JPS59129690A

JPS59129690A - ロボツトの動作監視装置

Info

Publication number: JPS59129690A
Application number: JP113183A
Authority: JP
Inventors: 浩一杉本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-01-10
Filing date: 1983-01-10
Publication date: 1984-07-26

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】〔発明の利用分野〕本発明は、ロボットの動作を監視し、周辺の装置にロボ
ットが衝突しないようにしてロボットの損傷を防止し、
ロボットの安全性と、動作領域を広げることによって得
られる動作性を向上したロボットの動作監視装置に関す
る。

〔従来技術〕

従来のｏｙｙットの動作範囲は、ロボットの対偶変位の
範囲で与えられていた。

しかしながら、ロボットのハンドの位置と対偶変位とは
、通常非線形な関係にあるので、ロボットがその周辺に
置かれた装置と干渉するかどうかの判定を行なうことが
できず５その結果干渉しないように対偶変位の範囲を設
定する必要がｓｂ、ロボットの充分な動作領域が得られ
ないという欠点があった。

又たとえ、干渉しないように対偶変位の範囲を設定して
も、干渉の監視が行なわれない限シ、ロボットの誤動作
によって、周辺装置に衝突することがしばしば発生し、
ロボットを損傷するという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の欠点を解決するために、ロボット
の動作を常時監視するようにし、ロボットの安全性と動
作性を向上したロボットの動作監視装置を提供せんとす
るものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明はロボットの動作領域の境界面を一つの単
位ベクトルと一つのスカラー量で定義し、ロボットに設
定した基準点の境界面に垂直な位置ベクトル値と上記ス
カラ量とを比較することによって、ロボットに設定した
基準点が、動作領域の境界面に対しどちら側に位置して
いるかを判断し、ロボットの動作を監視するようにした
ものであって、ロボット制御装置よりロボットの動作領
域の境界面記憶装置にロボットの対偶変位を入力し、−
力演算器によりその位置におけるロボットの基準点の位
置ベクトルを算出し、この位置ベクトルによって、境界
面に垂直なロボット基準点のベクトル値を演算してスカ
ラー量と比較し、その信号を境界面記憶装置に入力し、
口？ットの基準点が動作領域の境界面を越える方向にあ
るときは、その信号を非常信号器に入力してロボットの
動作を停止するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について詳細に説明する。

先ず詳細な説明に当って、理論構成から説明する。

第１図に口ざットと周辺装置との関係を例示する。ロボ
ットの対偶位置の値によって、ロボット５の動作領域を
定めた場合、通常周辺装置１〜４の１部は、その動作範
囲内に存在する。

従って、ロボット５が誤動作を行なった場合は、ロボッ
ト５と周辺装置１〜４との干渉（衝突）が生ずる。

そこで、この干渉を避ける為に一複数の平面でもってロ
ボットの動作領域と周辺装置との境界面を定義する。こ
の平面は、ロボットのペースに基準点として固定された
座標系ｘ　、ｙ　、ｚによって記憶する。

さて、直交座標系における平面は、次のベクトル解析か
ら１個のベクトルと１個のスカラ量によって表示するこ
とができる。

即ち、第２図に示すように、平面に直角な単位　　゛ベ
クトルをａとし、平面上の１つの点Ｐの位置ベクトルＰ
が既知であるとき、平面上の任意の点の位置ベクトルｒ
は、（ｒ−Ｐ）・ａ　＝　０　　　　・・・・・・・・・　
（１）即ち、ｒ　−ａ＝Ｐ　＠　ａ　　　　　・・・・
・・・・・　　（２）で表わされる。

ここで、α＝Ｐ−ａ　　　　・・・・・・・・・　（３
）とすると平面は、（ａ・α）と表わすことができる。

このように、上記境界の平面を、１個の単位ベクトルａ
とスカシαとで表わ−し、平面に直角な単位ベクトルａ
を平面から動作領域内に向くように定める。

一方ロボット上には、境界面に対して干渉するであろう
と予想される位置に基準点を設ける。

この基準点の静止座標に対する位置を表わす位置ベクト
ルｅは、ロボットの対偶の変位の関数である。

即ち第３図に例示するように、６自由度ロボットにおい
て云えば、６個の対偶の変位をθｌ、θ２・・・・・・
θ６　とすると、ロボットの基準点に対する位置ベクト
ルｅは、次式で表わされる。

マ＝７（θｌ、θ２・・・・・・θ６）・・・・・・・
・・（４）従って、ロボットのアクチュエータに取付ケ
ラれた検出器（図示省略）から０１〜θ６を求め、４式
によってｅを計算することにより、基準点の位置ベクト
ルが定まる。

次に基準点Ｅを通り、（ａ、α）で表わされる平面に直
角な直線を求める。

この直線は、第４図に示されるように、直線に平行な単
位ベクトルｂと、直線上の点Ｆ′が既知のとき、直線上
の任意の点の位置ベクトルｒは、次式より、（ｒ　　　Ｐ’）Ｘｂ＝Ｑ　　　　　・・印・・・・　
（５）即ち−＋　×ｔ＝？ｘマ＝Ｔｏ　　　−−（６）
となり、２個のベクトル（ｂ　、　ｂｏ）で表わされる
。

従って基準点Ｅ（位置ベクトルマ）を通り平面（＆、α
）に直角な直線は、ｂ　＝　ａ　　　　　　　　　・・・・・・・・・（７
）ｂＯ＝ｅｘａ　　　　　　・・・・・・・・・（８）
よシ、（ａ、ｅＸａ）として表わされる。

次に上記直線（？、７　×−；　）と平面（マ、α）と
の交点ｄを求める。

ｄは、平面及びｉｌ［７ｍの両方に存するから、ａ　−
ｄ＝α　　　　　　　・・・・・・・・・（９）ｄ　Ｘ
　ａ　＝　ｅ　Ｘ　ａ　　　　　　−・−・・（１０）
である。式（１０）とａの外積をとると、ａＸ（ｄＸａ
）＝ａＸ（ｅＸａ）−・・”・・（１１）これを整理す
ると、（マ・マ）？−（マ・））マ＝（マ・マ）マー（マ・７
）マ・・・・・・（１２）ここで、＆・ａ　＝　ｌであ
るから、ｄ　−ｅ＝−（ａ−ｅ　）ａ十αａ　　　−・−・−・
・（１３）と々る。この（１３）式において、ｄ−ｅは
基準点Ｅから平面への方向を示すから、平面に直角な単
位ベクトルａが平面から領域内に向いている場合は、マ
・（７−マ）〈０　　　・・・・・・・・・（１４）と
なり、この時の基準点Ｅは領域内にあることになる。

即ち　ａ−ｅ〉α　　　　　　・・・・・・・・・（１
５）のとき、ハンドは領域内にあることになる。

よって、複数の平面を（ＩＬＩ、α）ｌ（ａ２．α）、
・・・と定義し、基準点の位置ベクトルマを４式により
計算し、ａｌ・ｅとα１．ａ２・ｅとα２・・・・・・
の大小を比較することにより、ロゼツトが作動領域内に
存するかどうかの判定が可能となる。

この具体的監視装置を第５図に示す。図において、６は
ロゼツトの制御装置部であシ、対偶の変位０１〜θ６の
値は、図示省略の制御装置部から４見られる。７は記憶
部であり、複数の平面（７１゜α１　）Ｔ（＆２　＋α
２ル・・・・・の直を記憶している。８は、演算部であ
り、基準点の位置ベクトルマを計算し、基準点の平面に
直角なベクトル値ａ”ｅとスカシαとを比較演算する。

９は、非常信号発生器であシ、演算部８の演算結果に従
−い、必要なときに非常信号を出し、これを制御装置６
に入力してロゼツトを停止させる。

以上のように構成した本実施例の作用について以下説明
する。

ロボットの関節７曲げたシ或は回転させたシし　　　　
□て作動している動作時において、対偶の変位θｌ〜θ
６　の変位がその動作に対応してｏ、ｙットの制御部６
に入力される。この制御部６に入力された対偶の変位に
応じて、ロボットの基準点の位置ベクトルｅが演算部８
で計算されると同時に境界平面に直角のロボット基準点
のベクトル値ａ”ｅが演算されて、このベクトル値ａ−
ｅとスカシαとが比較され、この比較値とロボット制御
部６に入力された対偶の変位０１〜θ６を境界の平面記
憶部に入力することによりロボットの基準点を常時監視
している〇この監視時において、ロゼツト制御装置６に入力された
対偶変位θｌ〜θ６によって演算されたロゼツトの基準
点の位置ベクトルｅと、記憶部７に記憶された境界平面
（ａｌ・αＩ）＋（ａ２．α２）・・・・・・（ａｎ・
ａｎ）の全べての平面において、演算部８で演算された
結果がａｎｓｅ〉α。となれば、ロゼツトの基準点は、
全べての境界平面内に存することになシ、周辺装置に干
渉することなく動作される。

次に上記演算部８で演算された結果がａ。−ｅ〈α。と
なった場合、記憶部７よシ出力され、非常信号器９よシ
ロゲット制御部６に指令し、口ぎットの動作を停止する
。

このようにして、ロボット制御部６から対偶変位θｌ〜
θ６を又演算部８からは、境界の平面に直角なロボット
基準点のベクトルａ　ｙｌ　”　ｅとスカシαとの比較
値を平面記憶部７に入力して、ロゼツトの基準点が、境
界平面の領域内にあるかどうかを常時監視する。

以上の説明は、ロゼツトの基準点を１個とした場合につ
いて説明したが、この基準点を複数設定し、さらに各々
の基準点に対応して、別途境界面を定め、同様に監視す
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上詳述した通シ本発明によるロゼツト動作の監視装置
によれば、ロゼツトに基準点を設定し、対偶変位によっ
て、この基準点の位置ベクトルマを計算し、この位置ベ
クトルｅと境界平面の単位ベクトルａによって境界平面
に直角の基準点のベクトル値を演算してスカシαと比較
する演算部を設け、この比較値とロボット制御部からの
対偶変位を平面記憶部に入力して、ロボットに設定した
基準点を常時監視するようにしたので、口ぎットの誤動
作による周辺装置との干渉がなく、動作領域内全域にわ
たってロボットを安全動作させることができ、ロボット
の動作性を向上することが可能となった。

又ロボットの動作を常時監視し、動作領域外に基準点が
位置した時、非常信号器からの指令によシ、ロボットの
動作を停止させ、周辺装置との干渉を未然に防止し、ロ
ボットの損傷をなくして安全性を向上させるなど、優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、口？ットと周辺装置との関係を斜視図で示し
た図、第２図は境界平面の定義を説明するための説明用
図、第３図はロボットの対偶変位を説明するために示し
たロボット腕部の斜視図、第４図は直線の定義を説明す
るための説明用図、第５図は、本発明の実施例をブロッ
ク図によって示した図である。５・・・ロボット、６・・・ロボット制御部、７・・・
記憶部、８・・・演算部。代理人　弁理士　秋　本　正　実第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

ロボットの基準点の位置ベクトルを計算する機能と、ベ
クトルの内積を計算する機能と、上記内積とスカシとを
比較するｆＩｋ能とを備えた演算部と、１個のベクトル
と１個のスカシとで表わした動作領域の境界面を記憶す
る記憶部と、非常信号器及び口ぎット制御部とから成シ
、記憶部にて記憶した境界平面に対し、演算部で演算し
た基準点のベクトルと境界面を表わす上記ベクトルの内
積の値と上記スカシとの比較によシ、ロボットの動作を
常時監視するようにしたことを特徴とするロボットの動
作監視装置。