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JP3207409B2 - ロボットのツール姿勢制御方法 - Google Patents

ロボットのツール姿勢制御方法

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JP3207409B2
JP3207409B2 JP05483588A JP5483588A JP3207409B2 JP 3207409 B2 JP3207409 B2 JP 3207409B2 JP 05483588 A JP05483588 A JP 05483588A JP 5483588 A JP5483588 A JP 5483588A JP 3207409 B2 JP3207409 B2 JP 3207409B2
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、産業用ロボットにおけるツール姿勢制御方
法に関する。
従来の技術 従来、産業用ロボットにおけるツール姿勢制御は、始
点から終点間におけるツールの向きの回転角度とツール
回りの回転角度の２つの角度を、始点と終点間の２点間
でリニアに補間してツールの姿勢を制御している。
第５図は、この従来のツール姿勢制御の説明図で、始
点P1でツールの向きはアプローチベクトルV1で示されて
いるものとする。そして、終点P2ではツールの向きはベ
クトルV2で示されるものとすると、ツールの向きの回転
角度θ１、即ち、始点P1から終点P2までベクトルV1を平
行移動したときのベクトルV1′とすると、ベクトルV1′
とベクトルV2が通る平面に対し垂直な終点P2を通る軸を
中心にベクトルV1′をベクトルV2まで回転させた回転角
度θ１と、ツールの軸回りの回転角度（アプローチ軸ま
わりの回転角度）θ２を始点と終点間でリニアに補間
し、ツール姿勢を制御している。
発明が解決しようとする課題 上述したツールの向きの回転角度θ１とツールの軸回
りの回転角度θ２によってツールの姿勢制御を行う従来
の方法においては、始点から終点へ移動中、ツールが意
図した方向に向かない場合がある。特に円弧補間を行っ
て円弧径路軌跡をツールが通るような場合に生じる。通
常、円弧径路に対しては始点と終点及びその中間点を教
示して円弧軌跡を描かせる。例えば、第６図に示すよう
にある平面１の始点P1,終点P2及び中間点P3を教示し、
円弧２の径路を教示した場合、ツールの向き即ちアプロ
ーチベクトルの向きは、始点のアプローチベクトルV1を
始点P1から終点P2まで平行移動したベクトルV1′とベク
トルV2を通る平面上でのベクトルV1′からベクトルV2ま
での回転角度（ツールの向きの回転角度）θ１を始点か
ら終点までリニアに補間して移動するものであるから、
一律的に決まってしまう。即ち、始点と終点のツールの
向きによって始点と終点間のツールの向き（アプローチ
ベクトルV3）は一律的に決まり、中間点におけるツール
の向きを制御することができない。例えば、ツールの向
きを円弧の内側に向くように動作させることを意図して
もこの意図どおりにはならない。径路が円の半周を越え
る場合には特にひどく、始点と終点でツールが円弧の内
側を向いているとしても、その中間部ではツールの向き
が円弧の外側を向くことになる。
そこで、本発明の目的は、始点と終点へ移動途中にお
いてもツールの向きを制御できるツール姿勢制御方法を
提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明は、ロボットの作業点の始点と終点の位置およ
び中間点の位置を含む平面を基準平面とし、前記作業点
の始点と終点の位置および前記基準平面からのツールの
傾き角度、基準平面に投影したツールの基準平面上の基
準線に対する角度、ツール軸回りの回転角度を、夫々始
点と終点で補間してロボットを駆動することによって、
上記課題を解決した。
作用 第１図は、本発明の作用原理の説明図で、始点P1から
終点P2までの円弧が教示され、始点P1,終点P2のツール
の向き、即ち、アプローチベクトルV1,V2の基準平面
（始点P1,終点P2及び中間点を通る平面）１からの傾き
角度を夫々θ1,θ１′とし、基準平面上の基準線（例え
ばＸ軸線又は円弧中心と始点を結ぶ線等の基準平面１上
に投影したツールの回転量を測る基準線）３からの基準
平面１上に投影したツールの回転角度を夫々θ2,θ２′
とし、ツール軸回りの回転角度を夫々θ3,θ３′とする
と、本発明は、始点P1から終点P2まで位置の補間が行わ
れると共に上記３つの角度の補間が行われる。そのた
め、ツールの傾きの回転量（θ１′−θ１）、基準平面
に投影したツールの向きの回転量（θ２′−θ２）も補
間されるため、ツールの傾きはθ１からθ１′ヘリニア
に変化し、かつ基準平面に投影されたツールの向きもθ
２からθ２′ヘリニアに変化する。このように、基準平
面に対するツールの傾き（θ1,θ１′）及び基準平面に
投影したツールの向き（θ2,θ２′）によってツールの
向きが制御されるため、始点から終点への径路途中にお
いても意図とするツールの向きを得ることができる。
実施例 第２図は、本発明の方法を実施する産業用ロボットの
ブロック図である。20はロボットの制御装置、30はロボ
ットの機構部、40はロボットが作業する作業対象であ
る。制御装置20は中央処理装置（以下、CPUという）21
を有し、該CPU21には、制御プログラムが格納されたROM
からなるメモリ22,教示データ等を記憶するRAMからなる
メモリ23,ロボットに動作を教示するための教示操作盤2
4,各種指令等を入力するための操作盤25,サーボ回路27
を介してロボット機構部30の各軸のサーボモータを駆動
するための軸制御器26及び作業対象40との信号の送受を
行うインターフェイス28がバス29で接続されている。
上述した産業用ロボットの構成は従来のものと同一で
あり、詳細は省略する。
そこで、ツール姿勢制御を行うときの動作処理を第３
図の動作フローチャートと共に説明する。
まず、CPU1はメモリ23から教示プログラムの１ブロッ
クを読み（ステップS1）、次に現在のロボットの作業点
（始点）の座標位置（X,Y,Z）とツールの姿勢を示す３
つの角度θ１（基準平面からのツールの傾き）、θ２
（基準平面に投影されたツールの向き）、θ３（ツール
軸回りの回転）を求め（ステップS2）、ステップS1で読
取った目標点、即ち終点の座標位置（X,Y,Z）及びツー
ル姿勢θ1,θ2,θ３を求める（ステップS3）。ステップ
S2,S3で求められた始点，終点の座標位置（X,Y,Z）よ
り、位置の粗補間とツール姿勢を示す３つの角度θ1,θ
2,θ３の移動角度に対する補間を行う粗補間処理をする
（ステップS4）。次に、粗補間で求められた補間点に対
し、ロボットの各関節の関節角に変換し（ステップS
5）、この関節角の回転量に対し補間を行ってパルス分
配し、ロボットの各軸のサーボモータを駆動する（ステ
ップS6）。そして、１ブロックの処理が終了したか否か
（目標点まで達したか否か）判断し（ステップS7）、終
了してなければ再びステップS4〜S7の処理を繰り返す。
そして、１ブロックの処理を終了すると次のブロックを
読み（ステップS8），プログラム終了でなければ（ステ
ップS9）、再びステップS2以下の処理をプログラムが終
了するまで繰り返す。
以上が本発明の動作処理であるが、第４図に本発明に
よりロボットに円弧径路を教示したときの動作を示す。
始点P1,終点P2及びその中間点P3の位置が教示され、
さらに終点P2のツール姿勢を示す３つの角度θ１′，θ
２′，θ３′が教示され円弧指令が指令されると、始点
P1から終点P2まで位置の補間が行われると共に、始点P1
と終点P2の基準平面１に対するツール傾きの変化量（θ
１′−θ１）に対する補間、基準平面１に投影したツー
ルの向き（基準線３からの回転角）の変化量（θ２′−
θ２）に対する補間及びツール軸回りの回転量（θ３′
−θ３）に対する補間が行われ、ツールは始点P1から円
弧径路２を通過する間にツールの姿勢を示す３つの角度
はθ１からθ１′、θ２′からθ２、θ３′からθ３へ
とリニアに変化する。そのため、ツールが円弧の内側を
向くように始点P1,終点P2のツールの向きを指定してお
けば、ツールは始点P1から終点P2へ移動中常に円弧の内
側を向く。特に、円を略一周するような円弧径路の場
合、基準平面１に投影したツールの向きの変化量が略36
0度となり、この360度がツールが円を一周する間に補間
されるから、常にツールが円弧の内側を向くことがわか
る。この点従来の方法だと、円弧径路途中においてツー
ルが外側を向く点で大きく異なる。
発明の効果 本発明は、ツールの姿勢を教示時の意図どおりに制御
できるので、円弧補間の場合、従来制御できなかったツ
ールの向きを意図する向きに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の作用原理を説明する図、第２図は本発
明を実施する産業用ロボットのブロック図、第３図は同
実施例の動作処理フローチャート、第４図は本発明によ
る円弧径路の動作説明図、第５図は従来のツール姿勢制
御の説明図、第６図は従来のツール姿勢制御での円弧径
路の動作説明図である。 １……基準平面、２……径路、３……基準線、V1,V2,V3
……アプローチベクトル、θ1,θ１′……基準平面から
のツールの傾き角度、θ2,θ２′……基準平面に投影し
たツールの向き角度、θ3,θ３′……ツール回りの回転
角度。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−285110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−106007（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−51304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29805（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロボットの作業点の始点と終点の位置およ
    び中間点の位置を含む平面を基準平面とし、前記作業点
    の始点と終点の位置および前記基準平面からのツールの
    傾き角度、基準平面に投影したツールの基準平面上の基
    準線に対する角度、ツール軸回りの回転角度を、夫々始
    点と終点で補間してロボットを駆動することを特徴とす
    るロボットツール姿勢制御方法。
JP05483588A 1988-03-10 1988-03-10 ロボットのツール姿勢制御方法 Expired - Fee Related JP3207409B2 (ja)

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