JPH087615B2 - ロボットの手首姿勢変更装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロボットの手首部の姿勢をより自由度の
高い姿勢に自動的に変更できるようにしたロボットの手
首姿勢変更装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

ロボットの操作においては、ロボットの各間接部の軸
角度を指定して各軸をそれぞれ別々に動作させる各軸操
作と、第５図に示すようにツール先端の３次元直交座標
（X,Y,Z）とツールの姿勢を決めるツールの方向（a,b,
c）を指定してロボットを駆動する直交操作と、の２つ
の方法が一般的に使われている。

上記２方法のうちの直交操作においては、ツール先端
の位置及び方向（X,Y,Z,a,b,c）が指定されると、６軸
ロボットの場合、この直交座標（X,Y,Z,a,b,c）をロボ
ットの各軸角度（θ1,〜，θ６）に変換してロボットを
駆動するが、上記変換の際、上記直交座標（X,Y,Z,a,b,
c）だけでは各軸角度（θ1,〜，θ６）に複数の解が存
在してしまうので、直交座標以外に手首部の姿勢を決め
るパラメータを用いて各軸角度（θ1,〜，θ６）を１つ
に決定するようにしている。

ところが、この種のロボットにはロボットの手首部の
各軸には、通常例えば−180°≦θ４≦180°、−160°
≦θ５≦160°、−360°≦θ６≦360°というように、
動作可能範囲が設定されており、上記変換処理で求めら
れた各軸角度が例えば、（θ4,θ5,θ６）＝（180°,0
°,180°）や（θ4,θ5,θ６）＝（０°,0°,360°）と
いうような自由度（正負の両回転方向に対する回転角度
の余裕度をいう、したがって、上記動作可能範囲の場合
はθ４＝０°，θ５＝０°，θ６＝０°が最も自由度が
大きい））の少ないものであった場合、オペレータがこ
の後の操作で所要の位置及び方向を指定してロボットを
駆動しようとしても、ロボットが動かなくなってしまう
ことがある。この状態で、オペレータが手首部の姿勢を
より自由度の高いものに変更しようとしても前述した各
軸操作や直交操作では容易に変更できない。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、
ロボットの手首部の姿勢を自由度の高いものに簡単かつ
自動的に変更することができるロボットの手首姿勢変更
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、手首部に３軸を有し、前記手首部の先
端にツールを取り付けたロボットにおいて、 ロボットの姿勢を変更するための操作ボタンと、現在
のツールの先端位置およびその方向を直交座標系で求め
るツール先端位置測定手段と、前記操作ボタンが投入さ
れると、前記ツール先端位置測定手段の出力からこのツ
ール先端位置および方向を取り得るロボットの各軸の角
度の組み合わせを全て求める第１の演算手段と、この第
１の演算手段によって求められた複数の各軸の角度の組
み合わせのうちの手首部３軸の角度と予め設定された手
首部３軸の動作可能範囲とに基ずき前記動作可能範囲の
中央点からのずれ量を示す指数を前記各組み合わせにつ
いてそれぞれ求め、これらの指数のうちの最小値をとる
前記各軸角度の組み合わせを選択する第２の演算手段
と、この第２の演算手段によって選択された各軸の角度
に従ってロボットの各軸を駆動して手首部の姿勢を変更
する駆動手段とを具えるようにする。

〔作用〕 かかる本発明の構成では、所定の操作ボタンが投入さ
れると、まず現在のツールの先端位置及び方向を取り得
る全ての各軸角度の組み合わせが算出される。そして、
これらの姿勢の中で手首部の各軸の回転角度が各軸の動
作可能角度範囲の中央付近に近いものを選択し、ロボッ
トの各軸角度を前記選択した回転角度に変更するようロ
ボットを駆動する。

〔実施例〕

以下、この発明の添付図面に示す実施例にしたがって
詳細に説明する。

第２図は、この発明を適用するロボットRBを示すもの
であり、このロボットは第１軸１〜第６軸６を有し、第
６軸６に図示しないツールが取り付けられる。この場
合、第４軸４〜第６軸６の部分を手首部と称している。
第１軸〜第６軸の軸角度はθ１〜θ６で表わす。

かかる６軸ロボットRBは、第３図に示すように、ロボ
ットコントローラ10に接続され、このロボットコントロ
ーラ10の制御によって駆動される。また、ロボットの各
軸の角度は図示しないエンコーダなどによって検出さ
れ、これらの検出信号はロボットコントローラ10に入力
されている。ロボットコントローラ10にはティーチング
ボックス20が接続され、このティーチングボックス20か
らティーチング指令が出力される。このティーチングボ
ックス20には、ティーチング用の通常の操作ボタンの他
に、姿勢変更用の操作ボタン30が設けられている。この
操作ボタン30を投入することにより、後述するロボット
コントローラ10の制御によってロボットの姿勢がより自
由度の大きい姿勢に変更される。

以下、第１図のフローチャートにしたがって上記姿勢
変更の際の動作を説明する。

ティーチングなどの際、ロボットが動かなくなって、
オペレータが手首部の姿勢をより自由度の高いものに変
更しようと判断した場合、上記姿勢変更用の操作ボタン
が投入される。

ロボットコントローラ10は、この操作ボタン30の投
入を検出すると（ステップ100）、現在のツールの位置
及びその方向（X,Y,Z,a,b,c）をロボットの各軸に取り
付けられたエンコーダの出力などから求める（ステップ
110）。

次に、この直交座標（X,Y,Z,a,b,c）をロボットの
各軸の角度（θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ６）に変換する
（ステップ120）。ただし、この変換においては、従来
技術で用いていた手首姿勢を決めるパラメータは用いな
い。したがって、この変換においては、直交座標（X,Y,
Z,a,b,c）をとり得る解は複数組存在する。このように
して求まった複数組の解をθt1,θt2,θt3,θt4,θt5,
θt6（ｔ＝1,2,3,……）とする。

ここで、手首部３軸の動作可能範囲の下限をθxmin
とし、上限をθxmaxとする（ｘ＝4,5,6）。

すなわち、 θ4min≦θ４≦θ4max θ5min≦θ５≦θ5max θ6min≦θ６≦θ6max となっているとする。

次に、前記求めた複数組の解θt1,θt2,θt3,θt4,
θt5,θt6（ｔ＝1,2,3,……）のなかで手首部の各軸回
転角（θt4,θt5,θt6）が各軸の動作可能範囲（θxmin
〜θxmax,x＝4,5,6）の中央角度（θxmin＋θxmax/2,x
＝4,5,6）に近い解を選択する（ステップ130）。

具体的には、前記求めた複数組の解それぞれについ
て、手首部の各軸回転角（θt4,θt5,θt6）と上記動作
可能範囲（θxmin〜θxmax,x＝4,5,6）とを下式（１）
に代入することで動作可能範囲の中央角度からのずれ量
を示す指数Ptを算出する。

上記（１）式によって求めた複数組の解について各
指数P1,P2,P3,P4,…のうち値が最小のものを選択する。
このようにして選択された各軸角度は、ロボットのツー
ル先端の位置及び姿勢を現在の直交座標（X,Y,Z,a,b,
c）に位置させることができる各軸角度のうちで最も自
由度が大きいものである。ロボットコントローラ10で
は、このようにして選択した各軸角度を指令値としてロ
ボットRBを駆動し、これによりロボットの各軸の姿勢を
より自由度の高いものに変更する（ステップ140）。

かかる姿勢変更制御の一例を第４図に示す。この第４
図では、手首部の動作可能範囲を、−180°≦θ４≦180
°、−160°≦θ５≦160°、−360°≦θ６≦360°とし
ている。

すなわち、第４図（ａ）に示すように、手首部の各軸
角度が（θ4,θ5,θ６）＝（180°,0°,180°）となっ
て、第４軸角度θ４と第６軸角度θ６の自由度が悪くな
った場合、姿勢変更用の操作ボタン20を投入するように
すれば、第４図（ｃ）に示すように、手首部の各軸角度
が（θ4,θ5,θ６）＝（０°,0°,0°）となって、これ
ら手首部の自由度を最良に変更することができる。、第
４図（ａ）の場合には第４軸が180°から０°へ回転さ
れるが、これと共に第６軸も180°から０°へ回転され
るので、ツール先端の位置及びその方向を変化すること
なく手首部の自由度が最良に変更されている。

第４図（ｂ）は、各軸角度が（θ4,θ5,θ６）＝（０
°,0°,360°）となって、第６軸角度θ６の自由度が悪
くなった場合であるが、この場合も本姿勢変更制御を実
行させることで、第４図（ｃ）に示すように、手首部の
各軸角度が（θ4,θ5,θ６）＝（０°,0°,0°）とな
り、これによりツール先端の位置及びその方向を変化す
ることなく手首部の自由度を最良に変更させることがで
きる。

なお、実施例では６軸ロボットについて示したが、本
発明は３軸の手首部を持つ他の軸構成を持つロボットに
対しても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、所定の操作ボ
タンを投入するだけで、ツール先端の位置及び方向を変
化することなくロボットの各軸の自由度を最上なものに
変更できるようになり、これによりティーチングなどの
際のロボット操作を簡単かつ効率よくなし得るようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すフローチャート、第２
図はこの発明を適用するロボットの一例を示す図、第３
図はロボットの制御系の構成を示す図、第４図は上記実
施例の具体例を示す図、第５図は６軸ロボットを示す図
である。 １〜６…ロボット軸、10…ロボットコントローラ、20…
ティーチングボックス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】手首部に３軸を有し、前記手首部の先端に
   ツールを取り付けたロボットにおいて、 ロボットの姿勢を変更するための操作ボタンと、 現在のツールの先端位置およびその方向を直交座標系で
   求めるツール先端位置測定手段と、 前記操作ボタンが投入されると、前記ツール先端位置測
   定手段の出力からこのツール先端位置および方向を取り
   得るロボットの各軸の角度の組み合わせを全て求める第
   １の演算手段と、 この第１の演算手段によって求められた複数の各軸の角
   度の組み合わせのうちの手首部３軸の角度と予め設定さ
   れた手首部３軸の動作可能範囲とに基ずき前記動作可能
   範囲の中央点からのずれ量を示す指数を前記各組み合わ
   せについてそれぞれ求め、これらの指数のうちの最小値
   をとる前記各軸角度の組み合わせを選択する第２の演算
   手段と、 この第２の演算手段によって選択された各軸の角度に従
   ってロボットの各軸を駆動して手首部の姿勢を変更する
   駆動手段と、 を具えるロボットの手首姿勢変更装置。