JPS6186194A - ロボツトの衝突回避制御方法 - Google Patents

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。

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
。

〔発明の背景〕

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。

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。

回転をするものである。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の概要〕

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。

〔発明の実施例〕

次に、本発明方法の実施例について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

（サフィックスのｒｅｐはｒｅｐｕｌｓｉｏｎの略であ
る）。

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。

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。

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。

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。

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。

このように定められた耳；　は、第４図に示し。

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。

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。

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。

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。

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。

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．・・・・・・・・・
。

軌道７のｎと８のｎとなる。

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。

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。

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。

□ｌ　ｖ１０２Ｔ　ｖ□。３・・・・・・ｖｎのように
定めることもできる。

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。

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
。

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。

図示の如く、紙面上の区域をブロック■、■。

■、■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。

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。

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。

Ａ系が求まる。

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。

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。

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。

自重分を補正した後の値７を可に変換する。

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。

■＝［”Ｍ）−”／（可−（Ｋ）Δｘ−１”Ｃ）可）ｄ
ｔ本本実何例おいては可＝０である。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

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。