JPH07314359A - マニピュレータ用追従装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高速作業時にも効果器を加工経路に高精度に追
従させることが可能なマニピュレータ用追従装置及びそ
の制御方法。 【構成】制御装置Ｃａに、教示データ入力部４と、セン
サ２からの信号を処理するセンサコントローラと、各関
節の位置・姿勢情報を処理しかつオンライン時にはセン
サコントローラからのセンサ信号を処理・記憶する座標
変換・メモリ部１２と、効果器１１がたどる実教示経路
に関する情報をオフライン時にはサーボ周期毎に検出し
記憶する実経路データメモリ部１７と、同ライン時には
教示経路と実教示経路とを対応づけさせる経路対応部１
８と、経路対応部１８に蓄積されたデータにより実教示
経路データを生成する実教示経路生成部１９と、実教示
経路生成部１９からの信号で修正量を生成する修正量生
成部とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械加工対象である加
工ワーク上の加工経路をセンサによって検出し、その情
報と、効果器のたどる実教示経路情報とから算出される
修正情報に基づいて、予め与えられた教示経路を逐次修
正することにより、マニピュレータに搭載された効果器
を高精度に加工経路に追従させるためのマニピュレータ
用追従装置およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】センサを用いてマニピュレータを加工経
路に追従させる技術は、不確定性のある環境下での作業
遂行のために最も重要な技術とされ、多くの研究が重ね
られてきた。

【０００３】たとえば、工業用ロボットの空間曲線なら
い制御（浅田、花房、計測自動制御学会論文集，第１６
巻，第５号，pp126-132,1980）では、センサによるフィ
ードバック制御を補助する目的でオフライン経路情報を
用い、加工経路を事前情報として制御系の補償器を設計
して、センサフィードバック制御の効果を検討してい
る。

【０００４】近年は、この中でも実績のある教示再生方
式の利点を生かした形で、予め教示されたデータに基づ
く動作指令をセンサデータによって修正するという技術
が導入されつつある。

【０００５】この種のあるいはそれに準ずる装置に関す
る代表的な従来技術としては、たとえば以下のものがあ
る。即ち、溶接ロボット用レーザ視覚センサ［平井，柴
田，（（株）日立製作所），アーク溶接における検出と
制御，溶接学会編，１９９０］では、視覚センサによっ
て検出される溶接線位置を用いて、予め教示された経路
を修正する方法が示されている。

【０００６】以下に図面を用いて、従来技術を示す。図
５（ａ）は当該従来技術の構成を示すブロック図であっ
て、図５（ｂ）は経路修正過程を示す図である。図中、
Ａは制御装置、１は多関節マニピュレータ、２はマニピ
ュレータ１先端に装着されたセンサ、３は溶接トーチ、
４は教示データ入力部、５はセンサコントローラ、６は
修正量生成部、７は修正部、８はサーボ部、９はアン
プ、１０は溶接線である。

【０００７】図５（ａ）において、センサ２が溶接トー
チ３に対して常に先行するように、教示データを教示デ
ータ入力部４から入力し、当該教示データに基づいて教
示経路を予め設定する。

【０００８】マニピュレータ１が当該教示経路に従って
動作を開始すると、センサ２は溶接線１０上の点を検出
して、検出信号をセンサコントローラ５へ送出する。

【０００９】修正量生成部６では、センサコントローラ
５からの検出位置情報と溶接トーチ３の位置情報とから
マニピュレータ１の修正量を算出する。

【００１０】修正部７では、修正量生成部６の修正量と
前記教示データとから修正経路を生成し、当該修正経路
に基づきマニピュレータ１を制御する。

【００１１】修正部７における修正経路の生成過程を図
５（ｂ）を用いて説明する。センサコントローラ５の検
出位置情報が示す溶接線１０上の溶接特徴点Ｍ_ｉ（ｉ＝
1,2,3,…，ｎ）の位置と教示経路に基づく溶接トーチ３
の位置とから、溶接特徴点Ｍ_ｉとの距離を算出し、当該
距離が極小となる点を溶接トーチ３が通過した時点で、
当該教示経路を平行移動し、修正経路を生成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来技術には、次のような問題点があった。前記従来技
術においては、検出位置情報と教示経路のみを用いて修
正経路情報を算出・生成する。

【００１３】しかし、一般には、ダイナミクスあるいは
演算速度限界によって、効果器がたどる実教示経路が教
示経路と一致することはなく、特に、目標速度が高速に
なるに伴い、教示経路と実教示経路との誤差が顕在化す
ることが広く知られている。

【００１４】このため、一般には、実教示経路が加工経
路上の近傍を追従するように、予め加工経路からずらし
て教示データを作成するという対策が講じられている。

【００１５】しかし、この場合、教示経路と実教示経路
とは、位置・姿勢のみならず経路長まで異なるため、教
示経路と加工経路のみとを対応づけることで算出した修
正情報で教示経路を修正する方法では、十分な精度を得
ることが不可能であった。その結果、従来技術を高速な
追従速度が要求される作業へ導入すると、加工特徴位置
と加工経路との誤差が顕在化するという致命的な欠陥が
生じる。

【００１６】ここにおいて、本発明の主要な目的は、以
下に列挙する通りである。本発明の第１の目的は、高速
作業時にも加工手段を加工経路に高精度に追従させるこ
とが可能なマニピュレータ用追従装置及びその制御方法
を提供せんとするものである。

【００１７】本発明の第２の目的は、高速な目標速度が
要求される作業において、予め与えられた教示経路と目
標速度とからなる動作指令値を多関節マニピュレータに
与えた際に、教示経路に対して加工手段としての効果器
がたどる実教示経路の誤差により、教示経路を検出位置
情報で修正する方法では、当該効果器を経路に高精度に
追従させることが困難であった点を解決することが可能
なマニピュレータ用追従装置及びその制御方法を提供せ
んとするものである。

【００１８】本発明の他の目的は、明細書、図面、特に
特許請求の範囲の記載から自づと明らかになるであろ
う。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を採用
することにより達成される。すなわち、本発明装置の第
１の特徴は、対象を加工するための加工手段と当該加工
手段近傍に設置され前記対象上の加工経路情報を検出す
る検出手段と前記加工手段及び当該検出手段を保持する
多関節マニピュレータを具備し、予め与えられた教示デ
ータに基づいて決定される当該マニピュレータの動作指
令を前記検出手段によって検出した加工対象の位置情報
に基づいて修正しつつ実時間で加工経路に前記加工手段
を追従自在にマニピュレータを移動させる制御手段を有
する追従装置において、当該制御手段に、前記教示デー
タを入力する教示データ入力部と、オンライン時に前記
センサからの信号を処理する検出手段コントローラと、
前記マニピュレータのサーボを各自有する各関節の位置
・姿勢情報を処理しかつオンライン時には前記検出手段
コントローラからの検出信号を座標系データに変換処理
・記憶する座標変換・メモリ部と、オフライン時に前記
教示データに基づき実動した前記加工手段がたどる実教
示経路に関する情報を前記サーボ周期毎に検出し記憶す
る実経路データメモリ部と、前記教示データ通りの教示
経路と前記実教示経路とを対応させる経路対応部と、当
該経路対応部に蓄積されたデータにより実教示経路デー
タを生成する実教示経路生成部と、オンライン時に当該
実教示経路生成部からの信号で前記座標変換・メモリ部
からの前記変換座標系データの修正量を算出する修正量
生成部と、オフライン時に前記教示データ入力部の教示
データから決定される教示経路に関する関数を生成して
前記経路対応部に出力するとともに、当該関数から直接
前記加工手段軌道を算出出力し、オンライン時に前記修
正量生成部からの信号で修正された前記教示経路関数か
ら前記加工手段の目標軌道を算出出力する修正部と、を
備えてなるマニピュレータ用追従装置である。

【００２０】本発明装置の第２の特徴は、対象を加工す
るための加工手段と当該加工手段近傍に設置され前記対
象上の加工経路情報を検出する検出手段と前記加工手段
及び当該検出手段を保持する多関節マニピュレータを具
備し、予め与えられた教示データに基づいて決定される
当該マニピュレータの動作指令を前記検出手段によって
検出した加工対象の位置情報に基づいて修正しつつ実時
間で加工経路に前記加工手段を追従させるようにマニピ
ュレータを移動させる制御手段を有する追従装置におい
て、当該制御手段に、前記教示データを入力する教示デ
ータ入力部と、オンライン時に前記検出手段からの信号
を処理する検出手段コントローラと、前記マニピュレー
タのサーボを各自有する各関節の位置・姿勢情報を処理
しかつオンライン時には前記検出手段コントローラから
の検出信号を座標系データに変換処理・記憶する座標変
換・メモリ部と、オフライン時に前記教示データに基づ
き実動した前記加工手段がたどる実教示経路に関する情
報を前記サーボ周期毎に検出し記憶する実経路データメ
モリ部と、前記教示データ通りの教示経路と前記実教示
経路とを対応させる経路対応部と、オンライン時に当該
経路対応部からの信号で前記座標変換・メモリ部からの
前記変換座標系データの修正量を算出する修正量生成部
と、オフライン時に前記教示データ入力部の前記教示デ
ータから決定される前記教示経路に関する関数を生成し
て前記経路対応部に出力するとともに当該関数から直接
前記加工手段軌道を算出出力し、オンライン時に前記修
正量生成部からの信号で修正された前記教示経路関数か
ら前記加工手段の目標軌道を算出出力する修正部と、を
備えてなるマニピュレータ用追従装置である。

【００２１】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明の
第１又は第２の特徴における修正部が、教示データ入力
部の教示データから決定される教示経路に関する関数を
生成する教示経路・速度関数生成部と、オンライン時に
当該教示経路・速度関数生成部及び修正量生成部からの
信号で前記教示経路関数の修正を演算決定する経路修正
部と、オフライン時には前記教示経路・速度関数生成部
から直接の信号でかつオンライン時には前記経路修正部
からの加工手段の目標軌道を算出出力する軌道生成部
と、を有してなるマニピュレータ用追従装置である。

【００２２】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１，第２又は第３の特徴における加工手段と検出
手段が、それぞれ加工処理を行う効果器としての溶接ト
ーチと位置と角度を検出可能なセンサとしての視覚セン
サであるマニピュレータ用追従装置である。

【００２３】本発明方法の第１の特徴は、対象を加工す
るための加工手段と当該加工手段近傍に設置され前記対
象上の加工経路情報を検出する検出手段と前記加工手段
及び当該検出手段を保持する多関節マニピュレータにお
いて、予め与えられた教示データに基づいて決定される
当該マニピュレータの動作指令を前記検出手段によって
検出した加工対象の位置情報に基づいて修正しつつ実時
間で加工経路に前記加工手段を追従させるように前記マ
ニピュレータを駆動させるに当たり、前記教示データか
ら決定される教示経路と目標速度とからなる動作指令値
で前記マニピュレータを動作させた際に前記加工手段が
たどる実教示経路と前記教示データに基づいた前記教示
経路の対応づけにより、前記各教示経路中の教示点に対
応する実教示経路中の実教示点で実教示経路関数を予め
作成し、作業実行時に前記検出手段から時系列的に得ら
れる検出位置情報と、前記実教示経路関数上の点との対
応づけによって算出した修正情報で前記教示経路を逐次
修正してなるマニピュレータ用追従制御方法である。

【００２４】本発明方法の第２の特徴は、対象を加工す
るための加工手段と当該加工手段近傍に設置され前記対
象上の加工経路情報を検出する検出手段と前記加工手段
及び当該検出手段を保持する多関節マニピュレータにお
いて、予め与えられた教示データに基づいて決定される
当該マニピュレータの動作指令を前記検出手段によって
検出した加工対象の位置情報に基づいて修正しつつ実時
間で加工経路に前記加工手段を追従させるようにマニピ
ュレータを駆動させるに当たり、前記教示データから決
定される教示経路と目標速度とからなる動作指令値で前
記マニピュレータを動作させた際に前記加工手段がたど
る実教示経路上の点と前記教示データに基づいた前記教
示経路上の点との対応づけを予め行い、作業実行時には
前記検出手段から時系列的に得られる複数の検出位置情
報と、前記実教示経路上の点と、の対応づけによって算
出した修正情報で前記教示経路を逐次修正してなるマニ
ピュレータ用追従制御方法である。

【００２５】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第２の特徴における動作指令値が、教示デ
ータに基づき、加工開始点から経路長をパラメータとし
て演算した位置・姿勢に関する教示経路関数値および目
標速度関数値であって、経路長に関する２階微分の連続
性まで保証する３次関数の係数行列で表現されてなるマ
ニピュレータ用追従制御方法である。

【００２６】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１，第２又は第３の特徴における実教示経路と教
示経路の対応づけが、実教示経路長の教示経路長に対す
る伸縮率を求め、当該伸縮率を用い各教示点までの経路
長に対応する実教示経路の経路長を演算して当該実教示
経路において最も近接する点のその時の位置と姿勢を定
めて行き、最後に当該近接点群データを用いて教示経路
関数に対応する実教示経路関数を算出してなるマニピュ
レータ用追従制御方法である。

【００２７】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１，第２，第３又は第４の特徴における教示経路
との対応づけの実教示経路上の点が、多関節マニピュレ
ータの各関節に備わるサーボ周期毎に検出されるマニピ
ュレータ用追従制御方法である。

【００２８】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第１，第２，第３，第４又は第５の特徴における検
出手段の検出位置情報と実教示経路上の点との対応づけ
が、まず、前記検出手段の検出に基づく一定周期の加工
経路上の特徴点の位置情報と、当該検出時の多関節マニ
ピュレータの関節位置情報から得られる加工手段の位置
情報とを用いて当該加工経路上の特徴点の位置ベクトル
を基準座標系のベクトルへと変換し、次いで、当該特徴
点ベクトル群および実教示データを用いて両位置の並進
成分および基準座標系の鉛直方向軸回りの回転成分につ
いて前記加工経路と前記実教示経路との誤差から修正量
を各対応点につき算出してなるマニピュレータ用追従制
御方法である。

【００２９】

【作用】本発明は、前記のような新規な手段及び手法を
講じるので、教示経路に対して目標速度で動作させた際
の実教示経路と、センサからの検出位置情報から得られ
る加工特徴点位置とから修正情報を算出して、教示経路
を修正することにより高速作業に対しても高精度な追従
が可能となる。

【００３０】

【装置例】

（装置例１）本発明の第１の装置例を図面につき説明す
る。図１は本装置例のオフライン過程を説明するブロッ
ク図、図２は本装置例のオンライン過程を説明するブロ
ック図、図３は教示経路と実教示経路との対応付けの方
法を示す図である。

【００３１】図１及び図２中で、Ｂは本装置例のマニピ
ュレータ用追従装置、Ｃａはオフライン時の制御手段と
しての制御装置、Ｃｂはオンライン時の制御手段として
の制御装置、７ａ′はオフライン時の修正部、７ｂ′は
オンライン時の修正部、１１は加工手段としての効果
器、１２は座標変換・メモリ部、１３は加工ワーク、１
４は教示経路・速度関数生成部、１５はオンライン時の
経路修正部、１６は軌道生成部、１７はオフライン時の
実経路データメモリ部、１８はオフライン時の経路対応
部、１９は実教示経路生成部である。なお、図５（ａ）
で示す前記従来例と同一のブロックには、同一の符号を
付して説明の重複を避けた。

【００３２】（方法例１）当該本装置例の仕様はこのよ
うな具体的実施態様を呈するが、次に本装置例に適用す
る本発明の第１方法例についての実行手順を順次説明す
る。まず、はじめに教示データを作成する。ここでは、
ＣＡＤデータとして加工ワーク１３モデル上に離散的に
配置した加工経路上の教示点の位置^ωｐ_Ｔ，ｊと姿勢^ω
Ｒ_Ｔ，ｊに関する教示データと、目標速度に関する教示
データ、それぞれ^ωＴ_Ｔ，ｊ，ｖ_Ｔ，ｊ( ｊ＝1,2,3,
…，ｎ）を教示データ入力部４から入力する。その際、
教示データは検出手段の好適例としての視覚センサ２が
効果器１１に対して常に先行するように与える。ただ
し、左肩添字ωは基準座標系表示である。

【００３３】次に教示経路・速度関数生成部１４では、
教示データ入力部４から送られてきた教示データ^ωＴ
_Ｔ，ｊ，ｖ_Ｔ，ｊに基づき、加工開始点からの経路長ｓ
をパラメータとして位置・姿勢に関する教示経路関数Ｐ
_Ｔ(s) および目標速度関数Ｖ(s) を生成し、これらの教
示データ^ωＴ_Ｔ，ｊ，ｖ_Ｔ，ｊ，及び教示情報Ｐ
_Ｔ(s)，Ｖ(s) を教示経路・速度関数生成部１４内に記
憶する。

【００３４】具体的には、Ｐ_Ｔ(s) ，Ｖ(s) は経路長ｓ
に関する２階微分の連続性まで保証する３次関数の係数
行列で表現する。

【００３５】これにより、教示経路関数と目標速度関数
とから生成される時間ｔに関する教示軌道Ｌ(t) の３次
元位置及び速度・加速度の絶対値の連続性が保証され
る。

【００３６】この結果、マニピュレータ１は、低速で動
作させた場合にはｓ＝ｓ_ｊ−１からｓ＝ｓ_ｊまでの区分
的な教示軌道Ｐ_Ｔ(s) に沿って、加工ワーク１３上の加
工経路に所定の相対位置姿勢で効果器１１を位置づける
ように制御される。

【００３７】さらに、教示軌道Ｌ(t) をマニピュレータ
１への指令値として動作させる。

【外１】 （ｌ＝0,1,…，ｍ）をサーボ周期毎に検出し、実経路デ
ータメモリ部１７に記憶する。

【００３８】教示経路関数Ｐ_Ｔ(s) と実経路データメモ
リ部１７に記憶された実経路データから、経路対応部１
８において、教示経路と実教示経路との対応づけを行
い、

【外２】

【００３９】図３を用いて、教示経路と実教示経路とを
対応づける手順を説明する。図中、２０は教示データに
よって作成された経路、２１は当該教示データ、２２は
加工経路である。

【００４０】

【外３】 位置ベクトルを、それぞれ

【外４】 位置成分である。

【００４１】

【外５】

【外６】

【００４２】まず、教示データより作業開始点から終了
点までの経路長ｓ_ｍａｘを次式（１）により算出する。

【数１】

【００４３】

【外７】 より算出する。

【数２】

【００４４】そして、式（１）及び式（２）により、経
路長の伸縮率αを、

【数３】 により求める。

【００４５】この伸縮率αを用い、各教示点までの経路
長ｓｊに対応する実教示経路の

【外８】

【数４】 により算出し、

【外９】 そのときの位置と姿勢を

【外１０】

【外１１】

【００４６】以上の処理をオフラインで行った後、マニ
ピュレータ１を動作させて、以下に説明するオンライン
作業を実行する。オンライン作業では、図２に示すごと
く、マニピュレータ１に保持されるセンサ２は効果器１
１に先だって移動し、検出手段コントローラとしてのセ
ンサコントローラ５からの一定周期の命令によりセンサ
２は三角測量を用いて加工ワーク１３を逐次観測し、加
工経路点を検出する。

【００４７】例えば、加工経路断面がＶ字形の場合に
は、経路断面をＶ字形を構成する２つの直線で近似す
る。そして、交差する角の位置を効果器１１のねらう特
徴点として決定し、特徴点の位置情報と共に座標変換・
メモリ部１２へ送出する。

【００４８】座標変換・メモリ部１２では、センサコン
トローラ５で算出された特徴点の位置情報と、センサ２
検出時におけるマニピュレータ１の関節位置情報θ_ｍ(
ｍ＝1,2,…６）から得られる効果器１１の位置情報とを
用いて、加工経路上の特徴点を基準座標系へと変換し記
憶する。つまり特徴点の位置ベクトル^ｓｐ_ｃを基準座標
系のベクトル^ωｐ_ｃに変換し記憶する。

【００４９】センサ２の検出周期毎に得られるこれらの
特徴点ベクトル群^ωｐ_ｃ，ｉ, …，

【外１２】 修正量生成部６では修正量を実時間で算出する。

【００５０】具体的には、位置の並進成分および基準座
標系の鉛直方向であるＺ_ω軸回りの回転成分について、
加工ワーク１３上の加工経路

【外１３】

【外１４】 修正量の算出アルゴリズムは以下の通りである。

【００５１】（ｉ）実教示経路と加工経路との対応づけ 実教示経路と加工経路の対応する任意の点

【外１５】 次の関係が成り立つ。

【数５】

【００５２】ここに、Ｔ_ＣＴは教示経路を加工経路に写
像する修正関数で、修正量を算出することは

【外１６】 教示データの位置情報を、

【数６】

【数７】 と表し、修正情報を

【数８】 と表す。

【００５３】

【外１７】

【外１８】 視覚センサ２の検出周期が十分短いため各検出点ごとの
直線近似が可能であり、

【数９】 となる。

【外１９】 が可能となる。

【００５４】（ii）修正行列Ｔ_ＡＴの算出 まず、前項（ｉ）の対応づけ手法を用いて実教示経路と
加工経路上の２組の点の対応づけにより並進成分ｐ_ｘ,
ｐ_ｙ, ｐ_ｚを算出する。センサ２からの検出位置情報か
ら加工経路上の

【外２０】

【数１０】

【数１１】 が得られる。

【００５５】そして、式（１０）及び式（１１）より、

【数１２】

【数１３】

【数１４】 ただし、ｐ_ｚは検出誤差を考慮して算出している。

【００５６】次に回転成分Ｒ_１１, Ｒ_２１を求める。式
（１１），（１２），（１３）から以下の回転要素を得
る。

【外２１】

【数１５】

【数１６】

【００５７】

【外２２】

【外２３】

【数１７】

【数１８】

【００５８】

【外２４】 教示経路がＺ_ωの方向と一致している場合であり、位置
情報のみではＴ_ＣＴを算出できないが、実作業ではこの
ような特殊な経路が長区間にわたって存在することは希
であり、教示経路に従ってマニピュレータ１を運動させ
ることで十分な精度を確保できる。

【００５９】（iii ） 修正行列Ｔ_Ｍ，ｉの逐次推定 検出の際に生ずる誤差やノイズの影響により、検出毎に
得られる修正行列Ｔ_{Ｃ Ｔ}は異なる値となる。従って、修
正行列の信頼性を向上させるためには、複数の修正情報
を用いて最適な修正情報を算出する。

【００６０】

【外２５】 Ｔ_ＣＴ，ｋ( ｋ＝ｉ−（Ｎ−１），ｉ−（Ｎ−１）＋
１，…，ｉ）とおき、さらに各検出位置情報の最小自乗
法により、

【外２６】

【００６１】Ｔ_Ｍ，ｉを

【数１９】 とおく。

【００６２】すると、並進成分ｐ_Ｍ，ｉは、

【数２０】

【数２１】

【数２２】 となる。

【００６３】そこで、回転成分Ｒ_Ｍ，ｉは、

【数２３】

【数２４】

【数２５】

【数２６】 となる。

【００６４】以上の結果、得られた最適な変換行列Ｔ
_Ｍ，ｉを用いて、修正部７内の経路修正部１５で教示経
路関数の修正作業を実行する。この場合、本出願人によ
る平成６年特許願第５９１２２号に記載されているよう
に、センサデータに位置だけでなく信頼度も考慮して、
最適な変換行列を算出することも可能である。

【００６５】既述の通り、教示経路関数Ｐ（ｓ）は係数
行列の形で経路・速度関数生成部１４内に記憶されてお
り、その係数行列の位置成分に対してはＴ_Ｍ，ｉを作用
させ、姿勢成分に対してはＲ_Ｍ，ｉを作用させることで
センサ２の検出周期毎に修正経路Ｐ′（ｓ）を逐次算出
し、教示速度関数Ｖ（ｓ）とともに軌道生成部１６へ送
出する。

【００６６】軌道生成部１６では、修正経路Ｐ′（ｓ）
と教示速度関数Ｖ（ｓ）とを用い、効果器１１が追従す
るべき目標速度Ｌ（ｔ）を生成する。さらに、基準座標
系で表したＬ（ｔ）を逆運動学で解くことにより目標関
節軌道θ_ｄｍ( ｍ＝１，２，…，６）をサーボ周期毎に
算出し、サーボ部８において目標軌道とマニピュレータ
１の関節位置情報θ_ｍとから、マニピュレータ１の運動
指令値をアンプ部９へ送出する。

【００６７】以上の手順により、アンプ部９では運動指
令値に基づき駆動力をマニピュレータ１へ与え、作業を
遂行する。なお、本実施例においては、ｍ＝１，…，６
という６自由度に限定されたマニピュレータ１について
の演算・制御方法を説明したが、それ以外の自由度を有
するマニピュレータにおいても、同様の演算・制御方法
で制御がなされることはいうまでもない。

【００６８】（装置例２）本発明の第２の装置例を図面
につき説明する。図４は本装置例の構成を示すシステム
ブロック図である。図中、Ｂ′は本装置例のマニピュレ
ータ用追従装置、Ｃｂ′はオフライン時の制御装置、７
ｂ″は修正部である。なお、図２に示す前記第１装置例
と同一ブロックには同一符号を付し説明の重複を避け
た。

【００６９】（方法例２）当該本装置例に適用する本発
明の第２方法例につきその実行処理手順につき説明す
る。本装置例においては、図１に示すオフライン過程を
共通前提とし、ただオンライン過程において実教示デー
タと検出位置情報を対応づける際に、検出位置情報から
算出される加工経路長に最も近接する実教示データを対
応点として、修正情報を算出している点が異なり、他は
前記第１方法例と同一手順を踏んで、実行され、この場
合においても、教示経路に対して修正関数を作用させた
場合と同様の効果を得ることができる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
ように信頼性の高い動作指令修正手段を何等提供してい
ないために、効果器の高精度な経路追従が阻害されると
いうことがなく、高信頼かつ高精度なマニピュレータ用
追従装置および追従制御方法を提供できるなど優れた効
用性、有用性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１装置例の、オフラインでの操作を
説明するシステム構成のブロック図である。

【図２】同上、オンラインでの操作を説明するシステム
構成のブロック図である。

【図３】本発明の第１方法例における教示経路と実教示
経路との対応づけ手順を説明する模式図である。

【図４】本発明の第２の装置例を示すシステムブロック
図である。

【図５】従来の技術構成を示すシステムブロック図であ
る。

【符号の説明】

Ａ…制御装置 Ｂ，Ｂ′…追従装置 Ｃａ…オフラインの制御装置 Ｃｂ，Ｃｂ′…オンラインの制御装置 １…マニピュレータ ２…センサ ３…溶接トーチ ４…教示データ入力部 ５…センサコントローラ ６…修正量生成部 ７，７ａ′，７ｂ′，７ｂ″…修正部 ８…サーボ部 ９…アンプ １０…溶接線 １１…効果器 １２…座標変換・メモリ部 １３…加工ワーク １４…教示経路・速度関数生成部 １５…経路修正部 １６…軌道生成部 １７…実経路データメモリ部 １８…経路対応部 １９…実教示経路生成部 ２０…教示データによって作成された経路 ２１…教示データ ２２…加工経路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象を加工するための加工手段と当該加工
   手段近傍に設置され前記対象上の加工経路情報を検出す
   る検出手段と前記加工手段及び当該検出手段を保持する
   多関節マニピュレータを具備し、予め与えられた教示デ
   ータに基づいて決定される当該マニピュレータの動作指
   令を前記検出手段によって検出した加工対象の位置情報
   に基づいて修正しつつ実時間で加工経路に前記加工手段
   を追従自在にマニピュレータを移動させる制御手段を有
   する追従装置において、 当該制御手段に、 前記教示データを入力する教示データ入力部と、 オンライン時に前記センサからの信号を処理する検出手
   段コントローラと、 前記マニピュレータのサーボを各自有する各関節の位置
   ・姿勢情報を処理しかつオンライン時には前記検出手段
   コントローラからの検出信号を座標系データに変換処理
   ・記憶する座標変換・メモリ部と、 オフライン時に前記教示データに基づき実動した前記加
   工手段がたどる実教示経路に関する情報を前記サーボ周
   期毎に検出し記憶する実経路データメモリ部と、 前記教示データ通りの教示経路と前記実教示経路とを対
   応させる経路対応部と、 当該経路対応部に蓄積されたデータにより実教示経路デ
   ータを生成する実教示経路生成部と、 オンライン時に当該実教示経路生成部からの信号で前記
   座標変換・メモリ部からの前記変換座標系データの修正
   量を算出する修正量生成部と、 オフライン時に前記教示データ入力部の教示データから
   決定される教示経路に関する関数を生成して前記経路対
   応部に出力するとともに、当該関数から直接前記加工手
   段軌道を算出出力し、オンライン時に前記修正量生成部
   からの信号で修正された前記教示経路関数から前記加工
   手段の目標軌道を算出出力する修正部と、 を備えることを特徴とするマニピュレータ用追従装置。
2. 【請求項２】対象を加工するための加工手段と当該加工
   手段近傍に設置され前記対象上の加工経路情報を検出す
   る検出手段と前記加工手段及び当該検出手段を保持する
   多関節マニピュレータを具備し、予め与えられた教示デ
   ータに基づいて決定される当該マニピュレータの動作指
   令を前記検出手段によって検出した加工対象の位置情報
   に基づいて修正しつつ実時間で加工経路に前記加工手段
   を追従させるようにマニピュレータを移動させる制御手
   段を有する追従装置において、 当該制御手段に、 前記教示データを入力する教示データ入力部と、 オンライン時に前記検出手段からの信号を処理する検出
   手段コントローラと、 前記マニピュレータのサーボを各自有する各関節の位置
   ・姿勢情報を処理しかつオンライン時には前記検出手段
   コントローラからの検出信号を座標系データに変換処理
   ・記憶する座標変換・メモリ部と、 オフライン時に前記教示データに基づき実動した前記加
   工手段がたどる実教示経路に関する情報を前記サーボ周
   期毎に検出し記憶する実経路データメモリ部と、 前記教示データ通りの教示経路と前記実教示経路とを対
   応させる経路対応部と、 オンライン時に当該経路対応部からの信号で前記座標変
   換・メモリ部からの前記変換座標系データの修正量を算
   出する修正量生成部と、 オフライン時に前記教示データ入力部の前記教示データ
   から決定される前記教示経路に関する関数を生成して前
   記経路対応部に出力するとともに当該関数から直接前記
   加工手段軌道を算出出力し、オンライン時に前記修正量
   生成部からの信号で修正された前記教示経路関数から直
   接前記加工手段の目標軌道を算出出力する修正部と、 を備えることを特徴とするマニピュレータ用追従装置。
3. 【請求項３】修正部は、 教示データ入力部の教示データから決定される教示経路
   に関する関数を生成する教示経路・速度関数生成部と、 オンライン時に当該教示経路・速度関数生成部及び修正
   量生成部からの信号で前記教示経路関数の修正を演算決
   定する経路修正部と、 オフライン時には前記教示経路速度関数生成部から直接
   の信号でかつオンライン時には前記経路修正部からの加
   工手段の目標軌道を算出出力する軌道生成部と、 を有することを特徴とする請求項１又は２記載のマニピ
   ュレータ用追従装置。
4. 【請求項４】加工手段と検出手段は、それぞれ加工処理
   を行う効果器としての溶接トーチと位置と角度を検出可
   能なセンサとしての視覚センサであることを特徴とする
   請求項１，２又は３記載のマニピュレータ用追従装置。
5. 【請求項５】対象を加工するための加工手段と当該加工
   手段近傍に設置され前記対象上の加工経路情報を検出す
   る検出手段と前記加工手段及び当該検出手段を保持する
   多関節マニピュレータにおいて、予め与えられた教示デ
   ータに基づいて決定される当該マニピュレータの動作指
   令を前記検出手段によって検出した加工対象の位置情報
   に基づいて修正しつつ実時間で加工経路に前記加工手段
   を追従させるように前記マニピュレータを駆動させるに
   当たり、 前記教示データから決定される教示経路と目標速度とか
   らなる動作指令値で前記マニピュレータを動作させた際
   に前記加工手段がたどる実教示経路と前記教示データに
   基づいた前記教示経路の対応づけにより、前記各教示経
   路中の教示点に対応する実教示経路中の実教示点で実教
   示経路関数を予め作成し、 作業実行時に前記検出手段から時系列的に得られる検出
   位置情報と、前記実教示経路関数上の点との対応づけに
   よって算出した修正情報で前記教示経路を逐次修正す
   る、 ことを特徴とするマニピュレータ用追従制御方法。
6. 【請求項６】対象を加工するための加工手段と当該加工
   手段近傍に設置され前記対象上の加工経路情報を検出す
   る検出手段と前記加工手段及び当該検出手段を保持する
   多関節マニピュレータにおいて、予め与えられた教示デ
   ータに基づいて決定される当該マニピュレータの動作指
   令を前記検出手段によって検出した加工対象の位置情報
   に基づいて修正しつつ実時間で加工経路に前記加工手段
   を追従させるようにマニピュレータを駆動させるに当た
   り、 前記教示データから決定される教示経路と目標速度とか
   らなる動作指令値で前記マニピュレータを動作させた際
   に前記加工手段がたどる実教示経路上の点と前記教示デ
   ータに基づいた前記教示経路上の点との対応づけを予め
   行い、 作業実行時には前記検出手段から時系列的に得られる複
   数の検出位置情報と、前記実教示経路上の点と、の対応
   づけによって算出した修正情報で前記教示経路を逐次修
   正する、 ことを特徴とするマニピュレータ用追従制御方法。
7. 【請求項７】動作指令値は、教示データに基づき、加工
   開始点から経路長をパラメータとして演算した位置・姿
   勢に関する教示経路関数値および目標速度関数値であっ
   て、経路長に関する２階微分の連続性まで保証する３次
   関数の係数行列で表現されることを特徴とする請求項５
   又は６記載のマニピュレータ用追従制御方法。
8. 【請求項８】実教示経路と教示経路の対応づけは、 実教示経路長の教示経路長に対する伸縮率を求め、 当該伸縮率を用い各教示点までの経路長に対応する実教
   示経路の経路長を演算して当該実教示経路において最も
   近接する点のその時の位置と姿勢を定めて行き、 最後に当該近接点群データを用いて教示経路関数に対応
   する実教示経路関数を算出する、 ことを特徴とする請求項５，６又は７記載のマニピュレ
   ータ用追従制御方法。
9. 【請求項９】教示経路との対応づけの実教示経路上の点
   は、多関節マニピュレータの各関節に備わるサーボ周期
   毎に検出されることを特徴とする請求項５，６，７又は
   ８記載のマニピュレータ用追従制御方法。
10. 【請求項１０】検出手段の検出位置情報と実教示経路上
    の点との対応づけは、 まず、前記検出手段の検出に基づく一定周期の加工経路
    上の特徴点の位置情報と、当該検出時の多関節マニピュ
    レータの関節位置情報から得られる加工手段の位置情報
    とを用いて当該加工経路上の特徴点の位置ベクトルを基
    準座標系のベクトルへと変換し、 次いで、当該特徴点ベクトル群および実教示データを用
    いて両位置の並進成分および基準座標系の鉛直方向軸回
    りの回転成分について前記加工経路と前記実教示経路と
    の誤差から修正量を各対応点につき算出する、 ことを特徴とする請求項５，６，７，８又は９記載のマ
    ニピュレータ用追従制御方法。