JPH11198071A

JPH11198071A - 冗長ロボットの冗長軸位置決定方法

Info

Publication number: JPH11198071A
Application number: JP674898A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Watanabe; 洋和渡邊; Haruhiro Tokida; 晴弘常田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: JP3638775B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冗長軸以外の軸の動作に際して冗長軸の適正
位置を決定し、冗長軸以外の軸の直線動作を補間する。【解決手段】冗長軸以外の軸３により定まる特異点５
を冗長軸２を動かすことによって得られる特異点軌跡５
１と、アクセス方向ａとにより冗長軸２の位置を決定す
る。この場合、冗長軸２に対するアーム先端３３ａの移
動する方向が含まれる領域の主要方向をアクセス方向ａ
として規定し、２つのアームにより特異点軌跡５１を求
める一方、アクセス方向ａと特異点軌跡５１から移動部
材のアームとの関節部位置を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冗長ロボットの冗
長軸位置決定方法に関する。更に詳述すると、本発明
は、冗長ロボットの冗長軸を拘束する条件の付与方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】平面位置決めに関し、図１４に示すよう
な各アーム３２，３３による２関節型ロボット１１にお
いては、アーム３３先端の目標位置の座標が与えられれ
ば各関節や各アーム３２，３３の位置が一義的に定まり
ロボット１１の姿勢もおのずと決まるのに対し、冗長な
自由度を持つロボットの場合にあっては目標位置の他に
冗長軸の決定条件が必要となる。即ち、図１５に示すよ
うな冗長軸２を有する冗長ロボット１では当該冗長軸２
によるアーム２１先端の位置を直接決定しなければなら
ないし、また図１６に示すような水平走行軸２２を有す
るスカラロボットの場合には、水平走行軸２２を冗長軸
２とみなして走行軸位置を直接決定しなければならな
い。

【０００３】このように、２次元の平面上でマニピュレ
ータを位置決めする際の最低必要自由度は２であり、２
関節の場合は目標位置に対して姿勢が定まる（ただしス
カラの場合右、左の違いは存在している）のに対し、こ
れにもう一つ関節が加わるとマニピュレータの自由度が
増えて上述したように姿勢が定まらなくなり、軸の位置
を一義的に決定できなくなる場合が生じる。そこで、冗
長ロボット１の動作に際しては、まずその冗長な軸２を
位置決めし、拘束してから残りの２関節の位置を定める
ようにしている。このように冗長軸２を拘束すれば、残
りの軸の位置は一義的に定まる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冗長ロ
ボット１の冗長軸２が固定された場合に、冗長軸２以外
の残りの軸において、２関節ロボットに特有の問題が生
じることがある。即ち２関節ロボット１１ではアームが
重なる位置に特異点５と呼ばれる地点があり、アーム上
の一点を直線運動させるような場合に、その直線軌跡と
特異点５とがずれているとその特異点５を経過すること
ができずに動作不能となってしまうことがあるという問
題がある。また図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、特
異点５の近傍において各アーム３２，３３に動力学的に
無理な運動をさせてしまうという問題もある。この場合
第１アーム（３関節ロボットにおける第２アームに相
当）３２と、第２アーム（同第３アームに相当）３３と
が特異点５の近傍で大きく回り込まなければならなくな
っている。なお、図１７において符号６，１０はそれぞ
れハンド、搬送対象物（ワーク）を示している。

【０００５】このような問題は、冗長ロボット１の冗長
性を生かした最適な姿勢をとれば回避され得るものでは
あるが、従来は冗長軸２に適正な決定条件を付与しない
ままその位置を決定してしまっていたためにそのような
回避が困難であった。あるいは、プログラムなど何らか
の決定条件を付与したとしても、冗長軸２は各ロボット
の構造に依存しているものなので、同じ決定条件であっ
ても機構の異なるロボット間では互換性がなくなってし
まうことがあった。

【０００６】そこで、本発明は、アームの動作に際し、
冗長軸の適正位置を決定して直線動作を補間することが
できる冗長ロボットの冗長軸位置決定方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の冗長ロボットの冗長軸位置決
定方法では、ある平面に関して冗長な自由度を有する冗
長ロボットの冗長軸位置決定方法において、冗長軸以外
の軸により定まる特異点を冗長軸を動かすことによって
得られる特異点軌跡と、アクセス方向とにより冗長軸の
位置を決定するようにしている。

【０００８】ここで導入されるアクセス方向とは、冗長
ロボットの冗長軸以外における所定位置の移動方向を表
すための概念であり、具体的にはアーム先端の移動可能
領域における主要移動方向を表している。例えば冗長ロ
ボットによりワークを搬送する場合、各アームの動きを
組み合わせれば当該ワークをどの方向へも移動させるこ
とが可能となる。ここではそのうちの主要移動方向、即
ち当該ワークを搬送させようとする方向を示すものとし
て定義している。冗長軸は、ワーク（あるいはアーム先
端など）がアクセス方向と平行に移動したときの直線軌
跡が特異点を通過するような最適位置に設定され、この
冗長軸以外における所定位置の直線動作が補間されるよ
うにしている。このように直線動作が補間されることに
よって、冗長ロボットの動作の際、冗長軸以外の所定位
置が特異点を経由できずに動作不能となったり、動力学
的に無理な運動が生じてしまったりするなどの事態が回
避される。

【０００９】請求項２記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、冗長ロボットは、冗長軸を構成す
る移動部材に関節部を介して順次連結された２つの回動
可能なアームを有し、冗長軸に対するアーム先端の可動
領域の主要方向をアクセス方向として規定し、２つのア
ームにより特異点軌跡を求める一方、アクセス方向と特
異点軌跡から移動部材のアームとの関節部位置を決定す
るようにしている。したがって３関節ロボットにおける
冗長軸たる移動部材が最適位置に設定され、それ以外の
軸、即ち２つの回動可能なアームが動作不能となったり
無理な運動をしたりすることなく回動できるようにな
る。

【００１０】請求項３記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、移動部材は水平方向に移動する水
平走行軸である。したがってこの水平走行軸が拘束され
ることによって冗長ロボットの冗長な自由度がなくな
る。しかもこのとき、水平走行軸は最適位置に設定され
るため、この冗長軸以外のアームの滑らかな動作が確保
される。

【００１１】請求項４記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、移動部材は回動可能なアームであ
る。したがってこの回動可能である冗長なアームが拘束
されることによって冗長ロボットの冗長な自由度がなく
なる。しかもこのとき、冗長なアームは最適位置に設定
されるため、この冗長なアーム以外のアームの滑らかな
動作が確保される。

【００１２】請求項５記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、２つのアームは、右手姿勢か左手
姿勢かにより求める特異点軌跡を異ならせるようにして
いる。したがって冗長ロボットの目標位置が当該冗長ロ
ボットの右手側にあるときは右手側の特異点軌跡が用い
られ、左手側のときは左手側の特異点軌跡が用いられて
移動部材の最適位置が求められる。

【００１３】請求項６記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法では、少なくとも３軸の移動可能な関節部を連
結することによりロボットアームの所定位置がある平面
において冗長な自由度を有するように構成された冗長ロ
ボットの冗長軸位置決定方法において、３軸のうちの冗
長軸以外の連結された２軸によって定まる特異点を、冗
長軸を動かすことによって得られる特異点軌跡を求める
一方与えられた目標位置に対してロボットアームの所定
位置の可動領域の主要方向をアクセス方向として定め、
特異点軌跡と目標位置を通るアクセス方向に平行な直線
とにより形成される交点を基準として冗長軸である残り
の軸位置を求めるようにしている。

【００１４】よって冗長軸は、ロボットアームの所定位
置の直線動作が補間されるように最適位置に設定され
る。このようにして冗長軸が設定・固定されると、ロボ
ットアームの所定位置が交点を通過するように冗長軸以
外のアームが回動可能となる。交点は特異点軌跡と目標
位置を通るアクセス方向に平行な直線とにより形成され
ており、冗長ロボットの動作の際にロボットアームの所
定位置がこの交点を通過するようにされるので、ロボッ
トアームが特異点を経由できずに動作不能となってしま
ったり、動力学的に無理な運動が生じてしまったりする
などの事態が回避される。

【００１５】請求項７記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、特異点軌跡はアクセス方向に平行
なある直線と一点のみ交差するように求める領域が設定
されてなる。したがって目標位置とアクセス方向とによ
って冗長軸の最適位置が一義的に決定される。

【００１６】請求項８記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法においては、特異点軌跡の中心と交点とを結ぶ
直線の角度θ１を求め、冗長軸の角度をその角度θ１と
等しく設定するようにしている。このように冗長軸が設
定・固定されることによって、ロボットアームの所定位
置が交点を通過するように冗長軸以外のアームが回動可
能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１〜図１９に本発明の冗長ロボット１の
冗長軸位置決定方法の一実施形態を示す。この冗長ロボ
ット１の冗長軸位置決定方法では、アクセス方向ａとい
う概念を導入し、このアクセス方向ａを利用して冗長軸
２の最適位置（例えば回動アームの場合は回転角θの
値）を見つけだすようにしている。これは、ある平面に
関して冗長な自由度を有する冗長ロボット１の、冗長軸
以外の軸３により定まる特異点５を冗長軸２を動かすこ
とによって得られる特異点軌跡５１と、アクセス方向ａ
とにより冗長軸２の適正位置を決定しようとするもので
ある。この場合、冗長ロボット１は、冗長軸２を構成す
る移動部材に関節部４を介して順次連結された２つの回
動可能なアーム（第２アーム３２、第３アーム３３）を
有し、冗長軸２に対するアーム先端３３ａの可動領域の
主要方向をアクセス方向ａとして規定し、２つのアーム
３２，３３により特異点軌跡５１を求める一方、アクセ
ス方向ａと特異点軌跡５１から移動部材のアームとの連
結部である関節部４の位置を決定するようにしている。

【００１９】まず、本発明において導入されている概念
であるアクセス方向ａについて説明する。アクセス方向
ａは、例えば図２に示すように、カセットやロードロッ
クなどの収容部７の開口している面へハンド６などが挿
入するときの方向を示す概念として示されている。図２
の場合、アクセス方向ａは、ハンド６を開口面に対し真
っすぐに挿入させるように、図示するＸ軸、Ｙ軸方向に
平行なものとされている。ただし方向はこのようなもの
に限られず、例えば図１１、図１２などに示すように、
Ｘ軸（Ｙ軸）に対して角度を有するように斜めに設定さ
れても構わない。この場合、アームの所定位置（例えば
アーム先端３３ａ）が移動する軌跡を、以下では便宜
上、アーム軌跡といい図６や図７に示すように符号Ｌで
表すことにする。このアクセス方向ａは厳密なものであ
る必要はなく、数度程度の多少の誤差を含んでいても冗
長軸２の位置決め精度に大きな影響を与えることはな
い。冗長ロボット１などのロボットマニピュレータでＸ
−Ｙ平面の精度を確保するために通常行われるティーチ
ング作業時、このアクセス方向ａが決定していればマニ
ピュレータの姿勢は一義的に決定され、純粋な再現精度
により精度が確保され得るようになる。

【００２０】次に、冗長ロボット１も含めたロボットの
姿勢（＝ポーズ）の分類について説明する。図３に示す
２関節ロボット１１のように、冗長でない水平２関節型
マニピュレータは１つの座標に対して２種類の位置決め
姿勢、即ち図３（Ａ）に示す左手のような左姿勢と、図
３（Ｂ）に示す右手のような右姿勢とをとることができ
る。このような２種類の姿勢のどちらになるかは、逆機
構解を解くとき三角関数の範囲や自乗根の演算の際に生
じる符号の選択としてこの逆機構解の中に現れる。この
逆機構解より実際の数値を選択するにはこの符号選択や
逆三角関数の範囲をどこに取るかによって図４や図５の
様にアーム３２，３３の姿勢が変化し、これらアーム３
２，３３の可動角度によって位置決めできる領域も異な
ってくる。これらの姿勢としては、可動領域内であれ
ば、Ｘ−Ｙ平面の１点の座標から角度を求めるに際して
右姿勢と左姿勢のどちらが選択されていても問題はな
い。ただし、移動先へ向かう途中の特異点５近傍で無理
なアーム動作が生じる場合や、特異点５を経由しないと
きに所望の姿勢では到達不可能となる場合などを考慮す
ると、実際のロボットの作業においてどのような姿勢が
最適になるかを見定めるようにすることが必要となる。
このためには、アプリケーションの動作を大まかに検討
し、そのアプリケーションの必要とする位置決めすべき
座標と動作経路により決定することが好ましい。

【００２１】冗長ロボット１は、図２などに示すような
冗長軸２を有するロボットであり、ここでは、少なくと
も３軸の移動可能な関節部４を連結することによりロボ
ットアームの所定位置がある平面において冗長な自由度
を有するように構成されている。この場合の所定位置と
は、例えばアーム先端３３ａであり、あるいはハンド６
の先端である。また、この冗長ロボット１は図４及び図
５に示すような４種類の姿勢をとることができる。即
ち、冗長軸２に対するワークなどの搬送対象物（以下単
に「ワーク」という）１０の位置関係により右手姿勢
（以下「Right」という）と左手姿勢（以下「Left」と
いう）とに分けられるのは上述のとおりであり、更に冗
長軸２とワーク１０の距離によって冗長ロボット１のア
ーム３２，３３の姿勢が変わるので、図示するように遠
い場合（以下「Far」という）と近い場合（以下「Nea
r」という）とに分けられるため、これらの組み合わせ
により４種の姿勢が得られることになる。このように、
Rightか Leftかで２つのアーム３２，３３は、右手姿勢
か左手姿勢かにより求める特異点軌跡５１を異ならせて
いる。

【００２２】ここで、ワーク１０を直線動作で搬送する
際の冗長ロボット１の姿勢を、水平冗長３軸マニピュレ
ータにおいて考察する。ここでは、３軸のうちの冗長軸
２以外の連結された２軸によって定まる特異点５を冗長
軸（第１アーム）２を動かすことによって得られる特異
点軌跡５１を求める一方与えられた目標位置である予点
Ｐ０に対してロボットアームの所定位置の可動領域の主
要方向をアクセス方向ａとして定め、特異点軌跡５１
と、目標位置Ｐ０を通るアクセス方向ａに平行な直線と
により形成される交点Ｓ０を基準として冗長軸２である
残りの軸の適正位置を求めるようにする。

【００２３】まず、上述したようにそれぞれのカセット
などの収容部７からワーク１０を移動させる動作には大
きく分類して４種類の姿勢があるので、これらを便宜上
それぞれ「Far Right」、「Near Right」、「Near Lef
t」、「Far Left」と名付けると共に、以下ではこれら
の４姿勢のうちNear Rightを例として挙げ考えることと
する。

【００２４】図１に示すように、Ｘ軸に対する冗長軸２
の角度をθ１、冗長軸２に対する第２アーム３２の角度
をθ２、第２アーム３２に対する第３アーム３３の角度
をθ３とする。この場合、図６に示すようなNear Right
における引き出し動作によって、各アームはθ３が＋と
なるように、θ２が−となるように回転する。そして第
２アーム３２と第３アーム３３とが特異点５にて重なる
状態（図６中のＸ軸上にある状態）を経由し、第３アー
ムはπ以上（最大２π）の角度まで回転する。同様にし
て、図７に示すように、Near Leftにおいても第３アー
ムは０〜２πの範囲をとり得る。各アームが図６及び図
７に示すような動作をしたときのθ３の可動範囲をそれ
ぞれ同図中に円弧状に矢示する。なお、冗長軸２、第２
アーム３２、第３アーム３３の長さは図１のようにそれ
ぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３で示されている。

【００２５】このようなNear動作においては、図６や図
７のようにアーム軌跡Ｌ上に特異点５が位置していれ
ば、各アーム３２，３３はこの特異点５を経由するよう
に動作することが可能となる一方、そうでない場合には
動作不能になる。即ち、特異点５を経由しないことには
直線動作の際の引き出し距離を充分に確保できないこと
から、Near Rightでθ３がπを経過する（第２アーム３
２、第３アーム３３が特異点５で重なり更に回動する）
こともできなくなり、補間動作を行い得なくなる。実際
には、この特異点５の位置は第１アームたる冗長軸２の
角度θ１を変化させることで移動することもあるので、
この観点から冗長パラメータを決定するようにする。こ
のように、Nearにおける冗長パラメータの決定を行うに
は、特異点５を経由させるための補間動作を円滑に行う
ための逆機構解の解法アルゴリズムが必要とされる。そ
こで、以下のようにして冗長パラメータたる冗長軸２の
姿勢を決定する。

【００２６】図１に示すＸＹ平面上の予点Ｐ０（Ｐ０
Ｘ，Ｐ０Ｙ）から、図８に示すように特異点軌跡５１に
対し直線Ｌを引く。直線Ｌは、いうまでもなくアクセス
方向ａに平行である。この場合の特異点軌跡５１は、第
２アーム３２をＸ軸に平行にしたときの第２アーム３２
上の特異点５が、冗長軸（第１アーム）２を回転させた
ときに描く軌跡として、図１などに示すように半円状の
破線により示されている。即ち、特異点軌跡５１はθ２
＝−θ１かつθ３＝π、つまりＸ軸に第２アーム３２、
第３アーム３３が平行で且つ第３アーム３３が第２アー
ム３２に重なっている状態において冗長軸（第１アー
ム）２を１回転（あるいは半回転）させたときの所定の
位置が描く円弧の方程式で表される。また直線Ｌはあら
かじめ決められているアクセス方向ａと同一の方向成分
をもつ直線であり、これにより図８に示すような特異点
軌跡５１との交点Ｓ０（Ｓ０Ｘ，Ｓ０Ｙ）が求められ
る。交点Ｓ０には通常２つの解が存在するが、この場合
の特異点軌跡５１は直線Ｌと１点のみ交差するように求
める領域が設定され、アクセス方向ａをＹ軸一方向とし
た場合の＋側の解のみが得られるようにされている。

【００２７】このようにして求められたＳ０に対しθ１
＝ｔａｎ^-1（Ｓ０Ｙ／（Ｓ０Ｘ−（Ｌ２−Ｌ３）））な
るθ１を決定し、特異点軌跡５１の中心と交点Ｓ０とを
結ぶ直線の角度θ１を求める（Right状態でのθ１の範
囲は−π／２＜θ１＜π／２）。このようにθ１が決定
されたら、図８に示すように、冗長軸２の角度をその角
度θ１と等しくなるように設定し、固定させるようにす
れば良い。これにより関節部４の最適位置が決まり、冗
長軸２たる第１アームは冗長でなくなり、逆機構解が決
定される。このような決定方式は、図９に示すように、
予点Ｐ０と別の予点Ｐｍに対して別の補間動作を行う場
合に各アームが連続的に動作しながらθ２、θ３により
作られる特異点５を経由できるメリットがある。なお、
ここまでの冗長軸位置決定の流れを、図１８に示す。

【００２８】ここまで説明したような冗長ロボット１の
適用として考えられるワーク１０のハンドリング作業
（図１５）では、カセットなどの収容部７からウェハな
どのワーク１０を抜き出し、プロセス装置のロードロッ
クなどヘこのワーク１０を移載し、プロセスの終了した
ワーク１０をロードロックより受け取ってカセットに戻
すなどの作業が遂行される。このような作業は通常クリ
ーン環境で行われるため、クリーン設備の床面積は設備
コスト（＝製造コスト）を下げるうえで重要な問題であ
り、いたずらにサイズの大きなロボットを使用する事は
できない。

【００２９】そこで、これまでのような移動部材が回動
可能なアーム２１とされた冗長水平３関節アームだけで
なく、図１６のような移動部材が水平方向に移動する水
平走行軸２２とされたロボットでも同様の方式をとるこ
とができるようにされている。この場合、図１０に示す
走行軸方向はｂで表され、特異点軌跡５１はこの走行軸
方向ｂに平行な直線となる。また、予点Ｐ０からアクセ
ス方向ａへの直線を引き、特異点軌跡５１と交わった点
が交点Ｓ０である。ここでは、特異点５を作動させて補
間動作が連続するように水平走行軸２２における位置が
自動的に調整される。この冗長軸位置決定方法を示すフ
ローチャートを図１９に示す。

【００３０】一方、Farの姿勢における冗長軸（第１ア
ーム）２の角度決定においては、Nearの場合と異なり、
特異点５を通らなければ直線が引けないといった状態は
なく完全冗長であるため、θ１を任意に決定し得る。同
じ直線軌跡を描かせる場合でも、冗長軸２の角度の取り
方により図１１または図１２に示すような場合が考えら
れ、明らかに図１２の方が動力学等速直線動作として無
理が無い状態である。そこで、図１２のような冗長軸２
の角度を決定する方法として、図１３のような方法があ
る。

【００３１】また、第２アーム３２、第３アーム３３の
長さが等しいかあるいは近い（Ｌ２≒Ｌ３）場合、θ３
＝πでの特異点５近傍で動力学的等速直線動作が困難な
ので、この状態を回避するため図１３に示すように、予
点Ｐ０よりアクセス方向ａへの直線Ｌを引きここから充
分なマージンＭ０をとった所に特異点５が位置するよう
にθ１を決定すれば良い。

【００３２】本発明の冗長ロボット１の冗長軸位置決定
方法によれば、冗長軸２の位置決定条件として導入され
たアクセス方向ａという概念により、冗長軸２の最適位
置を決定することができるようになり、特異点５近傍で
の直線補間動作が可能になる。また本発明によれば、数
度程度の多少の誤差を含んでいても位置決め精度に影響
を与えることがなく、このアクセス方向ａでの誤差は最
終のＸ−Ｙ平面の誤差としては無関係にすることがで
き、また特異点５以外の位置ではＸ−Ｙ平面上の精度は
逆機構解の入力値と一致させるような演算方法をとるこ
とが可能である。

【００３３】また、ロボットの構造によらず普遍的に冗
長軸決定条件を記述できるようになり、プログラムの可
読性、可搬性が向上する。またロボットアプリケーショ
ンを考慮した場合、冗長ロボット１の据え付け位置とワ
ーク１０をハンドリングする位置との関係によって冗長
ロボット１のワーク１０への向きが決まる。この向きを
アクセス方向ａとし、これを利用して第２ハンド３２な
どのマニピュレータの最適位置を選択するようにすれ
ば、ロボットの構造によらずにプログラムを記述するこ
とができるようになる。しかも、アクセス方向ａという
概念自体は簡便な考えに基づくものであるため、プログ
ラム作成が容易になる。

【００３４】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施形態ではワーク１０のハンドリング
作業を行う冗長ロボット１を例示して説明したが、本発
明はこのようなロボットに限られず、他の用途に用いら
れるロボットなどにおいて広く利用可能であることはい
うまでもない。

【００３５】また、本実施形態では図１などに示すよう
に、特異点軌跡５１として半円で描かれたもののみを用
い、アクセス方向ａに平行な直線との交点あるいはアク
セス方向ａに平行なアーム軌跡Ｌとの交点を一点のみ求
めるようにしていたが、例えば全周描かれた特異点軌跡
５１を用いれば、交点が２つ求められ得ることはいうま
でもない。この場合、２つの交点によって冗長軸２の最
適位置を２つ求めることができるようになる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明の冗長ロボットの冗長軸位置決定方法で
は、冗長軸以外の軸により定まる特異点を冗長軸を動か
すことによって得られる特異点軌跡と、アクセス方向と
により冗長軸の位置を決定するようにしているので、冗
長軸が最適位置に設定され、冗長軸以外の軸の直線動作
が補間される。これにより、冗長ロボットの動作の際、
冗長軸以外の所定位置が特異点を経由できずに動作不能
となってしまったり、動力学的に無理な運動を生じてし
まったりするなどの事態が回避される。

【００３７】また請求項２記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、冗長ロボットは、冗長軸を構
成する移動部材に関節部を介して順次連結された２つの
回動可能なアームを有し、冗長軸に対するアーム先端の
可動領域の主要方向をアクセス方向として規定し、２つ
のアームにより特異点軌跡を求める一方、アクセス方向
と特異点軌跡から移動部材のアームとの関節部位置を決
定するようにしているので、３関節ロボットにおける冗
長軸たる移動部材が最適位置に設定される。これにより
冗長軸以外の軸、即ち２つの回動可能なアームが、動作
不能となったり無理な運動をしたりすることなく回動で
きるようになる。

【００３８】更に請求項３記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、移動部材は水平方向に移動す
る水平走行軸であるので、この水平走行軸が拘束される
ことによって冗長ロボットの冗長度がなくなる。しかも
このとき、水平走行軸は最適位置に設定されるため、こ
の冗長軸以外のアームの滑らかな動作が確保される。

【００３９】また請求項４記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、移動部材は回動可能なアーム
であるので、この回動可能である冗長なアームが拘束さ
れることによって冗長ロボットの冗長な自由度がなくな
る。しかもこのとき、冗長なアームは最適位置に設定さ
れるため、この冗長なアーム以外のアームの滑らかな動
作が確保される。

【００４０】更に請求項５記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、２つのアームは、右手姿勢か
左手姿勢かにより求める特異点軌跡を異ならせるように
しているので、右手姿勢と左手姿勢の両方でそれぞれ冗
長軸の最適位置を設定することができる。したがって冗
長ロボットの目標位置が当該冗長ロボットの右手側にあ
っても左手側にあってもそれぞれ対応が可能である。

【００４１】請求項６記載の冗長ロボットの冗長軸位置
決定方法では、３軸のうちの冗長軸以外の連結された２
軸によって定まる特異点を、冗長軸を動かすことによっ
て得られる特異点軌跡を求める一方与えられた目標位置
に対してロボットアームの所定位置の可動領域の主要方
向をアクセス方向として定め、特異点軌跡と目標位置を
通るアクセス方向に平行な直線とにより形成される交点
を基準として冗長軸である残りの軸位置を求めているの
で、この冗長軸が、ロボットアームの所定位置の直線動
作が補間されるような最適位置に設定される。これによ
り、ロボットアームが特異点を経由できずに動作不能と
なってしまったり、動力学的に無理な運動が生じてしま
ったりするなどの事態が回避される。

【００４２】更に請求項７記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、特異点軌跡はアクセス方向に
平行なある直線と一点のみ交差するように求める領域が
設定されてなるので、目標位置とアクセス方向とによっ
て冗長軸の最適位置が一義的に決定される。

【００４３】また請求項８記載の発明の冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法では、特異点軌跡の中心と交点とを
結ぶ直線の角度を求め、冗長軸の角度をその角度と等し
く設定するようにしているので、冗長軸の最適位置を簡
便に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である冗長ロボットの冗長軸位置決定方
法の実施形態を示す図であり、３関節ロボットにおける
冗長軸及び冗長軸以外の軸の長さと角度、及び特異点軌
跡を示す。

【図２】本発明におけるアクセス方向の概念を矢印で示
す図である。

【図３】ロボットの姿勢の分類を水平２関節型マニピュ
レータを例にして示す図であり、（Ａ）は左姿勢を、
（Ｂ）は右姿勢をそれぞれ示す。

【図４】冗長軸とワークとの距離が遠いFar状態にある
冗長ロボットを示す図である。

【図５】冗長軸とワークとの距離が近いNear状態にある
冗長ロボットを示す図である。

【図６】Near Rightにおける各アーム動作と、θ３の可
動範囲とを示す図である。

【図７】Near Leftにおける各アーム動作と、θ３の可
動範囲とを示す図である。

【図８】特異点軌跡とアーム軌跡の位置関係を示し、更
に冗長軸を適正位置に設定した様子を示す図である。

【図９】予点Ｐ０と別の予点Ｐｍとを通過するように引
かれたアーム軌跡と、そのアーム軌跡に沿うように動作
する各アームの様子を示す図である。

【図１０】移動部材が水平方向に移動する水平走行軸と
された場合のアーム軌跡などを示す図である。

【図１１】冗長軸とアーム軌跡とが近い場合における各
アームの動作の様子を示す図である。

【図１２】冗長軸とアーム軌跡とが近くない場合におけ
る各アームの動作の様子を示す図である。

【図１３】予点Ｐ０よりアクセス方向ａへの直線Ｌを引
きここから充分なマージンＭ０をとった所に特異点５が
位置するようにθ１を決定した様子を示す図である。

【図１４】２関節型ロボットとカセットやロードロック
などの収容部との位置関係及びアクセス方向を示す図で
ある。

【図１５】冗長軸を構成する移動部材が回動可能なアー
ムとされた冗長ロボットを示す図である。

【図１６】移動部材が水平方向に移動する水平走行軸と
された冗長ロボットを示す図である。

【図１７】特異点近傍において各アームが動力学的に無
理な運動をしている様子を時間経過とともに（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の順に示す図である。

【図１８】本発明の冗長ロボットの冗長軸位置決定方法
の流れを示すフローチャートである。

【図１９】移動部材が水平方向に移動する水平走行軸と
された場合の、本発明の冗長ロボットの冗長軸位置決定
方法の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１冗長ロボット２冗長軸３冗長軸以外の軸４関節部５特異点２１アーム２２水平走行軸３２第２アーム３３第３アーム３３ａアーム先端５１特異点軌跡ａアクセス方向Ｐ０予点（目標位置）Ｓ０交点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある平面に関して冗長な自由度を有する
冗長ロボットの冗長軸位置決定方法において、冗長軸以
外の軸により定まる特異点を冗長軸を動かすことによっ
て得られる特異点軌跡と、アクセス方向とにより前記冗
長軸の位置を決定することを特徴とする冗長ロボットの
冗長軸位置決定方法。
【請求項２】前記冗長ロボットは、前記冗長軸を構成
する移動部材に関節部を介して順次連結された２つの回
動可能なアームを有し、前記冗長軸に対する前記アーム
先端の可動領域の主要方向を前記アクセス方向として規
定し、前記２つのアームにより前記特異点軌跡を求める
一方、前記アクセス方向と前記特異点軌跡から前記移動
部材の前記アームとの関節部位置を決定することを特徴
とする請求項１記載の冗長ロボットの冗長軸位置決定方
法。
【請求項３】前記移動部材は水平方向に移動する水平
走行軸であることを特徴とする請求項２記載の冗長ロボ
ットの冗長軸位置決定方法。
【請求項４】前記移動部材は回動可能なアームである
ことを特徴とする請求項２記載の冗長ロボットの冗長軸
位置決定方法。
【請求項５】前記２つのアームは、右手姿勢か左手姿
勢かにより求める特異点軌跡を異ならせたことを特徴と
する請求項２記載の冗長ロボットの冗長軸位置決定方
法。
【請求項６】少なくとも３軸の移動可能な関節部を連
結することによりロボットアームの所定位置がある平面
において冗長な自由度を有するように構成された冗長ロ
ボットの冗長軸位置決定方法において、前記３軸のうち
の冗長軸以外の連結された２軸によって定まる特異点
を、冗長軸を動かすことによって得られる特異点軌跡を
求める一方与えられた目標位置に対して前記ロボットア
ームの所定位置の可動領域の主要方向をアクセス方向と
して定め、前記特異点軌跡と前記目標位置を通る前記ア
クセス方向に平行な直線とにより形成される交点を基準
として冗長軸である残りの軸位置を求めることを特徴と
する冗長ロボットの冗長軸位置決定方法。
【請求項７】前記特異点軌跡は前記アクセス方向に平
行なある直線と一点のみ交差するように求める領域が設
定されてなることを特徴とする請求項６記載の冗長ロボ
ットの冗長軸位置決定方法。
【請求項８】前記特異点軌跡の中心と前記交点とを結
ぶ直線の角度θ１を求め、前記冗長軸の角度をその角度
θ１と等しく設定することを特徴とする請求項６または
７記載の冗長ロボットの冗長軸位置決定方法。