WO1991003779A1

WO1991003779A1 - Robot control method

Info

Publication number: WO1991003779A1
Application number: PCT/JP1990/001082
Authority: WO
Inventors: Yoshikatsu Minami; Masato Tanaka
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1991-03-21
Also published as: DE69032398T2; US5222199A; DE69032398D1; EP0440816A4; EP0440816B1; JP2979552B2; EP0440816A1; JPH0385608A

Description

明細書

ロボットの制御方法

〔技術分野〕

本発明は、 6軸闋節形ロボットのティ一チング操作時の動作制御方法に関する。

〔背景技術〕

従来のティ一チング動作例を第 1図に示す。同図に示されるように、 6軸関節形口ボットのティ一チング操作において、ロボット先端のツール（図示せず）が把持するワーク 4の姿勢を第 1図 )の状態から教示作業用ツール 3の任意の作業点 Aに対して第 1図 (c)に示すような所望の相対姿勢に変化させる場合、次のいずれかの方法により動作制御を行っていた。

(1) ロボットの各軸を単独に動作させて所望のワーク姿勢をとる。

(2) ロボット本体の有する基準座標軸画りの回転動作と基準座標軸方向の平行移動により所望のワーク姿勢をとる（第 1図 (b) , (c)参照）

(3) ロボット本体の有するツール座標軸回りの回転動作とツール座標軸方向の平行移動により所望のワーク姿勢をとる（第 1図 ( ), (c) 参照）。

前記の (2)，（3)の回転動作はロボットの制御点 Rを回転中心として動作制御を行う。

なお、（2)の方法における基準座標軸とは、ロボットの座標系を定義する基準座標（第 3図の X _R， Y _R， Z _R) を言い、 )の方法におけるツール座標軸とは σポットの手首部に装着されたツールの有する座標を言う。

ところが、この方法では、ロボットの各軸を単独に動作させたりロボットの制御点 Rを回転中心として、ある座標軸回りに回転動作させてロボットの把持するワーク 4を任意の作業点 Αに対して所望の相対姿勢となるよう動作させた場合、第 1図に示すように、ヮーク 4上の P点の位置を変化させずにワーク 4の姿勢だけを変化させることができずに、回転動作と平行移動を繰り返し操作する必要があるため、ティ一チング作業時間が長くかかるという問題があった。

〔発明の開示〕

本発明は、ロボットの把持するワーク 4と任意の作業点 Aとの相対姿勢を、第 2図に示すように P点の位置を変化させることなく動作させることを目的とする。

この目的を達成するため、本発明のロボッ卜の制御方法は、任意の作業点 Aをロボットの基準座標上で定義し、ロボットが把持するワーク 4を前記作業点 Aに対してティ一チング動作する際に、前記任意の作業点 Aを一時的にロボット制御点から見たェンドエフユクタとして制御し、ワーク 4を作業点回りに回転動作させることより、ワーク 4の姿勢を前記作業点 Aに対して所望の相対姿勢に変化させることを特徵とする。

本発明によれば、 πボットの把持するワークの姿勢を任意の作業点に対して所望の相対姿勢となるように短時間で変更することができ、ティーチング時間の短縮に大きな効果がある。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は従来のティーチング動作例を示す説明図、第 2図は本発明での動作例を示す説明図、第 3図及び第 4図は任意の作業点の座標定義を示す図、第 5図はロボット制御点と任意の作業点の闋係を示すぺクトル図、第 6図は制御される 6軸闋節ロボットの外観図、第 7図はロボッ卜の固定座標の X。一 Y _D 平面への投影図、第 8図はロボットの M。 — Z。平面への投影図、第 9図は本発明のロボットの制御方法を実施するためのロボット制御装置の構成例を示すブロック図、第 10図はその処理手順を示すフローチヤ一トである。〔発明を実施するための最良の形態〕以下、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。

まず、第 3図に示すように、ツール寸法が正しく測定されたツール 2をロボット 1の手首部に装着して教示作業用ツール 3の任意の作業点 Aの座標を教示する。次に、第 4図に示すように、 B点及び C点にツール 2を移動し教示する。ただし、 A点〜 C点の関係は次の通りである。

A点 · · ·作業点（座標の原点）

3点♦ · ♦ Xu 軸方向

C点 · · · Yu 軸方向

ΑΒ, A Cの外積を Z u 軸方向とする。

第 5図に示すように、 A， B， C点の座標值より口ポットの基準座標 Zから見た任意の作業点 Aでの座標系を S (4 X 4マトリクス）で定義すると、

S = Z · S

Γ1 a xs P KS

n y_S 0 ys a ys P ys

cf、、 S =

n zs a ₂s P zs

0 0 0 1

1 0 0 0

0 1 0 0

Z =

0 0 1 0

0 0 0 1 となる。

但し、 A (P P y s P zs) — >·

X ϋ (η Τ1 y s n , ")

y υ = (Ο 0 _ys 0: ")

ζ υ = ( a a：

x u , y u , z u は単位ぺクトレ

次に、ティ一チング操作する際に、任意の作業点 Aを一時的に口ボット 1が把持したワーク 4上の制御点 Rから見たェンドエフエクタとして演算する（第 5図）。

S = Z * T · E

E = T- ¹♦ S

ここで Tはロボットの制御点 Rを表すマト ijクス、 Eはロボットの制御点 Rから作業点 Aまでのェンドエフユクタを表すマトリクスで £&る。

ここで作業点 Aに定義された座標系の Z u 軸回りの回転動作を例にとって説明する。回転角度を 0とすると、回転移動マトリクス Μ は、

M = Rot(Z u, <9 ) ot(Yu, 0 )Rot(Xu, 0 )

となり、任意の作業点 Aの座標系 Sは見掛け上.

S '

S^y = S - M

と表されるため、ロボットは、

· E = S,

T,= S 'E"¹ で表される T' の 6軸のリンク角を算出すればよい。

この箅出方法としては、例えば特開昭 62— 193786号公報に記載された方法を用いることができる。

この方法について説明する。

第 6図は制御される 6軸関節ロボットの外観図、第 7図はロボットの固定座標（Χ。， Υ。， Ζ。〉の X。一 Υ。平面への投影図、第 8図はロボットの Μ。一 Z _D 平面への投影図である。

ステ 2プ 1 ：まずロボットの位置データ P x， P _Y， P _z が与えられる。

ステップ 2 ：ロボットの手首 15, 16， 17は動作しないものとして、基本 3軸（胴 12，下腕 13，上腕 14) のリンク角

Θ ₂, 0₃ の溃算を行う。

この渲算は次の手順で行う。第 7図に示すように、固定座標軸の Xo — Y。平面にロボットを投影させて P_x, P ， P_y， P を求める。すると、リンク角，は

により求まる。次に、制御点 Pまでのべクトルを M。として M。一 Z 0 平面を想定する。そして、第 8図に示すように M。一 Ζ。平面にロボットを投影させて、 P ， Ρ= Μ', M'を求める。

そうすると、リンク角 ₂，リンク角 <93 は、

2 = tan-¹(P^,XM')

Θ ₃=tan-' (P _Ζ'ΖΜΊ

により求まる。

以上で、リンク角 ^ ^ ₂， ₃ が求まつた。ただし、これらの角度！， ₂， ₃ は、手首を固定したものとしての解であり、あくまでも仮の解である。

ステップ 3 ：次に姿勢データ n _x， n _y, n _z, 0 _x,◦ 0₂, a _x， a _y, a _ζ を入力し、これら姿勢データと先に求めたリンク角 <9 ₂, ₃ (仮の解）により手首部のリンク角

5, _s を演算する。これは従来の姿勢制御方法の手首部を求める演算方法を用いる。この場合、 .位置データは考慮しない。ここで、 1番目から 6蕃目のリンクの座標に関し、 n番目のリンクの座標を n— 1番目のリンクの座標に関連づける 4つの同時変換の積として 6関節の姿勢操作を表現する行列 A_n を導入すると、手首先端の座標 T₆ は次のように表される。

T₆=A , A₂ A₃ A₄ A ₅ Α₆

0 これを変形して、 A 3— ¹ Α ¹ Α ¹ Τ 8 = A ₄Α ₅Α ₆

(1) ただし、 S，L， U， R，B，T はそれぞれ Z _lt Z 2, Z ₆軸、

5 S = s in ^ i, S_Lu= sin Θ ₂+ & s) , Su = sin^ ₃

cos θ ₃

SR=sin Θ , SB =siri s, ST = sin Θ _s CR=cos^ 4, CB =cos Θ 5, CT=cos θ ₆ a 2= L軸アーム長

d 2 = S軸回転中心と R軸回転中心の距離

d ₄ = U軸アーム長

d ₅=R軸回転中心と T軸回転中心の距離

(1)式より、

-CR-SB- a KCS-S_Lu+a_ySS-S_LU-a_zCL_U — (2) -SR-SB = -a_KSS+a_yCS … )

(2)，（3)式より、

0

また、 n -、 λ Τ G= A ₅Α

〜(4)

(4)式より、

-SB=a_x(CS*S_Lu*CR-SS-SR)+a_y (SS-S_Lu-CR+CS-SR)-a,C_Lu*CR -(5) CB = axCS*CLu+a_ySS*C_Lu+SLua_s ··· (6) (5)，（6)式より

(4)式より、

ST=n_K(CS*S_LlJ*SR- SS-CR)+n_y(SS*S_LtI'SR- CS*CR)- n_zC_LU'SR (7) CT=Ox(CS-SLu-SR-SS-CR)+O_y(SS-S_Lu-SR-CS-CR)-O_zCLu-SR (8)

K=CS-S_LU-SR-SS-CR.

とおくと、

n_K +n_yL-n_zM

Θ = tan )

0_XK+O_YL-0_AM

ステップ 6 ：さらにリンク角 _s, ₆ と位置データ P _x, P γ， P _z

により位置を補正し、基本 3軸のリンク角 ^ , 〜を再演算する。演算方法は前述と同様である。

ステップ 7 演算終了後は各リンク角（？，〜 Θ s が出力される。これは T_B で措定され ^位置テ'ータ、姿勢丁'ータを近似的に満足するものである。

なお、ロボットの機構的要因によって決定される精度およびロボットの動作で要求される精度に応じて、上述した演算処理（ステツプ 1〜ステップ 6 ) を繰り返し行うことにより所望の精度を実現でさ。

このようにして算出されたリンク角により各軸に射して動作指令を出力することにより、ロボットの把持するワーク 4の姿勢を第 2 図に示すように動作させることが可能となる。 X_u 軸、 Yii 軸回りの回転動作も同様である。

以上の制御方法を実施するためのロボット制御装置の構成を示すプロック図が第 9図である。

第 9図に示すようにロポット制御装置は記憶部 10と C P U処理部 20により構成されている。その動作を、第 10図のフローチャートに従って説明する。まず、ステップ 100 に示すように任意の作業点 A の座標をロボッ卜で教示する。次に、ステップ 110 に示すように、教示点より作業点の座標 Sを演算し、記憶部 10の記憶ェリァに格納する。次のステップ 120 においては、ティーチボックスの信号により C P Uへ動作命令が出されると、ロボットの制御点 Rから作業点 Aまでのェンドエフエクタ Eを算出する。ステップ 130 では、作業点 Aの回転座標 S ' と元のェンドエフエクタ Eよりボットの制御点座標 T ' を算出する。ステップ 140 では、ロボットの制御点座標 T ' より各軸のリンク角を算出し、動作指令を出力する。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、産業用ロボットの作業形態の一つであるワーク持ち作業において、ティ一チング作業性の改善に極めて有効に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 任意の作業点をロボッ卜の基準座標上で定義し、ボットが把持するワークを前記作業点に対してティ一チング動作する際に、前記任意の作業点を一時的にロボット制御点から見たェンドエフユクタとして制御し、ワークを作業点回りに回転動作させることより.、ワークの姿勢を前記作業点に対して所望の相対姿勢に変化させることを特徴とするロボッ卜の制御方法。