JPH06226667A - 7軸マニピュレータの制御方法 - Google Patents
7軸マニピュレータの制御方法Info
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- JPH06226667A JPH06226667A JP5060845A JP6084593A JPH06226667A JP H06226667 A JPH06226667 A JP H06226667A JP 5060845 A JP5060845 A JP 5060845A JP 6084593 A JP6084593 A JP 6084593A JP H06226667 A JPH06226667 A JP H06226667A
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Abstract
直交動作の際、基準軸から第二番目のJ2 軸の0°前後
で特異姿勢となり、基準軸から第一番目のJ1 と第三番
目のJ3 軸の単位時間当たりの移動パルスの量が異常に
大きくなり、動作に制限が生じるのを防ぐ。 【構成】 7軸マニピュレータのJ1 軸とJ2 軸の移動
パルスが異常に大きくなる範囲で、J3 軸あるいはJ1
軸を固定し、他の6軸マニピュレータの逆変換を行うと
共に肘角度の作成と移動量を作成し、先の範囲以外にな
ると7軸同時制御にする。
Description
エンドエフェクタの姿勢を変化させないで行う直線動作
及びエンドエフェクタの位置を変化させないで行う姿勢
変化動作[以下これを7軸マニピュレータの「直交動
作」という]において、J1 軸及びJ3軸の単位時間当
たりの移動パルス数[以下これを「セグメントパルス」
という]が動作可能パルス数を超える[以下これを「セ
グメントオーバ」という]のを防ぐことを可能とする制
御方法に関する。
ュレータの直交動作を行う際に、7軸マニピュレータの
エンドエフェクタが占める目標点の位置と目標姿勢と肘
角度より基準点から数えて順次称呼する可動軸の、J1
軸ないしJ7 軸各軸におけるパルス値と、単位時間当た
りの移動パルス数であるセグメントパルスを求めていた
[これを「従来例1」という]。また、冗長度を有する
多関節形アームロボットにおいて、エンドエフェクタの
指令速度の内容とエンドエフェクタの現在の位置と姿勢
とから定める所謂逆ヤコビ行列からなる判別式を用い
て、冗長分の自由度を固定し、仮想の6自由アームを再
構成して、演算処理を行うようにした従来例2[特公平
4−45313号]がある。さらに、6軸を超え12軸
以下の多関節形アームロボットを制御する方法[特開平
3−217906号・これを「従来例3」という]とし
て、各軸を6軸以下の2区分とし、区分点に対し基準点
側を冗長軸、手先側を基本軸とする第一のステップを行
い、ついで区分点を補間制御してこれを新たな基準点と
みなして、さらに手先を補間制御する第二のステップを
施行する手段である。
1においては図1に示す7軸マニピュレータのリンク構
成図に見られるようにJ1 軸とJ3 軸が平行とそれに近
い状態、すなわちJ2 軸が角度0°前後になった時に、
J2 軸が角度0°前後以外で動作可能な通常の速度でJ
1 軸及びJ3 軸のセグメントオーバが発生し、7軸マニ
ピュレータの直交動作ができなくなる。つまり、従来例
1では、ある速度以上の直交動作において、J2 軸が角
度0°付近でJ1 軸とJ3 軸がセグメントオーバを発生
し、7軸マニピュレータの動作が停止しなければならな
かった。その結果、通常のマニピュレータの手動操作に
おいて、セグメントオーバの発生する範囲を通過する際
に、セグメントオーバの発生を防ぐために、速度を遅く
したり、その範囲を逃げて操作しなければならないとい
う問題点があった。また、自動運転プレーバック動作に
おいても先の通常の操作時と同様な問題点が発生してい
た。また、従来例2では9軸の自由度から6自由度の軸
を判別して、その6軸の演算を行う方法であり、本発明
の意図するところは、上記の7軸の自由度を持つマニピ
ュレータのJ1 軸からJ4 軸のリンク構成において、J
2 軸が角度0°付近でJ1 軸とJ3 軸が平行になるよう
な状態での制御方法であり、このような前提条件での円
滑な制御手段としての従来例2は妥当ではなく、さらに
従来例3は6軸または6軸以下のマニピュレータの組合
せ演算であって手先側の6軸を基本軸とするこの制御方
法は、7軸では2区分制御には適当な手段とはいえない
欠点がある。そこで上記問題点を解消するために、本発
明は、いずれも回転自在に支承され、基準点に配設され
た第一番目のJ1 軸と、そのJ1 軸に直交して繋がる第
二番目のJ2 軸と、このJ2 軸から直交して繋がる第三
番目のJ3 軸と、そのJ3 軸より直交して繋がる第四番
目のJ4 軸とで基本4軸を構成し、さらにこれらから手
先側に第五番目のJ5 軸ないし第七番目のJ7 軸を連接
して手首3軸を形成した7軸マニピュレータにおいて、
7軸逆変換(7軸同時制御)と6軸逆変換の2つの逆変
換を有し、その逆変換を条件によって切替を行う手段で
あり、J1 軸とJ3 軸におけるセグメントオーバを防
ぎ、手動操作および自動運転プレーバック動作において
スームズな直交動作を可能とする適切な手段としての、
7軸マニピュレータの制御方法を提供することを目的と
する。
め、本発明は、直交動作中にJ2 軸が角度0°付近の特
異姿勢になると、7軸の目標パルス値とセグメントパル
スを求めるのではなく、7軸の関節座標系より作業座標
系への逆変換から6軸逆変換に切り替え、J1軸または
J3 軸のパルス値を固定し、目標点の位置と姿勢と固定
軸のパルス値より、他の6軸の目標点のパルス値とセグ
メントパルスを求める制御を行う。
軸およびJ3 軸のセグメントオーバが防げ、マニピュレ
ータのスムーズな直交動作が可能となる。
る。図1は、本発明の一実施例の回路構成並びにリンク
構成を表した図である。図1(a) の7軸マニピュレータ
を制御する回路構成図において、7軸マニピュレータの
手先側に備えるエンドエフェクタに対する移動命令1が
目標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度
の作成器2に与えられると、ここでそれらの緒元が設定
されて逆変換器判別器3へ設定値が送られ、この逆変換
器判別器3においてこれらの設定値から、特異姿勢での
J1 軸およびJ3 軸のセグメントオーバを防ぎながら、
マニピュレータのスムーズな直交動作が可能かどうかが
判断され、可能の場合は目標パルス作成器5の7軸逆変
換器5a において7軸の逆変換がなされ、次の各軸セグ
メントパルスの作成器6を経て、次段の各軸サーボアン
プ8へ駆動信号が加えられる。ところで、もし逆変換器
判別器3での判断が特異姿勢でのJ1 軸およびJ3 軸に
ついてセグメントオーバが生起するとされると、逆変換
器判別器3からの信号はJ3 軸パルス作成器4にてJ3
軸は任意のパルス値に固定して作成され、次いで6軸逆
変換器5b において6軸の逆変換がなされ、さらに各軸
セグメントパルスの作成器6を経て、次段の各軸サーボ
アンプ8へ駆動信号が加えられるが、一方で、6軸逆変
換器5b からの出力信号は肘角度計算器7を介して、目
標点におけるエンドエフェクタの位置・姿勢・肘角度の
作成器2に負帰還されてサーボ演算がなされて、直交動
作が行われる。そして図1(b) はこの7軸マニピュレー
タのリンク構成を示す図であり、その7軸マニピュレー
タの姿勢が原点姿勢で、各軸角度0°、0パルスであ
る。基準点9から各可動軸を順次数えて、第一番目の軸
をJ1 軸とし、以下J7 軸までが軸連節を成し、J7 軸
の先端に手先であるエンドエフェクタ10を具備してい
る。さらに詳述すれば、この7軸マニピュレータは基本
4軸として旋回軸のJ1 軸,肩曲げ軸のJ2 軸,肘回転
軸のJ3 軸,肘曲げ軸のJ4 軸とを設け、さらに手首3
軸として手首回転軸のJ5 軸,手首曲げ軸のJ6 軸,フ
ランジ回転軸のJ7 軸を備え、計7軸で構成されてい
る。そして、基本軸はマニピュレータ先端のエンドエフ
ェクタ10の位置決めに寄与しており、手首先端には作業
に適した動力工具を取付ける駆動器が設けられる。な
お、肘角度とは次のように定義する、すなわち図1(b)
に表すJ3 軸とJ4 軸の交点・e点を肘位置とし、ロボ
ット座標で表し、J3 軸の角度が0°のときのp点(J
6 軸)とロボット座標原点のo点(J1 軸とJ2 軸の交
点)を結ぶ直線と、肘位置・e点とでできる平面を肘角
度0°の面としており、各軸が任意の角度のときのp点
とロボット座標原点・o点と肘位置・e点でできる平面
と、p点の位置を変化させずに、J3 軸を0°にしたと
きにできるp点とロボット座標原点のo点と肘位置e点
でできる平面(つまり先の肘角度0°の平面)との角度
を肘角度という。この7軸マニピュレータのJ1 軸およ
びJ3 軸が直交動作時にセグメントオーバを発生する範
囲[以下、これを「範囲X」という]は、J1 軸とJ3
軸間のオフセットLと移動速度に依存し変化するが、基
本的にJ1 軸とJ3 軸が平行とそれに近い状態、すなわ
ちJ2 軸が軸角度0°付近である。以下に、この範囲X
でセグメントオーバの発生を防ぐ方法を、手動操作時と
自動運転プレーバック時に分けて説明する。
行う。図2のフローチャートは、本発明の他の実施例で
ある手動操作時の直交動作の制御方法を示したものであ
る。通常は、目標点の位置、姿勢、肘角度を用いて7軸
逆変換を行い、7軸各軸の目標パルスとセグメントパル
スを作成する。すなわち、7軸マニピュレータにスター
トの指令が与えられると[ステップ201 ]、次のステッ
プ202 に移りエンドエフェクタ10の目標点における位
置、姿勢、肘角度がパルス値として設定される。そし
て、設定されたJ2 軸の現在パル値がステップ203 で範
囲X以外での処理と判断されれば、ステップ204 に行き
7軸を逆変換し、各軸の目標パルスを作成し、さらにス
テップ208 で各軸のセグメントパルスを作成するこにな
り、それによりステップ209 においてマニピュレータを
移動する。そして、J2 軸の現在パル値が範囲Xになる
とステップ203 で範囲X内処理と判断され、エンドエフ
ェクタ10の位置・姿勢を保つことを優先にし、ステップ
205 へ進みJ3 軸を現在のパルス値に固定し、ステップ
206 へ移り6軸を逆変換し、さらにステップ207 におい
て肘角度を作成してから、ステップ208 の各軸のセグメ
ントパルスを作成して、マニピュレータを移動する[ス
テップ209 ]。このような手動操作により、7軸マニピ
ュレータはセグメントオーバを発生することなく、直交
動作を行いながら、エンドエフェクタ10の目標点におけ
る位置、姿0勢、肘角度が設定どうりの所期の値に制御
される。この処理によりJ1 軸およびJ3 軸のセグメン
トオーバを防止できる。
法は次のようにして施行する。図3は、本発明の別の実
施例である自動運転プレイバック時の制御方法を示すフ
ローチャートで、これを用いて順次説明する。 イニシャル処理と今回の払い出し処理について、0
スタートの指令[ステップ301 ]があると、ステップ30
2 で教示点データの入力であるエンドエフェクタ10の位
置・姿勢・肘角度が設定され、さらにステップ303 にお
いて払い出し回数nおよび一回の払い出しでのエンドエ
フェクタ10の位置・姿勢・肘角度の移動量を求めるイニ
シャル処理を行う。次に、イニシャル処理のステップ30
3 で求めた一回の払い出しの位置、姿勢、肘角度の移動
量をステップ304 で現在値に足し込み、今回の払い出し
での目標値0の位置、姿勢、肘角度を毎回求める。それ
からの処理形態は以下に示す,,の3通りに分か
れて制御される。 J2 軸が範囲X以外での処理について、ステップ30
5 での判断はNoであるから、ステップ306 でもflag=1と
なり、ステップ307 に進みその値を用いて7軸を逆変換
し各軸の目標パルスを作成し、ステップ308 で各軸のセ
グメントパルスの作成を行い、ステップ309 に移り7軸
マニピュレータの移動が行われ、ステップ310 において
エンドエフェクタ10が教示点へ到達したか、つまり払い
出し回数nが0までに至ったかを判断し、教示点へ到達
しておれば制御動作は終了するが[ステップ311 ]、そ
うでなければn=n−1としてステップ304 へ戻り、そ
れ以下のステップ305 ないしステップ310 を繰り返す。
このように繰り返して目標パルスとセグメントパルスを
作成し、マニピュレータの動作を制御する。
示点に移動するまでの間にJ2 軸の現在位置パルスが範
囲Xに移行する場合は、ステップ305 に進んだ時に、J
2 軸が範囲X内であると判断されればステップ321 へ進
み、J3 軸の目標パルスを作成し、J3 軸のパルスを既
知の値としてステップ322 へ移り、ステップ322 では処
理を7軸逆変換から6軸逆変換に切り替え、今回の目標
値の位置、姿勢とJ3 軸のパルス値より6軸逆変換を行
い、flag=1にして[ステップ324 ]、J3 軸以外の6軸
の目標パルスとセグメントパルスをステップ308 におい
て作成する。この時のJ3 軸の値は今回の払い出しの目
標パルス値は次式で求める。 目標パルス値=(現在位置パルス)+{(J3 軸教示点
パルス)−(J3 軸現在位置パルス)}/(残りの払い
出し回数)…………(1式) また、この処理により肘角度が変化するので、ステップ
323 において肘角度を作成し、目標パルスを用いて肘角
度を求め直す。ステップ309 からステップ310 まで、そ
してステップ304 への循環を繰り返し、ステップ311 の
教示点到達となる。 J2 軸が範囲Xを出たときの処理について、J2 軸
が範囲X以内での処理が行われて、7軸マニピュレータ
はセグメントオーバを発生することなく、直交動作を行
いながら、エンドエフェクタ10が順次移行するに及び、
J2 軸が範囲Xより外れると通常の7軸変換に切り替え
るが、その手順はこうのようになる。ステップ305 でNo
と判断されてステップ306 に移り、このときはまだJ2
軸が0°付近であるからflag=1でYes の判断がなされて
ステップ331 へ行くが、の処理により肘角度がイニシ
ャル処理で求めた移動量で移動していない、このため肘
角度の一回の払い出しでの移動量を計算し直し、通常の
処理に切り替えるために、ステップ331 では肘角度移動
量作成として(教示点肘角度−現在肘角度)/nを求め
る。このnは残りの払い出し回数である。そうしてステ
ップ332 に至り今回の目標点肘角度の作成を行い、ステ
ップ333 でflag=0にして前述のステップ307 以下の動作
を繰り返し、J2 軸が0°付近を超えるとステップ306
での判断がNoに変わるので、肘角度の作成のステップは
なされずに、直ちに前述のステップ307 以下の動作を繰
り返し、最後にステップ311の教示点に到達する。これ
らないしの手順の処理により、自動運転プレーバッ
ク中にJ2 軸が範囲Xになっても、J1 軸およびJ3 軸
のセグメントオーバを防止できる。ところで、ステップ
306,324,333 におけるflag=1,flag=0 のJ2 軸の角度変
化に伴うflagの変化は、次のようになされる。つまり、
flagは通常は0であり、従ってJ2 軸が範囲Xの範囲外
でflag=1になっているのは、J2 軸が範囲Xの範囲を出
た直後の時のみであるから、それ以降はJ2 軸が範囲X
の範囲を出た時の処理に移りflag=0にしている。
マニピュレータの直交動作でのセグメントオーバの発生
する範囲において、7軸逆変換(7軸同時制御)と6軸
逆変換の2つの逆変換を有し、その逆変換を条件によっ
て切替を行う手段であり、J1軸またはJ3 軸を固定し
て目標点の位置、姿勢より他の6軸の目標パルス値およ
びセグメントパルスを求めることにより、J1 軸および
J3 軸に発生していたセグメントオーバを防ぎ、マニピ
ュレータのスームズな直交動作が得られ、動作の確実性
が保証されると共に動作の信頼性が著しく向上するとい
う特段の効果がある。
施例を表すブロック図およびその7軸マニュプレータの
リンク構成を示す図
示すフローチャート
時の制御方法を示すフローチャート
度の作成器 3 逆変換器判別器 4 J3 軸パルス作成器 5 目標パルス作成器 5a 7軸逆変換器 5b 6軸逆変換器 6 各軸セグメントパルスの作成器 7 肘角度の計算器 8 各軸サーボアンプ 9 基準点 10 エンドエフェクタ
Claims (1)
- 【請求項1】いずれも回転自在に支承され、基準点に配
設された第一番目のJ1 軸と、そのJ1 軸に直交して繋
がる第二番目のJ2 軸と、このJ2 軸から直交して繋が
る第三番目のJ3 軸と、そのJ3 軸より直交して繋がる
第四番目のJ4 軸とで基本4軸を構成し、さらにこれら
から手先側に第五番目のJ5 軸ないし第七番目のJ7 軸
を連接して手首3軸を形成した7軸マニピュレータにお
いて、 J7 軸に装着するエンドエフェクタの姿勢を変化させな
いで行う直線動作及びエンドエフェクタの位置を変化さ
せないで行う姿勢変化動作の場合に、 エンドエフェクタの教示データを入力し、払い出し回数
nおよび一回の払い出しでのエンドエフェクタの位置・
姿勢・肘角度の移動量の作成を行い、 今回の払い出しでのエンドエフェクタの位置・姿勢・肘
角度の作成をして、 その7軸マニピュレータの基準点からのJ2 軸が0°前
後の場合に起こるJ1 軸とのJ3 軸が相互に平行かそれ
に近い状態となる特異姿勢であるかを判断し、 J2 軸が特異姿勢をとる範囲内であるならばJ1 軸ある
いはJ3 軸の目標パルスを作成し、他の6軸を逆変換し
て6軸の目標パルス・肘角度を作成してから、各軸の単
位時間当たりの移動パルスを求め、マニピュレータを移
動させることを繰り返し、 J2 軸が特異姿勢の範囲内から範囲以外の姿勢に移る際
には、教示した肘角度から現在の肘角度を差し引いた値
を残りの払い出し回数で割った値の肘角度移動量を作成
して、今回の目標点の肘角度を作成してから、7軸の逆
変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パルスを
求め、マニピュレータを移動させることを繰り返し、 J2 軸が当初から特異姿勢の範囲以外であるときは、7
軸の逆変換を行った後に各軸の単位時間当たりの移動パ
ルスを求め、マニピュレータを移動させることを繰り返
し、 n回の払い出しを終え教示点に到達するようにしたこと
を特徴とする7軸マニピュレータの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 7軸マニピュレータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06084593A JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 7軸マニピュレータの制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06226667A true JPH06226667A (ja) | 1994-08-16 |
JP3402378B2 JP3402378B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=13154115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06084593A Expired - Lifetime JP3402378B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 7軸マニピュレータの制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3402378B2 (ja) |
Cited By (3)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP3402378B2 (ja) | 2003-05-06 |
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