JPH02269586A - マニピュレータ駆動制御装置 - 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、例えば宇宙空間等に構築されるマニピュレ
ータを駆動制御するのに用いられるマニピュレータ駆動
制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、マニピュレータ駆動制御装置においては、グラ
インダを用いた研削作業等の作業を行なう場合、実作業
を行なう手先と共に、材部や、肩部等の干渉を防止する
ために、拘束環境条件に対応して、その手先位置の目標
値と共に、その力の目標値を時間関数で与えて駆動制御
するいわゆる位置・力のハイブリッド制御方式が採用さ
れている。

このようなハイブリッド制御方式においては、第２図に
示すように、その位置・力の目標軌道を設定するのに、
マニピュレータ１の手先と作業対象との間の拘束環境条
件２を定式化させる必要があるために、その拘束環境条
件を制御対象となる手先の位置（速度・加速度を含む）
と、作業対象から受ける力（トルクを含む）との関係式
及び時間関数で与えられる。即ち、目標位置及び力の関
係式より、拘束環境条件がある場合における目標位置及
び力の軌道を得る。

ところが、上記マニピュレータ駆動制御装置では、マニ
ピュレータ１の位置・姿勢及び力・トルクを目標軌道を
時間関数で与えて制御している構成のために、予期せぬ
拘束環境条件となると高精度な駆動制御が困難となり、
その手先部、肩部及び肩部等の干渉を起し７たすするお
それを有していた。

また、これによれば、設定した拘束環境条件と異なった
拘束環境条件で使用する場合、その都度、拘束環境条件
に対応したｌ」標軌道に設定し直さなければならないこ
とにより、その取扱いか非常に面倒であるという問題を
有していた。

（発明か解決しようとする課題） 以上述べたように、従来のマニピュレータ駆動制御装置
では、予期せぬ拘束環境条件となる、高精度で安全な駆
動制御か困難となるために、その取扱いが非常に面倒と
なるという問題を有していｊこ。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、拘束環
境条件に応じた最適な駆動制御を確実に実現して、取扱
い性の向上を図り得るようにしたマニピュレータ駆動制
御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、マニピュレータの関節角及び関節トルクを
検出する検出手段と、複数のマニピュレータ拘束環境モ
デルが記憶され、前記検出手段で検出したマニピュレー
タの関節角及び関節トルクに対応した前記マニピュレー
タ拘束環境モデルを選択するデータ選択手段と、前記検
出手段で検出した関節角及び関節トルクよりマニピュレ
ータの所定部の力・トルク及び位置・姿勢を求める第１
の演算手段と、マニピュレータ目標位置・姿勢及び目標
力・トルクが入力され、このマニピュレータ目標位置・
姿勢及び目標力・トルクと前記第２の演算手段で求めた
力・トルク及び位置・姿勢より前記データ選択手段で選
択したマニピュレータ拘束環境モデルを基にして、補償
信号を求める補償信号生成手段と、この補償信号生成手
段で求めた補償信号より目標角及び目標トルクを求める
第２の演算手段と、この第２の演算手段で求めた関節角
及び関節トルクの逆動特性を求めて駆動信号を算出する
第３の演算手段と、この第３の演算手段で算出した駆動
信号に応じてマニピュレータを駆動制御するマニピュレ
ータ駆動機構部とを備えてマニピュレータ駆動制御装置
を構成したものである。

（作用） 上記マニピュレータ駆動制御装置では、マニピュレータ
の現状の関節角及び関節トルクに対応してマニピュレー
タ拘束環境モデルを選択し、この拘束環境モデルに対応
した補償信号を求めて、マニピュレータ駆動機構部を駆
動制御するように構成したことにより、現状の拘束環境
条件に応じた最適な駆動制御が実現される。従って、従
来のように目標軌道を拘束環境条件か代る毎に、その拘
束環境条件に対応した目標軌道に設定し直すことなく、
その拘束環境条件に対応した最適な駆動制御が実現され
ることにより、その取扱い性の向上が図れる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るマニピュレータ駆動
制御装置を示すもので、マニピュレータ駆動機構部１０
には、関節角及び関節トルク検出用の検出センサ１１が
設けられる。この検出センサ１１は、その関節角出力端
に先端位置・姿勢演算部１２が接続され、その関節トル
ク出力端には先端力・トルク演算部１３が接続される。

これら先端位置・姿勢及び先端力・トルク演算部１２゜
１３は、入力した関節角及び関節トルクより、制御対象
となる、例えばマニピュレータ１　（第２図参照）の先
端部の絶対座標系における位置・姿勢及び力・トルクを
求めて、第１及び第２の補償信号生成部１４．１５に出
力する。

マタ、検出センサ１１の関節角及び関節トルク出力端に
は、データ選択部１６か接続される。ブタ選択部１６は
、予め作業条件に対応される各種のマニピュレータ拘束
環境モデルが記憶されており、人力したマニピュレータ
１の現状の関節角及び関節トルクに対応した最適のマニ
ピュレータ拘束環境モデルを選択し、その最適拘束環境
モデルを上記第１及び第２の補償信号生成部１４゜］５
に出力する。これら第１及び第２の補償信号生成部１４
，１．５は、図示しない操作指令部より目標位置・姿勢
及び目標力・Ｉ・ルクが入力されており、その値とマニ
ピュレータ１の現状の位置・姿勢及び力・トルクより、
上記データ選択部１６で選択したマニピュレータ拘束環
境モデルの座標系を基にして補償信号を求めて、目標角
及び目標トルク演算部１７．１８に出力する。この目標
角及び目標トルク演算部１７．１８は入力した補償信号
より目標角及び目標トルクを求め、その目標角及び目標
トルクを第１及び第２の逆動特性演算部１９．２０に出
力する。第１及び第２の逆動特性演算部１９．２０は、
その各出力端が加算器２１の第１及び第２の入力端に接
続されており、入力した目標角及び目標トルクに対応し
た駆動信号を求めて加算器２１に出力する。加算器２１
は、入力した駆動信号を加算して上記マニピュレータ駆
動機構部１０に出力する。

上記構成において、マニピュレータ駆動機構部１０が駆
動されると、検出センサ１１は、マニピュレータ］の現
状の関節角及び関節トルクを検出する。すると、この関
節角及び関節トルクは、先端位置・姿勢及び先端力・ト
ルク演算部１２１３に入力される。先端位置・姿勢及び
先端力・トルク演算部１２．１３は、入力した関節角及
び関節トルクよりマニピュレータ先端部の位置・姿勢及
び力・トルクを求めて、第１及び第２の補償信号生成部
１４．１５に出力する。同時に、関節角及び関節トルク
は、データ選択部１６に入力される。データ選択部１６
は、入力した関節角及び関節トルクに対応した最適のマ
ニピュレータ拘束環境モデルを選択して第１及び第２の
補償信号生成部１４，１５に出力する。ここで、第１及
び第２の補償信号生成部１．４．］５は、データ選択部
１６て選択した最適のマニピュレータ拘束環境モデルを
基に、先端部の位置・姿勢及び力・トルクと、目標位置
・姿勢及び目標力・トルクより各補償信号を求め、目標
角及び目標トルク演算部］７１８に出力する。目標角及
び目標トルク演算部１７．１８は、入力した補償信号よ
り目標角及び目標トルクを求めて、第コ−及び第２の逆
動特性演構部１９，２０に出力する。第１及び第２の逆
動特性演算部１９．２０は、その目標角及び目標トルク
に対応した各駆動信号を求める。そして、第１及び第２
の逆動特性演算部１９．２０で求めた各駆動信号は、加
算器２１で加算されてマニピュレータ駆動機構部１０に
出力され、マニピュレータ駆動機構部１０が駆動制御さ
れる。ここに、マニピュレータ１は、現状の拘束環境条
件に最適な状態での駆動制御が行われる。

このように、上記マニピュレータ駆動制御装置は、マニ
ピュレータ１の現状の関節角及び関節Ｉ・ルクに対応し
てデータ選択部］６に記憶されたマニピュレータ拘束環
境モデルの中から最適のモデルを選択し、この拘束環境
モデルを基に目標位置・姿勢及び目標力・トルクと、マ
ニピュレータ先端部の位置・姿勢及び力・トルクに対応
した補償信号を求めて、マニピュレータ駆動機構部１０
を駆動制御するように構成したことにより、拘束環境条
件の変化に応じた最適状態での駆動制御が実現される。

これによれば、従来のように目標軌道を拘束環境条件か
代る毎に、その拘束環境条件に対応した目標軌道に設定
し直すことなく、現状の拘束環境条件に対応した最適な
駆動制御が実現されることにより、可及的に取扱い性の
向上が図れる。

なお、上記実施例では、制御対象として、マニピュレー
タ先端を制御するように構成した場合で説明したが、こ
れに限ることなく、腕の中間部や関節等の他の部分を制
御対象として構成することも可能である。

よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、拘束環境条件
に応じた最適な駆動制御を確実に実現して、取扱い性の
向上を図り得るようにしたマニピュレータ駆動制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るマニピュ１ル −ク駆動制御装置を示すブロック図、第２図はマニピュ
レータシステムの概略を説明するために示した図である
。 ］・・・マニピュレータ、２・・・拘束環境条件、１０
・・マニピュレータ駆動機構部、１］・・・検出センサ
、１．２，１．３・・・先端位置・姿勢及び力・トルク
演算部、１４．１５・・・第１及び第２の補償信号生成
部、］６・・データ選択部、１７．１８・・・目標角及
び目標トルク演算部、１９．２０・・・第１−及び第２
の逆動特性演算部、２１・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マニピュレータの関節角及び関節トルクを検出する検出
   手段と、 複数のマニピュレータ拘束環境モデルが記憶され、前記
   検出手段で検出したマニピュレータの関節角及び関節ト
   ルクに対応した前記マニピュレータ拘束環境モデルを選
   択するデータ選択手段と、前記検出手段で検出した関節
   角及び関節トルクよりマニピュレータの所定部の力・ト
   ルク及び位置・姿勢を求める第１の演算手段と、 マニピュレータ目標位置・姿勢及び目標力・トルクが入
   力され、このマニピュレータ目標位置・姿勢及び目標力
   ・トルクと前記第１の演算手段で求めた力・トルク及び
   位置・姿勢より前記データ選択手段で選択したマニピュ
   レータ拘束環境モデルを基にして、補償信号を求める補
   償信号生成手段と、 この補償信号生成手段で求めた補償信号より目標角及び
   目標トルクを求める第２の演算手段と、この第２の演算
   手段で求めた関節角及び関節トルクの逆動特性を求めて
   駆動信号を算出する第３の演算手段と、 この第３の演算手段で算出した駆動信号に対応してマニ
   ピュレータを駆動制御するマニピュレータ駆動機構部と
   を具備したことを特徴とするマニピュレータ駆動制御装
   置。