JPS6284304A - 産業用ロボツトの軌跡補間装置 - 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〕 この発明は、産業用ロボットの軌跡補間装置に係り、特
に各動作区間ごとに計画されたロボットハンドの軌跡を
合成して連続パス（ｃｐ）動作とした軌跡補間装置に関
する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、産業用ロボットは、３点以上の教示点間を結ぶ２
区間以上の各動作区間を動作するとき、各教示点で停止
するいわゆるポイントツ、−ポイント（ＦＴＰ）動作で
あった。そのため、各教示点で減速、停止、加速を繰り
返すので、高速で滑らから動作を実現することができな
かった。

また、ＦＴＰ動作になることを避けるため、教示された
点によって形成される移動径路の各線分の長さに対して
一定の割合で定められる点を演算して求め、これらの点
を補間する開始点および終了点としてロボットの移動径
路を曲線補間する軌跡補間方式（特開昭５８−１７７２
８６号公報）や、ロボットの径路を決定するのに定めら
れた各位置間を等分割する補間演算を用い、折線で与え
られたロボットの径路を、ハンドか折点付近で連続的な
運動を行うように径路を連続化する軌道補間方式（特開
昭５８−５１３０５号公報）も提案されているが、各線
分に沿った速度を連続に接続できるように、ベクトル和
により合成速度を算出することになるので、予め３点を
教示しておかなければ速度合成をすることができず、ま
た各教示区間の速度を一定に定めるのは蓮しく各動作区
間ごとに速度が変わってしまうという問題点があった、
そのため、全区間にわたりロボットを最適のスピードで
動作させ、作業時間を短縮し、ロボットの時間当りのコ
ストを低減するのは難しかった。

〔発明の目的〕

この発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
ので、各動作区間ごとの速度パターンにより軌跡を各速
度パターンの減速時と加速時において合成し、高速で滑
らかな動作を実現する（産業用ロボットの）軌跡補間装
置を提供することにある。

〔発明の構成とその作用〕

本発明の産業用ロボットの軌跡補間装置は、任意の２点
間を結ぶ軌跡を加速、減速を含む速度パターンを生成し
、ある時刻の軌跡補間点とその絶対位置があらかじめわ
かっている少なくとも始点あるいは終点のいずれか一方
を基準とし、速度パターンの積分によりその点からの相
対世である基準点からの移動量を演算して基準点の値に
加えることにより、軌跡補点の値を演算する軌跡発生手
段と、前記軌跡発生手段の算出する軌跡を前区間の終点
と後区間の始点が一致する連続した２区間において、前
区間の減速時と後区間の加速時に、前区間の終点からの
相対値と、後区間の始点がらの相対値に基づき算出する
軌跡合成手段とからなっている。

上記装置は、各２点の教示点からなる動作区間ごとに軌
跡発生手段により速度パターンを計画し、各動作区間ご
との軌跡が算出される。

ただし、動作が連続する場合には、軌跡合成手段が用い
られる場合がある。すなわち、前区間の終点と後区間の
始点が一致する連続する２区間において、前区間の減速
時と後区間の加速時に、前区間の終点からの相対値と後
区間の始点からの相対値に基づき軌跡を算出することに
より、前区間と後区間の軌跡を滑らかに接続し、同時に
作業時間の短縮を図る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各２点間ごとの速度パターンを教示点
において合成するだけで教示点で停止することなく、連
続パス動作が可能であり、高速で滑らかな動作となり、
作業時間の短縮が図れるという利点がある６ また、従来のＦＴＰ動作用の軌跡発生手段から得られる
軌跡を、計算しなおすことなくそのまま用いて接続する
ため、各動作区間の速度が指定できるとともに、ＦＴＰ
動作と（Ｐ動作の両方を実施する場合に、同一の軌跡発
生手段を使用できるという利点もある。

〔発明の実施態様〕

（第１態様の説明） 第１態様は、軌跡発生における演算を、簡単に算出する
手段を提供するものであり、軌跡発生手段が、加速時に
は始点に相対値を加え、減速時には終点から相対値を減
ずることにより、軌跡を算出することにより実現する。

産業用ロボットの動作は、一般に加速度および速度に限
界がある。したがって、動作速度パターンは、第１図（
Ａ、　）に示すような台形状速度パターンとなるのが一
般的である。台形の面積が始点から終点までの相対値と
等しくなるようにする。

したがって、始点と終点が近い場合には、速度の限界に
達しないうちに減速するような動作速度パターン、すな
わち第１図（ａ）に示すような三角形状速度パターンと
なる場合もある。

ある時刻における軌跡は、上述の速度パターンを用い、
相対値を算出することにより得られるが、この相対値は
、その時間で切ったときの面積と等しい。

したがって、加速時には、台形状速度パターンであれば
、第１図（Ｂ）に示すように始点からの相対値Ｂ工の方
が、終点からの相対値Ｂ２よりも演算が簡単であり、三
角形状速度パターンであれば。

第１図（ｂ）に示すように始点からの相対値ｂ□の方が
、終点からの相対値ｂ２よりも演算が簡単である。

また、減速時には、台形状速度パターンであれば、第１
図（Ｃ）に示すように終点からの相対ｆｆ＆Ｃ２の方が
、始点からの相対値Ｃ１よりも演算が簡単であり、三角
形状速度パターンであれば、第１図（Ｃ）に示すように
終点からの相対値Ｃ２の方が、始点からの相対値Ｃ１よ
りも演算が簡単である。

したがって、加速時には、始点に相対値を加え、減速時
には・終点から相対値を減ずることにより、軌跡が算出
できるため、軌跡補間装置の高速化が図れ、ロボットの
サンプル時間を短縮できるため動作時の軌跡情報を向上
させることが可能となる。

（第２、第３の態様） （第４の態様） 第４の態様は、産業用ロボットの作業時間（動作時間）
を短縮にするためのものであり、前区間の減速開始時刻
と、後区間の加速開始時刻または前区間の減速終了時刻
と、後区間の加速終了時刻を一致させることにより実現
する。

第２図に、そのときの速度パターン図を示す。

ＦＴＰ動作を第２図（、）に、部分的に重なったものを
第２図（ｂ）に１本態様のものを第２図（ｃ）に示す。

なお、第２図においては、台形状速度パターンで書いで
ある。各速度パターンのいずれかが三角形状速度パター
ンになっても成立する。

第４態様では、動作区間の接続時間も最小となるため、
作業時間を最小とすることが可能である。

また、一般に、産業用ロボットにおいては動作速度制限
があり、接続的でもこの制限を越えることはできない。

２つの教示点を結ぶ軌跡補間をする。軌跡発生手段にお
いては、動作速度一杯の軌跡を計画するので、第２図に
示す台形速度パターンの定速域において軌跡の重ね合わ
せをすると、上記動作速度制限を越える危険性がある。

しかし、本発明の軌跡接続手段は、定速時には軌跡の合
成を実施しないので、上記の危険性はなく、必ず定めら
れた動作速度制限以下での動作が保証されるという利点
がある。

【発明の実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第３図は、本発明の軌
跡補間装置を産業用ロボットの軌道制御システムに適用
した制御ブロック図を示す。産業用ロボットの軌道制御
システムは、教示点を記憶する記憶装置１と、２つの教
示点から軌跡補間をする軌跡発生手段２と、連続する２
つの動作区間の軌跡の重ね合わせをする軌跡合成手段３
と、上記軌跡合成手段３から得られる軌道により産業用
ロボット５を駆動するサーボ装置４と、産業用ロボット
５とからなっている。

軌跡補間装置は、軌跡発生手段２と軌跡合成手段３によ
り構成されており、前記軌跡発生手段２は、記憶装置１
から読み出してくる２つの教示点を結ぶ軌跡補間をし、
例えば、台形状速度パターン、三角形状速度パターンな
どの軌跡を求める。

また、軌跡合成手段３は、軌跡発生手段２から出力され
る軌跡を、連続する動作区間の前区間の減速区間と、後
区間の加速区間を重ね合わせて合成する。

サーボ装置４は、上記軌跡接続手段３から出力される軌
道をもとに所定の作業を実行するように産業用ロボット
５を駆動する。

以下に、軌跡合成手段３の具体的な実施例を説明する。

（実施例１） 第４図は、三角形状速度パターンからなる軌跡を求める
場合の軌跡合成手段３０の構成を示す。

三角形状軌跡合成手段３０は、入力された三角形状の速
度パターンを加速区間と減速区間とに分離する軌跡分離
手段３１と、減速区間の情報一時記憶する遅延手段３２
と、動作開始時の加速区間かどうかを遅延手段３２にデ
ータがあるが否かにより判断する始点判断手段３３と、
動作終了時の減速区間がどうかを軌跡分離手段３１にデ
ータが入力されたか否かにより判断する終点判断手段３
４と、加速時間と減速時間の比較をする時間比較手段３
５と、動作開始時の加速区間の軌道を生成する始動手段
３６と。

加速時が減速時間より長いか等しい場合に軌道の重ね合
わせをする第１接続手段３７と、減速時間が加速時より
長い場合に軌道の重ね合わぜをする第２接続手段３８と
、動作停止時の減速区間の軌道を生成する停止手段３９
とからなっている。

次に、上記各手段の機能を説明する。

軌道分離手段３１は、軌道発生手段２により求められた
三角形状の速度パターンからなる軌跡を、加速区間と減
速区間とに分離する。

遅延手段３２は、軌跡分離手段３１により分離された減
速区間を、次の動作区間における加速区間との重ね合わ
せ、あるいは次の動作区間がない場合には、停止するた
めの減速動作をするために、一時的に情報を記憶する。

始点判断手段３３は、軌跡分離手段３１に、より分離さ
れた加速区間が、始動のためのものか否か、すなわち重
ね合わせをする減速区間が存在するか否かを判断する。

もし、始動時で１重ね合わせをする減速区間がなければ
始動手段３６が起動され、軌道発生手段２で補間された
加速時の軌道がサーボ装＠４へ出力される。また、始動
時でなく、減速区間と重ね合わせをする必要がある場合
には、時間比較手段３５が用いられる。

終点判断手段３４は、軌跡分離手段３１により分離され
、遅延手段３２により一時的に記憶された減速区間が停
止のためのものか否か、すなわち１重ね合わせをする加
速区間の有無を軌跡分離手段３１への入力があるか否か
により判断する。もし、停止時で１重ね合わせをする加
速区間がなれけば、停止手段３９が起動され、軌道発生
手段２で補間された減速時の軌道がサーボ装置４へ出力
される。また、停止時でなく、加速区間と重ね合わせを
する必要がある場合には、時間比較手段３５が用いられ
る。

時間比較手段３５は、加速時間と減速時間を比較し、加
速時間が減速時間より長いか等しい場合には第１接続手
段３７を、減速時間が加速時間より長い場合には第２接
続手段３８を起動する。

第１接続手段３７は、加速区間の始まる時刻と減速区間
の始まる時刻を一致させて、各速度パターンの合成を行
い、軌道を生業してサーボ装６１４へ出力する。

第２接続手段３８は、減速区間の始まる時刻から加速時
間と減速時間の差の分だけ遅れて加速区間が始まるよう
にすることにより、加速区間の終わる時刻と、減速区間
の終わる時刻を一致させて。

各速度パターンの合成を行い、軌道を生成してサーボ装
置４へ出力する。

なお、加速区間が終了すると、始動手段３６、第１接続
手段３７および第２接続手段３８は、軌跡分離手段３１
へ信号を出力し、次の動作区間の処理を実施する。しか
し、次の動作区間が存在せず、停止すべき時には、その
ことを遅延手段３２に知らせることにより正常に動作の
停止が実現できる。

本実施例１は、軌跡の速度パターンが三角形状のものに
限定したので、非常に簡単な構成で軌跡合成手段を実現
できた。

（実施例２） 第８図は、コンピュータにより台形状あるいは三角形状
速度パターンからなる軌跡を求める軌跡合成手段３を構
成した産業用ロボットの軌道制御システムのブロック図
であり、第３図と対応する部分には同一の符号を付しで
ある。

産業用ロボットの軌道制御システムは、記憶装置１と、
軌跡発生手段２と、軌跡合成手段３と。

サーボ装置４と、産業用ロボット５とから構成されてい
る。

軌跡合成手段３は、入力デバイス６と、出力デバイス７
と、ＣＰＵ８と、記憶デバイス９とから構成されている
。

軌跡発生手段２は、第５図（ａ）に示す台形状速度パタ
ーンにおいて、加速時間ｔａ、加速定速時間Ｔ、減速時
間ｔｄ、および速度最大値ベクトルυ！Ｉａｘを算出し
、軌跡合成手段３へ出力する。

ここで、上記データからｔａ＝Ｔとすれば、第５図（ｂ
）に示すように、台形状速度パターンの一形態として三
角形状速度パターンが表現できる。

なお、加速区間ｔａと減速区間ｔｄは等しい場合が多い
ので、以下、加速時間、減速時間ともｔで表現する。

次に、連続する動作区間を接続する場合について説明す
る。なお、接続前のものにはサフィックスφをつけ、加
減速時間τφおよび加速定速時間Ｔφで表わし、接続後
のものにはサフィックス１をつけ、加減速時間ｔ□およ
び加速定速時間Ｔ、で表現する。そして、接続前の動作
の減速開始から接続後の動作の加速開始までの時間遅れ
をＤで表わす（第６図（ｂ））。

時間遅れＤが、接続前の動作の加速時間と等しい場合に
は、ＦＴＰ動作となる（第６図（ａ））。

本実施例２において、接続後の加速時間が接続前記の減
速時間より長°いか等しい場合（第６図（ｃ））、（ｄ
））には、時間遅れをφとし、接続後の加速時間が接続
前の減速時間より短い場合（第６図（ｅ））には、時間
遅れＤを減速時間と加速時間の差に等しくすることによ
り、動作時間を最短にする。

以下、合成手段３を実現するソフトウェアのフローチャ
ート（第７図）の説明する。なお、時刻ｔは、接続後の
動作の加速開始点を基準として計測する。

初期設定３０１では、接続前後の各パラメータおよび時
刻ｔの初期値Ｏを設定する。

次に、動作区間更新３０２では、接続後の各パラメータ
を接続前の各パラメータとして設定し直すと同時に、次
の動作のパラメータを計算し、接続後のパラメータとす
る。

このとき、次の動作目標値がない場合には、加減速時間
ｔ、および加速定速時間Ｔ□をφとし、遅れ時間りを接
続前の加減速時間ｔ０と等しくなるように設定すること
により、以下で目標値がある場合と同じ処理をすること
が可能となる。

条件判断３０３において、時刻ｔがφより小さいと判断
された時は、接続後の動作の加速前の状態にあるので、
減速軌道３０４により接続前の動作の減速時の軌道を算
出する。このときには、軌跡の重ね合わせはなされない
。

条件判断３０５により、時刻ｔと遅れ時間りの和が接続
前の加減速時間ｔ０より小さいと判断された時は１重ね
合わせ軌道３０６により接続前の動作の減速時の軌跡と
、接続後の動作の加速時の軌跡の重ね合わせを実施する
。すなわち、重ね合わせ軌道３０６では接続面の減速時
の速度と接続後の速度を加算して合成速度を算出し、そ
の合成速度から軌道を算出する。

条件判断３０７により、時刻ｔが接続後の加減速時間ｔ
工より小さいと判断されたときは、加速軌道３０８によ
り接続後の動作の加速時の軌道を算出する。このときは
、軌跡の重ね合わせはなされなし）。

条件判断３０９において、時刻ｔが接続後の動作の加速
定速時間Ｔ１より小さいと判断されたときは、定速軌道
３１０により接続後の動作の定速時の軌道を算出する。

このときには、軌跡の重ね合わせはなされない。

条件判断３０９により、時刻ｔが接続後の動作の加速定
速時間Ｔ１より大きいか等しいと判断されたときは１次
の動作区間に切換えるため、動作区間の更新３０２以降
を繰り返す。

減速軌道３０４、重ね合わせ軌道３０６、加速軌道３０
８および定速軌道３１０における処理が終了したら、時
刻ｔの更新３１１を実施し、再び、条件判断３０３から
軌道の計画を繰り返す。

本実施例２は、ソフトウェアで実施しているため、処理
変更などの際に、柔軟に対応できるという利点を有する
。

また、動作区間更新３０２の際に、加減速時間ｔ１およ
び加速定速時間Ｔ１をφとし、遅れ時間りを接続前の加
減速時間１．と等しくすることにより。

以下、場合分けの数が少なくなり、プログラムの構造が
簡単になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は速度パターンを表わす図、第２図はＰＴＰ動作
とＣＰ動作の速度パターン図、第３図は軌道制御システ
ムのブロック図、第４図は実施例１のブロック図、第８
図は実施例２の軌道制御システムのブロック図、第５図
は実施例２の速度パターン説明図、第６図は実施例２の
速度パターン図、第７図は実施例２のフローチャートで
ある。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意の２点間を結ぶ軌跡を、加速、減速を含む速
   度パターンを生成し、ある時刻の軌跡補間点とその絶対
   位置があらかじめわかっている少なくとも始点あるいは
   終点のいずれか一方を基準とし、速度パターンの積分に
   よりその点からの相対量である基準点からの移動量を演
   算して基準点の値に加えることにより、軌道補間点の値
   を演算する軌跡発生手段と、前記軌跡発生手段の算出す
   る軌跡を、前区間の終点と、後区間の始点が一致する連
   続した２区間において、前区間の減速時と後区間の加速
   時に、前区間の終点からの相対値と、後区間の始点から
   の相対値に少なくとも前区間の終点または後区間の始点
   のいずれか一方の値に両方の相対値を加えることにより
   演算する軌跡合成手段とからなる産業用ロボットの軌跡
   補間装置。
2. （２）前記軌跡合成手段は、前区間の速度パターンの減
   速時間と後区間の速度パターンの加速時間とを比較する
   比較手段と、前区間の減速時間が後間区間の加速時間よ
   り長い場合は前区間の終点と後区間の加速終了を一致さ
   せ、後区間の加速時間が前区間の減速時間より長い場合
   は前区間の減速開始と後区間の始点とを一致させて合成
   演算を行なわせるための指示信号を出力する合成演算指
   示手段とから成る特許請求の範囲第（１）項記載の産業
   用ロボットの軌跡補間装置。
3. （３）軌跡発生手段が、加速時には始点に相対値を加え
   、減速時には終点から相対値を減ずることにより軌跡を
   演算する手続を有する特許請求の範囲第（１）項記載の
   産業用ロボットの軌跡補間装置。
4. （４）軌跡合成手段が、速度パターンの動作時間から減
   速時間を減じた時間を演算する手段と、始点からの時刻
   を計測する手段と、上記時刻と加速定速時間を比較する
   手段とを有し、時刻が加速定速時間に達しないときには
   、始点に相対値を加え、時刻が加速定速時間を過ぎたと
   きには、終点から相対値を減ずることにより軌跡を演算
   する特許請求の範囲第（３）項記載の産業用ロボットの
   軌跡補間装置。
5. （５）軌跡合成手段が、速度パターンの加速時間を算出
   する手段と、始点からの時刻を計測する手段と、上記時
   刻を加速時間を比較する手段とを有し、時刻が加速時間
   に達しないときには、始点に相対値を加え、時刻が加速
   時間を過ぎたときには、終点が相対値を減ずることによ
   り軌跡を演算する特許請求の範囲第（３）項に記載の産
   業用ロボットの軌跡補間装置。
6. （６）軌跡合成手段が速度パターンの加速時間を算出す
   る手段と、速度パターンの減速する時間を演算する手段
   とを有し、軌跡合成手段が前区間の減速時間と後区間の
   加速時間を比較する手段を有し、前区間の減速時間が後
   区間の加速時間より短い場合には、前区間の減速開始と
   同時に後区間の加速を開始する。すなわち、前区間の減
   速時には前区間の終点からの相対値と、後区間の始点か
   らの相対値に基づき軌跡を演算し、前区間の減速時間が
   後区間の加速時間より長い場合には、前区間の減速開始
   後、前区間の減速時間から後区間の加速時間を減じた時
   間だけ経過するのを待って後区間の加速を開始すること
   により、前区間の減速終了時と、後区間の加速終了時が
   一致する。すなわち、後区間の加速時には、前区間の終
   点からの相対値と、後区間の始点からの相対値に基づき
   軌跡を演算する特許請求の範囲第２項ないし第（５）項
   記載のいずれかの項に記載された産業用ロボットの軌跡
   補間装置。