JPS61264414A

JPS61264414A - 移動体制御装置

Info

Publication number: JPS61264414A
Application number: JP60107124A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asakawa; 浅川　和雄; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Tadashi Akita; 正秋田; Toru Kamata; 徹鎌田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1986-11-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔目次〕概要産業上の利用分野従来の技術発明か解決しようとする問題点問題点を解決するための手段（第１図）作用実施例　・（ｃＬ）　　一実施例の全体構成の説明（第２図、第３
図）（ｂ）　　力検出装置及びアクチュエータの説明（第４
図、第５図）（Ｃ）　　アクチュエータ及び力センサコントローラの
説明（第６図、第７図、第８図、第９図。

第１０図）（カ　一実施例の動作の説明（第１１図）（＝）　　力
検出装置及びアクチュエータの他の実施例の説ｆｉＡ（
第１２図）（イ）他の実施例の説明（第１３図）発明の効果〔概要〕移動体を力センサの外力検出フィードバックによって外
力適応制御する移動体制御装置において、外力検出フィ
ードバック量に基づく力指令と移動指令との合成で移動
制御する制御手段と、該外力検出フィードバック量に基
いて力センサの動特性（振動特性）を制御するアクチュ
エータを設けることによって、安定に且つ自律的に外力
適応制御を行なうようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ロボット等において、移動体を外力適応制御
する移動体制御装置に関し、特に外力の検出により外力
適応制御に自律的に移行し且つ力センサの動特性を制御
して安定に動作できるようにした移動体制御装置に関す
る。

移動体の移動制御技術の発展は目覚しく、例えばロボッ
ト等においては、エンドエフェクタであるハンド等を高
精度に高速に移動する技術が盛んに開発されている。こ
のようなロボットにおいては、絶対的位置誤差よりむし
ろ対象物体との相対的位置誤差が重視され、従って従来
の移動空間からの状態に拘束されない位置制御型では封
部できないため、係る状態に応じて適応制御する試みが
種々なされている。

例えば、雑誌「日経メカニカル　１９８５　、４゜８号
Ｊ（１９８５年４月８日　日経マグロウヒル社発行）の
第７３頁から第８１頁の内容や刊行物「ロボット工学入
門」（昭和５８年９月１０日オーム社発行）等において
は、力覚して外力検出手段を付与して、空間からの外力
に応じて適応制御せしめることにより相対位置誤差の補
正を行なうことが示されている。

〔従来の技術〕

このような外力適応制御ｌこおいては、例えば特許出願
公告昭５２−４６３７９号公報、特許出願公告１１１ｆ
１５３−１８７８７号公報、特許出願公告昭５４−３５
３５５号公報等にみられるように、移動体であるハンド
に力検出手段（以下力センサと称す）を設け、ハンドが
対象物体に当接するまで位置制御を行ない、当接すると
力制御に切り替え、力センサによる対象物体からの反力
（外力）をフィードバックし、反力を零とするように外
力適応制御して、ハンドに把持した物品を対象物体には
め合わせる等の作業を行ない、相対位置ずれを補正又は
吸収するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の構成では、位置（速度）制御系か
ら力制御系へ物体との切り替えするため、動作が不連続
となり、過渡現象が生じ、接触直後に急激な力が付与さ
れるという問題かある他に、接触するまでは指令速度で
移動しているから、対象物体への接触時の外力の大きさ
によっては力センサが振動し、良好な力制御を行なうこ
とができないという問題も生じていた。

本発明は、係る切替え動作を行なわなくても、自律的に
外力適応制御に移行でき、且つ安定に円滑に力センサの
出力を用いて制御しつる移動体制御装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図であり、第１図（５）はそ
の構成図、第１図（８）及び（ｑはその動作説明図であ
る。

図中、４は移動体、例えば物品を把持するハンドであり
、５は力センサ（力検出手段）であり、移動体（以下ハ
ンドと称す）４に加わる外力を検出するものであり、例
えば平行板バネと歪ゲージとで構成されるもの、ＭＴは
移動手段であり、例えば、モータで構成され、ハンド４
を移動するもの、８は制御手段（以下制御部と称す）で
あり、力センサ５からの力計測値Ｆによる力指令と移動
指令（位置指令又は速度指令）　Ｖ　ａとの合成をとる
合成駆動部２１を有し、係る合成によって移動制御する
もの、９はアクチュエータであり、力センサ５からの力
計測値Ｆによって駆動され、力センサ５の動特性（変位
特性）を制御するものである０従って、本発明では、移動指令ＶＣと力指令ＰＦの合成
で制御する制御系か組まれており、且つアクチュエータ
が力センサ５の動特性を制御するように構成されている
。

〔作用〕

本発明は、移動手段ＭＴ、カセンサ５．及びハンド４を
含む移動装置（以下ロボットと称す）、即ち力センサ５
を有するロボットを一種のバネとして考える。そして、
このバネの特性を外力が付与されたことに応じて制御す
ることによって自律的外力適応制御するものである。

例えば、ロボットを直流モータを駆動源として移動させ
る場合について考える。

直流モータで駆動されるロボットの一軸分の特性が以下
の電圧方程式及び運動方程式で表わされるものとする。

υ＝Ｒ一番＋Ｌ”＋Ｂｔｅ；・・・・・・・・・（１）
ｆ＝Ｂｔ−ｉ　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（２）ｆ＝Ｍ−ｘ＋Ｄ　　＠　　ｓ：＋Ｆｆ　　　　　
　　　−−−・−−・・−（３）但し、Ｖ：直流モータの端子間電圧Ｒ：直流モータの直流抵抗ｉ＝直流モータの電流Ｌ：直流モータのインダクタンスＢｔ：直流モータの力定数ｆ　：直流モータの発生力Ｍ　：可動部の質量Ｄ＝可動部の粘性制動係数Ｆｆ：可動部の摩擦力Ｘ　：可動部の変位Ｓ　ニラプラス演算子このような（１）　、　（２）　、　（３）式の特性を
もつロボットを位置制御した場合の制御ブロック図は第
１図の）となる。

これを伝達関数として示すと、第１図の）で表される制
御系の変位指令ｐ　（＃）に対するロボットの変位Ｘ　
（Ｓ）の伝達関数は、次の様になる。

但し、 α　Ｏ＝Ａ　ｐ　１１　Ｂ　ｔ　拳　ｋ３α　１　　＝
ｋｐ−Ｂｔ＠に２＋に９Φに１・Ｄ＋Ｒ”　Ｄ＋Ｂ　ｔ
２α　２＝Ａｐ＠に１・Ｍ＋Ｌ　−Ｄ＋Ｒ＠Ｍα　３＝
Ｌ　　＠　Ｍ八戸：演算増幅器の開ループゲインＰ　：変位指令に１：電流の帰還ゲインに２：速度の帰還ゲインに３：変位の帰還ゲインると、Ｘ（Ｊ）　　　　　　　　Ｂｔ・ん３／に１となる。

第（５）式から、ロボットは第１図（ｑの如く拘束面に
対しバネＳＰとダッシュポットＤＰとが接続された移動
物体と等価となるっ即ち、剛性ＫがＣＢｔ−ｈ３／ｋｌ）で、粘性制動係数
が（Ｂｔ−Ａ２／Ａ１＋Ｄ）の移動物体である。従って
、ｋ３を犬として、ｋｌ、に２によって安定化を図るこ
とにより高剛性で応答性の良いロボットを安定に位置制
御できる。

一方、本発明では、第１図（５）で示した如く、バネ定
数ＫＣのバネ機構である力センサ５を設け、力センサ５
の゛受ける外力ＦｏによってＸｆ変位し、これをα倍し
て力指令ＰＦを得て、移動指令Ｐ　（１）と合成駆動部
２１で差分をとっているから、第（５）式の変位伝達関
数は、Ｐ（Ｓ）−ＰＦけ）　　　Ｍ−８２＋（ＢかＩｃ２／ｋ
ｌ＋Ｄ）Ｓ＋Ｂｔ・ん３／に１・・−・−・（６）となる。但し、ＰＦ（＃）−α−Ｘｆ＝α・Ｆｏ（ｔ）
／ＫＯＸ　ｔ　（ｚ）＝Ｘ（ｚ）＋Ｘ　ｆ　（ｚ）　　
　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（７）。

とじ、外力Ｆ　Ｄ　（Ｊ）と変位Ｘ　ｔ　（＃）との伝
達関数を第（６）式を変形して求めると、・・・・・・・・・（８）となる。定常状態では、Ｓ＝Ｏ（即ち、ロボットか一定
速度で移動又は外力が等力）であるから、Ｘ　ｔ　（ｊ
？）　　　　　１＋α と考えてよい。

第（９）式では、ロボットのハンド５側からみたステイ
フネスが見かけ上の先端のバネ機構（力センサ５）のス
テイフネスＫＣの１／（１＋α）倍になっていることが
わかる。

このことは、外力が加わらない時のロボット先端の変位
量は、ロボット本体の変位量と一致する（バネ機構の変
位量＝ゼロ）ので、ロボットの見掛は上のステイフネス
には、Ｋ＝ＫＣ・・・・・・・・・・・・（１０）但し、ロボ
ット本体のステイフネス＝Ｂｔ−に３／に１となり、自
律的に制御モードは位置制御モードとなる。一方、外力
がロボットの先端に取り付けられたバネ機構（力センサ
５）に加わり変位すると、ロボットの見掛は上のステイ
フネスには、に＝ＫＣ・□　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・αυ１＋α の値に変化し、αが大きければに中０となるため、自律
的に外力適応制御モードとなる。

以上の様な制御が実現できる要因としては、力センサ５
の共振振幅が低くなければならない。

即ち、ロボットのステイフネスには、０≦に≦Ｋｃの範
囲であり、最大でも力センサ５のステイフネスＫＣによ
って制限されてしまう。

このステイフネスＫｃは力センサ５のバネ機構によって
一意的に決定され、ＫＣが大では固いバネとなり、位置
制御は良好に行なえるが外力検出分解能は低下し、良好
な外力適応制御が行なえず、Ｋｃが小では柔いバネとな
り、逆に位置制御が良好に行なえず、移動中に力センサ
５が振動してしまう。

このため、本発明では、この力センサ５のステイフネス
ＫＣを制御すべくアクチュエータ９を設け、位置制御モ
ードでは、Ｋ＃ψ になる様に力センサ５の動特性を制御し、位置制御に必
要な高剛性を実現し、一方、外力適応制御モードでは、
０≦に：１ａＫＣの任意の範囲でステイフネスを設定す
るものである口即ち、アクチュエータ９によって力センサ５を能動化し
、動特性を制御しているのである。

〔実施例〕

（α）　一実施例全体構成の説明第２図は本発明の一実施例全体構成図であり、３軸直交
ロボツトを例にしたものである。

図において、１はロボット本体のベースであり、後述す
るアームを矢印Ａ（Ｘ軸）方向に駆動するＸ軸駆動源（
モータ）１１を有しているもの、２は第１のアームであ
り、第２のアーム（後述）を、矢印Ｂ（Ｚ軸）方向に駆
動する２軸駆動源（モータ）１２を有し、ベース１のＸ
軸駆動源によってＸ軸方向に移動するもの、３は第２の
アームであり、第１のアーム２に対し、矢印Ｃ（Ｙ軸）
方向に駆動するＸ軸駆動源（モータ）１３を有し、Ｙ軸
方向に移動するものである。

５は力検出装置（力センサ）であり、第２のアーム３の
先端に設けられ、後述するハンド４に加えられる力を検
出するものであり、詳細は第４図以下により後述するも
の、４はハンドであり、力検出装置５の先端に設けられ
、物品６を把持するものである。

９はアクチュエータであり、力検出装置５の動特性を制
御するものであり、第４図以下で詳述するものである。

尚、７は穴７αを有する対象部材であり、ハンド４に把
持された物品６かはめ合わされるものである。

従って、ハンド４は第１のアーム２の左右動によってＸ
軸方向に位置決めがされ、第２のアーム３の前後動と上
下動によって各々Ｙ軸方向と２軸方向の位置決めがされ
、結果として３つの動作軸により３次元の位置決めかな
される。

８は前述の制御部であり、ロボットを制御するもの、１
５は操作パネルであり、指示部を構成し、プレイバック
（再生）モード又はロボットに再生動作すべき位置を教
示するための教示モードを指定する釦やハンド４の位置
や姿勢の記憶、ハンド４の開又は閉動作をあるいはロボ
ットの原点復帰を指令する釦等で構成され、操作者が操
作するものである。１６はメモリであり、教示データ等
を格納している。１７はマイクロプロセッサ（以下プロ
セッサと称する）であり、プレイバック時にメモリ１６
から教示データを読み出し、ハンド４の指令軌道を作成
して後述する位置制御部へ送出したり、ハンド４の開閉
指令を後述するハンド開閉部へ送出するものである。１
８は位置制御部であり、プロセッサ１７からの指令軌道
に従って位置又は速度制御するため、指令軌道の各軸の
移動量ΔＸ、ΔＹ、Δ２に対応する周波数のパルス列ｖ
３：、ｖｙ、ｖｚに変換して出力するものであり、１９
はハンド位置検出部であり、現在のハンド４の３次元位
置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を検出するため、各軸の駆動源（モー
タ）１１〜１３に設けられたエンコーダの出力Ｐｚ、Ｐ
ｙ、Ｐｚを受け、各軸の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を検出する
ものである。２０は力制御部であり、第３図にて後述す
る如く力検出装置５に取付けられた各歪ゲージの出力信
号（力計測値）　Ｆ　ｘ　−ｐ　ｚが入力され、ｘ、ｙ
、ｚ軸方向の力指令ＰＦｘ、ＰＦ３’、ＰＦＺを出力す
るもの、２１は合成駆動回路であり、第３図にて後述す
る如く、位置制御部１８からの指令移動量ｖ、ｚ−、ｖ
ｙ　、ｖｚと力制御部２０からの力指令量ＰＦｘ、ＰＦ
ｙ、ＰＦＺとの差によって各軸の駆動源をサーボ駆動す
るものであり、２２はハンド開閉部であり、プロセッサ
１７のハンド開閉指令により、ハンド４を開閉駆動する
ものである。

２３は力センサコントローラであり、第９図にて後述す
る如く、プロセッサ１７から指示されたゲインに基いて
入力される力計測値Ｆｘ−Ｆγによりアクチュエータ９
を駆動して、力センサ５の動特性を制御せしめるもの、
２４はバスであり、プロセッサ１７とメモリ１６、操作
パネル１５、位置制御部１８、位置検出部１９、力制御
部２０、ハンド開閉部２２、力センサコントローラ２３
とを接続するものである。

第３図は第２図構成の力制御部２０及び合成駆動口Ｎｒ
２１の詳細構成図であり、図中、第２図と同一のものは
同一の記号で示す。

図において、２０αは力指令発生回路であり、力センサ
５からのｘ、ｙ、ｚ軸方向の力計測値Ｆ−Ｚ−、Ｆ３１
　、ＦＺが入力され、力指令ＰＦ：、ＰＦｙ、ＰＦｚを
出力するものであり、各軸の力計測値Ｆ３：、Ｆｙ、Ｆ
ｚに対し不感帯という非線形処理を施す不感帯部２０４
ｘ〜２０４ｚと、不感帯部２０４ｘ〜２０４ｚの出力に
各々ゲインαＸ。

αｙ、α２を乗じるゲイン乗算部２０５ｘ〜２０５２を
有し、ゲイン乗算部２０５−Ｔ〜２０５ｚより力指令Ｐ
ＦＪ−ＰＦＺを出力するものである。

２０ｈ〜２０（ｆは各軸のパルス指令発生回路であり、
各々力指令発生回路２０αからの力指令ＰＦ−Ｚ’、Ｐ
Ｆｙ、ＰＦＺからパルス列の力指令ＰＦｚ、ＰＦｙ、Ｐ
Ｆｚを出力するものである。

各パルス指令発生回路２０ｂ〜２０ｄは同一の構成であ
り、パルス指令発生回路２０ｂはゲイン調整用アンプ２
００ｂ、２０１ｈと電圧／周波数変換器（以下Ｖ／Ｆコ
ンバータと称する）２０２ｂ、２０３ｂで構成され、力
指令ＰＦｘが正の極性の時にはＶ／Ｆコンバータ２０２
ｂからその大きさに応じた周波数のパルス列（アップパ
ルス）か、力指令ＰＦ−Ｔか負の極性の時にはＶ／Ｆコ
ンバータ２０３ｂからその大きさに応じた周波数のパル
ス列（ダウンパルス）が、力指令ＰＦｘとして出力され
る（１２１α〜２１Ｃは、合成駆動回路２１の各軸の駆
動回路であり、同一の構成であり、力指令ＰＦｘ　、Ｐ
Ｆｙ　、ＰＦｚと移動指令ｖ−ｚ’。

ｖｙ　、ｖｚとの差をとり、各軸駆動源の電流指令（駆
動信号）Ｓｚ、Ｓｙ、Ｓｚを各々出力するものである。

駆動回路２１αは一対のオア回路２１０α。

２１１αとサーボ回路２１２αとで構成され、オア回路
２１０αは移動指令ＶＪのアップパルスと力指令ＰＦｘ
のアップパルスの論理和をサーボ回路２１２αへ与え、
オア回路２１１αは移動指令ｖｘのダウンパルスと力指
令ＰＦｘのダウンパルスの論理和をサーボ回路２１２α
へ与えるものである。

一方、サーボ回路２１２αはアップダウンカウンタと、
デジタルφアナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）と、サ
ーボアンプで構成され、アップダウンカウンタがオア回
路２１０αの出力をアップカウントし、オア回路２１１
αの出力をダウンカウントすると共に、位置検出部１９
からの位置パルスＰｇをダウン又はアップカウントし、
指令位置と変位量との差を求め、Ｄ／Ａコンバータでア
ナログ量に変換して、これをサーボアンプで増幅し、電
流指令を出力する周知のものである。

以上説明した構成において、ハンド４に力が加わると力
検出装置５から力の加わった方向に対する力計測信号Ｆ
Ｊ−Ｆγが出力され、力指令発生回路２０ａに入力され
る。力指令発生回路２０αでは力計測信号Ｆｘ　、　ｐ
　ｚに基づいて各軸の力指令ＰＦ”＋ＰＦｙ　、ＰＦＺ
を発生し、各々は各軸のパルス指令発生回路２０ｂ〜２
０ｄに入力されるＯパルス指令発生回路２０ｈ〜２０ｄは発生された力指令
ＰＦ−Ｔ　、ＰＦ３’　、ＰＦＺの極性に応じてアップ
又はダウンパルスをその大きさに応じた周波数で出力す
る。

このパルス列の力指令は、通常の移動指令ｖｘ〜■ｚと
同様に、駆動回路２１α〜２ＩＣに入力され、各軸駆動
源の電流指令（駆動信号）Ｓ、ｒ。

ｓｙ、ｓｚとして出力され、ハンド４に加わった力が零
になる方向にロボットのｘ、ｙ、ｚ軸を駆動せしめる。

（ｂ）　　力検出装置及びアクチュエータの説明第４図
は第２図構成の力検出装置５及びアクチュエータ９の構
成図であり、第４図（Ｎはその斜視図、第４図の）はそ
の断面図であるっ力検出装置５は６自由度カセンサ部で構成され、外力に
より６軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β、γ軸）方向の変位か可
能で且つ６軸の変位の変位の検出が可能であり、第５図
にて詳述する如く、平行板バネ機構と歪ゲージとで構成
されるもの、アクチュエータ９は６自由度アクチュエー
タで構成され、可動部９１と、この周囲を覆う固定部９
０と、可動部９１の中央に設けられた連結棒９２とを有
するものであり、第６図乃至第８図で詳述する如く、可
動部９１の上面、下面及び側面にはコイ、ルが設けられ
、これに応じて固定部９０の内面に磁石が設けられてい
るバーピングコイル型アクチュエータで構成されている
。逆に固定部９０側にコイル、可動部９１側に磁石を設
けたムービングマグネット型アクチュエータで構成する
こともできる。６自由度アクチュエータ９の連結棒９２
は上部で６自由度カセンサ部５の出力棒に接続され、下
部でハンド４と接続される。

又、図中、３０はｘ、ｙ、ｚ力検出モジュールであり、
出力棒を介して与えられる外力によってｘ、ｙ、ｚ軸方
向に変位し、ｘ、ｙ、ｚ方向の外力を検出するものであ
り、第５図にて後述する様にＸ、ｚ方向の平行板バネα
、Ｃを構成する角棒イと、Ｙ方向の平行板バネｂを構成
する角棒口と、これらの中心に設けられた出力棒３５と
、これらを支持する支持体３１．３２で構成され、変位
を検出する歪ゲージ４０α〜４０ｆが角棒４１口に設け
られているものである。４９．５０は外輪部材であり、
これらの中に第５図で詳述するγ力検出モジュールとα
、β力検出モジュールとが内蔵され、各々ｒ軸、α、β
軸方向の外力によって変位し、γ、α、β方向の外力を
検出するものである。６自由度アクチュエータ９の連結
棒９２はαβ力検出モジュールの中心に接続される０第
５図は力センサ部５の分解構成図である。

図において、３０はｘ、ｙ、ｚ軸方向の力を検出する力
検出モジュールであって、ｘ、ｙの２方向にのびる角棒
４１口より構成される十字状の角棒に角穴α、αｌ　ｂ
　ｌ　ｂ’　ｌ　’　？　”を設ける（放電加工等を使
用して穴を開ける）ことにより、夫々に平行板ばね体α
１．α１’＋ｈｌ、ｂ１’、Ｃ１゜ｃ　］、を構成する
。

力検出モジュール３０は、第５図から明らかな如く、各
平行板はね体が変位方向が互いに直交するように設けら
れているので、平行板ばね体α１゜α１′でＸ軸方向の
たわみ、平行板はね体ｂ１．ｂ１’でＹ軸方向のたわみ
、平行板はね体ｃ　１　、　ｃ　１’で２軸方向のたわ
みを夫々分担する３自由度を有する０３１．３２は夫々力検出モジュール３０を支持する支持
体であって、支持体３１はねじ３３により角棒口と連結
され、支持体３２はねじ３４により角棒イと連結されて
いる０尚、ねじ３３，３４は片方のみ示し、さらに、各
ねじ３３が螺合するねじ穴３３αと他方の穴は穴３７の
中心位置から等しい距離の位置に設定され、同様にねじ
３４が螺合するねじ穴３４αと３４ｈは穴３７の中心位
置から等しい距離（Ｌ９＝Ｌ１０　”）の位置に設定さ
れている。

３５は支持体３１にねじ３６により連結される出力棒で
あって、力検出モジュール３０に設けられた穴３７を貫
通するように構成されている。

この場合、支持体３２が例えばロボット等の基台（アー
ム）上に固定される。尚、ロボットへの支持体３２の固
定は、ねじ穴３２α、３２ｂに螺合するねじ（図示しな
い）が使用される。

尚、出力棒３５は力検出モジュール３０に設けられた穴
３７を貫通するように構成されているが、支持体３２を
貫通するように構成してもよく、この場合は、支持体３
２の基台への取付けを反対側（角棒イ０ロ側）で連結す
る必要かある。

また、この力検出モジュール３０は各平行板ばね体α１
．α”＋　ｈｌ　ｔ　ｂＩ’ｔ　’１　＋　’１’の過
剰変位による座屈の防止するために、各面所に逃げを設
けてリミット機構を構成している。

これを図に示した記号の大小関係を以下に記述すること
で詳細な説明は省略する。

Ｌｌ＞Ｌ２　、Ｌ３＞Ｌ４　、Ｌ５＞Ｌ６−、−Ｌ７　
。

Ｒ１）Ｒ２である。

４０α、４０ｂ、４０Ｃ＊４０ｄＮ４０ｍ　１４ｏｆは
歪ゲージであって、夫々各平行板ばね体αＩ’ｌｂｌ、
ＣＩ’の変位を検出する。ここで、この歪ゲージは軸方
向の力をトルクの影響を受けずに検出するため、穴３７
を中心として中心点対象となるように貼付し、夫々周知
の力検出のためのブリッジ回路を構成せしめる。

従って、図示されていないが、平行板ばね体α１ｃ１．
ｈ１’にも歪ゲージが穴３７の中心点対象位置となるよ
うに各々２枚づつ貼付されている。

以上説明した構成とすることにより、例えば、出力棒３
５にＸ軸方向の力が加わった場合、この検出することで
、Ｘ軸方向のみの力を検出することができる。

また、出力棒３５にＹ軸方向あるいはＺ軸方向の力が加
わった場合も同様に力が加わった方向のみの力を検出す
ることができる。

さらに、また複数方向の合力が加わった場合でも、角棒
４０口に加わる力の位置は穴３７の中心位置から等しい
距離の位置に加わるため、各平行板はね体が夫々の分力
を独立して検出することができる。

４１はγモジュールであって、力検出モジュール３０の
出力棒３５にねじ３９を介して取付けられる中心部材４
２を備えると共に、板ばね４１α。

４１ｈ、４１ｔ’、４１ｄを介して接続される外輪４３
を含む０４４　”　＋　４４　ｂ＊　４４’　＠　４４
　ｄは歪ゲージであって、板ばねに貼付（中心部材４２
の中心点対象位置で、同一面側）し、同様にブリッジ回
路を構成する。

尚、γモジュール４１の出力棒３５への取付けは、ねじ
３９のみで出力棒３５の中心位置としているか、この構
成では外輪４３−こトルクを与えた際に、ねじ３９のゆ
るみ等が生じるため、実際には、中心部材４２から突出
するビンを出力軸３５に係合させて゛まわり止めを施す
と共に、中心位置からずれたところでねじ３９ζこより
固定する必要かある。

また、このことは、出力軸３５と支持体３２との結合の
場合も同様である。

この構成とすることにより中心部材４２を固定し、外輪
４３に中心軸（２軸）まわりのトルクを加えると板はね
４１α、４１ｂ、４１０，４１ｄがたわむ。このたわみ
を歪ゲージ４４α、　４４　ｂ。

４４Ｃ，４４ｄで検出し、ブリッジ回路を介して出力を
取り出すことにより、２軸（γ）に関するトルクのみを
検出することかできる。

４５はαβモジュールであって、円形の板はね４６にＬ
字形のスリット４７α、４７り、４７ｔ’。

４７ｄを設けることにより形成された十字形の板ばねか
ら成るダイヤフラム４８を含む。

この円形の板はね４６を外輪部材４９．５０により挟み
込み、ねじ５１ｆ！、５１ｂによりγモジニール４１に
固定する。

さらに、ダイヤフラム４８の中心部４８αに部材５２を
介してねじ５３により先端にハンド等の物品処理装置を
取付けるためのフランジ５４を取り付ける。この場合も
前述と同様にまわり止めのためにピン等を用いて中心位
置からはずれた位置でのねじ止めを行う必要がある。

更に、また歪ゲージ５５α、５５ｂ、５５Ｃ。

５５ｄ−を中心部４８ｃＬを中心点として中心点対象位
置となるように、かつ同一面側に貼付して、ブリッジ回
路を構成することにより、Ｙ軸まわり（α軸）のトルク
を検出するよう構成し、また中心部４８αを中心点とし
て中心点対象となるように歪ゲージ５５ｇ　、５５ｆ　
、５５ｙ、５５Ａを貼付して、ブリッジ回路を構成する
ことによりＹ軸まわりのトルクを検出するように構成す
るにの構成とすることにより、外輪部材４９゜５０を固
定して、中心部のフランジ５４にＸ、Ｙ軸に関するトル
ク（たおれ力）を加えるとダイヤフラム４８がたわむり
このたわみを各歪ゲージ５５１Ｚ、５５７５，５５　Ｃ
，５５ｄ、５５ｇ。

ｓｓｆ、５ｓｙ、ｓｓんで検出し、ブリッジ回路を介し
て出力を取り出すことにより、前述したように夫々独立
してＸ、Ｙ軸（α、β）に関するトルクを検出すること
ができる。

以上説明したように、本実施例によれば％　Ｘ　ＩＹ、
Ｚ軸方向の力成分及びｘ、ｙ、ｚ軸まわりのトルクを夫
々独立して検出することができるので、歪ゲージの出力
をそのまま各軸の駆動源の駆動回路の入力とすることが
でき、各軸方向の力成分や各軸周りのトルクを分離する
ための演算を不要とすることができ、ロボットの高速性
を損なうことなく、安価なロボットを実現することがで
きる。

また、本実施例によれば、各モジュールは、独立した構
成（力検出モジュール３０、γモジュール４１、αβモ
ジュール４５）であり、これらは単にねじにより連結さ
れているだけの構成であるため、例えば力検出モジュー
ル３０とαβモジュール４５のみを結合して、５自由度
の力検出装置とすることもでき、また力検出モジュール
３０とｒモジュール４１のみを結合して、４自由度の力
検出装置とすることもできるコすなわち、この構成とすることにより、通常、ロボット
は、６次元の力ベクトルの計測を必要とするものは少な
く、例えば直交座標型のロボットは３自由度であり、機
種や自由度に応じて必要な力成分だけを検出できるよう
に構成することにより、さらに低価格化を図ることがで
きる。

（Ｃ）６自由度アクチュエータ及び力センサコントロー
ラ２３の説明第６図は６自由度アクチュエータの分解構成図、第７図
は第４図構成の固定部の構成図、第８図は第６図構成の
可動部の構成図である。

図中、第１図及び第４図で示したものは同一の記号で示
してあり、９０αは固定部９０の箱体であり、底板９０
０と４つの側板９０１〜９０４とを有するもの、９３は
貫通穴であり、底板９００の中央に設けられ、可動部９
１の後述する一方の連結棒（力センサ５αと接続される
もの）が貫通するもの、９０αは一対のα軸永久磁石で
あり、側板９０２．９０４の内面に設けられ、α軸に対
する磁力を発生するもの、９０βは一対のβ軸永久磁石
であり、側板９０１，９０３の内面に設けられ、β軸に
対する磁力を発生するもの、９０γは一対のｒ軸永久磁
石であり、底板９００に穴９３を中心に９０°の角度を
もって４つ設けられ、Ｙ軸に対する磁力を発生するもの
である。９０ｂは固定部９０のカバ一部であり、上板９
０６を有するもの、９４は貫通穴であり、上板９０６の
中央に設けられ、可動部９１の後述する他方の連結棒（
ハンドと接続されるもの）が貫通するもの、９０Ｘは一
対のＸ軸永久磁石であり、上板９０６の穴９４を中心に
対称位置に設けられ、Ｙ軸に対する磁力を発生するもの
、９０Ｙは一対のＹ軸永久磁石であり、上板９０６の穴
９４を中心にＸ軸永久磁石９０Ｘと９０°離れた位置に
対称に設けられ、Ｙ軸に対する磁力を発生するものであ
るっ従って、固定部９０は箱体９０αとカバ、一部９０
ｂとで構成され、カバ一部９０ＡはＸ、Ｙ軸の磁力を発
生し、箱体９０αは底板９００でγ軸の磁力を、側板９
０１〜９０４でα、β軸の磁力を発生するよう構成され
ている０次に、可動部９１について説明する０第８図（Ａ）は第６図の可動部を下側から見た斜視図、
第８図（８）は第６図の可動部を上側から見た斜視図で
ある。可動部９１は立方体で構成され、上面９１０．下
面９１１及び４つの側面９１２〜９１５を有している０
９１ｒはｒ軸コイルであり、上面９１０の一方の連結棒
９２αを中心に９０゜づつ離れて４つ設けられるもの、
９１ＸはＸ軸コイルであり、下面９１１の他方の連結棒
９２ｂを中心として対称に一対設けられるもの、９１Ｙ
はＹ軸コイルであり、下面９１１の他方の連結棒９２ｂ
を中心としてＸ軸コイル９１Ｘに９０°ずれて対称に一
対設けられるもの、９１αはα軸コイルであり、側面９
１２，９１４に設けられるもの、９１βはβ軸コイルで
あり、側面９１１゜９１３に設けられるものである０従って可動部９１は上面９１０にγ軸コイル９１γが、
下面９１１にＸ軸及びＹ軸コイル９１Ｘ、９１Ｙか、側
面９１２，９１４にα軸コイル９１αが、側面９１１，
９１３にβ軸コイル９１βが設けられている。

可動部９１は第６図に示す様に固定部９０の箱板９０α
に、連結棒９２αが底板９００の貫通穴９３を貫通する
ように設けられ、且つカバ一部９０ｂが箱板９０αを覆
い且つ可動部９１の連結棒９２゜ｂが貫通穴９４を貫通
するように設けられる。こ・れによって、可動部９１の
γ軸コイル９１γは固定部９０αのｒ軸磁石９０ｒに、
同様にＸ軸コイル９１ＸはＸ軸磁石９０Ｘに、Ｙ軸コイ
ル９１ＹはＹ軸磁石９０Ｙに、α軸コイル９１αはα軸
磁石９０αに、β軸コイル９１βはβ軸磁石９０βに対
向することになる。従って、各軸のコイル９１γ〜９１
βに電流を流すと、電流の流された軸に対する力を発生
し、連結棒９２（Ｌ、９２ｂを介し力を出力する。

この場合、図で示す如くｚ・軸方向の力はα軸とβ軸の
力の合成で決定され、従ってｘ、ｙ、ｚ。

α、β、γの６自由度のアクチュエータを構成している
。

従って、第５図の力センサ部５のαβモジュール４５の
フランジ５４に可動部９１の連結棒９２αを連結し、力
センサ部５と接続することによって連結棒９２ｇを介し
力センサ部５の６軸方向に発生力を付与し、力センサ部
５ａの６軸方向の変位特性を制御できる。即ち、力セン
サ部５αのＸ。

Ｙ、α、β、γ軸の力検出信号で可動部９１のＸ。

Ｙ、α、β、ｒコイル９１Ｘ〜９１γを各々駆動するこ
と番こよって、力センサ部５の６軸方向の変位特性を制
御することができる。

第９図は第２図構成の力センサコントローラ２３の制御
ブロック図である。力センサコントローラ２３は力セン
サ部５の力計測値Ｆｘ、Ｆｙ。

Ｆα、Ｆβ、Ｆγ（各軸の変位に対応）に帰還ゲインｈ
４を乗じる乗算部１１０と、力計測値Ｆｇ〜Ｆγを微分
する微分器１１１と、微分器１１１の出力に帰還ゲイン
に５を乗じる乗算部１１２と各乗算部１１０及び１１２
の出力を負として加算する加算部１１３と、電流帰還型
パワーアンプで鰺虚吉引　力ｎ催顛１１つ小細１句”１
　＋ｅ＋　ｌｙ”中１φテＣ自由度アクチュエータ９の
可動部９１の各軸のコイル９１Ｘ〜９１γを駆動するパ
ワーアンプ１１４とで構成され゛ている。帰還ゲインに
４．に５は所望の動特性に応じてプロセッサ１７により
設定される。

尚、図ではアクチュエータ９の１軸分しか示していない
が、実際には５軸分別個に存在する。

従ってパワーアンプ１１４へ入力される制御人力Ｐは、
例えばＸ軸を見ると、となり、他の軸も同様である。

この力計測値Ｆ２−Ｆγは力センサ部５αの変位ｘ−ｒ
に比例するから、ＦＸ＝−ｆ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・α■とすれば、第α２式はｘｕｏｏ＝−（ｋ４り十Ａ　５−）、、−、、、、、、−
−−−・、　（１４）となる。

第（１４１式の微分項は、力センサ部５の変位の微分量
であるので、力センサ部５の粘性、即ち振動の減衰時定
数を制御することができ、負帰還すれば、振動の抑圧に
効果がある。

一方、第１式の直流項は、ハンド４が物品を把持した時
と把持しない時の質量変化により力センサの共振振動数
が変化するため、常時力センサ部５の動特性を同一に保
つのに加えられたものである０従って、直流項のに１が、ＡＩ）Ｏ，Ａ２）０負帰還で
あれば、力センサ部５αの変位Ｘをおさえる方向にアク
チュエータ９αの可動部９１のＸ軸フィル９１Ｘが駆動
され、逆にに１＜Ｏ，に２〉Ｏ１正帰還であれば、力セ
ンサ部５αの変位Ｘを増長する方向にアクチュエータ９
αの可動部９１のＸ軸コイル９１Ｘが駆動される。

即ち、第９図のαに示す、カセンサ部５自体の外力Ｆ−
変位Ｘの特性は、バネ定数Ｋｃをに、とじて、フックの
法則より、Ｆ＝ＫＯ＠Ｘ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・α場である。

従って、負帰還とすると、変位Ｘはおさえられるから、
結果的には、図のｂの如く、バネ定数Ｋｃを大とするい
わゆる固いバネ機構が実現でき、正帰還すると図のＣの
如くバネ定数ＫＯを小とするいわゆる柔いバネ機構が実
現できる。

即ち、バネ定数ＫＣを負帰還ではＫｏ＜Ｋｃ（ω、正ａ
ｍではＯ＜　Ｋ　Ｏ＜　Ｋ　ａの範囲で可変とできるりこのことは帰還ゲインｈｘ、ｉｃｚ番変えることによっ
て、力センサ５αのバネ定数Ｋｃ及び粘性制動係数を自
由に変更でき、力センサ５αの硬さ及び粘性を変化する
ことができる。従って、第（１９式で説明したスティフ
ネスＫｃを０＜Ｋｃ＜＝ｏで安定に変化することができ
る。

例えば、ロボットに用いれば、ｈｌ〉０．に２〉０とす
ることによって始動時、移動中停止時の力センサ部５の
振動を抑圧し、−万物体にハンド４が接触した時には、
ｋｌ、ん２を小又は零として、力センサ部５の変位によ
る相対位置ずれ吸収を行なわしめることができる。更に
ｋｌ＜Ｏ。

ｋ２中Ｏとすれば極めて柔いバネ機構となり、外力検出
分解能が向上する。

このことを利用して、ハンド４が物体を持った時と持た
ないフリーの時のハンド４の姿勢を一定に保つことがで
き（力センサ自身が動補正能力を持っている。）、特に
重力の影響の大きい垂直多関節型ロボットに有効である
。同様に作業対象物体の固さに応じて検出感度を変える
こともでき、更にハンド４の把持した物体の重さζζ応
じても検出感度を変えるということもできる。

一方、微分項により粘性が可変であるので外力変化のダ
ンピング環として働き、一層振動の抑制の効力を増加さ
せるとともに物体への衝突時にも同様に振動抑制の効力
を増加させる。即ち、力センサを油ずけに（オイルダン
パ）したのと同様の特性を電気的に変えられる。

このアクチュエータ９では、力センサ部５の６軸分の変
位特性をこのように制御できるので、全ての方向の変位
特性（振動特性）を制御できる。

従って、ロボットの持つ自由度や応答速度の制約から一
部の軸の振動抑制ができず、全体として力センサ部５α
の振動を抑制することができないという事態を防げる。

（ＩＯ１′）一実施例の動作の説明第１１図は本発明の一実施例動作説明図であり、第２図
における物品（丸棒）６を物体７の穴７αにはめ込む作
業例について説明したものである。

■　先づ、プロセッサ１７は、動作に先立ち、力制御部
２０の力指令発生回路２ｏαに各軸の不感帯幅Ｗ　ｘ　
、　Ｗ　ｙ　、　Ｗ　ｚ、帰還ゲインαｘ、（Ｉｙ。

α２をセットし、次に力センサコントローラ２３に帰還
ゲインに４．１５をセットする。例えば、振動抑圧のた
めにはに４＞Ｏ、Ａ５）Ｏをセットする。

■　次にプロセッサ１７は、ハンド４に丸棒６を把持せ
しめるため、丸棒６の位置に応じた軌跡指令を位置制御
部１２へ与え、位置制御部１８はメモリ１６に格納され
た軌跡指令に基いた変位又は速度指令に対応する周波数
の指令パルスＰＰを出力する。これは正方向ならＵＰ、
負方向ならＤＯＷＮのパルスを出力し、これはオア回路
２１０又は２１１を介しサーボ回路２１２へ与えられ、
サーボ回路２１２はこれに応じて動作軸のモータを制御
し、アーム３を左右動（Ｘ方向）、前後動（Ｙ方向）上
下動（２方向）に駆動し、ハンド４を指令軌跡に沿って
移動せしめ、丸棒６の位置に位置決めし、ハンド開閉部
２２を介しハンド４に丸棒６を把持せしめる。丸棒６を
把持する力センサ５より質量変化に応じた力計測値ＦＪ
−ＦＴが出力され、プロセッサ】７はバス２４を介しこ
れを検出し、ハンド４の姿勢を一定にすべく、力センサ
コントローラ２３の帰還ゲインに４．に５を更に大とし
、アクチュエータ９により力センサ５の丸棒６の把持に
よる変位を小きする０これによって丸棒６を把持して質
量変化があっても、力センサ５の振動は抑圧される。

一方、この移動中及び把持動作中に力センサ５が振動し
て力計測値が出力されても、力制御部２０の力指令発生
回路２０αの不感帯部２０４Ｘ〜２０４ｚにより力指令
ＰＦ３：〜ＰＦＺは発生しない。

即ち、この不感帯部２０４Ｘ〜２０４ｚは力計測値Ｆｘ
−Ｆｚに対し非線形要素を通した信号のフィードバック
を行なうものであり、入力の絶対値が不感帯幅設定値Ｗ
より小さい時は出力をゼロとする。一方、入力の絶対値
が不感帯幅設定値Ｗより大きい時は、入力が正値の時は、（入力−不感帯幅設定値）を出力と
し、入力が負値の時は、（入力子不感帯幅設定値）を出力と
する。

この不感帯部２０４Ｘ〜２０４ｚの存在によってハンド
４が空中に浮いた状態で、その場所に止めておきたい時
に力センサ５の力計測値にオフセット変動があると、そ
れにより、ハンド４の位置がドリフトすることがあるが
、不感帯幅より小さなオフセット変動に対しては、不感
になり、ドリフト現象が生じない。

■　次にプロセッサ１７は、ハンド４が丸棒６を把持し
たことにより、物体７への位置決めを行うべく、物体７
までの軌跡指令をメモリ１６より読出し、ステップ■と
同様に位置制御部１８へ軌跡指令を発する。これによっ
て、先づハンド４は丸棒６を把持して、はめ合い作業可
能な物体７の近傍に位置決めされる。

■　プロセッサ１７は、外力適応制御を行なうべく、力
センサコントローラ２３の帰還ゲインｈ４゜ｈ５を小又
は零とし、メモリ１６の軌跡指令に従って位置制御部１
８を介しハンド４を物体７の穴７α方向に接近させる。

この時、ハンド４には外部から何等力を付与されていな
いので、力制御部２２からは指令出力パルスが生じない
。従って、ロボットは位置制御のみに行なわれる。

■　次に、第４図（５）の如く、丸棒６が部材７の穴７
αに係合しつつある時に、即ち、−Ｙ方向（ＹＤＯＷＮ
方向）、−２方向に駆動されている時に丸棒６の先端が
穴７αのテーパ面７０に接触したとする。この時、末だ
プログラムされたＹ、、Ｚ方向の指令位置に達していな
いとすると、第４図０３）の如くアーム３のみ−Ｙ、−
Ｚ方向に移動し、丸棒６は穴７αのテーパ面７０により
−Ｙ　、　−Ｚ方向に移動しない。この誤差は、ロボッ
トの制御系又は機械系の゛偏差又は部材の位置精度によ
って生ずる。第４図０３）の動作によって力センサ５が
歪み、力センサ５の歪ゲージより力計測値＋Ｆｙ、＋Ｆ
Ｚが発生し、力制御部２０に入力される。力指令発生回
路２０αでは力計測値＋Ｆｙ、＋Ｆｚが不感帯幅ｗｙ、
ｗｚを越えると、力指令＋ＰＦｙ、＋ＰＦＺを出力する
。

これによってパルス指令発生回路２００．２０ｄより力
指令ＰＦｙ、ＰＦＺの大きさに応じた周波数の指令パル
スがＵＰ方向（第４図（勾では位置制御部１８の指令パ
ルスｖｙ　、ｖｚによりＤＯＷＮ方向に移動しているの
で）パルスとして駆動回路２１ｂ、２１Ｃのオア回路に
与えられ、サーボ回路２１２ｂ、２１２ｔ”にＵＰ方向
の指令を与える。

これにより第４図（Ｑの如く、アーム４は＋Ｙ、＋　　
　゛２方向のＵＰ方向に強制的に力が付与され、丸棒６
とテーパ面７０の接触力が解除される様に動作する。即
ち、サーボ回路２１２ｂ、２１２ｔ”では位置制御回路
１８からのＤＯＷＮパルス■ｙ。

ＶＺから力制御部２０からのＵＰパルスを差引いた分Ｕ
ｐ方向へアーム３を駆動する様Ｙ軸、２軸モータを制御
する。

この様にして、位置制御では不可能な力の制御を自律的
に行なうことにより、穴７αの左側面に沿って丸棒６を
円滑に挿入することができる。即ち、穴７ａの左側面に
所定の接触力を付与して丸棒６を挿入できるのでハメ合
せ公差がわずかでも正しく位置合せ動作ができる。

このことは前述のハメ合せ動作に限らず、部材７の壁面
に物品６を嵌合せしめる時にも部材７と物品６とを製品
を傷つけない程度の接触力で位置制御できるので、密着
に近い嵌合が可能となる０このようにして、力センサ５
の出力と移動指令との合成による移動制御によって自律
的に円滑に外力適応制御に移行することになる。

又、力センサ５の動特性をアクチュエータ９によって制
御しているので、力センサ５が位置制御中は高剛性とな
るから高速移動ができ、一方外力適応制御が必要となる
と、力センサ５に所望の力検出能力を与えることができ
、外力適応制御を円滑に可能とする。

更に、ゲインαを無限大、不感帯幅を零とすると、人間
がハンド４を手に持って外力によってハンド４を移動で
き、ダイレクトティーチが容易となる。又、ゲインαを
無限大とし、不感帯幅を適切な値にセットすれば外力の
みによる力制御モードが実行できる。更に、ゲインαを
零、不感帯幅も零とすると外力によらず、全くの位置制
御モードとなり、前述の外力適応制御の外にこれらを選
択的に実行できる。

（＝）力検出装置及びアクチュエータの他の実施例の説
明第１２図は力センサ部の他の実施例の構成図である。図
中、第４図及び第５図で示したものと同一のものは同一
の記号で示しである。

図において、第５図の構成と異なる点は、角棒口の先端
に角穴ｄ　、　ｄ’を設け、ｚ軸方向に変位する平行板
ばね体ｄ　ｔ、　ｄ　ｔ’を構成し、角棒口を支持する
支持体を延長した支持体３１ｂとし、更に、歪ゲージ４
０！Ｉ、４０ル、４．ｏｉ、４ｏｊ、４゜Ａ　、４０ｔ
、４０ｍ、４０ル＊４００１４０Ｐを設けた点にあり、
同一部分には同一番号を付すこと番こより説明を省略す
る。また、説明の都合上、歪ゲージ４０Ｃ，４０ｄの図
示は省略しているが、実際には、２軸方向の力を検出す
るために設ける必要がある。

この構成とすることにより、ｒモジュール４１゜αβモ
ジュール４５を必要とせずに、ｘ、ｙ、β軸まわりのト
ルク（α、β、ｒ軸）を独立に検出することが可能とな
る。

すなわち、角棒イの平行板ばね体α１．α１に穴３７を
中心点として中心点対象位置で、且つ同一面側に歪ゲー
ジ４０α、４（１，４０，９’、４０んを貼付し、ブリ
ッジ回路を構成することにより、β軸回りのｒ軸のトル
クを独立して検出することができる。

さらに、角棒口の平行板ばね体ｃｔ１．ｒｔ１’に穴３
７を中心点として中心点対象位置で、且つ同一面側に歪
ゲージ４０に、４０ｔ、４０ｍ、４０ルを貼付し、ブリ
ッジ回路を構成することにより、前述と同様にしてＹ軸
まわりβ軸のトルクを独立して検出することができる。

さらに、角棒イの平行板はね体ｃ　１　、　ｃ　１’に
穴３７を中心点として中心点対象位置で、且つ同一面側
に歪ゲージ４００，４０（Ｌ、４００．４０ｐを貼付し
、ブリッジ回路を構成することにより、前述と同様にし
てＸ軸まわりのα軸のトルクを独立して検出することが
できる。

以上説明した構成とすることにより、十字状の角棒に平
行板ばね体を構成し、これに歪ゲージを貼付するだけの
構成でｘ、ｙ、ｚ軸方向の力成分及び各軸周りのトルク
を独立して検出することができ、αβモジュール、ｒモ
ジュール等を不要とすることができ、単に歪ゲージから
の出力を選択するのみで、各種の自由度に対処できる力
検出装置とすることができる。

第６図乃至第８図の６自由度アクチュエータ９αは可動
部９１にコイルを有するムービングコイル型アクチュエ
ータであるが、この関係を逆にし、可動部９１に永久磁
石、固定部９０にコイルを設けたムービングマグネット
型アクチュエータで構成してもよい。

（イ）他の実施例の説明第１３図は本発明の他の実施例の説明図であり、多関節
型ロボットに適用した例である。

図中、第２図及び第３図で示したものと同一のものは同
一の記号で示してあり、１ｃＬはベース、１ｂ〜１ｆは
アームであり、図示の如くノ１ンド４を６軸Ｑ１〜Ｑ６
に駆動する周知の６軸多関節ロボットである。８０は座
標変換部であり、力センサ５の力計測値Ｆｓ：′〜Ｆγ
′を各軸の位置Ｑ１〜Ｑ６に基いて絶対座標系のＦＺ−
Ｆｒに変換するものである。この実施例では合成駆動部
２１に座標変換機能を持たせることによって制御部８の
他の構成を変更しないで回転座標系の多関節ロボットを
同様に制御するようにしている０即ち、合成駆動部２１のオア回路にｘ、ｙ、ｚ軸からＱ
１〜Ｑ６軸への変換回路を設け、Ｑ１〜Ｑ６軸のサーボ
回路を更に設けることによって実現できる。

このような垂直多関節型ロボットにおいては、把持物重
量の変化による、力センサの変位量を補正しなければ正
確な姿勢制御かできないといった問題があるか、本発明
を用いることによって力センサの重力補正機能によりハ
ンド４の姿勢制御が正確に実行できる。

又、他のスカラー型ロボットにも同様に適用でき、直交
ロボットであっても３軸に限らず、何輪であってもよい
。前述の実施例では、軌跡指令として周波数が速度を示
し、パルス数が変位を示すパルス指令を用いており、こ
れに対応して力指令もパルスで出力しているが、アナロ
グ又はデジタルの変位指令（位置指令）又は速度指令で
あってもよく、更に力指令と変位指令との合成をとって
もよく、力指令と速度指令との合成をとってもよい０以上本発明を一実施例により説明したが、本発明は本発
明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこ
れらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、外力適応制御に自
律的に移行できるので、切替えが必要なく動作が不連続
とならないという効果を奏し、従って、従来の位置制御
／力制御切換方式で問題となる接触直後に急激な力が付
与されることもなく円滑な外力適応制御ができる。

又、力センサの動特性を制御することによって、位置制
御時には適切な剛性が与えられるから、高速駆動が可能
となるという効果を奏する他に係る外力適応制御を安定
に行なうこともできるという効果を奏し、係る移動制御
の知能化に貢献するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の一実施例全体構成図、第３図は第２図
構成の力制御部及び合成駆動部の構成図、第４図は第２図構成の力検出装置及びアクチュエータの
構成図、第５図は第４図構成の力センサ部の分解構成図、第６図
は第４図構成のアクチュエータの分解構成図、第７図は第６図構成の固定部の構成図、第８図は第６図
構成の可動部の構成図、第９図は第２図構成の力センサ
コントローラの制御ブロック図、第１０図は力センサ部の変位特性図、第１１図は本発明の一実施例の動作説明図、第１２図は
力センサ部の他の実施例の構成図、第１３図は本発明の
他の実施例の説明図である。図中、４・・・移動体（ハンド）５・・・力センサ（力検出手段）ＭＴ・・・移動手段８・・・制御部９・・・アクチュエータ。箪１図（Ｂ）２７７杖出駿置反ひ゛アク今ユエータの構成図力授此装置
の構成口 □−一第６図第９図力センサ（市の麦ＩｆＬ、ｎ　’Ｉ生図第１０図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】移動体を移動する移動手段と、該移動体に加わる外力により変位して該外力を検出する
力検出手段と、該外力検出手段の出力に基いて該力検出手段の動特性を
制御するためのアクチュエータと、該外力検出出力に基
づく力指令と移動指令との合成に基いて該移動手段を移
動制御する制御手段とを有することを特徴とする移動体
制御装置。