JP2021037582A - アームを有するロボットの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リードスルー時において、オペレータに対し適度な大きさの負荷が発生することにより、従来よりも簡易にアームを停止させる、アームを有するロボットの制御装置を提供すること。【解決手段】本発明は、アームを有するロボットの制御装置であって、前記ロボットの各軸にトルクを発生させるモータと、前記ロボットを外力追従によって制御する際、前記ロボットの各軸の摩擦を打ち消す打ち消しトルクを発生させるように前記モータを制御するトルク発生制御部と、前記打ち消しトルクを基準値以下に変更するトルク変更部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、アームを有するロボットの制御装置に関する。
アームを有するロボット(以下では、「アームロボット」と呼称することがある)をダイレクトティーチ(直接教示)する際、あるいは、ロボットとオペレータとの共同作業においてロボットを手動操作等する際、リードスルー動作をさせる技術が一般的に用いられる。
ここで、「リードスルー」とは、具体的には、ロボットに備わるアームまたは、ハンドをオペレータが掴んでロボットを動かすことによってティーチングを行なう方式のことである。
リードスルーを実現する既存技術の一つとして、オペレータがアームに対して加えた力を増幅するトルクと、ロボットの各軸で発生する摩擦を打ち消すトルク(打ち消しトルク)とを、ロボットを構成する構成要素に加える制御方式がある。
この点、少なくとも一つの関節を有するロボットの柔軟制御に使用する制御装置において、摩擦モデルから、速度に応じた摩擦補償トルクを計算する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−206886号公報
上記の既存技術によるリードスルーは、トルクの要素に、摩擦を完全に打ち消すトルクを含むため、アームロボットは、摩擦が無いかのような振る舞いをする。
そのため、アームロボットの分野においては、リードスルー時に、オペレータが加えた力の推定誤差から生じるモータトルクでアームが動いてしまい、停止させるのが困難となってしまうという課題がある。また、一定速度でのリードスルーにおいて、オペレータに対し適度な大きさの負荷が発生しないという課題もある。
従って、アームロボットのリードスルー時において、オペレータに対し適度な大きさの負荷が発生することにより、従来よりも簡易にアームを停止させることが望まれている。
本開示の一態様は、アームを有するロボットの制御装置であって、前記ロボットの各軸にトルクを発生させるモータと、前記ロボットを外力追従によって制御する際、前記ロボットの各軸の摩擦を打ち消す打ち消しトルクを発生させるように前記モータを制御するトルク発生制御部と、前記打ち消しトルクを基準値以下に変更するトルク変更部と、を備える制御装置である。
一態様によれば、リードスルー時において、オペレータに対し適度な大きさの負荷が発生することにより、従来よりも簡易にアームを停止させることが可能となる。
第1実施形態におけるリードスルーの方法を示す図である。 第1実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 第1実施形態におけるアームロボットの動作可能領域を示す図である。 第2実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
〔1 第1実施形態〕
以下、図1〜図3を参照することにより、本発明の第1実施形態である制御装置1について説明する。
〔1.1 発明の構成〕
図1は、本実施形態が想定するリードスルーによるティーチングの態様を示す図である。図1に示す例において、アームロボット2は、アーム21とロボット本体22とを備える。更に、アーム21は、リンク23A〜23Cと、ジョイント24A〜24Cと、ハンド25とを備える。より詳細には、ジョイント24Aが、リンク23Aとリンク23Bとを回動自在に連結し、ジョイント24Bが、リンク23Bとリンク23Cとを回動自在に連結し、ジョイント24Cが、リンク23Cとロボット本体22とを回動自在に連結する。更に、リンク23Aのジョイント24Bとは反対側の端部に、ハンド25が設置される。このハンド25がアーム21の先端部となる。
また、ジョイント24A〜24Cの各々には、回動の駆動力(トルク)を発生させるためのサーボモータ27が備わる。
オペレータ3は、アーム21または、ハンド25を把持した状態で、アーム21を動かすことによって、アームロボット2に対するティーチングを実行する。
図2は、本実施形態に係る制御装置1の機能ブロック図である。制御装置1は、トルク発生制御部11とトルク変更部12を備える。
トルク発生制御部11は、図1に示したように、アームロボット2をリードスルー(外力追従)によって制御する際、アームロボット2のジョイント24A〜24Cの摩擦を打ち消すように、サーボモータ27を制御し、打ち消しトルクを発生させる。
トルク変更部12は、打ち消しトルクを、基準値以下に変更する。これにより、サーボモータ27が発生させるトルクは、基準値以下に変更される。
とりわけ本実施形態においては、アームロボット2内に、サーボモータ27の速度を検知する速度検知部28が備わり、トルク変更部12には、速度検知部28によって検知されたサーボモータ27の速度値がフィードバックされる。トルク変更部12は、この速度フィードバック値に基づいて、打ち消しトルクを基準値以下に変更する。
なお、速度検知部28は、例えばロータリエンコーダーを用いて実現することが可能である。
また、トルク変更部12は、速度フィードバック値が第1の閾値以下である場合に、打ち消しトルクを、0以上且つ第2の閾値以下に変更し、速度フィードバック値が第1の閾値よりも大きな第3の閾値以上である場合に、打ち消しトルクを、0以上且つ第2の閾値よりも大きな第4の閾値以下に変更してもよい。
例えば、トルク変更部12は、速度フィードバック値が第1の閾値以下の比較的小さい場合に、打ち消しトルクに乗ずるゲインを、0から1の範囲のうち、0に近い値に設定し、速度フィードバック値が第3の閾値以上の比較的大きい場合に、打ち消しトルクに乗ずるゲインを、0から1の範囲で調整してもよい。
図3は、図1に示すアームロボット2のアーム21の動作可能領域を示す。アームロボット2には、図1に示すように動作可能領域が存在する。そして、リードスルーによるティーチング時に、ハンド25が動作可能領域の境界に到達すると、アームロボット2は停止する。オペレータ3は、動作可能領域の境界を明確に意識していないため、アームロボット2が急停止すると、オペレータ3は、アームロボット2の急な動きに対応しきれず、怪我をする可能性が発生する。また、アームロボット2には大きな負荷が掛かり、故障のリスクが高くなる。
そこで、トルク変更部12は、図3に示すように、アームの動作可能領域の境界と、アームの先端部の中心点(TCP:Tool Center Point)との間の距離xが第5の閾値α以下の場合に、距離xと、打ち消しトルクの変更に用いるゲインとが正の相関を持つようにトルクを変更し、距離xが0の場合に、このゲインを0としてもよい。
〔1.2 第1実施形態が奏する効果〕
本実施形態に係る制御装置1は、アームロボット2を外力追従によって制御する際、アームロボット2の各軸の摩擦を打ち消す打ち消しトルクを発生させるようにサーボモータ27を制御するトルク発生制御部11と、この打ち消しトルクを基準値以下に変更するトルク変更部12とを備える。
このため、リードスルー時において、オペレータに対し適度な大きさの負荷が発生することにより、従来よりも簡易にアームを停止させることが可能となる。
また、本実施形態に係る制御装置1において、トルク変更部12は、サーボモータ27からの速度フィードバック値に基づいて、打ち消しトルクを変更する。
このため、リードスルー操作の場合に応じて、停止のしやすさや、オペレータ3への負荷を適度に調整できる。
また、本実施形態に係る制御装置1において、トルク変更部12は、速度フィードバック値が、第1の閾値以下である場合に、打ち消しトルクを0以上且つ第2の閾値以下に変更し、速度フィードバック値が、第1の閾値よりも大きな第3の閾値以上である場合に、打ち消しトルクを、0以上且つ第2の閾値よりも大きな第4の閾値以下に変更する。
このため、リードスルーしていない場合に、打ち消しトルクが減少することによる安定性に由来する、アームロボット2の停止のしやすさと、リードスルー時において、打ち消しトルクの増加によって実現される最適な負荷に由来する動かしやすさとを、両立したリードスルーが可能になる。
また、本実施形態に係る制御装置1において、トルク変更部12は、アーム21の動作可能領域の境界とアーム21の先端部の中心点(TCP)との間の距離が第5の閾値以下の場合に、上記の距離と、打ち消しトルクの変更に用いるゲインとが正の相関を持つようにトルクを変更し、上記の距離が0の場合に、ゲインを0とする。
このため、アームロボット2のアーム21が動作可能領域の境界に到達した際に、急停止することを防ぎ、滑らかに停止することが可能になる。
〔2 第2実施形態〕
以下、図4を参照することにより、本発明の第2実施形態である制御装置1Aについて説明する。なお、以降では、説明の便宜上、制御装置1Aが制御装置1と相違する点について述べ、それ以外の点については説明を省略する。
〔2.1 発明の構成〕
図4は、本実施形態に係る制御装置1Aの機能ブロック図である。制御装置1Aは、制御装置1とは異なり、トルク変更部12の代わりにトルク変更部12Aを備える。
トルク変更部12Aは、アームロボット2のアーム21または、ハンド25に備わる加力推定部29から、アーム21にオペレータ3が加えた力の推定値を取得し、当該推定値に基づいて、打ち消しトルクを基準値以下に変更する。なお、加力推定部29は、例えば力センサによって実現される。
〔2.2 第2実施形態が奏する効果〕
本実施形態に係る制御装置1Aにおいて、トルク変更部12Aは、アーム21にオペレータが加えた力の推定値に基づいて、トルクを変更する。
このため、リードスルー操作の場合に応じて、停止のしやすさや、オペレータ3への負荷を適度に調整できる。
1,1A 制御装置
2 アームロボット
3 オペレータ
11 トルク発生制御部
12,12A トルク変更部
21 アーム
25 ハンド
27 サーボモータ
28 速度検知部
29 加力推定部

Claims (4)

  1. アームを有するロボットの制御装置であって、
    前記ロボットの各軸にトルクを発生させるモータと、
    前記ロボットを外力追従によって制御する際、前記ロボットの各軸の摩擦を打ち消す打ち消しトルクを発生させるように前記モータを制御するトルク発生制御部と、
    前記打ち消しトルクを基準値以下に変更するトルク変更部と、
    を備える制御装置。
  2. 前記トルク変更部は、前記モータからの速度フィードバック値、又は、前記アームにユーザが加えた力の推定値に基づいて、前記打ち消しトルクを変更する、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記トルク変更部は、前記速度フィードバック値又は前記推定値が、第1の閾値以下である場合に、前記打ち消しトルクを0以上且つ第2の閾値以下に変更し、前記速度フィードバック値又は前記推定値が、前記第1の閾値よりも大きな第3の閾値以上である場合に、前記打ち消しトルクを、0以上且つ前記第2の閾値よりも大きな第4の閾値以下に変更する、請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記トルク変更部は、前記アームの動作可能領域の境界と前記アームの先端部の中心点との間の距離が第5の閾値以下の場合に、前記距離と、前記打ち消しトルクの変更に用いるゲインとが正の相関を持つように、前記打ち消しトルクを変更し、前記距離が0の場合に、前記ゲインを0とする、請求項2に記載の制御装置。
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