JPH04347703A - 多軸ロボットの制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、ロボットのリンク構造
をプログラミング言語によって記述してこれを管理し、
言語化されたロボットの構造を解析することによって座
標変換モジュールを作成してロボットの数値制御装置内
の記憶部に転送することで、リンク構造を自由に変化さ
せることができるようにして、ロボットの制御に柔軟に
対応することができるようにした新規な多軸ロボットの
数値制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の産業用ロボット分野における技術
革新により、産業用ロボットは小型化、汎用化が進み、
所謂ＦＭＳ（多品種少量生産システム）において加工要
素の一単位として用いられることが多くなってきた。

【０００３】ＦＭＳにおいては同一の加工ステーション
が生産品種によって全く異なった作業をするものである
ことから、ロボットアームの先端部に付設する加工工具
も生産品種毎に多種多様であり、ロボットの加工手順を
記述したプログラム（以下、「ロボットプログラム」と
言う。）も生産品種毎に相違する。従って、生産品種を
替える場合にはその度にロボットプログラムを取り替え
ることによって対処することができるようになっている
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロボットプロ
グラムの作成は加工工具の如何に依存することが多く、
この為、生産品種が新たに追加される度にプログラムの
大幅な変更を余儀なくされ、各ロボットの付近でプログ
ラミングを行わなければならない状況である。

【０００５】よって、プログラミングに相当の時間をか
けなければならず、その間ロボットを停止させなければ
ならないという問題がある。

【０００６】また、生産品種が増えることによって、ロ
ボットプログラムの数が増加していくが、同一の生産品
種であっても加工工具に変更があった場合には、その作
用点の座標が変化することに伴うロボットプログラムの
変更を要し、これを各ロボットの数値制御装置に登録し
なければならないので、必ずしも効率の良い作業とは言
えない状況である。

【０００７】そこで、加工工具用のライブラリーサブル
ーチンを使用してロボットプログラムの統一を図ろうと
する例もあるが、結局は主プログラムを変更せずにリン
カーによってライブラリーサブルーチンを結合する方法
を採っているために、管理すべきロボットプログラムの
数が減るわけではない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明多軸ロボットの制
御装置は上記した課題を解決するために、先ず、プログ
ラミング部により多軸ロボットのリンク構成を記述する
プログラムを作成し、該プログラム中においてロボット
の関節毎に設定された座標系間の相対的な位置関係を示
すパラメーターに基づいて、ロボットの各関節の変位や
姿勢を示す情報と、ロボットの手先位置をロボットの特
定の関節軸に固定した基準座標系で表現した情報との間
で相互に座標変換を行なうための変換用プログラムを生
成して、これをロボットの数値制御部で動作しうる命令
語に変換する。

【０００９】そして、プログラミング部により生成され
た変換用プログラムを数値制御部に引き渡して、この変
換用プログラムに従ってロボットの各関節の状態から得
られる手先位置の情報又はロボットの手先位置から得ら
れる各関節の状態を示す情報に基づいてロボットの位置
決め制御を行なうようにしたものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ロボットのリンク構造をプロ
グラムにより記述して、該プログラムに基づいてロボッ
トの位置及び姿勢に関する座標変換用プログラムを生成
しロボットの数値制御部に転送することで、リンク構造
の改変に対して柔軟に対処することができるので、ロボ
ットのリンク構造を組み替えたり加工工具を変更しても
ロボットの動作を記述するプログラムには何等の変更を
加える必要がなく、ロボット動作に係るプログラムの数
を低減し、その管理や保守に要する労力を軽減すること
ができる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明多軸ロボットの制御装置を図
示した実施例に従って説明する。

【００１２】図１は、本発明に係るシステムのハードウ
ェアの構成例を示すものである。

【００１３】ＦＭＳ環境下で使用されるロボットは、動
作自由度を増加できるように結合部材を有し少なくとも
ひとつ以上の腕部の組み合わせにより構成され、かつ、
作用端を有する「モジュール型ロボットユニット」を前
提にしている。この「モジュール型ロボットユニット」
は、モジュール組立型ロボットとも呼ばれるべきもので
あり、ロボットのリンク構造をユーザーが自由に改変す
ることができるように構成されたロボットである。但し
、後述する逆運動学問題の解についての保証という点か
ら、現在では予め決められた所定の組み合せに限ってい
る。

【００１４】ロボット１は数値制御装置２のサーボユニ
ット３から送られてくる位置等の指示に基づいてロボッ
トプログラムに従った動作を行なうようになっている。 ここで、サーボ制御はロボット１の自由度毎にかけられ
ており、原点復帰動作を行なうために速度指示にも対応
しうるようになっている。

【００１５】数値制御装置２内では、ＬＡＮ・Ｉ／Ｆ（
インターフェース）４等においてなされるＤＭＡ（ダイ
レクトメモリーアクセス）等の場合を除いて、ＣＰＵ５
が処理を取り仕切っている。ＣＰＵ５は基本的にはイン
テル社８０９６０やモトローラ社６８０３０等の汎用の
もので足り、制御プログラム記憶部６に予め記録されて
いる制御手順に基づいて動作する。

【００１６】ＬＡＮ・Ｉ／Ｆ４は、高速データーバスた
るＬＡＮ基幹線７と数値制御装置２とを結び、パケット
転送制御などの処理を行なうための部分であり、ロボッ
ト１の動作内容を記述したロボットプログラムや、ロボ
ット１のリンク構造を記述したプログラム（以下、「モ
ジュール構成プログラム」という。）がＬＡＮ基幹線７
を介して転送されてくる。

【００１７】８はロボットプログラム記憶部であり、ロ
ボットプログラムが２つの態様で記録される。

【００１８】第１の記録態様は、ＣＰＵ５が動作可能な
言語、即ち、機械語での記録態様である。この場合には
ロボット１の動作を開始するときに記録内容がそのまま
ＣＰＵ５によって解釈された後実行され、サーボユニッ
ト３を通してロボット１の動作が実現される。本態様は
所謂コンパイラ方式と呼ばれ、ロボットプログラム中に
複雑な数値計算を含むものについてこれを高速に実行す
ることができるという利点があるが、高級言語を機械語
に変換するためのコンパイル処理を要する。

【００１９】また、第２の記録態様はＣＰＵ５を直接に
は動作させることはできないが、予め決められた文法に
従う記録態様である。この場合、制御プログラム記憶部
６には、文法に従い、記録内容に基づくロボット動作を
実現できるように逐次解釈手順が機械語で記述されてい
て、該手順に基づいてＣＰＵ５がロボットプログラム記
憶部８からロボットの動作手順を読み出して実行する。

【００２０】本手法は所謂インタープリター方式とも呼
ばれるものであって、逐次解釈をプログラムにより行な
う方式であるため、一般的に実行速度が遅いという欠点
（但し、ロボット自体の動作に関して実行の完了に相当
時間を要するため、ロボットプログラムの実行という観
点からはこの欠点はあまり目立たない。）が指摘される
が、機械語へのコンパイル処理を要しないためその取扱
いが容易であるという利点がある。

【００２１】本実施例においてはいずれの記録態様も用
いることができる。

【００２２】制御プログラム記憶部６には、通常、電源
供給のない時でもその内容が消えない読み出し専用のメ
モリーデバイス（ＲＯＭ）が使用される。制御プログラ
ム記憶部６には所謂システムプログラムが記憶されてお
り、ＣＰＵ５、ＬＡＮ・Ｉ／Ｆ４等の初期化を行なう手
順や、インタープリター方式における逐次解釈手順及び
該解釈結果に応じた実行手順等が記憶されている。この
ような手順はＣＰＵ５が理解できる機械語で記述されて
おり、直接ＣＰＵ５により呼び出された後実行されると
いう性格を有する。

【００２３】９は座標変換ユニットであり、ロボットプ
ログラムに基づいてロボット軸座標系（各関節間の相対
的な位置関係をパラメーターで指定することで各アーム
の状態を記述する座標系）とロボットの基軸部に固定し
たデカルト座標系との間の座標変換等を処理する機械語
の変換プロセスを記憶するものである。この変換プロセ
スはロボット動作の実現において必要に応じて逐次呼び
出されるという性質がある。

【００２４】ここで、座標変換ユニット９は以下の要件
を満たすものとする。

【００２５】（１）ＣＰＵ５から見て必ず予め決められ
た番地からその変換プロセスが記述されていること。

【００２６】（２）変換プロセスが複数ある場合には、
各プロセスについてＣＰＵ５から見て必ず予め決められ
た番地から記述されていること。

【００２７】（３）各変換プロセスはそれぞれ１以上の
引数と１以上の返数との関連において規定通りに変換を
行なうが、その際マルコフ性を有しても構わない。即ち
、同一プロセスにおいて以前に呼び出されたときの情報
に基づいて返数を生成する場合も許容するものとする。

【００２８】１０は工具用サブルーチンユニットであり
、ロボット１の作用端又は任意の位置に取り付けた加工
工具の制御についての機械語プロセスを記憶するもので
ある。

【００２９】この工具用サブルーチンユニット１０にお
いても上記（１）乃至（３）の要件を満たすものとする
。

【００３０】尚、座標変換ユニット９と工具用サブルー
チンユニット１０との基本的な相違点は、座標変換ユニ
ット９がロボットプログラムの動作手順を実現するため
に使用される必須のユニットであるのに対し、工具用サ
ブルーチンユニット１０はロボットプログラムにおいて
工具を使用するという明示的な手順が記載されないとき
には呼び出されることがないという点である。

【００３１】座標変換ユニット９や工具用サブルーチン
ユニット１０の構成を図３及び図４に概念的に示す。

【００３２】座標変換ユニット９はＣＰＵ５上の特定の
アドレスから始まる一連のサブルーチンのパッケージの
態様をとる。

【００３３】具体的には、図３に示すような形式をとる
。即ち、各座標変換モジュールのエントリーへの分岐番
地に続いて座標変換モジュールのプログラムが配置され
ている。尚、座標変換については軸座標とデカルト座標
間での位置や変位についての変換モジュールが設けられ
ている。

【００３４】このような形式とすることにより、座標変
換プロセスが仕様変更により変化してもエントリーポイ
ントは変化せず、制御プログラム記憶部６及びロボット
プログラム記憶部８の記憶内容に直接の変更が生じない
ようにすることができる。

【００３５】工具用サブルーチンユニット１０はＣＰＵ
５上の特定のアドレスから始まるサブルーチンのパッケ
ージの態様をとり、図４に示すような形式をとる。これ
は、座標変換ユニット９の場合と同じ趣旨による。

【００３６】尚、座標変換ユニット９では１エントリー
に対してその変換は一意に行なわれていたが、工具用サ
ブルーチンユニット１０では唯一のエントリーで全ての
処理がなされる点が相違する。その理由として、一般に
工具はその形態等に応じて、取り扱わなければならない
パラメーターが異なるため、予め用意すべきサブルーチ
ンの数を特定することができないからである。

【００３７】座標変換ユニット９や工具用サブルーチン
ユニット１０における引数の受け渡しについては、一般
的なプログラムで関数の実現にあたって行なわれている
ように、引数をスタック上に積み上げてサブルーチンに
渡す方法が採られる。引数の数についての制限を事実上
付けないようにすることができるからである。

【００３８】次に、上記した構成の数値制御装置２がど
のように稼動するかについて説明する。尚、説明の都合
上、以下に示すロボットプログラムがロボットプログラ
ム記憶部６に記録されているものとする。その形式につ
いてはコンパイラ方式によってもインタープリタ方式に
よっても構わない。

【００３９】 行番号　　　　　　　　　　　　ステートメント１０　
　　　Ｐｏｉｎｔ１＝（１０，２０，３０）２０　　　
　Ｐｏｉｎｔ２＝（５０，６０，７０）３０　　　　Ｏ
Ｎ＝１ ４０　　　　ＯＦＦ＝０ ５０　　　　ＭＯＶＥ　　Ｐｏｉｎｔ１６０　　　　Ｔ
ＯＯＬＳ　　１，ＯＮ ７０　　　　ＭＯＶＥ　　Ｐｏｉｎｔ２８０　　　　Ｔ
ＯＯＬＳ　　１，ＯＦＦ

【００４０】ここで、「　　Ｐ
ｏｉｎｔＸ＝（　　，　　，　　）」はデカルト座標系
における座標値の定義命令、「ＰｏｉｎｔＸ＝」の「＝
」を除く「〜　　＝　　〜」文は数値の代入文、「ＭＯ
ＶＥ」命令はロボットの作用端を指定位置に移動するた
めの命令、「ＴＯＯＬＳ　　ｎ，ＯＮ（又はＯＦＦ）」
はｎ番チャックのＯＮ／ＯＦＦを制御する命令をそれぞ
れ示している。

【００４１】先ず、行番号１０から４０にかけての設定
処理では、Ｐｏｉｎｔ１の座標値（１０，２０，３０）
とＰｏｉｎｔ２の座標値（５０，６０，７０）が図示し
ないメモリー中の特定位置に記憶される。そして、数値
変数ＯＮ、ＯＦＦに整数値が１、０がそれぞれ代入され
て図示しないメモリー中の特定位置に記憶される。

【００４２】行番号５０では「ＭＯＶＥ　　Ｐｏｉｎｔ
１」命令によってロボット１の作用端がＰｏｉｎｔ１の
位置に移動される。

【００４３】ところで、Ｐｏｉｎｔ１の座標値はデカル
ト座標系での座標値であるため、これをロボット１の軸
座標系での値に変換するために、各軸の位置や姿勢につ
いて計算しなければならない。

【００４４】そこで、先ずＰｏｉｎｔ１の座標値を引数
として座標変換ユニット９上の「デカルト座標→軸座標
」変換プロセスを呼び出し、変換後に得られた軸座標値
に基づいてサーボユニット３に指令を送ってロボット１
を動作させるという処理を行なう。

【００４５】行番号６０の「ＴＯＯＬＳ　　１，ＯＮ」
命令では、工具番号１に対するＯＮ制御をする。例えば
、工具番号１の動作内容がワークの掴み制御に係るもの
である場合には該当番号の工具を作動させてワークを掴
む命令となる。命令の実行にあたっては、工具用サブル
ーチンユニット１０へのコールという形で具体化され、
そのときの引数を「１，１」としてサブルーチンを呼び
出している。

【００４６】次に行番号７０でのＰｏｉｎｔ２への移動
動作については行番号５０での説明と同様に座標変換ユ
ニット９を用いた処理により具現化される。

【００４７】そして、行番号８０の「ＴＯＯＬＳ　　１
，ＯＦＦ」命令によって、工具番号１に対してＯＦＦ制
御がなされる。ワークの掴み制御に係る場合には工具が
掴んでいるワークを放す命令となり、行番号６０の動作
内容とは相対する処置である。命令の実行にあたって工
具用サブルーチンユニット１０へのコールという形で具
体化されることは「ＴＯＯＬＳ　　１，ＯＮ」命令の場
合と同様であるが、その引数については「１，０」とさ
れる。

【００４８】上記のようなロボットプログラムはプログ
ラミングユニット１１（図１参照）によって作成される
。

【００４９】即ち、編集部１２によって作成されるロボ
ットプログラムはコンパイル部１３に送られて、ここで
ＣＡＤデータ１４を参照しながら機械語に変換された後
にＬＡＮ・Ｉ／Ｆ（インターフェース）１５を介してＬ
ＡＮ基幹線７上に乗せられて数値制御装置２に送られる
ようになっている。

【００５０】次に、「モジュール構成プログラミングユ
ニット」についての説明に移る。

【００５１】この「モジュール構成プログラミングユニ
ット」とは、モジュール構成プログラムから、ロボット
の各自由度における相対位置情報と該作用端の絶対位置
情報との間で相互に変換するための変換用プログラムを
生成し、これを数値制御装置２で動作しうる命令語に変
換するものである。

【００５２】前述したようにモジュール構成プログラム
とはロボット１のリンク構造を記述したプログラムであ
るが、具体的には、アーム毎に下記に示すような情報を
記述したもので、高級言語の形式で記述された情報ファ
イルである。

【００５３】 ａ．アームの長さ ｂ．アームとその位置の基準となるアーム（又は基軸部
）との接続方法 ｃ．接続が回動を伴う軸によってなされている場合にお
いてその回動角と回動パルスとの関係 ｄ．接続が直線移動を伴う軸によってなされている場合
においてその相対移動距離とパルスとの関係

【００５４
】例えば、図５に示すような２腕の水平多関節型ロボッ
ト１６を想定する。

【００５５】即ち、ロボット１６は、その基軸部１７に
第１アーム１８が回動可能な状態で支持されており、こ
の第１アーム１８の端部に第２アーム１９が回動可能な
状態で取り付けられている。そして、第２アームの先端
部には上下方向にスライド自在な状態でツール搭載軸２
０が取り付けられており、その下端部には、ツール２１
、２１′を選択的に使用するための回転機構２２が設け
られているものとする。

【００５６】この場合のモジュール構成プログラムのリ
スト例を下記に示す。

【００５７】 　　リスト例） ＲＯＢＯＴ　　ＲｏｂｏｔＮａｍｅ（ｐ１，ｐ２，ｐ３
）＝ＡＲＭ１＋ＡＲＭ２＋ＡＲＭ３　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−（ｉ
）　　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ＡＲＭ１
（ｐ１）；　　　　　　　　　　−（ｉｉ）　　　　ｌ
ｅｎｇｔｈ＝３５０ｍｍ　　ｓｈｉｆｔｅｄ　　１０ｍ
ｍ；　　　　−（ｉｉｉ）　　　　Ｊｏｉｎｔ　　ｔｏ
　　ＢＡＳＥ　　ｗｉｔｈ　　０　　ｄｅｇｒｅｅｓ，
０　　　　ｄｅｇｒｅｅｓ；　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　−（ｉｖ），（ｖ）　　
　　Ｆｒｅｅｄｏｍ＝１０００　　ｐｕｌｓｅｓ／１　
　ｄｅｇｒｅｅ　　−（ｖｉ）　　　　Ｌｉｍｉｔ　　
ｏｆ　　Ｆｒｅｅｄｏｍ（ｐ１）＝０　　ｄｅｇｒｅｅ
　　ｔｏ　　　　２７０　　ｄｅｇｒｅｅｓ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−（ｖｉ
ｉ）　　Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＡＲＭ１； 　　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ＡＲＭ２（
ｐ２）；　　　　ｌｅｎｇｔｈ＝２５０ｍｍ　　ｓｈｉ
ｆｔｅｄ　　１５ｍｍ；　　　　Ｊｏｉｎｔ　　ｔｏ　
　ＡＲＭ１　　ｗｉｔｈ　　０　　ｄｅｇｒｅｅｓ，０
　　　　　　ｄｅｇｒｅｅｓ 　　　　Ｆｒｅｅｄｏｍ＝１０００　　ｐｕｌｓｅｓ／
１　　ｄｅｇｒｅｅ；　　　　Ｌｉｍｉｔ　　ｏｆ　　
Ｆｒｅｅｄｏｍ＝０　　ｐｕｌｓｅ　　ｔｏ　　２７０
０００　　　　ｐｕｌｓｅｓ 　　Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＡＲＭ２； 　　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ＡＲＭ３（
ｐ３）；　　　　Ｅｘｔｅｎｄ　　ｔｏ　　ＡＲＭ２　
　ｗｉｔｈ　　０　　ｄｅｇｒｅｅｓ，０　　　　ｄｅ
ｇｒｅｅｓ；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−（ｖ）　　
　　ｌｅｎｇｔｈ＝１００ｍｍ＋Ｆｒｅｅｄｏｍ（ｐ３
）　　ｓｈｉｆｔｅｄ　　　　７０ｍｍ； 　　　　Ｆｒｅｅｄｏｍ　　＝１０００　　ｐｕｌｓｅ
ｓ／１ｍｍ；　　　　Ｌｉｍｉｔ　　ｏｆ　　Ｆｒｅｅ
ｄｏｍ＝０ｍｍ　　ｔｏ　　１００ｍｍ　　Ｅｎｄ　　
ｏｆ　　ＡＲＭ３ Ｅｎｄ．

【００５８】ここで、上記のリストに記載されたプログ
ラミング言語について各語の意味について説明する。

【００５９】（ｉ）「ＲｏｂｏｔＮａｍｅ」はロボット
１６の名称である。そして、「ＡＲＭ１」、「ＡＲＭ２
」、「ＡＲＭ３」はロボット１６を構成する腕の名称で
あり、「ＡＲＭ１」が第１アーム１８の名称、「ＡＲＭ
２」が第２アーム１９の名称、「ＡＲＭ３」がツール搭
載軸２０の名称である。

【００６０】また、パラメーターｐ１、ｐ２、ｐ３は、
この順番で軸座標系が構成されることを意味付けための
パラメーターである。尚、ここではｐ１、ｐ２、・・・
の名称を使っているが、これは単に第１パラメーター、
第２パラメーター・・・というように順序付けの意味を
もった名称なので、ａｘｉｓ１、ａｘｉｓ２等の別の名
称を用いても勿論構わない。

【００６１】ロボット１６の構成についての記述は、「
ＲＯＢＯＴ」で始まる宣言文と「Ｅｎｄ．」の宣言終了
文との間でなされる。

【００６２】（ｉｉ）各アームの記述は、「Ｃｏｎｓｔ
ｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ｘｘｘｘ」から「Ｅｎｄ　
　ｏｆ　　ｘｘｘｘ」迄の間に記述されている内容によ
って確定される。

【００６３】（ｉｉｉ）「ｌｅｎｇｔｈ＝・・・」は特
段の明示がない限りそのアームの関節間距離、即ち、回
転関節部と回転関節部との間、又は回転関節部と直動関
節部との間、又は直動関節部と直動関節部との間等の距
離を表わす。

【００６４】上記の例では、第１アーム１８についての
関節間の長さが３５０ｍｍであり、基軸部１７に対する
第１アーム１８の回動軸方向の変位が１０ｍｍであるこ
とを「ｓｈｉｆｔｅｄ」により記述している。

【００６５】尚、一のアームが２以上のアームを有する
場合があるが、この場合にはどのパラメーター間の距離
であるかを明示するため、「ｌｅｎｇｔｈ（ｐ１）＝〜
〜〜ｓｈｉｆｔｅｄ〜〜〜」という形式をとる。

【００６６】また、アームの関節部が回動関節でなく直
動関節の構造になっている場合には、「ｌｅｎｇｔｈ＝
・・・」の定義文にはアームに対する自由度の関係が記
述される。上記の「ＡＲＭ３」の構成では、「Ｆｒｅｅ
ｄｏｍ（ｐ３）」によってスライド方向への自由度の拡
張が図られており、これはツール搭載軸２０にツール２
１、２１′を設けられることに伴うストロークの延長を
意味する。

【００６７】（ｉｖ）「ＢＡＳＥ」は予約語であり、基
軸部１７を意味する。この基軸部１７に設定された絶対
（デカルト）座標系が基準座標系とされている。

【００６８】（ｖ）接続関係の記述には、「Ｊｏｉｎｔ
　　ｔｏ〜ｗｉｔｈ〜」、又は、「Ｅｘｔｅｎｄ　　ｔ
ｏ〜ｗｉｔｈ〜」が用いられる。

【００６９】ここで、「Ｊｏｉｎｔ　　ｔｏ」文はアー
ムが回動関節によって他のアームに接続されていること
を意味し、「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　　ｔｏ」文はアームが
直動運動によって他のアームに接続されていることを意
味する。

【００７０】また、「ｗｉｔｈ」以下の部分は、アーム
を取り付ける軸に対してアームがどのような角度をもっ
て接続されるかを確定するために記述される。その表記
は水平面内の極座標で行なうため、２次元で表現される
。尚、ここで基準となる方向ベクトルについては、アー
ムの取り付け軸と同一方向のベクトルを基準として使用
する。

【００７１】ロボットのリンク構造は全て４つのリンク
パラメーターにより表現しうることが判っている（Ｄｅ
ｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇの記法）ので、以上
に挙げた「ｌｅｎｇｔｈ」命令と「Ｊｏｉｎｔ」又は「
Ｅｘｔｅｎｄ」命令によって記述される値（例えば、「
ＡＲＭ１」では、３５０（ｍｍ）、１０（ｍｍ）、０（
ｄｅｇｒｅｅｓ）、０（ｄｅｇｒｅｅｓ））からこれら
４パラメーターの値を算出することができる。

【００７２】よって、このような命令を用いてひとつの
アームの構造を記述することができる。（尚、その詳細
については「コンピュータ制御機械システムシリーズ　
　ロボット制御基礎論」（コロナ社）の２９頁を参照。 ）。

【００７３】（ｖｉ）電気系と機械系の接続変換は、「
Ｆｒｅｅｄｏｍ＝〜」で指定する。ここで、「Ｆｒｅｅ
ｄｏｍ」は「Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ〜（パ
ラメーター）」の宣言において指定したパラメーターに
ついての電気的な量と機械量との換算比率を規定するた
めの命令である。

【００７４】上記のリスト例では、「ＡＲＭ１」や「Ａ
ＲＭ２」に関する「１０００　　ｐｕｌｓｅ／１ｄｅｇ
ｒｅｅ」の記述や、「ＡＲＭ３」に関する「１０００　
　ｐｕｌｓｅ／１ｍｍ」の記載がみられるが、これらは
アームを１度又は１ｍｍ移動するのにどれだけのパルス
数を必要とするかを規定するものである。

【００７５】（ｖｉｉ）「Ｌｉｍｉｔ　　ｏｆ　　Ｆｒ
ｅｅｄｏｍ」文は、自由度についての可動範囲を制限す
るために記述するものである。

【００７６】尚、可動範囲は機械量の単位（ｍｍ、ｃｍ
、ｍ等）でも電気的な量の単位（ｐｕｌｓｅｓ等）でも
構わない。

【００７７】次に、ツール搭載軸２０に設けられるツー
ル２１、２１′の構成を記述するモジュール構成プログ
ラム（以下、「ツール構成プログラム」という。）につ
いて説明する。

【００７８】リスト例） ＴＯＯＬ（１；ｉｎｔ　　ｐ１，ｐ２，ｐ３）＝ＴＯＯ
Ｌ１／ＴＯＯＬ２Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　
　ＴＯＯＬ１ｌｅｎｇｔｈ＝３５０ｍｍ； Ｅｘｔｅｎｄ　　ｗｉｔｈ　　０　　ｄｅｇｒｅｅｓ，
０　　ｄｅｇｒｅｅｓ；Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ１
； Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ２ｌｅ
ｎｇｔｈ＝３５０ｍｍ； Ｅｘｔｅｎｄ　　ｗｉｔｈ　　０　　ｄｅｇｒｅｅｓ，
０　　ｄｅｇｒｅｅｓ；Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ１
　　； Ｓｅｌｅｃｔ　　ｏｆ ｐ１＝１：ＴＯＯＬ１； ｐ１＝２：ＴＯＯＬ２； Ｅｎｄ　　ｏｆ　　Ｓｅｌｅｃｔ； Ｃｏｎｔｒｏｌ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ１ＰＲＩＭ　　ｔ
ｏｏｌ１（ｐ２，ｐ３）Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ１ Ｃｏｎｔｒｏｌ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ２ＰＲＩＭ　　ｔ
ｏｏｌ２（ｐ２） Ｅｎｄ　　ｏｆ　　ＴＯＯＬ２ Ｅｎｄ．

【００７９】上記のリストにおいて、「ＴＯＯＬ（パラ
メーター）＝」により、ロボットのツール搭載軸２０に
取り付けられる２つのツール２１、２１′が宣言される
。

【００８０】例えば、「ＴＯＯＬ１」がツール２１を示
し、「ＴＯＯＬ２」がツール２１′を示しており、「／
」は両者が対等の関係にあることを意味する。

【００８１】「ＴＯＯＬ（　　）＝」の（　　）内に示
す整数型のパラメーターｐ１、ｐ２、ｐ３のうちパラメ
ーターｐ１は、ツールを選択するためのもので、残りの
パラメーターは外部関数への引数として渡されるもので
ある。

【００８２】ツール２１、２１′の構成は、「Ｃｏｎｓ
ｔｒｕｃｔｉｏｎ　　ｏｆｘｘｘｘ」から「Ｅｎｄ　　
ｏｆ　　ｘｘｘｘ」迄の間に記述されている内容によっ
て確定され、「ｌｅｎｇｔｈ」命令や「Ｅｘｔｅｎｄ　
　ｗｉｔｈ」命令については前述した通りである。

【００８３】「Ｓｅｌｅｃｔ　　ｏｆ〜」から「Ｅｎｄ
　　ｏｆ　　Ｓｅｌｅｃｔ」にかけての記述内容はパラ
メーターｐ１の値に応じてツールの選択処理がなされる
ことを意味している。

【００８４】また、ツールに関する実際の制御は、数値
制御装置の種類やこれに使用されるＣＰＵ５の如何に依
存するため、外部関数に委ねられる。「Ｃｏｎｔｒｏｌ
　　ｏｆ〜」文と「Ｅｎｄ　　ｏｆ〜」文との間にある
「ＰＲＩＭ」命令は外部関数「ｔｏｏｌ１」や「ｔｏｏ
ｌ２」を特定するものである。

【００８５】次に、上記のようなモジュール構成プログ
ラムやツール構成プログラムのコンパイルについて説明
する。

【００８６】モジュール構成プログラム（ツール構成プ
ログラムを含む）はモジュール構成プログラミングユニ
ット２３（図１参照）によって作成された後に機械語に
変換され、最終的に図３や図４に示したような一連のサ
ブルーチンパッケージからなる座標変換ユニット９や工
具用サブルーチンユニット１０に変換される。

【００８７】即ち、モジュール構成プログラミングユニ
ット２３内の編集部２４で作成されたモジュール構成プ
ログラム及びツール構成プログラムは、コンパイル部２
５に送られて機械語に変換された後変換プロセスの生成
部２６に送出される。

【００８８】この生成部２６で作られる変換プロセスの
集合体として座標変換ユニット９や工具用サブルーチン
ユニット１０が作成され、これらがＬＡＮ・Ｉ／Ｆ（イ
ンターフェース）２７を介してＬＡＮ基幹線７に乗って
数値制御装置２に送られるようになっている。

【００８９】コンパイル部２５における文法解析手続迄
の取扱いは、公知のコンパイラ技術によって容易に作成
することができる。但し、使用するコンパイラの呼び出
し手順に誤りがないようにするために、モジュール構成
プログラムを一旦制御プログラムの作成言語に変換した
後にこれをコンパイルするという手法が望ましい。

【００９０】図２はコンパイル部２５の構成を示すもの
である。

【００９１】モジュール構成プログラムは前記したよう
なモジュール構成の記述言語を用いて計算機上のエディ
タによって作成され、一般にＡＳＣＩＩコードにより表
記されている。

【００９２】２８は字句解析部であり、モジュール構成
プログラムを読み込み、字句の分離を行なうために設け
られている。ここで「字句の分離」とは、「ｌｅｎｇｔ
ｈ」、「Ｊｏｉｎｔ」等の少なくとも１文字以上の文字
の集合であって、その集合により唯一の意味を有する単
語等をプログラムから抽出することをいう。具体的には
、公知である、仮想スタックマシンにより、文字を追跡
する方法等を挙げることができる。

【００９３】２９は文法解析部であり、字句解析部２８
より得られた字句の組み合せを所定の文法に従って解釈
し、必要な数値情報等を取り出す処理を行なうために設
けられれいる。本処理も、具体的には、仮想スタックマ
シンにより字句を追跡するという公知の方法を用いるこ
とができる。

【００９４】３０は４パラメーター抽出部であり、文法
解析において解析された「Ｊｏｉｎｔ　　ｔｏ」、「Ｅ
ｘｔｅｎｄ　　ｔｏ」、「ｌｅｎｇｔｈ」文により記述
されたパラメーターを取り出し、「Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈ
ａｒｔｅｎｂｅｒｇ」記法に基づく４つのリンクパラメ
ーターを算出するものである。

【００９５】勿論、記述するパラメーターをこれら４パ
ラメーターと同一のものとして採用するような文法を用
いても構わない。文法の決定は他の文と全く独立な幾何
学的要素であるので、自由に決定することができるから
である。

【００９６】３１は機械／電気系変換パラメーター抽出
部であり、「Ｆｒｅｅｄｏｍ」文により規定される機械
系の単位と電気系の単位との変換係数を設定するための
ものである。

【００９７】例えば、長さの単位「ｃｍ」とパルス数の
単位「Ｐｕｌｓｅ」との対応関係、つまり、換算率が規
定される。但し、単位系に関しては、「ｍ」や「ｃｍ」
等が混在しないように「ｍｍ」で統一すべきである。一
般にロボットの動作範囲の決定においては「ｍｍ」が単
位系として用いられることが多く、その方が取扱い易い
からである。

【００９８】３２は同次変換行列作成部であり、４パラ
メーター抽出部３０により抽出されたパラメーターから
同次変換行列を作成する。同次変換行列とは回転や並進
操作を４行４列でひとまとめに表した座標変換行列であ
り、回転行列や並進ベクトルを含んでいる。

【００９９】一般に、ｎ自由度（ｎは自然数）をもつマ
ニュピュレーターの手先位置を示す位置ベクトルは各関
節の変位を示す関節変数ベクトル（関節変数の組）の関
数として表すことができ、関節変数ベクトルが与えられ
たときに手先位置を求める問題は順運動学問題と称され
る。

【０１００】各関節に設定された座標系のうち隣接する
座標系については４つのリンクパラメーターを用いて表
される同次変換行列によってお互いの関係を規定するこ
とができる。

【０１０１】具体的には、ｉ番目の関節軸に設定された
座標系を（ｉー１）番目の関節軸に設定された座標系か
ら見たときの同次変換行列は、４パラメーターを（θｉ
，αｉ−１，ａｉ−１，ｄｉ）とし、Ｓｉ＝ｓｉｎθｉ
、Ｃｉ＝ｃｏｓθｉ、Ｓ（αｉ−１）＝ｓｉｎαｉ−１
、Ｃ（αｉ−１）＝ｃｏｓαｉ−１とおくと、［数１］
式に示すような形になる。

【０１０２】

【数１】

【０１０３】このような同次変換行列は関節毎に計算さ
れる。（尚、詳細については「コンピュータ制御機械シ
ステムシリーズ　　ロボット制御基礎論」（コロナ社）
の３４頁を参照。）。

【０１０４】３３は情報合成部であり、前記機械／電気
系変換パラメーター抽出部３１からの換算率に関する情
報と、同次変換行列作成部３２より得られた情報（関節
毎の同次変換行列）とをアーム毎にまとめてアーム情報
記録部３４に記録するために設けられている。

【０１０５】アーム情報記録部３４では、モジュール構
成プログラムのうちの各アームに関する情報をひとまと
めにして、アーム毎に記憶しこれを管理する。

【０１０６】各関節についての４パラメーターの値が全
て与えられれば、各関節の同次変換行列を全て掛け合わ
せることで、手先位置や姿勢を基軸部に固定した基準座
標系で表現することができる。つまり、［数１］式に示
す同次変換行列は隣接する関節軸に設定された座標系間
の相対的な関係を表すものであり、ロボットの基軸部に
固定した基準座標系における手先位置のベクトルを求め
るには、各関節についいての、同次変換行列の積を計算
すれば良く、これによって順運動学問題が解けたことに
なる。

【０１０７】アーム情報記録部３４に記録された同次変
換行列について掛け算を行ない、変換行列の合成行列を
計算する処理は、総合合成部３５と順運動学系同次変換
行列合成部３６においてなされる。

【０１０８】３７はインターフェース部作成部であり、
上記した「ＲＯＢＯＴ」文において指定される関節軸の
自由度に基づいてＣ言語上の関数エントリーを作成する
ために設けけられる。

【０１０９】即ち、順運動学系についての変換（つまり
、合成後の同次変換行列を用いた変換）に際しては、パ
ルス数をエントリーとしその出力をデカルト座標系で表
示する関数のタイトル部分を作成する。

【０１１０】例えば、 ＲＯＢＯＴ　　ＲｏｂｏｔＮａｍｅ（ｐ１，ｐ２，ｐ３
）＝ＡＲＭ１＋ＡＲＭ２＋ＡＲＭ３ というモジュール構成プログラムのステートメントを文
法解析部２９が解釈したときに、インターフェース部作
成部３７はその解釈結果を受けて、 ＤＥＣ　　ＡｘｉｓＴｏＤｅｃ（ｐ１，ｐ２，ｐ３）ｌ
ｏｎｇ　　ｉｎｔ　　ｐ１，ｐ２，ｐ３；という文字列
を生成する。ここで、型「ＤＥＣ」とはデカルト座標系
を意味する構造体である。

【０１１１】総合合成部３５は、アーム情報記録部３４
の情報に基づいて同次変換行列の合成行列と、機械／電
気系変換の換算式とを生成して、これらと上記インター
フェース部作成部３７によって作成されたインターフェ
ース部とを合成し、ひとつの変換関数を作成する。

【０１１２】そして、Ｃ言語コンパイラ３８が、総合合
成部３５で作成された変換関数のコンパイルを行なう。 尚、その際、変換関数を数値制御装置上の特定メモリ位
置にて動作しうるように、一般的には図示しないリンク
ロケータによる処理を行なわなければならないことがあ
る。

【０１１３】以上の処理により、順運動学系に関して軸
座標系からデカルト座標系への変換時の計算用サブルー
チンが作成される。

【０１１４】次に、デカルト座標系から軸座標系への変
換時の計算用サブルーチンの作成について説明する。

【０１１５】この変換は、手先位置を与えて関節変数を
求める処理に相当し、これを求める問題は逆運動学問題
と称され、その解法には代数的又は幾何学的に解く方法
と数値的に解く方法が知られているが、ここでは逆行列
計算を用いた代数的な解法を用いる。

【０１１６】前述したように順運動学系同次変換行列合
成部３６では、アーム情報記録部３４内にあるアーム毎
の同次変換行列から合成行列が求められる。

【０１１７】ランク（ｒａｎｋ）算定部３９は、合成行
列の逆行列が存在するかどうかを調べる。そして、逆行
列の存在を確認すると、逆運動学系ルーチンの生成部４
０にその旨を指示し、逆行列が存在しなければ、所謂繰
り返し計算アルゴリズムに従ってルーチンを生成するよ
うに指示を出す。

【０１１８】逆運動学系ルーチンの生成部４０は、ラン
ク算定部３９からの指示に従って同次変換行列に基づい
て逆変換関数を作成し、これをＣ言語コンパイラ３８´
に渡して実行コードに変換する。

【０１１９】こうしてデカルト座標系から軸座標系への
変換時の計算用サブルーチンが得られる。

【０１２０】尚、逆運動学系ルーチンの作成にあたって
は、既知の逆行列計算プログラムを使用すれば良い。

【０１２１】また、本実施例では、逆運動学系のルーチ
ンが作成できることを前提としているが、一般には逆運
動学問題については閉じた形の解が得られないので変換
用サブルーチンが常に作成できるとはかぎらない。この
場合には特定の関節部の座標をも含めたデカルト座標系
を採用して、次元数を（３＊ｎ）次元（ｎは自然数）に
拡張することで、各軸の値を決定する方法を用いること
も有効な手段となる。

【０１２２】また、モジュール構成プログラムのプログ
ラミング上の自由度を、予め用意した逆運動学系ルーチ
ンが利用できる範囲で制限することによっても逆行列を
得ることができる。

【０１２３】以上の処理手順について簡単にまとめると
以下のようになる。

【０１２４】先ず、順運動学系に関する処理の概要を下
記に示す。 （１）モジュール構成プログラムを作成する。 （２）モジュール構成プログラムを解釈する。 （３）４パラメーターの抽出や機械／電気系についての
換算パラメーターの抽出を行なう。 （４）関節毎に同次変換行列を計算する。 （５）同次変換行列の合成行列を計算する。 （６）計算用サブルーチンを作成する。

【０１２５】また、逆運動学系に関する処理の概要を下
記に示す。 （１）同次変換行列について逆行列の存在を調べる。 （２）逆行列計算を用いて逆運動学問題を解く。 （３）計算用サブルーチンを作成する。

【０１２６】以上の処理により、サブルーチンの集合体
である座標変換ユニット９が得られることになる。

【０１２７】尚、工具用サブルーチンユニット１０も座
標変換ユニット９の作成手順と同様な手順を踏むことに
よって作成することができる。

【０１２８】作成されたこれらのユニットは、ＲＯＭ化
した後に数値制御装置２に組み込むことも当然可能であ
るが、これらは読み書き可能なＲＡＭに格納することで
処理の柔軟性を高めるようにすることが望ましい。

【０１２９】また、モジュール構成プログラミングユニ
ット２３上で作成した変換ユニットはＬＡＮ・Ｉ／Ｆ２
７によりＬＡＮ基幹線７を介して数値制御装置２内の座
標変換ユニット９として転送される。そのエントリーポ
イントは予め決められているので、転送の終了とともに
数値制御装置２内では直ちにロボット１の制御に対応す
ることができる。

【０１３０】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明によれば、ＦＭＳ中で頻繁に行われるロボッ
トのリンク構成の変更があっても、リンク構造を記述し
たモジュール構成プログラムの変更によってロボットプ
ログラムには何等手を加えることなく対処することがで
き、プログラムの管理や保守に要する手間を軽減するこ
とができる。

【０１３１】また、ロボットプログラムの作成にあたっ
てツールの形状を殆ど意識することなく作成することが
でき、ツールの設計変更があった場合においてその動作
についての記述の変更を要しないので、ロボットプログ
ラムとは全く独立したモジュール構成プログラムを作成
することによってツールの変更に対処することができ、
ツールの設計部署とは別の部署でロボットプログラムの
プログラミングを行なうことができるようになる。

【０１３２】そして、ロボットの数値制御装置において
その制御手順を記述するプログラム記憶領域とは独立に
変換用プログラム（座標変換ユニットや工具用サブルー
チンユニット）のための記憶領域を設け、かつ、変換用
プログラムを外部から随時に書き込むことができるよう
にすることで、ネットワークの活用を図ることができ（
例えば、プログラミング時にＣＡＤデータを利用するこ
とができる等）、プログラムを能率良く作成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロボットシステムの構築例を示すブロック図で
ある。

【図２】コンパイラ部の構成を示すブロック図である。

【図３】座標変換ユニットの構成を概念的に示す図であ
る。

【図４】工具用サブルーチンユニットの構成を概念的に
示す図である。

【図５】ロボットのリンク構造の一例を概略的に示す側
面図である。

【符号の説明】

１　　多軸ロボット ２　　数値制御部 ６　　制御プログラム記憶部 ９、１０　　変換用プログラムの記憶部２３　　プログ
ラミング部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　リンク構造を自由に改変することがで
   きる多軸ロボットの制御装置であって、（１）多軸ロボ
   ットのリンク構成を記述するプログラムを作成するとと
   もに、該プログラム中においてロボットの関節毎に設定
   された座標系間の相対的な位置関係を示すパラメーター
   に基づいて、ロボットの各関節の変位や姿勢を示す情報
   と、ロボットの手先位置をロボットの特定の関節軸に固
   定した基準座標系で表現した情報との間で相互に座標変
   換を行なうための変換用プログラムを生成し、これをロ
   ボットの数値制御部で動作しうる命令語に変換するため
   のプログラミング部を設けたこと、（２）プログラミン
   グ部により生成された変換用プログラムを格納し、変換
   用プログラムを用いてロボットの各関節の状態を示す情
   報から得られる手先位置の情報又は手先位置から得られ
   る各関節の状態を示す情報に基づいてロボットの位置決
   め制御を行なう数値制御部を設けたこと、を特徴とする
   多軸ロボットの制御装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の多軸ロボットの制御
   装置において、数値制御部にはその制御手順を記述する
   プログラムを格納する制御プログラム記憶部とは独立に
   変換用プログラムのための記憶部を所定の位置に設け、
   かつ、変換用プログラムを外部から随時に書き込むこと
   ができるようにしたことを特徴とする多軸ロボットの制
   御装置。