JPH0446785A - Hybrid control device for position and force of manipulator - Google Patents

Hybrid control device for position and force of manipulator

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Publication number
JPH0446785A
JPH0446785A JP15148690A JP15148690A JPH0446785A JP H0446785 A JPH0446785 A JP H0446785A JP 15148690 A JP15148690 A JP 15148690A JP 15148690 A JP15148690 A JP 15148690A JP H0446785 A JPH0446785 A JP H0446785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
coordinate system
manipulator
wrist
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.)
Pending
Application number
JP15148690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Maekawa
明寛 前川
Michiaki Mizuochi
水落 道明
Takeya Kawamura
武也 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP15148690A priority Critical patent/JPH0446785A/en
Publication of JPH0446785A publication Critical patent/JPH0446785A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To facilitate pin insertion work by making directions of position control and force control to become translation and rotation on the basis of wrist coordinate system. CONSTITUTION:Deviations DELTAX, DELTAY of position and force in earth coordinate system of a manipulator 20 are obtained. Next, these deviations are converted to deviations DELTAXW, DELTAFW in wrist coordinate system of the manipulator 20. Position control gain and force control gain are multiplied against the deviations DELTAXW, DELTAFW of this wrist coordinate system to obtain the corrected speed VP, VF in the wrist coordinate, and these corrected speed VP, VF are converted to rotating speed of each joint of the manipulator 20 to be output to the joint type manipulator 20. Consequently, direction of position control and force control becomes rotation and translation on the basis of the wrist coordinate system, and when direction of position control is set in a ZW axis direction of the wrist coordinate system and direction of force control is set in any direction except for the ZW axis direction, about directions except for the ZW axis direction, insertion work of a pin 13 is performed from a hole 14 to the direction for reducing the force to be applied to the pin 13.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分腎〉 本発明は、マニピュレータに適用する位置と力のハイブ
リッド制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application> The present invention relates to a hybrid position and force control device applied to a manipulator.

〈従来の技術〉 関節形マニピュレータは、一般に人間の腕と似た形をし
ており、その各関節にはアクチユエータ、速度センサ、
位置センサが備えられまた、手首部には力センサが備え
られている。また、他機覆のマニピュ レータとして、
各関節にトルクセンサが装着されている力ゝ、あるいは
モータ電流でトルクを推定するものである。
<Prior art> Articulated manipulators generally have a shape similar to a human arm, and each joint is equipped with an actuator, a speed sensor,
A position sensor is provided, and a force sensor is provided on the wrist. Also, as a manipulator of other machines,
Torque is estimated by the force or motor current provided by a torque sensor attached to each joint.

ここで従来の装置を第3図に示す。この第3図において
、位置制御系は、角度から直交座標系の位置を求める角
度位置変換手段1゜位置制御を行う方向を選択する位置
制御選択手段2、位置制御ゲイン手段3および速度角速
度変換手段4、更にはマニピュレータ本体20内に備え
られるサーボアンプ9、アクチュエータ10、位置セン
サ12より構成される。
Here, a conventional device is shown in FIG. In FIG. 3, the position control system includes angular position conversion means 1 for determining the position in the orthogonal coordinate system from the angle, position control selection means 2 for selecting the direction in which position control is to be performed, position control gain means 3, and velocity angular velocity conversion means. 4, and further includes a servo amplifier 9, an actuator 10, and a position sensor 12 provided within the manipulator body 20.

位置目標x1は、マニピュレータの位置センサ12から
出力θを角度位置変換手段1に入力してその出力として
得られる直交座標(O−xyz座標系)の位置Xと比較
され、位置偏差△Xが求められる。
The positional target x1 is compared with the position X on orthogonal coordinates (O-xyz coordinate system) obtained by inputting the output θ from the position sensor 12 of the manipulator to the angular position converting means 1 and obtaining the positional deviation ΔX. It will be done.

位置偏差ΔXは位置制御選択手段2に入力され、位置制
御を行なう方向の偏差のみが位置制御選択手段2から出
力され、位置制御ゲインを乗することで位置制御のため
の修正速度Vpが導出される。一方、力制輝系は、手首
座標系で検出された力を別な直交座標系(o−xyz座
標系)の力に変換する。力変換手段7、力制御を行う方
向を選択する力制御選択手段5、力制御ゲイン手段6お
よび速度角速度変換手段4、更にはマニピュレータ本体
20内に備えられるサーボアンプ9、アクチュエータ1
0、手首センサ8より構成される。
The positional deviation ΔX is input to the position control selection means 2, and only the deviation in the direction in which position control is to be performed is outputted from the position control selection means 2, and the corrected speed Vp for position control is derived by multiplying by the position control gain. Ru. On the other hand, the force control system converts the force detected in the wrist coordinate system to force in another orthogonal coordinate system (o-xyz coordinate system). Force conversion means 7, force control selection means 5 for selecting the direction in which force control is performed, force control gain means 6, and velocity/angular velocity conversion means 4, as well as a servo amplifier 9 and an actuator 1 provided in the manipulator body 20.
0, wrist sensor 8.

力目標値F はマニピュレータの手首センサ13からの
出力F、を力変換手段7に入力してその出力として得ら
れろ直交座標系(〇−xYZ座標系)の力Fと比較され
力偏差ΔFが求められる。
The force target value F is obtained by inputting the output F from the wrist sensor 13 of the manipulator to the force converting means 7. It is compared with the force F of the orthogonal coordinate system (〇-xYZ coordinate system) and the force deviation ΔF is calculated. Desired.

力偏差ΔFは力制御選択手段5に入力され力制御を行な
う方向のみの偏差が力制御選択手段5から出力され力制
御ゲイン手段6に送られ力制御のための修正速度vFが
導出される。
The force deviation ΔF is input to the force control selection means 5, and the deviation only in the direction in which force control is to be performed is outputted from the force control selection means 5 and sent to the force control gain means 6, where a corrected speed vF for force control is derived.

修正速度vPとVlは加算され速度角速度変換手段4に
入力される。その人力転は、マニピュレータ20の各関
節の対する速度指令シ、は速度センサ11から検出され
る速度さと比較されサーボアンプ9は速度フィードバッ
クにより汐がさ、と一致するようにアクチュエータ10
を駆動する。
The corrected velocities vP and Vl are added and input to the velocity angular velocity conversion means 4. In this manual rotation, the speed commands for each joint of the manipulator 20 are compared with the speed detected by the speed sensor 11, and the servo amplifier 9 adjusts the actuator 10 to match the tide by speed feedback.
to drive.

〈発明が解決しようとする課題〉 第3図による従来の方式においては、位置制御・力制御
の方向は第2図に示す地球座標系(o−xyz座標系)
に基づく並進と回転とになる。かかる場合、ピン13の
挿入作業を行なおうとした場合、ピンの軸方向と穴14
の方向とを一致させる位置制御を行ない、それ息外の方
向は力制御することて達成できる。
<Problem to be solved by the invention> In the conventional system shown in FIG. 3, the direction of position control and force control is based on the earth coordinate system (o-xyz coordinate system) shown in FIG.
Translation and rotation based on In such a case, when attempting to insert the pin 13, the axial direction of the pin and the hole 14
This can be achieved by controlling the position to match the direction of the object, and controlling the force to control the direction outside of the breath.

しかしながら、この地球座標系は空間的に固定された座
標系であるので、ピン13の挿入方向と地球座標系のX
軸、Y軸、又はZ軸が一致しない限り、上述の作業は行
なえない。
However, since this earth coordinate system is a spatially fixed coordinate system, the insertion direction of the pin 13 and the
The above operations cannot be performed unless the axes, Y-axis, or Z-axis coincide.

そこで、本発明は、地球座標系と作業方向が一致しなく
とも円滑に作業を行なうようにしたマニピュレータの位
置と力のハイブリッド制御装置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid position and force control device for a manipulator that allows work to be performed smoothly even if the work direction does not match the earth coordinate system.

く課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明は、手首に力センサを備え
各関節の速度を入力する関節形マニピュレータに対して
このマニピュレータの地球座標系での位置と力の輪差を
求める手段と、この偏差を上記マニピュレータの手首座
標系からみた偏差に変換する手段と、位置制御および力
制御を行なう方向を選択する手段と、手首座標系からみ
た位置あるいは力の偏差を修正速度に変換する手段と、
上記修正速度を上記マニピュレータの各関節の回転速度
に変換する手段とからなる位置と力のハイブリッド制御
装置において、位置制御および力制御の方向がマニピュ
レータの手首座標系に基づく並進と回転となることを特
徴とする。
Means for Solving the Problems> The present invention achieves the above-mentioned objects by providing information on the position and force of this manipulator in the earth coordinate system for an articulated manipulator that is equipped with a force sensor on the wrist and inputs the velocity of each joint. A means for determining the wheel difference, a means for converting this deviation into a deviation as seen from the wrist coordinate system of the manipulator, a means for selecting a direction for position control and force control, and a means for converting the deviation in position or force as seen from the wrist coordinate system. means for converting into a correction speed;
In a position/force hybrid control device comprising means for converting the correction speed into a rotational speed of each joint of the manipulator, the directions of position control and force control are translation and rotation based on the wrist coordinate system of the manipulator. Features.

〈作   用〉 マニピュレータの地球座標系での位置と力の偏差を求め
、次にこの偏差をマニピュレータの手首座標系の偏差に
変換する。そしてこの手首座標系の偏差に対して位置制
御ゲイン、力制御ゲインを乗じろことにより手首座標系
での修正速度を求め、この修正速度をマニピュレータの
各関節の回転速度変換し関節形マニピュレータに出力す
る。
<Operation> Find the deviation between the position and force of the manipulator in the earth coordinate system, and then convert this deviation into the deviation in the manipulator's wrist coordinate system. Then, by multiplying this deviation in the wrist coordinate system by the position control gain and force control gain, the correction speed in the wrist coordinate system is obtained, and this correction speed is converted into the rotational speed of each joint of the manipulator and output to the articulated manipulator. do.

したがって、位置制御・力制御の方向は手首座標系に基
づく回転と並進となり、位置制御の方向を手首座標系の
28軸方向、それ以外の方向を力制御とすれば、zl、
1方向以外については穴からピンが受けろ力を減少する
方向にビンがなじみながら挿入作業が行なわれる。
Therefore, the direction of position control/force control is rotation and translation based on the wrist coordinate system, and if the direction of position control is the 28-axis direction of the wrist coordinate system and the other directions are force control, then zl,
For directions other than one direction, the insertion operation is performed while the bottle adjusts in the direction that reduces the force that the pin receives from the hole.

く実 施 例〉 ここで、第1図、第2図を参照して本発明の詳細な説明
する。実施例として第2図に示す関節形マニピュレータ
20への適用例について述べる。この関節形マニピュレ
ータ20におうで、第1図、第2図に示すように、各関
節には、サーボアンプ9、アクチュエータ10、速度セ
ンサ11、及び位置センサ12が備えられ、また、手首
部には手首力センサ8が備えられている。この力センサ
8は手首に加わる3方向(X、方向、Yu力方向Z、方
向)の力を検出するものである。
Embodiments The present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. As an example, an example of application to the articulated manipulator 20 shown in FIG. 2 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, each joint of the articulated manipulator 20 is equipped with a servo amplifier 9, an actuator 10, a speed sensor 11, and a position sensor 12. is equipped with a wrist force sensor 8. This force sensor 8 detects forces applied to the wrist in three directions (X, direction, Yu force direction, Z, direction).

第1図にて、Sは位置制f11I/力制御の選択指令で
あり、S中の要素を、1とすれば力制御、0とすれば位
置制御となる。
In FIG. 1, S is a selection command for position control f11I/force control, and setting an element in S to 1 indicates force control, and setting it to 0 indicates position control.

また、位置目標値Xは、マニピュレータの位置センサ1
2からの出力Qを角度、位置変換手段に入力して得られ
る地球座標系(0−XYZ座標系)の位置Xと比較され
、地球座標系による位置偏差ΔXが求められる。
Further, the position target value X is the position sensor 1 of the manipulator.
The output Q from 2 is input into the angle and position conversion means and compared with the position X of the earth coordinate system (0-XYZ coordinate system), and the position deviation ΔX according to the earth coordinate system is determined.

次に、位置制御系にあっては、ΔXを入力する速度逆変
換手段24が備えられる。この速度逆変換手段24はΔ
Xを手首座標系における位置偏差Δx2に変換する。
Next, the position control system is provided with speed inverse conversion means 24 that inputs ΔX. This speed inversion means 24 is Δ
Convert X into a positional deviation Δx2 in the wrist coordinate system.

位置偏差ΔX、、lは、位置制御選択手段2に入力され
、この位置制御選択手段2では位置制御を行なう偏差の
みが出力される。
The positional deviations ΔX, .

位置制御ゲイン手段22では位置制御のための手首座標
系での修正速度■ が導出されろ。
The position control gain means 22 derives the corrected speed (2) in the wrist coordinate system for position control.

ついで、速度変換手段25では修正速度xpuが地球座
標系での修正速度■2に変換される。
Next, the speed conversion means 25 converts the corrected speed xpu into a corrected speed 2 in the earth coordinate system.

力制御系について述べる。Let's talk about the force control system.

手首座標系におけろ力目標値F1.全力変換手段7によ
り地球座標系における力目標値Fに変換する。そして、
この力目標値F1をマニピュレータの手首力センサ8の
出力F1.lから力変換手段7を通じて得られる地球座
標系の力Fと比較され、力偏差ΔFが求められる。
Force target value F1 in wrist coordinate system. The full force conversion means 7 converts it into a force target value F in the earth coordinate system. and,
This force target value F1 is set as the output F1 of the wrist force sensor 8 of the manipulator. 1 is compared with the force F in the earth coordinate system obtained through the force conversion means 7, and a force deviation ΔF is determined.

ついで、位置制御系と同様に、力偏差ΔFは速度逆変換
手段24により手首座標系における力偏差ムF−こ変換
され、この力偏差ΔF。
Then, similarly to the position control system, the force deviation ΔF is converted by the speed inverse conversion means 24 into the force deviation F in the wrist coordinate system, and this force deviation ΔF is obtained.

は力制御選択手段5に入力されて力制御を行う方向の偏
差のみが出力され、ついで力制御ゲイン手段23にゲイ
ンを乗することで、力制御のための手首座標系での修正
速度v、l、が導出され、この修正速度VFに変換され
ろ。
is input to the force control selection means 5 to output only the deviation in the direction in which force control is to be performed, and then by multiplying the force control gain means 23 by the gain, the corrected velocity v in the wrist coordinate system for force control is determined. l, is derived and converted to this modified velocity VF.

位置制御系及び力制御系の各修正速度V と■1は、互
いに直交方向の速度であり、これらは加算されて速度・
角速度変換手段4に入力される。この速度・角速度変換
手段4の出力θ、はマニピュレータでの各関節への速度
指令となる。速度指令θ2は速度センサ11から検出さ
れる速度すと比較され、サーボアンプ9は速度フィード
バックによりδが汐 に一致するようにアクチュエータ
10を駆動する。
The corrected speeds V and 1 of the position control system and force control system are speeds in mutually orthogonal directions, and these are added to obtain the speed
It is input to the angular velocity conversion means 4. The output θ of this velocity/angular velocity conversion means 4 becomes a velocity command to each joint in the manipulator. The speed command θ2 is compared with the speed detected by the speed sensor 11, and the servo amplifier 9 drives the actuator 10 by speed feedback so that δ matches the tide.

第1図に実施例では、手首の力センサを備えたものであ
るが、これに代えて各関節のトルクセンサあるいはモー
タ電流でトルクを推定し、手先に加わるカを求める場合
も本発明は含まれる。
Although the embodiment shown in FIG. 1 is equipped with a wrist force sensor, the present invention also includes a case where the torque is estimated using a torque sensor of each joint or a motor current to determine the force applied to the hand. It will be done.

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、位置制御系、及び
力制御系においてハイブリッド制御を提供することによ
り、地球座標系を手首座標系に基づき処理することによ
り、例えばビン挿入作業が容易となる。
<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, by providing hybrid control in the position control system and the force control system, by processing the earth coordinate system based on the wrist coordinate system, for example, bottle insertion Work becomes easier.

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

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は関節形マ
ニピュレータの作業説明図、第3図は従来例の構成図で
ある。 図   中、 22は位置制御ゲイン手段、 23は力制御ゲイン手段、 24は速度逆変換手段、 25は速度変換手段である。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of an articulated manipulator, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional example. In the figure, 22 is a position control gain means, 23 is a force control gain means, 24 is a speed inverse conversion means, and 25 is a speed conversion means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 手首に力センサを備え各関節の速度を入力する関節形マ
ニピュレータに対してこのマニピュレータの地球座標系
での位置と力の偏差を求める手段と、 この偏差を上記マニピュレータの手首座標系からみた偏
差に変換する手段と、 位置制御および力制御を行なう方向を選択する手段と、 手首座標系からみた位置あるいは力の偏差を修正速度に
変換する手段と、 上記修正速度を上記マニピュレータの各関節の回転速度
に変換する手段とからなる位置と力のハイブリッド制御
装置において、 位置制御および力制御の方向がマニピュレータの手首座
標系に基づく並進と回転となることを特徴とするハイブ
リッド制御装置。
[Scope of Claims] Means for determining the position and force deviation of the manipulator in the earth coordinate system for an articulated manipulator having a force sensor on the wrist and inputting the velocity of each joint; means for converting the deviation into a deviation seen from the coordinate system; means for selecting a direction for position control and force control; means for converting the position or force deviation from the wrist coordinate system into a correction speed; and a means for converting the rotational speed of each joint into the rotational speed of each joint, the hybrid control device characterized in that the directions of position control and force control are translation and rotation based on the wrist coordinate system of the manipulator. .
JP15148690A 1990-06-12 1990-06-12 Hybrid control device for position and force of manipulator Pending JPH0446785A (en)

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