JPH0543122B2 - - Google Patents
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- JPH0543122B2 JPH0543122B2 JP60174269A JP17426985A JPH0543122B2 JP H0543122 B2 JPH0543122 B2 JP H0543122B2 JP 60174269 A JP60174269 A JP 60174269A JP 17426985 A JP17426985 A JP 17426985A JP H0543122 B2 JPH0543122 B2 JP H0543122B2
- Authority
- JP
- Japan
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- deburring
- force
- tool
- coordinate system
- robot
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 206010034719 Personality change Diseases 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Numerical Control (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、力フイードバツクおよび位置フイー
ドバツクを必要とするバリ取りロボツト用フイー
ドバツク制御方法に関するものである。
ドバツクを必要とするバリ取りロボツト用フイー
ドバツク制御方法に関するものである。
これまでロボツト用の力フイードバツク制御方
式としては、ハンス コリーン（Hans Colleen）
によるギビング ロボツツ ザ パワー ツー
コープ（Giving Robots the Power to Cope）
（spring1980／ROBOTICS TODAY（IFS社発
行））なる文献に記載されているものが知られて
いる。これによると力センサとしては単純なオン
オフセンサか、あるいは３〜４段階のレベル検出
センサまたはこれらセンサを組合せたものが使用
されるようになつている。この力センサより得ら
れる力フイードバツク信号は一軸方向か、あるい
は多くても直交する３軸方向についての逃げ動作
や、押付け動作の制御方式に適用されていたのが
せいぜいのところである。
式としては、ハンス コリーン（Hans Colleen）
によるギビング ロボツツ ザ パワー ツー
コープ（Giving Robots the Power to Cope）
（spring1980／ROBOTICS TODAY（IFS社発
行））なる文献に記載されているものが知られて
いる。これによると力センサとしては単純なオン
オフセンサか、あるいは３〜４段階のレベル検出
センサまたはこれらセンサを組合せたものが使用
されるようになつている。この力センサより得ら
れる力フイードバツク信号は一軸方向か、あるい
は多くても直交する３軸方向についての逃げ動作
や、押付け動作の制御方式に適用されていたのが
せいぜいのところである。
しかしながら、実際のバリ取りではある一方向
には反力を一定にしつつ他の方向には軌道上を移
動させたり、場合によつては倣うような制御が必
要となつている。場合によつては並進運動に限る
ことなく回転運動も考慮する必要があるものとな
つている。
には反力を一定にしつつ他の方向には軌道上を移
動させたり、場合によつては倣うような制御が必
要となつている。場合によつては並進運動に限る
ことなく回転運動も考慮する必要があるものとな
つている。
本発明の目的は、力および位置をフイードバツ
クすることによつてバリ取りを状態良好にして行
ない得るバリ取りロボツト用フイードバツク制御
方法を供するにある。
クすることによつてバリ取りを状態良好にして行
ない得るバリ取りロボツト用フイードバツク制御
方法を供するにある。
この目的のため本発明は、アーム先端に力・ト
ルクセンサ、ハンドを介しバリ取り用ツールが取
付されている場合に、アーム先端に力・トルクセ
ンサを介しバリ取りツールが把持され、該ツール
が対象物上を接触倣い移動することによつて、該
対象物に生じているバリを削り取るバリ取りロボ
ツト用のフイードバツク制御方式であつて、後に
各アーム間関節角度に変換されるバリ取りツール
の速度指令は初期値を零として、バリ取りに必要
とされる倣いバネ機構の運動を表す方程式より、
所定に算出されるようにしたものである。
ルクセンサ、ハンドを介しバリ取り用ツールが取
付されている場合に、アーム先端に力・トルクセ
ンサを介しバリ取りツールが把持され、該ツール
が対象物上を接触倣い移動することによつて、該
対象物に生じているバリを削り取るバリ取りロボ
ツト用のフイードバツク制御方式であつて、後に
各アーム間関節角度に変換されるバリ取りツール
の速度指令は初期値を零として、バリ取りに必要
とされる倣いバネ機構の運動を表す方程式より、
所定に算出されるようにしたものである。
以下、本発明を第１図から第８図により説明す
る。
る。
先ず本発明に係るバリ取りロボツトの機構の概
要について説明する。第２図はその機構の概要を
バリ取りされる対象物とともに示したものであ
る。図示の如くロボツトのアーム１先端には力・
トルクセンサ４を介してハンド２が取付されてい
るが、ハンド２にはまたバリ取り用ツール（一般
に回転砥石等を使用）３が取付されるものとなつ
ている。ツール３を介して対象物５からの反力を
検出しつつツール３が対象物５に接触した状態で
バリ取りを実行するものである。
要について説明する。第２図はその機構の概要を
バリ取りされる対象物とともに示したものであ
る。図示の如くロボツトのアーム１先端には力・
トルクセンサ４を介してハンド２が取付されてい
るが、ハンド２にはまたバリ取り用ツール（一般
に回転砥石等を使用）３が取付されるものとなつ
ている。ツール３を介して対象物５からの反力を
検出しつつツール３が対象物５に接触した状態で
バリ取りを実行するものである。
第３図は本発明に係る力・位置フイードバツク
制御方法の基本概念を示したものである。ハンド
２は実際には既に述べた如く力・トルクセンサを
介しアームに取付されるが、力・トルクセンサお
よびアームはその剛性がともに高いことから、ハ
ンド２あるいはこれに取付されているバリ取り用
ツールに力あるいはトルクを外部より加えても、
ハンド２は静止したままである。このことはこれ
までの位置制御の場合と同様である。即ち、指定
された軌道上をロボツトのハンドは移動するが、
その際ハンドに外力が作用したとしてもこの作用
自体によつてはハンドは動くことはなく、ただ、
指定された軌道上を移動するだけであるというも
のである。
制御方法の基本概念を示したものである。ハンド
２は実際には既に述べた如く力・トルクセンサを
介しアームに取付されるが、力・トルクセンサお
よびアームはその剛性がともに高いことから、ハ
ンド２あるいはこれに取付されているバリ取り用
ツールに力あるいはトルクを外部より加えても、
ハンド２は静止したままである。このことはこれ
までの位置制御の場合と同様である。即ち、指定
された軌道上をロボツトのハンドは移動するが、
その際ハンドに外力が作用したとしてもこの作用
自体によつてはハンドは動くことはなく、ただ、
指定された軌道上を移動するだけであるというも
のである。
しかしながら、バリ取りの実行には位置制御だ
けでは不十分である。というのは、指定された軌
道上を単に移動するだけでは不規則に突出してい
るバリに対処し得ないからである。よつて、位置
制御によつて予め指定された軌道（この軌道は予
め予測されるバリの存在位置より決定される）上
を移動すると同時に、不測の突起状バリに対して
はバリ取り用ツールが適度の押付け力を対象物に
加えつつバリ取りを試みるよう、必要ならばバリ
取り用ツールの位置を突起状バリに倣わせながら
退避させる、あるいは大きな突起状バリを削り取
るために送り速度を小さくする、といつた具合
に、高度な制御が必要となる。即ち、力のフイー
ドバツク制御と位置のそれとが並行して行なわれ
る必要があるものである。このうち位置制御につ
いてはこれまでも行なわれており、しかもそれで
十分であることからこれ以上の説明は要しない。
しかしながら、力のフイードバツク制御について
は何等かの対策が必要となる。既述のようにバリ
取りでは突起状バリなど、不測のバリ形状が出現
した場合にはその形状にバリ取り用ツールが倣う
動作が必要であるからである。この倣い動作をソ
フトウエア的に実現しようというのが本発明なわ
けである。
けでは不十分である。というのは、指定された軌
道上を単に移動するだけでは不規則に突出してい
るバリに対処し得ないからである。よつて、位置
制御によつて予め指定された軌道（この軌道は予
め予測されるバリの存在位置より決定される）上
を移動すると同時に、不測の突起状バリに対して
はバリ取り用ツールが適度の押付け力を対象物に
加えつつバリ取りを試みるよう、必要ならばバリ
取り用ツールの位置を突起状バリに倣わせながら
退避させる、あるいは大きな突起状バリを削り取
るために送り速度を小さくする、といつた具合
に、高度な制御が必要となる。即ち、力のフイー
ドバツク制御と位置のそれとが並行して行なわれ
る必要があるものである。このうち位置制御につ
いてはこれまでも行なわれており、しかもそれで
十分であることからこれ以上の説明は要しない。
しかしながら、力のフイードバツク制御について
は何等かの対策が必要となる。既述のようにバリ
取りでは突起状バリなど、不測のバリ形状が出現
した場合にはその形状にバリ取り用ツールが倣う
動作が必要であるからである。この倣い動作をソ
フトウエア的に実現しようというのが本発明なわ
けである。
第２図において述べたようにその剛性故にハン
ドあるいはバリ取り用ツールに力やモーメントを
作用させてもそれらは動けず、これからすれば剛
性は位置制御の精度向上には有利に働くことにな
る。しかし、倣い動作には不利に働くというもの
である。倣いには第３図に示したようなバネ機構
が必要であり、そのような機構によつて初めてハ
ンドあるいはバリ取り用ツールに力やモーメント
を作用させることによつて、それらの倣い動作が
可能となるものである。しかしながら、このよう
なバネ機構は第２図に示す機構だけでは実現し得
ないことから、本発明ではバネ機構の機能ををソ
フトウエア的に実現しようというものである。こ
こで第３図に示す機構について簡単に説明すれ
ば、ハンド２はフレーム１０に並進バネ６や回転
バネ８を介し吊り下げ支持されたものとなつてい
る。三次元空間内での位置および姿勢が対象とさ
れていることから、独立な並進バネ、回転バネが
それぞれ３個必要であり、また、安定化を図るべ
くそれらバネには対として並進ダンパ７、回転ダ
ンパ９が組み込まれるようになつている。
ドあるいはバリ取り用ツールに力やモーメントを
作用させてもそれらは動けず、これからすれば剛
性は位置制御の精度向上には有利に働くことにな
る。しかし、倣い動作には不利に働くというもの
である。倣いには第３図に示したようなバネ機構
が必要であり、そのような機構によつて初めてハ
ンドあるいはバリ取り用ツールに力やモーメント
を作用させることによつて、それらの倣い動作が
可能となるものである。しかしながら、このよう
なバネ機構は第２図に示す機構だけでは実現し得
ないことから、本発明ではバネ機構の機能ををソ
フトウエア的に実現しようというものである。こ
こで第３図に示す機構について簡単に説明すれ
ば、ハンド２はフレーム１０に並進バネ６や回転
バネ８を介し吊り下げ支持されたものとなつてい
る。三次元空間内での位置および姿勢が対象とさ
れていることから、独立な並進バネ、回転バネが
それぞれ３個必要であり、また、安定化を図るべ
くそれらバネには対として並進ダンパ７、回転ダ
ンパ９が組み込まれるようになつている。
第４図は位置フイードバツク制御および力フイ
ードバツク制御を行なう制御系の概要を示したも
のである。図示の如く制御部１１には基準値（後
述）とロボツトからの力および位置についてのフ
イードバツク信号が入力されるものとなつてい
る。力のフイードバツク信号はロボツトのアーム
１、ハンド２間に取付された力・トルクセンサ４
より、また、位置のフイードバツク信号はロボツ
トの関節各々に取付されている位置センサ（例え
ばロータリエンコーダ）より得られるものとなつ
ている。制御部１１ではこれらフイードバツク信
号と基準値とにもとづき速度指令値を算出する
が、この指令値によつてロボツトにおけるサーボ
モータ各々が駆動制御されるところとなるもので
ある。
ードバツク制御を行なう制御系の概要を示したも
のである。図示の如く制御部１１には基準値（後
述）とロボツトからの力および位置についてのフ
イードバツク信号が入力されるものとなつてい
る。力のフイードバツク信号はロボツトのアーム
１、ハンド２間に取付された力・トルクセンサ４
より、また、位置のフイードバツク信号はロボツ
トの関節各々に取付されている位置センサ（例え
ばロータリエンコーダ）より得られるものとなつ
ている。制御部１１ではこれらフイードバツク信
号と基準値とにもとづき速度指令値を算出する
が、この指令値によつてロボツトにおけるサーボ
モータ各々が駆動制御されるところとなるもので
ある。
この制御部１１の詳細については後述するとこ
ろであるが、それに先立つてその説明に必要とさ
れる座標系について説明しておく。
ろであるが、それに先立つてその説明に必要とさ
れる座標系について説明しておく。
第５図は６自由度関節形ロボツトにその例を採
つた場合での座標系を示したものである。これに
よるとロボツトが設置されているベースに固定の
座標系はベースＢ座標系とされ、座標はその直交
する３軸xB，YB，ZBで以て表されるものとなつ
ている。また、ハンドに固定の座標系はハンドＨ
座標系と称され、その座標は直交３軸xH，YH，
ZHで以て表されるようになつている。このＨ座標
系はその原点が主にハンド上でのある点に定めら
れ、ハンドの位置、姿勢が直感的に知れるように
なつている。しかし、ハンドはツール類を把持す
る場合が多くツール上のある点近辺でロボツトと
しての重要な作業を行なうことが多いことから、
ロボツトが実際に作用を行なう際での制御の便を
考慮し補助Ａ座標系がＨ座標系に対し相対的位置
関係固定として定められるようになつている。Ａ
座標系は場合によつてはＨ座標系に同一であつて
もよいが、xA，YA，ZAはその直交３軸となつて
いる。更に第３図に示すバネ機構において釣り合
い平衡状態での位置、姿勢が直感的に知れるよう
に基準Ｒ座標系が定められ、座標は直交３軸xr，
Yr，Zrで以て表されるものとなつている。第３
図に示すバネ機構においてその平衡点にハンドが
存在しない場合はＡ座標系がＲ座標系と異なつて
おり、その平衡点に存在する場合にはＡ座標系は
Ｒ座標系に一致するようになつている。なお、
ｒはＢ座標系より見たＲ座標系の原点の位置ベク
トルを、また、r，r，rはxr，Yr，Zrの軸方
向を表す単位ベクトルである。
つた場合での座標系を示したものである。これに
よるとロボツトが設置されているベースに固定の
座標系はベースＢ座標系とされ、座標はその直交
する３軸xB，YB，ZBで以て表されるものとなつ
ている。また、ハンドに固定の座標系はハンドＨ
座標系と称され、その座標は直交３軸xH，YH，
ZHで以て表されるようになつている。このＨ座標
系はその原点が主にハンド上でのある点に定めら
れ、ハンドの位置、姿勢が直感的に知れるように
なつている。しかし、ハンドはツール類を把持す
る場合が多くツール上のある点近辺でロボツトと
しての重要な作業を行なうことが多いことから、
ロボツトが実際に作用を行なう際での制御の便を
考慮し補助Ａ座標系がＨ座標系に対し相対的位置
関係固定として定められるようになつている。Ａ
座標系は場合によつてはＨ座標系に同一であつて
もよいが、xA，YA，ZAはその直交３軸となつて
いる。更に第３図に示すバネ機構において釣り合
い平衡状態での位置、姿勢が直感的に知れるよう
に基準Ｒ座標系が定められ、座標は直交３軸xr，
Yr，Zrで以て表されるものとなつている。第３
図に示すバネ機構においてその平衡点にハンドが
存在しない場合はＡ座標系がＲ座標系と異なつて
おり、その平衡点に存在する場合にはＡ座標系は
Ｒ座標系に一致するようになつている。なお、
ｒはＢ座標系より見たＲ座標系の原点の位置ベク
トルを、また、r，r，rはxr，Yr，Zrの軸方
向を表す単位ベクトルである。
次に上記座標系の表示方法について説明すれ
ば、Ｂ座標系より見たＨ座標系の原点の位置ベク
トルを、その直交３軸xH，YH，ZH各々の軸方
向を表す単位ベクトルを，，とすれば、
ｐ，，，はともに３次元ベクトルであつ
て、これらはロボツトの関節各々の角度θ1，θ2，
…，θ6と関節間長さより定まるものとなつてい
る。
ば、Ｂ座標系より見たＨ座標系の原点の位置ベク
トルを、その直交３軸xH，YH，ZH各々の軸方
向を表す単位ベクトルを，，とすれば、
ｐ，，，はともに３次元ベクトルであつ
て、これらはロボツトの関節各々の角度θ1，θ2，
…，θ6と関節間長さより定まるものとなつてい
る。
また、Ｂ座標系より見たＡ座標系の原点の位置
ベクトルをa，xA，YA，ZAの軸方向を表す単位
ベクトルをa，a，aとした場合、これらベ
クトルは３次元ベクトルであつて、式(1)より求め
られるものとなつている。
ベクトルをa，xA，YA，ZAの軸方向を表す単位
ベクトルをa，a，aとした場合、これらベ
クトルは３次元ベクトルであつて、式(1)より求め
られるものとなつている。
但し、h a；Ｈ座標系より見たＡ座標系原点の
位置ベクトル h a，h a，h a；Ｈ座標系より見たxa，Ya，
Zaの各軸方向を表す単位ベクトル である。
位置ベクトル h a，h a，h a；Ｈ座標系より見たxa，Ya，
Zaの各軸方向を表す単位ベクトル である。
次にロボツトによる作業を記述すべく適当な位
置、姿勢にＡ座標系を定めるが、本例では第６
図、第７図に示すようにバリ取り作業を行なう関
係上バリ取り用ツール３の中心軸上であつて、し
かも切削点に近い点にＡ座標系原点を設定し、ま
た、軸xA，YA，ZAが適切に定められるようにな
つている。
置、姿勢にＡ座標系を定めるが、本例では第６
図、第７図に示すようにバリ取り作業を行なう関
係上バリ取り用ツール３の中心軸上であつて、し
かも切削点に近い点にＡ座標系原点を設定し、ま
た、軸xA，YA，ZAが適切に定められるようにな
つている。
さて、このＡ座標系により第３図に示すバネ機
構の運動を記述すれば以下のようになる。
構の運動を記述すれば以下のようになる。
〔Ma〕（dva／dt）＝a−〔Ka〕Δa−〔Ca〕a
…(2)
但し、a；ハンドに加わる外力（並進力およ
び回転力）（６軸センサによつて検出）…６次
元ベクトル Δa；Ｒ座標系からのＡ座標系の偏差（位
置および姿勢の偏差）…６次元ベクトル a；ツールの速度（並進および回転の速
度）…６次元ベクトル 〔Ma〕；仮想質量…６行６列の行列 〔Ka〕；仮想バネ定数…６行６列の行列 〔Ca〕；仮想粘性定数…６行６列の行列 である。本発明は第３図に示す機構がもつ機能を
力と位置姿勢のフイードバツク信号をもとづく制
御で実現しようというものである。ここで、
〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕はロボツトがもつ特
性値ではなく、実行しようとする作業に適切に設
定された値をもつ制御パラメータである。
び回転力）（６軸センサによつて検出）…６次
元ベクトル Δa；Ｒ座標系からのＡ座標系の偏差（位
置および姿勢の偏差）…６次元ベクトル a；ツールの速度（並進および回転の速
度）…６次元ベクトル 〔Ma〕；仮想質量…６行６列の行列 〔Ka〕；仮想バネ定数…６行６列の行列 〔Ca〕；仮想粘性定数…６行６列の行列 である。本発明は第３図に示す機構がもつ機能を
力と位置姿勢のフイードバツク信号をもとづく制
御で実現しようというものである。ここで、
〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕はロボツトがもつ特
性値ではなく、実行しようとする作業に適切に設
定された値をもつ制御パラメータである。
ところで式(2)は式(3)に、更に式(3)は離散値系表
示によつて式(4)のように変形され得る。a ＝〔Ma〕-1∫（a−〔Ka〕Δa −〔Ca〕a）dt …(3)a 、o＝Δt〔Ma〕-1（a,o-1−〔Ka〕Δa、o-1） ＋（〔Ｉ〕−Δt〔Ma〕-1〔Ca〕）a,o-1 …(4) 但し、Δt；サンプリング周期（サンプリング
制御周期） 〔Ｉ〕；単位行列 であり、サフイツクスｎはサフイツクスｎ−１よ
りも１サンプリング周期Δt後の値を示す。なお、
一般に速度の初期値a、0は零ベクトルとされ
る。
示によつて式(4)のように変形され得る。a ＝〔Ma〕-1∫（a−〔Ka〕Δa −〔Ca〕a）dt …(3)a 、o＝Δt〔Ma〕-1（a,o-1−〔Ka〕Δa、o-1） ＋（〔Ｉ〕−Δt〔Ma〕-1〔Ca〕）a,o-1 …(4) 但し、Δt；サンプリング周期（サンプリング
制御周期） 〔Ｉ〕；単位行列 であり、サフイツクスｎはサフイツクスｎ−１よ
りも１サンプリング周期Δt後の値を示す。なお、
一般に速度の初期値a、0は零ベクトルとされ
る。
この式(4)において右辺における各項の値は以下
のように定められるようになつている。
のように定められるようになつている。
即ち、Δtは計算所要時間などから適切に、ま
た、〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕は実行すべき作
業の条件より定められるものとなつている。更に
ｆa,o-1については１サンプリング前に力・トルク
センサより得られた信号が、a、o-1については
１サンプリング前の速度指令値がそのまま、Δ
ａ、ｏ−１についても同様に１サンプリング前のΔ
ａがそのまま用いられるようになつている。
た、〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕は実行すべき作
業の条件より定められるものとなつている。更に
ｆa,o-1については１サンプリング前に力・トルク
センサより得られた信号が、a、o-1については
１サンプリング前の速度指令値がそのまま、Δ
ａ、ｏ−１についても同様に１サンプリング前のΔ
ａがそのまま用いられるようになつている。
ここでΔaについて説明すれば、これは式(5)
より求められるものとなつている。
より求められるものとなつている。
但し、，Θは以下のようである。
＝（fa−fr）×（ga−gr）／｜（fa−fr）×（
ga−gr）｜…(6) Θ＝2tan-1Ｅ・（fa×fr）／fa・fr−２（Ｅ・fa
）2＋１…(7) 式(5)〜(7)よりΔa、o-1が求められるわけであ
るが、結局式(4)の左辺におけるロボツトハンド
（より正確にはそのハンドが把持するツール）の
速度指令値a、oは、予め定められている定数と
力および位置のフイードバツク信号とによつて定
まるものである。このようにして求められた速度
指令値a,oは式(8)によつてＢ座標系での速度指令
値bに変換された後、更に式(9)によつて各関節
各度θ・（＝〔θ・1，θ・2，…，θ・6〕T）に変換さ
れ、これにより各モータが駆動制御されるところ
となるものである。
ga−gr）｜…(6) Θ＝2tan-1Ｅ・（fa×fr）／fa・fr−２（Ｅ・fa
）2＋１…(7) 式(5)〜(7)よりΔa、o-1が求められるわけであ
るが、結局式(4)の左辺におけるロボツトハンド
（より正確にはそのハンドが把持するツール）の
速度指令値a、oは、予め定められている定数と
力および位置のフイードバツク信号とによつて定
まるものである。このようにして求められた速度
指令値a,oは式(8)によつてＢ座標系での速度指令
値bに変換された後、更に式(9)によつて各関節
各度θ・（＝〔θ・1，θ・2，…，θ・6〕T）に変換さ
れ、これにより各モータが駆動制御されるところ
となるものである。
θ・＝〔Ｊ〕-1 b …(9)
但し、〔Ｊ〕；ヤコビアン行列
である。
第１図は本発明に係る制御部１１における演算
制御のブロツク構成をロボツトとともに示したも
のである。図中は力・トルクセンサ２０，４か
らの歪ゲージ電圧を示しているが、これからも判
るように〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕と、h a，
ｆh a h aおよびh aは原則として定数として与えら
れ、また、r，r，rおよびrは基準値であ
る各サンプリング時での目標位置・姿勢として外
部より与えられるものとなつている。この基準値
は対象物の設計データおよびロボツトとの相対的
位置関係が知れていれば予め得ておくことが可能
であり、離散的、且つ更新可なものとして演算制
御上のサンプリング周期毎に外部より与えられる
ものとなつている。
制御のブロツク構成をロボツトとともに示したも
のである。図中は力・トルクセンサ２０，４か
らの歪ゲージ電圧を示しているが、これからも判
るように〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕と、h a，
ｆh a h aおよびh aは原則として定数として与えら
れ、また、r，r，rおよびrは基準値であ
る各サンプリング時での目標位置・姿勢として外
部より与えられるものとなつている。この基準値
は対象物の設計データおよびロボツトとの相対的
位置関係が知れていれば予め得ておくことが可能
であり、離散的、且つ更新可なものとして演算制
御上のサンプリング周期毎に外部より与えられる
ものとなつている。
さて、次に以上述べたフイードバツク制御方法
をバリ取り作業に実際に適用する場合について説
明すれば、便宜上Ｈ座標系はツールを交換して
も、また、ツールが取付されていなくても変化す
ることがない点を頂点として定められるようにな
つている。Ａ座標系についてはツールが対象物と
接して切削を行なる点を考慮し第６図、第７図に
示すようにその原点と軸xA，YAY,Z方向が定めら
れるものとなつている。Ｒ座標系についても第６
図、第７図に示すようにその原点と軸xr，Yr，
Zr方向が定められるが、これにより軸xA，xrは同
一直線上に位置し、しかもその直線は第６図に示
すようにP0→P1→P2→……→P7→P0で示される
バリ取り軌道と交わることになるものである。
をバリ取り作業に実際に適用する場合について説
明すれば、便宜上Ｈ座標系はツールを交換して
も、また、ツールが取付されていなくても変化す
ることがない点を頂点として定められるようにな
つている。Ａ座標系についてはツールが対象物と
接して切削を行なる点を考慮し第６図、第７図に
示すようにその原点と軸xA，YAY,Z方向が定めら
れるものとなつている。Ｒ座標系についても第６
図、第７図に示すようにその原点と軸xr，Yr，
Zr方向が定められるが、これにより軸xA，xrは同
一直線上に位置し、しかもその直線は第６図に示
すようにP0→P1→P2→……→P7→P0で示される
バリ取り軌道と交わることになるものである。
この後はソフトウエア上の制御パラメータであ
るところの〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕が定めら
れるが、このうち〔Ka〕は点P1，Pr間距離とと
もにツールの対象物への押付力に関し重要なフア
クタとなつている。〔Ka〕が大きい程に、また、
ツールの対象物への接触点P1とＲ座標系の原点
Prとの間の距離が大である程に押付力が大となる
からである。したがつて、〔Ka〕は大きな力でバ
リを取る際に大きく、そうでない場合は小銘さく
設定される。その際、進行方向に大きく、押付方
向小さな値を設定すれば、進行方向には剛性をも
ち、押付方向には相手形状に倣うという動作が可
能となるものである。また、〔Ca〕は系を安定化
させる効果を有し、更に〔Ma〕によつて系の応
答性が調整され得るものとなつている。この状態
でツールを回転させればＡ座標系はＲ座標系に近
づこうとすることから、ツールはある押付力を以
て対象物に接触した状態でバリ取りを行なうこと
になるものである。この状態で、Ｒ座標系の原点
をP1，P2に平行に、P2方向にある速度で移動さ
せることによつて、ツールをP2方向に移動させ
得るものである。Ｒ座標系を適当に設定しそれを
適切に変化させた場合は、ツールは対象物形状に
倣いつつ、しかもある押付力を以て対象物上を移
動し得るものである。例えば、対象物として第８
図に示すものを想定した場合、バリはP11→P12→
P13→P14→P11の曲線軌道上に存在するが、これ
に対しＲ座標系をQ11→Q12→Q13→Q14→Q11の曲
線軌道上でその原点と姿勢を変化させて移動して
やれば、ツールは常時ほぼ第７図に示す如くの姿
勢で対象物に接触したままP11→P12→P13→P14→
P11といつた具合に倣い移動することによつて、
バリ取りを行ない得るものである。この場合倣い
軌道上に突起物が存在したとしても、ツールはそ
の突起物を避けつつも押付力大にして突起部形状
を倣い得るものである。なお、ツールが倣い移動
している間ハンドはツール中心軸回りに回転され
なく、ハンドよりすれば単にツールを前後、左右
に振るだけである。また、Ｒ座標系の移動は基本
的には以上のようにして行なわれるが、場合によ
つては移動速度は適当に加減される必要がある。
即ち、進行方向に大きな力が作用したときには速
度を下げ、大きなバリを削り取ることを可能とす
るような動作である。直線部を倣つている間には
速度大にして、コーナ部では速度小にして倣うよ
うにする方法も有効である。更に必要に応じてＲ
座標系の原点の移動軌跡に正弦波等の波状形状を
与えたり、ツール移動中に〔Ka〕の値を変更す
ることも可となつている。更にまた〔Ma〕や
〔Ca〕の値をバリ取りの時での力センサからの情
報に応じて、例えば信号が振動的である場合には
〔Ca〕を大きくする、といつたように、ロボツト
動作中に変更することによつて、応答性やゲイン
をある範囲内で変化させ最適な作業を行なわしめ
ることも可となつている。
るところの〔Ma〕，〔Ka〕および〔Ca〕が定めら
れるが、このうち〔Ka〕は点P1，Pr間距離とと
もにツールの対象物への押付力に関し重要なフア
クタとなつている。〔Ka〕が大きい程に、また、
ツールの対象物への接触点P1とＲ座標系の原点
Prとの間の距離が大である程に押付力が大となる
からである。したがつて、〔Ka〕は大きな力でバ
リを取る際に大きく、そうでない場合は小銘さく
設定される。その際、進行方向に大きく、押付方
向小さな値を設定すれば、進行方向には剛性をも
ち、押付方向には相手形状に倣うという動作が可
能となるものである。また、〔Ca〕は系を安定化
させる効果を有し、更に〔Ma〕によつて系の応
答性が調整され得るものとなつている。この状態
でツールを回転させればＡ座標系はＲ座標系に近
づこうとすることから、ツールはある押付力を以
て対象物に接触した状態でバリ取りを行なうこと
になるものである。この状態で、Ｒ座標系の原点
をP1，P2に平行に、P2方向にある速度で移動さ
せることによつて、ツールをP2方向に移動させ
得るものである。Ｒ座標系を適当に設定しそれを
適切に変化させた場合は、ツールは対象物形状に
倣いつつ、しかもある押付力を以て対象物上を移
動し得るものである。例えば、対象物として第８
図に示すものを想定した場合、バリはP11→P12→
P13→P14→P11の曲線軌道上に存在するが、これ
に対しＲ座標系をQ11→Q12→Q13→Q14→Q11の曲
線軌道上でその原点と姿勢を変化させて移動して
やれば、ツールは常時ほぼ第７図に示す如くの姿
勢で対象物に接触したままP11→P12→P13→P14→
P11といつた具合に倣い移動することによつて、
バリ取りを行ない得るものである。この場合倣い
軌道上に突起物が存在したとしても、ツールはそ
の突起物を避けつつも押付力大にして突起部形状
を倣い得るものである。なお、ツールが倣い移動
している間ハンドはツール中心軸回りに回転され
なく、ハンドよりすれば単にツールを前後、左右
に振るだけである。また、Ｒ座標系の移動は基本
的には以上のようにして行なわれるが、場合によ
つては移動速度は適当に加減される必要がある。
即ち、進行方向に大きな力が作用したときには速
度を下げ、大きなバリを削り取ることを可能とす
るような動作である。直線部を倣つている間には
速度大にして、コーナ部では速度小にして倣うよ
うにする方法も有効である。更に必要に応じてＲ
座標系の原点の移動軌跡に正弦波等の波状形状を
与えたり、ツール移動中に〔Ka〕の値を変更す
ることも可となつている。更にまた〔Ma〕や
〔Ca〕の値をバリ取りの時での力センサからの情
報に応じて、例えば信号が振動的である場合には
〔Ca〕を大きくする、といつたように、ロボツト
動作中に変更することによつて、応答性やゲイン
をある範囲内で変化させ最適な作業を行なわしめ
ることも可となつている。
以上本発明を説明したが、本発明はバリ取りに
限定されることなく場合によつては磨きや倣い、
嵌め合いなど、相手より力を受ける作業にも広く
適用し得る。しかも、本発明はソフトウエア上の
制御パラメータを変更するだけで各作業に対処し
得ることになる。
限定されることなく場合によつては磨きや倣い、
嵌め合いなど、相手より力を受ける作業にも広く
適用し得る。しかも、本発明はソフトウエア上の
制御パラメータを変更するだけで各作業に対処し
得ることになる。
以上説明したように本発明による場合は、ツー
ルを対象物に対して状態良好にして倣い移動させ
得、たとえ突起物が存在したとしても状態良好に
してバリ取りを行ない得るという効果がある。
ルを対象物に対して状態良好にして倣い移動させ
得、たとえ突起物が存在したとしても状態良好に
してバリ取りを行ない得るという効果がある。
第１図は、本発明に係る演算制御のブロツク構
成を示す図、第２図は、本発明に係るバリ取りロ
ボツトの機構の概要を示す図、第３図は、本発明
による制御方法の基本概念を機械的に示す図、第
４図は、本発明に係る制御系の概要を示す図、第
５図は、本発明の説明上必要とされる各座標系を
示す図、第６図、第７図は、バリ取りが如何にし
て行なわれるかを説明するためのバリ取り用ツー
ルと対象物との間の関係を示す図、第８図は、そ
のツールを倣い移動させるための特定座標系の移
動設定方法を説明するための図である。 １…アーム、２…ハンド、３…バリ取り用ツー
ル、４，２０…力・トルクセンサ、５…対象物、
１１…制御部、１２〜１４…演算部、１５，１６
…フイードバツク信号変換部、１７…モータ、１
８…カウンタ、１９…エンコーダ、２１…サーボ
アンプ。
成を示す図、第２図は、本発明に係るバリ取りロ
ボツトの機構の概要を示す図、第３図は、本発明
による制御方法の基本概念を機械的に示す図、第
４図は、本発明に係る制御系の概要を示す図、第
５図は、本発明の説明上必要とされる各座標系を
示す図、第６図、第７図は、バリ取りが如何にし
て行なわれるかを説明するためのバリ取り用ツー
ルと対象物との間の関係を示す図、第８図は、そ
のツールを倣い移動させるための特定座標系の移
動設定方法を説明するための図である。 １…アーム、２…ハンド、３…バリ取り用ツー
ル、４，２０…力・トルクセンサ、５…対象物、
１１…制御部、１２〜１４…演算部、１５，１６
…フイードバツク信号変換部、１７…モータ、１
８…カウンタ、１９…エンコーダ、２１…サーボ
アンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ロボツトのアーム先端に力・トルクセンサを
介しバリ取りツールが把持され、該ツールが対象
物上を接触倣い移動することによつて、該対象物
に生じているバリを削り取るバリ取りロボツト用
のフイードバツク制御方法であつて、後に各アー
ム間関節角度に変換されるバリ取りツールの速度
指令値aは初期値を零として、バリ取りに必要
とされる倣いバネ機構の運動を表す以下の方程式 〔Ma〕（ｄa／dt）＝a−〔Ka〕Δa −〔Ca〕a を解くことによつて算出されるようにしたバリ取
りロボツト用フイードバツク制御方法（但し、上
記方程式中、aは力・トルクセンサ信号を、Δ
ｘaは外部からの基準位置姿勢指令と実際のハン
ド、あるいはバリ取り用ツールの位置姿勢との偏
差を、〔Ma〕は仮想質量を、〔Ka〕は仮想バネ定
数を、〔Ca〕は仮想粘性定数をそれぞれ示す）。 ２ バリ取り中、制御パラメータとしての仮想の
質量、バネ定数および粘性定数は、力・トルクフ
イードバツク信号の大きさに応じて可変とされる
特許請求の範囲第１項記載のバリ取りロボツト用
フイードバツク制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17426985A JPS6235915A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | バリ取りロボット用フィードバック制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17426985A JPS6235915A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | バリ取りロボット用フィードバック制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6235915A JPS6235915A (ja) | 1987-02-16 |
| JPH0543122B2 true JPH0543122B2 (ja) | 1993-06-30 |
Family
ID=15975695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17426985A Granted JPS6235915A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | バリ取りロボット用フィードバック制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6235915A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102286716A (zh) * | 2011-08-26 | 2011-12-21 | 无锡舜特金属制品有限公司 | 一种带钢连续热浸镀锌工艺 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3020986B2 (ja) * | 1990-03-13 | 2000-03-15 | 株式会社日立製作所 | 多自由度ロボットの制御方法 |
| JPH03270865A (ja) * | 1990-03-16 | 1991-12-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 |
| JPH03270864A (ja) * | 1990-03-16 | 1991-12-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 |
| JP2641315B2 (ja) * | 1990-05-29 | 1997-08-13 | 日立建機株式会社 | 研削装置 |
| US5497061A (en) * | 1993-03-31 | 1996-03-05 | Hitachi, Ltd. | Method of controlling robot's compliance |
| JP6582483B2 (ja) | 2015-03-26 | 2019-10-02 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット制御装置およびロボットシステム |
| JP2016190292A (ja) | 2015-03-31 | 2016-11-10 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット制御装置、ロボットシステムおよびロボット制御方法 |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP17426985A patent/JPS6235915A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TRANSACTION OF THE ASME=1985 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102286716A (zh) * | 2011-08-26 | 2011-12-21 | 无锡舜特金属制品有限公司 | 一种带钢连续热浸镀锌工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6235915A (ja) | 1987-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |