JP4396553B2 - ロボット制御装置,コンピュータプログラム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、上記と同様に構成されるロボットについて、冗長軸に関するティーチング時間を「0」とするようにしたプログラムの作成方法及び装置が開示されている。この技術は、冗長軸が取り得る位置を予め複数の離散的な位置に定めておき、オフラインティーチング時に得られるティーチングデータから、ティーチング時における複数の動作状態でのアーム先端部と冗長軸である走行台車の原点位置との距離を演算し、各演算結果に基づいて、動作プログラム中における走行台車の位置を予め定めた離散的な位置の何れかに自動的に決定する、というものである。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットが使用される状況に応じて要求される条件を考慮することで、アーム先端を目標位置に移動させるために必要な走行軸の移動量を自動的に決定することができるロボット制御装置並びに前記制御装置を構成するコンピュータにより実行されるプログラムを提供することにある。
即ち、垂直多関節型で6軸のアームの先端を目標位置に移動させる場合には、現在位置として、アームの第1〜第3関節角度θ1〜θ3と、アームの原点から第2関節までの高さd2と、第2関節と第3関節との距離L2と、第3関節と前記アームの先端までの距離L3とがパラメータとして与えられる。また、第4〜第6関節の角度θ4〜θ6は、これらのパラメータと連動して、アーム先端に取り付けられている若しくはアーム先端のハンド等によって把持されている物体の姿勢を決定することになる。そして、上記のパラメータに加えて、アーム原点の走行軸上の移動量ΔX3を決定することでアームの先端を目標位置に到達させる。
以下、本発明をハンドリング作業用ロボットに適用した場合の第1実施例について図1乃至図6を参照して説明する。図5は、多関節型(6軸)ロボット1を示す(a)平面図、(b)側面図である。このロボット1は、ベース2上に6軸のアームRAを有し、そのアームRAの先端にハンド9が取り付けられている。即ち、前記ベース2上には、第1関節J1を介して第1のアーム3が回転可能に連結されている。この第1のアーム3には、第2関節J2を介して第2のアーム4の下端部が回転可能に連結され、さらに、この第2のアーム4の先端部には、第3関節J3を介して第3のアーム5が回転可能に連結されている。
そして、アーム8には、ハンド9が取り付けられている。この場合、関節J2,J3の角度θ2,θ3の和が180度であれば、関節J4,J5,J6の回動動作は、夫々ハンド9のヨー,ピッチ,ロールに対応することになる。また、ベース2は、レールに沿って移動可能となっており、そのための駆動機構(図示せず)も内蔵している。尚、レールはロボット1の走行軸(冗長軸)となっている。
モータドライバ21は、与えられた指令値に応じてアームRAの各軸に配置されているモータ22を駆動する。すると、モータ22による軸変位量はエンコーダ23により検出されて、変位量に応じたパルス信号がモータドライバ21に出力される。
すると、目標位置(Xc,Yc,Zc)の各座標は、原点ΣAを基準として以下のように表される。
Xc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}cosθ1+ΔX3
・・・(1)
Yc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}sinθ1・・・(2)
Zc= L2・cosθ2+d2−L3・cos(π−θ2−θ3)
= L2・cosθ2+d2+L3・cos(θ2+θ3) ・・・(3)
ここで、移動量ΔX3は、サンプリング時間毎にベース2が移動する走行軸上の距離であり、目標位置(Xc,Yc,Zc)が決まると、d2,L2,L3,θ1〜θ3の6つの自由度を設定することで(1)〜(3)式に基づいて移動量ΔX3を求めることになる。尚、d2,L2,L3は固定値である。また、(θ2+θ3)は、アームRAの先端に取り付けられたハンド9の姿勢制御軸であるJ4〜J6の基準位置を一定に保つため、不変とすることを拘束条件とする。
Xc−ΔX3={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}cosθ1
・・・(4)
ここで、α=L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3) とすると、
Xc−ΔX3=α・cosθ1 ・・・(5)
Yc=α・sinθ1 ・・・(6)
よって、
(Xc−ΔX3)2+Yc2=α2 ・・・(7)
また、(3)式より、
L2・cosθ2=Zc−d2−L3・cos(θ2+θ3) ・・・(8)
(7)式より、
L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)
=±{(Xc−ΔX3)2+Yc2}1/2
L2・sinθ2=−L3・sin(θ2+θ3)
±{(Xc−ΔX3)2+Yc2}1/2 ・・・(9)
(8)、(9)式より、
L22(cos2θ2+sin2θ2)
={Zc−d2−L3・cos(θ2+θ3)}2
+[−L3・sin(θ2+θ3)±{(Xc−ΔX3)2+Yc2}1/2]2
ここで、β=Zc−d2−L3・cos(θ2+θ3)
γ=L3・sin(θ2+θ3) とすると、上記拘束条件により
(θ2+θ3)=const.であるから、β及びγは固定値となる。
−γ±{(Xc−ΔX3)2+Yc2}1/2=±(L22−β2)1/2
±{(Xc−ΔX3)2+Yc2}1/2=γ±(L22−β2)1/2
(Xc−ΔX3)2+Yc2={γ±(L22−β2)1/2}2
ΔX3=Xc±[{γ±(L22−β2)1/2}2−Yc2]1/2 ・・・(10)
以上のようにΔX3が求められる。ここで、符号の正負の組み合わせにより(10)式からは以下の4つの解が得られる。
ΔX31=Xc+[{γ+(L22−β2)1/2}2−Yc2]1/2
ΔX32=Xc+[{γ−(L22−β2)1/2}2−Yc2]1/2
ΔX33=Xc−[{γ+(L22−β2)1/2}2−Yc2]1/2
ΔX34=Xc−[{γ−(L22−β2)1/2}2−Yc2]1/2
これら4つの内、絶対値が最小となるものをΔX3として選択する。
従って、走行軸上の移動量ΔX3については指定を行う必要がなくなり、アームRAの先端を目標位置に到達させるためのロボット制御、若しくはそのためのティーチングをより簡単に行うことができる。
図7は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例の構成は基本的に第1実施例と同様であり、コントローラ18のCPU19によって実行される制御内容が第1実施例と若干異なっている。
即ち、図7に示すように、CPU19は、ステップS7において、各軸の目標位置及び目標速度を算出すると、走行軸に関する目標速度ΔV3(=ΔX3/dt:dtは、サンプリング時間)を上限速度Vmaxと比較してΔV3>Vmaxか否かを判断する(ステップS11)。そして、ΔV3≦Vmaxであれば(「NO」)そのままステップS8に移行する。
走行軸上の移動量について作業者により直接入力が行われた場合は、本発明の手法を用いることなく、前記入力操作量に応じてロボット1をレール上で移動させれば良い。
オンライン,オフラインティーチングの場合も、同様に適用が可能である。
ハンドリング作業用に限らず、例えば組立てや塗装,溶接などの広範囲での作業を必要とするため、走行軸により可動範囲を広げるようにしたものにも適用することができる。また、生産設備のセル内で稼動するロボットにおいて、アーム長を抑えつつ可動範囲を広げるため走行軸を用いるものに適用することができる。
Claims (4)
- 走行軸を冗長軸とし、垂直多関節型で6軸のアームを有するロボットの制御を行う制御装置において、
前記アームの先端の現在位置と、所定時間内での目標移動量とに基づいて決定される前記アームの移動目標先位置(Xc,Yc,Zc)を求める以下の計算式(1)〜(3)
Xc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}cosθ1+ΔX3
・・・(1)
Yc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}sinθ1・・・(2)
Zc=L2・cosθ2+d2+L3・cos(θ2+θ3) ・・・(3)
L2:前記アームの第2関節から第3関節までの距離
L3:前記アームの第3関節から第5関節までの距離
前記アームがベースによって支持されている根元を座標原点として、前記ロボットの走行軸方向をx軸,水平面内においてx軸に対して直交する方向をy軸,垂直方向をz軸とすると、
θ1:前記アームの第1関節がx軸に対してなす角度
θ2:前記第2関節がz軸に対してなす角度
θ3:前記第3関節が前記アームの前記距離L2に対応する部分に対してなす角度
ΔX3:前記アームの先端を前記移動目標先位置に移動させるための走行軸上の移動量
d2:前記第2関節の位置に対応するz軸座標値に相当する距離
において、(θ2+θ3)が一定となることを拘束条件として得られた複数の解のうち、絶対値が最小となる移動量ΔX3の値を選択し、走行軸協調制御を行うことを特徴とするロボット制御装置。 - 前記走行軸上における前記所定時間当たりの移動量に基づいて移動速度を求め、前記移動速度が上限速度を超える場合には、上記拘束条件を解除して前記移動速度を上限速度に置き換えると共に、両速度の差に応じた移動量を前記走行軸上の座標値より減じて、減じた分を、前記第1,第2,第3の各関節に、前記走行軸上における前記選択した移動量ΔX3の移動後の位置を新たな座標原点としたx軸上のx軸移動成分として加算することを特徴とする請求項1記載のロボット制御装置。
- 走行軸を冗長軸とし、垂直多関節型で6軸のアームを有するロボットの制御を行う制御装置を構成するコンピュータにより実行されるプログラムにおいて、
前記アームの先端の現在位置と、所定時間内での目標移動量とに基づいて決定される前記アームの移動目標先位置(Xc,Yc,Zc)を求める以下の計算式(1)〜(3)
Xc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}cosθ1+ΔX3
・・・(1)
Yc={L2・sinθ2+L3・sin(θ2+θ3)}sinθ1・・・(2)
Zc=L2・cosθ2+d2+L3・cos(θ2+θ3) ・・・(3)
L2:前記アームの第2関節から第3関節までの距離
L3:前記アームの第3関節から第5関節までの距離
前記アームがベースによって支持されている根元を座標原点として、前記ロボットの走行軸方向をx軸,水平面内においてx軸に対して直交する方向をy軸,垂直方向をz軸とすると、
θ1:前記アームの第1関節がx軸に対してなす角度
θ2:前記第2関節がz軸に対してなす角度
θ3:前記第3関節が前記アームの前記距離L2に対応する部分に対してなす角度
ΔX3:前記アームの先端を前記移動目標先位置に移動させるための走行軸上の移動量
d2:前記第2関節の位置に対応するz軸座標値に相当する距離
において、(θ2+θ3)が一定となることを拘束条件として得られた複数の解のうち、絶対値が最小となる移動量ΔX3の値を選択させて、走行軸協調制御を行うことを特徴とするコンピュータプログラム。 - 前記走行軸上における前記所定時間当たりの移動量に基づいて移動速度を求めさせ、
前記移動速度が上限速度を超える場合には、上記拘束条件を解除して前記移動速度を上限速度に置き換えさせ、
両速度の差に応じた移動量を前記走行軸上の座標値より減じて、減じた分を、前記第1,第2,第3の各関節に、前記走行軸上における前記選択した移動量ΔX3の移動後の位置を新たな座標原点としたx軸上のx軸移動成分として加算させることを特徴とする請求項3記載のコンピュータプログラム。
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