JPH0258107A - ロボットティーチング時の操作者支援制御方式 - 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） 本発明は、ロボットティーチング時の操作者支援制御方
式に関する。

（従来の技術） 従来、ロボットにティーチングを行う際の方法としては
、操作者がロボットを直接接手で操つる方法や、ティー
チングペンダントを用いて操作する方法がある。

一般に、ティーチングペンダントを用いてティーチング
を行う方法では、操作者が直接手で操つる方法に比べて
操作者の負担は軽減されるが、最終的な位置決めを行う
時にはロボットを直接手で操ってティーチングする必要
がある。この時、ロボットのティーチングを手動で行う
ために、ティーチングペンダントの電源を切ってロボッ
トを駆動させるサーボをオフ状態にしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、電源を切ってサーボをオフ状態にすると
、常時力のかかる軸、例えば重力方向に自由度のある軸
では、操作者が手を離すと重力方向へ動いてしまう欠点
がある。

更に、電源を切ってサーボをオン状態にした場合、減速
比の大きなロボットでは操作者が直接子で操作するには
負担が大きすぎる欠点がある。

また、電源を切らずにサーボをオン状態でロボットを手
で操作する場合、手を離した時のロボットの現在位置保
持制御と、手で操作するティーチング時の制御との切換
えが困難であった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、ティー
チング時には操作者を支援するようにロボットを駆動さ
せるトルクの大きさを制御し、手を離した時はロボット
の現在位置保持制御を行うロボットティーチング時の操
作者支援制御方式を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、ロボットティ
ーチング時にロボットを駆動させるトルクの大きさを制
御して操作者を支援する操作者支援制御方式において、
ロボットの位置偏差、速度、加速度等の動作状態情報を
入力値とし、前記動作状態情報に応じたロボット駆動用
のトルク計算式を準備して、前記トルク計算式に基づき
前記動作状態情報に対し所定の制御則に従ってファジィ
推論を行うファジィ推論演算部を備え、前記ファジィ推
論演算部で得られた演算結果に基づいて前記ロボットを
駆動させるトルクの大きさを制御する構成とした。

（作用） 本発明によれば、ロボットの動作状態情報（例えば、ロ
ボットの位置偏差、速度、加速度等）に対し所定の制御
規則に従ってファジィ推論演算を行うことによって、ロ
ボッＩ・を駆動させる最適トルク値を求め、ロボットテ
ィーチング時に操作者がロボットを手で操作している時
と、手を離している時のロボットの制御を良好に行おう
とするものである。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明に係るロボットティーチング時の操作者
支援制御方式を示すブロック図である。

この図に示すように、１はファジィ推論演算部、２はロ
ボットである。ファジィ推論演算部１には、ロボット２
の動作状態情報としてロボット２の停止位置θｒと現在
位置θとの位置偏差ε（＝θ−θｒ）と、演算部３，４
によりロボット２の現在位置θから得られる速度に、加
速度εとが入力される。ロボット２の停止位置θｒと現
在位置θは、エンコーダ等でロボット２の関節角を測定
することによって求められる。ファジィ推論演算部１は
入力される位置偏差ε、速度る。加速度に°に対し、表
１に示した１から２７までの制御規則に従ってファジィ
推論演算を行い、ロボット２を駆動させるトルクの大き
さを求める。表１に示したε（位置偏位）、ル（速度）
、ト（加速度）に対する制御則において、Ｍ　（Ｍｉｎ
ｕｓ）　、　Ｚ　（Ｚｅｒｏ　）　、　Ｐ（Ｐｌｕｓ）
はそれぞれ負、０．正を表わすファジィ変数である。ま
た、表２は表１の制御規則１〜２７にそれぞれ対応する
トルク計算式τｉである。

表２において、τＱは重力補償トルク、τｑは操作者支
援トルク、Ｇはゲインである。

（以下余白） 表１ 表２ 二二で、ファジィ推論演算部１のファジィ集合（即ち、
メンバーシップ関数）による制御則について説明する。

第３図は、ファジィ変数Ｍ、Ｚ、Ｐの位置偏差ε、速度
る。加速度どに対するメンバーシップ関数ｈＭ（・）、
ｈＺ（・）、ｈＰ（・）の−例を示す図である。ただし
、　　・”は位置偏差ε、速度＆、加速度こ°を嚢わし
ている。

表１．２に基づいてファジィ推論演算部１の制御則は、
：ｆ−ｔｈｅｎ形式で表わされる。つまり、入力が位置
偏差εｉ、速度る１、加速度ど１であった場合、制御則
のｉ番目は、 ｉｆ（Ｃｉ　＝Ａｉ　、　２ｉ　＝Ｂｉ　、　ｅ＝ｃｉ
）ｔｈｅｎ（τ＝τ１） で表わされる。ただし、Ａｉ　、Ｂｉ　、Ｃｉはそれぞ
れＣｉ　、Ｍｉ　、ｅｉのファジィ状態を表わすファジ
ィ変数で、τはトルク、Ｔｉはｉ番目における制御則の
トルク計算式である。

そして、この時表１に示した各制御則の適合度Ｗｉは次
式で求められる。

ｗｉ＝ｈＡｉ（Ｃｉ　）△ｈＢｉ（Ｃｉ　）△（ｈＣｉ
　　（Ｍｉ　））・・・（１）ただし、ｈＡｉ、ｈＢｉ
、ｈＣｉはそれぞれファジィ変数Ａ１に対するメンバー
シップ関数であり、△は例えば最小値をとる演算である
。（１）式で求められる適合度Ｗｉからｉ番目の制御則
に対するトルクＴｉは、 Ｔｉ　＝Ｗｉ　Ｘτ１　　　　　　　　　　・・・（２
）となる。従って、入力が位置偏差εｉ、速度ルｉ加速
度２ｉである時の表１に示した制御則（１〜２７）を用
いたファジィ推論による出力トルクＴは、 で求められる。

ここで、表１に示した各制御則（１〜２７）におけるト
ルクの大きさを順に説明する。

＜ａ＞　　制御則１，２ 位置偏差ε、速度には負であり、加速度ｉが負及び０な
ので、操作者がロボット２を手で負側に動かしていると
考えられる。よって、重力補償トルクτｇから適当な操
作者支援トルクτ０を差し引いたトルクを出力し、操作
者の操作を支援する。

（ｂ）　　制御則３ 位置偏差ε、速度るは負であるが加速度どが一正である
ので、操作者が負側に動いているロボット２を止めよう
としていると考えられる。よって、操作者支援トルクを
差し引かずに重力補償トルクτｇのみを出力する。

（Ｃ）　　制御則４，５．６ 位置偏差εが負、速度みが０なので、加速度ｉに関係な
く負側のある位置にロボット２を位置決めしようとして
いると考えられる。よって、重力補償トルクτｇのみを
出力する。

（ｄ）　　制御則７，８ 位置偏差εが負、速度るが正であるが速度ｉが負及び０
であるので、ロボット２の位置決めの途中であると考え
られる。よって、重力補償トルクτσのみを出力する。

であるので、操作者はロボット２を正側に動かそうとし
ていると考えられる。よって、重力補償トルクτｇに適
当な操作者支援トルクτ０を加えたトルクを出力する。

（ｆ）　　制御則　１０ 位置偏差εは０であるが速度ａ、加速度ｉが負であるの
で、操作者はロボット２を負側に動かそうとしていると
考えられる。よって、重力補償トルクτｇから適当な操
作者支援トルクτ０を差し引いたトルクを出力する。

（（Ｊ　）　　制御則　１１〜１７ 位置偏差εが０で速度る。加速度どが同方向でないので
、操作者がロボット２を動かしていないと考えられる。

よって、重力補償トルクτｑにロボット停止目標位置θ
ｒに対する比例制御（ゲインＧ）を加えたトルクを出力
する。

（ｈ　）　　制御則　１８ 位置偏差εはＯであるが速度る。加速度どが共に正であ
るので、操作者はロボット２を正側に動かそうとしてい
ると考えられる。よって、重力補償トルクτｇに適当な
操作者支援トルクτ０を加えたトルクを出力する。

（ｉ）　制御則　１９ 位置偏差εが正であるが速度２．加速度どが共に負であ
るので、操作者はロボット２を負側に動かそうとしてい
ると考えられる。よって、重力補償トルクτＱから適当
な操作者支援トルクτ０を差し引いたトルクを出力する
。

（ｊ　＞　　制御則　２０，２１ 位置偏差εが正、速度εが負であるが加速度ｉが０及び
正であるので、ロボット２の位置決めの途中であると考
えられる。よって、重力補償トルクτＱのみを出力する
。

（ｋ　）　　制御則２２．２３．２４ 位置偏差εが正、速度るが０なので、加速度ニに関係な
く正側のある位置にロボット２を位置決めしようとして
いると考えられる。よって、重力補償トルクτｇのみを
出力する。

（愛）　制御則　２５ 位置偏差ε、速度るは正であるが加速度ｉが負であるの
で、操作者が正側に動いているロボット２を止めようと
していると考えられる。よって、操作者支援トルクを加
えずに重力補償トルクτｑのみを出力する。

（ｍ　＞　　制御則　２６，２７ 位置偏差ε、速度みは正であるが加速度ｉが０及び正な
ので、操作者がロボット２を手で正側に動かしていると
考えられる。よって、重力補償トルクτＱに適当な操作
者支援トルクτ０を加えたトルクを出力する。

このように、ロボットティーチング時に、ロボット２の
位置偏差ε、速度る。加速度ｉを入力値とし、位置偏差
ε、速度み、加速度どのファジィ変数に応じたトルク計
算式に基づいて、入力される位置偏差ε、速度ε、加速
度ｉに対してファジィ推論を行うことによって、最適な
トルク値が出力される。そして、このトルク値に応じて
ロボット２は、ドライバ（不図示）を通して駆動される
。

また、前記した実施例ではファジィ推論演算部１に入力
されるロボット２の動作状態情報として、ロボット２の
位置偏差εと、位置偏差εから得られる速度み、加速度
どの状態を用いたが、これら以外にもロボット２を駆動
するモータの負荷電流値や、ファジィ推論演算部１から
出力されるトルク値をフィードバックして用いても良い
。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、ロボットを駆動させる最適なトルク値をファ
ジィ推論で求めることにより、ロボットティーチング時
に操作者がロボットを手で操作している時には、操作者
を支援するようなトルクをロボットに出力し、操作者が
ロボットから手を離している時には、現在位置を保持す
るようなトルクをロボットに出力するので、操作者がロ
ボットを手で操作している時と、そうでない時のロボッ
トの制御を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るロボットティーチング時の操作
者支援制御方式を示すブロック図、第２ 図は、 ε コ、トに対するメンバーシップ関数を 示す図である。 １・・・ファジィ推論演算部 ２・・・ロボット 代理人ブ↑埋士三　好　イ呆　男 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットティーチング時にロボットを駆動させる
   トルクの大きさを制御して操作者を支援する操作者支援
   制御方式において、ロボットの動作状態情報を入力値と
   し、前記動作状態情報に応じたロボット駆動用のトルク
   計算式を準備して、前記トルク計算式に基づき前記動作
   状態情報に対し所定の制御則に従ってファジィ推論を行
   うファジィ推論演算部を備え、前記ファジィ推論演算部
   で得られた演算結果に基づいて前記ロボットを駆動させ
   るトルクの大きさを制御することを特徴とするロボット
   ティーチング時の操作者支援制御方式。
2. （２）前記動作状態情報に、ロボットの位置偏差、速度
   、加速度の状態を用いることを特徴とする請求項１記載
   のロボットティーチング時の操作者支援制御方式。