JPS62100809A - ロボツト制御装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、ロボット制御装置に関し、更に詳しくは、２
以上の自由度ををし且つそれら自由度の間に干渉がある
ロボットに対し、干渉を補正した制御を行うロボット制
御装置に関する。

「従来技術およびその問題点」 第１図は一般的な多関節型ロボットシステムを示すもの
で、多関節型ロボット１と、制御装置２と、リモートコ
ントローラ３とから基本的になっている。

多関節型ロボット１の手首部は、第１のひねりと曲げと
第２のひねりの合わせて３つの自由度を有しており、そ
の動力伝達機構として例えば第２図に示す如き動力伝達
機構５が用いられている。

この動力伝達ｔｌＩ３１構５において、第１のひねりの
自由度θうは、モータＭ１．減速機Ｇ＋および駆動バイ
ブＰ４により、第１の軸Ｌ１が軸方向を変える自由度で
ある。

曲げの自由度θ１は、モータＭ５．減速機Ｇ。

、駆動バイブＰ　５　＋　ベベルギアＢ、、Ｂ、および
フレームＦにより、第２の軸Ｌ２が第１の軸り。

のまわりに旋回される自由度である。

また、第２のひねりの自由度θ９は、モータＭＧ、減速
機Ｇ６．駆動パイプＰＧ、ベベルギアＢ３、Ｂ＋、Ｂａ
により、第２の軸Ｌ２が軸回転される自由度である。

モータＭ、’、Ｍ、、Ｍ、の各軸には、速度を検出する
ための速度検出器Ｒ，，Ｒ，，ＲＧおよび角度位置を検
出するための角度検出器Ｅう、Ｅ５、Ｅ６が取り付けら
れている。

さて、モータＭ５およびＭ６を停止して、モータＭ、だ
けを回転させる場合を考えると、前述のようにモータＭ
４の回転に従い第１のひねりの自由度θ。が変化する。

すなわち第１の軸ＬＩが軸方向を変える。そして、それ
に伴ってベベルギアＢ、が移動する。ところが、そのベ
ベルギアＢ２に噛合するベベルギアＢ、は、モータＭＧ
が停止しているから停止しており、このためベベルギア
Ｂ、が回転することになる。そうすると、ベベルギアＢ
、の回転によって、フレームＦが第１の軸り、のまわり
に回転する。これは曲げの自由度θうが変化することに
他ならない。

同様に、モータＭ６の停止によりベベルギアＢ。

が停止しているにもかかわらず、第１のひねりθ。

の変化と共にベベルギアＢ１が移動されるので、そのベ
ベルギアＢ、が回転されることとなり、これに噛合する
ベベルギアＢ５が回転し、第２の軸り、が軸回転する。

これは第２のひねりの自由度θＧが変化したことに他な
らない。

また同様に、モータＭ５を駆動して曲げの自由度θ、を
変化すると、モータＭ、を停止していてもベベルギアＢ
５が回転し、第２の軸Ｌ２が軸回転する。これは第２の
ひねりの自由度θ６が変化したことに他ならない。

このように、２以上の自由度を有するロボットにおいて
、一つの自由度を変化すると、他の自由度が干渉を受け
て変化してしまうという問題点がある。

「発明の目的」 本発明の目的とするところは、２以上の自由度を有し且
つそれら自由度の間に干渉のあるロボ・７トにおいて、
その干渉を打ち消す補正を行って、あたかも干渉がない
ようにロボットを制御することができるロボット制御装
置を提供することにある。

「発明の構成」 本発明のロボット制御装置は、第１番目から第Ｎ（Ｎは
２以上の整数）番目までの各自由度の目標制御量Ｓ工を
教示データに基づいて得る目標制御量導入部、第ｍ番目
の自由度以外の自由度の移動によって第ｍ番目の自由度
が受ける干渉量で第ｍ＠目の自由度についての目標制御
量Ｓ、を補正する演算を行い、第ｍ番目の自由度につい
ての制御量ｄ□を得る制御量演算部、および各自由度に
ついての制御量ｄＬを各自由度のサーボ機構へ出力する
出力部を具備してなることを構成上の特徴とするもので
ある。

「実施例」 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図は本発明のロボット制御装置の一
実施例を含むロボットシステムの外観図、第２図は第１
図に示す多関節型ロボットの手首部の駆動機構の模式的
機構図、第３図は第１図に示すロボットシステムの制御
系統のブロック図、第４図は第３図に示す制御系統にお
ける千漆補正演算部の一構成例のブロック図、第５図は
第３図に示す制御系統の関節角度演算部の一構成例のブ
ロック図である。なお、図に示す実施例により本発明が
限定されるものではない。

第１図に示すロボットシステムは、多関節型ロボット１
と、制御装置２と、リモートコントローラ３とから基本
的になっている。

多関節型ロボット１はθ、〜θＧの６つの自由度を有し
、そのうちθ１〜θ３はアームの自由度で、θ、〜θ６
は手首部の自由度である。

その手首部の駆動機構は、第２図に示すようであって、
第１のひねりの自由度θ、は他の自由度θう、θＧから
干渉を受けず、曲げの自由度θ。

は第１のひねりの自由度θ、から干渉を受け、第２のひ
ねりの自由度θ６は第１のひねりの自由度θ、および曲
げの自由度θ、の両者から干渉を受ける。なお、この駆
動機構の説明は、先に「従来技術およびその問題点」の
閣で詳細に説明したのと同じであるから省略する。

制御装置２は、コンピュータを内蔵するもので、本発明
に係る干渉補正を行ってａボー／　ト１を制御する機能
を持つ点および演算処理を行って角度検出器の検出量か
ら各自由度の関節角度を得る機能を持つ点で従来と異な
る。それらの意思外の構成は従来と同様である。

リモートコントローラ３は、従来と同様の構成である。

第３図は第１図に示すロボットシステムの制御系統図で
、二点鎖線の左側部分は制御装置２に設けられ、二点鎖
線の右側部分はロボット１に設けられる。

オペレータが、制御盤２ａまたはリモートコントローラ
３を介し、手先部の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および姿勢（ｇ
、ｍ、　　ｎ）を教示するときの、これらの教示データ
、あるいは再生時の記憶データは、順変換演算部２１に
よって、自由度θ畜、θ２、θ９．θ１．θ６．θ、が
それぞれ達成すべき目標角度位置φ１．φり、φ〕、φ
斗、φ６．φＧに変換される。

かかる順変換演算部２１は、従来公知の構成と同様であ
る。

次に、目標角度位置φ丁、φグ、φ３．φ４゜φ５．φ
６は、角度／制御量変換部２２によって、サーボ機構に
与えるべき目標制御量ｓｌ、ｓ２、ｓ３．ｓ号、ｓ５．
ｓＧにそれぞれ変換される。

かかる角度／制御量変換部２２は、干渉について考慮し
ないもので、例えば、各自由度についての変換係数をｃ
、、ｃ、、Ｃ，、ｃ、、ｃ、、Ｃ。

とするとき、 Ｓ□＝φＬ／Ｃ工＋Ｓよ。　　　　　　　　・・・■（
＋＝１．２，３．４．５．６） （ｓｉｏは定数） なる演算を行うものである。

次に、これら目標制御量３１〜３Ｇに対して、干渉補正
演算部２３は、干渉を打消すための補正を行い、実際に
各自由度のサーボ機構に与えるべき制御１ｄ＋〜ｄＧを
算出する。

例えば手首部の３つの自由度θ、２　θ５．θ６につい
て説明すると、まず、第１のひねりの自由度θ１は他の
自由度からの干渉をうけないので、補正Ｎ−０であり、
第４図に示すように、５４−ｄｍとされる。

次に、曲げの自由度θ５は、第１のひねりの自由度θ４
による干渉をうけるから、その干渉量をθ吟５とすれば
、そのθ斗５を相殺するだけの補正１ｔｈ＋ｓが３５か
ら差引かれて実際の制御量ｄ。

とされる。

例えば、干渉量θ。、が第１のひねりの自由度θ、の駆
動量（ｄ４−３４゜）に比例するとすれば、比例定数を
α◆、として、 θ＋ａ＝（ｄ＋　　’ｓｏ）α＋ａ トナリ、このβ４５を打消すためにサーボモータＭ５を
駆動すべき補正量ｈ４５は、比例定数をβ４５として、
ｈ４５−〇や、β、５となるから、比例定数をに４５と
してまとめれば、 ｈ＋ａ−（ｄ＋−３＋ｏ）ｋ＋ｓ となる。

そこで、第４図に演算部２３．で示すように、ｄ５　＝
３ａ　　　（ｄ４−３４　、　）　ｋ＋　５　　−■と
される。

次に、第２のひねりの自由度θ、は、第１のひねりの自
由度θ斗による干渉と曲げの自由度θ５による干渉をう
けるから、それらによる干渉量θ、。

、β６６を相殺するだけの補正量ｈ＋ｔ、、ｈｙｔｓを
３Ｇから差引かれて実際の制御Ｒｄ６とされる。

前述の場合と同様に、 ｈ十Ｇ＝（ｄ４　　　ｓ、０）ｋ斗ら ｈうＧ　”’　（ｄ５−３５゜）ｋ、。

となるから、第４図に演算部２３Ｉ、で示すように、ｄ
６＝ＳＧ　　　（ｄ４　３４０　）ｋ＋ｃ−（ｄ５−１
１５゜）ｋ８．　　・・・■とされる。

こうして得られた実際の制御量ｄ１は、帰還制御部２４
に出力される。

帰還制御部２４は、各自由度の角度検出器Ｅ。

〜Ｅｃの角度検出量り、−Ｄ６と制御量ｄ１〜ｄｍ。

の偏差に基づいて、各サーボアンプＡ、〜Ａ６に駆動信
号を出力する。

各サーボアンプＡ　Ｉ”　Ａ　Ｇは、各速度検出器Ｒ＋
〜ＲＧの帰還を受けながら、各サーボモータＭ。

〜ＭＧを駆動する。

かくして、各自由度の間の干渉が補正された制御が行わ
れ、各自由度０１〜θ６は、干渉に左右されずに、目標
角度位置φ１〜φ６をそれぞれ達成しうろこととなる。

さて、角度検出器Ｅ１が出力する角度検出量Ｄ工は、サ
ーボモータＭ、が実際に駆動された量をあられすもので
あり、干渉があるため、各自由度の角度位置を表してい
ない、これらは、関節角度演算部２５によって変換され
ることで、はじめて角度位置〇、として検出される。

すなわち、関節角度演算部２５は、他の自由度からの干
渉をうけない自由度θ９については、前記０式を変形す
ることにより、 θｑ＝ｃｑ　　（Ｄｑ　　３ｑｏ）　　　　　　・・・
■（ｑは他から干渉をうけない自由度の番号）（Ｓｑ。

は定数） なる演算を行い、その角度位置θ９を検出する。

例えば、手首部の第１のひねりの自由度θ斗は、他の自
由度からの干渉をうけないから、第５図に演算部２５１
で示すように、 θ。−〇、（Ｄ、−３＋。）　　　　　　・・・■とし
て角度位置θ令が検出される。

この角度位置ｅ４は、サーボモータＭ、の回転のみによ
り達成される角度位置である。

一方、他の自由度からの干渉をうける自由度θｒについ
ては、干渉による角度変化分を加える演算を行って、角
度位置ｅ、を検出する。

例えば、手首部の曲げの自由度θ５で達成された角度位
置θ５は、自己のサーボモータＭ５により生じる角度位
置θち５に、第１のひねりの自由度θ、のサーボモータ
Ｍ、の回転により干渉で生じる角度変化分θ◆５を加え
たものとなる。

すなわち、 ０５二〇！＋５＋ｅ令５　　　　　　　０．、■ここで
、上記０式により、 θａｓ＝ｃｓ　　（Ｄ５　５６゜）　　　　・・・■で
あり、θ令５が第１のひねりの自由度θ、の実際の駆動
量（Ｄ÷−３，。）に比例するとすれば、比例定数をに
、うとして、 ｅ＋、ａ　−に＋　５　　（Ｄ＋　−！１４　ｏ　）　
　　　・・・■となるから、結局、第５図に演算部２５
ｂで示すように、 ｅａ　＝Ｃａ　　（Ｄ５−３５゜） ＋に４５　　（Ｄ＋　　Ｓｈｏ　）　　　　・・・■な
る演算を行うことで、角度位置θうが検出される。

次に、第２のひねりの自由度θ、で達成された角度位置
θＧは、第１のひねりの自由度θ唾による干渉と曲げの
自由度θ５による干渉をうけるから、それらの干渉によ
る角度変化分θ４Ｇ＋　　θ’ＩＧを、自己の達成骨ｅ
ＧＧに加えたものとなる。

すなわち、 θ６−θＧＧ　＋θ４．＋　θ、６　　　・・・［相］
ここで、 ’３ｃｃ　　＝ＣＧ　　（Ｄｃ　　　ｓＧｏ　　）０４
ら＝に令ｃ（Ｄ４−３４６） θ８Ｇ　　−ＫＥＧ　　（Ｄ！ｌ−３５０）であるから
、結局、第５図に演算部２５ｃで示す゛ように、 θＧ−ＣＧ　　（Ｄ６　　３ＧＯ） ”Ｋ＋　Ｇ　　（Ｄ４−３．。） 十に５　Ｇ　　（Ｄ５−３６゜）　　　　・・・■なる
演算を行うことで、角度位置θＧが検出される。

か（して、角度検出器Ｅ１〜Ｅ６の出力する位置検出量
り、ｘ［）Ｇから、実際に達成された角度位置θ１〜θ
Ｇが検出されることとなる。

検出された角度位置０１〜ｅＧは、逆変換演算部２６に
よって、手先部の位置（ｘ、ｙ、ｚ）および姿勢（１，
ｍ、ｎ）に変換され、メモリーに記憶される。

逆変換演算部２６は、従来公知の構成と同様の構成であ
る。

上記説明から理解されるように、本発明に係る干渉補正
演算部２３により、各自由度の間の干渉に左右されずに
、多関節型ロボット１を制御できるのである。

なお、関節角度演算部２５により、角度検出器Ｅ、−Ｅ
Ｇの出力する位置検出量り、’％ＤＧから、干渉に左右
されずに、実際に達成された角度位置θ、〜ｅ、を検出
できる。

他の実施例としては、角度／制御量変換部２２と干渉補
正演算部２３とを、関節角度演算部２５のように、一つ
にまとめて、目標角度位置φ１〜φＣから直接に実際の
制御１　ｄ　＋〜ｄＧを算出するようにしたものが挙げ
られる。

また他の実施例としては、関節角度演算部２５を、角度
／制御量変換部２２と干渉補正演算部２３のように、２
つに分けて、まず角度検出量り。

〜ＤＧを干渉がない場合の角度位置に変換し、次いで干
渉補正を行っそ角度位置θ１〜θＧを算出するようにし
たものが挙げられる。

「発明の効果」 本発明によれば、第１番目から第Ｎ（Ｎは２以上の整数
）番目までの各自由度の目標制御量Ｓ□を教示データに
基づいて得る目標制御量導入部、ｖＪｍ番目の自由度以
外の自由度の移動によって第ｍ番目の自由度が受ける干
渉量で第ｍ番目の自由度についての目標制御量Ｓ、を補
正する演算を行い、第ｍ番目の自由度についての制御量
ｄｍを得る制御量演算部、および各自由度についての制
御量ｄＬを各自由度のサーボ機構へ出力する出力部を具
備してなることを特徴とするロボット制御装置が提供さ
れ、これにより複数の自由度を有し且つ各自由度の間に
干渉があるロボットを、干渉に左右されずに、好適に制
御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロボット制御装置の一実施例を含むロ
ボットシステムの外観図、第２図は第１図に示す多関節
型ロボットの手首部の駆動機構の模式的機構図、第３図
は第１図に示すロボットシステムの制御系統のブロック
図、第４図は第３図に示す制御系統における干渉補正演
算部の一構成例のブロック図、第５図は第３図に示す制
御系統の関節角度演算部の一構成例のブロック図である
。 （符号の説明） ■・・・多関節型ロボット ２・・・制御装置 ３・・・リモートコントローラ ５・・・手首部の駆動機構 ２３・・・干渉補正演算部 ２３□、２３し・・・演算部 ２５・・・関節角度演算部 ２５ａ　、２５＋、、２５ｃ・・・演算部θ。・・・手
首部の第１のひねりの自由度θ５・・・手首部の曲げの
自由度 θＧ・・・手首部の第２のひねりの自由度Ｍう、　Ｍ５
　、　Ｍｔ、・・・サーボモータＥ、、Ｅ、、Ｅ、・・
・角度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）第１番目から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）番目
   までの各自由度の目標制御量ｓ＿１を教示データに基づ
   いて得る目標制御量導入部、 （ｂ）第ｍ番目の自由度以外の自由度の移動によって第
   ｍ番目の自由度が受ける干渉量で第ｍ番目の自由度につ
   いての目標制御量ｓ＿ｍを補正する演算を行い、第ｍ番
   目の自由度についての制御量ｄ＿ｍを得る制御量演算部
   、および （ｃ）各自由度についての制御量ｄ＿１を各自由度のサ
   ーボ機構へ出力する出力部 を具備してなることを特徴とするロボット制御装置。