(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御装置において、水平動作の動作時間を求める水平動作時間計算手段と、水平動作と重複して動作している上昇動作、下降動作の動作時間の和を求める重複動作時間計算手段と、水平動作時間が重複動作時間より長いか否かを判定する手段と、判定の結果、水平動作時間が重複動作時間より長い場合には、上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を変更する垂直動作加減速時間調整手段とを備えたことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御装置において、水平動作の動作時間を求める水平動作時間計算手段と、あらかじめ指定された垂直上昇距離を通過し、垂直上昇量を通過した後にはすぐに減速を開始し、上昇動作目的位置に到達する動作パターンを生成する上昇動作パターン生成手段と、下降動作においてあらかじめ指定された垂直下降距離を減速しながら通過し目的位置に到達できるように下降動作開始位置から垂直下降量上端までに加速を完了した後、等速動作、減速動作して目的位置まで到達する下降動作パターン生成手段と、前記上昇動作パターン生成手段において生成した上昇動作と水平動作との重複動作時間と、前記下降動作パターン生成手段において生成した下降動作と水平動作との重複時間の和が前記水平動作時間と等しくなるように上昇動作目的位置及び下降動作開始位置を求める上昇動作目的位置及び下降動作開始位置計算手段を備えることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項３】
上昇動作目的位置及び下降動作開始位置計算手段において上昇動作目的位置と下降動作開始位置の高さが等しくなるように求めることを特徴とする請求項２記載のロボット制御装置。
【請求項４】
上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御方法において、水平動作に対応する水平動作時間を求め、水平動作と重複して動作している上昇動作、下降動作の動作時間の和である重複動作時間を求め、水平動作時間が重複動作時間より長いか否かを判定し、判定の結果、水平動作時間が重複動作時間より長い場合には、上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を変更するように構成したことを特徴とするロボット制御方法。
【請求項５】
上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御方法において、水平動作に対応する水平動作時間を求め、あらかじめ指定された垂直上昇距離を通過し、垂直上昇量を通過した後にはすぐに減速を開始して上昇動作目的位置に到達する上昇動作パターンを生成し、下降動作においてあらかじめ指定された垂直下降距離を減速しながら通過し目的位置に到達できるように下降動作開始位置から垂直下降量上端までに加速を完了した後、等速動作、減速動作して目的位置まで到達する下降動作パターンを生成し、上昇動作パターンで生成された上昇動作と水平動作との重複動作時間と、下降動作パターンで生成された下降動作と水平動作との重複時間の和が水平動作時間と等しくなるように上昇動作目的位置及び下降動作開始位置を求めるように構成したことを特徴とするロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボット制御装置とその制御装置によるロボット制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特開平１−１０８６０４号公報に示された従来のロボット制御装置による門型動作を示す図である。ロボットは位置Ａから位置Ｂまで距離Ｌ１だけ鉛直に直線上昇させ、また、位置Ｈに向かって位置Ｇからの一定距離Ｌ２だけ鉛直に直線下降させることを条件として指定された速度及び加減速パターンに従い、位置Ａから位置Ｈまで動作する。
次に動作について説明する。まず、位置Ａから距離Ｌ１の上昇時間ｔＡＢ(図示せず)と、位置Ｆから位置Ｈの距離Ｌ２上方の位置Ｇまでの下降時間ｔＦＧ(図示せず)と、水平移動時間ｔＣＦ(図示せず)を求める。位置Ａからの上昇サーボ指令をロボットに出し、それからｔＡＢ時間後に水平移動開始のサーボ指令を出し、さらにｔＣＦ−ｔＦＧ時間後に下降サーボ指令を出す。
図８は、従来の門型動作の速度波形を示す図である。時刻ｔＡに上昇動作を開始し、時刻ｔＢに水平動作を開始する。上昇動作は時刻ｔＩまで、等速度で動作を続け、その後あらかじめ指定された減速度で時刻ｔＣに上昇動作を完了する。時刻ｔＦにはあらかじめしてされた加速度により下降動作を開始し、時刻ｔＪには最高速に達し、時刻ｔＧには最高速を保ったまま位置Ｇを通過すると同時に水平動作を完了し、時刻ｔＨに下降動作を完了する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロボット制御装置及びロボット制御方法は、指定された固定の加減速時間に従って、上昇動作時には時刻ｔＩから急激に減速し、下降時には時刻ｔＦから時刻ｔＪまで急激に加速するため、ロボットに振動が発生しやすいという問題があった。また、上昇と水平、水平と下降動作を重複して行う際に、時刻ｔＢから時刻ｔＩ、時刻ｔＪからｔＧは上昇、下降動作を最高速で行うため、急激な方向の変化が発生し、ロボットに振動が発生したり、ロボットで把持している対象物に大きな遠心力がかかり、ロボットからはずれるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高速に振動のない滑らかなロボットの動作を実現するロボット制御装置及びロボット制御方法を得ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の構成によるロボット制御装置は、上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御装置において、水平動作の動作時間を求める水平動作時間計算手段と、水平動作と重複して動作している上昇動作、下降動作の動作時間の和を求める重複動作時間計算手段と、水平動作時間が重複動作時間より長いか否かを判定する手段と、判定の結果、水平動作時間が重複動作時間より長い場合には、上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を変更する垂直動作加減速時間調整手段とを備えたものである。
【０００５】
また、この発明の第２の構成によるロボット制御装置は、上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御装置において、水平動作の動作時間を求める水平動作時間計算手段と、あらかじめ指定された垂直上昇距離を通過し、垂直上昇量を通過した後にはすぐに減速を開始し、上昇動作目的位置に到達する動作パターンを生成する上昇動作パターン生成手段と、下降動作においてあらかじめ指定された垂直下降距離を減速しながら通過し目的位置に到達できるように下降動作開始位置から垂直下降量上端までに加速を完了した後、等速動作、減速動作して目的位置まで到達する下降動作パターン生成手段と、前記上昇動作パターン生成手段において生成した上昇動作と水平動作との重複動作時間と、前記下降動作パターン生成手段において生成した下降動作と水平動作との重複時間の和が前記水平動作時間と等しくなるように上昇動作目的位置及び下降動作開始位置を求める上昇動作目的位置及び下降動作開始位置計算手段を備えるものである。
【０００６】
また、この発明の第３の構成によるロボット制御装置は、上昇動作目的位置及び下降動作開始位置計算手段において上昇動作目的位置と下降動作開始位置の高さが等しくなるように求める構成にしたものである。
【０００７】
また、この発明の第４の構成によるロボット制御方法は、上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御方法において、水平動作に対応する水平動作時間を求め、水平動作と重複して動作している上昇動作、下降動作の動作時間の和である重複動作時間を求め、水平動作時間が重複動作時間より長いか否かを判定し、判定の結果、水平動作時間が重複動作時間より長い場合には、上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を変更するように構成したものである。
【０００８】
また、この発明の第５の構成によるロボット制御方法は、上昇、水平、下降動作を一部重複して行う門型複合動作を行うロボットの制御方法において、水平動作に対応する水平動作時間を求め、あらかじめ指定された垂直上昇距離を通過し、垂直上昇量を通過した後にはすぐに減速を開始して上昇動作目的位置に到達する上昇動作パターンを生成し、下降動作においてあらかじめ指定された垂直下降距離を減速しながら通過し目的位置に到達できるように下降動作開始位置から垂直下降量上端までに加速を完了した後、等速動作、減速動作して目的位置まで到達する下降動作パターンを生成し、上昇動作パターンで生成された上昇動作と水平動作との重複動作時間と、下降動作パターンで生成された下降動作と水平動作との重複時間の和が水平動作時間と等しくなるように上昇動作目的位置及び下降動作開始位置を求めるように構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施例の形態１によるロボット制御装置を説明するための図である。
図１において、１はロボット制御装置、１０１はロボットプログラムの実行やロボットの指令値の計算を行う演算装置、１０２はロボットプログラムや演算結果を記憶しておく記憶装置、１０３は外部の機器と通信する入出力装置、１０４は１０１の演算装置で計算した指令値を元にロボットを駆動するサーボ制御部である。２はロボット制御装置１により制御されるロボットである。
【００１０】
図２は本発明によるロボット２の動作を示す説明図である。動作の開始位置Ｐ１、目的位置Ｐ８、開始位置Ｐ１から垂直に上昇しなければならない垂直上昇量Ｌ１、目的位置Ｐ８まで垂直に下降しなければならない垂直下降距離Ｌ２、上昇時の高さの上限である上昇高さｈ１、下降時の高さの上限である下降高さｈ２があらかじめ与えられる。ロボット２は開始位置Ｐ１から上昇高さｈ１分高い位置Ｐ３へ向けて上昇動作を開始する。垂直上昇距離Ｌ１上昇した位置Ｐ２に達したところで位置Ｐ３から位置Ｐ６への水平動作を開始する。そして、位置Ｐ４（Ｐ４'）で上昇動作を終了する。次に位置Ｐ６から位置Ｐ８の下降動作において位置Ｐ８から垂直下降距離Ｌ２高い位置Ｐ７に位置Ｐ６から動作開始してから達するまでの時間Ｔ５７を求め、水平動作が位置Ｐ６に達するまでの残り時間がＴ５７になる位置Ｐ５（Ｐ５'）に水平動作が達すると、下降動作を開始する。水平動作は位置Ｐ７で終了し、位置Ｐ７から位置Ｐ８までロボットは垂直に下降する。
【００１１】
図３にこの発明の実施の形態１によるロボット２の動作時の速度波形、図４に上昇動作の減速時間、下降動作の加速時間を求めるためのフローチャートを示す。
図３においてｔ１からｔ８は、それぞれロボットが位置Ｐ１からＰ８を通過する時の時刻を表す。時刻ｔ１にロボットは上昇動作を開始し、時刻ｔ２から水平動作も開始する。時刻ｔ３＝ｔ４またはｔ３’＝ｔ４’において上昇動作は終了する。時刻ｔ５またはｔ５’から下降動作を開始し、水平動作は時刻ｔ６＝ｔ７に終了する。そして、時刻ｔ８に下降動作も終了し、全動作が完了する。
図４のステップＳＴ１ではまず、水平動作時間Ｔｈ＝ｔ６−ｔ２を求める。ステップＳＴ２では上昇動作と水平動作の重複動作時間Ｔ２３＝ｔ３−ｔ２と、水平動作と下降動作の重複動作時間Ｔ５７＝ｔ７−ｔ５を求める。このとき、上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間はあらかじめ与えられた加減速時間を用いる。ステップＳＴ３では、上下動作と重複しない水平単独で動作する時間Ｔ４５＝ｔ５−ｔ４＝Ｔｈ−Ｔ２３−Ｔ５７を求める。ステップＳＴ４では水平単独動作時間Ｔ４５が正か負かを判定する。正の場合は水平単独動作が存在するので、ステップＳＴ５に進む。負の場合は水平単独動作が存在しないので、加減速時間を変更せず終了する。
【００１２】
ステップＳＴ５では上昇動作の重複動作時間Ｔ２３と上昇動作の減速時間を比較し、減速時間のほうが短い場合はステップＳＴ６に進む。減速時間のほうが長い場合は、減速時間を長くすると全動作時間が長くなるため、修正不可となり、ステップＳＴ７で上昇動作における減速延長可能時間Ｔｕ１＝０とする。
ステップＳＴ６では、上昇動作における減速動作が位置Ｐ２に到達する前に開始されないという条件を満たす減速延長可能時間Ｔｕ１＝ｔ３’−ｔ３を求める。あらかじめ与えられた減速時間をＴｕ０とすると、Ｔｕ０＋Ｔｕ１が修正後の最大減速時間となる。
【００１３】
ステップＳＴ８では下降動作の重複動作時間Ｔ５７と下降動作の加速時間を比較し、加速時間の方が短い場合はステップＳＴ９に進む。加速時間の方が長い場合は、加速時間を長くすると全動作時間が長くなるため、修正不可となり、ステップＳＴ１０で下降動作における加速延長可能時間Ｔｄ１＝０とする。
ステップＳＴ９では、下降動作における加速動作が位置Ｐ７に達する前に終了するという条件を満たす加速延長可能時間Ｔｄ１＝ｔ５’−ｔ５を求める。あらかじめ設定された加速時間をＴｄ０とすると、Ｔｄ０＋Ｔｄ１が最大加速時間となる。
【００１４】
ステップＳＴ１１では、水平単独動作時間Ｔ４５、上昇動作の減速延長可能時間Ｔｕ１、下降動作の加速延長可能時間Ｔｄ１から最適な上昇動作の減速時間Ｔｕ２、下降動作の加速時間Ｔｄ２を求める。Ｔｕ１＋Ｔｄ１≦Ｔ４５の場合、減速時間、加速時間をそれぞれＴｕ１、Ｔｄ１延長しても、上下動作が重複することはないので、Ｔｕ２＝Ｔｕ０＋Ｔｕ１、Ｔｄ２＝Ｔｄ０＋Ｔｄ１とする。Ｔｕ１＋Ｔｄ１＞Ｔ４５の場合、最大限に加減速時間を延長すると上下動作が重複してしまうので、Ｔｕ１’＋Ｔｄ１’＝Ｔ４５となるＴｕ１’、Ｔｄ１’を求め、Ｔｕ２＝Ｔｕ０＋Ｔｕ１’、Ｔｄ２＝Ｔｄ０＋Ｔｄ１’とする。Ｔｄ１’、Ｔｄ２’は次式で求めることが可能である。
Ｔｕ１’＝Ｔｕ１×Ｔ４５／（Ｔｄ１＋Ｔｕ１）
Ｔｄ１’＝Ｔｄ１×Ｔ４５／（Ｔｄ１＋Ｔｕ１）
上記のように求めた上昇動作の減速時間Ｔｕ２、下降動作の加速時間Ｔｄ２に加減速時間を変更することにより、図２における位置Ｐ４、Ｐ５は位置Ｐ４’、Ｐ５’に変更され、全動作時間を長くすることなく、Ｐ１−＞Ｐ２−＞Ｐ４’−＞Ｐ５’−＞Ｐ７−＞Ｐ８と言う滑らかな動作が実現可能となる。また、図３に示すように、上昇動作が位置Ｐ３に到達する時刻がｔ３からｔ３’に、下降動作の開始時刻がｔ５からｔ５’に変更されることにより、上下動作の加減速がゆるやかになり、振動が発生し難くなる。
【００１５】
実施の形態２．
図５は、門型動作における速度波形を表す波形図である。図５においてｔ１からｔ８は、それぞれロボットが位置Ｐ１からＰ８を通過する時の時刻を表す。時刻ｔ１にロボットは上昇動作を開始し、時刻ｔ２から水平動作も開始する。時刻ｔ３＝ｔ４またはｔ３’＝ｔ４’で上昇動作は終了する。時刻ｔ５またはｔ５’から下降動作を開始し、水平動作は時刻ｔ６＝ｔ７に終了する。そして、時刻ｔ８に下降動作も終了し、全動作が完了する。
【００１６】
図６は、門型動作において開始位置、目的位置、垂直上昇距離、垂直下降距離があらかじめ指定され、上昇動作の上昇高さ、下降動作の下降高さは指定されないかまたは上限を表すだけで指定された高さより低ければどのような軌道を通ってもよい場合の最適な高さを求める方法を説明するフローチャートである。図６において位置Ｐ１からＰ８は図２に示した位置である。
ステップＳＴ２０ではまず水平動作時間Ｔｈ＝ｔ６−ｔ２を求める。位置Ｐ１から位置Ｐ８へ垂直上昇距離Ｌ１と垂直下降距離Ｌ２を指定されて動作する場合に、最短時間でかつ最も動作時の高さが低くなる位置Ｐ３、Ｐ６は、位置Ｐ２を通過直後に減速して到達する位置を位置Ｐ３、下降動作時に位置Ｐ７を通過するまでに加速を完了する動作開始位置を位置Ｐ６とする事により求められる。このようにして求めた位置Ｐ３を目的位置として上昇動作を行うと図５における時刻ｔ３に上昇動作を終了する。また、位置Ｐ６から下降動作を開始すると、図５の時刻ｔ５から動作を開始し、時刻ｔ８に動作を終了する。ステップＳＴ２１では、このようにして求めた位置Ｐ３、Ｐ６を使って動作させた場合の、上昇動作と水平動作の重複動作時間Ｔ２３、水平動作と下降動作の重複動作時間Ｔ５７を求める。
【００１７】
ステップＳＴ２２では上記の重複動作時間Ｔ２３、Ｔ５７と水平動作時間Ｔｈと比較し、Ｔ２３＋Ｔ５７＜Ｔｈの場合ステップＳＴ２３に進む。Ｔ２３＋Ｔ５７≧Ｔｈの場合、ステップＳＴ２５に進む。ステップＳＴ２５では、Ｔｕ０＋Ｔｄ０≧Ｔｈの場合、上昇動作時にＰ２を通過してから減速し、下降動作時にＰ７までに加速を完了するように動作すると、上昇動作と下降動作が重複してしまうので、重複しないように位置Ｐ３及び位置Ｐ６を決定し、終了する。
ステップＳＴ２３では、最適な上昇動作の減速時間Ｔｕ３、下降動作の加速時間Ｔｄ３を、Ｔｕ３＋Ｔｄ３＝Ｔｈを満たすように次式により求める。
Ｔｕ３＝Ｔ２３×Ｔｈ／（Ｔ２３＋Ｔ５７）
Ｔｄ３＝Ｔ５７×Ｔｈ／（Ｔ２３＋Ｔ５７）
また、上記の式によって求める代わりに、Ｔｕ３＋Ｔｄ３＝Ｔｈを満たし、Ｐ３とＰ６の高さの差ができるだけ少なくなるようにＴｕ３、Ｔｄ３を求めてもよい。
【００１８】
ステップＳＴ２４では、ステップＳＴ２３で求めたＴｕ３、Ｔｄ３で上下動作の加減速を行った場合の位置Ｐ３、Ｐ６を求め、これらを最適な上昇動作の目的位置と下降動作の開始位置として終了する。このようにして位置Ｐ３、Ｐ６を求めた場合の上昇動作の終了時刻がｔ３’、下降動作の開始時刻がｔ５’になる。上記の通り、位置Ｐ３、位置Ｐ６を求めることにより、最短時間で位置Ｐ１から位置Ｐ８に動作するとともに、全動作時間を変更することなく上昇、下降動作の加減速時間を長くすることにより、振動の少ない滑らかな動作が可能となる。また、動作の高さを低くすることにより、狭い空間での動作が可能となる。
さらに、位置Ｐ３と位置Ｐ６を同じ高さになるように求めることにより、水平動作と垂直動作が独立に制御可能なロボットでは、水平動作と上昇、下降動作が独立となり、高速に動作が可能となる。
【００１９】
なお、上記実施の形態１、２では、動作の速度波形として台形の場合について説明したが、これを滑らかにするために速度フィルタに通す場合は、フィルタの遅れ分を考慮して同様に求めればよい。
【００２０】
また、上記実施の形態１、２では、上昇高さと下降高さを別に指定するようにしたが、高さを１つだけ指定し、両方を同じ高さとしても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２１】
また、実施の形態１、２ではあらかじめ指定された垂直上昇距離を最短時間で通過し、あらかじめ指定された垂直下降距離を最短時間で減速しながら通過する場合について説明したが、最短時間で通過する場合以外もこの発明の範囲に含まれる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の第１の構成であるロボット制御装置によれば、門型動作において、全動作時間が長くならない範囲で上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を長く設定することにより、上昇、下降動作における加減速動作がゆるやかになり、滑らかな動作を実現するので、振動を起こさずに高速な動作が可能となるという効果がある。
【００２３】
また、この発明の第２の構成であるロボット制御装置によれば、門型動作において、上昇動作と下降動作の高さをできるだけ低く設定することにより、上昇、下降動作における加減速動作がゆるやかになり、滑らかな動作を実現するので、振動を起こさずに高速な動作が可能となるという効果がある。
【００２４】
また、この発明の第３の構成であるロボット制御装置によれば、上昇動作の高さと下降動作の高さを同じ高さになるように決定するので、高速に動作が可能になるという効果がある。
【００２５】
また、この発明の第４の構成によるロボット制御方法によれば、門型動作において、全動作時間が長くならない範囲で上昇動作の減速時間と下降動作の加速時間を長く設定することにより、上昇、下降動作における加減速動作がゆるやかになり、滑らかな動作を実現するので、振動を起こさずに高速な動作が可能となるという効果がある。
【００２６】
また、この発明の第５の構成によるロボット制御方法によれば、門型動作において、上昇動作と下降動作の高さをできるだけ低く設定することにより、上昇、下降動作における加減速動作がゆるやかになり、滑らかな動作を実現するので、振動を起こさずに高速な動作が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１、２のロボット制御装置及びロボット制御方法を説明するための構成図である。
【図２】  実施の形態１、２の門型動作を説明するための説明図である。
【図３】   実施の形態１における門型動作の速度波形を説明するための波形図である。
【図４】  実施の形態１におけるの処理の流れを説明するためのフロー図である。
【図５】  実施の形態２における門型動作の速度波形を説明するための波形図である。
【図６】  実施の形態２における処理の流れを説明するためのフロー図である。
【図７】  従来の門型動作を説明するための説明図である。
【図８】  従来の門型動作の速度波形を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１  ロボット制御装置、  ２  ロボット、  ＳＴ１  水平動作計算手段、  ＳＴ２  重複動作時間計算手段、  ＳＴ４〜１１  垂直動作加減速時間調整手段、ＳＴ２０  水平動作時間計算手段、  ＳＴ２１  上昇動作パターン生成手段、下降動作パターン生成手段、  ＳＴ２２〜２５  上昇動作目的位置及び下降動作開始位置計算手段。
【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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【図８】
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