JPH08383B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

ロボットの制御装置

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JPH08383B2
JPH08383B2 JP62194635A JP19463587A JPH08383B2 JP H08383 B2 JPH08383 B2 JP H08383B2 JP 62194635 A JP62194635 A JP 62194635A JP 19463587 A JP19463587 A JP 19463587A JP H08383 B2 JPH08383 B2 JP H08383B2
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昇 遠藤
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浩司 井倉
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、ロボットの制御装置に係り、特にロボット
三次元的空間形状を有する被加工物の表面形状に沿って
ロボットの手先部の位置および姿勢を変えることを可能
にしたロボットの制御装置に関する。
B.発明の概要 本発明は、被加工物上の教示点へロボットの手先ヘッ
ド部を移動させて前記教示点に対して前記手先ヘッド部
に設けた加工部を動作させるようにしたロボット制御装
置において、 前記手先ヘッド部の移動始点の姿勢角とその終点の姿
勢角をティーチングした時、前記移動終点における姿勢
ベクトルがその始点の姿勢ベクトルに一致するのに必要
な回転角を演算すると共に、該姿勢を回転マトリックス
により算出するとともに算出された姿勢を関節角に逆変
換することにより、 連続的な姿勢制御を円滑に実行可能としたものであ
る。
C.従来の技術 例えば材料の研摩,溶断,溶接等の加工又は解体工程
に設置されたロボットや遠隔操作のマニピュレータにお
いては、実際に稼動させる前に、ロボットやマニピュレ
ータ等に対して加工ヘッドの移動順序および動作順序を
三次元的な被加工物の形状に即して計測する必要があ
る。加工ヘッドの三次元動作軌跡を決定する装置を三次
元倣い装置とも呼んでいるが、例えばプラズマ溶断用ロ
ボットにおいては、加工ヘッドの近傍位置に磁気センサ
を設置して鉄板等の被切断材としてのワークに生じた渦
電流の大きさを検出して、その電流値によって加工ヘッ
ドとワーク表面との距離を算出していた。したがって、
実際のティーチング作業は、作業者がティーチングペン
ダントを操作しながら、目視で加工ヘッドをワーク表面
の所望の教示点へ接近させる作業と、やはり目視で加工
ヘッドの姿勢角を、教示点における表面に対して直角に
なるように加工ヘッドの姿勢を合わせる作業と、前述の
センサでもって加工ヘッドとワーク表面上の教示点との
間に距離を一定値に設定する作業との三つの作業を施行
錯誤で実施する必要があった。
しかし、上記のように作業者が各教示点毎に目視で三
つの作業からなるティーチング作業を実施すると、各教
示点間において加工ヘッドまでの距離や加工ヘッドの姿
勢角等の設定値にばらつきが生じるという問題点があっ
た。その結果、ワークの切断面が不揃いになったり、一
部切断できない場所が生じたりすることがあった。
D.発明が解決しようとする問題点 上述の点に鑑みて、従来第8図に示す如きロボット制
御手段があった。すなわち、第7図に示すL字状の加工
面9aと9b上の軌跡に沿ってロボット手先部を移動させる
場合を考える。今、ロボットの手先に設けられたプラズ
マトーチ8の位置姿勢を(x,y,z,α,β,γ)座標系で
表現する。ここで、αはx軸回りの回転角,βはz軸回
り,γはy軸回りの回転角である。点Aの座標(xA,yA,
zAAA)および点Eの座標(xE,yE,zEE
E)をティーチングして、第7図(A)の形状を高
さ一定で倣うことを考える。直線状に経路ACEを倣わせ
る場合、次のような姿勢制御が知られている。
Δα=α−αA,Δβ=β−βA,Δγ=γ−γ
を計算し、点A〜Eをn回の補間回数に分割して毎回の
姿勢角をα=α+i・Δα,β=β−i・Δ
β,γ=γA−i・Δγに決定して、この姿勢角(α
ii)を構成するようにして、逆変換により各軸
の関節角θ〜θを決定する。しかして、この方法に
より倣い動作を実行させると、中央の頂点BCD付近にお
いて実際には第9図に示すような弧状の軌跡が得られ直
線状の軌跡は実現できなかった。
E.問題点を解決するための手段と作用 本発明は、上述の問題点に鑑みて、高性能な姿勢制御
を可能とすることを目的とし、被加工物上の教示点へロ
ボットの手先ヘッド部を移動させて前記教示点に対して
前記手先部に設けた加工部を動作させるようにした装置
において、前記手先ヘッド部の移動始点の姿勢角とその
終点の姿勢角をティーチングした時、前記移動終点にお
ける前記手先ヘッド部の姿勢角がその始点の姿勢ベクト
ルに一致するのに必要な前記手先ヘッド部の回転角を演
算し、該姿勢を回転マトリックスにより算出するととも
に算出された姿勢を間接軸角に逆変換するようにしたも
のである。
G.実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。第6
図は本発明を適用するロボットを示す。このロボット本
体1は操作駆動部2,この操作駆動部2に連設されたリン
ク部3,このリンク部3に連結されたアーム4およびアー
ム4に連結された手先部5からなり、さらにロボット本
体1はリンク部3のリンク6は操作駆動部2に回動可能
に連結された第1回動軸7aと、該第1回動軸7aを操作駆
動部2に回動可能に連結する第2回動軸7bと、第1回動
軸7aとアーム4を回動可能に連結する第3回動軸7cと、
アーム4を回動可能に連結する第4回動軸7dと、手先部
5をアーム4に回動自在に連結する第5回動軸7e及び回
転可能に連結する第6回動軸7fを備えている。8は手先
部5に取り付けたプラズマトーチ、9は加工台10に配設
された被加工物たるワークである。
第1図は本発明の実施例に係るロボット制御装置のブ
ロック図であって、11は制御部であって、信号変換回路
12,演算処理部(CPU)13,ドライバ回路14によって構成
されている。制御部11の信号変換回路12はセンサ15の検
出信号S1を識別してディジタル化した識別信号S2を出力
する。演算処理部13はマイクロコンピュータ等からな
り、識別信号S2とロボット本体1の情報信号S3を入力と
しこれらをもとに演算処理する。ドライバ回路14は演算
処理部13の演算信号S4をもとに駆動制御信号S5を出力す
る。ロボット本体1は駆動制御信号S5にもとづいてセン
サ15と加工部16を制御する。
第2図は第1図の制御装置をさらに具体的に示したも
ので、センサ15としてレーザセンサ17を用いると共に、
信号変換部としてアナログ・ディジタル変換回路(A/D
変換回路)19を用いたものである。ロボット本体1の手
先部5にはプラズマトーチ8とレーザセンサ17が取り付
けられている。すなわち、レーザセンサ17は直径1mmφ
位のスポット光を照射し、センサとワーク間の距離をア
ナログ電圧信号S1として取り出し、A/D変換回路19を介
してディジタル信号に変換し、センサコントローラ,ロ
ボットコントローラで使用するようになっている。
本実施例では、プラズマ溶断のアーク作動点とレーザ
センサの測長点とは物理的に異なっているが、手首に装
着するハンドパラメータを変更することにより、容易に
レーザセンサ測長点へプラズマ溶断のアーク作動点を移
動することができる。第3図は溶断加工ヘッド部の座標
系を示すものである。
倣い動作の前提として、例えば、一例としてプラズマ
トーチ8を溶断表面に対して高さ10mm,進行方向および
その横断方向に対する姿勢角90゜となるようにプラズマ
トーチ8を設定する場合を考える。
制御部11のA/D変換回路19はレーザセンサ17からの検
出信号S1と指令部18からの指令信号S6をディジタル信号
に変換し、中央処理部(CPU)13に制御指令信号S2を入
力する。CPU13はロボット本体1とドライバ回路14に制
御信号S3,S4を入力する。ロボット本体1はCPU13からの
制御信号S3とドライバ回路14からの制御信号S5に応じて
所定の動作を実行すると共に、指令部18からの指令によ
ってプラズマトーチ8が動作する。
制御部11のCPU13は次の演算処理実行する。すなわ
ち、n回の補間演算のうち第i(=0〜n-1)目の姿勢
角(αii)から、工具の姿勢を表す姿勢ベクト
ル(手先ベクトル)(Exi,Eyi,Ezi)を求めるには、次
式による。
本願では、姿勢(ExA,EyA,EzA)から姿勢(ExE,EyE,E
zE)への回転角(ΔαA,ΔβA,Δγ)を先ず計算す
る。第7図の例では、Δγ=γ−γ≠90゜である
が、Δγ=90゜,Δα=Δβ=0゜となる。
続いて、これをn回の補間演算で徐々に姿勢変化させ
て行く時、第i回目の姿勢ベクトル(E′xi,E′yi,E′
zi)は次式により演算する。
第4図は上述の動作フローであって、まずステップQ1
に示すようにxA,yA,zAAAのティーチングを
行う。次に、xE,yE,zEEEのティーチングを
行い(ステップQ2)、その後、姿勢ベクトル(手先ベク
トル)(ExA,EyA,EzA)から姿勢ベクトル(ExE,EyE,
EzE)への回転角(ΔαA,ΔβA,Δγ)の演算を実行
する(ステップQ3)。続いて、姿勢ベクトル(ExA,EyA,
EzA)の(ΔαAi/n,ΔβAi/n,ΔγAi/n)だけ回転させ
た姿勢ベクトル(Exi,Eyi,Ezi)の演算を行い(ステッ
プQ4)、これを関節角θ1i〜θ6iの逆変換を行う。
従って、ロボット手先部の移動始点Aから終点Eまで
連続的に姿勢制御した時、その姿勢の変化が第5図に示
すように進行方向に対して一定になる。
G.発明の効果 本発明は以上の如くであって、ロボットの姿勢を制御
する場合、ロボット手先部の移動始点の姿勢角とその終
点の姿勢角をティーチングした時、移動始点における姿
勢ベクトルがその終点の姿勢ベクトルに一致するのに必
要な回転角を計算すると共に、毎回の姿勢を回転マトリ
ックスを用いて演算して求めるようにしたから、連続的
な姿勢制御が円滑にして高性能な一定制御が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係るロボット制御装置のブロ
ック結線図、第2図は第1図の装置を具体的に示した説
明図、第3図はロボットの手先部の座標系図、第4図は
第1図,第2図の装置の動作フロー図、第5図はロボッ
ト手先部の移動状態を上面から見た図、第6図は本発明
を適用するロボットの正面図、第7図はロボット手先部
の移動軌跡図、第8図は従来のロボット制御装置の動作
フロー図、第9図(A),(B)は従来のロボット制御
装置による手先部の移動軌跡図である。1……ロボット
本体、5……手先部、8……プラズマトーチ、11……制
御部、12……信号変換回路、13……演算処理部、14……
ドライバ回路、15……センサ、16……加工部、19……A/
D変換回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩月 正雄 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 動力 炉・核燃料開発事業団大洗工学センター内 (72)発明者 遠藤 昇 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 動力 炉・核燃料開発事業団大洗工学センター内 (72)発明者 岩田 耕一 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 井倉 浩司 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 高橋 常悦 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 根本 友文 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (56)参考文献 特開 昭61−103204(JP,A) 特開 昭61−54506(JP,A) 特開 昭58−51304(JP,A) 特開 昭57−73410(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加工物上の教示点へロボットの手先ヘッ
    ド部を移動させて前記教示点に前記手先ヘッド部に設け
    た加工部を移動させるようにした制御装置において、 前記手先ヘッド部の移動始点におけるX軸,Y軸,Z軸の座
    標(xA,yA,zA)とX軸,Y軸,Z軸回りの回転角(αAA,
    γ)を教示すると共に、前記手先ヘッド部の移動終点
    におけるX軸,Y軸,Z軸の座標(xE,yE,zE)とX軸,Y軸,Z
    軸回りの回転角(αEE)を教示する教示手段
    と、 前記手先ヘッド部の移動始点におけるX軸,Y軸,Z軸の姿
    勢ベクトル(ExA,EyA,EzA)から移動終点におけるX軸,
    Y軸,Z軸の姿勢ベクトル(ExE,EyE,EzE)への前記手先ヘ
    ッド部の移動時のX軸,Y軸,Z軸回りの回転角(△αA,△
    βA,△γ)の演算を行う第1の演算手段と、 前記手先ヘッド部を移動始点から移動終点までをn回の
    補間回数に分割して毎回i(=0〜n-1)の姿勢を算出
    し連続的に姿勢制御するにあたって、前記姿勢ベクトル
    (ExA,EyA,EzA)を(△αAi/n,△βAi/n,△γAi/n)だ
    け回転させた姿勢ベクトル(Exi,Eyi,Ezi)の演算を行
    うとともに、当該姿勢ベクトル(Exi,Eyi,Ezi)を前記
    ロボットの関節軸角に逆変換する第2の演算手段によっ
    て構成したことを特徴とする、 ロボットの制御装置。
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JPS6437602A JPS6437602A (en) 1989-02-08
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