JPH07175508A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多関節型の作業ロボットを軌跡補間で駆動制
御するロボット制御装置において、その処理負担を増加
させることなく作業ロボットの制御精度を改善する。 【構成】 作業ロボットの予定の移動軌跡を補間して目
標値を設定する際、そのサンプリング間隔を部分的に可
変する間隔可変手段をＣＰＵ１３等で設け、緻密な駆動
制御が必要な部分では目標値を増加させると共に、緻密
な駆動制御が不要な部分では目標値を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多関節型の作業ロボッ
トを駆動制御するロボット制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】工場で製品の加工や組立に利用されてい
る多関節型の作業ロボットは、複数の可動アームを関節
機構を介して可動自在に順次連結して位置不動のベース
に装着した構造などとなっており、一般的には順次連結
された可動アームの先端部の手先に工作機械などが設け
られている。そして、このような作業ロボットを駆動制
御するロボット制御装置は、その関節機構の駆動を制御
することで可動アームを予定の軌跡で移動させるように
なっている。

【０００３】そこで、このようなロボット制御装置が作
業ロボットの手先を直線状に移動させる場合の処理動作
を、図６及び図７に基づいて以下に説明する。

【０００４】まず、このようなロボット制御装置では、
図７に例示するように、作業ロボットの手先をＡ点から
Ｂ点まで直線状に移動させる場合、図６に例示するよう
に、予め設定された動作プログラムにより、作業ロボッ
トの手先の始点であるＡ点と終点であるＢ点とを空間座
標に変換し、この二つの空間座標を直線で結んだ軌跡を
一定の間隔ｄで複数に離散させる。そして、この離散さ
せた作業ロボットの手先の位置や速度を、複数の関節機
構の各々の位置や速度に変換し、この目標の位置や速度
に実際の位置や速度が一致するように複数の関節機構を
駆動制御することで、この作業ロボットの手先はＡ点か
らＢ点に向かって移動することになる。

【０００５】つまり、このようなロボット制御装置は、
作業ロボットを駆動制御する場合、その目標とする移動
の軌跡を複数に離散させた目標値に現在値が一致するよ
うにしているので、軌跡の離散を微細にして目標値の個
数を増加させるほど、作業ロボットの実際の移動は目標
の軌跡に近似した良好なものとなる。

【０００６】しかし、上述のようなロボット制御装置で
は、目標値の各々を座標変換する必要があるが、このよ
うな座標変換は多数の三角関数などを内包するために演
算処理が煩雑で処理時間が多大なので、作業ロボットの
制御速度を低下させることなく目標値の個数を増加させ
ることは困難である。そして、このように目標値が少数
のロボット制御装置では、駆動制御する作業ロボットの
実際の移動の軌跡と目標の軌道との誤差が増大してお
り、速度変化も顕著であるために停止時に手先が振動す
るなどしている。

【０００７】そこで、上述のような課題を解決するた
め、現在のロボット制御装置では、少数の目標値間の長
大な軌跡を補間することで、目標値が少数でも作業ロボ
ットの動作が円滑となるようにしている。そこで、この
ような軌跡補間をロボット制御装置に実行する方法を以
下に説明する。

【０００８】まず、作業ロボットの一つの関節機構に着
目した場合、図８に例示するように、手先の移動軌跡の
離散により関節機構の目標値も時間と関節角とで求まる
ので、図９に例示するように、これらの目標値を直線で
結ぶことで軌跡補間の一種である直線補間を実現する。
そこで、ここではθ1-θ1'において軌跡補間した直線に
着目すると、図１０に例示するように、この補間した直
線上に複数の点を擬似的な目標値として設定し、図１１
に例示するように、このような目標値（ａ，ｂ等）の間
に、さらに軌跡補間の一種であるサーボ補間を実行す
る。この時、このサーボ補間は、例えば、予定時刻te，
tfに対して目標値θ1e，θ1fが設定されている場合に、
現在時間ｔが“te≦ｔ＜tf”ならば関節角θを目標値θ
1eに維持するような駆動制御である。

【０００９】このようにすることで、上述したロボット
制御装置では、軌跡補間により少数の目標値の長大な軌
跡を補間することができるので、目標値が少数でも作業
ロボットの動作を円滑にすることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したロボット制御
装置では、目標値が少数でも軌跡補間とサーボ補間とに
より作業ロボットを円滑に駆動制御するようになってい
る。

【００１１】しかし、このロボット制御装置では、サー
ボ補間のサンプリングにより設定される擬似的な目標値
の間隔が一定なので、緻密な駆動制御が不要な通常の動
作状態では不要な目標値が増大して処理負担が無用に増
加している。

【００１２】そこで、このような課題を解決する手段と
しては、図１２に例示するように、軌跡補間のサンプリ
ング間隔を延長することが想定できるが、これでは緻密
な駆動制御が必要な動作状態では目標値が不足して作業
ロボットに振動等が発生することになる。

【００１３】そこで、このような課題を解決するために
は、図１３に例示するように、軌跡補間のサンプリング
間隔を短縮にすることが想定できるが、これでは前述の
ように緻密な駆動制御が不要な通常の動作状態では目標
値が不要に増大して処理負担が無用に増加することにな
る。

【００１４】ここで、特開平4-256105号公報に開示され
たロボット制御装置では、上述のような軌跡補間とは相
違する手段により、作業ロボットの動作を円滑化するよ
うになっている。つまり、上記公報のロボット制御装置
は、停止する予定の位置までの手先の距離を常時検出
し、この検出値が予め設定した基準値より減少した場合
のみ、フィードバック制御や直線加速度低減などの特別
な駆動制御を実行するようになっている。

【００１５】このようにすることで、上述したロボット
制御装置では、緻密な制御が不要な通常の動作状態では
誤差を許容して駆動制御の処理負担を軽減すると共に、
停止予定位置の近傍では緻密な駆動制御を実行して予定
位置に円滑に移動して正確に停止するようになってい
る。しかし、このロボット制御装置では、通常の動作状
態では位置補正を実行しないので、例えば、外乱などに
よって多大な位置誤差が発生すると復帰が困難となる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数の可動アームを関節機構を介して可動自在に順次連
結した多関節型の作業ロボットを駆動制御する際に、こ
の作業ロボットの各部の予定の移動軌跡に予め設定され
た所定間隔で複数の目標値を設定する目標設定手段と、
この目標設定手段で設定された複数の目標値間に軌跡を
補間する軌跡補間手段と、この軌跡補間手段で補間され
た軌跡をサンプリングして複数の擬似的な目標値を設定
する目標補間手段と、この目標補間手段や前記目標設定
手段で設定された目標値に現在値が一致するように前記
作業ロボットを駆動制御する駆動制御手段とを具備した
ロボット制御装置において、目標補間手段のサンプリン
グ間隔を部分的に可変する間隔可変手段を設けた。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに速度変化が発生するタイミ
ングで速度変化が大きい関節機構に対するサンプリング
間隔を短縮するように間隔可変手段を設けた。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに速度変化が発生するタイミ
ングで速度変化が小さい関節機構に対するサンプリング
間隔を延長するように間隔可変手段を設けた。

【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットの現在値と目標値との差分に
対応してサンプリング間隔を逐次可変するように間隔可
変手段を設けた。

【００２０】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、間隔可変手段のサンプリング間隔の可変割
合を作業ロボットの先端側の関節機構よりも末端側の関
節機構に対して大きく設定した。

【００２１】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに外乱が作用する時間にはサ
ンプリング間隔を短縮するように間隔可変手段を設け
た。

【００２２】

【作用】作業ロボットの予定の移動軌跡を補間して目標
値を設定する際、そのサンプリング間隔を部分的に可変
することで、緻密な駆動制御が必要な部分では目標値を
増加させると共に、緻密な駆動制御が不要な部分では目
標値を減少させるようなことを実現する。

【００２３】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図５に基づい
て以下に説明する。なお、本実施例で例示するロボット
制御装置に関し、一従来例として前述したロボット制御
装置と同一の部分は、同一の名称を利用して詳細な説明
は省略する。

【００２４】まず、このロボット制御装置１は、図２に
例示するように、多関節型の作業ロボット２に接続され
ており、この作業ロボット２とロボット制御装置１とで
ロボットシステム３が形成されている。

【００２５】ここで、このロボットシステム３の前記作
業ロボット２では、図２及び図３に例示するように、ベ
ースユニット４に立設された支柱５に、第一の関節機構
６を介して第一の可動アーム７が水平方向に回転自在に
連結されており、この第一の可動アーム７の先端部に、
第二の関節機構８を介して第二の可動アーム９が水平方
向に可動自在に連結されている。さらに、この第二の可
動アーム９の先端部には、第三の関節機構１０を介して
第三の可動アーム１１が垂直方向にスライド自在に連結
されており、この第三の可動アーム１１の先端部には手
先となるマジックハンド１２が設けられている。

【００２６】なお、この作業ロボット２では、前記マジ
ックハンド１２や前記関節機構６，８，１０の各々にサ
ーボモータとエンコーダ（共に図示せず）とが内蔵され
ているので、ロボット制御装置１は、前記マジックハン
ド１２や前記関節機構６，８，１０をエンコーダの検出
値に基づいてサーボモータで駆動制御するようになって
いる。

【００２７】ここで、このロボット制御装置１は、図１
に例示するように、ＲＡＭ(RandomAccess Memory)やＲ
ＯＭ(Read Only Memory)が一体化されたＣＰＵ(Central
Processing Unit）１３に、座標変換１４や軌跡補間１
５やサーボ補間１６などの各種機能を、例えば、駆動Ｉ
Ｃ(Integrated Circuit)等のハードウェアやアプリケー
ションプログラム等のソフトウェアで付加した構造とな
っている。

【００２８】そして、このロボット制御装置１では、前
記作業ロボット２の前記可動アーム７，９，１１の予定
の移動軌跡に予め設定された所定間隔で複数の目標値を
設定する目標設定手段が、前記ＣＰＵ１３や前記座標変
換１４等で形成されており、このＣＰＵ１３等の目標設
定手段で設定された複数の目標値間に軌跡を補間する軌
跡補間手段が、前記ＣＰＵ１３や前記軌跡補間１５等で
形成されている。さらに、この軌跡補間１５等の軌跡補
間手段で補間された軌跡をサンプリングして複数の擬似
的な目標値を設定する目標補間手段が、前記ＣＰＵ１３
や前記等サーボ補間１６等で形成されており、このサー
ボ補間１６等の目標補間手段や前記軌跡補間１５等の目
標設定手段で設定された目標値に現在値が一致するよう
に前記作業ロボット２を駆動制御する駆動制御手段が、
前記ＣＰＵ１３等で形成されている。

【００２９】そして、このロボット制御装置１では、サ
ーボ補間１６等の目標補間手段のサンプリング間隔を部
分的に可変する間隔可変手段が、前記ＣＰＵ１３等で形
成されている。なお、このサンプリング間隔の部分的な
可変とは、前記作業ロボット２の一連の動作の所要時間
における一部の時間においてサンプリング間隔を可変す
ることと、前記作業ロボット２の複数の前記関節機構
６，８，１０の一部のサンプリング間隔を可変すること
との両方を意味しており、このような二種類のサンプリ
ング間隔の可変を組合せることも可能となっている。

【００３０】そこで、このロボット制御装置１では、例
えば、前記ＣＰＵ１３等の処理能力、前記作業ロボット
２の作業内容、前記ロボットシステム３の作業環境など
の各種要因に基づいて、利用者の所望によりサーボ補間
１６等の目標補間手段のサンプリング間隔を前記ＣＰＵ
１３等の間隔可変手段で部分的に可変するようになって
いる。

【００３１】このようにすることで、サンプリングによ
り設定される擬似的な目標値を、緻密な駆動制御が必要
な部分では増加させると共に、緻密な駆動制御が不要な
部分では減少させるようなことができるので、前記作業
ロボット２の制御精度を改善すると共にロボット制御装
置１の処理負担を軽減することができる。

【００３２】そこで、このようなロボット制御装置１の
サンプリング間隔の部分的な可変の具体例を以下に順次
説明する。まず、このロボット制御装置１において、作
業ロボット２に速度変化が発生する動作開始時や動作終
了時などのタイミングで、複数の関節機構６，８，１０
の速度変化が大きい一部に対するサンプリング間隔を短
縮すると共に速度変化が小さい一部に対するサンプリン
グ間隔を延長するように、ＣＰＵ１３等の間隔可変手段
を設定することが実施可能である。

【００３３】このようにすることで、作業ロボット２の
動作開始時や動作終了時の応答性を改善して起動の速度
や停止の精度を向上させることができ、ロボット制御装
置１の処理負担は複数の関節機構６，８，１０の一部で
は増大するが全体的には軽減することが可能である。

【００３４】また、このロボット制御装置１において、
作業ロボット２の現在値と目標値との差分に対応してサ
ンプリング間隔を逐次可変するように、ＣＰＵ１３等の
間隔可変手段を設定することも実施可能である。より具
体的には、作業ロボット２の現在値と目標値との差分が
大きい場合には関節機構６，８，１０の速度変化も大き
いことになるので、図４に例示するように、このように
関節機構６，８，１０の速度変化が増大する時間（te〜
tf）においてサンプリング間隔を短縮する。

【００３５】このようにすることで、作業ロボット２の
動作状態をリアルタイムに補正して停止の精度などを向
上させることができ、ロボット制御装置１の処理負担は
動作時間の一部では増大するが全体的には軽減すること
が可能である。

【００３６】また、このロボット制御装置１において、
ＣＰＵ１３等の間隔可変手段のサンプリング間隔の可変
割合を、作業ロボット２の先端側の関節機構１０等より
も末端側の関節機構６等に対して大きく設定しておくこ
ともできる。

【００３７】このようにすることで、図３に例示したよ
うに、実際に各種作業を実行する作業ロボット２の先端
部のマジックハンド１２の位置に対する影響は、先端側
の関節機構１０等よりも末端側の関節機構６等ほど大き
いので、このような関節機構６に対応してはサンプリン
グ間隔の可変割合を大きく設定することで、作業ロボッ
ト２のマジックハンド１２の位置精度を改善することが
できる。

【００３８】さらに、このロボット制御装置１におい
て、例えば、作業ロボット２に外乱が作用する時間が予
め判明しているような場合には、この時間だけサンプリ
ング間隔を短縮するように、ＣＰＵ１３等の間隔可変手
段を設定することも実施可能である。より具体的には、
このロボット制御装置１が駆動制御する作業ロボット２
の近傍に同時に動作する第二の作業ロボット（図示せ
ず）が位置するような場合、図５に例示するように、こ
の第二の作業ロボットの作業動作の開始時間ti，tjには
作業ロボット２に振動などの外乱が作用することになる
ので、このような時間ti，tjにおいては作業ロボット２
のサンプリング間隔を短縮する。

【００３９】このようにすることで、外乱による作業ロ
ボット２の位置精度の低下を防止することができるの
で、複数の作業ロボット２等を同時に駆動する製品組立
システム（図示せず）などの性能向上に寄与することが
できる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、複数の可動アー
ムを関節機構を介して可動自在に順次連結した多関節型
の作業ロボットを駆動制御する際に、この作業ロボット
の各部の予定の移動軌跡に予め設定された所定間隔で複
数の目標値を設定する目標設定手段と、この目標設定手
段で設定された複数の目標値間に軌跡を補間する軌跡補
間手段と、この軌跡補間手段で補間された軌跡をサンプ
リングして複数の擬似的な目標値を設定する目標補間手
段と、この目標補間手段や前記目標設定手段で設定され
た目標値に現在値が一致するように前記作業ロボットを
駆動制御する駆動制御手段とを具備したロボット制御装
置において、目標補間手段のサンプリング間隔を部分的
に可変する間隔可変手段を設けたことにより、サンプリ
ングにより設定される擬似的な目標値を、緻密な駆動制
御が必要な部分では増加させると共に、緻密な駆動制御
が不要な部分では減少させるようなことができるので、
作業ロボットの制御精度を改善すると共にロボット制御
装置の処理負担を軽減することができる等の効果を有す
るものである。

【００４１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに速度変化が発生するタイミ
ングで速度変化が大きい関節機構に対するサンプリング
間隔を短縮するように間隔可変手段を設けたことによ
り、作業ロボットの動作開始時や動作終了時などの応答
性を改善して起動の速度や停止の精度を向上させること
ができる等の効果を有するものである。

【００４２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに速度変化が発生するタイミ
ングで速度変化が小さい関節機構に対するサンプリング
間隔を延長するように間隔可変手段を設けたことによ
り、ロボット制御装置の処理負担を軽減することができ
る等の効果を有するものである。

【００４３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットの現在値と目標値との差分に
対応してサンプリング間隔を逐次可変するように間隔可
変手段を設けたことにより、作業ロボットの動作状態を
リアルタイムに補正して停止の精度などを向上させるこ
とができる等の効果を有するものである。

【００４４】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、間隔可変手段のサンプリング間隔の可変割
合を作業ロボットの先端側の関節機構よりも末端側の関
節機構に対して大きく設定したことにより、実際に各種
作業を実行する作業ロボットの先端部の位置精度を改善
することができる等の効果を有するものである。

【００４５】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、作業ロボットに外乱が作用する時間にはサ
ンプリング間隔を短縮するように間隔可変手段を設けた
ことにより、外乱による作業ロボットの位置精度の低下
を防止することができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のロボット制御装置を例示す
る模式図である。

【図２】（ａ）はロボット制御装置を作業ロボットに接
続したロボットシステムの平面図、（ｂ）はロボットシ
ステムの側面図である。

【図３】作業ロボットを例示する平面図である。

【図４】作業ロボットの関節機構に対するロボット制御
装置のサンプリング間隔を例示する特性図である。

【図５】二台の作業ロボットの動作状態を例示するタイ
ムチャートである。

【図６】一従来例のロボット制御装置を作業ロボットに
接続したロボットシステムを例示する模式図である。

【図７】作業ロボットの先端部の移動軌跡を例示する模
式図である。

【図８】作業ロボットの関節機構の動作状態を例示する
特性図である。

【図９】図８の特性図を直線補間した状態を例示する特
性図である。

【図１０】図９の特性図の一部を拡大して目標値を設定
した状態を例示する特性図である。

【図１１】図１０の特性図の一部を拡大して擬似的な目
標値を選択した状態を例示する特性図である。

【図１２】図１１の特性図のサンプリング間隔を延長し
た状態を例示する特性図である。

【図１３】図１１の特性図のサンプリング間隔を短縮し
た状態を例示する特性図である。

【符号の説明】

１ ロボット制御装置 ２ 作業ロボット ６，８，１０ 関節機構 ７，９，１１ 可動アーム １３ 駆動制御手段、間隔可変手段 １３，１４ 目標設定手段 １３，１５ 軌跡補間手段 １３，１６ 目標補間手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 21/02 Ｚ 7531−3Ｈ (72)発明者 山田 茂 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の可動アームを関節機構を介して可
   動自在に順次連結した多関節型の作業ロボットを駆動制
   御する際に、この作業ロボットの各部の予定の移動軌跡
   に予め設定された所定間隔で複数の目標値を設定する目
   標設定手段と、この目標設定手段で設定された複数の目
   標値間に軌跡を補間する軌跡補間手段と、この軌跡補間
   手段で補間された軌跡をサンプリングして複数の擬似的
   な目標値を設定する目標補間手段と、この目標補間手段
   や前記目標設定手段で設定された目標値に現在値が一致
   するように前記作業ロボットを駆動制御する駆動制御手
   段とを具備したロボット制御装置において、目標補間手
   段のサンプリング間隔を部分的に可変する間隔可変手段
   を設けたことを特徴とするロボット制御装置。
2. 【請求項２】 作業ロボットに速度変化が発生するタイ
   ミングで速度変化が大きい関節機構に対するサンプリン
   グ間隔を短縮するように間隔可変手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
3. 【請求項３】 作業ロボットに速度変化が発生するタイ
   ミングで速度変化が小さい関節機構に対するサンプリン
   グ間隔を延長するように間隔可変手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
4. 【請求項４】 作業ロボットの現在値と目標値との差分
   に対応してサンプリング間隔を逐次可変するように間隔
   可変手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のロボ
   ット制御装置。
5. 【請求項５】 間隔可変手段のサンプリング間隔の可変
   割合を作業ロボットの先端側の関節機構よりも末端側の
   関節機構に対して大きく設定したことを特徴とする請求
   項１記載のロボット制御装置。
6. 【請求項６】 作業ロボットに外乱が作用する時間には
   サンプリング間隔を短縮するように間隔可変手段を設け
   たことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。