JPH0934528A - ロボット制御方法及びロボットシステム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外界センサを使用して目標経路を作成する際
に、当該外界センサが計測不能状態に陥った場合でも、
マニピュレータを正確な目標経路に移動させることがで
きるロボット制御方法及びロボットシステム装置を提供
する。 【構成】ロボット制御装置２にてマニピュレータ４の軌
道情報を作成してロボットの動作を制御するに当たり、
教示された作業対象物の離散的な点列情報から教示経路
を教示経路生成部７０で生成し、センシング装置５にて
得られる作業対象物の離散的な点列情報からセンシング
経路をセンシング経路生成部７１で生成する。そして、
目標経路生成部７２にてセンシング経路と教示経路とを
マッピングして目標経路を生成し、かかる目標経路から
マニピュレータ４の軌道情報を軌道生成部７３にて生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作業ロボットの倣い制
御に好適なロボット制御方法及びこれを実施するための
ロボットシステム装置に係り、特にロボットによる高精
度な加工を可能にするロボット制御方法及びロボットシ
ステム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のロボット制御方法はティーチン
グプレイバック方式と呼ばれ、図１１に示すように、教
示装置１、ロボット制御装置２、サーボ駆動装置３、及
び多軸構造のマニピュレータ４からなるロボットシステ
ム装置βにて実現される。

【０００３】ロボット制御装置２では、教示ペンダント
等の教示装置１にて作業経路等を教示して、教示点列の
情報を得て以下の手順でサーボ駆動装置３を駆動してい
る。

【０００４】まず、教示点列の情報を、図１２に示すよ
うに「変換」ブロックにおいて、マニピュレータ４の手
先の位置と姿勢と時刻の組からなる離散時間表現された
空間軌道Ｘref に変換する（Ｃ'1）。次に、空間軌道
Ｘref をもとに関節空間の角度情報θref を生成し
（Ｃ'2）、これをサーボ駆動装置３に送出する。

【０００５】サーボ駆動装置３では、ロボット制御装置
２からの関節空間の角度情報θrefを受けると、マニピ
ュレータ４の位置姿勢が関節角度θref に達成するよう
にサーボモータの駆動制御をする（Ｃ'3）。

【０００６】したがって、従来のロボットシステム装置
βは、教示点列の情報をもとにマニピュレータ４の駆動
を制御する構成をしている。また、作業対象物の目標位
置を確認するに当たり、外界センサを用いる場合がある
が、かかるセンサは入出力ポートを介して制御され、外
付け装置として機能していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のロボ
ットシステム装置では、作業経路等を教示しても、マニ
ピュレータの位置及び姿勢を検出する内界センサの分解
能が有限値であり、しかも実作業対象物（ワークピー
ス）と教示対象物（マスターピース）に個体差および設
置誤差があるので、マニピュレータを高精度に作業経路
に沿って駆動制御させることが困難であった。

【０００８】一方、外界センサにて作業対象物に対する
作業経路を追従させて、マニピュレータを駆動するロボ
ット制御方法もある。しかし、かかる制御方法では距離
測定センサにおける計測範囲の制限や光学センサにおけ
る計測対象の光学的性質の依存性等によって計測不能状
態に陥ることがあるので、マニピュレータの駆動の継続
が保証されないという問題がある。

【０００９】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、高い精
度で目標経路にマニピュレータを駆動することができる
ロボット制御方法及びロボットシステム装置を提供せん
とするものである。

【００１０】本発明の第２の目的は、外界センサを使用
して目標経路を作成する際に、当該外界センサが計測不
能状態に陥った場合でも、マニピュレータを正確な目標
経路に追従させることができるロボット制御方法及びロ
ボットシステム装置を提供せんとするものである。

【００１１】本発明の第３の目的は、倣い制御におい
て、粗く教示してもきめ細かなマニピュレータの制御が
でき、教示の手間を減らすことができるロボット制御方
法及びロボットシステム装置を提供せんとするものであ
る。

【００１２】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の記載から自ずと明らかとなろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記した課題の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を
採用することにより前記目的を達成する。

【００１４】すなわち、本発明方法の第１の特徴は、ロ
ボット制御手段にてマニピュレータの軌道情報を作成し
てロボットの動作を制御するに当たり、作業対象物に対
するセンシング情報と教示情報とを逐一同時並行入力
し、当該両情報の対応付けを実行しつつ、当該センシン
グ情報を優先採用し、当該センシング情報が作業途中で
途絶えた時、その時点での前記教示情報を取り込むマッ
ピング処理をし、作業を一貫連続して円滑遂行してなる
ロボット制御方法にある。

【００１５】本発明方法第２の特徴は、ロボット制御手
段にてマニピュレータの軌道情報を作成してロボットの
動作を制御するに当たり、当該マニピュレータと、入力
された軌道情報に基づいてマニピュレータを駆動するサ
ーボ駆動手段と、当該マニピュレータによる作業を教示
する教示手段と、外界情報を検出するセンシング手段
と、前記ロボット制御手段とを擁して、前記教示手段に
て教示された作業対象物に係る離散的な点列情報から教
示経路を生成するとともに、前記センシング手段にて得
られる作業対象物に係る離散的な点列情報からセンシン
グ経路を生成し、当該センシング経路と前記教示経路と
をマッピング処理して目標経路を生成し、かかる目標経
路からマニピュレータの軌道情報を生成してなるロボッ
ト制御方法にある。

【００１６】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第２の特徴における教示手段から得られる離散的な
点列情報が、複数の制御点と補間方法を与えて空間曲線
を表す数値情報としてなるロボット制御方法にある。

【００１７】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の特徴におけるマッピング処理
が、センシング成功の箇所はセンシング経路を目標経路
とし、センシング失敗の箇所は教示経路をセンシング経
路に結合するように平行移動、合同変換、相似変換、ア
フィン変換等の幾何変換処理した目標経路としてなるロ
ボット制御方法にある。

【００１８】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の特徴におけるマニピュ
レータが、複数の軸を有する構造からなるロボット制御
方法にある。

【００１９】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第２、第３、第４又は第５の特徴におけるセンシン
グ経路の生成は、作業対象物の特徴点を検出する特徴点
処理を行い、検出した特徴点を経路作成時の基準点とし
てなるロボット制御方法にある。

【００２０】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第２、第３、第４、第５、又は第６の特徴における
マニピュレータの軌道情報を作成するためにマニピュレ
ータの移動量を検出するに当たり、当該マニピュレータ
の手先の速度パタンと最大速度に基づき速度プロファイ
ルを作成し、当該速度プロファイルと経過時間にて当該
マニピュレータの現時点の移動量を決定してなるロボッ
ト制御方法にある。

【００２１】本発明装置の第１の特徴は、マニピュレー
タと、入力された軌道情報に基づいてマニピュレータを
駆動するサーボ駆動装置と、マニピュレータによる作業
を教示する教示装置と、外界情報を検出するセンシング
装置と、ロボット制御装置とを備えたロボットシステム
において、当該ロボット制御装置は、前記教示装置にて
教示された作業対象物に係る離散的な点列情報から教示
経路を生成する教示経路生成部と、前記センシング装置
にて検出される作業対象物の離散的な点列情報からセン
シング経路を生成するセンシング経路生成部と、前記セ
ンシング経路と前記教示経路とをマッピングする目標経
路生成部と、目標経路からマニピュレータの軌道情報を
生成する軌道生成部とを備えてなるロボットシステム装
置にある。

【００２２】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における軌道生成部が、マニピュレータ
の手先の速度パタンと最大速度に基づき速度プロファイ
ルを作成する速度プロファイル部と、前記速度プロファ
イルと経過時間からマニピュレータの移動量を生成する
Ｓ生成器と接続され、マニピュレータの現時点の移動量
情報を得る構成としてなるロボットシステム装置にあ
る。

【００２３】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴におけるセンシング装置の外界
センサが、マニピュレータの先端にオフセットを付けた
状態で配置されてなるロボットシステム装置にある。

【００２４】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の特徴におけるマニピュレータ
が、複数の軸を有する構造からなるロボットシステム装
置にある。

【００２５】

【作用】本発明は、前記のような新規な手法及び手段を
講じているので、以下のような作用をなす。

【００２６】本発明では、目標経路の作成に当たりセン
シング情報と教示情報を利用するので、ロボット制御装
置にてマニピュレータの手先の目標位置姿勢を時々刻々
と制御でき、曲線形状の倣い制御精度を高くでき、高精
度なロボット制御が可能となる。また、粗く教示してき
め細かな倣い制御が可能となる。

【００２７】特に、外界センサが計測した情報から作業
対象の特徴点を検出できず、センシングに失敗した場合
には、その時点までに与えられたセンシング情報とあら
かじめ教示してある教示情報から、ロボットの手先がと
るべき位置姿勢を決定することができる。

【００２８】

【実施例】以下、添付図面を参照し、本発明をその装置
例、方法例に基づいて、より詳細に説明する。なお、本
装置例及び方法例において、ロボットシステム装置αが
「倣うべき経路」は、作業対象物Ａの曲面状の凹凸によ
って発生する曲線形状（図４参照）として説明するが、
本発明はこれらの作業対象等に限定されるものではな
い。

【００２９】（装置例）図１は本装置例のロボットシス
テム装置の主要構成を示し、図２は外界センサの取付け
位置を示し、図３はロボット制御装置の主要部を示して
いる。なお、従来の技術の欄で説明したロボットシステ
ム装置βの構成と同じ名称の箇所は同じ符号を使用する
こととした。

【００３０】ロボットシステム装置αは、図１に示すよ
うに、教示装置１、ロボット制御装置２、サーボ駆動装
置３、マニピュレータ４及びセンシング装置５からな
る。教示装置１は、ティーチングプレイバック方式にて
マニピュレータ４による作業をロボット制御装置２に教
示する働きをする。

【００３１】センシング装置５は、外界情報を得るため
の外界センサ５ａを有する構成をしている。外界センサ
５ａは、図２に示すように、マニピュレータ４の手先と
オフセットを設けた位置に配置される。

【００３２】サーボ駆動装置３は、入力された軌道情報
に基づいてマニピュレータ４を駆動する働きをする。マ
ニピュレータ４は、多軸構造になっており、サーボ駆動
装置３にて駆動される。

【００３３】ロボット制御装置２は、図３に示した特徴
点処理部６、及びＸref 生成器７を主要部とし、その他
に図を省略したメモリ及び制御部を備えている。

【００３４】特徴点処理部６は、センシングによりセン
シング装置５から一定の時間間隔で送出される実経路の
座標情報と付加情報とを得る。そして、実経路の座標情
報を世界座標系（床面を基準にした座標系）に変換して
センシング情報列を作成し、当該センシング情報列の情
報をＸref 生成器７のセンシング経路生成部７１に送出
する。

【００３５】なお、特徴点処理部６における対象物の特
徴点検出アルゴリズムについては、金子氏の形状処理方
式（特願平４−１１４４２８号）等の基本発明を用い
る。例えば、センシング装置５として１次元レンジセン
サを使用する場合には、図４に示すように、対象物Ａの
曲線形状に交差するａ−ｂ方向に距離を計測して図５の
グラフに表した断面形状情報を得る。そして、かかる断
面形状情報から特徴点（図５のｃ点）及び当該特徴点の
空間座標を決定する。かかる手順を対象物Ａの曲線形状
に沿って連続して実行することにより合わせ面の境界
（実経路）Ｂを検出する。

【００３６】ロボット制御装置２のＸref 生成器７は、
図３に示すように、教示経路生成部７０、センシング経
路生成部７１、目標経路生成部７２、軌道生成部７３、
速度プロファイル部７４、及びＳ生成器７５からなる。

【００３７】教示経路生成部７０は、入力された教示点
列の情報を離散教示点列から曲線の長さ（Ｓ）で表した
教示経路Ｔｗ(s) に変換して、目標経路生成部７２に送
出する。このときの教示経路Ｔｗ(s) は３次元ベクトル
となる。

【００３８】なお、教示点列の情報は、始点と終点およ
びその間を結ぶ経路（直線、円弧など）の情報からなる
従来のものを拡張し、離散的な教示点列からなる複数の
制御点と補間方法を与えて空間曲線を表すものとした。
例えば、制御点を２点与え、補間法を直線とすれば従来
と同様に２点間を結ぶ直線が与えられ、また複数の制御
点と補間法としてスプラインを与えれば滑らかな空間曲
線が与えられる。

【００３９】センシング経路生成部７１は、倣うべき経
路上の離散的なセンシング情報列の点を教示で与えられ
た教示経路の形状（補間法）にしたがって繋ぐことによ
りセンシング経路Ｓｗ(s) に変換して、これを目標経路
生成部７２に送出する。

【００４０】目標経路生成部７２は、実作業対象物（ワ
ークピース）に対するセンシング経路Ｓｗ(s) と教示対
象物（マスターピース）に対する教示経路Ｔｗ(s) との
対応付けを実行する。ここでは、マスターピースの教示
経路Ｔｗ(s) とワークピースのセンシング経路Ｓｗ(s)
は平行移動、合同変換、相似変換、アフィン変換等の幾
何変換のいずれかの関係で結合されると仮定する。

【００４１】すなわち、次の一般式で結ばれるものとす
る。 Ｓｗ(s) ＝Ａ・Ｔｗ(s) ＋Ｂ （１） ここで、Ａは線形変換（回転）を表す３×３マトリック
ス、Ｂは並進を表す３次元ベクトルである。なお、Ａお
よびＢの求め方は後述する。

【００４２】以上のように対応付ければ、図１０示すよ
うにセンシング装置５によりセンシング成功の時にはセ
ンシング経路Ｓｗ(s) を用い、センシングが失敗した時
（センシングミス区間）には教示経路Ｔｗ(s) を用いる
ようにマッピング処理をすれば、次式のように目標経路
Ｓｗ'(s)を生成することができる。

【００４３】

【数１】

【００４４】なお、本装置例ではマニピュレータ４の作
業姿勢は教示装置１による教示時の姿勢とする。

【００４５】軌道生成部７３は、目標経路生成部７２か
ら送出される目標経路Ｓｗ'(s)、速度プロファイル部７
４及びＳ生成器７５にて作成されたマニピュレータ４の
移動量を基に、順次制御すべきマニピュレータのＸref
の軌道情報を生成する。かかるデータ変換の詳細は後述
する。

【００４６】速度プロファイル部７４は、マニピュレー
タ４の速度パタン（図６に示すように時間を変数とした
時の速度の形）と最大速度をパラメータとした速度プロ
ファイルを生成する。なお、本装置例のように接触倣い
では、図を省略した力センサを設けて、かかる力センサ
の値により速度の変化等をモニタして速度プロファイル
の修正を行う。

【００４７】Ｓ生成器７５は、速度プロファイルをマニ
ピュレータ４の移動距離Ｓの関数とし、現時刻のＳの値
を作成する。

【００４８】次に本装置例のロボットシステム装置αに
て用いるロボット操作コマンドについて説明する。な
お、図７及び図８は、それぞれ本装置例のロボットシス
テム装置αで用いるロボット制御方法の制御モデルを示
している。なお、省略して使用する手先とは、マニピュ
レータ４の先端をいい、手先経路指定とは、マニピュレ
ータ４の先端が移動する経路を指定するこという。

【００４９】（ロボット操作コマンド）本装置例におけ
る制御モデルから導くロボット操作コマンドは、 Ａ）世界座標系と関節座標系 Ｂ）外界センサ５ａ利用の有無 Ｃ）教示装置１を用いた手先経路（教示経路）指定の有
無の組合わせで決まる。

【００５０】ただし、本装置例ではマニピュレータ４の
駆動制御を世界座標系を基準にして行うので、関節座標
系の場合は外界センサ５ａ利用無しでかつ手先経路指定
無しの場合のみ、外界センサ５ａ利用有りは補正すべき
経路が必要なので手先経路指定有りの場合のみを対象と
する。なお、外界センサ５ａを利用しない場合は従来型
のロボットシステム装置βと等価となる。

【００５１】１）関節座標系／外界センサ５ａ利用無し
／手先経路指定無し この場合、図７又は図８の教示点列は目標関節角度であ
り、軌道情報を作成するため速度プロファイルおよび最
大速度を与え、Ｘref 生成器７の伝達関数は１（すなわ
ち、入力をそのまま出力する）、空間軌道 Ｘref をも
とに関節空間の角度情報θref を生成する、ｘ→θの変
換ブロックも１とする。かかるロボット操作は、ＭＯＶ
ＥＪと名付け目標関節角度、最大速度をパラメータとす
ると、ＭＯＶＥＪ（目標関節角度、最大速度）なるコマ
ンドとして記述できる。なお、速度プロファイルは台形
則などを予め与えて置く。

【００５２】２）世界座標系／外界センサ５ａ利用無し
／手先経路指定無し この場合、図７又は図８の教示点列は目標位置姿勢であ
り、速度プロファイルおよび最大速度を与え、Ｘref 生
成器７は１、ｘ→θのブロックは目標位置姿勢の関節角
度への変換を行う。通過経路はシステムに依存する。か
かるロボット操作は、ＭＯＶＥＰと名付け目標位置姿
勢、最大速度をパラメータとすると、ＭＯＶＥＰ（目標
位置姿勢、最大速度）なるコマンドとして記述できる。
なお、速度プロファイルは台形則などを予め与えて置
く。

【００５３】３）世界座標系／外界センサ５ａセンサ利
用無し／手先経路指定有り この場合、教示時に教示点列と点列間の補間法を与える
こととし、制御点数、制御点配列、補間モード（経路生
成モード）から経路を指定する。補間法としては、折れ
線補間、教示点を制御点とするスプライン補間、ベジエ
曲線補間等を用い、ＣＡＤ情報等の取込みを可能とす
る。かかるロボットの操作は、ＭＯＶＥと名付け上記し
た制御点数、制御点配列、経路生成モードをパラメータ
とするとともに、速度プロファイルおよび最大速度をパ
ラメータとすると、ＭＯＶＥ（制御点数、制御点配列、
経路生成モード、最大速度、速度プロファイル）なるコ
マンドとして記述できる。なお、ここでは速度プロファ
イルも陽に与えて置く。

【００５４】４）世界座標系／外界センサ５ａ利用有り この場合、教示装置１からの教示点列の情報から教示経
路を生成する手法及び経路の指定法は３）と同一の方法
を用いる。処理アルゴリズムを簡略化するための外界セ
ンサ５ａ処理用の付加情報とともに、マニピュレータ４
の移動量を修正する用途に外界センサ５ａから得られた
情報を速度プロファイル部７４に反映するための制御モ
ードを、教示時に与える方法を新たに導入する。

【００５５】かかるロボットの操作は、ＴＲＡＣＫと名
付け上記パラメータとともに、速度プロファイルおよび
最大速度をパラメータとすると、ＴＲＡＣＫ（制御点の
数、制御点の配列、経路生成モード、付加情報、最大速
度、速度プロファイル、制御モード）なるコマンドとし
て記述できる。このように７つのパラメータにて、図８
の制御モデルの制御が実現される。ここで、パラメータ
中、a)制御点数、制御点配列、経路生成モードは教示経
路を教示装置にて指定する際に用いられ、b)付加情報は
外界をセンシング装置５にてセンシングする際に用いら
れ、c)最大速度、速度プロファイルはマニピュレータ４
の移動量を速度プロファイルにて求めるのに用いられ、
d)制御モードは接触センシングにより得られる接触量か
ら該マニピュレータ４の移動量の修正量を求めるのに用
いられる。

【００５６】（方法例）次に、図面を参照して、上述し
た装置例のロボットシステム装置αを用いた具体的なロ
ボット制御方法を説明する。図９は本方法例のロボット
制御方法のフロチャートを示している。

【００５７】先ず、初期化してｔ＝０、ｉ＝０とする
（ＳＴ１）。次に、教示装置１にて教示され、図を省略
したメモリに格納された教示点ｉの情報を読み出す（Ｓ
Ｔ２）。そして、読み出した情報の中から付加情報を選
出して、特徴点処理部６に送信する（ＳＴ３）。

【００５８】なお、付加情報としては、例えば、特徴点
検出アルゴリズムの選択をする情報、検出すべき特徴点
を指定する情報とする。ここで、特徴点検出アルゴリズ
ムの選択をする情報とは、複数の特徴点検出アルゴリズ
ム情報が利用できる場合に、教示の時点で教示者がどの
アルゴリズムを使用するかを指定する情報をいう。ま
た、検出すべき特徴点を指定する情報は、特徴点検出ア
ルゴリズムが複数の特徴点を検出した時あるいは検出す
る可能性がある場合、どの特徴点を選択するかを指定す
る情報をいう。かかる付加情報は、マニピュレータ４の
手先４ａが制御点を通過する時点で更新される。

【００５９】特徴点処理部６では、特徴点検出のアルゴ
リズムI 〜III の選択を行い（ＳＴ４）、最適な検出ア
ルゴリズムI 〜III にて特徴点をセンシング検出し（Ｓ
Ｔ５）、検出情報をロボット制御装置２に送信する。

【００６０】次にｔに経過時間を加えるｔ＝ｔ＋Δｔの
処理を行う（ＳＴ６）。そして、特徴点処理部６からの
センシング送信情報等から、ロボット制御装置２のＸre
f 生成器７にて、時刻ｔにおける空間曲線Ｘref の目標
位置のマニピュレータの姿勢を算出する（ＳＴ７）。

【００６１】続いて、ロボット制御装置２からサーボ駆
動装置３へは目標位置姿勢情報Ｘref を送信する（ＳＴ
８）。サーボ制御装置２は、目標位置姿勢情報Ｘref を
受信して、マニピュレータ４を駆動する（ＳＴ９）。

【００６２】ステップＳＴ６からステップＳＴ９までの
手順はマニピュレータ４が教示点ｉに到達するまで実行
し、マニピュレータが教示点ｉに到達すると、次のステ
ップＳＴ１１に移る（ＳＴ１０）。

【００６３】ステップＳＴ１１では、最後の教示点まで
マニピュレータ４が移動したかを確認し、最後の教示点
に到達していないと判断するとステップＳＴ１２に移
り、最後の教示点に到達したと判断すると処理を終了す
る。

【００６４】ステップＳＴ１２では、ｉ＝ｉ＋１の加算
処理を行いステップＳＴ２の処理に戻る。

【００６５】次に本発明のロボット制御方法の主な処理
内容を詳述する。 （経路の長さ表示および経路から軌道への変換処理）空
間曲線をｘ(u) ［ａ≦ｕ≦ｂ］と仮定し、ｘ(u) の始点
からの曲線の長さをＳとすると、

【００６６】

【数２】

【００６７】なる関係式が得られる。このため、速度プ
ロファイルをｖ＝ｆ(s) 、ｆ(s,ds/dt,ds2/dt2) ＝０な
どの形で与えることにより、経路ｘ(s) から軌道ｘ(s
(t))が求まる。ただし、停止動作をともなう場合は、停
止期間について時間を陽に指定する。

【００６８】（経路補正法（マッピング法））経路補正
法は前述の式（２）で目標経路Ｓｗ'(s)の生成を行う。
本装置例のロボットシステム装置αでは、図１０に示す
ように教示経路Ｔｗ(s) とセンシング経路Ｓｗ(s) の対
応は平行移動、合同変換、相似変換、アフィン変換のい
ずれかで結び付けるものとする。

【００６９】なお、本装置例では、センシング装置５に
てセンシングを常時実行し、センシング経路Ｓｗ(s) で
ロボット作業を行う一方、センシングが失敗した区間だ
け、教示経路Ｔｗ(s) をもとに経路補正した目標経路Ｓ
ｗ'(s)でロボット作業を行い、またセンシングが回復す
ると、センシング経路Ｓｗ(s) でロボット作業を行う制
御方法を採用した。しかし、ロボットシステム装置αの
作業経路が短い場合には、センシング装置５にてセンシ
ングが失敗した後、教示経路Ｔｗ(s) をもとに経路補正
した目標経路Ｓｗ'(s)で最後までロボット作業を行う制
御方法にしても良い。

【００７０】以下、経路補正法の具体的な処理手法につ
いて説明する。 1)センシング経路Ｓｗ(s) の始点Ｏ' は、当初、ロボッ
ト制御装置２のメモリに記憶された教示経路Ｔｗ(s) に
従ってマニピュレータを駆動し、初期段階において少な
くともセンシング生情報が安定落ち着いた後に、センシ
ング装置５にて最初にセンシングした点とする。なお、
教示経路Ｔｗ(s) の始点Ｏとセンシング経路Ｓｗ(s) の
始点Ｏ' に誤差が生じる要因として、(1) 個体差、(2)
取付け誤差、(3) センシング誤差、を挙げることができ
る。

【００７１】2)センシング経路Ｓｗ(s) を主として作成
される目標経路Ｓｗ'(s)の曲線形状は、教示で与えられ
た教示経路Ｔｗ(s) の曲線形状と幾何学的に同様である
と仮定して、センシング列の情報に教示経路Ｔｗ(s) の
曲線情報を当てはめ処理することによって求める。

【００７２】3)マッピング処理をするに当たっては、変
換式（１）の初期値を決める。 Ｓｗ(s) ＝Ｔｗ(s) ＋Ｂ （１） ここで、回転マトリクスＡは単位マトリクス、並進ベク
トルＢは教示経路Ｔｗ(s) の始点Ｏとセンシング経路Ｓ
ｗ(s) の始点Ｏ' の差とする。 すなわち、Ｓ' ｗ(s) ＝Ｔｗ(s) ＋Ｂ

【００７３】4)マッピング処理の変換式（１）はマッピ
ングの内容によって以下のように更新をする。 ・平行移動の場合は、Ａは単位マトリクスとして、経路
の長さＳからＢを求める。 ・合同変換の場合は、平行移動分に加え、経路の接線ベ
クトルから回転マトリクスＡを決定する。 ・相似変換の場合は、経路の曲率から相似比を決め、並
進ベクトルおよび回転マトリクスを求める。 ・アフィン変換の場合は、現在位置の近傍の複数点の情
報から回転マトリクスと並進ベクトルを決める。

【００７４】5)経路の終点の検出を行うには、以下の手
法を採用する。 ・センシングした点の世界座標と教示の終点の距離を、
計測誤差を考慮し近傍何点かのセンシング情報から計算
し距離が最小となる点を終点とする。 ・教示経路から求めた経路長から終点を計算し、これを
プレイバック時の終点とする。 ・教示経路を変換マトリクスにて変換して終点の世界座
標を求め、センシングして求めた世界座標と比較し距離
最小となる点を終点とする。

【００７５】以上説明した本発明の装置例及び方法例を
採用すれば、ロボット制御装置にてマニピュレータの手
先の目標位置姿勢を時々刻々と制御でき、曲線形状の倣
い制御精度を高くでき、高精度なロボット制御が可能と
なる。

【００７６】特に、外界センサ５ａが計測した生情報か
ら特徴点を検出できず、センシングに失敗した場合で
も、その時点までに与えられたセンシング情報とあらか
じめ教示してある教示情報から、マニピュレータ４がと
るべき位置姿勢を決定することができる。

【００７７】以上本発明の代表的な装置例及び方法例に
ついて説明したが、本発明は必ずしもこれらの装置例の
手段及び方法例の手法だけに限定されるものではなく、
本発明にいう目的を達成し、後述する効果を有する範囲
内において適宜変更して実施することができるものであ
る。特に、速度プロファイルの作成には、時間とその時
間におけるマニピュレータ４の手先の速度を指定する手
法を採用したが、経路の長さと経路上のその長さの点に
おけるマニピュレータ４の手先速度を指定する方法を採
用しても良い。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
界センサ系とサーボ制御系とが連系して目標経路を作成
するので、極めて高い精度で作業経路にマニピュレータ
を駆動することができるという効果を奏する。

【００７９】特に、外界センサが計測不能状態に陥った
場合でも、マニピュレータを目標経路に移動させること
ができ、しかも倣い制御において、粗く教示してもきめ
細かなマニピュレータの制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置例のロボットシステム装置の
構成を示したブロック図である。

【図２】外界センサの取付け位置を示したロボットシス
テム装置の概略図である。

【図３】本発明に係る装置例のロボット制御装置の主要
部を示したブロック図である。

【図４】作業対象物Ａの２枚の鋼板合わせ面に発生する
曲線形状を示した説明図である。

【図５】図４のａ−ｂ断面を計測した結果をグラフに表
した図である。

【図６】本発明の装置例及び方法例で使用する速度プロ
ファイルの例を示した図である。

【図７】本発明の装置例及び方法例で用いる第１のロボ
ット制御モデルを示すブロック図である。

【図８】本発明の装置例及び方法例で用いる第２のロボ
ット制御モデルを示すブロック図である。

【図９】本発明の方法例で用いるロボット制御方法の手
順を示したフロチャートである。

【図１０】センシング経路と教示経路との関係を示した
説明図である。

【図１１】従来例のロボットシステム装置の構成を示し
たブロック図である。

【図１２】従来例のロボット制御モデルを示すブロック
図である。

【符号の説明】

α、β…ロボットシステム装置 Ａ…作業対象物 Ｂ…合わせ面の境界 Ｏ…教示始点 Ｏ' …センシング始点 Ｔｗ(s) …教示経路 Ｓｗ(s) …センシング経路 Ｓ' ｗ(s) …目標経路 １…教示装置 ２…ロボット制御装置 ３…サーボ駆動装置 ４…マニピュレータ ４ａ…手先 ５…センシング装置 ５ａ…外界センサ ６…特徴点処理部 ７…Ｘref 生成器 ７０…教示経路生成部 ７１…センシング経路生成部 ７２…目標経路生成部 ７３…軌道生成部 ７４…速度プロファイル ７５…Ｓ生成器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 賢一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 片山 幸久 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 手塚 博久 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボット制御手段にてマニピュレータの軌
   道情報を作成してロボットの動作を制御するに当たり、 作業対象物に対するセンシング情報と教示情報とを逐一
   同時並行入力し、 当該両情報の対応付けを実行しつつ、当該センシング情
   報を優先採用し、 当該センシング情報が作業途中で途絶えた時、その時点
   での前記教示情報を即座に取り込むマッピング処理を
   し、 作業を一貫連続して円滑遂行する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
2. 【請求項２】ロボット制御手段にてマニピュレータの軌
   道情報を作成してロボットの動作を制御するに当たり、 当該マニピュレータと、入力された軌道情報に基づいて
   マニピュレータを駆動するサーボ駆動手段と、当該マニ
   ピュレータによる作業を教示する教示手段と、外界情報
   を検出するセンシング手段と、前記ロボット制御手段と
   を擁して、 前記教示手段にて教示された作業対象物に係る離散的な
   点列情報から教示経路を生成するとともに、前記センシ
   ング手段にて得られる作業対象物に係る離散的な点列情
   報からセンシング経路を生成し、 当該センシング経路と前記教示経路とをマッピング処理
   して目標経路を生成し、かかる目標経路からマニピュレ
   ータの軌道情報を生成する、 ことを特徴とするロボット制御方法。
3. 【請求項３】教示手段から得られる離散的な点列情報
   は、 複数の制御点と補間方法を与えて空間曲線を表す数値情
   報とした、 ことを特徴とする請求項２に記載のロボット制御方法。
4. 【請求項４】マッピング処理は、 センシング成功の箇所はセンシング経路を目標経路と
   し、 センシング失敗の箇所は教示経路をセンシング経路に結
   合するように平行移動、合同変換、相似変換、アフィン
   変換等の幾何変換処理した目標経路とする、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のロボット
   制御方法。
5. 【請求項５】マニピュレータは、 複数の軸を有する構造からなる、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のロボ
   ット制御方法。
6. 【請求項６】センシング経路の生成は、 作業対象物の特徴点を検出する特徴点処理を行い、 検出した特徴点を経路作成時の基準点とする、 ことを特徴とする請求項２、３、４又は５に記載のロボ
   ット制御方法。
7. 【請求項７】マニピュレータの軌道情報を作成するため
   にマニピュレータの移動量を検出するに当たり、 当該マニピュレータの手先の速度パタンと最大速度に基
   づき速度プロファイルを作成し、当該速度プロファイル
   と経過時間にて当該マニピュレータの現時点の移動量を
   決定する、 ことを特徴とする請求項２、３、４、５又は６に記載の
   ロボット制御方法。
8. 【請求項８】マニピュレータと、入力された軌道情報に
   基づいてマニピュレータを駆動するサーボ駆動装置と、
   マニピュレータによる作業を教示する教示装置と、外界
   情報を検出するセンシング装置と、ロボット制御装置と
   を備えたロボットシステムにおいて、 当該ロボット制御装置は、 前記教示装置にて教示された作業対象物に係る離散的な
   点列情報から教示経路を生成する教示経路生成部と、前
   記センシング装置にて検出される作業対象物に係る離散
   的な点列情報からセンシング経路を生成するセンシング
   経路生成部と、当該センシング経路と前記教示経路とを
   マッピングする目標経路生成部と、目標経路からマニピ
   ュレータの軌道情報を生成する軌道生成部とを備えた、 ことを特徴とするロボットシステム装置。
9. 【請求項９】軌道生成部は、 マニピュレータの手先の速度パタンと最大速度に基づき
   速度プロファイルを作成する速度プロファイル部と、前
   記速度プロファイルと経過時間からマニピュレータの移
   動量を生成するＳ生成器と接続され、マニピュレータの
   現時点の移動量情報を得る構成とした、 ことを特徴とする請求項８に記載のロボットシステム装
   置。
10. 【請求項１０】センシング装置の外界センサは、 マニピュレータの先端にオフセットを付けた状態で配置
    された、 ことを特徴とする請求項８又は９に記載のロボットシス
    テム装置。
11. 【請求項１１】マニピュレータは、 複数の軸を有する構造からなる、 ことを特徴とする請求項８、９又は１０に記載のロボッ
    トシステム装置。