JPS6186194A - Collision-avoidance control method of robot - Google Patents

Collision-avoidance control method of robot

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JPS6186194A
JPS6186194A JP20705684A JP20705684A JPS6186194A JP S6186194 A JPS6186194 A JP S6186194A JP 20705684 A JP20705684 A JP 20705684A JP 20705684 A JP20705684 A JP 20705684A JP S6186194 A JPS6186194 A JP S6186194A
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obstacle
collision
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trajectory
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平林 久明
浩一 杉本
荒井 信一
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ロボットを作動せしめる際に障害物と衝突し
ないように回避させる為の制御方法に関するものでおる
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a control method for avoiding collisions with obstacles when a robot is operated.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

ロボットが障害物と衝突しないように制御する方法とし
ては、オーストラリアン・コンピュータ・ジャーナルV
o1.15. No3  Aug、 1983に掲載さ
れているGrowing  Po1yhedral  
0bstacles for Plann−ing  
Co11ision−Free  Pathsが公知で
ある。この方法は、障害物の位置およびロボットの軌跡
が既知であるとき、軌道が障害物と重なっているか否か
を判定して、障害物と重ならない軌跡を新たに算出する
方法である。この方法は、ロボットの軌跡が既知でない
と適用できないという不便が有る。
Australian Computer Journal V
o1.15. Growing Polyhedral published in No3 Aug, 1983
0bstacles for Planning
Collaboration-Free Paths are known. In this method, when the position of the obstacle and the trajectory of the robot are known, it is determined whether the trajectory overlaps with the obstacle, and a new trajectory that does not overlap with the obstacle is calculated. This method has the disadvantage that it cannot be applied unless the trajectory of the robot is known.

ロボットの衝突防止のためにカフィードバック制御方法
も公知である。第10図は上記のカフィードパック制御
の公知例の説明図である。この方法による制御は、ロボ
ットアーム1とロボットハンド2との間に装着されたカ
センt3及び力センサからの処理を含む制御アルゴリズ
ムを用いて、操作者4が、ロボットのハンドに力(並進
力及び回転カンを加えると、ノ・ンドがそれに応じて並
進。
A feedback control method for robot collision prevention is also known. FIG. 10 is an explanatory diagram of a known example of the above-mentioned feed pack control. In this control method, the operator 4 applies force (translational force and When you add a rotary can, the No/Ndo translates accordingly.

回転をするものである。It rotates.

この制御方法によって、ロボットのノ・ンドに操作者が
、力を加えると、その力に応じた速度でロボットを動か
すことができ、ロボットノ・ンドに任意の位置、姿勢を
取らせる為の一手法として有用である。しかし、この方
法によってはロボットと障害物との衝突を自動的に回避
させることはできない。この方法を適用することによっ
て、衝突した際、瞬間的に方向を変えるように自動制御
することは可能であるが、衝突の衝撃荷重をロボットハ
ンドに受けるので、安全上も好ましくない。
With this control method, when the operator applies force to the robot's node, the robot can be moved at a speed corresponding to that force, and it is possible to make the robot node take any position or posture. It is useful as a method. However, this method cannot automatically avoid collisions between the robot and obstacles. By applying this method, it is possible to automatically control the direction to change instantaneously in the event of a collision, but this is not preferable from a safety standpoint since the robot hand receives the impact load of the collision.

第11図は上記と異なる従来の衝突回避制御の1例を示
す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of conventional collision avoidance control different from the above.

ロボットの取るべき軌道は、事前にブレイノ(ツク、オ
フライン等で始点と終点が与えられ、その中間は、計算
によって算出されるのが一般的である。
Generally speaking, the starting and ending points of the trajectory that the robot should take are given in advance using BRAIN, offline, etc., and the intermediate points are calculated by calculation.

このため、軌道上に障害物が無い場合は、問題は無いが
、もし障害物が有る場合は、始点、終点以外は、障害物
に衝突するか否かを事前にチェックできないのが現状で
ある。
For this reason, if there are no obstacles on the trajectory, there is no problem, but if there is an obstacle, it is currently impossible to check in advance whether or not there will be a collision with the obstacle except at the starting and ending points. .

一部には、ロボットに、オン=オフセンサ、力センサ等
を装着し、障害物に衝突したことを検出し、急停止をす
る方式が提案されているが、衝撃荷重や急停止が与える
影響を考慮すると、望ましい方法でなく、実用上問題が
ある。
Some proposals have been made to equip robots with on-off sensors, force sensors, etc. to detect when they have collided with an obstacle and make a sudden stop. Taking this into consideration, this is not a desirable method and has practical problems.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、ロボットの軌道上に障害物があるとき
、急停止や大幅な軌道変更等の急激な変化を行うことな
しに、円滑に、障害物を回避し、十分回避した後、再び
元の軌道に戻るようなロボットの制御方法を提供するこ
とにあり、障害物の位置が既知である場合に適用され、
ロボットハンドの軌跡を予め特定する必要なく自動的に
回避制御を行い得るものである。なお、本発明は第10
図に示したカフィードバック制御機能を備えたロボット
にも適用することができる。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to prevent the robot from making sudden changes such as sudden stops or drastic changes in trajectory when there is an obstacle on the robot's trajectory. The object of the present invention is to provide a control method for a robot that smoothly avoids obstacles and returns to its original trajectory after sufficiently avoiding them, and is applied when the position of the obstacle is known.
Avoidance control can be automatically performed without the need to specify the trajectory of the robot hand in advance. Note that the present invention is the tenth
The present invention can also be applied to a robot equipped with the feedback control function shown in the figure.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するため、本発明の制御方法は、障害
物の位置が既知であるとき、その障害物の外側に、障害
物を包むような、ある領域を設ける。ロボットがこの領
域に入った場合は、障害物から遠ざかる方向に、ロボッ
トが移動するような速度指令値を算出する。このよう1
(、ソフトウェアによって、ロボットを障害物から回避
せしめる。
In order to achieve the above object, the control method of the present invention provides, when the position of the obstacle is known, a certain area that surrounds the obstacle. When the robot enters this area, a speed command value is calculated that causes the robot to move away from the obstacle. Like this 1
(The software allows the robot to avoid obstacles.)

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

次に、本発明方法の実施例について説明する。 Next, examples of the method of the present invention will be described.

第2図は本実施例に用いたロボット装置の斜視図である
。このロボットは6自由度関節形で、ロボットの台座に
固定なベース座標系(H系)とロボットのハンドに固定
なハンド座標系(H系)とを定める。
FIG. 2 is a perspective view of the robot device used in this example. This robot is articulated with six degrees of freedom, and has a base coordinate system (H system) fixed to the robot's pedestal and a hand coordinate system (H system) fixed to the robot's hand.

次に、H系に固定の補助座標系(A系)を定める。また
H系の平衝位置、姿勢(バネ要素)を表わすルH系と、
A系のそれを表すfLA系を定める。
Next, an auxiliary coordinate system (A system) fixed to the H system is determined. In addition, the Le H system represents the equilibrium position and attitude (spring element) of the H system,
Define the fLA system that represents that of the A system.

第1図は本実施例の適用対象である障害物5付近を描い
た説明図である。該障害物5の周囲に、ある厚さを持ち
、その障害物を包み込むように、領域6を設ける。
FIG. 1 is an explanatory diagram depicting the vicinity of an obstacle 5 to which this embodiment is applied. A region 6 having a certain thickness is provided around the obstacle 5 so as to wrap around the obstacle.

従来では、直線軌道7が、障害物と重なるときは、その
ままではロボットが障害物に衝突していた。ところが、
本発明では、領域6にロボットが入ると衝突を避ける方
向への速度が加わり、軌道8のように結果的に、衝突を
避けることができるよう、欠配の如く制御する。
Conventionally, when the linear trajectory 7 overlaps with an obstacle, the robot would collide with the obstacle. However,
In the present invention, when the robot enters the area 6, speed is added in the direction to avoid collision, and control is performed in a manner similar to a lack of control so that the collision can be avoided as shown in trajectory 8.

上記の障害物5が第3図のような直方体であるときは、
第4図に示す如く、その周囲に、厚さ2aの領域6を設
定する。
When the above-mentioned obstacle 5 is a rectangular parallelepiped as shown in Fig. 3,
As shown in FIG. 4, a region 6 having a thickness of 2a is set around it.

矢印7は衝突回避制御前のロボット経路を示し、この矢
印7に沿ったロボットの動き(本来定められた指令速度
)を可で表わす(サフィックスのtrはtraject
oryの略でオル)。
Arrow 7 shows the robot path before collision avoidance control, and the movement of the robot (original command speed) along this arrow 7 is expressed as "possible" (the suffix tr stands for "traject").
Ory (abbreviation for ory).

矢印7に潟って速度〒で進行してきたロボットハンドは
、前記の領域6に入ったとき、後に詳述する速度耳πが
加算されて、その合力がV(ただし7=τ十耳;)とな
シ、軌道8の如く緩やかなカーブを描いて障害物5を回
避する。
When the robot hand, which has been moving along arrow 7 at a speed of Tonashi draws a gentle curve like the trajectory 8 and avoids the obstacle 5.

(サフィックスのrepはrepulsionの略であ
る)。
(The suffix rep stands for repulsion).

第5図は、前記の速度耳;(ロボットが領域6内に進入
したとき、これを押し戻す方向に加える反発力)の設定
方法の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of setting the speed ear (the repulsive force applied in the direction of pushing the robot back when it enters the area 6).

速度斗庁の方向は、本第5図に示した多数の矢印v1〜
v1゜の如く、障害物5から離間する方向である。
The direction of the speed station is indicated by the numerous arrows v1~ shown in Figure 5.
It is a direction away from the obstacle 5, such as v1°.

まず、ロボットハンド上の1点を定める。この点を今後
ロボットの位置する点と呼び、この点が障害物と重なら
ないように以後制御する。この点をA系の原点とする。
First, one point on the robot hand is determined. This point will be referred to as the robot's position point from now on, and will be controlled from now on so that it does not overlap with any obstacles. Let this point be the origin of the A system.

次に、この点を通る上記の矢印v1〜V□2が、領域6
の外囲面と交差する点をfLA系の原点とする。RA系
の姿勢はA系のそれと同一とする。
Next, the above arrows v1 to V□2 passing through this point point to the area 6
Let the point that intersects with the outer surface of the fLA system be the origin of the fLA system. The attitude of the RA system is the same as that of the A system.

耳;  の大きさは、A系とRA系の原点間の距離ΔX
に比例するものとする。
The size of ear; is the distance ΔX between the origin of A system and RA system
shall be proportional to

このように定められた耳; は、第4図に示し。The ears thus determined are shown in FIG.

たよりに〒に加えられ、新たな指令速度マが各サンプリ
ング時間毎に計算される。これによって、第6図に示す
ように、軌道8をA系原点が進行するように(即ち、障
害物を回避するように)ロボットは動く。
A new command speed is calculated at each sampling time. As a result, as shown in FIG. 6, the robot moves so that the A-system origin moves along the trajectory 8 (that is, so as to avoid obstacles).

また、” (=”’−tr +’rep )によって、
軌道8のようにロボットが動いたときのRA系の原点は
本第6図に示したように移動する。
Also, by "(="'-tr +'rep),
When the robot moves as shown in trajectory 8, the origin of the RA system moves as shown in FIG. 6.

次に、上記と異なる実施例について、・本第6図を参照
しつつ説明する。
Next, an embodiment different from the above will be described with reference to FIG. 6.

前例においてはA系原点をロボットノ・ノド上の1点に
定めたが、必要に応じてロボットノ・ノド外の点にA系
原点を定めることもできる。この場合、A系原点は当該
ロボットのノ・ンド以外の個所の任意の点であってもよ
く、空中の点であっても良い。
In the previous example, the A-system origin was set at a point on the robot's throat, but the A-system origin can be set at a point outside the robot's throat if necessary. In this case, the origin of the A system may be any point other than the node of the robot, or may be a point in the air.

ただし、空中の点であっても、ロボットノ・ンドに対し
て一定の関係にある点とする。また1点にする必要もな
く状況に応じて複数の点をAに、この時はA工系原点、
 A2系原点、・・・・・・・・・、An系原点と定め
てもよい。
However, even if it is a point in the air, it must have a certain relationship with the robot node. Also, there is no need to set it to one point, and multiple points can be set to A depending on the situation, in this case, the A engineering origin,
The A2 origin, . . . may be defined as the An origin.

この場合は、従って、第5図の軌道7,8も軌道7の1
と8の1及び軌道7の2と8の2.・・・・・・・・・
In this case, therefore, orbits 7 and 8 in FIG.
1 of 8 and 2 of orbit 7 and 2 of 8.・・・・・・・・・
.

軌道7のnと8のnとなる。The n of the orbit 7 and the n of the orbit 8.

また前記の実施例では、 ELA系とA系の姿勢を同一
としたが、これは、領域6に侵入した時の姿勢をそのま
ま維持する場合であるが、もしそうでない場合は、 F
LA系とA系との姿勢を違えてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the postures of the ELA system and the A system were set to be the same, but this is the case where the posture when entering area 6 is maintained as it is, but if this is not the case, then F
The postures of the LA series and the A series may be different.

第5図に於て、−の方向を定める矢印V□〜v1□は障
害物の左側側面の左では、左方向を、下側側面の下では
、下方向を、左下部では、左下コーナを向く向きを取っ
ている。しかし、本図のように本来の軌道矢印7がほぼ
右方に向いているときは、耳;  の方向を決める矢印
の全部を左向きに設だすることもできる。要するにこれ
らの矢印(−確  の方向)は、本来の与えられた軌道
矢印7とほぼ反対方向であって、かつ障害物5から離間
する方向に設定すると良好な結果が得られる。
In Fig. 5, the arrows V□ to v1□ that define the - direction point to the left of the left side of the obstacle, to the left below the lower side, and to the lower left corner of the lower left. I'm taking the direction I'm facing. However, when the original trajectory arrow 7 points almost to the right as shown in this figure, all of the arrows that determine the direction of the ears can also be set to point to the left. In short, good results can be obtained by setting these arrows (in the negative direction) in a direction substantially opposite to the originally given trajectory arrow 7 and in a direction away from the obstacle 5.

第7図に示したように、障害物5が立体的形状である場
合は、前述の耳; の方向を、同図に示した矢印V工。
As shown in FIG. 7, when the obstacle 5 has a three-dimensional shape, the direction of the above-mentioned ear is indicated by the arrow V shown in the same figure.

□l v102T v□。3・・・・・・vnのように
定めることもできる。
□l v102T v□. It can also be defined as 3...vn.

また障害物を直方体以外に、球体として表わせば% ”
repの方向は、4球の中心から外側を向く方向に定め
てもよい。
Also, if you represent the obstacle as a sphere other than a rectangular parallelepiped, it will be % ”
The direction of rep may be set outward from the center of the four balls.

さらに、障害物を直方体や球体の組合せで示せば、よシ
多様な障害物に対応でき、一方ではよシ計算が煩雑にな
るが、この時のr−の方向は、rep 上記の直方体や球体時に定めたやシ方を応用すれば良い
Furthermore, if obstacles are represented by a combination of rectangular parallelepipeds and spheres, it is possible to deal with a much wider variety of obstacles, but on the other hand, the calculations become more complicated, but the direction of r- in this case is rep All you have to do is apply the method determined at the time.

第5図に示した矢印V□+ Vz〜V□2の方向の定め
方について、第8図を参照しつつ更に詳述する。
How to determine the direction of the arrow V□+Vz to V□2 shown in FIG. 5 will be described in further detail with reference to FIG. 8.

図示の如く、紙面上の区域をブロック■、■。Block the area on the paper as shown.

■、■に区分し、A系の原点(Xa、ya、za)がこ
れらの各ブロック中の何れに位置するかに基づいて耳π
の方向をそれぞれ次のように定める。
Based on which of these blocks the origin of the A system (Xa, ya, za) is located,
The directions of each are determined as follows.

ブロック■(Xa≧a、かつya≧a)のとき、ロボッ
トハンドが障害物内に位置することは有シ得ないので、
ブロック■は考慮から除外する。
When block ■ (Xa≧a and ya≧a), it is impossible for the robot hand to be located inside an obstacle, so
Block ■ is excluded from consideration.

ブロック■(−a (a xa< a 、かつya蟲a
)のとき、斗門の方向を示す直線の方程式は、 ブロック■(Xa4 B 、かつ−a≦yaくa)のと
1き・斗;の方向を示す直線の方程式は、 ブロック■(1xal≦a、かつ1yal≦aまただし
くxa=aかつya=a)は除)のとき、 耳門の方向を示す直線の方程式は、 (第2図参照)ロボットのエンコーダの信号から、各関
節の角度θが測定され、この値とロボット各部の長さ1
からH系(ロボットのハンド)の位置、姿勢1頁、(f
、g、h)が求まる。
Block ■(-a (a xa< a, and ya insect a
), the equation of the straight line showing the direction of the gate is, The equation of the straight line showing the direction of the block ■(Xa4 B , and -a≦yakua) is, , and 1yal≦a (excluding xa=a and ya=a), the equation of the straight line indicating the direction of the auditory portal is (see Figure 2). From the robot's encoder signal, the angle θ of each joint is This value and the length of each part of the robot 1
to the position and posture of the H system (robot hand), page 1, (f
, g, h) are found.

A系が求まる。A system is found.

また本発明では第5図、第6図等からRA系が定まるa
で、A系とRA系の位置・姿勢偏差本実施例においては
、姿勢偏差を考えていない(即ち、RA系の姿勢をA系
と同一に取っている)ため、eE=Oとなる。
In addition, in the present invention, the RA system is determined from FIGS. 5, 6, etc.
In this embodiment, the attitude deviation of the A system and the RA system is not considered (that is, the attitude of the RA system is the same as that of the A system), so eE=O.

従って、A系におけるΔY(A系とH系との位置・姿勢
の偏差)は、 また、前記の実施例は%  ’rep  がA系とRA
系との偏差“IIのみによって定まる場合について述べ
たが、必要に応じて力センサを付加し、ロボットハンド
に加えられた力(操作者が加えた手の力、および、障害
物に衝突して受けた力を含む)も’ repの決定要素
に加えて制御することも可能である。
Therefore, ΔY (deviation in position/orientation between A system and H system) in A system is, and in the above example, % 'rep is
We have described the case where the deviation from the system is determined only by "II," but if necessary, a force sensor can be added to measure the force applied to the robot hand (the force of the hand applied by the operator, and the force caused by collision with an obstacle). It is also possible to control in addition to the determinants of 'rep' (including the received force).

この場合は力センサに加えられた力が力算出部可として
検出され、ハンド系におけるTに変換される。
In this case, the force applied to the force sensor is detected by the force calculation unit and converted to T in the hand system.

自重分を補正した後の値7を可に変換する。The value 7 after correcting the self weight is converted to OK.

このようにして得られたΔx、可を用いて、A系におけ
る指令速度■を算出する。
Using Δx and Δx thus obtained, the commanded speed ■ in the A system is calculated.

■=[”M)−”/(可−(K)Δx−1”C)可)d
t本本実何例おいては可=0である。
■=[”M)-”/(possible-(K)Δx-1”C)possible)d
In the actual example, Possible = 0.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように、本発明の制御方法によれば、多自
由度ロボットの作動範囲内に存在する障害物について、
該障害物を包む領域を設定し、前記のロボットがこの設
定領域に入ったとき、障害物との衝突を回避せしめる方
向の速度指令を発する手段を設けるとともに、この速度
指令に基づいてロボットを作動せしめて、ロボットに急
激な速度変化を与えることなく障害物との衝突を回避さ
せることによシ、ロボットハンドの軌跡を予め特定する
必要なく自動的に衝突回避制御を行うことができ、しか
も、急激な速度変化を生じることなく円滑に回避作動が
行われるという優れた実用的効果を奏する。
As detailed above, according to the control method of the present invention, obstacles existing within the operating range of a multi-degree-of-freedom robot can be
A region surrounding the obstacle is set, and when the robot enters the set region, means is provided for issuing a speed command in a direction to avoid collision with the obstacle, and the robot is actuated based on this speed command. At the very least, by avoiding collisions with obstacles without giving the robot a sudden speed change, collision avoidance control can be performed automatically without the need to specify the trajectory of the robot hand in advance, and, This provides an excellent practical effect in that the avoidance operation is performed smoothly without causing sudden speed changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の1例の制御の概要を示す説明図、第2
図は本発明方法の1実施例に用いたロボットの斜視図、
第3図乃至第8図はそれぞれ本発明の衝突回避制御方法
の実施例の説明図、第9図は制御のブロック図、第10
図は従来の力センサを用いた制御方法の説明図、第11
図は障害物と軌道との関係の説明図である。 l・・・ロボットのアーム、2・・・ロボットのハンド
、3・・・力センサ、5・・・障害物、6・・・衝突を
回避するために設定した領域、7・・・ロボットに本来
与えられている軌道、8・・・衝突回避制御された軌道
。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第1図 第3図 第10図 第11図 手続補正書(肱)(1) 昭和60年2月8日
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overview of control in one example of the present invention, and FIG.
The figure is a perspective view of a robot used in one embodiment of the method of the present invention.
3 to 8 are explanatory diagrams of embodiments of the collision avoidance control method of the present invention, FIG. 9 is a control block diagram, and FIG.
Figure 11 is an explanatory diagram of a control method using a conventional force sensor.
The figure is an explanatory diagram of the relationship between obstacles and trajectories. l...Robot arm, 2...Robot hand, 3...Force sensor, 5...Obstacle, 6...Area set to avoid collision, 7...Robot Originally given trajectory, 8...trajectory with collision avoidance control. Agent Patent Attorney Tadashi Akimoto Figure 1 Figure 3 Figure 10 Figure 11 Procedural Amendment (Archive) (1) February 8, 1985

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、多自由度ロボットの作動範囲内に存在する障害物に
ついて、該障害物を包む領域を設定し、前記のロボット
がこの設定領域に入つたとき、障害物との衝突を回避せ
しめる方向の速度指令を発する手段を設けるとともに、
この速度指令に基づいてロボットを作動せしめて、ロボ
ットに急激な速度変化を与えることなく障害物との衝突
を回避させることを特徴とするロボットの衝突回避制御
方法。 2、前記のロボットは、該ロボットに対して力が加えら
れたとき、その力に応じて動くような速度指令を発生さ
せる手段を備えたものとしたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項に記載のロボットの衝突回避制御方法。
[Claims] 1. For an obstacle existing within the operating range of a multi-degree-of-freedom robot, an area surrounding the obstacle is set, and when the robot enters this set area, a collision with the obstacle occurs. In addition to providing means for issuing a speed command in a direction that avoids
A collision avoidance control method for a robot, characterized in that the robot is operated based on this speed command to avoid a collision with an obstacle without giving the robot a sudden speed change. 2. Claim 1, characterized in that the robot is equipped with means for generating a speed command so that when a force is applied to the robot, the robot moves in accordance with the force. The robot collision avoidance control method described in .
JP59207056A 1984-10-04 1984-10-04 Robot collision avoidance control method Expired - Lifetime JPH0829517B2 (en)

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JPS6186194A true JPS6186194A (en) 1986-05-01
JPH0829517B2 JPH0829517B2 (en) 1996-03-27

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