(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータの曲線動作を含むある特定の動作が一平面上のものと近似できる場合に、マニピュレータの動作を２次元化し、オペレータが入力した前記特定の動作の範囲における動作の始点と予め教示した動作方向に基づいて速度ベクトルを作り、マニピュレータが前記予め教示した動作方向に沿ってある速度で直線移動する指令を発生し、オペレータが前記直線移動する指令の速度ベクトルに対してジョイスティックを傾き角θで傾けたとき、前記速度ベクトルの方向が前記傾き角θ分変化するように、前記傾き角θに基づいて前記速度ベクトルの方向から指令とすべき速度ベクトルを求めることによりマニピュレータの動作指令を演算してマニピュレータの動作を制御することを特徴とするマニピュレータの制御方法。
【請求項２】
前記動作方向は、終点を教示し、前記始点から前記終点に向かう直線の方向とすることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ジョイスティック等を用いて操作されるマニピュレータの直交動作の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジョイスティックやプログラミングペンダントを用いて、マニピュレータの直交動作を操作しようとする場合、オペレータは図７のように、ジョイスティック１を用いて、マニピュレータの位置（（ｘ，ｙ，ｚ）軸方向の移動量）と姿勢（ｘ，ｙ，ｚ）軸回りの回転角）、合計６つのパラメータのうち必要な複数のパラメータに対して指令を与える。
このため位置または姿勢の変化が複数軸に関する場合や複数の変化を同時に行おうとする場合において、オペレータは複数のパラメータに対し同時に指令を出すような難しい操作を強いられることになる。例えば、図６に示すように、マニピュレータ２に取り付けた工具３で板を曲線に切ろうとする場合には、３つのパラメータに対して同時に指令を出さなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決すべき課題は、マニピュレータの動作が一つの平面上で行われる条件のもとで、オペレータが与える指令の数が少なく、オペレータが操作と動作の関係を容易に理解することができるような制御方法を用いて、オペレータの操作を簡単にすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のマニピュレータの制御方法は、マニピュレータの曲線動作を含むある特定の動作が一平面上のものと近似できる場合に、マニピュレータの動作を２次元化し、オペレータが入力した前記特定の動作の範囲における動作の始点と予め教示した動作方向に基づいて速度ベクトルを作り、マニピュレータが前記予め教示した動作方向に沿ってある速度で直線移動する指令を発生し、オペレータが前記直線移動する指令の速度ベクトルに対してジョイスティックを傾き角θで傾けたとき、前記速度ベクトルの方向が前記傾き角θ分変化するように、前記傾き角θに基づいて前記速度ベクトルの方向から指令とすべき速度ベクトルを求めることによりマニピュレータの動作指令を演算してマニピュレータの動作を制御するものである。
【０００５】
【作用】
マニピュレータの動作が一つの平面で行われるという条件を前提としてマニピュレータの動作を２次元化し、そのうえで動作開始時の速度ベクトルに着目して、この速度ベクトルの向きを目標軌道に合わせて変換し指令の演算を行うという手段によって、動作指令はジョイスティックの１軸回りの傾きθのみとなる。これにより、オペレータはマニピュレータの進行方向を把握しながら、簡単に操作することができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
本発明においては、まず、予め図１のように動作の始点と終点の座標を指定し、その間を直線補間により教示しておく。
ここで図２に示すように、平面の法線方向にＸB 軸、平面上に始点から終点に向かってＹB 軸、ＸB 軸とＹB 軸の外積からＺB 軸を配置するフレーム｛Ｂ｝を定義する。同様に動作中の時々刻々の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を原点とし、平面の法線方向にＸT 軸、マニピュレータの進行方向の接線に沿ってＹT 軸、ＸT 軸とＹT 軸の外積からＺT 軸を配置するフレーム｛Ｔ｝を定義する。ここでフレーム｛Ｔ｝の原点をフレーム｛Ｂ｝の原点に一致させたものをフレーム｛Ｔ’｝とする。
【０００７】
更にＹB 軸とＹT'軸の成す角をＹB 〜ＹT'に向かってθとすると、フレーム｛Ｂ｝とフレーム｛Ｔ’｝の関係は次式のようになる。
【数１】
0003649348.tif 000002
時々刻々の速度ベクトルを常にＹT 方向に一致させマニピュレータの姿勢を常にフレーム｛Ｔ｝上における姿勢に一致させるとすると、マニピュレータは指令に合わせて姿勢を変えながら曲線状に動作する。この位置と姿勢の変換式を次に示す。
【数２】
0003649348.tif 000003
【数３】
0003649348.tif 000004
ここで、ジョイスティックの方向は、常に平面上における速度ベクトルの垂直方向と一致する。
図３のようにジョイスティック１の傾きをθとすると、θという一つのパラメータが与えられただけで、マニピュレータに対する指令を行うことができるというものである。
【０００８】
図４は本発明の制御を行うための制御系の構成を示すブロック図である。この図に示すように、オペレータとコントローラ１０とマニピュレータ２との間で、指令のやりとりが行われる。実際の動作について、図４のステップを参照しながら説明する。
（１）オペレータは、動作の始点と終点を入力する（ステップ１００）。この操作によってコントローラ１０はマニピュレータをある速度で始点から終点に向かわせる直線補間指令を作成する（ステップ１１０）。よってコントローラ１０内で一つのフレームとその中での速度ベクトルが作られたことになる。これはメモリ１１に格納される。
（２）次にオペレータは、本制御方式のモードを選択する（ステップ１２０）。するとコントローラ１０は、演算パターンを本制御方式のモードとし、ジョイスティック１による入力を可能とし次の指令を待つ。
（３）オペレータが動作開始の指令を与えるとコントローラ１０からの指令でマニピュレータの動作が始まる。
（４）マニピュレータの動作中にオペレータが、平面と速度ベクトルの垂直方向を意識してジョイスティック１を倒すと、その傾き角θがコントローラ１０に取り込まれる（ステップ１３０）。このθに基づいて、（１）式の変換マトリックスを作成する（ステップ１４０）。コントローラ１０はこの傾き角θだけ、初めの速度ベクトルの方向から指令とすべき速度ベクトルを求めるべく演算を行う。その演算式は、前記（２）式〜（３）式による。
（５）すなわち、ステップ１５０では、式（２），式（３）を計算するために図４の（２）
のようにメモリ１１から現在位置と姿勢が読み込まれる。次に式（２），式（３）を計算する。計算結果（目標とする位置と姿勢）が図４（１）のようにメモリ１１へと送られる。なお、図４のように一連の計算は繰り返されるので、マニピュレータの動作後はこの計算結果が次回の現在値となっている。
（６）ステップ１５０によって、目標とする位置と姿勢が判っているので、いわゆる逆運動学によって目標とする各関節角度（θ1 〜θ7(rad)) を求める（ステップ１６０）。逆運動学によって導かれる計算式は、マニピュレータの構造によって決まるが、この計算式は動作プログラム上に記述されており、位置と姿勢の値を代入することによって、各軸角度が求まるようになっている。
（７）ステップ１６０で求められた各軸角度は目標値であるから、これらの値から、現在値（その時々の各軸角度）を差し引いて移動量（ラジアン）を求め（ステップ１７０）、「ラジアン→パルス変換係数」を乗じて移動量分のパルス数を求める（ステップ１８０）。このパルス数をサーボアンプに向けて払い出しを行うと（ステップ１９０）、マニピュレータが移動量分だけ動作する仕組みになっている。
（８）マニピュレータを曲線状に動作させ、作業の目的が達成されたところで、オペレータが終了の指令をコントローラ１０に与えると、コントローラ１０はマニピュレータの動作と本制御方式のモードを終了させる。
【０００９】
図５は本発明の第１実施例で、活線作業用ロボットのマニピュレータ２の手先に皮剥ぎ磨き工具３を取り付け、曲線上に撓んだ電線４の皮剥ぎ磨き作業を行う場合である。撓んだ電線が、ある一平面上にあると見なせる場合が多いので、マニピュレータ２はジョイスティック１による簡単な操作により、曲線上に撓んだ電線４を定められた始点から終点までを曲線を描きながら、皮剥ぎ磨き作業を行うことができる。
【００１０】
図６は本発明の第２実施例で、マニピュレータ２の手先にはカッター（電動工具）３が取り付けられており、マニピュレータ２はジョイスティック１による操作により、平面上にある紙等（鉄板またはコンクリート板等）を定められた始点から終点まで、曲線を描きながら簡単に切断することができる。
この第２実施例の応用例として、ガス切断に用いた場合、マニピュレータはジョイスティックによる簡単な操作により、金属の平板を定められた始点から終点までを曲線を描きながら、金属板を予熱させつつ切断することができる。
以上の実施例では、始点と終点を教示することにより動作方向を与えたが、終点を教示することなく、動作方向を設定してもよい。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば平面上で姿勢を変えつつ動作するマニピュレータに対し、ジョイスティックによる指令のパラメータが１つだけで操作できるようにしたものであるから、非常に簡単な操作で作業を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるティーチングの様子を示す説明図である。
【図２】  フレームの様子を示す説明図である。
【図３】  ジョイスティックとフレームの関係を示す説明図である。
【図４】  本発明による制御方法を実施するための制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】  マニピュレータによる皮剥ぎ磨き作業を示す説明図である。
【図６】  操作されるマニピュレータの例を示す斜視図である。
【図７】  ジョイスティックの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ジョイスティック、２  マニピュレータ、３  工具、４  電線、１０  コントローラ、１１  メモリ、１２  順変換部、２１  サーボアンプ、２２  センサ、２３  サーボモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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