JPS62193786A - Method of controlling robot - Google Patents

Method of controlling robot

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JPS62193786A
JPS62193786A JP3093986A JP3093986A JPS62193786A JP S62193786 A JPS62193786 A JP S62193786A JP 3093986 A JP3093986 A JP 3093986A JP 3093986 A JP3093986 A JP 3093986A JP S62193786 A JPS62193786 A JP S62193786A
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wrist
robot
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link
axes
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南 善勝
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボットのアーム部に対して手首部がオフセ
ットしている機構の6軸関節形ロボットを制御する方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for controlling a six-axis articulated robot having a mechanism in which a wrist section is offset with respect to an arm section of the robot.

(従来の技術) 基本3軸と手首部3軸からなる6軸関節形ロボットは、
第5図に示すように、次の6軸から構成される。
(Prior technology) A 6-axis articulated robot consisting of 3 basic axes and 3 wrist axes is
As shown in FIG. 5, it is composed of the following six axes.

(1)地面に固定された脚11の上部に設けられ、垂線
(20軸)回りに自由度を有する胴12゜(2)胴12
の先端部に設けられ、 Z0軸に垂直な2、軸回りに自
由度を有する下腕13゜(3)下腕13の先端部に設け
られ、 z1軸と平行なz22軸りに自由度を有する上
腕14゜(4)上腕14の先端部に設けられ、z2軸に
垂直なz33軸りに自由度を有する手首15゜(5)手
首15の先端部に設けられ、 z3軸に垂直なz44軸
りに自由度を有する手首16゜(6)手首16の先端部
に設けられ、z4軸に垂直な2、軸回りに自由度を有す
る手首47゜以上、各関節が1自由度づつ有するもので
、このロボットは全体で6自由度となる。
(1) A torso 12° installed on the top of the legs 11 fixed to the ground and having a degree of freedom around the perpendicular line (20 axes) (2) A torso 12
The lower arm 13° is provided at the tip of the lower arm 13 and has degrees of freedom around the 2 and 2 axes perpendicular to the Z0 axis. Upper arm 14° (4) Wrist 15° provided at the tip of the upper arm 14 and having a degree of freedom around the z33 axis perpendicular to the z2 axis (5) Z44 provided at the tip of the wrist 15 and perpendicular to the z3 axis Wrist 16° with a degree of freedom around the axis (6) Wrist 47° or more provided at the tip of the wrist 16 and with degrees of freedom around the 2 and 2 axis perpendicular to the z4 axis, each joint having 1 degree of freedom This robot has a total of 6 degrees of freedom.

このような6軸関節形ロボットにおいては、手首17は
位置のみならず、姿勢も制御可能であることは、例えば
米国パデュー大学教授R,P、Pau1氏が著シタFR
OBOT MANIPULATOR5: MATHEM
八TlC5へPROGRAMING AND C0NT
R0L 、11  (1981年)にも詳しい。
In such a 6-axis articulated robot, not only the position but also the posture of the wrist 17 can be controlled.
OBOT MANIPULATOR 5: MATHEM
PROGRAMING AND C0NT to 8TlC5
Also detailed in R0L, 11 (1981).

なお、この著書は、ロボットの計算機制御について世界
で初めて体系的かつ学術的記述を行なったものとして有
名であり、日本では「ロボット・マニピュレータ」(吉
川恒夫訳、コロナ社)として発行されている。
This book is famous as the world's first systematic and academic description of computer control of robots, and is published in Japan as ``Robot Manipulator'' (translated by Tsuneo Yoshikawa, Corona Publishing).

さて、これらの従来技術によれば、各関節ごとに次の手
順で各座標系を固定していけば、6関節目の手首17の
姿勢が確定できる。
Now, according to these conventional techniques, by fixing each coordinate system for each joint in the following procedure, the posture of the wrist 17 at the sixth joint can be determined.

■Zn−1(n・1〜6)軸回りの角度θ。たけ回転さ
せる。
■Angle θ around the Zn-1 (n・1 to 6) axis. Rotate it a lot.

■Zn−+!IIIに沿って距離d。たけ並進させる。■Zn-+! Distance d along III. Translate by a certain amount.

■回転後のX。−I軸、すなわちX。軸に沿って長さa
nだけ回転させる。
■X after rotation. -I axis, i.e. X. length a along the axis
Rotate by n.

以上の操作はリンク。の座標をリンクn−1に関係づけ
る4つの同次変換の積として表現される(これをA行列
と呼ぶ)。
The above operations are linked. is expressed as a product of four homogeneous transformations that relate the coordinates of to link n-1 (this is called the A matrix).

すなわち、 An=ROT (Z、an) trans (0,0,
dn)trans (ao、O,O) Rot(x、 
a、)となる。そこで、手首の先端をT6とすれば、T
a  = Z−AI   A2   A3   A4 
  八、  八。
That is, An=ROT (Z, an) trans (0,0,
dn) trans (ao, O, O) Rot(x,
a,). Therefore, if the tip of the wrist is T6, then T
a = Z-AI A2 A3 A4
Eight, eight.

となり、固定座標軸(Xo、Yo、Zo)の方向余弦(
’>10y+nZ)で表現すると、 となる。
Then, the direction cosine (
'>10y+nZ), it becomes.

つまり、T6の各要素を指定して、リンク角01〜θ6
を求めるのが従来の演算法である。
In other words, by specifying each element of T6, link angles 01 to θ6
The conventional calculation method is to find .

この際、リンク角θ、を求める演算式は、第6図(a)
に示すように手首部がオフセットしていない(その手首
部の座標系の原点が、上腕の座標系のX軸上にある)ロ
ボットの場合は、 −5inθ、  −PX+coSθ、  −p、 = 
d2となり、これは三角法的代入により解くことができ
る。
At this time, the calculation formula for determining the link angle θ is shown in Figure 6(a).
In the case of a robot whose wrist is not offset (the origin of the wrist's coordinate system is on the X-axis of the upper arm's coordinate system) as shown in , -5inθ, -PX+coSθ, -p, =
d2, which can be solved by trigonometric substitution.

(発明が解決しようとする問題点) ところが、第6図(b)に示すように手首部がオフセッ
トしている(その手首部の座標系の原点が、上腕の座標
系のX軸上にない)ロボットの場合は、 一5inθ、−PX十cosθI’Py= d2 + 
CO2O3+ d5 となる。
(Problem to be solved by the invention) However, as shown in Figure 6(b), the wrist is offset (the origin of the coordinate system of the wrist is not on the X axis of the coordinate system of the upper arm). ) In the case of a robot, -5 in θ, -PX 0 cos θ I'Py = d2 +
It becomes CO2O3+ d5.

この式は、θ4が変数として存在しているため、三角法
的代入では解くことができない。
This equation cannot be solved by trigonometric substitution because θ4 exists as a variable.

したがって、従来では、手首がオフセットしていないロ
ボットしか制御できなかった。
Therefore, in the past, only robots whose wrists were not offset could be controlled.

ちなみに、特開昭60−48291には、手首部分の構
造を工夫してオフセットしないようにした技術が提案さ
れている。
Incidentally, Japanese Patent Laid-Open No. 60-48291 proposes a technique in which the structure of the wrist portion is devised to prevent offset.

しかしながら、このようにオフセットしていない手首は
、第7図に示すように、自分自身によって、作動範囲が
制約をうけるという致命的欠点を有するほか、どうして
も構造が複雑になり、手首部分が必要以上に重くなるな
ど、種々の欠点がある。
However, as shown in Fig. 7, a wrist that is not offset in this way has the fatal disadvantage that its operating range is limited by itself, and the structure is inevitably complicated, making the wrist part unnecessarily large. It has various disadvantages, such as being heavy.

本発明の目的は、手首部がオフセットしているロボット
の制御方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for controlling a robot whose wrist portion is offset.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のロボットの制御方法は、手首部の位置および姿
勢制御を行なう場合に、 位置データから基本3軸のリンク角を演算する第1ステ
ツプと、 姿勢データと第1のステップで求めた基本3軸のリンク
角から手首部のリンク角を演算する第2のステップと、 位置データと、第2のステップで求めた手首部のリンク
角から基本3軸のリンク角を再演算する第3のステップ
により各リンク角の指令値を得ることを特徴とする。
In the robot control method of the present invention, when controlling the position and posture of the wrist, the first step is to calculate the link angles of the three basic axes from the position data, and the basic three axes obtained in the first step are calculated based on the posture data. The second step is to calculate the wrist link angle from the axis link angle, and the third step is to recalculate the link angles of the three basic axes from the position data and the wrist link angle obtained in the second step. It is characterized in that the command value of each link angle is obtained by.

(作用〕 本発明は、従来技術で演算不可能であった原因は、1回
の演算で算出しようとしたところにあるとの知見を得て
なされたもので、以上の一連の演算処理を1回以上行な
うことにより、各リンク角の指令値を求めるものである
。この処理を複数回縁り返せば、解に限りなく近づいて
くことになる。なお、繰り返しの回数は、要求される精
度やロボット制御装置の演算処理速度によって決められ
るが、8回以内の繰り返しによってほぼ解に収束する。
(Operation) The present invention was made based on the knowledge that the reason why calculations were impossible in the prior art was because the calculation was attempted in one operation. By repeating this process more than once, the command value for each link angle is determined.If you repeat this process multiple times, you will get infinitely closer to the solution.The number of repetitions depends on the required precision and Although it is determined by the calculation processing speed of the robot control device, the solution is almost converged within eight iterations.

特に、極端な精度を必要としない分野では2〜3回でも
充分であることが実験によって確認されている。
In particular, it has been confirmed through experiments that 2 to 3 times is sufficient in fields that do not require extreme precision.

〔、実施例〕〔,Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明のロボットの制御方法の一実施例を示す
フローチャート、第2図はロボットの固定座標軸(Xo
、Yo、Zo)のXo  Yo平面への投影図、第3図
はロボットのM。−Zo平面への投影図である。なお、
制御されるロボットは第5図に示すものとする。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the robot control method of the present invention, and FIG. 2 is a fixed coordinate axis (Xo) of the robot.
, Yo, Zo) onto the Xo Yo plane, Figure 3 is M of the robot. - It is a projection view onto the Zo plane. In addition,
The robot to be controlled is shown in FIG.

まず、位置データp、、p、、p2が与えられ(ステッ
プ1)手首159手首161手首17は動作しないもの
として、基本3軸(胴12.下腕13.上腕14)のリ
ンク角θ1、θ2、θ3の演算を行なう。(ステップ2
) この演算は次の手順で行なう。第2図に示すように、固
定座標軸のX。−Yo平面にロボットを投影させて、p
、、 pX’ 、 p、、 py’を求める。
First, position data p, , p, , p2 are given (step 1). Assuming that wrist 159, wrist 161, and wrist 17 do not move, link angles θ1, θ2 of the basic three axes (torso 12, lower arm 13, upper arm 14) , θ3 are calculated. (Step 2
) This calculation is performed in the following steps. As shown in FIG. 2, the fixed coordinate axis X. -Project the robot onto the Yo plane, p
,, pX', p,, py' are determined.

すると、リンク角θ1は θ+ = tan−’  (py’ /px’)により
求まる。次に、制御点PまでのベクトルをM。とじて、
Mo −Zo平面を想定する。
Then, the link angle θ1 is found by θ+ = tan-'(py'/px'). Next, the vector to the control point P is M. Close,
Assume a Mo-Zo plane.

そして、第3図に示すようにM。−70平面にロボット
を投影させて、Pz’、 Pz” 、 M’、  M”
を求める。
Then, as shown in FIG. Project the robot onto the -70 plane and calculate Pz', Pz", M', M"
seek.

すると、リンク角θ2、リンク角θ3は、θ2=tan
−’ (P’/M”) θ3= jan−’ (PzyM’) により求まる。
Then, the link angle θ2 and the link angle θ3 are θ2=tan
-'(P'/M'')θ3=jan-'(PzyM').

以上で、リンク角θ1、θ2、θ3が求まった。ただし
、これらの角度θ1 θ2、θ3は、手首を固定したも
のとしての解であり、あくまでも仮の解である。
As described above, link angles θ1, θ2, and θ3 have been determined. However, these angles θ1, θ2, and θ3 are solutions assuming that the wrist is fixed, and are only provisional solutions.

次に、姿勢データnyr n)l+ n1ll OK+
 01!+ O□。
Next, posture data nyr n)l+ n1ll OK+
01! + O□.

aX、 al’l aZを人力しくステップ3)、これ
ら姿勢データと先に求めたンク角θ1、θ2、θ3 (
仮の解)により手首部のリン角θ4、θ5、θ6をする
。これは従来の姿勢制御方法の手首部を求める演算方法
を用いる。この場合、位置データは考慮しない。
aX, al'l aZ manually (Step 3), and using these posture data and the angles θ1, θ2, θ3 (
(temporary solution), calculate the wrist angles θ4, θ5, and θ6. This uses a calculation method for determining the wrist portion of the conventional posture control method. In this case, position data is not considered.

前述のT6=AIA2A3A4AJeからA3−’A2
−’At−’Ta=A4A5Ae・・・(1) ただし、S、L、Ll、R,B、T ハそれぞれZ、、
 7.2.−、7.6軸5S=SiN (e、 )、S
L、、−5iN (θ2+03)、S、=SiNθ3c
s=cos (θ+ )、CLu=cO5(θ2÷θ3
) 、cU=cosθ3SR=SiN (θ4) 、5
B=SiN (θ5) 、5T=SiN (θ6)CR
=CO5(θ4 ) 、CB=CO5(θ5 ) 、C
T=GO5(θ6)a2註軸アーム長 d、S軸回転中心とR軸回転中心の距離d4゜U軸アー
ム長 d、R軸回転中心とT軸回転中心の距離(1)式より −CR−5B−aXC5−5L、+aySS−5LU−
a、CLU−(2)−5R−5B−aXSS+a、C5
・・・(3)(2) 、 (3)式より また、 八4−’A3−’A2−’−T6=A5A8(4)式よ
り 一5B=aX(C5−5LU−CR−5S−5R) +
a、 (SS−5LU−CP+C5−5R) −a、C
,、u HcR*−(5)CB=aXGS−C,u+a
、55−CLU+5LUa2−(6)(5) 、 (6
)  式より (4)式より ST’nX(C5−5LU−5R+SS’CR) +n
、 (ss−sLU−stt−cs−cn) −n2c
Lu・sR=・(7)GT=OX(C5”St、u”S
R+5S−CR) +O,(SS”SLU”5R−(:
S”CR) −0,Ctu”SR”” (8)に=C5
−5bu”SR+5S−CR L=SS−5Lu”SR−C5−CR M=CLU−5R とおくと さらにリンク角θ4.θ5.θ6と位置データpX、 
p、、 p、により位置を補正し、基本3軸のリンク角
01〜θ3を再演算する(ステップ6)。演算方法は前
述と同様である。演算終了後は各リンク角01〜θ6が
出力される(ステップ7)。これはT6で指定された位
置データ、姿勢データを近似的に満足するものである。
From the above T6=AIA2A3A4AJe to A3-'A2
-'At-'Ta=A4A5Ae...(1) However, S, L, Ll, R, B, T, Z, respectively
7.2. -, 7.6 axis 5S=SiN (e, ), S
L,, -5iN (θ2+03), S, = SiNθ3c
s=cos(θ+), CLu=cO5(θ2÷θ3
), cU=cosθ3SR=SiN (θ4), 5
B=SiN (θ5), 5T=SiN (θ6)CR
=CO5(θ4), CB=CO5(θ5), C
T=GO5(θ6)a2 Axis arm length d, distance between S-axis rotation center and R-axis rotation center d4゜U-axis arm length d, distance between R-axis rotation center and T-axis rotation center From formula (1) -CR -5B-aXC5-5L, +aySS-5LU-
a, CLU-(2)-5R-5B-aXSS+a, C5
...(3) From (2) and (3) formulas, 84-'A3-'A2-'-T6=A5A8 From formula (4), -5B=aX(C5-5LU-CR-5S-5R ) +
a, (SS-5LU-CP+C5-5R) -a, C
,,u HcR*-(5)CB=aXGS-C,u+a
, 55-CLU+5LUa2-(6)(5) , (6
) From formula (4), ST'nX(C5-5LU-5R+SS'CR) +n
, (ss-sLU-stt-cs-cn) -n2c
Lu・sR=・(7) GT=OX(C5”St, u”S
R+5S-CR) +O, (SS"SLU"5R-(:
S”CR) −0, Ctu”SR”” (8)=C5
-5bu"SR+5S-CR L=SS-5Lu"SR-C5-CR M=CLU-5R Then, the link angle θ4. θ5. θ6 and position data pX,
The position is corrected by p, , p, and the link angles 01 to θ3 of the three basic axes are recalculated (step 6). The calculation method is the same as described above. After the calculation is completed, each link angle 01 to θ6 is output (step 7). This approximately satisfies the position data and orientation data designated by T6.

なお、ロボットのメカ的要因によって決定される精度お
よびロボットの動作で要求させる精度に応じて、上述し
た演算処理(ステップ1〜ステツプ6)を繰り返し行な
うことにより所望の精度を実現できる。
Note that the desired accuracy can be achieved by repeatedly performing the above-mentioned arithmetic processing (steps 1 to 6) depending on the accuracy determined by the mechanical factors of the robot and the accuracy required for the robot's operation.

第4図は本発明の制御方法が適用されたロボットの制御
部の概略ブロック図である。ティーチングもしくは外部
データによって記憶されたデータを62口に転送し、 
CPUはそのデータを元に、位置データおよび姿勢デー
タを演算し、格納する。次にプレイバック動作を行なう
際に位置データ、姿勢データで指定されたT6より前述
した演算方法によって各リンク角θ、〜θ6を算出し、
プレイバックデータとしてロボットを動作させる。
FIG. 4 is a schematic block diagram of a control section of a robot to which the control method of the present invention is applied. Transfer the data stored by teaching or external data to 62 ports,
Based on the data, the CPU calculates and stores position data and orientation data. Next, when performing a playback operation, each link angle θ, ~θ6 is calculated using the calculation method described above from T6 specified by the position data and posture data,
Operate the robot as playback data.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、基本3軸のリンク角を再
演算することにより、ロボットの手首部がロボットアー
ムに対してオフセットしている機構のロボットにおいて
もオフセットしていない機構のロボットと同様に姿勢制
御できるという大きな効果がある。
As explained above, the present invention recalculates the link angles of the basic three axes, so that even a robot with a mechanism in which the wrist of the robot is offset with respect to the robot arm is the same as a robot with a mechanism without offset. This has the great effect of controlling posture.

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

第1図は本発明のロボットの制御方法の一実施例を示す
フローチャート、第2図はロボットの固定座標軸(Xo
 Yo Zo)のX。−Yo平面への投影図、第3図は
ロボットのM。−Zo平面への投影図、第4両部のブロ
ック図、第5図は6軸関節形ロボットの外観図、第6図
(a) 、 (b)はオフセットしていない手首部およ
びオフセットしている手首部の外観図、第7図はオフセ
ットしていない手首部が作動範囲が制約される様子を示
す図である。 1〜7・・・ステップ、 11・・・脚、+ 2−・・
胴、      13−・・下腕、14・・・上腕、 
    15.16.17・・・手首。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the robot control method of the present invention, and FIG. 2 is a fixed coordinate axis (Xo) of the robot.
Yo Zo)'s X. - Projection onto the Yo plane, Figure 3 is M of the robot. - Projection diagram onto the Zo plane, block diagram of both parts of the fourth part, Figure 5 is an external view of the 6-axis articulated robot, Figures 6 (a) and (b) are the wrist part that is not offset and the wrist part that is offset. FIG. 7 is an external view of the wrist portion that is not offset, and is a diagram showing how the operating range of the wrist portion that is not offset is restricted. 1-7...step, 11...leg, +2-...
Torso, 13-- lower arm, 14- upper arm,
15.16.17...Wrist.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ロボットアームに対してオフセットしている手首部を有
する6軸関節形ロボットにおいて、その手首部の位置お
よび姿勢制御を行なう場合に、位置データから基本3軸
のリンク角を演算する第1のステップと、 姿勢データと第1のステップで求めた基本3軸のリンク
角から手首部のリンク角を演算する第2のステップと、 位置データと、第2のステップで求めた手首部のリンク
角から基本3軸のリンク角を再演算する第3のステップ
とにより各リンク角の指令値を得ることを特徴とするロ
ボットの制御方法。
[Claims] In a six-axis articulated robot having a wrist offset from the robot arm, when controlling the position and posture of the wrist, link angles of the basic three axes are calculated from position data. The first step is to calculate the link angle of the wrist from the posture data and the link angles of the basic three axes obtained in the first step, and the position data and the wrist angle obtained in the second step. a third step of recalculating the link angles of the three basic axes from the link angles of the parts, and obtaining command values for each link angle.
JP3093986A 1986-02-17 1986-02-17 Method of controlling robot Granted JPS62193786A (en)

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