KR102261469B1 - 로봇 제어 장치, 로봇의 관절의 각도를 구하는 방법, 프로그램 - Google Patents

로봇 제어 장치, 로봇의 관절의 각도를 구하는 방법, 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시형태는 제 6 축과 제 4 축이 소정량 오프셋하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇에 있어서, 제 6 축 상에 부착되는 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에 각 관절의 각도를 구하는 방법으로서, 제 6 축과 제 5 축의 교점인 제 1 교점을 포함하여 제 6 축에 직교하는 평면 상에 있어서, 제 1 교점을 중심으로 해서 소정량을 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점을 순차적으로 결정하고, 주목점이 제 5 축과 제 4 축의 교점이라고 가정했을 경우의, 제 4 축과 제 3 축의 교점인 제 2 교점을 산출하고, 산출된 제 2 교점으로부터 주목점을 향하는 제 1 벡터와, 주목점으로부터 제 1 교점을 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하고, 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 주목점을 제 5 축과 제 4 축의 교점이라고 추정한다.

Description

로봇 제어 장치, 로봇의 관절의 각도를 구하는 방법, 프로그램{ROBOT CONTROL APPARATUS, AND METHOD AND PROGRAM FOR OBTAINING ANGLE OF JOINT OF ROBOT}
본 발명은 로봇 제어 장치, 로봇의 관절의 각도를 구하는 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.
손끝의 3관절의 회전축이 1점에서 교차하는 축 구성의 로봇으로서, 통칭 PUMA형 로봇이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 도 1에는 PUMA형 로봇이 도시되어 있다.
일본국 공개 공보 특허 2016-140918호 공보
상기 PUMA형 로봇의 역운동학의 해석은 해석적으로 구해진다고 생각되지만, 손목부에 오프셋이 있는 경우에는 역운동학의 연산의 처리 부하가 심하여 시간이 걸린다. 그 때문에, 로봇이 원활하게 동작하는데 적합한 실시간으로의 연산을 행하기 위해서는 고속한 프로세서가 필요하다.
그래서, 본 발명은 손목부에 오프셋이 있는 로봇의 역운동학의 연산 부하를 저감시키는 것을 목적으로 한다.
본원의 예시적인 제 1 발명은 제 6 관절의 제 6 축과 제 5 관절의 제 5 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 5 축과 제 4 관절의 제 4 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 4 축과 제 3 관절의 제 3 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 6 축과 상기 제 4 축이 소정량 오프셋하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇에 있어서, 상기 제 6 축 상에 부착되는 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에, 상기 수직 다관절 로봇의 각 관절의 각도를 구하는 로봇 제어 장치로서, 상기 제 6 축과 상기 제 5 축의 교점인 제 1 교점을 포함하여 상기 제 6 축에 직교하는 평면 상에 있어서, 상기 제 1 교점을 중심으로 해서 상기 소정량을 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점을 순차적으로 결정하는 결정부와, 상기 주목점이 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 가정했을 경우의, 상기 제 4 축과 상기 제 3 축의 교점인 제 2 교점을 산출하는 제 1 산출부와, 상기 제 1 산출부에 의해 산출된 제 2 교점으로부터 상기 주목점을 향하는 제 1 벡터와, 상기 주목점으로부터 상기 제 1 교점을 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하는 제 2 산출부와, 상기 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 상기 주목점을, 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 추정하는 추정부를 구비한 로봇 제어 장치이다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 손목부에 오프셋이 있는 로봇의 역운동학의 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
도 1은 로봇 실시형태의 로봇 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 실시형태의 로봇에 대해서 제 2 암을 내린 상태의 정면이다.
도 3은 실시형태의 로봇에 대해서 제 2 암을 올린 상태의 정면이다.
도 4는 실시형태의 로봇의 링크 좌표계를 나타내는 도이다.
도 5는 모델화한 본 실시형태의 로봇이 어떤 자세를 취하는 경우의 사시도이다.
도 6은 모델화한 본 실시형태의 로봇이 다른 자세를 취하는 경우의 사시도이다.
도 7은 모델화한 참조 로봇이 어떤 자세를 취하는 경우의 사시도이다.
도 8은 모델화한 참조 로봇이 다른 자세를 취하는 경우의 사시도이다.
도 9는 도 8의 참조 로봇에 대해서 관절의 회전축의 관계를 나타내는 도이다.
도 10은 도 8의 참조 로봇의 역운동학 해석의 알고리즘을 설명하는 도이다.
도 11은 도 6의 본 실시형태의 로봇에 대해서 관절의 회전축의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 본 실시형태의 로봇의 역운동학 해석의 알고리즘에 대해서 설명하는 도이다.
도 13은 본 실시형태의 로봇 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 14는 본 실시형태의 로봇 제어 장치의 기능 블럭도이다.
도 15는 본 실시형태의 로봇 제어 장치에 의해 실행되는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 로봇 제어 장치를 포함하는 로봇 시스템에 대해서 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서 특기하지 않는 한, 점은 월드 좌표계(로봇 좌표계)에 있어서의 점을 의미한다.
(1) 로봇 시스템(1)의 구성
우선, 제 1 실시형태의 로봇 시스템(1)의 구성에 대해서, 도 1~3을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 로봇 시스템(1)의 개략 구성을 나타내는 도이다. 도 2는 본 실시형태의 로봇에 대해서 제 2 암(후술함)을 내린 상태의 정면이다. 도 3은 본 실시형태의 로봇에 대해서 제 2 암을 올린 상태의 정면이다.
본 실시형태의 로봇(R)은 소정의 제품의 조립이나 제조 등에 사용되는 다관절 로봇이고, 예를 들면 조립 라인이나 제조 라인에 설치되어 사용된다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 로봇(R)은 복수의 관절부와 복수의 암을 구비하고 있다. 본 실시형태의 예에서는, 로봇(R)은 6개의 관절부(11~16)와, 제 1 암(21) 및 제 2 암(22)과, 엔드이펙터 부착부(18)를 구비하고 있다. 모두 도시하지 않지만, 각 관절부에는 모터와, 모터에 연결되는 감속기와, 모터의 회전 위치를 검출하기 위한 위치 검출 기구와, 모터 및 위치 검출 기구가 전기적으로 접속되는 회로 기판이 구비되어 있다.
또한, 로봇(R)은 로봇(R)의 기단 부분을 구성하는 지지 부재(B)를 구비하고 있다. 지지 부재(B)는 제 1 관절부(11)에 상대 회동 가능하게 연결되어 있다. 제 1 암(21) 및 제 2 암(22)은 가늘고 긴 길이형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 제 1 암(21) 및 제 2 암(22)은 각각 가늘고 긴 원통형상으로 형성되어 있다.
로봇(R)에서는 이하와 같은 고정 또는 연결 관계로 되어 있다.
(i) 제 1 관절부(11)와 제 2 관절부(12)가 상대 회동 가능하게 연결되어 있다.
(ii) 제 2 관절부(12)와 제 1 암(21)의 제 1 단(211)이 고정되어 있다.
(iii) 제 1 암(21)의 제 2 단(212)과 제 3 관절부(13)가 고정되어 있다.
(iv) 제 3 관절부(13)와 제 4 관절부(14)가 상대 회동 가능하게 연결되어 있다.
(v) 제 4 관절부(14)와 제 2 암(22)의 제 1 단(221)이 상대 회동 가능하게 연결되어 있다.
(vi) 제 2 암(22)의 제 2 단(222)과 제 5 관절부(15)가 고정되어 있다.
(vii) 제 5 관절부(15)와 제 6 관절부(16)가 상대 회동 가능하게 연결되어 있다.
(viii) 제 6 관절부(16)와 엔드이펙터 부착부(18)가 상대 회동 가능하게 연결되어 있다.
엔드이펙터 부착부(18)에는 핸드나 공구 등의 엔드이펙터를 부착하는 것이 가능하게 되어 있다.
(2) 본 실시형태의 로봇(R)의 링크 파라미터와 순운동학
이하, 본 실시형태의 로봇(R)의 기구를 설명하기 위해서, 본 실시형태의 로봇(R)의 링크 파라미터로서 DH 파라미터를 나타냄과 아울러, 참고로서 본 실시형태의 로봇(R)의 순운동학에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시형태의 로봇(R)의 링크 좌표계를 나타내는 도이다.
도 2, 도 3에 나타낸 로봇(R)에 있어서, 각 관절부에 의해 설정되는 회전축끼리의 교점(Z축끼리의 교점)을 교점 O1~O5, 엔드이펙터의 설치 위치를 점 O6이라고 했을 때에, 점 O1~O6을 원점으로 하는 링크 좌표계인 Link1~Link6 좌표계가 도 4에 나타내어진다. 도 4에서는 Link1~Link6 좌표계를 각각 ΣL1~ΣL6으로 표기하고 있다. 또한, 도 4에 나타내어지는 링크는 로봇(R)의 도 3의 자세에 대응하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 로봇(R)에서는 교점 O4와 교점 O5 사이에 링크간 거리(d5)의 오프셋이 있는 것이 특징으로 되어 있다.
로봇(R)의 DH(Denavit-Hartenberg) 파라미터는 이하의 표 1에 나타내는 바와 같다. 또한, 도 4에 있어서 링크간 거리(d2, d3)에 관해서 d2=d3이 성립하기 때문에, 링크간 거리(d2, d3)를 DH 파라미터 상은 제로로서 상관없다.
Figure 112019022863285-pat00001
상기 DH 파라미터에 의해, 월드 좌표지름으로부터 Link1 좌표계(ΣL1)에 대한 동차 변환 행렬 T1은 이하에 나타낸 바와 같이 해서 구해진다.
Figure 112019022863285-pat00002
이하, Sn=sin(θn), Cn=cos(θn)으로 했을 때에, 각 링크 좌표계간의 동차 변환 행렬 T1, T2, T3, T4, T5, T6은 이하와 같이 된다.
Figure 112019022863285-pat00003
이상으로부터, 상기 각 링크 좌표계간의 동차 변환 행렬로부터 엔드이펙터의 동차 변환 행렬 Tee는 이하의 식(1)으로부터 산출된다. 식(1)을 적용함으로써, 각 관절의 회전 각도를 알면 엔드이펙터의 위치 및 자세를 얻을 수 있다.
Figure 112019022863285-pat00004
(3) 본 실시형태의 로봇(R)의 역운동학 해석의 산출 알고리즘
이어서, 본 실시형태의 로봇(R)의 역운동학 해석의 산출 알고리즘(이하, 단지 「본 실시형태의 알고리즘」이라고 함)에 대해서 도 5~12를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 알고리즘은 참조 로봇의 역운동학 해석의 산출 알고리즘에 근거하고 있기 때문에, 이하에서는 본 실시형태의 로봇(R)의 설명에 추가해서, 참조 로봇에 대해서도 설명한다. 참조 로봇이란 본 실시형태의 로봇(R)과는 달리, 손목의 오프셋이 없는 로봇(통칭, PUMA형 로봇), 즉 도 4의 링크간 거리(d5)가 제로인 로봇이다.
(3-1) 로봇의 모델화
우선, 본 실시형태의 로봇(R)을 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 모델화해서 생각한다.
도 5 및 도 6은 각각 본 실시형태의 로봇(R)의 관절 및 링크에 착안하여 모델화한 로봇 모델의 사시도이고, 각각 로봇(R)의 다른 자세를 나타내고 있다. 도 5의 본 실시형태의 로봇 모델의 자세는 도 2에 나타낸 로봇(R)과 가까운 자세로 되어 있다.
도 5 및 도 6에 있어서, 본 실시형태의 로봇 모델은 6개의 관절(J1~J6)을 구비하고, 6개의 관절(J1~J6)의 축(회전축)이 각각 축(Ax1~Ax6)이다. 도 2 및 도 3에 나타낸 실제의 로봇(R)에서는 축(Ax1~Ax6)의 주위를 회전하는 관절(J1~J6)이 각각 관절부(11~16)에 대응하고 있다.
축 Ax3과 축 Ax4의 교점이 교점 O3이고, 축 Ax4와 축 Ax5의 교점이 교점 O4이고, 축 Ax5와 축 Ax6의 교점이 교점 O5이다. 점 O6은 축 Ax6 상의 엔드이펙터의 설치 위치이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 모델에서는 축 Ax4와 축 Ax6에 오프셋(d5)이 설치되어 있다.
한편, 도 7 및 도 8은 각각 참조 로봇의 관절 및 링크에 착안하여 모델화한 로봇 모델(이하, 「참조 로봇 모델」이라고 함)의 사시도이고, 각각 로봇(R)의 다른 자세를 나타내고 있다. 도 7은 도 5와 같은 자세이고, 도 8은 도 6과 같은 자세이다.
도 7 및 도 8에 있어서, 참조 로봇 모델은 6개의 관절(J1~J6)을 구비하고, 6개의 관절(J1~J6)의 축이 각각 축(Ax1~Ax6)인 점은 본 실시형태의 로봇 모델과 같다. 그러나, 참조 로봇 모델에서는 본 실시형태의 로봇 모델과 달리, 축 Ax4와 축 Ax6에 오프셋이 없고, 교점 O4와 교점 O5가 일치한다.
(3-2) 참조 로봇 모델의 역운동학 해석의 산출 알고리즘
이어서, 참조 로봇 모델의 역운동학 해석의 산출 알고리즘에 대해서, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는 도 8의 참조 로봇 모델에 대해서 관절의 회전축의 관계를 나타내는 도이다. 도 10은 도 8의 참조 로봇 모델의 역운동학 해석의 알고리즘을 설명하는 도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 참조 로봇 모델의 각 관절의 축과 교점의 관계를 나타내고 있다. 또한, 교점 O1은 축 Ax1과 축 Ax2의 교점이다.
PUMA형 로봇의 모델인 참조 로봇 모델은 이하의 특징이 있다.
참조 로봇 모델에서는 관절 J1, J2, J3, J5, J6의 각각의 회전 각도 θ1, θ2, θ3, θ5, θ6의 각도에 관계없이, 관절 J4가 회전하지 않는 한, 교점 O1, O3, O4, O5,및 점 O6은 동일 평면 상에 있다. 이 동일 평면을 이하에서는 「암 평면」이라고 한다. 즉, 관절 J1이 회전하는 것으로 암 평면 자체는 관절 J1의 주위를 회전하지만, 관절 J4가 회전하지 않는 한, 교점 O1, O3, O4, O5, 및 점 O6은 항상 암 평면 상 에 있다. 관절 J4의 회전 각도 θ4를 변화시키면, 엔드이펙터의 설치 위치 O6은 암 평면을 벗어난다.
참조 로봇 모델에서는 관절 J4의 회전 각도 θ4가 변화되어 엔드이펙터가 암 평면을 벗어나도, 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어지면 암 평면 상에 있는 축 Ax4, 축 Ax5, 및 축 Ax6의 교점인 교점 O4의 위치를 계산할 수 있다. 즉, 엔드이펙터의 설치 위치의 점 O6으로부터 축 Ax6을 따라 링크간 거리(d6)만큼 이동시킨 점이, 교점 O4와 교점 O5의 공통의 점이 되기 때문에 교점 O4의 위치를 용이하게 계산할 수 있다.
교점 O4의 위치를 산출한 후에는 암 평면 상의 기하학으로부터 관절 J1~J3의 회전 각도를 이하와 같이 해서 산출할 수 있다.
도 10은 암 평면에 있어서의 교점 O4, O3, O1의 위치 관계를 나타낸 도이다. 도 10에 있어서, 점 P4는 교점 O4로부터 월드 좌표계의 xy 평면 상에 내린 수선에 대하여, 교점 O1로부터 그은 수선의 교점이다.
우선, 도 9를 참조하면, 산출된 교점 O4의 월드 좌표계의 x, y 좌표인 O4.x 및 O4.y에 근거하여 관절 J1의 회전 각도 θ1을 이하의 식(2)에 따라서 산출할 수 있다.
Figure 112019022863285-pat00005
또한, 도 10에 나타내는 암 평면에 있어서, 교점 O1과 점 P4의 거리 Lx와, 교점 O1과 교점 O4의 거리 Ly는 교점 O4의 월드 좌표계의 z 좌표인 O4.z를 이용하여, 각각 이하의 식(3), (4)에 따라서 산출할 수 있다.
Figure 112019022863285-pat00006
Figure 112019022863285-pat00007
따라서, 도 10으로부터 기하학적으로 각도 θa, θb, θc를 산출할 수 있기 때문에, 관절 J2, J3의 회전 각도 θ2, θ3을 산출할 수 있다.
(3-3) 본 실시형태의 알고리즘
이어서, 본 실시형태의 알고리즘에 대해서, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다. 도 11은 도 6의 본 실시형태의 로봇(R)에 대해서 관절의 회전축의 관계를 나타내는 도이다. 도 12는 본 실시형태의 로봇(R)의 역운동학 해석의 알고리즘에 대해서 설명하는 도이다.
본 실시형태의 로봇 모델에서는 축 Ax4와 축 Ax6이 오프셋하고 있기 때문에, 교점 O4와 교점 O5가 일치하지 않는다. 엔드이펙터의 위치, 자세가 주어진 경우, 링크간 거리(d6)는 기지이기 때문에, 점 O6으로부터 교점 O5는 얻을 수 있지만, 교점 O5로부터 교점 O4를 얻을 수 없다. 이것은 축 Ax5가 어느 방향을 향하고 있는지 알 수 없기 때문이다.
그래서, 교점 O4의 위치를 추정하면서 수렴 연산을 행한다. 교점 O4는 축 Ax5를 z축(도 12에 있어서 z5)이라고 하는 링크 좌표계의 xy 평면 상에 있어서 원점을 중심으로 한 반경 d5의 원(상기 원을 도 11 및 도 12에서는 원 C5로 나타냄)의 원주 상에 위치한다고 생각된다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 원 C5의 원주 상의 점 O4t를 주목점으로서 결정하고, 만일 주목점 O4t를 교점 O4라고 한 경우의 교점 O3인 후보점 O3t를, 참조 로봇 모델의 알고리즘과 같은 방법으로 구한다. 본 실시형태의 로봇 모델에 있어서도 참조 로봇 모델과 마찬가지로, 교점 O1, O3, O4에 의해 암 평면이 결정되기 때문에 도 10과 같은 기하학적 관계에 따라서 후보점 O3t를 구할 수 있다.
로봇(R)의 링크의 구속 조건으로부터 축 Ax4와 축 Ax5는 직교하기 때문에, 후보점 O3t로부터 주목점 O4t를 향하는 벡터(제 1 벡터의 예)와, 주목점 O4t로부터 교점 O5를 향하는 벡터(제 2 벡터의 예)의 내적값이 제로인 경우에, 주목점 O4t가 교점 O4라고 판단할 수 있다. 그래서, 원 C5의 원주 상에서 주목점 O4t를 순차 이동시키고, 상기 내적값이 제로가 되는 점을 탐색하도록 처리를 행한다. 또한, 연산 시간을 고려하여, 수렴 조건으로서 상기 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하인 경우에, 주목점 O4t가 교점 O4인 것으로 추정하는 것이 바람직하다.
교점 O4의 좌표가 특정된 후에는 참조 로봇 모델과 같은 알고리즘에 의해 관절 J1~J3의 회전 각도 θ1~θ3을 산출할 수 있다.
(4) 로봇 제어 장치(3)의 구성
이어서, 본 실시형태의 로봇 제어 장치(3)의 구성에 대해서, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 본 실시형태의 로봇 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 로봇 제어 장치(3)는 제어부(31)와, 스토리지(32)와, 통신부(33)를 구비한다.
제어부(31)는 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함한다. CPU는 도시하지 않은 외부의 정보 처리 장치로부터 로봇 프로그램을 수신하여 스토리지(32)에 기억함과 아울러, 상기 로봇 프로그램을 RAM에 전개하여 실행한다. 제어부(31)의 CPU가 로봇 프로그램을 실행함으로써 후술하는 각 기능이 실현된다. 상기 로봇 프로그램에는 상기한 본 실시형태의 알고리즘이 포함되어 있다.
제어부(31)는 로봇 프로그램을 실행함으로써 관절부(11~16)의 각각을 동작시키기 위한 제어 펄스를 생성한다.
스토리지(32)는 HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive) 등의 대용량 기억 장치이다. 스토리지(32)에는 로봇 프로그램, 상기한 DH 파라미터(또는 링크 파라미터) 및 로봇 프로그램의 실행 기록인 실행 로그 데이터가 저장된다.
통신부(33)는 다른 통신 기기와 통신을 행하여 로봇 프로그램을 수신하는 통신 인터페이스 회로를 포함한다. 통신부(33)는, 예를 들면 오퍼레이터가 조작하는 로봇 교시 장치(도시하지 않음)와 통신 가능하게 접속되고, 상기 로봇 교시 장치로부터 로봇 프로그램을 수신한다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 로봇(R)은 관절부(11~16)의 각각에 내장된 모터 구동 회로(101) 및 모터(102)를 포함한다. 모터 구동 회로(101)는 제어 장치(3)로부터의 지령에 근거하여 모터(102)를 구동한다.
(5) 로봇 제어 장치(3)의 기능
이어서, 도 14를 참조하여, 로봇 제어 장치(3)의 제어부(31)가 로봇 프로그램을 실행하여 실현되는 기능에 대해서 설명한다. 도 14는 본 실시형태의 로봇 제어 장치(3)의 기능 블럭도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 로봇 제어 장치(3)에 의해 실현되는 기능에는 주목점 결정부(311), 제 1 산출부(312), 제 2 산출부(313) 및 추정부(314)가 있다.
이미 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 로봇(R)은 관절 J6의 축 Ax6과 관절 J5의 축 Ax5가 수직으로 교차하고, 축 Ax5와 관절 J4의 축 Ax4가 수직으로 교차하고, 축 Ax4와 관절 J3의 축 Ax3이 수직으로 교차하고, 축 Ax6과 축 Ax4가 소정량 오프셋 하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇이다. 본 실시형태의 로봇 제어 장치(3)의 제어부(31)는 상기 로봇 프로그램을 실행함으로써, 축 Ax6에 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에 로봇(R)의 각 관절의 각도를 구한다.
주목점 결정부(311)는 축 Ax6과 축 Ax5의 교점인 교점 O5(제 1 교점의 예)를 포함하여 축 Ax6에 직교하는 평면 상에 있어서, 교점 O5를 중심으로 해서 링크간 거리(d5)(소정량의 예)를 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점 O4t를 순차 결정하는 기능을 구비한다. 「교점 O5를 포함하여 축 Ax6에 직교하는 평면」이란 축 Ax5를 z축으로 하는 링크 좌표계의 xy 평면을 의미한다. 제어부(31)는 주목점 O4t로서, 예를 들면 도 11 및 도 12에 나타낸 원 C5의 원주 상을 동일한 방향으로 소정의 간격(피치)으로 축차 이동시킨 점을 결정해 간다.
제 1 산출부(312)는 주목점 결정부(311)에 의해 결정된 주목점 O4t가 축 Ax5와 축 Ax4의 교점 O4라고 가정한 경우의, 축 Ax4와 축 Ax3의 교점인 후보점 O3t(제 2 교점의 예)를 산출하는 기능을 구비한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 암 평면 상의 기하학적 관계에 근거하여 교점 O4를 주목점 O4t라고 한 경우의 교점 O3인 후보점 O3t를 구할 수 있다.
제 2 산출부(313)는 제 1 산출부(312)에 의해 산출된 후보점 O3t로부터 주목점 O4t를 향하는 제 1 벡터와, 주목점 O4t로부터 교점 O5를 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하는 기능을 구비한다. 주목점 O4t, 후보점 O3t, 및 교점 O5의 로봇 좌표계에서의 좌표가 기지이기 때문에 내적값을 산출할 수 있다.
추정부(314)는 제 2 산출부(313)에 의해 산출된 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 주목점 O4t를, 축 Ax5와 축 Ax4의 교점 O4인 것으로 추정하는 기능을 구비한다.
(6) 로봇 제어 장치(3)의 처리
이어서, 도 15의 플로우차트를 참조하여, 본 실시형태의 알고리즘을 실장한 로봇 제어 장치(3)의 처리에 대해서 설명한다.
로봇 프로그램에는 로봇의 교시 정보로부터 엔드이펙터의 위치 및 자세의 요구값이 기술되어 있다. 로봇 제어 장치(3)의 제어부(31)는 엔드이펙터의 위치 및 자세의 요구값으로부터, 축 Ax6과 축 Ax5의 교점 O5을 산출한다(스텝 S10). 엔드이펙터의 설치 위치 O6, 축 Ax6의 방향, 및 링크간 거리(d6)가 기지이기 때문에, 제어부(31)는 교점 O5의 좌표를 산출할 수 있다.
이어서, 제어부(31)는 교점 O5(제 1 교점의 예)를 포함하여 축 Ax6에 직교하는 평면 상에 있어서, 교점 O5를 중심으로 해서 링크간 거리(d5)를 반경으로 하는 원 C5의 원주 상의 점인 주목점 O4t를 결정한다(스텝 S12). 원 C5의 원주 상의 주목점 O4t의 설정 개시 위치는 임의로 정해도 좋다.
주목점 O4t가 결정되면 제어부(31)는 도 10에 나타내는 암 평면 상의 기하학적 관계에 근거하여 교점 O3의 후보점 O3t를 산출한다(스텝 S14).
이어서, 제어부(31)는 후보점 O3t로부터 주목점 O4t를 향하는 벡터와, 주목점 O4t로부터 교점 O5를 향하는 벡터의 내적값을 산출한다(스텝 S16). 제어부(31)는 얻어진 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 아니면(스텝 S18: NO), 주목점 O4t를 원 C5의 원주 상에서 소정의 간격(피치)으로 이동시켜(즉, 주목점 O4t를 변경하여) 재차 스텝 S12~S18의 처리를 실행한다.
스텝 S16에서 얻어지는 내적값이 소정의 역치 이하가 되었을 경우(스텝 S18: YES), 후보점 O3t와 주목점 O4t를 연결하는 선과, 주목점 O4t와 교점 O5를 연결하는 선이 대략 직교하여 링크의 구속 조건을 만족시켰다고 판단할 수 있다. 그래서, 제어부(31)는 내적값이 소정의 역치 이하가 되었을 때의 후보점 O3t 및 주목점 O4t를 각각 교점 O3 및 교점 O4로 결정한다(스텝 S20).
이어서, 제어부(31)는 스텝 S20에서 결정된 교점 O3, O4를 바탕으로, 도 10의 암 평면에서의 기하학적 관계에 근거하여 관절 J1~J3의 회전 각도 θ1~θ3을 산출한다(스텝 S22).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 제어 장치(3)에 의하면, 로봇(R)의 손목부에 오프셋(즉, 도 4의 링크간 거리(d5))이 있는 경우에도, 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에 비교적 간이한 연산에 의해 각 관절의 회전 각도를 산출할 수 있다. 즉, 로봇(R)의 손목부에 오프셋이 있는 로봇의 역운동학의 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 로봇 제어 장치의 실시형태에 대해서 상술했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않는다. 또한, 상기의 실시형태는 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 개량이나 변경이 가능하다.
상기한 설명에 의해, 도 14의 기능 블럭도에 기재된 기능을 컴퓨터에 실현시키기 위한 프로그램, 및 상기 프로그램이 기록된 컴퓨터 가독 기억 매체(비휘발성의 기억 매체도 포함함)가 개시되어 있는 것은 당업자에게 이해된다.
1…로봇 시스템, 3…로봇 제어 장치,
31…제어부, 311…주목점 결정부,
312…제 1 산출부, 313…제 2 산출부,
314…추정부, 32…스토리지,
33…통신부, WC…케이블,
R…로봇, 11~16…관절부,
18…엔드이펙터 부착부, 21, 22…암,
211, 221…제 1 단, 212, 222…제 2 단,
101…모터 구동 회로, 102…모터

Claims (3)

  1. 제 6 관절의 제 6 축과 제 5 관절의 제 5 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 5 축과 제 4 관절의 제 4 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 4 축과 제 3 관절의 제 3 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 6 축과 상기 제 4 축이 소정량 오프셋하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇에 있어서, 상기 제 6 축 상에 부착되는 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에, 상기 수직 다관절 로봇의 각 관절의 각도를 구하는 로봇 제어 장치로서,
    상기 제 6 축과 상기 제 5 축의 교점인 제 1 교점을 포함하여 상기 제 6 축에 직교하는 평면 상에 있어서, 상기 제 1 교점을 중심으로 해서 상기 소정량을 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점을 순차적으로 결정하는 결정부와,
    상기 주목점이 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 가정했을 경우의, 상기 제 4 축과 상기 제 3 축의 교점인 제 2 교점을 산출하는 제 1 산출부와,
    상기 제 1 산출부에 의해 산출된 제 2 교점으로부터 상기 주목점을 향하는 제 1 벡터와, 상기 주목점으로부터 상기 제 1 교점을 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하는 제 2 산출부와,
    상기 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 상기 주목점을 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 추정하는 추정부를 구비하는 로봇 제어 장치.
  2. 제 6 관절의 제 6 축과 제 5 관절의 제 5 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 5 축과 제 4 관절의 제 4 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 4 축과 제 3 관절의 제 3 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 6 축과 상기 제 4 축이 소정량 오프셋하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇에 있어서, 상기 제 6 축 상에 부착되는 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에, 상기 수직 다관절 로봇의 각 관절의 각도를 구하는 방법으로서,
    상기 제 6 축과 상기 제 5 축의 교점인 제 1 교점을 포함하여 상기 제 6 축에 직교하는 평면 상에 있어서, 상기 제 1 교점을 중심으로 해서 상기 소정량을 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점을 순차적으로 결정하고,
    상기 주목점이 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 가정했을 경우의, 상기 제 4 축과 상기 제 3 축의 교점인 제 2 교점을 산출하고,
    상기 제 1 산출부에 의해 산출된 제 2 교점으로부터 상기 주목점을 향하는 제 1 벡터와, 상기 주목점으로부터 상기 제 1 교점을 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하고,
    상기 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 상기 주목점을 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 추정하는 로봇의 관절의 각도를 구하는 방법.
  3. 제 6 관절의 제 6 축과 제 5 관절의 제 5 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 5 축과 제 4 관절의 제 4 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 4 축과 제 3 관절의 제 3 축이 수직으로 교차하고, 상기 제 6 축과 상기 제 4 축이 소정량 오프셋하고 있는 6축의 수직 다관절 로봇에 있어서, 상기 제 6 축 상에 부착되는 엔드이펙터의 위치 및 자세가 주어졌을 때에, 상기 수직 다관절 로봇의 각 관절의 각도를 구하기 위한 프로그램으로서,
    컴퓨터에, 상기 제 6 축과 상기 제 5 축의 교점인 제 1 교점을 포함하여 상기 제 6 축에 직교하는 평면 상에 있어서, 상기 제 1 교점을 중심으로 해서 상기 소정량을 반경으로 하는 원주 상의 점인 주목점을 순차적으로 결정하는 절차,
    상기 주목점이 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 가정했을 경우의, 상기 제 4 축과 상기 제 3 축의 교점인 제 2 교점을 산출하는 절차,
    상기 제 1 산출부에 의해 산출된 제 2 교점으로부터 상기 주목점을 향하는 제 1 벡터와, 상기 주목점으로부터 상기 제 1 교점을 향하는 제 2 벡터의 내적값을 산출하는 절차,
    상기 내적값의 절대값이 소정의 역치 이하가 될 때의 상기 주목점을 상기 제 5 축과 상기 제 4 축의 교점이라고 추정하는 절차를 실행시키기 위한 매체에 저장된 프로프램.
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