JPS63120306A - Manipulator control device - Google Patents

Manipulator control device

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JPS63120306A
JPS63120306A JP26728886A JP26728886A JPS63120306A JP S63120306 A JPS63120306 A JP S63120306A JP 26728886 A JP26728886 A JP 26728886A JP 26728886 A JP26728886 A JP 26728886A JP S63120306 A JPS63120306 A JP S63120306A
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point
auxiliary
trajectory
distance
way
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JP26728886A
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Takaharu Matsumoto
松本 高治
Tetsuo Hitai
比田井 徹夫
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To ensure a smooth passing action at a point near a pass point by securing connection in the length decided by the acceleration characteristics among a pass locus, an arc locus and a linear locus or between arc loci and at the same time changing smoothly the speed with the pass locus. CONSTITUTION:In a controller 40, a distance comparing means A41 receives the present position information, the pass information and the target information from registers R41-R43 respectively. Then, the controller 40 selects the shorter one of the locus distance between the present position Ps and a pass point Pm and that between the point Pm and a target point PE. An auxiliary point arithmetic means 42 sets an auxiliary point P0 on said selected locus at a point distant away from the point Pm by a prescribed condition amount together with an auxiliary point P4 set at a point distant from the point P0 by said condition amount. Then an auxiliary point P3 is set between both points P4 and Pm. A front/back locus speed arithmetic means A43 calculates a speed pattern. A pass locus arithmetic means uses each point obtained by an auxiliary point arithmetic means A42 to decide an 8-degree spline curve. A selector A45 uses both means A43 and A44 to have output of a locus to a drive circuit 50.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はマニピュレータを制御する装fIttc係り、
特に円弧軌道を含んで目標位tK移動する場合ん円弧軌
道と円滑に接続される動作全行うように改良した制御装
置に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a device for controlling a manipulator,
In particular, the present invention relates to a control device that is improved so as to perform all operations smoothly connected to the arcuate trajectory when moving to a target position tK including the arcuate trajectory.

(従来の技術及び解決しようとする問題点)第7図は出
発点P8から経由点Pmf経由して到着点P9に移動す
る場合の説明図である。以下、出発点Pg若しくは現在
位fPsから経由点Pmまでの軌道を前軌道、経由点P
rnから到着点PE若しくは目標点PEまでの軌道を後
軌道という。
(Prior Art and Problems to be Solved) FIG. 7 is an explanatory diagram of the case of moving from a starting point P8 to an arrival point P9 via a way point Pmf. Below, the trajectory from the starting point Pg or current position fPs to the way point Pm is the previous trajectory, and the way point P
The trajectory from rn to the arrival point PE or target point PE is called a backward trajectory.

従来は前軌道と後軌道とを円滑に接続する制御が困難な
ので、経由点Pmで一旦停止し、再び後軌道上を移動さ
せていた。
Conventionally, it was difficult to control the front track and the back track to smoothly connect, so the train stopped at the way point Pm and moved on the back track again.

しかし停止を伴うので、動作時間が長くなると共にさめ
細い動作制御が行えない問題点があった。
However, since it involves stopping, there are problems in that the operation time becomes long and precise operation control cannot be performed.

また円弧金倉む前後軌道((おいて、経由点Pmの近傍
で両軌道に接する円弧で接続させることも行われている
が、接続点で曲率が急変するためマニピュレータに大き
な力が作用して無用の振動等を発生させることがあった
In addition, it is also possible to connect the forward and backward orbits by an arc that touches both orbits near the way point Pm, but since the curvature changes suddenly at the connection point, a large force acts on the manipulator, making it useless. This may cause vibrations, etc.

(発明の目的) 本発明はこのような問題点を解決したもので、経由点近
傍での経由動作を円滑に行うと共に、経由動作に接続す
る動作が直線軌道及び円弧軌道であっても効率の工いマ
ニピユレータの運動を行わせる制御装置を提供すること
金目的とする。
(Objective of the Invention) The present invention solves these problems, and allows for smooth transit operations in the vicinity of transit points, as well as efficient operation even if the operation connected to the transit operation is a straight trajectory or an arcuate trajectory. It is an object of the present invention to provide a control device for controlling the movement of a mechanical manipulator.

(問題点を解決するための手段) このような目的を達成する本発明は、マニピュレータの
現在位!より、外部より指定された経由点全経由して外
部より指定された目標点に移動するものであって、前軌
道と後軌道の少なくとも一方に円弧軌道を含むものに関
する。
(Means for Solving the Problems) The present invention that achieves these objectives is the current state of the manipulator! The present invention relates to a device that moves to an externally specified target point via all of the externally specified route points, and includes an arcuate trajectory in at least one of the front trajectory and the rear trajectory.

比較手段は前軌道と後軌道のいずれか短い方の移動距離
が、所定の最高速度で移動するに足るものであるかを静
止距離と比較して判断する。
The comparison means determines whether the travel distance of either the front orbit or the rear orbit, whichever is shorter, is sufficient to move at a predetermined maximum speed by comparing it with the stationary distance.

補助点演算手段は移動距離が最高速度に達するためには
短すぎる場合Fi経由点から該移動距離の半分だけ離れ
念前軌道側に第1の補助点、後軌道側に第2の補助点1
を選定する。移動距離が静止距離よりも長い場合は経由
点から静止距離だけ離れた前軌道側に第1の補助点、後
軌道側に第2の補助点を遠点する。前軌道が直線の場合
は第3の補助点を第1の補助点と経由点との中点に選定
し、前軌道が円弧の場合は第1の経由点で該円弧に接す
る直線上で、該円弧上における第1の経由点と経由点と
の距離の半分に相当する距離第1の経由点から離れた点
を第3の補助点として選定する。
If the moving distance is too short to reach the maximum speed, the auxiliary point calculating means separates from the Fi way point by half of the moving distance and sets a first auxiliary point on the front trajectory side and a second auxiliary point 1 on the back trajectory side.
Select. If the moving distance is longer than the static distance, the first auxiliary point is set as a far point on the front orbit side and the second auxiliary point is set on the rear orbit side as far away from the way point by the static distance. If the front trajectory is a straight line, select the third auxiliary point at the midpoint between the first auxiliary point and the waypoint, and if the front trajectory is a circular arc, select the third auxiliary point on the straight line tangent to the arc at the first waypoint, A point separated from the first way point by a distance corresponding to half the distance between the first way point and the way point on the arc is selected as the third auxiliary point.

後軌道が直線の場合は第4の補助点を第2の補助点と経
由点との子息に選定し、後軌道が円弧の場合は第2の経
由点で該円弧に接する直線上で、該円弧上における第2
の紙由点と経由点との距離の半分に相当する距離第2の
経由点から離れた点を第4の補助点として選定する。
If the trailing trajectory is a straight line, select the fourth auxiliary point as the son of the second auxiliary point and the waypoint, and if the trailing trajectory is a circular arc, select the fourth auxiliary point on the straight line tangent to the arc at the second waypoint. second on the arc
A point away from the second way point by a distance equivalent to half the distance between the paper origin point and the way point is selected as the fourth auxiliary point.

経由軌道演算手段は第1の補助点で前軌道に接し、第5
の補助点、経由点9第4の補助点の近傍を通過して、第
2の補助点で後軌道に接する8次のスプライン曲線で定
められる経由軌道を演算する。
The transit trajectory calculation means touches the previous trajectory at the first auxiliary point, and the fifth auxiliary point touches the previous trajectory.
auxiliary point, transit point 9 A transit trajectory is calculated that is defined by an 8th order spline curve that passes near the fourth auxiliary point and touches the trailing trajectory at the second auxiliary point.

(作用) 8次のスプライン曲線は第1から第4の補助点及び経由
点を用いて決定され、第1の補助点と第2の補助点で同
一速度で加速度零になっている。
(Operation) The 8th order spline curve is determined using the first to fourth auxiliary points and way points, and the acceleration is zero at the same speed at the first auxiliary point and the second auxiliary point.

そこで、前軌道から経由軌道に入るのが円滑に進行する
と共に経由軌道から後軌道に入る際にも無用の力を発生
させない。
Therefore, the transition from the front orbit to the transit orbit proceeds smoothly, and no unnecessary force is generated when entering the trailing orbit from the transit orbit.

比較手段は8t41及び第2の補助点におけるマニピユ
レータの移動速度を間接的に算出し、補助点演算手段は
現在位置、指定経由点、指定目標点及び指定最高速度に
適合させた経由軌道全演算するための補助点を算定する
The comparison means indirectly calculates the moving speed of the manipulator at 8t41 and the second auxiliary point, and the auxiliary point calculation means calculates the entire route trajectory adapted to the current position, designated waypoint, designated target point, and designated maximum speed. Calculate supplementary points for

(実施例) 以下図面を用いて本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below using the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。図において、10は例えば6自由度の関節機構よりな
るマニピュレータ、20はマニピュレータ10の動作に
必要な情報を送信するホストコンビニ、−夕で、目標位
置P0と経由位taPm及び軌道が円弧か直線かを指定
する。30はマニピュレータ10の現在位置Paを検出
する位置検出器で、例えば関節の各回転角をエンコーダ
を用いて検出して演算により求めている。40fiマニ
ピユレータ10の位置制御を行うコントローラ、50は
コントローラ40の指令に応じてマニピュレータ10を
移動させる駆動回路である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a manipulator consisting of a joint mechanism with 6 degrees of freedom, and 20 is a host convenience store that transmits information necessary for the operation of the manipulator 10. Specify. A position detector 30 detects the current position Pa of the manipulator 10. For example, each rotation angle of a joint is detected using an encoder and calculated. A controller 50 controls the position of the 40fi manipulator 10, and 50 is a drive circuit that moves the manipulator 10 in accordance with commands from the controller 40.

R41は位置検出器30の出力する現在位置PM?記憶
するレジスタ、R42はホストコ/ピユータ10より指
令される経由点に関する情報を記憶するレジスタで、直
線運動が指定されると経由点Pmが記憶されるが、円弧
運動が指定されると経由点Pm及び他の一点が記憶され
て円弧軌道の中心0.及び半径R1が決定しうるように
なっている。R43はホストコ/ピユータ10より指令
されb目標点に関する情報を記憶するレジスタで、直線
連動が指定されると目標点Pゆが記憶されるが、円弧運
動が指定されると目標点P2及び他の一点が記憶されて
円弧軌道の中心02及び半径R2が決定しうるようにな
っている。尚、マニピュレータ10の動作に固有の所定
最大速3 V max及びこの最大速度V maxから
静止するまでに必要な静止圧w=ttri別のレジスタ
に記憶され、適宜呼び出して使用する。
R41 is the current position PM? output from the position detector 30. The storage register R42 is a register that stores information regarding the way point commanded by the host controller/computer 10. When linear motion is specified, the way point Pm is stored, but when arc movement is specified, the way point Pm is stored. and one other point is stored as the center 0 of the arc trajectory. and radius R1 can be determined. R43 is a register that is commanded by the host controller/computer 10 and stores information regarding target point b. When linear interlocking is specified, target point P is stored, but when circular movement is specified, target point P2 and other One point is stored so that the center 02 and radius R2 of the arc trajectory can be determined. Note that a predetermined maximum speed 3 V max specific to the operation of the manipulator 10 and a static pressure w=ttri required from this maximum speed V max until it comes to a standstill are stored in separate registers, and are recalled and used as appropriate.

A41はレジスタR41,R42゜R44から位置情報
を受けとり、現在位置から経由点までの軌道上における
距離I Ps Pm l  と経由点から目標点までの
軌道上における距離I P m P E Iのいずれか
短い移動距離を選択する距離比較手段で、この移動距離
Min(I Ps Pn+1. l PmPg)と静止
距離tの2倍との大小の比較を行うので、全体として仄
の処理をする。
A41 receives position information from registers R41, R42゜R44, and selects either the distance I Ps Pm l on the orbit from the current position to the waypoint, or the distance I Pm P E I on the orbit from the waypoint to the target point. The distance comparing means for selecting a short moving distance compares the moving distance Min (I Ps Pn+1.l PmPg) with twice the resting distance t, so that the overall process is different.

Min N ps Ptn1. l Pm pEl、2
t)       (11A42は経由軌道の計$′1
.に必要な補助点を演算する補助点演算手段である。こ
の補助点の選定を第2図及び第3図に基づいて説明する
。第2図は補助点の選定の基準を前軌道と後軌道の長さ
及び軌道の形状によって区分してあられしたものである
Min N ps Ptn1. l Pm pEl, 2
t) (11A42 is the total transit orbit $'1
.. This is an auxiliary point calculation means that calculates the auxiliary points necessary for. The selection of this auxiliary point will be explained based on FIGS. 2 and 3. Fig. 2 shows the criteria for selecting auxiliary points divided by the lengths of the front and rear tracks and the shape of the tracks.

図中前後軌道がいずれも直線の場合は本実施例をそのま
ま用いてもよいが、通常はもって簡便な方の条件?あら
れしている。第3図は円弧−円弧軌道の組会せを用いた
、具体例である。尚図中P2=Pmとする。補助点演算
手段A42は前軌道上に経由点Pmから次の距離離れた
点に第1の補助点POを選定し、後軌道上に経由点Pm
から第1の補助点Poと同じ条件の距離離れた点に第2
の補助点P4を選定する。この距離は、 Min(I Pa Pm1.l PmPgl)≧2tで
あるときは、静止距離tとし、 Mln (l Pg Pm1. I Pm PEI )
<27間に第5の補助点P、を定める。前軌道が直線で
ある場合は第1の補助点P。と経由点Pmの中点を第3
の補助点P、とする。前軌道が円弧である場合は第1の
補助点P において円弧に接するように第3の補助点P
、の方向を定める。
If both the front and rear trajectories in the figure are straight lines, this example may be used as is, but usually the simpler condition is used. It's raining. FIG. 3 shows a specific example using a combination of arc-arc trajectory. In the figure, P2=Pm. The auxiliary point calculating means A42 selects the first auxiliary point PO at a point on the front trajectory that is the following distance away from the way point Pm, and selects the first auxiliary point PO at a point that is the following distance away from the way point Pm on the back trajectory.
A second auxiliary point Po is located at a distance away from the first auxiliary point Po under the same conditions as the first auxiliary point Po.
auxiliary point P4 is selected. This distance is defined as the static distance t when Min(I Pa Pm1.l PmPgl)≧2t, and Mln (l Pg Pm1. I Pm PEI)
A fifth auxiliary point P is defined between <27. If the previous trajectory is a straight line, the first auxiliary point P. and the midpoint of the way point Pm as the third
Let it be an auxiliary point P. If the front trajectory is a circular arc, move the third auxiliary point P so that it is tangent to the circular arc at the first auxiliary point P.
, determine the direction.

op−Lpp              (2111
o  1 第3の補助点P、の第1の補助点P0からの距離は、円
弧軌道上における第1の補助点P0と経由点Pmとの距
離の半分にとる。最後足第2の補助点P4と経由点Pm
との間に第4の補助点P3ヲ定める。後軌道が直線であ
る場合は第2の補助点P0と経由点Pniの中点を第4
の補助点P、とする。後軌道が円弧である場合は第2の
補助点P4において円弧に接するように第4の補助点P
、の方向を定める。
op-Lpp (2111
o 1 The distance of the third auxiliary point P from the first auxiliary point P0 is set to half the distance between the first auxiliary point P0 and the waypoint Pm on the circular arc trajectory. Last leg second auxiliary point P4 and way point Pm
A fourth auxiliary point P3 is defined between the two points. If the trailing trajectory is a straight line, set the midpoint between the second auxiliary point P0 and the waypoint Pni as the fourth point.
Let it be an auxiliary point P. If the rear trajectory is a circular arc, move the fourth auxiliary point P so that it touches the circular arc at the second auxiliary point P4.
, determine the direction.

o  p−Lp5p4t、3+ 第4の補助点P3の第2の補助点P4からの距離は、円
弧軌道上における第2の補助点P4と経由点Pmとの距
離の半分にとる。
o p-Lp5p4t, 3+ The distance of the fourth auxiliary point P3 from the second auxiliary point P4 is set to half the distance between the second auxiliary point P4 and the waypoint Pm on the circular arc trajectory.

A43は前軌道における現在位置psから第1の補助点
P。までと、後軌道における第2の補助点P4から目標
点Pゆまでの速度パターンを演算する速度演算手段で、
例えば時間に関する三次式を用いて位t p8゜Po、
 P4. PEにおける加速IJ[a−零にしている。
A43 is the first auxiliary point P from the current position ps in the previous orbit. and speed calculation means for calculating a speed pattern from the second auxiliary point P4 to the target point P on the trailing trajectory,
For example, using a cubic equation regarding time, the position t p8°Po,
P4. Acceleration IJ at PE [a- is set to zero.

A44は補助点演算手段A42で求めた点p0.p、。A44 is the point p0. calculated by the auxiliary point calculation means A42. p.

P 2 (二P m )、P、。P4ヲ用いて点p。、
 p4で同一速度かつ加速度零で移動する経由軌道を演
算する経由軌道演算手段で、例えば8次のBezier
(ベシュエ)曲線などの8次のスプライン曲線を定める
P 2 (two P m ), P,. Point p using P4. ,
A transit trajectory calculation means that calculates a transit trajectory moving at the same speed and zero acceleration in p4, for example, an 8th order Bezier
An 8th order spline curve such as a (Beshuet) curve is determined.

A45は前軌道では速度演算手段A43、経由軌道では
経由軌道演算手段A44、後軌道では速度演算手段人4
3を用いて軌道を出力する選択器で、駆動回路50に出
力している。
A45 is the speed calculation means A43 on the front orbit, the transit orbit calculation means A44 on the transit orbit, and the speed calculation means 4 on the trailing orbit.
This is a selector that outputs the trajectory using No. 3, and outputs the trajectory to the drive circuit 50.

第4図は第1図の装置によるマニピュレーターOの動作
睨明図で、ここでは前軌道が直線、後軌道が円弧の場合
?示している。第4図において、(イ)は経由点Pry
aの両側に等速区間が存在する場合、(ロ)は経由点P
mの現在位置P 側に等速区間が存在する場合、C→は
経由点Pmの目標位置PE側に等速区間が存在する場合
、に)ti経由点Pmの両側に等速区間が存在しない場
合を示し、以下これらを分説する。
Fig. 4 is a perspective view of the operation of manipulator O using the device shown in Fig. 1. In this case, the front trajectory is a straight line and the rear trajectory is an arc. It shows. In Figure 4, (a) is the way point Pry
If there are constant velocity sections on both sides of a, (b) is the waypoint P
If there is a constant velocity section on the side of the current position P of m, C→, if there is a constant velocity section on the target position PE side of the way point Pm, then) ti There is no constant speed section on both sides of the way point Pm. The cases will be shown and explained below.

図において、 P5は現在位置Ps又は経由点Pmから
加速して最大速度V+n+axK達する位置、P6は最
大連f!tVmaxから減速して目標点P2又は経由点
Pmで停止する減速開始位置、Paは減速で開始する位
置で、その後曲線軌道に入る。
In the figure, P5 is the position where the maximum velocity V+n+axK is reached by accelerating from the current position Ps or the waypoint Pm, and P6 is the maximum continuous f! The deceleration start position Pa is where the vehicle decelerates from tVmax and stops at the target point P2 or the way point Pm, and Pa is the position where deceleration starts, and then it enters a curved trajectory.

P、は最大速度vmaxx、j)も小さい最高速度に達
する点である。
P is the point at which the maximum speed vmaxx,j) also reaches a small maximum speed.

(イ)経由点の両側の等速区間が存在する場合、現在位
置P から位置P、までの間で最大速度vm*xまで加
速される。この速度及び移動距離は例えば次式で与えら
れる。
(b) If there are constant velocity sections on both sides of the waypoint, the vehicle will be accelerated to the maximum speed vm*x between the current position P and position P. This speed and moving distance are given by the following equation, for example.

v、(t) =J t’ + b、 t2 +e 、t
 + d、         (4)s d、 (t)= −(Vmax/ (2Ta、 )) 
t + (Vmax/Ts、 ) t    (5)こ
こに、T8.は加速時間で加速度の最大値f Arna
xとすると、 Ts、 =  (3/2  )  ・ Vmax/人m
axとなり、加速に要する距離tは次式で与えられる。
v, (t) = J t' + b, t2 +e, t
+ d, (4)s d, (t) = -(Vmax/ (2Ta, ))
t + (Vmax/Ts, ) t (5) Here, T8. is the acceleration time and the maximum value of acceleration f Arna
If x, Ts, = (3/2) ・Vmax/person m
ax, and the distance t required for acceleration is given by the following equation.

t=0.5VmaxlTs、 = (3/4) ・Vm
ax/Am*x   f6)位置P5から位置P。まで
は速度VmaXの等速運動を行う。
t=0.5VmaxlTs, = (3/4) ・Vm
ax/Am*x f6) From position P5 to position P. Until then, uniform motion with a speed of VmaX is performed.

接続点P。から接続点P4までは、8次のスプライン曲
線のうちで8次Bezier  曲線で表わせる軌道(
点P。、 Pl、 Pm、 P、、 P4及びこnらの
中点の合計9点で定められるが、中点の4つは5つの4
点て決定できるので結局補助点演算手段42で求めた補
助点4つ及び経由点Pmにより定まる。
Connection point P. From to the connection point P4, the trajectory (
Point P. , Pl, Pm, P, , P4 and the midpoints of these are determined by a total of 9 points, but the 4 midpoints are the 5 4 points.
Since the point can be determined by the point, it is finally determined by the four auxiliary points obtained by the auxiliary point calculation means 42 and the way point Pm.

)上を次の如く移動する。) as follows.

p(t) = K、(t/’r) + K2(t/’r
) 十に、 (t/’r)’+ K4(t/T)+ K
、(t/r) + K6(t/11’)’+ K7ft
、/’p) + po(o≦t≦T )      (
71ここで、 T =41 Po−P、 I/V0(81とする。ここ
K Vofl第1の補助点P。における初速度である。
p(t) = K, (t/'r) + K2(t/'r
) To ten, (t/'r)'+ K4(t/T)+ K
, (t/r) + K6(t/11')'+ K7ft
, /'p) + po(o≦t≦T) (
71 Here, T = 41 Po-P, I/V0 (assumed to be 81. Here, K Vofl is the initial velocity at the first auxiliary point P.

即ち、経由点Pmで停止せずに等速でP、Pm。That is, P, Pm at a constant speed without stopping at the way point Pm.

P4と#動するのとIn[−の所要時間でP。からP4
を経由動作する。また、 l  p/<o戸= I  P’(T) 1. = V
 max               (9)P”(
0) =  P“(T) = 0          
 01であるから、接続点p0.p4  で加速度零で
、速度は滑らかに接続されていると共に速度の絶対値は
等しくなっている。
P4 and the time required to move # and In[-. From P4
works via. Also, l p/<o = I P'(T) 1. = V
max (9)P”(
0) = P"(T) = 0
01, the connection point p0. At p4, the acceleration is zero, the velocities are smoothly connected, and the absolute values of the velocities are equal.

位置P4から位t p6までは速度VmaXの等速位[
P6から目標位置PEまでの間で最大速度v maxか
ら減速されて停止する。この速度及び移動距離は、次式
で与えられる。
From position P4 to position t p6, the velocity is constant velocity position [
The speed is decelerated from the maximum speed v max and stopped between P6 and the target position PE. This speed and moving distance are given by the following equation.

P2(t)= a2t +b2t→e2t+d2Qυd
2(t)=(Vmax/(2Ts、))t+(Vmax
/Ts1)t+Vmax   03t = (3/ 4
 ) ・Vmax/Amax          (1
3(ロ)経由点の現在位置側に等遠因間が存在する場合
現在位置Psから加速し距離t″f&れた位fP5で最
高速度v m+ax国達し、位置P6で減速を開始し経
由軌道P。−P4を経て目標位置PEで停止する。
P2(t)= a2t +b2t→e2t+d2Qυd
2(t)=(Vmax/(2Ts,))t+(Vmax
/Ts1)t+Vmax 03t = (3/4
) ・Vmax/Amax (1
3 (b) If there is an equidistant point on the current position side of the way point, it accelerates from the current position Ps, reaches the maximum speed v m + ax at a distance t''f & distance fP5, starts decelerating at position P6, and moves through the path Ps. .-P4 and then stops at the target position PE.

位置P。、P4における速度v2は、区間p4p。Position P. , P4, the speed v2 is in the section p4p.

の長さによって定められる。区間P4P、の運動は、v
、(t)−a、t  十す、t  +c、t+d、  
          α滲で表わされる。ここに T8.=(6/2)9vE/Am&x になっている。これから、 I  P4  PE I = (3/4 )  ・vg
/人maxとなり、速度vEは次式で与えられる。
determined by the length of The motion of section P4P is v
, (t)-a, t +c, t+d,
It is expressed as α. Here is T8. = (6/2)9vE/Am&x. From now on, I P4 PE I = (3/4) ・vg
/personmax, and the speed vE is given by the following equation.

区間P。P4  では、(7)式に準じた8次Bezi
er曲線で移動する。減速開始位置P6は次の如く定め
る。区間p、 p。では次式で運動する。
Section P. In P4, the 8th order Bezi according to equation (7)
Move in an er curve. The deceleration start position P6 is determined as follows. Interval p, p. Then, move using the following equation.

P4(t)=a、t +b4t +e4t+d、   
       ae従って区間PG Po の長さは次
式で与えられる。
P4(t)=a, t +b4t +e4t+d,
ae Therefore, the length of the section PG Po is given by the following equation.

l P6−Pol=(3/4) ・V(Vmax−VB
)/A、max    lη(ハ)経由点の目標位置側
ん等遠因間が存在する場合 現在位置P から位111tP。まで加速し速度vmに
至る。この運動は次式で与えられる。
l P6-Pol=(3/4) ・V(Vmax-VB
)/A, max lη (c) If there is a distant cause such as the target position side of the way point, the current position P is 111tP. It accelerates to a speed of vm. This motion is given by the following equation.

Vs(j)   IL5t  +b5t  +c5t+
d5           (tlここで速[V、1j
a8式を積分して、で与えられる。
Vs(j) IL5t +b5t +c5t+
d5 (tl where velocity [V, 1j
Integrating the a8 formula, it is given by.

区間P。P4  では速度V、の(7)式に準じた8次
Bezier  曲線で移動する。区間p4p、では、
速度V、から加速して最高速[v maxに至る。この
区間の運動は次式で与えられる。
Section P. At P4, it moves with an 8th order Bezier curve according to equation (7) of velocity V. In interval p4p,
It accelerates from the speed V, and reaches the maximum speed [v max. The motion in this section is given by the following equation.

この式を積分すると、区間長さは次の如くなる。When this equation is integrated, the interval length becomes:

I P4 P51 = (3/4) ・(Vmax−V
a )/Amax位置P5からP6 までは等速運動が
なされ、その後減速して目標位@PEで停止するのは(
イ)と同じである。
I P4 P51 = (3/4) ・(Vmax-V
a )/Amax Position P5 to P6 is a uniform motion, and then it decelerates and stops at the target position @PE is (
It is the same as b).

に)経由点の両側に等遠因間がない場合移動距離が短い
ために許容された加速度Amaxでは最大速度に達しな
い場合である。この場合は、(ロ)及び(ハ)の等遠因
間を含まない側の動作を組合せたものとなる。
(b) When there is no equidistant distance on both sides of the way point, the maximum velocity cannot be reached with the allowable acceleration Amax because the travel distance is short. In this case, the motions of (b) and (c) that do not include equidistant causes are combined.

尚、区間の変わ9目は動作開始からの経過時間又は移動
距離で判定できる。
Incidentally, the ninth change in section can be determined based on the elapsed time from the start of the operation or the distance traveled.

第5図は8次Bezier  曲線上を移動する速度と
発生する加速度を示したものである。(9)式に示す如
く速度は前後軌道となめらかに接続されると共に経由軌
道上では前後軌道上の移動速度より小さくなっている。
FIG. 5 shows the speed of movement on the 8th-order Bezier curve and the generated acceleration. As shown in equation (9), the speed is smoothly connected to the forward and backward orbits, and the moving speed on the intermediate orbit is smaller than the moving speed on the forward and backward orbits.

α1式に示す如く、曲線上を移動するため加速度が作用
するが接続点では零になっている。
As shown in the α1 equation, acceleration acts because the object moves on a curve, but it becomes zero at the connection point.

尚、上記実施例においては経由点が一つの場合を示して
いるが、複数であっても各経由位1a4こ隣接する点と
現在位置及び目標位置とみなして曲線軌道?演算すれば
工く、速度パターンを停止ではなく軌道の条件に応じて
適宜設定すればよい。
In addition, in the above embodiment, the case where there is one way point is shown, but even if there are multiple way points, each way point 1a4 is regarded as the adjacent point, the current position, and the target position, and a curved trajectory is formed. The speed pattern can be set as appropriate depending on the trajectory conditions rather than stopping.

また曲線として8次のBezier  曲線を示してい
るが、曲線が0次、1次の微係数が連続で、2次の微係
数が零で直線と接続される曲線であれば他のスプライン
曲線でも工く、iた9次以上の多項式であられしてもよ
い。尚、ここでスプライン曲線とは、複数の点が与えら
れた場合に、その4点にエリ定められる曲線をいうもの
とする。
In addition, although an 8th-order Bezier curve is shown as a curve, other spline curves can be used as long as the 0th-order and 1st-order differential coefficients are continuous, the 2nd-order differential coefficient is zero, and the curve is connected to a straight line. Alternatively, it may be a polynomial of degree 9 or higher. Note that the spline curve here refers to a curve defined by four points when a plurality of points are given.

第3図は円弧軌道の始点と終点との間を補間して、軌道
上の移動距離の求め方を説明するものである。図におい
て、0.は中心、R1は半径、POは始点、P、は終点
、p (t)は円弧軌道上の補間される点、n、は円弧
のなす平面の法線ベクトルである。点P0を中心O1を
通る法線まわシにθ、tゎ丁と点P。
FIG. 3 explains how to interpolate between the starting point and the ending point of a circular arc trajectory to determine the moving distance on the trajectory. In the figure, 0. is the center, R1 is the radius, PO is the starting point, P is the ending point, p (t) is the interpolated point on the arc trajectory, and n is the normal vector of the plane formed by the arc. The normal line passing through point P0 and center O1 is θ, t, and point P.

に一致する。matches.

円弧上の移動距離d(t)は直線補間の弐〇3と同じよ
うにして設定できる。
The moving distance d(t) on the circular arc can be set in the same way as in 203 for linear interpolation.

d(t)””−0,5XVs T s 、 (t/Ts
 、 ) ’→−Vs Ts、 (t/Ts、 )’ 
  (”’)これ瓦エリ回転角度θ(1)は次式であら
れせる。
d(t)""-0,5XVs Ts, (t/Ts
, ) '→-Vs Ts, (t/Ts, )'
('') The tile edge rotation angle θ(1) is expressed by the following equation.

θ(t) = d(t)/R@ そこで、円弧上の任意の点p(t)は、P (t)= 
R(n、 、θ(t))・Po          U
であられせる。ここにR(n、。θ(t))fl公知の
一般化回転マトリクスで、n、(n、* R2+ R5
)  として、次式であられせる。
θ(t) = d(t)/R@ Therefore, any point p(t) on the arc is P(t)=
R(n, , θ(t))・Po U
Let it rain. Here, R(n,.θ(t))fl is a known generalized rotation matrix, n, (n, * R2+ R5
), it can be calculated using the following formula.

r、、 =n、” + (1−n、’ ) cosθ<
1)rt2=n1n2(1e08θ(t))−n、 s
inθ(1)?、3 =n、n3 (1−C!O1lθ
(t)) + 12 ’s i nθ(1)r21 ”
n1n2 (I  C!08θ(t)) +n、 si
nθ(1)r2□=n2+ (1−R2) eosθ(
1)r25 ” n2n5 (1e08θ(t))−n
、 sinθ(1)r、 =n、n、 (1−co−(
t))−n2afnθ(1)r52 ” n2n3 (
1e(115θ(t)) +n、 sinθ(1)r5
5 ”’ n5’ + (1nX) Cogθ(1)次
に、(7)式の8次のBezier 曲線の速度P’(
t)及び加速度P“(t)tj、次式で与えられる。
r,, =n," + (1-n,') cosθ<
1) rt2=n1n2(1e08θ(t))-n, s
inθ(1)? , 3 = n, n3 (1-C!O1lθ
(t)) + 12's inθ(1)r21''
n1n2 (I C!08θ(t)) +n, si
nθ(1)r2□=n2+ (1-R2) eosθ(
1) r25 ” n2n5 (1e08θ(t)) - n
, sinθ(1)r, =n, n, (1-co-(
t))-n2afnθ(1)r52 ” n2n3 (
1e(115θ(t)) +n, sinθ(1)r5
5 '''n5' + (1nX) Cogθ (1) Next, the speed P' of the 8th-order Bezier curve in equation (7) is
t) and acceleration P"(t)tj, which are given by the following equations.

P’(t)=8− ft/T)7+7シー(t/T)6
+6酊(t/T)5T            T  
           T+5  K−!−tt/T)
’ +4−!−(t/T)’+3 −!−(t7T)2
1’            T          
  T+了         に) P“(をト56勺ft/T16+42−そ(t/Tl’
+30−!−< t/T+1)2      T2  
    T2に4 +20− (t7’r)’+125(t/T)2+6に
一′!(t/T)(ハ)2T2T2 そこでt=0.7Icおける速度、加速度を求めると次
の如くなる。
P'(t)=8-ft/T)7+7c(t/T)6
+6 drunkenness (t/T) 5T T
T+5 K-! -tt/T)
'+4-! -(t/T)'+3 -! -(t7T)2
1'T
T+end) P"(to56ft/T16+42-so(t/Tl'
+30-! -<t/T+1)2 T2
4 to T2 +20- (t7'r)'+125 (t/T)2+6 to 1'! (t/T)(c)2T2T2 Then, the velocity and acceleration at t=0.7Ic are determined as follows.

” (o)=4 (P +  Po) /T     
        @P’(T)=4 (P4− P、 
l/T             (至)P“(0)=
 P“(T)= o               ロ
そこで、” O” ■)5 P4とするならば、画点に
1?ける速度が一致する。
” (o)=4 (P + Po) /T
@P'(T)=4 (P4-P,
l/T (to) P”(0)=
P"(T)=o B Therefore, "O" ■)5 If P4 is assumed, the speed of the pixel multiplied by 1 is the same.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば次の効果がある。(Effect of the invention) As explained above, the present invention has the following effects.

(A)  加速特性で定まる長さで経由軌道を円弧軌道
と直線軌道又は円弧軌道相互を接続するので、経由点の
ごく近傍を通過させることができ障害物等を回避する場
合の動作時1■jが短くなる。
(A) Since the transit trajectory connects the circular arc trajectory and the straight trajectory or the circular arc trajectory with a length determined by the acceleration characteristics, it is possible to pass very close to the transit point, and when operating when avoiding obstacles etc. 1■ j becomes shorter.

(B)  経由軌道は速度をなめらかに変化させるので
、ヤニヒュレータに不用な力がかからず、振動や音の発
生しない円滑な動作を行うことができる。
(B) Since the intermediate trajectory changes the speed smoothly, unnecessary force is not applied to the yanidulator, and smooth operation can be performed without generating vibration or sound.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は第1図の装置が補助点?選定する場合の説明図、第
3図は補助点選定の具体例、第4図は第1図の装置によ
るマニピュレータの動作説明図、第5図はベジュエ曲脚
上の速度と加速度の説明図、第3図は円弧軌’yMの補
間方式の説明図、第7図は従来例の説明図である。 咽¥     尺帽セイ
FIG. 1 is a configuration block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
Is the device in Figure 1 the auxiliary point? 3 is a specific example of auxiliary point selection, FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the manipulator using the device in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of the interpolation method for the arc trajectory 'yM, and FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional example. ¥ shakuhatsei

Claims (1)

【特許請求の範囲】 マニピュレータの現在位置より、外部より指定された経
由点を直線若しくは円弧軌道で経由して、外部より指定
された目標点に円弧軌道又は前記現在位置から経由点ま
でを円弧軌道で移道する場合は直線軌道で前記マニピュ
レータを移動させるマニピュレータ制御装置において、 前記現在位置から前記経由点までの軌道上の距離と、前
記経由点から前記目標点までの軌道上の距離のいずれか
短いほうの移動距離と、前記移動で指定された所定の最
大速度から静止するまでの静止距離との大小を比較する
比較手段と、 この比較手段で静止距離よりも十分移動距離が大きいと
判断する場合には静止距離、十分には大きくないと判断
する場合には前記移動距離の半分だけ前記2軌道上の前
記経由点から離れた点であって、現在位置側を第1の補
助点、目標点側を第2の補助点として選定すると共に、
下記の第3及び第4の補助点を演算する補助点演算手段
と、上記第1及び第3の補助点、前記経由点、上記第4
及び第2の補助点により、この順で定められる8次スプ
ライン曲線を演算する経由軌道演算手段とを備え、 前記現在位置から前記第1の補助点までを前記所定の軌
道上で移動し、前記第1の補助点から前記第2の補助点
までを前記経由軌道演算手段で求めた経由軌道上で移動
し、前記第2の補助点から前記目標点までを前記所定の
軌道上で移動させることを特徴とするマニピュレータ制
御装置。 記 (1)第3の補助点は、現在位置と経由点を結ぶ軌道が
直線である場合には第1の補助点と経由点との中点、現
在位置と経由点を結ぶ軌道が円弧である場合には第1の
補助点と経由点との中点の軌道上における距離だけ第1
の補助点から経由点側に離れた点であって、第1の補助
点において該円弧に接する直線上の点とする。 (2)第4の補助点は、経由点と目標点を結ぶ軌道が直
線である場合には第2の補助点と経由点との中点、経由
点と目標点を結ぶ軌道が円弧である場合には第2の補助
点と経由点との中点の軌道上における距離だけ第2の補
助点から経由点側に離れた点であって、第2の補助点に
おいて該円弧に接する直線上の点とする。
[Scope of Claims] From the current position of the manipulator, a straight line or an arcuate trajectory passes through an externally specified way point to an externally specified target point, or a circular trajectory from the current position to the way point. In a manipulator control device that moves the manipulator along a straight trajectory when transferring, the distance on the trajectory from the current position to the waypoint, or the distance on the trajectory from the waypoint to the target point. a comparison means for comparing the shorter moving distance with a resting distance from a predetermined maximum speed specified in the movement until it comes to rest; and using this comparison means, determining that the moving distance is sufficiently larger than the resting distance. If it is judged that the stationary distance is not large enough, then it is a point that is half of the moving distance from the way point on the two orbits, and the current position side is the first auxiliary point and the target. Select the point side as the second auxiliary point, and
Auxiliary point calculating means for calculating the following third and fourth auxiliary points, the first and third auxiliary points, the way point, and the fourth auxiliary point.
and a transit trajectory calculation means for calculating an octic spline curve determined in this order using the second auxiliary point, and moving from the current position to the first auxiliary point on the predetermined trajectory, moving from the first auxiliary point to the second auxiliary point on the transit trajectory determined by the transit trajectory calculation means, and moving from the second auxiliary point to the target point on the predetermined trajectory; A manipulator control device featuring: Note (1) The third auxiliary point is the midpoint between the first auxiliary point and the way point if the trajectory connecting the current position and the way point is a straight line, and the third auxiliary point is the midpoint between the first auxiliary point and the way point if the trajectory connecting the current position and the way point is an arc. In some cases, the distance between the midpoint of the first auxiliary point and the waypoint on the trajectory is the first
A point that is away from the auxiliary point on the way point side, and is a point on a straight line that touches the arc at the first auxiliary point. (2) If the trajectory connecting the way point and the target point is a straight line, the fourth auxiliary point is the midpoint between the second auxiliary point and the way point, and the trajectory connecting the way point and the target point is an arc. In this case, it is a point that is separated from the second auxiliary point toward the way point by the distance on the trajectory of the midpoint between the second auxiliary point and the way point, and is on a straight line tangent to the arc at the second auxiliary point. point.
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