JPH0550386A - 7自由度マニプレータの位置教示方式 - Google Patents
7自由度マニプレータの位置教示方式Info
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- JPH0550386A JPH0550386A JP22978091A JP22978091A JPH0550386A JP H0550386 A JPH0550386 A JP H0550386A JP 22978091 A JP22978091 A JP 22978091A JP 22978091 A JP22978091 A JP 22978091A JP H0550386 A JPH0550386 A JP H0550386A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joint
- elbow
- rotation angle
- rotation
- shoulder
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 7自由度マニプレータに対して位置・姿勢を
簡単に教示できるようにすること。 【構成】 マニプレータは7つの関節を有する。肩部1
1に各関節の回転軸が1点で交差する3つの関節J1,
J2,J3を有する。肩部11に接続された上腕部12
と前腕部14を結合する肘部13に1つの関節J4を有
する。手首部に回転軸が1点で交差する3つの関節J
5,J6,J7を有する。教示操作盤3よりハンドを直
交座標系の各軸に平行に移動させる直線移動指令もしく
は各軸に対して回転指令が入力されると肘部13の(O
s−Ow)回りの回転角度を変えずにハンドの位置及び
姿勢を変える。肘回転指令が入力されると、ハンドの位
置及び姿勢を変えずに肘部の回転角のみを変える(セル
フ・モーション)。これらの指令によりマニプレータに
位置・姿勢を教示する。
簡単に教示できるようにすること。 【構成】 マニプレータは7つの関節を有する。肩部1
1に各関節の回転軸が1点で交差する3つの関節J1,
J2,J3を有する。肩部11に接続された上腕部12
と前腕部14を結合する肘部13に1つの関節J4を有
する。手首部に回転軸が1点で交差する3つの関節J
5,J6,J7を有する。教示操作盤3よりハンドを直
交座標系の各軸に平行に移動させる直線移動指令もしく
は各軸に対して回転指令が入力されると肘部13の(O
s−Ow)回りの回転角度を変えずにハンドの位置及び
姿勢を変える。肘回転指令が入力されると、ハンドの位
置及び姿勢を変えずに肘部の回転角のみを変える(セル
フ・モーション)。これらの指令によりマニプレータに
位置・姿勢を教示する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、関節形マニプレータの
位置教示方式に関し、特に、人間の腕と同等の動きを行
なう7自由度のマニプレータの位置教示方式に関する。
位置教示方式に関し、特に、人間の腕と同等の動きを行
なう7自由度のマニプレータの位置教示方式に関する。
【0002】
【従来の技術】産業用のマニプレータまたはロボットの
アームの先端に取り付けられたハンド(エンドエフェク
タ)を、このマニプレータ(ロボット)の動作範囲内で
空間の任意の位置に任意の方向で位置決めするには、マ
ニプレータ(ロボット)のアーム機構が6自由度を有す
ることが必要十分条件である。そのため、既存のマニプ
レータ及び産業用ロボットは6自由度もしくは、動作を
制限した6自由度未満の機構で構成されている。しか
し、6自由度のマニプレータやロボットでは、ハンドを
空間内である位置と姿勢に位置決めする場合、アーム機
構の姿勢は有限個の姿勢に限られ、障害物と干渉を起こ
す場合がある。
アームの先端に取り付けられたハンド(エンドエフェク
タ)を、このマニプレータ(ロボット)の動作範囲内で
空間の任意の位置に任意の方向で位置決めするには、マ
ニプレータ(ロボット)のアーム機構が6自由度を有す
ることが必要十分条件である。そのため、既存のマニプ
レータ及び産業用ロボットは6自由度もしくは、動作を
制限した6自由度未満の機構で構成されている。しか
し、6自由度のマニプレータやロボットでは、ハンドを
空間内である位置と姿勢に位置決めする場合、アーム機
構の姿勢は有限個の姿勢に限られ、障害物と干渉を起こ
す場合がある。
【0003】そこで、上記6自由度のマニプレータやロ
ボットの不具合を解消するために、7自由度を有したマ
ニプレータやロボットが開発されている(特公昭55−
48956号公報参照)。特に人間の腕の動きと近似し
た動作を行なうティーチング−プレイバック式の7自由
度のマニプレータまたはロボットが本願出願人によって
開発されている(特願平3−84167号参照)。この
7自由度マニプレータまたはロボットは人間の肩に対応
する部分に3つの関節を有し、手首に対応する部分に3
つの関節を設け、肩部と手首部間を肘に対応する関節を
介して結合し、人間の腕と同等の動きを行なう7自由度
のマニプレータまたはロボットを構成している。このよ
うな7自由度を有するマニプレータ若しくはロボットで
は位置,姿勢を決めるために必要な6自由度に加えて1
つの冗長度を有し、この1つの冗長度により複雑な動作
や器用な動きを実現できる。
ボットの不具合を解消するために、7自由度を有したマ
ニプレータやロボットが開発されている(特公昭55−
48956号公報参照)。特に人間の腕の動きと近似し
た動作を行なうティーチング−プレイバック式の7自由
度のマニプレータまたはロボットが本願出願人によって
開発されている(特願平3−84167号参照)。この
7自由度マニプレータまたはロボットは人間の肩に対応
する部分に3つの関節を有し、手首に対応する部分に3
つの関節を設け、肩部と手首部間を肘に対応する関節を
介して結合し、人間の腕と同等の動きを行なう7自由度
のマニプレータまたはロボットを構成している。このよ
うな7自由度を有するマニプレータ若しくはロボットで
は位置,姿勢を決めるために必要な6自由度に加えて1
つの冗長度を有し、この1つの冗長度により複雑な動作
や器用な動きを実現できる。
【0004】例えば、人間の腕で説明すると、人間の腕
も7自由度を有し、手の位置,姿勢を決定するために必
要な6自由度に加え1つの冗長自由度を有している。こ
の冗長度があるために人間の腕では前方にある物体を把
持し、手の位置,姿勢を固定したまま肘を動かすことが
可能である。この肘の動きを積極的に利用し障害物を回
避しつつ物体を把持するような動作を行なうことができ
る。このように人間の腕と同じように冗長自由度を持つ
マニプレータまたはロボットは、ハンドの位置及び姿勢
を変化させないアームの動きが可能である。このアーム
の動きは“セルフ・モーション”と呼ばれている。上述
した人間の腕の例では、手の位置と姿勢を動かさないで
肘の位置を動かす動きがセルフ・モーションである。
も7自由度を有し、手の位置,姿勢を決定するために必
要な6自由度に加え1つの冗長自由度を有している。こ
の冗長度があるために人間の腕では前方にある物体を把
持し、手の位置,姿勢を固定したまま肘を動かすことが
可能である。この肘の動きを積極的に利用し障害物を回
避しつつ物体を把持するような動作を行なうことができ
る。このように人間の腕と同じように冗長自由度を持つ
マニプレータまたはロボットは、ハンドの位置及び姿勢
を変化させないアームの動きが可能である。このアーム
の動きは“セルフ・モーション”と呼ばれている。上述
した人間の腕の例では、手の位置と姿勢を動かさないで
肘の位置を動かす動きがセルフ・モーションである。
【0005】一方、マニプレータやロボットの動作をプ
ログラムする方法として、テーチング・プレイバック方
式が一般的に採用され、馴れ親しまれている。テーチン
グ・プレイバック方式のマニプレータまたはロボットで
は、操作者がマニプレータやロボットのハンドを所定の
位置及び姿勢に位置決めするために、通常、教示操作盤
上を操作してハンドの位置及び姿勢を動かす下記(1)
及び(2)の機能が用意されている。そして、操作者は
これらの機能を用いてマニプレータ若しくはロボットの
ハンドを所定の位置及び姿勢に位置決めすることにより
教示を行なうようになっている。 (1)各軸動作 マニプレータまたはロボットの各関節を個別に動かし
て、ハンドの位置及び姿勢を所定の位置に位置決めする
方法。教示操作盤に各関節の動作に対応するキーが設け
られており、特定のキーを押すと対応する関節の軸が動
作する。 (2)直交座標系動作 空間内の特定の直交座標系に対して、この座標系のX
軸,Y軸,Z軸の各軸に平行にハンドを移動させる機能
と、X軸,Y軸,Z軸の各座標軸の回りにハンドを回転
させる機能を持ち、平行移動によりハンドの位置を、回
転移動によりハンドの姿勢を変化させて所定の位置及び
姿勢に位置決めする方法。
ログラムする方法として、テーチング・プレイバック方
式が一般的に採用され、馴れ親しまれている。テーチン
グ・プレイバック方式のマニプレータまたはロボットで
は、操作者がマニプレータやロボットのハンドを所定の
位置及び姿勢に位置決めするために、通常、教示操作盤
上を操作してハンドの位置及び姿勢を動かす下記(1)
及び(2)の機能が用意されている。そして、操作者は
これらの機能を用いてマニプレータ若しくはロボットの
ハンドを所定の位置及び姿勢に位置決めすることにより
教示を行なうようになっている。 (1)各軸動作 マニプレータまたはロボットの各関節を個別に動かし
て、ハンドの位置及び姿勢を所定の位置に位置決めする
方法。教示操作盤に各関節の動作に対応するキーが設け
られており、特定のキーを押すと対応する関節の軸が動
作する。 (2)直交座標系動作 空間内の特定の直交座標系に対して、この座標系のX
軸,Y軸,Z軸の各軸に平行にハンドを移動させる機能
と、X軸,Y軸,Z軸の各座標軸の回りにハンドを回転
させる機能を持ち、平行移動によりハンドの位置を、回
転移動によりハンドの姿勢を変化させて所定の位置及び
姿勢に位置決めする方法。
【0006】教示操作盤に座標軸に沿った平行移動また
は軸回りの回転移動を指令するキーが各軸毎に対応させ
て設けられており、所定のキーを押すことによって対応
する平行移動または回転移動を行なう。
は軸回りの回転移動を指令するキーが各軸毎に対応させ
て設けられており、所定のキーを押すことによって対応
する平行移動または回転移動を行なう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】テーチングにおける各
軸動作では、マニプレータ若しくはロボットの1つの関
節を動作させるとハンドの位置及び姿勢の両方が変化す
る。そのため、ハンドを操作者が望む位置及び姿勢に動
かすには複数の関節を同時に動かす必要があるが、ハン
ドの位置及び姿勢の動きと各関節の動きの関係は一般に
複雑であり、操作者が直観的に理解することは困難であ
る。関節が増加する毎に両者の関係は複雑さを増し、特
に、1つの冗長自由度を有する7自由度マニプレータ若
しくはロボットに対して各軸動作で教示することは非常
に困難である。
軸動作では、マニプレータ若しくはロボットの1つの関
節を動作させるとハンドの位置及び姿勢の両方が変化す
る。そのため、ハンドを操作者が望む位置及び姿勢に動
かすには複数の関節を同時に動かす必要があるが、ハン
ドの位置及び姿勢の動きと各関節の動きの関係は一般に
複雑であり、操作者が直観的に理解することは困難であ
る。関節が増加する毎に両者の関係は複雑さを増し、特
に、1つの冗長自由度を有する7自由度マニプレータ若
しくはロボットに対して各軸動作で教示することは非常
に困難である。
【0008】一方、直交座標系動作でティーチングする
場合、ハンドの位置及び姿勢の自由度が6であることに
対して、7自由度のマニプレータ若しくはロボットでは
1自由度の冗長度があるため、ハンドの位置及び姿勢を
指示するだけではマニプレータ若しくはロボットを動作
させることは不可能である。これは、ハンドの位置及び
姿勢を指定しても、まだ上述した“セルフ・モーショ
ン”の自由度が残っているからである。7自由度のマニ
プレータまたはロボツトを直交座標系で動作させるに
は、ハンドの位置及び姿勢に加えてセルフ・モーション
を指定する必要があるが、従来の教示方式では6自由度
以下のマニプレータ若しくはロボットを対象としたもの
であるため、ハンドの位置と姿勢のみしか指定できな
く、7自由度のマニプレータ若しくはロボットに適用で
きない。そこで、本発明の目的は、7自由度のマニプレ
ータ若しくはロボットに対して簡単にハンドの位置,姿
勢及びアームの姿勢を教示できる教示方式を提供するこ
とにある。
場合、ハンドの位置及び姿勢の自由度が6であることに
対して、7自由度のマニプレータ若しくはロボットでは
1自由度の冗長度があるため、ハンドの位置及び姿勢を
指示するだけではマニプレータ若しくはロボットを動作
させることは不可能である。これは、ハンドの位置及び
姿勢を指定しても、まだ上述した“セルフ・モーショ
ン”の自由度が残っているからである。7自由度のマニ
プレータまたはロボツトを直交座標系で動作させるに
は、ハンドの位置及び姿勢に加えてセルフ・モーション
を指定する必要があるが、従来の教示方式では6自由度
以下のマニプレータ若しくはロボットを対象としたもの
であるため、ハンドの位置と姿勢のみしか指定できな
く、7自由度のマニプレータ若しくはロボットに適用で
きない。そこで、本発明の目的は、7自由度のマニプレ
ータ若しくはロボットに対して簡単にハンドの位置,姿
勢及びアームの姿勢を教示できる教示方式を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、3つの関節を
有し各関節の回転軸が空間上の1点で交差する肩部と、
該肩部に接続された上腕部に接続され前腕部を結合する
1つの関節からなる肘部と、前腕部の他端に接続された
3つの関節を有し該3つの関節の回転軸が1点で交差す
る手首部とで構成される7自由度マニプレータにおける
位置教示方式において、マニプレータのエンドエフェク
タを直交座標系の各軸に平行に移動させる直線移動指令
手段と、各軸の回りに回転させる回転指令手段と、エン
ドエフェクタの位置及び姿勢を変えずに肩部と手首を結
ぶ直線の回りに肘を回転させる肘回転指令手段を設け、
上記直線移動指令手段もしくは回転指令手段が操作され
たときには肩部と手首を結ぶ直線の回りの肘回転角度を
変えずにエンドエフェクタの位置及び姿勢を変え、上記
肘回転指令手段が操作されたときには、エンドエフェク
タの位置及び姿勢を変えずに上記肘部回転角度のみを変
えることによってマニプレータに位置・姿勢を教示する
ことによって7自由度マニプレータに対して、簡単にテ
ィーチングができるようにした。
有し各関節の回転軸が空間上の1点で交差する肩部と、
該肩部に接続された上腕部に接続され前腕部を結合する
1つの関節からなる肘部と、前腕部の他端に接続された
3つの関節を有し該3つの関節の回転軸が1点で交差す
る手首部とで構成される7自由度マニプレータにおける
位置教示方式において、マニプレータのエンドエフェク
タを直交座標系の各軸に平行に移動させる直線移動指令
手段と、各軸の回りに回転させる回転指令手段と、エン
ドエフェクタの位置及び姿勢を変えずに肩部と手首を結
ぶ直線の回りに肘を回転させる肘回転指令手段を設け、
上記直線移動指令手段もしくは回転指令手段が操作され
たときには肩部と手首を結ぶ直線の回りの肘回転角度を
変えずにエンドエフェクタの位置及び姿勢を変え、上記
肘回転指令手段が操作されたときには、エンドエフェク
タの位置及び姿勢を変えずに上記肘部回転角度のみを変
えることによってマニプレータに位置・姿勢を教示する
ことによって7自由度マニプレータに対して、簡単にテ
ィーチングができるようにした。
【0010】
【作用】直線移動指令手段もしくは回転指令手段が操作
されたときには、肩部と手首を結ぶ直線の回りの肘回転
角度を変えずにエンドエフェクタを任意の位置に移動さ
せると共にエンドエフェクタの姿勢も任意に変更して、
エンドエフェクタの位置・姿勢を教示する。また、肘回
転指令手段が操作されたときには、エンドエフェクタの
位置及び姿勢を固定して変化させずに肘部回転角度のみ
を変えることによって(セルフ・モーション)、障害物
を回避しつつ物体を把持するような動作をマニプレータ
に教示する。
されたときには、肩部と手首を結ぶ直線の回りの肘回転
角度を変えずにエンドエフェクタを任意の位置に移動さ
せると共にエンドエフェクタの姿勢も任意に変更して、
エンドエフェクタの位置・姿勢を教示する。また、肘回
転指令手段が操作されたときには、エンドエフェクタの
位置及び姿勢を固定して変化させずに肘部回転角度のみ
を変えることによって(セルフ・モーション)、障害物
を回避しつつ物体を把持するような動作をマニプレータ
に教示する。
【0011】
【実施例】図1は本発明の1実施例における7自由度マ
ニプレータの構成図である。図中1は支持体Bに支持さ
れたマニプレータのアーム機構部で、2は該マニプレー
タを駆動制御するマニプレータ制御部であり、プロセッ
サ,メモリ,各関節の軸を駆動するサーボモータ等のア
クチュエータ(図示せず)の軸制御回路等を有する従来
から公知のものである。3は教示操作盤でマニプレータ
を動かし、所定の位置及び姿勢に位置決めしてその位
置,姿勢を教示するものである。
ニプレータの構成図である。図中1は支持体Bに支持さ
れたマニプレータのアーム機構部で、2は該マニプレー
タを駆動制御するマニプレータ制御部であり、プロセッ
サ,メモリ,各関節の軸を駆動するサーボモータ等のア
クチュエータ(図示せず)の軸制御回路等を有する従来
から公知のものである。3は教示操作盤でマニプレータ
を動かし、所定の位置及び姿勢に位置決めしてその位
置,姿勢を教示するものである。
【0012】アーム機構部1は肩部11、上腕12、肘
部13、前腕14、手首部15で構成されている。上記
肩部11は支持部Bに直接支持された回転軸a1のまわ
りに回転可能な肩部第1関節J1、第1関節J1とクラ
ンク形のリンクを介して接続され回転軸a1と直交する
回転軸a2のまわりに回転可能な肩部第2関節J2、回
転軸a2上のリンク11bによって肩部第2関節に接続
され、回転軸a2と直交する回転軸a3のまわりに回転
可能な肩部第3関節J3とを備え、上記3つの肩部関節
の動作軸線a1,a2,a3は肩部11の点Osで一点
で交わるように構成されている。上腕12を構成するリ
ンクの一端は上記肩部第3関節J3に接続され回転軸a
3のまわりに回転可能に取り付けられている。また、上
腕12の他端は肘部13が取り付けられ、該肘部13は
回転軸a4のまわりに回転可能な1つの関節J4で構成
されている。また、肘部13には回転軸a4のまわりに
回転可能に前腕14が取り付けられている。なお、上腕
12の軸線と前腕14の軸線は上記回転軸a4上の1点
Oeで交差している。
部13、前腕14、手首部15で構成されている。上記
肩部11は支持部Bに直接支持された回転軸a1のまわ
りに回転可能な肩部第1関節J1、第1関節J1とクラ
ンク形のリンクを介して接続され回転軸a1と直交する
回転軸a2のまわりに回転可能な肩部第2関節J2、回
転軸a2上のリンク11bによって肩部第2関節に接続
され、回転軸a2と直交する回転軸a3のまわりに回転
可能な肩部第3関節J3とを備え、上記3つの肩部関節
の動作軸線a1,a2,a3は肩部11の点Osで一点
で交わるように構成されている。上腕12を構成するリ
ンクの一端は上記肩部第3関節J3に接続され回転軸a
3のまわりに回転可能に取り付けられている。また、上
腕12の他端は肘部13が取り付けられ、該肘部13は
回転軸a4のまわりに回転可能な1つの関節J4で構成
されている。また、肘部13には回転軸a4のまわりに
回転可能に前腕14が取り付けられている。なお、上腕
12の軸線と前腕14の軸線は上記回転軸a4上の1点
Oeで交差している。
【0013】手首部15は第1,第2,第3関節J5,
J6,J7で構成されている。すなわち、上記前腕14
の中間部には前腕14の軸線を回転軸a5として両端が
回転可能に手首部第1関節J5が連結され、さらに、前
腕14の先端には回転軸a6のまわりに回転可能な手首
部第2関節J6が設けられ、第2関節J6にはリンク1
5aが接続され、該リンク15aの先端には手首部第3
関節J7が接続され、該手首部第3関節J7にはリンク
15bが接続されており、上記手首部第3関節J7によ
り、上記リンク15a,15bの軸線と一致する回転軸
a7のまわりにリンク15a,15bは相対的に回転可
能になっている。そして、上記手首の3つの回転軸a
5,a6,a7は手首部15の点Owの一点で交わるよ
うに構成されている。なお、ハンド等のエンドエフェク
タはリンク15bの先端に取り付けられる。
J6,J7で構成されている。すなわち、上記前腕14
の中間部には前腕14の軸線を回転軸a5として両端が
回転可能に手首部第1関節J5が連結され、さらに、前
腕14の先端には回転軸a6のまわりに回転可能な手首
部第2関節J6が設けられ、第2関節J6にはリンク1
5aが接続され、該リンク15aの先端には手首部第3
関節J7が接続され、該手首部第3関節J7にはリンク
15bが接続されており、上記手首部第3関節J7によ
り、上記リンク15a,15bの軸線と一致する回転軸
a7のまわりにリンク15a,15bは相対的に回転可
能になっている。そして、上記手首の3つの回転軸a
5,a6,a7は手首部15の点Owの一点で交わるよ
うに構成されている。なお、ハンド等のエンドエフェク
タはリンク15bの先端に取り付けられる。
【0014】以上の構成により、肩部11に3つの関節
J1,J2,J3を有し、手首部15に3つの関節J
5,J6,J7を備え、肩部11と手首部15間に肘部
13の関節J4を備え、かつ肩部11の3つの関節の回
転軸a1,a2,a3は1点Osで交差し、手首部15
の3つの関節の回転軸a5,a6,a7は1点Owで交
差するようにされているので、ハンドの位置と姿勢の解
析を肩部から肘部間での4つの関節J1,J2,J3,
J4と手首部の3つの関節J5,J6,J7を分割して
取り扱うことが可能となり、運動学計算が簡単となる。
そして、このアーム機構1は、人間の肩から手までの機
能に近い動作機能を発揮できるものとなり、人間の腕と
同じように、ハンド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢
を決めるに必要な6自由度に対して1つ自由度の多い7
自由度となり、ハンドを3次元空間で位置及び姿勢の制
御を行なうとに、障害物を迂回したり、障害物の裏側に
まわりこんで位置ぎめができることになる。
J1,J2,J3を有し、手首部15に3つの関節J
5,J6,J7を備え、肩部11と手首部15間に肘部
13の関節J4を備え、かつ肩部11の3つの関節の回
転軸a1,a2,a3は1点Osで交差し、手首部15
の3つの関節の回転軸a5,a6,a7は1点Owで交
差するようにされているので、ハンドの位置と姿勢の解
析を肩部から肘部間での4つの関節J1,J2,J3,
J4と手首部の3つの関節J5,J6,J7を分割して
取り扱うことが可能となり、運動学計算が簡単となる。
そして、このアーム機構1は、人間の肩から手までの機
能に近い動作機能を発揮できるものとなり、人間の腕と
同じように、ハンド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢
を決めるに必要な6自由度に対して1つ自由度の多い7
自由度となり、ハンドを3次元空間で位置及び姿勢の制
御を行なうとに、障害物を迂回したり、障害物の裏側に
まわりこんで位置ぎめができることになる。
【0015】図2は、本実施例において肩部11の3つ
の関節J1,J2,J3を動かすことによって手首位置
(手首部15の3つの関節の回転軸a5,a6,a7の
交点)Owを変化させず肘部13の位置Oeを動かすこ
とが可能なことを示す説明図である。手首位置Owを変
化させないことから、この位置Owは固定された位置で
ある。また、肩位置Osは肩部11の3つの関節の回転
軸a1,a2,a3が1点で交差する位置であるから、
肩部11の各関節J1,J2,J3がどのように動くと
も一定の位置である。そのため、肩位置Osと手首位置
Owを結ぶ直線は一定である。一方肩位置Osから肘位
置Oeの長さは上腕12の長さであり一定である。また
肘位置Oeから手首位置Owまでの長さは前腕14の長
さでこれも一定である。そのため、上腕12と前腕14
間の挟み角は一定となり、肘部13の関節J4の回転角
は一定の角度となる。また、手首部15の3つの関節J
5,J6,J7は手首15の姿勢を決めるものであり、
手首位置Owの変化に寄与しないものであるから、手首
位置Owを固定して肘部13の位置Oeを移動させる運
動には関係ない関節である。その結果、手首位置Owを
変化させず、肩部11の3つの関節J1,J2,J3を
動かすことによって、肘部13を肩位置Osと手首位置
Owを結ぶ直線のまわりの円弧Ce上に沿って移動させ
ることができる(詳細は先に出願した特願平3−841
67号参照)。この直線のまわりの肘部13の回転角度
をφとすると、この回転角φが上述したセルフ・モーシ
ョンを規定するパラメータとなる。なお、肘部13を動
かすとき前腕14の方向も変化するので、ハンドの姿勢
は変化するが、手首部15の3つの関節J5,J6,J
7を適切に制御することによってハンドの姿勢も変化し
ないようにすることができる。
の関節J1,J2,J3を動かすことによって手首位置
(手首部15の3つの関節の回転軸a5,a6,a7の
交点)Owを変化させず肘部13の位置Oeを動かすこ
とが可能なことを示す説明図である。手首位置Owを変
化させないことから、この位置Owは固定された位置で
ある。また、肩位置Osは肩部11の3つの関節の回転
軸a1,a2,a3が1点で交差する位置であるから、
肩部11の各関節J1,J2,J3がどのように動くと
も一定の位置である。そのため、肩位置Osと手首位置
Owを結ぶ直線は一定である。一方肩位置Osから肘位
置Oeの長さは上腕12の長さであり一定である。また
肘位置Oeから手首位置Owまでの長さは前腕14の長
さでこれも一定である。そのため、上腕12と前腕14
間の挟み角は一定となり、肘部13の関節J4の回転角
は一定の角度となる。また、手首部15の3つの関節J
5,J6,J7は手首15の姿勢を決めるものであり、
手首位置Owの変化に寄与しないものであるから、手首
位置Owを固定して肘部13の位置Oeを移動させる運
動には関係ない関節である。その結果、手首位置Owを
変化させず、肩部11の3つの関節J1,J2,J3を
動かすことによって、肘部13を肩位置Osと手首位置
Owを結ぶ直線のまわりの円弧Ce上に沿って移動させ
ることができる(詳細は先に出願した特願平3−841
67号参照)。この直線のまわりの肘部13の回転角度
をφとすると、この回転角φが上述したセルフ・モーシ
ョンを規定するパラメータとなる。なお、肘部13を動
かすとき前腕14の方向も変化するので、ハンドの姿勢
は変化するが、手首部15の3つの関節J5,J6,J
7を適切に制御することによってハンドの姿勢も変化し
ないようにすることができる。
【0016】図3は本実施例において使用される教示操
作盤3の一例で、K1〜K16はキーであり、キーK1〜
K14はマニプレータのアーム機構を動かすためのキーで
あり、キーK15,K16は教示時における各軸動作と直交
座標系動作を切換えるためのキーである。また、31は
マニプレータのアーム機構1の位置,姿勢を数値で表示
するための表示部である。各キーと動作の関係を表すと
次のようになる。
作盤3の一例で、K1〜K16はキーであり、キーK1〜
K14はマニプレータのアーム機構を動かすためのキーで
あり、キーK15,K16は教示時における各軸動作と直交
座標系動作を切換えるためのキーである。また、31は
マニプレータのアーム機構1の位置,姿勢を数値で表示
するための表示部である。各キーと動作の関係を表すと
次のようになる。
【0017】 キー 直交座標系動作時 各軸動作時 K1 X軸+方向にハンド移動 関節J1が+方向に回転 K2 X軸−方向にハンド移動 関節J1が−方向に回転 K3 X軸回り+方向にハンド姿勢が変化 関節J2が+方向に回転 K4 X軸回り−方向にハンド姿勢が変化 関節J2が−方向に回転 K5 Y軸+方向にハンド移動 関節J3が+方向に回転 K6 Y軸−方向にハンド移動 関節J3が−方向に回転 K7 Y軸回り+方向にハンド姿勢が変化 関節J4が+方向に回転 K8 Y軸回り−方向にハンド姿勢が変化 関節J4が−方向に回転 K9 Z軸+方向にハンド移動 関節J5が+方向に回転 K10 Z軸−方向にハンド移動 関節J5が−方向に回転 K11 Z軸回り+方向にハンド姿勢が変化 関節J6が+方向に回転 K12 Z軸回り−方向にハンド姿勢が変化 関節J6が−方向に回転 K13 肘が+方向に移動 関節J7が+方向に回転 K14 肘が−方向に移動 関節J7が−方向に回転 K15 “各軸動作”を選択 ← K16 “直交座標系動作”を選択 ← このような教示操作盤3で教示を行なうとき、例えば、
キーK15を押すと、教示モードは“各軸動作モード”と
なり、キーK1〜K14のいずれかが押されると、対応す
るマニプレータの関節J1〜J7を動かすように制御装
置2からマニプレータの対応するサーボモータ等のアク
チュエータに指令値が送出される。例えば、キーK1が
押されると肩部11の第1関節J1が回転軸a1の回り
に+方向に回転することになる。また、キーK2が押さ
れると関節J1が回転軸a1の回りに−方向に回転する
ことになる。これらの各軸動作による教示におけるキー
と各関節の動きは従来の6自由度のマニプレータのにお
ける各軸動作キー指令と各関節の動きと同一である。た
だし、本実施例では7自由度であるため、6自由度のマ
ニプレータと比較し1軸多くなっている点のみであり、
各軸動作については詳細な説明は省略する。
キーK15を押すと、教示モードは“各軸動作モード”と
なり、キーK1〜K14のいずれかが押されると、対応す
るマニプレータの関節J1〜J7を動かすように制御装
置2からマニプレータの対応するサーボモータ等のアク
チュエータに指令値が送出される。例えば、キーK1が
押されると肩部11の第1関節J1が回転軸a1の回り
に+方向に回転することになる。また、キーK2が押さ
れると関節J1が回転軸a1の回りに−方向に回転する
ことになる。これらの各軸動作による教示におけるキー
と各関節の動きは従来の6自由度のマニプレータのにお
ける各軸動作キー指令と各関節の動きと同一である。た
だし、本実施例では7自由度であるため、6自由度のマ
ニプレータと比較し1軸多くなっている点のみであり、
各軸動作については詳細な説明は省略する。
【0018】次に、キーK16を押した場合には、“直交
座標系動作モード”となり、制御装置2のプロセッサは
図4,図5にフローチャートで示す処理を所定周期毎実
行し、キーK1〜K12が押されれば肘の回転角度φ(セ
ルフ・モーション)を変化させずにハンドの位置,姿勢
を変化させることになる。また、キーK13,K14が押さ
れれば、ハンドの位置,姿勢を変化させないで、肘の回
転角度φ(セルフ・モーション)のみを変化させる動作
を実行する。そこでまず、図4,図5に示す処理におい
て使用する行列等について説明する。リンクi−1(関
節Ji-1)の座標系(xi-1 ,yi-1,zi-1 )を基準と
したリンクi(関節Ji)の座標系(xi ,yi ,zi
)を表わす4×4同時変換行列をAi (以下A行列と
いう)とし、ベース座標系(x0 ,y0 ,z0 )を基準
とした座標系jを表わす同時変換行列をTjとする。ま
た、手首15に取り付けられたハンドのトゥールセンタ
ポイント(TCP)の位置(x,y,z)及び姿勢
(α,β,γ)を表わす6次元ベクトルをPとする。そ
して、この実施例におけるリンクパラメータ(D−H記
法による)は次のようになる。
座標系動作モード”となり、制御装置2のプロセッサは
図4,図5にフローチャートで示す処理を所定周期毎実
行し、キーK1〜K12が押されれば肘の回転角度φ(セ
ルフ・モーション)を変化させずにハンドの位置,姿勢
を変化させることになる。また、キーK13,K14が押さ
れれば、ハンドの位置,姿勢を変化させないで、肘の回
転角度φ(セルフ・モーション)のみを変化させる動作
を実行する。そこでまず、図4,図5に示す処理におい
て使用する行列等について説明する。リンクi−1(関
節Ji-1)の座標系(xi-1 ,yi-1,zi-1 )を基準と
したリンクi(関節Ji)の座標系(xi ,yi ,zi
)を表わす4×4同時変換行列をAi (以下A行列と
いう)とし、ベース座標系(x0 ,y0 ,z0 )を基準
とした座標系jを表わす同時変換行列をTjとする。ま
た、手首15に取り付けられたハンドのトゥールセンタ
ポイント(TCP)の位置(x,y,z)及び姿勢
(α,β,γ)を表わす6次元ベクトルをPとする。そ
して、この実施例におけるリンクパラメータ(D−H記
法による)は次のようになる。
【0019】 なお、変数θi(i=1,2,…7)は関節Jiの座標
系のZ軸を回転軸aiとしてその回転角、すなわち関節
Jiの回転角。αは関節Ji-1 の座標系に対する関節J
iのX軸回りのねじれ角、aは関節Ji(J3 )と関節
Ji+1 (J4 )間の距離、dは関節Ji-1 (J4 )と関
節Ji (J5 )間の距離である。そして、A行列Aiは
次の数式1で示され、
系のZ軸を回転軸aiとしてその回転角、すなわち関節
Jiの回転角。αは関節Ji-1 の座標系に対する関節J
iのX軸回りのねじれ角、aは関節Ji(J3 )と関節
Ji+1 (J4 )間の距離、dは関節Ji-1 (J4 )と関
節Ji (J5 )間の距離である。そして、A行列Aiは
次の数式1で示され、
【0020】
【数1】 上記数式1より、A行列A1 〜A7 は次の数式2とな
る。ただしCi=cosθi ,Si=sinθi であ
る。
る。ただしCi=cosθi ,Si=sinθi であ
る。
【0021】
【数2】 また、ベース座標系を基準としてリンク11bに固定さ
れた座標系T2、上腕12に固定される座標系T3、前
腕14に固定される座標系T4、TCPを表わす座標系
T7は次のようになる。 T2=A1A2 …(3) T3=A1A2A3 …(4) T4=A1A2A3A4 …(5) T7=A1A2A3A4A5A6A7 …(6) 上記数式3より、肩位置Osのベース座標系上の位置は
xs =ys =zs =0となる。また、肘位置Oeのベー
ス座標系上の位置(xe ,ye ,ze )は上記4式より
次のようになる。 xe =(C1 C2 C3 +S1 S3 )a3 ye =(S1 C2 C3 −C1 S3 )a3 ze =S2 C3 a3 また、手首位置Ow のベース座標系の位置(xw ,yw
,zw )は上記5式より次のようになる。 xw =(−C1 C2 S34+S1 C34)d5 +(C1 C2 C3 +S1 S3 )a3 yw =(−S1 C2 S34−C1 C34)d5 +(S1 C2 C3 −C1 S3 )a3 zw =−S2 S34d5 +S2 C3 a3 ただし、S34=sin(θ3 +θ4 ),C34=cos
(θ3 +θ4 )である。
れた座標系T2、上腕12に固定される座標系T3、前
腕14に固定される座標系T4、TCPを表わす座標系
T7は次のようになる。 T2=A1A2 …(3) T3=A1A2A3 …(4) T4=A1A2A3A4 …(5) T7=A1A2A3A4A5A6A7 …(6) 上記数式3より、肩位置Osのベース座標系上の位置は
xs =ys =zs =0となる。また、肘位置Oeのベー
ス座標系上の位置(xe ,ye ,ze )は上記4式より
次のようになる。 xe =(C1 C2 C3 +S1 S3 )a3 ye =(S1 C2 C3 −C1 S3 )a3 ze =S2 C3 a3 また、手首位置Ow のベース座標系の位置(xw ,yw
,zw )は上記5式より次のようになる。 xw =(−C1 C2 S34+S1 C34)d5 +(C1 C2 C3 +S1 S3 )a3 yw =(−S1 C2 S34−C1 C34)d5 +(S1 C2 C3 −C1 S3 )a3 zw =−S2 S34d5 +S2 C3 a3 ただし、S34=sin(θ3 +θ4 ),C34=cos
(θ3 +θ4 )である。
【0022】セルフ・モーションのパラメータとなる肘
回転角度φは、手首位置Owと肩位置Osを含みベース
座標系のX−Y平面に垂直な平面(肘位置Oeが最も高
い位置もしくは最も低い位置の姿勢の時に相当する)を
基準平面とし、手首位置Ow,肩位置Os,肘位置Oe
の3点を通る平面が上記基準平面となす角度とする。す
なわち、肘部13の関節J4の回転軸a4と上腕12、
前腕14とは直交するものであるから、手首位置Ow,
肩位置Os,肘位置Oeの3点を通る平面の法線ベクト
ルは回転軸a4となる。そしてこの回転軸a4は座標系
T3のZ軸向きである。そのため、基準平面上における
関節J4の回転軸a4が示す法線ベクトルと肘回転角度
がφの時の回転軸a4で示される法線ベクトルとがなす
角が肘回転角度φとなる。図2で示す例で説明すると、
破線で示す位置が基準位置であり、実線で示す位置が肘
回転角φの位置である。手首位置Ow,肩位置Os,肘
位置Oeの3点を通る平面に対し、肘部13の関節J4
の回転軸a4は、回転軸a4と上腕12、前腕14とは
直交するものであるから常に該平面の法線方向を示し、
かつ、図2に示すように円弧Ceの接線方向を示すこと
になる。そして、基準面上の回転軸a4と肘回転角度φ
の時の回転軸a4とのなす角が肘の回転角度φを示すこ
とになる。そのため、この回転軸a4である座標系T3
のZ軸の方向を求めれば、回転角度φは求められる。
回転角度φは、手首位置Owと肩位置Osを含みベース
座標系のX−Y平面に垂直な平面(肘位置Oeが最も高
い位置もしくは最も低い位置の姿勢の時に相当する)を
基準平面とし、手首位置Ow,肩位置Os,肘位置Oe
の3点を通る平面が上記基準平面となす角度とする。す
なわち、肘部13の関節J4の回転軸a4と上腕12、
前腕14とは直交するものであるから、手首位置Ow,
肩位置Os,肘位置Oeの3点を通る平面の法線ベクト
ルは回転軸a4となる。そしてこの回転軸a4は座標系
T3のZ軸向きである。そのため、基準平面上における
関節J4の回転軸a4が示す法線ベクトルと肘回転角度
がφの時の回転軸a4で示される法線ベクトルとがなす
角が肘回転角度φとなる。図2で示す例で説明すると、
破線で示す位置が基準位置であり、実線で示す位置が肘
回転角φの位置である。手首位置Ow,肩位置Os,肘
位置Oeの3点を通る平面に対し、肘部13の関節J4
の回転軸a4は、回転軸a4と上腕12、前腕14とは
直交するものであるから常に該平面の法線方向を示し、
かつ、図2に示すように円弧Ceの接線方向を示すこと
になる。そして、基準面上の回転軸a4と肘回転角度φ
の時の回転軸a4とのなす角が肘の回転角度φを示すこ
とになる。そのため、この回転軸a4である座標系T3
のZ軸の方向を求めれば、回転角度φは求められる。
【0023】また、この肘回転角φは手首位置Owが一
定の位置にある状態で、肘部13を回転させることは図
2で説明したように、肩位置Osと手首位置Owを結ぶ
線、すなわち、肩位置Osから手首位置Owまでのベク
トルkの回りの回転角が上記肘回転角度φとなる。ベク
トルkは肩位置Osがベース座標系上で(0,0,0)
であることから、上記手首位置Owで表わされることに
なる。また、肘位置に関する上腕に固定された座標系T
3は上記肘回転角φの関数とすることができる。そうす
ると、 T3 (φ)=A1(θ1)A2(θ2)A3(θ3) …(7) と表わされ、この現在位置からベクトルkの回りにΔφ
だけ回転させた場合には、ベクトルkの回りにΔφだけ
回転する変換を行う同時変換行列Rot(k,Δφ)と
上記7式より次の関係が成り立つ。
定の位置にある状態で、肘部13を回転させることは図
2で説明したように、肩位置Osと手首位置Owを結ぶ
線、すなわち、肩位置Osから手首位置Owまでのベク
トルkの回りの回転角が上記肘回転角度φとなる。ベク
トルkは肩位置Osがベース座標系上で(0,0,0)
であることから、上記手首位置Owで表わされることに
なる。また、肘位置に関する上腕に固定された座標系T
3は上記肘回転角φの関数とすることができる。そうす
ると、 T3 (φ)=A1(θ1)A2(θ2)A3(θ3) …(7) と表わされ、この現在位置からベクトルkの回りにΔφ
だけ回転させた場合には、ベクトルkの回りにΔφだけ
回転する変換を行う同時変換行列Rot(k,Δφ)と
上記7式より次の関係が成り立つ。
【0024】 T3 (φ+Δφ)=Rot(k,Δφ)T3 (φ) …(8) そして、肘回転角が(φ+Δφ)になる時の肩部11の
各関節J1,J2,J3の回転角θ1',θ2',θ3'は次
の式より求まる。
各関節J1,J2,J3の回転角θ1',θ2',θ3'は次
の式より求まる。
【0025】 T3 (φ+Δφ)=A1(θ1') A2(θ2') A3(θ3') …(9) このように、ハンドの位置を変化せずに肘の回転角φの
みを変えた時の肩関節J1〜J3の回転角を求めること
ができる。
みを変えた時の肩関節J1〜J3の回転角を求めること
ができる。
【0026】次に、図4,図5のフローチャーと共に
“直交座標系動作モード”の処理について説明する。キ
ーK16を押され“直交座標系動作モード”となると、制
御装置2のプロセッサはキーK1〜K15が押されたか否
か判断し(ステップS1〜S4)、キーK15が押され
れば、各軸移動モードに移行する。
“直交座標系動作モード”の処理について説明する。キ
ーK16を押され“直交座標系動作モード”となると、制
御装置2のプロセッサはキーK1〜K15が押されたか否
か判断し(ステップS1〜S4)、キーK15が押され
れば、各軸移動モードに移行する。
【0027】ハンドの位置・姿勢を固定して肘のみを移
動させるセルフ・モーションを行わせるとして、肘をプ
ラス方向に移動させるキー13が押されると該処理周期
内に肘の回転角を移動させる量Δφとして設定されてい
る量+Δφを移動量としてレジスタに格納する(ステッ
プS5)。また、肘をマイナス方向に移動させるキー1
3が押されると移動量として−Δφがレジスタに設定さ
れる(ステップS6)。次に、角関節J1〜J7の現在
位置を記憶する現在位置レジスタより現在位置θ1〜θ
7を読取り(ステップS7)、まず、現在の肘位置に関
する上腕12に固定された座標系T3 を第7式により計
算する(ステップS8)。次に第5式より上述した手首
位置Ow のベース座標系の位置(xw,yw ,zw )を
求めベクトルkを求める(ステップS9)。そして、ス
テップS8で求めた座標系T3(φ) とベクトルkの回り
に肘を回転移動量Δφだけ回転させる同時変換行列Ro
t(k,Δφ)より上記第8式の演算を行って座標系T
3(φ+Δφ)を求める(ステップS10)。座標系T3
は第4式によっても求められるものであるから、ステッ
プS10で求めた座標系T3(φ+Δφ)になる肩部11
の各関節J1〜J3の回転角θ1'〜θ3'を第9式の演算
を行って求める(ステップS11)。次に、肩位置Os
と手首位置Ow間の距離は変化しないものであるから、
肘部13の関節J4の回転角θ4 は肘回転角がφから
(φ+Δφ)に変化しても変化せず、変化後の回転角θ
4'=θ4 である。そのため、前腕14に固定された座標
系T4の肘回転角が(φ+Δφ)になった時の座標系T
4'は次のようにして算出される(ステップS12)。
動させるセルフ・モーションを行わせるとして、肘をプ
ラス方向に移動させるキー13が押されると該処理周期
内に肘の回転角を移動させる量Δφとして設定されてい
る量+Δφを移動量としてレジスタに格納する(ステッ
プS5)。また、肘をマイナス方向に移動させるキー1
3が押されると移動量として−Δφがレジスタに設定さ
れる(ステップS6)。次に、角関節J1〜J7の現在
位置を記憶する現在位置レジスタより現在位置θ1〜θ
7を読取り(ステップS7)、まず、現在の肘位置に関
する上腕12に固定された座標系T3 を第7式により計
算する(ステップS8)。次に第5式より上述した手首
位置Ow のベース座標系の位置(xw,yw ,zw )を
求めベクトルkを求める(ステップS9)。そして、ス
テップS8で求めた座標系T3(φ) とベクトルkの回り
に肘を回転移動量Δφだけ回転させる同時変換行列Ro
t(k,Δφ)より上記第8式の演算を行って座標系T
3(φ+Δφ)を求める(ステップS10)。座標系T3
は第4式によっても求められるものであるから、ステッ
プS10で求めた座標系T3(φ+Δφ)になる肩部11
の各関節J1〜J3の回転角θ1'〜θ3'を第9式の演算
を行って求める(ステップS11)。次に、肩位置Os
と手首位置Ow間の距離は変化しないものであるから、
肘部13の関節J4の回転角θ4 は肘回転角がφから
(φ+Δφ)に変化しても変化せず、変化後の回転角θ
4'=θ4 である。そのため、前腕14に固定された座標
系T4の肘回転角が(φ+Δφ)になった時の座標系T
4'は次のようにして算出される(ステップS12)。
【0028】 T4'=A1(θ1') A2(θ2') A3(θ3') A4(θ4') =T3 (φ+Δφ)A4(θ4') また、ハンドの位置・姿勢は変化しないものであるた
め、ハンドの位置・姿勢Pを表わす座標系T7は変化せ
ず、ステップS7で求めた各関節回転角θ1〜θ7によ
って求まり、次の式が成立する。
め、ハンドの位置・姿勢Pを表わす座標系T7は変化せ
ず、ステップS7で求めた各関節回転角θ1〜θ7によ
って求まり、次の式が成立する。
【0029】 T7=A1(θ1)A2(θ2)A3(θ3)A4(θ4)A5(θ5)A6(θ6)A1(θ7) =T4'A5(θ5') A6(θ6') A7(θ7') …(10) 上記第10式よりハンドの姿勢を変更しない手首の角関
節J5〜J7の回転角θ5'〜θ6'を求める。
節J5〜J7の回転角θ5'〜θ6'を求める。
【0030】以上のようにして、ステップS11で求め
られた肩部の関節J1〜J3に移動位置θ1'〜θ3'、移
動位置を変更しない肘の関節J4には移動位置θ4 =θ
4'、手首の関節J5〜J7にはステップS13で求めた
移動位置θ5'〜θ7'を出力しマニプレータを駆動する。
以下、キーK13またはキー14が押されている限り上
記処理を繰り返すことになる。
られた肩部の関節J1〜J3に移動位置θ1'〜θ3'、移
動位置を変更しない肘の関節J4には移動位置θ4 =θ
4'、手首の関節J5〜J7にはステップS13で求めた
移動位置θ5'〜θ7'を出力しマニプレータを駆動する。
以下、キーK13またはキー14が押されている限り上
記処理を繰り返すことになる。
【0031】次に、キーK1〜K12の1つが押された
場合、この場合には、肘の回転角度φを変化させずにハ
ンドの位置・姿勢を変化させる(セルフ・モーション)
動作となる。まず、角関節J1〜J7の現在の回転角θ
1〜θ7を読取り(ステップS15)、この回転角θ1
〜θ7より現在のハンド位置・姿勢Pを求めると共に、
現在の肘回転角度φを座標系T3のZ軸方向より求める
(ステップS16)。次に、ステップS16で求められ
たハンドの位置・姿勢Pに対して、キーK1〜K12の
内押されたキーに対応する軸に対して設定された移動量
ΔPを加算し新しいハンド位置・姿勢P´を求め(ステ
ップS17)、このハンド位置・姿勢P´より各関節J
1〜J7の回転角を求めるが、肩部11の3つの関節J
1〜J3の内関節J2を固定(θ2=一定)すれば、従
来の6自由度マニプレータと同じ構造になるので、この
関節J2の回転角θ2を現在位置に固定して、ハンド位
置・姿勢がP´になるように残り6関節の回転角θ1及
びθ3〜θ7を従来と同様に計算する(ステップS1
8)。こうして求められた回転角θ1,θ3〜θ7及
び、変更しなかったθ2に基づいてステップS16と同
様に、求められた回転角θ1〜θ7における肘回転角度
φ´を求め(ステップS19)、この肘回転角度φ´を
ステップS16で求めたハンドの位置・姿勢を変更する
まえの肘回転角度φから減じて、肘回転角度の変化量Δ
φを求める(ステップS20)。そして、ステップS8
以下の処理を行うことによって、指令されたハンドの位
置・姿勢P´を保持し、肘回転角度をステップS20で
求めた変化量Δφだけ回転する(元に戻す)処理を行
う。そうすれば、肘回転量は変化せずφの間まで、ハン
ドの位置・姿勢だけが指令された当該処理周期における
単位量だけ移動することになる。
場合、この場合には、肘の回転角度φを変化させずにハ
ンドの位置・姿勢を変化させる(セルフ・モーション)
動作となる。まず、角関節J1〜J7の現在の回転角θ
1〜θ7を読取り(ステップS15)、この回転角θ1
〜θ7より現在のハンド位置・姿勢Pを求めると共に、
現在の肘回転角度φを座標系T3のZ軸方向より求める
(ステップS16)。次に、ステップS16で求められ
たハンドの位置・姿勢Pに対して、キーK1〜K12の
内押されたキーに対応する軸に対して設定された移動量
ΔPを加算し新しいハンド位置・姿勢P´を求め(ステ
ップS17)、このハンド位置・姿勢P´より各関節J
1〜J7の回転角を求めるが、肩部11の3つの関節J
1〜J3の内関節J2を固定(θ2=一定)すれば、従
来の6自由度マニプレータと同じ構造になるので、この
関節J2の回転角θ2を現在位置に固定して、ハンド位
置・姿勢がP´になるように残り6関節の回転角θ1及
びθ3〜θ7を従来と同様に計算する(ステップS1
8)。こうして求められた回転角θ1,θ3〜θ7及
び、変更しなかったθ2に基づいてステップS16と同
様に、求められた回転角θ1〜θ7における肘回転角度
φ´を求め(ステップS19)、この肘回転角度φ´を
ステップS16で求めたハンドの位置・姿勢を変更する
まえの肘回転角度φから減じて、肘回転角度の変化量Δ
φを求める(ステップS20)。そして、ステップS8
以下の処理を行うことによって、指令されたハンドの位
置・姿勢P´を保持し、肘回転角度をステップS20で
求めた変化量Δφだけ回転する(元に戻す)処理を行
う。そうすれば、肘回転量は変化せずφの間まで、ハン
ドの位置・姿勢だけが指令された当該処理周期における
単位量だけ移動することになる。
【0032】すなわち、ステップS8でステップS18
で求めた新しい各関節の回転角θ1,θ3及び変化のな
い回転角θ2によって座標系T3(φ)を求め、また、ス
テップS18で求めた各回転角θ1〜θ4より手首位置
Owを求めてベクトルkを求め(ステップS9)、上記
ステップS8で求められた座標系T3(φ)と、上記ベク
トルkとステップS20で求めた肘回転角度の変化量Δ
φで求められるベクトルkの回りにΔφだけ回転させる
同時変換行列Rot(k,Δφ)より、第8式の演算を
行って座標系T3(φ+Δφ)を求める(ステップS1
0)。以後は前述したステップS11〜ステップS14
(なお、ステップS13において座標系T7はステップ
S18で求めた新しい各関節の回転角θ1,θ3〜θ7
及び変化させなかった回転角θ2によって求めるもので
ある)の処理を行って、各関節を求められた回転角度θ
1'〜θ7'に移動させる。以下、キーK1〜K12の1つ
が押し続けられる間、ステップS1〜S4,ステップS
15〜S20,ステップS8〜S14の処理を毎周期毎
繰り返し、肘の回転角度φを変えずに、ハンドの位置・
姿勢のみを変える。
で求めた新しい各関節の回転角θ1,θ3及び変化のな
い回転角θ2によって座標系T3(φ)を求め、また、ス
テップS18で求めた各回転角θ1〜θ4より手首位置
Owを求めてベクトルkを求め(ステップS9)、上記
ステップS8で求められた座標系T3(φ)と、上記ベク
トルkとステップS20で求めた肘回転角度の変化量Δ
φで求められるベクトルkの回りにΔφだけ回転させる
同時変換行列Rot(k,Δφ)より、第8式の演算を
行って座標系T3(φ+Δφ)を求める(ステップS1
0)。以後は前述したステップS11〜ステップS14
(なお、ステップS13において座標系T7はステップ
S18で求めた新しい各関節の回転角θ1,θ3〜θ7
及び変化させなかった回転角θ2によって求めるもので
ある)の処理を行って、各関節を求められた回転角度θ
1'〜θ7'に移動させる。以下、キーK1〜K12の1つ
が押し続けられる間、ステップS1〜S4,ステップS
15〜S20,ステップS8〜S14の処理を毎周期毎
繰り返し、肘の回転角度φを変えずに、ハンドの位置・
姿勢のみを変える。
【0033】上記実施例では、肩部の第1,第2関節を
関節の回転軸がリンクの軸線方向と同一となる回転関節
を用い、第3関節を該関節の回転軸回りにリンクが回転
する旋回関節を使用し、肘の関節に旋回関節、手首の第
1関節に回転関節、第2関節に旋回関節、第3関節に回
転関節を使用したが、関節の組み合わせは他の構成でも
よい。すなわち、肩部の関節の3つの回転軸が1点で交
差し、かつ手首の3つの関節の回転軸が1点で交差する
ものであればよく、例えば、前述した特許出願、特願平
3−84167号で示される各種7自由度マニプレータ
にも本発明は適用できるものである。
関節の回転軸がリンクの軸線方向と同一となる回転関節
を用い、第3関節を該関節の回転軸回りにリンクが回転
する旋回関節を使用し、肘の関節に旋回関節、手首の第
1関節に回転関節、第2関節に旋回関節、第3関節に回
転関節を使用したが、関節の組み合わせは他の構成でも
よい。すなわち、肩部の関節の3つの回転軸が1点で交
差し、かつ手首の3つの関節の回転軸が1点で交差する
ものであればよく、例えば、前述した特許出願、特願平
3−84167号で示される各種7自由度マニプレータ
にも本発明は適用できるものである。
【0034】
【発明の効果】本発明においては、肘の回転角を変化さ
せない(セルフ・モーションを変化させない)で、ハン
ド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢を変化させる動
き、ハンド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢を変えな
いで、肘の回転角のみを変化させる(セルフ・モーショ
ンのみ変化させる)動きを指令することができ、この指
令によって7自由度のマニプレータ(ロボット)に簡単
に位置・姿勢等を教示することができる。
せない(セルフ・モーションを変化させない)で、ハン
ド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢を変化させる動
き、ハンド(エンドエフェクタ)の位置・姿勢を変えな
いで、肘の回転角のみを変化させる(セルフ・モーショ
ンのみ変化させる)動きを指令することができ、この指
令によって7自由度のマニプレータ(ロボット)に簡単
に位置・姿勢等を教示することができる。
【図1】本発明の一実施例における7自由度マニプレー
タの構成図である。
タの構成図である。
【図2】同実施例におけるセルフ・モーションの説明図
である。
である。
【図3】同実施例における教示操作盤の外観図である。
【図4】同実施例における直交座標系動作モードにおけ
る処理のフローチャートの一部である。
る処理のフローチャートの一部である。
【図5】図4に示すフローチャートの続きである。
1 アーム機構部 2 マニプレータ制御装置 3 教示操作盤 11 肩部 12 上腕部 13 肘部 14 前腕部 15 手首部 J1 肩部第1関節 J2 肩部第2関節 J3 肩部第3関節 J4 肘部の関節 J5 手首部第1関節 J6 手首部第2関節 J7 手首部第3関節 K1〜K16 キー
Claims (3)
- 【請求項1】 3つの関節を有し各関節の回転軸が空間
上の1点で交差する肩部と、該肩部に接続された上腕部
に接続され前腕部を結合する1つの関節からなる肘部
と、前腕部の他端に接続された3つの関節を有し該3つ
の関節の回転軸が1点で交差する手首部とで構成される
7自由度マニプレータにおける位置教示方式において、
マニプレータのエンドエフェクタを直交座標系の各軸に
平行に移動させる直線移動指令手段と、各軸の回りに回
転させる回転指令手段と、エンドエフェクタの位置及び
姿勢を変えずに肩部と手首を結ぶ直線の回りに肘を回転
させる肘回転指令手段を設け、上記直線移動指令手段も
しくは回転指令手段が操作されたときには肩部と手首を
結ぶ直線の回りの肘回転角度を変えずにエンドエフェク
タの位置及び姿勢を変え、上記肘回転指令手段が操作さ
れたときには、エンドエフェクタの位置及び姿勢を変え
ずに上記肘部回転角度のみを変えることによって、マニ
プレータに位置・姿勢を教示する7自由度マニプレータ
の位置教示方式。 - 【請求項2】 各軸動作への切換手段を有し、各軸動作
へ切換えられると、各関節毎の移動指令手段からの指令
により各関節が個々に駆動され、エンドエフェクタの位
置及び姿勢を変えてマニプレータに位置・姿勢を教示す
る請求項第1項記載の7自由度マニプレータの位置教示
方式。 - 【請求項3】 上記肘回転指令手段が操作されたときに
は、肩部の各関節のその時点の回転角より上記上腕に固
定された座標系を求め、該座標系を肩部関節の回転軸の
交点と手首部関節の回転軸の交点を結ぶ直線の回りに肘
部を回転させたときの肩部各関節の回転角を求め、該求
められた肩部の各関節の回転角と肘部関節の変化しない
回転角及び、肘部を回転させるまえのエンドエフェクタ
の位置及び姿勢を表わす座標系とにより、手首部の3つ
の関節の回転角を求め、各関節を求めた回転角に移動さ
せてエンドエフェクタの位置及び姿勢を変えずに上記肘
部回転角度のみを変え、上記直線移動指令手段もしくは
回転指令手段が操作されたときには、肩部の第2関節の
回転角を固定して、指令されたエンドエフェクタの位置
及び姿勢になる各関節の回転角を求めると共に、上記肘
部回転角度の変化量を求め、肩部の各関節の上記求めら
れた回転角より上記上腕に固定された座標系を求め、該
座標系を肩部関節の回転軸の交点と手首部関節の回転軸
の交点を結ぶ直線の回りに肘部を上記変化量だけ回転さ
せ元の肘部回転角度にするときの肩部各関節の指令回転
角を求め、該求められた肩部の各関節の指令回転角と肘
部関節の指令回転角となる上記求められた回転角及び、
肘部回転角度を上記変化量だけ戻す前のエンドエフェク
タの位置及び姿勢を表わす座標系とにより、手首部の3
つの関節の指令回転角を求め、各関節を求めた指令回転
角に移動させて上記肘回転角度を変化させずにエンドエ
フェクタの位置及び姿勢を変えることによってマニプレ
ータに位置・姿勢を教示する請求項第1項または第2項
記載の7自由度マニプレータの位置教示方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22978091A JPH0550386A (ja) | 1991-08-16 | 1991-08-16 | 7自由度マニプレータの位置教示方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22978091A JPH0550386A (ja) | 1991-08-16 | 1991-08-16 | 7自由度マニプレータの位置教示方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0550386A true JPH0550386A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16897560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22978091A Pending JPH0550386A (ja) | 1991-08-16 | 1991-08-16 | 7自由度マニプレータの位置教示方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0550386A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-08-16 JP JP22978091A patent/JPH0550386A/ja active Pending
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