JPH0337701A - ロボットの制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はロボットの制御方法及び装置に係り、更に詳
しくは、ロボットの制御装置から発せられる指令に基づ
き、任意の位置へ手先位置を位置決めできるサーボ制御
装置を備えたロボットの操作性の向上と、安全性を向上
させるためのロボットの制御方法及び装置に関する。

（従来の技術） 例えば多関節ロボットを使用して、動作指定域について
作業動作をするときは、予め、操作者がロボットの手先
を動作指定域へ誘導し作業軌跡をティーチングする必要
がある。

この種のティーチングを行う場合、従来は、操作者がロ
ボットの動作可能範囲とロボットの設置されているまわ
りの作業状態や製造ラインを含めた各作業対象物、治具
の位置に十分注意をはらいながら目視で判断し、目的と
する作業動作をするようロボット手先を誘導し、ティー
チングしている。また、精度の要求される位置決めのテ
ィーチングの場合は操作者がロボットの動作範囲内に入
り込み、場合によっては直接ロボットの手先部を持って
誘導してティーチングを行うなどしている。

一方、誘導時の誤操作に対しては通常停止スイッチを押
さないと動作停止しないのが普通である。

また、ロボットの動作範囲を制限する方法としても、ロ
ボットアームの関節軸毎の角度で回転範囲を設定してい
た。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述した従来のロボットの制御方法によると
、ティーチング操作の際に、ロボットの作業環境に置か
れた作業対象物と誘導中のロボット手先部の相対的な位
置関係を目でしか判断できない。

また、ティーチング誘導中又は作業動作中のロボット手
先部に移動範囲の制限あるいは監視域を設けたい場合に
、各関節角度で範囲を決めなければならず、実際の作業
空間に対応した直交座標系でないから操作者が確認し難
い。また、複数個の範囲設定ができない等、ロボット操
作性上、不具合な点があった。

また、手先誘導中、誤操作などで他の物とロボット手先
とが衝突を起こし、危険である等安全対策上危険が伴な
うという不具合な点もあった。

この発明は、このような従来のロボットの制御方法にお
ける操作性及び安全性上の不具合な点を解消するために
なされたものであって、指令に基づいて任意の位置へロ
ボットの手先部を位置決めできるサーボ制御装置を備え
たロボットの操作性及び安全性を向上させる制御方法を
提供しようとするものである。

また、この発明はこのような制御方法を適切に実施でき
るロボットの制御装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するため、この発明のロボットの制御
方法の第１（請求項（１））は、基本的に、第１図に示
す手続に従って操作される。すなわち、操作者が基準座
標系を基に指定した作業座標系で入力した動作指定域を
サーボ制御装置に記憶せしめるプロセス１と、 サンプリング周期毎に、アーム関節角度を検出し、アー
ム関節角度から手先位置を決定するプロセス２と、 サンプリング周期毎に、ロボットの手先位置が動作指定
域に含まれているかどうかを判断するプロセス３と、 含まれると判断される場合は、動作指定域で設定した処
置レベルに応じた指令をサーボ制御装置へ送りロボット
の動作を制御するプロセス４と、含まれないと判断され
る場合はティチング操作又はロボットの作業動作を続行
し、プロセス２から３までの手続を繰り返し行うことを
特徴とするものである。

また、この発明のロボットの制御方法の第２（請求項２
）は、ロボットの制御方法の第１を基本とし、操作者が
入力する動作指定域は、必要に応じて入力装置により書
き代え・変更又は複数個の動作指定域の入力が可能であ
って、各動作指定域はロボットの基準座標系を中心にし
て位置・方向を入力して指定した各作業座標系に対して
Ｘ１Ｙ、Ｚの直交座標に基づいて領域条件変数を入力し
て設定するものであり、さらに前記動作指定域毎への進
入を検出した場合のロボット動作を制御する処置には複
数の処置レベルがあり、それぞれ各動作指定域毎に選択
設定した処置レベルに応じて、操作者へのランプの点滅
又は音による警告、ロボットの動作速度の減速、ロボッ
ト動作の停止を行うよう動作制御するものである。

また、この発明にかかるロボットの制御装置は、第２図
に示すように、指令に基づき、任意位置へロボットの手
先を位置決めさせるサーボ制御装置１０と、ロボットの
動作指定域を入力する入力袋Ｗ１１と、 サンプリング周期毎にロボットアームの関節角度を検出
し検出したロボットアーム関節角度結果を演算器１３へ
入力するアーム関節角度検出装置と、 サンプリング周期毎に検出されるロボットアームの各関
節角度から、基準座標系に対するロボットの手先位置を
計算すると共に、記憶している動作指定域に手先位置が
含まれているかどうかを検出し、検出計算した結果から
動作指定域の設定処置レベルに応じた制御指令を制御装
置１０を介してロボット１４の駆動モータ１５へ送る演
算装置１３とからなっている。

（作用） 以上のように構成されているから、この発明によると（
請求項（＋）、　（２）及び〈３））操作者が必要に応
じて作業環境に対する動作指定域を入力し設定すること
ができる。この動作指定域は、基準座標系をもとに指定
した作業座標系での領域として（ｘ、ｙｒ　　ｚ）の直
交座標で領域条件を設定できるため、様々の領域を操作
者が認識しやすい形で容易に入力することができ、設定
領域内への進入を検出した場合の処置も複数のレベルか
ら選択でき、操作に応じて使い分けができる。

したがって、ティーチング操作を行う場合において、動
作指定域をあらかじめ作業環境に置かれた各対象物に対
して領域進入時にランプ点滅の処置レベルで設定してお
くと、誘導中のロボット手先位置と各対象物との相対的
な位置関係をランプの点滅で認識しながら誘導教示でき
操作性が向上する。また、精度の要求される位置きめテ
ィーチングの場合、操作者がロボット動作範囲内に入っ
たり直接手先部を持って誘導する場合には、事前に適切
な操作者の存在位置を動作指定域として領域進入時にロ
ボット動作を停止させる処置レベルに入力しておくこと
で、誤操作に対する操作者の安全がはかられる。

（実施例） つぎに、図面を用いてこの発明にかかるロボットの制御
装置について説明する。本実施例のロボットの制御装置
は、この発明によるロボットの制御方法を具体的に実施
するよう構成したものであるから、本実施例の説明をも
って、この発明にかかるロボットの制御方法の第１及び
第２の発明（請求項（１）及び請求項（２））の実施例
に代えることとする。

第３図は、実施例のロボット制御装置のシステム構成を
示し、図中２０はサーボ制御装置、２１は入力装置、２
２はアーム関節角度検出装置、２３は演算装置、１４は
ロボット、１４−１．１４−２、・・・１４−ｎはロボ
ットのアーム、１５−１．１５−２、・・・　１５−ｎ
はそれぞれアーム１４−１．１４−２、・・・１４−ｎ
を駆動操作するモータである。

入力装置２１は、ロボット言語による動作プログラム入
力などに用いる装置であり、ティーチング操作者はこれ
を用いて必要に応じて動作指定域を入力する。

演算装置２３は、入力した動作指定域を記憶すると共に
、サンプリング周期毎にアーム関節角度検出装置２２で
検出し、フィードバックしたロボットアーム１４−１．
１４−２、・・・　１４−ｎの各関節角度から基準座標
系に対する手先位置を計算し、記憶している各動作指定
域毎に手先位置が含まれているかどうかを、サンプリン
グ周期毎に検出して、検出した動作指定域の設定処置レ
ベルに応じて指令信号、例えば警告ランプ点滅あるいは
警告音発生指令をサーボ制御装置２０へ送る。

第４図は、入力装置２１を使用して設定した動作指定域
の一例を示したものである。

入力する動作指定域をＲ１とすると、基準座標系Ｃ３（
Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）に対する動作指定域Ｒ１の作業座標
系Ｃ＋　　（Ｘ＋、　　　Ｉ＋　　ｚｌ）の位置 置・方向の値（Ｘｃ＋・　Ｙｃ＋・　ＺＣＩ・　αＣ１
・　βＣＩ＋γｃ＋）を入力する。ここに、αＣＩ＋　
　βＣヨ　γＣ１は、それぞれ基準座標系Ｃ６（Ｘａ　
＋　　Ｙｏ　＋　　Ｚｏ　）に対するロール、ピッチ、
ヨー角を表わすものとする。

つぎに、動作指定域Ｒ１の種類を第５図（ａ）（ｂ）（
ｃ）（ｄ）にそれぞれ示した平面領域形、直方体領域型
、円柱領域型、球領域型の四タイプの中から指定し、下
記の第１表に示すように、それれぞれ指定した領域型に
対応した領域条件変数値（第２欄）を入力して領域Ｒ１
を決定する。

（以下余白） また同時に、設定領域内への進入を検出した場合の処置
を次に示す４つの処置レベルから選択して決める。

レベル１：制御装置２ｏあるいは教示装置に設けたラン
プを点滅させる レベル２：制御装置２０に設けた警告音を発生させる レベル３：ロボット１４の動作速度を減速させる レベル４：ロボット１４の動作を停止させるこの動作指
定域の設定は、随時入力装置２１によって書換え変更が
できるものである。

以上のようにして操作者が必要に応じて複数個の動作指
定域を設定すると、演算装置２３では、まずサンプリン
グ周期毎にアーム関節角度検出装置２２からフィードバ
ックされた各アーム１４・・・１．１４−２、・・・、
１４−ｎの関節角よリロボット１４の構造から決まる座
標変換行列を用いて基準座標系ｃｏにおける手先位置Ｐ
、、（Ｘ、。＋Ｙ＊ｅｌｚ０）を算出する。次に入力し
た動作指定域の中で設定処置レベル１〜４の番号の高い
ものから順に基準座標系から設定した作業座標系への変
換行列Ａ、および設定した領域型で決まる領域条件式（
（１）　−（４）式）を用いて、先に求めた手先位置Ｐ
、。

が領域内に含まれるかどうかを計算して検出する。

例えばいま、次のような２つの動作指定域を設定するも
のとする。

領域ｌ　作業座標系ＣＲＩ　（ＸＲＩＩ　　ＹＲＩＩ　
　ＺＲＩＩαＲ１・　　βＲ１・　γＲ１） 平面領域型二入力変数（ｋｐｍ、　　１□、０゜ａｌｌ
ｌ　　ｂ　Ｒ１１Ｏ＋　　１　）処置レベルｌ領域２　
作業座標系ＣＲ２（Ｘ　Ｒ２ｒ　　Ｖ　Ｒ２＋　Ｚ　Ｒ
２＋αＲ２・　βＲ２・　γＲ２） 円柱領域型二入力変数（ａ　Ｒ２＋　　ｔ）　Ｒ２１ｒ
　Ｒ２１Ｇ！１２１　＋　　ＣＲ２２）　　処置レベル
４サンプリング周期毎に検出されたロボットの各アーム
関節角を用いてロボットの構造から決まる座標変換行列
によって算出された基準座標系Ｃ０に対する手先位置を
Ｐ、。（Ｘ、、、ｙ、、、Ｚ、、）とすると、各領域１
．２の作業座標系における手先位置Ｐ　ｅｌ　（ＸＲＩ
Ｉ　Ｙ　＊ｌ＋　ｚ＊ｔ）　ｌ　Ｐ　１１２　（ＸＲＩ
Ｉ　Ｖ＊＋＋Ｚ−＋）は次式で計算できる。

Ｐ　、１−Ａ　Ｒ１−’−ｐ　、。

Ｐ　ａｙ−Ａ　Ｒ２−’・Ｐ、。

ここでＡ１１ｌ、βＲ２は、それぞれ基準座標系Ｃ０（
Ｘａ　ｙｏ　Ｚａ　）から作業座標系ＣＲ１１ＣＲ２へ
の変換行列、Ａ　Ｒ＋−’、　Ａ　Ｒ２−’はその逆行
列であり、領域設定時に入力した変数値（ｘ、ｙ、ｚ、
　　α。

β、γ）を用いて次式から求まる。

ただし、Ｃα−ｃｏｓα、Ｓα−５ｉｎαを表わすもの
とする。

Ｐ　＠１＋　Ｐ　＠２の各位が求まると、領域Ｒ１，Ｒ
２で設定した領域型の条件式（＋＞、　（３）からＰ　
＠Ｉ＋　　Ｐ　Ｒ３がそれぞれ領域内の点かどうか検出
する。

Ｒ１：　ｋＲ＋　（Ｘ−＋　　ａ＊＋）＋ｌ＊＋　（Ｖ
ａｔ−ｂＲｔ）　＞−Ｑ　？Ｒ２：　　ＣＩ＋２１　　
＜−Ｚｓｚ＜　　　ＣＲ２２？（Ｘａ２−βＲ２）　’
　＋　（ｙｏ２−ｂｑ２）　２＜１１１１　「Ｒ２？ この場合、領域Ｒ２の方が領域Ｒ１より処置レベル番号
が高いので先に検出演算が行われる。

こうして各設定領域に対する検出演算が演算装置２３で
サンプリング周期毎に行われ、ある領域への進入が検出
されるとその設定処置レベル１〜４に応じた指令信号が
制御装置２０に送られロボット動作の制御が行われる。

上述した実施例では、動作指定域の設定処置レベルにつ
いて発する指令は警告ランプ点滅、警告音発生指令など
について列挙したが、これらに限らず、例えばこれらの
指令と同時に動作速度減速指令、ロボット動作停止指令
を制御装置２０へ送るようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなごとく、この発明のロボットの
制御方法及び装置によれば、ティーチング操作又は作業
実行中のロボット手先位置に、操作者の必要に応じて監
視域あるいは移動制限域が、任意の位置に、自由に複数
個直交座標系で容易に設定でき、手先位置が動作指定域
へ進入したことを検出したときは、予め設定しである処
置レベルに応じた指令信号を出してロボット動作を制御
する。このためロボットの操作性は向上し、また誤動作
に対して安全性が保持できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のロボットの制御方法の基本構成を示
すプロセス図、第２図はこの発明のロボット制御装置の
基本構成を示すシステム構成図、第３図はこの発明の一
実施例のロボット制御装置の概略構成図、第４図は動作
指定域の入力方法を示す説明図、第５図（ａ）（ｂ）（
ｃ）（ｄ）は動作指定域の各種形状を示す斜視図である
。 １０．２０・・・サーボ制御装置 １１．２１曹・・入力装置 １３．２３・・・演算装置 １２．２２・・・アーム関節角度検出器１４．１４−１
．１４−２．・・・、１４−ｎ・・・アーム、１５．１
５−１．１５−２．　　・・・　１５−ｎ・・・アーム
駆動モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）指令に基づき、任意の位置へロボットの手先位置
   を位置決めするサーボ制御装置を備えたロボットにおい
   て、 入力装置を通し、基準座標系を基に指定した作業座標系
   で入力した動作指定域を記憶せしめるプロセスと、 サンプリング周期毎に、ロボットアームの関節角度を検
   出し、検出したアーム関節角度からロボットの手先位置
   を決定するプロセスと、 前記サンプリング周期毎に、ティーチング操作又はロボ
   ットの作業動作中のロボット手先位置が記憶している動
   作指定域に含まれているかどうかを判断するプロセスと
   、 含まれる場合は、その動作指定域で設定した処置レベル
   に応じた指令を制御装置へ送り、ロボットの動作を制御
   し、含まれない場合は、ティーチング操作又はロボット
   作業動作を続行し、サンプリング周期毎にロボットアー
   ムの関節角度を検出し、検出した関節角度からロボット
   の手先位置の決定、さらにティーチング操作又はロボッ
   ト作業動作中のロボット手先位置が前記記憶動作域に含
   まれているかどうかを判断するプロセスを繰り返し行う
   ことを特徴とするロボットの制御方法。
2. （２）請求項（１）の記載において、操作者が入力装置
   を通して入力する動作指定域は、必要に応じて入力装置
   により書き代え・変更又は複数個の動作指定域の入力が
   可能であって、各動作指定域はロボットの基準座標を中
   心にして位置・方向を入力して指定した各作業座標系に
   対してＸ、Ｙ、Ｚの直交座標に基づいて領域条件変数を
   入力して設定するものであり、さらに前記動作指定域内
   への進入を検出した場合のロボット動作を制御する処置
   には複数の処置レベルがあり、それぞれ各動作指定域毎
   に選択設定した処置レベルに応じて、操作者へのランプ
   点滅又は音による警告、ロボットの動作速度の減速、ロ
   ボット動作の停止を行うよう動作制御することを特徴と
   するロボットの制御方法。
3. （３）指令に基づき、任意の位置へロボットの手先を位
   置決めさせるサーボ制御装置と、ロボットの動作指定域
   を入力する入力装置と、入力装置を通して入力した動作
   指定域を記憶すると共に、サンプリング周期毎にロボッ
   トアームの各関節角度を検出し、検出したロボットアー
   ム関節角度値を演算器へ入力するアーム関節角度検出器
   と、 サンプリング周期毎に検出されるロボットアームの各関
   節角度から、基準座標系に対するロボットの手先位置を
   計算すると共に、記憶している動作指定域に手先位置が
   含まれているかどうかを検出し、得られた結果により、
   動作指定域の設定処置レベルに対応した制御指令を、サ
   ーボ制御装置を介してロボットのアーム駆動モータへ送
   る演算装置とからなることを特徴とするロボット制御装
   置。