JPS62199383A - ロボツトの制御方式 - 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】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段（第１図）作用 実施例 （ａ）　　一実施例の構成の説明（第２図）（ｂ）　　
一実施例の動作の説明（第３図、第４図）（Ｃ）　　適
用例の説明（第５図） （ｄ）　　他の実施例の説明 発明の効果 〔概　要〕 姿勢制御可能なハンドとアームを有するロボットの動作
を制御装置が制御するロボットの制御方式において、ハ
ンドにセンサ手段を設け、センサ手段によってハンドの
対象面に対する傾きを計測して、ハンドを対象面に平行
に制御することによって、対象面を基準として動作デー
タによる動作を対象面の傾きにかかわらず実行できるよ
うにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ノ＼ンドとアームを有するロボットに対象面
に対する作業を行なわせるためのロボットの制御方式に
関し、特にノ・ンドの姿勢を対象面と平行に制御できる
ようにしたロボットの制御方式種々の作業の自動化のた
め、ロボットが多様な形態で種々の分野で利用されてお
シ、これに伴ないロボットに多様な機能が要求されてい
る。

このような要求から、ロボットの動作の基となる教示デ
ータも絶対座標によるものから、２点間の座標の差分て
位置を示す相対座標によるものに変化しつつあり、複雑
な作業をより容易な教示によって実現できる。

即ち、相対座標を用いれば、一度教示した動作を空間内
の任意の位置、姿勢で再現できる。

〔従来の技術〕

例えば、第６図（５）に示すロボットにおいては。

ロボット２はアーム２ａとノ・ンド３を有し、ノ・ンド
３に塗装器具、溶接器具、ねじ締め器具等の作業部材４
を把持せしめ、教示された内容に従って。

作業すべき対象面１上を移動して作業を実行する。

このような教示位置を相対座標で教示すれば。

初期位置を絶対座標で教示するだけで、対象面１がいか
なる位置にあっても動作が再現できる。

例えば、第６図（５）に示す如く、対象面１に対し円の
軌跡を描かせるには、対象面１の初期位置とそれから相
対位置を与えることによって、対象面１が異なる位置に
あっても対象面１に同一の軌跡を再現できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなロボットの作業は、一般に対象面という平面
を基準として考えることが多く、相対位置を用いる場合
には教示した時の平面と作業する時の対象面に傾き等の
ずれがないことが条件となって同一軌跡の再現が可能と
なるものである。

従って１対象面１が第６図（ｑの如く、想定している対
象面と傾きを持った面１′であると、当該対象面１′へ
同一軌跡を再現することはできなくなシ。

対象面１の軌跡１０が対象面１′に写像された軌跡１０
′が描かれてしまう。

このような問題を解決する方法としては、予定の対象面
１′の傾きに合わせるべく、ハンド３の姿勢を別途教示
することが考えられるが、この方法では、対象面１′の
傾きが異なる毎に姿勢を教示する必要があるという問題
が生じる他に、これらの教示された姿勢も、実際の作業
空間における対象面１の傾きと必ずしも一致するとは限
らないという問題があった。

本発明は、ハンドの姿勢を対象面の傾きに自動的に適合
させることのできるロボットの制御方式を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図（５）中、第６図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、５はセンサであり。

ハンド３に設けられ、対象面１の任意の点の座標を検出
するためのものであシ、超音波距離センサや接触センサ
等で構成されるもの、６は制御装置でめ９．アーム２ａ
を教示データに従って駆動制御するとともに、センサ５
のセンサ信号によって対象面１の傾きを求め、ハンド３
の姿勢を対象面１に適合するよう制御するものである。

この制御装置６は、対象面１に対する作業を行なうに先
立って第６図（Ｂ）、（Ｑの如く、アーム２ａを駆動し
て対象面１の複数の点のハンド３からの座標を求め、こ
れによって対象面１の傾きθを得。

ハンド３を対象面１の検出した傾きθに従って対象面１
と平行となるように第１図（Ｄ）の如く姿勢制御するも
のである。

〔作　用〕

本発明においては、対象面１の傾きを自動的に検出して
、対象面１と平行にハンド３の姿勢を制御しているので
、対象面１の傾きが異なっても。

対象面１の傾きを教示する必要がなく、又正確に対象面
１に適応することができる。

従って、相対座標で教示された動作データの再現に際し
、初期姿勢の設定が自動的に行なわれる。

尚、アーム制御はハンド３のハンド座標系を元に制御さ
れるので、ハンド座標系の相対座標を従来と同様ハンド
の姿勢に応じて変更して与えればよい。

〔実施例〕

（ａ）　　一実施例の構成の説明 第２図は本発明の一実施例構成図である。

図中、第１図、第６図で示したものと同一のものは同一
の記号で示して、ｆｉｐ、２０はベースであシ、Ｚ軸回
りのｒ方向に駆動されるもの、２１゜２２はアームであ
り、θ１．θ２方向に駆動されるものであシ、アーム２
２の先端にハンド３が設けられているものである。

従って、ロボット２はｒ、　　θ１．＾、α、β、γの
６軸のアーム動作が可能な６自由度垂直多関節型ロボッ
トで構成されている。

尚、ｘ、ｙ、ｚ軸はロボットの絶対座標系を示し＋　ｘ
ｔＹ＋”軸はハンド座標系を示しておシ。

ハンド３はα、β、γ方向の動作が可能である。

６０は信号処理回路でアシ、センサ（超音波距離センサ
）５の出力に応じて対象面１との距離（Ｚ方向の位置）
を出力するもの、６１はプロセッサ（ＣＰＵ）でラシ、
教示内容を格納したメモｌｊ　６１　ａを有し、メモＩ
Ｊ　６１　ａの教示内容を読み出し、各軸の移動指令を
与えるとともに、これに先立って信号処理回路６０の出
力によって対象面１の傾きを求め、ハンド３の姿勢を制
御するもの。

６２は駆動回路であシ２例えばサーボ制御回路で構成さ
れ、ロボット２の各軸の駆動モータを移動指令に従って
駆動制御するものである。

（ｂ）　　一実施例の動作の説明 第３図は第２図構成におけるＣＰＵ６１のノ・ンドの姿
勢制御フロー図、第４図は第３図における傾き検出動作
説明図である。

■　先づ、ＣＰＵ６１はハンド３を第４図のＡ点に移動
すべく、ロボット座標系での初期位置座標（Ｘ、、　Ｙ
、、　Ｚ、）を駆動回路６２に与え、ベース２０、アー
ム２１，２２を駆動して、ハンド３をＡ点に位置付ける
。

■　次に、ＣＰＵ６１はＡ点におけるセンサ５の検出出
力よシ得た信号処理回路６ｏからの対象面１までの距離
１ｏを得る。

従って、Ａ点での対象面１の測定点ＰＲの座標は（Ｘｏ
、Ｙｏ、Ｚｔ　（＝Ｚｏ−１ｏ））となる。

■　次にＣＰＵ６１は、ロボットの座標系でＹ。

Ｚ位置は変えず、Ｘ方向のみ（Ｘｏ＋Ｌ）に変え。

これを駆動回路６２に与え、ベース２０．アーム２１．
２２を駆動して、ハンド３を第４図のＢ点に位置付ける
。

■　同様に、センサ５の検出出力より信号処理回路６０
からのＢ点における対象面１までの距離１１を測定し、
ＣＰＵ６１はこれを得る。従ってＢ点での対象面１の測
定点Ｐ２の座標は（Ｘｏ＋Ｌ、ＹＯ。

Ｚ２（＝　Ｚｏ−ｌｔ、　）　）となる。

■　次に、ＣＰＵ６１は、ロボットの座標系で。

Ｘ、Ｙ位置は変えずに、Ｙ方向のみ（Ｙｏ　＋　Ｌ　）
に変え、これを駆動回路６２に与え、ベース２０゜アー
ム２１．２２を駆動して、ハンド３を第４図の０点に位
置付ける。

■　同様に、センサ５の検出出力より、０点における対
象面１までの距離１２を信号処理回路６゜かＩ；ＣＰＵ
６１は計測する。

従って、０点での対象面１の測定点Ｐ３の座標は（Ｘｏ
＋　Ｌ　、　’ｙｏ＋　Ｌ　、　’Ｚｓ（＝Ｚｏ−’Ａ
！ｓ）　）となる。

■　このようにして任意の３点での対象面１の座標の計
測が終了すると、ＣＰＵ６１はＸ、Ｙの移動距離と測定
したＺ方向の距離１ｏ”！ｌとがら対象面め法線ベクト
ル笥を演算する。

Ｐｔ　ＲＰｓ、のＺ座標は、それぞれ２．２２２．であ
るから。

と表せる。したがって、平面の法線ベクトル笥は（但し
＋　　’＋　Ｊ＋　ｋは、それぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向の
単位ベクトル） となる。

そこでｎアの単位ベクトルｎは。

となる。

このようにして、対象面１の傾きが単位ベクトルｎとし
て得られる。

■　次に、ＣＰＵ６１は、ロボットハンド３の法線ベク
トル風と対象面の法線ベクトルＷとが一致するよりなβ
、γの値を次のようにして計算する０ ハンドの方向ベクトル魂ならびに、法線ベクトルｎｌ、
は、オイラー角α、β、γを用いて２次のように表せる
。

ここで、ハンド３を対象平面１に平行に追従させる方法
として、αは固定し、β、γのみを変化させることにす
る。ハンド３が、平面に平行になった時のオイラー角を
それぞれ、β′、γ′とすると。

その時のハンドの方向ベクトル広は。

となる。また、ハンドの法線ベクトルｎｈは、ステップ
■で示した平面の法線ベクトルＷに一致する○したがっ
て、醜・Ｗ＝０よシ 、・、。β’　（ｎｘ　ａｙａａ　＋　ｎｙ　ｍａ　）
　＝　−ｎ、　ａｍβ′・・・・・曲（８）（８）式よ
シ。

、゛、　Ｂ’＝ｔａｎ−’　（（（Ｚｌ−Ｚｌ）ｏｏｓ
α＋　（ｚｚ−ｚｔ）ｇｔａα）／Ｌ）・（ｔｏ）また
、ｎ、＝蕉β’ｏｏｓ７’よシ 魚γ’　：ｌ：　ｎｚ　１０ｏｓβ′　　　　　　　　
　・・・・・・・・・・・・・・・　αυとなり、γ′
も得られる。

■　このようにして演算したβ′、γ′をＣＰＵ６１は
駆動回路６２に指令して、ハンド３をβ、γ方向に駆動
し、ハンド３を対象面１と平行に追従させる。

このようにして、対象面１上をハンド３を移動させ、対
象面１の座標を計測することによって。

対象面１の法線ベクトルを求め、法線ベクトルと一致す
るハンド３の法線ベクトルを求めることによってハンド
３を対象面１と平行に回転させる。

一方、ハンド座標系はロボットの座標系から回転してい
るので、ハンド座標系による軸封位置で示された教示デ
ータはロボットの座標系に変換する必要がある。

従って、ＣＰＵ６１は、メモリ６１からの相対座標の読
み出しに際し、この座標を回転し九ノ・ンド座標系から
変換して駆動回路６２に与える。この補正は周知の座標
回転変換によって行なえばよく、ここでは詳述しない。

（Ｃ）　　適用例の説明 第５図は本発明の詳細な説明図である。

第５図においては対象面１，１′が連続し、且つこれら
の傾きが異なるものに対し、ハンド３の電動ドライバ４
によって丸印の位置にねじ締めを行なう作業を示してい
る。

このような例は、装置の筐体の取付は等で行なわれる。

先づ、ハンド３によって対象面１の６つの位置にねじ締
めを行なう。この時各ねじ締め位置の教示データは相対
座標で示されている。

次に、ハンド３を対象面１′の所定位置に移動し。

前述の対象面１′の傾き測定を行ない、ノ・ンド３を対
象面１′と平行に回転させる。

そして、同様に前述の相対座標を利用して、実な 数面１′の６つの位置にねじ締めを行なう。

（ｄ）　　他の実施例の説明 上述の実施例で、ｒ、θＩＩ　θ２Ｉαｔβｔγの６軸
多関節ロボットを例に説明したが、直交型ロボット、ス
カラー型ロボットであってもよく、要スるにハンドの姿
勢制御可能なものであればよい。

又、センナとして超音波距離センサを用いているが、光
による距離センサであってもよく、接触センサであって
もよい。接触センサの場合には。

距離測定に対し対象面と接触する必要があるから。

距離測定に対し、ハンド３をＺ方向に駆動する必要があ
る。

更に、対象面の測定を３次元の傾き検出のため３点で行
っているが、２次元の傾きのみの場合は。

２点で行ってもよい。

以上本発明を実施例により説明したが９本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり。

本発明からこれらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に１本発明によれば、対象面の傾きに応
じてハンドが適応姿勢制御されるから。

対象面の傾きを教示しなくても、傾きを持つ対象面への
作業が可能となるという効果を奏し、特に相対座標によ
る教示データを種々の傾きを持つ対象面の作業に利用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図。 第２図は本発明の一実施例構成図。 第３図は第２図構成におけるハンドの姿勢制御フロー図
。 第４図は第３図における傾き検出動作説明図。 第５図は本発明の詳細な説明図。 第６図は従来技術の説明図である。 図中、１・・・対象面。 ２・・・ロボット。 ２ａ・・・アーム。 ３・・・ハンド。 ５・・・センナ。 ６・・・制御装置○

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ハンド（３）の姿勢制御可能なアーム（２ａ）を有する
   ロボット（２）を動作制御する制御装置（６）と、該ハ
   ンド（３）に設けたセンサ手段（５）とを含み、任意の
   対象面（１）に対する指令された作業を行なうに際し、 該制御装置（６）は該対象面の複数の点の座標を該セン
   サ手段（５）によつて計測して該ハンド（３）に対する
   該対象面（１）の傾きを求め、 該ハンド（３）の姿勢を該対象面（１）と平行となるよ
   う制御することを 特徴とするロボットの制御方式。