JP2017164833A - Control device of manipulator device, control method of manipulator device, and control program of manipulator device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マニピュレータ装置の制御装置、マニピュレータ装置の制御方法及びマニピュレータ装置の制御プログラムに関する。 The present invention relates to a manipulator device control device, a manipulator device control method, and a manipulator device control program.
近年、製造工程を自動化させるファクトリーオートメーションにおいては、本来、人が行う動作や作業をロボットアーム等のマニピュレータ装置に行わせることで製造品質の向上や製造工程を容易に切り替える分散プロセス化が行われている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, factory automation that automates the manufacturing process has been performed by a distributed process that easily improves manufacturing quality and easily switches manufacturing processes by manipulator devices such as robot arms that perform operations and operations performed by humans. (For example, refer to Patent Document 1).
このようなマニピュレータ装置は、ティーチングプレイバック（教示作業）という方法で動作する。このティーチングプレイバックには、操作盤やタブレット端末等の入力装置を用いて、マニピュレータ装置の動作を指定する間接教示と、マニピュレータ装置の先端を模した装置やハンドルをユーザが操作して動作を指定する直接教示とがある。 Such a manipulator device operates by a method called teaching playback (teaching work). This teaching playback uses an input device such as an operation panel or a tablet terminal to specify indirect teaching to specify the operation of the manipulator device, and to specify the operation by operating the device or handle imitating the tip of the manipulator device. There is direct teaching.
直接教示においては、マニピュレータ装置を小さな力で直接教示できるようにモータを駆動させるアシスト制御が行われる。 In direct teaching, assist control is performed to drive the motor so that the manipulator device can be directly taught with a small force.
しかし、特許文献１に開示された技術は、マニピュレータ装置を直接教示している最中のアシスト制御については考慮されていない。そのため、ユーザがマニピュレータ装置の直接教示を行う際に、マニピュレータ装置に働く慣性によってマニピュレータ装置を目的とする位置に精度よく停止させられないことがある。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 does not consider assist control during direct teaching of the manipulator device. Therefore, when the user directly teaches the manipulator device, the manipulator device may not be accurately stopped at the target position due to inertia acting on the manipulator device.
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、直接教示を行う際に、マニピュレータ装置を目的の位置に精度よく停止させることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to accurately stop a manipulator device at a target position when direct teaching is performed.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、連結された複数の移動部の交差箇所及び前記移動部を支持する支持部と前記移動部との交差箇所が夫々駆動するマニピュレータ装置の制御装置であって、前記移動部に加わる外力を検知する外力検知部と、前記外力が検知された場合に、前記移動部を移動させるための駆動部を制御する駆動制御部と、を含み、前記駆動制御部は、前記移動部の動作状況が所定以上変化した場合に前記駆動部を制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an aspect of the present invention is to control a manipulator device that drives a crossing point of a plurality of connected moving units and a crossing point of a supporting unit that supports the moving unit and the moving unit, respectively. An external force detection unit that detects an external force applied to the moving unit, and a drive control unit that controls a drive unit for moving the moving unit when the external force is detected, The drive control unit controls the drive unit when an operation state of the moving unit changes by a predetermined value or more.
本発明によれば、直接教示を行う際に、マニピュレータ装置を目的の位置に精度よく停止させることが出来る。 According to the present invention, when direct teaching is performed, the manipulator device can be accurately stopped at a target position.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、自由度が「２」である垂直多関節型のロボットアームを例として、マニピュレータ装置の関節にあたる駆動部での動作を補助するアシスト制御について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, assist control for assisting the operation of the drive unit corresponding to the joint of the manipulator device will be described by taking a vertical articulated robot arm having a degree of freedom of “2” as an example.
図１は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の機械構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るマニピュレータ装置１は、アーム１０１、１０２、駆動中心１０３、１０４、減速機１０５、１０８、モータ１０６、１０９、エンコーダ１０７、１１０、土台１１１及び移動検知センサ１１２を含む。 FIG. 1 is a mechanical configuration diagram of a manipulator device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the manipulator device 1 according to this embodiment includes arms 101 and 102, driving centers 103 and 104, speed reducers 105 and 108, motors 106 and 109, encoders 107 and 110, a base 111, and a movement detection sensor. 112 is included.
アーム１０１、１０２は、その交差箇所を、夫々駆動中心１０３、１０４を回転軸とした回転可能な機構によって支持され、モータ１０６、１０９によって移動させられる移動部として機能する。また、土台１１１は、アーム１０１、１０２を支持する支持部として機能する。アーム１０１の先端には、把持動作を行うロボットハンド等のリンク機構が備えられており、リンク機構とアーム１０１との接続部分には、マニピュレータ装置１が移動したことを検知する移動検知センサ１１２が含まれる。この移動検知センサ１１２が、後述する外力検知部２１７と連動して機能する。 The arms 101 and 102 are supported at their intersections by a rotatable mechanism having the drive centers 103 and 104 as rotation axes, respectively, and function as a moving unit that is moved by the motors 106 and 109. The base 111 functions as a support unit that supports the arms 101 and 102. A link mechanism such as a robot hand that performs a gripping operation is provided at the tip of the arm 101, and a movement detection sensor 112 that detects the movement of the manipulator device 1 is connected to a connection portion between the link mechanism and the arm 101. included. The movement detection sensor 112 functions in conjunction with an external force detection unit 217 described later.
尚、移動検知センサ１１２として、六軸力覚センサ等を用いる構成であってもよい。本実施形態に係るマニピュレータ装置１は、図２で説明する制御装置２が出力する制御信号に基づいて動作を制御される。 Note that a configuration using a six-axis force sensor or the like may be used as the movement detection sensor 112. The operation of the manipulator device 1 according to the present embodiment is controlled based on a control signal output from the control device 2 described in FIG.
図２は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１を制御する制御装置２のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る制御装置２は、一般的なサーバやＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理端末と同様の構成に加えて、モータ等の駆動機構を制御するエンジンを有する。即ち、本実施形態に係る制御装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２３、エンジン２４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）２５及びＩ／Ｆ２６がバス２９を介して接続されている。Ｉ／Ｆ２６には、センサ２７やスイッチ２８が接続され、スイッチ２８は、マニピュレータ装置１の電源を制御するものである。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the control device 2 that controls the manipulator device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the control device 2 according to the present embodiment includes an engine that controls a driving mechanism such as a motor in addition to the same configuration as an information processing terminal such as a general server or a PC (Personal Computer). Have. That is, the control device 2 according to the present embodiment includes a CPU (Central Processing Unit) 21, a RAM (Random Access Memory) 22, a ROM (Read Only Memory) 23, an engine 24, an HDD (Hard Disk Drive) 25, and an I / F 26. Are connected via a bus 29. A sensor 27 and a switch 28 are connected to the I / F 26, and the switch 28 controls the power supply of the manipulator device 1.
また、センサ２７は、図１の移動検知センサ１１２を含み、マニピュレータ装置１の状態を検知するものである。さらに、Ｉ／Ｆ２６にはタブレット端末等の外部装置がネットワークを介して接続され、マニピュレータ装置１の動作に関する設定を入力することが出来る。 The sensor 27 includes the movement detection sensor 112 of FIG. 1 and detects the state of the manipulator device 1. Furthermore, an external device such as a tablet terminal is connected to the I / F 26 via a network, and settings relating to the operation of the manipulator device 1 can be input.
ＣＰＵ２１は演算手段であり、マニピュレータ装置１全体の動作を制御する。ＲＡＭ２２は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ２１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ２３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。エンジン２４は、マニピュレータ装置１において実際にモータ駆動を実行する機構である。 The CPU 21 is a calculation means and controls the operation of the entire manipulator device 1. The RAM 22 is a volatile storage medium capable of reading and writing information at high speed, and is used as a work area when the CPU 21 processes information. The ROM 23 is a read-only nonvolatile storage medium and stores a program such as firmware. The engine 24 is a mechanism that actually executes motor drive in the manipulator device 1.
ＨＤＤ２５は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。Ｉ／Ｆ２６は、バス２９と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。 The HDD 25 is a non-volatile storage medium that can read and write information, and stores an OS (Operating System), various control programs, application programs, and the like. The I / F 26 connects and controls the bus 29 and various hardware and networks.
このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ２３に格納されたプログラムや、ＨＤＤ２５若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体からＲＡＭ２２に読み出されたプログラムに従ってＣＰＵ２１が演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る制御装置２の機能を実現する機能ブロックが構成される。 In such a hardware configuration, the software control unit is configured by the CPU 21 performing calculations according to a program stored in the ROM 23 or a program read to the RAM 22 from a recording medium such as the HDD 25 or an optical disk (not shown). . A functional block that realizes the function of the control device 2 according to the present embodiment is configured by a combination of the software control unit configured as described above and hardware.
図３は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の動作機構を示す図である。図１に示したようなマニピュレータ装置１は、制御装置２によって動作を制御される。制御装置２はＰＣ等の演算機能を備えた端末であるため、制御装置２を操作して、マニピュレータ装置１の位置や速度をユーザが任意に設定することが出来る。また、外部装置から制御装置２に入力される命令に基づいてマニピュレータ装置１の動作を制御する構成であってもよい。 FIG. 3 is a diagram illustrating an operation mechanism of the manipulator device 1 according to the present embodiment. Operation of the manipulator device 1 as shown in FIG. 1 is controlled by the control device 2. Since the control device 2 is a terminal having a calculation function such as a PC, the user can arbitrarily set the position and speed of the manipulator device 1 by operating the control device 2. Moreover, the structure which controls operation | movement of the manipulator apparatus 1 based on the command input into the control apparatus 2 from an external device may be sufficient.
エンコーダ１０７、１１０は、回転速度や回転位置を検知するためのマーカーが付加された円板を含み、そのマーカーを光学的に読み取ることによって検知信号を出力する。詳細は後述する。 The encoders 107 and 110 include a disc to which a marker for detecting the rotational speed and rotational position is added, and outputs a detection signal by optically reading the marker. Details will be described later.
減速機１０５、１０８は、モータ１０６、１０９の回転数を減少させ、高いトルクを得るための装置である。また、モータ１０６、１０９の回転数とマニピュレータ装置１が必要とする回転数が異なる場合にモータ１０６、１０９の回転数を調節する。 The reduction gears 105 and 108 are devices for reducing the rotational speed of the motors 106 and 109 and obtaining high torque. Further, when the rotational speeds of the motors 106 and 109 and the rotational speed required by the manipulator device 1 are different, the rotational speeds of the motors 106 and 109 are adjusted.
モータ１０６、１０９は、マニピュレータ装置１の動力装置であり、マニピュレータ装置１はモータ１０６、１０９の回転駆動により、動作を行う。従って、モータ１０６、１０９は夫々回転駆動する駆動部１０、１１として機能する。 The motors 106 and 109 are power devices of the manipulator device 1, and the manipulator device 1 operates by rotating the motors 106 and 109. Therefore, the motors 106 and 109 function as the drive units 10 and 11 that are rotationally driven, respectively.
図４は、本実施形態に係る制御装置２の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御装置２は、駆動制御部２１１、回転駆動部２１２、ＦＢ（フィードバック）取得部２１５、位置情報取得部２１６、外力検知部２１７を含む。本実施形態にかかる制御装置２は、フィードバック制御部として機能し、マニピュレータ装置１は制御装置２から出力された信号によって動作を制御される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of the control device 2 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 4, the control device 2 includes a drive control unit 211, a rotation drive unit 212, an FB (feedback) acquisition unit 215, a position information acquisition unit 216, and an external force detection unit 217. The control device 2 according to the present embodiment functions as a feedback control unit, and the operation of the manipulator device 1 is controlled by a signal output from the control device 2.
駆動制御部２１１は、Ｉ／Ｆを介して外部装置から入力される駆動部１０、１１の回転速度の目標値と、ＦＢ取得部２１５から入力されるフィードバック信号とに基づき、駆動部１０、１１を回転させるための制御値を回転駆動部２１２に対して出力する。回転駆動部２１２は、駆動制御部２１１から入力される制御値に基づき、駆動部１０、１１を回転させるためのＰＷＭ信号を生成して出力する。 The drive control unit 211 is based on the target value of the rotational speed of the drive units 10 and 11 input from the external device via the I / F and the feedback signal input from the FB acquisition unit 215. Is output to the rotation drive unit 212. The rotation drive unit 212 generates and outputs a PWM signal for rotating the drive units 10 and 11 based on the control value input from the drive control unit 211.
駆動部１０、１１は、回転駆動部２１２から入力されるＰＷＭ信号に応じて回転するモータである。この駆動部１０、１１の回転によって駆動中心１０３、１０４を回転軸としてマニピュレータ装置１が動作する。駆動部１０、１１としては、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータを用いることが可能であり、インナーロータ型ＤＣモータであるブラシレスＤＣモータやブラシ付きＤＣモータを用いることが可能である。本実施形態に係る駆動部１０、１１は、回転速度や回転位置を検知するためのマーカーが付加された円板を回転させ、エンコーダ１０７、１１０によって構成される回転検知部２１４は、そのマーカーを光学的に読み取ることによって検知信号を出力する。 The drive units 10 and 11 are motors that rotate in accordance with the PWM signal input from the rotation drive unit 212. The manipulator device 1 operates with the drive centers 103 and 104 as the rotation axes by the rotation of the drive units 10 and 11. As the drive units 10 and 11, a DC (Direct Current) motor can be used, and a brushless DC motor that is an inner rotor type DC motor or a brushed DC motor can be used. The drive units 10 and 11 according to the present embodiment rotate a disk to which a marker for detecting the rotation speed and the rotation position is added, and the rotation detection unit 214 configured by the encoders 107 and 110 detects the marker. A detection signal is output by optical reading.
具体的には、駆動部１０、１１の回転に伴って回転する円板に付加されたマーカーが、回転検知部２１４が光学的に読み取る読み取り位置を通過する。これにより、回転検知部２１４による光学的な読み取り状態が変化し、回転検知部２１４がマーカーを検知して検知信号を出力する。 Specifically, the marker added to the disk that rotates as the driving units 10 and 11 rotate passes through the reading position where the rotation detection unit 214 optically reads. Thereby, the optical reading state by the rotation detection unit 214 changes, and the rotation detection unit 214 detects the marker and outputs a detection signal.
尚、本実施形態に係る回転検知部２１４は２組のセンサを含む。この２組のセンサは、上述した円板に付加されたマーカーの位相差がπ／２（ｒａｄ）となるように配置されている。これにより、本実施形態に係る回転検知部２１４は、π／２（ｒａｄ）の位相差を有する２つの検知信号を出力する。 Note that the rotation detection unit 214 according to the present embodiment includes two sets of sensors. The two sets of sensors are arranged so that the phase difference of the marker added to the disk described above is π / 2 (rad). Thereby, the rotation detection unit 214 according to the present embodiment outputs two detection signals having a phase difference of π / 2 (rad).
ＦＢ取得部２１５は、回転検知部２１４の検知信号を取得し、単位時間あたりにマーカーが検知された回数に基づいて、マーカーが検知された回数に基づいて駆動部１０、１１の回転位置を計算し、その計算結果から駆動部１０、１１の回転速度を算出する。算出された駆動部１０、１１の回転速度は、フィードバック値として駆動制御部２１１に入力される。また、ＦＢ取得部２１５は、上述したように、π／２（ｒａｄ）の位相差を有する２つの検知信号の位相差を利用して、駆動部１０、１１の回転方向を検知する。 The FB acquisition unit 215 acquires the detection signal of the rotation detection unit 214 and calculates the rotation position of the drive units 10 and 11 based on the number of times the marker is detected based on the number of times the marker is detected per unit time. And the rotational speed of the drive parts 10 and 11 is calculated from the calculation result. The calculated rotation speeds of the drive units 10 and 11 are input to the drive control unit 211 as feedback values. Further, as described above, the FB acquisition unit 215 detects the rotation direction of the drive units 10 and 11 using the phase difference between the two detection signals having a phase difference of π / 2 (rad).
このようにして出力されるＦＢ取得部２１５のフィードバック値に基づき、駆動制御部２１１は、外部装置から入力される目標値と、ＦＢ取得部２１５から入力されるフィードバック値との差分に基づき、駆動部１０、１１を回転させるための制御値を出力する。 Based on the feedback value of the FB acquisition unit 215 output in this way, the drive control unit 211 drives based on the difference between the target value input from the external device and the feedback value input from the FB acquisition unit 215. A control value for rotating the units 10 and 11 is output.
位置情報取得部２１６は、上述したような制御装置２におけるフィードバック制御のサイクルにおいて、駆動部１０、１１の回転状態を示す値である特徴量を取得する。図４において破線で示しているように、駆動部１０、１１の回転状態を示す値としては、ＦＢ取得部２１５が取得した回転検知部２１４の検知信号や、ＦＢ取得部２１５が算出した駆動部１０、１１の回転速度を用いることができる。 The position information acquisition unit 216 acquires a feature amount that is a value indicating the rotation state of the drive units 10 and 11 in the feedback control cycle in the control device 2 as described above. As indicated by broken lines in FIG. 4, values indicating the rotation state of the drive units 10 and 11 include the detection signal of the rotation detection unit 214 acquired by the FB acquisition unit 215 and the drive unit calculated by the FB acquisition unit 215. A rotational speed of 10, 11 can be used.
また駆動制御部２１１が回転駆動部２１２に入力する制御値を用いることができる。更に、回転駆動部２１２が出力するＰＷＭ信号を用いることができる。これらの値が、フィードバック制御において得られるフィードバック値である。位置情報取得部２１６は、取得したマニピュレータ装置１の位置情報を駆動制御部２１１に返信する。 Further, a control value input by the drive control unit 211 to the rotation drive unit 212 can be used. Furthermore, a PWM signal output from the rotation drive unit 212 can be used. These values are feedback values obtained in the feedback control. The position information acquisition unit 216 returns the acquired position information of the manipulator device 1 to the drive control unit 211.
外力検知部２１７は、マニピュレータ装置１の先端部分に設置される移動検知センサ１１２によってアーム１０１、１０２に力が加えられた（外力）ことを検知すると、モータ１０６、１０９への入力トルクやマニピュレータ装置１の位置及び速度等の情報を取得する。そして取得した情報に基づいて外力を検知する。 When the external force detection unit 217 detects that a force is applied to the arms 101 and 102 (external force) by the movement detection sensor 112 installed at the distal end portion of the manipulator device 1, the input force to the motors 106 and 109 and the manipulator device Information such as position and speed of 1 is acquired. And external force is detected based on the acquired information.
具体的に言うと、モータ１０６、１０９への入力トルクの情報を駆動制御部２１１から、また、ＦＢ取得部２１５及び位置情報取得部２１６からマニピュレータ装置１の位置及び速度の情報を夫々参照する。従って、外力検知部２１７は、移動検知センサ１１２から送信される制御信号を受信して外力の検知を実行する。 More specifically, information on the input torque to the motors 106 and 109 is referred to from the drive control unit 211, and information on the position and speed of the manipulator device 1 is referred to from the FB acquisition unit 215 and the position information acquisition unit 216, respectively. Accordingly, the external force detection unit 217 receives the control signal transmitted from the movement detection sensor 112 and executes detection of the external force.
また、移動検知センサ１１２として六軸力覚センサを用いる場合には、外力及びモーメントの大きさと方向の情報を取得する。尚、本実施形態に係る外力は、外部装置を用いてユーザが任意に設定した外力を超えない場合には、アーム１０１、１０２が移動されて発生した外力と判定しない構成であってもよい。 Further, when a six-axis force sensor is used as the movement detection sensor 112, information on the magnitude and direction of external force and moment is acquired. The external force according to the present embodiment may be configured not to be determined as an external force generated by moving the arms 101 and 102 when the external force does not exceed the external force arbitrarily set by the user using an external device.
尚、本実施形態に係るフィードバック制御においては、駆動制御部２１１が、駆動部１０、１１の回転速度及び位置の目標値とフィードバック値とに基づいて制御値を出力する。即ち、回転速度に基づいた制御（以降、「速度制御」とする）が行われる。また、駆動部１０、１１の回転位置に基づいた制御（以降、「位置制御」とする）が行われる。アーム１０１、１０２が移動されることで加わる外力と、装置自体の回転速度及び位置情報に基づいて、マニピュレータ装置１の動作を制御することが本実施形態に係る要旨の１つである。 In the feedback control according to the present embodiment, the drive control unit 211 outputs a control value based on the target value and the feedback value of the rotational speed and position of the drive units 10 and 11. That is, control based on the rotation speed (hereinafter referred to as “speed control”) is performed. Control based on the rotational positions of the drive units 10 and 11 (hereinafter referred to as “position control”) is performed. Controlling the operation of the manipulator device 1 based on the external force applied by the movement of the arms 101 and 102 and the rotational speed and position information of the device itself is one of the gist according to the present embodiment.
位置制御を行う場合、ＦＢ取得部２１５は、マーカーが検知された回数に基づいて駆動部１０、１１の回転位置を計算し、フィードバック値として駆動制御部２１１に入力する。また、駆動制御部２１１には、回転位置の目標値が入力される。これにより、駆動制御部２１１は、目標値とフィードバック値との差分に基づいて駆動部１０、１１の回転を制御するための制御値を生成して出力する。これにより、駆動部１０、１１の回転位置が、入力された目標値に保たれる。 When performing position control, the FB acquisition unit 215 calculates the rotational position of the drive units 10 and 11 based on the number of times the marker is detected, and inputs the calculated rotation position to the drive control unit 211 as a feedback value. In addition, the target value of the rotational position is input to the drive control unit 211. Thereby, the drive control part 211 produces | generates and outputs the control value for controlling rotation of the drive parts 10 and 11 based on the difference of a target value and a feedback value. Thereby, the rotational position of the drive parts 10 and 11 is maintained at the input target value.
図５は、本実施形態に係る制御装置２の特徴的な機能を実現する駆動制御部２１１の機能構成を示す図である。図５に示すように、駆動制御部２１１は、移動力目標生成部２２１、位置速度指令生成部２２２、駆動情報保存部２２３を含む。移動力目標生成部２２１は、制御装置２に入力されるマニピュレータ装置１を移動させる移動力を設定する情報に基づいて、アーム１０１、１０２を移動させる時の移動力目標値の設定を行う。また、マニピュレータ装置１の位置や外力の変化から、移動力目標値の設定を変更して駆動部１０、１１を制御するための移動力目標情報を生成する。 FIG. 5 is a diagram illustrating a functional configuration of the drive control unit 211 that realizes a characteristic function of the control device 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the drive control unit 211 includes a moving force target generation unit 221, a position / speed command generation unit 222, and a drive information storage unit 223. The moving force target generation unit 221 sets a moving force target value for moving the arms 101 and 102 based on information for setting a moving force for moving the manipulator device 1 input to the control device 2. Moreover, the moving force target information for controlling the drive units 10 and 11 is generated by changing the setting of the moving force target value from the change of the position of the manipulator device 1 or the external force.
位置速度指令生成部２２２は、制御装置２に入力されるマニピュレータ装置１の移動範囲や移動速度を設定する情報に基づいて、アーム１０１、１０２を移動させる位置速度目標値の設定を行う。また、マニピュレータ装置１の位置や移動速度の変化と目標値との差分に基づいて、駆動部１０、１１を制御しマニピュレータ装置１の位置・移動速度の設定を変更するための位置速度指令情報を生成する。 The position / speed command generation unit 222 sets a position / speed target value for moving the arms 101 and 102 based on information for setting the movement range and movement speed of the manipulator device 1 input to the control device 2. Further, position speed command information for controlling the drive units 10 and 11 and changing the setting of the position and movement speed of the manipulator device 1 based on the difference between the change in the position and movement speed of the manipulator device 1 and the target value is provided. Generate.
駆動情報保存部２２３は、マニピュレータ装置１に加わる外力の値、マニピュレータ装置１が移動する際の加速度、マニピュレータ装置１の位置の情報等、マニピュレータ装置１が駆動する際の情報を保存する記憶領域である。 The drive information storage unit 223 is a storage area for storing information when the manipulator device 1 is driven, such as a value of an external force applied to the manipulator device 1, an acceleration when the manipulator device 1 is moved, and information on a position of the manipulator device 1. is there.
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１において発生する力について説明する図である。本実施形態においては、アーム１０１、１０２が、駆動部１０、１１で接続された２間接マニピュレータの平面運動とアーム１０１の自由末端における力Ｆとの関係から駆動部１０、１１のトルクを算出する。 FIGS. 6A and 6B are views for explaining the force generated in the manipulator device 1 according to the present embodiment. In this embodiment, the arms 101 and 102 calculate the torque of the drive units 10 and 11 from the relationship between the planar motion of the two indirect manipulators connected by the drive units 10 and 11 and the force F at the free end of the arm 101. .
図６（ａ）は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１のｘｙ平面での動作を模式的に示した図である。ここでは、アーム１０１の駆動部１１によってアーム１０２と連結されていない側の末端が自由末端となる。実際のマニピュレータ装置１の動作においては、この自由末端には、図１の移動検知センサ１１２が取り付けられ、外力の検知を行う。 Fig.6 (a) is the figure which showed typically the operation | movement in xy plane of the manipulator apparatus 1 which concerns on this embodiment. Here, the end of the arm 101 that is not connected to the arm 102 by the drive unit 11 is the free end. In the actual operation of the manipulator device 1, the movement detection sensor 112 shown in FIG. 1 is attached to the free end to detect an external force.
図６（ｂ）は、図６（ａ）にて示したマニピュレータ装置１に発生する物理量を説明する図である。図６（ｂ）においては、夫々、Ｉｉ：慣性モーメント、Ｌｉ：アームの長さ、ｍｉ：質量、θｉ：角度、τｉ：駆動部トルク、ｒｉ：駆動部中心と質量中心との距離、ｇ：重力加速度（ｙ軸負方向）を示している。また、本実施形態においては、自由度２のマニピュレータ装置１を例として説明するので、ｉ＝１，２とする。 FIG. 6B is a diagram for explaining physical quantities generated in the manipulator device 1 shown in FIG. In FIG. 6B, Ii: moment of inertia, Li: arm length, mi: mass, θi: angle, τi: drive unit torque, ri: distance between drive unit center and mass center, g: Gravity acceleration (y-axis negative direction) is shown. In the present embodiment, since the manipulator device 1 having two degrees of freedom will be described as an example, i = 1, 2.
図６（ｂ）に示すように、マニピュレータ装置１がｘｙ平面で動作している時の運動方程式は、（数１）で与えられる。
数１において、ｑは一般化座標を示し、ｑは（数２）のようにあらわされる。
（数３）に示すように、本実施形態に係るマニピュレータ装置１に（数１）に示す運動方程式を適用すると、動作中に駆動部１０、１１に係るトルクを推定することが出来る。
（数３）で推定したトルクは、マニピュレータ装置１の機械構成や減速機構、剛性、粘性摩擦等を考慮することで更に精度を高めることが出来る。また、数３で推定したトルクと、アーム１０１の自由末端における力Ｆとには、（数４）に示す関係がある。
また、本実施形態に係るマニピュレータ装置１のヤコビ行列は、
次に、図７を参照して本実施形態に係るマニピュレータ装置１を直接教示する際の動作について説明する。図７は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の動作を直接教示する際にユーザが行う動作を例示した図である。図７に示すように、マニピュレータ装置１を直接教示する場合、装置自体の質量や駆動部１０、１１のトルクによって、マニピュレータ装置１を移動させることが困難な場合がある。 Next, an operation for directly teaching the manipulator device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an operation performed by the user when directly teaching the operation of the manipulator device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, when teaching the manipulator device 1 directly, it may be difficult to move the manipulator device 1 due to the mass of the device itself or the torque of the drive units 10 and 11.
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の制御装置２は図８に示すように、駆動部１０、１１にユーザが直接教示する方向に働くモータ出力を加える。このように、ユーザによるマニピュレータ装置１の移動を補助するために、駆動部１０、１１に対して行う制御のことを以後、「アシスト制御」とする。図７及び図８に示すように、ユーザが移動させる方向にマニピュレータ装置１のアシスト制御を行い、操作性を高めて直接教示を行うことが本発明の要旨の１つである。 Therefore, as shown in FIG. 8, the control device 2 of the manipulator device 1 according to the present embodiment applies a motor output that acts in the direction directly taught by the user to the drive units 10 and 11. In this way, the control performed on the drive units 10 and 11 to assist the user in moving the manipulator device 1 is hereinafter referred to as “assist control”. As shown in FIGS. 7 and 8, it is one of the gist of the present invention to perform the assist control of the manipulator device 1 in the direction in which the user moves to directly teach the manipulator with improved operability.
次に、図９を参照して、本実施形態に係るマニピュレータ装置１のアシスト制御を開始する処理の流れについて説明する。図９は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１のアシスト制御を開始する処理の流れを示すフローチャートである。 Next, with reference to FIG. 9, a flow of processing for starting assist control of the manipulator device 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing for starting assist control of the manipulator device 1 according to the present embodiment.
マニピュレータ装置１のアーム１０１、１０２に力（外力）が加えられたことを検知する（Ｓ９０１）と、外力検知部２１７は、アーム１０１、１０２が操作されてくわえられた外力であるか否か判定する。 When it is detected that a force (external force) is applied to the arms 101 and 102 of the manipulator device 1 (S901), the external force detection unit 217 determines whether or not the external force is obtained by operating the arms 101 and 102. To do.
Ｓ９０１で検知された外力がアーム１０１、１０２の操作によるものである場合（Ｓ９０２／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、外力と同じ方向にアシスト制御が行われるようにモータ１０６、１０９に出力されるモータ出力値を回転駆動部２１２に出力する（Ｓ９０３）。この時、駆動制御部２１１が出力するモータ出力値は、電流と駆動部１０、１１のトルク定数を乗算した値に相当する。 When the external force detected in S901 is due to the operation of the arms 101 and 102 (S902 / Yes), the drive control unit 211 is output to the motors 106 and 109 so that assist control is performed in the same direction as the external force. The motor output value is output to the rotation drive unit 212 (S903). At this time, the motor output value output by the drive control unit 211 corresponds to a value obtained by multiplying the current by the torque constant of the drive units 10 and 11.
回転駆動部２１２は、モータ出力値に基づいて駆動部１０、１１を駆動させる（Ｓ９０４）。尚、Ｓ９０１で検知された外力がアーム１０１、１０２の操作によるものではない場合（Ｓ９０２／Ｎｏ）、駆動制御部２１１は、本処理を終了させる。例えば、土台１１１を移動させて発生したアーム１０１、１０２の移動は外力によるものではないと判断される。 The rotation drive unit 212 drives the drive units 10 and 11 based on the motor output value (S904). When the external force detected in S901 is not due to the operation of the arms 101 and 102 (S902 / No), the drive control unit 211 ends this process. For example, it is determined that the movement of the arms 101 and 102 generated by moving the base 111 is not due to an external force.
以上説明したように、本実施形態に係るマニピュレータ装置１を制御する制御装置２は、外力によってアーム１０１、１０２が操作されたことを検知すると、移動させられた方向にアーム１０１、１０２が移動するようにアシスト制御を実行する。 As described above, when the control device 2 that controls the manipulator device 1 according to the present embodiment detects that the arms 101 and 102 are operated by an external force, the arms 101 and 102 move in the moved direction. The assist control is executed as follows.
また、ユーザの操作によっては、アーム１０１、１０２が突然移動する等して、ユーザが意図しない方向にアーム１０１、１０２が移動することも考えられる。これに対して、本実施形態に係る制御装置２においては、図１０に示すように、アーム１０１、１０２を移動させるために必要な移動力目標値を設定し、外力が不感帯を持つように設定する。さらに、予めマニピュレータ装置１が移動可能な位置の範囲や移動速度の設定値である位置速度指令値を設定する。 Further, depending on the user's operation, it is conceivable that the arms 101 and 102 move in a direction unintended by the user due to sudden movement of the arms 101 and 102. On the other hand, in the control device 2 according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the moving force target value necessary for moving the arms 101 and 102 is set, and the external force is set to have a dead zone. To do. Furthermore, a position speed command value, which is a set value of a range of moving positions and a moving speed of the manipulator device 1, is set in advance.
このような移動力目標値、位置速度指令値を設定してマニピュレータ装置１の動作を制御する処理について以下、図１１を参照して説明する。位置速度指令生成部２２２は、制御装置２に入力されたマニピュレータ装置１が移動可能な範囲や移動速度の設定値の情報に基づいて、位置速度指令値を設定する（Ｓ１１０１）。さらに、移動力目標生成部２２１は、制御装置２に入力されたアーム１０１、１０２を移動させるために必要な移動力目標値の情報に基づいて、移動力目標値を設定する（Ｓ１１０２）。尚、位置速度指令値または移動力目標値は何れか一つを設定する構成であってもよい。 Processing for setting the moving force target value and the position / speed command value and controlling the operation of the manipulator device 1 will be described below with reference to FIG. The position / speed command generation unit 222 sets the position / speed command value based on the range of movement of the manipulator device 1 input to the control device 2 and information on the set value of the moving speed (S1101). Furthermore, the moving force target generator 221 sets the moving force target value based on the information of the moving force target value necessary for moving the arms 101 and 102 input to the control device 2 (S1102). The position / speed command value or the moving force target value may be set to any one.
アーム１０１、１０２に力が加えられたこと（外力）を検知する（Ｓ１１０３）と、位置情報取得部２１６は、駆動部１０、１１の位置を検知し、位置情報を出力する（Ｓ１１０４）。また、外力検知部２１７は、Ｓ１１０３で検知された外力が、アーム１０１、１０２が操作されて加えられた外力によるものか否か判定する（Ｓ１１０５）。 When it is detected that force is applied to the arms 101 and 102 (external force) (S1103), the position information acquisition unit 216 detects the positions of the drive units 10 and 11 and outputs position information (S1104). Further, the external force detection unit 217 determines whether or not the external force detected in S1103 is due to an external force applied by operating the arms 101 and 102 (S1105).
Ｓ１１０３で検知された外力がアーム１０１、１０２の操作によるものである場合（Ｓ１１０５／Ｙｅｓ）、移動力目標生成部２２１は、位置情報及びマニピュレータ装置１に加えられた外力に基づいてＳ１１０２にて設定した移動力目標値と外力とを比較する。そして、この比較結果に基づいて移動力目標情報を生成し、駆動制御部２１１に送信する（Ｓ１１０６、移動力目標値誤差検知）。駆動制御部２１１は、移動力目標情報に基づいてアーム１０１、１０２が所定の移動力で移動するように制御を行う。 When the external force detected in S1103 is due to the operation of the arms 101 and 102 (S1105 / Yes), the moving force target generator 221 is set in S1102 based on the position information and the external force applied to the manipulator device 1. The moving force target value and the external force are compared. Based on the comparison result, the moving force target information is generated and transmitted to the drive control unit 211 (S1106, moving force target value error detection). The drive control unit 211 performs control so that the arms 101 and 102 move with a predetermined moving force based on the moving force target information.
また、位置速度指令生成部２２２は、Ｓ１１０１にて設定した位置速度指令値とマニピュレータ装置１の位置情報及び移動速度とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、位置速度指令情報を生成し、駆動制御部２１１に送信する（Ｓ１１０７）。 Further, the position / speed command generation unit 222 compares the position / speed command value set in S1101 with the position information and the moving speed of the manipulator device 1. And based on this comparison result, position speed command information is produced | generated and transmitted to the drive control part 211 (S1107).
駆動制御部２１１は、外力と同じ方向にアシスト制御が行われるようにモータ１０６、１０９に出力されるモータ出力値を回転駆動部２１２に出力する（Ｓ１１０８）。この時、駆動制御部２１１が出力するモータ出力値は、電流と駆動部１０、１１のトルク定数を乗算した値と、Ｓ１６０７で生成された新たな移動力目標値とＳ１１０７にて生成された位置・速度を指定する情報とを参照し、算出される。 The drive control unit 211 outputs the motor output value output to the motors 106 and 109 to the rotation drive unit 212 so that assist control is performed in the same direction as the external force (S1108). At this time, the motor output value output by the drive control unit 211 is obtained by multiplying the current by the torque constant of the drive units 10 and 11, the new target value of the moving force generated in S1607, and the position generated in S1107.・ Calculated by referring to the information specifying the speed.
回転駆動部２１２は、モータ出力値に基づいて駆動部１０、１１を駆動させる（Ｓ１１０９）。尚、Ｓ１１０３で検知された外力がアーム１０１、１０２の操作によるものではない場合（Ｓ１１０５／Ｎｏ）、駆動制御部２１１は、本処理を終了させる。例えば、土台１１１を移動させて発生したアーム１０１、１０２の移動は外力によるものではないと判断される。 The rotation drive unit 212 drives the drive units 10 and 11 based on the motor output value (S1109). When the external force detected in S1103 is not due to the operation of the arms 101 and 102 (S1105 / No), the drive control unit 211 ends this process. For example, it is determined that the movement of the arms 101 and 102 generated by moving the base 111 is not due to an external force.
以上説明したように、制御装置２に入力される移動力目標値及び位置・速度設定値との誤差をフィードバックし、駆動部１０、１１の駆動のアシスト制御を実行する。このようにすることで、マニピュレータ装置１が突然動作することや、意図しない位置に移動することを抑制できる。また、移動力目標値を設定する範囲によっては、マニピュレータ装置１に所定の移動力を加えることで移動させることが可能である。 As described above, an error between the moving force target value and the position / speed setting value input to the control device 2 is fed back, and driving assist control of the driving units 10 and 11 is executed. By doing in this way, it can control that manipulator device 1 operates suddenly, or moves to an unintended position. Further, depending on the range in which the moving force target value is set, the manipulator device 1 can be moved by applying a predetermined moving force.
以上説明したようなマニピュレータ装置のアシスト制御においては、ユーザはマニピュレータ装置から手を離すなどして直接教示を終了させる。しかし、図１２に示すように、マニピュレータ装置が持っている慣性力が外力として検知されるために、モータ出力が緩やかに減速してマニピュレータ装置が停止される。 In the assist control of the manipulator device as described above, the user directly ends the teaching by removing his / her hand from the manipulator device. However, as shown in FIG. 12, since the inertial force of the manipulator device is detected as an external force, the motor output is slowly decelerated and the manipulator device is stopped.
そのため、図１２に示すように、ユーザが時間Ｔ１でマニピュレータ装置から手を離して直接教示を終了させようとしても、マニピュレータ装置の持つ慣性力によって時間Ｔ２でモータ出力が完全にゼロになる。そのため、図１２のＳ１に相当するモータ出力値が出力されるため、マニピュレータ装置の停止位置は、ユーザの意図とは異なる位置になってしまう。 Therefore, as shown in FIG. 12, even if the user removes his / her hand from the manipulator device at time T1 and directly ends the teaching, the motor output is completely zero at time T2 due to the inertial force of the manipulator device. Therefore, since a motor output value corresponding to S1 in FIG. 12 is output, the stop position of the manipulator device is different from the user's intention.
そこで、本実施形態においては、マニピュレータ装置１に加えられる外力の変化を監視し、所定以上の外力の減少を検知した場合にマニピュレータ装置１のアシスト制御及びモータ駆動を停止させる。以下、図１３を参照して、本実施形態に係るマニピュレータ装置１に加えられる外力の変化に基づいてアシスト制御を停止させる処理の流れについて説明する。図１３は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１に加えられる外力を監視する処理の流れを示すフローチャートである。尚、本処理は、マニピュレータ装置１がアシスト制御されている間は、一定周期で繰り返し実行される処理である。 Therefore, in the present embodiment, the change in the external force applied to the manipulator device 1 is monitored, and the assist control and motor drive of the manipulator device 1 are stopped when a decrease in the external force exceeding a predetermined value is detected. Hereinafter, with reference to FIG. 13, a flow of processing for stopping the assist control based on a change in the external force applied to the manipulator device 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing for monitoring an external force applied to the manipulator device 1 according to the present embodiment. In addition, this process is a process repeatedly performed with a fixed period, while the manipulator apparatus 1 is assist-controlled.
外力検知部２１７において、マニピュレータ装置１のアーム１０１、１０２に力が加えられたこと（外力）が検知される（Ｓ１３０１）と、駆動制御部２１１は、外力検知部２１７によって前回検知された外力の情報が駆動情報保存部２２３に存在するか否か判定する（Ｓ１３０２）。 When the external force detection unit 217 detects that a force is applied to the arms 101 and 102 of the manipulator device 1 (external force) (S1301), the drive control unit 211 detects the external force detected by the external force detection unit 217 last time. It is determined whether information exists in the drive information storage unit 223 (S1302).
尚、本処理の初回時においては、駆動情報保存部２２３に前回検知時の外力の情報が存在しない（Ｓ１３０２／Ｎｏ）。そのため、駆動制御部２１１は、外力検知部２１７によって検知された外力を前回検知時の外力として駆動情報保存部２２３に保存（Ｓ１３０７）し、本処理を終了させる。従って、駆動情報保存部２２３は、外力保存部として機能する。 Note that at the first time of this processing, there is no external force information at the time of previous detection in the drive information storage unit 223 (S1302 / No). Therefore, the drive control unit 211 stores the external force detected by the external force detection unit 217 in the drive information storage unit 223 as the external force at the previous detection (S1307), and ends this process. Therefore, the drive information storage unit 223 functions as an external force storage unit.
駆動情報保存部２２３に前回検知時の外力の情報が存在する場合（Ｓ１３０２／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量を算出する（Ｓ１３０３）。 When the external information at the time of the previous detection exists in the drive information storage unit 223 (S1302 / Yes), the drive control unit 211 changes the amount of change between the external force at the time of the previous detection and the external force most recently detected by the external force detection unit 217. Is calculated (S1303).
Ｓ１３０３の処理の結果、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量が所定の規定量より小さい場合（Ｓ１３０４／Ｎｏ）、駆動制御部２１１は、外力検知部２１７によって検知された直近の外力を前回検知時の外力として駆動情報保存部２２３に保存（Ｓ１３０７）し、本処理を終了させる。 As a result of the processing of S1303, when the amount of change between the external force at the time of the previous detection and the external force most recently detected by the external force detection unit 217 is smaller than the predetermined specified amount (S1304 / No), the drive control unit 211 includes the external force detection unit. The most recent external force detected by 217 is stored in the drive information storage unit 223 as the external force at the previous detection (S1307), and this process is terminated.
Ｓ１３０３の処理の結果、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量が所定の規定量より大きい場合（Ｓ１３０４／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、次にアーム１０１、１０２の操作による外力が検知される時までマニピュレータ装置１のアシスト制御を停止させる（Ｓ１３０５）。そして、駆動制御部２１１は、回転駆動部２１２に駆動部１０、１１の回転駆動を停止させる（Ｓ１３０６）。駆動部１０、１１の回転駆動が停止すると、駆動制御部２１１は本処理を終了させる。 As a result of the processing of S1303, when the amount of change between the external force at the time of the previous detection and the external force most recently detected by the external force detection unit 217 is greater than a predetermined specified amount (S1304 / Yes), the drive control unit 211 next The assist control of the manipulator device 1 is stopped until an external force due to the operation of 101, 102 is detected (S1305). Then, the drive control unit 211 causes the rotation drive unit 212 to stop the rotation drive of the drive units 10 and 11 (S1306). When the rotational drive of the drive units 10 and 11 is stopped, the drive control unit 211 ends this process.
尚、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量として、前回検知時の外力からの減少率を算出する方法がある。この時、前回検知時の外力からの減少率が５０％以上であった場合に、マニピュレータ装置１のユーザが直接教示を終了したと推定し、アシスト制御を停止する規定量として設定してもよい。尚、前回検知時の外力からの減少率は、マニピュレータ装置１のユーザが前述した、外部装置から入力して設定してもよい。 In addition, there is a method of calculating a reduction rate from the external force at the previous detection as the amount of change between the external force at the previous detection and the external force most recently detected by the external force detection unit 217. At this time, when the decrease rate from the external force at the time of the previous detection is 50% or more, it is estimated that the user of the manipulator device 1 has directly finished teaching, and may be set as a prescribed amount for stopping the assist control. . Note that the rate of decrease from the external force at the previous detection may be set by the user of the manipulator device 1 by inputting from the external device described above.
また、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量として、前回検知時の外力から算出された駆動部１０、１１の回転方向と、直近に検知された外力から算出された駆動部１０、１１の回転方向を比較してもよい。この時、直近に検知された外力から算出された駆動部１０、１１の回転方向が、前回検知時の外力から算出された駆動部１０、１１の回転方向と逆の方向であった場合には、マニピュレータ装置１のユーザが直接教示を終了したと推定し、アシスト制御を停止する規定量として設定してもよい。 Further, as the amount of change between the external force at the previous detection and the external force detected most recently by the external force detection unit 217, the rotation direction of the drive units 10 and 11 calculated from the external force at the previous detection and the external force detected most recently. The rotation directions of the drive units 10 and 11 calculated from the above may be compared. At this time, when the rotation direction of the drive units 10 and 11 calculated from the most recently detected external force is opposite to the rotation direction of the drive units 10 and 11 calculated from the external force at the previous detection Alternatively, it may be estimated that the user of the manipulator device 1 has directly finished teaching, and may be set as a prescribed amount for stopping the assist control.
また、前回検知時の外力と外力検知部２１７によって直近に検知された外力との変化量と所定の規定量とを比較しても良い。この時、直近に検知された外力が前回検知時の外力とは反対方向である場合には、マニピュレータ装置１のユーザが直接教示を終了したと推定し、アシスト制御を停止する規定量として設定してもよい。 Further, the amount of change between the external force at the previous detection time and the external force most recently detected by the external force detection unit 217 may be compared with a predetermined specified amount. At this time, if the most recently detected external force is in the opposite direction to the external force at the previous detection, it is estimated that the user of the manipulator device 1 has directly finished teaching, and is set as a prescribed amount for stopping the assist control. May be.
以上説明したように、図１３で説明した処理においては、マニピュレータ装置１に加えられる外力に基づいてアシスト制御を停止する処理について説明した。マニピュレータ装置１を停止させようとする場合、ユーザはマニピュレータ装置１が停止するようにアーム１０１、１０２を操作する速度を小さくする。従って、アーム１０１、１０２が操作される加速度にも変化が生じることになる。 As described above, in the process described with reference to FIG. 13, the process of stopping the assist control based on the external force applied to the manipulator device 1 has been described. When trying to stop the manipulator device 1, the user decreases the speed at which the arms 101 and 102 are operated so that the manipulator device 1 stops. Accordingly, the acceleration at which the arms 101 and 102 are operated also changes.
そこで、本実施形態においては、マニピュレータ装置１がユーザによって直接教示される際に、アーム１０１、１０２が操作されて生じる加速度の変化を監視し、所定以上の加速度の減少を検知した場合にマニピュレータ装置１のアシスト制御及びモータ駆動を停止させる。 Therefore, in the present embodiment, when the manipulator device 1 is directly taught by the user, the manipulator device is monitored when a change in acceleration generated by operating the arms 101 and 102 is detected and a decrease in acceleration of a predetermined value or more is detected. 1 assist control and motor drive are stopped.
以下、図１４を参照して、本実施形態に係るマニピュレータ装置１が操作される際の加速度の変化に基づいてアシスト制御を停止させる処理の流れについて説明する。図１４は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の加速度を監視する処理の流れを示すフローチャートである。尚、本処理は、マニピュレータ装置１がアシスト制御されている間は、一定周期で繰り返し実行される処理である。 Hereinafter, with reference to FIG. 14, a flow of processing for stopping the assist control based on a change in acceleration when the manipulator device 1 according to the present embodiment is operated will be described. FIG. 14 is a flowchart showing a flow of processing for monitoring the acceleration of the manipulator device 1 according to the present embodiment. In addition, this process is a process repeatedly performed with a fixed period, while the manipulator apparatus 1 is assist-controlled.
回転検知部２１４において、マニピュレータ装置１のアーム１０１、１０２が操作されたことが検知される（Ｓ１４０１）と、駆動制御部２１１は、回転検知部２１４によって前回検知された加速度の情報が駆動情報保存部２２３に存在するか否か判定する（Ｓ１４０２）。従って、回転検知部２１４は加速度検知部として機能し、駆動情報保存部は加速度保存部として機能する。 When the rotation detection unit 214 detects that the arms 101 and 102 of the manipulator device 1 have been operated (S1401), the drive control unit 211 stores the acceleration information previously detected by the rotation detection unit 214 as drive information. It is determined whether it exists in the part 223 (S1402). Therefore, the rotation detection unit 214 functions as an acceleration detection unit, and the drive information storage unit functions as an acceleration storage unit.
尚、本処理の初回時においては、駆動情報保存部２２３に前回検知された加速度の情報が存在しない（Ｓ１４０２／Ｎｏ）。そのため、駆動制御部２１１は、回転検知部２１４によって検知された加速度を前回検知時の加速度の情報として駆動情報保存部２２３に保存（Ｓ１４０７）し、本処理を終了させる。 Note that at the first time of this processing, there is no information on the acceleration detected last time in the drive information storage unit 223 (S1402 / No). Therefore, the drive control unit 211 stores the acceleration detected by the rotation detection unit 214 in the drive information storage unit 223 as acceleration information at the previous detection (S1407), and ends this process.
駆動情報保存部２２３に前回検知された加速度の情報が存在する場合（Ｓ１４０２／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、前回検知された加速度と回転検知部２１４によって直近に検知された加速度との変化量を算出する（Ｓ１４０３）。 When the information on the acceleration detected last time exists in the drive information storage unit 223 (S1402 / Yes), the drive control unit 211 changes the amount of change between the acceleration detected last time and the acceleration most recently detected by the rotation detection unit 214. Is calculated (S1403).
Ｓ１４０３の処理の結果、前回検知時の外力と回転検知部２１４によって直近に検知された外力との変化量が所定の規定量より小さい場合（Ｓ１４０４／Ｎｏ）、駆動制御部２１１は、回転検知部２１４によって検知された直近の加速度を前回検知された加速度として駆動情報保存部２２３に保存（Ｓ１４０７）し、本処理を終了させる。 As a result of the processing of S1403, when the amount of change between the external force at the time of the previous detection and the external force most recently detected by the rotation detection unit 214 is smaller than the predetermined specified amount (S1404 / No), the drive control unit 211 The most recent acceleration detected by 214 is stored in the drive information storage unit 223 as the previously detected acceleration (S1407), and this process is terminated.
Ｓ１４０３の処理の結果、前回検知時された加速度と回転検知部２１４によって直近に検知された加速度との変化量が所定の規定量より大きい場合（Ｓ１４０４／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、次にアーム１０１、１０２が操作される際の加速度が検知される時までマニピュレータ装置１のアシスト制御を停止させる（Ｓ１４０５）。そして、駆動制御部２１１は、回転駆動部２１２に駆動部１０、１１の回転駆動を停止させる（Ｓ１４０６）。駆動部１０、１１の回転駆動が停止すると、駆動制御部２１１は本処理を終了させる。 As a result of the processing of S1403, when the amount of change between the acceleration detected at the previous time and the acceleration detected most recently by the rotation detection unit 214 is larger than a predetermined specified amount (S1404 / Yes), the drive control unit 211 next The assist control of the manipulator device 1 is stopped until the acceleration when the arms 101 and 102 are operated is detected (S1405). Then, the drive control unit 211 causes the rotation drive unit 212 to stop the rotation drive of the drive units 10 and 11 (S1406). When the rotational drive of the drive units 10 and 11 is stopped, the drive control unit 211 ends this process.
尚、前回検知された加速度と回転検知部２１４によって直近に検知された加速度との変化量として、前回検知された加速度からの減少率を算出する方法がある。この時、前回検知された加速度からの減少率が５０％以上であった場合に、マニピュレータ装置１のユーザが直接教示を終了したと推定し、アシスト制御を停止する規定量として設定してもよい。尚、前回検知された加速度からの減少率は、マニピュレータ装置１のユーザが、前述した外部装置から入力して設定してもよい。 As a change amount between the acceleration detected last time and the acceleration detected most recently by the rotation detection unit 214, there is a method of calculating a decrease rate from the acceleration detected last time. At this time, when the rate of decrease from the previously detected acceleration is 50% or more, it is estimated that the user of the manipulator device 1 has directly finished teaching, and may be set as a prescribed amount for stopping assist control. . Note that the rate of decrease from the previously detected acceleration may be set by the user of the manipulator device 1 by inputting from the external device described above.
また、前回検知された加速度と回転検知部２１４によって直近に検知された加速度との変化量と所定の規定量とを比較しても良い。この時、直近に検知された加速度が前回検知された加速度とは反対方向である場合には、マニピュレータ装置１のユーザが直接教示を終了したと推定し、アシスト制御を停止する規定量として設定してもよい。 Further, a change amount between the acceleration detected last time and the acceleration detected most recently by the rotation detection unit 214 may be compared with a predetermined specified amount. At this time, if the most recently detected acceleration is in the opposite direction to the previously detected acceleration, it is estimated that the user of the manipulator device 1 has directly finished teaching, and is set as a prescribed amount for stopping the assist control. May be.
以上説明したように、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の制御装置２においては、アーム１０１、１０２が操作されて生じる外力や加速度が所定以上減少し、動作状況が変化した場合に、アシスト制御を停止させ、さらに駆動部１０、１１を停止させる。そのため、ユーザがマニピュレータ装置１の直接教示を終了させたタイミングでアーム１０１、１０２を停止させるので、ユーザの目的とする位置にマニピュレータ装置１を停止させることが出来る。 As described above, in the control device 2 of the manipulator device 1 according to the present embodiment, assist control is performed when the external force or acceleration generated by operating the arms 101 and 102 decreases more than a predetermined value and the operation state changes. The drive units 10 and 11 are stopped. Therefore, since the arms 101 and 102 are stopped at the timing when the user finishes the direct teaching of the manipulator device 1, the manipulator device 1 can be stopped at the position intended by the user.
その他の実施形態．
上記説明したようなマニピュレータ装置１の制御を行った際に、マニピュレータ装置１の質量が非常に大きい場合には、マニピュレータ装置１の慣性力が大きくなり、駆動部１０、１１が停止するまでに時間がかかることがある。例えば、図１５に示すように、マニピュレータ装置１に加わる外力が時間Ｔ３において０になったと仮定する。しかし、この時マニピュレータ装置１の慣性力や駆動部１０、１１のスルーダウン等によって駆動部１０、１１が実際に停止するのが時間Ｔ４になってしまうことがある。
Other embodiments.
When the manipulator device 1 is controlled as described above, if the mass of the manipulator device 1 is very large, the inertial force of the manipulator device 1 becomes large, and it takes time until the drive units 10 and 11 stop. May take. For example, as shown in FIG. 15, it is assumed that the external force applied to the manipulator device 1 becomes 0 at time T3. However, at this time, the drive units 10 and 11 may actually stop at time T4 due to the inertial force of the manipulator device 1, the through-down of the drive units 10 and 11, and the like.
このような場合、ユーザが目的としているマニピュレータ装置１の停止位置はＰ１であるが、実際にマニピュレータ装置１が停止するのはＰ´となり、（Ｐ１−Ｐ´）に相当する停止位置の誤差が生じる。そこで、本実施形態においては、予めマニピュレータ装置１を停止させたい目的位置の情報を制御装置２に記憶させておき、実際の停止位置から目的位置までマニピュレータ装置１を移動させる。 In such a case, the stop position of the manipulator device 1 intended by the user is P1, but the manipulator device 1 actually stops is P ', and the error of the stop position corresponding to (P1-P') is Arise. Therefore, in the present embodiment, information on the target position where the manipulator device 1 is desired to be stopped is stored in the control device 2 in advance, and the manipulator device 1 is moved from the actual stop position to the target position.
尚、以下の説明においては、マニピュレータ装置１に加えられる外力に基づいて停止位置の制御を行う処理について説明を行うが、マニピュレータ装置１の加速度に基づいて停止位置の制御を行う構成であってもよい。以下、図１６及び図１７を参照して、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の停止位置を制御する処理について説明する。 In the following description, a process for controlling the stop position based on an external force applied to the manipulator device 1 will be described. However, even if the stop position is controlled based on the acceleration of the manipulator device 1. Good. Hereinafter, with reference to FIG.16 and FIG.17, the process which controls the stop position of the manipulator apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.
図１６は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１に加えられる外力の変化に基づいて停止位置を制御する処理の流れについて説明する。図１６は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１に加えられる外力を監視する処理の流れを説明するフローチャートである。尚、図１６のフローチャートにおいてＳ１３０７までは図１３のフローチャートと同じ処理を行うため、重複する説明を省略する。 FIG. 16 illustrates a flow of processing for controlling the stop position based on a change in external force applied to the manipulator device 1 according to the present embodiment. FIG. 16 is a flowchart for explaining the flow of processing for monitoring the external force applied to the manipulator device 1 according to this embodiment. In the flowchart of FIG. 16, the same processing as that of the flowchart of FIG.
駆動制御部２１１は、駆動部１０、１１が停止する（Ｓ１３０６）と、停止位置制御を実行する（Ｓ１６０１）。図１７は、本実施形態に係るマニピュレータ装置１の停止位置の制御を行う処理の流れを示すフローチャートである。駆動制御部２１１は、停止位置制御を開始するタイミングにおけるマニピュレータ装置１の位置の情報を位置情報取得部２１６から取得し、駆動情報保存部２２３に保存する（Ｓ１７０１）。 When the drive units 10 and 11 are stopped (S1306), the drive control unit 211 performs stop position control (S1601). FIG. 17 is a flowchart showing a flow of processing for controlling the stop position of the manipulator device 1 according to this embodiment. The drive control unit 211 acquires the position information of the manipulator device 1 at the timing of starting stop position control from the position information acquisition unit 216, and stores it in the drive information storage unit 223 (S1701).
この時、マニピュレータ装置１の慣性力によって、駆動部１０、１１が回転駆動している場合がある。駆動制御部２１１は、ＦＢ取得部２１５からの情報に基づいて駆動部１０、１１が完全に停止したことを検知する（Ｓ１７０２／Ｙｅｓ）と、位置情報取得部２１６から現時点のマニピュレータ装置１の位置の情報を取得し、駆動情報保存部２２３に保存されている位置情報との比較を行う（Ｓ１７０３）。 At this time, the drive units 10 and 11 may be rotationally driven by the inertial force of the manipulator device 1. When the drive control unit 211 detects that the drive units 10 and 11 are completely stopped based on the information from the FB acquisition unit 215 (S1702 / Yes), the position of the manipulator device 1 at the present time is detected from the position information acquisition unit 216. And is compared with the position information stored in the drive information storage unit 223 (S1703).
Ｓ１７０３の処理において、停止位置制御を開始するタイミングにおけるマニピュレータ装置１の位置と現時点のマニピュレータ装置１の位置との変化量（ΔＰ）が、ΔＰ＞０であった場合（Ｓ１７０４／Ｙｅｓ）、駆動制御部２１１は、回転駆動部２１２に駆動部１０、１１を駆動させる信号を出力する。この時、駆動制御部２１１は、ΔＰに相当する分だけ駆動部１０、１１を駆動させるモータ出力値を回転駆動部２１２に出力する。 In the process of S1703, when the change amount (ΔP) between the position of the manipulator device 1 and the current position of the manipulator device 1 at the timing of starting the stop position control is ΔP> 0 (S1704 / Yes), the drive control is performed. The unit 211 outputs a signal that causes the rotation driving unit 212 to drive the driving units 10 and 11. At this time, the drive control unit 211 outputs a motor output value that drives the drive units 10 and 11 to the rotation drive unit 212 by an amount corresponding to ΔP.
回転駆動部２１２は、ΔＰに相当する分だけ駆動部１０、１１を駆動させる（Ｓ１７０５）。駆動制御部２１１は、ＦＢ取得部２１５からの情報に基づいて駆動部１０、１１が完全に停止したことを検知する（Ｓ１７０６／Ｙｅｓ）と、マニピュレータ装置１の停止位置の制御を停止し（Ｓ１７０７）、本処理を終了させる。 The rotation drive unit 212 drives the drive units 10 and 11 by an amount corresponding to ΔP (S1705). When the drive control unit 211 detects that the drive units 10 and 11 are completely stopped based on the information from the FB acquisition unit 215 (S1706 / Yes), the drive control unit 211 stops control of the stop position of the manipulator device 1 (S1707). ), This process is terminated.
以上説明したように、本実施形態においては、直接教示の後にマニピュレータ装置１が移動した場合であっても、直接教示が終了するタイミングにおける位置までモータ１０６、１０９を駆動させる。そのため、ユーザの意図する位置でマニピュレータ装置１の直接教示を終了させることが出来るため、マニピュレータ装置１が持つ慣性力の影響を低減させて精度よくユーザの目的とする位置にマニピュレータ装置１を停止させることが可能である。 As described above, in the present embodiment, even when the manipulator device 1 moves after direct teaching, the motors 106 and 109 are driven to the position at the timing when direct teaching ends. Therefore, since the direct teaching of the manipulator device 1 can be terminated at the position intended by the user, the influence of the inertial force of the manipulator device 1 is reduced and the manipulator device 1 is accurately stopped at the position intended by the user. It is possible.
１ マニピュレータ装置
１０、１１ 駆動部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ ＲＯＭ
２４ エンジン
２５ ＨＤＤ
２６ Ｉ／Ｆ
２７ センサ
２８ スイッチ
２９ バス
１０１、１０２ アーム
１０３、１０４ 駆動中心
１０５、１０８ 減速機
１０６、１０９ モータ
１０７、１１０ エンコーダ
１１１ 土台
１１２ 移動検知センサ
２０１ 回転駆動制御部
２１１ 駆動制御部
２１２ 回転駆動部
２１４ 回転検知部
２１５ ＦＢ取得部
２１６ 位置情報取得部
２１７ 外力検知部
２２１ 移動力目標生成部
２２２ 位置速度指令生成部
２２３ 駆動情報保存部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manipulator apparatus 10, 11 Drive part 21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 engine 25 HDD
26 I / F
27 Sensor 28 Switch 29 Bus 101, 102 Arm 103, 104 Drive center 105, 108 Reducer 106, 109 Motor 107, 110 Encoder 111 Base 112 Movement detection sensor 201 Rotation drive control unit 211 Drive control unit 212 Rotation drive unit 214 Rotation detection Unit 215 FB acquisition unit 216 position information acquisition unit 217 external force detection unit 221 moving force target generation unit 222 position speed command generation unit 223 drive information storage unit
Claims (8)
前記移動部に加わる外力を検知する外力検知部と、
前記外力が検知された場合に、前記移動部を移動させるための駆動部を制御する駆動制御部と、
を含み、
前記駆動制御部は、
前記移動部の動作状況が所定以上変化した場合に前記駆動部を制御することを特徴とするマニピュレータ装置の制御装置。 A control device for a manipulator device in which a crossing point of a plurality of connected moving parts and a crossing point of a support part that supports the moving part and the moving part are driven, respectively.
An external force detection unit for detecting an external force applied to the moving unit;
A drive control unit that controls a drive unit for moving the moving unit when the external force is detected;
Including
The drive control unit
A control device for a manipulator device that controls the drive unit when an operation state of the moving unit changes by a predetermined value or more.
前記駆動制御部は、
検知された前記外力が、保存されている前記外力よりも所定量以上変化した場合に、前記移動部が停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置の制御装置。 Including an external force storage unit for storing the detected external force;
The drive control unit
2. The manipulator device according to claim 1, wherein when the detected external force changes by a predetermined amount or more than the stored external force, the driving unit is controlled so that the moving unit stops. 3. Control device.
前記駆動制御部は、
保存されている前記外力とは反対方向の前記外力が検知された場合に、前記移動部が停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のマニピュレータ装置の制御装置。 Including an external force storage unit for storing the detected external force;
The drive control unit
3. The manipulator device according to claim 1, wherein when the external force in a direction opposite to the stored external force is detected, the driving unit is controlled so that the moving unit stops. 4. Control device.
検知された前記加速度を保存する加速度保存部と、
を含み、
前記駆動制御部は、
検知された前記加速度が、保存されている前記加速度よりも所定量以上変化した場合に、前記移動部が停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のマニピュレータ装置の制御装置。 An acceleration detection unit that detects acceleration when the moving unit moves;
An acceleration storage unit for storing the detected acceleration;
Including
The drive control unit
4. The drive unit is controlled so that the moving unit stops when the detected acceleration changes by a predetermined amount or more than the stored acceleration. The control device for the manipulator device according to Item.
検知された前記加速度を保存する加速度保存部と、
を含み、
前記駆動制御部は、
保存されている前記加速度とは反対方向の前記加速度が検知された場合に、前記移動部が停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか１項に記載のマニピュレータ装置の制御装置。 An acceleration detection unit that detects acceleration when the moving unit moves;
An acceleration storage unit for storing the detected acceleration;
Including
The drive control unit
5. The drive unit is controlled to stop the moving unit when the acceleration in a direction opposite to the stored acceleration is detected. 6. The control device of the manipulator device described in 1.
前記移動部が停止するように前記駆動部を制御してから前記移動部が停止した後、前記移動部が停止するように前記駆動部を制御したときの前記移動部の位置で前記移動部が停止するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか１項に記載のマニピュレータ装置の制御装置。 The drive control unit
The moving unit is controlled at the position of the moving unit when the driving unit is controlled so that the moving unit stops after the moving unit stops after the driving unit is controlled to stop the moving unit. The control device for a manipulator device according to any one of claims 1 to 5, wherein the drive unit is controlled to stop.
前記移動部に加わる外力を検知し、
前記外力が検知され、前記移動部の動作状況が所定以上変化した場合に、前記移動部を移動させるための駆動部を制御することを特徴とするマニピュレータ装置の制御方法。 A control method of a manipulator device in which a crossing point of a plurality of connected moving parts and a crossing point of a support part supporting the moving part and the moving part are driven, respectively.
Detecting external force applied to the moving part,
A method for controlling a manipulator device, comprising: controlling a driving unit for moving the moving unit when the external force is detected and an operation state of the moving unit changes by a predetermined value or more.
前記移動部に加わる外力を検知するステップと、
前記外力が検知された場合に、前記移動部を移動させるための駆動部を制御するステップと、
を情報処理装置に実行させ、
前記駆動部を制御するステップにおいて、
前記移動部の動作状況が所定以上変化した場合に前記駆動部を制御することを特徴とするマニピュレータ装置の制御プログラム。 A control program for a manipulator device that drives a crossing point of a plurality of connected moving parts and a crossing point of a supporting part that supports the moving part and the moving part, respectively.
Detecting an external force applied to the moving unit;
Controlling a drive unit for moving the moving unit when the external force is detected;
To the information processing device,
In the step of controlling the drive unit,
A control program for a manipulator device that controls the drive unit when an operation state of the moving unit changes by a predetermined value or more.
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