WO1990002029A1 - Robot action teaching method and control apparatus therefor - Google Patents

Robot action teaching method and control apparatus therefor Download PDF

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WO1990002029A1
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Takashi Mitomi
Takafumi Tetsuya
Katsuyoshi Satoh
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/42Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/425Teaching successive positions by numerical control, i.e. commands being entered to control the positioning servo of the tool head or end effector
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/41815Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell
    • G05B19/4182Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell manipulators and conveyor only
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    • G05B2219/30Nc systems
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    • G05B2219/39138Calculate path of robots from path of point on gripped object
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method and a control device for teaching operation of an industrial robot.
  • multiple robot manipulators operate while maintaining their relative positions to each other, such as the operation of grasping and moving one mark with multiple mouth robot manipulators.
  • the present invention relates to a teaching method and a control device for facilitating teaching.
  • the first method is offline teaching, in which the operating position of the robot is numerically input as data on a computer, and the setting is taught.c
  • the second method is a teaching method. —Manually / removing the robot to the operating position in the actual work using a chucking box, etc., and detecting and storing the position and orientation of the robot at that time] 9, robot It teaches the operating position of the ⁇ . With this method, it is extremely difficult to manually teach the position and orientation of each of a plurality of robots that accurately maintain the relative position, including the hand attitude of the tip. Therefore, only the first position of the collaborative work is taught by the multiple robots, and the teaching position of the subsequent collaborative work is the multiple robots.
  • FIG. 2 shows an example of this method.
  • the robot manipulator since the robot is manually operated at the actual operation position and the position is detected and stored, the teaching accuracy is good, but all the operation positions are the operation positions of the robot manipulator. Therefore, when a workpiece is gripped and operated, the gripping position is instructed accurately, and teaching mainly based on the movement path of the work cannot be performed. In particular, when performing motion compensation to the 20 movement positions and postures of the work based on the position detection values of the sensor for the workpiece, the robot manipulator
  • An object of the present invention is to provide a multi-robot system based on the actual position of the robot.
  • a robot-based teaching method and robot manipulator that can easily and accurately teach the operation of the manipulator and that can easily respond to sensor feedback on the peak position and orientation.
  • the robot is manually operated to store the robot tip end position, so that the robot can be moved along a moving path.
  • the reference point indicating the representative position and posture and the relative position of the operating position of the robot tip from the reference point during the driving operation are taught, and the operating position of the robot tip during the driving operation in the row of reference points.
  • the route is specified.
  • a means for manually operating the robot a means for detecting and storing the current position or the current position and orientation of the robot tip, and Means for calculating and storing a reference point from a plurality of obtained positions, Means for calculating and storing the relative position of the position and orientation of the robot tip, and specifying the stored reference point and relative position, calculating the robot's target operation position based on these, and storing it in the robot.
  • a means for manually operating the robot a means for detecting and storing the current position or the current position and orientation of the robot tip, and Means for calculating and storing a reference point from a plurality of obtained positions, Means for calculating and storing the relative position of the position and orientation of the robot tip, and specifying the stored reference point and relative position, calculating the robot's target operation position based on these, and storing it in the robot.
  • interpolation is performed between the current reference point and the next reference point while maintaining the relative position between the current reference point and the robot tip.
  • the means for manually operating the robot the means for detecting and storing the current position or the current position and orientation of the robot tip, and Means to calculate and store the relative position of the position and orientation of the robot tip from one of the reference points, and to specify the stored reference point and relative position and specify them.
  • Robot operation based on the target position is calculated and the robot is operated.
  • the current reference point and the next reference point are specified, and the relative position between the current reference point and the robot tip is maintained.
  • it has means for operating the robot so as to move the reference point by interpolating between the current reference point and the next reference point.
  • the manual operation is performed and the robot tip position is stored.] Since the 9 reference points are taught, the robot is moved. In this case, the actual position of the workpiece can be taught with the accuracy of the robot, and the relative position of the robot tip from the reference point during operation is taught, and the operation position route is specified.
  • the method of gripping and moving the work is described in The movement path and the teaching of the gripping position can be separated, and movement control can be easily performed even when the relationship between the work and the gripping position changes due to sensor feedback.
  • the actual movement position of the robot is determined by means for manually operating the robot and means for storing the current position and orientation of the robot.
  • Means for calculating and storing a reference point from a plurality of stored positions the point position based on the moving positions of the plurality of workpieces can be stored.
  • By calculating and storing the relative position of the position and orientation of the robot tip from one of the reference points it is possible to calculate the representative position of the work path and the representative position of the work path.
  • the relative position with respect to the position can be calculated, and the reference point and the relative position are specified, and the robot operates as the robot's operation target position.
  • the current reference point and the next Means for operating the robot to move the reference point by interpolating between the current reference point and the next reference point while maintaining the relative position between the current reference point and the robot tip with the specified reference point can be operated by teaching the movement path of the mark as the movement of the reference point.
  • the robot control device operates in the same manner as the robot control device according to the second aspect of the invention, except that the stored position and orientation are used as reference points as they are. .
  • FIG. 1 is an explanatory view of an example of the teaching method of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory view of an example of a conventional teaching method
  • FIG. Fig. 4 is an explanatory diagram of the shaft control of the robot manipulator
  • Fig. 4 is a diagram of the system in this embodiment
  • Fig. 5 is an explanatory diagram of the configuration
  • Fig. 5 is a diagram of the hardware configuration of the control device
  • Fig. 6 is a diagram of the central control unit.
  • FIG. 7 is a block diagram of the arithmetic unit
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the servo control unit
  • FIG. 9 is a flowchart of the processing relating to the teaching box processing, the 1 O figure 3 calculates the reference point from the position memory to handle the full b over Chi catcher over preparative, first 1 Figure is an explanatory view of a relationship between the reference point and three positions, the first 2 Figure 2
  • FIG. 13 is a flowchart of a process of calculating and storing a reference point from two positions
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of a relationship between two positions and a reference point
  • FIG. 14 is a diagram illustrating calculating and storing a relative position.
  • Fig. 15 is a flowchart of the process.
  • Fig. 15 is a flowchart of the process in which the robot is operated by specifying a reference point and a relative position. In Fig.
  • Fig. 17 is a flowchart of the process of operating the robot so as to move the reference point by interpolating between them, and Fig. 17 shows the displacement of the gripping position of the other end due to the attitude of the gripping position teaching point in the conventional example. It is explanatory drawing which shows an example. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the robot in the present embodiment is a mouth robot manipulator having a shaft configuration shown in FIG. 3], and as shown in FIG. 4, the two robot manipulators are connected to a control device. It operates under the control of the control device.
  • Each robot manipulator is shown in the axis configuration in Fig. 3! The six joints are driven by the motor and One ⁇ —
  • the end hand position ⁇ and posture ( ⁇ , ⁇ , a) can be set arbitrarily.
  • P is a hand position vector in the coordinate system (0, X, ⁇ , Z) fixed by the system of this embodiment])
  • ( ⁇ , 0, a) is Three mutually orthogonal unit vectors that represent the attitude of the hand.
  • the control device detects the current position of the motor, that is, the joint angle, by the encoder attached to each of the motors, and drives each of the motors to perform feedback control. 9, and controls the operation of each robot controller.
  • Fig. 5 shows the configuration of the control device.
  • the central control unit ⁇ ⁇ is composed of a micro computer 16, a memory 17 and an I / O 18, as shown in FIG. 6, and the micro computer 16. Operates according to the program stored in the memory.
  • the console terminal 8 and the teaching box 7 are connected to 110 18 via communication lines 19 and 20, and the signal input by the operator of the system from the console terminal 8. Accordingly, the micro computer 16 of the central control unit 1o executes an appropriate program and controls the robot manifold.
  • Arithmetic unit 1 1, 1 2 performs control operation for the robot manipulanda les over data that corresponds respectively also Nodea] ?, seventh Unimai click b co down Manipulator over data 2 2 and main by that shown in FIG.
  • Motors 15 (1) to 15 ( 12 ) with encoders for detecting the current position are connected to the servo control units 13 and 14, as shown in Fig. 8. Includes a PWM circuit for controlling the motors 15 ( 1 ) to 15 ( 12 ).
  • the operation command and operation of the robot manipulator at the tip of the robot manipulator are transferred to the 2-port RAM 21 from the central control unit 10 to the operation units 11 and 12.
  • the central control unit 1 o is robotized to the operation units 1 and 12 Performs manipulator operation commands.
  • Arithmetic units 11 and 12 operate in accordance with the operation command from central control unit 1O.
  • Servo control units 13 and 14 are mounted on motors 15 ( 1 ) to 15 ( 1 2) according to operation commands from arithmetic units 1 and 12. Current position of the motor obtained from the coder and the computation unit 11 and 1 to 2 ports
  • the motor 1 5 (1) controlling the operation of ⁇ 1 5 (12).
  • the hand position and posture of the robot manipulator can be moved to a desired position according to the operation command from the central control unit 1O.
  • control device of the present embodiment the second and third inventions Each means that constitutes the control device will be described.
  • the means for operating the robot in a manual manner is realized by a program of the teaching bot 7 and the micro-computer 16 of the central control unit 10] 5.
  • the teaching box has a built-in micro computer and has a plurality of keys and a communication function as input means from the operator to the control device. That is, while the operator is pressing a key, the microcomputer in the teaching box 7 communicates to the central control unit 10 of the control device by communication. Send the code corresponding to.
  • the central control unit 10 issues an operation instruction to the robot manipulator according to the code sent from the teaching box 7 by the program.
  • This program is started by the input from the console "" Remote terminal 8 ] ?? and is ended by input of the end key of the teaching box 7] 9.
  • the processing flow is shown in Fig. 9. .
  • the means for detecting and storing the current position of the robot tip is implemented as follows. Calculating from the central control Yuni' sheet 1 o Yuni' sheet 1 1, 1 2 to 2 port - "DOO command detecting the current position via the RAM 2 1 is sent, operation Yuni' sheet 1 1, 1 2 is Flip to servo
  • the control unit sends a command to detect the current position to the resets 13 and 14.
  • the servo control units 13 and 14 are attached to the motors 15 (1) to 15 (12).
  • the encoders are read out and the rotation angles of the motors 15 (1) to 15 ( 12 ) are sent to the 2-port RAM 27 in response to the arithmetic units 11 and 12.
  • the arithmetic units 11 and 12 read the rotation angle of each motor from the 2-port RAM 27, find the rotation angle of each joint, perform so-called forward conversion, and perform Calculate the tip position and orientation ( ⁇ , 0, a, p) of the bot manipulator, and write the tip position and orientation data to the 2-port RAM 21 as a response to the central control unit 1O.
  • Central control Interview two Tsu DOO 1 O reads tip position and orientation data from the two-port RAM 2 1, the Note Re 1 7 of the central control Interview two Tsu sheet 1 in O, the tip position and orientation de - to correspond to data Store with name.
  • the name is read by the central control unit 1O from the console-connection terminal 8 by the operator.
  • the means for detecting and storing the current position is activated by the operation of the teaching box 7 as the current position storage process in FIG.
  • the tip position / posture data consists of three orthogonal unit vectors (n, 0, a) representing the posture and a vector P representing the position, but the data at the reference point is exactly the same. It has become. Therefore, the tip position and orientation data stored by the means for detecting and storing the current position as in the control device of the third invention can be directly used as a reference point.
  • FIG. 10 shows a flowchart of a process of calculating and storing reference points from three positions.
  • the reference point S (n s , o s , a s , p s ) is calculated by the following calculation! Do).
  • w 2 w 1- (w 1 -n s ) n s
  • FIG. 12 is a flowchart of a process of calculating and storing a reference point from two positions.
  • Reference point S (n s, O s , a s, P s) by the calculation as follows: calculation of] performed 5.
  • ns w 2 / I w 2 I
  • P S is the same der as, a s is Wanoredo coordinate system in the Z direction unit base click preparative Honoré der] ?, n s is the as the direction from P S straight line unit base click preparative Honoré der direction perpendicular line drop-off from the P 2 which is extended, o s is an outer product of a s and n s.
  • the means for calculating and storing the relative position of the position and orientation of the robot tip from one of the reference points is the central control unit 1 O that performs the following calculation and stores the result in memory 17. (Depending on the program) You. Fig. 14 shows the process flow chart.
  • Means for specifying the stored reference point and relative position, calculating the operation target position of the mouth robot based on these, and causing the robot to operate are realized by a program of the central control unit 1 ⁇ . .
  • FIGS 16 (a) and 16 (b) show a flowchart of the process.
  • the target T (i) ( nti , oti , ati , pti ) is calculated as follows.
  • the rectangular parallelepiped work 3 is moved from the first position to the second position, and then to the third position by two robot robots 1, 2.
  • the following actions are taught as follows.
  • a reference point S 1 is calculated and stored from ⁇ ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and a reference point S 2 is calculated from ⁇ 6, ⁇ ⁇ , ⁇ 8 Is calculated and stored, and the reference point S3 is calculated and stored from the above ⁇ 9, ⁇ 1 ⁇ , ⁇ 11 ⁇ .
  • S 1, S 2, and S 3 are reference points representing the position and orientation of the work placed at the first position, the second position, and the third position, respectively.
  • the relative position r1 of the gripping position of the first robot manipulator 1 with respect to the reference point is calculated and stored from S1 and ⁇ 4, and the second robot manipulator is obtained from S1 and P5. Calculate and store the relative position ⁇ 2 of the gripper 2 gripping position with respect to the reference point.
  • the calculation and storage of the reference point and the relative position are performed on a console terminal.
  • the program is executed by activating the program of the central control unit 1O of the control device.
  • the movement is executed by specifying the reference point S 1 and the relative position ⁇ 1, causing the first robot manipulator 1 to move to the gripping position, and And the relative position r2 is specified, and the second robot manipulator 2 is moved to the gripping position. Then, the current reference point and the next reference point are specified, and the reference point is interpolated between the current reference point and the next reference point while maintaining the relative positions of the current reference point and the end of each robot. Using the means to move each robot so that it moves, specify S 1 for the current reference point and S 2 for the next reference point, and specify S 2 for the current reference point. By causing the robot manipulators 1 and 2 to perform an operation of designating S3 at the next reference point, the mark can be moved from the first position to the third position via the second position. it can.
  • the robot operation teaching method and the control device since the actual work position is taught from the operation position of the robot manipulator, it tends to be caused by off-line teaching.
  • the drawback in operating position accuracy due to the difference between the numerical input data and the actual working environment is reduced.
  • the operating position of the robot manipulator is taught separately from the reference point, which is the representative position and posture of the robot, and the relative position of the gripping position of each robot manipulator with respect to the reference point. If there is a change in the movement position of the marker, only the reference point to be changed need be re-learned, and if there is a change in the grip position, only the relative position need be re-learned.
  • the robot operation teaching method and the control device enable the robot to be taught based on a concept based on a lock.
  • the operation teaching of a plurality of robot manipulators can be performed accurately and easily. Can be shown.

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Description

明 細 書
発明の名称 .
ロ ボッ トの動作教示方法および制御装置
技術分野
本発明は、 産業用ロ ボッ ト の動作教示方法および制御装置に 関する。 特に、 複数台の口ボッ ト マニ ピュ レ ータ で 1 つの ヮ ー クを把持して移動する動作のよ うに複数のロ ボッ ト マニピユレ タが互いの相対位'置を保つて動作する作業の教示を容易るも のにする教示方法と制御装置に関する。
背景技術
複数のロ ボッ トマニ ピュ レ ータが 1 つのヮ —クを把持して移 動するとい う よ う 複数ロ ボ ッ ト の協同作業では、 複数の口 ボ ッ ト マニビユレ -タが互いの枏対位置を正確に保つて動作する 必要がある。 従来、 このよ う ¾動作を教示する方法と して次の よ うなものがあった。
第 1 の方法は、 オ フ ラ イ ン教示であ 、 ロ ボ ッ ト の動作位置 を計算機上のデ -タと して数値入力し設定教示するものである c 第 2 の方法は、 テ ィ —チ ングボ ッ ク ス等を用いて実際の作業 での動作位置にロボッ トをマ二ユア/レ動作させ、 その時のロボ ッ トの位置姿勢を検出し記憶することによ ]9 、 ロ ボッ ト の動作 位置を教示するものである。 この方法では、 複数のロボッ トそ れぞれについて、 先端のハ ン ド姿勢も含めた相対位置を正確に 保つた位置姿勢をマ二ユア 動作で教示することは非常に難し い。 そこで、 協同作業のはじめの位置のみ複数ロ ボッ トの位置 教示を行い、 その後の協同作業の教示位置は複数ロボッ トのう • ちのいずれか 1 つのロボッ トの動作位置を教示し、 運転動作時 には前記位置教示されたロボッ トの動作経路に対してはじめの 複数ロボッ トの教示位置間の相対位置を保つように複数ロボッ トに動作させるといった方法がとられることもあった。 この方 5 法の一例を第 2図に示す。 この例では、 第 1 のロボッ トマニピ ュレ ^"タの動作位置姿勢 P 1 , P 2 , P 3 , P 4と、 P 1 に対 応する第 2のロボッ ト マニピユレ ^"タの動作位置姿勢 Q 1 を教 示し、 P 1 と Q 1 の相対位置と P 2 , P 3 , P 4から第 2の口 ボッ ト マニピュレータの動作位置姿勢 Q 2 , Q 3 , Q 4を計算 10 によ ]?決定し、 各マニピュレ ータの動作経路を補間している。
しかし、 上記第 1 の方法では、 計算機上のデ タとして数値 入力して設定するため、 実際のワ -クに対するロボッ トの動作 位置の教示精度が必ずしも良く い場合がある。
上記第 2の方法では、 実際の動作位置にロボッ トをマ二ユア 5 レ動作させて位置を検出記憶するため、 教示精度は良いが、 全 ての動作位置をロボッ トマニピュ レ -タの動作位置で教示する ため、 ワークを把持して動作する場合には把持位置を正確に教 示することにな 、 ヮ クの移動経路を主体にした教示ができ ない。 特に、 ワークに関するセンサの位置検出値からワ ^クの 20 移動位置 '姿勢に動作補正を行う よう 場合、 ロボッ トマニピ
- ユレ タの把持位置の列で動作経路を教示すると、 動作補正後 の動作目標位置はすべて口ボッ ト マニピュレ -タの把持位置に 変換計算する形でプログラム し ¾ければ ¾らず、 プログラ ミ ン グが面倒になるという問題がある。
25 また、教示の際に把持姿勢を精細に教えることは難しいが、 大きな - δ -
• ワ ークを 2台のロボヅ トマニ ピュ レ^タで把持して移動する動作 の教示を 1 台の ボッ ト マ -ピユ レ -タの把持位置で教示する と、 例えば第 1 了図のよ うに教示時の把持姿勢のわずかな違い がワ ークの他端では大きる変位と !) 、 これが他端を把持する ロボッ ト マニ ピュ レ ータの動作にと って問題と ることがある, 本発明の目的は、 実際のヮ ク の移動位置をも とにし がら 複数ロ ボッ ト マニピユ レ タの動作教示を精度よ くかつ容易に 行う ことができ 、 ヮ ーク位置姿勢に関するセ ンサフ ィ ー ドバッ クの対応も容易な ヮ ーク主体の教示方法とそのためのロボッ ト マニピユ レ —タの制御装置を提供することである。
発明の開示
上記課題を解決するために、 本発明の第 1 の発明のロ ボッ ト の 動作教示方法では、 ロボッ トをマニ ュ ア 動作させてロボ ッ ト先 端位置を記憶させることにより、 移動経路上の代表的な位置と姿 勢を表わす参照点と運転動作時のロボッ ト先端の動作位置の前記 参照点からの相対位置とを教示し、 参照点の列で運転動作時の ロボッ ト先端の動作位置経路を指定するという方法をと つてい る。 1 つのワ ークを複数のロボッ ト マニ ピュ レ ^タで把持し移 動する場合には、 ワ ーク上の特定の点を参照点と してロ ボッ ト に記憶させ、 前記参照点と各ロボッ トの把持位置の相対位置を 教示し、 ヮ クの移動を、 参照点の列で指定することにるる。
また、 本発明の第 2の発明のロボッ トの制御装置では、 ロボ ッ トをマニ ュ ア 動作させる手段と、 ロ ボッ ト先端の現在位置 又は現在位置姿勢を検出して記憶する手段と、 記憶された複数 の位置から参照点を算出し記憶する手段と、 参照点の 1 つから のロボッ ト先端の位置姿勢の相対位置を算出し記憶する手段と、 記憶された参照点と相対位置を指定されてこれらをもとにロ ボ ッ ト の動作目標位置を算出しロ ボッ トに動作させる手段と、 現 在の参照点と次の参照点を指定されて、 現在の参照点とロボッ ト先端の相対位置を保ちながら、 現在の参照点と次の参照点の 間を補間して参照点を移動するよ うにロ ボッ トを動作させる手 段を有している。
また、 本発明の第 3の発明のロボッ トの制御装置では、 ロボ ッ トをマニ ュ ア 動作させる手段と、 ロボッ ト先端の現在位置 または現在位置姿勢を検出して記憶する手段と、 記憶された位 置又は位置姿勢を参照点とし、 参照点の 1 つからのロボッ ト先 端の位置姿勢の相対位置を算出し記憶する手段と、 記憶された 参照点と相対位置を指定されてこれらをもとにロボッ トの動作 目標位置を算出しロボッ トに動作させる手段と、 現在の参照点 と次の参照点を指定されて、 現在の参照点とロ ボッ ト先端の相 対位置を保ちながら、 現在の参照点と次の参照点の間を補間し て参照点を移動するようにロボッ トを動作させる手段を有して いる。
本発明の第 1 の発明のロボッ ト の動作教示方法では、 マニ ュ ア 動作させてロ ボッ ト先端位置を記憶することによ ]9参照点 を教示しているため、 ヮ ^クを移動させる場合には、 ワークの 実際の位置をロボッ トのもつ精度で教示することができ、 運転 動作時のロ ボッ ト先端の参照点からの相対位置を教示して、 動 作位置経路の指定は参照点の列で行う という方法をと つている ため、 ワ クを把持して移動する動作の教示では、 ワ クの移 動経路と把持位置の教示を分離でき、 セ ンサ フ ィ ^ " ドバック等 によ ]9 ワ -クと把持位置の関係が変わる場合にも動作制御の対 応が容易と る。
本発明の第 2 の発明のロボ ッ ト の制御装置では、 ロ ボッ トを マニ ュ ア 動作させる手段と、 ロ ボ ッ ト の現在位置姿勢を記憶 する手段によ 、 ヮ クの実際の移動位置に基づく点位置と把 持位置を記憶することができ、 記憶された複数の位置から参照 点を算出し記憶する'手段によ 、 複数の前記ワ -クの移動位置 に基づく点位置から、 ワ クの移動経路の代表位置が算出でき . 参照点の 1 つからのロボッ ト先端の位置姿勢の相対位置を算出 し記憶する手段によ 、 ワ ク の把持位置とワ ーク の移動経路 の代表位置との相対位置を算出することができ、 参照点と相対 位置を指定されてロ ボッ トの動作目標位置としてロボッ トに動 作させる手段によ ]? 、 ワ -クの把持点までロボ ッ トを動作させ ることができ、 現在の参照点と次の参照点を指定されて現在の 参照点とロ ボッ ト先端の相対位置を保ちながら現在の参照点と 次の参照点の間を補間して参照点を移動するよ うにロ ボッ トを 動作させる手段によ 、 ヮ クの移動経路を参照点の移動と し て教示してロ ボッ トに動作させることができる。
本発明の第 3の発明のロボッ トの制御装置では、 記憶された 位置 ·姿勢をそのまま参照点と していること以外は、 第 2の発 明のロボッ トの制御装置と同様の作用をする。
図面の簡単な説明
第 1 図は本発明の教示方法の一例の説明図、 第 2図は従来の 教示方法の一例の説明図、 第 3図は本発明の一実施例における ロ ボッ ト マニピユレータの軸搆成の説明図、 第 4図は本実施例 におけるシステム.構成の説明図、 第5図は制御装置のハ - ドウ エア構成図、 第6図は中央制御ュニッ ト の構成図、 第 7図は演 算ュニッ トの構成図、 第8図はサーボ制御ュニッ トの搆成図、 第 9図はティ 一チ ングボッ ク スの処理に関する処理のフロ ーチ ヤ ー ト、 第 1 O図は 3つの位置から参照点を算出し記憶する処 理のフ ロ ーチ ャ ー ト 、 第 1 1 図は 3つの位置と参照点の関係の 説明図、 第 1 2図は 2つの位置から参照点を算出し記憶する処 理のフ ロ ーチ ャ ー ト 、 第 1 3図は 2つの位置と参照点の関係の 説明図、 第 1 4図は相対位置を算出し記憶する処理のフロ -チ ヤ ト 、 第 1 5図は参照点と相対位置を指定してロボ ッ トに動 作させる処理のフ ロ ーチ ャ ー ト 、 第 1 6図 (a),( )は現在の参照 点と次の参照点を指定されて、 現在の参照点と ロボッ ト先端の 相対位置を保ちながら、 現在の参照点と次の参照点の間を補間 して参照点を移動するよ うにロボッ トを動作させる処理のフ ロ チ ャ ト 、 第 1 7図は従来例における把持位置教示点の姿勢 の逢いによる他端の把持位置の変位の例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 実施例を用いて本発明のロボッ トの動作教示方法およ び制御装置について説明する。
本実施例におけるロボッ トは第 3図に示す軸構成を有する口 ボ ッ ト マニ ピュ レ ータであ ]? 、 第 4図のよ うに前記ロボ ッ ト マ ニピユレ タ 2台が制御装置に接続され、 制御装置からの制御 によ 動作する。 各ロボッ ト マニピュレータは第 3図の軸構成 で示すとお!) 6個の関節をモ タで駆動され、 可動範囲内で先 一 Ί —
端のハ ン ド位置 Ρ と姿勢 ( η , ο , a )を任意にとることが可 能である。 ただし、 Pは本実施例のシス テム で固定した座標系 ( 0 , X , Υ , Z )におけるハ ン ド位置べク ト ノレであ])、 ( η , 0 , a )は前記座標系においてハ ン ドの姿勢を表わす 3つの互 いに直交する単位べク ト ノレである。
制御装置は、 前記各モ -タに取 i 付けられたェ ンコ ダによ 1)モ -タの現在位置すなわち関節角度を検出し、 前記各モ -タ を駆動しフ ィ ー ドバック制御することによ ]9、 各ロボッ トマ二 ピユ レ ータ の動作を制御する。
第 5図に制御装置の構成を示す。 中央制御ュニッ ト Οは、 第 6図に示すよ うにマイ ク ロ コ ン ピュ ータ 1 6 とメ モ リ 1 7と I /O 1 8から構成され、 マイ ク ロ コ ン ピュ ータ 1 6はメ モ リ 1 了に格納されたプロ グラムによ ]?動作する。 1 0 1 8には、 通信線 1 9 , 2 0にてコ ンソ一ノレ端末8 とティ 一チ ングボッ ク ス 7が接続され、 本シス テムの操作者がコ ンソ ー 端末8から 入力する信号に従って中央制御ュ-ッ ト 1 oのマイ クロコ ン ピ ユータ 1 6は適当なプロ グラムを実行し、 ロ ボッ ト マニ ピユ レ タの制御を行う。 演算ユニッ ト 1 1 , 1 2はそれぞれ対応す るロボッ ト マニ ピュ レ ータの制御演算を行う も のであ ]?、 第 7 図に示すよ うにマイ ク ロ コ ン ピュ ータ 2 2とメ モ リ 2 3とパス 9を介して中央制御ュニッ ト 1 Oから読み書き可能な 2ポー ト R A 2 1 から構成されている。 サーボ制御ュニッ ト 1 3,1 4 には、 現在位置を検出するためのェ ンコ ーダの取 付けられた モータ 1 5(1)〜 1 5 (12)が接続され、 第 8図に示すように前記 モータ 1 5 (1)〜 1 5 (12)を制御するための P W M回路を含む I / O 24とマイクロコ ンピュ ータ 2 5とメモ リ 2 6とバ ス 9 を介して演算ュ ッ ト 1 11 2から読み書き可能 2ポート R A M 2ァから構成されている。
ロボッ トマニピュレータの動作を行わせる場合には、 中央制 御ユニッ ト 1 0力 ら演算ユニッ ト 1 1 , 1 2の 2ポー ト R A M 2 1 に動作のコマン ドとロボッ ト マニピユレ タの先端のハン ド位置姿勢の目標位置座標 ( ni , oi, ai , pi ) ( i= i ,2 ) を書き込むことによ ]? 、 中央制御ュ-ッ ト 1 oは演算ュニッ ト 1 , 1 2にロボッ ト マニピュレータの動作指令を行う。 演算 ユニッ ト 1 1 , 1 2は、 中央制御ュニッ ト 1 Oからの動作指令 に応じて、 ハン ド位置姿勢の目標位置姿勢の目標位置姿勢
( η± , θί , ¾ί , Ρ ΐ )からいわゆる逆変換の演算を行い口ボッ ト マニピュ レ -タの各闋節角度を算出し、 求められた関節角度 に対応するモータの回転角度を目標値として、 サーボ制御ュニ ッ ト 1 3 , 1 4の 2ボー ト に動作のコマ ン ドと各モ
—タの目標値を書き込むことによ ]?サーボ制御ュニッ ト 1 3 , 1 4に動作指令を行う。 サーボ制御ュニッ ト 1 3 , 1 4は、 演 算ユニッ ト 1 , 1 2からの動作指令に応じて、 各モータ 1 5 (1)〜 1 5 (12)に取 )付けられたェン コ ーダから得られるモータ の現在位置と演算ュニッ ト 1 1 , 1 2から 2 ポー ト
に書き込まれた目標値にしたがって、 モータ 1 5(1)〜1 5 (12) の動作を制御する。 以上のようにして、 中央制御ュニッ ト 1 O からの動作指令によ ]?、 ロボッ トマニピュレータのハ ン ド位置 姿勢を所望の位置に動作させることができる。
次に、 本実施例の制御装置において、 第 2および第 3の発明 の制御装置を構成する各手段について説明する。
ロボッ ト をマ ユアノレ動作させる手段は、 ティ ーチ ングボッ タ ス 7 と中央制御ュニ ッ ト 1 Oのマイ ク ロ コ ン ビュ タ 1 6の プロ グラムによ ]5実現される。 テ ィ 一チ ングボ ッ ク ス 了はマイ ク ロコ ン ピュ ータを内蔵し、 操作者から制御装置への入力手段 と して、 複数個のキ と通信機能を有している。 すなわち、 操 作者がキーを押している間、 ティ ^チ ングボッ ク ス 7内のマイ ク ロ コ ン ピュ ータは'通信によ 制御装置の中央制御ュニ ッ ト 10 に対して押されたキ に対応するコ ドを送信する。 中央制御 ユニッ ト 1 0は、 プロ グラムによ 、 ティ ーチングボッ ク ス 7 から送られたコ ー ドに従ってロボッ ト マニ ピュ レ ータに動作指 令を行う。 このプロ グラムは、 コ ンソ ^"ノレ端末8からの入力に よ ]?起動され、 ティ ーチングボッ ク ス 7の終了キ ー入力によ ]9 終了する。 第 9図に処理のフ ロ一を示す。
ロボッ ト先端の現在位置を検出し記憶する手段は、 次のよ う に実現されている。 中央制御ュニッ ト 1 oから演算ュニッ ト 1 1 , 1 2へ 2ポ - " ト R A M 2 1 を介して現在位置検出の指令 が送られ、 演算ュニッ ト 1 1 , 1 2はこれに じてサーボ制御 ュ 、リ ト 1 3 , 1 4に現在位置検出の指令を送る。 サ -ボ制御 ュニッ ト 1 3 , 1 4は各モータ 1 5(1)〜 1 5(12) に取 ]?付けら れたェ ンコ ーダのカ ウ ンタ を読み出し、 演算ユニッ ト 1 1 , 12 への応答と して各モータ 1 5(1)〜 1 5 (12)の回転角度を 2ポー ト R A M 2 7に書き込む。 演算ユニ ッ ト 1 1 , 1 2は 2ポー ト R A M 2 7から各モ タの回転角を読み出して、 各関節の回転 角度を求め、 さらにいわゆる正変換を行い、 各関節角度から口 ボッ ト マニ ピュ レ ータの先端位置姿勢 ( η , 0 , a , p )を算 出し、 中央制御ュ.ニッ ト 1 Oへの応答として 2ポート R A M 21 に先端位置姿勢デ -タを書き込む。 中央制御ュニ ッ ト 1 Oは、 2ポート R A M 2 1 から先端位置姿勢データを読み出し、 中央 制御ュニ ッ ト 1 O内のメ モ リ 1 7に、 先端位置姿勢デ—タに対 応する名前とともに格钠する。 名称は、 コ ンソ — ノレ端末 8から 操作者が入力したものを中央制御ュニ ッ ト 1 Oが読み込む。 現 在位置を検出し記憶する手段は、 第 9図の現在位置記憶処理と して、 ティ ーチ ングボッ ク ス 7の操作によ ]?起動される。
先端位置姿勢のデ -タは、 姿勢を表す 3つの直交する単位べ ク ト ノレ ( n , 0 , a ) と位置を表すべク トノレ Pから構成される が、 参照点のデータも全く同じ構成となっている。 したがって 第 3の発明の制御装置のように現在位置を検出し記憶する手段 で記憶された先端位置姿勢デ タをそのまま参照点として用い ることが可能である。
次に、 記憶された複数の位置から参照点を算出し記憶する手 段について説明する。 前記手段は本実施例では、 中央制御ュニ ッ ト 1 Oのプログラムとして実現されてお ]?、 3つの位置から 参照点を算出するものと、 2つの位置から参照点を算出するも のの 2種類があ])、 いずれもコ ンソ ー スレ端末8からの入力によ )起動される。
3つの位置から参照点を算出し記憶する処理のフ ロ ーチ ャ - トを第 1 O図に示す。 參照点 S = ( n s , o s , a s , p s )の算出 は次のような計算によ!)行う。
P s = P 1 ns = ( P 2—P 1 )/ I P 2— P 1 I
w 1 = P 3 - P 1
w 2 = w 1- (w 1 - ns )ns
0 s = w 2/l w 2 I
as = ns X os
ここでは、 第1 1 図に示すよ うに PSは と同じであ j? 、 nsは、 P から P 2へ向かう単位べク ト ノレ、 osは、 P 2 と P i を結ぶ直線に P 5から降した垂線の方向の単位べク ト 、 asは ns と os の外積とな っている。
2つの位置から参照点を算出し記憶する処理のフ ロ チ ヤ トを第 1 2図に示す。 参照点 S = ( ns , O s , as ,Ps ) の算出 は次のよう 計算によ ] 5行う。
a s = ( o , ο , 1 ) τ
P s = ι
w ι = p 2— p ι
w 2 = 1— ( w 1 · a s ) a s
n s = w 2/ I w 2 I
os = as X ns
ここでは、 第 1 3図に示すように、 P Sは と同じであ 、 asは、 ヮーノレド座標系の Z方向単位べク ト ノレであ]?、 nsは、 PSから a s方向に伸ばした直線に P 2から降した垂線の方向の 単位べク ト ノレであ 、 osは as と nsの外積である。
参照点の 1 つからのロ ボ ッ トの先端の位置姿勢の相対位置を 算出し記憶する手段は、 次の計算を行い結果をメ モ リ 1 7に格 納する中央制御ュニッ ト 1 Oのプロ グ ラムによ ] 実現されてい る。 第 1 4図に処理のフ ロ ーチャ ー トを示す。
n g o s a s p s
S = ( 4 X 4 )行列
、0 O O n o a P
P = ( 4 X 4 )行列
、0 O O 1
とすると相対位置( nr ,Or , ar ,Pr )は、
Figure imgf000014_0001
として計算される。
記憶された参照点と相対位置を指定されてこれらをもとに口 ボッ ト の動作目標位置を算出しロボッ トに動作させる手段は、 中央制御ュ-ッ ト 1 Οのプログラムで実現されている。 第 1 5 図に処理のフロ ーチ ヤ トを示す。 参照点 S==(ns ,os ,as ,ps ) と相対位置 R = ( nr,Or,ar ,Pr ) とから、 動作目標の先端 位置姿勢 ( n , o , a , ρ )は、
Figure imgf000014_0002
として計算される。
現在の参照点と次の参照点を指定されて、 現在の参照点と口 ボッ ト先端の相対位置を保ちるがら、 現在の参照点と次の参照 点の間を補間して参照点を移動するようにロボッ トを動作させ る手段は、 中央制御ュニッ ト 1 Oのプログラムによ 実現され ている。 第 1 6図 (a),(b)に処理のフ口 一チ ヤ ートを示す。 先端 位置姿勢 T = (lit,0t,at,Pt ) の現在の参照点 S0 =(nso ©so , aso .Pso )に対する相対位置 R = (nr , or , ar j P r ) は、 次のよ うに算出する。
nr °r ar °t at Ptヽ 、o O O
Figure imgf000015_0001
o o
また、 補間点 S (i)= ( nsi ,osi ,asi ,psi ) と相対位置 R = ( nr , or , ar , pr ) から第 i番目の先端位置姿勢の動作目標 T(i)= ( nti , o ti , at i , p ti ) は次のよ うに算出する。
'nti °ti Hi iPsi\ ,nr °r ar Pr、 、o o o
Figure imgf000015_0002
1 ノ 0 0 0 1 上記各手段において、 2つのロボッ ト マニ ピュ レ ータについ て機能させる場合には、 対応する各演算ュニッ ト 1 1 , 1 2に 指令を順次送 ]9、 フ ロ チ ヤ ^" トにおける各種演算処理も 2台 のロボッ ト マニ ピュ レ ータそれぞれに対応して実行する。
次に、 本発明の第 1 の発明の教示方法の実施例と して、 上記 制御装置を用いて、 2台のロボ ッ ト マニ ピュ レータで 1 つのヮ -クを移動する動作の教示方法について説明する。
第 1 図に示すよ うに、 直方体のワーク 3を、 第 1 の位置から 第 2の位置へ、 さ らに第 3の位置へ、 2合のロボッ ト マ-ピュ レ ーク 1 , 2で移動する動作を次のよ うに教示する。
まず、 ワ ーク 3を第 1 の位置に置き、 ティ ーチ ングボ ッ ク ス 7の動作キ ーの操作によ ]9 ロ ボッ ト マニ ピュ レ ータ 1 または 2 の先端をワ -ク 3上の点 P 1 に動作させ、 現在位置記憶キ の 操作によ ]? P 1 の位置を記憶させる。 さ らに同様にワ ーク 3上 の他の 2点 P 2 , P 3にロボッ ト マニ ピュ レ ータ 1 または 2の 先端を移動させ記憶させる。 そしてヮ ク 3の把持位置 P 4 , P 5を記憶させる。 ここで P 4 , P 5はそれぞれ第 1 の位置に ヮ ク 3を置いた時の第 1 のロボッ ト マニピュ レータ 1 および 第 2のロボッ トマニ ピュ レ ータ 2の把持位置である。
次にワ ークを第2 の位置に置き、 P 1 , P 2 , P 3に対応す るワ ーク上の 3点 P 6 , P 7 , P 8にティ ーチングボッ クス 7 の操作によ !) ロボッ ト マニピュレータ 1 または2の先端を移動 させ記憶させ、 さらにヮ ク 3を第 3の位置に置き、 P1 ,Ρ2 , Ρ 3に対応するヮ ク 3上の 3点? 9 , 卩 1 0 , ? 1 1 にティ —チ ングボッ クス 了 の操作によ ]9 ロボッ ト マニピユ レ タ 1 ま たは 2の先端を移動させ記憶させる。
3つの位置から参照点を算出し記憶する手段を用いて、 前記 Ρ 1 , Ρ 2 , Ρ 3から参照点 S 1 を算出し記憶させ、 前記 Ρ 6, Ρ Τ , Ρ 8から参照点 S 2を算出し記憶させ、 前記 Ρ9 , Ρ1 Ο, Ρ 1 1から参照点 S 3を算出し記憶させる。 ここで S 1 , S 2 , S 3はそれぞれ第 1 の位置 ,第 2の位置 ,第 3の位置に置かれ たワ クの位置姿勢を代表する参照点と つている。
前記 S 1 と Ρ 4と ^ら、 第 1 のロボッ ト マニピュ レータ 1 の 把持位置の、 参照点に対する相対位置 r 1 を算出し記憶させ、 前記 S 1 と P 5とから、 第 2のロボッ トマニピュ レータ 2の把 持位置の、 参照点に対する相対位置 Γ 2を算出し記憶させる。
上記参照点および相対位置の算出と記憶は、 コ ン ソ ー 端末
8の操作によ 、 制御装置の中央制御ュニッ ト 1 Oのプロダラ ムを起動することで実行される。
動作の実行は、 参照点 S 1 と相対位置 Γ 1 を指定して第 1 の ロボッ ト マニピュ レータ 1 に把持位置まで動作させ、 参照点 Si と相対位置 r 2を指定して第 2のロボッ ト マニピュ レ ータ 2に 把持位置まで動作させる。 そして、 現在の参照点と次の参照点 を指定されて、 現在の参照点と各ロボッ ト先端の相対位置を保 ち がら、 現在の参照点と次の参照点の間を補間して参照点を 移動するように各ロボッ トを動作させる手段を用いて、 現在の 参照点に S 1 を指定し次の参照点に S 2を指定する動作と、 現 在の参照点に S 2を指定し次の参照点に S 3を指定する動作を ロボッ トマニ ピュ レータ 1 および 2に行わせることによ 、 ヮ -クを第 1 の位置から第 2の位置を経て第 3の位置に移動する ことができる。
産業上の利用可能性
以上のよ うに本発明のロボッ トの動作教示方法および制御装 置では、 実際のヮ ^ク位置をロボッ トマニピユ レ—タの動作位 置から教示するため、 オフライ ン教示で起こ ]?がちである数値 入力デ -タと実作業環境の違いによる動作位置精度上の欠点が るくなる。 また、 ロボッ トマニ ピュ レータの動作位置を、 ヮ ー クの代表位置姿勢である参照点と、 各ロボッ トマニピュ レ ータ の把持位置の参照点に対する相対位置に分けて教示するよ うに しているため、 ヮ クの移動位置の変更がある場合には、 変更 とるる参照点のみを再教示すればよ く、 また把持位置の変更が ある場合には、 相対位置のみを再教示すればよい。 また、 ヮ クの移動経路を参照点で指定するため、 複数台のロボッ トマ二 ピュ レ -タの相対位置を保ちながら動作教示を行う必要が ¾ぃ£ また、 本発明の方法は、 ロボッ ト マニピユ レ一タの台数が変わ つても容易に対応が可能である。 また、 本発明の第 2の発明で は、 参照点の教示を複数の教示位置から算出するよ うにしてい るため、 教示の際のロボッ ト マニ ピュ レ ータの先端姿勢につい ては気にする必要が い。
以上のように本発明のロボッ トの動作教示方法と制御装置で は、 ヮ ク主体の考え方で教示できるように ¾ 、 特に複数台 のロボッ トマニピユ レ タの動作教示では、 精度よ く容易 ¾教 示が可能と る。

Claims

• 請 求 の 範 囲
(1 ) ロボッ トを 二ユ ア 動作させてロボッ ト先端位置を記憶 させることによ!)、 移動経路上の代表的な位置と姿勢を表わす 参照点と運転時の口ボッ ト先端の動作位置の前記参照点からの
5 相対位置とを教示し、 参照点の列で運転時のロボッ ト先端の動 作位置経路を指定することを特徴とするロボッ トの動作教示方 法
(2) 移動経路上にセ'ッ トされたヮ ク上の特定の 1 つまたは複 数の点にロボッ ト先端を移動させてその時のロボッ ト先端の位 i o 置を記憶させることによ 1)教示した参照点と、 1 つの参照点の 教示時と同じワーク位置でワークを把持する複数の口ボッ トの 把持位置の教示を行つてこの把持位置の前記参照点に対する相 対位置とを用いて、 複数のロボッ トによ ]?把持されるワークの 移動教示を行う ことを特徵とする特許請求の範囲第 1 項記載の 5 ロボッ トの動作教示方法。
(3) ロボッ トをマ 二 ユ ア ノレ動作させる手段と、 ロボッ ト先端の 現在位置または現在位置姿勢を検出し記憶する手段と、 記憶さ れた複数の位置から参照点を算出し記憶する手段と、 参照点の 1 つからのロボッ ト先端の位置または位置姿勢の相対位置を算 0 出し記憶する手段と、 記憶された参照点と相対位置を指定され てこれらをもとにロボッ トの動作目標位置を算出しロボッ トに 動作させる手段と、 現在の参照点と次の参照点を指定されて、 現在の参照点とロボッ ト先端の相対位置を保ちながら、 現在の 参照点と次の参照点の間を補間して参照点を移動するよ うに口 5 ボッ トを動作させる手段とを有することを特徴とするロボッ ト • の制御装置。
(4) 記憶された複数の位置から参照点を算出し記憶する手段に おいて、 3つの位置から参照点を算出し、 前記 3つの位置のう ち、 第 1 の位置は参照点の位置を代表し、 他の位置は参照点の
5 姿勢を代表することを特徵とする特許請求の範囲第 3項記載の ロ ボッ ト の制御装置。
(5) 記憶された複数の位置から参照点を算出し記憶する手段に おいて、 2つの位置から参照点を算出し、 前記 2つの位置のう ち、 第 1 の位置は参照点の位置を代表し、 他の位置は参照点の 10 姿勢を代表することを特徴とする特許請求の範囲第 3項記載の ロボッ ト の制御装置。
(6) ロ ボッ トは複数台であ ]?、 記憶された参照点と各ロボッ ト の相対位置が指定されて各ロボッ トの動作目標位置として各口 ボッ トに動作させる手段と、 現在の参照点と次の参照点を指定
1 5 されて、 現在の参照点と各ロ ボッ ト先端の相対位置を保ちなが ら、 現在の参照点と次の参照点の間を補間して参照点を移動す るように各ロボッ トを動作させる手段とを有することを特徵と する特許請求の範囲第 3項記載のロボッ トの制御装置。
(7) ロボッ トをマ二ユア レ動作させる手段と、 ロ ボ ッ ト先端の 20 現在位置または現在位置姿勢を検出し記憶する手段と、 記憶さ - れた位置または位置姿勢を参照点とし、 参照点の 1 つからの口 ボッ ト先端の現在位置または現在位置姿勢の相対位置を算出し 記憶する手段と、 記憶された参照点と相対位置を指定されてこ れらをもとにロ ボッ ト の動作目標位置を算出しロボッ トに動作
25 させる手段と、 現在の参照点と次の参照点を指定されて、 現在 の参照点とロボッ ト先端の相対位置を保ちながら、 現在の参照 点と次の参照点の間を補間して参照点を移動するよ うにロボッ トを動作させる手段とを有することを特徵とするロ ボッ トの制 御装置。
(8) ロ ボ ッ トは複数台であ 、 記憶された参照点と各ロボ ッ ト の相対位置が指定されて各ロ ボッ トの動作目標位置と して各口 ボッ トに動作させる手段と、 現在の参照点と次の参照点を指定 されて、 現在の参照点と各ロ ボッ ト先端の相対位置を保ちなが ら、 現在の参照点と次の参.照点の間を補間して参照点を移動す るよ うに各ロボッ トを動作させる手段とを有することを特徴と する特許請求の範囲第 7項記載のロ ボ ッ ト の制御装置。
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