JPH05127714A - Arm control system for redundancy arm robot - Google Patents
Arm control system for redundancy arm robotInfo
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- JPH05127714A JPH05127714A JP28666591A JP28666591A JPH05127714A JP H05127714 A JPH05127714 A JP H05127714A JP 28666591 A JP28666591 A JP 28666591A JP 28666591 A JP28666591 A JP 28666591A JP H05127714 A JPH05127714 A JP H05127714A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボット、特に冗
長アームロボットのアーム制御方式に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial robot, and more particularly to an arm control system for a redundant arm robot.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業用ロボットはほとんどのものが６軸
多関節形ロボットかあるいはスカラ形ロボットといわれ
るもので、機械構造からみて冗長アームロボット（いわ
ゆるRedundant Robot またはReduntdant Manipulator）
とよばれるものの範疇外の形式のロボットである。最近
ロボットでより困難な仕事をなすように６軸以上の関節
をもつロボットが開発されてきている。とくに７軸の人
間腕形ロボットは人間がその動きに対しより親しみをも
つ故か研究開発が盛んになってきた。従来の６軸ロボッ
トというのは、ロボットツールの制御点の位置と姿勢が
６個の変数で定義されるということに対応して設計され
た汎用性の高いロボットであった。しかしこのロボット
の欠点は制御点における、位置姿勢の選択という立場か
らみて、到達可能な空間上であっても自分自身のアーム
が障害になったり、途中に障害物が存在するため、必ず
しも総ての点で任意の位置や姿勢を取り得るものではな
かった。このようなことを回避するためにまずとられた
方法はロボットの設置方法を壁掛けとか、天井吊りにす
ることであった。このような方法が有効な方法であるこ
とは否定されることではない。しかしこのような設置方
法が不可能である場合には、６軸以上の自由度を有する
ロボットの導入が必要であることは論をまたない。2. Description of the Related Art Almost all industrial robots are called 6-axis articulated robots or SCARA robots, and are redundant arm robots (so-called Redundant Robot or Reduntdant Manipulator) in terms of mechanical structure.
It is a type of robot that is outside the scope of what is called. Recently, robots having six or more joints have been developed so that robots can perform more difficult tasks. Especially for 7-axis human arm robots, research and development has become popular because humans are more familiar with their movements. The conventional 6-axis robot is a highly versatile robot designed corresponding to the fact that the position and orientation of the control point of the robot tool are defined by 6 variables. However, from the standpoint of selecting position and orientation at the control point, the drawback of this robot is that even if it is in a reachable space, its own arm is an obstacle and there are obstacles in the middle, so it is not always the case. It was not possible to take any position or posture in terms of. The first method taken to avoid this was to mount the robot on the wall or suspend it from the ceiling. There is no denying that such a method is effective. However, if such an installation method is not possible, it is of course necessary to introduce a robot having 6 or more degrees of freedom.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いて、衝突を回避するというアーム動作において、ロボ
ットのツール部の位置や姿勢を多少変化させてもよい場
合がある。このような場合は、６軸ロボットでも可能な
方法が存在する。この方法はロボットアームの肩の位置
とロボットのツール部の制御点を結ぶ軸を計算し、この
軸を少しずらして、この軸回りにロボットのツール部の
制御点を回転させる方法である。この方法では残念なが
らロボットのツール部の位置および姿勢を変化させない
という条件を満足させることができない。In the above-mentioned conventional technique, there are cases where the position or posture of the tool portion of the robot may be changed to some extent in the arm operation of avoiding a collision. In such a case, there is a method capable of using a 6-axis robot. This method is a method of calculating an axis connecting the position of the shoulder of the robot arm and the control point of the tool part of the robot, slightly shifting this axis, and rotating the control point of the tool part of the robot around this axis. Unfortunately, this method cannot satisfy the condition that the position and orientation of the tool part of the robot are not changed.
【０００４】上記のような理由で冗長アームロボットの
研究開発がなされてきているのであるが、研究開発の主
題が冗長アームロボットの動きの滑らかさをいかにして
実現するかという面に傾いているため、障害物回避のた
めに、この冗長性を積極的に使うといった制御装置の実
現がなされていない。つまり現在研究課題になっている
ことは、オペレータが介在しないでこの衝突回避の機能
を組み込もうということが目的になっている。理想的に
はこのことが実現されることが望ましいのであるが、現
状のロボット技術からみて、オペレータ介在形の衝突回
避操作というものが過渡的に存在してもよいのではない
かという点から、本願のアーム制御方式を発明するに到
った。Although the redundant arm robot has been researched and developed for the above reasons, the subject of the research and development is inclined toward how to realize smooth motion of the redundant arm robot. Therefore, in order to avoid obstacles, a control device that actively uses this redundancy has not been realized. In other words, what is currently being researched is to incorporate this collision avoidance function without operator intervention. Ideally, it is desirable that this be realized, but from the point of view of current robot technology, it may be possible that an operator-assisted collision avoidance operation may exist transiently. The present invention has invented the arm control system.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の冗長アームロボ
ットのアーム制御方式は、７自由度を有する冗長アーム
ロボットのアーム制御方式であって、ロボットのツール
部の制御点の位置姿勢を固定したまま、中間アームを周
囲の対象物に衝突させないような動きを実現する制御入
力を与える軸を選択する軸選択スイッチと、軸選択スイ
ッチにより選択された軸に微小変化入力を与える移動指
令スイッチと、選択された軸に移動指令スイッチにより
微小変化入力を与えると、前記ロボットのツール部の制
御点の位置と姿勢とを変化させないように、他の軸を適
宜変化させる制御部とを有する。An arm control system for a redundant arm robot according to the present invention is an arm control system for a redundant arm robot having 7 degrees of freedom, in which the position and orientation of a control point of a tool portion of the robot is fixed. As it is, an axis selection switch that selects an axis that gives a control input that realizes a movement that does not cause the intermediate arm to collide with a surrounding object, and a movement command switch that gives a minute change input to the axis selected by the axis selection switch, When a minute change input is given to the selected axis by the movement command switch, the control section appropriately changes the other axes so as not to change the position and orientation of the control point of the tool section of the robot.
【０００６】[0006]
【作用】実用性の高いと想定される７軸関節形のロボッ
トを具体例として本発明の原理について説明する。課題
になっている衝突回避の問題が必ず解が存在するという
ものではないことに注意したい。解が存在しないという
理由の一つとして、冗長アームロボットであれその構造
が悪いと冗長アームロボットにならぬことがあること。
第二の理由として、制御点の現在の位置姿勢に対して衝
突を回避したいアーム方向には理論的に動けない場合
や、特異点問題が存在する場合があるということであ
る。説明を理解しやすくするために、このようなことは
奇なこととして話をすすめる。７軸多関節ロボットの位
置姿勢の決定に関わる重要な関係式は、ロボットのツー
ル部の現在の制御点での作業空間での微小変化分とロボ
ット関節空間での微小変化分との関係式（１）で与えら
れる。関係式（１）は回転軸からのみ成り立っているロ
ボットを想定して示してある。スライド軸を含むロボッ
トの場合も論理的に同じように展開可能であるので、回
転軸のみよりなるロボットでもって話を進めることにす
る。 ［Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δα，Δβ，Δγ］T ＝Ｊ＊［Δ
ｑ１，Δｑ２，Δｑ３，Δｑ４，Δｑ５，Δｑ６，Δｑ
７］T ・・・・・（１） ただし Δ ： 微小変化分 ｘ，ｙ，ｚ： 作業空間での位置 α，β，γ： 作業空間での座標軸廻りの回転角度 Ｊ ： ヤコビアン（６ ｘ ７ のマトリク
ス） ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４，ｑ５，ｑ６，ｑ７： ロボッ
ト関節空間での角度 ［ ］T ： 転置を意味する 制御点でのロボットのツール部の状態を変えないという
ことは、作業空間での微小変化をゼロとすることであ
る。この場合の上記の式（１）を解くことをかんがえ
る。Δｑ１−Δｑ７の内いずれかが、値が与えられる変
数とする。そのように考えれば、Ｊが既知の値をもつマ
トリクスであるので、他の変数を計算でもとめることが
できる。つまり６次元の連立方程式を解く問題に帰着さ
れる。ロボットとしての動きからいうと、制御点での状
態をもとのままに維持して、値の与えられた関節を少し
動かした場合、他の関節がどのように動くかということ
が求められる。先述したように、このことは総ての場合
についていつでも求め得るものではない。どの関節を動
かすことが目的にかなった動きであるのか、あるいは制
御点での現在の位置姿勢、あるいはロボットの機械構造
上から解が存在しないということがありうる。このよう
なことは、実際のロボットをモデル化したロボットシミ
ュレータの上で検討しておけば目的とする動きの指針は
あたえられる。どの軸が有効な動きをする軸であるかも
決定することができる。有効な関節軸が決定されていて
も現在の制御点での条件で方程式が解けない場合がある
が、これも条件をゆるやかなものにして解くという、特
異点解決法という周知の技法を使えば回避出来ないわけ
ではない。条件をゆるやかに出来ない場合には、不可能
ということで再度制御点状態を変更してこの方法を使う
ということも実用上は特殊な場合を除き支障はない。ロ
ボットシミュレータで実験を重ね、衝突回避のアーム動
作を実現する有効関節軸をいくつかの場合に対応して決
定しておいて、この軸にオペレータが動作指令入力をあ
たえられるように移動指令スイッチを操作台に準備して
おいて、内部的に上述の論理を従来の制御装置に追加し
ておけば、衝突回避の有効な手段となる。The principle of the present invention will be described with a concrete example of a 7-axis joint type robot which is assumed to be highly practical. Note that the problem of collision avoidance, which is the subject, does not always mean that a solution exists. One of the reasons why there is no solution is that even a redundant arm robot does not become a redundant arm robot if its structure is bad.
The second reason is that there is a case where the arm cannot theoretically move in the arm direction in which it is desired to avoid a collision with respect to the current position and orientation of the control point, or a singularity problem exists. In order to make the explanation easier to understand, we recommend that this is strange. An important relational expression related to the determination of the position and orientation of the 7-axis articulated robot is a relational expression between a minute change in the work space at the current control point of the robot tool and a minute change in the robot joint space ( Given in 1). The relational expression (1) is shown on the assumption that the robot consists of only the rotation axis. A robot including a slide axis can be logically expanded in the same manner, so the discussion will proceed with a robot including only a rotation axis. [Δx, Δy, Δz, Δα, Δβ, Δγ] T = J * [Δ
q1, Δq2, Δq3, Δq4, Δq5, Δq6, Δq
7] T (1) where Δ: minute change x, y, z: position in working space α, β, γ: rotation angle around coordinate axis in working space J: Jacobian (6 x 7 Matrix) q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7: Angle in robot joint space [] T : Means transposition It means that the state of the tool part of the robot at the control point is not changed. Is to make a small change in zero. Considering that the above equation (1) in this case is solved. Any one of Δq1 to Δq7 is a variable to which a value is given. In that case, since J is a matrix having a known value, other variables can be determined by calculation. In other words, it results in the problem of solving a 6-dimensional simultaneous equation. In terms of movement as a robot, it is necessary to maintain the state at the control point as it is and how to move other joints when a joint given a value is slightly moved. As mentioned earlier, this is not always the case in all cases. It is possible that there is no solution based on which joint is the target movement, the current position and orientation at the control point, or the mechanical structure of the robot. If this kind of thing is examined on a robot simulator that models an actual robot, a target movement guideline can be given. It can also be determined which axis is the axis with the valid movement. Even if an effective joint axis is determined, the equation may not be able to be solved under the condition at the current control point, but if you use a well-known technique called singularity solving method that solves the condition loosely It is not inevitable. If the condition cannot be loosened, it is not possible to change the control point state again and use this method in practice, except in a special case. Repeated experiments using a robot simulator to determine the effective joint axis that realizes the arm movement for collision avoidance in some cases, and set the movement command switch so that the operator can give a motion command input to this axis. If the above-mentioned logic is internally added to the conventional control device after being prepared in the operation console, it becomes an effective means for avoiding a collision.
【０００７】このような原理のもとに行われた本発明は
次に述べるように作用する。衝突回避すなわち周囲の対
象物との衝突を回避させる動作に最も好適な軸を軸選択
スイッチにより選択し、移動指令スイッチにより所望な
微小変化を与える。操作台１０で選択された軸に微小変
化入力が与えられると、制御部がロボットのツール部の
制御点の位置姿勢を変化させないように他の軸を変化さ
せる。この操作を衝突回避が実現するまで繰り返して所
望の結果を得る。The present invention made on the basis of such a principle operates as described below. The axis most suitable for the collision avoidance, that is, the operation for avoiding the collision with the surrounding object is selected by the axis selection switch, and a desired minute change is given by the movement command switch. When a slight change input is given to the axis selected on the operation console 10, the control section changes the other axes so as not to change the position and orientation of the control point of the tool section of the robot. This operation is repeated until collision avoidance is achieved, and the desired result is obtained.
【０００８】[0008]
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の実施例において制御される
冗長アームロボットのリンク構造を示す図、図２は図１
で示される冗長アームロボットを操作する操作台を示す
図である。図１のリンク構造をＤＨ記法（ Denavit-Har
tenberg の記法）で示すと表１のようになる。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a link structure of a redundant arm robot controlled in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is FIG.
It is a figure which shows the operating console which operates the redundant arm robot shown by. The link structure of Fig. 1 is DH notation (Denavit-Har
Tenberg's notation) is shown in Table 1.
【０００９】[0009]
【表１】 ただし ｑi ： 関節変数 ａi ： 共通垂線の長さ ｄi ： リンク間距離 αi ： 関節軸ｉ，ｉ＋１の直交射影間の角度 この状態で衝突回避に有効な関節軸は第２関節の軸であ
ることが解っているので（シミュレータ上で確認済みと
なっていることによる）、図２の操作台１０の軸選択ス
イッチ１１で第２関節の軸を選択する。次に、移動指令
スイッチ１２を操作して＋方向また−方向に微小変化さ
せる。移動指令スイッチ１２からの指令は、サーボユニ
ットを含むロボット制御装置２０に与えられる。ロボッ
ト制御装置２０は、指令に基づいて、ロボット３０の第
２関節の軸を駆動するとともに、先端の制御点の固定し
た位置姿勢を変化させぬように、その他の関節の軸を制
御する。例えば第２関節の軸以外の関節の変位量は、ロ
ボット制御装置２０内において、前述の式（１）により
逆運動学問題として解かれる。[Table 1] Where q i : Joint variable a i : Common perpendicular length d i : Link distance α i : Angle between orthogonal projections of joint axes i and i + 1 In this state, the joint axis effective for avoiding collision is the axis of the second joint Since it is known that (because it has been confirmed on the simulator), the axis of the second joint is selected by the axis selection switch 11 of the operation console 10 of FIG. Next, the movement command switch 12 is operated to make a minute change in the + direction or the-direction. The command from the movement command switch 12 is given to the robot controller 20 including the servo unit. Based on the command, the robot controller 20 drives the axis of the second joint of the robot 30 and controls the axes of the other joints so as not to change the fixed position and orientation of the control point at the tip. For example, the amount of displacement of a joint other than the axis of the second joint is solved as an inverse kinematics problem in the robot controller 20 by the above-mentioned equation (1).
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、冗長アー
ムロボットを衝突回避のために制御するのに際し、軸選
択スイッチおよび移動指令スイッチにより、特定の軸に
操作入力を与え、同時に制御部により他の軸も適宜に制
御することにより、簡単な方法で衝突回避を実行でき、
アームの冗長性を有効に利用できる。As described above, according to the present invention, when controlling the redundant arm robot for avoiding a collision, an operation input is given to a specific axis by the axis selection switch and the movement command switch, and at the same time by the control unit. By controlling other axes as appropriate, collision avoidance can be executed in a simple way.
The redundancy of the arm can be effectively used.
【図１】本発明の実施例において制御される冗長アーム
ロボットのリンク構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a link structure of a redundant arm robot controlled in an embodiment of the present invention.
【図２】図１で示される冗長アームロボットを操作する
操作台を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a console for operating the redundant arm robot shown in FIG.
１０ 操作台 １１ 軸選択スイッチ １２ 移動指令スイッチ ２０ ロボット制御装置 ３０ ロボット ｑ1 ，ｑ2 ，〜，ｑ7 関節変数 ｚ1 ，ｚ2 ，〜，ｚ7 ｚ軸10 to console 11 axis selection switch 12 movement command switch 20 the robot controller 30 robot q 1, q 2, ~, q 7 joint variables z 1, z 2, ~, z 7 z -axis
Claims (1)
アーム制御方式において、 ロボットのツール部の制御点の位置姿勢を固定したま
ま、中間アームを周囲の対象物に衝突させないような動
きを実現する制御入力を与える軸を選択する軸選択スイ
ッチと、 軸選択スイッチにより選択された軸に微小変化入力を与
える移動指令スイッチと、 選択された軸に移動指令スイッチにより微小変化入力を
与えると、前記ロボットのツール部の制御点の位置と姿
勢とを変化させないように、他の軸を適宜変化させる制
御部とを有することを特徴とする冗長アームロボットの
アーム制御方式。1. An arm control system for a redundant arm robot having 7 degrees of freedom, which realizes a motion in which the intermediate arm does not collide with a surrounding object while the position and orientation of a control point of a tool part of the robot are fixed. The axis selection switch for selecting the axis to which the control input is applied, the movement command switch for giving a minute change input to the axis selected by the axis selection switch, and the minute change input for the selected axis by the movement command switch An arm control system for a redundant arm robot, comprising: a control unit that appropriately changes other axes so as not to change the position and orientation of the control point of the tool unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28666591A JP3379540B2 (en) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Arm control method for redundant arm robot |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH05127714A true JPH05127714A (en) | 1993-05-25 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3379540B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007136590A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Control device and control method for redundant robot having redundant joint |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP5755715B2 (en) * | 2013-12-17 | 2015-07-29 | 川崎重工業株式会社 | Robot control method |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP28666591A patent/JP3379540B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007136590A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Control device and control method for redundant robot having redundant joint |
| CN106625666A (en) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 广州视源电子科技股份有限公司 | Control method and device of redundant mechanical arm |
| CN106625666B (en) * | 2016-12-16 | 2019-03-01 | 广州视源电子科技股份有限公司 | Control method and device of redundant mechanical arm |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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