JPH0438548B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0438548B2 JPH0438548B2 JP58214998A JP21499883A JPH0438548B2 JP H0438548 B2 JPH0438548 B2 JP H0438548B2 JP 58214998 A JP58214998 A JP 58214998A JP 21499883 A JP21499883 A JP 21499883A JP H0438548 B2 JPH0438548 B2 JP H0438548B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- robot
- distance
- robot hand
- contact sensor
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、非接触センサによつて多自由度ロボ
ツトを制御するための方式に係り、特に非接触セ
ンサによつてある対象物との間の距離が一定以内
にあることが検出された場合には、それまでの制
御モードが変更されるようにした多自由度ロボツ
トの制御方法に関するものである。
ツトを制御するための方式に係り、特に非接触セ
ンサによつてある対象物との間の距離が一定以内
にあることが検出された場合には、それまでの制
御モードが変更されるようにした多自由度ロボツ
トの制御方法に関するものである。
これまで非接触センサによつて多自由度ロボツ
トを積極的に制御することは行なわれていないの
が実状である。ただ、研究レベルとしては多自由
度ロボツトに近接センサ（超音波あるいは渦電流
を利用したもの）を装着せしめることが稀に行な
われている程度である。ただし、近接センサを装
着せしめるといつてもそれは安全装置として機能
するに止まり、ロボツトのハンドが何等かの障害
物に接近した場合での非常停止制御に利用されて
いるのが殆どである。
トを積極的に制御することは行なわれていないの
が実状である。ただ、研究レベルとしては多自由
度ロボツトに近接センサ（超音波あるいは渦電流
を利用したもの）を装着せしめることが稀に行な
われている程度である。ただし、近接センサを装
着せしめるといつてもそれは安全装置として機能
するに止まり、ロボツトのハンドが何等かの障害
物に接近した場合での非常停止制御に利用されて
いるのが殆どである。
よつて本発明の目的は、非接触センサからのセ
ンサ信号によつて多自由度ロボツトの制御モード
が様々に変更可とされた非接触センサによる多自
由度ロボツトの制御方法を供するにある。
ンサ信号によつて多自由度ロボツトの制御モード
が様々に変更可とされた非接触センサによる多自
由度ロボツトの制御方法を供するにある。
この目的のため本発明は、非接触センサによつ
てロボツトハンドと何等かの移動可とされた障害
物との間の距離が一定以内にあることが検出され
た場合には、ロボツトに対するそれまでの制御が
変更されるようにしたものである。これにより障
害物との間に一定の距離を保つてロボツトハンド
を停止させることが可能であるばかりか、障害物
が移動した場合には一定の距離を保つてロボツト
ハンドをその移動に追従させることが可能となる
ものである。
てロボツトハンドと何等かの移動可とされた障害
物との間の距離が一定以内にあることが検出され
た場合には、ロボツトに対するそれまでの制御が
変更されるようにしたものである。これにより障
害物との間に一定の距離を保つてロボツトハンド
を停止させることが可能であるばかりか、障害物
が移動した場合には一定の距離を保つてロボツト
ハンドをその移動に追従させることが可能となる
ものである。
以下、本発明を第１図から第１５図により説明
する。
する。
先ず本発明に係る多自由度（１〜６自由度）ロ
ボツトの概観について説明する。第１図はその外
観を示したものである。これによるとハンド部２
とアーム部１の中間には非接触センサ３が装着さ
れるが、装着場所としてはこれに限定されずこれ
以外にも例えばハンド部２に装着することも可と
なつている。制御されるものはハンド部２である
から、ハンド部２に関しての位置、姿勢などの情
報が直接得られる場所であれば特に問題とされる
ことはないものである。したがつて、後述するよ
うにロボツト以外の場所に装着することも可とな
つている。
ボツトの概観について説明する。第１図はその外
観を示したものである。これによるとハンド部２
とアーム部１の中間には非接触センサ３が装着さ
れるが、装着場所としてはこれに限定されずこれ
以外にも例えばハンド部２に装着することも可と
なつている。制御されるものはハンド部２である
から、ハンド部２に関しての位置、姿勢などの情
報が直接得られる場所であれば特に問題とされる
ことはないものである。したがつて、後述するよ
うにロボツト以外の場所に装着することも可とな
つている。
第２図は非接触センサとして超音波センサを使
用した場合でのハンド部とその周辺の外観を示し
たものである。超音波センサは超音波の送信部お
よび受信部よりなるが、これをｘ，ｙ，ｚ軸の
正、負方向対応に装着するものである。このよう
に装着する場合は、ｘ軸の正方向x+を向いてい
る超音波センサはその方向に存在する対象物との
間の距離を測定し得るものである。この他非接触
センサとしてはLEDとフオトトランジスタとを
組合せたものや渦電流センサ、半導体レーザ利用
の測長機なども使用可である。要は、距離を非接
触にして測定し得るものであればよいものであ
る。
用した場合でのハンド部とその周辺の外観を示し
たものである。超音波センサは超音波の送信部お
よび受信部よりなるが、これをｘ，ｙ，ｚ軸の
正、負方向対応に装着するものである。このよう
に装着する場合は、ｘ軸の正方向x+を向いてい
る超音波センサはその方向に存在する対象物との
間の距離を測定し得るものである。この他非接触
センサとしてはLEDとフオトトランジスタとを
組合せたものや渦電流センサ、半導体レーザ利用
の測長機なども使用可である。要は、距離を非接
触にして測定し得るものであればよいものであ
る。
第３図は超音波センサによつてｘ軸正方向x+
に存在する対象物４との間の距離Δlx+を測定し
ている様子を示したものである。これについては
特に説明を要しないが、非接触センサは必ずしも
ロボツトに装着される必要はなく、ロボツト以外
にも装着可となつている。第４図は非接触センサ
としてのTVカメラをロボツトおよび対象物近傍
の上部に取付した場合を示したものである。図示
の如く天井に取付したものであり、このように取
付する場合にはハンド部２に固定の座標系での距
離を測定し得るばかりか、非可動部としてのベー
スに固定の座標系での距離も測定えい得るもので
ある。TVカメラによる場合はまたハンド部２と
対象物４との間の距離だけではなく、ハンド部２
の対象物４に対する姿勢も例えば方向余弦として
測定し得るものである。
に存在する対象物４との間の距離Δlx+を測定し
ている様子を示したものである。これについては
特に説明を要しないが、非接触センサは必ずしも
ロボツトに装着される必要はなく、ロボツト以外
にも装着可となつている。第４図は非接触センサ
としてのTVカメラをロボツトおよび対象物近傍
の上部に取付した場合を示したものである。図示
の如く天井に取付したものであり、このように取
付する場合にはハンド部２に固定の座標系での距
離を測定し得るばかりか、非可動部としてのベー
スに固定の座標系での距離も測定えい得るもので
ある。TVカメラによる場合はまたハンド部２と
対象物４との間の距離だけではなく、ハンド部２
の対象物４に対する姿勢も例えば方向余弦として
測定し得るものである。
さて、非接触センサなどからの情報にもとづい
てロボツトが如何に制御されるかについて説明す
る。
てロボツトが如何に制御されるかについて説明す
る。
第５図はその制御系の概要を示したものであ
り、これによると非接触センサが装着されたロボ
ツトからは位置信号とロボツト・物体間の距離
信号Δが得られるようになつている。位置信号
θはロボツトの関節各々に装着されたエンコーダ
より現時点での関節角として得られるものであ
り、また、非接触センサからは物体との間の距離
信号が得られるものである。図示の如く制御部５
には位置指令値rと距離の基準値Δｃが入力
されているが、これらとロボツトの位置およびロ
ボツト・物体間の距離に応じて各関節に対する角
速度θが制御部５で算出されたうえサーボアンプ
６を介し各関節が駆動されるようになつているも
のである。
り、これによると非接触センサが装着されたロボ
ツトからは位置信号とロボツト・物体間の距離
信号Δが得られるようになつている。位置信号
θはロボツトの関節各々に装着されたエンコーダ
より現時点での関節角として得られるものであ
り、また、非接触センサからは物体との間の距離
信号が得られるものである。図示の如く制御部５
には位置指令値rと距離の基準値Δｃが入力
されているが、これらとロボツトの位置およびロ
ボツト・物体間の距離に応じて各関節に対する角
速度θが制御部５で算出されたうえサーボアンプ
６を介し各関節が駆動されるようになつているも
のである。
第６図は第５図に示すものを更に詳細に示した
ものである。これによると制御部５には位置指令
値r、距離の基準値Δｃが外部より与えられ
る一方、ロボツト１４側からは非接触センサ３よ
りロボツト・物体間の距離Δが、また、エンコ
ーダ１１からのパルス信号をカウントするカウン
タ１２からは各関節角が与えられるようになつ
ている。各関節角は変換部１０によつてロボツ
トハンドの位置・姿勢に変換されたうえ主要制
御部７に入力されるが、この主要制御部７にてロ
ボツトハンドのとるべき速度が算出されるもの
である。この速度はロボツトハンドに固定の座
標系におけるもの（並進速度および回転速度）で
あるから、次に位置・姿勢および各関節角に
もとづき座標変換部８によつてベースに固定の座
標系における速度bに変換されるようになつて
いる。この速度bにもとづき関節角速度算出部
９により関節各々がとるべき角速度θが求められ
るが、これら角速度θによつてはサーボアンプ６
を介しモータ１３、したがつて、ロボツト１４が
駆動されるところとなるものである。
ものである。これによると制御部５には位置指令
値r、距離の基準値Δｃが外部より与えられ
る一方、ロボツト１４側からは非接触センサ３よ
りロボツト・物体間の距離Δが、また、エンコ
ーダ１１からのパルス信号をカウントするカウン
タ１２からは各関節角が与えられるようになつ
ている。各関節角は変換部１０によつてロボツ
トハンドの位置・姿勢に変換されたうえ主要制
御部７に入力されるが、この主要制御部７にてロ
ボツトハンドのとるべき速度が算出されるもの
である。この速度はロボツトハンドに固定の座
標系におけるもの（並進速度および回転速度）で
あるから、次に位置・姿勢および各関節角に
もとづき座標変換部８によつてベースに固定の座
標系における速度bに変換されるようになつて
いる。この速度bにもとづき関節角速度算出部
９により関節各々がとるべき角速度θが求められ
るが、これら角速度θによつてはサーボアンプ６
を介しモータ１３、したがつて、ロボツト１４が
駆動されるところとなるものである。
このように主要制御部は極めて重要な機能を有
しているが、この機能を詳細に説明すれば以下の
ようである。
しているが、この機能を詳細に説明すれば以下の
ようである。
即ち、一般に外力が存在しない場合での１自由
度の剛体の運動は式(1)で表わされるものとなつて
いる。
度の剛体の運動は式(1)で表わされるものとなつて
いる。
ｍdv／dt＋cv＋ｋ（ｘ−rｘ）＝０ ……(1)
但し、ｍは質量を、ｃは粘性係数を、ｋはバネ
係数を、ｘは位置を、ｖは速度を、rｘはバネの平
衡位置をそれぞれ示す。
係数を、ｘは位置を、ｖは速度を、rｘはバネの平
衡位置をそれぞれ示す。
この式(1)においてvt=0＝０、xt=0＝０である場
合にバネの平衡位置rｘにステツプ入力（rsｘ・ｕ
(t)）を加えたときの運動は以下のようになる。
合にバネの平衡位置rｘにステツプ入力（rsｘ・ｕ
(t)）を加えたときの運動は以下のようになる。
ｘ＝rsｘ｛１−ept（cosqt−ｐ／ｑsinqt）｝……(
2) 但し、ｐ＝−ｃ／２cm、ｑ＝4mk−c2である。
2) 但し、ｐ＝−ｃ／２cm、ｑ＝4mk−c2である。
式(2)から推察されるように式(1)に示す運動はr
ｘを操作することによつて位置ｘを制御し得る
が、これがΔｃ，Δを除いた場合、即ち、非
接触センサに係るパラメータが存在しない場合で
の主要制御部の基本的機能となつているものであ
り、ロボツトのハンドの運動があたかも式(1)で与
えられる剛体の運動となる様、ロボツトを制御す
るものである。
ｘを操作することによつて位置ｘを制御し得る
が、これがΔｃ，Δを除いた場合、即ち、非
接触センサに係るパラメータが存在しない場合で
の主要制御部の基本的機能となつているものであ
り、ロボツトのハンドの運動があたかも式(1)で与
えられる剛体の運動となる様、ロボツトを制御す
るものである。
即ち、主要制御部によつてロボツトハンドのと
るべき速度が式(3)によつて算出されるものであ
る。
るべき速度が式(3)によつて算出されるものであ
る。
ｖ＝１／ｍ∫｛−cv−ｋ（ｘ−rｘ）｝dt ……(3)
式(3)は式(1)をｖについて解くことによつて導出
し得るが、式(3)の右辺中におけるｖはロボツトに
タコジエネレータなどの速度検出器が装備されて
いる場合にはその速度検出信号（フイードバツク
信号）とされる。しかしながら、第６図に示すよ
うにロボツトに何等速度検出器が装備されていな
い場合は、式(3)の右辺におけるｖは自身が式(3)に
よつて算出した値とされる。
し得るが、式(3)の右辺中におけるｖはロボツトに
タコジエネレータなどの速度検出器が装備されて
いる場合にはその速度検出信号（フイードバツク
信号）とされる。しかしながら、第６図に示すよ
うにロボツトに何等速度検出器が装備されていな
い場合は、式(3)の右辺におけるｖは自身が式(3)に
よつて算出した値とされる。
ところで、実際の系では計算機内で離散値系と
して計算処理されることから、式(3)の代わりに式
(4)が用いられるようになつている。
して計算処理されることから、式(3)の代わりに式
(4)が用いられるようになつている。
vo＝Δt／ｍ｛−ｋ（xo-1−rxo-1）｝
−（Δt／ｍｃ−１）vo-1 ……(4)
但し、Δtはサンプリングタイムを、また、サ
フイツクスｎはその値がｎ番目サンプリングタイ
ムでのものであり、o，o-1はそれぞれ次回、
前回の積分効果信号として作用する。
フイツクスｎはその値がｎ番目サンプリングタイ
ムでのものであり、o，o-1はそれぞれ次回、
前回の積分効果信号として作用する。
したがつて、多自由度に拡張された場合式(3)，
(4)はそれぞれ式(5)，(6)として変換表示される。
(4)はそれぞれ式(5)，(6)として変換表示される。
＝［Ｍ］-1∫［−［Ｃ］−［Ｋ］（−r）］d
t
……(5) o＝Δt［Ｍ］-1｛−［Ｋ］（o-1−r o-1）｝ −（Δt［Ｍ］-1・［Ｃ］−［Ｉ］）o-1 ……(6) 但し、［Ｍ］，［Ｃ］，［Ｋ］はそれぞれ質量、粘
性係数、バネ係数に対応する行列であり、また、
［Ｉ］は単位行列を示している。行列［Ｍ］，
［Ｃ］，［Ｋ］は通常対角行列とされ実際のロボツ
ト機構が持つている値ではないが、ソフト上で仮
想制御パラメータとしてある範囲内で任意に設定
を行なうことにより、ハンドに自在な運動を行な
わせることが可能となつている。即ち、これら仮
想制御パラメータをある範囲内で変更可とするこ
とによつて停止特性（減衰率、固有振動数）や追
従特性などが好ましく調整され得るものである。
また、位置（並進位置と回転角度）および速度
（並進速度と回転速度）はベクトルであり、通
常６次元のものとなつている。
t
……(5) o＝Δt［Ｍ］-1｛−［Ｋ］（o-1−r o-1）｝ −（Δt［Ｍ］-1・［Ｃ］−［Ｉ］）o-1 ……(6) 但し、［Ｍ］，［Ｃ］，［Ｋ］はそれぞれ質量、粘
性係数、バネ係数に対応する行列であり、また、
［Ｉ］は単位行列を示している。行列［Ｍ］，
［Ｃ］，［Ｋ］は通常対角行列とされ実際のロボツ
ト機構が持つている値ではないが、ソフト上で仮
想制御パラメータとしてある範囲内で任意に設定
を行なうことにより、ハンドに自在な運動を行な
わせることが可能となつている。即ち、これら仮
想制御パラメータをある範囲内で変更可とするこ
とによつて停止特性（減衰率、固有振動数）や追
従特性などが好ましく調整され得るものである。
また、位置（並進位置と回転角度）および速度
（並進速度と回転速度）はベクトルであり、通
常６次元のものとなつている。
このように式(5)，(6)によつてロボツトの位置制
御を行ない得るが、第７図は式(5)をブロツク図と
して示したものである。但し、この場合パラメー
タΔ，Δｃは無視される。判定計算処理ブロ
ツク１５では通常（r−）が計算されるもの
である。なお、式(2)にて示される挙動の概要は第
８図の一部として示すところである。
御を行ない得るが、第７図は式(5)をブロツク図と
して示したものである。但し、この場合パラメー
タΔ，Δｃは無視される。判定計算処理ブロ
ツク１５では通常（r−）が計算されるもの
である。なお、式(2)にて示される挙動の概要は第
８図の一部として示すところである。
さて、以上のようにして行なわれるロボツトの
位置制御に非接触センサによる制御を加える、本
発明によるロボツトの制御方法について説明す
る。
位置制御に非接触センサによる制御を加える、本
発明によるロボツトの制御方法について説明す
る。
第９図はロボツトをある作業領域空間内にて位
置制御している最中に、万一危険領域内に入るよ
うな場合には危険領域内への侵入を非接触センサ
によつて回避せんとするものである。既述のよう
にロボツトの位置制御はrを操作することによ
つて行なわれるが、したがつて、これよりすれば
ｒを作業領域空間内にとれば、如何に操作しよ
うともロボツトはほぼ作業領域空間内に留まるこ
とが予想される。しかしながら、実際には設定さ
れたパラメータ［Ｍ］，［Ｃ］，［Ｋ］やロボツト駆
動系の遅れなどによつて、あるいは誤動作や外乱
などによつてロボツトが作業領域外、即ち、危険
領域内に入ることがあり得るというものである。
第９図に示す例ではｘ軸の正、負方向に壁１６，
１７があつて、壁１６，１７からの距離がΔlc以
内の領域が危険領域として設定されている。した
がつて、ロボツトとしてはｘ軸の正方向、負方向
における壁１７，１６との間の距離を測定すべく
少なくとも２個の非接触センサを必要とし、これ
ら非接触センサによつてロボツトハンドが危険領
域の何れかに侵入したことが知れるものである。
例えばロボツトハンドが壁１７に近づきつつある
場合を想定すれば、壁１７との距離Δlx+がΔlx+＜
Δlcとなつたことを以て危険領域に侵入したこと
が知れるものである。もしも危険領域にロボツト
ハンドが侵入した場合にはΔlx+がΔlcとなるべく
ロボツトハンドを押し戻すことが必要である。第
１０図に示すようにある時点tcで危険領域に侵入
したことが検知された場合には、直ちに第８図に
示した如くの挙動をとらせ円滑に危険領域より脱
しさせるものである。勿論従来より行なわれてい
るようにその時点tcで非常停止せしめたり、ある
いは円滑にではなく直ちに大きな加速度を以て危
険領域を脱しさせることも可能である。
置制御している最中に、万一危険領域内に入るよ
うな場合には危険領域内への侵入を非接触センサ
によつて回避せんとするものである。既述のよう
にロボツトの位置制御はrを操作することによ
つて行なわれるが、したがつて、これよりすれば
ｒを作業領域空間内にとれば、如何に操作しよ
うともロボツトはほぼ作業領域空間内に留まるこ
とが予想される。しかしながら、実際には設定さ
れたパラメータ［Ｍ］，［Ｃ］，［Ｋ］やロボツト駆
動系の遅れなどによつて、あるいは誤動作や外乱
などによつてロボツトが作業領域外、即ち、危険
領域内に入ることがあり得るというものである。
第９図に示す例ではｘ軸の正、負方向に壁１６，
１７があつて、壁１６，１７からの距離がΔlc以
内の領域が危険領域として設定されている。した
がつて、ロボツトとしてはｘ軸の正方向、負方向
における壁１７，１６との間の距離を測定すべく
少なくとも２個の非接触センサを必要とし、これ
ら非接触センサによつてロボツトハンドが危険領
域の何れかに侵入したことが知れるものである。
例えばロボツトハンドが壁１７に近づきつつある
場合を想定すれば、壁１７との距離Δlx+がΔlx+＜
Δlcとなつたことを以て危険領域に侵入したこと
が知れるものである。もしも危険領域にロボツト
ハンドが侵入した場合にはΔlx+がΔlcとなるべく
ロボツトハンドを押し戻すことが必要である。第
１０図に示すようにある時点tcで危険領域に侵入
したことが検知された場合には、直ちに第８図に
示した如くの挙動をとらせ円滑に危険領域より脱
しさせるものである。勿論従来より行なわれてい
るようにその時点tcで非常停止せしめたり、ある
いは円滑にではなく直ちに大きな加速度を以て危
険領域を脱しさせることも可能である。
ところで、非接触センサによる上記のような制
御はこれまでに既に述べた制御方式に非接触セン
サからのフイードバツク信号を加味することによ
つて容易に達成可能である。第７図は主要制御部
のブロツク構成を示したものであるが、ここでそ
の中でも重要な機能を果たす判定計算処理ブロツ
ク１５について説明すれば以下のようである。
御はこれまでに既に述べた制御方式に非接触セン
サからのフイードバツク信号を加味することによ
つて容易に達成可能である。第７図は主要制御部
のブロツク構成を示したものであるが、ここでそ
の中でも重要な機能を果たす判定計算処理ブロツ
ク１５について説明すれば以下のようである。
即ち、第７図に示す如く判定計算処理ブロツク
にはr、および（Δｃ−Δ）が入力され
るが、このうちΔｃおよびΔは式(7)，(8)に示
すように６成分よりなるものとなつている。
にはr、および（Δｃ−Δ）が入力され
るが、このうちΔｃおよびΔは式(7)，(8)に示
すように６成分よりなるものとなつている。
Δｃ＝Δlc，x+
Δlc，x-
Δlc，y+
Δlc，y-
Δlc，z+
Δlc，z- ……(7)
Δ＝Δlx+
Δlx-
Δly+
Δly-
Δlz+
Δlz- ……(8)
但し、式(7)において例えばΔlc，ｘ＋はｘ軸正
方向の距離の基準値を示し、また、式(8)における
Δlx＋は非接触センサによつて測定されたｘ軸正
方向でのロボツトと対象物（壁など）との間の距
離を示すものとなつている。
方向の距離の基準値を示し、また、式(8)における
Δlx＋は非接触センサによつて測定されたｘ軸正
方向でのロボツトと対象物（壁など）との間の距
離を示すものとなつている。
したがつて、こでｘ軸正方向のみを考慮すれ
ば、Δlx-−Δlc，x+０の場合にはロボツトは作
業領域内にあることから、通常の位置制御を続行
すればよいことになる。即ち、判定計算処理ブロ
ツクの出力としては（r−）が出力されるも
のである。また、Δlcx+−Δlc，x+＜０である場
合にはロボツトは危険領域内に存在することにな
るから、直ちに危険領域外に脱しさせる必要があ
る。このような場合には（Δlcx+−Δlc，x+）が
出力として出力されるものである。
ば、Δlx-−Δlc，x+０の場合にはロボツトは作
業領域内にあることから、通常の位置制御を続行
すればよいことになる。即ち、判定計算処理ブロ
ツクの出力としては（r−）が出力されるも
のである。また、Δlcx+−Δlc，x+＜０である場
合にはロボツトは危険領域内に存在することにな
るから、直ちに危険領域外に脱しさせる必要があ
る。このような場合には（Δlcx+−Δlc，x+）が
出力として出力されるものである。
また、以上のような制御以外に第１１図に示す
ような制御も考えられている。第１１図ａ，ｂは
ロボツトが人間に近づきその間の距離がΔlc，x+
よりも小さくなつた場合はロボツトが人間から離
れΔlc，x+の位置まで戻るべく制御され、また、
それとは逆に人間がロボツトに近づいた場合も同
様に制御されることが示されている。第１１図に
示す制御はいわば壁が移動可とされた場合に相当
するものであり、このような制御によつて非接触
直接教示が可能となるものである。
ような制御も考えられている。第１１図ａ，ｂは
ロボツトが人間に近づきその間の距離がΔlc，x+
よりも小さくなつた場合はロボツトが人間から離
れΔlc，x+の位置まで戻るべく制御され、また、
それとは逆に人間がロボツトに近づいた場合も同
様に制御されることが示されている。第１１図に
示す制御はいわば壁が移動可とされた場合に相当
するものであり、このような制御によつて非接触
直接教示が可能となるものである。
以上２つの制御例は何れもロボツトと対象物と
の間の距離を検出したうえ、ある基準値との関係
にもとづいてロボツトを制御するようにしたもの
である。このような制御を拡張したものとして第
１２図に示す如くものが考えられている。第１２
図に示すものにおいては非接触センサ３以外に接
触センサとしての力センサ１８もロボツトに装着
され、ハイブリツトな制御が可能となつている。
の間の距離を検出したうえ、ある基準値との関係
にもとづいてロボツトを制御するようにしたもの
である。このような制御を拡張したものとして第
１２図に示す如くものが考えられている。第１２
図に示すものにおいては非接触センサ３以外に接
触センサとしての力センサ１８もロボツトに装着
され、ハイブリツトな制御が可能となつている。
例えば軸状ワーク１９を穴が穿たれているワー
ク２０に組付する場合を想定すれば、ロボツトは
ワーク１９を把持した後はワーク２０近傍まで搬
送することが必要である。ワーク２０への搬送は
高速に行なわれることが望ましいが、高速搬送の
場合はワーク２０に接触した時点で大きな衝撃を
受けることから、接触直前に搬送速度を小さくす
ることが必要となる。一般に接触センサのみしか
装着されていない場合は大きな衝撃で初めて接触
が検知されるか、または大きな衝撃を回避すべく
ワークは低速にて搬送されることになるが、何れ
によるとしても大きな衝撃または低速といつた不
具合を生じることになる。しかしながら、非接触
センサを併用する場合には大きな衝撃を回避し
得、しかも高速にワークを搬送することが可能と
なるものである。
ク２０に組付する場合を想定すれば、ロボツトは
ワーク１９を把持した後はワーク２０近傍まで搬
送することが必要である。ワーク２０への搬送は
高速に行なわれることが望ましいが、高速搬送の
場合はワーク２０に接触した時点で大きな衝撃を
受けることから、接触直前に搬送速度を小さくす
ることが必要となる。一般に接触センサのみしか
装着されていない場合は大きな衝撃で初めて接触
が検知されるか、または大きな衝撃を回避すべく
ワークは低速にて搬送されることになるが、何れ
によるとしても大きな衝撃または低速といつた不
具合を生じることになる。しかしながら、非接触
センサを併用する場合には大きな衝撃を回避し
得、しかも高速にワークを搬送することが可能と
なるものである。
即ち、ワーク２０にワーク１９が接触する直前
を非接触センサ３によつて検出したうえ搬送速度
を小さくし、ワーク１９が低速搬送の状態でワー
ク２０に接触した後は接触センサ１８によつてワ
ーク１９のワーク２０への組付を行なわんとする
ものである。
を非接触センサ３によつて検出したうえ搬送速度
を小さくし、ワーク１９が低速搬送の状態でワー
ク２０に接触した後は接触センサ１８によつてワ
ーク１９のワーク２０への組付を行なわんとする
ものである。
このような制御も既述の制御方式を拡張するこ
とによつて基本的には同一の方式で実現可能であ
る。式(5)，(6)の代わりに式(9)，(10)を用いればよい
からである。
とによつて基本的には同一の方式で実現可能であ
る。式(5)，(6)の代わりに式(9)，(10)を用いればよい
からである。
＝［Ｍ］-1∫［（−r）−［Ｃ］−［Ｋ］（
−r）］dt……(9) ＝Δt［Ｍ］-1［（o-1−r o-1）−［Ｋ］（o-
1−r o-1）］−（Δt［Ｍ］-1［Ｃ］−［Ｉ］）o-1
……(10) 但し、は接触センサ（力センサ）からの力信
号を、rは力の指令値を示す。
−r）］dt……(9) ＝Δt［Ｍ］-1［（o-1−r o-1）−［Ｋ］（o-
1−r o-1）］−（Δt［Ｍ］-1［Ｃ］−［Ｉ］）o-1
……(10) 但し、は接触センサ（力センサ）からの力信
号を、rは力の指令値を示す。
したがつて、このような制御が行なわれるべく
第５図、第６図、第７図に示すものは第１３図、
第１４図、第１５図にとつて代わられることにな
る。
第５図、第６図、第７図に示すものは第１３図、
第１４図、第１５図にとつて代わられることにな
る。
以上説明したように本発明は、非接触センサに
よつてロボツトハンドと障害物などの対象物との
間の距離が一定以内であることが検出された場合
にはその検出時点でロボツトに対する制御モード
を変更するようにしたものである。したがつて、
本発明による場合は、対象物との関係でロボツト
は適切に制御され、更に接触センサを併用する場
合はそれとの協調制御も可能となつており、多種
の制御動作特性がソフト上でのパラメータを変更
するだけで容易に実現し得るなどの効果がある。
よつてロボツトハンドと障害物などの対象物との
間の距離が一定以内であることが検出された場合
にはその検出時点でロボツトに対する制御モード
を変更するようにしたものである。したがつて、
本発明による場合は、対象物との関係でロボツト
は適切に制御され、更に接触センサを併用する場
合はそれとの協調制御も可能となつており、多種
の制御動作特性がソフト上でのパラメータを変更
するだけで容易に実現し得るなどの効果がある。
第１図は、多自由度ロボツトの一例での外観を
示す図、第２図は、近傍に非接触センサが装着さ
れてなるロボツトハンドとその周辺の一例での外
観を示す図、第３図は、非接触センサによつて対
象物との間の距離を測定する様子を示す図、第４
図は、非接触センサをロボツト以外に装着する場
合での例を示す図、第５図は、本発明に係る制御
系の概要を示す図、第６図は、その制御部の詳細
をロボツト機構との関係で示す図、第７図は、そ
の制御部における要部の機能を示す図、第８図
は、主要制御部によつて行なわれる制御のステツ
プ応答を示す図、第９図、第１０図は、ロボツト
ハンドの危険領域内への侵入を非接触センサによ
つて回避する制御を説明するための図、第１１図
ａ，ｂは、周囲の人間を移動可とされた障害物と
見做した場合での制御と人間によるロボツトの積
極的制御を説明するための図、第１２図は、接触
センサとの協調制御を説明するための図、第１３
図、第１４図、第１５図は、その協調制御の第５
図、第６図、第７図に対応するものを示す図であ
る。 ２……（ロボツト）ハンド部、３……非接触セ
ンサ、７……主要制御部、８……座標変換部、９
……関節角速度算出部、１５……判定計算処理ブ
ロツク、１８……力センサ（接触センサ）。
示す図、第２図は、近傍に非接触センサが装着さ
れてなるロボツトハンドとその周辺の一例での外
観を示す図、第３図は、非接触センサによつて対
象物との間の距離を測定する様子を示す図、第４
図は、非接触センサをロボツト以外に装着する場
合での例を示す図、第５図は、本発明に係る制御
系の概要を示す図、第６図は、その制御部の詳細
をロボツト機構との関係で示す図、第７図は、そ
の制御部における要部の機能を示す図、第８図
は、主要制御部によつて行なわれる制御のステツ
プ応答を示す図、第９図、第１０図は、ロボツト
ハンドの危険領域内への侵入を非接触センサによ
つて回避する制御を説明するための図、第１１図
ａ，ｂは、周囲の人間を移動可とされた障害物と
見做した場合での制御と人間によるロボツトの積
極的制御を説明するための図、第１２図は、接触
センサとの協調制御を説明するための図、第１３
図、第１４図、第１５図は、その協調制御の第５
図、第６図、第７図に対応するものを示す図であ
る。 ２……（ロボツト）ハンド部、３……非接触セ
ンサ、７……主要制御部、８……座標変換部、９
……関節角速度算出部、１５……判定計算処理ブ
ロツク、１８……力センサ（接触センサ）。
Claims (1)
- １ 非接触センサによつてロボツトハンドと対象
物との間の距離を検出しつつ、ロボツトハンドの
速度制御を行なう非接触センサによる多自由度ロ
ボツトの制御方法において、ロボツトハンドと対
象物との間の距離が一定距離以上であることが検
出されている状態では、ロボツトハンドに対する
外部からの指令位置と現在位置との差にロボツト
ハンドの運動を決定する、第１のパラメータとし
ての仮想バネ係数を乗算した上、該乗算結果に現
在のロボツトハンドの速度にロボツトハンドの運
動を決定する、第２のパラメータとしての仮想粘
性定数とを乗算したものを加算し、該加算結果の
時間積分値にもとづく速度でロボツトハンドが上
記指令位置に移動せしめられる一方、ロボツトハ
ンドと対象物との間の距離が一定距離未満である
ことが検出されている状態では、ロボツトハンド
に対する外部からの指令位置と現在位置との差
は、ロボツトハンドと対象物との間の距離から上
記一定距離を減算したものに置換されることで、
ロボツトハンドの速度制御モードの切替が行なわ
れるようにした、非接触センサによる多自由度ロ
ボツトのロボツトの制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21499883A JPS60108285A (ja) | 1983-11-17 | 1983-11-17 | 非接触センサによる多自由度ロボットの制御方法 |
| US06/621,717 US4621332A (en) | 1983-06-20 | 1984-06-18 | Method and apparatus for controlling a robot utilizing force, position, velocity, spring constant, mass coefficient, and viscosity coefficient |
| DE8484107013T DE3476172D1 (en) | 1983-06-20 | 1984-06-19 | Method and apparatus for controlling a robot |
| EP84107013A EP0129245B1 (en) | 1983-06-20 | 1984-06-19 | Method and apparatus for controlling a robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21499883A JPS60108285A (ja) | 1983-11-17 | 1983-11-17 | 非接触センサによる多自由度ロボットの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108285A JPS60108285A (ja) | 1985-06-13 |
| JPH0438548B2 true JPH0438548B2 (ja) | 1992-06-24 |
Family
ID=16665004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21499883A Granted JPS60108285A (ja) | 1983-06-20 | 1983-11-17 | 非接触センサによる多自由度ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60108285A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60141495A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-26 | 株式会社小松製作所 | 溶接ロボツトにおける位置検出方法 |
| JPS62293408A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Toyota Motor Corp | 作業端駆動制御装置 |
| JP4958557B2 (ja) * | 2003-12-11 | 2012-06-20 | デーヴィス，ケヴィン，ステファン | 制御システム |
| JP4648486B2 (ja) * | 2009-01-26 | 2011-03-09 | ファナック株式会社 | 人間とロボットとの協調動作領域を有する生産システム |
| JP2015171735A (ja) * | 2014-03-11 | 2015-10-01 | 株式会社ａｍｕｓｅ ｏｎｅｓｅｌｆ | フレキシブルアーム装置および点検診断装置 |
| DE102015112656A1 (de) * | 2015-07-31 | 2017-02-02 | Sick Ag | Distanzsensor |
| DE112017001677T5 (de) * | 2016-03-29 | 2018-12-13 | Life Robotics Inc. | Näherungssensorvorrichtung und Roboterarmmechanismus |
| DE112017005497T5 (de) * | 2016-10-31 | 2019-08-08 | Life Robotics Inc. | Näherungssensorvorrichtung und roboterarmmechanismus |
| US12447606B2 (en) | 2021-07-05 | 2025-10-21 | Mantis Robotics, Inc. | Safety system for hand-guiding a robot |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5854956B2 (ja) * | 1974-12-31 | 1983-12-07 | テクノベンチヤ− カブシキガイシヤ | グンロボツト |
| JPS58158712A (ja) * | 1982-03-15 | 1983-09-21 | Omron Tateisi Electronics Co | 工業用ロボツトの動作制御方法 |
-
1983
- 1983-11-17 JP JP21499883A patent/JPS60108285A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60108285A (ja) | 1985-06-13 |
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