JPH04135189A - ロボット制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数の関節をもつアームより成るロボットの制
御装置に係り、特に、力検出手段及び位置検出手段の情
報を用いてアームの軌道修正を行うロボット制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６４−１２３０９号公報に記載の
ように、手先の位置信号とトルク信号とに基づいた夫々
の制御手段を切換え、作業対象物との干渉に応じて位置
制御方式かトルク制御方式かを選択していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は位置制御方式とトルク制御方式を合理的
に切換える基準を決定する方法について考慮されておら
ず、二つの制御系の不整合により切換え時に制御が不安
定になり、状態がダイナミックに変化する場合には位置
制御方式とトルク制御方式の切換えを安定に、かつ、合
理的に行うことが困難となる問題があった。

本発明の目的はアームの位置とアームに作用する力を運
動方程式を解くことにより管理するロボットの制御装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明はアームの運動方
程式を解くことにより計画したロボットの動作を実現す
るためのトルクを演算するとともに、演算したトルクと
位置検出手段、及び、力検出手段からの情報より求めた
トルクとからアームの軌道を修正するためのアームの各
関節角度もしくは各関節トルクを演算する動力学演算手
段を設けたものである。

〔作用〕

本発明のロボット制御装置では動力学演算手段により計
画した動作を実現するためのトルクを演算するとともに
、位置検出手段及び力検出手段からの情報に基づいてア
ームに作用する外乱トルクを演算する。これによってト
ルクという同一の次元で処理することができ、さらに、
再び、運動方程式を解くことによりアームの各関節角度
を演算する。このように位置制御と力制御を同時に実現
することができ、制御方式の切換えによる不安定を回避
してダイナミックに変化する環境の中でも安定にロボッ
トを制御することができる。

〔実施例］ 以下、本発明を実施例により説明する。

第１図は本発明を適用してなる一実施例のロボット制御
装置の構成を示す。ｌは複数の関節をもつアームであり
、２はアーム１に作用する力を検出する力検出手段、３
はアーム１と対象物４との位置すれを検出する位置検出
手段である。５はアーム１の動作を計画する動作計画手
段であり、アーム１の各関節角度θを出力する。７は力
検出手段２と位置検出手段３からの情報に基づいて運動
方程式を解くことによりアーム１を制御する位置制御系
８に各関節角度θを出力する。６１は乗算器であり、位
置ずれ量に力変換ゲインＫを掛ける。

６２は加算器であり、力検出手段の出力に乗算器６１の
出力を加えて外力Ｆｄを出力する。７１は動作計画手段
より入力した各関節角度θに対する各関節トルクを演算
するトルク演算部であり、各関節トルつてを出力する。

７２は加算器６２から入力した外力Ｆ６に対する各関節
トルクを演算する外乱トルク演算部であり、各関節の外
乱トルつて、を出力する。７３は加算器であり、トルク
τに外乱トルクτｄを加えて各関節トルク？を出力する
。７４は各関節トルク↑に対する各関節角度θを演算す
る関節角度演算部であり、各関節角度θを位置制御系８
に出力する。

このように構成される第１図の実施例の動作を具体的に
説明する。アーム１が対象物４に接触する場合、動作計
画手段５で接触動作を実行するためのアーム１の幾何学
的な軌道である各関節角度θを計画する。アーム１があ
る関節角度θの状態にあるとき５このときのアーム１に
作用する力と計画時の作用力との差を力検出手段２によ
り検出して加算器６２に出力する。また、アーム１と対
象物４との位置関係と計画時の位置関係との差を位置検
出手段３により検出して乗算器６１で力変換ゲインＫを
掛けて加算器６２に出力する。これにより求めた外力Ｆ
、がアーム１に作用した場合の各関節トルクτを速度及
び加速度が零として運動方程式を解くことにより外乱ト
ルク演算部７２で求める。この外乱トルクτ、をトルク
演算部７１で運動方程式を解いて求めた計画した軌道を
実現するために必要な各関節トルクτに加算器７３で加
えることにより実際に計画した動作を実現するために・
必要な各関節トルク？を求める。さらに、関節角度演算
部７４て各関節トルク？に対して逆に運動方程式を解い
てこのトルクが与えられたときのアーム１の各関節角度
θを求める。位置制御系８ではこの各関節角度Ｏになる
ようにアーム１の各関節を制御する。これを繰り返すこ
とにより軌道を修正している。この軌道修正処理フロー
チャートを第２図に示す。対象物４を把持する場合には
、力検出手段２のフィンガの開閉動作を二つ以上の方向
から行い、例えば、両方のフィンガに設定した力が作用
するときのフィンガの移動量の差より把持位置を修正す
る。このように、力の検出には対象物４の幾何学的な情
報が含まれていないので簡単なアルゴリズムで軌道修正
を行っている。

以上説明したように、第１図の実施例によれば、位置検
出手段３からの情報と力検出手段２からの情報を力とい
う同一の次元で処理することができ、計画した軌道と力
の次元の情報をトルクの次元で処理して計画した軌道を
修正した関節角度指令値を生成することができるので、
位置制御系８を用いても位置制御と力制御を同時に、か
つ、安定に実行することができる。

次に、第３図に本発明の他の実施例を示す。本実施例は
アーム１の制御をトルク制御系９が実行する構成になっ
ており、加算器７３の出力τをトルク制御系９に、直接
、入力する点以外は第１図実施例と同様であるから説明
を省略する。

本実施例によれば、トルク制御系９を用いても位置制御
と力制御を同時に、かつ、安定に実行することができる
。

なお、上述した実施例でアーム１の関節数を６としたが
、関節配置を含めてこれに限るものではない。また、位
置検出手段３として視覚装置を用いているが、これに限
るものではなく非接触でも接触するものであってもよい
。また、画像処理等により、直接、力の情報が得られる
ものであっても同様にロボット制御装置を構成すること
ができる。さらに、力検出手段の設置場所及び個数もこ
れに限るものではない。

また、アーム１の制御系は上述の実施例に限るものでは
ない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アームと対象物との位置情報及び力の
情報に基づいて運動方程式を解くことにより、アームの
制御系の指令を修正することができるので、制御系に拘
らず力制御及び位置制御を同時にかつ、安定に実行でき
る効果がある。また、アームの制御の際に座標変換処理
を行っていないので、座標変換が困難な冗長自由度をも
つアームの制御を簡単に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御ブロック図、第２図は
軌道修正処理フローチャート、第３図は本発明の他の実
施例の制御ブロック図である。 １・・・アーム、２・・・力検出手段、３・・・位置検
出手段、４・・・対象物、５・・・動作計画手段、７・
・動力学演算手段、８・・・位置制御系、９・・・トル
ク制御系、７１・・・トルク演算部、７２・・・外乱ト
ルク演算部、７４・関節角度演算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の関節をもつアームと前記アームに作用する力
   を検出する力検出手段と前記アームと対象物との位置ず
   れを検出する位置検出手段より成るロボット制御装置に
   おいて、 運動方程式を解くことにより前記アームの計画した動作
   を実現するためのトルクを演算するとともに、前記トル
   クと前記力検出手段と前記位置検出手段からの情報によ
   り求めたトルクに応じて前記計画した軌道を修正するた
   めの前記アームの各関節角度、もしくは、各関節トルク
   を演算する動力学演算手段を設けたことを特徴とするロ
   ボット制御装置。