JPH05250029A - 産業用ロボット - Google Patents

産業用ロボット

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JPH05250029A
JPH05250029A JP4706092A JP4706092A JPH05250029A JP H05250029 A JPH05250029 A JP H05250029A JP 4706092 A JP4706092 A JP 4706092A JP 4706092 A JP4706092 A JP 4706092A JP H05250029 A JPH05250029 A JP H05250029A
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JP
Japan
Prior art keywords
torque
operator
operation mode
industrial robot
arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP4706092A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Nishimura
利彦 西村
Yoshiharu Nishida
▲吉▼晴 西田
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
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Publication of JPH05250029A publication Critical patent/JPH05250029A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接教示動作により得られたデータに基づい
て再生動作する産業用ロボットにおいて,操作者に対す
る操作負荷を考慮した教示操作を簡便に行い得るように
すること。 【構成】 産業用ロボットの動作態様が直接教示動作モ
ードに切り替えられた際,操作者が当該ロボットの適宜
箇所を支持して教示操作を行うと,例えばアーム3の揺
動軸芯回りに作用するトルクに対応してトルク検出器か
らトルク信号が出力される。このトルク信号に基づい
て,上記操作者に適宜操作負荷が作用するようにアクチ
ュエータがトルク制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,例えばサーボモータ等
のアクチュエータにより揺動駆動されるアームを具備
し,直接教示動作により得られたデータに基づいて再生
動作する産業用ロボットに係り,詳しくは,操作負荷を
考慮して教示操作を簡便に行い得るようにした産業用ロ
ボットの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の制御装置を備えた産業用
ロボットとしては,例えば特開昭63−278777号
公報や特開平1−234185号公報に開示のものが知
られている。上記各公報に開示の産業用ロボットでは,
ロボットのアームの先端部に,操作用のハンドルと,こ
のハンドルに加わる外力を検出する力覚センサとが設け
られており,ロボットが外力の方向に動くように,上記
力覚センサからの検出信号に基づいてロボット内蔵の関
節の駆動装置をトルク制御或いは速度制御することによ
り,オペレータが上記ハンドルに希望方向の力を僅かに
加えればロボット自身でその方向に従動するようにした
ものである。この場合の制御系は,上記力覚センサから
の検出信号をフィードバック信号としたサーボ系を構成
することで実現される。即ち,ロボットのアームの先端
に取り付けられる上記力覚センサは,例えば6自由度
(x,y,z,α,β,γ)の力を検出することができ
る一体型のものであって(図3参照),これにより,上
記アームの先端に加えられた力ベクトルF c (Fx ,F
y ,Fz ,Fα, Fβ,Fγ)が検出される。この力ベ
クトルFcは,センサ座標系でのベクトルであり,ロボ
ットの各関節を駆動するためには,オペレータの手先に
加えられる外力である力ベクトルFc と等価な関節駆動
力を必要とされる。即ち,トルクベクトルτ(τ1 ,τ
2 ,…,τn )(但しnはロボットの自由度)とする
と,以下の式が成立する。
【数1】 そこで,前述のサーボ系がトルク制御型であれば,上記
式で求められたトルクベクトルτを,速度制御型なら
上記式で求められた関節角速度ベクトルを目標位置と
して上記サーボ系におけるフィードバック信号として出
力することにより,上記ロボットは初期の目的を達成す
べく制御される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが,前記したよ
うな制御がなされる従来の産業用ロボットでは,前述の
座標変換式におけるヤコビ行列は関節角ベクトルの関数
であることから,複雑な計算を実時間で行う必要性があ
り,高速処理可能で高価な制御装置を必要とされる。ま
た,前記式を使用するに際しては,
【数2】 の存在しない特異点付近で関節角速度ベクトルが過大な
値となり,オペレータにとっては危険な状況となる可能
性があることから,これを回避するための特別な手段が
必要とされる。更に,上記従来の産業用ロボットにおい
ては,力覚センサを取り付けたハンドルを把持して操作
力を加えないとロボットが動作しないという操作上の不
便さも存在する。そこで,本発明は,上記事情に鑑みて
創案されたものであり,操作負荷を考慮して教示操作を
簡便に行い得るようにした産業用ロボットの提供を目的
とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に,本発明が採用する主たる手段は,その要旨とすると
ころが,アクチュエータにより揺動駆動されるアームを
具備し,直接教示動作により得られたデータに基づいて
再生動作する産業用ロボットにおいて, 上記アームの
揺動軸芯回りに作用するトルクを検出するトルク検出手
段と,直接教示動作モードと再生動作モードとにその動
作態様を切り替える切替手段と,上記切替手段にて直接
教示動作モードにその動作態様が切り替えられた際,上
記トルク検出手段からのトルク信号に基づいて操作者に
適宜操作負荷が作用するように上記アクチュエータをト
ルク制御する制御手段とを具備してなる点に係る産業用
ロボットである。
【0005】
【作用】産業用ロボットの動作態様が直接教示動作モー
ドに切り替えられてオペレータ(操作者)が当該ロボッ
トの適宜箇所を支持して教示操作を行うと,アームの揺
動軸芯回りに作用するトルクに対応してトルク検出手段
からトルク信号が出力される。このトルク信号に基づい
て,上記オペレータに適宜操作負荷が作用するようにア
クチュエータがトルク制御される。この場合の目標値に
対する制御装置内での処理は,一次元の単純な演算を実
行することによりなされる。
【0006】
【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係る産業用ロボットの要
部の制御ブロック図,図2は上記産業用ロボットに対し
てオペレータが教示操作を行う状況を示す説明図であ
る。この実施例に係る垂直多関節型の産業用ロボットで
は,図1及び図2に示す如く,揺動可能に配備された例
えばアーム3には減速機4を介してモータ5が連結され
ている。上記モータ5は,上記アーム3の揺動駆動源と
して用いられるサーボアクチュエータの一例である。上
記減速機4の出力軸と上記アーム3の揺動軸との間に
は,該アーム3の揺動軸芯回りに作用するトルクを検出
するトルク検出器6が介装されており,上記モータ5に
は,上記アーム3の揺動角度を検出する角度検出器7が
直結されている。上記角度検出器7としては,例えばパ
ルスエンコーダ等が適用される。上記モータ5,トルク
検出器6及び角度検出器7は制御装置8に接続されてお
り,上記制御装置8は,目標位置生成器9,カウンタ回
路10,微分器11,積分器12,乗算器13,重力補
償器14,ループゲイン設定器15,フィルタ16及び
電力変換装置17等を具備して構成されている。なお,
上記説明は,アーム3に関する構成を中心としてなされ
ているが,他の軸要素に関してもこのアーム3の場合と
ほぼ同様に構成されている。従って,以下の説明におい
ても,このアーム3に関して行うと共に,他の軸要素に
関するものは省略する。
【0007】ここで,上記重力補償器14は,当該産業
用ロボットの静止状態時のサーボの安定性確保を図る上
で重要な要素であって,s3 軸を構成する上記アーム3
及びs2 軸を構成するアーム2の各垂直方向に関する重
力による作用を打ち消す方向へトルクが作用するように
上記モータ5を制御する際に必要とされる。そして,当
該実施例においては,上記アーム3の関節角位置θによ
って位置的に決まる重力補償項g(θ)としてその制御
系に反映されている(後述する式参照)。従って,上
記重力補償器14は,当該実施例に係る垂直多関節型の
産業用ロボットにおいては必要とされるが,アームが水
平面内で揺動駆動される所謂スカラー型の産業用ロボッ
トにおいては必要とされない。そして,上記構成に係る
産業用ロボットでは,オペレータがスイッチ箱1を操作
することにより,その動作態様が再生動作モードから直
接教示動作モードに切り替えられると,例えば角度検出
器7からの角度信号及びトルク検出器6からのトルク信
号に基づいて,オペレータに適宜操作負荷が作用するよ
うに,上記モータ5が上記制御装置8にてトルク制御さ
れる。この場合の制御手順について以下に詳述する。な
おこの場合,上記スイッチ箱1が直接教示動作モードに
切り替えられて,オペレータがアーム3やエンドエフェ
クタ等の適宜部位を支持して教示操作が実施される。先
ず,アーム3の現在位置のデータθが角度検出器7から
入力されると,このθに基づいて制御目標となる偏差θ
e が算出される。そして,θe は, θe =θ−θref … にて与えられる。ここで,θref は,システム全体を統
括する上位の制御装置が軌道計算後に座標変換によって
算出する関節角目標位置であって,直接教示操作の際に
はその値は0である。
【0008】引き続き,上記θe に基づいて,乗算器1
3,積分器12及び微分器11により,比例要素に係る
トルク成分τP ,積分要素に係るトルク成分τI 及び微
分要素に係るトルク成分τD がそれぞれ算出される。な
お,これらの値は, τP =KP ・θe (KP …比例ゲイン) … τI =KI ・∫θe dt (KI …積分ゲイン) … τD =KD ・dθe /dt (KD …微分ゲイン) … により与えられる。他方,トルク検出器6からのトルク
信号は,フィルタ16にてノイズが除去された後,トル
ク検出値τとしてフィードバックされ,ループゲイン設
定器15よりループ要素に係るトルク成分τT として出
力される。この場合,上記τT は τT =GT (τP −τ) (GT …ループゲイン) … により与えられる。上記のようにして求められた各トル
ク成分に基づいて,最終トルク目標値τre f が算出さ
れ,このτref に基づいて,モータ5が電力変換装置1
7を介してトルク制御される。この場合,上記τref は τref =τP +τI +τD +τT +g(θ) … にて表される。
【0009】上記構成に係る制御系において,直接教示
動作モード時には,例えば比例ゲインKP を小さな値と
することにより,やわらかな操作系を実現することがで
きる。即ち,このKP の値に応じてオペレータに適宜操
作負荷が作用するようにモータ5がトルク制御される。
他方,再生動作モード時には,逆に上記KP を発振しな
い程度の大きな値とすることにより,一般的に使用され
る通常の産業用ロボットと同様の精度にて自動運転が可
能となる。なお,上記比例ゲインKP に代えて,積分ゲ
インKI や微分ゲインKD を切り替えたり,或いはこれ
らを適宜組み合わせて切り替えることにより,当該制御
系を構成するようにしてもよい。なお,再生時にバリ取
りや嵌め合い等,物体に接触する作業を行う場合には,
作業座標系,即ちxyz座標系での硬さ(剛性マトリッ
クス)を設定する必要がある。この際には
【数3】 これより,KIJを上記制御装置8における乗算器13の
比例ゲインKP に順次設定することにより,所謂力制御
型の産業用ロボットを実現できる。
【0010】
【発明の効果】本発明は,上記したように,アクチュエ
ータにより揺動駆動されるアームを具備し,直接教示動
作により得られたデータに基づいて再生動作する産業用
ロボットにおいて,上記アームの揺動軸芯回りに作用す
るトルクを検出するトルク検出手段と,直接教示動作モ
ードと再生動作モードとにその動作態様を切り替える切
替手段と,上記切替手段にて直接教示動作モードにその
動作態様が切り替えられた際,上記トルク検出手段から
のトルク信号に基づいて操作者に適宜操作負荷が作用す
るように上記アクチュエータをトルク制御する制御手段
とを具備してなることを特徴とする産業用ロボットであ
るから,直接教示動作モード時には,操作者が当該ロボ
ットの適宜箇所を支持して簡便に教示操作を行うことが
できる。この場合の操作目標値に対する制御装置内での
処理は,一次元の単純な演算を実行することによりなさ
れる。従って,当該産業用ロボットにおいては,比較的
簡単且つ安価な制御装置にて高速演算処理のもとに教示
操作を実施することができる。更に,上記のようにして
構成される制御装置においては,前記従来装置の場合の
ような特異点は原理上存在しないことから,操作者に対
する安全性は確保されると共に,この特異点回避のため
の対策も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る産業用ロボットの要
部の制御ブロック図。
【図2】 上記産業用ロボットに対してオペレータが教
示操作を行う状況を示す説明図。
【図3】 従来の産業用ロボットの制御系の概略ブロッ
ク図。
【符号の説明】
1…スイッチ箱 2,3…アーム 4…減速機 5…モータ 6…トルク検出器 7…角度検出器 8…制御装置 9…目標位置生成器 10…カウンタ回路 11…微分器 12…積分器 13…乗算器 14…重力補償器 15…ループゲイン
設定器 16…フィルタ 17…電力変換装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクチュエータにより揺動駆動されるア
    ームを具備し,直接教示動作により得られたデータに基
    づいて再生動作する産業用ロボットにおいて,上記アー
    ムの揺動軸芯回りに作用するトルクを検出するトルク検
    出手段と,直接教示動作モードと再生動作モードとにそ
    の動作態様を切り替える切替手段と,上記切替手段にて
    直接教示動作モードにその動作態様が切り替えられた
    際,上記トルク検出手段からのトルク信号に基づいて操
    作者に適宜操作負荷が作用するように上記アクチュエー
    タをトルク制御する制御手段とを具備してなることを特
    徴とする産業用ロボット。
JP4706092A 1992-03-04 1992-03-04 産業用ロボット Pending JPH05250029A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4706092A JPH05250029A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 産業用ロボット

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4706092A JPH05250029A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 産業用ロボット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05250029A true JPH05250029A (ja) 1993-09-28

Family

ID=12764613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4706092A Pending JPH05250029A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 産業用ロボット

Country Status (1)

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JP (1) JPH05250029A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10291182A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Yaskawa Electric Corp アーム駆動装置
JP2008110406A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Yaskawa Electric Corp ロボットの直接教示装置
JP2016028842A (ja) * 2014-07-17 2016-03-03 株式会社ロボテック アクチュエータシステム
KR20200139217A (ko) 2018-05-23 2020-12-11 아즈빌주식회사 로봇의 직접 교시 장치 및 직접 교시 방법
KR20210041034A (ko) 2018-09-07 2021-04-14 아즈빌주식회사 로봇의 직접 교시 장치 및 직접 교시 방법

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