JPS62231312A - ロボツトの補間制御方法 - Google Patents

ロボツトの補間制御方法

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JPS62231312A
JPS62231312A JP7461486A JP7461486A JPS62231312A JP S62231312 A JPS62231312 A JP S62231312A JP 7461486 A JP7461486 A JP 7461486A JP 7461486 A JP7461486 A JP 7461486A JP S62231312 A JPS62231312 A JP S62231312A
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JP7461486A
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Shigeki Fujinaga
藤長 茂樹
Masaru Imakita
今北 勝
Shinpei Inukai
新平 犬飼
Takashi Kato
隆司 加藤
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Shinmaywa Industries Ltd
Original Assignee
Shin Meiva Industry Ltd
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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) この発明は、ロボットの補間制御方法に関するもので、
特に、エンドフェクタの軌跡のコーナー部における補間
制御方法の改良に関する。
(従来の技術とその問題点) 産業用ロボットなどの種々のロボットにおいては、少な
いデータ量で滑らかな空間的動作を実現するために種々
の補間制御方法が採用されている。
このような補間制御はロボットの各動作において必要ど
されるが、その中でも、第11図(a)に示すようなエ
ンドエフェクタの軌跡A。のコーナー部F。を曲線的な
形状とするための補間は特に重要度が高いもののひとつ
となっている。
その理由のひとつは、たとえばレーザ切断ロボットによ
るワークの溶断などにおいて、コーナー部に丸みをつけ
る面取り処理等が必要とされるからであり、この場合に
は、]−す一部において所定の曲率を持った曲線的軌跡
とするような補間が必要とされる。また他の理由として
は、搬送ロボットにおける搬送動作やエンドフェクタの
退避動作などにおいて、急激な運動方向変化によるロボ
ットや搬送物への衝撃を避けるために、コーナー部での
軌跡を滑らかにする必要が生ずることがあるためである
。この場合には、コーナー部の曲率などは特に厳密に設
定する必要はなく、衝撃を避は得る程度の曲線化を行な
うための補間で足りる。
ところで、これらのいずれの場合においても、コーナー
部の補間制御方法としては、円弧補間を行なうことが多
い。そして、従来の円弧補間においては、まず、第11
図(b)に示すように、コーナー部F の両端に位置す
る直線部分L  、Lo             1
 2 の端点に相当するティーチング点b   、bn−I 
    n+1 のほかに、これらのティーチング点b   、bn−1
n+ 1の間に第3のティーチング点す。を与えておき、これ
ら3つのティーチング点す、b、bn−1n   n+ 1を通る円C8を求める。
次に、この円Cのうち、上記直線部分し、。
L をつなぐ位置に存在する円弧部分B。をコーナー部
F。における軌跡として、この円弧部分BO上に補間点
e、e2・・・をどる。したがって、エンドエフェクタ
の先端は、白線部分L1から補間点e、e2・・・を通
った後に、次の直線部分L2に移動することになる。
ところが、このような円弧補間では、ひとつのコーナー
部F。における補間曲線(円弧部分B。)を得るために
最低3個(b   、b、bn+1>ni     n のティーチング点を教示しなければならない。したがっ
て、コーナー部の多い軌跡についてのティーチングを行
なわねばならないときには、ティーチング時間が長くな
るだけでなく、記憶しておくべきデータ量も多くなるた
めに、必要とされるメモリ容量が増大し、ロボット制御
装置のコストアップにつながるという問題がある。
また、数値制御ロボットなどにおいても、入力すべきデ
ータの増大に伴って、入力作業時間やメモリ容量の増大
という問題が生ずる。
(発明の目的) この発明は、従来技術における1述の問題の克服を意図
しており、コーナー部における曲線補間のために必要と
されるデータ量を減少させ、それによってデータ入力時
(ティーチングなど)における所要時間の短縮と、ロボ
ット制御において必要どされるメモリ容量の低減を行な
うことのできるロボットの補間制御方法を提供すること
を目的とする。
(目的を達成するための手段) 上述の目的を達成するため、この発明においては、まず
、コーナー部を表現する曲線として、所定の種類の滑ら
かな図形(たとえば円)をあらかじめ定めておく。そし
て、ティーチング等によって、エンドエフェクタの軌跡
を与えるための点列に関する第1のデータと、所望のコ
ーナー部について上記図形のサイズを指定する第2のデ
ータとを与える。
その後、上記点列のうち、上記コーナー部の頂点に相当
する点Pnと、前記軌跡に沿ってその前後に隣接する2
点P   、P   (後述する実施n−I   n+
1 例の第4図参照)を含む平面上で、上記第2のデータで
指定されるサイズを持った上記図形が上記という条件に
従って、上記図形のサイズと位置とを特定する。そして
、この図形が線分Pn−I PnおよびPnPo+1に
接する両接点の間の区間で上記図形をエンドエフェクタ
の軌跡とし、上記図形上に補間点を設けて、ロボットを
補間制御する。
(実施例) A、実施例の機構的構成の概要 第2図は、この発明を適用して補間制御を行なわせるロ
ボットの一例としての、直角座標型レーザ切断ロボット
の機構的構成を示す概略斜視図である。同図において、
このレーザ溶断ロボットRBは、基台1の上に、図示し
ないモータM1によってX方向(水平方向)に移動自在
な移動台2を有しており、この移動台2の上にワーク(
図示せず)を載置する。基台1の両側方に垂直に立設さ
れたコラム3の頂部にはビーム4が架設され、このビー
ム4には、図の7方向(垂直方向)に延びるとともに、
モータM2によってY方向に移動自在な移動コラム5が
設けられている。
移動コラム5の下端には、モータM3によって7方向に
上下するモータM4が設けられている。
これによって、移動コラム5の中心軸から偏心した位置
に設けられているアーム6が図のω方向に回転する。ま
た、このアーム6の下端側方にはモータM5が設けられ
ており、これにJ一つてレーザトーチTが図のφ方向に
回動する。
このうち、レーザトーチTには、レーザ発振装置7から
のレーザビームがレーデガイドパイプ8を通して与えら
れる。また、制御装置9には、後述するマイクロコンピ
ュータなどが内蔵されており、操作盤10には、キーボ
ードやディスプレイ等が設けられている。さらに、外部
コンピューター1はCAD入力などを行7Tうためのも
のである。
B、実施例の電気的構成の概略 第3図は、第2図に示したロボツl−RBの電気的構成
の概略図である。第3図において、制御装置9に内蔵さ
れたマイクロコンピュータ21には、バスBLを介して
、以下の各機器などが接続されている。
■上記モータM −M5や、これらのモータM1〜M5
の回転角を検知するエンコーダE1〜E5 (第2図中
には図示せず)を含んだ機構駆動系23、 ■レーザ発振装置7、 ■操作盤10、 ■外部コンピュータ11゜ なお、このロボットRBは、第3図に示したワークWを
、軌跡Aに沿って溶断づ−るものであると想定する。
C1補間制御の原理 次に、この実施例における補間制御の原理を説明する。
第4図はこの原理の説明図であり、第2図の基台1に固
定された絶対座標系S (X、Y。
Z)におけるティーチング点のうち連続する3個のティ
ーチング点P、P、P、+1が示されn−1n ている。そして、これらのティーチング点の点列を順次
結んで形成される折線のうち、ティーチング点Pnを頂
点とするコーナー部F、において面取り処理を行なう場
合を考える。
そして、この発明における[所定の滑らかな図形」とし
て、この実施例では円C1を採用する。
また、後に詳述するように、ティーチング時において上
記点列・・・、P   、P、P   、・・・の位n
−1n   n+1 置などとともに、このコーナー部F。における円Cの半
径R1を指定するデータを操作盤10または外部コンピ
ューター1から入力する。そして、次の3条件を満足す
るように、この円C1の位置とサイズとを決定する。
を含む仮想的平面π上に存在すること。
■円Cの半径が上記R1であること。
に接すること。
この3条件によって、円C0の位置とサイズとは一義的
に定まり、円C1の円周のうち、この円れぞれの接点父
。8,52゜l、の間の円弧区間B、を、このコーナー
部F。におりる」ンドエフエクタ(レーザトーチT)の
軌跡どして採用する。そこで、以下では、第4図の部分
拡大図である第5図を参照しつつ、これらの接点父、父
  や、円Cna   nb 。の中心等の座標を求める。
まず、ティーチング点P、PnおよびPn41の位置ベ
タ1〜ルを、ぞれぞれす、i、および0゜+1とする。
すると、線分Pn−1PoおよびPoPo+1に沿った
単位ベクトル(方向ベクトル)百  、言。+1は、 百   −(T5  −T5    )/li5  −
に5   1n−1n     n−1n     n
−1・・・(1) a   −N5o+1−に5o)/1m、+1−Do1
n+1 ・・・(2) 間のなす角度α、は、 百    ・ a    − n−1n+1 −la   I・IU   l・cos  (α、)n
−1n+1 ・・・(3) の関係から、 α。=む一1Eμ了凹1η計d司 ・・・(4) と書ける。したがって、(1)、 (2)、 (4)式
を用いれば、ティーチング点P   、P、、P、+1
の座標データから角度α。を求めることができる。 一
方、接点57nbからティーチング点P、までの距離を
A。とすると、 tan  (a  / 2 ) =Rn / j! n
    ・=(5)より、 1  =R/lan  <a  /2)    =・(
6)n      n            nとな
る。したがって、円C1の中心O8の位置ベクトルを父
。。とし、中心O1からティーチング点=75  十m
  (言。+1−百。−1)/2n ・・・(8 )が得られる。さらに、接点文 2文 は、na   
nb ヌ = T5   j! 、 ’Q n−1++ (9
)na    n ’nb=’n +in ’n+1       ・−(
10)となる。
したがって、円Cの中心O6を原点とし、線分01Po
の方向をX軸に、また、第5図の紙面に垂直な方向をZ
軸とするような直角座標系S′(xyy、z)を考えた
とき、円弧部分Bnの任意の点父をこの座標系S’  
(x、y、z)で見たときの位置ベクトル父。は、角度
パラメータφを用いて、 父 −(Rcosψ、Rosinψ、0)n (−α /2≦ψ≦+α /2) n ・・・(11) と書くことができる。このため、座標系s’  (x。
y、z)と絶対座標系S (x、y、z)との回転関係
(角度関係)を表現するマトリクスをMとすると、第6
図かられかるように、 x=Mx  ”52nO−(12) となる。
以上の各式によって、円弧部分B。上の任意の点の位置
父を知ることができる。そして、第5図のティーチング
点Pn−1から接点父□8に至り、円弧部分B、を経由
して、他方の接点父□bからティーチング点Pn+1に
至るような経路に沿って補間点をとり、それに従ってエ
ンドエフェクタを移動させれば、面取り等の動作を行な
わせることができる。
なお、頂点P および円中心0゜を通る直線G、と、円
Cとの交点父。(第5図)は、一  12  − ヌ =父。。+Ro(T5o−父。。)/ l K5 
  Rno’     ・1i3)で表わされる。
次にエンドエフェクタの速度■および姿勢(θ。
φ)についての補間について説明する。ここで、θ、φ
はそれぞれ、第7図に示すような天頂角および方位角で
ある。周知のように、ロボットのティーチングにおいて
は、各ティーチング点においてエンドフェクタが有すべ
き速度の大きさVと姿勢(θ、φ)に関するデータが入
力される。したがって、第8図に示すように、ティーチ
ング点Pn−1,P 、P  、Po+2のそれぞれに
ついて、n   、   n+1 その位置ベクトル0  −0   、速度の大きさn−
1n42 ■n−1〜Vn+2および姿勢(0、φn−1)〜(θ
n+2.φ。+2)が、ティーチングデータとして取込
まれる。
このうち、ティーチング点P、P、+1の2点をそれぞ
れの頂点とするコーナ部Fn、Fn+1について、上記
面取り処理を行なわせようとする場合を考える。この場
合には、ティーチング点Pnにおける速度データV お
よび姿勢データ(θ。。
n φ )を、円Cと直線G との交点ヌ、におけn   
        n         nる速度・姿勢
データとして採用する。ティーチング点Pn+1につい
ても同様であり、このティーチング点P  における速
度データ■。+1および姿n+1 勢データ(θ  、φ  )を、半径R1,1を有n+
i     n+1 する円Cと直線G  との交点父。41についn+1 
        n+1 ての速度・姿勢データとして採用する。面取りを行なわ
ないティーチング点P   、Po、2についでは、従
来通りでよい。
次に、コーナー部Fnを例にとって、円弧部分B にお
(プる速度・姿勢の決定法について説明する。この場合
、接点父。bについては、ティーチング点P、Po、1
の間で速度・姿勢データを直線補間した値を用いる。
すなわち、この接点父。、における速度の大きさvob
および姿勢(θnb、φnb’を、vnb= vo+I
 n (Vn+1  vo)/I O,+1−に5ol
     ・・・(14)θ。b=θ。+I!o(θn
+1  ’n)φ =φ +1 (φ、+1−φ。) nb    n     n / l ’n+1−〇、 l     ・・・(16)
のように定める。同様にして、第8図の他方の接点文n
8についても速度・姿勢を決定する。頂点Pn+1に対
応するコーナー部F。、1についても同様である。
このようにして、第8図の例では、 ’n−1・父父□ xnb・(n+1)a・Xn+1 
・na・  nx 文(n+1)b−on+2・ における位置、速度および姿勢が定まる。そして、?5
n−1〜)2na’又nb〜’ (n+1)a・又(n
+1)b〜r3n+2 の各区間は、これらの金量につき直線補間を行なう。ま
た、 ■父 〜父 、■ヌ 〜私、1.。
na     n        n ■)2(n+1)a〜ヌn+1 ・■ヌ  〜52(n
+1)b旧1 の各区間のうち、■■についての各市は半径R1での円
弧補間を、また■■は半径R1,1での円弧補間をそれ
ぞれ行なう。そして、これによって、第8図における補
間制御を実行するわけである。
D、補間制御の具体例 そこで、以下では、第8図の場合を例にとって、第2図
および第3図に示す装置で補間制御を行なう場合に処理
順序を、第1A図および第1B図に示したフローチャー
トを参照しつつ説明する。まず、ティーチング動作を示
す第1A図を参照する。
第1A図において、ステップS1の初期化を行なった後
、ステップS2で最初のティーチング点にレーザトーチ
Tを移動させ、そのティーチング点における速度V。に
関するデータを、操作盤10を用いて入力する。そして
、そのティーチング点に対応するコーナー部で面取りを
行なわせるか否かに関するデータと、面取りを行なわせ
る場合には、補間のための円の半径の値を、操作盤10
から同様に入力する(ステップ34)。
そして、次のステップS5では、これらの速度vo1面
取りに関する情報、およびエンコーダE1〜E5から取
込まれる位置・姿勢情報を、マイクロコンピュータ21
内のメモリまたは外部記憶装置ヘスドアしておく。
次に、最終ティーチング点であるか否かを判断しくステ
ップS6)、最終ティーチング点に至るまで上記ステッ
プ82〜S6を繰返した後、ティーチング処理を完了す
る。
このようなティーチング処理の後、テスト動作を行なわ
せて、レーザトーチTが所望の軌跡に沿って移動するか
否かを確認するとともに、誤動作が生じればデータ修正
を行なう。この段階では面取り処理に対応する動作は行
なわせず、たとえば第8図のに5n−1〜r3n+2を
ティーチング点として与えておいた場合には、レーザ1
〜−ヂTはT5o−1゜b、o、T5n+2の各ティー
チング点を通るn     n+1 ような折線的移動を行なう。
このようなテスト動作を終えた後、第1B図に示すよう
な再生動作に移る。この第1B図において、まず、操作
盤10上のスタートボタン(図示せず)を押下すること
によりロボットRBに起動指令が与えられる(ステップ
810)。すると、レーザトーチTが溶断開始位置まで
移動した後(ステップ511)、レーザ発振装置7から
のレーザがレーザトーチTに供給され始める(ステップ
512)。そして、溶断開始位置の後に連続する3個の
ティーチング点n、i5 、p、+1にn−i    
  n おける諸情報をメモリから読出しくステップ513)、
ティーチング点b0で面取りを行なうか否かを、第1A
図のステップS4で指定されたデータに基いて判断する
(ステップ514)。
そして、面取りを行なわない場合には、ステップS15
で直線補間などの従来の補間演算と座標変換とを行ない
、その補間点にレーザトーチTを移動させる(ステップ
816)。さらに、このステップS15.S16をティ
ーチング点p。に至るまで繰返し、ティーチング点に5
oに至るとnを(n+1)へと更新する(ステップS1
7,818)。そして、最終ティーチング点に至ってい
なければ、ステップS19からステップS13へと戻り
、同様の動作を繰返す。
一方、ステップ814において、ティーチング点Kio
に対応するコーナー部で面取りを行なうものと判定され
ると、ステップS20へ移り、ティーチング点0   
、Ks、0n、1におIプる位置。
n−1n 速度、姿勢のそれぞれのデータと、半径R8に応じたデ
ータとに基いて、上記(1)、 (2)、 (41〜(
ii)。
(13)式が演算され、円C8のザイズと位置とが特定
される。そして、円弧部分B。に至ったかどうかを判断
しくステップ521)、上述したように、円弧部分B。
に至るまでは従来の直線補間などを用いて補間演算を行
なう(ステップ522)。
また、円弧部分B。に至ると、この円弧部分B。上で円
弧補間を行なう(ステップ523)。そしてこれらの補
間結果を、たとえばコーナー部については(12)式な
どを用いて絶対座標系へと座標変換しくステップ524
)、シー11トーヂTをその補間点へ移動させる(ステ
ップ525)。
そして、第8図の点父。bまでレーザトーチTが移動す
るまでは上記ステップ821〜S24を繰返し、ステッ
プ826でこの点文、bに至ったものと判断されると、
ステップ818へ移ってnを更新する。ただし、このス
テップ818からステツー つn − プ313へと戻ったときには、この点父。b以降の補間
動作が行なわれる。
このようにして、レーザトーチTは、第9図中に×印で
示す補間点り、h2.・・・を順次通過して行く。そし
て、このようにして、最終ティーチング点に至ると、第
1B図のステップS19からステップS27へ移り、レ
ーザ供給を停止した後、レーザトーチTを退避させ(ス
テップ828)、再生処理を完了する。
以上の処理において、たとえばティーチング点わ。につ
いては、このティーチング点p0にお()る位置・速度
・姿勢の各情報のほか、円C0の半径R1をティーチン
グしておくのみで足りるため、必要データ量は減少し、
ティーチング作業も比較的短時間で完了することになる
E、変形例 ところで、この発明は上述の実施例に限定されるもので
はなく、たとえば次のような変形も可能である。
■上記実施例では、コープ一部の補間に用いるー こ口
 − 滑らかな図形として円を用いているが、たとえば第10
図に示すような楕円りなどであってもよい。
楕円の場合には、長軸や短軸の長さくないしは離心率)
などのデータ、それに長軸の向きなどによってその形状
・方向が特定されるが、たとえば長軸の向きは頂点T5
oに向う方向にするものとあらかじめ定めておき、離心
率も所定の値を用いるものとすれば、長軸の長さのみを
ティーチング点に入力してやればよい。もつとも上記パ
ラメータのうち2以上のものをその都度指定するように
しても、従来の円弧補間よりは少ないデータ量で済む。
■上記実施例はプレイバック方式のロボットを対象にし
ているが、この発明は数値制御ロボットなどにも適用可
能である。また、上記実施例では再生時に円を特定して
補間値を求めているが、再生動作前に円を特定しておい
てもかまわない。平板の溶断などのような平面的動作の
場合は姿勢補間などを省略してもよい。
■円などの滑らかな図形のリーイズと位置とを特定した
後の補間演算するに際しては、上記円弧補間以外の補間
法を用いてもよい。たとえば円周上の4点以上の座標を
求め、それらをつなぐ空間曲線を多項式などで近似した
後に、この空間曲線に沿って順次補間点をとってもよい
■この発明は、ワーク溶断におりる面取りのほかに、搬
送ロボットにおける搬送動作や、エンドエフェクタの退
避動作にお(プる運動方向転換時の衝撃緩和のために、
コーナ部を曲線補間する際などにも有効である。また、
エンドエフェクタの軌跡としては、エンドエフェクタそ
のものの先端に限らず、レーザトーチ丁の焦点位置のよ
うに、エンドエフェクタと所定の関係にある位置の軌跡
であってもよい。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、あらかじめ定
められた滑らかな図形のサイズを指定するデータを与え
るだけで、所望のコーナー部の曲線補間制御が行なわれ
るため、コーナー部における曲線補間のために必要とさ
れるデータ量が減少し、それによって、データ入力時に
おける所要時間を短縮させるとともに、ロボット制御に
おいても必要とされるメモリ容量を低減させることがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1A図は、この発明の実施例に用いられるレーザ切断
ロボットRBティーチング動作を示すフローチャート、 第1B図は、レーザ切断口ボッ1〜RBの再生動作を示
すフローチャート、 第2図は、レーザ切断口ボッl−RBの概略斜視図、 第3図は、レーザ切断口ボッ1〜RBの電気的構成を示
すブロック図、 第4図ないし第8図は、実施例の原理を説明するための
図、 第9図は、実施例におけるレーザトーチTの軌跡を示す
図、 第10図は、この発明の詳細な説明図、第11図は、従
来の円弧補間法の説明図である。 RB・・・レーザ切断ロボット、 T・・・レーザトーチ、 P  ””n+2・・・ティーチング点、Ao、A・・
・軌跡、 co、co+1・・・円、 B、Bo+1・・・円弧部分、 xna゛Xnb” (n+1)a′x(n−1)b・・
・接点ベクトル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定の点列に沿って形成されたロボットのエンド
    フェクタの軌跡のうち、所望のコーナー部を曲線で表現
    するとともに、前記曲線上に補間点を設けて前記ロボッ
    トを補間制御するロボットの補間制御方法であって、 前記曲線として所定の種類の滑らかな図形をあらかじめ
    定めておき、 前記点列を指定する第1のデータと、前記所望のコーナ
    ー部について前記図形のサイズを指定する第2のデータ
    とを与え、 前記点列のうち、前記コーナー部の頂点に相当する点P
    _nと、前記軌跡に沿ってその前後に隣接する2点P_
    n_−_1、P_n_+_1とによって形成される2本
    の線分@P_n_−_1P@_nおよび@P_nP@_
    n_+_1を含む平面上において、前記第2のデータで
    指定されるサイズを持った前記図形が前記線分@P_n
    _−_1P@_nおよび@P_nP@_n_+_1の双
    方に接する条件に従って、前記図形のサイズと位置とを
    特定し、 前記図形が前記線分@P_n_−_1P@_nおよび@
    P_nP@_n_+_1に接する両接点の間の区間で前
    記図形を前記コーナー部におけるエンドフェクタの軌跡
    とするとともに、前記図形上に補間点を設けて前記ロボ
    ットを補間制御することを特徴とするロボットの補間制
    御方法。
  2. (2)前記図形は円であり、前記第2のデータは前記円
    の半径を指定するデータである、特許請求の範囲第1項
    記載のロボットの補間制御方法。
  3. (3)前記ロボットは溶断ロボットであり、前記曲線は
    ワークの面取りのための曲線である、特許請求の範囲第
    1項または第2項記載のロボットの補間制御方法。
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JP7461486A JPS62231312A (ja) 1986-03-31 1986-03-31 ロボツトの補間制御方法

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02181205A (ja) * 1989-01-06 1990-07-16 Fanuc Ltd 3次元曲線生成方式
JP2012198600A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Denso Wave Inc ロボットの制御装置
JP2013093009A (ja) * 2011-10-07 2013-05-16 Fanuc Ltd 加工経路におけるコーナ部を加工する制御装置

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JPS57211490A (en) * 1981-06-20 1982-12-25 Fujitsu Ltd Control system for track of robot

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