JPH01210292A - ロボットの環境との接触検出法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、ロボットの環境との接触を検出する方法を
こ係わる。

（従来の技術） ロボットを例えば原子力関連施設の様な狭隘な場所ｆ使
う場合、ロボットが環境と衝突してロボットや施設を破
壊しないようにすることは必須である５従来盛んＥこ行
われている障害物回避法は、与えられた環境の特定の場
所にロボットの手先を移動するための衝突の無い経路を
決定する手法に関するものがほとんどで、運転中のロボ
ットの何処が環境と接触したかを検出し、その信号を使
って衝突を回避しつつ所望の作業をロボット【こさせる
手段の具体的、提案は、はとんど無かった。

（発明が解決するための課＠） 前記のロボットの障害物回避法こはロボットの環境との
接触の竺出が必要であるが、ロボットの環境との接触検
出法としては、光学的レンジファインダや超音波レンジ
ファインダをロボットニ取付け、障害物までの距離によ
って衝突を検出するものや、接触センサをロボットアー
ム表面Ｅこ取付け。

環境との接゛触、を検出するものが、従来、提案され。

ている、ところが、ロボットのどの了−ムのどの部分が
衝突しそうかを知ろうとするとレンジファインダをアー
ム表面ばかりでなく関節等の可動部分をこも多数取付け
なければならず、実際には不可能で、仮に取付いたとし
ても信号線の数が膨大となりこれを処理するにも問題が
育った。

接触センサの場合も関節等の可動部分（こ吹付けること
は不可能で、検出分解能を上げる為（こセンサ密度を上
げると信号線の処理の問題が同様をこ生じた。

この清明の目的は、前記欠点の無いロボットのこの発明
は、ロボットの関節駆動出力１曲にトルクセンサを装着
し、その信号から環境と接触しているアーム又は関節と
、その接触の向きを求めるものである。

（１乍用） 本発明によれば関節の数だけと言う少ないセンサで済む
ので％信号線の処理の間遠も無く、又関節部分の接′Ｐ
Ａ１に関しては全く無力であった従来方法の欠点は、克
服可能となる。

（実施例） ロボットの関節駆動出力軸ζこ取付けたトルクセンサの
信号ベクトルＴｊは、ロボットの手先が外部世界、即ち
環境に対して行う仕事に必要な力を発生する為の仕事ト
ルクベクトルＴＷと地球の重力加速度（こよってロボッ
トアームが受ける重力による重力トルクベクトルＴＩ　
、及びロボットアームの成る場所が環境と接触した為Ｑ
こ関節軸に生ずる接触トルクベクトルＴＣの和で与えら
れる。

Ｔ　ｊ　＝Ｔｗ十Ｔ　Ｅｌ　十Ｔ　ｃ　　　　　　　　
　　ｆｌ）一般には、慣性トルクベクトルも考慮する必
要があるが、原子力関連施設で稼動するロボットは、こ
のトルクが間ｇ！こなるほど高速で動かす必要が無いの
で省略出来る。

ロボットの手先を力制御する場合は、Ｔｗ、ＴＦは、当
然、計算しなければならないので、これらの１直Ｇま既
升である。従ってＴｅｌま、Ｔｃ＝Ｔｊ−Ｔｗ−Ｔ＆　
　　　　　　　（２］として容易（こ求めるＯとが出来
る。但し、力制御をしない場合はＴ　ｗ　＝　Ｏとなり
、Ｔｇは、このため船こ計算で求めなければならないが
、公′団の方法で容易に計算出来る。

ところで、Ｔｃとロボットが環境と接触したときに接触
点（こ働く接触力ベクトルＦｃの間には、次の関係があ
る。

Ｔ・ Ｔｃ＝Ｊ　　Ｆｃ　　　　　　　　　　（３）ここでＪ
は、ヤコビアンマトリックスで。

Ｄ＝ＪＱ　　　　　−（４） であたえられる。Ｄはロボットの接触点の微少並進ベク
トルを、Ｑ１１関節の微小回転ベクトルである。又Ｊ　
は　Ｊの転置マトリックスである。

ここで用いるＪは、ベクトルＴｃの成分によって、変え
なけｎばならない。これを第１図の人間の腕と同じ溝造
のロボットアームについて具体的に説明する。

第１’Ｊｌこ３いて、関節出力ｒ＠］ｌこ２ける接触ト
ルクＴが次の関係をこあるときは、肩４．上腕１の関節
Ａｌ；　Ａｔ、Ａ３　と上腕１の長さを考慮したヤコビ
アンＪをもちいる。

１−：１ 従ってこの場合Ｏこ求まる接触力Ｆは上腕１のどこが（
夛触しても、上腕の先端、叩ち肘２１こおける接触力と
して算出される。しかし障害物回避に必要な情報は、力
の大きさや接触力の動く正確な位置でもない３必沙なの
（ま、これ以上どの向き番こ腕を動かして（まならない
かその方向である。従って、肘２に働く仮想接触力で十
分である。

同様番こして、 の場合は、関節Δ１〜Ａ、と上腕１長及び前腕５長から
求めたヤコビアンを便り。この場合は、前腕のどの部分
が接触しても手首３先端（こ動く仮想接触力が求凍る３ ところで、式（５）の成立つ場合は％　Ｊは３×３の正
方マトリックスとなるので、Ｆは、 Ｆ　ｃ＝（ＪＴ）−’　Ｔｃ　　　　　　　　１７）で
計算出来るが、式（６）の場合は、Ｊは３×５の矩形マ
トリックスとなるので、 Ｆｃ−（ＪＴ）’　　Ｔｃ　　　　　　　　　　ｆ８）
昏こよって接触力を算出しなければならない、ここで（
ＪＴ）＋は（ＪＴ）の疑似逆マトリックスである。

実際（こロボットの環境との接触を検出するＯこは、ロ
ボットの制御すイクル毎番こ、接触トルクベクトルＴｃ
を計算、監視して、ＴＣ〜０になった場合に（７）式又
は（８）の演算をして仮想接触力ベクトルを求める。第
２図は仮想淡触力を求のる手順のフローチャートをしめ
す。

〔発明の効果〕

本発明（・こよ几ば関節の数だけでセンサを構成するこ
とができるので信号線の処理の問題も黒くなる等の優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本定明の内容の理解を助ける為のロボットア
ームを示す概略図、第２図は、仮想接１独力を求める手
順を示すフローチャートである。 １・・・上腕、２・・・肘、３・・・手首％４・・・肩
、５・・・前腕。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 関節駆動出力軸に取付けたトルクセンサの信号から、ロ
   ボットが環境と接触することなく所定の仕事をする場合
   に前記関節駆動出力軸に働くトルクを差引いて得られる
   接触トルクベクトルと、接触トルクベクトルの成分の値
   に応じて決定されるヤコビアンマトリックスからロボッ
   トが環境と接触している場所とその方向を与える仮想接
   触力を求めることを特徴とするロボットの環境との接触
   検出法。