WO2022009921A1 - 軌道生成装置および自動位置制御装置 - Google Patents

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学 平川
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ファナック株式会社
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • G05B19/4103—Digital interpolation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B2219/45104—Lasrobot, welding robot
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to an orbit generating device and an automatic position control device.
  • NC numerical control
  • Patent Document 1 a method of generating a tool trajectory by interpolating between discrete points given as tool passage points.
  • an interpolated curve connecting a plurality of adjacent points is calculated, and an orbit is generated by connecting the interpolated curves to each other.
  • the interpolated curves need to be smoothly connected at the passing point.
  • Patent Document 1 in the calculation of the interpolation curve S m (t) of the section between the points P m and P m + 1 , the points P m-1 and P of the adjacent sections are connected in order to connect the interpolation curves of the adjacent sections. I also use m + 2. Specifically, in Patent Document 1, a quadratic curve S m (t) passing through three points P m-1 , P m , P m + 1 and three points P m 1 , P m + 1, P m + 2 are passed. The quadratic curve S m + 1 (t) is derived, and the interpolation curve S m (t) is calculated based on the linear derivative coefficient and the quadratic derivative coefficient of the quadratic curve at the points P m and P m + 1.
  • Patent Document 1 in the partial section between the points P m and P m + 1 , in order to connect S m (t) and S m + 1 (t) as smoothly as possible, the section is in accordance with the progress of t.
  • the control of the control target in is gradually changed from S m (t) to S m + 1 (t).
  • the orbit at this time depends on S m (t) and S m + 1 (t), and when both are different types of functions, the orbit of the subsection is difficult for the user to predict. Therefore, it is desirable to make it easy for the user to predict the trajectory of the section while smoothly connecting S m (t) and S m + 1 (t).
  • One aspect of the present disclosure is an orbit generating device that generates an orbit through which a controlled object passes, comprising a storage unit for storing a plurality of points through which the controlled object passes, a processor, and the processor.
  • a reception process for receiving user-designated locus information in a partial section between two points out of a plurality of points, and receiving the designated locus information means that the two points out of the plurality of points A first locus that passes through at least one front passage point and the two points that the control object passes before, and at least one that the control object passes after the two points among the plurality of points.
  • the orbit generation process for generating the orbit in the subsection is executed by using the second locus passing through the rear passing point and the two points and the designated locus information.
  • the automatic position control device 2 controls the position of the controlled object.
  • an example of the controlled object 4a is the position of the tip 5a of the articulated robot arm 5 of the robot 4 for industrial use, or the hand or tool attached to the tip 5a of the robot arm 5. It is a predetermined position 6a of the end effector 6.
  • Another example of the controlled object 4a is a tool of a numerical control (NC) machine tool. Therefore, the automatic position control device 2 may be a robot control device that controls a robot or a numerical control device that controls an NC machine tool.
  • the automatic position control device 2 has n discrete points P 1 , P 2 , ..., P i-1 , P i , P i + 1 , P i + 2 , ... It is provided with an orbit generating device 1 for generating an orbit passing through the above, a control unit 3 for moving a controlled object 4a along the orbit generated by the orbit generating device 1, and an input device 10.
  • the input device 10 is a keyboard, a mouse, a display device with a touch screen function, a portable input device for setting an operation program, and the like.
  • the control unit 3 is a robot control unit that controls the operation of the robot arm 5, and the automatic position control device 2 is a robot control device.
  • the control unit 3 has a processor, a storage device in which an operation program is stored, and the like.
  • the automatic position control device 2 may be a computer that generates a robot operation program offline.
  • the orbit generation device 1 has a processor 1a such as a central processing unit and a storage unit 1b having a RAM, a ROM, a non-volatile storage, a hard disk, and the like. The n discrete points are input using the input device 10, or are received by the orbit generation device 1 from another computer and stored in the storage unit 1b.
  • the point Pi is, for example, a teaching point set by an operator.
  • the position of the point P i is represented by two-dimensional coordinates (x i, y i)
  • the control target 4a which moves in the three-dimensional space, of the point P i The position is represented by three-dimensional coordinates (x i , y i , z i ).
  • the trajectory generation program 1c and the trajectory derivation program 1d are stored in the storage unit 1b. The calculation described later by the orbit generation device 1 is realized by the processor 1a executing the process according to the orbit generation program 1c.
  • the orbit generator 1 calculates a curve S i that passes through two adjacent points P i and P i + 1 in a point sequence and interpolates between the two points P i and P i + 1 , and the curve S i. Calculate the partial orbit between the two points Pi and Pi + 1 represented by.
  • the point P i is the i-th point in the point sequence.
  • the trajectory generating device 1, i-1 th from (i + 2) th four points P i-1, P i, by calculating the curve Si based on the P i + 1, P i + 2, four points P i- 1.
  • the orbit generation device 1 obtains n-1 partial orbits by calculating a partial orbit for each section of two adjacent points Pi and Pi + 1. Next, the orbit generation device 1 generates an orbit that passes through all n points P 1 , P 2 , ..., P n by connecting n-1 partial orbits to each other.
  • the orbit generation device 1 calculates a curve Si (however, 1 ⁇ i ⁇ n-2) that satisfies the following two conditions. That is, at the point P i + 1, part track (first curve) values of the first floor of the derivative of S i (u i) and the partial track (second curve) S i + 1 (u i + 1) is equal to each other. Further, at the point P i + 1, the value of the second derivative of the partial orbit S i (u i) and the partial orbit S i + 1 (u i + 1) is equal to each other.
  • u i is a variable that represents the progress of interpolation between the point Pi and the point Pi + 1 as a value from 0 to 1.
  • u i + 1 u i -1
  • FIG. 3 illustrates the control of the control target 4a in the X-axis direction as an example.
  • 3 shows, the variable u i point sequence on the u-x plane and is represented by the x-axis representing the u-axis and x i representing the P i-1, P i, P i + 1, P i + 2, ... is It is shown.
  • the function F i (u i) as an example, a circular arc, which is a function of ⁇ arc, a quadratic curve such as a parabola.
  • Function F i (u i) is a function of the other quadratic curve, or may be a function of the primary linear or cubic or more curves.
  • FIG. 4 illustrates another example of control of the axially controlled object 4a.
  • the function that defines the trajectory of the section from the point P i-1 to the point P i + 1 (first track) F0 i (u i) is a linear function to draw a straight line, the point from the point P i P
  • the function that defines the locus of the section up to i + 2 (second locus) F0 i + 1 (ui + 1 ) is a function that draws a quadratic curve such as an arc, an elliptical arc, or a parabola, or a cubic curve.
  • the quadratic function function F i (u i) draws a substantially straight, or may be a cubic function.
  • the processor 1a automatically calculates the first locus and the second locus passing through each target point cloud based on a known program.
  • the X (u i + 1) and X (u i) in equation (3) in equation (4) is a function that matches with each other in a section between points P i and the point P i + 1, linear in the case of FIG. 5 Is a function that draws.
  • the first segment locus F i (u i) and (4) of the second segment locus F i + 1 (u i + 1) partial trajectory is generated by applying the equation (1)
  • S i of Equation (3) (u i) is a linear track along the X (u i).
  • the function f i (u i) is based on the processor 1a is locus deriving program 1d, for example derived using the first trajectory F0 i (u i) and X (u i).
  • locus deriving program 1d for example derived using the first trajectory F0 i (u i) and X (u i).
  • u i-1 u i +1
  • u i-2 u i +2, and so on.
  • X (u i) and X (u i + 1) is set based on the user input to the input device 10 of the automatic position control device 2.
  • the user inputs the designated locus information using the input device 10.
  • the designated trajectory information includes at least a section for designating the trajectory and the type of trajectory in the section. Examples of locus types are linear loci, arc loci, elliptical loci, and the like.
  • the type of the locus may be a spiral curve locus, a quadratic function curve locus, a cubic function curve locus, or the like. In the case of FIG. 5, the point cloud shown in FIG.
  • the user can use the input device 10 to input the point P i + 1 , between the point P i and the point P i + 1 in the point cloud.
  • the section designation information for designating between the point Pi and the point Pi + 1 is input.
  • a plurality of types of loci such as a linear locus, an arc locus, and an elliptical arc locus are displayed on the screen, and the user selects one of them by the input device 10, so that information on the locus type is input.
  • the user may input to the input device 10 to select the first locus or the second locus as the locus between the point Pi and the point Pi + 1. May select the first trajectory X (u i) and X (u i + 1) is a straight line.
  • the X (u i) and X (u i + 1) may be a function that perfectly coincide with each other in the section between the point P i and the point P i + 1.
  • X (u i + 1) are different functions with f i + 1 (u i + 1).
  • X (u i + 1) is a function that the locus of the same type and X (u i), X ( u i + 1) when X (u i) is a function to draw a straight line is also a function to draw a straight line, X when X (u i) is a function to draw an arc (u i + 1) is also a function to draw an arc.
  • Eq. (1) is used to form Fi (u i ).
  • the function F0 i + 1 defining the function F0 i (u i) and a second locus defining a first trajectory (u i + 1) may be a function of both an arc.
  • the designated trajectory information is input to the trajectory generation device 1 by designating a section for designating the trajectory by the input device 10 and selecting, for example, the first trajectory as the trajectory of the section.
  • the first locus is selected as the orbit between the point Pi and the point Pi + 1 , it is also possible to input the arc locus and the radius, center, etc. of the arc by the input device 10. Is.
  • fi + 1 (ui + 1 ) of the second section locus may be set as a function indicating the locus between the point Pi + 1 and the point Pi + 3.
  • it is set as a function of X in the first section trajectory (u i) and X in the second section trajectory (u i + 1) indicates the trajectory between points P i and the point P i + 1.
  • it is set as a function f i of the first section trajectory (u i) indicates the trajectory between points P i-1 and the point P i.
  • the function F0 i + 1 (ui + 1 ) that defines the second locus corresponds to the interval from the point Pi + 1 to the point Pi + 3. Even in this case, the same action and effect as described above are obtained.
  • the input device 10 indicates between the point Pi and the point Pi + 1 in FIG.
  • the section between the point Pi + 1 and the point Pi + 3 in FIG. 5 can be designated as the orbit designation section.
  • the point P i + 3 of the previous point P i + 4 is also required.
  • a locus is generated in the partial section between the point Pi and the point Pi + 1.
  • the trajectory of the partial section deviates from the linear trajectory unlike the user's intention as shown in FIG. ..
  • the controlled object 4a is a tool such as a welding tool, it is extremely important to match the machining trajectory to the one intended by the user in order to secure the strength, durability and the like of the product.
  • the position of the passing point (teaching point) of the controlled object 4a is set according to the shape of the working object, and the passing points may be arranged in a substantially straight line or in an arc.
  • the orbit generator 1 will generate an orbit that is a quadratic curve, a cubic curve, or the like that is not a straight line or an arc so that the orbit passes through all the points in calculation, and therefore the passing point. In many cases, the trajectory between them deviates from the user's prediction.
  • the type of the locus in the partial section can be input to the input device 10 as the designated locus information. For example, as in the examples shown in FIGS. 5 and 6, the type of locus such as a linear locus or an arc locus is input. This configuration realizes the orbit generation of the controlled object 4a according to the user's intention while surely passing the points Pi and Pi + 1.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the user inputs the designated locus information to the input device 10 for all the partial sections.
  • a user of important part section inputs the designation locus information, for other subintervals, the processor 1a, the first trajectory F0 i (u i) and the second trajectory F0 i + 1 and (u i + 1) Is applied to, for example, Eq. (1) to generate a partial orbit.
  • the orbit generator 1 does not necessarily have to pass through all of the n points P 1 , P 2 , ..., P n stored in advance in the storage unit 1b, and is in the vicinity of the stored points P j. to 'create the desired point P j in place of the point P j' P j new point may perform generation of the track so as to pass through.
  • n points P 1 , P 2 , ..., P n are teaching points
  • the teaching point P j is changed to a nearby point P j ', and the point P j'is stored as the changed teaching point. It may be stored in the part 1b.
  • a trajectory generator 2 an automatic position control unit 3 the control unit 4a controlled object S i (u i) partial track F0 i (u i) function F0 i + 1 defining a first trajectory (u i + 1) second trajectory function

Abstract

軌道生成装置（１）は、制御対象４ａが通過する軌道を生成するものであって、前記制御対象（４ａ）が通過する複数の点を記憶する記憶部（１ｂ）と、プロセッサ（１ａ）と、を備え、前記プロセッサ（１ａ）が、前記複数の点のうち２つの点の間の部分区間におけるユーザ指定の軌跡の情報である指定軌跡情報を受付ける受付処理と、前記指定軌跡情報を受付けると、前記複数の点のうち前記２つの点の前に前記制御対象が通過する少なくとも１つの前側通過点と前記２つの点とを通過する第１の軌跡と、前記複数の点のうち前記２つの点の後に前記制御対象が通過する少なくとも１つの後側通過点と前記２つの点とを通過する第２の軌跡と、前記指定軌跡情報とを用いて、前記部分区間における前記軌道を生成する軌道生成処理と、を実行する。

Description

軌道生成装置および自動位置制御装置
　本発明は、軌道生成装置および自動位置制御装置に関するものである。
　従来、数値制御（ＮＣ）工作機械または産業用ロボット等の分野において、ツールの通過点として与えられた離散的な点の間を補間することによって、ツールの軌道を生成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　一般に、隣接する複数点を接続する補間曲線が算出され、補間曲線同士を接続することによって軌道が生成される。ツールが減速することなく通過点を通過するためには、補間曲線同士が通過点で滑らかに接続される必要がある。
　特許文献１では、点Ｐｍ，Ｐｍ＋１間の区間の補間曲線Ｓｍ（ｔ）の算出において、隣接する区間の補間曲線同士の接続のために、隣接する区間の点Ｐｍ－１，Ｐｍ＋２も使用している。具体的には、特許文献１では、３つの点Ｐｍ－１，Ｐｍ，Ｐｍ＋１を通過する２次曲線Ｓｍ（ｔ）と、３つの点Ｐｍ，Ｐｍ＋１，Ｐｍ＋２を通過する２次曲線Ｓｍ＋１（ｔ）とを導出し、点Ｐｍ，Ｐｍ＋１での２次曲線の１次微分係数および２次微分係数に基づいて補間曲線Ｓｍ（ｔ）を算出している。
特公平０６－０５８６０３号公報
　特許文献１では、点ＰｍとＰｍ＋１との間の部分区間において、Ｓｍ（ｔ）とＳｍ＋１（ｔ）とを可能な限り滑らかに接続するために、ｔの進捗に応じて当該区間における制御対象の制御をＳｍ（ｔ）からＳｍ＋１（ｔ）に徐々に遷移させる。この時の軌道はＳｍ（ｔ）およびＳｍ＋１（ｔ）に依存しており、両者が異なる種類の関数である場合等に当該部分区間の軌道はユーザにとって予測し難いものとなる。このため、Ｓｍ（ｔ）とＳｍ＋１（ｔ）とを滑らかに接続しながら、当該区間の軌道をユーザにとって予測し易くすることが望ましい。
　本開示の一態様は、制御対象が通過する軌道を生成する軌道生成装置であって、前記制御対象が通過する複数の点を記憶する記憶部と、プロセッサと、を備え、前記プロセッサが、前記複数の点のうち２つの点の間の部分区間におけるユーザ指定の軌跡の情報である指定軌跡情報を受付ける受付処理と、前記指定軌跡情報を受付けると、前記複数の点のうち前記２つの点の前に前記制御対象が通過する少なくとも１つの前側通過点と前記２つの点とを通過する第１の軌跡と、前記複数の点のうち前記２つの点の後に前記制御対象が通過する少なくとも１つの後側通過点と前記２つの点とを通過する第２の軌跡と、前記指定軌跡情報とを用いて、前記部分区間における前記軌道を生成する軌道生成処理と、を実行する。
一実施形態に係る自動位置制御装置および軌道生成装置のブロック図である。 本実施形態によって制御される制御対象の概略図である。 本実施形態の軌道生成方法を説明する図である。 本実施形態の軌道生成方法を説明する図である。 本実施形態の軌道生成方法を説明する図である。 本実施形態の軌道生成方法を説明する図である。
　以下に、一実施形態に係る軌道生成装置、自動位置制御装置および軌道生成方法について図面を参照して説明する。
　自動位置制御装置２は、制御対象の位置を制御するものである。図２に示されるように、制御対象４ａの一例は、産業用等のロボット４の多関節ロボットアーム５の先端５ａの位置、または、ロボットアーム５の先端５ａに取付けられたハンドまたはツール等のエンドエフェクタ６の所定位置６ａである。制御対象４ａの他の例は、数値制御（ＮＣ）工作機械のツールである。したがって、自動位置制御装置２は、ロボットを制御するロボット制御装置またはＮＣ工作機械を制御する数値制御装置であり得る。
　自動位置制御装置２は、図１に示されるように、点列として与えられる離散的なｎ個の点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｉ-１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２，…を通過する軌道を生成する軌道生成装置１と、軌道生成装置１によって生成された軌道に沿って制御対象４ａを移動させる制御部３と、入力装置１０と、を備える。入力装置１０は、キーボード、マウス、タッチスクリーン機能付きの表示装置、動作プログラム設定用のポータブル入力装置等である。制御対象４ａがロボットアーム５の先端５ａまたはエンドエフェクタ６の所定位置６ａである場合、制御部３はロボットアーム５の動作を制御するロボット制御部であり、自動位置制御装置２はロボット制御装置である。この場合、制御部３は、プロセッサ、動作プログラムが格納された記憶装置等を有する。なお、自動位置制御装置２はオフラインでロボットの動作プログラムを生成するコンピュータであってもよい。
　軌道生成装置１は、中央演算処理装置のようなプロセッサ１ａと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性ストレージ、ハードディスク等を有する記憶部１ｂとを有する。前記の離散的なｎ個の点は、入力装置１０を用いて入力され、又は軌道生成装置１が他のコンピュータから受信し、記憶部１ｂに格納される。
　点Ｐｉは、例えば作業者によって設定された教示点である。２次元平面内で移動する制御対象４ａの場合、点Ｐｉの位置は２次元座標（ｘｉ，ｙｉ）で表され、３次元空間内で移動する制御対象４ａの場合、点Ｐｉの位置は３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）で表される。
　また、記憶部１ｂには、軌道生成プログラム１ｃおよび軌跡導出プログラム１ｄが格納されている。軌道生成装置１による後述の計算は、プロセッサ１ａが軌道生成プログラム１ｃに従って処理を実行することによって実現される。
　次に、軌道生成装置１により行われる基本的な軌道生成方法の例について説明する。
　図３に示されるように、軌道生成装置１は、点列において隣接する２点Ｐｉ，Ｐｉ＋１を通過し２点Ｐｉ，Ｐｉ＋１間を補間する曲線Ｓｉを算出し、曲線Ｓｉによって表される２点Ｐｉ，Ｐｉ＋１間の部分軌道を算出する。点Ｐｉは点列におけるｉ番目の点である。ここで、軌道生成装置１は、ｉ－１番目からｉ＋２番目の４つの点Ｐｉ－１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２に基づいて曲線Ｓｉを算出することによって、４つの点Ｐｉ－１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２又はこれらを含む複数の点によって定義される点Ｐｉ，Ｐｉ＋１間の部分軌道を算出する。軌道生成装置１は、隣接する２点Ｐｉ，Ｐｉ＋１の区間毎に部分軌道を算出することによって、ｎ－１個の部分軌道を得る。
　次に、軌道生成装置１は、ｎ－１個の部分軌道を相互に接続することによって、ｎ個の点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎを全て通過する軌道を生成する。
　ここで、軌道生成装置１は、下記２つの条件を満たす曲線Ｓｉ（ただし、１≦ｉ≦ｎ－２）を算出する。すなわち、点Ｐｉ＋１において、部分軌道（第１の曲線）Ｓｉ（ｕｉ）および部分軌道（第２の曲線）Ｓｉ＋１（ｕｉ＋１）の１階の導関数の値が相互に一致する。また、点Ｐｉ＋１において、部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）および部分軌道Ｓｉ＋１（ｕｉ＋１）の２階の導関数の値が相互に一致する。
　部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）の１階および２階の導関数の値は、部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）に沿って移動する制御対象４ａの速度および加速度をそれぞれ表す。したがって、軌道生成装置１によって生成された軌道に沿って移動する制御対象４ａの位置、速度、および加速度は、部分軌道の接続点である点Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ－１の全てにおいて連続する。
　次に、部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）の具体的な算出方法について説明する。
　図３に示されるように、ｉ＝２，３，…，ｎ－１について、連続する３点Ｐｉ－１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１を通過する曲線の関数Ｆｉ（ｕｉ）を算出し、例えばｉ＝１について、２点Ｐ１，Ｐ２を通る関数Ｆ１（ｕ１）を算出する。ｕｉは、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の補間の進捗を０から１の値で表す変数である。ただし、ｕｉ＋１＝ｕｉ－１であり、ｕｉ＋２＝ｕｉ－２であり、その余も同様である。すなわち、図３において、点Ｐｉにおいてｕｉ＝０であり、点Ｐｉ－１においてｕｉ＝－１であり、点Ｐｉ＋１においてｕｉ＝１であり、点Ｐｉ＋１において式Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）の変数ｕｉ＋１は０である。関数Ｆｉ（ｕｉ）は、ｕｉ＝－１において点Ｐｉ－１を通過し、ｕｉ＝０において点Ｐｉを通過し、ｕｉ＝１において点Ｐｉ＋１を通過する。同様に、関数Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）は、ｕｉ＝０において点Ｐｉを通過し、ｕｉ＝１において点Ｐｉ＋１を通過し、ｕｉ＝２において点Ｐｉ＋２を通過する。
　図３は、一例としてＸ軸方向の制御対象４ａの制御を説明している。図３には、変数ｕｉを表わすｕ軸とｘｉを表わすｘ軸とを用いて表現されるｕ－ｘ平面上の点列Ｐｉ-１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２，…が示されている。前記平面において、関数Ｆｉ（ｕｉ）は、一例として、円弧、惰円弧、放物線等の２次曲線の関数である。関数Ｆｉ（ｕｉ）は、他の２次曲線の関数、１次直線、または３次以上の曲線の関数であってもよい。
　このように、点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎをｘ次元、ｙ次元およびｚ次元に分解して考える場合、ｕ－ｘ平面上の点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎと同様に、ｕ－ｙ平面上の点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎについて関数Ｆｉ（ｕｉ）が算出され、ｕ－ｚ平面上の点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎについて関数Ｆｉ（ｕｉ）が算出される。
　次に、点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎにおける任意に設定した４点Ｐｉ-１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２について、下式（１）から、部分区間の部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）を算出する。なお、本実施形態では当該４点は連続した４点である。次又は前の部分区間についての部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）の算出は、その対応した点Ｐｉ-１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２を用いて行われる。
　Ｓｉ（ｕｉ）＝（１－Ｋ（ｕｉ））×Ｆｉ（ｕｉ）＋Ｋ（ｕｉ）×Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）…（１）
　Ｋ（ｕｉ）は、下記条件１を満たす関数である。
（条件１）ｕｉが０から１に変化するとき、Ｋ（ｕｉ）の値が０から１へ単調増加する。
　Ｋ（ｕｉ）はｕｉが０から１に変化するとき値が０から１へ単調増加する関数であればよいが、一例として、Ｋ（ｕｉ）は、下式（２）によって定義される関数である。この場合、点Ｐｉでの部分軌道Ｓｉ（ｕｉ），Ｓｉ－１（ｕｉ－１）の値は等しくなり、これらの１次導関数の値、２次導関数の値、および３次導関数の値は、互いに等しくなる。
　Ｋ（ｕｉ）＝ｕ３（１０－１５ｕ＋６ｕ２）　…（２）
　次に、図４および図５を用いて、本開示の軌道生成方法の例を説明する。図４は、軸方向の制御対象４ａの制御の他の例を説明している。図４では、点Ｐｉ－１から点Ｐｉ＋１までの区間の軌跡を定義する関数（第１の軌跡）Ｆ０ｉ（ｕｉ）は直線を描く１次関数であり、点Ｐｉから点Ｐｉ＋２までの区間の軌跡を定義する関数（第２の軌跡）Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）は円弧、楕円弧、放物線等の２次曲線、３次曲線等を描く関数である。なお、関数Ｆｉ（ｕｉ）がほぼ直線を描く２次関数、３次関数であってもよい。一例では、プロセッサ１ａが公知のプログラムに基づき、各々の対象点群を通過する前記第１の軌跡および前記第２の軌跡を自動で算出する。
　図４の場合に、前記式（１）を用いると、点Ｐｉ＋１における軌跡の接続が滑らかになるが、図４に示す部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）のように、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間において軌道が直線ではなくなる。このような状況をユーザが望まない場合があり、例えばユーザが点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の軌道を直線にしたい場合がある。
　本実施形態では、図５に示すように、プロセッサ１ａが軌跡導出プログラム１ｄに基づき第１区間軌跡Ｆｉ（ｕｉ）を下記式（３）のように導出し、第２区間軌跡Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）を下記式（４）のように導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　式（３）におけるＸ（ｕｉ）と式（４）におけるＸ（ｕｉ＋１）とは、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の区間で互いに一致する関数であり、図５の場合は直線を描く関数である。式（３）の第１区間軌跡Ｆｉ（ｕｉ）および式（４）の第２区間軌跡Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）を前記式（１）に適用して生成される部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）はＸ（ｕｉ）に沿った直線状の軌道となる。
　点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の区間においてＸ（ｕｉ）とＸ（ｕｉ＋１）とが一致しているので、式（１）以外を用いて第１区間軌跡Ｆｉ（ｕｉ）と第２区間軌跡Ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）とを繋げることもできる。
　ここで、式（３）におけるｆｉ（ｕｉ）は、点Ｐｉにおいて、つまりｕｉ＝０の時に、Ｘ（ｕｉ）に滑らかに繋がる関数である。当該関数ｆｉ（ｕｉ）はプロセッサ１ａが軌跡導出プログラム１ｄに基づき、例えば前記第１の軌跡Ｆ０ｉ（ｕｉ）およびＸ（ｕｉ）を用いて導出する。例えば、ｕｉが－１から０の区間において下記式（５）からｆｉ（ｕｉ）を算出する。ただし、ｕｉ－１＝ｕｉ＋１であり、ｕｉ－２＝ｕｉ＋２であり、その余も同様である。ｕｉが１から２の区間においても、同様にＸ（ｕｉ＋１）に滑らかに繋がる関数ｆｉ＋１（ｕｉ＋１）が算出される。
　ｆｉ（ｕｉ）＝（１－Ｋ（ｕｉ－１））×Ｆ０ｉ（ｕｉ）＋Ｋ（ｕｉ－１）×Ｘ（ｕｉ）…（５）
　Ｘ（ｕｉ）およびＸ（ｕｉ＋１）は、自動位置制御装置２の入力装置１０へのユーザの入力に基づき設定される。例えば、ユーザは、入力装置１０を用いて、指定軌跡情報を入力する。指定軌跡情報は、少なくとも軌道を指定する区間と当該区間の軌跡の種類とを含む。軌跡の種類の例は、直線軌跡、円弧軌跡、楕円弧軌跡等である。軌跡の種類を螺旋曲線軌跡、２次関数曲線軌跡、３次関数曲線軌跡等とする場合もある。図５の場合は、入力装置１０の画面に図５に示される点群が表示され、ユーザが点群の中の点Ｐｉ＋１、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間等を入力装置１０によって指示することによって、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間を指定する区間指定情報が入力される。
　また、前記画面に直線軌跡、円弧軌跡、楕円弧軌跡等の軌跡の種類が複数表示され、ユーザがその何れかを入力装置１０によって選択することによって、軌跡の種類の情報が入力される。なお、第１の軌跡又は第２の軌跡を点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の軌道として選択することをユーザが入力装置１０に入力してもよい。第１の軌跡を選択する場合もＸ（ｕｉ）およびＸ（ｕｉ＋１）が直線となる。
　なお、Ｘ（ｕｉ）とＸ（ｕｉ＋１）とが、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の区間で互いに完全に一致する関数でなくてもよい。この場合でも、Ｘ（ｕｉ＋１）はｆｉ＋１（ｕｉ＋１）とは異なる関数である。好ましくは、Ｘ（ｕｉ＋１）はＸ（ｕｉ）と同種の軌跡を描く関数であり、Ｘ（ｕｉ）が直線を描く関数である時にＸ（ｕｉ＋１）も直線を描く関数であり、Ｘ（ｕｉ）が円弧を描く関数である時にＸ（ｕｉ＋１）も円弧を描く関数である。
　Ｘ（ｕｉ）とＸ（ｕｉ＋１）とが、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の区間で互いに完全に一致する関数でない場合、式（１）を用いてＦｉ（ｕｉ）のＸ（ｕｉ）とＦｉ＋１（ｕｉ＋１）のＸ（ｕｉ＋１）とを部分区間で滑らかに繋げることができる。Ｘ（ｕｉ）とＸ（ｕｉ＋１）とが点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の区間で互いに完全に一致する場合でも、式（１）を用いてＦｉ（ｕｉ）とＦｉ＋１（ｕｉ＋１）とを部分区間で繋げることができる。
　また、図６に示すように、第１の軌跡を定義する関数Ｆ０ｉ（ｕｉ）および第２の軌跡を定義する関数Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）が共に円弧を描く関数であってもよい。この場合も、入力装置１０によって軌道を指定する区間を指示すると共に例えば第１の軌跡を当該区間の軌道として選択することによって、前記指定軌跡情報が軌道生成装置１に入力される。なお、第１の軌跡を点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の軌道として選択する代わりに、入力装置１０によって、円弧軌跡であることと、当該円弧の半径、中心等を入力することも可能である。
　なお、上記実施形態では、部分軌道Ｓｉ（ｕｉ）が連続した４点を用いて算出されているが、連続していない４点を用いて行われてもよい。例えば、図５において、第２区間軌跡のｆｉ＋１（ｕｉ＋１）が点Ｐｉ＋１と点Ｐｉ＋３との間の軌跡を示す関数として設定されてもよい。この場合、例えば、第１区間軌跡のＸ（ｕｉ）および第２区間軌跡のＸ（ｕｉ＋１）が点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の軌跡を示す関数として設定される。また、第１区間軌跡のｆｉ（ｕｉ）が点Ｐｉ－１と点Ｐｉとの間の軌跡を示す関数として設定される。また、第２の軌跡を定義する関数Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）は点Ｐｉ＋１から点Ｐｉ＋３までの区間に対応する。この場合でも前述と同様の作用効果を奏する。
　また、上記実施形態では、図５における点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間が入力装置１０によって指示されている。代わりに、図５における例えば点Ｐｉ＋１と点Ｐｉ＋３との間の区間を軌道指定区間として指示することも可能である。この場合、点Ｐｉ＋３の先の点Ｐｉ＋４も必要になる。
　上記実施形態では、例えば図５において、２つの点Ｐｉ，Ｐｉ＋１とその前に制御対象４ａが通過する前側通過点Ｐｉ－１とを通過する第１の軌跡Ｆ０ｉ（ｕｉ）と、２つの点Ｐｉ，Ｐｉ＋１とその後に制御対象４ａが通過する後側通過点Ｐｉ＋２とを通過する第２の軌跡Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）と、ユーザによって入力装置１０に入力される指定軌跡情報とを用いて、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の部分区間における軌道が生成される。
　例えば、図５において、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１との間の部分区間が指定軌跡情報無しに生成されると、図４のようにユーザの意図とは異なり部分区間の軌道が直線軌道から外れる。制御対象４ａが溶接ツール等のツールである場合、その加工軌道をユーザの意図したものに合わせることは、製品の強度、耐久性等を確保する上で極めて重要である。
　ロボットにおいて制御対象４ａの通過点（教示点）の位置は作業対象の形状に応じて設定され、通過点がほぼ直線に並ぶ場合や、ほぼ円弧上に並ぶ場合がある。これらの場合に、軌道生成装置１は、軌道が計算上全ての点を通過するように直線又は円弧ではない２次曲線、３次曲線等である軌道を生成することになり、このため通過点間の軌道がユーザの予測と乖離する場合が少なくない。これに対し、上記実施形態では、入力装置１０に指定軌跡情報として部分区間における軌跡の種類を入力可能である。例えば、図５、図６に示す例のように、直線軌跡、円弧軌跡等の軌跡の種類が入力される。当該構成は、点ＰｉおよびＰｉ＋１を確実に通過させながら、ユーザの意図に沿った制御対象４ａの軌道生成を実現する。
　なお、全ての部分区間についてユーザが入力装置１０に指定軌跡情報を入力する構成に限定される訳ではない。一例では、ユーザは重要な部分区間については指定軌跡情報を入力し、その他の部分区間について、プロセッサ１ａは、第１の軌跡Ｆ０ｉ（ｕｉ）と第２の軌跡Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）とを例えば式（１）に適用して部分軌道を生成する。
　なお、軌道生成装置１は、記憶部１ｂに予め記憶されているｎ個の点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎの全てを必ずしも通過する必要は無く、記憶されている点Ｐｊの近傍に新たな点Ｐｊ’を必要に応じて作成し、点Ｐｊに代えて点Ｐｊ’を通過するように前記軌道の生成を行ってもよい。
　例えば、ｎ個の点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎが教示点である場合、一部の教示点については制御対象４ａが厳密に通過する必要が無いことがある。このような場合、例えば制御対象４ａを滑らかな移動により最適な軌道を生成するために、教示点Ｐｊを近傍の点Ｐｊ’に変更し、点Ｐｊ’が変更後の教示点として記憶部１ｂに格納されてもよい。
　１　軌道生成装置
　２　自動位置制御装置
　３　制御部
　４ａ　制御対象
　Ｓｉ（ｕｉ）　部分軌道
　Ｆ０ｉ（ｕｉ）　第１の軌跡を定義する関数
　Ｆ０ｉ＋１（ｕｉ＋１）　第２の軌跡を定義する関数

Claims (7)

  1. 　制御対象が通過する軌道を生成する軌道生成装置であって、
    　前記制御対象が通過する複数の点を記憶する記憶部と、
    　プロセッサと、を備え、
    　前記プロセッサが、
    　　前記複数の点のうち２つの点の間の部分区間におけるユーザ指定の軌跡の情報である指定軌跡情報を受付ける受付処理と、
    　　前記指定軌跡情報を受付けると、前記複数の点のうち前記２つの点の前に前記制御対象が通過する少なくとも１つの前側通過点と前記２つの点とを通過する第１の軌跡と、前記複数の点のうち前記２つの点の後に前記制御対象が通過する少なくとも１つの後側通過点と前記２つの点とを通過する第２の軌跡と、前記指定軌跡情報とを用いて、前記部分区間における前記軌道を生成する軌道生成処理と、
    　を実行する、軌道生成装置。
  2. 　前記指定軌跡情報は、前記部分区間における軌跡の種類が、直線軌跡、円弧軌跡、楕円弧軌跡、螺旋曲線軌跡、２次関数曲線軌跡、３次関数曲線軌跡の何れか１つであることを示すものである、請求項１に記載の軌道生成装置。
  3. 　前記前側通過点、前記２つの点、および前記後側通過点は、この順に前記制御対象が通過する連続する４つの点である、請求項１又は２に記載の軌道生成装置。
  4. 　前記プロセッサが、前記第１の軌跡と前記指定軌跡情報とを用いて前記前側通過点および前記２つの点を通過する第１区間軌跡を導出すると共に、前記第２の軌跡と前記指定軌跡情報とを用いて前記２つの点および前記後側通過点を通過する第２区間軌跡を導出する導出処理を実行する、請求項１～３の何れかに記載の軌道生成装置。
  5. 　前記導出処理において導出される前記第１区間軌跡における前記２つの点の間の軌跡は、前記指定軌跡情報が示す軌跡の種類に応じた軌跡である、請求項４に記載の軌道生成装置。
  6. 　制御対象の位置を制御する自動位置制御装置であって、
    　請求項１から請求項５のいずれかに記載の軌道生成装置と、
    　前記軌道生成装置によって生成された前記軌道に沿って前記制御対象を移動させる制御部と、を備える自動位置制御装置。
  7. 　前記制御部が、ロボットアームの動作を制御するものであり、
    　前記制御対象が、前記ロボットアームの先端、または、前記ロボットアームの先端に取付けられたエンドエフェクタである、請求項６に記載の自動位置制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658603B2 (ja) * 1986-05-30 1994-08-03 株式会社安川電機 自動機械における軌道の補間方法
WO2019064919A1 (ja) * 2017-09-26 2019-04-04 日本電産株式会社 ロボット教示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658603B2 (ja) * 1986-05-30 1994-08-03 株式会社安川電機 自動機械における軌道の補間方法
WO2019064919A1 (ja) * 2017-09-26 2019-04-04 日本電産株式会社 ロボット教示装置

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