JP3307788B2 - アーム駆動装置 - Google Patents
アーム駆動装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、操作者の肢体で直接ア
ームを動かして教示し、その教示動作を再現実行するア
ーム駆動装置に関する。具体的には、ティートチング・
プレイパック方式の産業用ロボットや、ＣＰＭ装置と呼
ばれる医療機械、リハビリ用機械、または筋力訓練機械
に関するものである。
ームを動かして教示し、その教示動作を再現実行するア
ーム駆動装置に関する。具体的には、ティートチング・
プレイパック方式の産業用ロボットや、ＣＰＭ装置と呼
ばれる医療機械、リハビリ用機械、または筋力訓練機械
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】操作者がアームの動作を直接教示してそ
の動作を記憶し教示動作に従って動作の再現実行をおこ
なうことで、対象物を組み立てたりグラインダをかけた
り対象物に対してなんらかの押し付けあるいは引っ張り
動作をおこなう産業用ロボットアームの制御装置、ある
いは、アームに肢体をとりつけて外科的治療を目的とし
た連続的な受動運動を施したり、筋力の回復または関節
の拘縮の防止を目的としたリハビリテーションを施すこ
とを目的とする医療機械の制御装置、あるいは、アーム
に肢体をとりつけて主として筋力の増強をはかる訓練機
械の制御装置において、従来より以下のような方式が考
案されている。
の動作を記憶し教示動作に従って動作の再現実行をおこ
なうことで、対象物を組み立てたりグラインダをかけた
り対象物に対してなんらかの押し付けあるいは引っ張り
動作をおこなう産業用ロボットアームの制御装置、ある
いは、アームに肢体をとりつけて外科的治療を目的とし
た連続的な受動運動を施したり、筋力の回復または関節
の拘縮の防止を目的としたリハビリテーションを施すこ
とを目的とする医療機械の制御装置、あるいは、アーム
に肢体をとりつけて主として筋力の増強をはかる訓練機
械の制御装置において、従来より以下のような方式が考
案されている。
【０００３】例えば、文献（杉本、平林、荒井、坂上：
多自由度ロボットの仮想コンプライアンス制御：計測自
動制御学会論文集、Vol.22,No.3,pp.343-350,1988 ）で
は、ロボットアームの手先に力検出器を１個取り付け、
仮想的なコンプライアンスモデルをもつ力制御によって
アームにかかった力に対してアームの位置あるいは速度
を変化させるようにし、直接手でアームを動かして教示
し、教示データは位置あるいは速度のデータとして記憶
し、動作の再現実行時には教示した位置あるいは速度の
データに従って動作する方式を考案している。また、特
公平３ー５４５８７号公報でも、アームに力検出器を取
り付け、力制御によってアームにかかった力に対してア
ームの位置を変化させるようにし、直接手でアームを動
かして教示し、教示データは位置のデータとして記憶
し、動作の再現実行時には教示した位置あるいは速度の
データに従ってアームの位置を制御する方式を考案して
いる。
多自由度ロボットの仮想コンプライアンス制御：計測自
動制御学会論文集、Vol.22,No.3,pp.343-350,1988 ）で
は、ロボットアームの手先に力検出器を１個取り付け、
仮想的なコンプライアンスモデルをもつ力制御によって
アームにかかった力に対してアームの位置あるいは速度
を変化させるようにし、直接手でアームを動かして教示
し、教示データは位置あるいは速度のデータとして記憶
し、動作の再現実行時には教示した位置あるいは速度の
データに従って動作する方式を考案している。また、特
公平３ー５４５８７号公報でも、アームに力検出器を取
り付け、力制御によってアームにかかった力に対してア
ームの位置を変化させるようにし、直接手でアームを動
かして教示し、教示データは位置のデータとして記憶
し、動作の再現実行時には教示した位置あるいは速度の
データに従ってアームの位置を制御する方式を考案して
いる。
【０００４】これらは、アームに力検出器を１個取り付
け、力制御によってアームにかかった力に対してアーム
の位置あるいは速度を変化させるようにし、直接手でア
ームを動かして教示し、教示データは位置あるいは速度
のデータとして記憶し、動作の再現実行時には教示した
位置あるいは速度のデータに従って動作させる方式に相
当する。
け、力制御によってアームにかかった力に対してアーム
の位置あるいは速度を変化させるようにし、直接手でア
ームを動かして教示し、教示データは位置あるいは速度
のデータとして記憶し、動作の再現実行時には教示した
位置あるいは速度のデータに従って動作させる方式に相
当する。
【０００５】また、文献（H,Kazerooni, S.L.Mahony,：
Dynamics and Control of RoboticSystems Worn by Hum
ans：Journal of Dynamic Systems , Measurement, and
Control,Vol.113,September,pp.379-387,1992)では、
ロボットアームの手先に力検出器を２個取り付け、操作
する人がアームにかける力とアームが対象物にかける力
をそれぞれ計測し、仮想的なコンプライアンスモデルを
もつ力制御によってアームにかかったふたつの力に対し
てアームの位置あるいは速度を変化させるようにし、力
検出器のひとつに力が直接手でアームを動かしてこの力
を適当な倍率で増幅してアームを操作する方式を考案し
ている。これは、ロボットアームの手先に力検出器を２
個取り付け、操作する人がアームにかける力とアームが
対象物にかける力をそれぞれ計測し、力制御によってア
ームにかかったふたつの力に対してアームの位置あるい
は速度を変化させるようにし、動作実行時にはアームを
直接操作し続ける方式に相当する。
Dynamics and Control of RoboticSystems Worn by Hum
ans：Journal of Dynamic Systems , Measurement, and
Control,Vol.113,September,pp.379-387,1992)では、
ロボットアームの手先に力検出器を２個取り付け、操作
する人がアームにかける力とアームが対象物にかける力
をそれぞれ計測し、仮想的なコンプライアンスモデルを
もつ力制御によってアームにかかったふたつの力に対し
てアームの位置あるいは速度を変化させるようにし、力
検出器のひとつに力が直接手でアームを動かしてこの力
を適当な倍率で増幅してアームを操作する方式を考案し
ている。これは、ロボットアームの手先に力検出器を２
個取り付け、操作する人がアームにかける力とアームが
対象物にかける力をそれぞれ計測し、力制御によってア
ームにかかったふたつの力に対してアームの位置あるい
は速度を変化させるようにし、動作実行時にはアームを
直接操作し続ける方式に相当する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】操作者がアームの動作
を直接教示してその動作を記憶し教示動作に従って動作
の再現実行をおこなうことで、対象物を組み立てたりグ
ラインダをかけたり対象物に対してなんらかの押し付け
あるいは引っ張り動作をおこなう産業用ロボットアーム
の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつけて外科
的治療を目的とした連続的な受動運動を施したり、筋力
の回復または関節の拘縮の防止を目的としたリハビリテ
ーションを施すことを目的とする医療機械の制御装置、
あるいは、アームに肢体をとりつけて主として筋力の増
強をはかる訓練機械の制御装置において、従来は、アー
ムに力検出器を１個取り付け、力制御によってアームに
かかった力に対してアームの位置あるいは速度を変化さ
せるようにし、教示データは位置あるいは速度のデータ
として記憶し、動作の再現実行時には教示した位置ある
いは速度のデータに従って動作させる方式があり、ま
た、ロボットアームの手先に力検出器を２個取り付け、
操作する人がアームにかける力とアームが対象物にかけ
る力をそれぞれ計測し、力制御によってアームにかかっ
たふたつの力に対してアームの位置あるいは速度を変化
させるようにし、動作実行時にはアームを直接操作し続
ける方式が存在する。
を直接教示してその動作を記憶し教示動作に従って動作
の再現実行をおこなうことで、対象物を組み立てたりグ
ラインダをかけたり対象物に対してなんらかの押し付け
あるいは引っ張り動作をおこなう産業用ロボットアーム
の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつけて外科
的治療を目的とした連続的な受動運動を施したり、筋力
の回復または関節の拘縮の防止を目的としたリハビリテ
ーションを施すことを目的とする医療機械の制御装置、
あるいは、アームに肢体をとりつけて主として筋力の増
強をはかる訓練機械の制御装置において、従来は、アー
ムに力検出器を１個取り付け、力制御によってアームに
かかった力に対してアームの位置あるいは速度を変化さ
せるようにし、教示データは位置あるいは速度のデータ
として記憶し、動作の再現実行時には教示した位置ある
いは速度のデータに従って動作させる方式があり、ま
た、ロボットアームの手先に力検出器を２個取り付け、
操作する人がアームにかける力とアームが対象物にかけ
る力をそれぞれ計測し、力制御によってアームにかかっ
たふたつの力に対してアームの位置あるいは速度を変化
させるようにし、動作実行時にはアームを直接操作し続
ける方式が存在する。
【０００７】ところが、上記の前者の方式では、力検出
器を１個しか用いないため、力制御系に入力される力情
報は、操作者の操作力と、アームが対象物あるいは肢体
にかける外力との合力となり、アームの動作の教示をお
こなうときに、この合力をもとにした力制御系による位
置あるいは速度の指令値しか教示データとして記憶でき
ないため、動作の再現実行時に必要な対象物あるいは肢
体にかかる力を教示することができないという問題点が
ある。また、後者の方式では、アームを操作するとき
に、アームの位置あるいは速度だけでなく力も直接対象
物あるいは肢体にかけながら操作することができるが、
アームの位置あるいは速度および力を記憶する手段がな
いので、アームを動作させるにはアームを常に操作し続
けなければならず、アームの動作を教示して記憶し後に
再現実行するということができないという問題点があ
る。
器を１個しか用いないため、力制御系に入力される力情
報は、操作者の操作力と、アームが対象物あるいは肢体
にかける外力との合力となり、アームの動作の教示をお
こなうときに、この合力をもとにした力制御系による位
置あるいは速度の指令値しか教示データとして記憶でき
ないため、動作の再現実行時に必要な対象物あるいは肢
体にかかる力を教示することができないという問題点が
ある。また、後者の方式では、アームを操作するとき
に、アームの位置あるいは速度だけでなく力も直接対象
物あるいは肢体にかけながら操作することができるが、
アームの位置あるいは速度および力を記憶する手段がな
いので、アームを動作させるにはアームを常に操作し続
けなければならず、アームの動作を教示して記憶し後に
再現実行するということができないという問題点があ
る。
【０００８】この発明の目的は、操作者がアームの動作
を直接教示してその動作を記憶し教示動作に従って動作
の再現実行をおこなうことで、対象物を組み立てたりグ
ラインダをかけたり対象物に対してなんらかの押し付け
あるいは引っ張り動作をおこなう産業用ロボットアーム
の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつけて外科
的治療を目的とした連続的な受動運動を施したり、筋力
の回復または関節の拘縮の防止を目的としたリハビリテ
ーションを施すことを目的とする医療機械の制御装置、
あるいは、アームに肢体をとりつけて主として筋力の増
強をはかる訓練機械の制御装置において、動作の教示時
には、位置あるいは速度と力とを共に教示して記憶する
ことができ、動作の再現実行時には、教示したデータに
したがって位置あるいは速度と力の制御を共におこなう
ことのできる、産業用ロボットアームまたは医療機械ま
たは訓練機械の制御装置を提供することにある。
を直接教示してその動作を記憶し教示動作に従って動作
の再現実行をおこなうことで、対象物を組み立てたりグ
ラインダをかけたり対象物に対してなんらかの押し付け
あるいは引っ張り動作をおこなう産業用ロボットアーム
の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつけて外科
的治療を目的とした連続的な受動運動を施したり、筋力
の回復または関節の拘縮の防止を目的としたリハビリテ
ーションを施すことを目的とする医療機械の制御装置、
あるいは、アームに肢体をとりつけて主として筋力の増
強をはかる訓練機械の制御装置において、動作の教示時
には、位置あるいは速度と力とを共に教示して記憶する
ことができ、動作の再現実行時には、教示したデータに
したがって位置あるいは速度と力の制御を共におこなう
ことのできる、産業用ロボットアームまたは医療機械ま
たは訓練機械の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、ア
ームを直接操作するため操作者がアームへかける第１の
力を検出する第１の力検出器と、対象物あるいは肢体に
アームがかける第２の力を検出する第２の力検出器とを
備え、前記操作者がアームの動作を直接教示してその動
作を記憶し、その後、記憶した教示動作に従って動作の
再現実行を行うアーム駆動装置において、前記第２の力
検出器が前記第１の力検出器を介さずに前記アーム手先
に設けられ前記第２の力検出器の先に手先効果器が備え
付けられており、教示時にこれらの両方の力を計測して
合力を求め、前記合力のインピーダンスの動特性モデル
によってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方の運動指令値を変化させることによって
アームの位置あるいは速度あるいはその両方を変化さ
せ、前記第２の力検出器の検出値と、前記サーボ・コン
トローラへの位置あるいは速度あるいはその両方の運動
指令値とを教示データとして記憶し、動作の再現実行時
には、動作の再現実行時に対象物あるいは操作者の肢体
にアームがかける第３の力を前記第２の力検出器にて検
出し、前記教示データとして記憶していた第２の力と前
記第３の力の値をもとにした力制御系によってサーボ・
コントローラへの位置あるいは速度あるいはその両方を
変化させる運動指令値と、前記教示データとして記憶し
ていた位置あるいは速度あるいはその両方の運動指令値
とをそれぞれ計算し、これらの運動指令値から新たな運
動指令値を作成し、サーボ・コントローラへの位置ある
いは速度あるいはその両方の指令としてアームを動作さ
せるようにしたことを特徴とするものである。
ームを直接操作するため操作者がアームへかける第１の
力を検出する第１の力検出器と、対象物あるいは肢体に
アームがかける第２の力を検出する第２の力検出器とを
備え、前記操作者がアームの動作を直接教示してその動
作を記憶し、その後、記憶した教示動作に従って動作の
再現実行を行うアーム駆動装置において、前記第２の力
検出器が前記第１の力検出器を介さずに前記アーム手先
に設けられ前記第２の力検出器の先に手先効果器が備え
付けられており、教示時にこれらの両方の力を計測して
合力を求め、前記合力のインピーダンスの動特性モデル
によってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方の運動指令値を変化させることによって
アームの位置あるいは速度あるいはその両方を変化さ
せ、前記第２の力検出器の検出値と、前記サーボ・コン
トローラへの位置あるいは速度あるいはその両方の運動
指令値とを教示データとして記憶し、動作の再現実行時
には、動作の再現実行時に対象物あるいは操作者の肢体
にアームがかける第３の力を前記第２の力検出器にて検
出し、前記教示データとして記憶していた第２の力と前
記第３の力の値をもとにした力制御系によってサーボ・
コントローラへの位置あるいは速度あるいはその両方を
変化させる運動指令値と、前記教示データとして記憶し
ていた位置あるいは速度あるいはその両方の運動指令値
とをそれぞれ計算し、これらの運動指令値から新たな運
動指令値を作成し、サーボ・コントローラへの位置ある
いは速度あるいはその両方の指令としてアームを動作さ
せるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】なお、記憶する教示データは、前記第２の
力検出器の検出値とせず、前記第１の力検出器の検出値
としてもよい（第３発明）。
力検出器の検出値とせず、前記第１の力検出器の検出値
としてもよい（第３発明）。
【００１１】本発明の第２発明は、アームを直接操作す
るため操作者がアームへかける第１の力を検出する第１
の力検出器と、対象物あるいは肢体にアームがかける第
２の力を検出する第２の力検出器とを備え、教示時にこ
れらの両方の力を計測した情報にもとづいた力制御系に
よってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度ある
いはその両方の運動指令値を変化させることによってア
ームの位置あるいは速度あるいはその両方を変化させな
がら、前記操作者がアームの動作を直接教示してその動
作を記憶し、その後、記憶した教示動作に従って動作の
再現実行を行うアーム駆動装置において、記憶する教示
データは、新たな運動指令値（すなわち、前記第１の力
と前記第２の力の両方の力をもとにした力制御系によっ
て得られるアームの位置あるいは速度あるいはその両方
を変化させる運動指令値と、前記第２の力のみを動作の
再現実行時の力制御系の動特性モデルに入力することに
よって得られるアームの位置あるいは速度あるいはその
両方を変化させる運動指令値とを各々計算し、これらの
運動指令値から作成された新たな運動指令値）と、その
とき第２の力のみによる力制御系にもちいた動特性モデ
ルとし、動作の再現実行時には、動作の再現実行時に対
象物あるいは操作者の肢体にアームがかける第３の力を
前記第２の力検出器にて検出し、前記教示データとして
記憶していた第２の力と前記第３の力の値をもとにした
力制御系によってサーボ・コントローラへの位置あるい
は速度あるいはその両方を変化させる運動指令値と、記
憶していた位置あるいは速度あるいはその両方の運動指
令値とをそれぞれ計算し、これらの運動指令値から新た
な運動指令値を作成し、サーボ・コントローラへの位置
あるいは速度あるいはその両方の指令としてアームを動
作させるようにしたことを特徴とするものである。
るため操作者がアームへかける第１の力を検出する第１
の力検出器と、対象物あるいは肢体にアームがかける第
２の力を検出する第２の力検出器とを備え、教示時にこ
れらの両方の力を計測した情報にもとづいた力制御系に
よってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度ある
いはその両方の運動指令値を変化させることによってア
ームの位置あるいは速度あるいはその両方を変化させな
がら、前記操作者がアームの動作を直接教示してその動
作を記憶し、その後、記憶した教示動作に従って動作の
再現実行を行うアーム駆動装置において、記憶する教示
データは、新たな運動指令値（すなわち、前記第１の力
と前記第２の力の両方の力をもとにした力制御系によっ
て得られるアームの位置あるいは速度あるいはその両方
を変化させる運動指令値と、前記第２の力のみを動作の
再現実行時の力制御系の動特性モデルに入力することに
よって得られるアームの位置あるいは速度あるいはその
両方を変化させる運動指令値とを各々計算し、これらの
運動指令値から作成された新たな運動指令値）と、その
とき第２の力のみによる力制御系にもちいた動特性モデ
ルとし、動作の再現実行時には、動作の再現実行時に対
象物あるいは操作者の肢体にアームがかける第３の力を
前記第２の力検出器にて検出し、前記教示データとして
記憶していた第２の力と前記第３の力の値をもとにした
力制御系によってサーボ・コントローラへの位置あるい
は速度あるいはその両方を変化させる運動指令値と、記
憶していた位置あるいは速度あるいはその両方の運動指
令値とをそれぞれ計算し、これらの運動指令値から新た
な運動指令値を作成し、サーボ・コントローラへの位置
あるいは速度あるいはその両方の指令としてアームを動
作させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】操作者がアームの動作を直接教示してその動作
を記憶し教示動作に従って動作の再現実行をおこなうこ
とで、対象物を組み立てたりグラインダをかけたり対象
物に対してなんらかの押し付けあるいは引っ張り動作を
おこなう産業用ロボットアームの制御装置、あるいは、
アームに肢体をとりつけて外科的治療を目的とした連続
的な受動運動を施したり、筋力の回復または関節の拘縮
の防止を目的としたリハビリテーションを施すことを目
的とする医療機械の制御装置、あるいは、アームに肢体
をとりつけて主として筋力の増強をはかる訓練機械の制
御装置において、動作の教示時には、位置あるいは速度
と力とを共に教示することができ、動作の再現実行時に
は、教示したデータにしたがって位置あるいは速度と力
の制御を共におこなうことができる。
を記憶し教示動作に従って動作の再現実行をおこなうこ
とで、対象物を組み立てたりグラインダをかけたり対象
物に対してなんらかの押し付けあるいは引っ張り動作を
おこなう産業用ロボットアームの制御装置、あるいは、
アームに肢体をとりつけて外科的治療を目的とした連続
的な受動運動を施したり、筋力の回復または関節の拘縮
の防止を目的としたリハビリテーションを施すことを目
的とする医療機械の制御装置、あるいは、アームに肢体
をとりつけて主として筋力の増強をはかる訓練機械の制
御装置において、動作の教示時には、位置あるいは速度
と力とを共に教示することができ、動作の再現実行時に
は、教示したデータにしたがって位置あるいは速度と力
の制御を共におこなうことができる。
【００１３】また、第２発明によれば、第１発明にくら
べて、ほぼ半分の記憶容量しか必要としないので、記憶
装置の容量を節約できるという作用がある。
べて、ほぼ半分の記憶容量しか必要としないので、記憶
装置の容量を節約できるという作用がある。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、まず本
発明の原理を図１〜図４を用いて説明する。図１は請求
項１の教示時のブロック図、図２は請求項２の教示時の
ブロック図、図３は請求項１の再生時のブロック図、図
４は請求項２の再生時のブロック図である。図１と図
３、図２と図４はそれぞれ同じ装置であるが、図示しな
い切り替え手段により信号の流れが切り替わるものであ
る。煩雑になるため、切り替え前の図を図１と図２、切
り替え後の図を図３と図４として表している。まず、請
求項１において発明の原理を説明する。力検出器を２個
用いて、アームを直接操作するため操作者がかける操作
力ｆｏｐと対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆ
ｅを計測し、これらの合力ｆｉを次のように求める。 ｆi ＝ｆop −ｆe （式１） ここで操作力ｆopと外力ｆe の向きは同じ方向に定義し
ている。また、力制御系として、たとえば、慣性ｍo 、
粘性ｂo 、弾性ｋo のいわゆるインピーダンスを動特性
モデルとし、合力ｆi にたいして、角度θr を次のよう
に生成する。 θr ＝ｆi ／（ｍo ｓ2 ＋ｂo ｓ＋ｋo ） （式２） これは周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。この角度θr をサーボ・コントローラへの角度の
指令値として送る。サーボ・コントローラは、角度検出
器において検出した角度θの角度の指令値θr に対する
偏差を計算して、実際の角度θが角度の指令値θr に追
従するようにモータ駆動トルクτをモータにて発生す
る。モータは減速器を介してアームを動かす。操作者は
このときのアームの運動によって反力を得ることができ
る。このときの外力ｆe の値と角度の指令値θr とを一
定時間ごとに記憶装置に記憶することでアームの動作を
教示する。
発明の原理を図１〜図４を用いて説明する。図１は請求
項１の教示時のブロック図、図２は請求項２の教示時の
ブロック図、図３は請求項１の再生時のブロック図、図
４は請求項２の再生時のブロック図である。図１と図
３、図２と図４はそれぞれ同じ装置であるが、図示しな
い切り替え手段により信号の流れが切り替わるものであ
る。煩雑になるため、切り替え前の図を図１と図２、切
り替え後の図を図３と図４として表している。まず、請
求項１において発明の原理を説明する。力検出器を２個
用いて、アームを直接操作するため操作者がかける操作
力ｆｏｐと対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆ
ｅを計測し、これらの合力ｆｉを次のように求める。 ｆi ＝ｆop −ｆe （式１） ここで操作力ｆopと外力ｆe の向きは同じ方向に定義し
ている。また、力制御系として、たとえば、慣性ｍo 、
粘性ｂo 、弾性ｋo のいわゆるインピーダンスを動特性
モデルとし、合力ｆi にたいして、角度θr を次のよう
に生成する。 θr ＝ｆi ／（ｍo ｓ2 ＋ｂo ｓ＋ｋo ） （式２） これは周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。この角度θr をサーボ・コントローラへの角度の
指令値として送る。サーボ・コントローラは、角度検出
器において検出した角度θの角度の指令値θr に対する
偏差を計算して、実際の角度θが角度の指令値θr に追
従するようにモータ駆動トルクτをモータにて発生す
る。モータは減速器を介してアームを動かす。操作者は
このときのアームの運動によって反力を得ることができ
る。このときの外力ｆe の値と角度の指令値θr とを一
定時間ごとに記憶装置に記憶することでアームの動作を
教示する。
【００１５】アームの動作の再現実行時には、図３に示
すように、記憶した外力の値ｆemと角度の指令値θrmと
を記憶装置から一定時間ごとに読み出す。動作の再現実
行時に対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆe1を
力検出器にて計測して、記憶したおいた外力ｆemとの合
力ｆi1を次のように求める。 ｆi1 ＝ ｆem − ｆe1 （式３） ここで力制御系として、教示時と同じ様に慣性ｍ1 、粘
性ｂ1 、弾性ｋ1 のインピーダンスを動特性モデルとし
て構成すると、合力ｆi1にたいして、角度の指令値θr1
を次のように生成できる。 θr1 ＝ｆi1／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式４） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。このとき記憶装置に保存しておいた角度の教示デ
ータθrmと角度の指令値θr1とから次のように新たな角
度の指令値θrrを計算する。 θrr ＝ θrm ＋ θr1 （式５） この新たな角度の指令値θｒｒをサーボ・コントローラ
への角度の指令値として送る。サーボ・コントローラ
は、角度検出器において検出した角度θ1 の角度の指令
値θrrに対する偏差を計算して、実際の角度θ1 が角度
の指令値θrrに追従するようにモータ駆動トルクτ1 を
モータにて発生する。モータは減速器を介してアームを
動かす。このとき、アームの動作は、教示時の操作力ｆ
opが常に加わった状態で対象物あるいは肢体への外力ｆ
e との合力に従って力制御を実行する教示時の動作と等
価な動作を再現することになり、教示時に操作者が教示
した運動および力を再現しながらアームが動作すること
になる。
すように、記憶した外力の値ｆemと角度の指令値θrmと
を記憶装置から一定時間ごとに読み出す。動作の再現実
行時に対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆe1を
力検出器にて計測して、記憶したおいた外力ｆemとの合
力ｆi1を次のように求める。 ｆi1 ＝ ｆem − ｆe1 （式３） ここで力制御系として、教示時と同じ様に慣性ｍ1 、粘
性ｂ1 、弾性ｋ1 のインピーダンスを動特性モデルとし
て構成すると、合力ｆi1にたいして、角度の指令値θr1
を次のように生成できる。 θr1 ＝ｆi1／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式４） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。このとき記憶装置に保存しておいた角度の教示デ
ータθrmと角度の指令値θr1とから次のように新たな角
度の指令値θrrを計算する。 θrr ＝ θrm ＋ θr1 （式５） この新たな角度の指令値θｒｒをサーボ・コントローラ
への角度の指令値として送る。サーボ・コントローラ
は、角度検出器において検出した角度θ1 の角度の指令
値θrrに対する偏差を計算して、実際の角度θ1 が角度
の指令値θrrに追従するようにモータ駆動トルクτ1 を
モータにて発生する。モータは減速器を介してアームを
動かす。このとき、アームの動作は、教示時の操作力ｆ
opが常に加わった状態で対象物あるいは肢体への外力ｆ
e との合力に従って力制御を実行する教示時の動作と等
価な動作を再現することになり、教示時に操作者が教示
した運動および力を再現しながらアームが動作すること
になる。
【００１６】請求項２でしめした制御装置の構成では、
請求項１の制御装置の構成のように教示時に記憶する情
報として外力ｆe の値と角度の指令値θr とを記憶する
のではなく、図２にしめすように、上記の角度指令値θ
r と、外力ｆe のみを動作の再現実行時の力制御系の動
特性モデルに入力することによって得られるアームの角
度指令値θreとを各々計算する。角度指令値θreは次の
ように計算する。 θre＝ｆe ／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式６） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。ここで動作の再現実行時の力制御系の動特性モデ
ルを慣性ｍ1 、粘性ｂ1 、弾性ｋ1 のインピーダンスと
した。これらの角度指令値から新たな角度指令値θｅを
次のように作成する。 θe ＝ θr ＋ θre （式７） この新たな角度指令値θe を一定時間ごとに記憶装置に
記憶する。かつ、そのとき慣性ｍ1 、粘性ｂ1 、弾性ｋ
1 のインピーダンスからなる動特性モデルもまた記憶装
置に記憶することで、アームの動作を教示する。このと
き、記憶装置に一定時間ごとに記憶する教示データは角
度指令値θe だけである。動特性モデルも記憶するが、
これは記憶装置に一度記憶すれば良く、一定時間ごとに
記憶する必要がない。この方法は請求項１で述べた方法
にくらべて、ほぼ半分の記憶容量しか必要としないの
で、記憶装置の容量を節約できるという効果がある。
請求項１の制御装置の構成のように教示時に記憶する情
報として外力ｆe の値と角度の指令値θr とを記憶する
のではなく、図２にしめすように、上記の角度指令値θ
r と、外力ｆe のみを動作の再現実行時の力制御系の動
特性モデルに入力することによって得られるアームの角
度指令値θreとを各々計算する。角度指令値θreは次の
ように計算する。 θre＝ｆe ／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式６） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。ここで動作の再現実行時の力制御系の動特性モデ
ルを慣性ｍ1 、粘性ｂ1 、弾性ｋ1 のインピーダンスと
した。これらの角度指令値から新たな角度指令値θｅを
次のように作成する。 θe ＝ θr ＋ θre （式７） この新たな角度指令値θe を一定時間ごとに記憶装置に
記憶する。かつ、そのとき慣性ｍ1 、粘性ｂ1 、弾性ｋ
1 のインピーダンスからなる動特性モデルもまた記憶装
置に記憶することで、アームの動作を教示する。このと
き、記憶装置に一定時間ごとに記憶する教示データは角
度指令値θe だけである。動特性モデルも記憶するが、
これは記憶装置に一度記憶すれば良く、一定時間ごとに
記憶する必要がない。この方法は請求項１で述べた方法
にくらべて、ほぼ半分の記憶容量しか必要としないの
で、記憶装置の容量を節約できるという効果がある。
【００１７】アームの動作の再現実行時には、記憶して
おいた角度指令値θemを記憶装置から一定時間ごとに読
み出して、また記憶しておいた動特性モデルも記憶装置
から読み出して力制御系にもちい、動作の再現実行時に
対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆe1を力検出
器にて計測し、記憶しておいた動特性モデルをもちいた
力制御系と外力ｆe1とからサーボ・コントローラへの角
度指令値θr1を次のように計算する。 θr1＝ｆe1／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式８） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。これと記憶しておいた角度指令値θｅｍとから、
新たな角度指令値θrrを次のように作成する。 θrr ＝ θem − θr1 （式９） この角度指令値θrrをサーボ・コントローラへの角度の
指令としてアームを動作させる。サーボ・コントローラ
は、角度検出器において検出した角度θ1 の角度の指令
値θrrに対する偏差を計算して、実際の角度θ1 が角度
の指令値θrrに追従するようにモータ駆動トルクτ1 を
モータにて発生する。モータは減速器を介してアームを
動かす。このとき、アームの動作は、教示時の操作力ｆ
opが常に加わった状態で対象物あるいは肢体への外力ｆ
e との合力に従って力制御を実行する教示時の動作と等
価な動作を再現することになり、教示時に操作者が教示
した運動および力を再現しながらアームが動作すること
になる。以上が本発明の原理である。
おいた角度指令値θemを記憶装置から一定時間ごとに読
み出して、また記憶しておいた動特性モデルも記憶装置
から読み出して力制御系にもちい、動作の再現実行時に
対象物あるいは肢体にアームがかける外力ｆe1を力検出
器にて計測し、記憶しておいた動特性モデルをもちいた
力制御系と外力ｆe1とからサーボ・コントローラへの角
度指令値θr1を次のように計算する。 θr1＝ｆe1／（ｍ1 ｓ2 ＋ｂ1 ｓ＋ｋ1 ） （式８） これも周波数領域であらわしているが、実施する装置で
は、この式を離散化して一定周期ごとに角度の指令値を
得る。これと記憶しておいた角度指令値θｅｍとから、
新たな角度指令値θrrを次のように作成する。 θrr ＝ θem − θr1 （式９） この角度指令値θrrをサーボ・コントローラへの角度の
指令としてアームを動作させる。サーボ・コントローラ
は、角度検出器において検出した角度θ1 の角度の指令
値θrrに対する偏差を計算して、実際の角度θ1 が角度
の指令値θrrに追従するようにモータ駆動トルクτ1 を
モータにて発生する。モータは減速器を介してアームを
動かす。このとき、アームの動作は、教示時の操作力ｆ
opが常に加わった状態で対象物あるいは肢体への外力ｆ
e との合力に従って力制御を実行する教示時の動作と等
価な動作を再現することになり、教示時に操作者が教示
した運動および力を再現しながらアームが動作すること
になる。以上が本発明の原理である。
【００１８】以下、本発明の具体的実施例を図１〜６を
用いて説明する。本発明における制御装置の構成をあら
わしたのが図１〜４である。各請求項で述べた制御装置
は等価的に同じ作用を実現するため、まず、請求項１に
おいて発明の実施例を説明する。
用いて説明する。本発明における制御装置の構成をあら
わしたのが図１〜４である。各請求項で述べた制御装置
は等価的に同じ作用を実現するため、まず、請求項１に
おいて発明の実施例を説明する。
【００１９】アームの動作教示時の制御系の構成を図１
に示す。力検出器を２個用いて、アームを直接操作する
ため操作者がかける操作力４を力検出器１にて計測し、
対象物あるいは肢体３にアーム６がかける外力５を力検
出器２にて計測し、これらの両方の操作力４と外力５の
合力１６を演算１７によって求める。合力１６と動特性
モデル１４をもとにした力制御系によってサーボ・コン
トローラ１２への角度の指令値１３を計算する。サーボ
・コントローラ１２は、角度検出器９において検出した
角度１０の角度指令値１３に対する偏差を計算して、実
際の角度が角度指令値に追従するようにモータ駆動トル
ク１１をモータ８にて発生する。モータ８は減速器７を
介してアーム６を動かす。このとき、角度指令値１３と
外力５の値をそれぞれ一定時間ごとに記憶装置１５に記
憶することでアームの動作を教示する。
に示す。力検出器を２個用いて、アームを直接操作する
ため操作者がかける操作力４を力検出器１にて計測し、
対象物あるいは肢体３にアーム６がかける外力５を力検
出器２にて計測し、これらの両方の操作力４と外力５の
合力１６を演算１７によって求める。合力１６と動特性
モデル１４をもとにした力制御系によってサーボ・コン
トローラ１２への角度の指令値１３を計算する。サーボ
・コントローラ１２は、角度検出器９において検出した
角度１０の角度指令値１３に対する偏差を計算して、実
際の角度が角度指令値に追従するようにモータ駆動トル
ク１１をモータ８にて発生する。モータ８は減速器７を
介してアーム６を動かす。このとき、角度指令値１３と
外力５の値をそれぞれ一定時間ごとに記憶装置１５に記
憶することでアームの動作を教示する。
【００２０】アームの動作実行時には、図３に示すよう
に、記憶した教示データである外力２１９と角度の指令
値２１７をそれぞれ一定時間ごとに読みだし、外力２１
９と動作実行時に力検出器２０１によって検出した外力
２０３とから合力２１５を演算２１６によって計算し、
これと動特性モデル２１４とから角度の指令値２１３を
計算する。角度の指令値２１３と教示データの角度の指
令値２１７とから演算２１２によって新たな角度の指令
値２１１を計算し、サーボ・コントローラ２１０への角
度の指令値とする。サーボ・コントローラ２１０は、角
度検出器２０７において検出した角度２０８の角度指令
値２１１に対する偏差を計算して、実際の角度が角度の
指令値に追従するようにモータ駆動トルク２０９をモー
タ２０６にて発生する。モータ２０６は減速器２０５を
介してアーム２０４を動かす。このときアーム２０４は
操作者によって教示された運動と力を再現するように、
対象物または肢体２０２にたいして運動する。
に、記憶した教示データである外力２１９と角度の指令
値２１７をそれぞれ一定時間ごとに読みだし、外力２１
９と動作実行時に力検出器２０１によって検出した外力
２０３とから合力２１５を演算２１６によって計算し、
これと動特性モデル２１４とから角度の指令値２１３を
計算する。角度の指令値２１３と教示データの角度の指
令値２１７とから演算２１２によって新たな角度の指令
値２１１を計算し、サーボ・コントローラ２１０への角
度の指令値とする。サーボ・コントローラ２１０は、角
度検出器２０７において検出した角度２０８の角度指令
値２１１に対する偏差を計算して、実際の角度が角度の
指令値に追従するようにモータ駆動トルク２０９をモー
タ２０６にて発生する。モータ２０６は減速器２０５を
介してアーム２０４を動かす。このときアーム２０４は
操作者によって教示された運動と力を再現するように、
対象物または肢体２０２にたいして運動する。
【００２１】請求項２で示した制御装置の構成では、ア
ームの動作教示時には、力検出器を２個もちいて、アー
ムを直接操作するため操作者がかける操作力１０４を力
検出器１０１にて計測し、対象物あるいは肢体１０３に
アーム１０６がかける外力１０５を力検出器１０２にて
計測し、これらの両方の操作力１０４と外力１０５の合
力１１５を演算１１６によって求める。合力１１５と動
特性モデル１１４をもとにした力制御系によってサーボ
・コントローラ１１２への角度の指令値１１３とする。
サーボ・コントローラ１１２は、角度検出器１０９にお
いて検出した角度１１０の角度指令値１１３に対する偏
差を計算して、実際の角度が角度指令値に追従するよう
にモータ駆動トルク１１１をモータ１０８にて発生す
る。モータ１０８は減速器１０７を介してアーム１０６
を動かす。このとき、外力１０５を動作の再現実行時に
用いる動特性モデル１１７に入力して角度の指令値１２
２を求め、これと角度の指令値１１３とから演算１１９
によって教示角度１２０をもとめ、これを記憶装置１１
８に一定時間ごとに記憶する。また、さきの動特性モデ
ル１１７のデータ１２１もまた記憶装置１１８に記憶す
る。このときデータ１２１は記憶装置に一度記憶すれば
良く、一定時間ごとに記憶する必要はない。
ームの動作教示時には、力検出器を２個もちいて、アー
ムを直接操作するため操作者がかける操作力１０４を力
検出器１０１にて計測し、対象物あるいは肢体１０３に
アーム１０６がかける外力１０５を力検出器１０２にて
計測し、これらの両方の操作力１０４と外力１０５の合
力１１５を演算１１６によって求める。合力１１５と動
特性モデル１１４をもとにした力制御系によってサーボ
・コントローラ１１２への角度の指令値１１３とする。
サーボ・コントローラ１１２は、角度検出器１０９にお
いて検出した角度１１０の角度指令値１１３に対する偏
差を計算して、実際の角度が角度指令値に追従するよう
にモータ駆動トルク１１１をモータ１０８にて発生す
る。モータ１０８は減速器１０７を介してアーム１０６
を動かす。このとき、外力１０５を動作の再現実行時に
用いる動特性モデル１１７に入力して角度の指令値１２
２を求め、これと角度の指令値１１３とから演算１１９
によって教示角度１２０をもとめ、これを記憶装置１１
８に一定時間ごとに記憶する。また、さきの動特性モデ
ル１１７のデータ１２１もまた記憶装置１１８に記憶す
る。このときデータ１２１は記憶装置に一度記憶すれば
良く、一定時間ごとに記憶する必要はない。
【００２２】アームの動作実行時には、図４に示すよう
に、記憶した教示データである動特性モデル３１７を記
憶装置３１６から読み出して力制御系の動特性モデル３
１４として用いる。また、記憶した教示データである角
度の指令値３１５を一定時間ごとに記憶装置３１６から
読みだす。動作実行時に力検出器３０１によって対象物
または肢体３０２にかかる外力３０３を検出し、これと
動特性モデル３１４とから角度の指令値３１３を計算す
る。角度の指令値３１３と教示データである角度の指令
値３１５とから演算３１２によって新たな角度の指令値
３１１をもとめ、サーボ・コントローラ３１０への角度
の指令値とする。サーボ・コントローラ３１０は、角度
検出器３０７において検出した角度３０８の角度の指令
値３１１に対する偏差を計算して、実際の角度が角度の
指令値に追従するようにモータ駆動トルク３０９をモー
タ３０６にて発生する。モータ３０６は減速器３０５を
介してアーム３０４を動かす。このときアーム３０４は
操作者によって教示された運動と力を再現するように、
対象物または肢体３０２にたいして運動する。
に、記憶した教示データである動特性モデル３１７を記
憶装置３１６から読み出して力制御系の動特性モデル３
１４として用いる。また、記憶した教示データである角
度の指令値３１５を一定時間ごとに記憶装置３１６から
読みだす。動作実行時に力検出器３０１によって対象物
または肢体３０２にかかる外力３０３を検出し、これと
動特性モデル３１４とから角度の指令値３１３を計算す
る。角度の指令値３１３と教示データである角度の指令
値３１５とから演算３１２によって新たな角度の指令値
３１１をもとめ、サーボ・コントローラ３１０への角度
の指令値とする。サーボ・コントローラ３１０は、角度
検出器３０７において検出した角度３０８の角度の指令
値３１１に対する偏差を計算して、実際の角度が角度の
指令値に追従するようにモータ駆動トルク３０９をモー
タ３０６にて発生する。モータ３０６は減速器３０５を
介してアーム３０４を動かす。このときアーム３０４は
操作者によって教示された運動と力を再現するように、
対象物または肢体３０２にたいして運動する。
【００２３】本発明の適用例として、図５と図６に示す
ような実施応用を考えることができる。図５は医療機械
または訓練機械を示す。この装置においては医者あるい
は整体士が操作者となって肢体に装着したアームを運動
させる。このとき力制御系の動特性モデルであるインピ
ーダンスの各パラメータの値を小さくとってアームが軽
い操作感でもって動くようにしておく。操作者はアーム
を持ちながら、肢体に加わる力が関節などの患部に効果
的なように操作力をアームに加えながら治療あるいはリ
ハビリの動作をおこなう。このとき制御装置の記憶装置
は操作者が教示する運動と力の両方の情報を記憶するこ
とができる。たとえば肢体がある程度の大きさの操作力
で自由に動くことができる場合には、その肢体の運動を
記憶することに相当する。また、肢体の拘縮によって患
部が動かない場合には、その肢体に操作者がかける力を
記憶することに相当する。また、これらの中間の条件の
場合には、肢体の運動とこれに加わる力とをともに記憶
することに相当する。操作者が教示したこれらの運動お
よび力の情報を制御装置が動作実行時に再現しながらア
ームを運動させる。教示した情報は記憶しておいて何度
でも再使用することができるので、制御装置は操作者が
教示した治療あるいはリハビリの動作を何度でも再現す
ることができる。
ような実施応用を考えることができる。図５は医療機械
または訓練機械を示す。この装置においては医者あるい
は整体士が操作者となって肢体に装着したアームを運動
させる。このとき力制御系の動特性モデルであるインピ
ーダンスの各パラメータの値を小さくとってアームが軽
い操作感でもって動くようにしておく。操作者はアーム
を持ちながら、肢体に加わる力が関節などの患部に効果
的なように操作力をアームに加えながら治療あるいはリ
ハビリの動作をおこなう。このとき制御装置の記憶装置
は操作者が教示する運動と力の両方の情報を記憶するこ
とができる。たとえば肢体がある程度の大きさの操作力
で自由に動くことができる場合には、その肢体の運動を
記憶することに相当する。また、肢体の拘縮によって患
部が動かない場合には、その肢体に操作者がかける力を
記憶することに相当する。また、これらの中間の条件の
場合には、肢体の運動とこれに加わる力とをともに記憶
することに相当する。操作者が教示したこれらの運動お
よび力の情報を制御装置が動作実行時に再現しながらア
ームを運動させる。教示した情報は記憶しておいて何度
でも再使用することができるので、制御装置は操作者が
教示した治療あるいはリハビリの動作を何度でも再現す
ることができる。
【００２４】図６は産業用ロボットによるグラインダ作
業を示す。この装置においてはグラインダを装着した産
業用ロボットを操作者が操作して作業をおこない動作を
教示する。操作者はアームを持ちながら、加工対象物に
加わる力がグラインダ作業に効果的なように操作力をア
ームに加えながら動作をおこなう。このとき制御装置の
記憶装置は操作者が教示する運動と力の両方の情報を記
憶することができる。たとえばロボットが加工対象物に
接触していない状態ではロボットの運動を記憶すること
に相当する。また、グラインダ作業中には加工対象物に
加わる力を記憶することに相当する。操作者が教示した
これらの運動および力の情報を制御装置が動作実行時に
再現しながらアームを運動させる。教示した情報は記憶
しておいて何度でも再使用することができるので、制御
装置は操作者が教示したグラインダ作業の動作を何度で
も再現することができる。
業を示す。この装置においてはグラインダを装着した産
業用ロボットを操作者が操作して作業をおこない動作を
教示する。操作者はアームを持ちながら、加工対象物に
加わる力がグラインダ作業に効果的なように操作力をア
ームに加えながら動作をおこなう。このとき制御装置の
記憶装置は操作者が教示する運動と力の両方の情報を記
憶することができる。たとえばロボットが加工対象物に
接触していない状態ではロボットの運動を記憶すること
に相当する。また、グラインダ作業中には加工対象物に
加わる力を記憶することに相当する。操作者が教示した
これらの運動および力の情報を制御装置が動作実行時に
再現しながらアームを運動させる。教示した情報は記憶
しておいて何度でも再使用することができるので、制御
装置は操作者が教示したグラインダ作業の動作を何度で
も再現することができる。
【００２５】最後に第３発明（請求項３）について説明
する。この発明は、請求項１における記憶する教示デー
タを、第２の力検出器の検出値とせず、第１の力検出器
の検出値としたものである。これに伴い、再生時は、教
示データとして記憶していた第１の力と第３の力の値を
もとにした力制御系によってサーボ・コントローラへの
位置あるいは速度あるいはその両方を変化させる運動指
令値が算出されることになる。本例の教示時のブロック
図を図７、再生時のブロック図を図８に示す。原理・作
用効果は請求項１とほぼ同様であるので詳細説明は省略
する。
する。この発明は、請求項１における記憶する教示デー
タを、第２の力検出器の検出値とせず、第１の力検出器
の検出値としたものである。これに伴い、再生時は、教
示データとして記憶していた第１の力と第３の力の値を
もとにした力制御系によってサーボ・コントローラへの
位置あるいは速度あるいはその両方を変化させる運動指
令値が算出されることになる。本例の教示時のブロック
図を図７、再生時のブロック図を図８に示す。原理・作
用効果は請求項１とほぼ同様であるので詳細説明は省略
する。
【００２６】
【発明の効果】以上延べたように、本発明によれば、対
象物を組み立てたりグラインダをかけたり対象物に対し
てなんらかの押し付けあるいは引っ張り動作をおこなう
産業用ロボットアームの制御装置、あるいは、アームに
肢体をとりつけて外科的治療を目的とした連続的な受動
運動を施したり、筋力の回復または関節の拘縮の防止を
目的としたリハビリテーションを施すことを目的とする
医療機械の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつ
けて主として筋力の増強をはかる訓練機械の制御装置に
おいて、動作の教示時には、運動と力とを共に教示する
ことができ、動作の再現実行時には、教示したデータに
もとづいて運動と力の制御を共におこなうことができ
る。このことで、操作者の教示する動作を直接教示する
ことができ、その動作を保存し、正確に再現することが
できる。
象物を組み立てたりグラインダをかけたり対象物に対し
てなんらかの押し付けあるいは引っ張り動作をおこなう
産業用ロボットアームの制御装置、あるいは、アームに
肢体をとりつけて外科的治療を目的とした連続的な受動
運動を施したり、筋力の回復または関節の拘縮の防止を
目的としたリハビリテーションを施すことを目的とする
医療機械の制御装置、あるいは、アームに肢体をとりつ
けて主として筋力の増強をはかる訓練機械の制御装置に
おいて、動作の教示時には、運動と力とを共に教示する
ことができ、動作の再現実行時には、教示したデータに
もとづいて運動と力の制御を共におこなうことができ
る。このことで、操作者の教示する動作を直接教示する
ことができ、その動作を保存し、正確に再現することが
できる。
【００２７】また、請求項２に述べた方法によれば、請
求項１で述べた方法にくらべて、ほぼ半分の記憶容量し
か必要としないので、記憶装置の容量を節約できるとい
う効果がある。なお、各請求項で述べた制御装置は等価
的に同じ作用を実現することができる。
求項１で述べた方法にくらべて、ほぼ半分の記憶容量し
か必要としないので、記憶装置の容量を節約できるとい
う効果がある。なお、各請求項で述べた制御装置は等価
的に同じ作用を実現することができる。
【図１】 請求項１にもとづいた制御装置において動作
の教示をおこなう実施例を示した図である。
の教示をおこなう実施例を示した図である。
【図２】 請求項２にもとづいた制御装置において動作
の教示をおこなう実施例を示した図である。
の教示をおこなう実施例を示した図である。
【図３】 請求項１にもとづいた制御装置において動作
の再現実行をおこなう実施例を示した図である。
の再現実行をおこなう実施例を示した図である。
【図４】 請求項２にもとづいた制御装置において動作
の再現実行をおこなう実施例を示した図である。
の再現実行をおこなう実施例を示した図である。
【図５】 本発明を医療機械または訓練機械に適用した
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
【図６】 本発明を産業用ロボットによるグラインダ作
業の例に適用した実施例を示す図である。
業の例に適用した実施例を示す図である。
【図７】 請求項３にもとづいた制御装置において動作
の教示をおこなう実施例を示した図である。
の教示をおこなう実施例を示した図である。
【図８】 請求項３にもとづいた制御装置において動作
の教示をおこなう実施例を示した図である。
の教示をおこなう実施例を示した図である。
１ 力検出器 ２ 力検出器 ３ 肢体 ４ 操作力 ５ 外力 ６ アーム ７ 減速器 ８ モータ ９ 角度検出器 １０ 検出した角度 １１ モータ駆動トルク １２ サーボ・コントローラ １３ 角度指令値 １４ 動特性モデル １５ 記憶装置
Claims (3)
- 【請求項１】アームを直接操作するため操作者がアーム
へかける第１の力を検出する第１の力検出器と、対象物
あるいは肢体にアームがかける第２の力を検出する第２
の力検出器とを備え、前記操作者がアームの動作を直接
教示してその動作を記憶し、その後、記憶した教示動作
に従って動作の再現実行を行うアーム駆動装置におい
て、前記第２の力検出器が前記第１の力検出器を介さずに前
記アーム手先に設けられ前記第２の力検出器の先に手先
効果器が備え付けられており、 教示時にこれらの両方の
力を計測して合力を求め、前記合力のインピーダンスの
動特性モデルによってサーボ・コントローラへの位置あ
るいは速度あるいはその両方の運動指令値を変化させる
ことによってアームの位置あるいは速度あるいはその両
方を変化させ、前記第２の力検出器の検出値と、前記サ
ーボ・コントローラへの位置あるいは速度あるいはその
両方の運動指令値とを教示データとして記憶し、 動作の再現実行時には、動作の再現実行時に対象物ある
いは操作者の肢体にアームがかける第３の力を前記第２
の力検出器にて検出し、前記教示データとして記憶して
いた第２の力と前記第３の力の値をもとにした力制御系
によってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方を変化させる運動指令値と、前記教示デ
ータとして記憶していた位置あるいは速度あるいはその
両方の運動指令値とをそれぞれ計算し、これらの運動指
令値から新たな運動指令値を作成し、サーボ・コントロ
ーラへの位置あるいは速度あるいはその両方の指令とし
てアームを動作させるようにしたことを特徴とするアー
ム駆動装置。 - 【請求項２】アームを直接操作するため操作者がアーム
へかける第１の力を検出する第１の力検出器と、対象物
あるいは肢体にアームがかける第２の力を検出する第２
の力検出器とを備え、教示時にこれらの両方の力を計測
した情報にもとづいた力制御系によってサーボ・コント
ローラへの位置あるいは速度あるいはその両方の運動指
令値を変化させることによってアームの位置あるいは速
度あるいはその両方を変化させながら、前記操作者がア
ームの動作を直接教示してその動作を記憶し、その後、
記憶した教示動作に従って動作の再現実行を行うアーム
駆動装置において、 記憶する教示データは、新たな運動指令値（すなわち、
前記第１の力と前記第２の力の両方の力をもとにした力
制御系によって得られるアームの位置あるいは速度ある
いはその両方を変化させる運動指令値と、前記第２の力
のみを動作の再現実行時の力制御系の動特性モデルに入
力することによって得られるアームの位置あるいは速度
あるいはその両方を変化させる運動指令値とを各々計算
し、これらの運動指令値から作成された新たな運動指令
値）と、そのとき第２の力のみによる力制御系にもちい
た動特性モデルとし、 動作の再現実行時には、動作の再現実行時に対象物ある
いは操作者の肢体にアームがかける第３の力を前記第２
の力検出器にて検出し、前記教示データとして記憶して
いた第２の力と前記第３の力の値をもとにした力制御系
によってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方を変化させる運動指令値と、記憶してい
た位置あるいは速度あるいはその両方の運動指令値とを
それぞれ計算し、これらの運動指令値から新たな運動指
令値を作成し、サーボ・コントローラへの位置あるいは
速度あるいはその両方の指令としてアームを動作させる
ようにしたことを特徴とするアーム駆動装置。 - 【請求項３】アームを直接操作するため操作者がアーム
へかける第１の力を検出する第１の力検出器と、対象物
あるいは肢体にアームがかける第２の力を検出する第２
の力検出器とを備え、教示時にこれらの両方の力を計測
した情報にもとづいた力制御系によってサーボ・コント
ローラへの位置あるいは速度あるいはその両方の運動指
令値を変化させることによってアームの位置あるいは速
度あるいはその両方を変化させながら、前記操作者がア
ームの動作を直接教示してその動作を記憶し、その後、
記憶した教示動作に従って動作の再現実行を行うアーム
駆動装置において、 記憶する教示データは、前記第１の力検出器の検出値
と、前記サーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方の運動指令値とし、 動作の再現実行時には、動作の再現実行時に対象物ある
いは操作者の肢体にアームがかける第３の力を前記第２
の力検出器にて検出し、前記教示データとして記憶して
いた第１の力と前記第３の力の値をもとにした力制御系
によってサーボ・コントローラへの位置あるいは速度あ
るいはその両方を変化させる運動指令値と、前記教示デ
ータとして記憶していた位置あるいは速度あるいはその
両方の運動指令値とをそれぞれ計算し、これらの運動指
令値から新たな運動指令値を作成し、サーボ・コントロ
ーラへの位置あるいは速度あるいはその両方の指令とし
てアームを動作させるようにしたことを特徴とするアー
ム駆動装置。
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