JPS62192807A - ロボツト制御方式 - 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】 〔概要〕 多関節型ロボットの制御方式であって、多関節型ロボッ
トの軌跡制御を行う場合、途中の経由点を通過する時の
現在角度をセンサで実測し、その実測値で演算した速度
指令を与えていたのに対して、通過点の座標から角度を
計算し、その角度を用いて計算した速度を途中の経由点
を通過する時の角速度ベクトルとして命令を実行するこ
とにより、滑らかな動きで、しかも少ない軌跡ずれで移
動することが可能となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多関節型の組立ロボットに係り、特に先端ア
ームの移動制御を所定アルゴリズムにて制御するロボッ
ト制御方式に関する。

現在、製造現場等での有力な省力化機器として各種ロボ
ットが実用化され、使用されている。

特に、これらロボットの動作を制御する方式としては、
ティーチングボックスでロボ・ノドの動作手順を操作キ
ーを用いて教示して、その教示に基づき動作させるティ
ーチングプレイバック方式、同じくティーチングボック
スで教示するが、その教示を操作者が手動で教示するダ
イレクトティーチング方式、ロボットの動作を全てプロ
グラムに基づき制御するプログラミング方式等がある。

上記のようなロボットを用いて所定組立作業をする場合
のロボットの動作過程中には、例えば組立作業に必要な
部品を持つ前のハンドの方向を直す点とか、障害物を避
けるための経由点とか、停止する必要が無く通過するだ
けの点等がある。

このような経由点を停止せずに通過することは、停止し
て経由点を通過する場合に比べ、組立作業全体の時間を
短縮し、単位時間当たりのロボットの仕事量を増大させ
る。

又、点と点とを結ぶ方法が直線補完だけのロボットにお
いても、この通過命令を用いることにより擬似的に曲線
を描くことが出来るので英数字（曲線を画く必要がある
）でのマーキングが可能となり、組立作業における工数
を減らすことが出来る。かかる動作制御が可能なロボッ
トの実用化が期待されている。

〔従来の技術〕

第４図は従来例を説明するブロック図、第５図は従来例
の動作フローを説明する図、第６図は従来例の動作命令
を説明する図、第７図はロボットによる物体の移動状況
を説明する図、第８図は経由点通過の軌跡の状況を説明
する図をそれぞれ示す。

第４図のブロック図は、多関節を有し、３次元空間内で
ハンドを自由に移動出来るようになっているロボット（
但し、アーム機構が主体となっている）■と、 ロボット１の各関節角の回転を制御するサーボ機構２１
と、サーボ機構２１への情報送出及びセンサ部２３から
の情報の取り込み等を行う制御部２２と、各関節角の角
度を読取るセンサ部２３を具備するロボット制御部回路
２と、 ロボット制御回路２及びプロセッサ４にてロボット１の
移動軌跡上の各ポイントの角速度を測定し、調整するサ
ンプリング周期を作成するタイマー３と、 メモリ５上に用意された機械命令をフェッチして実行し
、所定手順によりロボット制御回路２から関節角度の実
測値を入力し、又ロボット制御回路２へ各関節角の速度
指令を与えるプロセッサ４と、 外部記憶装置６から読取ったデータ等を格納するメモリ
５と、 例えば、フレキシブル・ディスクからなり、ロボットの
作業指令等の内容を記憶している外部記憶装置６とから
構成されている。

尚、ロボット１に示す矢印は各関節及び先端部分の動作
／回転方向を示す。

例えば、第７図に示すように、Ａ点にある部品（ａ）を
Ｂ点を経由して０点に持って行（場合、凸ボット１に対
する命令は、Ａ点からＢ点への移動、Ｂ点から０点への
移動を命令することになる。

尚、本例ではＡ点からＢ点への移動は、障害物（ｂ）を
避けるための移動となる。又、この時の移動軌跡は第８
図に示す軌跡Ｌ（実線で示す）のようになる。（但し、
第８図に示す軌跡Ｌ′については後述する） 第７図、第８図に示すように出発点Ａ点からＢ点を経由
して目標点Ｃ点に至るまでのロボット１の移動制御を、
以下説明する。

尚、本移動命令形式はティーチングプレイバンク方式ロ
ボット１における点から点への移動の基本命令を示すも
ので、第５図及び第６図に示す動作フロー、動作手順を
もとに説明する。

まず、Ａ点からＢ点に至る移動時、Ｂ点を目標位置とし
て、Ａ点からＢ点までの直線間をタイマー３にセットさ
れた所定サンプリング周期で、その座標及びロボット１
の関節角度から速度ベクトル（Ｘ、Ｙ、Ｚの座標）を求
める。

即ち、Ａ点からＢ点間の目標位置ｆＸ）“を関節角度（
ｈ）′に変換し、その角度（ｈｌ“をメモリ５にセント
する。目標角度（ｈｌ“に近づいたらプロセッサ４は目
標角度（ｈｌ“に位置決めするモードにし、目標角度（
ｈ）″に対して１サンプリング前である現在角度（ｈ）
′を読取っているセンサ部２３のデータを引き込み、そ
れを現在位１ｆｆ（ｘ）’に変換する。

次に、目標位置（Ｘじと現在位置（×）′から速度ベク
トル（Ｘ、Ｙ、Ｚの座標）を求める。この動作を継続し
て繰り返し行う。

又、１サンプリング周期における処理としては、以下の
ような処理を行う。即ち、次のサンプリング時の次の到
達位置（×）“　（２サンプリング後の通過点）をプロ
セッサ４で計算して、到達点の位置（Ｘ１″を関節角度
（ｈビ辷変換する。

サンプリング時、即ち到達位置（Ｘｉ″に対して１つ前
のサンプリングまで待ち、その時の現在角度（ｈ）′を
センサ部２３から読取る。

更に、到達点の角度（×じと現在角度（ｈ）′から角速
度ベクトル■をプロセッサ４で計算し、制御部２２を介
してサーボ機構部２１に送出し、ロボツト１の各関節を
制御する。この動作を位置決めするモードになるまで繰
り返す。

上述の動作を第５図により纏めると、プロセッサ４は現
在の位置と与えられた経由点くＢ点）の位置、速度から
Ａ点からＢ点間の直線軌跡のベクトル、距離を求め、タ
イマー３をセントする。（ステップ１００．１０１） ２サンプリング後の通過点の位置座標（Ｘビから関節角
度（ｈ）＃を計算し、■サンプリング後になるまで待ち
、その時点でのサンプリング時（即ち、通過点の１つ前
のサンプリング）に再度タイマー３をセントし、同時に
その時点（現在時点）の関節角度（ｈ）′をセンサ部２
３から読出す。　（ステップ１０２〜１０４） 次に、■サンプリング後に座標（Ｘじの位置を通過する
ような速度ベクトルＶ　（Ｖ＝ｔ　（（ｈｌ“−（ｈ）
′）／Ｔ、但しＴ：サンプリング周期）を計算し、サー
ボ機構部２１を介してロボット１内各関節の動作を制御
する。（ステップ１０５） 通過点より１つ前のサンプリング時の関節角度（ｈ）＃
における位置（×ビ′をプロセッサ４は求め、この位１
　ｆＸ）“が経由点Ｂ点を越えているか否かの判定を行
い、越えていればＡ点からＢ点の移動制御を終了し、Ｂ
点から目標点Ｃ点間の直線軌跡の制御に移る。もし、ま
だ経由点Ｂ点を越えてい無ければ、ステップ１０２から
を繰り返す。（ステップ１０６〜１０８） 上述のような基本命令を用いて経由点を通過させる制御
方式の場合、各経由点で一旦その動作を停止するので、
組立作業全体の時間が多（掛かることになる。

そこで、経由点を予め全て教示した後で連続する複数の
経由点に対して滑らかに結ぶスプライン関数を用いて補
完する方法も提案されている。

この基本命令は上述の１サンプリング周期の処理時に角
速度■を計算した後にプロセッサ４では、通過点又は到
達点が目標点Ｃ点を越えたか否かをチェックする過程が
追加されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の場合には１度教示した後に関数や軌跡を計算する
時間が必要となると共に、通過点を越えた時点で次の通
過点までの角速度■を計算するため、例えば第７図のよ
うな経由点Ｂを通過する場合は、第８図に示すようにそ
の動作が太き（振動を描き通過することになる。

更に、この場合はデータの追加、削除、変更を行った時
に、再び計算をするので教示と再生の間に時間が必要と
なる。

上述のように、ティーチングプレイパック方式の基本命
令を用いた場合、経由点でその動作を停止するために全
体の動作時間が長く掛かった。

又、各経由点を通過するようにスプライン関数を用いて
補完する曝合の基本命令（前記の基本命令を少し変更し
たもの）を用いると、第８図の軌跡Ｌ（実線で示す）の
ようにオーバシュート等で経由点通過時における振動が
発生し、振動の大きさによりその後の軌跡りが乱れる現
象が発生する等の問題点があった。

ｃ問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の詳細な説明するプロ・ツク図を示す。

第１図に示すブロック図は第４図で説明した各機能ブロ
ック１〜６と、 前の命令で計算した計算値を格納している計算値格納部
７とから構成されている。

〔作用〕

ロボットが目標点に移動するまでの経由点の角速度計算
を、前の命令で計算し計算値格納部７に格納している計
算値を用いて計数する。

しかも、その計算時点を経由点を通過する前の数サンプ
リング前に行うように構成することにより、例えば曲線
を画く経由点であっても滑らかな動きで、しかも少ない
軌跡ずれで短時間に移動することが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の要旨を第１図〜第３図及び第７図。

第８図に示す実施例により具体的に説明する。

第２図は本発明の実施例における動作フローを説明する
図、第３図は本発明の実施例における動作手順を説明す
る図をそれぞれ示す。尚、全図を通じて同一符号は同一
対象物を示す。

本実施例における移動動作は第７図に示すように出発点
Ａにある部品（ａｌをＢ点を経由して目標点Ｃに至るま
でとし、以下その動作を説明する。

尚、第８図に示す符号Ｌ’　　（点線で示す）が本実施
例における制御により通過する軌跡Ｌ′であり、軌跡Ｌ
′上の座標位置（Ｘｌを現在位置又は座標位置（Ｘビに
対する２サンプリング前の位置、座標位置（×）′を１
サンプリング前の位置とする。

更に、目標通過位置を座標（×）“とじ、これを１サン
プリング周期の処理とし、ｌ命令とする。

まず、プロセッサ４は前の命令で求めた座標（Ｘ）の計
算値を計算値格納部７より読出し、これを現在位置座標
（Ｘ）とする。次に、現在位置座標（×）と次の通過位
置、即ち座標位置（×）′から速度ベクトル（Ｘ、Ｙ、
Ｚ座標）を求め、現在位置座標（×）から座標位置（×
）′までの距離を求める。

次に、１サンプリング周期の処理として以下の処理動作
を到達点が目標点Ｃに達するまで繰り返し行う。

即ち、プロセッサ４は次のサンプリング時の次の到達位
置（Ｘじを計算し、その到達位置（×ビが目標点Ｃを越
えているか否かをチェックす企。

その到達位置（Ｘビが目標点Ｃを越えている場合は処理
動作を終了とする。又、もし到達位置（×ビが目標点Ｃ
を越えていない場合は、到達位置（×ビを関節角度（ｈ
ビに変換し、次のサンプリング時まで待ち、そのサンプ
リング時の角度（ｈ）′をセンサ部２３から読込む。

次に、次のサンプリング後に位置（×ビを通過するよう
に角速度Ｖ　（Ｖ＝　（角度（ｈビー角度（ｈ）　’　
）／Ｔ、但し、Ｔ：サンプリング周期）を計算し、それ
によりプロセッサ４はサーボ機構部２１を介してロボッ
ト１の各関節の動作を制御する。

上述の動作を経由点Ｂを通過する場合を前提として説明
したのが第２図に示す動作フローである。

この動作フローで経由点Ｂを通過すれば、経由点Ｂを通
過する１つ前のサンプリング時に通過時の速度が求めら
れることになるため、曲線を描く経由点Ｂをより滑らか
に通過することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、組立ロボットの移動動作
で、曲線を画くような経由点を通過する場合であっても
滑らかな動き出来、しかも少ない軌跡ずれて短時間に移
動することが出来ると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するブロック図、第２図は
本発明の実施例における動作フローを説明する図、 第３図は本発明の実施例における動作手順を説明する図
、 第４図は従来例を説明するブロック図、第５図は従来例
の動作フローを説明する図、第６図は従来例の動作手順
を説明する図、第７図はロボットによる物体の移動状況
を説明する図、 第８図は経由点通過の軌跡の状況を説明゛する図、をそ
れぞれ示す。 図において、 １はロボット、 ２はロボット制御回路、 ３はタイマー、　　　　　４はプロセッサ、５はメモリ
、　　　　　６は外部記憶装置、７は計算値格納部、　
　２１はサーボ機構部、２２は制御部、　　　　　２３
はセンサ部、をそれぞれ示す。 革　１　図 単乙図 Ｂ（、経由点）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 各関節に対して角速度を指示する制御部（２２）と、角
   度を読取るセンサ部（２３）と、前記センサ部（２３）
   で読取った角度からロボット（１）の先端の到達点の座
   標を計算するプロセッサ（４）とを具備し、所定サンプ
   リング周期毎に各関節角度を読取り、次の目標通過点へ
   の速度を演算して速度指令を与える多関節型ロボットに
   おいて、 前記プロセッサ（４）は各サンプリング周期毎に演算す
   る到達点の位置に基づいて各関節毎の角度値に変換する
   ように構成されてなると共に、前記サンプリング周期毎
   の関節角度の計算値を格納する計算値格納部（７）を設
   け、 前記プロセッサ（４）で演算した前記サンプリング周期
   毎の関節角度値を前記計算値格納部（７）にセットし、
   該通過点に達する１サンプリング前に行う演算にて速度
   指令を与える時の現在値は、前記計算値格納部（７）に
   セットしている計算値で演算し、演算された角速度ベク
   トルで移動処理することを特徴とするロボット制御方式
   。