JPS632682A - ロボツトの制御方式 - Google Patents

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 発明が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 （ａ）一実施例の説明（第２図） （ｂ）他の実施例の説明 発明の効果 〔概要〕 複数の駆動部とこれを制御する制御部とを有するロボッ
トの制御方式において、少なくとも一の駆動部を指令値
に従って能動的に動作させ且つ他の駆動部を外力に従っ
て受動的に動作させることによって、拘束条件下での作
業を容易に且つ高速に行わせるものである。

（産業上の利用分野〕 本発明は、ロボットの各動作軸の駆動部の動作モードを
変更することによって、拘束条件下での作業を容易且つ
高速に行うようにしたロボットの制御方式に関する。

ロボットは、各種作業の自動化のため広く利用されてい
る。

このようなロボットは、主として物体のピンクアンドプ
レース作業や塗装、溶接等の非接触で行う作業等の比較
的筒車な作業に用いられている。

−方、各種分野での自動化の要請に従い、戸棚の開は閉
め、箱の蓋の開閉といったような複雑な作業を実行する
能力がロボットに要求されるようになっている。

これらの複雑な作業は、−般に対象物体からの拘束され
た状態で行われることが多く、ロボットの作業性能を高
めるには拘束条件下において容易に且つ高速にロボット
をｔｔ＋ＩＩ　ｊ７Ｊすることが求められている。

〔従来の技術〕 例えば、第３図に示す６自由度の多関節ロボット１にお
いては、ベースＢＳに対し回転ベースＡＲ１、アームＡ
Ｒ２、ＡＲ３、ＡＲ４が設けられ、アームＡＲ４にハン
ドＨＤが設けられている。

この多関節ロボットは、回転ベースＡＲ１は動作軸１ａ
によってベースＢＳに回動され、アームＡＲ２は動作軸
１ｂによって回転ベースＡＲＩに対し回動され、アーム
ＡＲ３は、更に２つのアーム部ＡＲ３１，ＡＲ３２より
成り、アーム部ＡＲ３１は動作軸１ｃによってアームＡ
Ｒ２に対し回動され、アーム部ＡＲ３２は動作軸１ｄに
よってアーム部ＡＲ３１に対して回動され、アームＡＲ
４は動作軸１ｅによってアームＡＲ３に対し回動され、
ハンドＨＤはアームＡＲ４に対し動作軸ｌｆによって回
動され、結局６つの動作軸１３〜１７ｆを有する６自由
度のロボットである。

このようなロボ７）では、第４図に示す如く各動作軸１
ａ〜１ｒを駆動する駆動部２ａ〜２ｒが設け−られてお
り、各駆動部２ａ〜２ｆはアクチュエータとしてのモー
タ２０ａ〜２０１と、位置センサ２１ａ〜２１ｆを有し
ている。

これらの駆動部２ａ〜２ｆを制御するため制御部３が設
けられ、制御部３は、与えられた指令値θＡ〜θＦに各
位置センサ２１ａ〜２１ｆの出力θａ〜θｆが追従する
ように（駆動軸１ａ〜１ｒを回転するように）各モータ
２０ａ〜２０ｒを電流１ａｘｉｆで駆動制御するサーボ
制御回路３ａ〜３ｆと、与えられた目標値×６に対し各
駆動部２３〜２ｒの指令値θ八〜θＦを作成し、各サー
ボ制御回路３ａ〜３ｆに与える計算機３０とを含んでい
る。

従って、ロボットの先端目標値Ｘ０を計算機３０に与え
ることによって各軸の指令値θＡ〜θＦが発生し、この
θＡ〜θＦを各軸のサーボ制御回路３３〜３「に与えて
、駆動部２ａ〜２ｆのモータ２０ａ〜２０ｆをサーボ制
御して、ロボットの先端（ハンドＨＤ）を目標値Ｘ、に
位置付ける。

このようなロボットの制御方式においては、各軸の駆動
部２ａ〜２ｒを指令値θＡ〜θＦに従って能動動作する
ように制御することによって、ロボットの先端を目標位
置に位置付けるようにするものであった。

係るロボットの作業としては、拘束を受けない、例えば
空中移動の作業の他に、拘束を受ける作業がある。

例えば、第５図に示す支点ｓｐを中心に回転するドアＤ
ＲをＡからＢまで移動してドアＤＲを開放する作業を考
えてみると、先づハンドＨＤをＡ点まで移動し、次にハ
ンドＨＤでドアＤＲの把手をつかみ、ハンドＨＤをＢ点
まで移動する動作を行う必要がある。

この時、ハンドＨＤをＡ点まで移動する際は、何等拘束
を受けないので、前述の位置制御を行い各動作軸を能動
動作させることによって高速移動できるが、ハンドＨＤ
でドアＤＲをＡ点からＢ点に移動させるには、ドアＤＲ
は支点ｓｐを中心に回動するので、ロボットの動作はド
アＤＲから拘束を受け、従って、この拘束条件を満足す
るようにハンドＨＤの径路を規■１する必要がある。

即ち、ドアＤＲの支点ｓｐを中心とする動作径路に沿っ
てハンドＨＤが軌跡を描くよう各軸の指令値を与える必
要がある。

このためには、従来の制御方式においては、ドアＤＲの
Ａ点からＢ点への途中の径路の各点Ｐ０、Ｐ、・・・・
・・Ｐ７から目標値Ｘ０を求め、目標値Ｘ０から各軸（
この例では軸１ｂ、ＩＣ１１６）の指令値θＡ〜θＦを
計算機３０が計算し、各軸のサーボ制御回路３３〜３ｒ
に与えることによって、ハンドυＤを径路Ｐ、　、Ｐ、
−・−・Ｐｎに移動し、ドアＤＲを開放する作業を行わ
しめていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような従来の制御方式では、各点Ｐａ　
、Ｐ＋・−・−・Ｐｎの点間距離が大であると、指令値
に従う能動動作で移動するアームＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ
４によるハンドＨＤの動作軌跡と、実際に沿わせたい軌
跡との差が大きくなり、動作中に拘束条件を満足できな
くなるため、指令する点列Ｐｎの数ｎを多くとる必要が
あり、点Ａから点Ｂの距離が大となる程この数ｎも大と
なる。

この点列Ｐｎは、現在値から次に指令すべき位置Ｐｉの
座標Ｘ０を求めＸｏからθへ〜θＦを求めるため、点列
Ｐｎに対する指令値の演算に時間を要し、結局拘束状態
での作業速度が極めて遅くなるという問題があった。

このような拘束作業を円滑に、行うため、ハンドＨＤに
力センサを用い、力センサの出力を用いて位Ｉｎ正しな
から各軸を制御することが提案されているが、これによ
れば必要な点列の数を小とできる反面、力センサの出力
をハンドＨＤの姿勢に応じて各軸成分に分解する？！［
な信号処理が必要となり、これによっても拘束状態での
作業速度を高速化することが困難という問題があった。

従って、本発明は、拘束条件下の作業を容易に且つ高速
に行うことのできるロボットの制御方式を提供すること
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る。

図中、第４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、３Ａ〜３Ｆはモード変換型制御回路であり
、対応する駆動部２３〜２「を指令値θＡ〜θＦに従っ
て駆動制御する能動制御モードと、駆動部２ａ〜２ｆを
、対応する駆動軸に働く外力に追従して駆動部２ａ〜２
ｒが動作するように駆動制御する受動制御モードの両方
が選択的に実行できるものであり、この例では計算［３
０のモード選択指示５Ａ−３Ｆによっていずれかを選択
実行するものである。

即ち、制御部３は、駆動部２ａ〜２ｒを能動制御モード
か受動制御モードかを選択して制御しうるように構成さ
れている。

そして、制御部３は、必ずしも全ての駆動部２ａ〜２ｒ
を再制御モードのいずれかを選択して制御する様に構成
する必要はなく、−部の駆動部を再制御モードのいずれ
かを選択できるようにし、他の駆動部は能動制御モード
のみ可能であってもよい。

〔作用〕

本発明は、従来と同様に全ての駆動部２ａ〜２ｆを能動
制御モードで制御できるとともに、−部又はすべての駆
動部を受動制御モードで制御できるようにしている。

この受動制御モードは駆動部に加わる外力に追従して駆
動部が受動的に動く制御モードである。

従来の制御方式では、すべての駆動部（駆動軸）を拘束
されていない空中移動時と同様に、拘束されている時も
指令値通りに能動的に制御する点に、拘束条件下での作
業を難しくしている本質がある。

そこで、本発明では、拘束条件下では、ある駆動部（軸
）を能動制御し、他の駆動部（軸）を受動制御すること
により、能動動作する駆動軸を動作させたときに受動制
御された駆動部が拘束条件を自動的に満たすようにして
、拘束条件下での作業を容易且つ高速に実行できる。

〔実施例〕

（ａ）一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例構成図であり、１軸分のモー
ド変換型請訓回路の詳細を示している。

図中、第１図及び第４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、３Ｉは指令値バッファであり、
計算機３０からの指令値θＡを格納しておくもの、３２
は現在値バッファ　（カウンタ）であり、駆動部２ａの
位置センサ２１ａの出力θａによって現在値を得て、こ
れを格納しておくもの、３３は選択回路であり、計算機
３０からのモード選択信号ＳＡに応じて指令値バッファ
３１の内容θＡ又は現在値バッファ３２の内容θａのい
ずれかを選択出力するもの、３４は差回路であり、選択
回路３３０選択出力（θＡ又はθａ）と現在値バッファ
３２の内容θａとの差をとりエラー〇〇を出力するもの
、３５はサーボ制御回路であり、エラーθｅの大きさに
対応した制御電流ｉをモータ２０ａに与えるものである
。

次に、第２図構成の動作について説明する。

計算機３０が、選択回路３３を能動制御モードに選択信
号ＳＡによって選択すると、選択回路３３は指令値バッ
ファ３１の内容０人を差回路３４に出力する。

従って、差回路３４は指令値バッフ１３１の内容θＡと
現在値バッファ３２の内容θａの差をとりエラー〇〇を
出力し、サーボ制御Ｊ回路３５に与えて、制御回路３５
はエラーθｅが零になるようにモータ２０ａに電流を流
す。

このため、指令値θＡに従うてモータ２０ａが駆動制御
される通常のサーボ制御、即ち能動制御となる。

一方、計算機３０が、選択回路３３を受動制御モードに
選択信号ＳＡによって選択すると、選択回路３３は現在
値バッファ３２の内容θａを差回路３４に出力する。

従って、差回路３４は、現在値バッファ３２の内容同志
の差をとるので、エラー〇〇は零となり、モータ２０ａ
にはサーボ制御回路３５から位置に無関係な一定の電流
が流される。この−定の電流は単にアーム自重等に対し
てモータ２０ａの回転位置を保持しておくだけなので、
対応する駆動軸に外力が加わったときは、駆動軸及びモ
ータ２０ａは外力に追従して回転する。

即ち、受動制御となる。

第２図の実施例では、選択回路３３の出力内容を切換え
ることにより、容易に能動制御モードと受動制御モード
を切換えて行うことができる。

次に、具体的作業例を第３図のロボットによる第５図の
ドアＤＲの開閉作業を例に説明する。

第５図のドアＤＲの開閉は２次元平面内で行われるとす
れば、ロボットは３自由度以上（即ち、３動作軸１ｂ、
ＩＣ１１６）あれば、平面内の任意の位１で任意の姿勢
をとることができる。この２次元平面内で考えるという
ことは、既に３自由度が拘束されているとみなせる。

又、４自由度のロボットは既に２自由度拘束されている
ものと考えることもできる。

先づ、制御部３は、動作軸１ｂ、ＩＣ２１ｅ（即ち、モ
ータ２０ｂ、２０ｃ、２０ｅ）を前述の能動制御して、
ハンドＨＤをドアＤＲの把手の位置のＡ点に位置付ける
。この場合には何等拘束を受けないため、能動制御によ
って高速に空中移動できる。

次に、ハンドＨＤによってドアＤＲの把手を把持せしめ
る。

これによってロボットは拘束条件下に置かれる。

このドアＤＲを開ける動作の拘束条件は、ドアＤＲの長
さが一定であること、ドアＤＲの把手はドアＤＲに対し
一定角度にあること（即ち、ハンドＨＤもドアＤＲに対
し一定角度にあること）の２つが考えられる。

この拘束条件下での作業においては、動作軸ｌｂ、ｌｃ
、ｌｅ　　（モータ２０ｂ、２０ｃ、２０６）のいずれ
か１軸を能動制御し、他の２軸を受動制御する。

例えば、動作軸１ｂを能動制御し、動作軸ＩＣ１１ｅを
従動制御すると、動作軸１ｂの能動制御によって、他の
動作軸１ｃ、ｌｅは拘束条件を満たすような外力が付与
される。

従って、動作軸１ｃ、ｌｅはこの外力に追従して受動動
作することになり、第５図の如く、動作軸１ｂの能動制
御によって、円滑にドアＤＲをＡ点からＢ点へ移動させ
ることが可能となる。

これを第２図で説明すると、点Ａから点Ｂ上の点Ｐ、　
、Ｐ、−・−・−・Ｐｎの位置から目標値Ｘ０を求め、
計算ａ３０が制御回路３Ｂを能動制御モードに、制御回
路３Ｃ１３Ｄ、３Ｅを受動制御モードに選択し、制御回
路３Ｂに指令値θＢを与えればよいことになる。この指
令値θＢは手先の軌跡から求めればよく、この計算は位
置制御の場合と同様である。

又、点列Ｐ＋　、Ｐｚ・−・−・−Ｐｎの数ｎを少なく
しても、結局受動制御される駆動部（軸）Ｉｃ、１ｅが
拘束条件を満たすよう動作するので、円滑に且つ高速動
作できる。

更に、計算機３０に与えるハンド位置の軌跡がドアＤＲ
動作軌跡とずれているとしても、その誤差に受動軸１ｃ
、１ｅの受動動作によって吸収される。従って、ドアＤ
Ｒの開放のための移動途中の指令値が正値でなくても、
係る拘束作業が円滑に行われる。

このようにして、本発明では、拘束条件の数に応じて能
動制御される軸を変えているので、能動制御される軸に
は拘束条件がないかの如く高速制御できる。

一般的に示せば、拘束条件の数をｌとし、ロボットの自
由度（駆動部）をｎとすると、（ｎ　−１）個の駆動部
を能動制御し、残りの駆動部を受動制御すればよいこと
になる。

（ｂ）他の実施例の説明 上述の実施例では、制御部３を計算機３０と各軸（駆動
部）の制御回路３八〜３Ｆで構成しているが、制御回路
３Ａ〜３Ｆの機能を計算機３０で実現してもよい。

又、全ての駆動部が能動制御モードと受動制御モードの
両方のいずれかで制御される必要はなく、必要な駆動部
のみ能動制御モードと受動制御モードとの両方のいずれ
かで制御されるようにし、他は能動制御モードのみで制
御されるようにしてもよい、更に対象とするロボットも
第３図の多関節型のものに限らず、スカラー（水平多関
節）型、直交型と周知の多軸ロボットであればよく、拘
束作業のドアの開閉に限らず、他のものにも適用できる
。

以上本発明を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、拘束条件下での作
業を行うに際し、全ての駆動部（軸）を能動制御するの
ではなく、−部の駆動部（軸）を受動制御するから、拘
束条件下での作業を容易に且つ高速に実行できると言う
効果を奏し、ロボットの作業性能を向上することができ
る。

【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構成図、 第３図はロボットの説明図、 第４図は従来技術の説明図、 第５図は作業動作の説明図である。 図中、２ａ〜２ｆ−・−−一−−−駆動部、３〜・・・
−・−−−−−・・・・・・−・・−・−制御部、３Ａ
〜３Ｆ・・−・−・モード変換型制御回路、３０−−−
−−−−・−・・・−・−・計算機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の動作軸の各々を駆動する複数の駆動部（２ａ〜２
   ｆ）と、 該複数の駆動部（２ａ〜２ｆ）の各々を制御する制御部
   （３）とを含み、 該制御部（３）が該複数の駆動部（２ａ〜２ｆ）を制御
   して、所望の作業を実行するロボットの制御方式におい
   て、 該制御部（３）は、 該駆動部（２ａ〜２ｆ）を指令値に従って駆動制御する
   能動制御モードと、該駆動部（２ａ〜２ｆ）に対応する
   駆動軸に加わる外力に追従して該駆動部が動作する受動
   制御モードとを実行しうるように構成し、 少なくとも一の駆動部を能動的に動作させ且つ他の駆動
   部を受動的に動作させることを 特徴とするロボットの制御方式。