JPS63184806A - ロボツトによる相対座標系情報テイ−チング方式 - Google Patents

ロボツトによる相対座標系情報テイ−チング方式

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JPS63184806A
JPS63184806A JP1618187A JP1618187A JPS63184806A JP S63184806 A JPS63184806 A JP S63184806A JP 1618187 A JP1618187 A JP 1618187A JP 1618187 A JP1618187 A JP 1618187A JP S63184806 A JPS63184806 A JP S63184806A
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relative coordinate
robot
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axis
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JP1618187A
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Sadao Kodama
児玉 貞夫
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu 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】 〔概 要〕 作業物体に設けられた相対座標系のロボット絶対座標系
上の位置・姿勢に関する相対座標系情報を求める場合に
、ロボット自体を用いて相対座標系の原点、X軸上の点
、Y軸上の点の位置を求め、これらの位置情報に基づい
て相対座標系情報を求める。これにより、予め相対座標
系情報を指示する必要がなくなり、実際の作業状態にお
ける相対座標系の正しい相対座標系情報を求める出来る
〔産業上の利用分野〕
本発明は、作業物体に設けられた相対座標系のロボット
の原点を基準にした絶対座標系上の位置・姿勢に関する
相対座標系情報をロボットを用いて求める相対座標系情
報のティーチング方式に関する。
〔従来の技術〕
ロボットで作業物体に対して各種の作業を行うときは、
ロボットに対して作業実行に必要な作業物体の位置・姿
勢情報が与えられるが、その場合の位置・姿勢情報は、
ロボットの原点を基準にした絶対座標を用いて与えるこ
とが必要である。
然しなから、作業物体の位置・姿勢情報を示す場合、ロ
ボットの絶対座標系を用いるよりも作業物体に独自の座
標系即ち相対座標系を用いた方が示しやすい場合が多い
。例えば、パレット上に規則的に配列された部品の位置
・姿勢を指示する場合、パレット上に固定された相対座
標系を用いることにより、部品の位置・姿勢情報を容易
に入力することが出来る。
第6図は、作業物体に設けられた相対座標系上で定義さ
れた作業物体の位置・姿勢に関する相対座標情報を入力
してロボットに作業を行わせるロボット作業システムを
ブロック図で示したものである。
第6図において、21は相対座標系情報記憶部で、作業
物体に設けられた相対座標系のロボットの原点を基準に
した絶対座標系上の位置・姿勢に関する相対座標系情報
が予め格納されている。
絶対座標情報算出手段22には、作業物体の相対座標系
上の相対座標情報と相対座標系記憶部21より読み出さ
れた相対座標系情報が入力される。
絶対座標情報算出手段22は、入力された作業物体の相
対座標系上の相対座標情報と相対座標系情報記憶部21
の相対座標系情報に基づいて、作業物体の相対座標情報
をロボットの絶対座標系上で定義されるロボットの位置
・姿勢制御用の絶対座標情報に変換して、ロボット制御
手段23に加える。
ロボット制御手段23は、入力された絶対座標情報に基
づいてロボット24の各関節の回転角を算出し、この算
出された各回転角に従って各関節を回転制御することに
より手先241を指定された位置・姿勢に移動制御して
、作業物体に所定の作業を行わせる。
この様に、作業物体に設けられた相対座標系によりロボ
ットの位置・姿勢を制御する相対座標情報を入力し、こ
の相対座標情報をロボットの絶対座標系上の相対座標系
の位置・姿勢に関する相対座標系情報を用いてロボット
絶対座標系上のロボットの位置・姿勢制御用の絶対座標
情報に変換することにより、作業物体の相対座標情報を
用いて、ロボットに所望の作業を行わせることが出来る
〔発明が解決しようとする問題点〕
作業物体の相対座標情報を用いてロボットに所望の作業
を行わせる場合、多6図の従来方式は、前述の様に予め
相対座標系情報記憶部に格納されであるロボットの絶対
座標系上の相対座標系の位置・姿勢に関する相対座標系
情報を用いてロボット絶対座標系上のロボットの位置・
姿勢制御用の絶対座標情報に変換していた。
然しなから、作業物体に設けられた相対座標系とロボッ
トの絶対座標系との位置・姿勢関係は、実際の作業現場
の状況に応じて変わることが多い。
このため、相対座標系のロボット絶対座標系上の相対座
標系情報を予め相対座標系情報記憶部に格納してお(こ
とは実際上困難な場合が少くなく、又、実際の作業状態
における相対座標系情報が予め相対座標系情報記憶部に
格納してあったものと異なったものとなる場合が出現す
るという問題があった。
本発明は、作業を行うロボット自体を用いて直接作業物
体上の相対座標系の相対座標系情報を求めることにより
、予め相対座標系の相対座標系情報を指示して記憶部に
格納しておく必要を無くし、実際の作業状態における相
対座標系の正しい相対座標系情報が求められる様にした
ロボットによる座標系相対座標情報のティーチング方式
を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明の講じ
た手段及びその作用を、第1図の原理説明図を参照して
説明する。
第1図において、11はロボット、111はその手先で
ある。Xa、 Ya及びZaは、ロボソト11の原点O
aを基準とするロボット11の絶対座標系のX、Y及び
Z軸である。
12は作業物体である。Xγ、Yγ及びZγは、作業物
体12の原点Orを基準とする作業物体12上の相対座
標系のX、Y及びZ軸である。P+はXγ輪軸上任意の
点であり、P2はYr軸上の任意の点である。
この構成において、ロボット11の手先111を相対座
標系の原点0γ、XT輪軸上P+点及びyz輪軸上22
点にもって行くことにより、これら3点のロボット絶対
座標系上の位置情報を求める。
得られた0γ+PI及びP2の位置情報に基づいて、相
対座標系のロボット絶対座標系上の位置・姿勢に関する
座標系相対座標情報を求める。
以上の様にすることにより、作業を行うロボット自体を
用いて直接作業物体上の相対座標系の座標系相対座標を
求めることが出来る。これにより、予め相対座標系の座
標系相対座標情報を指示して記憶部に格納しておく必要
をなくすると共に、実際の作業状態における正しい相対
座標系情報を求めることが出来る。
〔実施例〕
本発明の実施例を、第2図〜第5図を参照して説明する
。第2図は本発明の一実施システムの説明図、第3図は
同実施システムの処理フローチャート、第4図は相対座
標系及びその座標変換係数の説明図、第5図は座標変換
係数演算処理フローチャートである。
(A)実施システムの構成 第2図において、ロボット11、ロボットの手先111
、作業物体12については、第1図で説明した通りであ
る。なお、ロボット11は、多関節形のロボットである
13は相対座標系情報算出手段で、ロボット11によっ
て求められた相対座標系の原点Or、XT軸上の21点
及びYr軸上の22点の位置情報に基づいて相対座標系
のロボット座標系上の相対座標系情報を算出する。
14は相対座標系情報格納部で、相対座標系情報算出手
段13で算出された相対座標系情報が格納される。
15は絶対座標情報算出手段で、第6図の絶対座標情報
算出手段22と同様に、入力された作業物体12の相対
座標系上の相対座標情報と相対座標系情報格納部14の
相対座標系情報に基づいて、作業物体の相対座標情報を
、ロボットの絶対座標系上で定義されるロボットの位置
・姿勢制御用の絶対座標情報に変換する。
16はロボット制御手段で、第6図のロボット制御手段
23と同様に、入力された絶対座標情報に基づいてロボ
ット11の各関節の回転角を算出し、この算出された各
回転角に従って各関節を回転制御することにより、ロボ
ットの手先111を指示れれた位置・姿勢に移動制御し
て、作業物体12に所定の作業を行わせる。
相対座標系情報算出手段13において、131は原点位
置座標算出部で、ロボッl−11の関節の回転角情報に
基づき、公知のティーチング方式により、相対座標系の
原点Oγのロボット絶対座標上の位置座標(Oγ8.0
γ9,0γ2)を算出する。
132はPi点位置座標算出部で、ロボッ1−11の各
関節の回転角情報に基づき、XT輪軸上P、点の位置座
標(P、、、P、ア、p、1)を算出する。
133は22点位置座標算出部で1,21点の場合と同
様にして、Yr軸上の22点の位置座標(P 2X+ 
 P 21.  P 2−)を算出する。
134はXr単位ベクトル算出部で、原点位置座標算出
部131の算出した原点の位置座標(OTx、OTy、
OT1)及びP2点位置座標算出部132の算出した2
3点の位置座標(PIK、PIF+PI11)に基づい
て、XT軸の単位ベクトルXe  (Xlllll  
X11?+  X□)を算出する。
135はYγ単位ベクトル算出部で、原点の位置座標(
O、、O、、O1)及びpz点位置座標算出部133の
算出した22点の位置座標(p、、。
P xy、P zz)に基づいて、YT軸の単位ベクト
ル’/la  (’j*x、’/□、y、1)を算出す
る。
136はZγ単位ベクトル算出部で Xr単位ベクトル
算出部134及びZr単位ベクトル算出部135の算出
した各単位ベクトルX、及びyoの外積よりZr軸の単
位ベクトルze  (211)l  Z。7+  Xe
y)を算出する。
137は座標変換係数算出部で、原点位置座標算出部1
31、Zr単位ベクトル算出部134、Zr単位ベクト
ル算出部135及びZr単位ベクトル算出部136の各
算出結果を用いて、相対座標系のロボット絶対座標系上
の相対座標情報である絶対座標変換係数A、(XYZα
βγ)fを算出する。
(B)実施システムの動作 第2図の実施システムの動作、即ち本発明の相対座標系
の座標系相対座標情報算出方式の一実施例を、第1図〜
第5図を参照し7、第3図の処理フローチャートの処理
ステップに従って説明する。
(11ステップ81〜S3 公知のティーチングボックス等を使用し、ロボット11
の手先111を相対座標系の原点Orに合わせる。原点
位置座標算出部131は、そのときのロボットの各関節
の回転角情報から、原点OTの位置座標(Oγ8.Or
7,0γ8)を算出する(ステップS1)。
同様に、ロボット11の手先111を相対座標系のXT
輪軸上21点に合わせる。P、点位置座標算出部132
は、ロボット11の各関節の回転角情報から、21点の
位置情報(P+X、  P+y、P+g)を算出する(
ステップSZ)。
同様に、ロボット11の手先111を相対座標系のYT
輪軸上22点に合わせる。P22点位置座標算出132
は、ロボッ1−11の各関節の回転角情報から、22点
の位置座標(P 2X+  P zy、Pn)を算出す
る(ステップSZ)。
(2)  ステップS4 rγ単位ベクトル算出部134は、原点位置座標算出部
131の算出した原点の位置座標(Oγ8゜or、、o
r1)及びP1点位置座標算出部132の算出した21
点の位置座標(P+、1.P+ア、P、2)を用い、次
の(11式よりXT軸の単位ベクトルOT P + X e  (X IIXI  X llY+  X a
t)±□10γP、  1 (CP+x−Or X )”+(P+y  Or y 
)”+(P+t−Or * )J ””・・・・・・+
11 同様に、Zr単位ベクトル算出部135は、原点の位置
座標(oy、、07F 、Orz )及びP22点位置
座標算出133の算出した22点の位置座標(P z−
、P zy、  P z□)を用い、次の(2)式より
、Yr軸の単位ベクトル’/*  0’*x、yat、
’f0.)を算出する。
107P、1 ((Pzx−07g )”+(Pzy  or y )
”+(pzg  Or m )”) ””・・・・・・
(2) Zr単位ベクトル算出部136は、Zr単位ベクトル算
出部134の算出したXT軸単位ベクトルx、  (X
lllll  XII?l  Xag)及びZr単位ベ
クトル算出部135の算出したYT軸単位ベクトルy*
  (’/ *x、yay1)’ ex)を用い、両者
の外積よりZr軸の単位ベクトルz0を算出する。
z *  (Z IIXI  會?+  Z @II)
=(Xsx+  X@Il+  Xag) ×D*x+
  )’@y+  yat)=((Xey ’ Yms
−Xag ” )’ay) +(Xag ’ Y*yt
−XIIX’   y ag)+   (XIIX’ 
  y ay     Xay’   y ex))・
・・・・・(3) (3)  ステップS。
座標変換係数算出部137は、原点位置座標算出部13
1、Zr単位ベクトル算出部134、Zr単位ベクトル
算出部135及びZr単位ベクトル算出部136の各算
出結果を用いて、相対座標系のロボット絶対座標系上の
相対座標情報である座標変換係数A、(XYZαβγ)
fを算出する。
座標変換係数At  (XYZαβγ)、の算出方式の
説明に先立って、まず相対座標系の座標変換係数Ar(
XYZαβγ)fを第4図を参照して説明する。
第4図(A)は、ロボットの絶対座標系(Oa。
Xa、Ya、Za)と作業物体上の相対座標系(Oγ、
Xr、Yr、Zy)の位置関係を説明したものである。
0γ8.Or、及びOrgは、相対aorのXa、Ya
及びZaの各座標軸成分である。
第4図(B)は、相対座標系の絶対座標系に対する姿勢
関係を説明したものである。相対座標系の姿勢は、絶対
座標系のXa、Ya及びzaの各座標軸のまわりの一連
の回転によって表示される。
相対座標系の回転は、通常オイラー角又はロール・ピッ
チ・ヨー角により表示されるが、第4図(B)はオイラ
ー角による場合が示されている。
オイラー角による姿勢表示は、第4図(B)に示す様に
、まずZa軸のまわりの回転α、次に新しいy軸である
y1軸のまわりの回転β、最後に新しい2軸である22
軸のまわりの回転Tの三つの回転によって示される。
相対座標系の絶対座標系に対する座標変換係数Ar  
(XYZαβT)tのX、 Y及びZ成分は、相対座標
系の原点0γの位置ベクトルのxa、ya及びZa軸成
分、即ちOr、、Or、及びOr8で表わされ、α、β
及びγ成分は、相対座標系の姿勢情報即ち前述のオイラ
ー角α、β及びTで表わされる。
これに対し、座標変換係数算出部137に入力される原
点位置座標算出部131、Xγ単位ベクトル算出部13
4、Yγ単位ベクトル算出部135及びZr単位ベクト
ル算出部136の各算出結果からは、座標変換係数A、
(XYZαβγ)fをマトリックス変換した形の座標変
換マトリックス(M)fが生成される。いま、 とすると、各単位ベクトルx*+  >’*+  2e
の各座標軸成分(方向余弦)及び位置ベクトルの各座標
軸成分(Or、、or、、0γ1)の間には次の(5)
式の対応関係がある。
・・・・・・(5) 一方、座標変換マトリックス〔M〕、は、座標変換係数
A、(XYZαβr)rの各成分を用いると次の(6)
式で表わされる。
(4)、 (51及び(6)式より、相対座標系の原点
Orの位置座標及びXr、Yr、Zr軸の各単位ベクト
ルx11+  )’*+  zmが与えられると、相対
座標系の座標変換係数A、(XYZαβγ)tを求める
ことが出来る。
以下、オイラー角表示の場合の相対座標系の座標変換係
数Ar(XYZαβratの演算方式を、第5図の座標
変換係数演算処理フローチャートを参照し、その処理ス
テップに従って説明する。なお、座標変換マトリックス
〔M〕、の各要素として(4)式のf、〜f44を用い
、これらにより座標変換係数Ar  (XYZαβr)
rの各成を表すことにする。
■ ステップ3a。
前掲の(4)及び(6)式よりX、Y及びZは、次の(
7)で求められる。
β=Cog−’ f 33         ・・・・
・・(8)なお、以下の計算においてβの範囲を一π〜
0と0〜πのどちらを取るかによって、αβγの解が異
なる。どちらの解を選んだ場合でもロボットの姿勢は同
じ結果となる(同じ姿勢と取らせるαβγの値が二通り
ある)。この実施例ではβを0〜πに固定する。
■ ステップSa3 +  5a4 (8)式で求められたβが0(f33=1)であるかが
判別される(ステップ5as)sβ=0の場合は、相対
座標系と絶対座標系のZ軸が同方向に一致するときで、
αとγが物理的に同じ回転結果を生じる特異点である。
この場合は、αとγの何れか一方を0にすることにより
他方が求められるが、この実施例ではα=0としてγを
求める(ステップ5a4)。
いま(6)式において、β=0とおくと、次の(9)式
が得られる。
従って、f++ (=C(α+γ))及びfl、(=S
(α+γ))より次の、aΦ式が得られる。
これより、α=0とおくと、次の0υ式よりγが求めら
れる。
■ ステップSaS+Sa& ステップSa、においてβ≠0(fzz≠1)でない場
合は、β−π(f、、=−1)であるかが判断される(
ステップ5as)。β=πの場合は、相対座標系と絶対
座標のZ軸が逆方向に一致するときで、αとγは絶対値
で同じ回転結果を生じる特異点である。この場合もαと
γの何れか一方をOにすることにより他方が求められる
が、この実施例ではα=0としてγを求めている(ステ
ップ5as)。
いま(6)式においてβ=πとお(と、次の(転)式が
得られる。
ここでα=0とおくと、f+z(=S(γ−α))及び
fig(=C(T−α))を用いて次のαり式よりγを
求めることが出来る。
■ ステップSミツ ステップSa、及びSp5において、β≠O1πのとき
、即ち相対座標系か特異点をとらないときは、(6)式
のfs+(=C,rsβ)及びf32(=S、Sβ)を
用いて、次のα旬式よりαを求めることが出来る。
f3+    CetSβ 又、(6)式のf +s (=  Sp Cr )及び
f2.(=(SpSγ)を用いて、次のQ9式よりγを
求めることが出来る。
f、3   Spcr 以上の様にして、特異点の場合も含めて、オイラー角表
示の場合の相対座標系の座標変換係数A t  (X 
Y Zαβratをもとめることが出来る。
(4)  ステップS。
座標系相対座標情報算出手段13によって求められた座
標変換係数Ar  (XYZαβγ)fは、座標相対座
標情報路14に相対座標系の座標系相対座標情報として
格納される。
以下、絶対座標情報算出手段15は、第6図の絶対座標
情報算出手段22と同様に、入力された作業物体12の
相対座標系上の相対座標情報Aγ(XYZαβγ)γと
座標系相対座標情報格納部14の座標系相対座標情報A
f  (XYZαβT)、に基づいて、作業物体12の
相対座標情報Aγ(XYZαβγ)Tを、ロボットの絶
対座標系上の絶対座標系上A、(XYZαβr)mに変
換し、ロボット制御手段13に入力する。
ロボット制御手段16は、第6図のロボット制御手段2
3と同様に、入力された絶対座標情報A、(xyzαβ
γ)、に基づいてロボット11の各関節の回転角を算出
し、この算出された各回転角に従って各関節を回転制御
することにより、ロボットの手先111を指示された位
置・姿勢に移動制御して、作業物体12に所定の作業を
行わせる。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明の
座標系相対座標情報演算方式は、この実施例の演算方式
に限定されるものではない。例えば、オイラー角の代り
にロール・ピッチ・ヨー角を用いて相対座標系の座標変
換係数(XYZαβγ)を求めることが出来る。又、絶
対座標情報算出手段が、座標変換マトリックスより絶対
座標情報を算出する方式のものである場合は、座標系相
対座標情報として相対座標系の座標変換マトリックスを
用いる様にしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明によれば、次の諸効果が得ら
れる。
(イ)予め相対座標系の相対座標系情報を指示して記憶
させておく必要がなくなり、実際の作業時にロボットを
用いて直接相対座標系の相対座標系情報を求めることが
出来る。従って、相対座標系情報を予め指示出来ない場
合にも、本発明により求めることが出来る。
(O)実際の作業状態における相対座標系の相対座標系
情報が求められるので、正しい相対座標系情報を得るこ
とが出来る。これに伴って、ロボットの作業精度を向上
させることが出来る。
【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システムの説明図、第3図は同
実施システムの処理フローチャート、第4図は相対座標
系及びその座標変換係数の説明図、 第5図は座標変換係数演算処理フローチャート、第6図
はロボット作業システムの説明図である。 第1図及び第2図において、 11・・・ロボット、111・・・ロボットの手先、1
2・・・作業物体、13・・・相対座標系情報算出手段
、14・・・相対座標系情報格納部、15・・・絶対座
標情報算出手段、16・・・ロボット制御手段。 冬徒明φ緻捉$之明閏 第1図 ロボ゛:ゾトA千1システム 第6図 Ss色う又テムのダ己を里フロー孝セーP第3図 (A) 鼎餌えル糸晟υ°むルル襞像追敷 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 作業物体(12)に設けられた相対座標系のロボット(
    11)の原点を基準にした絶対座標系上の位置・姿勢に
    関する相対座標系情報をロボット(11)を用いて求め
    るロボットによる相対座標系情報ティーチング方式であ
    って、 (a)ロボット(11)の手先(111)を相対座標系
    の原点(Oγ)、相対座標系のX軸の任意の点(P_1
    )及びY軸上の任意の点(P_2)にそれぞれもって行
    くことにより、これら3点のロボット(11)の絶対座
    標系上の位置情報を求め、(b)前記3点(Oγ、P_
    1、P_2)の位置情報に基づいて、相対座標系のロボ
    ット絶対座標系上の位置・姿勢に関する相対座標系情報
    を求めること、 を特徴とするロボットによる座標系相対座標情報ティー
    チング方式。
JP1618187A 1987-01-28 1987-01-28 ロボツトによる相対座標系情報テイ−チング方式 Pending JPS63184806A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01140207A (ja) * 1987-07-15 1989-06-01 Hitachi Ltd ロボットアームの手動制御方法
EP0511396A1 (en) * 1990-11-16 1992-11-04 Fanuc Ltd. Method for setting coordinate system of robot
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