JPH01229306A - Copy teach control system - Google Patents
Copy teach control systemInfo
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- JPH01229306A JPH01229306A JP5374188A JP5374188A JPH01229306A JP H01229306 A JPH01229306 A JP H01229306A JP 5374188 A JP5374188 A JP 5374188A JP 5374188 A JP5374188 A JP 5374188A JP H01229306 A JPH01229306 A JP H01229306A
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(目次)
概要
産業上の利用分野
従来の技術 第4図、第9図、第10図発明が解決し
ようとする課題 第5図課題を解決するための手段
第1図
作用 第1図
実施例 第2図乃至第9図
発明の効果
〔概要〕
対象物の表面に沿って倣い動作を行う制御対象を速度指
令に基づいて作動させる系で、該速度指令に関する教示
を行う倣い教示制御方式に関し、倣い動作を行う面に対
する力制御方向とこれに垂直な位置制御方向とこれらの
制御方向の向きとを自動的に得ることのできる倣い教示
制御方式を提供することを目的とし、
対象物の表面上以外に位置する制御対象の適宜位置及び
上記表面上に接触させた制御対象の3以上の接触位置を
記憶する位置記憶部と、記憶した接触位置を要素として
力制御方向及び位置制御方向を算出する制御方向算出部
と、位置制御方向の向きを決定し上記記憶した適宜位置
及び接触位置を要素として力制御方向の向きを決定する
向き決足部と、力制御方向及びその向きに基づいて該向
きの速度指令を発する力制御手段と、位置制御方向及び
その向きに基づいて該向きの速度指令を発する位置制御
手段とを備えて構成する。[Detailed Description of the Invention] (Table of Contents) Overview Industrial Field of Application Prior Art Figures 4, 9, and 10 Problems to be Solved by the Invention Figure 5 Means for Solving the Problems
Figure 1 Effect Figure 1 Embodiment Figures 2 to 9 Effects of the invention [Summary] This is a system that operates a controlled object that performs a tracing operation along the surface of an object based on a speed command. To provide a copying teaching control method that can automatically obtain a force control direction for a surface on which a copying operation is performed, a position control direction perpendicular thereto, and the directions of these control directions. For the purpose of a control direction calculation unit that calculates a control direction and a position control direction; a direction determination unit that determines the direction of the position control direction and determines the direction of the force control direction using the stored appropriate position and contact position as elements; It is configured to include a direction and a force control means for issuing a speed command in the direction based on the direction, and a position control means for issuing a speed command in the direction based on the position control direction and the direction.
本発明は、ロボットが対象物表面に沿って加工等の倣い
動作を行なうための倣い教示制御方式に係り、特に、対
象物の表面に沿って倣い動作を行う制御対象と、当該制
御対象を速度指令に基づいて作動させる操作部と、上記
制御対象の位置を検出する位置検出部と、制御対象が受
ける力の検出を行なう力検出部とを有する系で、上記速
度指令に関する教示を行う倣い教示制御方式に関する。The present invention relates to a scanning teaching control method for a robot to perform a copying operation such as machining along the surface of an object, and particularly relates to a control object that performs a copying operation along the surface of an object, and a speed control method for controlling the control object. Tracing teaching that teaches the speed command in a system that includes an operation section that operates based on a command, a position detection section that detects the position of the controlled object, and a force detection section that detects the force that the controlled object receives. Regarding control method.
従来、対象物の表面に沿っての加工、例えばパリ取り、
拭き取り、等の作業に力感覚を有するロボットを使用す
ることはすでに知られており、このときに用いる倣い制
御方式もすでに提案されている。Conventionally, processing along the surface of the object, such as deburring,
It is already known that a robot having a force sense is used for tasks such as wiping, and a tracing control method used at this time has already been proposed.
第4図及び第9図に示すように、平面S0上で倣い動作
の制御を行なわせるには、制御対象としてのマニピュレ
ータ11が設置されているロボット基準座標系(Xr、
Yr、Zr)とハンド座標系(Xh、Yh、Zh)とで
の倣い動作の開始地点SAと終了地点SBとの座標値、
移動方向(以下「位置制御方向」という)、位置制御方
向の向き、当該平面と接触を保つために平面に加える押
し付は力の大きさ、当該平面の法線方向(以下「力制御
方向」という)及び力制御方向の向きを指示する必要が
ある。As shown in FIGS. 4 and 9, in order to control the tracing operation on the plane S0, the robot reference coordinate system (Xr,
Coordinate values of the start point SA and end point SB of the copying operation in the hand coordinate system (Xh, Yh, Zh);
The direction of movement (hereinafter referred to as "position control direction"), the direction of the position control direction, the magnitude of the force applied to the plane to maintain contact with the plane, the normal direction of the plane (hereinafter referred to as "force control direction") ) and the direction of the force control direction.
従来、このような方向及び向きは、例えば水平方向に広
がった平面81等の単純な平面で行うか、対象物の表面
を計測することにより予め当該表面の法線ベクトルや移
動方向のベクトルを調べて与えるようにしていた。Conventionally, such directions and orientations have been determined using a simple plane, such as the horizontally spread plane 81, or by measuring the surface of the object and determining the normal vector of the surface and the vector of the movement direction in advance. I tried to give it to him.
すなわち、従来の倣い教示制御方式にあっては、第10
図に示すように、倣い動作等の動作を行うマニピュレー
タ81と、当該マニピュレータ81の操作を行う操作部
82と、マニピュレータ81の現在位置を検出する位置
検出部85と、マニピュレータ81が受ける力の検出を
行う力検出部86と、前記マニピュレータ81の位置制
御方向の速度指令を行う位置制御手段83と、表面の力
制御方向の速度指令を行う力制御手段84とを有するも
のである。That is, in the conventional tracing teaching control system, the 10th
As shown in the figure, a manipulator 81 that performs operations such as a copying operation, an operation section 82 that operates the manipulator 81, a position detection section 85 that detects the current position of the manipulator 81, and a detection section 85 that detects the force that the manipulator 81 receives. A force detecting section 86 that performs this, a position control means 83 that gives a speed command in the position control direction of the manipulator 81, and a force control means 84 that gives a speed command in the surface force control direction.
そして、前記位置制御手段85に前記位置検出部85が
検出した位置及び設定位置を送出するとともに予め調べ
た倣い動作を行う平面上の位置制御方向及び向きを設定
しておき、前記力制御手段84に対しても前記力検出部
86が検出した力及び設定力を送出するとともに、予め
調べた前記倣い動作の行われる平面の力制御方向及び向
きを設定して、所定対象物の表面に対する倣い動作の教
示の制御を行うようにしていた。Then, the position detected by the position detecting section 85 and the set position are sent to the position control means 85, and the position control direction and direction on the plane in which the copying operation is performed are set in advance, and the force control means 84 The force detection unit 86 also sends out the force detected by the force detection unit 86 and the set force, and also sets the force control direction and orientation of the plane on which the tracing operation is performed, which has been checked in advance, to perform the tracing operation on the surface of a predetermined object. It was designed to control the teaching of
(発明が解決しようとする課題)
ところで、従来の倣い動作教示制御方式にあっては、操
作員が倣い動作を行う対象物の表面の平面方程式や当該
平面の法線ベクトル等を調べて前記制御系に倣い動作の
教示を行う必要がある。(Problem to be Solved by the Invention) By the way, in the conventional copying motion teaching control system, the operator examines the plane equation of the surface of the object to be copied, the normal vector of the plane, etc., and performs the control. It is necessary to teach the movement by imitating the system.
そのため、例えば、第5図に示すようなロボット上に設
定されたロボット基準座標系の中で任意に置かれた平面
や複雑な形状を有する曲面に対して倣い動作を行うよう
な場合には単純な平面の場合と異なり複雑な計測を行う
必要があり、手間がかかるという問題点を有していた。Therefore, for example, when performing a copying operation on a plane arbitrarily placed in the robot reference coordinate system set on the robot as shown in Figure 5, or on a curved surface with a complex shape, it is difficult to Unlike the case of a flat plane, it is necessary to perform complicated measurements, which has the problem of being time-consuming.
そこで、本発明の上記問題点を解決するための技術的課
題は、倣い動作を行う場合に自動的に倣い動作を行う面
の力制御方向とこれに垂直な位置制御方向を得ることが
できるとともに、特に、これ等の向きをも定めるように
した倣い教示制御方式を提供することにある。Therefore, the technical problem for solving the above-mentioned problems of the present invention is to be able to automatically obtain the force control direction of the surface on which the copying operation is performed and the position control direction perpendicular to this when performing the copying operation. In particular, it is an object of the present invention to provide a tracing teaching control system that also determines these directions.
以上の課題を解決する本発明の手段は、第1図に示すよ
うに、上記の倣い動作に先立って位置検出部5に検出さ
れ、対象物の表面上以外に位置する制御対象1の適宜位
置及び上記表面上に接触させた制御対象1の3以上の接
触位置を記憶する位置記憶部7と、上記記憶した接触位
置を要素として倣い動作時における制御対象1の上記表
面に対する力制御方向及び力制御方向に垂直な位置制御
方向を算出する制御方向算出部8と、上記位置制御方向
の向きを決定するとともに上記記憶した適宜位置及び接
触位置を要素として上記力制御方向の向きを決定する向
き決定部9と、倣い動作時に、上記力制御方向、力制御
方向の向き、力検出部6により検出された力及び設定力
に基づいて該力制御方向の向きの速度指令を発する力制
御手段4と、倣い動作時に、上記位置制御方向9位置制
御方向の向き2位置検出部5に検出された位置及び設定
位置に基づいて該位置制御方向の向きの速度指令を発す
る位置制御手段3とを備えたものである。As shown in FIG. 1, the means of the present invention for solving the above problems is such that, prior to the above-mentioned copying operation, a position detecting section 5 detects an appropriate position of a controlled object 1 located other than on the surface of the object. and a position storage unit 7 that stores three or more contact positions of the controlled object 1 brought into contact with the surface, and a force control direction and force on the surface of the controlled object 1 during a copying operation using the stored contact positions as elements. a control direction calculation unit 8 that calculates a position control direction perpendicular to the control direction; and a direction determination unit that determines the direction of the position control direction and determines the direction of the force control direction using the stored appropriate position and contact position as elements. a force control means 4 that issues a speed command in the force control direction based on the force control direction, the direction of the force control direction, the force detected by the force detection section 6, and the set force during the copying operation; and a position control means 3 for issuing a speed command in the position control direction based on the position detected by the position detection section 5 and the set position during the copying operation. It is something.
本発明により倣い教示を行なう場合には、倣い動作に先
立って、先ず、前記位置検出部5は対象物の表面上以外
に位置する制御対象1の適宜位置を検出する。その後、
操作部2により制御対象1に対して所定の操作量を送出
して当該対象物の表面に接触させる。この際、力検出部
6により制御対象1が受けた力が検出され、力制御手段
4により接触が認識されると、前記位置検出部5は、上
記接触した際の前記制御対象1の接触位置を検出して当
該位置座標を出力する。そして、上記接触させる動作は
倣い動作を行なおうとする表面上の少なくとも3箇所の
異なる点で繰り返して行なわれ、最低3つの接触位置の
位置座標を得る。When performing copying teaching according to the present invention, prior to the copying operation, the position detecting section 5 first detects an appropriate position of the controlled object 1 located other than on the surface of the object. after that,
The operating unit 2 sends out a predetermined amount of operation to the controlled object 1 to bring it into contact with the surface of the object. At this time, when the force that the controlled object 1 receives is detected by the force detection section 6 and the contact is recognized by the force control means 4, the position detection section 5 detects the contact position of the controlled object 1 at the time of the contact. is detected and the corresponding position coordinates are output. Then, the above-mentioned contacting operation is repeatedly performed at at least three different points on the surface on which the tracing operation is to be performed, and the position coordinates of at least three contact positions are obtained.
この位置検出部5に検出された適宜位置及び接触位置は
位置記憶部7に記憶される。The appropriate position and contact position detected by the position detection section 5 are stored in the position storage section 7.
次に、制御方向算出部8は、例えば、3つの接触位置に
基づいて当該接触点またはその近傍点が通る平面を認識
し、前記制御対象1の力制御方向及び位置制御方向を算
出する。Next, the control direction calculation unit 8 recognizes, for example, a plane through which the contact point or its neighboring point passes, based on the three contact positions, and calculates the force control direction and position control direction of the control object 1.
更に、向き決定部9は、位置制御方向の向きを決定する
とともに上記記憶した適宜位置及び接触位置を要素とし
て上記力制御方向の向きを決定する。Further, the direction determining section 9 determines the direction of the position control direction, and also determines the direction of the force control direction using the stored appropriate position and contact position as elements.
そして、倣い動作の際において、力制御手段4は、上記
力制御方向、力制御方向の向き、力検出部6により検出
された現在受けている力及び設定力に基づいて該力制御
方向の向きの速度指令を発するとともに、位置制御手段
3は、上記位置制御方向9位置制御方向の向き9位置検
出部5に検出された現在の位置及び設定位置に基づいて
該位置制御方向の向きの速度指令を発することになる。During the copying operation, the force control means 4 determines the direction of the force control direction based on the force control direction, the direction of the force control direction, the currently received force detected by the force detection unit 6, and the set force. At the same time, the position control means 3 issues a speed command in the position control direction based on the current position detected by the position detection section 5 and the set position. will be emitted.
次に本実施例について説明する。 Next, the present embodiment will be explained.
本実施例は第2図及び第7図に示すように制御対象1と
してのマニピュレータ11と、当該マニピュレータ11
の制御を行う操作部12と、前記マニピュレータ11の
ハンド部11aの先端位置の検出を行う位置検出部15
と、前記マニピュレータ11のハンド部11a(第4図
及び第5図に示す)が受ける力の検出を行う力検出部1
6と、倣い動作に先立って位置検出部15に検出され、
対象物の表面上以外に位置するハンド部11a先端の適
宜位置Z及び上記表面上に接触させたハンド部11a先
端の3つの接触位置A。As shown in FIGS. 2 and 7, this embodiment includes a manipulator 11 as the controlled object 1, and the manipulator 11
an operating section 12 that controls the operation section 12; and a position detection section 15 that detects the position of the tip of the hand section 11a of the manipulator 11.
and a force detection section 1 that detects the force applied to the hand section 11a (shown in FIGS. 4 and 5) of the manipulator 11.
6, detected by the position detection unit 15 prior to the copying operation,
An appropriate position Z of the tip of the hand portion 11a located other than on the surface of the object, and three contact positions A of the tip of the hand portion 11a brought into contact with the surface.
B、Cを記憶する位置記憶部17と、上記記憶した3つ
の接触位置A、B、Cを含む平面方程式を算出して倣い
動作時におけるマニピュレータ11の上記表面に対する
力制御方向及び力制御方向に垂直な位置制御方向を算出
する制御方向算出部18と、上記記憶した接触位置A、
B、Cを要素として上記力制御方向の向きを決定すると
ともに倣い動作の開始地点SAと終了地点SBの座標を
要素として位置制御方向の向きを決定する向き決定部1
9と、倣い動作時に、上記力制御方向。A position storage unit 17 that stores the contact positions A, B, and C calculates a plane equation including the three contact positions A, B, and C stored above to determine the force control direction and the force control direction of the manipulator 11 on the surface during the copying operation. a control direction calculation unit 18 that calculates a vertical position control direction; and the stored contact position A;
A direction determining unit 1 that determines the direction of the force control direction using B and C as elements, and determines the direction of the position control direction using the coordinates of the start point SA and end point SB of the copying operation as elements.
9 and the above force control direction during copying operation.
力制御方向の向き、力検出部16により検出された力及
び設定力に基づいて該力制御方向の向きの速度指令を発
する力制御手段14と、倣い動作時に、上記位置制御方
向2位置制御方向の向き9位置検出部15に検出された
位置及び設定位置に基づいて該位置制御方向の向きの速
度指令を発する位置制御手段13とを備えている。a force control means 14 that issues a speed command in the direction of the force control direction based on the direction of the force control direction, the force detected by the force detection unit 16, and the set force; and a position control means 13 that issues a speed command in the position control direction based on the position detected by the position detection section 15 and the set position.
また、制御方向算出部18及び向き決定部19は倣い動
作軌道の開始地点SA、終了地点SB及び上記記憶した
適宜位置Zから後述の設定軌道平面SKを算出し、上記
接触位置A、B。Further, the control direction calculating unit 18 and the direction determining unit 19 calculate a set trajectory plane SK, which will be described later, from the start point SA, end point SB, and the stored appropriate position Z of the tracing motion trajectory, and calculate the set trajectory plane SK, which will be described later, from the contact positions A and B.
Cへ向けてマニピュレータ11を移動させる移動方向及
びその向きを算出する機能も備えている。It also has a function of calculating the direction of movement of the manipulator 11 toward C and its orientation.
さらに前記操作部12はサーボ・モータ12aと、パワ
ー・アンプ12bと、D/Aコンバータ12cと、補償
器12dとを有している。Further, the operating section 12 includes a servo motor 12a, a power amplifier 12b, a D/A converter 12c, and a compensator 12d.
また、前記位置検出部15はカウンタ及びエンコーダ1
5aとタコ・メータ15bとを有している。Further, the position detection section 15 includes a counter and an encoder 1.
5a and a tachometer 15b.
続いて前記力検出部16は力覚センサ16aとハンド座
標系からロボット基準座標系への座標変換部16bとを
有している。Subsequently, the force detection section 16 has a force sensor 16a and a coordinate conversion section 16b from the hand coordinate system to the robot reference coordinate system.
さらに、前記力制御手段14及び前記位置制御手段13
から出力された速度についての加算を行う加算部10b
と、加算された速度をマニピュレータの各関節の角速度
θに変換する逆ヤコビ変換部10aとを有している。Furthermore, the force control means 14 and the position control means 13
Adding unit 10b that performs addition of the speeds output from
and an inverse Jacobi transform unit 10a that converts the added velocity into angular velocity θ of each joint of the manipulator.
力制御手段14は力制御部14bと偏差部14aとから
成り、位置制御手段13は偏差部13aと位置制御部1
3bとから成る。The force control means 14 consists of a force control section 14b and a deviation section 14a, and the position control means 13 consists of a deviation section 13a and a position control section 1.
3b.
次に、前記位置制御部13b及び力制御部14bの詳細
を第3図に示す。Next, details of the position control section 13b and force control section 14b are shown in FIG. 3.
位置制御部13bは転置直交変換行列(R”)演算部3
1と、選択行列(I−3f)演算部32と、直交行列(
R)演算部33と、位置フィードバックゲイン(C2)
演算部34とを有する。The position control unit 13b is a transposed orthogonal transformation matrix (R”) calculation unit 3.
1, the selection matrix (I-3f) calculation unit 32, and the orthogonal matrix (I-3f)
R) Arithmetic unit 33 and position feedback gain (C2)
It has an arithmetic unit 34.
また、力制御部14bは転置直交行列(R”)演算部3
8と、選択行列(Sf)演算部37と、他の選択行列(
I−3f)演算部40と、不感帯演算部39と、直交行
列演算部36と、位置フィードバックゲイン演算部35
とを有する。The force control unit 14b also includes a transposed orthogonal matrix (R”) calculation unit 3.
8, the selection matrix (Sf) calculation unit 37, and the other selection matrix (Sf)
I-3f) Calculation unit 40, dead zone calculation unit 39, orthogonal matrix calculation unit 36, and position feedback gain calculation unit 35
and has.
ここで、第6図に示すように対象物への押し付は力を示
す力指令F。で与えられる力制御方向の単位ベクトル(
倣い動作が行われる対象物の表面の法線ベクトル)を“
1nII、倣い方向の移動速度指令Voで与えられる位
置制御方向の単位ベクトル゛0パで表したとき、位置制
御されるさらにもう1つの直交ベクトル“a”°は
a=nX。Here, as shown in FIG. 6, force command F is used to press the object. The unit vector in the force control direction given by (
The normal vector of the surface of the object on which the tracing operation is performed) is “
1nII, the unit vector in the position control direction given by the movement speed command Vo in the scanning direction is expressed as 0p, yet another orthogonal vector "a"° to be position controlled is a=nX.
で与えられる。is given by
これを各々ロボット基準座標系による成分表示を行うと
、
n=(nx+ny+nz)T
O=(OXIOYIOZ)T
となる。ここで、Tは転置行列を示す。When each of these is expressed as a component using the robot reference coordinate system, n=(nx+ny+nz)T O=(OXIOYIOZ)T. Here, T indicates a transposed matrix.
これらのベクトルを用いて当該ロボット基準座標系(x
、y、z)から倣い座標系(X”、y’、z’)への座
標変換を表示する直交座標変換行列Rは次のように表さ
れることになる。Using these vectors, the robot reference coordinate system (x
, y, z) to the tracing coordinate system (X'', y', z') is expressed as follows.
第6図において、当該倣い座標系(x’ +3” +z
’ )のX′力方向力制御方向とし、y′及び2゛方向
を位置制御方向とすることで選択行列演算部32゜37
.40の選択行列は次の式に表示される。In Fig. 6, the tracing coordinate system (x' + 3" + z
), the X' force direction is the force control direction, and the y' and 2' directions are the position control directions.
.. The 40 selection matrices are expressed in the following equation.
で与えられる。この場合、一般に例えばねじ締め、缶の
蓋締め等押し付は方向の軸まわりにトルクを与えるので
トルクを与える場合にはS=1とし、与えない場合には
S=0とする。is given by In this case, in general, pressing such as tightening a screw or tightening a lid of a can applies torque around the axis of the direction, so S=1 is set when torque is applied, and S=0 when no torque is applied.
カフィードバックゲイン演算部cfは基準座標系に関し
て、
で与えられる。The feedback gain calculation unit cf is given by the following with respect to the reference coordinate system.
また、位置フィードバックゲインCpは同様にして、 で与えられる。Similarly, the position feedback gain Cp is is given by
選択行列の1は単位行列を表している。1 in the selection matrix represents a unit matrix.
さらに、本実施例では不感帯演算部39を設けている。Furthermore, in this embodiment, a dead zone calculation section 39 is provided.
当該演算部39は倣い動作中に位置制御方向が対象物接
触点における接平面に一致していない場合に対象物表面
に多大な摩擦力が生じて表面をかじり、対象物表面ある
いはワークに損傷を与えるのを防止することができるも
のである。すなわち、対象物の接触点に許容範囲以上の
力が作用したときには位置制御方向にもカフィードバッ
クを作用させるためである。The calculation unit 39 detects that when the position control direction does not match the tangential plane at the point of contact with the object during the scanning operation, a large frictional force is generated on the surface of the object and scratches the surface, causing damage to the surface of the object or the workpiece. It is something that can be prevented from being given. That is, when a force exceeding an allowable range is applied to the contact point of the object, force feedback is also applied in the position control direction.
次に、本実施例の作用を説明する。今、例えば第5図及
び第7図のように置かれた平面S2に対して倣い教示制
御を行う場合について述べる。Next, the operation of this embodiment will be explained. Now, a case will be described in which tracing teaching control is performed on a plane S2 placed as shown in FIGS. 5 and 7, for example.
第7図に示すように、倣い動作に先立って、先ず、マニ
ピュレータ11のハンド部11a先端の現在における適
宜位置Zを位置記憶部17に記憶する。次に、制御方向
算出部18及び向き決定部19において倣い動作軌道の
開始地点SA、終了地点SB及び適宜位置Zからこれら
の点を含む設定軌道平面SKを算出し、接触位置A、B
、Cへの移動方向及びその向きを算出決定する。そして
、この算出決定結果に基づいて、ハンド部11a先端が
移動させられる。この移動においては、操作部12には
力の速度指令のみが与えられ位置の速度指令は与えられ
ない。そして、この場合まず、設定軌道平面SKに沿っ
てハンド部11a先端が移動させられて対象物の表面に
接触させられ、設定力に達すると自動的に停止される。As shown in FIG. 7, prior to the copying operation, first, the current appropriate position Z of the tip of the hand portion 11a of the manipulator 11 is stored in the position storage section 17. Next, the control direction calculating unit 18 and the direction determining unit 19 calculate a set trajectory plane SK including the starting point SA, ending point SB, and appropriate position Z of the tracing motion trajectory, and set the contact positions A and B.
, C and its direction are calculated and determined. Then, the tip of the hand portion 11a is moved based on the calculation and determination result. During this movement, only force and speed commands are given to the operating section 12, and no position speed commands are given to the operating section 12. In this case, first, the tip of the hand portion 11a is moved along the set trajectory plane SK and brought into contact with the surface of the object, and is automatically stopped when the set force is reached.
この動作を2回行なうことにより、接触位置A、Bが検
出されるとともに記憶される。次に、ハンド部11a先
端が設定軌道平面SK上にないように移動させられ、対
象物の表面に接触させられる。この接触位置Cが検出記
憶される。By performing this operation twice, the contact positions A and B are detected and stored. Next, the tip of the hand portion 11a is moved so that it is not on the set trajectory plane SK, and brought into contact with the surface of the object. This contact position C is detected and stored.
即ち、ハンド部11aが点Aに接触すると、前記力覚セ
ンサ16aは接触した際に受けた力をハンド座標系の成
分Fhとして検出し、座標変換部16bに送出して力の
成分をロボット基準座標系で表示した成分Frに変換す
る。That is, when the hand part 11a contacts point A, the force sensor 16a detects the force received at the time of contact as a component Fh of the hand coordinate system, and sends it to the coordinate conversion part 16b to convert the force component to the robot reference. Convert to component Fr expressed in a coordinate system.
当該Frは偏差部14aにより、力指令F。どの偏差が
取られ力制御部14bに送出される。The said Fr is the force command F by the deviation part 14a. Which deviation is taken and sent to the force controller 14b.
その停止させた際のハンド部11aの位置姿勢はエンコ
ーダ及びカウンタ15aにより検出された各関節角θ1
から位置姿勢演算部20により算出される。The position and orientation of the hand section 11a when it is stopped are determined by the joint angles θ1 detected by the encoder and counter 15a.
It is calculated by the position and orientation calculation unit 20 from .
こうして、得られた接触した瞬間の位置が前記位置記憶
部17に記憶される。そして、接触位置A、B、Cの位
置座標が3点得られると、当該位置座標は制御方向算出
部18及び向き決定部19に送出されることになる。□
当該制御方向算出部18においては、次のようにして前
記3点により定まる平面方程式を自動的に得ることにな
る。The thus obtained position at the moment of contact is stored in the position storage section 17. Then, when the three position coordinates of the contact positions A, B, and C are obtained, the position coordinates are sent to the control direction calculation section 18 and the direction determination section 19. □ The control direction calculation unit 18 automatically obtains a plane equation determined by the three points as follows.
すなわち、第5図に示すように、当該3点A。That is, as shown in FIG. 5, the three points A.
B、Cの位置座標が各々、a=(al+a2+a3)、
b=(b工、b2.b3)、C=(C1+C2+C3)
のように検出されると、C”(C1+C2+C3)が決
まる。The position coordinates of B and C are respectively a=(al+a2+a3),
b = (b engineering, b2.b3), C = (C1+C2+C3)
When detected as follows, C'' (C1+C2+C3) is determined.
これにより3点a、b、cを通る平面S2平面方程式
p=ra+sb+sc (ただし r+S+t=1)
が求められる。As a result, the plane S2 plane equation passing through three points a, b, and c p=ra+sb+sc (where r+S+t=1)
is required.
更に、平面S2の垂直単位ベクトル が算出されることになる。Furthermore, the vertical unit vector of plane S2 will be calculated.
更にまた、平面S2上の軌道に沿う単位ベクトルが算出
されることになる。Furthermore, a unit vector along the trajectory on the plane S2 is calculated.
次に、向き決定部19においては、先ず、上記開始地点
SAと終了地点SBとの位置関係から平面S2上の軌道
に沿う単位ベクトルの向きを決定する。Next, the direction determining section 19 first determines the direction of the unit vector along the trajectory on the plane S2 from the positional relationship between the start point SA and the end point SB.
更に、向き決定部19においては、位置記憶部17に記
憶された接触位mZの位置座標2=(2□、 Z2.Z
3)を用いて、この接触位置Zを、接触位置Aを原点に
する単位ベクトルo、n、a (a=n Xo)のな
す座標系、
z−a=uo+vn+wa
で表し、v(0となるようにして、平面S2の垂直単位
ベクトルnの向きを決定している。Furthermore, in the direction determination unit 19, the position coordinates 2 of the contact position mZ stored in the position storage unit 17 are calculated as follows:
3), this contact position Z is expressed as a coordinate system formed by unit vectors o, n, a (a=n In this way, the direction of the vertical unit vector n of the plane S2 is determined.
次に、倣い動作時においては、前記直交変換行列R及び
転置直交変換行列RTが0式から求められ、こうして得
られたR、R”は前述した位置制御部13a及び力制御
部14bの(転置)直交変換行列演算部33,31,3
6.38に送出され、前記対象物の表面に沿って倣い動
作が行われることになる。Next, during the scanning operation, the orthogonal transformation matrix R and the transposed orthogonal transformation matrix RT are obtained from equation 0, and the thus obtained R and R'' are the (transposed ) Orthogonal transformation matrix calculation unit 33, 31, 3
6.38, and a tracing operation is performed along the surface of the object.
すなわち、力制御部14bから出力される速度指令V、
は式■、■、■及び出力F、と力指令Foとの偏差によ
り
Vf=cfR3fRT(Fo−Fr) ■
また、位置制御部13bから出力される速度指令vpは
式■、■、■及び現在位置X、、と目標位置Xoとの偏
差によって、
VpgC,R(I−3f)RT(Xo −Xr)
■で与えられる。That is, the speed command V output from the force control section 14b,
Vf = cfR3fRT (Fo - Fr) based on the equations ■, ■, ■ and the deviation between the output F and the force command Fo.
In addition, the speed command vp output from the position control unit 13b is determined by the equations ■, ■, ■ and the deviation between the current position X, , and the target position Xo.
■It is given by.
この場合に、力制御部14bにおいて、位置制御方向に
作用する力も監視するため、選択行列演算部40と不感
帯演算部39を設ける。これらの手段によって、倣い動
作中に位置制御方向が対象物接触点における接平面に一
致していない場合に、対象物表面あるいはワークに損傷
を与えるのを防止することができるものである。すなわ
ち、対象物の接触点に許容範囲以上の力が作用した場合
には位置制御方向にもカフィードバックを作用させるた
めである。In this case, the selection matrix calculation unit 40 and the dead zone calculation unit 39 are provided in the force control unit 14b in order to also monitor the force acting in the position control direction. These means can prevent damage to the object surface or workpiece when the position control direction does not match the tangential plane at the object contact point during the tracing operation. That is, when a force exceeding an allowable range is applied to the contact point of the object, force feedback is also applied in the position control direction.
第3図において、位置制御方向に作用する力としての監
視力F crは
For・(I−3f)RT(Fo−Fr)で与えられ、
倣い座標系で表示した力の許容範囲U、、00)を不感
帯中と設定した不感帯演算部39において、
IFC,l≦Ur
のとき、即ち、監視力が力の許容範囲より小さいときは
、式■及び■を加算した速度指令Vが得られ、
1Forl>Ur
のとき、即ち、監視力が力の許容範囲より大なるときは
、力制御部14bの速度指令vfはvf=cfR(Sf
RT(Fo−Fr)十Fora)で与えられる。In FIG. 3, the monitoring force Fcr as a force acting in the position control direction is given by For・(I-3f)RT(Fo-Fr),
In the dead zone calculation unit 39 where the force tolerance range U,,00) expressed in the scanning coordinate system is set to be in the dead zone, when IFC,l≦Ur, that is, when the monitoring force is smaller than the force tolerance range, the formula A speed command V is obtained by adding ■ and
It is given by RT (Fo-Fr) + Fora).
この場合Fcraは力の許容範囲と監視力との大小に応
じて
Fcra−Fcr−0f(Fcr〉0)4cr” U
f (F、、r(0)
で与えられる。当然、位置制御部13bにおける速度指
令Vpは式■で良い。In this case, Fcra is Fcra-Fcr-0f (Fcr〉0)4cr"U depending on the allowable force range and the magnitude of the monitoring force.
It is given by f (F,,r(0)).Of course, the speed command Vp in the position control section 13b may be expressed by equation (2).
こうして、得られた速度指令Vは逆ヤコと行列演算部1
0aでθ=J−1・Vに基づいて、関節速度θが求めら
れ、この関節速度は補償器12dに入力されD/A変換
された後、増幅されてサーボ・モータ12aを駆動する
。In this way, the obtained speed command V is
At 0a, the joint velocity θ is determined based on θ=J−1·V, and this joint velocity is input to the compensator 12d, subjected to D/A conversion, and then amplified to drive the servo motor 12a.
尚、第8図に示すように対象物の表面が任意の曲面S3
の場合には、当該曲面S3を分割して得た微小曲面83
′を取り出して83′について上述した任意平面S2に
対して行った操作と同様の操作を行って他の分割した微
小曲面と合わせることによって、曲面S3全体への倣い
教示を行うようにすると良い。つまり、S3の微小曲面
83′を近似的に平面とみなし、前述した平面の場合と
同様に力制御方向及び位置制御方向を得て、点A、B、
Cで決まる平面に対する倣い動作を行うよう教示する。Incidentally, as shown in FIG. 8, the surface of the object is an arbitrary curved surface S3.
In the case of , the minute curved surface 83 obtained by dividing the curved surface S3 is
It is preferable to take out 83' and perform the same operation as that for the arbitrary plane S2 described above to match it with other divided minute curved surfaces, thereby teaching the entire curved surface S3. In other words, the minute curved surface 83' of S3 is approximately regarded as a plane, and the force control direction and position control direction are obtained in the same manner as in the case of the plane described above, and points A, B,
The robot is taught to perform a copying motion on a plane determined by C.
実際には面S3Tは曲面なので点A、B、Cで決る平面
と面S3°との差に応じて面S3°に加わる力にむらが
生じる。従って、力のむらが生じても面S3T と常に
接触を保つように押し付は力の指示を行うことになる。In reality, since the surface S3T is a curved surface, the force applied to the surface S3° varies depending on the difference between the plane determined by points A, B, and C and the surface S3°. Therefore, even if uneven force occurs, the pressing force is instructed so as to always maintain contact with the surface S3T.
同様の操作を他の微小曲面について行い、各々の力制御
方向及び位置制御方向をつなげることにより曲面S3全
体の倣いを行うことができることになる。By performing similar operations on other minute curved surfaces and connecting each force control direction and position control direction, the entire curved surface S3 can be traced.
以上説明したように、本発明によれば、倣い教示を行う
場合に自動的に倣い動作を行う面の力制御方向とこれに
垂直な位置制御方向を得ることができるとともに力制御
方向及び位置制御方向の向きを得ることのできるので、
操作員が倣い動作を行う対象物の表面の平面方程式や当
該平面の法線ベクトル等を調べて前記制御系に倣い教示
を行う必要がなくなり、特に、任意に置かれた対象物や
複雑な曲面を有する対象物に対して倣い動作を行うよう
な場合には単純な平面の場合と異なり複雑な計測を行う
必要がなくなり、作業効率を向上させることができる。As explained above, according to the present invention, when performing copying teaching, it is possible to automatically obtain the force control direction and the position control direction perpendicular to the surface on which the copying operation is performed, and also to obtain the force control direction and the position control direction. Since it is possible to obtain the direction of the direction,
It is no longer necessary for the operator to investigate the plane equation of the surface of the object to be scanned, the normal vector of the plane, etc., and then teach the control system how to scan the object. When performing a tracing operation on an object having a surface, there is no need to perform complicated measurements, unlike in the case of a simple plane, and work efficiency can be improved.
第1図は本発明の原理ブロック図、第2図は実施例に係
るブロック図、第3図は実施例に係る位置制御部及び力
制御部を示す図、第4図は倣い動作の軌跡を示す図、第
5図は倣い動作の行われる平面を示す図、第6図はロボ
ット基準座標系における単位ベクトルを説明する図、第
7図は実施例の作用を示す図、第8図は直面の場合の説
明図、第9図はロボット基準座標系とハンド座標系とを
示す図、第10図は従来例に係るブロック図である。
1.11・・・マニピュレータ(制御対象)3.13・
・・位置制御手段
4.14・・・力制御手段
5.15・・・位置検出部
6.16・・・力検出部
7.17・・・位置記憶部
8.18・・・制御方向算出部
9.19・・・向き決定部
A、B、C・・・接触位置
2・・・適宜位置
倣い動作の#L罫1小1図
第4図
2□
倣〜I動作の柚fJわ敷す平面[ホ1図第 5 図
第6図
1+シ I+HFig. 1 is a block diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of an embodiment, Fig. 3 is a diagram showing the position control section and force control section of the embodiment, and Fig. 4 shows the locus of the copying operation. FIG. 5 is a diagram showing the plane on which the copying operation is performed, FIG. 6 is a diagram explaining the unit vector in the robot reference coordinate system, FIG. FIG. 9 is a diagram showing a robot reference coordinate system and a hand coordinate system, and FIG. 10 is a block diagram of a conventional example. 1.11... Manipulator (controlled object) 3.13.
...Position control means 4.14...Force control means 5.15...Position detection section 6.16...Force detection section 7.17...Position storage section 8.18...Control direction calculation Part 9.19...Orientation determining part A, B, C...Contact position 2...Appropriate position Copying operation #L line 1 Small 1 Figure 4 Fig. 2 □ Copying ~ I operation Yuzu fJ wash 1+H
Claims (1)
と、当該制御対象(1)を速度指令に基づいて作動させ
る操作部(2)と、上記制御対象(1)の位置を検出す
る位置検出部(5)と、制御対象(1)が受ける力の検
出を行なう力検出部(6)とを有する系で、上記速度指
令に関する教示を行う倣い教示制御方式において、 上記の倣い動作に先立って位置検出部(5)に検出され
、対象物の表面上以外に位置する制御対象(1)の適宜
位置及び上記表面上に接触させた制御対象の3以上の接
触位置を記憶する位置記憶部(7)と、 上記記憶した接触位置を要素として倣い動作時における
制御対象(1)の上記表面に対する力制御方向及び力制
御方向に垂直な位置制御方向を算出する制御方向算出部
(8)と、上記位置制御方向の向きを決定するとともに
上記記憶した適宜位置及び接触位置を要素として上記力
制御方向の向きを決定する向き決定部(9)と、 倣い動作時に、上記力制御方向、力制御方向の向き、力
検出部(6)により検出された力及び設定力に基づいて
該力制御方向の向きの速度指令を発する力制御手段(4
)と、 倣い動作時に、上記位置制御方向、位置制御方向の向き
、位置検出部(5)に検出された位置及び設定位置に基
づいて該位置制御方向の向きの速度指令を発する位置制
御手段(3)とを備えたことを特徴とする倣い教示制御
方式。[Claims] Controlled object (1) that performs a tracing operation along the surface of the object
, an operation unit (2) that operates the controlled object (1) based on a speed command, a position detection unit (5) that detects the position of the controlled object (1), and a force that the controlled object (1) receives. In the scanning teaching control system that teaches the speed command using a force detection unit (6) that detects a position storage unit (7) for storing an appropriate position of the controlled object (1) located other than above and three or more contact positions of the controlled object brought into contact with the surface; and a copying operation using the stored contact positions as elements. a control direction calculation unit (8) that calculates a force control direction and a position control direction perpendicular to the force control direction with respect to the surface of the controlled object (1) at the time; a direction determination unit (9) that determines the direction of the force control direction using the position and the contact position as elements; and a direction determination unit (9) that determines the direction of the force control direction using the position and the contact position as elements; and a force control means (4) that issues a speed command in the force control direction based on the set force.
), and a position control means () that issues a speed command in the position control direction based on the position control direction, the direction of the position control direction, the position detected by the position detection section (5), and the set position during the copying operation. 3) A tracing teaching control system characterized by comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5374188A JP2613076B2 (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Copying teaching control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5374188A JP2613076B2 (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Copying teaching control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01229306A true JPH01229306A (en) | 1989-09-13 |
| JP2613076B2 JP2613076B2 (en) | 1997-05-21 |
Family
ID=12951243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2613076B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03214303A (en) * | 1990-01-19 | 1991-09-19 | Citizen Watch Co Ltd | Positioning controller and track data teaching method |
-
1988
- 1988-03-09 JP JP5374188A patent/JP2613076B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03214303A (en) * | 1990-01-19 | 1991-09-19 | Citizen Watch Co Ltd | Positioning controller and track data teaching method |
Also Published As
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|---|---|
| JP2613076B2 (en) | 1997-05-21 |
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