JPH0355189A - Force control method of robot - Google Patents

Force control method of robot

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JPH0355189A
JPH0355189A JP18611789A JP18611789A JPH0355189A JP H0355189 A JPH0355189 A JP H0355189A JP 18611789 A JP18611789 A JP 18611789A JP 18611789 A JP18611789 A JP 18611789A JP H0355189 A JPH0355189 A JP H0355189A
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sensor
robot
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gravity
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Tadao Ishii
石井 忠夫
Masahiro Fujita
正弘 藤田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To determine the force receiving from an object (work) accurately by performing calibration for determining the error component of a force sensor itself and the mass and position of center of gravity of force sensor, a tool and work in the condition that they are fixed at the tip of a robot arm. CONSTITUTION:The mass and the position of center of gravity of an object (work) 30 are determined, which might be factors as required to decide the gravitation component to be corrected when a robot 10 is operating, and the error component value included in the output value of a force sensor 12 is determined by a sensor/processor 21 using a sensor environment parameter decided with the service environment, etc., taken into consideration. From the output value of sensor 20, these gravitation compensating component value and sensor error component value are subtracted by a main processor 22 when operation is executed actually. Thereby the actual force receiving from the object 30 can be determined accurately, which enables force control according to program.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、多関節型ロボットで力検出を行う場合におい
て、力検出器で検出される力の出力値に含まれる、対象
物から受けている力以外の力の情報を得、ロボットの動
作姿勢によって発生するツールの重力影響成分と力検出
器自身の誤差戊分を補償するようにしたロボットの力制
御方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is applicable to detecting force from an object, which is included in the output value of force detected by a force detector, when performing force detection with an articulated robot. This invention relates to a force control method for a robot that obtains information on forces other than the force that is present and compensates for the gravitational influence component of the tool and the error component of the force detector itself, which are generated depending on the robot's operating posture.

[従来の技術] 第9図は従来のロボット制御装置の概略構成図であり、
図において、10はロボット、12はロボットアーム1
1の先端部に取り付けられた力検出器としてのカセンサ
、14は作業を行うためのツール(作業に応じた作業工
具、ハンド装置及びその他の保持物、被保持物等の物体
を総称して、ツールと呼ぶ)で、カセンサ12の先に取
り付けられている。20はロボット10の力制御を行う
制御装置で、カセンサ12の力検出信号を処理するセン
サ・プロセッサ21と、センサ・プロセッサ21の出力
値を補正し、サーボ●プロセッサ23を介してロボット
10の力制御を行うメイン・プロセッサ22を備えてい
る。30はワーク、50はカセンサ12の校正のために
使用される測定器である。
[Prior Art] FIG. 9 is a schematic diagram of a conventional robot control device.
In the figure, 10 is a robot, 12 is a robot arm 1
1 is a force detector attached to the tip of 1, and 14 is a tool for performing work (collectively refers to objects such as work tools, hand devices, and other objects to be held and objects to be held according to the work, (referred to as a tool) is attached to the tip of the force sensor 12. 20 is a control device that controls the force of the robot 10, which includes a sensor processor 21 that processes the force detection signal of the force sensor 12, corrects the output value of the sensor processor 21, and controls the force of the robot 10 via the servo processor 23. It is equipped with a main processor 22 that performs control. 30 is a workpiece, and 50 is a measuring instrument used for calibrating the sensor 12.

上記のように構成された従来のロボットにおいて、アー
ム11にカセンサ12を取り付けて力の検出を行うとき
、カセンサ12が検出した検出値には、ツール14及び
ワーク30を含む対象物から受ける力以外の成分(つま
り、重力の影響による力検出値及びカセンサ自身の誤差
成分)が含まれているため、対象物から受ける実際の力
の値を得るためには、カセンサ12で検出した力の値か
ら、その出力値に含まれるツール14の質量等の影響に
よって発生している重力成分とカセンサ自(3〉 身の誤差成分を補正する必要がある。これは、アーム1
1に取り付けたカセンサ12自体の誤差成分や、ツール
14の質量、形状及び取付け姿勢に起因し、ロボット1
0にいろいろな姿勢をとらせたときに、その出力値に含
まれているカセンサ以降に取り付けられている対象物の
重力による影響値がカセンサ12の測定値に影響を与え
、実際に対象物から受けた力の値とは異なったものとな
るからである。
In the conventional robot configured as described above, when the force sensor 12 is attached to the arm 11 to detect force, the detection value detected by the force sensor 12 includes a force other than the force received from the target object including the tool 14 and the workpiece 30. component (that is, the force detection value due to the influence of gravity and the error component of the force sensor itself), so in order to obtain the actual value of the force received from the object, it is necessary to calculate the force value detected by the force sensor 12. It is necessary to correct the gravity component generated by the influence of the mass of the tool 14, etc. included in the output value, and the error component of the sensor itself.
Due to the error component of the sensor 12 itself attached to the robot 1 and the mass, shape, and mounting orientation of the tool 14,
When 0 is made to take various postures, the influence value due to the gravity of the object attached after the sensor, which is included in the output value, affects the measured value of the sensor 12, and the actual distance from the object is This is because the value of the force received will be different.

そこで、このような問題を解消するべく従来はその補正
方法の1つとして、予め、アーム11に取り付けたカセ
ンサ12の測定値に影響を与えるカセンサ12自体やツ
ール14の質量、重心位置をアーム11からツール14
を外した状態で測定器50を用いて計測し、その後アー
ム11に取り付け、その測定器50より得られたデータ
を基に任意の姿勢をロボット10にとらせた時の重力の
影響値を演算し、その演算結果で得られた重力影響成分
値を実作業時にて差し引き、カセンサ12に与える重力
の影響を補償するという方法を用い(4) ていた。
Therefore, in order to solve this problem, conventionally, as one of the correction methods, the mass and center of gravity of the force sensor 12 itself and the tool 14, which affect the measured value of the force sensor 12 attached to the arm 11, are calculated by adjusting From tool 14
Measure with the measuring device 50 with the robot removed, then attach it to the arm 11, and calculate the influence of gravity when the robot 10 takes an arbitrary posture based on the data obtained from the measuring device 50. However, a method was used in which the gravity influence component value obtained as a result of the calculation was subtracted during actual work to compensate for the influence of gravity on the force sensor 12 (4).

また、別の方法としては、例えば特開昭6274594
号公報に示すようなものがあり、これは、予めロボット
先端とハンド装置間にカセンサを設け、ロボットに複数
の姿勢をとらせた時の力センサの出力値と、その時のロ
ボットの姿勢情報を利用して、カセンサより出力されて
いる出力値のハンド装置にかかる重力による影響値を求
め、カセンサの出力値から差し引くことにより重力の影
響を補償する方法である。
Further, as another method, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6274594
There is something like the one shown in the publication, in which a force sensor is installed between the tip of the robot and the hand device, and when the robot takes multiple postures, the output value of the force sensor and the posture information of the robot at that time are collected. This is a method of compensating for the influence of gravity by calculating the influence of gravity on the hand device on the output value output from the force sensor and subtracting it from the output value of the force sensor.

この場合、上記重力の補償を行うとき、カセンサの製作
誤差、ロボットに取り付けるときの取付け条件、使用環
境等によってカセンサで測定される出力値に誤差が生じ
、実際カセンサで検出した値を何の補正も行わずに力の
値として使用するときは対象物から加わっている正確な
力の値が求められないため、カセンサよりの出力誤差で
ある誤差成分値を補正して使用する必要が生じる。
In this case, when performing the gravity compensation described above, errors may occur in the output value measured by the force sensor due to manufacturing errors of the force sensor, installation conditions when installing it on the robot, usage environment, etc., and no correction is made to the value actually detected by the force sensor. If the value is used as a force value without performing this, the accurate value of the force applied by the object cannot be obtained, so it is necessary to correct and use the error component value, which is the output error from the force sensor.

そこで、発生するカセンサの誤差成分を予め力センサ単
体の状態で測定装置を使用して求めておき、その値をカ
センサの誤差成分として実際に検出された出力値に補正
をかけるという方法を用いている。あるいは、上記公報
の実施例に示すように、予めハンド装置にかかる重力に
よる影響値を算出する時、演算器によって算出するとい
う方法をとっている。
Therefore, we used a method in which the error component of the force sensor that occurs is determined in advance using a measuring device in the state of a single force sensor, and that value is used as the error component of the force sensor to correct the actually detected output value. There is. Alternatively, as shown in the embodiment of the above-mentioned publication, when calculating the influence value due to gravity on the hand device in advance, a method is used in which the value is calculated by a calculator.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような従来方法では、カセンサに
及ぼしているセンサ以降に取り付けられているツール等
の物体による重力の影響や、カセンサ自体の持っている
誤差成分を補償し、かつ対象物から受ける外力を正確に
求めることが難しく、上に示したいくつかの手法によっ
ても実際に重力や誤差成分を正確に求めかつ補償するこ
とは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional method as described above, the influence of gravity caused by objects such as tools attached after the sensor on the force sensor, and the error component of the force sensor itself are ignored. It is difficult to compensate and accurately determine the external force received from the object, and even with some of the methods shown above, it is difficult to actually accurately determine and compensate for gravity and error components.

例えば、上にあげた公報の例でいうならば、般的にカセ
ンサは、ストレインゲージを利用した構成になっている
ものが多く、カセンサの出力値にはそのセンサの誤差成
分が含まれており、しかもその誤差成分は使用環境温度
やセンサ等の発熱により変動する。このようなことから
、力の検出を行う際には、かかる使用環境温度等による
影響をも考慮しカセンサ自体の出力誤差を補償してやる
必要がある。こうした力検出誤差を補償するために、予
めハンド装置等のカセンサに及ぼす重力の補償を行う際
に力検出誤差値を求め、以後この値を利用して重力の補
償を行うものであり、ここで求めた誤差成分及び重力補
償値は最初に行った条件下でのみ有効であり、センサ及
び使用環境温度等が変化したときについては何も考慮さ
れていない。よって、使用条件を常に一定にしておかな
ければならないという問題が発生するが、これは実際上
不可能に近く、特にカセンサは電源ON後の立ち上がり
後、数分〜数十分はセンサの出力値に大きな変動が現れ
るため、この間待たなければならず、ロボットの使用効
率の上からも問題となってくる。
For example, in the example of the above publication, most of the force sensors are constructed using a strain gauge, and the output value of the force sensor includes an error component of the sensor. Moreover, the error component varies depending on the operating environment temperature and the heat generated by the sensor, etc. For this reason, when detecting force, it is necessary to compensate for the output error of the force sensor itself, taking into account the influence of the operating environment temperature and the like. In order to compensate for such force detection errors, a force detection error value is obtained in advance when compensating for the gravity exerted on a force sensor such as a hand device, and this value is then used to compensate for the gravity. The determined error component and gravity compensation value are valid only under the first conditions, and do not take into account changes in the sensor, operating environment temperature, etc. Therefore, a problem arises in that the usage conditions must always be kept constant, but this is practically impossible.Especially with a sensor, the output value of the sensor does not change for several minutes to several tens of minutes after the power is turned on. Since large fluctuations occur in the robot, the robot must wait for a long period of time, which poses a problem in terms of robot usage efficiency.

また、他の特開昭62−114892号公報では、作業
中に何度かカセンサの誤差を補正し直して作業を行う方
法が示されているが、この方式だ(7) と常に誤差補正の更新時にある特定の位置に停止して演
算を行う必要があり、ロボットの動特性等を考慮すると
、この停止に幾分かの時間を割かなければならずタクト
タイム等の問題が生じる。
In addition, another Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-114892 describes a method of re-correcting the error of the sensor several times during the work, but with this method (7), it is difficult to constantly correct the error. At the time of updating, it is necessary to stop at a specific position and perform calculations, and considering the dynamic characteristics of the robot, it is necessary to spend some time for this stopping, causing problems such as takt time.

また、従来はこれらのキヤリプレーションをプログラマ
ブルにユーザーが行える機能を有していないため、作業
エリアが十分に取れない場所ではキヤリプレーションを
行うことができなかった。
Furthermore, conventional devices do not have a function that allows the user to perform these calibrations in a programmable manner, so calibration cannot be performed in places where there is not enough work area.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされた
もので、ロボット先端にカセンサやツール等の物体を取
り付けた状態で、それらの質量、重心位置、誤差成分を
求めるためのキヤリプレーションが行え、かつ使用環境
やカセンサ自体の温度変化によるカセンサの出力変化を
考慮し、カセンサに加わっている重力成分及びカセンサ
誤差成分を補償することができるロボットの力制御方法
を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a calibration method for determining the mass, center of gravity position, and error component of objects such as force sensors and tools attached to the tip of the robot. The purpose of the present invention is to provide a force control method for a robot that can compensate for the gravity component applied to the force sensor and the force sensor error component, taking into account changes in the force sensor's output due to changes in the use environment and the temperature of the force sensor itself. do.

[課題を解決するための手段コ 本発明に係るロボットの力制御方法は、ロボットのアー
ム先端にカセンサを介してツールを取り(8) 付け、そのツールにワークを持たせた状態で、予め決め
られた手順に従ってロボットアームの姿勢をロボット制
御装置よりの指令値によって変化させ、その時のロボッ
トの姿勢データ及びカセンサからの出力値を測定し、そ
のとき測定したそれぞれの姿勢での姿勢データを基にセ
ンサ・プロセッサによって演算を施すことによって、カ
センサに及ぼす重力成分の決定要因であるところのアー
ム先端に取り付けたカセンサ自身、ツール及びワーク等
の物体の質量及びその重心位置を求める。
[Means for Solving the Problems] The robot force control method according to the present invention includes attaching a tool (8) to the tip of the arm of the robot via a force sensor, and with the tool holding a workpiece, The posture of the robot arm is changed according to the command value from the robot control device according to the specified procedure, the posture data of the robot at that time and the output value from the sensor are measured, and based on the posture data of each posture measured at that time. By performing calculations by the sensor processor, the masses and the positions of the centers of gravity of objects such as the sensor attached to the tip of the arm, tools, and workpieces are determined, which are the determinants of the gravitational component exerted on the sensor.

また、その時同時に、カセンサの出力値に含まれている
カセンサ自身の誤差成分をセンサ・プロセッサによって
仮想的に求める。
At the same time, the error component of the sensor itself included in the output value of the sensor is virtually determined by the sensor processor.

次に、例えばティーチングペンダントから入力した環境
変数と電源ON後からの経過ロ,r間より、予め内部記
憶部に記憶されているセンサ環境バラメタテーブルより
選択し、上記得られた仮想のセンサ誤差値と選択された
センサ環境パラメータをセンサ・プロセッサにおいて演
算を施し、センサ誤差成分値を求める。
Next, the virtual sensor error obtained above is selected from the sensor environment parameter table stored in the internal storage section in advance, based on the environment variables input from the teaching pendant and the elapsed time since the power was turned on. The sensor processor calculates the value and the selected sensor environment parameter to obtain a sensor error component value.

そして、ロボットの実動作時において、カセンサより検
出された出力値より上記により得られたセンサ誤差成分
と重力補償戊分を差し引くことにより、対象物から受け
ている実際の外力を求めることとしたものである。
Then, during actual operation of the robot, the actual external force received from the object is determined by subtracting the sensor error component obtained above and the gravity compensation component from the output value detected by the force sensor. It is.

[作 用] 本発明においては、ロボットの動作時に補正すべき重力
成分を決定する際必要となる要素であるところの、対象
物の質量及び重心位置を求め、並びに使用環境等の条件
を考慮して定められたセンサ環境パラメータを用いてセ
ンサ出力値に含まれる誤差成分値を求め、これらの重力
補償成分値及びセンサ誤差成分値を、実際に作業を行う
際にセンサ出力値から差し引くことにより、対象物から
受ける実際の力を正確に求めることができ、かくしてプ
ログラムによる力制御が可能となる。
[Function] In the present invention, the mass and center of gravity position of the object are determined, which are necessary elements when determining the gravitational component to be corrected during robot operation, and the conditions such as the usage environment are taken into consideration. By calculating the error component value included in the sensor output value using the sensor environment parameters determined by The actual force exerted by the object can be determined accurately, thus making it possible to control the force through a program.

[実施例コ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。[Example code] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明のロボットの力制御方法に用いる制御装
置の概略構或図である。第1図において、第9図と同一
符号は同一または相当部分を示しており、24は環境の
違いによってセンサ誤差成分を補正するために使用され
るパラメータマトリック(第3図参照)を予め記憶して
おくための内部記憶部、25はこの外部環境パラメータ
を入力するためのティーチングペンダントである。
FIG. 1 is a schematic diagram of a control device used in the robot force control method of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as in FIG. 9 indicate the same or equivalent parts, and 24 stores in advance a parameter matrix (see FIG. 3) used to correct sensor error components due to differences in environment. An internal storage section 25 is a teaching pendant for inputting the external environment parameters.

第1図に示すロボット10は、第9図と同様に、アーム
11の先端部にカセンサ12を備え、その先にワーク3
0を保持するためのハンド装置14を持っている。制御
装置20のセンサ・プロセッサ21は、カセンサ12か
らの検出信号を力・トルク値に変換し、所要の演算を行
い、後述する重力補償成分とセンサ誤差成分を算出する
機能を有する。また、メイン・プロセッサ22は、カセ
ンサ12の検出値からセンサ・プロセッサ21で求めら
れた重力補償成分とセンサ誤差戊分を差し引き、対象物
より受ける実際の力をサーブ・プロセッサ23に出力し
、ロボット10全体を力制御する。
The robot 10 shown in FIG. 1 is equipped with a force sensor 12 at the tip of an arm 11, and a workpiece 3 is attached to the tip of the arm 11, as in FIG.
It has a hand device 14 for holding 0. The sensor processor 21 of the control device 20 has a function of converting the detection signal from the force sensor 12 into a force/torque value, performing necessary calculations, and calculating a gravity compensation component and a sensor error component, which will be described later. In addition, the main processor 22 subtracts the gravity compensation component and sensor error component obtained by the sensor processor 21 from the detected value of the force sensor 12, outputs the actual force received by the object to the sub processor 23, and outputs the actual force received by the object to the robot. The entire 10 is controlled by force.

さらに詳述する。ロボット10は、カセンサ1(l1) 2の先にハンド装置14とワーク30を保持した状態に
置かれ、その状態で、カセンサ12によってそのカセン
サ12に加わっているセンサ出力値を観測し、センサ・
プロセッサ21でその力検出信号を処理し、その時のロ
ボット10の姿勢と、ここで観測されたセンサ出力値と
の関係より、重力補償を行うために、ハンド装置14,
ワーク30並びにカセンサ12自身の自重によって発生
している重力成分を算出する際に必要となる諸情報、つ
まりそれらの物体の質量と重心位置、仮想センサ誤差威
分を求め、内部記憶装置24に記憶されているセンサ環
境パラメータとの演算により重力補償戊分及びセンサ誤
差成分をセンサ・プロセッサ21で求める。
It will be explained in further detail. The robot 10 is placed in a state where the hand device 14 and the workpiece 30 are held in front of the force sensor 1 (l1) 2, and in this state, the robot 10 observes the sensor output value applied to the force sensor 12 by the force sensor 12.
The processor 21 processes the force detection signal, and the hand device 14,
Various information necessary to calculate the gravitational component generated by the weight of the workpiece 30 and the force sensor 12 themselves, that is, the mass and center of gravity position of these objects, and the virtual sensor error factor, are obtained and stored in the internal storage device 24. The sensor processor 21 calculates the gravity compensation component and the sensor error component by calculating the sensor environment parameters.

以上の動作を第2図〜第4図により説明する。The above operation will be explained with reference to FIGS. 2 to 4.

第2図は重力補償を′行うに必要な重量及び重心位置を
求めるためのブロック図、第3図はカセンサの環境によ
る出力値に含まれる誤差成分を補償するためのセンサ環
境パラメータ表、第4図は実動作において対象物から受
ける力を求める過程を示(12) したブロック図である。
Figure 2 is a block diagram for determining the weight and center of gravity position necessary for gravity compensation, Figure 3 is a sensor environment parameter table for compensating for error components included in the output value due to the sensor environment, and Figure 4 The figure is a block diagram (12) showing the process of determining the force received from an object during actual operation.

第2図において、ロボット10に任意の姿勢をとらせた
時の、カセンサ12で検出されたセンサ信号31を人力
した後、そのセンサ信号の処理32を行い、力・トルク
値に変換した後のデータを記憶33する。次に、ロボッ
ト10に幾通りかの、少なくとも2通り以上の姿勢をと
らせ(第5図)、その時のこれらの各姿勢について力●
トルクデータを同様に記憶33する。一方、ロボットの
姿勢についても同様にセンサ信号を人力した時の姿勢デ
ータ34を各々記憶35する。そして、質量、重心位置
算出のためのデータが揃った後、センサ・プロセッサ2
1で質量、重心位置算出のための演算36を施し、質量
、重心位置及び仮想センサ誤差戊分値38を求めその結
果を記憶37する。
In FIG. 2, the sensor signal 31 detected by the force sensor 12 when the robot 10 takes an arbitrary posture is manually input, and then the sensor signal is processed 32 and converted into force/torque values. Store 33 the data. Next, the robot 10 is made to take several postures, at least two postures (Fig. 5), and the force for each of these postures is calculated.
Torque data is similarly stored 33. On the other hand, regarding the posture of the robot, posture data 34 obtained when sensor signals are manually generated are stored 35 respectively. After the data for calculating the mass and center of gravity position is collected, the sensor processor 2
In step 1, calculations 36 are performed to calculate the mass and center of gravity position, and the mass, center of gravity position, and virtual sensor error fraction value 38 are obtained, and the results are stored 37.

そして、第4図に示すように、力制御実動作時に対象物
から受ける力39は、第3図に示すような電源ON時か
らの経過時間とティーチングペンダント25より入力さ
れた外部環境パラメータの関係より、選択されたセンサ
環境パラメータ40を利用して、上記センサ・プロセッ
サ21で質量、重心位置算出の時に求めた仮想センサ誤
差成分値38との演算を施し、センサ誤差成分41を求
め更新する。そして、力制御実動作時にその記憶された
データを使って重力成分42を算出し、重力補償及びセ
ンサ・データ補償をメイン・プロセッサ22で行い力制
御を行う。
As shown in FIG. 4, the force 39 received from the object during the actual force control operation is determined by the relationship between the elapsed time since the power was turned on and the external environment parameters input from the teaching pendant 25, as shown in FIG. Using the selected sensor environment parameter 40, the sensor processor 21 calculates the sensor error component value 38 with the virtual sensor error component value 38 obtained when calculating the mass and center of gravity position to obtain and update the sensor error component 41. Then, during actual force control operation, the stored data is used to calculate the gravity component 42, and the main processor 22 performs gravity compensation and sensor data compensation to perform force control.

次に、上記の質量及び重心位置の算出方法について述べ
る。
Next, a method for calculating the above mass and center of gravity position will be described.

第5図に示すように、カセンサ12,ハンド装置14及
びワーク30を含む負荷Lの重心位置を原点とし、慣性
座標系Iとこれに平行な平行座標系Gを考える。
As shown in FIG. 5, an inertial coordinate system I and a parallel coordinate system G parallel thereto are considered, with the center of gravity of the load L including the force sensor 12, hand device 14, and workpiece 30 as the origin.

と GF  一(0,0,mg,0,0,O) tg と表せる。and GF 1(0,0,mg,0,0,O) tg It can be expressed as

カセンサー2に固定された座標系をSとし、原点が重心
に一致し、センサ座標系Sと平行な座標系をG′とする
Let S be a coordinate system fixed to the sensor 2, and let G' be a coordinate system whose origin coincides with the center of gravity and is parallel to the sensor coordinate system S.

その時、 慣性座標系で表したセンサ座標系の姿 勢を となる。At that time, Image of sensor coordinate system expressed in inertial coordinate system force becomes.

次に、 センサ座標系Sで表した座標系G′ の位 置Pを とする。next, Coordinate system G′ expressed by sensor coordinate system S rank Place P shall be.

座標系Sと座標系G′ の姿勢は一致しているの となる。Coordinate system S and coordinate system G' are the attitudes of becomes.

となる。becomes.

そこで、上記のように表されるセンサにある姿勢をとら
せ、その時の各々のセンサデータを検出し、その値を基
にして連立方程式を解けば、質量及び重心位置を求める
ことができる。
Therefore, the mass and the position of the center of gravity can be determined by making the sensor expressed as described above take a certain attitude, detecting the respective sensor data at that time, and solving the simultaneous equations based on the values.

また、実際にカセンサで検出される力・トルク値には、
センサ誤差値を含んでいるので、この仮想センサ誤差値
eを、 とすると、 検出される力 SFORは となる。
In addition, the force/torque values actually detected by the force sensor include
Since it includes a sensor error value, if this virtual sensor error value e is, then the detected force SFOR is as follows.

これより未知数efx’  e ry” fz” +n
x’  emy’eII12を求めれば、仮想センサ誤
差値が求められる。
From this, the unknown quantity efx' e ry"fz" +n
By determining x'emy'eII12, a virtual sensor error value is determined.

以下に、5ポイント姿勢を変化させ、その時のデータを
利用して質量、重心位置及び仮想センサ誤差値を求める
一例を示す。
Below, an example will be shown in which the five-point posture is changed and the data at that time is used to obtain the mass, center of gravity position, and virtual sensor error value.

慣性座標系とセンサ座標系が第6図(a)のように示さ
れるとき となる。
The inertial coordinate system and the sensor coordinate system are shown as shown in FIG. 6(a).

これを、 センサ座標系でX軸回りにθ回転すると、となる (第6図 (b) ) さらに、 ツール系のZ軸回りに1/2π回転さ せると (19) となる (第6図(c) ) ツール系でY軸回りに1/2π回転させると(20) となる (第6図 (d)) Z軸回りに 1/2π回転させると となる (第6図(e) ) これより、まずmg,e,    ,e  を求めfx
   fy   fz ると、 (23) となり、 (24) とおくとき を解く ことで求められる。
When this is rotated by θ around the X-axis in the sensor coordinate system, it becomes (Fig. 6 (b)). Furthermore, when it is rotated by 1/2π around the Z-axis of the tool system, it becomes (19) (Fig. 6 ( c) ) When the tool system is rotated by 1/2π around the Y axis, it becomes (20) (Figure 6 (d)) When it is rotated by 1/2π around the Z axis (Figure 6 (e)) First, find mg, e, , e and fx
When fy fz, (23) is obtained, which can be obtained by solving (24).

する。do.

次に、i  ,t  ,i  ,e  ,e  ,e 
 をx      y      z      mx
     my     mz求めると、 となり、 (27) とおき、 (28) 前記同様に疑似逆行列を用いて、 を解くことで求められる。
Next, i , t , i , e , e , e
x y z mx
When my mz is determined, (27) is obtained by setting (27) and solving (28) using the pseudo inverse matrix as described above.

以上によって、センサに及ぼしている重力の要素である
ところの、ツール及びセンサ自身の質量及び重心位置を
算出できる。そのフローチャートを第7図に示す。
As described above, it is possible to calculate the mass and center of gravity of the tool and the sensor itself, which are elements of the gravitational force acting on the sensor. The flowchart is shown in FIG.

また、プログラム可能なキヤリプレーションの実現手段
として、第8図にその一例としての実現方法であるとこ
ろのロボット言語用プログラム例を示す。
FIG. 8 shows an example of a program for a robot language, which is an example of a method for implementing programmable calibration.

次に、実動作において、対象物から受ける力を求める方
法について述べる。
Next, a method for determining the force received from an object in actual operation will be described.

センサ電源ON時からの経過時間と、ティーチングペン
ダントより人力された値より、内部記憶部に記憶されて
いるセンサ環境パラメータ(第3図)から環境パラメー
タを選択し、前記求めた仮想センサ誤差値との関係より
センサ誤差成分を求める。
Based on the elapsed time since the sensor power was turned on and the value entered manually from the teaching pendant, an environmental parameter is selected from the sensor environment parameters stored in the internal storage (Fig. 3), and the virtual sensor error value obtained above is selected. The sensor error component is determined from the relationship.

この時、仮想センサ誤差値を E=(e  ,e  ,e  ,e  ,e  ,e 
 )tfx    fy    fz    mx  
  my    mzセンサ誤差値を Er = (e’  ,  e’ f,  e’ fz
’  e’ IIIX’fx e′  ,e′  )t my        mz 環境パラメータをαと置くとき センサ誤差値は、 E’ =EXα で示される。
At this time, the virtual sensor error value is E = (e , e , e , e , e , e
)tfx fy fz mx
my mz sensor error value Er = (e', e' f, e' fz
'e'IIIX'fxe' , e' )t my mz When the environmental parameter is α, the sensor error value is expressed as E' = EXα.

以上より、実際に作業を行うときは、 実際に検出された力・トルク値を F= (rx,  fy,  fz,  mx,  m
y,  mz) tセンサがハンド装置等の重力成分に
よって受けている力●トルク値を F’ − (fx’ , ry’ , fz’ , m
x’ , +ny’IIlz′)t この時、F′は上記で求めた質量、重心位置及びセンサ
の姿勢情報より算出することができ、実際に対象物から
受けている力及び!・ルクF′は、 F’ =F−F’ −E’ で求められることになる。
From the above, when actually performing work, the actually detected force/torque values are expressed as F= (rx, fy, fz, mx, m
y, mz) The force ●torque value that the t sensor receives due to the gravitational component of the hand device, etc. is F' - (fx', ry', fz', m
x', +ny'IIlz')t At this time, F' can be calculated from the mass, center of gravity position, and sensor attitude information obtained above, and the force actually received from the object and! - Luk F' can be found by F' = F - F' - E'.

[発明の効果] 以上のよ・うに本発明によれば、ロボットアーム実際に
対象物から受けている力及びトルク値の先端に力検出器
、ツール及びワーク等の物体を取り付けた状態でそれら
の質量、重心位置及び力検出器自身の誤差成分を求める
ためのキヤリプレーションを行うことができ、かつその
時の環境による力検出器の出力変化を考慮し、力検出器
に加わっている重力成分及び検出器誤差成分を補償する
ことができるため、対象物から受ける力を正確に求める
ことができる。また、質量、重心位置及び検出器誤差成
分を求めるための特別の測定器は不要であるという特長
を備える。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, objects such as a force detector, a tool, and a workpiece are attached to the tip of the robot arm to measure the force and torque values actually received from the object. Calibration can be performed to determine the mass, center of gravity position, and error components of the force detector itself, and the gravitational component applied to the force detector and the Since the detector error component can be compensated for, the force exerted by the object can be accurately determined. Another advantage is that a special measuring device for determining the mass, center of gravity position, and detector error component is not required.

さらに、キヤリプレーション自体がプログラマブルに設
定できるため、作業環境や取り付けるワ−に対応した可
変性を得ることができる。また、作業エリアが十分に取
れない場所でのキヤリプレーションが可能であるなどの
効果が得られる。
Furthermore, since the calibration itself can be set programmably, it is possible to obtain variability that corresponds to the working environment and the work to be installed. Further, effects such as calibration being possible in places where there is not enough work area can be obtained.

なお、本発明は、ロボットの制御の他に、力制御に係る
工作機械並びに専用機にも適用できるものである。
It should be noted that the present invention is applicable not only to robot control but also to machine tools and special purpose machines related to force control.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のロボットの力制御方法を実施する制御
装置の概略構成図、第2図は重力補償を行うのに必要な
質量及び重心位置を求めるためのブロック図、第3図は
カセンサの環境による出力値に含まれる誤差戊分を補償
するためのセンサ環境パラメータ表、第4図は実動作に
おいて対象物から受ける力を求める過程を示したブロッ
ク図、第5図はキヤリプレーションを行う際の座標系を
表した説明図、第6図はキヤリプレーション方式の実現
方法の説明図、第7図はキヤリプレーションを行うため
のフローチャート、第8図はキヤリプレーションをプロ
グラマブルに実現するための一例であるロボット言語用
プログラミング例を示(33) した図、第9図は従来のロボット制御装置の概略構成図
である。 10・・・ロボット 11・・ロボッl・アーム 12・・・カセンサ 14・・・ツール 20・・・ロボット制御装置 21・・・センサ・プロセッサ 22・・・メイン・プロセッサ 23・・・サーボ・プロセッサ 24・・・内部記憶部 30・・・ワーク 40・・・センサ環境パラメータ なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Figure 1 is a schematic configuration diagram of a control device that implements the robot force control method of the present invention, Figure 2 is a block diagram for determining the mass and center of gravity position necessary for gravity compensation, and Figure 3 is a sensor Figure 4 is a block diagram showing the process of determining the force received from an object in actual operation, and Figure 5 shows the calibration. Figure 6 is an explanatory diagram of the method of implementing the calibration method, Figure 7 is a flowchart for performing calibration, and Figure 8 is a programmable implementation of calibration. 9 is a schematic diagram of a conventional robot control device. 10... Robot 11... Robot arm 12... Kasensor 14... Tool 20... Robot controller 21... Sensor processor 22... Main processor 23... Servo processor 24...Internal storage unit 30...Work 40...Sensor environment parameters In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ロボットのアーム先端に力検出器を介してツールを取り
付け、ツール及びワークを含む対象物から受ける力を前
記力検出器で検出することによりロボットの力制御を行
う方法において、 前記対象物を取り付けた状態で、前記力検出器に所定の
姿勢を少なくとも2通り以上とらせるように前記ロボッ
トに移動指示を与えて動作させ、この力検出器の姿勢を
変化させた時の該力検出器の出力値と、その時の該力検
出器の姿勢情報との関係より、演算器を用いて前記対象
物の質量及び重心位置を求め、並びに前記出力値に含ま
れている力検出器自身の誤差成分を仮想的に求め、次に
予め記憶されているセンサ環境パラメータテーブルより
選択されたセンサ環境パラメータを用いて前記により得
られた仮想検出器誤差成分値を補正して検出器誤差成分
値を求め、該検出器誤差成分値と前記対象物の質量及び
重心位置より得られた重力補償成分値とを前記ロボット
の実動作時における前記力検出器の出力値より差し引き
、前記対象物より受けている実際の外力を求めることを
特徴とするロボットの力制御方法。
[Scope of Claims] A method for controlling the force of the robot by attaching a tool to the tip of the arm of the robot via a force detector, and detecting the force received from an object including the tool and the work with the force detector, With the object attached, the robot is given a movement instruction and operated so that the force detector takes at least two predetermined postures, and the posture of the force detector is changed. From the relationship between the output value of the force detector and the posture information of the force detector at that time, use a calculator to determine the mass and center of gravity position of the object, and the force detector included in the output value. The own error component is virtually determined, and then the virtual detector error component value obtained above is corrected using the sensor environment parameter selected from the sensor environment parameter table stored in advance to obtain the detector error component. The sensor error component value and the gravity compensation component value obtained from the mass and center of gravity position of the object are subtracted from the output value of the force detector during actual operation of the robot, and A force control method for a robot characterized by determining the actual external force being received.
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