JPH0573118A - ロボツト制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロボットの動作の概念を拡大して、特定の動作
を例外扱いすることなしにロボットの動作を論理的に一
貫して扱うことのできるようにする。 【構成】ロボット40の外部で定義される外部座標系、外
部座標系と間接的に定義される間接定義座標系を考え
る。ロボット40の駆動軸ごとの動きをＬ動作、ロボット
40のツールの制御点での座標系に関するツールの動きを
Ｋ動作、ツールを外部座標系に関して平行移動させる動
きをＮ動作、ツールの姿勢を外部座標系の軸の方向に関
して変化させる動きをＱ動作、間接定義座標系における
位置と姿勢にツールの位置および／または姿勢を一致さ
せる動きをＩ動作、ツールの位置と姿勢を変化させずに
ロボット40のアームの位置と姿勢を変化させる動きをＦ
動作とする。L,K,N,Q,IおよびFの各動作を表わす動作指
令にそれぞれ対応するL,K,N,Q,IおよびF動作処理手段11
〜16を設けてロボット40を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの制御
装置に関し、特に、ツールと複数の駆動軸と前記駆動軸
を接続するアームとを有するロボットの動作を制御する
ロボット制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットの進歩は著しいが、この
進歩の過程においては、まずロボットが動くことを目的
とし、そして用途の拡大に応じて、ロボットの動きを改
良してきた。すなわち用途が変わったときには、それに
応じてロボット機械を新規に設計するか、新たな動作機
能をロボットの制御装置に組み込むかのいずれか一方あ
るいは両方の対策が取られてきた。

【０００３】通常の産業用ロボットにおいて基本とされ
ている動作は、ロボットの各アームの単独動作を主体と
するリンク動作といわれるものと、ロボットのアームの
先端に装着されたツールの座標系に関連したツール軸動
作といわれるもの（カルテシアン動作と呼ばれることも
ある）の２つであり、これに直線動作や円弧動作などが
付加され、これら４動作をもってロボットの基本動作と
されている。直線動作や円弧動作は、補完動作といわれ
ることもある。これは、直線動作や円弧動作は、従来の
ロボットの動作教示がティーチングとプレイバックでな
されるために、その動作の指定に先だって与えられる２
点あるいは３点に対し、内部的に通過点を算出、発生さ
せていたことからきている。これら基本動作における動
きの定義は、ロボットがその位置あるいはその姿勢にな
ったことがあるということを基本にしている。また、ツ
ールの３次元空間における位置と姿勢が６つのパラメー
タで表わされることにより（すなわち自由度が６）、従
来、ロボットの動作制御は６軸のロボットを中心にして
考えられてきており、それ以外は特殊なロボットとして
取り扱われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うなこれまでの技術改良の流れにおいては、ロボットが
機械として本来どのような動作を要求されるのかという
視点が欠けているため、用途の拡大への対応がロボット
の制御側で場当たり的になり、ロボット技術を提供する
側で混乱を招いてきている。つまり、本質的にはそれほ
ど異ならない制御方法であっても全く別のものであるか
のごとく扱われたり、あるいはある範囲の動作のみを基
本動作としているためこの範囲からはずれる動作を総て
例外動作として扱ったりしているという問題点がある。

【０００５】また、リンク動作、ツール軸動作、直線動
作、円弧動作だけの動作概念だけでロボットの動作を総
て網羅しているとはいえない。例えば、ビジョン入力装
置（画像入力装置）などからの入力によって決定される
ロボット外の点に対しロボットのツールの制御点を一致
させたりするような動作は、従来の動作の範疇にはな
い。それは、ロボットとしては、過去にその点に接近し
たこともないし、またその点に到達できるかどうかも不
明であるからである。そのような場合であっても、ロボ
ットがその点にできるだけ接近してほしいことがある。
さらに、２点もしくは３点を与えたときに、直線動作や
円弧動作以外の動きをしてもらいたいこともある。７軸
以上の関節を有するロボットにおける衝突回避のアーム
の動きを上述のような基本動作でとらえることはできな
い。この他、ロボット以外の対象物上に定義された点で
の座標系にツールの姿勢を合わせるような動作は、ロボ
ットにビジョンシステムが取り付けられて初めて出現し
た動作であるが、このような動作も上述の基本動作の範
疇にはない。このような特定の場合でも、対象物におけ
る座標系の軸とツールの軸における座標系の軸との組み
合せは、１通りではないが、このような組み合せを考慮
した動作も上述の基本動作で明確に定義されているわけ
ではない。

【０００６】さらに大きな問題として、本来はロボット
の制御理論からして差がないはずであるにもかかわら
ず、現状では６軸のロボットと６軸以外のロボットとで
は制御の取り扱いが全く異なっており、６軸以外のもの
を例外扱いしている。軸数が少ない場合には、実現可能
範囲が軸数が少ない分だけ狭くなっていると考えればよ
いはずである。また、上述した基本動作は、ティーチン
グボックスを用いてロボットの教示を行なう場合には取
り扱う上で都合のよいものであるが、ＣＡＤやビジョン
入力装置を用いたいわゆるオフライン教示を行なう場合
には必ずしも都合のよいものではない。

【０００７】本発明の目的は、ロボットの動作の概念を
拡大して、特定の動作を例外扱いすることなしにロボッ
トの動作を論理的に一貫して扱うことのできる、ロボッ
ト制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のロボット制御装
置は、前記ロボットの外部で定義される座標系を外部座
標系とし、前記外部座標系と間接的に定義される座標系
を間接定義座標系とし、駆動軸ごとの動きをＬ動作と
し、ツールの制御点での座標系に関する前記ツールの動
きをＫ動作とし、前記ツールを前記外部座標系に関して
平行移動させる動きをＮ動作とし、前記ツールの姿勢を
前記外部座標系の軸の方向に関して変化させる動きをＱ
動作とし、前記間接定義座標系における位置と姿勢に前
記ツールの位置および／または姿勢を一致させる動きを
Ｉ動作とし、前記ツールの位置と姿勢を変化させずにア
ームの位置と姿勢を変化させる動きをＦ動作とするとき
に、前記Ｌ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動
作指令を解析して前記ロボットが前記Ｌ動作を行なうよ
うに前記各駆動軸への制御信号を生成するＬ動作処理手
段と、前記Ｋ動作を表わす動作指令が入力したとき、該
動作指令を解析して前記ロボットが前記Ｋ動作を行なう
ように前記各駆動軸への制御信号を生成するＫ動作処理
手段と、前記Ｎ動作を表わす動作指令が入力したとき、
該動作指令を解析して前記ロボットが前記Ｎ動作を行な
うように前記各駆動軸への制御信号を生成するＮ動作処
理手段と、前記Ｑ動作を表わす動作指令が入力したと
き、該動作指令を解析して前記ロボットが前記Ｑ動作を
行なうように前記各駆動軸への制御信号を生成するＱ動
作処理手段と、前記Ｉ動作を表わす動作指令が入力した
とき、該動作指令を解析して前記ロボットが前記Ｉ動作
を行なうように前記各駆動軸への制御信号を生成するＩ
動作処理手段と、前記Ｆ動作を表わす動作指令が入力し
たとき、該動作指令を解析して前記ロボットが前記Ｆ動
作を行なうように前記各駆動軸への制御信号を生成する
Ｆ動作処理手段とを有する。

【０００９】

【作用】ロボットがＬ動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、
Ｉ動作およびＦ動作のそれぞれを行なうように制御信号
を発生するＬ動作処理手段、Ｋ動作処理手段、Ｎ動作処
理手段、Ｑ動作処理手段、Ｉ動作処理手段およびＦ動作
処理手段が、各動作に対応して設けられているので、各
駆動軸を直接制御する動作、ツールの制御点における座
標系に基づくツールの動作、外部座標系に基づくツール
の動作、間接定義座標系に基づくツールの動作、ツール
を動かさずにアームのみを動かす動作を同一のロボット
制御装置で実現でき、ロボット制御装置の内部の動作論
理が明解になり、ビジョン入力装置やＣＡＤなどを用い
たオフライン教示を行なう場合であっても論理的に一貫
して制御を行なうことができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の一実施例のロボット制御装置
の構成を示すブロック図、図２〜７はそれぞれＬ動作、
Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、Ｉ動作およびＦ動作を説明す
る図である。このロボット制御装置１は、入力装置３０
から入力される動作指令をもとにロボット４０を制御す
るためのものであり、入力制御手段１０、Ｌ動作処理手
段１１、Ｋ動作処理手段１２、Ｎ動作処理手段１３、Ｑ
動作処理手段１４、Ｉ動作処理手段１５、Ｆ動作処理手
段１６、ロボット制御手段２０からなっている。なおロ
ボット４０は、図２に示すように、６軸のものであっ
て、各自由度に対応する６個の駆動軸４１がアーム４３
で連結された構成であり、先端にツール４２が取り付け
られている。

【００１１】入力制御手段１０は、入力装置３０からの
動作指令を受け付け、この動作指令がＬ動作指令であれ
ばＬ動作処理手段１１に、Ｋ動作指令であればＫ動作処
理手段１２に、Ｎ動作指令であればＮ動作処理手段１３
に、Ｑ動作指令であればＱ動作処理手段１４に、Ｉ動作
指令であればＩ動作処理手段１５に、Ｆ動作指令であれ
ばＦ動作処理手段１６に、それぞれこの動作指令を転送
するものである。Ｌ動作処理手段１１、Ｋ動作処理手段
１２、Ｎ動作処理手段１３、Ｑ動作処理手段１４、Ｉ動
作処理手段１５、Ｆ動作処理手段１６は、各々、Ｌ動作
指令、Ｋ動作指令、Ｎ動作指令、Ｑ動作指令、Ｉ動作指
令、Ｆ動作指令を解析して、ロボット４０が後述するＬ
動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、Ｉ動作、Ｆ動作をそれ
ぞれ行なうように、ロボット４０の各駆動軸４１の制御
信号を作成し、ロボット制御手段２０に転送するもので
ある。ロボット制御手段２０は、各動作処理手段１１〜
１６からの制御信号に基づき実際にロボット４０の各駆
動軸４１を駆動制御するためのものであり、例えばサー
ボ制御によって各駆動軸４１を制御する。

【００１２】ここで、Ｌ動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動
作、Ｉ動作およびＦ動作について、図２〜７を用いて説
明する。Ｌ動作は、駆動軸４１ごとの動きを表わすもの
であり、図２に示すように、各駆動軸４１をそれぞれ動
かすことによって各アーム４３が動き、ツール４２の位
置と姿勢が変化する。

【００１３】Ｋ動作は、ツール４２の制御点での座標系
（図示ｘｙｚ座標系）に関するツール４２の動きを表わ
すものであり、図３に示すように、この制御点での座標
系における各軸方向への移動と各軸回りの回転の動作を
含んでいる。Ｎ動作は、外部座標系（図示ＸＹＺ座標
系）すなわちロボット以外で定義された座標系に関して
ツールを平行移動させる動きを表わし、図４に示すよう
に、ツールを外部座標系の原点に近付ける動き、ツール
を外部座標系の原点から遠ざける動き、外部座標系の各
軸方向にツールを平行移動させる動きからなっている。

【００１４】Ｑ動作は、ツールの姿勢を外部座標系の軸
の方向に関して変化させる動きを表わし、図５(a),(b)
に示すように、ツールの制御点で定義された座標系の軸
を外部座標系の軸の向きに合わせる、すなわちツールの
制御点における座標系の軸方向と外部座標系の軸方向と
が平行になるようにする動きからなる。図５(a)はＺ軸
のみを重ねる場合であり、図５(b)は３軸とも重ねる場
合である。

【００１５】Ｉ動作は、間接定義座標系（図示Ｘ'Ｙ'
Ｚ'座標系）すなわち外部座標系と間接的に定義される
座標系における位置と姿勢にツールの位置および／また
は姿勢を一致させる動きを表わし、図６(a),(b)に示す
ように、ＸＹＺ座標で表わされる外部座標系に対しＸ'
Ｙ'Ｚ'座標で表わされる間接定義座標系が定義され、こ
の間接定義座標系とツール４２の制御点における座標系
を一致させるような動きを表わす。例えば、従来の円弧
動作は、円弧の中心に外部座標系を定義し、円周上の点
で定義される座標系を間接定義座標系とすれば、このＩ
動作で実現することができる。Ｉ動作は、円弧動作のみ
ならず、一般の複雑な動作の定義に使用されるものであ
る。なお、図６(a)はＩ動作を一般的に表わしたもので
あり、図６(b)はＩ動作のうち従来の円弧動作を説明す
るものである。

【００１６】Ｆ動作は、ツールの位置と姿勢を変化させ
ずにアームの位置と姿勢を変化させる動きを表わし、図
７に示すように、例えば、ツール４２を動かさずに中間
部分のアーム４３を上［図７(a)］から下［図７(b)］に
動かす動作を表わす。冗長軸アームをもつロボットでの
衝突回避の動作などがこのＦ動作で実現される。これら
各動作と従来のロボットの動作との対応について説明す
る。Ｌ動作は、従来のリンク動作と完全に一致する。従
来、ツール軸動作と呼ばれていたもののうち、ツール４
２の座標系の原点がツール４２上にあるものはＫ動作で
表わされ、ツール４２の座標系の原点がツール４２から
少し離れたところにあるものはＮ動作とＱ動作で表わさ
れる。また、従来の直線動作は、Ｎ動作あるいはＮ動作
とＱ動作の組合せで表わされる。従来の円弧動作はＩ動
作で表わされる。Ｉ動作には、このほか、溶接ロボット
におけるウィービング動作や、双腕ロボットなどの２つ
の腕による協調動作がその範疇にはいる。２つの腕によ
る協調動作では、左右の腕の動きは、対象物が要求して
いる動作の中心に定義される座標系（すなわち外部座標
系）からそれぞれ間接的に定義される２つの間接座標系
の動きに対応して定義されるからである。ここでいう動
作の中心とは、例えば、はさみでは２つの刃の回転軸の
部分を指し、取り扱う対象物の動作を数学的にモデル化
する場合に便利なように決定されるべきものである。

【００１７】次に、本実施例の動作について説明する。
入力装置３０からの動作指令は、まず、入力制御手段１
０に入力する。この場合、入力装置３０は、ティーチン
グボックスのような教示装置であってもよいし、ビジョ
ン入力装置やＣＡＤなどによるオフライン教示を行なう
装置であってもよい。入力制御手段１０は、入力された
動作指令が何の動作指令であるのかを判別し、Ｌ動作処
理手段１１、Ｋ動作処理手段１２、Ｎ動作処理手段１
３、Ｑ動作処理手段１４、Ｉ動作処理手段１５、Ｆ動作
処理手段１６のうちの対応するものにこの動作指令を転
送する。

【００１８】動作指令がＬ動作指令であれば、この動作
指令は特定の駆動軸４１を指定量だけ駆動するためのも
のであるので、Ｌ動作処理手段１１はこの動作指令を解
析し、動作指令に基づいて該当する駆動軸４１を前記指
定量だけ動かすような制御信号を作成し、ロボット制御
手段２０に制御信号を転送する。動作指令がＫ動作指令
であるときは、この動作指令はツール４２の制御点にお
けるツール４２の平行移動と回転とを指定するものであ
るので、Ｋ動作処理手段１２は、この平行移動量と回転
量を各駆動軸４１の駆動量に換算し、この換算した駆動
量に基づいて各駆動軸４１を駆動制御するような制御信
号を作成し、ロボット制御手段２０にこの制御信号を転
送する。

【００１９】動作指令がＮ動作指令であるときは、この
動作指令は外部座標系に関するツール４２の平行移動を
指定するものであるから、Ｎ動作処理手段１３は、ツー
ル４２の制御点における座標系と外部座標系との位置関
係を求め、この位置関係に基づいてツール４２の制御点
における座標系で表わしたツール４２の平行移動量を求
め、この平行移動量を各駆動軸４１の駆動量に換算し、
換算した駆動量に基づいて各駆動軸４１を駆動制御する
ような制御信号を作成し、ロボット制御手段２０にこの
制御信号を転送する。

【００２０】動作指令がＱ動作指令であるときは、この
動作指令は外部座標系に関するツール４２の回転を指定
するものであるから、Ｑ動作処理手段１４は、ツール４
２の制御点における座標系と外部座標系との姿勢関係を
求め、この姿勢関係に基づいてツール４２の制御点にお
ける座標系で表わしたツール４２の回転量を求め、この
回転量を各駆動軸４１の駆動量に換算し、換算した駆動
量に基づいて各駆動軸４１を駆動制御するような制御信
号を作成し、ロボット制御手段２０にこの制御信号を転
送する。

【００２１】動作指令がＩ動作指令であるときは、この
動作指令は間接定義座標系にツール４２の制御点の座標
系を一致させようとするものであるから、Ｉ動作処理手
段１５は、要求された動作に基づいて外部座標系から間
接定義座標系の位置関係を求め、求められた間接定義座
標系とツールの制御点での座標系の位置関係を求め、後
者の位置関係に基づいてツール４２の平行移動量と回転
量とを算出し、算出した平行移動量と回転量を各駆動軸
４１の駆動量に換算し、換算した駆動量に基づいて各駆
動軸４１を駆動制御するような制御信号を作成し、ロボ
ット制御手段２０にこの制御信号を転送する。

【００２２】動作指令がＦ動作指令であるときは、この
動作指令はツール４２を固定するという拘束条件下での
アーム４３の移動を指定するものなので、Ｆ動作処理手
段１６はこの拘束条件下で可能なアーム４３の動きを算
出し、アーム４３がこの動きをするような各駆動軸４１
の駆動量を算出し、算出した駆動量に基づいて各駆動軸
４１を駆動制御するような制御信号を作成し、ロボット
制御手段２０にこの制御信号を転送する。

【００２３】ロボット制御手段２０は、各動作処理手段
１１〜１６から制御信号が転送されたら、転送された制
御信号に基づいて各駆動軸４１を駆動制御し、ロボット
４０が実際に動かされるようにする。以上のようにし
て、Ｌ動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、Ｉ動作およびＦ
動作を表わす動作指令を本実施例のロボット制御装置１
に入力することによって、ロボット４０が所与の動作を
行なうようになる。

【００２４】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明のロボット制御装置と従来のロボット制御装
置とを比較すると、本発明のロボット制御装置では、Ｌ
動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、Ｉ動作およびＦ動作に
よって整然とロボットの動作概念が分類され、それに基
づいて内部の設計がなされているのに対し、従来のロボ
ット制御装置は、上述の分類でいえば通常はＬ動作とＫ
動作を主として扱うものであり、いわゆる高級機であっ
てもこれにたかだかＮ動作、Ｑ動作あるいはＩ動作の一
部を組み込んだものに過ぎない。そして従来のロボット
制御装置では、上述のような分類に基づいてロボットの
動作概念が把握されておらず、このため論理的には内部
構造が設計されていないし、またロボットを論理的に理
解することが困難となってロボットの動きを学習する上
でオペレータとロボットとが「反目」するような事態も
発生する。一方、本発明のロボット制御装置は、上述の
ように整然と動作が分類されていることにより、ティー
チングボックスによる教示のみならず各種のオフライン
教示にも十分対応できるものとなっている。そして、６
軸以外の軸数のロボットについても６軸の場合と同様に
統一して扱うことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ロボット
がＬ動作、Ｋ動作、Ｎ動作、Ｑ動作、Ｉ動作およびＦ動
作のそれぞれを行なうように制御信号を発生するＬ動作
処理手段、Ｋ動作処理手段、Ｎ動作処理手段、Ｑ動作処
理手段、Ｉ動作処理手段およびＦ動作処理手段を各動作
に対応して設けることにより、各駆動軸を直接制御する
動作、ツールの制御点における座標系に基づくツールの
動作、外部座標系に基づくツールの動作、間接定義座標
系に基づくツールの動作、ツールを動かさずにアームの
みを動かす動作を同一のロボット制御装置で実現でき、
ロボット制御装置の内部の動作論理が明解になり、ビジ
ョン入力装置やＣＡＤなどを用いたオフライン教示を行
なう場合であっても論理的に一貫して制御を行なうこと
ができ、６軸以外の軸数のロボットであっても６軸の場
合と同様に統一して扱えるようになるという効果があ
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の構成を
示すブロック図である。

【図２】ロボットのＬ動作を説明する図である。

【図３】ロボットのＫ動作を説明する図である。

【図４】ロボットのＮ動作を説明する図である。

【図５】(a),(b)はそれぞれロボットのＱ動作を説明す
る図である。

【図６】(a),(b)はそれぞれロボットのＩ動作を説明す
る図である。

【図７】(a),(b)はそれぞれロボットのＦ動作を説明す
る図である。

【符号の説明】

１ ロボット制御装置 １０ 入力制御手段 １１ Ｌ動作処理手段 １２ Ｋ動作処理手段 １３ Ｎ動作処理手段 １４ Ｑ動作処理手段 １５ Ｉ動作処理手段 １６ Ｆ動作処理手段 ２０ ロボット制御手段 ３０ 入力装置 ４０ ロボット ４１ 駆動軸 ４２ ツール ４３ アーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ツールと複数の駆動軸と前記駆動軸を接
   続するアームとを有するロボットの動作を制御するロボ
   ット制御装置において、 前記ロボットの外部で定義される座標系を外部座標系と
   し、前記外部座標系と間接的に定義される座標系を間接
   定義座標系とし、前記駆動軸ごとの動きをＬ動作とし、
   前記ツールの制御点での座標系に関する前記ツールの動
   きをＫ動作とし、前記ツールを前記外部座標系に関して
   平行移動させる動きをＮ動作とし、前記ツールの姿勢を
   前記外部座標系の軸の方向に関して変化させる動きをＱ
   動作とし、前記間接定義座標系における位置と姿勢に前
   記ツールの位置および／または姿勢を一致させる動きを
   Ｉ動作とし、前記ツールの位置と姿勢を変化させずに前
   記アームの位置と姿勢を変化させる動きをＦ動作とする
   ときに、 前記Ｌ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｌ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＬ動作処理手段
   と、 前記Ｋ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｋ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＫ動作処理手段
   と、 前記Ｎ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｎ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＮ動作処理手段
   と、 前記Ｑ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｑ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＱ動作処理手段
   と、 前記Ｉ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｉ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＩ動作処理手段
   と、 前記Ｆ動作を表わす動作指令が入力したとき、該動作指
   令を解析して前記ロボットが前記Ｆ動作を行なうように
   前記各駆動軸への制御信号を生成するＦ動作処理手段と
   を有することを特徴とするロボット制御装置。