JPS59127109A - 産業用ロボツトの等速動作方法 - 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】 〈発明の技術分野〉 本発明は、複数個の関節部をもつ産業用ロボットにおい
て、各関節部を独立回動させつつロボット手先部を目標
地点に対し所定の軌道に沿い等速移行させる産業用ロボ
ットの等速動作方法に関する。

〈発明の背景〉 従来の産業用ロボットにおいて、ロボット手先部の軌道
は複数個の教示点をもって設定されており、ロボット手
先部は隣り合う各教示点間を夫々直線的に動き且つ順次
屈曲移行してゆくことにより、目標地点に到達する。

ところがこの種屈折動作では、ロボット手先部が目標地
′点に達するまでの動作時間や移行過程におけるロボッ
ト手先部の現在位置を把握し難く、ロボット利用システ
ムの制御がやりにくく、制御動作の円滑性を阻害する一
因となっている。

〈発明の目的〉 本発明は、複数個の教示点を滑らかに結ぶ曲線軌道に沿
ってロボット手先部を等速移行させる新規方法を提案す
ることにより、上記問題を解消し、もってロボット利用
システムにおける制御機能の向上をはかることを目的と
する。

〈発明の構成および効果〉 上記目的を達成するため、本発明では前記の各教示点を
複数の座標平面上へ射影し、各座標平面上で各教示点を
結ぶ曲線を多項式で近似した後、各多項式を用いて単位
時間当りの移動量が一定となる各座標軸方向の変位量を
決定すると共に、該変位量を対応する各関節角の変位量
に変換して、ロボットの制御系へ伝達するよう構成した
。

本発明によれば、ロボット手先部は各教示点を結ぶ曲線
軌道上を滑らかに等速移行するため、目標地点に達する
までのロボットの動作時間やロボット手先部の現在位置
を把握することが容易となり、これによって、ロボット
利用システムの制御がやり易くなり、制御システムの円
滑性や機能性が向−ヒする等、発明目的を達成した優れ
た効果を奏する。

〈実施例の説明〉 第１図は産業用ロボットの構成例を示す。

図示例の産業用ロボットは、ベース８上に第１腕片１が
縦設され、第１腕片１の先端に関節部１ａを介して第２
腕片２が回動可能に接続され、以下同様に第２腕片２に
対し第３腕片３、更に第４、第５、第６の各腕片４．５
．６が夫々関節部２ａ、３ａ、４ａ、５ａを介して夫々
回動可能に順次接続され、更に最先端には関節部６ａを
介して手先部７が回動可能に支持されている。各関節部
１ａ〜６ａは、第２図に示すモータ９の駆動により夫々
独立して（ロ）動動作し、これにより手先部７はシステ
ムにおける所定の処理を実行すべく、目標地点まで滑ら
か且つ等速度で移行する。前記モータ９の動作は、演算
制御部１０が発する位置指令および速度指令、更にはモ
ータ９からフィードバックされる関節角度および関節角
速度に基づき制御され、かかる制御系１１の制御動作を
もって各関節部１ａ〜６ａの関節角θ１・θ２・θ３・
θ４．θ５・θ６が規定され、手先部７が所定の軌道に
沿う等速動作を実行する。尚第２図中、Ｋｌ、　Ｋ２は
伝達関数である。

第３図は前記ベース８をｘｙ座標平面とした場合（以下
ベース座標系という）におけるロボット手先部７の軌道
を示している。図示例において、手先部７はＸ、γ、２
軸で規定されるベース座標系において、出発地点である
教示点Ｐ！から中間の教示点Ｐ２．・・・・・・、Ｐｎ
−１を経て目標地点である教示点Ｐｎまで、滑らかな曲
線軌道１２に沿って等速度で移行する。

各教示点Ｐ１　＋　Ｐ２　＋　”・・”　＋　’ｎ−Ｉ
　ＨＰｎは、ロボット手先部７の通過位置およびその姿
勢を教示する点であり、これら各教示点を対向する指片
７Ａ、７Ｂの中間点Ｐが辿過するものである。

第４図は前記演算制御部１０の動作フローを示す。

今ロボット手先部７がベース座標系の空間中を動作する
場合、ロボット手先部７の位置および姿勢はベクトル的
にＸ＝（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）Ｔで表わされ、また
各成分はブナビット・ハーデンベルグの式をもって規定
されるつぎの関係式で与えられる。

■式において、成分ｘ、ｙ、ｚは手先部７の位置をベー
ス座標系で表わしたものであり、成分α、β、γは手先
部７の姿勢をベース座標軸の回転角で表わしたものであ
る。またθは、各関節部１３〜６ａの関節角θｌ〜θ６
を成分とし、θ−（θ０．θ２．θ３．θ４．θ５．θ
６）で表わされる。

今ベース座標系において、第５図に示す如くｎ個の教示
点Ｐ１　ｒ　Ｐ２　ｔ　”・・・・＋　Ｐｎ−Ｉ　ＨＰ
ｎが教示され、これら教示点を滑らかに結ぶ曲線軌道１
２に沿って手先部７を一定速度Ｖで移動させる場合を考
える。この場合、各教示点Ｐｉ　（但しｊ　＝１　、２
　、・・−・・・、　ｎ　）は、Ｐｉ−（ｘｉ。

ｙｉ、ｚｉ、αｉ、βｉ、γｉ）で表わされ、第４図の
ステップ２１では、まずこれら教示点の位置データ並び
に手先部７の速度データが演算制御部１０へ入力される
。ついでステップ２２において、各教示点をｘ　−ｙ座
標平面（第６図（１）番こ示す）、ｘ　−ｚ座標平面（
第６図（２）に示す）、Ｘ−α座標平面（第６図（３）
に示す）、Ｘ−β座標平面（第６図（４）に示す）およ
びＸ−γ座標平面（第６図（５）に示す）へ夫々射影し
た後、各座標平面において、隣り合う教示点間のｎ−１
個の区間（ｘｌ−”２　、”２”　ｘ３　＋　・・””
　、ｘｎ−１〜ＸＨ）につき、Ｖ＋ｚ＋α、β、γをＸ
の多項式で近似する（ステップ２３）。例えば教示点Ｐ
ｉ、Ｐｉ＋１間の区間を３次式で近似するとつぎの０式
が得られ、加えて０式をＸで微分することにより導関数
を示す０式が得られる。

尚上記■■式における各係数ａｉｊ、　ｂｉｊ、ｃｉｊ
。

ｄｉｊ、ｅｉｊ（但し］＝’）＋１＋２，３）は、各教
示点におけるｘ＋ＹＨｚＨα、β、γの値を用い、更に
各教示点における導関数が左、右の各区間で連続である
ことおよび、教示点ｐ、、ｐ。

では速度、加速度が共に０であることを条件として与え
ることにより、容易に算出できるものである。

斯くて０式によって決まる曲線が、各教示点Ｐ１　ｒ　
Ｐ２　！・・・・・・、　Ｐｎ　を滑らかに結ぶロボッ
ト手先部７の軌道を形成する。合手先部７がこの軌道上
をｘｏの位置から単位時間′ｒで微小変位量ΔＸだけ動
いたと仮定すると、対応するＹｌｌｌα、β、γの各変
位量はっぎのようになる。

この場合、軌道の長さｌは、第７図に示す如く、つぎの
０式で近似でき、更に０式へ０式を代入すると、つぎの
０式を得る。

ｔ＝／π叩ｉ可；７・・・・・・・・・■、＝７゜、／
「７て２　　、＜ｄ戸下８０．。

ｄｘ　　Ｘ＝Ｘｏ　　　ｄｘ　　Ｘ＝Ｘ。

そして手先部７は一定速度Ｖで動作させるから、っぎの
０式が成立し、この０式を変形してつぎの０式を得る。

ｖ−Ｔ−ΔＸ・／π−（Ｊｉ）２　　＋（σ１−　・曲
・■ｄｘ　　Ｘ＝Ｘｏ　　　ｄｘ　　Ｘ＝Ｘ。

Δ、＝ｖ−Ｔ／ｙ’笛百７＝７可２−０．、、、■ｄｘ
　　Ｘ””Ｘｏ　　　ｄｘ　Ｘ＝Ｘ。

従ってこの０式をもって、一定速度Ｖで手先部７を動作
させるための単位時間Ｔ当りの変位量ΔＸを算出でき、
更に０式で得た変位量ΔＸを前記０式へ代入することに
より、他の変位量Δｙ、Δ２．Δα、Δβ、Δγを算出
できる（ステップ２４）。

ところでロボット手先部７の位置および姿勢を規定する
ベクトルＸと、各関節部１ａ〜６ａの状態を規定するベ
クトルθとの間には、つぎの関係が成立する。

Ｘ−［Ｊ］θ　・・・・・・・・・■ −１” θ−［：Ｊ）　　Ｘ　　・・・・・・［相］尚■式中、
〔Ｊ〕はヤコビアンマトリクスを示し、本実施例におけ
る６個の関節部の場合、６行、６列の行列を構成する。

また［相］式中、〔Ｊ〕　はヤコビアンマトリクス［Ｊ
］の逆行列を示す。

斯くてステップ２４で得た変位量ΔＸ、Δｙ。

Δ２．Δβ、Δγは、［相］式における大に相当するも
のであり、従って［相］式を用いて、対応する各関節角
の変位量Δθｉ（但しｉ＝ｘ、２．・・・・・・、６）
に変換する（ステップ２５）。このようにして得た変位
量Δθｉを速度指令値やこれを積分して位置指令値とし
て、制御系１１へ与えることにより、各関節部１ａ〜６
ａが回動して、手先部７が等遠回線運動しくステップ２
６）、つぎのステップ２７の「最終点か」の判定が“Ｙ
ＥＳ″となるまで、ｘｏ−ｘｏ十ΔＸ　とおいてつぎの
単位時間における微小変位を同様に繰返し演算して、時
々刻々制御系１１の動作を連続制御する。

尚第８図はＸが一定でＹ＋ｚが変化する場合を含む特殊
例を示す。図示例の場合、教示点Ｐ１．Ｐ２．ＰＲはｙ
−ｚ座標平面に平行な面紅　ｄｚ 内にあり、　　、−は無限大となる。そこでｄｘ　　　
　ｄｘ 第８図の特殊例では、教示点Ｐ１〜Ｐ３の区間について
は、ｙ−ｚ座標平面への射影を考え、この場合、前記０
式の変位量Δ２．００式の軌道長さｌは次式に置きかわ
る。

従って一定速度Ｖで手先部７を動作させるための単位時
間Ｔ当りの変位量Δｙはつぎの０式で求めることができ
、他の変位量Δ２゜Δα、Δβ、Δγについても、教示
点ｐｔｘｐ３の区間については、ｙとの対応関係で考え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットの構成例を示す斜面図、第２図はロボ
ットの制御系を示す回路ブロック図、第３図はベース座
標系におけるロボット手先部の移行状況を示す説明図、
第４図は演算制御部の動作を示すフローチャート、第５
図はベース座標系における教示点を示す説明図、第６図
（１）〜（５）は各教示点を座標平面上に射影した状態
を示す説明図、第７図は軌道長さの算出状況を示す説明
図、第８図（１）〜（３）は特殊例における各教示点を
座標平面上に射影した状態を示す説明図である。 ｌａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ・・・・・・関節
部７・・・・・・ロボット手先部 Ｐｌ　＋　Ｐ２　＋・・・・・・、Ｐｎ−１，Ｐｎ・・
・・・・教示点特許出願人　　立石電機株式会社 ’Ａ／　可 θｔ テ２　石石 テ３フ 手続補正書く０、方式〉 １．事件の表示　　昭和５８年特　許　願第　１４４５
号２、発明の名称　　産業用ロボットの等速動作方法３
、補正をする者−事件との関係　特許出願人住所〒６１
６京都市右京区花園土堂町１０番地名称（２９４）立石
電機株式会社 代表者立石孝雄 γ）」を ｊ　Ｘ　−（ｘ　、γｌｚｌα、β、γ）」に補正。 （２）明細書第６頁４〜９行目の 」に補正。 （３）　　明細書第６頁１３〜１４行目「またｂは、」
を 「またθは、１番こ補正。 （４）明細書第６頁１５行目「θ＝θｌ、θ２．θ３゜
θ４．θ５．θ６）」を 「θ＝（θ１．θ２．θ３．θ４．θ５．θ６）」に補
正。 （５）明細書第１１頁２〜３行目「位置および姿勢」を 「速度」に補正。 （３） ４６一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の教示点を滑らかに結ぶ軌道に沿って複数の関節
   部を有するロボットを目標地点へ等速移行させる方法で
   あって、前記各教示点を複数の座標平面上へ射影し、各
   座標平面上で各教示点を結ぶ曲線を多項式で近似した後
   、各多項式を用いて単位時間当りの移動量が一定となる
   各座標軸方向の変位量を決定すると共に、該変位量を対
   応する各関節角の変位量に変換して、ロボットの制御系
   へ伝達することを特徴とする産業用ロボットの等速動作
   方法。