosγ ＋δ cosτ・sinγ ………
（７式）となる。Ｐ₄′（Ｘ₄′，Ｙ₄′，Ｚ₄′，γ₄′，τ₄′）
のの多関節軸上の座標データは、手首軸γ₄′，τ₄′は
（６式）で既に求まっているから、（７式）を逆変換し
た次式で定義される。

φ′₄＝f₇(X′₄，Ｙ′₄，Ｚ′₄，γ′₄，τ′₄） θ′₄＝f₈(X′₄，Ｙ′₄，Ｚ′₄，γ′₄，τ₄′） …
…（８式） ′₄＝f₉(X′₄，Ｙ′₄，Ｚ′₄，γ′₄，τ′₄）ただしｂ₁＝Ｚ′₄＋（Ａcosγ′₄−δcosτ′₄・sinγ′₄）一般にロボットのティーチング作業は、ティーチグポイ
ント自信の教示とともにワークに対するロボット手首に
装着したアクチュエータの姿勢の教示が重要である。

溶接の場合にはロボットの手首に取付けたトーチがワー
クの溶接線に対し、溶接仕上り上、必要な角度（溶接
角、前進角）を保持するよう手首軸をティーチングす
る。

マスタージョブ（＃イの位置にあるワークに対するロボ
ットの作業をいう）に関して教示された各ティーチング
点（第１作業点）におけるトーチの溶接線に対する姿勢
と、第１作業点を三次元的に移動した位置にあるスレー
ブジョブ（＃ロの位置にあるワークに対するロボットの
作業をいう）の第１作業点と対応する各点（第２作業
点）における溶接線に対する姿勢が同じであるならば、
作業上必要なトーチの姿勢が確保できたこととなる。

このためには、代表点３点が構成する面と各ティーチン
グ点（作業点）におけるトーチ軸線との相対関係がマス
ター側と三次元シフトされたスレーブ側とで同一である
ことが必要である。

実際には、マスター側の代表３点と作業点との相互空間
関係が、スレーブ側でも保たれていることに着目し、代
表３点の任意の２つの点と作業点とを結ぶ線と、手首に
装着したトーチの軸線とのなす２つの角度が三次元シフ
トの前後で、同一になるよう手首軸を制御する。

以下、説明の簡略化のために前期２つの角度の一つの角
度について説明する。もう一つの角度は例えばP1(P1′)
をP2(P2′)ととることにより、同様な方法で求められ
る。

第１０図ｂに図示した記号について説明すると、Ｐ_１′
はフレーブ側の代表点の１つ、Ｐ_４′点は第２作業点の
１つ、Ａ点はロボット手首に装着した溶接トーチの軸線
Ｒ₁′上にある任意の点である。

線分Ｒ₁′Ｐ₄′と線分Ａ′Ｒ₄′のなす角度η′は、溶
接条件から決まる角度に保持されるようにロボットを制
御する。

マスター側ではＰ₁′をＰ₁′，Ｐ₄′をＲ₄，Ａ′をＡと
読みかえることによって、角度η′に対する角度ηを定
義することができる。

溶接トーチの姿勢は、この２つの角度η，η′が等しく
なるように変化しなければならない。

そのためにトーチ角度Ｈを定義する。トーチ角度Ｈは手
首のひねり軸（τ軸）の回転中心軸Ｒ₂と溶接用トーチ
の軸線とのなす角度である。

マスター側の旋回軸の回転角をφ、ひねり軸の回転角を
τ、ふり軸の回転角をγとすると₄の方向余弦
（ｐ，ｑ，ｒ）はｐ＝ｆ₁（γ₄，φ₄，τ₄，Ｈ）ｑ＝ｆ₂（γ₄，φ₄，τ₄，Ｈ） …（９式）ｒ＝ｆ₃（γ₄，φ₄，τ₄，Ｈ）ｐ＝（cosγ₄・cosφ₄・cosτ₄− sinφ₄・sinτ₄）sinＨ−sinτ₄ ・cosφ₄・cosＨｑ＝（cosγ₄・cosφ₄・cosτ₄＋ cosφ₄・sinτ₄）sinＨ−sinτ₄ ・cosφ₄・cosＨｒ＝sinγ₄／cosτ₄・sinＨ＋cosγ₄・ cosＨとして容易に求められる。

さて、第１０ｃ図に示すように溶接トーチの中心軸上に
作業点からの長さＭを定義する。この長さＭはマスター
ジョブ、スレーブジョブいずれにおいても変わらないも
のとする。

マスター側の点の座標（Ｘ_A，Ｙ_A，Ｚ_A）は、Ｘ_A＝Ｘ₄＋ｐＭＹ_A＝Ｙ₄＋ｐＭ ………（１０式）Ｚ_A＝Ｚ₄＋ｐＭそしてこのＡ点をも代表３点に基づく三次元軌跡シフト
を行なう。シフト後のスレーブの座標がいまＡ′点に相
当したとする。

次に、アームの方向φ₄′はＰ₄′の座標値（Ｘ₄′，
Ｙ₄′，Ｚ₄′）よりである。

ところが（９式）に対応して、Ｐ₄′Ａ′の方向余弦
（（ｐ′，ｑ′，ｒ′）はｐ′＝ｆ₁（γ₄′，φ₄′，τ₄′，Ｈ）ｑ′＝ｆ₂（γ₄′，φ₄′，τ₄′，Ｈ）ｒ′＝ｆ₃（γ₄′，φ₄′，τ₄′，Ｈ） ………（１２式）ｐ′＝（cosγ₄′・cosφ₄′・cosτ₄′ −sinφ₄′・sinτ₄′）sinＨ− sinγ₄′・cosφ₄′・cosＨｑ′＝（cosγ₄′・cosφ₄′・cosτ₄′ ＋cosφ₄′・sinτ₄′）sinＨ− sinγ₄′・sinφ₄′・cosＨｒ′＝sinγ₄′・cosτ₄′・sinＨ＋ cosγ₄・cosＨとなる。一方、左辺ｐ′，ｑ′，ｒ′はＰ₄′，Ａ′の
座標値から（１３式）により簡単に求まる。

ｐ′＝ｇ₁（Ｘ₄′，Ｘ_A，Ｍ）ｑ′＝ｇ₂（Ｙ₄′，Ｙ_A，Ｍ） …（１３式）ｒ′＝ｇ₃（Ｚ₄′，Ｚ_A，Ｍ）ｐ′＝（Ｘ_A′，Ｘ₄′）／Ｍｑ′＝（Ｙ_A′，Ｙ₄′）／Ｍｒ′＝（Ｚ_A′，Ｚ₄′）／Ｍ（１２式）（１３式）から、γ₄′とτ₄′を求めるとこれらの関係を図示したのが第１０ｄ図、第１０ｅ図で
ある。このようにしてスレーブにおける手首軸は、第１
０ｄ図に点線で示す形態から実線で表わすように制御で
きる。

第１１図は、本発明の一実施例における演算器で構成さ
れた軌跡シフト制御器とロボット全体の動作を統括する
マイクロプロセッサのつなぎを示すブロック図である。

軌跡シフト制御器１１０のステイタス１１０４がウエイ
ト状態で、軌跡シフトデータが必要なときには、マイク
ロプロセッサ１１１は前記Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₁′，
Ｐ₂′，Ｐ₃′，Ｐ₄′の座標値をメモリ（図示せず）か
ら読み出し（データ転送１１０５）レジスタ１〜レジス
タ７（１１６１〜１１６７）にセットし、軌跡シフトデ
ータ作成マイクロコマンド１１０２を出力する機能を有
している。

軌跡シフト制御器１１０はシーケンスコントローラ１１
１０、マイクロプログラムメモリ１１２０、パイプライ
ンレジスタ１１３０、マルチプレクサ１１４０、ＲＡＬ
Ｕ(Register and Arithmetic Logical Unit)１１５０、
レジスタ１〜レジスタ７（１１６１〜１１６７）より構
成される。

シーケンスコントローラ１１１０は、マイクロプログラ
ムメモリ１１２０に格納されているマイクロインストラ
クションの実行シーケンスを制御するアドレスコントロ
ーラである。パイプラインレジスタ１１３０からの制御
命令により種々のアドレッシングとスタックコントロー
ルを行なう。更に詳しく言えば、現在実行中のアドレス
のインクリメント、マイクロコマンド１１０２で指定さ
れたアドレス選択、ＲＡＬＵステイタス１１０６のテス
ト条件１１０７に応じた条件ジャンプのときパイプライ
ンレジスタ１１３０から与えられるジャンプアドレス選
択１１０８、無条件ジャンプのときパイプラインレジス
タ１１３０から与えられるジャンプアドレス選択１１０
８、マイクロサブルーチンコール時のスタックコントロ
ール等を処理する部分である。

アドレッシングのための入力情報としては、マイクロコ
マンド１１０２とパイプラインレジスタ１１３０の出力
１１０８の２つがある。

マイクロプログラムすなわちパイプラインレジスタ１１
３０の制御命令１１０３により、シーケンスコントロー
ラ１１１０がこの２つのうちどれを選ぶか、またはどち
らも選ばずカレントアドレスのインクリメントを行なう
かが決まる。

軌跡シフトデータ作成マクロコマンドは回転プラス平行
移動コマンドとミラーイメージコマンドの２つがある。

このコマンドはハードウエア上からいえば、軌跡シフト
データ作成マイクロプログラムの先頭アドレスを示す形
で与えられる。

マイクロプログラムメモリ１１２０は軌跡シフト制御器
１１０の中枢部で、全て演算処理はこのマイクロプログ
ラムの指令通りに実行される。

パイプラインレジスタ１１３０はマイクロプログラムメ
モリ１１２０のバッファレジスタで現在実行すべき演算
用マイクロインストラクションをＲＡＬＵ１１５０へ出
力するとともに、次のマイクロアドレス決定のための制
御命令１１０３をシーケンスコントローラ１１１０、マ
ルチプレクサ１１４０へ出力し、ジャンプアドレス１１
０８、サブルーチンコールアドレスをシーケンスコント
ローラ１１１０へ出力する。

また、ＢＵＳＹ（軌跡シフトデータ作成中）、ウエイト
の演算器ステイタス１１０４をマイクロプロッセサへ出
力する。

このパイプラインレジスタ１１３０は２つの信号パスを
形成し、各々を並列に同時進行させ、マイクロサイクル
タイムを短縮させ、演算の高速化を図るためにある。

すなわち、１つのパスはパイプラインレジスタ１１３０
→シーケンスコントローラ１１１０→マイクロプログラ
ムメモリ１１２０とつながるコントロール系のパス、今
１つはパイプラインレジスタ１１３０→ＲＡＬＵ１１５
０の演算系のパスで、この２つのパスを同じクロックサ
イクルの間に並列に動作させるために、パイプラインレ
ジスタ１１３０が用意されている。

クロックＣＰ１１０１の立上り時には既にコントロール
系のパスで準備されたマイクロプログラムの次の命令が
パイプラインレジスタ１１３０の入力に現われているた
め、メモリフェッチ時間がゼロと等価な高速動作が可能
となる。

マルチプレクサ１１４０はパイプラインレジスタ１１３
０の制御命令１１０３に応じＲＡＬＵステイタス１１０
６のテスト条件１１０７をシーケンスコントローラ１１
１０へ与え、条件ジャンプを実行させるためのものであ
る。

ＲＡＬＵ１１５０は論理・算術演算ユニットとプログラ
マブルレジスタで構成され、マイクロプログラムメモリ
１１２０で規定された演算インストラクションを実行す
る。演算結果である軌跡シフトデータＰ₄′は１１６７
のレジスタ７に格納される。

１１６１〜１１６６のレジスタ１〜レジスタ６はＰ₁，
Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′の座標データを格納す
るレジスタ７で１１６７は最初シフトされるべき座標デ
ータがセットされ、シフトデータ作成後はシフトされた
座標データがセットされるレジスタである。

つぎに、第１１図の軌跡シフトデータ作成動作について
説明する。

演算器は最初ウエイトルーチンを実行しており、パルス
ラインレジスタ１１３０からマイクロプロセッサ１１１
へウエイトステイタス（演算器ステイタス１１０４）を
出し、シーケンスコントローラ１１１０は軌跡シフトデ
ータ作成マイクロコマンド１１０２が与えられると、そ
のサービスマイクロプログラムの先頭アドレスを選択す
る制御命令１１０３をパルスラインレジスタ１１３０か
ら与えられながら、ウエイトルーチンを実行するようア
ドレスコントロールしている。

軌跡シフトを始めるあたってマイクロプロセッサ１１１
はまず１１６１〜１１６７のレジスタ１〜レジスタ７
に、直交形ロボットのときはＰ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁，
γ₁，τ₁），Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂，γ₂，τ₂），Ｐ
₃（Ｘ₃，Ｙ₃，Ｚ₃，γ₃，τ₃），Ｐ₁′（Ｘ₁′，
Ｙ₁′，Ｚ₁′，γ₁′，τ₁′），Ｐ₂′（Ｘ₂′，
Ｙ₂′′，Ｚ₂′，γ₂′，τ₂′），Ｐ₃′（Ｘ₃′，
Ｙ₃′，Ｚ₃′，γ₃′，τ₃′）とシフトされるデータＰ
₄（Ｘ₄，Ｙ₄，Ｚ₄，γ₄，τ₄）の座標値をセットする。

他の形式ロボット例えば多関節ロボットの場合にはＰ₁
（φ₁，θ₁，₁，γ₁，τ₁），Ｐ₂（φ₂，θ₂，₂，
γ₂，τ₂），……の座標値をセットする。

マイクロプロセッサ１１１が軌跡シフトデータ作成マイ
クロコマンド１１０２を出すと、そのサービスプログラ
ムが実行されだし、演算器ステイタス１１０４はＢＵＳ
Ｙとなる。

軌跡シフト制御器１１０は多関節ロボットの場合には１
１６１〜１１６７のレジスタ１〜レジスタ７の座標値よ
り（７式）を使って（１式）を求める。

直交系とボッとの場合は（１式）は１１６１〜１１６７
のレジスタ１〜レジスタ７で与えられている。

α，β，γ，ｍ，ｎ，，ｈ，ｉ，ｊを計算し、回転プ
ラス平行移動マイクロコマンドのときは（２式）より、
ミラーイメージコマンドのときには（３式）より方向余
弦（ａ，ｂ，ｃ）を求め、（４式）よりＰ₄′のＡＸ，
Ｔ，Ｚを求める。また、（５式）よりＰ₄（γ₄，τ₄）
を（６式）に代入して手首姿勢γ₄′，τ₄′を求める。

直交形ロボットの場合には、ここで求めた値Ｐ₄′
（Ｘ₄′，Ｙ₄′，Ｚ₄′，γ₄′，τ₄′）をレジスタ７
の１１６７にセットし、演算器ステイタス１１０４をウ
エイトにし、ウエイトルーチンに帰る。

多関節ロボットの場合には、（８式）より求めた
φ₄′，θ₄′，₄′と既に求めたγ₄′，τ₄をレジス
タ７の１１６７にセットし、ウエイトする。

演算器ステイタス１１０４がＢＵＳＹからウエイトに変
えると、マイクロプロセッサ１１１はレジスタ７つまり
１１６７の内容をメモリ（図示せず）に転送する。

つぎに新たなシフトされるべき座標データＰ₅をレジス
タ７つまり１１６７にセットし、同様の動作で点Ｐ₅′
がメモリに格納される。全てのデータが作成されるまで
繰り返される。

第１２図はマイクロプロセッサとその指令によって制御
される各軸モータとの関連を示す図であり、プレイバッ
ク時にはロボット作業先端の現在位置とＰ₄′点との各
軸の位置偏差が指令回路により指定速度でパルス数とし
て払い出される。この各軸指令パルス数とパルスゼネレ
ータらのパルス数との差が偏差カウンタから出力され
る。偏差カウンタ出力が零になる方向にモータが回転す
るが、現在位置からＰ₄′点までのパルス数が指令回路
１２０により払い出され終り、偏差カウンタの出力が零
になるとモータは停止する。この動作は各軸同時に行な
われる。

なお、指令回路１２０は第１１図のマイクロプロセッサ
から位置パルスデータを受けとって、それを各軸指令パ
ルスして同一時間内に一様に払い出す回路である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明は直交形、多関節
形、円筒形、極座標形を問わず一般のロボットで、代表
点３点を正しくティーチングすることのみにより、軌跡
データの三次元回転プラス平行移動シフト、ミラーイメ
ージシフトを適正な手首軸補正も含め可能としたもので
ある。

したがって、従来、同一形状対象物、ミラーイーメージ
対象物をロボットで作業する際にオペレータが全ての点
をティーチングしていた操作が不要となり、ただ１つの
対象物と代表点のみのティーチングで全ての座標データ
が自動的に作成られ、ティーチング作業が大幅に向上す
るようになった。

また、ツール変形のときのティーチング修正作業も容易
になった。

ロボット交換時のロボット互換性を保証するためのロボ
ットと治具、対象物の相対位置の厳密な管理も不要とな
り、大量生産ラインへのロボット導入時の生産管理が容
易になった。

本発明は代表点３点がティーチングにより現物合わせ的
に与えられる以外に、何らかのセンサ例えば差動トラン
ス等により３点のＸ，Ｙ，Ｚ値が与えられる場合にも、
有用である。

対象物の精度は保証されているが、その対象物が大きく
それをセットする治具が複雑で精度向上が難しい例えば
車のシャーン作業等の場合には、対象物の代表点３点が
もともとティーチングされた値からどれだけずれている
かを差動トランス等でオンライン測定し、そのＸ，Ｙ，
Ｚ値により代表点Ｐ₁′，Ｐ₂′，Ｐ₃′の座標データを
補正することにより、Ｐ₄，Ｐ₅，……，Ｒ_ｎ，……等の
ティーチングがＰ₄′，Ｐ₅′，……，Ｒ_ｎ′，……と正
しく変換され、治具のバラツキがあっても、ティーチン
グ作業なしで、しかもラインを止めずに、ロボットで作
業することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図画本発明の原理説明図、第２図は合同なワークピ
ースが多数配列されている対象物へ本発明を適用するテ
ィーチング例の斜視図、第３図は複数台の治具により同
一形状対象物を１台のロボットで作業する際の本発明に
よるティーチング例の斜視図、第４図は本発明のよりロ
ボット交換時のロボット互換性を実現させる説明図、第
５図は複数台ロボットで同一形状対象物を作業するとき
の本発明によるティーチング例の斜視図、第６図は作業
ツール変形字のティーチング修正用に本発明を適用する
説明図、第７図はミラーイメージ形シフトの説明図、第
８図は第１図の各点を抽出したモデル図、第９図は多関
節ロボットのモデル図、第１０ａ図は多関節ロボットの
手首まわりと取りつけたの外観図、第１０ｂ図ないし第
１０ｅ図は手首２軸制御の説明図、第１１図は本発明の
一実施例における演算器で構成された軌跡シフト制御器
とロボットの全体の動作を統括するマイクロプロセッサ
のつなぎを示すブロック図、第１２図はマイクロプロセ
ッサとその指令によって制御される各軸モータとの関連
を示す図である。１１０…軌跡シフト制御器、１１１…マイクロプロセッ
サ、１１１０…シーケンスコントローラ、１１２０…マ
イクロプログラムメモリ、１１３０…パイプラインレジスタ、１１４０…マルチブ
レクサ、１１５０…ＲＡＬＵ（Ｒｅｇｉｓｔｓｔｅｒ
ａｎｄＡｒｉｔｈｍｅｔｉｃＬｏｇｉｃａｌＵｎ
ｉｔ）、１１６１〜１１６７…レジスタ１〜レジスタ
７、１２０…指令回路、１２１〜１２５…サーボ回路、
１２１１，１２２１，１２３１，１２４１，１２５１…
偏差カウンタ、１２１２，１２２２，１２３２，１２４
２，１２５２…Ｄ／Ａ変換器、１２１３，１２２３，１
２３３，１２４３，１２５３…制御増幅器、１２１４，
１２２４，１２３４，１２４４，１２５４…モータ、１
２１５，１２２５，１２３５，１２４５，１２５５…タ
コゼネレータ、１２１６，１２２６，１２３６，１２４
６，１２５６…パルスゼネレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜島豊治福岡県北九州市八幡西区大字藤田2346番地株式会社安川電機製作所内 (56)参考文献特開昭57−96791（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの教示手段により教示されている
各作業点の座標および姿勢データからなる第１の集合か
ら、教示されていない各作業点の座標および姿勢データ
からなる第２の集合の座標および姿勢データをデータ変
換手続きにより自動的に求め、その求めた第２の集合の
座標および姿勢データにもとづいてロボットの作業軌跡
を制御する方法において、第１の集合における作業点の代表点として３点からなる
第１代表点を定め、第２の集合における作業点の代表点として３点からなる
第２代表点を定め、第１の集合と第２の集合とが相対的に任意の位置および
姿勢に置かれた各集合でロボットが作業する場合に、第１代表点の座標および第２代表点の座標を教示し、第１の集合と第２の集合とが合同な関係にある場合は、
第１代表点と第２代表点とにもとづいて第１の集合の作
業点の各座標および姿勢データを平行移動および回転移
動によりデータ変換して、第２の集合である作業点の座
標および姿勢データを演算し、第１の集合と第２の集合とがミラーイメージの関係にあ
る場合は、第１代表点と第２代表点とにもとづいて第１
の集合の作業点の各座標および姿勢データを平行移動と
回転移動とによるデータ変換と鏡映変換によるデータ変
換とにより、第２の集合である作業点の座標および姿勢
データを演算し、第２の集合である第２作業点の演算された座標および姿
勢データにもとづいてロボットの作業軌跡を指令し、こ
の指令にしたがってロボットの作業軌跡を制御することを特徴とするロボットの軌跡制御方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のロボットの軌
跡制御方法において、第１代表点のそれぞれに対応するロボットの手首を旋回
させる手首軸の角度を、教示により、ロボットの動作を
制御するロボット制御装置の動作の諸元を記憶させ、第２代表点のそれぞれに対応する手首軸の角度を教示に
より与え、第１代表点および第２代表点における前記手首軸の角度
から決定される角度の補正値を求め、前記第１作業点のそれぞれにおける手首軸角度に前記補
正値を加算することにより、前記第２作業点の手首軸角
度を求めることを特徴とするロボットの軌跡制御方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のロボットの軌
跡制御方法において、第２作業点の任意の１点と第２代表点の任意の２点のそ
れぞれとを結ぶ線と、前記第２作業点の１点における溶
接トーチの軸線とがなす２つの角度のそれぞれが、前記
第２作業点の１点と対応関係にある第１作業点の１点
と、前記第２代表点の任意の２点と対応関係にある第１
代表点の２点のそれぞれとを結ぶ線と、前記第１作業点
の１点における溶接トーチの軸線とがなす２つの角度
と、それぞれ同一となるように第２作業点におけるロボ
ットの手首軸の角度を決定することを特徴とするロボットの軌跡制御方法。