JPS6346844B2 - - Google Patents

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JPS6346844B2
JPS6346844B2 JP55155943A JP15594380A JPS6346844B2 JP S6346844 B2 JPS6346844 B2 JP S6346844B2 JP 55155943 A JP55155943 A JP 55155943A JP 15594380 A JP15594380 A JP 15594380A JP S6346844 B2 JPS6346844 B2 JP S6346844B2
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JP
Japan
Prior art keywords
coordinate system
teaching
transformation matrix
amount
internal reference
Prior art date
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Application number
JP55155943A
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Japanese (ja)
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JPS5783390A (en
Inventor
Shinichi Arai
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5783390A publication Critical patent/JPS5783390A/en
Publication of JPS6346844B2 publication Critical patent/JPS6346844B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、関節形ロボツトの関接教示装置に関
するものである。 通常プレイバツクロボツトの動作教示におい
て、ロボツトを実際に動かし、位置をロボツトに
記憶させることが必要であるが、従来はロボツト
の動作軸毎にコンソール上に正逆の指示スイツチ
を2個もち、一軸毎に動かして、位置を調節し間
接教示していた。従つて必要となるある点にロボ
ツトを位置決めする場合、全軸のスイツチをバラ
バラに使い、ロボツトを動かす必要があつたた
め、位置調整に熟練と多大な時間を必要とした。
また障害物によつてや、組立時のワークの穴など
の挿入の場合、ロボツト動作軌跡に制限が発生
し、一軸毎のバラバラな動きでは、実際の作業に
近い状態にして教示ができない事項が発生し、教
示作業に不都合があつた。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、プレイバツクロボツトの動作教示時の間接
操作を高機能化、簡易化すると共に、教示操作を
向上させて教示に必要な作業時間の短縮を図るよ
うにした関節ロボツトの間接教示装置を提供する
にある。 即ち本発明は、上記目的を達成するために、各
関節を駆動する駆動手段と、各関節の回転量を検
出する位置検出手段とを備え、少なくとも3自由
度を有する関節形ロボツトにおいて、上記検出手
段から検出される各関節の角度変位量をサンプル
毎に内部基準直交座標系の位置座標に変換する角
度・直交変換マトリツクス手段と、原点変更又は
手先姿勢移動の指示をする原点変更又は手先姿勢
移動指示スイツチと、上記駆動手段を駆動させて
関節を動作させ、任意の教示用直交座標系の基準
位置に位置付けし、上記原点変更又は手先姿勢移
動指示スイツチを操作して上記位置付けられた時
の内部基準直交座標系の基準位置からの変位量
を、上記位置検出手段または上記角度・直交変換
マトリツクス手段から検出してその値を記憶手段
に記憶させて教示用直交座標系を設定する教示用
直交座標系設定手段と、関節形ロボツトを移動さ
せるべく座標の各軸方向を指示する軸方向指示ス
イツチと、該軸方向指示スイツチの操作によりサ
ンプル毎に単位移動量を逐次創成する単位ベクト
ル創成手段と、上記教示用直交座標系設定手段の
記憶手段に記憶された基準位置からの変位量を読
出してこの変位量に基いて第1の変換マトリツク
スを算出し、この算出された第1の変換マトリツ
クスと上記単位ベクトル創成手段によつて逐次創
成された単位移動量とを掛算して内部基準直交座
標系の単位移動量を逐次求める第1の変換マトリ
ツクス手段と、上記角度・直交変換マトリツクス
手段から得られる前の位置の内部基準直交座標系
の位置座標と上記第1の変換マトリツクス手段よ
り求められた内部基準直交座標系の単位移動量と
を加算し、この加算された値に第2の変換マトリ
ツクスを掛算して次の目標位置への各関節の回転
角を逐次演算して求める演算手段とを備え、該演
算手段によつて逐次求められた回転角になるよう
に上記駆動手段を駆動して各関節を動作させて関
節形ロボツトの手先を教示点に位置付け、上記位
置検出手段から得られる各関節の回転角に基いて
各関節の位置データを記憶手段に記憶させること
を特徴とする関節形ロボツトの間接教示装置であ
る。特に、内部基準直交座標系を、鉛直に設けら
れた旋回台の軸をZ軸、及びこのZ軸に直交する
ように水平方向に設けられたX軸、Y軸で設定
し、教示用座標系をZ軸に共有させて水平方向に
上記X軸、及びY軸に対して所定の角度θ1〓回転
させて傾斜させてX′軸、Y′軸で設定し、水平方
向においてどちらの向きからでも間接的に直線教
示できるようにしたことを特徴とする。また内部
基準直交座標系を上記と同じように設定し、教示
用座標系を手首の向いている方向にZ′軸を設定
し、そのZ″軸に直交するX″軸、Y″軸を設定し、
水平面上に傾いて置かれた物体に沿つて間接的に
直線教示できるようにしたことを特徴とする。 以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体
的に説明する。第1図は本発明の関節形ロボツト
の間接教示方法を実施する装置の概略構成を示す
図である。1はプレイバツクロボツトの間接教示
操作に使用するコンソールである。ここでは、工
業用ロボツトは6自由度を有しているものと仮定
する。よつて指示スイツチ2a,2b,3a,3
b,4a,4b,5a,5b,6a,6b,7
a,7bはX、Y、Z、α、β、γについて正逆
指示するために計12ある。従来は、これらの正逆
の指示スイツチのペアにより対応するロボツトの
動作軸を動かせるだけであつた。本発明では、軸
単位指示スイツチ8を押した状態では、上記の動
作が可能になる様にしている。従来と区別される
点は、原点変更指示スイツチ9と手先姿勢移動指
示スイツチ10を設けたことにある。 ところで工業用ロボツトの内、多関節形ロボツ
トの一例を第2図に示す。即ち20は基台、21
は基台20に対して鉛直なZ軸まわりに駆動モー
タ16aによりθ1の角度で旋回できるようにした
旋回台、22はこの旋回台21に対してX軸方向
を向いた軸のまわりに駆動モータ16bによりθ2
の角度で回転するように連結された上腕、23は
この上腕22に対してX軸方向を向いた軸のまわ
りに駆動モータ16cによりθ3の角度で回転する
ように連結された前腕、24はこの前腕23の上
半部に軸心まわりに駆動モータ16dによつてθ4
の角度で旋回するように連結された前腕下半部、
25はこの前腕下半部24の先端にX軸方向を向
いた軸のまわりに駆動モータ16eによてつθ5
角度で回転するように連結された手首、26はこ
の手首25の先に軸心まわりに駆動モータ16f
によつてθ5の角度で旋回するように連結された手
先である。手先26は、組立または加工する部品
をつかむチヤツク、または工具を取付けるチヤツ
クが設けられている。また11はインターフエー
ス回路、12はマイクロコンピユータ、13は入
出力端末である。また14a〜14fはA/D変
換回路、15a〜15fは各駆動モータを駆動す
る駆動回路、16a〜16fは関節形ロボツトの
各自由度を減速機を介して駆動する駆動モータ、
17a〜17fは各駆動モータ16a〜16fに
連続されたロータリエンコーダ(位置検出手段)、
18a〜18fはロータリエンコーダ17a〜1
7fの出力パルス列を計数して自由度(各軸)の
角度座標値(θ1〜θ6)を抽出するカウンタ回路で
ある。そこで多軸の関節形ロボツトの手先をある
直線などの気跡を描いて動かす場合、ソフトウエ
ア上でロボツト内部基準直交座標系〔X、Y、
Z、α、β、γ〕を想定して用いることが通常行
なわれている。その関係を第2図に示す。α、
β、γは手先26の振り、曲げ、ねじりに相当す
る角度である。即ちαは第2図に示すθ1に対応
し、βは第2図に示すθ2、θ3、θ5が対応し、γは
第2図に示すθ4、θ6が対応する。例えば第2図の
P1からP2点までロボツトの手先26を動かす場
合、P1の手先の位置を実現する各軸の角度P1〔θ1
〜θ6〕からP2〔θ1〜θ6〕まで各軸を別個に駆動す
ると手先26はランダムな軌跡を描いて移動す
る。これをロボツト内部基準直交座標系X、Y、
Zを設定し、P1〔X、Y、Z、α、β、γ〕、P2
〔X、Y、Z、α、β、γ〕を用いてサンプル毎
のPQ〔X、Y、Z、α、β、γ〕を算出して動か
すと、手先26は例えば直線的に動かすことが可
能となる。PQはロボツトの現在位置を表わす。
この場合直交座標系PQ〔X、Y、Z、α、β、
γ〕とPQ〔θ1〜θ6〕は座標変換マトリツクス
〔TXA〕を用いてサンプル毎に次の(1)式の計算を
行なつて各軸を駆動する。 PQ〔θ1〜θ6〕 =〔TXA〕PQ〔X、Y、Z、α、β、γ〕
……(1) 座標変換マトリツクス〔TXA〕は、ロボツト
毎の自由度、腕の長さなどから求められる。この
方式は関節形ロボツトを溶接などに用いる場合、
ポイントツーポイント教示補間コンテイニアーパ
ス駆動方式として広く行なわれている方法であ
る。 この方法を間接教示操作に利用すると、例えば
第1図のコンソール1の指示スイツチ2a,2b
〜7a,7bに対応して単位移動ベクトルM〔±
Δx、±Δy、±Δz、±Δα、±Δβ、±Δγ〕を設定
し、
サンプル毎に(2)式の計算を行なつてロボツトを駆
動すると、ロボツトは第2図に示した内部基準直
交座標系X、Y、Z上で、例えば直線的に移動さ
せたり、手先26の位置を保持したまま、手先2
6の姿勢を変ることが可能となる。 PQ(t)〔θ1〜θ6〕=〔TXA〕{PQ(t−1)〔
X、Y、Z、α、β、γ〕 PQ(t)〔θ1〜θ6〕=〔TXA〕{PQ(t−1)〔
X、Y、Z、α、β、γ〕 +M〔Δx、Δy、Δz、Δα、Δ
β、Δγ〕} ……(2) 上記コントロールシステムを一歩進めて原点変
更指示スイツチ9を押すことにより、内部基準直
交座標系を作業者が便利な、第3図に示すような
Z軸を中心にθ1Qだけ回転させた(傾けた)教示
座標系X′、Y′、Z′に変更することが可能な様に
した。これはまともに〔内部基準直交座標系〕=
〔TM(θ1Q)〕〔教示座標系〕の式を立てて行なつ
ても可能であるが、本発明では次のようにして行
う。まず、各軸スイツチ8を操作させた後各指示
スイツチ2a,2b〜7a,7bを適宜に操作
し、単位ベクトル創成手段47により単位移動量
〔Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ〕をサンプリング
毎逐次創成し、これら単位移動量をゲート回路4
5,46をONにして演算手段48に入力し、各
駆動モータ16a〜16fを駆動して第3図に示
すように旋回台21を回転させ、内部基準直交座
標系X、Y、Zの基準位置(Y軸)から変位量
θ1Q回転させた位置に移動させ、原点変更指示ス
イツチ9を操作することにより、ロータリエンコ
ーダ(位置検出手段)17aから検出されたカウ
ンタ回路18aに記憶された変位量θ1Qをマイク
ロコンプータ12のメモリ(記憶手段)41に記
憶させる。これにより教示用直交座標系X′、Y′、
Z′(但しZとZ′とは共通)が設定されたことにな
る。その後、教示用直交座標系において、指示ス
イツチ2a,2b,3a,3bを操作することに
より、マイクロコンピータ12の単位ベクトル創
成手段47により、サンプル信号によるサンプル
毎に単位移動量±Δx′、±Δy′が創成され、ゲート
回路43を通して変換マトリツクス手段51に入
力される。変換マトリツクス手段51は上記メモ
リ(記憶手段)41に記憶された変位量θ1Qを読
み出して第1の変換マトリツクス
The present invention relates to an articulation teaching device for an articulated robot. Normally, when teaching the motion of a playback robot, it is necessary to actually move the robot and memorize the position in the robot.However, conventionally, there were two forward/reverse instruction switches on the console for each axis of the robot's movement, and one axis I moved it every time, adjusted its position, and taught it indirectly. Therefore, when positioning the robot at a required point, it was necessary to use switches on all axes separately to move the robot, which required skill and a great deal of time to adjust the position.
In addition, restrictions may occur on the robot's movement trajectory due to obstacles or when inserting a workpiece into a hole during assembly, and if the movement of each axis is inconsistent, it may not be possible to teach the robot in a state similar to the actual work. This caused an inconvenience in the teaching work. The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, to improve the functionality and simplify the indirect operation when teaching the motion of a playback robot, and to improve the teaching operation and shorten the working time required for teaching. An object of the present invention is to provide an indirect teaching device for an articulated robot. That is, in order to achieve the above object, the present invention provides an articulated robot having at least three degrees of freedom, which includes a drive means for driving each joint, and a position detection means for detecting the amount of rotation of each joint, and has at least three degrees of freedom. an angle/orthogonal transformation matrix means for converting the angular displacement amount of each joint detected by the means into position coordinates of an internal reference orthogonal coordinate system for each sample; and an origin change or hand posture movement for instructing an origin change or hand posture movement. Drive the instruction switch and the driving means to move the joint, position it at the reference position of any teaching Cartesian coordinate system, and operate the origin change or hand posture movement instruction switch to move the joint when it is positioned as described above. orthogonal coordinates for teaching, in which the amount of displacement of the reference orthogonal coordinate system from the reference position is detected by the position detecting means or the angle/orthogonal transformation matrix means, and the value is stored in the storage means to set the orthogonal coordinate system for teaching; system setting means, an axial direction instruction switch for instructing each axis direction of the coordinates to move the articulated robot, and unit vector generation means for sequentially generating a unit movement amount for each sample by operating the axial direction instruction switch; The amount of displacement from the reference position stored in the storage means of the orthogonal coordinate system setting means for teaching is read out, a first transformation matrix is calculated based on this amount of displacement, and this calculated first transformation matrix and the above a first transformation matrix means that sequentially obtains the unit movement amount of the internal reference orthogonal coordinate system by multiplying the unit movement amount sequentially created by the unit vector generation means; Add the position coordinates of the internal reference orthogonal coordinate system at the position and the unit movement amount of the internal reference orthogonal coordinate system obtained by the first transformation matrix means, and multiply this added value by the second transformation matrix. and calculation means for sequentially calculating the rotation angle of each joint to the next target position, and driving the driving means to obtain the rotation angle sequentially calculated by the calculation means to move each joint to the next target position. An articulated robot characterized in that the hand of the articulated robot is positioned at a teaching point by operating the robot, and the position data of each joint is stored in a storage means based on the rotation angle of each joint obtained from the position detection means. It is an indirect teaching device. In particular, an internal reference orthogonal coordinate system is set with the axis of the swivel table installed vertically as the Z axis, and the X and Y axes installed in the horizontal direction orthogonal to this Z axis, and the teaching coordinate system is Shared with the Z axis, set a predetermined angle θ 1 in the horizontal direction with respect to the above X and Y axes. However, it is characterized by being able to teach straight lines indirectly. Also, set the internal reference orthogonal coordinate system in the same way as above, set the teaching coordinate system with the Z′ axis in the direction the wrist is facing, and set the X″ and Y″ axes perpendicular to the Z″ axis. death,
It is characterized by being able to indirectly teach a straight line along an object placed tilted on a horizontal plane. The present invention will be specifically described below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out the indirect teaching method for an articulated robot according to the present invention. 1 is a console used for indirect teaching operations of the playback robot. Here, it is assumed that the industrial robot has six degrees of freedom. Indication switches 2a, 2b, 3a, 3
b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7
There are a total of 12 a and 7b for indicating forward and reverse directions for X, Y, Z, α, β, and γ. Conventionally, a pair of these forward/reverse instruction switches could only move the corresponding operating axis of the robot. In the present invention, when the axis unit instruction switch 8 is pressed, the above operation is enabled. The difference from the conventional method lies in the provision of an origin change instruction switch 9 and a hand posture movement instruction switch 10. By the way, FIG. 2 shows an example of an articulated robot among industrial robots. That is, 20 is the base, 21
Reference numeral 22 indicates a swivel base which can be rotated at an angle of θ 1 by a drive motor 16a around the Z-axis perpendicular to the base 20, and 22 is driven around an axis pointing in the X-axis direction with respect to the swivel base 21. θ 2 by motor 16b
23 is a forearm connected to rotate at an angle of θ 3 by a drive motor 16c around an axis pointing in the X-axis direction with respect to the upper arm 22; 24 is a forearm connected to rotate at an angle of θ 3 ; The upper half of this forearm 23 is rotated by a drive motor 16d around the axis to θ 4
The lower half of the forearm is connected to rotate at an angle of
25 is a wrist connected to the tip of the lower forearm 24 so as to rotate at an angle of θ 5 by a drive motor 16e around an axis pointing in the X-axis direction; 26 is a wrist connected to the tip of this wrist 25; Drive motor 16f around the axis
The fingers are connected so as to rotate at an angle of θ 5 . The hand 26 is provided with a chuck for grasping parts to be assembled or processed, or a chuck for attaching a tool. Further, 11 is an interface circuit, 12 is a microcomputer, and 13 is an input/output terminal. Further, 14a to 14f are A/D conversion circuits, 15a to 15f are drive circuits that drive each drive motor, 16a to 16f are drive motors that drive each degree of freedom of the articulated robot via a reducer,
17a to 17f are rotary encoders (position detection means) connected to each drive motor 16a to 16f;
18a to 18f are rotary encoders 17a to 1
This is a counter circuit that counts the output pulse train of 7f and extracts the angular coordinate values (θ 1 to θ 6 ) of the degrees of freedom (each axis). Therefore, when moving the hand of a multi-axis articulated robot by drawing a trail such as a straight line, the robot's internal reference rectangular coordinate system [X, Y,
Z, α, β, γ] is usually assumed and used. The relationship is shown in FIG. α,
β and γ are angles corresponding to swinging, bending, and twisting of the hand 26. That is, α corresponds to θ 1 shown in FIG. 2, β corresponds to θ 2 , θ 3 , and θ 5 shown in FIG. 2, and γ corresponds to θ 4 and θ 6 shown in FIG. 2. For example, in Figure 2
When moving the robot's hand 26 from point P 1 to P 2 , the angle of each axis P 11
~ θ 6 ] to P 21 to θ 6 ], the hand 26 moves in a random trajectory. This is expressed as the robot internal reference rectangular coordinate system X, Y,
Set Z, P 1 [X, Y, Z, α, β, γ], P 2
If the PQ for each sample [X, Y, Z, α, β, γ] is calculated and moved using [X, Y, Z, α, β, γ], the hand 26 can be moved linearly, for example. It becomes possible. PQ represents the robot's current position.
In this case, the orthogonal coordinate system PQ [X, Y, Z, α, β,
γ] and PQ [θ 1 to θ 6 ] drive each axis by calculating the following equation (1) for each sample using a coordinate transformation matrix [TXA]. PQ [θ 1 ~ θ 6 ] = [TXA] PQ [X, Y, Z, α, β, γ]
...(1) The coordinate transformation matrix [TXA] is obtained from the degrees of freedom of each robot, arm length, etc. This method is used when using articulated robots for welding, etc.
This method is widely used as a point-to-point teaching interpolation continuous path drive method. When this method is used for indirect teaching operation, for example, the instruction switches 2a and 2b of the console 1 in FIG.
〜7a, 7b, the unit movement vector M[±
Δx, ±Δy, ±Δz, ±Δα, ±Δβ, ±Δγ],
When the robot is driven by calculating equation (2) for each sample, the robot can move linearly or move the hand 26 on the internal reference rectangular coordinate system X, Y, Z shown in FIG. While holding the position, hand 2
It becomes possible to change the posture of 6. PQ (t) [θ 1 ~ θ 6 ] = [TXA] {PQ (t-1) [
X, Y, Z, α, β, γ] PQ (t) [θ 1 ~ θ 6 ] = [TXA] {PQ (t-1) [
X, Y, Z, α, β, γ] +M [Δx, Δy, Δz, Δα, Δ
β, Δγ〕} ...(2) By taking the control system one step further and pressing the origin change instruction switch 9, the operator can conveniently change the internal reference orthogonal coordinate system to the Z-axis centered on the Z-axis as shown in Figure 3. It is now possible to change the teaching coordinate system to X', Y', and Z' which are rotated (tilted) by θ1Q. This is properly [internal reference rectangular coordinate system] =
Although it is possible to perform the calculation by setting up the formula of [TM (θ1Q)] [teaching coordinate system], in the present invention, the calculation is performed as follows. First, after operating each axis switch 8, each instruction switch 2a, 2b to 7a, 7b is operated appropriately, and the unit movement amount [Δx, Δy, Δz, Δα, Δβ, Δγ] is calculated by the unit vector generating means 47. The gate circuit 4 generates unit movement amounts sequentially for each sampling.
5 and 46 are turned on and input to the calculation means 48, each drive motor 16a to 16f is driven to rotate the swivel base 21 as shown in FIG. By moving to a position rotated by a displacement θ1Q from the position (Y axis) and operating the origin change instruction switch 9, the displacement θ1Q detected from the rotary encoder (position detection means) 17a and stored in the counter circuit 18a is detected. is stored in the memory (storage means) 41 of the microcomputer 12. As a result, the orthogonal coordinate system for teaching X′, Y′,
This means that Z' (however, Z and Z' are common) has been set. Thereafter, in the orthogonal coordinate system for teaching, by operating the instruction switches 2a, 2b, 3a, and 3b, the unit vector generating means 47 of the microcomputer 12 generates unit movement amounts ±Δx′, ±Δy for each sample based on the sample signal. ' is generated and input to the conversion matrix means 51 through the gate circuit 43. The conversion matrix means 51 reads out the displacement amount θ1Q stored in the memory (storage means) 41 and converts it into a first conversion matrix.

【式】を算出し、この算出 された第1の変換マトリツクスと創成された単位
移動量とにより次の(3)式に示す演算処理が施さ
れ、内部基準直交座標系におけるM(±Δx、±
Δy)Tなる単位移動量が逐次出力される。 同時にマイクロコンピユータ12のメモリ49
に、サンプリング1つ前の点PQ(t−1)の位置
座標PQ(t−1)〔X、Y、Z、α、β、γ〕が
PQ(t−1)〔θ1〜θ6〕から演算手段48により
逆変換されてメモリされる。演算手段48は、更
にメモリ49から逐次読み出されたサンプル前の
内部基準直交座標系の位置座標PQ(t−1)〔X、
Y、Z、α、β、γ〕と変換マトリツクス手段5
1から逐次出力される単位移動量〔Δx、Δy、
Δz、Δα、Δβ、Δγ〕と第2の変換マトリツクス
〔TXA〕とから次の式のように各関節の回転角θ1
〜θ6でもつて表わされる次の目標位置PQt〔θ1
θ6〕を逐次演算し、逐次演算された結果にもとづ
いてD/A変換回路14a〜14f、駆動回路1
5a〜15fを介し、駆動モータ16a〜16f
が駆動される。 PQt〔θ1〜θ6〕=〔TXA〕{PQ(t−1)〔X、Y、
Z、α、β、γ〕+M〔Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、
Δγ〕} なお50はカウンタ回路81a〜18fより出
力される〔θ1(t−1)〜θ6(t−1)〕を〔X(t
−1)、Y(t−1)、Z(t−1)、α(t−1)、
β(t−1)、γ(t−1)〕に変換する変換マトリ
ツクス手段である。 これにより、変換マトリツクス手段51により
上記(3)式の変換をサンプルh毎に行つて、演算手
段48で演算を行うと、上記(3)式の単位移動ベク
トルMをあたかも作業者31がコンソール1の指
示スイツチ2a,2b〜7a,7bを作業者エリ
ア32の教示座標系X′、Y′、Z′(Z)で考えられ
る移動方向に操作することにより関節形ロボツト
が作業者が頭に描く方向(X′方向、Y方向)に
移動するように変換することができる。このよう
にして移動されてカウンタ回路18a〜18fに
記憶された角度座標値〔θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6

をサンプル毎にメモリに記憶させれば、ロボツト
の運動軌跡を間接教示したことになる。 ところで(Y、Y)軸だけ変換するのは(Z、
α、β、γ)軸は、作業エリアがかわつてもコン
ソールボタンと動く方向は、あまりイメージ的に
変化しないため、変換が不必要なためである。 これによりロボツト内部基準座標系のデータを
修正せず、移動ベクトルMのみの修正で動かすこ
とができる。従つて第2の変換マトリツクスであ
る座標変換マトリツクス〔TXA〕は変更せず、
固定された条件で使用できるため、プログラムが
単純ですむ利点がある。それは〔TXA〕が膨大
な演算式(プログラム)であるためである。 以上は旋回台21の軸の変更であるが、他の軸
も同様に行い得る。 次に上述のアルゴリズムを手先26に応用する
場合について説明する。まず、前記実施例と同様
に関節形ロボツトを移動させ、新たな教示用直交
座標系X″、Y″、Z″の基準位置に位置付ける。そ
して手先姿勢移動指示スイツチ10を操作するこ
とにより、ロータリエンコーダ(位置検出手段)
17d〜17fから検出されてカウンタ回路18
d〜18fに記憶された変位量θ3〜θ6を変換マト
リツクス手段50により変換された内部基準直交
座標系の基準位置から教示用直交座標系X″、Y″、
Z″の基準位置への現在の変位量〔αθ、βθ、γθ〕
のデータをメモリ(記憶手段)42に記憶させ、
教示用直交座標系X″、Y″、Z″が設定される。同
時にゲート回路44がONになり、単位ベクトル
創成手段47によりサンプル毎創成された単位移
動量Δx″、Δy″、Δz″が入力される。変換マトリ
ツクス手段52は、次の(4)式に示すように、上記
メモリ(記憶手段)42に記憶された変位量
〔αθ、βθ、γθ〕を読み出して第1の変換マトリツ
クスを算出すると共に教示用直交座標系において
単位ベクトル創成手段47によりサンプル毎創成
された単位移動量Δx″、Δy″、Δz″に上記第1の
変換マトリツクスを掛算して移動ベクトル変換を
行い、内部基準直交座標系における単位移動量M
(Δx、Δy、Δz〕を演算する。 そして演算手段48はPt〔θ1〜θ6〕=〔TXA〕
PQ(t−1)〔X、Y、Z、α、β、γ〕+M
〔Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ〕}の演算を施こ
し、この演算結果にもとづいてD/A変換回路1
4a〜14f、駆動回路15a〜15fを介し、
駆動モータ16a〜16fが駆動される。なお最
初のX、Y、Z、α、β、γはメモリ49に入力
されているX〓、Y〓、Z〓、α〓、β〓、γ〓を用い、
その
後は演算手段48によつて演算されたθ1〜θ6
X、Y、Z、α、β、γに変換し、その値を用い
る。但し、PQ(t−1)〔X、Y、Z、α、β、
γ〕は、一つ前のサンプリング時の内部基準直交
座標系における位置座標を示す。このようにして
関節ロボツトは手先26の姿勢にイメージされた
(X″、Y″、Z″)軸上を動く。第2図にこの教示
座標系(X″、Y″、Z″)を示す。即ち手先26の
軸心をZ″軸とし、このZ″軸に直交し、第3図に
示す腕部材の長手に直角な方向をX″軸、これら
Z″軸、X″軸に直交する軸をY″とする。これはワ
ークを穴に挿入する作業の教示の時便利ある。即
ちワークと手先は姿勢の関係が直角平行なのが通
例であり、ワークの姿勢を一定にして、ワークの
軸に従つて(X″、Y″、Z″)(この場合はワーク
の直交座標系)に動かせるわけで、例えばワーク
を傾いた穴に挿入するなどの時、ワークの軸を穴
に軸方向と一致させ、手先姿勢指示スイツチ10
をおせば、一軸のスイツチ操作でプレイバツク中
と同様に教示時に間接操作によつてもワークを穴
に挿入させることができ、実際のプレイバツクと
教示中のロボツト動作を作業者は同一にして教示
できる。 以上各軸、原点座標系、手先姿勢座標系の三つ
のモードはコンソール1上のランプによつてその
区別を知らせる様になつている。また第4図に示
す53はコンピユータ12内に設けられたタイマ
ーウエイトであり、54はコンソール1上に設け
られた操作ボタンである。 以上説明したように本発明によれば、次のよう
な作用効果を奏する。 (1) 作業者が、作業領域にあわせてロボツトの指
先(手先)を動かせることにより、操作がより
簡便にし、間接教示を容易に行なわせることが
できる。 (2) ロボツトの動作が作業者のいだく動作方向・
座標系と一致するため操作ミスをなくすことが
できる。 (3) ワーク穴への挿入など動作軌跡の制約を受け
る場合でも、実際にロボツトにワークを持たせ
たまま、間接操作により動作させて必要な軌跡
を描かせることができるためより、実際作業の
とおりに教示することができる。 (4) 少ないスイツチ操作で、目標位置までロボツ
トを動かせることができる。 (5) (1)〜(4)によりプレイバツクロボツトの操作が
簡易化され、教示作業時間の短縮が予想され、
ロボツトの稼動時間の効率が向上する効果が得
られる。
[Formula] is calculated, and the calculation process shown in the following equation (3) is performed using the calculated first transformation matrix and the created unit movement amount, and M (±Δx, ±
Δy) The unit movement amount T is sequentially output. At the same time, the memory 49 of the microcomputer 12
Then, the position coordinates PQ (t-1) [X, Y, Z, α, β, γ] of the point PQ (t-1) before sampling are
PQ(t-1) [θ 1 to θ 6 ] is inversely transformed by the calculation means 48 and stored in memory. The calculation means 48 further calculates the position coordinates PQ(t-1) [X,
Y, Z, α, β, γ] and conversion matrix means 5
Unit movement amount [Δx, Δy,
Δz, Δα, Δβ, Δγ] and the second transformation matrix [TXA], the rotation angle θ 1 of each joint is calculated as follows:
The next target position PQt [θ 1 ~
θ 6 ] is sequentially calculated, and based on the sequentially calculated results, the D/A conversion circuits 14a to 14f and the drive circuit 1
Drive motors 16a to 16f via 5a to 15f
is driven. PQt [θ 1 ~ θ 6 ] = [TXA] {PQ (t-1) [X, Y,
Z, α, β, γ] + M [Δx, Δy, Δz, Δα, Δβ,
Δγ]} Note that 50 converts [θ1 (t-1) to θ6 (t-1)] output from the counter circuits 81a to 18f to [X(t
-1), Y(t-1), Z(t-1), α(t-1),
β(t-1), γ(t-1)]. As a result, when the conversion matrix means 51 performs the conversion of the above equation (3) for each sample h, and the calculation means 48 performs the calculation, the unit movement vector M of the above equation (3) is calculated as if the operator 31 were to use the console 1 The articulated robot is drawn in the worker's mind by operating the instruction switches 2a, 2b to 7a, 7b in the possible movement directions in the teaching coordinate system X', Y', Z' (Z) of the worker area 32. It can be converted to move in the directions (X' direction, Y direction). The angular coordinate values [θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , θ 5 , θ 6 ] moved in this way and stored in the counter circuits 18a to 18f
]
If this is stored in memory for each sample, the trajectory of the robot's motion will be indirectly taught. By the way, converting only the (Y, Y) axis is (Z,
This is because the α, β, γ) axes do not need to be converted because the directions in which the console buttons move do not change visually even if the work area changes. As a result, the robot can be moved by modifying only the movement vector M without modifying the data of the robot's internal reference coordinate system. Therefore, the second transformation matrix, the coordinate transformation matrix [TXA], is not changed;
Since it can be used under fixed conditions, the program has the advantage of being simple. This is because [TXA] is a huge calculation formula (program). Although the above is a modification of the axis of the swivel base 21, other axes can be changed in the same way. Next, the case where the above algorithm is applied to the hand 26 will be explained. First, the articulated robot is moved in the same manner as in the previous embodiment and positioned at the reference position of the new teaching Cartesian coordinate system X'', Y'', Z''.Then, by operating the hand posture movement instruction switch 10, the rotary Encoder (position detection means)
Detected from 17d to 17f, the counter circuit 18
The displacement amounts θ 3 to θ 6 stored in d to 18f are converted from the reference position of the internal reference orthogonal coordinate system by the conversion matrix means 50 to the teaching orthogonal coordinate system X″, Y″,
Current displacement amount of Z″ to the reference position [αθ, βθ, γθ]
to store the data in the memory (storage means) 42,
The orthogonal coordinate system for teaching X″, Y″, Z″ is set. At the same time, the gate circuit 44 is turned on, and the unit movement amounts Δx″, Δy″, Δz″ generated for each sample by the unit vector generating means 47 are set. is input. The conversion matrix means 52 reads out the displacement amounts [αθ, βθ, γθ] stored in the memory (storage means) 42, calculates a first conversion matrix, and teaches it as shown in the following equation (4). The unit movement amounts Δx″, Δy″, Δz″ generated for each sample by the unit vector generating means 47 in the internal reference orthogonal coordinate system are multiplied by the first transformation matrix to perform movement vector transformation, and Unit movement amount M
Calculate (Δx, Δy, Δz). Then, the calculation means 48 calculates Pt[θ 1 to θ 6 ]=[TXA]
PQ (t-1) [X, Y, Z, α, β, γ] + M
[Δx, Δy, Δz, Δα, Δβ, Δγ]}, and based on the calculation results, the D/A conversion circuit 1
4a to 14f, via drive circuits 15a to 15f,
Drive motors 16a to 16f are driven. Note that the initial X, Y, Z, α, β, and γ are inputted in the memory 49 using X〓, Y〓, Z〓, α〓, β〓, and γ〓,
Thereafter, the calculation means 48 converts θ 1 to θ 6 into X, Y, Z, α, β, and γ, and uses the values. However, PQ (t-1) [X, Y, Z, α, β,
γ] indicates the position coordinate in the internal reference orthogonal coordinate system at the time of the previous sampling. In this way, the articulated robot moves on the (X″, Y″, Z″) axes that are imaged in the posture of the hand 26. This teaching coordinate system (X″, Y″, Z″) is shown in Figure 2. . That is, the axis of the hand 26 is the Z'' axis, and the direction perpendicular to this Z'' axis and perpendicular to the length of the arm member shown in FIG. 3 is the X'' axis.
The axis perpendicular to the Z″ axis and the X″ axis is designated as Y″. This is convenient when teaching the work of inserting a workpiece into a hole. In other words, the postures of the workpiece and hand are usually perpendicular and parallel. This means that the posture of the workpiece can be kept constant and it can be moved along the axes of the workpiece (X'', Y'', Z'' (in this case, the orthogonal coordinate system of the workpiece). For example, when inserting a workpiece into an inclined hole, etc. At this time, align the axis of the workpiece with the axial direction of the hole, and turn the hand posture instruction switch 10.
By pressing , the workpiece can be inserted into the hole by indirect operation during teaching as well as during playback by single-axis switch operation, and the operator can teach the robot by making the actual playback and robot movements the same during teaching. can. The three modes of each axis, the origin coordinate system, and the hand posture coordinate system are distinguished by lamps on the console 1. Further, 53 shown in FIG. 4 is a timer wait provided in the computer 12, and 54 is an operation button provided on the console 1. As explained above, according to the present invention, the following effects are achieved. (1) By allowing the operator to move the robot's fingertips (hands) according to the work area, operations can be made simpler and indirect teaching can be performed more easily. (2) The robot's movement is in the direction of the worker's movement.
Since it matches the coordinate system, it is possible to eliminate operational errors. (3) Even when there are restrictions on the movement trajectory, such as when inserting a workpiece into a hole, the robot can move the workpiece and draw the necessary trajectory through indirect operation, making it easier to perform the actual work. can be taught according to the instructions. (4) The robot can be moved to the target position with a few switch operations. (5) It is expected that (1) to (4) will simplify the operation of the playback robot and reduce the teaching time.
The effect of improving the efficiency of robot operating time can be obtained.

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

第1図は本発明の関節形ロボツトの間接教示方
法を実施する装置の概略構成を示す図、第2図は
関節形ロボツトの構成と、内部基準直交座標系、
及び教示用座標系の一例とを示す図、第3図は教
示用座標系の他の一例を示す図、第4図は第1図
の示装置を更に具体的に示した構成図である。 符号の説明、8……各軸スイツチ、9……原点
変更指示スイツチ、10……手先姿勢移動指示ス
イツチ、12……マイクロコンピユータ、41,
42,49……メモリ、43,44,45,46
……ゲート回路、51,52,56……変換マト
リツクス手段、47……単位ベクトル創成手段、
48……演算手段、15a〜15f……駆動回
路、16a〜16f……駆動モータ。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for implementing the indirect teaching method for an articulated robot of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the articulated robot, an internal reference Cartesian coordinate system,
FIG. 3 is a diagram showing another example of the teaching coordinate system, and FIG. 4 is a configuration diagram showing the teaching apparatus of FIG. 1 in more detail. Explanation of symbols, 8...Each axis switch, 9...Origin change instruction switch, 10...Hand posture movement instruction switch, 12...Microcomputer, 41,
42, 49...Memory, 43, 44, 45, 46
... gate circuit, 51, 52, 56 ... conversion matrix means, 47 ... unit vector generation means,
48... Calculating means, 15a-15f... Drive circuit, 16a-16f... Drive motor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 各関節を駆動する駆動手段と、各関節の回転
量を検出する位置検出手段とを備え、少なくとも
3自由度を有するテイーチングプレイバツク式関
節形ロボツトにおいて、上記検出手段から検出さ
れる各関節の角度変位量をサンプル毎に内部基準
直交座標系の位置座標に変換する角度・直交変換
マトリツクス手段と、原点変更又は手先姿勢移動
の指示をする原点変更又は手先姿勢移動指示スイ
ツチと、上記駆動手段を駆動させて関節を動作さ
せ、任意の教示用直交座標系の基準位置に位置付
けし、上記原点変更又は手先姿勢移動指示スイツ
チを操作して上記位置付けられた時の内部基準直
交座標系の基準位置からの変位量を、上記位置検
出手段または上記角度・直交変換マトリツクス手
段から検出してその値を記憶手段に記憶させて教
示用直交座標系を設定する教示用直交座標系設定
手段と、関節形ロボツトを座標の各軸方向に移動
させるべく座標の各軸方向を指示する軸方向指示
スイツチと、該軸方向指示スイツチの操作により
サンプル毎に単位移動量を逐次創成する単位ベク
トル創成手段と、上記教示用直交座標系設定手段
の記憶手段に記憶された基準位置からの変位量を
読出してこの変位量に基いて第1の変換マトリツ
クスを算出し、この算出された第1の変換マトリ
ツクスと上記単位ベクトル創成手段によつて逐次
創成された単位移動量とを掛算して内部基準直交
座標系の単位移動量を逐次求める第1の変換マト
リツクス手段と、上記角度・直交変換マトリツク
ス手段から得られる前の位置の内部基準直交座標
系の位置座標と上記第1の変換マトリツクス手段
より求められた内部基準直交座標系の単位移動量
とを加算し、この加算された値に第2の変換マト
リツクスを掛算して次の目標位置への各関節の回
転角を逐次演算して求め、この演算結果にもとづ
いて上記駆動手段を駆動する演算手段とを備えた
ことを特徴とする関節形ロボツトの間接教示装
置。
1. In a teaching playback type articulated robot having at least three degrees of freedom, which is equipped with a driving means for driving each joint and a position detection means for detecting the amount of rotation of each joint, the position of each joint detected by the detection means is An angle/orthogonal transformation matrix means for converting the amount of angular displacement into position coordinates of an internal reference orthogonal coordinate system for each sample, an origin change or hand posture movement instruction switch for instructing an origin change or hand posture movement, and the driving means. Drive the joint to operate it, position it at the reference position of any teaching Cartesian coordinate system, and operate the origin change or hand posture movement instruction switch to move from the reference position of the internal reference Cartesian coordinate system when it is positioned above. a teaching orthogonal coordinate system setting means for detecting the displacement amount from the position detection means or the angle/orthogonal transformation matrix means and storing the value in a storage means to set a teaching orthogonal coordinate system; and an articulated robot. an axial direction instruction switch for instructing each axis direction of the coordinates in order to move the axis direction in each axis direction of the coordinates; a unit vector generating means for sequentially generating a unit movement amount for each sample by operating the axial direction instruction switch; The amount of displacement from the reference position stored in the storage means of the orthogonal coordinate system setting means is read out, a first transformation matrix is calculated based on this amount of displacement, and the calculated first transformation matrix and the unit vector are combined. a first transformation matrix means that sequentially obtains the unit movement amount of the internal reference orthogonal coordinate system by multiplying the unit movement amount sequentially created by the generation means; and a previous position obtained from the angle/orthogonal transformation matrix means. The position coordinates of the internal reference rectangular coordinate system are added to the unit movement amount of the internal reference rectangular coordinate system obtained by the first transformation matrix means, and this added value is multiplied by the second transformation matrix. 1. An indirect teaching device for an articulated robot, comprising: calculation means for sequentially calculating and determining the rotation angle of each joint to the next target position, and driving the driving means based on the calculation results.
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