JP3404681B2 - センサ指向方向逐次制御方法 - Google Patents

センサ指向方向逐次制御方法

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JP3404681B2
JP3404681B2 JP28507393A JP28507393A JP3404681B2 JP 3404681 B2 JP3404681 B2 JP 3404681B2 JP 28507393 A JP28507393 A JP 28507393A JP 28507393 A JP28507393 A JP 28507393A JP 3404681 B2 JP3404681 B2 JP 3404681B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】本発明は、エンドイフェクタと一体的にロ
ボットの手先に取り付けられ、エンドイフェクタより前
方の作業対象ワーク上の経路の位置および姿勢を先見的
に検出するセンサからの経路情報に基づいてエンドイフ
ェクタの位置・姿勢を検出された目標経路に追従させる
と共に、センサがその視野内に目標経路像を捉えられる
ようにエンドイフェクタの軸回りにセンサの指向方向を
制御するロボット経路追従装置のセンサ指向方向逐次制
御方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】ロボットの経路追従制御系では、エンド
イフェクタと共にロボットの手先にセンサを取り付け、
エンドイフェクタと共に一体移動しながらエンドイフェ
クタより前方の経路の位置・姿勢情報を先見的に収集す
る場合がある。その際、安定な情報収集を行うためには
センサの視野内に確実に目標経路を捉えることが必要で
あり、そのためには、センサ指向の位置と姿勢を目標経
路に沿うように正確に制御しなければならない。特に、
センサの視野範囲が狭い場合にはこのことが重要にな
る。 【0003】これに対する従来技術の一つで、エンドイ
フェクタが位置されている目標経路の接線方向を通しエ
ンドイフェクタの前方を視野するセンサ指向方向を制御
する方法の例を図2に示す。図2において、1は目標経
路,2はエンドイフェクタの中心軸,3はエンドイフェ
クタの目標位置,4はセンサ視野中心,5はセンサの走
査方向,6はセンサが捕らえられた経路位置,7はエン
ドイフェクタの目標位置3における目標経路1の接線方
向である。 【0004】この従来例はセンサがエンドイフェクタの
中心軸2回りに回転出来ることを前提としている。エン
ドイフェクタの目標位置3と目標軸方向の計5自由度は
センサからの経路情報により決定されている。残る1自
由度はエンドイフェクタの中心軸2回りの回転角であ
り、これはセンサがその視野中心4に目標経路1像を捉
えることができるように決定される。 【0005】すなわち、この従来例では、サーボ周期ご
とにエンドイフェクタの目標位置3における目標経路1
の接線方向7を算出し、その方向7にセンサが位置する
ようにエンドイフェクタ中心軸2回りの回転角目標値を
算定することにより、センサからの5自由度分の経路情
報と合わせて6自由度分を確定し、ロボットの制御を行
っている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】この従来技術例では、
センサ視野中心4と目標経路1像とのズレを直接観測し
そのズレを0にするように制御するのではなく、センサ
より後方にあたるエンドイフェクタの目標位置における
目標経路1の接線方向7を用いてセンサの位置制御を行
うため、次の課題を抱える。 【0007】(1)目標経路1の曲折に対するセンサ方
向の追従がツール/センサ間距離分だけ遅れる。 (2)目標経路1の空間微分を用いてセンサ方向を制御
するため、センサデータに含まれる検出誤差やノイズ成
分に起因する推定経路のうねりによりセンサの方向が変
動する(センサの首振り)。 などの理由により経路がセンサ視野からはずれ易くな
り、動作の安定性の低下をもたらすという欠点がある。 【0008】ここにおいて、本発明は、これらの課題を
解決するために成されたものにしてセンシングを行うた
びにセンサ視野中心と目標経路像とのズレを直接検出
し、そのズレが0になるようにセンサの位置決めを行う
ことにより高精度にセンサの指向方向を制御すると共
に、次のセンシングまでセンサの方向を適正に維持する
ことにより、次のセンシング時点でもセンサがその視野
を確実に目標経路を捉えることを可能にするセンサ指向
方向逐次制御方法を提供せんとするものである。 【0009】 【課題を解決する手段】前記課題の解決は、本発明が次
の新規な構成手法を採用することにより達成される。即
ち、本発明の特徴は、エンドイフェクタと一体的にロボ
ットの手先に取り付けられかつエンドイフェクタより前
方の作業対象ワーク上の経路の位置および姿勢を先見的
に検出するセンサからの経路情報に基づき、該エンドイ
フェクタの位置・姿勢を該経路に追従させると共に、前
記センサがその視野の中心に目標経路像を捕らえられる
ようにロボット経路追従装置のセンサの指向方向を前記
エンドイフェクタの軸回りにつき逐次制御するに当り、
前記センサによる第i番目の目標経路検出時に、前記エ
ンドイフェクタが位置決めされている目標経路上の位置
が前記センサにより検出された第i番目の経路位置に向
かう向きを持つ単位ベクトルを算出してWeEPiと置
き、前記センサが第i番目に目標経路を検出してから第
(i+1)番目に目標経路を検出するまでの間のその時
々のエンドイフェクタ軸の指向目標すなわち、前記セン
サにより先見的に検出された経路情報から得られるエン
ドイフェクタの目標軸方向で前記作業対象ワークの表面
から内部に向かう向き、を表す単位ベクトルをWeE
置き、前記センサが第i番目に目標経路を検出してから
第(i+1)番目に目標経路を検出するまでの間のエン
ドイフェクタの軸回りのセンサ指向制御目標、すなわ
ち、エンドイフェクタの目標位置からセンサ視野中心が
取るべき指向方向、を表す単位ベクトルをWeSiと置
く時、 【数2】 ただし、分母と分子の内側小カッコ内は単位ベクトルW
eEとWeEPiの外積ベクトルを、分母は当該外積ベ
クトルと単位ベクトルWeEの積ベクトルの絶対値の大
きさをそれぞれ示し、により単位ベクトルWeSiを算
定し、これを目標値としてエンドイフェクタ軸回りにセ
ンサの指向方向を制御してなるセンサ指向方向逐次制御
方法である。 【0010】 【作用】本発明は、前記のような手法を講じ、すなわ
ち、センサによる第i番目の目標経路検出時に、エンド
イフェクタが位置決めされている目標経路上の位置とセ
ンサにより検出された第i番目の経路位置を結ぶ方向
で、前者から後者に向かう向きを持つ単位ベクトルW
eEPiと、センサが第i番目に目標経路を検出してか
ら第(i+1)番目に目標経路を検出するまでの間のそ
の時々のエンドイフェクタの目標向き、すなわち、先見
的にセンサにより検出された経路情報から得られるエン
ドイフェクタの目標軸方向で作業対象ワークの表面から
内部に向かう向き、を表す単位ベクトルWeEを用い
て、前記センサが第i番目の目標経路を検出してから第
(i+1)番目に目標経路を検出するまでの間のエンド
イフェクタの軸回りのセンサ指向方向制御目標、すなわ
ち、エンドイフェクタの目標位置からセンサ視野中心が
取るべき指向方向、を表すベクトルWeSiを算出し、
センサの方向を適正に維持する。 【0011】本発明はこのような原理で動作するので、
センサ視野中心と目標経路像とのズレを直接観測し、そ
のズレが0になるように制御できると共に、その経路情
報に基づいて、次のセンシング時点まで適正なセンサ指
向制御が行えるので、経路情報が連続的に得られる場合
はもちろん、間欠的にしか得られない場合であってもセ
ンサがその視野に確実に目標経路を捉えることを可能に
することができる。 【0012】 【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。図1
は本実施例の原理説明図である。なお、図2に示す前従
来例と共通概念は同一番号を付した。 【0013】図中、1は目標経路、2はエンドイフェク
タの中心軸、3はエンドイフェクタの目標位置、4はセ
ンサ視野中心、5はセンサの走査方向、6はセンサが捕
らえられた経路位置、8は目標位置3から経路位置6へ
の指向方向単位ベクトルWeEPi、9はエンドイフェ
クタの中心軸2方向単位ベクトルWeE、10は単位ベ
クトル8と単位ベクトル9の外積ベクトル(WeE,W
eEPi)、11は目標経路1方向ベクトルWeSi
ある。 【0014】エンドイフェクタの目標位置3が図示位置
の時に第i番目のセンシングが行われ、経路位置6が検
出されたとする。これらのデータを用いて目標位置3か
ら経路位置6に向かう単位ベクトル8(WeE)が決定
される。すなわち、5自由度分の目標値が決定される。 【0015】次に、単位ベクトル8(WeEPi)と単
位ベクトル9(WeE)から次式(1)に基づいて単位
ベクトル11(WeSi)を算出する。 【数3】 ただし、分母と分子の内側小カッコ内は単位ベクトル9
(WeE)と単位ベクトル8(WeEpi)の外積ベク
トルを、分母は当該外積ベクトルと単位ベクトル9(W
eE)の積ベクトルの絶対値の大きさを、それぞれ示
す。 【0016】これにより、残る1自由度分の目標値(エ
ンドイフェクタ軸回りの角度)が決定されるので、6自
由度分の目標値全てが確定し、サーボが実行される。こ
の動作がサーボ周期ごとに繰り返され、やがて、第(i
+1)番目のセンシングが行われる。それにより、単位
ベクトル8(WeEPi)が更新され、第(i+2)番
目のセンシングが行われるまで、また、上記の動作が繰
り返される。これを繰り返すことによりセンサの指向方
向が適正に制御される。 【0017】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ指向方向逐次制御方法においてセンシングを行う
たびにセンサ視野中心と目標経路像とのズレが0になる
ようにセンサの指向方向を制御すると共に、そのときの
情報に基づいて、次のセンシング時点まで適正なセンサ
指向方向制御を行うことができるので、センサがその視
野に目標経路を捕らえることを可能にするという利点が
有る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示す原理説明図である。 【図2】従来センサ指向方向逐次制御方法の一例を示す
説明図である。 【符号の説明】 1…目標経路 2…エンドイフェクタ中心軸 3…エンドイフェクタの目標位置 4…センサ視野中心 5…センサの走査方向 6…センサが捉えた経路位置 7…エンドイフェクタの目標位置における目標経路の接
線方向 8…単位ベクトル(WeEPi) 9…単位ベクトル(WeE) 10…単位ベクトル(WeE)と単位ベクトル(W
eEPi)との外積ベクトル(WeE,WeEPi) 11…単位ベクトル(WeSi
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/18 - 19/46 B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 B23Q 33/00 - 35/48 B23K 9/127

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】エンドイフェクタと一体的にロボットの手
    先に取り付けられかつエンドイフェクタより前方の作業
    対象ワーク上の経路の位置および姿勢を先見的に検出す
    るセンサからの経路情報に基づき、該エンドイフェクタ
    の位置・姿勢を該経路に追従させると共に、前記センサ
    がその視野の中心に目標経路像を捕らえられるようにロ
    ボット経路追従装置のセンサの指向方向を前記エンドイ
    フェクタの軸回りにつき逐次制御するに当り、 前記センサによる第i番目の目標経路検出時に、前記エ
    ンドイフェクタが位置決めされている目標経路上の位置
    が前記センサにより検出された第i番目の経路位置に向
    かう向きを持つ単位ベクトルを算出してWeEPiと置
    き、 前記センサが第i番目に目標経路を検出してから第(i
    +1)番目に目標経路を検出するまでの間のその時々の
    エンドイフェクタ軸の指向目標、すなわち、前記センサ
    により先見的に検出された経路情報から得られるエンド
    イフェクタの目標軸方向で前記作業対象ワークの表面か
    ら内部に向かう向き、を表す単位ベクトルをWeEと置
    き、 前記センサが第i番目に目標経路を検出してから第(i
    +1)番目に目標経路を検出するまでの間のエンドイフ
    ェクタの目標位置からセンサ視野中心が取るべき指向方
    向、を表す単位ベクトルをWeSiと置く時、 【数1】 ただし、 分母と分子の内側小カッコ内は単位ベクトルWeEとW
    eEPiの外積ベクトルを、分母は当該外積ベクトルと
    単位ベクトルWeEの積ベクトルの絶対値の大きさを、
    それぞれ示す、によりWeSiを算定し、これを目標値
    としてエンドイフェクタ軸回りにセンサの指向方向を制
    御することを特徴とするセンサ指向方向逐次制御方法。
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