• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1991003779A1
    申请号:PCT/JP1990/001082
    申请日:1990-08-27
    公开日:1991-03-21
    发明作者:Yoshikatsu Minami；Masato Tanaka
    申请人:Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] ロボッ トの制御方法
    [0003] 〔技術分野〕
    [0004] 本発明は、 6軸闋節形ロボッ トのティ一チング操作時の動作制御 方法に関する。
    [0005] 〔背景技術〕
    [0006] 従来のティ一チング動作例を第 1図に示す。 同図に示されるよう に、 6軸関節形口ボッ トのティ一チング操作において、 ロボッ ト先 端のツール （図示せず） が把持するワーク 4の姿勢を第 1図 )の状 態から教示作業用ツール 3の任意の作業点 Aに対して第 1図 (c)に示 すような所望の相対姿勢に変化させる場合、 次のいずれかの方法に より動作制御を行っていた。
    [0007] (1) ロボッ トの各軸を単独に動作させて所望のワーク姿勢をとる。
    [0008] (2) ロボッ ト本体の有する基準座標軸画りの回転動作と基準座標軸 方向の平行移動により所望のワーク姿勢をとる （第 1図 (b) , (c)参照）
    [0009] (3) ロボッ ト本体の有するツール座標軸回りの回転動作とツール座 標軸方向の平行移動により所望のワーク姿勢をとる （第 1図 ( ), (c) 参照） 。
    [0010] 前記の (2)， （3)の回転動作はロボッ トの制御点 Rを回転中心として 動作制御を行う。
    [0011] なお、 （2)の方法における基準座標軸とは、 ロボッ トの座標系を定 義する基準座標（第 3図の X R， Y R， Z R) を言い、 )の方法における ツール座標軸とは σポッ トの手首部に装着されたツールの有する座 標を言う。
    [0012] ところが、 この方法では、 ロボッ トの各軸を単独に動作させたり ロボッ トの制御点 Rを回転中心として、 ある座標軸回りに回転動作 させてロボッ トの把持するワーク 4を任意の作業点 Αに対して所望 の相対姿勢となるよう動作させた場合、 第 1図に示すように、 ヮー ク 4上の P点の位置を変化させずにワーク 4の姿勢だけを変化させ ることができずに、 回転動作と平行移動を繰り返し操作する必要が あるため、 ティ一チング作業時間が長くかかるという問題があった。
    [0013] 〔発明の開示〕
    [0014] 本発明は、 ロボッ トの把持するワーク 4と任意の作業点 Aとの相 対姿勢を、 第 2図に示すように P点の位置を変化させることなく動 作させることを目的とする。
    [0015] この目的を達成するため、 本発明のロボッ 卜の制御方法は、 任意 の作業点 Aをロボッ トの基準座標上で定義し、 ロボッ トが把持する ワーク 4を前記作業点 Aに対してティ一チング動作する際に、 前記 任意の作業点 Aを一時的にロボッ ト制御点から見たェン ドエフユク タとして制御し、 ワーク 4を作業点回りに回転動作させることより、 ワーク 4の姿勢を前記作業点 Aに対して所望の相対姿勢に変化させ ることを特徵とする。
    [0016] 本発明によれば、 πボッ トの把持するワークの姿勢を任意の作業 点に対して所望の相対姿勢となるように短時間で変更することがで き、 ティーチング時間の短縮に大きな効果がある。
    [0017] 〔図面の簡単な説明〕
    [0018] 第 1図は従来のティーチング動作例を示す説明図、 第 2図は本発 明での動作例を示す説明図、 第 3図及び第 4図は任意の作業点の座 標定義を示す図、 第 5図はロボッ ト制御点と任意の作業点の闋係を 示すぺク トル図、 第 6図は制御される 6軸闋節ロボッ トの外観図、 第 7図はロボッ 卜の固定座標の X。 一 Y D 平面への投影図、 第 8図 はロボッ トの M。 — Z。 平面への投影図、 第 9図は本発明のロボッ トの制御方法を実施するためのロボッ ト制御装置の構成例を示すブ ロ ッ ク図、 第 10図はその処理手順を示すフローチヤ一 トである。 〔発明を実施するための最良の形態〕 以下、 本発明を、 実施例に基づいて具体的に説明する。
    [0019] まず、 第 3図に示すように、 ツール寸法が正しく測定されたツー ル 2をロボッ ト 1の手首部に装着して教示作業用ツール 3の任意の 作業点 Aの座標を教示する。 次に、 第 4図に示すように、 B点及び C点にツール 2を移動し教示する。 ただし、 A点〜 C点の関係は次 の通りである。
    [0020] A点 · · ·作業点 （座標の原点）
    [0021] 3点♦ · ♦ Xu 軸方向
    [0022] C点 · · · Yu 軸方向
    [0023] ΑΒ, A Cの外積を Z u 軸方向とする。
    [0024] 第 5図に示すように、 A， B， C点の座標值より口ポッ トの基準 座標 Zから見た任意の作業点 Aでの座標系を S (4 X 4マ ト リ クス） で定義すると、
    [0025] S = Z · S
    [0026] Γ1 a xs P KS
    [0027] n yS 0 ys a ys P ys
    [0028] cf、、 S =
    [0029] n zs a 2s P zs
    [0030] 0 0 0 1
    [0031] 1 0 0 0
    [0032] 0 1 0 0
    [0033] Z =
    [0034] 0 0 1 0
    [0035] 0 0 0 1 となる。
    [0036] 但し、 A (P P y s P zs) — >·
    [0037] X ϋ (η Τ1 y s n , ")
    [0038] y υ = (Ο 0 ys 0: ")
    [0039] ζ υ = ( a a：
    [0040] x u , y u , z u は単位ぺク ト レ
    [0041] 次に、 ティ 一チング操作する際に、 任意の作業点 Aを一時的に口 ボッ ト 1が把持したワーク 4上の制御点 Rから見たェンドエフエク タとして演算する（第 5図）。
    [0042] S = Z * T · E
    [0043] E = T- 1♦ S
    [0044] ここで Tはロボッ トの制御点 Rを表すマ ト ijクス、 Eはロボッ ト の制御点 Rから作業点 Aまでのェンドエフユクタを表すマ ト リクス で £&る。
    [0045] ここで作業点 Aに定義された座標系の Z u 軸回りの回転動作を例 にとって説明する。 回転角度を 0とすると、 回転移動マ ト リ クス Μ は、
    [0046] M = Rot(Z u, <9 ) ot(Yu, 0 )Rot(Xu, 0 )
    [0047] となり、 任意の作業点 Aの座標系 Sは見掛け上.
    [0048] S '
    [0049] Sy = S - M
    [0050] と表されるため、 ロボッ トは、
    [0051] · E = S,
    [0052] T,= S 'E"1 で表される T' の 6軸のリ ンク角を算出すればよい。
    [0053] この箅出方法としては、 例えば特開昭 62— 193786号公報に記載さ れた方法を用いることができる。
    [0054] この方法について説明する。
    [0055] 第 6図は制御される 6軸関節ロボッ トの外観図、 第 7図はロボッ トの固定座標 （Χ。， Υ。， Ζ。〉の X。 一 Υ。 平面への投影図、 第 8図 はロボッ トの Μ。 一 Z D 平面への投影図である。
    [0056] ステ 2プ 1 ： まずロボッ トの位置データ P x， P Y， P z が与えられる。
    [0057] ステップ 2 ： ロボッ トの手首 15, 16， 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
    [0058] Θ 2, 03 の溃算を行う。
    [0059] この渲算は次の手順で行う。 第 7図に示すように、 固定座標軸の Xo — Y。 平面にロボッ トを投影させて Px, P ， Py， P を求め る。 すると、 リ ンク角 ， は
    [0060]
    [0061] により求まる。 次に、 制御点 Pまでのべク トルを M。として M。一 Z 0 平面を想定する。 そして、 第 8図に示すように M。一 Ζ。平面にロボ ッ トを投影させて、 P ， Ρ= Μ', M'を求める。
    [0062] そうすると、 リ ンク角 2， リ ンク角 <93 は、
    [0063] 2 = tan-1(P,XM')
    [0064] Θ 3=tan-' (P Ζ'ΖΜΊ
    [0065] により求まる。
    [0066] 以上で、 リ ンク角 ^ ^ 2， 3 が求まつた。 ただし、 これらの角 度 ！， 2， 3 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。
    [0067] ステップ 3 ： 次に姿勢データ n x， n y, n z, 0 x,◦ 02, a x， a y, a ζ を入力し、 これら姿勢データと先に求めたリ ンク角 <9 2, 3 (仮の解） により手首部のリ ンク角
    [0068] 5, s を演算する。 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。 ここで、 1番目から 6蕃目のリ ンク の座標に関し、 n番目のリ ンクの座標を n— 1番目の リ ンクの座標に関連づける 4つの同時変換の積として 6関節の姿勢操作を表現する行列 An を導入すると、 手首先端の座標 T6 は次のように表される。
    [0069] T6=A , A2 A3 A4 A 5 Α6
    [0070] 0 これを変形して、 A 3— 1 Α 1 Α 1 Τ 8 = A 4Α 5Α 6
    [0071]
    [0072] (1) ただし、 S，L， U， R，B，T はそれぞれ Z lt Z 2, Z 6軸、
    [0073] 5 S = s in ^ i, SLu= sin Θ 2+ & s) , Su = sin^ 3
    [0074] cos θ 3
    [0075] SR=sin Θ , SB =siri s, ST = sin Θ s CR=cos^ 4, CB =cos Θ 5, CT=cos θ 6 a 2= L軸アーム長
    [0076] d 2 = S軸回転中心と R軸回転中心の距離
    [0077] d 4 = U軸アーム長
    [0078] d 5=R軸回転中心と T軸回転中心の距離
    [0079] (1)式より、
    [0080] -CR-SB- a KCS-SLu+aySS-SLU-azCLU — (2) -SR-SB = -aKSS+ayCS … )
    [0081] (2)， （3)式より、
    [0082] 0
    [0083]
    [0084] また、 n -、 λ Τ G= A 5Α
    [0085] 〜(4) (4)式より、
    [0086] -SB=ax(CS*SLu*CR-SS-SR)+ay (SS-SLu-CR+CS-SR)-a,CLu*CR -(5) CB = axCS*CLu+aySS*CLu+SLuas ··· (6) (5)， （6)式より
    [0087] (4)式より、
    [0088] ST=nK(CS*SLlJ*SR- SS-CR)+ny(SS*SLtI'SR- CS*CR)- nzCLU'SR (7) CT=Ox(CS-SLu-SR-SS-CR)+Oy(SS-SLu-SR-CS-CR)-OzCLu-SR (8)
    [0089] K=CS-SLU-SR-SS-CR.
    [0090] とおく と、
    [0091] nK +nyL-nzM
    [0092] Θ = tan )
    [0093] 0XK+OYL-0AM
    [0094] ステップ 6 ： さらにリ ンク角 s, 6 と位置データ P x, P γ， P z
    [0095] により位置を補正し、 基本 3軸のリ ンク角 ^ , 〜 を再演算する。 演算方法は前述と同様である。
    [0096] ステップ 7 演算終了後は各リ ンク角（？， 〜 Θ s が出力される。 こ れは TB で措定され ^位置テ'ータ、 姿勢丁'ータを近似 的に満足するものである。
    [0097] なお、 ロボッ トの機構的要因によって決定される精度およびロボ ッ トの動作で要求される精度に応じて、 上述した演算処理 （ステツ プ 1〜ステップ 6 ) を繰り返し行うことにより所望の精度を実現で さ 。
    [0098] このようにして算出されたリ ンク角により各軸に射して動作指令 を出力することにより、 ロボッ トの把持するワーク 4の姿勢を第 2 図に示すように動作させることが可能となる。 Xu 軸、 Yii 軸回り の回転動作も同様である。
    [0099] 以上の制御方法を実施するためのロボッ ト制御装置の構成を示す プロ ック図が第 9図である。
    [0100] 第 9図に示すようにロポッ ト制御装置は記憶部 10と C P U処理部 20により構成されている。 その動作を、 第 10図のフロ ーチャー トに 従って説明する。 まず、 ステップ 100 に示すように任意の作業点 A の座標をロボッ 卜で教示する。 次に、 ステップ 110 に示すように、 教示点より作業点の座標 Sを演算し、 記憶部 10の記憶ェリァに格納 する。 次のステップ 120 においては、 ティーチボックスの信号によ り C P Uへ動作命令が出されると、 ロボッ トの制御点 Rから作業点 Aまでのェンドエフエクタ Eを算出する。 ステップ 130 では、 作業 点 Aの回転座標 S ' と元のェンドエフエクタ Eより ボッ トの制御 点座標 T ' を算出する。 ステップ 140 では、 ロボッ トの制御点座標 T ' より各軸のリ ンク角を算出し、 動作指令を出力する。
    [0101] 〔産業上の利用可能性〕
    [0102] 本発明は、 産業用ロボッ トの作業形態の一つであるワーク持ち作 業において、 ティ一チ ング作業性の改善に極めて有効に利用するこ とができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 任意の作業点をロボッ 卜の基準座標上で定義し、 ボッ トが把 持するワークを前記作業点に対してティ一チング動作する際に、 前 記任意の作業点を一時的にロボッ ト制御点から見たェン ドエフユク タとして制御し、 ワークを作業点回りに回転動作させることより.、 ワークの姿勢を前記作業点に対して所望の相対姿勢に変化させるこ とを特徴とするロボッ 卜の制御方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    EP3342561A1|2018-07-04|Remote control robot system
    CN104965517B|2018-01-26|一种机器人笛卡尔空间轨迹的规划方法
    US9517563B2|2016-12-13|Robot system using visual feedback
    KR101581096B1|2015-12-29|다관절형 로봇의 제어 장치, 제어 방법 및 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체
    JP3708097B2|2005-10-19|ロボットの手動送り装置
    US6845295B2|2005-01-18|Method of controlling a robot through a singularity
    US4680519A|1987-07-14|Recursive methods for world-to-joint transformation for a robot manipulator
    Yoshikawa1985|Manipulability of robotic mechanisms
    TWI303359B|2008-11-21|Robot locus control method and apparatus and program of robot locus control method
    US5880956A|1999-03-09|Lead-through robot programming system
    DE102010018440B4|2015-06-03|Hierarchisches Robotersteuerungssystem und -Verfahren zum Steuern ausgewählter Freiheitsgrade eines Objekts unter Verwendung mehrerer Manipulatoren
    KR890005032B1|1989-12-06|공업용 로보트의 동작교시방법 및 장치
    Kim et al.1987|A comparison of position and rate control for telemanipulations with consideration of manipulator system dynamics
    EP0188623B1|1991-12-11|Method for setting tool coordinate system
    Dubey et al.1988|Redundant robot control using task based performance measures
    EP2699392B1|2015-10-21|An industrial robot having a kinematically redundant arm and a method for controlling the robot
    US8560122B2|2013-10-15|Teaching and playback method based on control of redundancy resolution for robot and computer-readable medium controlling the same
    US5499320A|1996-03-12|Extended task space control for robotic manipulators
    US9519736B2|2016-12-13|Data generation device for vision sensor and detection simulation system
    Lee et al.1984|Geometric approach in solving inverse kinematics of PUMA robots
    EP1738881B1|2012-08-08|Robot control system
    DE69636447T2|2007-05-03|Verfahren und vorrichtung zum steuern der bewegung eines redundanten manipulators
    KR101645091B1|2016-08-02|로봇 시스템 및 피가공물의 제조 방법
    JP6010776B2|2016-10-19|ロボットシステムの制御方法およびロボットシステム
    JP4130703B2|2008-08-06|作業領域操作方法及びベンディングプレス機に隷属するロボット
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0440816A4|1994-05-18|
    JPH0385608A|1991-04-10|
    US5222199A|1993-06-22|
    JP2979552B2|1999-11-15|
    DE69032398D1|1998-07-16|
    DE69032398T2|1999-03-25|
    EP0440816B1|1998-06-10|
    EP0440816A1|1991-08-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-03-21| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1991-03-21| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    1991-04-22| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990912489 Country of ref document: EP |
    1991-08-14| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990912489 Country of ref document: EP |
    1998-06-10| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1990912489 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1223986A|JP2979552B2|1989-08-29|1989-08-29|ロボットの制御方法|
    JP1/223986||1989-08-29||EP19900912489| EP0440816B1|1989-08-29|1990-08-27|Robot control method|
    DE1990632398| DE69032398T2|1989-08-29|1990-08-27|Robotersteuerungsverfahren|
    [返回顶部]