JPH07104706B2

JPH07104706B2 - ロボットの制御方法

Info

Publication number: JPH07104706B2
Application number: JP62265988A
Authority: JP
Inventors: 稔加納; 謙三武市; 明伸竹本; 弘直釜谷; 良一久富
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH01108604A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、物品の移載，はめ合わせ，組立などに使用す
る産業用ロボットの制御方法に係り、特に、アーム先端
部の上下方向の動きと水平方向の動きを独立に分割制御
できる水平多関節形，直交座標形ロボットなどの作業タ
クトを短縮するに好適な動作制御方式に関する。

〔従来の技術〕

点移動形の上記産業用ロボットでは、アームの水平移動
およびその先端のチャックなどの上下動により、所望の
物品を持って（具体的には例えば把持して）移動させ
る。この場合、通常の動作制御方法では、チャックで物
品を把持し、それを上方に移動させて停止し、次にアー
ムを水平に移動させて移動先の上方で停止させたのち、
チャックを下方に移動させて停止し、所定の位置に置く
ようにしている。すなわち、ロボットアームによって移
動させられる物品の動きを横から眺めれば、物品は門形
に移動しており、そのコーナ点では、一旦停止する動き
となっている。ところが、このような物品の移載等の作
業では、物品を把持する位置と離す位置が正確であり、
また、この位置近傍で他の物品または周辺装置との干渉
を起こさなければ、その移動経路はどのようなものであ
っても、問題とならないことが多い。したがって、前記
門形の動作経路のどこかで停止する必要はなく、上方の
コーナ点を通過する必要もないから、ロボットアームを
停止させずに上方のコーナ点近傍を滑らかに通過させる
ようにすれば、上方のコーナ点近傍での加速，減速，お
よび停止のための時間を節約でき、物品の移載作業等の
タクトを大幅に短縮できることになる。

このような考え方は、特開昭58−177289号，特開昭61−
231603号等に示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記公知例は、逆Ｌ形経路のコーナ点近
傍を通過する方法を示しているのみで、上述のような門
形経路の２つのコーナ点の近傍を滑らかに通過する方法
を開示していないから、このような場合に対処できな
い。そして、２つのコーナ点の１つのみの近傍を停止す
ることなく通過させるのみでは、タクトタイムの短縮効
果もそれ程大きいとはいえない。

本発明の目的は、門形経路の２つのコーナ点でロボット
アームを停止させることなく滑らかに動作させるロボッ
トの制御方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、上下方向動作と
水平方向動作とを独立に制御可能なロボットアームに、
位置Ａから上昇し、水平移動し、位置Ｈに下降して作業
をさせるためのロボットの制御方法において、前記位置
Ａから一定距離l₁だけ鉛直に直線上昇させ、また前記位
置Ｈに向って一定距離l₂だけ鉛直に直線下降させ、かつ
指定された高さｈを経由することを条件として、指定さ
れた速度および加減速パターンに従い、前記位置Ａから
前記距離l₁の上昇時間t_ABと、前記高さｈから前記位置
Ｈ上方の距離l₂位置Ｇまでの下降時間t_FGと、水平移動
時間t_CFとを求め、前記位置Ａからの上昇サーボ指令を
ロボットに出し、それから前記t_AB時間後に水平移動開
始のサーボ指令を出し、さらに前記t_CF−t_FG時間後に下
降サーボ指令を出すことを特徴とする。

本発明は、また、上下方向動作と水平方向動作とを独立
に制御可能なロボットアームに、位置Ａから上昇し、水
平移動し、位置Ｈに下降して作業をさせるためのロボッ
トの制御方法において、前記位置Ａから位置Ｂまでの一
定距離l₁だけ鉛直に直線上昇させ、また前記位置Ｈに向
って位置Ｇからの一定距離l₂だけ鉛直に直線下降させる
ことを条件として、指定された速度および加減速パター
ンに従い、前記距離l₁を最短時間t_ABで通過し直ちに減
速したときの到達点Ｃと、前記距離l₂を最短時間t_GHで
減速しながら通過するように位置Ｇまでの加速に必要な
加速開始点Ｆとのうち、高い方を経由高さの候補に選定
し、上昇時間t_BC、下降時間t_FG、水平移動時間t_CFを算
出し、t_CF≧t_BC＋t_FGとなるように前記候補を修正して
経由高さを求め、前記位置Ａからの上昇サーボ指令をロ
ボットに出し、それから前記t_AB時間後に水平移動開始
のサーボ指令を出し、さらに前記t_CF−t_FG時間後に下降
サーボ指令を出すことを特徴とするものである。

〔作用〕

第１図に、点Ａから点Ｈへ物品を移載する場合の動作経
路を示す。

従来の方法では、例えば物品を移載する場合、物品を点
Ａから、上方の点Ｃへ移動させて一旦停止し、次に水平
に点Ｆに移動させてここでも一旦停止し、最後に下方の
点Ｈへ移動させ、物品の移載作業を行なっていた。

これに対し、本発明では、移載する物品が他の物品また
は周辺装置と干渉するのを防止するために、点Ａ−Ｂ間
および点Ｇ−Ｈ間は、必ず上方または下方に物品を移動
させるようにし、点ＢおよびＨを下まわらない範囲では
上方の任意の位置を経由して物品を停止させることなく
移載する。その場合の動作経路は、例えば、点Ａ→Ｂ→
C1→Ｄ→Ｅ→F1→Ｇ→Ｈのようになる。

ここで、ロボットアームは、前記のように、上下方向動
作と水平方向動作を独立に制御可能であるから、上記ロ
ボットアームの動作は、点Ａ→Ｂへの上方移動，点Ｃ→
Ｆへの水平移動，および点Ｆ→Ｈの下方移動に分離でき
る。そこで各動作時間をt_AC，t_CF，t_FHとすれば、従来
方法による物品移載の所要時間は、t_AC＋t_CF＋t_FHとな
る。

これに対し、本発明の場合は、点AB間および点GH間のみ
直線動作させれば良いから、点Ａから上方移動を開始
し、点Ｂに到達したときに水平移動を開始し、点Ｅに到
達したときに下方移動を開始させる。第２図のタイムチ
ャートに示すように、上昇移動時間t_BCおよび下降移動
時間t_FGはロボットアームの水平動作時間t_CFの中に吸収
され、物品移載の所要時間はt_AB＋t_CF＋t_GHのように大
幅に短縮できる。

上述の原理によれば、上昇動作を開始したのちt_AB時間
後に水平動作を開始させ、水平動作の開始よりt_CF＋t_FG
時間後、または上昇動作の開始よりt_AB＋t_CF−t_FG時間
後に下降動作を開始させれば良い。

したがって、本発明の目的は、（１）上昇動作，水平動作，下降動作の各々につき、第
２図に示す動作時間を事前に求める手段、（２）求められた時間間隔に合わせて、上昇動作，水平
動作，下降動作を順次起動制御する手段、により達成さ
れることになる。

〔実施例〕

次に、具体的実施例により、本発明をさらに詳細に説明
する。

本発明を実施するためのロボットシステムの構成の一例
を第３図に示す。ロボットシステムは、ロボット本体２
と制御装置１とからなる。制御装置１は、以下の各手段
で構成される。すなわち、11は、ロボットを手動で動作
させたり、動作した位置を記憶する指令を位置記憶手段
15に出したり、ロボットの動作手順を入力しその動作手
順を記憶する指令を動作手順記憶手段14に出したり、記
憶された手順に従って動作するようにロボット２に指令
したりするための複数の操作スイッチおよび動作状況等
を表示するための表示装置類を含む教示手段である。12
は、教示手段11からの入力信号に応じて、演算手順記憶
手段13内に格納されている適切な演算手順を読み出し、
必要なときは動作手順記憶手段14および位置記憶手段15
に格納されている情報を用いて演算を実行し、ロボット
本体２の動作を制御する演算手段である。16は、演算手
段12が出力するPWM指令を受けてPWM信号を作るPWM信号
発生回路、17は、そのPWM信号によって動作しロボット
本体２のサーボモータに運転電流を供給するパワー回
路、18は、サーボモータの回転位置を測定するためにサ
ーボモータに取り付けられたエンコーダからのパルスを
カウントし演算手段12にフィードバックするパルスカウ
ンタである。

なお、位置記憶手段15は、ロボットアーム先端部が経由
する複数の位置を記憶し、動作手順記憶手段14は、位置
記憶手段15に記憶された複数位置の通過手順を記憶して
いる。

また、PWM信号発生回路16,パワー回路17,ロボット本体
のサーボモータ2,パルスカウンタ18は、第３図に示すよ
うな接続関係で、ロボットの動作自由度の数だけ設けら
れているが、第３図では１組しか示していない。

さらに、第３図には示していないが、外部装置とのデー
タ送受のためのI/Oインターフェイス，上位装置との通
信のための通信インターフェイスも設けられている。

本発明を適用するロボットアームの一例を第４図に示
す。第４図のロボットアームは、周知の水平多関節形ロ
ボットであり、図示の如く、３個の回転の自由度および
１個の直線運動の自由度を持っている。３個の回転の自
由度のうち２個はロボットアームの水平移動に,1個はア
ーム先端部の回転に、１個の直線運動の自由度はアーム
先端部の上下移動に関与し、しかも、水平移動と上下移
動は独立に制御できる。なお、本発明の適用対象は、上
記形式のロボットアームに限られるものではなく、直交
座標形，円筒座標形などの水平移動と上下移動が独立に
制御できる形式のものであればよい。また、物体を持つ
手段は、把持に限らず，載置するような形式であっても
よいことは勿論である。

教示手段11の操作スイッチおよび表示装置の一例を第５
図に示す。ここではスイッチの詳細な説明は省き、以下
の実施例の説明の項で必要に応じて参照する。

まず、第６図を用いて、演算手段12の構成を説明する。
第６図は、演算手段の最小機能構成を示したものであ
る。電源投入の初期設定が終ると、演算手段12は、動作
モードキー取り込み部20において、原点合わせキー，動
作モードキー（第３図の位置ティーチ，プログラムティ
ーチ，テスト運転，連続運転キー）の入力を持ってい
る。いずれかのキーが押されると、原点合わせ、動作教
示，……，再生動作の各処理部のいずれかを実行する。
動作教示処理部22の場合を除き、他の場合はすべてロボ
ットの動作制御に関係するものであり、これらの指示に
従って、サーボ制御部30がロボットアームの動作を制御
する。これらのうち、ブロック21,23,24,25のいずれか
の処理を実行して、ロボットアームを動作させる場合、
ロボットアームの現在位置と目標位置とを入力し、その
間で適切な加減速モードを与えてロボットアームの経由
点を演算し、演算結果をサーボ制御部30に与え、ロボッ
トアームを動作させる。

特に、本発明を実施するには、２つの位置間の動作時間
を求めなければならない。以下では、この求め方と２位
置間を適当な加減速パターンに従って動作させるための
加減速パターン処理方式との一例を詳細に説明する。

加速パターンの一例を第７図に示す。図において、横軸
はテーブルアドレス、縦軸は、無次元速度を表わす。第
７図は、具体的には、第８図に示す加速および減速テー
ブルで構成されている。第８図において、加速および減
速テーブルのパターンは任意のもので良く、ロボットア
ームの加減速制御に最適な形式に設定できる。また、加
速と減速とでテーブルの大きさが異なっても良い。両者
を組み合わせて使用するときの最大の無次元速度が、使
用時に同一またはほぼ同一で、両者を切り換えたとき
に、すなわち加速から減速にまたは減速から加速に移る
ときに、速度ギャップが生じないようになっていれば良
い。加速時と減速時で同一パターンを利用する場合に
は、加速テーブルのみを設けて、減速時に共用すること
も可能である。第８図に示す加速および減速テーブル
は、ロボットの各動作軸毎の回転動作作用および直線動
作用などとして個別に用意することも自由である。

以下では、加速テーブルと減速テーブルとの２つを設
け、すべての動作条件で共用する場合を例にとり説明す
る。前記変形例に対しても多少の手直しで適用できる。

加速および減速用テーブルを共用して、しかも任意のテ
ーブル部分を参照できるようにするため、各回転動作お
よび直線動作用に、第８図に示すような第ｎ軸用ROMメ
モリを用意する。以下の説明では、第ｎ軸用という表現
は、全動作軸および直線動作用に個別に用意されるもの
の一代表例の名称とする。例えば定義した値が1.0であ
るときは、テーブル参照間隔は１個ずつ、すなわちテー
ブルを順次参照することを表わし、0.5と定義したとき
は、テーブルを１個おきに参照することを表わす。すな
わち、定義した値の逆数がテーブル参照間隔を表わす。
あとで述べるように、この逆数値は整数となる必要はな
い。

第ｎ軸ROMメモリのSPDG1〜SPDGnは、ロボットアームを
動作させるときに指示される速度に対応し、前記加速ま
たは減速テーブルの最大値にその値をかけると結果が指
定された速度になるように選ばれた変換定数を格納する
エリアである。ここでは、離散的にｎ個の変換定数を準
備しているが、１個だけ準備し、指定された速度との倍
率をかけて実際の変換定数を算出してもよい。第ｎ軸用
として加速および減速テーブルを参照するために、第８
図のテーブルに対し、ラベルを付ける。

ASTRN:加速開始参照アドレス AMAXN:加速終了参照アドレス DMINN:減速終了参照アドレス DMAXN:減速開始参照アドレス第ｎ軸ROMメモリのエリアASTS,AMAX,DMIN,DMAXに、上記
ラベルの値を格納する。これは、例えばアセンブリ言語
で、下記のように記載し、 ASTR DC.W ASTRN アセンブラにかければ、自動的にASTRのラベルを付され
たエリアにASTRNの値すなわちテーブルアドレスを格納
する。これにより、加速時は加速テーブルのASTRNからA
MAXN,減速時は減速テーブルのDMiNNからDMAXNの範囲を
参照可能となる。また、各テーブルのラベルの位置を任
意に設定しなおすと、任意の範囲でテーブルを参照でき
る。

第ｎ軸ROMメモリのSHUKUで定義されるエリアには、テー
ブルの参照縮少率を定義する。第ｎ軸RAMメモリのSPDG
のエリアは、このSPDGnの値またはその実動作のために
補正された値を記憶するエリアである。KASOKUおよびGE
NSOKUのエリアは、テーブル参照時の現在参照する各テ
ーブルのアドレスを格納している。DELTBLは、テーブル
の参照間隔はすなわち前記SHUKUの値の逆数もしくはそ
の補正された値を格納し、テーブル参照のアドレス計算
に利用される。KASOKUおよびGENSOKUは、少数以下の値
を含むテーブル参照アドレスを格納し、DELTBLは少数以
下の値を含む参照ステップを格納しているが、KASOKUま
たはGENSOKU内の値を使ってテーブルを参照するとき
は、小数以下の値を切捨てる。この切捨て機能により、
固定ピッチで作成されているテーブルをフリーピッチで
参照できる。

第ｎ軸RAMメモリのIKPULSおよびIGPULSのエリアには、
それぞれ第ｎ軸ROMメモリで参照定義されたテーブル範
囲内のテーブル値の積算値が記憶されている。それぞれ
の値＊縮少率＊変換定数は、それぞれ、加速距離および
減速距離を与える。IKPULSおよびIGPULSの値は、もしテ
ーブルが固定的に扱われる場合には、前もって計算し
て、第ｎ軸メモリ内に格納しておくことも可能である。
ここでは、演算システム初期化時に演算手段が第ｎ軸RO
Mメモリを参照して積算値を求め、前記エリアに格納し
てあるものとする。

以上のテーブルおよびメモリが準備され、ロボットアー
ムの動作距離L₀および速度V₀（実際上は、第ｎ軸ROMメ
モリのSPDG1〜SPDGnを参照するインデックス）が与えら
れた場合のテーブル参照の計画手順を第９図を用いて説
明する。

ブロック4000は、指定された速度V₀をインデックスとし
て、第ｎ軸ROMメモリのSPDG1〜SPDGnから変換定数を読
み出し、第ｎ軸RAMメモリのSPDGエリアに設定する。ブ
ロック4001は、加速および減速テーブルの総メンバ数
を、第ｎ軸ROMメモリに格納されているテーブル参照ア
ドレスを用いて求める。テーブル参照アドレスのピッチ
が１である場合は、ブロック4001に示す式となる。ピッ
チが１以外の場合は、それに応じて修正すればよい。こ
の値は、ロボットアームを加減速のみで動作させ、遂一
テーブルを参照するとしたときのテーブル参照回数を示
し、それはまた、ロボットアームの移動時間を示してい
ることになる。

ブロック4002は、ロボットアームを加減速動作のみで動
作させたときの動作距離Ｌを求めている。ブロック4003
では、指定された動作距離L₀と、前記Ｌの比較を行なっ
ている。

もし、L₀Ｌの場合は、指定された動作距離L₀が、加減
速テーブルで規定される加減速距離より大である，すな
わち，加速→等速→減速のパターンでロボットアームを
動作させる必要があることを示し、この場合は、ブロッ
ク4004の処理に移る。ブロック4004では、等速部を含め
たテーブル参照回線（実質上はロボットアーム第ｎ軸の
移動時間）ITIMEを求める。これは、後述するように、
ロボットアームの全動作軸を同時スタート，同時ストッ
プで動作させるような場合に利用される。

次に、減速積算値IGPULSをDPULSに修正し、さらに、テ
ーブル参照ステップDELTBLを求める。DPULSは減速時の
減速制御の基準としてDELTBLはテーブル参照のステップ
増／減分として用いられる。

もし、L₀＜Ｌの場合は、テーブルパターン通りに加減速
すると、ロボットアームが目標位置を通りすぎてしまう
ことを示している。このような場合に、テーブルパター
ンの高速側を切り捨ててしまう方法が考えられるが、こ
の方法によれば、せっかく最適に設定準備したテーブル
パターンが有効に利用されないために、ロボットアーム
に不測の振動および加速度の急変が起こったりするので
好ましくない。また、テーブル値を縮少すなわちSPDGを
小さくしてL₀＝Ｌとなるように修正して利用する方法も
考えられるが、この場合は動作距離が短いにもかかわら
ず、動作時間がテーブルパターンに設定した時間と同一
の一定の長い時間となり、好ましくない。

そこで、本発明ではテーブル値の縮少と、テーブル参照
ステップの拡大とを併せて行ない、L₀＝Ｌとなるように
補正する方法を提案する。テーブル値を縮少すれば、最
大速度および加速度が減少する。したがってその分だけ
テーブル参照ステップを拡大して、初期のテーブルパタ
ーンに示される加速度になるよう補正すれば、ロボット
アームの動作特性を良好に保ったまま、動作時間を短縮
できることになる。ここで問題となるのは、縮少，拡大
に伴う配分率をいかに決定するかである。

テーブル値が、関係式を用いて準備されたものであるな
らば、テーブル値の縮少率をパラメータとして、最大加
速度が同一となる参照ステップの拡大率を求めることが
可能である。

ここでは、任意テーブルパターンに対処でき、かつ、容
易に配分率を決定する方法として、ブロック4005を示し
てある。テーブルパターン縮少率をとし、テーブルステップ拡大率を1/Mとする。これによ
り、変換定数SPDGをSPDG＊Ｍに修正する。テーブル参照
回数すなわち移動時間ITIMEは、Ｎ＊SHUKU＊Ｍとなり減
速積算値はIDPULS＊SHUKU＊Ｍとなり、テーブル参照ス
テップDELTBLは1/（SHUKU＊Ｍ）となる。以上の準備の
あと、ブロック4006において、テーブル参照の初期アド
レスをKASOKUおよびGENSOKUに設定する。

以上述べたように、各動作軸毎または直線／曲線動作時
のテーブル参照計画が求められる。

次に、複数の動作軸を機械座標系で同時に動作開始さ
せ、同時に動作を終了させる場合のテーブル参照計画の
補正方法について第10図を参照しながら述べる。

まず、ブロック4010において、第９図の方法で求められ
た各動作軸の移動時間ITIMEから、同時動作させるべき
動作軸について最大移動時間ITIMEMAXを求める。ブロッ
ク4011において、同時動作させる軸について、ブロック
4012〜4014を実行させる。ブロック4012では、第ｎ軸の
移動時間増分ΔITIMEを求める。ブロック4013では、時
間増分だけ、等速移動部を追加するとした場合の第ｎ軸
の動作距離Ｌを求める。

Ｌ＝Ln＋ΔITIME＊テーブル最大値＊SPDGLnは第ｎ軸の
動作距離，テーブル最大値は第ｎ軸が参照するテーブル
値の最大のものすなわち無次元最大速度,SPDGは第ｎ軸
のテーブル値の変換定数である。次に、ブロック4014に
おいて第ｎ軸の変換定数を縮少する。

SPDG→SPDG＊Ln/L この補正方法によれば、各軸独立に加減速テーブルを参
照して動作するようサーボ制御しても、ロボットアーム
は、同時スタート，同時ストップするように動作する。

以上のように軌道計画されたときに、ロボットアームを
加減速動作させる場合のテーブル参照方法について、第
11図により説明する。

第11図において、初期値として加速テーブルの参照開始
アドレスがKASOKUに、減速テーブルの最終アドレス（最
小値）がGENSOKUに、テーブル参照ステップがDELTBL
に、減速テーブル値の総和がDPULSに、テーブル値をロ
ボットアームの動作制御用の値に変換する変換定数がSP
DGに設定されている。これはテーブル参照計画につき説
明したものと同様である。また、テーブル参照を制御す
るフラグとしてFlagに加速モードが設定されている。こ
のような条件で、第11図のテーブル参照が実行される。
まず、最初はFlagに加速モードが設定されているから、
ブロック4100の判断によりブロック4101が実行される。
ブロック4101ではKASOKUの示すアドレスが最大を越えた
か否かをチェックする。最初は越えていないから、ブロ
ック4103が実行される。すなわち、KASOKUの示す加速テ
ーブルアドレスから加速テーブル値を読み出し、レジス
タに設定する。次に、テーブル参照ステップDELTBLをKA
SOKUおよびGENSOKUに加える。ここでGENSOKUに加えてい
るのは、詳細な説明は省略するが、動作途中でロボット
アームを強制減速させる場合の減速テーブルアドレスと
設定するためである。これにより次に参照すべきテーブ
ルアドレスが更新される。DELTBL,KASOKU,GENSOKUは既
に述べたように小数点以下の値を含み、実際のテーブル
参照時はKASOKUまたはGENSOKUの整数部が用いられる。
得られたテーブル値はブロック4110において変換定数が
掛けられ、実際にロボットアームを駆動する速度が得ら
れる。上述のプロセスは繰り返し実行され、加速時の速
度パターンが次々にテーブルを利用して求められる。そ
してついには、KASOKUテーブルの最大上限に到達する。
このときはブロック4102および4110が実行される。すな
わち、加速が完了して、以降は定速または減速モードで
動作することになるから、減速の開始アドレスをGENSOK
Uに設定し、判断フラグFlagに定速モードを設定し、GEN
SOKUの示す減速テーブル値をレジスタに読み出し変換し
て動作速度を得る。次に、テーブル参照が起動されたと
きは、定速モードであるからブロック4104以降が実行さ
れる。すなわち、残り移動量＝目標位置−現在位置または、目標動作距離−既動作距離減速所要量＝減速テーブルの積算値（DPULS）＊変換定
数（SPDG）の比較が行なわれ、残り運動量が減速所要量より大きけ
れば、減速の必要がないから、ブロック4105および4110
の処理が実行される。GENSOKUの方はテーブルアドレス
値が読み出され、GENSOKUの値が変化しなければ、その
値は一定であり、等速の速度指定が得られ、ロボットア
ームは等速で動作する。この状態が続くとロボットアー
ムは順次動作目標点に近づくからブロック4104の判断結
果はNOとなり、ブロック4106以降の処理が実行される。
ブロック4106においてはGENSOKUの値がテーブル参照ス
テップDELTBLだけ小さく設定される。すなわち、減速テ
ーブルの低速側の値を示すアドレスとなるように値が更
新される。ブロック4107および4108は減速テーブルの定
義外を参照するのを防止するための安全対策である。ブ
ロック4109においてGENSOKUの示すアドレスから減速テ
ーブル値が読み出される。また、その読み出した値だけ
DPULSの値が減じられ次の参照のときの減速所要量の値
を更新している。ブロック4110は前述の内容の共通処理
である。このようにしてロボットアームに加速→等速→
減速または加速→減速を指令する指令値が得られる。

ここでは示さなかったが、移動中のロボットアームを強
制的に減速して停止させる必要が生じた場合、前記のよ
うにどこから減速してもよいように、減速テーブルを参
照するためのアドレスがGENSOKUに設定されているか
ら、これを用いて常時ブロック4106以降を実行させれ
ば、ロボットアームを減速制御できる。この場合はブロ
ック4109のDPULSに関する補正を行なう必要はない。

以上のテーブルの参照計画およびテーブル参照によって
ロボットアームの１軸を加減速制御した場合の例を第12
図に示す。第12図の加速パターンと減速パターンは同一
であり、ここではサイクロイド曲線を用いた。図におい
て、は動作距離が短かく、テーブルパターンが縮少さ
れて加速→減速のモードで動作した場合であり、は動
作距離が十分長く、加速→等速→減速のモードで動作し
た場合であり、は両者のちょうど境界に相当する場合
である。

以上述べたテーブル参照計画およびテーブル参照法を利
用すれば、ロボットアームを第１図の点Ａ→C,点Ｃ→F,
点Ｆ→Ｈにそれぞれ移動するように制御できる。第２図
に示した本発明のように、上下動作と水平動作を非同期
でさせるには、既に求めたt_AC，t_CF，t_FHに加えて、
t_AB，t_FGを求めなければならない。そこで、例えば、点
Ａ→Ｃの移動距離をl₀．点Ａ→Ｂの移動距離をl₁とすれ
ば、前記方法でl₀を移動するテーブル参照計画は既に求
められており、点Ｂはl₀の移動途中点であるから、例え
ば、前記テーブル参照法を多少変形した方法で、点Ａ→
Ｂ間の移動時間t_ABが求められる。t_CFについても同様で
ある。

以下、その方法の一例を第13図を用いて説明する。第13
図において、ブロック4200は初期設定部であり、テーブ
ル参照によって得られる動作距離ｌ＝0,テーブル参照回
数ｔ＝0,およびテーブル参照フラグFlag＝加速とする。
次にブロック201は繰り返しループであり、前記ｌ＞l₁
となるまでまたはテーブル参照が完了するまで右のブロ
ック4202および4203を実行する。ブロック4202では、第
11図を用いて説明したテーブル参照を１回実行し、速度
（または、微少距離増分）を求める。ブロック4203で
は、ｌに速度を加えて、動作距離ｌを求める。さらに、
テーブル参照回数ｔを＋１する。ブロック4201の作用に
よりブロック4202,4203を繰り返すと、l₁が動作距離の
中間点であれば、繰り返し中にｌ＞l₁の条件が成立す
る。このとき得られるテーブル参照回数ｔは、既に述べ
たように移動時間を表わす。したがって、第13図により
前記第２図のt_AB，t_FGが求められる。以上のように
t_AC，t_CF，t_FH，t_AB，t_FGが求められると、上方への動
作を開始してから水平動作を開始するまでの時間t₁は、 t₁＝t_AB 水平動作を開始してから次に下降動作を開始するまでの
時間t₂は t₂＝t_CF−t_FG （ただしt_BC＋t_FGt_CFのとき）＝t_BC （ただしt_BC＋t_FG＞t_CFのとき）となる。ここでt₂の値を与える第２式は、水平動作時間
が短い、または動作距離が短い場合であり、時間がひき
延ばされているから、点Ｇ→Ｈよりも長い、例えば、第
１図の点F2→Ｈの間が直線で動作するようになる。もし
厳密に点Ｇ→Ｈ間のみを直線で動作させたい場合は、水
平動作時間t_CFをt_BC＋t_FGにひき延ばしてやればよい。
これは、第10図に示した方法で実現できる。

以上述べたようにロボットアームの各動作軸につきテー
ブル参照計画および前記先行タイマ値t₁、後続タイマ値
t₂が求められたときに、ロボットアーム各動作軸にサー
ボ制御指令を出す手順を第14図を用いて説明する。

ブロック6102で、タイマ処理のために先行タイマt₁を設
定する。次にブロック6103で先行動作軸の有無がチェッ
クされ、先行動作軸があれば、ブロック6104で、先行動
作軸につき、前記テーブル参照計画で先行動作軸を駆動
制御するように、第４図のサーボ制御部30に指令する。
これにより先行動作軸は動作を開始し、例えば、第１図
の点Ａ→Ｂ間をテーブル参照計画に従ってテーブルを参
照しながらその加減速パターンで動作する。ここで先行
動作軸がない場合は、先行タイマ値t₁＝０が前記計画の
１部として設定されている。ブロック6105が先行タイマ
の設定時間t₁の経過を持つ、次に、ブロック6113で後続
動作軸の有無がチェックされ、あればブロック6114で、
後続タイマ値t₂が設定される。ブロック6115では、中間
動作軸（複数軸）につき、それぞれ前記テーブル参照計
画で中間動作軸を駆動制御するように、第４図のサーボ
制御部30に指令する。これにより、中間動作軸は動作を
開始し、例えば、第１図の点Ｃ→Ｆ間をそれぞれのテー
ブル参照計画に従ってテーブルを参照しながらその加減
速パターンで動作する。次に、ブロック6116,6117で先
行動作軸がある場合に、先行動作軸の動作完了を待つ。
ブロック6123,6124で、後続動作軸があれば、前記ブロ
ック6104の場合と同様の方法で後続動作軸の動作を開始
させる。この動作開始により、すべての動作開始が完了
するので、ブロック6130で全動作軸の動作完了を待っ
て、すべての処理を終了する。

第14図の手順によれば、通常のロボットアーム動作，先
行および中間動作のみ，中間および後続動作のみ，本発
明の先行・中間および後続動作のすべての動作を切り換
えさせることが可能であり、しかも、必要なら門形動作
をさせることも可能である。

なお、前記タイマ処理は、第６図のサーボ制御部30を定
時のタイマ割込みにより起動されるソフトウェアサーボ
とし、その中で起動回数をカウントし実行するようにし
ている。

また、ソフトウェアサーボ部は、動作させる軸（複数で
も単独でもよい）とその動作目標位置と前記テーブル参
照計画とを与え、指定された動作軸につき、テーブルを
参照してサーボ制御し、ロボットアームを動作目標位置
に移動させ、その位置を保持するように構成してある。

以上説明した実施例では、ロボットアームの経由高と
（点Ｃ〜Ｆの高さ）を指定するものであった。しかし既
に述べたように、点Ａ→B,点Ｇ→Ｈの部分で直線で動作
し、Ｂ→C1→Ｄ→Ｆ→F1→Ｇの途中経路は問題ではな
い。すなわち、点Ｂまたは点Ｇのいずれか高い点の上方
の位置を経由すれば物品の移載等の作業目的を達成でき
る点に着目すると、タクトタイムをより短縮できる制御
方法が得られる。

第１図の例では、水平移動速度および点Ｃ→Ｆが与えら
れると、水平移動時間t_CFは一定となるが、その条件の
下で、点Ａ→Ｃおよび点Ｆ→Ｈへの上下移動時間を最小
にするように経由高さを決定することになる。そのため
には、指定された動作速度の範囲で上下移動をできるだ
け高速にするよう経由高さを決めればよい。

第１図の点Ａ→Ｂ間の長さを種々変化させた場合に、点
Ａ→Ｂ間を指定された加速パターンに従い最大速度で通
過し、かつ点Ｂ→Ｃ間の距離すなわち上方へのオーバー
ラン距離が最も短くなる速度パターンを第15図に示す。

第15図で、点Ａ→Ｂ間距離、最高速度，速度パターンが
指定されれば、点Ａ→Ｂ間を最短時間で通過し、かつ点
Ａ→Ｃ間距離が最も短くなるもの（同図ｂ）を求めるこ
とができる。同様のことは点Ｆ→Ｈについても実行可能
である。

したがって、このようにして得られる点Ｃおよび点Ｆの
うち、より高い位置にあるものを、経由中間高さの第１
段階の候補に選定する。

次に、前記方法で、第２図のt_CF，t_AB，t_FGを求める。
このとき、t_CFt_BC＋t_FGであれば選定した中間点高さ
が、上下動作距離の最も短いかつタクトタイムを最小に
する最適解である。ところが、t_CF＜t_BC＋t_FGであれ
ば、上下動作時間と短縮しなければならない。幸いなこ
とに、本発明に関して説明した加減速パターンの縮少ア
ルゴリズムによれば、動作距離を短くすれば、その動作
時間を短縮できる。

短縮すべき時間Δｔは、 Δｔ＝t_BC＋t_FG−t_CF である。また、上昇動作Ａ→C,下降動作Ｆ→Ｈの速度パ
ターンにつき、（１）両方が等速部を含む場合等速部の短いほうの等速動作時間をΔt₁とする。そこ
で、２Δt₁Δｔであれば、距離1/2V・Δｔだけ前記経
由高さより低い点を経由高さに修正すれば、これが最適
経由高さとなる。ただし、Ｖは等速部の速度である。

もし、２Δt₁＜Δｔであれば、距離ＶΔt₁だけ前記経由
高さより低い点を経由高さに修正し、Δｔ−２Δt₁をΔ
ｔに修正すれば、次の（２）のように経由高さを求める
ことができる。ただし、いずれの場合も修正した経由高
さは、前記の所定値（点Ｂまたは点Ｇのいずれか高いほ
うの高さ）より高い位置になければならない。

（２）一方が等速部を含む場合等速部の等速動作時間をΔt₁とすると、等速動作距離は
ＶΔt₁である。一方の加減速部のみのものにおいて、Ｖ
Δt₁だけ動作距離を短くするとし、前記した減少方式を
適用すると等速部を含むものがＡ→Ｃであるとすれば、
動作時間t_BCは、だけ短くなる。

したがって、であれば、をΔｔ′について解き、ＶΔｔ′だけ経由高さを低いほ
うへ修正すれば、これが最適経由高さとなる。ただしl₀
は一方の加減速部のみのパターンの動作距離である。

場合は、次のようにして、修正した経由高さが得られ
る。

前記とは別の動作距離について′（ダッシュ）をつけて
表わす。経由高さの減少量をΔｌとすれば、動作時間に
ついてが成立する。これをΔｌについて解けば、修正すべき経
由点を求めることができる。

最後の関係式は、Δt₁＝０すなわち、両方が加減速部の
みからなっている場合を含む。しかしこの場合は、l₀＝
l₀′または、第１図の点Ａと点Ｂが同一高さにあること
を示し、求解は比較的簡単である。

上述の式は、解析的に解いても、近似的に解いてもよ
い。またマイクロコンピュータのように演算能力の十分
でない演算手段を利用する場合は、式を簡略化し比例配
分的手法を採用しても、準最適解が得られる。

例えば、を求解する代りに、のような近似式を用いても、かなりの精度で準最適解が
得られる。

また、別の考え方として、一方が等速部を含む場合、動
作時間がより長くなりかつ動作距離自体が短くなるの
は、加減速部のみのほうである。したがって、両者共加
減速部のみについて動作時間をΔt/2だけ短縮する経由
高さを求めれば、これが準最適経由高さとなる。加減速
部のみの動作距離をl₁，動作時間をt_FHとした場合の経
由高さの低減分Δl₁は、次のように求められる。

上式は、演算により実行してもよい。

別の方法として、加減速部のみからなる場合は、加減速
部の状態は、加減速テーブルおよび処理法により決まる
一定値となるから、l₁およびt_FHは、速度Ｖが指定され
れば一定となる。したがって、事前に指定される動作速
度Ｖ毎に、Δt:Δl₁のテーブルを準備し、テーブルを参
照しΔt₁を求めてもよい。また、パラメータである動作
速度Ｖの数が多いときは、テーブル数を減じ、テーブル
間で補間してΔl₁を求めてもよい。

以上述べた最適経由高さの決定手順は、第16図に示すよ
うになる。この手順により、前記方法で動作計画を求め
ると、ロボットアームの作業タクトを最小にするサーボ
制御を実現できる。

以上のようにして、最適または準最適となる経由点を決
定できる。ただし、求められた経由点は、当然ながら前
記所定高さより高い位置のものでなければならない。も
し下に位置するものが出た場合は、上記所定高さを制限
する。

上記経由点を用いて、前記計画およびサーボ制御を行う
と、よりタクトタイムの短い動作方式が得られる。

最後に、第15図のパターン算出法について簡単に触れて
おく。第１図の点Ａ→Ｂ→Ｃへ動作する場合について考
える。点Ａ→Ｂへの動作距離をｌとする。このとき、ｌ
l₀の場合は、l₀−ｌ分相当の等速部を付加して、Ｂ→
Ｃ間を減速パターンとする。ｌ＞l₀の場合は、加速およ
び減速パターンのみとなるようにする。点Ｆ→Ｇ→Ｈに
対しては、点Ｆ→Ｇ→Ｈの動作に点Ａ→Ｂ→Ｃの動作を
対応させ、かつ、上記の説明の加速と減速パターンを逆
にすればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２点間で物品の移載等の作業をロボッ
トに行なわせる場合、把持した物品を一定の上昇距離だ
け直線で動作させ、指定された経由高さを停止すること
なく滑らかに移動させて物品の移載を行なうようにした
ので、作業のタクトタイムを大幅に短縮できる。

また、前記一定の上昇距離，下降距離、指定された動作
速度，加減速パターンから作業タクトタイムを最短にす
る経由点を自動的に算出し指令するから、作業に先立つ
ティーチィンの作業時間も短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による物品移載作業時の動作経路を説明
する図、第２図は第１図の動作をさせる場合のタイムチ
ャートを示す図、第３図は本発明を適用するロボットシ
ステムの構成の一例を示す図、第４図は本発明を適用す
るロボット機構の一例を示す図、第５図は制御装置の操
作表示装置の一例を示す図、第６図は演算手段の構成の
一例を示す図、第７図は加速パターンの一例を示す図、
第８図は加減速パターンテーブルの構成の一例を示す
図、第９図は加減速パターンテーブルの参照計画手順を
示すフローチャート、第10図は参照計画の補正手順を示
すフローチャート、第11図はテーブル参照手順を示すフ
ローチャート、第12図は加減速パターン処理結果の一例
を示す図、第13図は本発明の途中位置経過時間を求める
手順のフローチャート、第14図は本発明をロボットアー
ムに実行させるためのサーボ指令手順を示すフローチャ
ート、第15図はタクト短縮最適化のための考え方を示す
パターン例図、第16図は最適経由高さ決定手順を示すフ
ローチャートである。１…制御装置、２…ロボット本体（サーボモータ）、11
…教示手段、12…演算手段、13…演算手順記憶装置、14
…動作手順記憶手段、15…位置記憶手段、16…PWM信号
発生回路、17…パワー回路、18…パルスカウンタ、20…
動作モードキー取込み部、21…原点合わせ処理部、22…
動作教示処理部、23…位置教示処理部、24…テスト動作
処理部、25…再生動作処理部、30…サーボ制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者釜谷弘直栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者久富良一栃木県下都賀郡大平町富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献特開昭61−136105（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−231603（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−177289（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下方向動作と水平方向動作とを独立に制
御可能なロボットアームに、位置Ａから上昇し、水平移
動し、位置Ｈに下降して作業をさせるためのロボットの
制御方法において、前記位置Ａから一定距離l₁だけ鉛直に直線上昇させ、ま
た前記位置Ｈに向って一定距離l₂だけ鉛直に直線下降さ
せ、かつ指定された高さｈを経由することを条件とし
て、指定された速度および加減速パターンに従い、前記
位置Ａから前記距離l₁の上昇時間t_ABと、前記高さｈか
ら前記位置Ｈ上方の距離l₂位置Ｇまでの下降時間t
_FGと、水平移動時間t_CFとを求め、前記位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに出し、そ
れから前記t_AB時間後に水平移動開始のサーボ指令を出
し、さらに前記t_CF−t_FG時間後に下降サーボ指令を出す
ことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項２】上下方向動作と水平方向動作とを独立に制
御可能なロボットアームに、位置Ａから上昇し、水平移
動し、位置Ｈに下降して作業をさせるためのロボットの
制御方法において、前記位置Ａから位置Ｂまでの一定距離l₁だけ鉛直に直線
上昇させ、また前記位置Ｈに向って位置Ｇからの一定距
離l₂だけ鉛直に直線下降させることを条件として、指定
された速度および加減速パターンに従い、前記距離l₁を
最短時間t_ABで通過し直ちに減速したときの到達点Ｃ
と、前記距離l₂を最短時間t_GHで減速しながら通過する
ように位置Ｇまでの加速に必要な加速開始点Ｆとのう
ち、高い方を経由高さの候補に選定し、上昇時間t_BC、
下降時間t_FG、水平移動時間t_CFを算出し、t_CF≧t_BC＋t
_FGとなるように前記候補を修正して経由高さを求め、前記位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに出し、そ
れから前記t_AB時間後に水平移動開始のサーボ指令を出
し、さらに前記t_CF−t_FG時間後に下降サーボ指令を出す
ことを特徴とするロボットの制御方法。