JPS6329810A

JPS6329810A - ア−ム制御装置

Info

Publication number: JPS6329810A
Application number: JP61173031A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mitomi; 三富　隆
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-08
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0789293B2

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】産業上の利用分野本発明は、工業用ロボットアームの制御、とりわけ複数
のアームの制御に関するものである。

従来の技術複数のアームの制御としては、多軸同時制御装置として
、１つの制御装置内で複数のアームのすべての駆動軸の
制御を同期させて動作を行うものがある。この方法によ
れば、複数のアームを同時に動作させて１つの対象物を
操作する時に、複数アームの同期をとりやすいというメ
リットがある。

ところが複数アームの動作では同期をとる必要のない場
合も多く、１つの制御装置で制御するために、動作プロ
グラム作成のむずかしさ、アーム配置の制限、配線の繁
雑さは避けられない。この問題はアームの数がふえるほ
ど顕著になる。

他の方法として、複数アームのそれぞれの制御装置と上
位計算機とをシリアル通信で接続するものがある。シリ
アル通信を使うのは、配線を少なくし、装置間の距離を
長くすることも容易であり、装置の配置の制限が少なく
なるからである。従来この方法で行われてきたことは、
上位計算機がプログラムを管理しているが、直接動作位
置で細かく制御することは少なく、例えば、制御装置内
で実行されるプログラムを上位計算機からダウンロード
し、上位計算機からの動作プログラムスタートのコマン
ドにより制御装置が動作実行するというものが多かった
。また上位計算機から直接アームの動作位置目標を通信
指令によって制御装置に与えるものもあるが、動作位置
目標のデータは、例えば（ｘ、ｙ、ｚ、θ・、Φ、Ｆ）
のような目標位置座標値の絶対値の組で与えることが多
い。この座標系は、アームの設置された時点で固定され
たものであり、この座標値の組から変換計算を行うこと
によってアーム駆動軸の動作量が決定される。

発明が解決しようとする問題点シリアル通信においては、通信時間は通信データ量に比
例する。例えば、６自由度の動きが可能なアームの動作
指令を行う場合、ハンドの位置と姿勢を表わす座標値の
組（ｘ、ｙ、ｚ、θ・、Φ、Ｆ）を動作目標位置として
送信する時、６つの値がそれぞれ３２ビツトで表し、通
信手段として９６００ｂａｕｄのＲ３２３２Ｃを用いる
と仮定すると、１回の動作目標位置データの通信を行う
ために最低約２４ミリ秒以上の時間を要する。通常はこ
れ以外に通信手段が必要なため、さらに時間を要する。

このように通信時間が大きくなると、上位計算機から短
時間サイクルで指令を与えて細かな経路制御や、上位計
算機を介したセンサンイードパックを実時間で行うこと
が困難となるという問題がある。また、複数アームが相
対位置を保って同時に動いて同一対象物を操作する時、
通信指令の時間的ズレは、動作位置のズレとなり、相対
位置が保たれないために対象物に過大な負荷力が作用す
ることもあり得る。このように、シリアル通信で接続さ
れた複数アームの同時動作制御においては、通信時間が
短くしてよく同期をとること、すなわち通信データ量を
少なくして短時間ごとに指令を与えることが必要である
。ところが一方、複数アームが同期しなくてもよい独立
な動作を行う場合があるようにすべての動作に上位計算
機から短時間ごとの指令が必要となるわけではない。

問題点を解決するための手段以上の問題点を解決するために、本発明では、上位計算
機としての指令装置とアームの制御装置との間に２種類
の通信モードを設け、必要に応じて切替えを行うために
、指令装置には指令切替え手段を、制御装置には通信指
令動作モード切替え手段を設けている。複数アームの制
御では、同時動作を行う必要のある時とアームごとに独
立な動作を行う時とで次のように切替える。同時動作の
場合には変位指令動作手段を用いて１回分の通信データ
量の少ない通信指令を短時間ごとに繰り返すことにより
アームを動作させ、独立な動作の場合には絶対値指令動
作手段を用いて１回分の通信データ量は多くても通信回
数を少くして指令装置の負荷を軽減できる。絶対値指令
では１回の通信データにおける位置座標は、アームの動
作範囲に対する動作指令精度以上の分解能を有するデー
タ長が必要であるのに対して、変位指令では１回の通信
データの位置変位は、１回の通信サイクルの間のアーム
動作量に対する動作指令精度の分解能を有するデータ長
で十分であり、通信データ量は少なくてすむ。また、本
発明では、座標成分選択手段を用い、動作する方向に対
してのみの変位量データを通信することで動作指令を可
能としている。このため通信データ量をさらに減らすこ
とができる。座標成分選択手段を効果的に利用するため
には、アームの動作方向と座標系の特定座標軸方向とが
一致していると都合がよい。このために、本発明ではさ
らに、座標系更新手段および通信座標系更新手段を設け
て、動作方向に座標軸を合わせることを可能にしている
。

作　　用一例として、２台のアームに平行に直線動作をさせる場
合について説明する。指令装置は、通信座標系更新手段
を介して、アームの動作指令に使用する座標系の１座標
軸が動作方向と一致するように座標系パラメタを変更す
るように制御装置の座標系更新手段を起動する。同時に
動作指令のデ−タ単位についても、動作させる速度に合
わせて設定する。そして、変位指令モードで繰り返し同
期して２台のアームに指令を送り、アームに動作を行わ
せる。この時の指令データは１座標酸分に関する変位量
である。

ある平面内で複数のアームに動作させる場合には、アー
ムの動作指令に使用する座標系の１座標軸が前記平面の
法線方向と一致するように座標系を設定する。この場合
、変位指令モードでの指令データは２つの座標成分に関
する変位量データとなる。このように短い時間間隔で動
作指令を行う必要のある場合には指令装置は、座標成分
選択手段を有効に使って１回当たりの通信データ量を小
さくして、変位指令モードで制御装置に動作指令を行う
。

一方、複数アームが独立な動作を行う時のように、短時
間間隔で動作指令を行う必要のない場合は、指令装置は
、絶対値指令モードで動作指令を行う。この場合の指令
データは、各アームの運動自由度数の座標成分を含み、
各成分はアームの可動範囲に対する位置決め精度以上の
分解能を有するデータ長を必要とするが、動作の目標点
にアームが到達するまでに１回の通信指令だけですむた
め、繰り返し変位指令を行う場合に比べ、指令装置の負
荷は小さくなる。

実施例本発明の一実施例について説明する。第１図は本実施例
におけるシステム構成の説明図である。

２台のアーム１．２が制御装置３．４によって制御され
、制御装置３，４はそれぞれシリアル通信で指令装置７
に接続されている。

各アームは６自由度の運動が可能なモータ駆動の垂直多
関節アームであり、アーム先端にとりつけられたハンド
の位置と姿勢を可動範囲内で任意にとることができる。

ハンドの位置と姿勢は、ハンドに固定された直交座標系
の原点とｘ、ｙ、ｚ軸圧方向の単位ベクトルで規定され
、次のように表わされる。

ただし、Ｐ、：　アームｉのハンド座標原点位置ベクト
ル。

Ｎ１：　アームｌのハンド座標Ｘ方向単位ベクトル。

ｏｔｈ：アームｉのハンド座標Ｙ方向単位ベクトル。

Ａｉ：　アームｉのハンド座標Ｚ方向単位ベクトル。

第２図は指令装置の説明図である。ここで、指令装置は
プログラムされた計算機であり、２アームの動作に関す
るプログラムとデータをメモリに記憶している。動作プ
ログラム管理手段８は、アーム動作に対応づけられたコ
ードをメモリから順次読み出し、読み出されたコードに
従って指令手段９は各アームの制御装置３．４に対して
シリアル通信手段１０．１１を介して動作指令を行う。

指令装置と各制御装置はＲ５−２３２Ｃで接続され、伝
送速度は９６０　ｏｂ　ａｕｄとして使用しているので
、約１ミリ秒で１バイトのデータが伝送される。

第３図は制御装置の説明図である。現在位置確認手段１
３は、アームの各関節に対応するモータの回転量検出器
からの信号からアームの関節角度を求め、さらにアーム
長データ等からその時点のハンドの位置と姿勢を計算す
る。動作指令実行手段１４は、指令装置からの動作指令
に応じてアームに動作をさせる。

第４図は動作指令実行手段の説明図である。アーム動作
手段１８は、指定されたハンドの位置と姿勢データから
アーム関節角度を計算し、モータを駆動してアームを動
作させる。通信指令動作モード切替手段と絶対値指令動
作手段と変位指令動作手段は、指令装置からの通信によ
り指令された動作の位置データを変換してハンドの位置
と姿勢を求め、アーム動作手段に送る。

指令装置からの動作位置指令には、絶対値指令と変位指
令の２種類がある。通信される動作位置データは、例え
ば、絶対値指令では、ＭＯＶＥｘｘｘｘｙｙｙｙｚｚｔ、ｚθθθθφＣ１ｌ
φ（＋１ｖｙｖｙＢ”ｖｖｖｖｓｇ変位指令では、Ｍｌｘｘｙｙｚｚｓａの工うなものがある。

絶対値指令のはじめの４パイ）ＭＯＶＥは絶対値指令の
動作データであることを示し、ｘｘ・・・・・・ＦＦま
での２４バイトは６つの座標成分について各４バイト（
３２ビツト）で動作位置を表わし、Ｆは、８つのアーム
形状が指定された位置に対応して存在するためにその中
の１つを選択するフラグ、ｖｖｖｖは動作速度、８Ｂは
チェックサムデータである。θ、φ、Ｆはハンド座標の
オイラー角でありθ、φ、ＦとＮ、Ｏ，Ａは、お互いに
対応し、変換が可能である。

変位指令では、はじめのＭで動作データであることを示
し、次の１でＸ７Ｚの３次元空間の変位量についての動
作指令データであることを示し、ＸＸ７７Ｚ’Ｌによっ
て各成分２バイトで動作変位量を指定する。８Ｂはチェ
ックサムデータである。

２バイト目の１が他のコードである時には、そのコード
に応じて動作指令の位置データは、Ｘ方向の成分の１次
元空間変位量であったり、ｘＹ方向の成分の２次元空間
変位量であったり、θΦＶのハンドの姿勢に関する３次
元空間変位量であったりする。

本実施例においては、指令装置からの切替えコマンドに
より制御装置の絶対値指令動作モードと変位指令動作モ
ードが切り替わる。制御装置の通信動作モード切替え手
段は切替えコマンドにより通信モードフラグを絶対値指
令モードから変位指令モードを示すように切替え、現在
位置を確認し、指令現在位置として格納する。指令装置
側でも同様に現在位置を記憶しておく。変位指令モード
では指令装置と制御装置それぞれにおいて指令された変
位量を現在位置に累積加算していき、実際の動作による
現在位置と指令装置側で相違が生じないようにしておく
。変位指令モードから絶対値指令モードへの切替えは、
指令装置からの変位指令モード終了コマンドによって行
われる。このようにモード切替えを行うのは、いずれの
モードでちるかによって異なる通信手順を用いているが
らである。本実施例では、変位指令モードでは指令装置
からの通信に対して制御装置が返信するというパターン
を繰り返し、絶対値指令モードでは、指令装置と制御装
置のどちらから通信を開始してもよいようになっている
。この違いは指令データに対する動作の違いでもある。

すなわち、変位指令では動作変位量は単位時間に動作す
べき目標位置までの変位量であり、指令が単位時間ごと
に繰り返されることによってアームは連続的に動作する
。

一方、絶対値指令では動作目標位置は絶対量で指示され
、動作速度も指示されており、動作目標位置までの経路
は制御装置が補間して動作を行う。

動作目標位置まで到達すると制御装置からの通信により
動作が完了したことを指令装置は確認する。

変位指令モードでは、変位指令動作手段は指令された変
位量データに変換を行って、これを指令現在位置に加算
して指令現在位置とし、動作すべき目標位置としてアー
ム動作手段に送る。この処理のフローチャートを第６図
に示す。ｘＹＺ座標の変位量データの変換には３×３の
行列Ｔを乗することによって変換を行う。変位指令モー
ドでは、指令変位量データの座標成分が選択的であるの
で、変位量データの示す座標系を適当に変更することに
より通信データ量を減らすことができるが、座標系更新
手段は、行列Ｔを更新する。指令装置は行列Ｔを変更す
るコマンドとそのデータを通信して通信座標系更新手段
により座標系更新手段を起動し、座標系を変更すること
ができる。

指令装置では動作プログラムのコードをメモリから読み
出し、複腕同時動作のコードであれば変位指令モードに
切替えて各制御装置に指令を出し、単腕の独立動のコー
ドであれば絶対値指令モードで動作指令を出す。この処
理のフローチャートを第６図に示す。

発明の効果以上のように本発明では、細かく制御指令する必要のあ
る場合には１回当たりの通信データ量の少ない変位指令
モードを、そうでない場合には通信回数の少なくてすむ
絶対値指令モードを用いるように通信指令動作モード切
替えが可能となり、指令装置として上位計算機を効率的
に利用できる。

また、変位指令モードでは、選択的に位置データの座標
成分を通信するため、通信データ量を少なくすることが
でき、特に、シリアル通信で制御装置が接続された複数
アームの制御単位時間を短かくすることができ、複数ア
ームの動作の同期を細かく制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるシステム構成の説明
図、第２図は指令装置の説明図、第３図は制御装置の説
明図、第４図は動作指令実行手段の説明図、第６図およ
び第６図は本発明の一実施例の動作フローチャート図で
ある。１．２・・・・・・６軸垂直各間節アーム、３，４・・
・・・・制御装置、６，６・・・・・シリアル通信ケー
ブル、７・・・・・指令装置、８・・・・・・動作プロ
グラム管理手段、９・・・・・・指令手段、１０，１１
．１２・・・・・・シリアル通信手段、１３・・・・・
・現在位置確認手段、１４・・・・・・動作指令実行手
段、１６・・・・・・通信指令動作モード切替え手段、
１６・・・・・・絶対値指令動作手段、１７変位指令動
作手段、１８・・・・・・アーム動作手段、１９・・・
・・・通信座標系更新手段、２０・・・・・・座標系更
新手段。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図イ第２図第３図第４図＠　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アームと前記アームの制御装置と指令装置とから
構成され、前記指令装置は前記アームの動作のプログラ
ムを管理する管理手段と前記アームの制御装置への動作
指令を行う指令手段を有し、前記制御装置と前記指令装
置はシリアル通信手段で接続され、前記制御装置が指令
装置からの通信指令によりアーム先端のハンドの現在位
置を確認し指令装置へ返信する現在位置確認手段と、指
令装置からの通信指令によりハンドの移動目標位置を規
定する空間位置信号を受ける動作指令実行手段を有し、
さらに前記動作指令実行手段は、前記空間位置信号が、
方形座標系に関する座標値の絶対値の組である絶対値指
令か、直前に確認された現在位置または前回の動作指令
位置からの動作変位量である変位指令かの判別または切
替えを行う通信指令動作モード切替え手段と、前記空間
位置信号が絶対値指令である場合に、座標値の組を今回
の動作指令位置とする絶対値指令動作手段と、前記空間
位置信号が変位指令である場合に、直前に確認された現
在位置または前回の動作指令位置の座標値の組に変位量
を加算したものを今回の動作指令位置とする変位指令動
作手段と、前記動作指令位置に応じて、駆動される軸の
動作量を算出し駆動してアームを動作させるアーム動作
手段とを有することを特徴とするアーム制御装置。
（２）指令装置は、複数の座標成分のうち部分的に座標
成分を選択して選択された座標成分のみ変位量のデータ
を通信伝送する座標成分選択手段を有し、制御装置の前
記変位指令動作手段は、選択された座標成分を判別し、
選択された座標成分についてのみ変位量の加算を行い、
今回の動作指令位置とすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のアーム制御装置。
（３）空間位置信号において使用される座標系を規定す
るパラメータを記憶・更新する座標系更新手段を制御装
置が有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のアーム制御装置。
（４）制御装置は、座標系を規定するパラメータを指令
装置からの通信指令により更新する座標系更新手段を有
することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のアー
ム制御装置。
（５）通信伝送される変位量データの単位を記憶・更新
する手段を制御装置が有し、データの単位が座標成分ご
とに可変となるようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載のアーム制御装置。
（６）複数のアームと、前記各アームの制御装置と、前
記各制御装置にシリアル通信手段で接続され、各アーム
の動作プログラムを管理する指令装置とから構成され、
前記各制御装置が、指令装置からの通信によりアーム先
端のハンドの現在位置を確認し指令装置へ返信する現在
位置確認手段と、指令装置からの通信によりハンドの移
動目標位置を規定する空間位置信号を受ける動作指令実
行手段とを有し、さらに前記動作指令実行手段は、前記
空間位置信号が、方形座標系に関する座標値の絶対値の
組である絶対値指令か、直前に確認された現在位置また
は前回の動作指令位置の方形座標値からの変位量である
変位指令かの判別または切替えを行う通信指令動作モー
ド切替え手段と、前記空間位置信号が絶対値指令である
場合に、座標値の組を今回の動作指令位置とする絶対値
指令動作手段と、前記空間位置信号が変位指令である場
合に、直前に確認された現在位置または前回の動作指令
位置の座標値の組に変位量を加算したものを今回の動作
指令位置とする変位指令動作手段と、前記動作指令位置
に応じて、駆動される軸の動作量を算出し駆動してアー
ムを動作させるアーム動作手段とを有し、前記指令装置
は、動作プログラムにしたがって、各アームに独立な非
同期動作をさせる場合には絶対値指令を用い、複数アー
ムに連続経路を同期させながら動作させる場合には変位
指令を用いるようにした指令切替え手段を有することを
特徴とするアーム制御装置。
（７）指令装置は、複数の座標成分のうち部分的に座標
成分を選択して選択された座標成分のみ変位量のデータ
を通信伝送する座標成分選択手段を有し、各制御装置の
前記変位指令動作手段は、選択された座標成分を判別し
、選択された座標成分についてのみ変位量の加算を行い
、今回の動作指令位置とすることを特徴とする特許請求
の範囲第６項記載のアーム制御装置。
（８）空間位置信号において使用される座標系を規定す
るパラメータを記憶・更新する座標系更新手段を各制御
装置の少なくとも１つが有することを特徴とする特許請
求の範囲第６項記載のアーム制御装置。
（９）制御装置は座標系を規定するパラメータを指令装
置からの通信指令により更新する通信座標系更新手段を
有することを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のア
ーム制御装置。
（１０）通信伝送される変位量データの単位を記憶・更
新する手段を各制御装置の少なくとも１つが有し、デー
タの単位が座標成分ごとに可変となるようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第８項記載のアーム制御装置
。