JPH06315880A - ７軸多関節ロボットマニピュレータの肘回転方法 - Google Patents
７軸多関節ロボットマニピュレータの肘回転方法Info
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- JPH06315880A JPH06315880A JP5131368A JP13136893A JPH06315880A JP H06315880 A JPH06315880 A JP H06315880A JP 5131368 A JP5131368 A JP 5131368A JP 13136893 A JP13136893 A JP 13136893A JP H06315880 A JPH06315880 A JP H06315880A
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- manipulator
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Abstract
(57)【要約】
【目的】先端制御点の位置・姿勢を元のままで肘を回転
させる効率的な方法を提供する。 【構成】マニピュレータの先端に置ける制御点とマニピ
ュレータの肩の線を回転軸に選択し、７軸多関節型ロボ
ットマニピュレータの７軸を固定して６軸ロボットマニ
ピュレータとして考える。６軸ロボットマニピュレータ
を先の回転軸回りに微小角度だけ回転させる。このため
の軸角度の逆変換の計算で求める。この回転によって制
御点での姿勢のみ微小な変化を生ずる来すのでこれを修
正する。第一軸を除く先端からの６軸をとって６軸ロボ
ットマニピュレータを想定する。最初の制御点での姿勢
に肘回転後の制御点の姿勢を合わせるための逆変換の計
算を行い先端６軸の角度を求める。
させる効率的な方法を提供する。 【構成】マニピュレータの先端に置ける制御点とマニピ
ュレータの肩の線を回転軸に選択し、７軸多関節型ロボ
ットマニピュレータの７軸を固定して６軸ロボットマニ
ピュレータとして考える。６軸ロボットマニピュレータ
を先の回転軸回りに微小角度だけ回転させる。このため
の軸角度の逆変換の計算で求める。この回転によって制
御点での姿勢のみ微小な変化を生ずる来すのでこれを修
正する。第一軸を除く先端からの６軸をとって６軸ロボ
ットマニピュレータを想定する。最初の制御点での姿勢
に肘回転後の制御点の姿勢を合わせるための逆変換の計
算を行い先端６軸の角度を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は宇宙、深海、原子力発電
所あるいは一般産業における７軸関節型ロボットマニピ
ュレータの肘回転方法に関するものである。
所あるいは一般産業における７軸関節型ロボットマニピ
ュレータの肘回転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の６軸関節型ロボットマニピュレー
タに、さらにもう１軸追加し人間の腕に似せた７軸関節
型ロボットマニピュレータ（図４参照）は、作業中先端
の制御点での位置・姿勢を変化させないで、肘部分のみ
回転させるという動作が可能である。
タに、さらにもう１軸追加し人間の腕に似せた７軸関節
型ロボットマニピュレータ（図４参照）は、作業中先端
の制御点での位置・姿勢を変化させないで、肘部分のみ
回転させるという動作が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、６軸関
節型ロボットマニピュレータと異なり、冗長軸があるた
め、先端の制御点での位置・姿勢がきまっても角関節軸
の角度は一義的に決まらないため、制御方法に工夫が必
要である。本出願人は先に、特願平３−２８６６６５、
特願平４−７０３２５、特願平４−１１０７７３号等を
提案しているが、演算が複雑である等の不具合がある。
そこで、本発明は、先端制御点の位置・姿勢を元のまま
で肘を回転させる効率的な方法を提供することを目的と
するものである。
節型ロボットマニピュレータと異なり、冗長軸があるた
め、先端の制御点での位置・姿勢がきまっても角関節軸
の角度は一義的に決まらないため、制御方法に工夫が必
要である。本出願人は先に、特願平３−２８６６６５、
特願平４−７０３２５、特願平４−１１０７７３号等を
提案しているが、演算が複雑である等の不具合がある。
そこで、本発明は、先端制御点の位置・姿勢を元のまま
で肘を回転させる効率的な方法を提供することを目的と
するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】７軸多関節型ロボットマ
ニピュレータの肘を回転するには次のようにして行う。 （１）マニピュレータの先端に置ける制御点とマニピュ
レータの肩の線を回転軸に選択する。 （２）７軸多関節型ロボットマニピュレータの７軸を固
定して６軸ロボットマニピュレータとして考える。 （３）６軸ロボットマニピュレータを先の回転軸回りに
微小角度だけ回転させる。このための軸角度の逆変換の
計算で求める。 （４）この回転によって制御点での姿勢のみ微小な変化
を生ずる来すのでこれを修正する。 （５）第一軸を除く先端からの６軸をとって６軸ロボッ
トマニピュレータを想定する。 （６）最初の制御点での姿勢に肘回転後の制御点の姿勢
を合わせるための逆変換の計算を行い先端６軸の角度を
求める。 （７）以上でもって肘を微小角度だけ回転させる関節角
度が求められる。 （８）（２）に戻ってこの計算を繰り返せばさらに肘が
回転する軸角度が次々にもとまる。
ニピュレータの肘を回転するには次のようにして行う。 （１）マニピュレータの先端に置ける制御点とマニピュ
レータの肩の線を回転軸に選択する。 （２）７軸多関節型ロボットマニピュレータの７軸を固
定して６軸ロボットマニピュレータとして考える。 （３）６軸ロボットマニピュレータを先の回転軸回りに
微小角度だけ回転させる。このための軸角度の逆変換の
計算で求める。 （４）この回転によって制御点での姿勢のみ微小な変化
を生ずる来すのでこれを修正する。 （５）第一軸を除く先端からの６軸をとって６軸ロボッ
トマニピュレータを想定する。 （６）最初の制御点での姿勢に肘回転後の制御点の姿勢
を合わせるための逆変換の計算を行い先端６軸の角度を
求める。 （７）以上でもって肘を微小角度だけ回転させる関節角
度が求められる。 （８）（２）に戻ってこの計算を繰り返せばさらに肘が
回転する軸角度が次々にもとまる。
【０００５】
【作用】上記の方法により、７軸多関節型ロボットマニ
ピュレータの肘回転が、制御点での位置姿勢を元のまま
に保って可能になる。
ピュレータの肘回転が、制御点での位置姿勢を元のまま
に保って可能になる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。７
軸関節型ロボットマニピュレータの最初のジョイントの
角度を｛ 0ｑi ｝とし、先端制御点の微小な位置・姿勢
変化と各軸の微小角度の関係は次のように表される。
軸関節型ロボットマニピュレータの最初のジョイントの
角度を｛ 0ｑi ｝とし、先端制御点の微小な位置・姿勢
変化と各軸の微小角度の関係は次のように表される。
【０００７】
【数１】
【０００８】ただし、 Δｒ：作業空間における制御点での微小位置変化 Δω：作業空間における制御点での微小姿勢変化 ｚi ：ＤＨモデルにおけるｉ軸の回転軸方向ベクトル ｈi ：ＤＨモデルにおけるｉ軸回転軸位置から制御点に
到るベクトル Δｑ：ロボットマニピュレータの微小回転角度ベクトル
［Δｑ1 Δｑ2 …Δｑ7］T
到るベクトル Δｑ：ロボットマニピュレータの微小回転角度ベクトル
［Δｑ1 Δｑ2 …Δｑ7］T
【０００９】ロボットマニピュレータの肩の位置から制
御点に向かう単位回転軸ベクトルｋとする（図１参
照）。この軸回りにΔθだけ回転することを考える。制
御点位置は不変で姿勢のみ変化するので、この変化は次
のように示される。 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T ［Δθ＊ｋ］T ］T （２） なお、 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T ０T ］T として
（１）式の左辺に代入して、肘を回転するような解を見
つけることが前述の特願平４−７０３２５の方法であっ
た。本発明の方法は（１）式を次のように分解する。
御点に向かう単位回転軸ベクトルｋとする（図１参
照）。この軸回りにΔθだけ回転することを考える。制
御点位置は不変で姿勢のみ変化するので、この変化は次
のように示される。 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T ［Δθ＊ｋ］T ］T （２） なお、 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T ０T ］T として
（１）式の左辺に代入して、肘を回転するような解を見
つけることが前述の特願平４−７０３２５の方法であっ
た。本発明の方法は（１）式を次のように分解する。
【００１０】
【数２】
【００１１】ただしｑ7 は固定。ベクトルΔｑは［Δｑ
1 ，Δｑ2 ，…，Δｑ6 ］T である（図２参照）。
1 ，Δｑ2 ，…，Δｑ6 ］T である（図２参照）。
【００１２】
【数３】
【００１３】ただしｑ1 は固定。ベクトルΔｑは［Δｑ
2 ，Δｑ3 ，…，Δｑ7 ］T である（図３参照）。
（４）式において（２）式の値をいれてΔｑ1 の値を求
める。Δｑ7 ＝０として新たなｑを求める。 ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） （５） この値を使って｛ｚi ｝と｛ｈi ｝を求める。そして
（４）式に代入する。そこで新たに次式を計算する。 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T −［Δθ＊ｋ］T ］T （６） この意味は、肘回転によって制御点での姿勢変化を元に
戻すことを意味している。（６）を（４）に代入しこの
式を解くことによってΔｑi を求める。Δｑi＝０とし
て 1ｑi を求める。 1ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） （７） 以上の計算によって得られる｛ 1ｑi ｝はマニピュレー
タを回転軸ｋの回りに角度Δθだけ回転した場合に得ら
れる関節角度である。このことを繰り返せばマニピュレ
ータの肘は制御点での位置と姿勢を元のまま保った可能
な限り回転する。
2 ，Δｑ3 ，…，Δｑ7 ］T である（図３参照）。
（４）式において（２）式の値をいれてΔｑ1 の値を求
める。Δｑ7 ＝０として新たなｑを求める。 ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） （５） この値を使って｛ｚi ｝と｛ｈi ｝を求める。そして
（４）式に代入する。そこで新たに次式を計算する。 ［ΔｒT ΔωT ］T ＝［０T −［Δθ＊ｋ］T ］T （６） この意味は、肘回転によって制御点での姿勢変化を元に
戻すことを意味している。（６）を（４）に代入しこの
式を解くことによってΔｑi を求める。Δｑi＝０とし
て 1ｑi を求める。 1ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） （７） 以上の計算によって得られる｛ 1ｑi ｝はマニピュレー
タを回転軸ｋの回りに角度Δθだけ回転した場合に得ら
れる関節角度である。このことを繰り返せばマニピュレ
ータの肘は制御点での位置と姿勢を元のまま保った可能
な限り回転する。
【００１４】（３）または（４）式を解くことは６元の
連立方程式を解くことである。ロボットマニピュレータ
の形態が特異点状態に入るとマトリクスが縮退して解け
なくなることがある。この場合、制御点の位置あるいは
姿勢を多少犠牲にして解を求めることが必要になること
がある。従って事前にシミュレータでもってこのような
動作が可能であることを確認しておくことが必要であ
る。以上の説明では７軸多関節ロボットマニピュレータ
の関節は回転軸のみとしてのみ説明したがスライド軸を
中心に含む場合でも同様な論法で可能であることは言う
までもない。ただし、この場合、機構的に肘回転が実現
不可能となる制約が多くなることは言うまでもなく、人
間腕型７軸多関節ロボットマニピュレータではスライド
軸は採用されないことが多い。
連立方程式を解くことである。ロボットマニピュレータ
の形態が特異点状態に入るとマトリクスが縮退して解け
なくなることがある。この場合、制御点の位置あるいは
姿勢を多少犠牲にして解を求めることが必要になること
がある。従って事前にシミュレータでもってこのような
動作が可能であることを確認しておくことが必要であ
る。以上の説明では７軸多関節ロボットマニピュレータ
の関節は回転軸のみとしてのみ説明したがスライド軸を
中心に含む場合でも同様な論法で可能であることは言う
までもない。ただし、この場合、機構的に肘回転が実現
不可能となる制約が多くなることは言うまでもなく、人
間腕型７軸多関節ロボットマニピュレータではスライド
軸は採用されないことが多い。
【００１５】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
７軸多関節型のロボットマニピュレータの肘回転によっ
て、障害物の回避あるいは場合によって肘関節の回転に
よって制御点での取りうる動作範囲が広くなるという効
果がある。
７軸多関節型のロボットマニピュレータの肘回転によっ
て、障害物の回避あるいは場合によって肘関節の回転に
よって制御点での取りうる動作範囲が広くなるという効
果がある。
【図１】７軸多関節ロボットマニピュレータの制御点、
肩の点、肘回転軸ベクトルｋを示す図
肩の点、肘回転軸ベクトルｋを示す図
【図２】７軸目を固定した場合のベクトルｈi とｚi を
示す図
示す図
【図３】１軸目を固定した場合のベクトルｈi とｚi を
示す図
示す図
【図４】７軸多関節ロボットマニピュレータの例を示す
図
図
【数２】
【数２】
Claims (2)
- 【請求項１】 ７軸多関節型ロボットマニピュレータに
おいて、マニピュレータの肩の点と前記制御点を結ぶ回
転軸を想定し、 ７軸多関節型ロボットマニピュレータの第７軸を固定し
て根本の第１軸から６軸をとった疑似６軸ロボットマニ
ピュレータを仮想し、 その疑似６軸ロボットマニピュレータを前記回転軸回り
に微小角度だけ回転させるための軸角度を逆変換の計算
で求め、 この回転によって制御点での姿勢にずれが生ずるのでこ
れを補正し、 第一軸を除く先端からの６軸をとって疑似６軸ロボット
マニピュレータを仮想し、 最初の制御点での姿勢に肘回転後の制御点の姿勢を合わ
せるための逆変換の計算を行い先端６軸の角度を求め、 以上により求まった７軸の軸角度を指令軸角度として動
作させることにより前記回転軸のまわりに先端制御点で
の位置・姿勢を変化させないでマニピュレータの肘部分
を微小角度だけ回転させることを特徴とする７軸多関節
ロボットマニピュレータの肘回転方法。 - 【請求項２】 ７軸多関節型ロボットマニピュレータに
おいて、先端制御点での位置・姿勢を変化させないでマ
ニピュレータの肩の点と前記制御点を結ぶ回転軸（ｋ）
のまわりにマニピュレータの肘部分を微小角度（Δθ）
だけ回転させるために、最小のジョイント角度を｛ 0ｑ
i ｝として、まず７軸目を固定した擬似６軸ロボットマ
ニピュレータのヤコビアン方程式 ［０T ［Δθ＊ｋ］T ］T ＝ＪB ＊［Δｑ1 Δｑ2 …
Δｑ6 ］T を解いてマニピュレータの各ジョイント微小角度（Δｑ
i ｉ＝１，２，…，６；Δｑ7 ＝０）を求め、次に、 ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） により各ジョイントの角度をもとめ、この角度を用いて
マニピュレータの先端６軸よりなる疑似６軸ロボットマ
ニピュレータのヤコビアン方程式 ［０T −［Δθ＊ｋ］T ］T ＝ＪF ＊［Δｑ2 Δ
ｑ3 ．．．Δｑ7 ］T を解いてマニピュレータの各ジョイント微小角度（Δｑ
1 ｉ＝２，３，…，７；Δｑ1 ＝０）を求め、1 ｑi ＝ｑi ＋Δｑi （ｉ＝１，２，…，７） として最終的なジョイント角度｛ 1ｑi ｝を求め、Δθ
の回転を実現するために最初のジョイント角度
｛ 0ｑi ｝に微小角度｛ 1ｑi − 0ｑi ｝を加えること
によって肘回転を行うことを特徴とする７軸多関節ロボ
ットマニピュレータの肘回転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13136893A JP3331674B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | ７軸多関節ロボットマニピュレータの肘回転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13136893A JP3331674B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | ７軸多関節ロボットマニピュレータの肘回転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06315880A true JPH06315880A (ja) | 1994-11-15 |
| JP3331674B2 JP3331674B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=15056302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13136893A Expired - Lifetime JP3331674B2 (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | ７軸多関節ロボットマニピュレータの肘回転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3331674B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0771621A2 (en) * | 1995-10-11 | 1997-05-07 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Elbow-position control way of redundant manipulator |
| JP2010036293A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Jtekt Corp | 多関節ロボット |
| WO2012028197A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Abb Research Ltd | An industrial robot, a component system for a such and a method for assembling a such |
| CN102672720A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-09-19 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 | 一种三关节机械臂的控制方法 |
| JP2013166222A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム |
| JP2015037818A (ja) * | 2013-08-17 | 2015-02-26 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、プログラム及び経路作成装置 |
| JP2015531624A (ja) * | 2012-08-15 | 2015-11-05 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド | ゼロ空間を使用した関節運動の相殺のためのシステム及び方法 |
Citations (5)
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| JPH01267706A (ja) * | 1988-04-19 | 1989-10-25 | Toyoda Mach Works Ltd | ロボットの制御方法 |
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| JPH03217906A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 多関節形ロボットの制御方法 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP13136893A patent/JP3331674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
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| EP0771621A3 (en) * | 1995-10-11 | 1999-03-24 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Elbow-position control way of redundant manipulator |
| JP2010036293A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Jtekt Corp | 多関節ロボット |
| WO2012028197A1 (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Abb Research Ltd | An industrial robot, a component system for a such and a method for assembling a such |
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| CN102672720A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-09-19 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 | 一种三关节机械臂的控制方法 |
| JP2015531624A (ja) * | 2012-08-15 | 2015-11-05 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド | ゼロ空間を使用した関節運動の相殺のためのシステム及び方法 |
| JP2018020169A (ja) * | 2012-08-15 | 2018-02-08 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド | ゼロ空間を使用した関節運動の相殺のためのシステム及び方法 |
| JP2015037818A (ja) * | 2013-08-17 | 2015-02-26 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、プログラム及び経路作成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3331674B2 (ja) | 2002-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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