[发明专利]多关节连杆机构的逆运动学解法、以及利用了该逆运动学解法的示教数据制作装置

说明书

技术领域

本发明涉及多关节连杆机构的逆运动学解法、以及基于该逆运动学解法而制作针对多关节连杆机构的示教数据的示教数据制作装置。

背景技术

以往，在机器人的示教中使用如下的离线示教系统，该离线示教系统通过相对于输入至计算机的多关节机器人或者转动换位器、行驶台车这样的周边装置的机构给予要驱动的关节的移动量、旋转量，由此使三维的图形数据移动、旋转，显示在显示器画面上，制作机器人的动作轨迹。

多关节机器人或者转动换位器等周边装置通过定义了进行各关节(接头、轴)的旋转动作、平移动作的轴向、各关节间的连接的连杆机构来表现。

尤其是，转动换位器等多关节连杆机构通过被马达等驱动的驱动关节构成，但有的种类的多关节连杆机构不仅具有驱动关节，还具有与驱动关节的动作连动地动作的从动关节。

在计算这样的多关节连杆机构的动作时，给予决定多关节连杆机构的动作所需足够的驱动关节的移动量、旋转量，并且通过基于几何学解析方法的计算或者使用了雅可比矩阵的收敛计算而导出从动关节的移动量、旋转量即可。通过根据导出结果而使图形数据移动、旋转，由此能够进行示教数据的图形显示。

由于上述方法通过给予驱动关节的移动量、旋转量来确定成为目标的装置前端的位置、姿态，因此相当于机器人工程学中所谓的广义的正变换(正向运动学)。这样的计算方法被确立为，通过CAD软件等机构解析等而自动定义多关节连杆机构的环机构(连接连杆彼此而成的封闭多边形)，并计算使规定的关节动作时的举动等的现有技术(例如，参照非专利文献1等)。

另一方面，在使用了计算机的离线示教数据的制作作业中，若是包括从动关节在内的装置的本来想要移动的部位、例如使工件移动的转动换位器，则需要导出用于使搭载于该装置的工件的位置、姿态在装置的自由度的范围内移动至所希望的位置、姿态的状态的驱动关节的旋转量、移动量的值。由于是与之前所说的通过给予驱动关节的移动量、旋转量来确定装置的前端的位置、姿态的正变换相反的问题，因此在机器人工程学中被称作逆变换(逆运动学)，是工学领域中的所谓逆问题。

若成为对象的装置的多关节连杆机构始终具有恒定的构造(是固定的)，由于用于进行逆变换的计算能够使用几何学(解析)的解法，因此并不太难。

然而，成为对象的多关节连杆机构的结构是各种各样的，即便限定为转动换位器，也存在各种结构的转动换位器(本实施方式的图2、图8等)。因此，对于基于几何学解法的逆变换而言，无法在多关节连杆机构的结构不同的情况下进行使用，需要针对有可能的全部的多关节连杆机构而预先准备全部的几何学解法从而有可能对应。

话虽如此，多关节连杆机构的组合是无限的，现实中完全不可能预先准备全部的几何学解法。由于对于以任意方式定义的多关节连杆机构皆能够应对的几何学(解析)解法是不存在的，因此，通过使驱动关节略微移动并通过正变换使装置动作、若对象的部位相对于所希望的位置、姿态而进入某允许范围内则采用该移动这样的耗费计算时间或者对操作者造成负担的方法来制作示教数据。

例如，在专利文献1中公开了与被认为能够在多关节连杆机构的逆变换中使用的机构解析建模系统相关的技术。

即，专利文献1公开了一种机构解析建模系统，在该系统中，使用CAD图的制作装置而根据通过所述CAD图显示的机构部件形状来生成连杆机构解析模型，其中，该机构解析建模系统将所输入的所述连杆机构解析模型与之等价地自动转换为机构系统的姿态解析中的由包含独立变量的环构成的所述连杆机构解析模型。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平05-266147号公报

非专利文献

非专利文献1：机器人控制基础论，吉川恒夫著，1988.11，corona社

如上所述，多关节连杆机构的组合是无限的，现实中完全不可能预先准备全部的几何学解法。由于能够应对以任意方式定义的多关节连杆机构的几何学(解析性)解法是不存在的，因此，不得不使用专利文献1公开的机构解析建模系统，并且通过使驱动关节略微移动并通过正变换使装置动作、若对象的部位相对于所希望的位置、姿态而进入某允许范围内则采用该移动这样的耗费计算时间或者对操作者造成负担的方法来制作示教数据。不言而喻，这样的逆问题导出方法、示教数据的确定方法是不现实的。

发明内容