JPH068167A - 力制御装置 - Google Patents
力制御装置Info
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- JPH068167A JPH068167A JP19458192A JP19458192A JPH068167A JP H068167 A JPH068167 A JP H068167A JP 19458192 A JP19458192 A JP 19458192A JP 19458192 A JP19458192 A JP 19458192A JP H068167 A JPH068167 A JP H068167A
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- robot arm
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ロボット・アームとコンプライアンス機構部で
接続されたロボット・ハンドの振動を抑制し、力制御時
の動作速度と応答性を向上させる。 【構成】ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対
速度をロボット・アームの速度指令にフィードバックす
るループを設けることにより構成される。
接続されたロボット・ハンドの振動を抑制し、力制御時
の動作速度と応答性を向上させる。 【構成】ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対
速度をロボット・アームの速度指令にフィードバックす
るループを設けることにより構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット・アームとコ
ンプライアンス機構部で接続されたロボット・ハンドを
力制御する際の制御装置に関する。
ンプライアンス機構部で接続されたロボット・ハンドを
力制御する際の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、コンプライアンス機構部の概略
を示したものである。ロボット・アーム１とロボット・
ハンド２との間のコンプライアンス機構部３は、ロボッ
ト・ハンド２を力制御あるいはコンプライアンス制御す
る際、剛体と接触したときでも制御系が不安定にならな
いようにするために設けられたもので、これにより安定
した力制御とコンプライアンス制御とが行えるようにな
っている。
を示したものである。ロボット・アーム１とロボット・
ハンド２との間のコンプライアンス機構部３は、ロボッ
ト・ハンド２を力制御あるいはコンプライアンス制御す
る際、剛体と接触したときでも制御系が不安定にならな
いようにするために設けられたもので、これにより安定
した力制御とコンプライアンス制御とが行えるようにな
っている。
【０００３】コンプライアンス機構部３は、ばね要素４
とダンパ要素５と変位センサ６とから構成されている。
変位センサ６は、ロボット・アーム１とロボット・ハン
ド２との相対位置、すなわちばね要素４の伸縮量を検出
するためのもので、その信号は、位置制御の際にはロボ
ット・アーム１とロボット・ハンド２との位置ずれ信号
として、力制御あるいはコンプライアンス制御の際には
ロボット・ハンド２に加わる力信号として用いられてい
る。
とダンパ要素５と変位センサ６とから構成されている。
変位センサ６は、ロボット・アーム１とロボット・ハン
ド２との相対位置、すなわちばね要素４の伸縮量を検出
するためのもので、その信号は、位置制御の際にはロボ
ット・アーム１とロボット・ハンド２との位置ずれ信号
として、力制御あるいはコンプライアンス制御の際には
ロボット・ハンド２に加わる力信号として用いられてい
る。
【０００４】図４は、従来の力制御装置のブロック線図
である。ここで、ブロック２４を含むフィードバック・
ループ１００は、ロボット・ハンドもしくは把持してい
るワークが対象物に接触していないときにのみ存在する
ループで、ロボット・ハンドもしくは把持しているワー
クが対象物に接触し、ロボット・ハンドの位置２５が拘
束されているときには無視することができる。なお、ブ
ロック２４において、ｓはラプラス演算子、ｍはロボッ
ト・ハンドと把持しているワークとの合計質量、ｃはコ
ンプライアンス機構部のダンパ要素の粘性係数、ｋはコ
ンプライアンス機構部のばね要素の弾性係数である。
である。ここで、ブロック２４を含むフィードバック・
ループ１００は、ロボット・ハンドもしくは把持してい
るワークが対象物に接触していないときにのみ存在する
ループで、ロボット・ハンドもしくは把持しているワー
クが対象物に接触し、ロボット・ハンドの位置２５が拘
束されているときには無視することができる。なお、ブ
ロック２４において、ｓはラプラス演算子、ｍはロボッ
ト・ハンドと把持しているワークとの合計質量、ｃはコ
ンプライアンス機構部のダンパ要素の粘性係数、ｋはコ
ンプライアンス機構部のばね要素の弾性係数である。
【０００５】力指令値１１からロボット・ハンドに負荷
されている力２３が減算され、力偏差１２を得る。力偏
差１２は、比例補償器１３に入力され、速度指令値１４
となって、速度指令値制限フィルタ１５に入力される。
速度指令値制限フィルタ１５は、ロボット・アームの動
作速度を制限するためのフィルタで、入力をＶr 、速度
指令値の制限値をＶlmt （Ｖlmt ≧０）とすると、その
出力Ｖrfは、以下のように決定される。 ａ）Ｖr ＞Ｖlmt のとき Ｖrf＝Ｖlmt ｂ）−Ｖlmt ≦Ｖr ≦Ｖlmt のとき Ｖrf＝Ｖr ｃ）Ｖr ＜−Ｖlmt のとき Ｖrf＝−Ｖlmt なお、速度指令値の制限値Ｖlmt は、任意の値に変更可
能であり、作業内容に応じて最適な動作速度を選択する
ことができる。
されている力２３が減算され、力偏差１２を得る。力偏
差１２は、比例補償器１３に入力され、速度指令値１４
となって、速度指令値制限フィルタ１５に入力される。
速度指令値制限フィルタ１５は、ロボット・アームの動
作速度を制限するためのフィルタで、入力をＶr 、速度
指令値の制限値をＶlmt （Ｖlmt ≧０）とすると、その
出力Ｖrfは、以下のように決定される。 ａ）Ｖr ＞Ｖlmt のとき Ｖrf＝Ｖlmt ｂ）−Ｖlmt ≦Ｖr ≦Ｖlmt のとき Ｖrf＝Ｖr ｃ）Ｖr ＜−Ｖlmt のとき Ｖrf＝−Ｖlmt なお、速度指令値の制限値Ｖlmt は、任意の値に変更可
能であり、作業内容に応じて最適な動作速度を選択する
ことができる。
【０００６】速度指令値制限フィルタ１５の出力１６
は、ロボット・アームの速度制御系１７に入力される。
ロボット・アームの速度１８は、積分器１９を通り、ロ
ボット・アームの位置２０を得る。ロボット・アームの
位置２０とロボット・ハンドの位置２５との差、すなわ
ち変位センサの出力２１は、力算出部（＝ｋ）２２に入
力され、その出力２３は力指令にネガティブ・フィード
バックされる。
は、ロボット・アームの速度制御系１７に入力される。
ロボット・アームの速度１８は、積分器１９を通り、ロ
ボット・アームの位置２０を得る。ロボット・アームの
位置２０とロボット・ハンドの位置２５との差、すなわ
ち変位センサの出力２１は、力算出部（＝ｋ）２２に入
力され、その出力２３は力指令にネガティブ・フィード
バックされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の力制御装置は、
ロボット・ハンドもしくは把持しているワークが対象物
に接触していないときのロボット・ハンドの振動に対し
て何も考慮していない。このため、比例補償器１３のゲ
インが大き過ぎると、ロボット・ハンドの振動によって
制御系が発振してしまうという問題があり、このゲイン
を大きくできなかった。しかしながら、力制御時の動作
速度と応答性は比例補償器１３のゲインによって決まる
ため、このゲインが小さいと、これらの特性が不十分と
いう課題がある。
ロボット・ハンドもしくは把持しているワークが対象物
に接触していないときのロボット・ハンドの振動に対し
て何も考慮していない。このため、比例補償器１３のゲ
インが大き過ぎると、ロボット・ハンドの振動によって
制御系が発振してしまうという問題があり、このゲイン
を大きくできなかった。しかしながら、力制御時の動作
速度と応答性は比例補償器１３のゲインによって決まる
ため、このゲインが小さいと、これらの特性が不十分と
いう課題がある。
【０００８】図５（ａ）、（ｂ）は、従来の力制御装置
を採用したときの実験結果を示す図である。（ａ）、
（ｂ）とも、横軸は時間、上の波形はロボット・ハンド
の位置、下の波形はロボット・ハンドに負荷されている
力（慣性力を含む）を示している。また、（ａ）、
（ｂ）とも、力指令値の大きさ、縦横軸のスケールは同
一である。
を採用したときの実験結果を示す図である。（ａ）、
（ｂ）とも、横軸は時間、上の波形はロボット・ハンド
の位置、下の波形はロボット・ハンドに負荷されている
力（慣性力を含む）を示している。また、（ａ）、
（ｂ）とも、力指令値の大きさ、縦横軸のスケールは同
一である。
【０００９】（ａ）と（ｂ）との違いは、力制御系の比
例補償器１３のゲインの大きさで、（ａ）は最適値の場
合、（ｂ）は大き過ぎる場合を示している。（ａ）と
（ｂ）とを比較してみると、（ｂ）は、（ａ）に比べて
比例補償器１３のゲインが大きい分、位置の波形の傾き
が急、すなわち動作速度が速い。また、対象物に接触し
た後の応答性も優れており、短時間で目標値に達してい
る。しかしながら、（ｂ）は、動作開始時の慣性力によ
る振動がなかなか収まらず、比例補償器１３のゲインが
大き過ぎることを示している。
例補償器１３のゲインの大きさで、（ａ）は最適値の場
合、（ｂ）は大き過ぎる場合を示している。（ａ）と
（ｂ）とを比較してみると、（ｂ）は、（ａ）に比べて
比例補償器１３のゲインが大きい分、位置の波形の傾き
が急、すなわち動作速度が速い。また、対象物に接触し
た後の応答性も優れており、短時間で目標値に達してい
る。しかしながら、（ｂ）は、動作開始時の慣性力によ
る振動がなかなか収まらず、比例補償器１３のゲインが
大き過ぎることを示している。
【００１０】本発明は以上の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は、ロボット・アームとコンプライアンス
機構部で接続されたロボット・ハンドの振動を抑制し、
力制御時の動作速度と応答性を向上させる制御装置を提
案することにある。
で、その目的は、ロボット・アームとコンプライアンス
機構部で接続されたロボット・ハンドの振動を抑制し、
力制御時の動作速度と応答性を向上させる制御装置を提
案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では次のような手段を講じる。ロボット・ア
ームとロボット・ハンドとの間を少なくともばね要素を
有するコンプライアンス機構部で結合し、ロボット・ア
ームとロボット・ハンドとの相対位置を検出する変位セ
ンサと、この変位センサの出力からロボット・ハンドに
負荷されている力を算出する手段と、力指令と算出した
力との偏差からロボット・アームの速度指令を算出する
手段と、この速度指令に応じてロボット・アームを動作
させる手段とを備えたロボットの力制御装置において、
前記変位センサの出力からロボット・アームとロボット
・ハンドとの相対速度を算出する手段と、この相対速度
に所定のゲインを乗ずる比例補償器と、この比例補償器
の出力をロボット・アームの速度指令にフィードバック
する手段とを設ける。
に、本発明では次のような手段を講じる。ロボット・ア
ームとロボット・ハンドとの間を少なくともばね要素を
有するコンプライアンス機構部で結合し、ロボット・ア
ームとロボット・ハンドとの相対位置を検出する変位セ
ンサと、この変位センサの出力からロボット・ハンドに
負荷されている力を算出する手段と、力指令と算出した
力との偏差からロボット・アームの速度指令を算出する
手段と、この速度指令に応じてロボット・アームを動作
させる手段とを備えたロボットの力制御装置において、
前記変位センサの出力からロボット・アームとロボット
・ハンドとの相対速度を算出する手段と、この相対速度
に所定のゲインを乗ずる比例補償器と、この比例補償器
の出力をロボット・アームの速度指令にフィードバック
する手段とを設ける。
【００１２】
【作用】新たにロボット・アームとロボット・ハンドと
の相対速度をロボット・アームの速度指令にフィードバ
ックすることにより、ロボット・ハンドの振動を速やか
に減衰させている。その結果、力制御系の比例補償器の
ゲインを大きくできるようになり、動作速度と応答性が
向上する。
の相対速度をロボット・アームの速度指令にフィードバ
ックすることにより、ロボット・ハンドの振動を速やか
に減衰させている。その結果、力制御系の比例補償器の
ゲインを大きくできるようになり、動作速度と応答性が
向上する。
【００１３】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。図１は本発明の力制御装置のブロック線
図を示したものである。ここで、実線で示されている経
路は、図４において示したものと同様であるから、その
説明は省略する。
がら説明する。図１は本発明の力制御装置のブロック線
図を示したものである。ここで、実線で示されている経
路は、図４において示したものと同様であるから、その
説明は省略する。
【００１４】本発明の力制御装置は、従来の力制御装置
に、新たにフィードバック・ループ１０１を設けてい
る。ロボット・アームの位置２０とロボット・ハンドの
位置２５との差、すなわち変位センサの出力２１は、微
分器２６に入力され、ロボット・アームとロボット・ハ
ンドとの相対速度２７を微分器２６は出力する。ロボッ
ト・アームとロボット・ハンドとの相対速度２７は、比
例補償器２８に入力され、比例補償器２８は、この相対
速度２７に所定のゲインを乗ずる。比例補償器２８から
の出力２９は、速度指令にネガティブ・フィードバック
される。
に、新たにフィードバック・ループ１０１を設けてい
る。ロボット・アームの位置２０とロボット・ハンドの
位置２５との差、すなわち変位センサの出力２１は、微
分器２６に入力され、ロボット・アームとロボット・ハ
ンドとの相対速度２７を微分器２６は出力する。ロボッ
ト・アームとロボット・ハンドとの相対速度２７は、比
例補償器２８に入力され、比例補償器２８は、この相対
速度２７に所定のゲインを乗ずる。比例補償器２８から
の出力２９は、速度指令にネガティブ・フィードバック
される。
【００１５】フィードバック・ループ１０１は、ロボッ
ト・ハンドの振動を減衰させるために設けられたもの
で、ロボット・アームをコンプライアンス機構部のばね
要素の伸縮速度が０になる方向、すなわちロボット・ハ
ンドの振動を減衰させる方向に動作させる働きがある。
なお、比例補償器２８のゲインは、フィードバック・ル
ープ１０１の働きの強さを決めるもので、その最適値は
実験により決定される。
ト・ハンドの振動を減衰させるために設けられたもの
で、ロボット・アームをコンプライアンス機構部のばね
要素の伸縮速度が０になる方向、すなわちロボット・ハ
ンドの振動を減衰させる方向に動作させる働きがある。
なお、比例補償器２８のゲインは、フィードバック・ル
ープ１０１の働きの強さを決めるもので、その最適値は
実験により決定される。
【００１６】次に、本発明の力制御装置を採用したとき
の効果を、実験結果を使って示す。図２は、本発明の力
制御装置を採用したときの実験結果を示す図である。横
軸は時間、上の波形はロボット・ハンドの位置、下の波
形はロボット・ハンドに負荷されている力（慣性力を含
む）を示している。なお、力指令値の大きさ、縦横軸の
スケールは、図５（ａ）、（ｂ）と同一である。
の効果を、実験結果を使って示す。図２は、本発明の力
制御装置を採用したときの実験結果を示す図である。横
軸は時間、上の波形はロボット・ハンドの位置、下の波
形はロボット・ハンドに負荷されている力（慣性力を含
む）を示している。なお、力指令値の大きさ、縦横軸の
スケールは、図５（ａ）、（ｂ）と同一である。
【００１７】図２を図５（ａ）と比較してみると、図２
は、図５（ａ）に比べて比例補償器１３のゲインが大き
い分、位置の波形の傾きがかなり急、すなわち動作速度
がかなり速い。また、対象物に接触した後の応答性も優
れており、短時間で目標値に達している。さらに、動作
速度がかなり速いにもかかわらず、動作開始時の慣性力
による振動が速やかに収まっており、安定性も十分であ
る。
は、図５（ａ）に比べて比例補償器１３のゲインが大き
い分、位置の波形の傾きがかなり急、すなわち動作速度
がかなり速い。また、対象物に接触した後の応答性も優
れており、短時間で目標値に達している。さらに、動作
速度がかなり速いにもかかわらず、動作開始時の慣性力
による振動が速やかに収まっており、安定性も十分であ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の力制御装
置によれば、新たにロボット・アームとロボット・ハン
ドとの相対速度をロボット・アームの速度指令にフィー
ドバックするループを設けているので、ロボット・ハン
ドの振動を速やかに減衰させることができる。その結
果、力制御系の比例補償器のゲインを大きくできるよう
になり、動作速度と応答性が向上するという効果があ
る。
置によれば、新たにロボット・アームとロボット・ハン
ドとの相対速度をロボット・アームの速度指令にフィー
ドバックするループを設けているので、ロボット・ハン
ドの振動を速やかに減衰させることができる。その結
果、力制御系の比例補償器のゲインを大きくできるよう
になり、動作速度と応答性が向上するという効果があ
る。
【図１】本発明の力制御装置のブロック線図である。
【図２】本発明の力制御装置を採用したときの実験結果
である。
である。
【図３】コンプライアンス機構部の概略図である。
【図４】従来の力制御装置のブロック線図である。
【図５】従来の力制御装置を採用したときの実験結果で
ある。
ある。
１ ロボット・アーム ２ ロボット・ハンド ３ コンプライアンス機構部 ４ ばね要素 ５ ダンパ要素 ６ 変位センサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｗ 9179−3Ｈ ３０５ Ｌ 9179−3Ｈ ３０６ Ｚ 9179−3Ｈ 15/01 8914−3Ｈ 19/02 Ｄ 8914−3Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】 ロボット・アームとロボット・ハンドと
の間を少なくともばね要素を有するコンプライアンス機
構部で結合し、ロボット・アームとロボット・ハンドと
の相対位置を検出する変位センサと、この変位センサの
出力からロボット・ハンドに負荷されている力を算出す
る手段と、力指令と算出した力との偏差からロボット・
アームの速度指令を算出する手段と、この速度指令に応
じてロボット・アームを動作させる手段とを備えたロボ
ットの力制御装置において、前記変位センサの出力から
ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対速度を算
出する手段と、この相対速度に所定のゲインを乗ずる比
例補償器と、この比例補償器の出力をロボット・アーム
の速度指令にフィードバックする手段とを設けたことを
特徴とする力制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19458192A JP3192227B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19458192A JP3192227B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 力制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH068167A true JPH068167A (ja) | 1994-01-18 |
| JP3192227B2 JP3192227B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=16326929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19458192A Expired - Fee Related JP3192227B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3192227B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491679B1 (ko) * | 2002-11-11 | 2005-05-27 | 김성권 | 상대적인 동작 제어 시스템 및 그 방법 |
| CN105196296A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 江苏汇博机器人技术有限公司 | 一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法 |
| CN108161937B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-08-07 | 中国矿业大学 | 一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法 |
| CN111890383A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-06 | 江苏昱博自动化设备有限公司 | 一种四路旋转座式助力机械手 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07191355A (ja) | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Canon Inc | 像ぶれ防止のための制御装置 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP19458192A patent/JP3192227B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491679B1 (ko) * | 2002-11-11 | 2005-05-27 | 김성권 | 상대적인 동작 제어 시스템 및 그 방법 |
| CN105196296A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 江苏汇博机器人技术有限公司 | 一种应用于打磨工业机器人作业的末端力反馈系统及方法 |
| CN108161937B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-08-07 | 中国矿业大学 | 一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法 |
| CN111890383A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-06 | 江苏昱博自动化设备有限公司 | 一种四路旋转座式助力机械手 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3192227B2 (ja) | 2001-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |