JPS58155184A - 多関節ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多８ｊ１０ボットに関し、たとえけ自動＃接
装置等に利用して自効な、２つのｙＭ橡系でティーチン
グして多関節系で補間制御するような、多自由度の多関
節ロボットに関する。

従来よル、多関節ロボットが、！ニブレータあるいＬそ
の他の自動−械のために利用されている。

このような関節形ロボットとしては、たとえば特斃昭４
９−５０３７６号公報に記載されるようなものが、その
−例として知られている。多関節ロボットでは、少なく
とも成る軸に回動自在に設けられた１つの腕゛と、その
腕に回動自在に設けられた第２の腕を有する。そして、
その細２の腕や、さらにその彫２の腕に回動自在に設け
られ丸亀３゜鋤４．・・・の腕の先端に被制御体°たと
えば耐振トーチやホルダ等が設けられる。そして、各腕
の同動角度を制御するととによって、結果として、ホル
ダやｆ？！接トーチを所望の位＃ＭＫ位置制御し、必要
Ｋｊ６じて溶接その他の処理を実行させる。

従来の関節形ロボットにおいては、１ｉｋｌ腕と、この
第ｌ腕に回動自在に設けられたｔｌｌ、２にとはたとえ
ば、互いに直線状に整列する一定の状１からｆ／／ＩＸ
ｌ腕と＠２腕とがその枢着軸て一方方向に折れ曲がった
１つの状態をとることができる。逆にいえに１従来の関
節形ロボットては、その折れ曲がった状態として、成る
１つの方向にのみ連続制御することがてきた。しかしな
がら、ワークピースの大きさあるいは形状などによって
は、腕がその１つの状態しかと〕得ないとすれば、腕が
ワークピースと干渉したシする場合も生じる。そのよう
な場合には、ワークピースの取付けられている状１ない
し位置を度えな社れば、そのような目線位置に対してｔ
８接トーチなどを制御することはできなかった。このよ
うに、たとえに自動［［などの実行中において、腕とワ
ークピースとの干渉などによって、ワークピースの位置
を変えたルすることは、＊Ｘにわずられしいことである
・さらに、直角座標系によって円弧補間させる際祉、テ
イーチング点も少なくてすみ、例えば溶接トーチに接続
されるコンジットチューブがねじれないように制−する
ことができる。しかし、ロボットのメカ構成と円弧の大
きさ、性質によっては各−御軸の加速皮が大きくまたは
最大速度が追いつかず各軸を同時に追従させることが困
難になってくる。特に後述するように、小径の円弧補間
を行なう場合、このような原因によって生じる追従の不
正確さが問題となる。

そこで、この発明は、関節座標系で油量制御し得る、多
関節ロボットを提供することを目的とする。

簡単にいえｄ、この発明は、ティーチング時に直角座標
系によって補間すべきか、胸ＩＯ座標系によって補間す
べきかを指令できるようＫＬ、ｋ節座標糸補関指令が与
えられているときは、それに応じて袖関演罪処理し得る
よう試した、多関節ロボットである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行う実施例の以下の詳細ｅｉ１１！用から一
層明らかとなろう。

第１図祉この発明の背景となるかつこの発明が適用され
る関節形ロボットを用いた自動溶接装置の一例を示す図
解−である。固定部材１がたとえば地面に同定され、そ
の固定部材ｌには、高さの比較的低い円筒形ベース３が
取付けられる。この円筒形ベース３の上端には、比較的
高さの高い円筒形回転体４が回転軸（図示せず）によっ
て回転自在に設けられる。この円筒形回転体４の中北部
には、区示しなｉが、垂直回転軸が設けられ、この円筒
ｆ＃四転体４の上方にはそれと一体的に回転するように
支持されたＵ転体５が設けられる。この円筒形回転体４
かりしたかつて回転体５は、−かしないが、後述のモー
タによって一動角ａ１について回動駆動される。−転体
５は、その上聞からほは垂−にかつ平行に延びる支持部
材７．７を自する。この支持部材７．７には、水平方向
の軸９によって、回動腕１１が、−動角直２について回
動自在に支持される。なお、との回動腕１１社、内示し
ないが、後述のモーＩによって回動駆動される。また、
囲動腕１１に関連して、この回動腕の回動の状態に対し
てバランスをとるためのバランス機構１３が設けられる
。このバランス機構１３は、−ホしないが、たとえは引
りばｊｌにねなどを含み、円筒形回転体４と一体に回転
するように―威されている。

１動腕１１の先端には、軸９に平行な軸１５によって、
回動腕１７が、この腕１１に対してすなわち回動角ｇ３
について回動自在に支Ｗされる。

そして、この囲動腕１７は、図示しないが、後述のモー
タによって回動駆動される。回動腕１７の一方の自由端
には軸９に平行な軸１９によって、回動軸２１が、この
回動腕１７に対してすなわち！１１ＭＭｇ、について回
船自在に支持される。この軸２１は、図示しないが、後
述のモータによって、軸１９Ｉ！４，６に囲動駆動され
る。軸２１には、トーチ取付具２５を支持する回転軸２
３が、軸２１に対して同軸に、回船自在に支持される。

この軸２３祉、図示しないが、後述のモータによって、
軸２１に対してすなわち回動角ｇ　ｓ　Ｋついて囲動駆
動される。トーチ取付具２５には、＃４振トーチ２７が
取付けられる。このようｋして、この自動溶接装置ｋ紘
、回転体５．目動腕１１．Ｎ動腕１７．軸２１および回
転軸２３のそれぞれの角度α□、　　２゜虞３．α４お
よびｇ５を制御することによって、溶接トーチ２７の姿
勢およびその先端すなわち溶接点Ｐの位置を制御する。

距２図社この発鳴の一実施例を示す概略ブロック図であ
る。この実施例ては、操作パネル１００溶接装置をどの
動作モードで動かすかを指示するモード切換スイッチ１
０１が設けられる。このモー　ＶＷ換Ｘイッチ１０１１
、マニュアルモードＭ。

テストモードｍおよびオートモード（２）のいずれかの
モードを愈択的に切換えて設定できる。操作パネル１０
０　ＫＵ％さらに、押ボタンスイッチ１０３が＆１られ
る。押ボタンスイッチ１０３１１．１−トモードのスタ
ート指令を与えると共に、ティ。

−ナングモードにおけるティーチング指令を与えるため
に繰作される。＠２のモード切換スイッチ１０５は、−
線補間動作Ｌ）、円弧補間動作幻もしくはウィービング
動作−のいずれ力島を選択的に設定するためのものであ
る。さらに、速度設定ｉ！ｔ１１か般社られる。この速
度設定器１１１は、溶接トーチ２７かつしたがって＠接
点Ｐの移動すべき速度を指令する九めのものである。操
作パネル１００に祉、２つのグループのマニュアルスイ
ッチ１１９，１２１，１２３，１２５および１２７なら
びに１２９，１３１，１３３，１３５および１３７が設
けられる。スイッチ１１９ないし１２７ＩＩｉ、溶接装
置を直島座標系すなわちｘｙｚ系で位置制御する・ため
ＩＩＣ操作される。一方、スイッチ１２Ｇないし１３７
ｔｉ、各回動角Ｍａ、ないしα５を直接に制御するため
に用いられる。そのために、この操作バネ＃１００には
スイッチ１１９ないし１２７のグループｄｈま良紘スイ
ッチ１２９なｉし１３７のグループのいずれを自効にす
るかを一訳する。系切換スイッチ１１７が設けられる。

したが２て、との系切換スイッチ１１７を左方（紬２図
において）に切換えれげ、マニュアルスイッチ１１Ｇな
ｔ、−＝Ｌｉ　２７のグＡ／−１が自゛効化され、スイ
ッチ１１７を右方に切換えるととＫよってマニュアルス
イッチ１２ｉないし１３７のダル−１が有効化される。

押しボタンスイッチ１１７墨がさらに設けられ、このス
イッチ１１７ａｄＸＹＺ系（−角座一系）によって補間
すべきかα系（関節座標系）によって補間すべきかを指
令するためのものである。このスイッチ１１７墨を押し
九ときａ糸による袖聞が指令され、それが紬放されてい
るときはＸＹＺ系による輪間を指示しているものとする
。

マニュアルスイッチ１１９ないし１２７および１２Ｇな
いし１３７は、それぞれ３つの位置をとることができ、
この亀２因において実線で示す位置かニュートラ〜位置
である。そして、スイッチ１１９．１２１，１２３は、
それぞれＸ軸、Ｙ軸およびｚ軸を制御するために用いら
れ、その直角庫橡のＮＡ点から違ざかる方向かアップ方
向動として、その原ｊｉＡに近づく方向かダウン方向（
ロ）として、規定されている。ま次、スイッチ１２５は
溶接トーチ２７の配向角−を制御するために用いられ、
スイッチ１２７は＃ｉ振トーチ２７の姿勢角−を制−す
るために用いられる。そして、これらスイッチ１２５，
１２７は、溶接トーチに関連する角度−および−を、そ
れぞれ、時計方向動または反時計方向（ＣＣ）に制御す
ることができる。同様に１α糸のマニュアルスイッチ１
２Ｇないし１３７も、台腕ないし軸の回動角ａ□ないし
α５を、それぞれ、時計方向動まえは反時計方向（ＣＣ
）に制御することができる。これら各コンポーネントを
含む操作バネ＃１００とデータバス５５との聞で、イン
タフェース（図示せず）を介してデータのやルとルが行
なわれる。

このデータバス５５には、さらに、制御手段を構成する
ＣＰＵ３１と、メモリ３３とが連結される。メモリ３３
には、ＣＰＵ３１のシステムプログラムを記憶しておく
ためのＲＯＭや、ＣＰＵ３１における演算その他の処３
ｉｌに必賛な記憶領域やフラグ領域を自°するほかユー
ザプログラムを記憶するＲＡＭが含まれる。データバス
５５には、複数の（この実施例では５つの回動角ｇ１な
いしｇ５に対応して５つの）駆動回路３５１，３５２，
３５３．３５４および・３５５と、複数の（この実施例
では５つの）インクリメンタルエンコーダ５３１．５３
２，５３３，５３４および５３５が、それぞれ連結され
る。この第２図において祉、駆動回路３５１が、他を代
表してよル詳細に描かれている。ここで、この駆動回路
３５１の―威について睨明する′が、残）の駆動回路３
５２ないし３５５についても、同様の構成をとシ得るこ
とを予め指摘しておく。

駆動回路３５１　Ｋ１１ｉｓ　ＣＰＵ３１からの指令位
置情報がロードされる指令位置バッファ３７と、対応の
インクリメンタルエンコーダ５３１からのパルス信号を
カウントするためのフィードバックカウンタ３９が設け
られる。指令位置バッファ３７の内容が被減数として、
またフィードバックカウンタ３９の内容が減数として、
減算＠４１の２つの入力として与えられる。減算１１４
１の出力はＤ／Ａ変換器４３に与えられる。したがって
、このＤ／ム変換！１４３からは、指令位置と現在位置
との差に応じ九電圧信号が導出されることになる。

Ｄ／Ａ変換器４３の出力は、サーボアンプ４５゜コマン
ドリミッタ４７を介して、サーボモータ４９の駆動信号
として与えられる。なお、コマンドリミッタ４７の出力
は、さらに、ｍ＊ｔｔ信号検信号検知車路５１られる。

このＭｔＡｌｌｆＮ号は、サーボ系によって位置制御さ
れたときにサーボアンプ４５から得られる零信号であ）
、目標位置のごく壁領域すなわちモーｊＦ４９がほとん
ど停止するタイミングで導出される。したがって、この
ＨＩＩｌｌ伽号検知同号検知回路５１、サーボモータ４
９によって制御される被制御体が、指令位置パンツ１３
７にロードされた指令位置に達したことをボす信号とし
て、データバス５５を介してＣＰＵ３１に与えられる。

以上のような構成において、以下に、４３ｍないし石６
Ａａ！３およびｊｌｉＢ図に示すフローダイヤグラムと
ｌｌｌ７−ないし亀１４ｍに示す模式−を参照して、第
２図かつし九がって第１図の失−例の操作ないし動作に
ついて説明する。

最初に、第３図を参照してティーチングの丸めのマニュ
アルモードについて説明スる。ＣＰＵ３１は、その内部
ｉｌｃ設けられたクロックソースからのクロックを受け
るタイマを自し、そのタイマはクロックに応して成る一
定時間ごとに出力を発生する。そして、ＣＰＵ３１では
、そのタイマの出力があれば、それによってインタラブ
ドがかかる（ステップ８１０１）＠最初のステップ８１
０３では、操作バネ〃１００の各軸のマニュアルスイッ
チ１１９，１２１，１２３，１２５および１２７さらに
１２９，１３１，１３３，１３５および１３７が、すべ
て、ニュートラル位置に保九れてｉるかどうかを判断す
る。＊Ｍすれ社、このステップ８１０３ては、これらマ
ニュアルスイッチ１１９ないし１３７のいずれかが麹作
されているかどうかを検出する。続くステップ＄１０５
では、系切換えスイッチ１ｘｙ（Ｉｚ＆）が直系に切換
えられているか否かを―断する。すなわち、この発明で
は、ｉ＠節角が一方に折れ曲がった１ｍｌの状１と他方
に折れ曲かつ丸部２の状−とをと如うるように、多関節
ロボットが―或されてｉるが、第１の状ＩＩまたは第２
の状１のみをとる場合すなわち状−の反転がない場合に
は、糸切換えスイッチ１１７杜ＸＹＺ系に切換えておく
。なぜなら、直角座標系で指令した方がワークピース（
−示せず）の溶接線が相互に直角方向に延長されている
場合が多く、シ九がってオペレータにとってもトーチ２
７（石１ｋｌ）をこの６ｍ−に沿って移動させやすく、
ま九補閥演算等を行なめやすいからである◎逆に、関節
角がｆｌＢｌの状態（ｔたは第２の状態）からｊＩ２の
状１ｌ（ｉえは第１の状−）への変更がある場合すなわ
ち状１が反転する場合には、系切換えスイッチ１１７を
ｇ系に切換える。このようにして、関節角の２ａｉのマ
ニュアル繰作かつしたがってティーチングが行なえるよ
うＫしている。

し九がって、このステップ２１１０５におｉて糸切換え
スイッチ１１７がＸＹＺ糸に切ｍえられていると判断し
九場金、続くステップ８１０７において、ＸＹＸ系て操
作されえスイッチの操作方向に対応して指令値を増減す
る。すなわち、このステップ８１０７にお−ては、操作
バネ＃１００からの信ＯＫ基づｉて一操作されたｉ二ニ
アμスイッチ１１９，１２１．１２３．１２５ま九１２
７の操作方向（υもしくはり、ＣもしくはＣＣ）と速度
法定器１１１て設定され九速度とに基づいて、λ 上述のタイマ時間に対応した指令値（基本屋）を増減す
る。そして、このようにＸＹＺ系で指令値を与えた場合
に社、続くステップ５１０９におｉて、ＸＹＺ系から１
系への座標変換を行う。このよりな１ＭＩＩＩＡ変換は
、後述のステップ８１１５におけるような座標変換とと
もに１以下に絆細に説明されるであろう、なお、このス
テップ８１（ｌ？ＩＣおける座標変換ＫＩＩしては、関
節角ｇ３およびａ５の符号を考慮する必要がある。すな
わち、関節角α３はたとえば２７０＠の制御可能範囲を
有するが、たとえば１８Ｇ’（すなわち腕１’ｌ　１と
１１７とが直線状１１！ｉ）を境にして一方に折れまが
った状態（。

ｊｌｌの状１）を−とし、他方に折れまがつ九状麹で＠
２の状態）を十とする。同様に、α５は３６０＠の可動
範囲を有し、その第１の状態で−とし、第２の状態で十
とする。

このようにして、系切換えスイッチ１１７がＸＹＺ系に
切換えられてｉる場合には、ステップ８１０７で与えら
れるｘｙｚ系の指令値を前述のｇ３゜ａ５の符号を考慮
してステップ８１（１ｍおいてｇ糸に変換し、続（血テ
ップ５ｉｌｌで出力し、それぞれの関節角を駆動制御す
る。

もし、上述のように状態が反転するような制−を行う場
合には、系切換えスイッチ１１７をａ系に切換える。そ
して、ステップ８１１３において、ａ系て、操作され九
スイッチ１２９，１３１，１３３．１３５または１３７
の操作方向と速度設定器１１１で設定された速度とに基
づいて、上述のタイマ時間に対応した指令値を増減する
。このように、ｇ系で指令値を与えた場合には、後述の
補間演算のために、続くステップ５１１５において、α
系からＸＹＺ糸へのＩＩＭ＃ＩＡ変換を行う。この座標
変換についても後述する。そして、ステップ５ｌ１３て
与えられ九α系の指令値に応じて出力し、駆動する（ス
テップｓ　１１−１　）。このように１α系て駆動する
場合には、ＣＰＵ３１は、そのよう１ｋｇ□ないしｇ５
の位置情報を、それぞれ対応の駆動回路３５１ないし３
５＆に与える。そして、各駆動回路３５１ないし３５５
ＦｉＣＰυ３１からの指令に基づｉて、ｌｌ１１図に示
す各関節角αｌないしａ５を制御する− ティーチングする場合には、操作バネＡ／１００のスタ
ートボタン１０３を押す。すなわち、モード遍択スイッ
チ１０１をマニュアルモード榊にしてスタートボタン１
０３を押すことによって、ＣＰＵ３１にティーチングの
インタラブドがかかる◎ＣＰυ３１では、そのようなイ
ンタラブドがかかると、ま六第４図に示すようにα系補
間スイッチ１１７墨（縞２−）がオンされているかどう
かすなわち、そのときの情報に基づいてオートモードに
おいてα系によって補間演算処理するべきかどうかを、
ステップ８１１６墨で判断する。そして。

このスイッチ１１７ｍで判断する。セしてこのスイッチ
１１７烏がオンされてｉれば、ステップ５１１６ｂにお
いて、そのα系補間指令を記憶する。

その後、その七きの位置情報ならびにａ３および直、の
符号に応じた７クグＦ３およびνＳの内容を、メモリ３
３の所定の記憶エリアに記憶さ・せる。

すなわち、ティーチングに際してステップａｌ１７にお
％Ａ′ｃ、先（ＤＸＰ７７’８１０７．８１１５　（亀
３１）におけるＸＹＺ系の座標位置を記憶する。

このように、ティーチングＥｌｌては、ｘｙｚ系で記憶
させる。これ紘、前述のように補間演算に都合がよいか
らである。そして、ステップ５１１９において、先のス
テップ８１０９または８１１５（第３図）におけるｇ３
およびｇ５の符号に応じ九フラグＦ３およびＦ５の向合
を記憶する。たとえば、ａ１３およびｇ５の符号が−で
あれば、７ラグＦ３およびＦ５それぞれｒＯＪとして記
憶し、逆に十であれば「１」として記憶する。

つぎに、ｓｓｍを参照して、この実施例のオートモード
の動作について説明する。オートモードの場合には、操
作パネル１０Ｇにおけるモード迦択スイッチ１０１をオ
ートモード＾に′Ｆ＆定する。

そして、スタートボタン１０３を押す。応して、ＣＰＵ
３１は、ステップ８１２１において、メモリ３３の適宜
の記憶位置に形成されるステップカウンタ（図示せず）
をリセットし、ステツ７”８１２３におｉてそのステッ
プカウンタをインクリメントする。そして、ステップ５
１２５において、ＣＰＵ３１ｕ、メモリ３３から、先に
ティーチングされている各ステップの“指令情報のうち
、ステップ５１２３でインクリメントされたステップ舖
の指令情報を読み出してロードする。続くステップ５１
２７において、そのロードされたステップ細の指令情報
に直線補間指令が含まれるｔ・否かをチェツクする。こ
れは、指令位置麺報とともに直線補間を表す鵬別情報が
、ロードされたか否かによって判断することができる。

直線補間であれば、続くステップ５１２９において目標
位置をステップＭの指令位置としたのら、ステップ８１
３１において直線補間を行う。

ここで、１ｓ６ム図を参照して直線補間のサブルーチン
について説明する。直線補間のサブルーチンでは、その
最初のステップ８１５１において、脚柱位置と目標位置
をＸＹＺ系で、内分計算する。

すなわち、内分ΔＳ−指令速度ＶＸ時聞ｔ（例えば０．
２秒）とし、そのΔＳごとＫＩ！線補聞点を計算する。

続くステップ８１５３において、そのよ〕、う７内分″
１伊了し０゛否”８判断す６・そうでなければ、ステッ
プ５１５５におめて、先のステップ５１０９（第３図）
のように、ＸＹＺ系からα糸への座Ｉｌｉ！Ｒ換を、７
ラグＦ３およびＦ５を考慮して行う。続くステップ５１
５７におｈては、直系での補間演算を行う。すなわち、
ステップ５１５１において、九とえｄｏ、２秒ごとに直
線補間点を計算して内分ΔＳを求めるが、とのΔＳの駒
はさらに平滑に結ぶために１その間を直系で補間する。

すなわち、ΔＳをへだてた２点間をα１ないしα５まで
の各軸にっｈて等分に補間する。これによって、いっそ
う滑らかな制御を可能にする。

続くステップ８１５９においては、ステツ７”８１５７
における直系による内分が終了したか西かを判断する。

そうであれば先のステップ５１５１に戻ル、そうでなけ
れば続くステップ６１６１によって直系て出力駆動する
。なお、先のステップ５１５３におｉて、内分終了を判
断し九ときｋは、現在位置情報を目標位置情報で更新し
てメインルーチンに戻る（ステップ８１６３）。

亀５因においてステップ８１２７て、直線補間でなＶ−
ｈ七判断したとき、ステツーｆ５１２８Ｆｃおいて、α
糸補間指令がティーチングされているか否かを判断する
。そして、直系補間指令がティーチングされて匹れば、
ステップ８１３２において、ｇｉｆｉによる補間を行な
う。

ここで＃！６Ｂ図を参照して直系による補間のサブルー
チンについて説明する。ステップ５１６５において、次
式（２）に基づいて、分割数Ｎを求める。

ｒＸ、−ｒＡｒ Ｎ−□／ΔＴ　　・・・・・−・・・・・・に）■ 但し、ＹＢ、ＹＡはそれぞれｘＹｚ系によって表わされ
る２点の位置ベクトルでありｓ　ｖは指示された速度で
あ）、Δｔはたとえば２０−＄・Ｃのような予め定める
分割時間間隔を示す、このように、−系によって補間す
べきときに４ＸＹＺ系で表わす情報が用いられるので、
先のステップ＄１１５で直系からＸＹｚ系に座―変換す
る仁とに意義がある。この弐■で表わされる分割数Ｍａ
２点ｘＢとＹ、閣を細分割するかを示すものとなる。つ
づくステップ＄１６７におｉで、次式に）で表わされる
ぽを求める。

α８　　　″ム＋ｉ“ｉｓ　　°゛°°°°°°°°°
°゛°°°°°°°°（ロ）但し、ｍは１ないしＮの任
意の鈑であ一！’　％’；Ａｓ；Ａは、それぞれＹムお
よびＹＢのａ系による位置べ９ト＃である。したがって
、この式（２）によって求められるαがＪ１次の指令位
駄−報となることが理解されよう。最後のステップ５１
６９において、上述のようにして求め丸順次の位皺情報
ｉを出力する。このようにして、α系による補間地理が
なされる。

なお、上述の例でれ、分割数Ｎを算出する丸めに式に）
に従がって求めた。すなわち、ＸＹＺ系によって表わし
九２点関を速度て除算しえ、しかし、これ置火式（に東
よって求めるζ乏も可能であろう。

但し、Ｔはティーチング時にオペレータが指駅するもの
であって、所定の２点間を移動させるＫｌＫ’する時間
をかすもの２する。そのためには、操作パネル（石２図
）Ｋ、この時間Ｔを入力する丸めの手段を設ければよい
。

先のステップ５１３２において、α糸楠間指令がな−と
判断したときは、ｘｙｚ系で円弧補間を行なうために、
続くステップ８１３３において、一連の円補間指令情報
のうち初めての円補聞指令妙島否かすなわち指令点Ｃ１
でｍ園１かどうかを判断する。ｊｌ　Ｎ−１てあればそ
れまでは直線補間であるべきであ）、先のステラ７”８
１２１に移る。まえ、３＠所以上円弧補聞情報が連続し
ていれば、続くステラ７”８１３５において、円弧補間
点を計算する。ただし、２点目（九とえｔｊｊｌ！１７
−のＣ，２）の円弧補間の場合は、次の円弧補間点（た
とえばＩｌｌ　７６ＭのＣ４）を最初の円弧補間点とし
て計算する。そして、その計算された補間点位置を目線
位置として設定する（ステップ５１３７）、さらに、こ
の実施例では、ステラ７”８１３Ｇにおいて、さらＫそ
の閾の直線補間を行う。それは次のよう１ｍ１４３によ
る。ステップ５１３５において、たとえｔｅｌ’　５　
ｗｅｔピッ１テとなるように円弧補間点を計算するが、
この計算され−に補間点間をさらに直線補間をして、一
層滑らかな制御を可能にするえめである。円弧補間の丸
めの演算轄、直線補間に比べてよシ多い演算処理時間を
必要とするが、このような演算時間を節約してよシ安価
なマイクロコンピュータを利用可能にするために１この
実施例では、円弧補間点は比較的粗く、その補間点間は
さらに細かぐ直線補間ｐ−テン（餉６−）によって補関
し、結果的に安価なコンピュータを用いても細かい精度
の良い制御を可能にする。直線補間が終了すると、記憶
ステップ８１４１において、円弧補間のための指令位置
Ｃ１に到達したか否かを判断する。そうであれば、先の
ステップ５１２３にａｂスステプカクン！（−示せず）
をインクリメントする。そうてなければステップ８１３
５に戻る。

なお、上述の直線補間の場合も円弧補間の場合にも、ト
ーチ２７（第１−）の角度−および−については、それ
ぞれ独立に等分補聞を行うものとする。

こ仁で、ｆ＠７図ないし第１４図を参照して、ＸＹｊｔ
系からαｌ−α５系への座標鮫換について、説明する。

この実施例て紘、ＣＰＵ３１乏して、タトエばマイクロ
コンピュータを用いるわけであるが、最近のマイクロコ
ンピュータは性能が向上し、高速演算が可能になってき
た。そこで、この実施例ては、従来近似計算て処理して
ｉたものを、正規の計算を行なｉ精度良く処理するよう
にしている。

＠７ｋｌは、石１図の自動溶接装置の模式図を示す。こ
の第７図におけるα１ないしα５は、第１図におけるそ
れと対応する。そして、この１１７図において、ａ１社
固定部材１の下端から軸９まての長さ成分を示し、畠２
は軸９から軸１５までの長さを示し、１３は軸１５から
軸１９１での長さ成分を示し、ａ４＃ｉ軸１９から＃！
Ｉ接）−ｆ２７の延長線と軸２１の延長線との交わる点
Ｂまでの長さ成分を示す。そして、点Ｖは軸１５の位置
を示し、点Ｑは軸１９の位置を示し、点Ｐは溶接トーチ
２７の先端すなわち溶接点を示す。そして、角度１□社
、回転体５の間転角度をボしｓ　ａ　２は回動腕１１の
回動角度を示し、ε３＃ｉ囲動腕１７の回動角度を示す
。ま゛た、角Ｍ　ａ　４は軸２１の回動角度を示し、垂
直軸に対する角度を示す。角度ｇ５社、垂直軸方向でＯ
”Ｋ＆るように設定された、軸２３の回動角度を示す。

第８図は第１図すなわち第７図の装置を上から見た状紐
を模式的に示す図である。この６ｇ図において、「絶対
系」とは、同定部材１（１！１圓）下端のほぼ中心をそ
の座標軸の原点とする直角座標系をいう。また、「ロボ
ット糸」とは、装置の成る点を原点とした直角座標系を
示す。さらに、「トーチ系」とは、第７図−の点Ｂを原
点とした直角座標系を示す。なお、第９１は点ＱとＢと
の胸をよル詳細に示す図であ〉、この第９図における角
度成分α６紘一定である。ここで、直角座標系は各併進
軸成分および角度成分す表わち（”ｅｖｍｍｍ　　−ｍ
ｓ＞で表わされ、゛多関節座標系祉角度成分すなわち（
ａ　１　、　ｇ　２　、　ａ　３　、　ａ　４　、　ａ
　５　’）で表わされる。

亀７図において各角度ａ１ないしａ５が与えられたとき
の各点Ｆ、Ｑ、Ｐの直角座標系の位置を求めると、点Ｆ
のＸ軸成分、Ｙ軸成分、２軸成分１Ｍｍ１１ｍＩＭｔ１
％＋れぞれ次ノヨうに１に６゜Ｆ　　ｘｗ−−ｅ　ｌｓ
ｉｍａｌ　＋　ａ２ｓｉｎｇ２−ｃｏｓａｌＦ　　ｙｗ
　　　ｓ　ｌ　ｅｏｓａｌ　＋　ａ２　ｓｉｎｇ２−ｓ
ｉｎｇｌｉＦ　ｍｍ　　ｍ　ｌ＋５１２＠＠１８２同様
に、黛Ｑの各軸成分Ｑ！、Ｑ７．Ｑｇおよび点Ｂの各軸
成分ＢＸ、１７．ＢＭはそれぞれ次のようになる。

Ｑ　Ｘ”Ｆ　！　十ｍ３１ｇ１ｋ　（ａ２’ｆ４ｇ３）
”　＠１ｇ１１ｇＩＱ　ｙｍＦ　ｙ十ａ３ｓｉｎ　（ａ
２＋＊３）　伊　畠ｊｌｊｇｔＱ　Ｋ　ｙｚ　ｐ　Ｍ＋
畠３・・ｓ　（ｇ２−ｈ＊３）Ｂ　ｘｍｑ　ｘ十ａ４ｍ
ｉｓｓ４−ｃｏｍｅｌｉｓ　ＪｍＱ　ｙ十ａ４ｓｉｎｇ
４−ｓｆｇｌＢ　Ｍ　−Ｑ　１ｇ＋Ｊ＠４６（１１５４
ただし、ａ４■Ｉｌｚ＋癒３　＋”　４Ｂ　で表わされ
る。

そして、点Ｐの各軸成分と＃！振トーチ２７の配向角φ
および姿勢角−を求める丸めに、点Ｑでのロボット系か
らトーチ系への８１１ｍ変換を行なう。なお、以下の各
式に竺いて、ｒｌｊＪは「ａＯ−町」を意味し、ｒｌｊ
Ｊは「ｓｉ―町」を意味するものとする。上述の座標変
換のために、次式（１）が与えられる。

・・・　　（り そ、して、＃！に接点Ｐの位置を求めるために、（ａβ
　γ　ｌ）纏（００−畠５　０）を与える。

そうすると、点Ｐの各軸成分”＊　’ｙ、Ｊ”ｔｆ、そ
れぞれ、次のようになる。

Ｐｇ　ｚ−ａ５（ｅｌｅ４＋５ｍ６−ｍ１ｓ５ｓ６＋ｏ
ｌｓ、５６）−）Ｂｘｐｙ　ｍ　−ａ５（ｓｌｅ、ｅ５
ｓ６＋＠１ｓ５ｓ６−４−ｓ、ｓ４＠６）４−Ｂｙｐｇ
　ｍ　−ｍ５（−ｓ、ａ、ｓ、−）＠、ｅ６）−）１ｇ
これをまとめると、 ｐ！　　ｗｍ　　ａｚｍ２＠１　”ｌ”ｌ”３”２＋３
”ｌ”４”４’１−（＠１＠４６５８ｓ　　ｌ１ｍ５１
ｇ＄６ｔ１４＠ｓ）ｍｓｓｌ＋　（ｌ　１（ａ２１２　
＋ａａ１２＋３４ａ４１４−６４＠ｓ＠４　８４Ｊｋ７
）　＋１１（６４町「−・１）ｍ＠ｌ（畠２”２”３”
２＋ｉｌ←（”４−”７）”４−”４’４”Ｓ　）＋”
ｌ　（”４”５　　　”１）”　　”　　＠１”１”２
”２”ｌ”３”２＋３”１”４”４”ｌ　’１’４”！
”４＠４　ｍ　１１５−ｍ　７１１１４ ”　’１”４−＠４’６４’６２”２”ａ”２＋ａ”Ｃ
）”４”４’４’ｊ’”　””’　”１”２”２”３’
２＋３”４’４”４”４’５　”７’４−　”１”２＠
２”３＠２＋３””４−”７）ｃ′４”４”４’５そし
て、溶接トーチ２７の角度φおよび−を求めるために、
（α　β　ｒ　　１）閤（００ｌ０）を、上記（１）弐
に代入して、各軸への方向余弦（”ｅ”１ｍ　　番２）
を求める。

ｔｘ−（１１＠４ｅ５１６１ｘ１５１．ｓ＋６ｔ１４（
Ｉｓ＊　７　ｗｍ　Ｉ　ｔ　＠４（１５１ｓ＋＠　１１
５１ｓ＋１１１４　（ｌｓロー’４＠６−”４６＆”６ ｔｘｙ　ｓ−（＄１”−）＄７２）２ ＃ｌ接トーチの角度φおよび＃杜、それぞれ、−−４＠
Ｂ　＊ぺ）） ＃票ｔａｎ　１酉） 口 となる。ここで、点ＶおよびＱＫついてもまとめると、 Ｆ　ｘ　″１１２１２＠１１　＠１１１Ｆ　　７　　ｍ
　　Ｍ２１２１１−）８１ｇ１゜Ｆ　　ｘ　ｍ　ａ２ｅ
、十ｍｌ Ｑ　”　−”３”２＋３’ｌ”２”２＠ｌ−”ｌ’ＩＱ
　７　”　”３”２＋３”ｌ”２”２”ｌ”ｌ’ＩＱ　
　ｌ　１Ｉａ６ｇ＋３十ａｚ＠１２＋ａｔとなる。この
ようにして、各点の直角座Ｓ糸（ロボット系）での位置
情報が求められる。次に、このような直角ｉＭｍ系（ロ
ボット系）から多関節座橡系への展線変換を４１０図な
いし第１４図を参煕して、考えてみる。ティーチング時
や補間制御などの目−位置は、点デのそれとして与えら
れる。

したがって、この直角Ｍ標系に基づいて各回動軸への躯
動麓を計算する必要がある。

（Ｐｇ、Ｐｙ、？富、１．＃）から、その溶接トーチ２
７の延長点Ｂの座標を求めると、論点の各軸成分Ｂｘ、
Ｉｌｙ、Ｂｇはそれぞれ次のようになる。

Ｂ　Ｘ　冒？　！　４　ａ５１ｊｌｌ＃＠０ｌ−１ｐ、
１．。

１　７　−　　Ｐ　　７　＋　ａ５１１鳳１１鳳−ｇＭ
纏Ｐ　Ｉ　＋　５１５・・Ｉ＃ と（ＤＢｘ、８７．Ｂｘに基づいて、ｔｌｌｉ　１　Ｇ
−および細１４＆Ｍの各角度成分Ｗｌ、Ｗ２とＷコが求
められる。

ｗｌ−１□−１！ １Ｋ ”２”　（Ｂ７”＋Ｂｘ２　　ｓ１２）２Ｗ３−１Ｉｍ
−１−ｊ− ２ したがって、角度ａｌは αｌ寓Ｗｌ−Ｗ２ で与えられる。

次に、与えられたトーチ角度−１Ｉとａｌから、点Ｑを
求める。第１１ｒＩ！Ｊ＃鯨。この場合には、（麿βＴ
）系から（ｘｌ“ｙｌ　ｍｌ　）系への変換を行なう。

そして、ａ２＋β２−・３２．γ■−ａ８の円とｙ’−
ｏの平歯の交点を求める。なお、以主の式において「＃
６」は「ａｏｓ＃　Ｊ　を示し、［＃　ｓ　Ｊ　ｄ　「
ｓｉｍ＃　Ｊを示す。同線に「φ６」は「・０１φ」を
ボし、「−１」は「ｓｊｍ−Ｊ　　を示す。

したがって、ａ、βおよびγは、それぞれ次式％式％ そして、７’■Ｏから、題、β、Ｔは、さら式次のよう
になる。

α　鳴　１．−０ｘ’　　ａｍ冨Ｉ β−−、１ｘｌ Ｔ　■　θ、−、Ｘ’＋−６冨′ また、Ｔ諺−５１８から、次式（２＋力；与えられ、ａ
２＋β２−・３２から、次式（８）か与えられる。

＃、φｃＸ’　＋＃。Ｉ’　＋＊８ｖｍ　Ｇ　　　　　
　　　　　−・・（２）１．２４．２ｘｔ２　２Ｂ。−
ノ、ｘｔｚｓ＋１２ｍ５２Ｈ，’２ｘｔ２．、、　　ｅ
３２　、、、（１１次式が得られる。

（φ、２＋＃、２φ、２）ｘ４＋２畠８Ｉ−φ、Ｊ’＋
（畠８２＃、２−・３２＃ｃ２）＝　　６上記式におけ
る判別式ＶＤを求めると、判別式ＷＤは次のようになる
。

ＷＤ−＝＝　ａｓ　２＃ｓ　２φ、２−（φｓ”＋’＠
２１’＠２）（ａｓ”＃、２−・３２＃ｃ２）＝・３２
，１．２（−，２＋、、２φ３２）−烏ｓ２＃　、２＃
　ｃ２−．２−ｆｊ　、　２４・３２（１，”＋ｌＩ、
２〜２）　　、８２１，２，６．２Ｂしたがって、この
判別式ＷＤの値が負になれば、点Ｑは存在し得ないこと
になる。また、Ｗ　Ａ　−−，２＋＃。′−，′ ＷＢ　−畠８＃１φ。

Ｗ　Ｃ”　１ｇ２＃ｓ２＠３”＃ｅ” とすれば、点ＱのＸ′座′―は Ｗｌ で与えられる。これに対応する２′の値はＩ＠ で決定される。

一方、＃　−４５＠の領域ては　１１を求め、＃＞４５
’の領域では１′を求めるとすれば、上記（ｎ式力為ら
Ｘ′輿−（＃。２′十ガ）／＃、−１を得て、それを上
記（３）式に代入する。そうす−ると、次式が得られる
。

（−ｅ２＋θ、２，１．２）Ｒ”＋２ａ８１６”＋ｌ＠
”（”Ｂ２ｔｉｃ２　＠３２１１Ｈ勺＋、８２，６，２
，６そして　ｙｌｌを求めたのと同様にして、Ｗｌ−一
。２＋＃、２−１２ ｗｂ寓ａ８１゜ ｗｃｍφ２　（ａ　ｓ　２　＃　、”−・２　ｇ　、２
　）＋ａ　ｓ　２φ１２とおけに１判別式ＷＤは次式で
与えられる。

ＶＤ−Ｗ　ｂ２−Ｗａ　ＸＷｅ したがって、点Ｑのｌ軸成分Ｑｘ、Ｚ軸成分Ｑｘは、そ
れぞれ次式で与えられる。

で示される。いずれの賜金も、点Ｑの座標は、Ｑ　１　
（”１’ｅ　”１’Ｌ　Ｑ２　（”２’ｅ　”２’　）
の２点が存在する。この異なる２点が、それぞれｍｌ状
態ま九は石２状線に相当するのである。これについては
ＭＫ説明する。

原点を点慕として、ロボット系の座標（”ｅ　　７Ｚｚ
′）と点Ｑの産油（Ｑ　’ｇ　Ｑ　Ｊ’ｓ　Ｑ　’　）
から、角度α４とα５Ｊｋ訣足する。Ｉず％Ｑ７’ロＯ
であるのでａ４は次式で与えられる。

そして、Ｍ［＊５を求めるために、先のロポツ。

ト座標糸（”ｅ　　７’＃　　冨′）からさらに各（ｚ
＃、ｙｌ１１＃）を求める。そして、この（ｘｌｌ、　
　ｙ＃、　　１＃）系で（ｇ　β　ｙ）＝（００−１）
とする。

したかつて、ｘａおよびｙ′社それぞれ次式で与えられ
る。

ｘ−ｇ＋４１１ｅ＃ｓ　＋　ｓ４＃。

ｙ′−−畠＃ｌ そして、角度ａ５の基準線を、１９１２図のように、！
！直線からの角度とすれば、この角度ａ　ｓ　ｉｊ次式
で与えられる。

次に、角度α　およびα３を求めるために、まず、絶対
座標系で点Ｑの位置を求めると、このＱの各軸成分Ｑ！
、Ｑ７．Ｑ”ａ、それぞれ次式でＱＸｍｌＸ＋１’＠ｔ
）ａｍｌ ＱＦ−Ｂ７＋ｘ’５ｊａａ１ Ｑ　Ｎ　ｍｌｌ　ｇ　十ｚｌ 一方、点Ｇ（細１４図参鯛）は（−・１＃ｊｊｋα□。

＠１ｅｏ＋１＃１．　　ａｌ）であるので、長さ成分／
１．／２および角度成分Ｗｌは、それぞれ次式で表わさ
れるＯ ／１　＝　（（ＱＸ＋＠Ｉ　ＩＩ　）２＋（ＱＦ　＠１
　ｅｌ　）”　１２１２＝　（ｌｘ　　十（Ｑ’ｌ−”
１　）２）２そして、ＷＡ−１１（畠２　””　’　２
　”　−”　３２）／２　Ｊ＠　２１２　　とすれば、
角度成分Ｗ２は次式で与えられる。

ｔた、ＷＢ−（ａ２２＋ａ３２／２２）／２”２”３　
　＆ｆれば、角度成分Ｗ３は次式て与えられる。

したがってｓ　ＳＩＫ　”　２およびａ３は、それぞれ
次式で与えられる。

ａ２″″１−ｗ１土Ｗ２ α３寓士（π−ｗａ　） このようにして、直角座標から多関節座標への変換が行
なわれるが、先に駅用したように、仁の実施例で・紘角
度１５．α４およびｇ２．α３は、それぞれ、２Ｍ〉の
、道、択を行なえるのである。

−〇述の実施例によれば、第１図に示すよりなメカ構成
において、特に小径の円弧補間の困難性が解法されるこ
とについて説明し良。

一般的にｎＪ［、ｔａ＊　５図に示すように、あるＸＹ
Ｚ系に対する一系の情報が１対ｌに対応するとは限らな
い。すなわら、烏梅変換において一系に対するＸＹＺ系
の位置は一義的に決まるが、逆にトーチ先端の位置やト
ーチの姿勢が決まっても、一系では、上述のように２橡
にとル得るので、一義的には訣まらない。したがって、
ＸＶＺ系の成る状紬のときたとえばＴｈ１５＆Ｊ’の右
端近傍のをき、ＸＹＺ系のわずかな変化で１系の大きな
変化を生しる。したがって、ＸＹＺ系で制御したときに
は、わずかのＸＹＺ系の動きに対して関節角αｌ〜α５
のいずれかの鳥速度、角加速度が大きくなってしまい、
この部分で極限と１ヤ無理を生じることｋなる。そのた
め、この場合に紘細１５−の２点鎖緑でボす範囲内て制
御されるととにな如、正確に追従できなくなってしまう
。これに対して、この発明に従って値系で補ａａｔ＝算
することによ〉、上記のような困難性は生しず、したが
って５１１５図にお轄る点線のように正鍼な追従が行な
われるのである。

以上のように１この発明によれば、オートモードに際し
てα座標系で補間を行なえるようにしたため、円弧補間
＆Ｃ際して大加速度ま九紘最大速度の不足による経路の
不正確を生じる場合でも、ティーチング時に多少ティー
チング点は多くなるが、α系補間を指令することＫよっ
て、被制御体の経路の正−を期待し得るものである・

【図面の簡単な説明】

１８１図社この発明の背景２なるかつこの発明が実施さ
れる関ｉ！ｂ！ｌｌロボットの一例としての自動編接装
置を示す図解図である。第°２１はこの発明の一実施例
を示す概略ブロック図である。第３図なｈし第６Ａ−お
よび第６Ｂ図社この発明の一実施例の動作を説明する丸
めのフローダイヤグラムである。ｊＩ７図なＩｎＬ、［
１４因は座標変換の説明のために用いられる模式図であ
る。幅１５図はこの発明の効果の一例を説明するグｙ７
である。 図において、５は回転体ｓ　９ｅ　　１５−１９，２１
．２３は軸、１１．１７は回動腕、２７は＃ｌ接トーチ
、３１はＣＰＵ、３３はメモリ、１０（１操作パネル、
１１７ａはａ系補間指令スイッチ、３５１なｈｌ、３６
５紘駆動囲路、５３１なｈｌ、５３５はインクリメンタ
μエンコーダを示ス。 シＪ図 第１頁の続き。 ０発　明　者　上野喜之 所内 ０発　明　者　白羽毅 所内 ０発　明　者　石原啓介 宝塚市新明和町１番１号新明和 工業株式会社機械プラント製作 所内−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　直角座標系と関節座標系による制御を行なう
   多関節ロボットてあって、 操作手段を含み、少なくともこの操作手段によって前記
   多関節ロボットの被制御体を制御してその制御に関連す
   る位置情報をティーチングするためのティーチング手段
   、 前記ティーチング手段によってティーチングされた情報
   に基づいて、前記少なくとも２つの関節角を制御するた
   めの関節角制御手段を働え、前記操作手段は直角座標系
   による補聞七関節座橡系による補間のいずれかを選択す
   るための系選択手段を含み、 前記ティーチング手段は前記系選択手段によって関節座
   標系による補間が選択されたとき１１４ｉ節座標系補閲
   指令を記憶し、 前記関節角制御手段は、前記関節座標系補間指令に応答
   して、前記ティーチングされた位置情報に基づいて、関
   節座標系で順次の補間情報を演算する手段を備える、多
   関節口〉ット。 （！）　　前記ティーチング手段舎、速度情報をティー
   チングするための速度麺機入力手段を含み、前記袖１ｋ
   １１ｉＩ＠演算手段は、（、を置制御されるべき２点−
   を前記入力された速度情報を用いて補間演算する、特許
   請求の範囲第（１）項記載の多関節ロボッ　ト。 （３）　　前記系選択手段によって直角座標系による補
   間が選択され九とき、前記関節角制御手段は前記直角座
   標系の情報に基づいて補間演算を行う、特許請求の範Ｓ
   第（１）項記載の多関節ロボット。