JPH0797290B2 - 複数ア−ムの制御装置 - Google Patents

複数ア−ムの制御装置

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JPH0797290B2
JPH0797290B2 JP61173032A JP17303286A JPH0797290B2 JP H0797290 B2 JPH0797290 B2 JP H0797290B2 JP 61173032 A JP61173032 A JP 61173032A JP 17303286 A JP17303286 A JP 17303286A JP H0797290 B2 JPH0797290 B2 JP H0797290B2
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arms
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hand
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隆 三富
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複数アームを有する産業用ロボットの制御装
置、特に複数アームの同時動作の教示および再生に関す
るものである。
従来の技術 複数アームが同時動作を行う場合の動作教示としては以
下のようなものが考えられてきた。
第1の方法は、各アームごとに別個に動作位置が教示さ
れ、動作再生の際に動作の開始と終了が同期するような
工夫をしたものである。この方法では各アームごとに動
作位置が記憶されている。
第2の方法は、CAD/CAMとシミュレータに代表されるオ
フライン教示によるもので、オフライン教示システムに
よりアーム動作の手順や位置データが編集され、動作位
置に関する情報が各アームのコントローラにダウンロー
ドされる。この方法では、作業動作における複数アーム
のすべての動作位置が教示時点で決定され、各アームは
ダウンロードされたデータどおりに一定の動作を行う。
第3の方法は、マスタースレイブ方式をとるものであ
り、スレイブアームはマスターアームの動作と同じ動作
を行うような機構をもつ。この場合、常にマスターアー
ムの動作によってスレーブアームの動作が決定される。
発明が解決しようとする問題点 第1の方法では、各アームごとに動作位置が教示される
ために、アーム間の相対位置を保った動作を教示するこ
とが難しい。また、2台のアームの同時動作の場合、一
つの動作に対して2台のアームの動作位置を教示しなけ
ればならないというように、複数のアームの同時動作を
各アーム別個に教示するために、教示に手間がかかると
いう問題点がある。
第2の方法では、オフライン教示により動作位置データ
が編集されるため各アーム間の相対位置は考慮され得
る。しかし、教示時に各アームの動作位置または動作経
路が決定されていたため、例えば、複腕でワークを運ぶ
時にワークの大きさのバラツキによりセンサを用いて相
対位置を変化させるというように、再生動作実行時に各
アーム間の相対位置を変化させる必要のある場合に、既
に教示された複数アームの位置と変化する相対位置に矛
盾が生じ、対応できないという問題点がある。
第3の方法では、再生動作実行時にアーム間の相対位置
を変化させる場合については、マスタースレイブの機能
により対応が可能となっている。しかし、すべての位置
決めの基準がマスターアームとなっているため、マスタ
ーアームによりすべての動作位置を指定することにな
り、動作教示に制約となる。例えば第3図のように、ワ
ークの向きをその場で半回転させるという作業をマスタ
ースレイブアームを用いて行う時、マスターアームの動
作位置が同じであって、ワークの大きさが変化しアーム
間の相対位置が変化すると、ワーク位置がかわる。この
ように作業において基準となる位置がすべてマスターア
ームから直接に決定されない場合に、それに対応する動
作プログラムを作成することは手間がかかる。
問題点を解決するための手段 以上のような問題点を解決するために、本発明の複数ア
ームの制御装置は、複数アームの同時動作を行う時に与
えられる動作目標位置データは一つのアームに関するも
のであり、これがどのアームの動作目標位置であるかを
選択し切替える目標位置アーム選択切替え手段と、同時
動作開始時の各アームの位置を求める開始位置検出手段
を有し、更に第1発明では、同時動作開始時の各アーム
の相対位置を求める相対位置決定手段と、同時動作開始
時の各アームの位置と相対位置と与えられた動作目標位
置とから各アームの動作目標位置または経路を決定する
複数アーム動作位置決定手段を有しており、第2発明で
は、選択されたアームの同時動作開始位置と与えられた
動作目標位置とから各アームの動作すべき方向と距離を
求める目標変位決定手段と、各アームの同時動作開始位
置と動作すべき方向と距離とから各アームの動作目標位
置または経路を決定する複数アーム動作位置決定手段を
有している。
作用 第1図は第1発明の説明図である。制御装置内の動作プ
ログラムのあるステップで同時相対位置保持動作を行う
場合には、同時動作指定手段には同時動作であることを
示す信号aが入力され、同時に基準となるアームの識別
番号bと基準となるアームが動作すべき目標位置データ
cがそれぞれ目標位置アーム選択切替え手段と複数アー
ム動作位置決定手段に入力される。同時動作指定手段に
より開始位置検出手段と目標位置アーム選択切替え手段
は起動され、開始位置検出手段はアームの開始位置を検
出し相対位置決定手段複数アーム動作決定手段に送る。
相対位置決定手段は、目標位置アーム選択切替え手段か
ら送られたアーム識別番号を受け、各アーム開始位置の
選択されたアーム開始位置に対する相対位置を計算し、
複数アーム動作位置決定手段に送る。複数アーム動作位
置決定手段は与えられた目標位置データと各アームの相
対位置から各アームの動作目標位置を決定し、各動作目
標位置に応じた指令位置信号を各アームの駆動手段に送
る。
第2図は第2発明の説明図である。第1発明とは、次の
点で異なる。与えられた動作目標位置データcが目標変
位決定手段に入力され、これと選択されたアームの開始
位置とから目標変位決定手段が各アームの動作目標変位
を算出して複数アーム動作位置決定手段に送り、複数ア
ーム動作位置決定手段は各アームの開始位置と動作目標
変位とから各アームの動作目標位置を決定する。
第4図は、従来の方法と本発明の装置を使用した方法で
教示される点列の相違を示す説明図である。この例で
は、アーム1とアーム2が同時動作して、アーム1がP
1,P2,P3,P4を動作し、アーム2がP5,P6,P7,P8を動作す
る。(a)では、2台のアームについてすべての点の位
置を教示している。(b)では、アーム1がマスターア
ーム、アーム2がスレイブアームとなっており、アーム
1の動作点についてのみ教示され、アーム2の動作点は
アーム1の動作によって定まる。(c)は、本発明を用
いた場合であり、P1,P2,P3,P5,P8が教示されている。ア
ーム2の動作位置P6は、P1とP5の相対位置とアーム1の
動作位置P2とから決定され、アーム1の動作位置P4は、
P3とP7の相対位置とアーム2の動作位置P8とから決定さ
れる。
実施例 第5図は、本発明の一実施例におけるアームと制御装置
の説明図である。本実施例で使用されているアームは6
自由度の運動が可能な垂直多関節型アームであり、各関
節はモータにより駆動され、制御装置の指令によりハン
ドの位置と姿勢は動作範囲内において任意にとることが
できる。
ここで、ハンド位置とは、アーム先端で作業を行うため
に必要に応じて作業動作プログラムが参照する動作位置
のことであり、第5図のような6自由度の運動が可能な
アームの場合、アーム先端にとりつけられたハンドの位
置と姿勢を意味している。ハンドの位置と姿勢は、例え
ば、ハンドに固定した直交座標系(Xn,Yn,Zn)の原点
の位置座標(x,y,z)とオイラー角(θ,φ,ψ)の組
や、それに対応する4×4行列で表わされる。
第6図は制御装置の構成に関する説明図である。動作位
置指令手段および位置データ変換手段と、各位置検出手
段iと各駆動手段iは、それぞれプログラムされたマイ
クロコンピュータにより、その機能が実現されている。
各アームのハンド位置は位置検出手段により検出され、
動作位置指令手段に送られる。位置検出手段は、関節を
駆動するモータにとりつけられたエンコーダにより各関
節の回転角を検出し、予め設定されたアーム長およびハ
ンド位置のアーム先端からのオフセット等のデータを用
いてハンド位置を算出する。各駆動手段は、動作位置指
令手段からハンド位置の動作目標位置を設け、これを変
換して動作目標の関節角度を算出し、モータを駆動して
目標位置にハンドを移動する。駆動手段はハンドの移動
を完了すると動作終了信号を動作位置指令手段に返し、
動作位置指令手段は移動完了したアームに次の動作を指
令する。
各アームには個々に対応づけられた直交座標系があり、
位置検出手段と駆動手段ではこの座標系の位置データと
アームの関節角度との変換を行っているが、各アームの
座標系間相互の位置データの相対関係は位置データ変換
手段によって算出され、必要に応じて動作位置指令手段
からの指令で各アームの座標系間の変換を行う。
動作位置指令手段は、アームによる作業のプログラムを
アームの動作すべき位置データにして各アームに動作指
令するものである。実施例においては、例えば次のよう
なロボット言語のプログラムコードがある。
Arm1 GOTO Point1 Arm1,2 GOTO Point2 OF Arm2 rel ′Arm1,2 GOTO Point2 OF Arm1 rel Arm1,2 GOTO Point2 OF Arm2 par は、アーム1をPoint1で指示される位置に動作させる
ものである。この種のコードは、各アームを独立に動作
させるものであり、動作位置指令手段は各アームごとに
非同期で動作を行うことができる。そのため、複数アー
ムに同時動作を行う場合には、同時動作を行うアームの
駆動手段からの直前の動作指令に対する動作完了信号を
確認するまで待ち合わせを行う。
は、アーム1とアーム2を同時に動作させるものであ
り、アーム2をPoint2で指示される位置に動作させ、ア
ーム1は、アーム1のハンドとアーム2のハンドとの相
対位置が保たれる位置に動作させる。
′はと同じであるが、アーム1とアーム2の立場が
逆になっている。すなわち、アーム1をPoint2で指示さ
れる位置に動作させ、アーム2は、アーム1との相対位
置を保つように動作させる。
もアーム1とアーム2を同時に動作させるものである
が、との相違点は、ハンドの向きについての相対位置
を保つのではなく、アーム1とアーム2が同方向に同距
離だけ動作することである。
の動作は第1発明によって実現され、の動作は第2
発明によって実現される。いずれも、同時動作を行うア
ーム1,2が指定され、動作目標位置データが複数アーム
のうちの一つのアームのハンド位置Point2で指定され、
指定された位置データがアーム2に関するものであるこ
とを選択していることは同じである。
の動作が実行される場合について説明すると、まずプ
ログラムコードの解釈の結果、同時動作を指示する信号
と同時動作を行うアームの番号1と2が同時動作指定手
段に入力され、目標動作位置データPoint2とPoint2に動
作すべきアームの番号2がそれぞれ、複数アーム動作位
置決定手段と目標位置アーム選択切替え手段に入力され
る。同時動作指定手段から起動されて、開始位置検出手
段は、同時動作を行うアーム1及び2のその時点での位
置を検出するか、または、それまでの動作指令より同時
動作開始時の予定位置を算出し、相対位置決定手段は、
同時動作開始時の選択されたアーム2のハンド位置に対
するアーム1のハンド位置の相対位置を計算する。
アームiのハンド位置を Ri:3×3行列,Pi:3次元ベクトル とすると、アーム2のハンド位置に対するアーム1のハ
ンド位置の相対位置T12R2 T:R2の転置行列 として計算される。
さらに複数アーム動作位置決定手段は、選択されたアー
ム2の同時動作開始位置T2と、与えられた動作目標位置
データPoint2の指示する位置Txの間を補間する位置の列 T2(j)(j=0〜n) ただしT2(0)=T2,T2(n)=Tx を作成してアーム2の動作経路を作成し、これと相対位
置T12から、アーム1の動作経路を表わす位置の列を T1(j)=T2(j)T12(j=0〜n) により計算し、T1(j)をアーム1の駆動手段に、T
2(j)をアーム2の駆動手段に繰り返し(j=1〜
n)同期して送ることにより、アーム1とアーム2は、
互いのハンド位置の相対位置を保ちながら動作を行う。
の動作が実行される場合について説明すると、まずプ
ログラムコードの解釈の結果、同時動作を指示する信号
と同時動作を行うアームの番号1と2が同時動作指定手
段に入力され、目標動作位置データPoint2とPoint2に動
作すべきアームの番号2がそれぞれ、目標変位決定手段
と目標位置アーム選択切替え手段に入力される。同時動
作指定手段から起動されて、開始位置検出手段は、同時
動作を行うアーム1とアーム2の同時動作開始時の位置
T1,T2を算出し、目標変位決定手段は、目標位置アーム
選択切替え手段により選択されたアーム2の同時動作開
始位置T2と与えられた動作目標位置データPoint2の指示
する位置Txとから各アームの動作すべき変位量の列D
(j)(j=1〜n)を算出する。ただし、 D(j)はD(0)とD(n)を補間した位置 とする。さらに複数アーム動作位置決定手段は、同時動
作開始時の各アームの位置と動作すべき変位量から、各
アームの動作位置を、 Ti(j)=Ti・D(j)(i=1,2,j=1〜n) として、各アームの駆動手段に繰り返し(j=1〜n)
同期して送ることにより、アーム1とアーム2は、同じ
動作量だけ平行に動く。
発明の効果 以上のように本発明により、複腕作業の教示点の数が減
少し、マニュアル操作でアームを作業位置に動作させて
行う教示の手間が減少する。また、教示する動作位置の
アームが選択切替え可能となっているため、教示時に教
示するアームを適当に切替えることにより、複腕の位置
決め作業の教示が容易となる。さらに、同時動作を行う
複数アームの相対位置は、作業動作実行中の同時動作開
始時に決定されるため、センサ情報等により作業時に相
対位置を変更する必要のある場合にも、教示位置との矛
盾が生じることなく、動作プログラムの作成も容易とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の構成の説明図、第3図は
複腕動作の例の説明図、第4図は複腕動作教示点の説明
図、第5図は本発明の一実施例のアームと制御装置の説
明図、第6図は本発明の一実施例の制御装置の構成に関
する説明図である。 1……同時動作指定手段、2……開始位置検出手段、3
……目標位置アーム選択切替え手段、4……相対位置決
定手段、5……複数アーム動作位置決定手段、6……目
標変位決定手段、7……スレイブアーム、8……マスタ
ーアーム、9……アーム1、10……アーム2、11……制
御装置、12……アーム、13……位置検出手段、14……駆
動手段、15……動作位置指令手段、16……位置データ変
換手段。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】個々に独立した動作が可能な複数のアーム
    の制御を行い、前記各アームのハンド位置検出手段と、
    与えられた動作目標位置データにもとづいて指令位置信
    号を発生する動作位置指令手段と、前記指令位置信号に
    応じた位置にハンドを動作させるアーム駆動手段と、各
    アームのもつ座標系間相互の位置データ変換手段を有す
    る制御装置であって、前記位置指令手段が、複数アーム
    の同時相対位置保持動作を行うことを指定する同時動作
    指定手段と、同時動作を行う場合に与えられた動作目標
    位置データが一つのハンド位置に関するものであり、前
    記動作目標位置データがどのアームのハンドに関するも
    のであるかを選択し切替える目標位置アーム選択切替え
    手段と、同時動作を行う各アームの同時動作開始時にお
    けるハンド位置を検出または算出する開始位置検出手段
    と、同時動作開始時における前記各アームのハンドの選
    択されたアームハンドに対する相対位置を算出する相対
    位置決定手段と、各アームの同時動作開始時のハンドの
    選択されたアームハンドに対する相対位置と前記与えら
    れた動作目標位置データとから各アームの動作目標位置
    または動作目標経路を決定する複数アーム動作目標位置
    決定手段とを有することを特徴とする複数アームの制御
    装置。
  2. 【請求項2】駆動手段はアームの動作が完了する時にア
    ーム動作完了信号を動作位置指令手段に返し、同時動作
    を行う場合には、同時動作を行うすべてのアームが前の
    動作を完了したか否かを前記同時動作指定手段が動作完
    了信号により確認し、前の動作完了を待ち合わせること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の複数アームの
    制御装置。
  3. 【請求項3】アームの数が3以上である場合に、同時動
    作指定手段が、同時動作を行うアームの組み合わせを判
    別することにより任意の組み合わせの同時動作が可能で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の複数
    アームの制御装置。
  4. 【請求項4】個々に独立した動作が可能な複数のアーム
    の制御を行い、前記各アームのハンド位置検出手段と、
    与えられた動作目標位置データにもとづいて指令位置信
    号を発生する動作位置指令手段と、前記指令位置信号に
    応じた位置にハンドを動作させるアーム駆動手段と、各
    アームのもつ座標系間相互の位置データ変換手段を有す
    る制御装置であって、前記位置指令手段が、複数アーム
    の同時平行動作を行うことを指定する同時動作指定手段
    と、同時動作を行う場合に与えられた動作目標位置デー
    タが一つのハンド位置に関するものであり、前記動作目
    標位置データがどのアームのハンドに関するものである
    かを選択し切替える目標位置アーム選択切替え手段と、
    同時動作を行う各アームの同時動作開始時におけるハン
    ド位置を検出または算出する開始位置検出手段と、前記
    選択されたアームの開始位置と前記与えられた動作目標
    位置データから各アームの動作すべき方向と距離を決定
    する目標変位決定手段と、各アームの同時動作開始時に
    おけるハンド位置と前記動作すべき方向と距離とから各
    アームの動作目標位置または動作目標経路を決定する複
    数アーム動作目標位置決定手段とを有することを特徴と
    する複数アームの制御装置。
  5. 【請求項5】駆動手段はアームの動作が完了する時にア
    ーム動作完了信号を動作位置指令手段に返し、同時動作
    を行う場合には、同時動作を行うすべてのアームが前の
    動作を完了したか否かを前記同時動作指定手段が動作完
    了信号により確認し、前の動作完了を待ち合わせること
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の複数アームの
    制御装置。
  6. 【請求項6】アームの数が3以上である場合に、同時動
    作指定手段が、同時動作を行うアームの組み合わせを判
    別することにより任意の組み合わせの同時動作が可能で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の複数
    アームの制御装置。
JP61173032A 1986-07-23 1986-07-23 複数ア−ムの制御装置 Expired - Lifetime JPH0797290B2 (ja)

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