ゼロからのロボットアーム入門

~ ロボットの基本操作 ~

大阪大学中島優作

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このスライドの担当範囲

ロボットアームの動作生成でよく使われる仕組みを学んでいきます。
コードなどはUniversalRobotの例を扱います(他のメーカーでも概ね同じ機能があるはずです)。

オススメ参考資料

このスライドと教科書の併用をおススメします

産業用ロボットtheビギニング - 産業用ロボットの基礎的な情報を網羅

イラストで学ぶロボット工学 - 学部生向けの教科書, 本格的な制御の本だが読みやすい

ロボット動作の方法

ティーチングペンダント

ロボット用の端末
最近はLANを介してソフトウェアで行うものも多い

プログラミング

Python等で動作コードを作成
TPでは対応していない機能が使える

アプリを開いてください

→ 全画面表示

この後の説明はアプリを見ながら行います

動作作成の手順

①〜③をアプリで順に試していきます

ステップ①TCPと重心

エンドエフェクタ: 手先のツール
TCP: 実際に動かしたい点と向き
例) 乳棒の先端
重心: ツールの質量がかかる点
どちらもフランジからの位置で登録
重心は質量とセットで設定する

複数のTCP

出典: Y. Nakajima et al., "Robotic Powder Grinding with a Soft Jig for Laboratory Automation in Material Science," IROS 2022, Kyoto, Japan, pp. 2320-2326, doi: 10.1109/IROS47612.2022.9981081

それぞれのツールに対してTCPを登録しておくと便利

例)TCPを乳棒とヘラの先端に設定

場面によってTCPを切り替えることで最小限のプログラムの変更で複数のツールが使える

エンドエフェクタの重心設定

設定するのは質量と重心位置（フランジ基準）

重心設定が役に立つ場面

フリードライブでの重力補償
手先のフォーストルクセンサ値の重力補償
加減速の調整

ステップ②ロボットの座標系

関節座標系

関節それぞれの角度を指定

ベース座標系

ロボットの根本を基準にTCPの座標を指定

ツール座標系

現在のTCPの座標系を基準に次のTCPの座標系を指定

座標系による動きの違いを確認↓

ジョグ動作

関節や手先を少しずつ動かす動作をジョグ動作という（薄い色：動かす前）
アプリのジョグ機能（ボタン長押しで連続移動）で、3つの座標系での動きの違いを確認できる

座標系の表現↓

TCPの姿勢表現

姿勢(pose) = 位置 + 向きで表すことが多い

基本はXYZの座標系に対する位置と向きを考える

→ 全画面表示

ステップ③動作指令は2分類

PTP（Point To Point）
経路を規定しない・関節空間で補間
→ UR: movej()

CP（Continuous Path）
TCPの経路形状を規定・直交空間で補間

LIN 直線
→ movel()

CIRC 円弧
→ movec()

詳細は以下↓

PTPの詳細

関節空間での補間（UR: movej）
各関節が最も速く目標に到達するように動く(グラフ)
手先の軌道は予測できない
障害物がない環境で使用する動作モード

LINの詳細

CPの直線（UR: movel）
手先が直線的に移動
関節の可動範囲や特異点により動きに制限
部品挿入や溶接で使用
PTPよりも時間がかかる

CIRCの詳細

CPの円弧（UR: movec）
中間点を指定して円弧を描く
障害物回避や滑らかな動作で使用
角を持つ物体の加工などに有効
3点（始点・中間点・終点）が必要

URScriptでの対応

分類	関数	位置の与え方
PTP	`movej(q, a, v, t, r)`	関節角 `[j0..j5]`
LIN	`movel(pose, a, v, t, r)`	TCP姿勢 `p[x,y,z,rx,ry,rz]`
CIRC	`movec(pose_via, pose_to, a, v, r)`	経由点＋終点のTCP姿勢


movej([0, -1.57, 1.57, 0, 1.57, 0], a=1.4, v=1.05)
movel(p[0.3, -0.2, 0.25, 0, 3.14, 0], a=1.2, v=0.25)
movec(p[0.35, -0.1, 0.25, 0, 3.14, 0],  # 経由点
      p[0.3, 0.0, 0.25, 0, 3.14, 0],    # 終点
      a=1.2, v=0.25)

引数の型に「関節空間 / 直交空間」の違いがそのまま現れる

※ movej に pose を渡すと内部で逆運動学を解き、関節空間で補間します

ブレンド半径

ブレンド半径が無いと教示点ごとに止まる
ブレンド半径を設定すると、教示点で止まらず手前で丸めて通過
点を正確に通過しないので、細かい動きはできない
動作精度と動きの滑らかさのトレードオフで調整する

アプリの「ブレンド半径」タブで r を変えて試してみましょう

ブレンドの指定はメーカーで違う

メーカー	呼び方	指定する量	例
UR	blend radius	丸めの半径 [mm]	r=10mm
ABB	zone data（fly-by point）	教示点からのゾーン半径 [mm]	`z10`
KUKA	approximate positioning	距離 / 速度 / 時間から選択	mm, %, s
FANUC	termination type `CNT`	経路に対する割合（無次元）	`CNT100`
安川	PL（position level）	離散レベル 0〜8	`PL=5`