JPS63278778A - 直接教示装置 - Google Patents
直接教示装置Info
- Publication number
- JPS63278778A JPS63278778A JP10898087A JP10898087A JPS63278778A JP S63278778 A JPS63278778 A JP S63278778A JP 10898087 A JP10898087 A JP 10898087A JP 10898087 A JP10898087 A JP 10898087A JP S63278778 A JPS63278778 A JP S63278778A
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- Japan
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
この発明は、手先にかかる力を検出する知覚センサをも
つ多関節型ロボットの直接教示装置において、手先にか
かる力の方向に当該手先を移動させる際に、手先の動き
に過敏に応答しすぎたり、発振したりして教示者に違和
感を与えてしまう問題を解決するため、知覚センサが検
出した微小な力に応答して手先が動かない不感帯を設け
ると共に、ゲイン、粘性減衰係数、および固有振動係数
によって決定される2次の振動系の応答を与えて手先を
移動させることにより、手先の動きに遊びを持たせると
共に、動きを軟らかくなどして教示者に使い易いものに
している。
つ多関節型ロボットの直接教示装置において、手先にか
かる力の方向に当該手先を移動させる際に、手先の動き
に過敏に応答しすぎたり、発振したりして教示者に違和
感を与えてしまう問題を解決するため、知覚センサが検
出した微小な力に応答して手先が動かない不感帯を設け
ると共に、ゲイン、粘性減衰係数、および固有振動係数
によって決定される2次の振動系の応答を与えて手先を
移動させることにより、手先の動きに遊びを持たせると
共に、動きを軟らかくなどして教示者に使い易いものに
している。
本発明は、手先に加える微小な力によって当該手先が動
かない不感帯を設けると共に、2次の振動系の応答を与
えて手先を移動させるよう構成した直接教示装置に間す
るものである。
かない不感帯を設けると共に、2次の振動系の応答を与
えて手先を移動させるよう構成した直接教示装置に間す
るものである。
ロボットによって精密組み立てや精密はめ合い作業を行
わせる際に、経由点設定などの軌道計画は、ティーチン
グボックスを用いて遠隔操作して行っている。しかし、
組み立て部品相互が接触する場合や、狭い場所を移動さ
せる場合、慎重に操・作しないと、衝突させて部品、環
境やロボットを破壊してしまう恐れがある。このため、
ロボットの手先に加わる力(引っ張る力)を検出し、力
のかかる方向に手先を移動させるカフィードバック制御
を行うことによって、作業者が手先を持って直接、経由
点を教示できる装置が提案されている。
わせる際に、経由点設定などの軌道計画は、ティーチン
グボックスを用いて遠隔操作して行っている。しかし、
組み立て部品相互が接触する場合や、狭い場所を移動さ
せる場合、慎重に操・作しないと、衝突させて部品、環
境やロボットを破壊してしまう恐れがある。このため、
ロボットの手先に加わる力(引っ張る力)を検出し、力
のかかる方向に手先を移動させるカフィードバック制御
を行うことによって、作業者が手先を持って直接、経由
点を教示できる装置が提案されている。
従来、この場合に、知覚センサによって検出された信号
をローパスフィルタによって高周波ノイズをカントした
力情報に対してゲインを掛けて手先を移動させる速度指
令あるいは位置指令を生成し、これをサーボ系に足しこ
んで手先の移動制御を行っていた。
をローパスフィルタによって高周波ノイズをカントした
力情報に対してゲインを掛けて手先を移動させる速度指
令あるいは位置指令を生成し、これをサーボ系に足しこ
んで手先の移動制御を行っていた。
このため、知覚センサによって検出された力信号の急激
な変化がそのままサーボ系に入力され、作業者が手先を
持って直接教示を行う際、当該手先が敏感に反応して動
き過ぎ、作業者に違和感や恐怖感を与える恐れが生じる
という問題点がある。
な変化がそのままサーボ系に入力され、作業者が手先を
持って直接教示を行う際、当該手先が敏感に反応して動
き過ぎ、作業者に違和感や恐怖感を与える恐れが生じる
という問題点がある。
また、サーボ系が発振したりする問題点もある。
本発明は、前記問題点を解決するため、知覚センサ1を
用いて検出した力が予め任意に設定し得る不感帯内に存
在する場合に手先を移動させないようにする可変不感帯
処理部6と、この可変不感帯処理部6によって処理され
た結果に対して予め任意に設定したゲイン、粘性減衰係
数、および固有振動係数によって決定される2次の振動
系の応答を与えて速度指令を生成する2次可変応答特性
処理部7とを設け、この2次可変応答特性処理部7によ
って生成された速度指令に対応してロボットの手先を移
動させるようにしている。
用いて検出した力が予め任意に設定し得る不感帯内に存
在する場合に手先を移動させないようにする可変不感帯
処理部6と、この可変不感帯処理部6によって処理され
た結果に対して予め任意に設定したゲイン、粘性減衰係
数、および固有振動係数によって決定される2次の振動
系の応答を与えて速度指令を生成する2次可変応答特性
処理部7とを設け、この2次可変応答特性処理部7によ
って生成された速度指令に対応してロボットの手先を移
動させるようにしている。
第1図は本発明の原理構成図を示す。図中知覚センサ1
は、ロボットの手先に加えられ(あるいは引っ張られ)
た力(以下加えられた力という)を検出するものである
。
は、ロボットの手先に加えられ(あるいは引っ張られ)
た力(以下加えられた力という)を検出するものである
。
Amp (アンプ)2は、知覚センサ1によって検出さ
れた力信号を増幅などするものである。
れた力信号を増幅などするものである。
L、P、F (ローパスフィルタ)3は、所定の周波数
以下の信号を通過させるフィルタであって、A/D変換
器4のサンプリング周1)1)Tに対して少なくともT
/2以上の高周波信号を遮断するものである。
以下の信号を通過させるフィルタであって、A/D変換
器4のサンプリング周1)1)Tに対して少なくともT
/2以上の高周波信号を遮断するものである。
A/D変換器4は、知覚センサlによって検出されたア
ナログの力信号をディジタル信号に変換するものである
。
ナログの力信号をディジタル信号に変換するものである
。
キャリブレーション演算部5は、知覚センサ1の感度な
どをキャリブレーション(校正)して正しい力信号fを
演算して生成するものである。
どをキャリブレーション(校正)して正しい力信号fを
演算して生成するものである。
可変不感帯処理部6は、教示者が直接にロボットの手先
を持って教示する際に、手先に加える微小な力の遊びに
対応する不感帯を与えるように処理を行うものである。
を持って教示する際に、手先に加える微小な力の遊びに
対応する不感帯を与えるように処理を行うものである。
2次可変応答特性処理部7は、可変不感帯処理部6によ
って生成された力信号pに基づいて、速度指令Vを生成
するものである。
って生成された力信号pに基づいて、速度指令Vを生成
するものである。
次に動作を説明する。
第1図において、教示者がロボットの手先を持って教示
すると、知覚センサ1によってこの手先に加えられた力
が検出され、Amp2によって増幅され、L、P、F3
によって高周波成分が遮断され、A/D変換器4によっ
てディジタルの力信号に変換され、更にキャリブレーシ
ョン演算部5によって校正され、ディジタルの力信号r
が生成される。可変不感帯処理部6は、この生成された
力信号fから不感帯信号fmS分だけ差し引いた残りの
力信号pを生成する。2次可変応答特性処理部7は、不
感帯信号f am分だけ差し引いた力信号pに対して、
予め任意に設定したゲインC1粘性減衰係数ζ、および
固有振動数ω7によって決定される2次の振動系の応答
を与えた速度指令Vを生成する。そして、この生成され
た速度指令Vに対応した速度でロボットの手先を移動制
御させる。
すると、知覚センサ1によってこの手先に加えられた力
が検出され、Amp2によって増幅され、L、P、F3
によって高周波成分が遮断され、A/D変換器4によっ
てディジタルの力信号に変換され、更にキャリブレーシ
ョン演算部5によって校正され、ディジタルの力信号r
が生成される。可変不感帯処理部6は、この生成された
力信号fから不感帯信号fmS分だけ差し引いた残りの
力信号pを生成する。2次可変応答特性処理部7は、不
感帯信号f am分だけ差し引いた力信号pに対して、
予め任意に設定したゲインC1粘性減衰係数ζ、および
固有振動数ω7によって決定される2次の振動系の応答
を与えた速度指令Vを生成する。そして、この生成され
た速度指令Vに対応した速度でロボットの手先を移動制
御させる。
以上のように、知覚センサ1によって検出された力信号
fが不感帯内に存在する場合には、手先を移動させず、
それ以外の場合には更に予め任意に設定したゲインC1
粘性減衰係数ξ、および固有振動数ω7によって決定さ
れる2次の振動系の応答を与えて生成した速度指令Vに
対応させて手先を移動させることにより、手先に遊びを
持たせ、かつ手先の動きを軟らかくなどして教示し易い
ものにしている。
fが不感帯内に存在する場合には、手先を移動させず、
それ以外の場合には更に予め任意に設定したゲインC1
粘性減衰係数ξ、および固有振動数ω7によって決定さ
れる2次の振動系の応答を与えて生成した速度指令Vに
対応させて手先を移動させることにより、手先に遊びを
持たせ、かつ手先の動きを軟らかくなどして教示し易い
ものにしている。
次に、第2図および第3図を用いて本発明の1実施例の
構成および動作を詳細に説明する。
構成および動作を詳細に説明する。
第2図において、力センサ1−1は、教示者がロボット
の手先を持って教示することによって加えられた力を検
出する。キャリプレーシラン演算部5は、この検出した
力を校正し、校正後の力fィを座標変換部5−2に通知
する。座標変換部5−2は、検出された力f、を教示者
が認識し易い直交座標系の力f、に変換して不感帯処理
部6−1に通知する。不感帯処理部6−1は、この通知
を受けた力f、が予めホストコンピュータなどから任意
に設定された不感帯に対応する力ft1mの範囲内に存
在する場合、即ち 1fワ 1≦rus・・・・・・・・・・・・・+1)
の場合には、力p−oを2次可変応答特性処理部7−1
に通知する。これにより、ロボットの手先に加えられた
力flが遊び範囲内に存在すると判断され、速度指令v
lI−0が送出されるため、移動されない。一方、不感
帯に対応するカf0の範囲外に存在する場合には、この
不感帯に対応する力を差し引いた残余の力p p=f* fus・・・・・・・・・・・・・(2)
を2次可変応答特性処理部7−1に通知する。
の手先を持って教示することによって加えられた力を検
出する。キャリプレーシラン演算部5は、この検出した
力を校正し、校正後の力fィを座標変換部5−2に通知
する。座標変換部5−2は、検出された力f、を教示者
が認識し易い直交座標系の力f、に変換して不感帯処理
部6−1に通知する。不感帯処理部6−1は、この通知
を受けた力f、が予めホストコンピュータなどから任意
に設定された不感帯に対応する力ft1mの範囲内に存
在する場合、即ち 1fワ 1≦rus・・・・・・・・・・・・・+1)
の場合には、力p−oを2次可変応答特性処理部7−1
に通知する。これにより、ロボットの手先に加えられた
力flが遊び範囲内に存在すると判断され、速度指令v
lI−0が送出されるため、移動されない。一方、不感
帯に対応するカf0の範囲外に存在する場合には、この
不感帯に対応する力を差し引いた残余の力p p=f* fus・・・・・・・・・・・・・(2)
を2次可変応答特性処理部7−1に通知する。
式(2)で表される力の通知を受けた2次可変応答特性
処理部7−1は、ホストコンピュータなどから予め任意
に設定されたゲインC1粘性減衰係数ξ、および固有振
動数ωカによって決定される2次の振動系の応答を与え
た速度vIIを生成して切換器8を介して座標変換部9
に通知する(詳細は後述する)。座標変換部9は、速度
V1)を座標変換し、更にJ−1(ヤコビ行列の逆行列
)10を乗算して各関節角の角速度に変換する。関数発
生器1)は、変換された角速度に対応する台形状の速度
曲線を生成してサーボ12に通知し、マ二プレ。−夕1
3を移動させる。これにより、ロボットの手先に加えた
力の方向に当該手先が移動される。
処理部7−1は、ホストコンピュータなどから予め任意
に設定されたゲインC1粘性減衰係数ξ、および固有振
動数ωカによって決定される2次の振動系の応答を与え
た速度vIIを生成して切換器8を介して座標変換部9
に通知する(詳細は後述する)。座標変換部9は、速度
V1)を座標変換し、更にJ−1(ヤコビ行列の逆行列
)10を乗算して各関節角の角速度に変換する。関数発
生器1)は、変換された角速度に対応する台形状の速度
曲線を生成してサーボ12に通知し、マ二プレ。−夕1
3を移動させる。これにより、ロボットの手先に加えた
力の方向に当該手先が移動される。
また、エンコーダ14によって検出された各関節角など
がサーボ1)を介して現在位置演算部15に通知され、
現在位置Hが演算される。この演算された現在位置H(
XSYSZ)は、教示者が教示位置でスイッチ16−1
を押下することによって、メモリ16中に格納される。
がサーボ1)を介して現在位置演算部15に通知され、
現在位置Hが演算される。この演算された現在位置H(
XSYSZ)は、教示者が教示位置でスイッチ16−1
を押下することによって、メモリ16中に格納される。
尚、プレーバックする場合には、切換器8を左側に切り
換え、メモリ16から読み出されて教示点間速度生成部
17によって生成された教示位置H間の速度が当該切換
器8を介して座標変換部9に入力され、教示した位置に
ロボットの手先が順次所定の速度で移動される。
換え、メモリ16から読み出されて教示点間速度生成部
17によって生成された教示位置H間の速度が当該切換
器8を介して座標変換部9に入力され、教示した位置に
ロボットの手先が順次所定の速度で移動される。
以上のように、不感帯処理部6−1および2次可変応答
特性処理部7−1を設け、任意の不惑帯に対応する力f
、いゲインC1粘性減衰係数ξ、および固有振動数ω7
を設定することにより、ロボットの手先に遊びを持たせ
ると共に、適度の軟らかさを持たせた教示し昌い動きに
することが可能となる。
特性処理部7−1を設け、任意の不惑帯に対応する力f
、いゲインC1粘性減衰係数ξ、および固有振動数ω7
を設定することにより、ロボットの手先に遊びを持たせ
ると共に、適度の軟らかさを持たせた教示し昌い動きに
することが可能となる。
尚、図中5ないし1)の処理は、高速演算プロセッサに
よって実行される。また、15ないし17、および任意
の不感帯に対応する力fuいゲインC1粘性減衰係数ξ
、ないし固有振動数ω、の設定は、ホストプロセッサに
よって実行される。
よって実行される。また、15ないし17、および任意
の不感帯に対応する力fuいゲインC1粘性減衰係数ξ
、ないし固有振動数ω、の設定は、ホストプロセッサに
よって実行される。
次に、2次可変応答特性処理部7−1の構成および動作
を第3図に示す座標系を用いて説明する。
を第3図に示す座標系を用いて説明する。
第3図は、ロボットのハンド座標系と、基準座標系との
関係を示す、これは、関節座標交換行列A1ないしA、
からなる6個の関節を持つロボットについてのものであ
り、関節6の先端に手先(ハンド)が取りつけられてい
る。この手先の座標を表すハンド座標系は、図示のよう
に表される。
関係を示す、これは、関節座標交換行列A1ないしA、
からなる6個の関節を持つロボットについてのものであ
り、関節6の先端に手先(ハンド)が取りつけられてい
る。この手先の座標を表すハンド座標系は、図示のよう
に表される。
一方、教示者は、理解し易いように、図示基準座標系(
直交座標系(X、Y、Z))を用いて教示などの指示を
行う、これらハンド座標系から直交座標系への座標変換
は第2図座標変換部5−2によって行われ、逆変換は第
2図座標変換部9によって行われる。
直交座標系(X、Y、Z))を用いて教示などの指示を
行う、これらハンド座標系から直交座標系への座標変換
は第2図座標変換部5−2によって行われ、逆変換は第
2図座標変換部9によって行われる。
今、手先の変位をX、状態変数を
xI寓X・・・・・・・・・・・・・・・・(31X!
諺X−−・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
・ ・ ・ ・(41とすると、2次振動系は、 x、 ! X 、 ・・・・・・・・・・・・・・・
(5); 、 w−61,” X!−2ξωe x++
Car、 ” p (6)と表される。
諺X−−・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
・ ・ ・ ・(41とすると、2次振動系は、 x、 ! X 、 ・・・・・・・・・・・・・・・
(5); 、 w−61,” X!−2ξωe x++
Car、 ” p (6)と表される。
式(6]を行列式で表し、更にサンプリング周期Tで離
散化すると下式で表される。
散化すると下式で表される。
X!、1ツFXム+GPI ・・・・・・・・・(7)
ここで、X五、Pムは時間t−iTのときのX(it
、Xi )およびPである。また、F、、Gは同様に、
式(6)を行列式で表したものを下式(8)で表したと
きに、式(9)および式αωで与えられるものである。
ここで、X五、Pムは時間t−iTのときのX(it
、Xi )およびPである。また、F、、Gは同様に、
式(6)を行列式で表したものを下式(8)で表したと
きに、式(9)および式αωで与えられるものである。
X=AX+Bp・・・・・・・・・・・・・(8)17
=e ”=I+AT+AtT”/ 2!+・HHHHH
1910=f e”dtB =T(1+AT/2 ! +A”T”/3 !十 ・
・)B・ ・ ・ ・Olそして、2次可変応答特性
処理部7−1によって生成される速度vカはパラメータ
f、、いC1ξ、およびC7を作業状況に応じてオンラ
インで与えることにより、下式として得られる。
=e ”=I+AT+AtT”/ 2!+・HHHHH
1910=f e”dtB =T(1+AT/2 ! +A”T”/3 !十 ・
・)B・ ・ ・ ・Olそして、2次可変応答特性
処理部7−1によって生成される速度vカはパラメータ
f、、いC1ξ、およびC7を作業状況に応じてオンラ
インで与えることにより、下式として得られる。
V l ” X ! + 1 ・・・・・・・・・・
・・・・αυ弐〇〇によって算出された速度v、lば、
切換器8を介して座標変換部9に入力され、ハンド座標
系に変換される。このハンド座標系に変換された速度v
Nは、J−’10によって下式の座標変換が行われる。
・・・・αυ弐〇〇によって算出された速度v、lば、
切換器8を介して座標変換部9に入力され、ハンド座標
系に変換される。このハンド座標系に変換された速度v
Nは、J−’10によって下式の座標変換が行われる。
θ−J−1vH・・・・・・・・・・・・・・亜この式
@を用いて変換したロボットの各関節の角速度に対して
、関数発生器1)によって夫々台形状の速度曲線が生成
され、サーボ12を介してマニプレータ13が駆動され
る。これにより、ロボットの手先に加えた力の方向に当
該手先が移動される。
@を用いて変換したロボットの各関節の角速度に対して
、関数発生器1)によって夫々台形状の速度曲線が生成
され、サーボ12を介してマニプレータ13が駆動され
る。これにより、ロボットの手先に加えた力の方向に当
該手先が移動される。
以上説明したように、本発明によれば、知覚センサが検
出した微小な力に応答して手先が動がない不感帯を設け
ると共に、ゲイン、粘性減衰係数、および固有振動係数
によって決定される2次の振動系の応答を与えて手先を
移動させる構成を採用しているため、手先の動きに遊び
を持たせて発振などしないようにすると共に、ゲインC
を大きくとってロボットの動きを軟らかくしたり、粘性
減衰係数ξを大きくとってロボットの動きに粘りを与え
たり、固有振動数ω7を太き(とって帯域を広くとって
応答を速くしたりし、所望の動きを持たせて教示者が使
い易い任意の特性に設定することができる。
出した微小な力に応答して手先が動がない不感帯を設け
ると共に、ゲイン、粘性減衰係数、および固有振動係数
によって決定される2次の振動系の応答を与えて手先を
移動させる構成を採用しているため、手先の動きに遊び
を持たせて発振などしないようにすると共に、ゲインC
を大きくとってロボットの動きを軟らかくしたり、粘性
減衰係数ξを大きくとってロボットの動きに粘りを与え
たり、固有振動数ω7を太き(とって帯域を広くとって
応答を速くしたりし、所望の動きを持たせて教示者が使
い易い任意の特性に設定することができる。
第1図は本発明の原理構成図、第2図は本発明の1実施
例構成図、第3図は多関節型ロボットの座標系例を示す
。 図中、1は知覚センサ、4はA/D変換器、6.6−1
は可変不感帯処理部、7は2次可変応答特性処理部、7
−1は2次応答処理部を表す。
例構成図、第3図は多関節型ロボットの座標系例を示す
。 図中、1は知覚センサ、4はA/D変換器、6.6−1
は可変不感帯処理部、7は2次可変応答特性処理部、7
−1は2次応答処理部を表す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 手先にかかる力を検出する知覚センサをもつ多関節型ロ
ボットの直接教示装置において、 知覚センサ(1)を用いて検出した力が予め任意に設定
し得る不感帯内に存在する場合に手先を移動させないよ
うにする可変不感帯処理部(6)と、この可変不感帯処
理部(6)によって処理された結果に対して予め任意に
設定したゲイン、粘性減衰係数、および固有振動係数に
よって決定される2次の振動系の応答を与えて速度指令
を生成する2次可変応答特性処理部(7)とを備え、 この2次可変応答特性処理部(7)によって生成された
速度指令に対応してロボットの手先を移動させるよう構
成したことを特徴とする直接教示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10898087A JPS63278778A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 直接教示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10898087A JPS63278778A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 直接教示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63278778A true JPS63278778A (ja) | 1988-11-16 |
Family
ID=14498528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10898087A Pending JPS63278778A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 直接教示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63278778A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992021076A1 (fr) * | 1991-05-21 | 1992-11-26 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Systeme de commande de robot industriel |
| JP2010120124A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Toyota Motor Corp | ロボットアームの教示システム及び方法 |
| JP2020131314A (ja) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボットの制御装置およびロボットの制御方法 |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP10898087A patent/JPS63278778A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992021076A1 (fr) * | 1991-05-21 | 1992-11-26 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Systeme de commande de robot industriel |
| US5363474A (en) * | 1991-05-21 | 1994-11-08 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Emergency shutdown system for controlling industrial robot |
| JP2010120124A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Toyota Motor Corp | ロボットアームの教示システム及び方法 |
| JP2020131314A (ja) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボットの制御装置およびロボットの制御方法 |
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