JP3412236B2 - Multi-DOF robot and its compliance control method - Google Patents
Multi-DOF robot and its compliance control methodInfo
- Publication number
- JP3412236B2 JP3412236B2 JP04671694A JP4671694A JP3412236B2 JP 3412236 B2 JP3412236 B2 JP 3412236B2 JP 04671694 A JP04671694 A JP 04671694A JP 4671694 A JP4671694 A JP 4671694A JP 3412236 B2 JP3412236 B2 JP 3412236B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- external force
- force
- hand effector
- robot
- degree
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの手先
効果器の機構の特性によるロボットの運動制御の乱れを
補償するロボットのコンプライアンス制御方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot compliance control method for compensating for disturbances in robot motion control due to the mechanical characteristics of a hand effector of an industrial robot.
【０００２】[0002]
【従来の技術】製造現場における、穴開け作業、バリ取
り作業、研削作業などの作業をロボットに行わせるため
には、従来の位置決め用ロボットにはない高度な性能が
要求される。その要求される性能の一つとして、力を制
御できることが挙げられる。この力制御の方法として、
従来、ロボットの手先効果器に剛性を設定できる機構を
設けて制御するハードウエアによる力制御方法と、制御
ソフトウエア上でロボットに剛性を与えて制御するソフ
トウエアによる力制御方法が提案されていた。いずれも
ロボットの手先効果器に剛性を与えることができる。し
かし、ソフトウエアによる力制御方法の方が、ロボット
の運動に対してより細かい力制御が行うことが可能であ
る。その中でも、ソフトウエアにより手先効果器に多自
由度の機械コンプライアンス機構を実現する方法が、計
測自動制御学会論文集Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３ ｐ３４
３−３５０（昭和６１年３月）で記載されている 仮想
コンプライアンス制御方法 である。2. Description of the Related Art In order for a robot to perform work such as drilling work, deburring work, and grinding work at a manufacturing site, it is required to have a high level of performance that a conventional positioning robot does not have. One of the required performances is that the force can be controlled. As a method of this force control,
Conventionally, there have been proposed a force control method using hardware for controlling a hand effector of a robot by providing a mechanism capable of setting the rigidity, and a force control method using software for controlling the robot by giving rigidity to the control software. . Any of these can give rigidity to the hand effector of the robot. However, the force control method using software can perform finer force control with respect to the movement of the robot. Among them, the method of realizing a mechanical compliance mechanism with multiple degrees of freedom in the hand effector by software is described in the Society of Instrument and Control Engineers Vol. 22, No. 3 p34
This is a virtual compliance control method described in 3-350 (March 1986).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】仮想コンプライアンス
制御では、外力に対してロボットの手先効果器の機械コ
ンプライアンスを任意に設定できることが特徴として挙
げられる。これにより、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有することができる。The characteristic of virtual compliance control is that the mechanical compliance of the hand effector of the robot can be arbitrarily set with respect to an external force. This allows for any mechanical compliance with the object.
【０００４】ここで、実際にこの制御系を構築するのに
必要な外力の値は、機構的に手先効果器と対象物の間の
値を直接計測することは不可能である。よって、これは
通常、ロボットと手先効果器の間の手首部分で計測され
る。ここで注意すべき点は、（後で詳細に説明する）計
測された外力の値は手先効果器の物理パラメータによる
外力を内包していることである。そこで、この手先効果
器の物理パラメータによる外力を正確に求め、計測され
た外力の値からこれを差し引いて、純粋な対象物からの
外力の値を求めなければ、対象物に対して任意の機械コ
ンプライアンスを有することができない。Here, the value of the external force required to actually construct this control system cannot mechanically directly measure the value between the hand effector and the object. Therefore, it is usually measured at the wrist between the robot and the hand effector. It should be noted here that the value of the measured external force (which will be described later in detail) includes the external force due to the physical parameter of the hand effector. Therefore, if the external force based on the physical parameter of the hand effector is accurately obtained and the value of the external force from the pure object is not obtained by subtracting this from the measured value of the external force, an arbitrary machine is applied to the object. You can't have compliance.
【０００５】ロボットが対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを得るために、従来は、計測された外力の
値は手先効果器の物理パラメータによる外力として手先
効果器自体の重量を外力に反映させていた。In order for the robot to obtain arbitrary mechanical compliance with respect to the object, conventionally, the value of the measured external force reflects the weight of the hand effector itself as the external force due to the physical parameter of the hand effector. It was
【０００６】しかし、機構的に大きな回転運動量を有す
る回転体が手先効果器として設置された場合、対象物に
対して任意の機械コンプライアンスを有するためには、
先述の手先効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転
運動量とロボットの運動量が干渉して発生するジャイロ
モーメントを外力に反映させなければならない。However, when a rotating body having a large rotational momentum mechanically is installed as a hand effector, in order to have arbitrary mechanical compliance with respect to an object,
In addition to the weight of the hand effector itself, the gyro moment generated by the interference of the rotational momentum of the hand effector and the momentum of the robot must be reflected in the external force.
【０００７】従来の仮想コンプライアンス制御では、ジ
ャイロモーメントを外力に反映させていなかった。よっ
て、機構的に大きな回転運動量を有する回転体が手先効
果器として設置された場合、この回転運動とロボットの
運動とが干渉して発生するジャイロモーメントによる外
力が、外力の成分の中で支配的になり、有効な制御系を
構築することができない場合があった。In the conventional virtual compliance control, the gyro moment is not reflected in the external force. Therefore, when a rotating body with mechanically large rotational momentum is installed as a hand effector, the external force due to the gyro moment generated by the interference of this rotational motion and the robot motion is dominant in the external force component. In some cases, it was not possible to construct an effective control system.
【０００８】本発明の目的は、ロボットの手先効果器に
回転体が設置された場合でも対象物に対して任意の機械
コンプライアンスを得ることができるロボットのコンプ
ライアンス制御方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a compliance control method for a robot which can obtain an arbitrary mechanical compliance with respect to an object even when a rotary body is installed in a hand effector of the robot.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、手先効果器と速度を検出する手段と外力
を検出する手段を備える多自由度ロボットにおいて、前
記手先効果器に設置される回転体と、前記手先効果器の
重力による第１の外力及び前記回転体が加工対象物に作
用することで発生するジャイロモーメントに起因する第
２の外力を導出する導出手段と、を有し、前記外力を検
出する手段の検出値から前記導出手段から導出された第
１の外力及び第２の外力を差し引いた値を、前記手先効
果器に作用する外力として制御することを特徴とする多
自由度ロボットとし、制御の中に構築される制御系の数
学モデルについて、外力を正確に設定できるようにし
た。To achieve the above object, according to an aspect of the present invention provides a multi-degree-of-freedom robot comprising means for detecting the unit and the external force detecting the end effector and speed, it is installed in the end effector Of the rotating body and the hand effector
The caused by gyro moment the first external force and the rotating body due to gravity occurs by a work <br/> in the object
A second deriving means for deriving an external force , the first deriving means deriving from the deriving means from a detection value of the outer force detecting means .
A multi-degree-of-freedom robot characterized in that a value obtained by subtracting the first external force and the second external force is controlled as an external force acting on the hand effector, and a mathematical model of a control system constructed in the control is The external force can be set accurately.
【００１０】[0010]
【作用】本発明によれば、機構的に大きな回転運動量を
有する回転体が手先効果器として設置された場合、手先
効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転運動量とロ
ボットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメント
を、外力を検出する機構から得られる値に反映すること
ができ、対象物に対して任意の機械コンプライアンスを
有する制御系を構築することが可能となる。According to the present invention, when a rotating body having a mechanically large rotational momentum is installed as a hand effector, the rotational momentum of the hand effector and the momentum of the robot are determined in addition to the weight of the hand effector itself. The gyro moment generated by the interference can be reflected in the value obtained from the mechanism for detecting the external force, and the control system having arbitrary mechanical compliance with respect to the object can be constructed.
【００１１】さらに本発明によれば、機構的に大きな回
転運動量を有する回転体が手先効果器として設置された
ロボットで、手先効果器と対象物の接触点が知りたい場
合、手先効果器の回転運動量とロボットの運動量が干渉
して発生するジャイロモーメントの影響を排除した、よ
り精度の高い接触点の推定が可能となる。Further, according to the present invention, in a robot in which a rotary body having a mechanically large rotational momentum is installed as a hand effector, and when it is desired to know a contact point between the hand effector and an object, the hand effector is rotated. It is possible to estimate the contact point with higher accuracy by eliminating the influence of the gyro moment generated by the interference between the momentum and the robot's momentum.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図４を参照
して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００１３】図１は、本発明を実施する装置の構成例で
ある。手首部分に６自由度の力とトルクを検出するセン
サ１を設置した６自由度多関節型ロボット２の手先効果
器に、グラインダ３が取り付けられている。ロボットの
各関節には、回転角または回転角速度を検出するセンサ
が設置されている。ロボットは、制御装置４により制御
され、手先効果器に任意の機械コンプライアンスを与え
ることができる。なお、６自由度多関節型ロボット２の
６自由度の力とトルクを検出するセンサ１は、ロボット
と手先効果器の間にある必要はなく、グラインダ３と砥
石５の間に設けることもできる。また、コンプライアン
ス制御を構築するために設置された６自由度の力とトル
クを検出するセンサ１とは別にジャイロモーメントを適
切に検出できるようにロボット等を構成する部材にセン
サを設けても良い。FIG. 1 is a structural example of an apparatus for carrying out the present invention. A grinder 3 is attached to a hand effector of a 6-DOF articulated robot 2 in which a sensor 1 for detecting force and torque of 6-DOF is installed on a wrist portion. A sensor that detects a rotation angle or a rotation angular velocity is installed at each joint of the robot. The robot is controlled by the controller 4 and can give the hand effector any mechanical compliance. The sensor 1 for detecting the force and torque of the 6-degree-of-freedom articulated robot 2 in the 6-degree-of-freedom does not have to be provided between the robot and the hand effector, but can be provided between the grinder 3 and the grindstone 5. . In addition to the sensor 1 for detecting force and torque of 6 degrees of freedom installed for constructing compliance control, a sensor may be provided in a member constituting a robot or the like so as to appropriately detect a gyro moment.
【００１４】図２は、制御系のブロックダイアグラムで
ある。操作者は、制御装置に後述する仮想係数と呼ばれ
る、ある条件値を設定する。すると、制御装置は、ロボ
ットから検出される力と位置の情報を内蔵の制御側に取
り込んで演算を行う。そしてその結果に基づき、ロボッ
トに速度指令を行って、ロボットを制御する。FIG. 2 is a block diagram of the control system. The operator sets a certain condition value called a virtual coefficient, which will be described later, in the control device. Then, the control device takes in information on the force and position detected from the robot to the built-in control side and performs calculation. Then, based on the result, a speed command is issued to the robot to control the robot.
【００１５】図３は、本発明の制御方法を説明するため
に、制御装置に構築される手先効果器の数学モデルの構
成例である。FIG. 3 is a structural example of a mathematical model of a hand effector built in a control device for explaining the control method of the present invention.
【００１６】手先効果器の運動を表す式として次式が挙
げられる。The following expression is given as an expression representing the motion of the hand effector.
【００１７】[0017]
【数１】 [Equation 1]
【００１８】ここで
ｑ：グラインダに加わる外力（並進力と回転力）
ｖ：グラインダの速度（並進速度と回転速度）
ｅ：グラインダの基準位置、基準姿勢からの偏差（位置
偏差と姿勢偏差）
［Ｍ］：グラインダにおける仮想質量
［ｋ］：グラインダにおける仮想バネ定数
［Ｃ］：グラインダにおける仮想粘性定数
上式の外力ｑの値は、力とトルクを検出するセンサ１か
ら得ることができる。Here, q: external force (translational force and rotational force) applied to the grinder v: speed of the grinder (translational velocity and rotational speed) e: deviation from the reference position and reference attitude of the grinder (positional deviation and attitude deviation) [ M]: virtual mass in grinder [k]: virtual spring constant in grinder [C]: virtual viscosity constant in grinder The value of the external force q in the above equation can be obtained from the sensor 1 that detects force and torque.
【００１９】また、数１のｖの値は、回転角または回転
角速度を検出するセンサから得ることができる。回転角
を検出するセンサが設置されている場合、検出された値
を時間微分することにより回転角速度を得ることができ
る。The value of v in the equation 1 can be obtained from a sensor which detects the rotation angle or the rotation angular velocity. When a sensor for detecting the rotation angle is installed, the rotation angular velocity can be obtained by differentiating the detected value with respect to time.
【００２０】そして、数１のｅの値は、回転角または回
転角速度を検出するセンサから得ることができる。回転
角速度を検出されているセンサが設置されている場合、
検出された値を時間積分することにより回転角を得るこ
とができる。The value of e in equation 1 can be obtained from a sensor that detects the rotation angle or the rotation angular velocity. If a sensor that detects the rotational angular velocity is installed,
The rotation angle can be obtained by time-integrating the detected values.
【００２１】式（１）の［Ｍ］，［Ｋ］，［Ｃ］，を適
当に設定することにより、手先効果器に加わる外力ｑに
対して任意の機械コンプライアンスを得ることができ
る。［Ｍ］，［Ｋ］，［Ｃ］，を仮想係数と呼ぶ。By appropriately setting [M], [K], and [C] in the equation (1), it is possible to obtain an arbitrary mechanical compliance with respect to the external force q applied to the hand effector. [M], [K], and [C] are called virtual coefficients.
【００２２】しかしながら、実際にこの制御系を構築す
るのに必要な外力ｑの値は、機構的にロボット２とクラ
インダ３の間の手首部分で計測されるので、得られた値
は手先効果器の物理パラメータによる外力を内包してい
る。よって、外力ｑを以下のようにして求める。However, since the value of the external force q required to actually construct this control system is mechanically measured at the wrist between the robot 2 and the client 3, the obtained value is the value of the hand effector. It contains external force based on physical parameters. Therefore, the external force q is obtained as follows.
【００２３】
ｑ＝ｑm−（ｑg＋ｑi） ……（数２）
ここで、
ｑ：求める外力（並進力と回転力）
ｑm：計測される外力（並進力と回転力）
ｑg：手先効果器の重量による外力（並進力と回転力）
ｑi：手先効果器の研削点に作用するジャイロモーメン
トによる外力（並進力と回転力）
従来の仮想コンプライアンス制御では、数２のｑiの項
を導入していなかったために、機構的に大きな回転運動
量を有する回転体が手先効果器として設置された場合、
手先効果器の回転運動とロボットの運動とが干渉して発
生するジャイロモーメントによる外力が、求める外力ｑ
の成分の中で支配的になり、有効な制御系を構築するこ
とができない場合があった。Q = q m − (q g + q i ) (Equation 2) where q: external force (translational force and rotational force) to be obtained q m : external force to be measured (translational force and rotational force) q g : External force (translational force and rotational force) due to the weight of the hand effector q i : External force (translational force and rotational force) due to the gyro moment that acts on the grinding point of the hand effector (q i of Equation 2) in the conventional virtual compliance control When the rotating body having a mechanically large rotational momentum is installed as the hand effector because the item of (4) has not been introduced,
The desired external force q is the external force due to the gyro-moment generated by the interference of the rotary motion of the hand effector and the motion of the robot.
In some cases, it became dominant among the components of, and it was not possible to construct an effective control system.
【００２４】例えば、手先効果器にグラインダを設置し
て一定の押しつけ力を加えながら対象物を研削する場
合、グラインダの回転とロボットの運動とが干渉してジ
ャイロモーメントが発生し、従来では対象物に対して一
定の押しつけ力を加えながら作業することができなかっ
た。しかしながら、本発明により、数２に表されるよう
に、外力ｑからジャイロモーメントによる外力ｑiを排
除することにより、対象物に対して一定の押しつけ力を
加えながら作業することが可能となる。For example, when a grinder is installed on the hand effector and an object is ground while applying a constant pressing force, the rotation of the grinder and the motion of the robot interfere with each other to generate a gyro moment. It was not possible to work while applying a constant pressing force against. However, according to the present invention, the external force qi due to the gyro moment is eliminated from the external force q as shown in the equation 2, so that it becomes possible to work while applying a constant pressing force to the object.
【００２５】以下具体例として、力センサの計測値から
外力を推定する手法について述べる。As a specific example, a method of estimating the external force from the measurement value of the force sensor will be described below.
【００２６】なお以降の議論では、力とモーメントから
なる６次元ベクトルをレンチと呼ぶことにする。まず議
論を進める上で、図４にある変数の定義を以下に示す。In the following discussion, a 6-dimensional vector consisting of force and moment will be called a wrench. First, in proceeding with the discussion, the definitions of the variables shown in FIG. 4 are shown below.
【００２７】
ΣS 力センサ計測点を原点とした座標系
ｐG ツール重心点（回転体を含む）
ｐC ツールの回転体重心点
ｐB ツールとワークの接触点S
λG ΣSで表現したｐGの位置ベクトルS
λC ΣSで表現したｐC原点の位置ベクトルS
λB ΣSで表現したｐB原点の位置ベクトル
ＥG ツールの運動でｐGに発生する慣性モーメント
（回転体を含む）
Ｋ ツールの運動でｐGに発生する慣性力（回転体を
含む）
Ｍ 重力（回転体を含む）
Ｗ ツールの姿勢変化の回転速度
ＶG ｐGにおける並進速度
Ｔ ツールとワークの接触から加えられる力
ＱB ツールとワークの接触からｐBに加えられるモー
メント
ＮC 回転体のジャイロモーメントからｐCに加えられ
るモーメント
Ｒ* 回転体の回転速度………（別の剛体の物理量な
ので*で区別）
〔Ｉ*〕 回転体の慣性テンソル…（別の剛体の物理量
なので*で区別）
ε デュアル数
ｅ 力センサの歪ゲージ電圧（６チャンネル）
〔Γ〕 力センサの電圧変換行列（電圧をレンチに変
換する６×６行列）
ｆS 力センサから直接検出される力
ｍS 力センサから直接検出されるモーメント
× 外積演算子
力センサは、６要素の歪ゲージによって構成されている
ので、力センサから計測されるレンチｑsensは数３から
求められる。Σ S Coordinate system with the force sensor measurement point as the origin p G Tool center of gravity (including rotating body) p C Tool rotation center of gravity p B Tool represented by contact point S λ G Σ S p G of the position vector S λ C Σ S inertia generated p G exercise of the position vector E G tools p B origin expressed in the position vector S λ B Σ S of p C origin expressed in moment (the rotator (Including) K Inertial force generated in p G by tool movement (including rotating body) M Gravity (including rotating body) W Rotation speed of tool posture change V G p G Translation from T tool contact with work Applied force Q B Moment applied to p B due to contact between tool and workpiece N C Moment applied to p C from gyro moment of rotating body R * Rotating speed of rotating body ……… (Different by physical quantity of another rigid body * ) [I *] Inertia tensor of rotating body ... (Different rigid physical quantity, so distinguish with *) ε Dual number e Force sensor strain gauge voltage (6 channels) [Γ] Force sensor voltage conversion matrix (6 × 6 matrix for converting voltage to wrench) f S Force sensor Force detected directly from the force m S Moment directly detected from the force sensor × outer product operator Since the force sensor is composed of a 6-element strain gauge, the wrench q sens measured from the force sensor is obtained from the formula 3. To be
【００２８】 ｑsens＝〔Γ〕ｅ ……（数３） ｑsens：力センサから計測されるレンチ よって外力項ｑの推定は、数４から求められる。Q sens = [Γ] e ( Equation 3) q sens : The external force term q can be estimated by Equation 4 by the wrench measured from the force sensor.
【００２９】
ｑ＝ｑsens−（ｑGRAV＋ｑtool） ……（数４）
ｑGRAV：ツールの重量に起因するレンチ
ｑtool：ツールの機構特性に起因するレンチ
レンチｑtoolには、ツールの回転運動量の変化によるジ
ャイロモーメントと、ロボットの動作の加減速による慣
性レンチを含む。数４から、力センサで計測されたレン
チから、ツールに起因するレンチを差し引いたものが外
力項であることがわかる。Q = q sens − (q GRAV + q tool ) ( Equation 4) q GRAV : Wrench caused by the weight of the tool q tool : Wrench caused by the mechanical characteristics of the tool It includes a gyro moment due to changes in momentum and an inertia wrench due to acceleration / deceleration of robot motion. From Equation 4, it can be seen that the external force term is obtained by subtracting the wrench caused by the tool from the wrench measured by the force sensor.
【００３０】次に、ΣS原点を基準としたツールに作用
するレンチSＦを求める。ジャイロモーメントからツー
ルに働くモーメントＮCは、以下の式で表すことができ
る。Next, the wrench S F acting on the tool with reference to the Σ S origin is obtained. The moment NC acting on the tool from the gyro moment can be expressed by the following equation.
【００３１】
Ｎc＝Ｗ×〔Ｉ*〕Ｒ* ……（数５）
ｐBで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦBで表せる。N c = W × [I *] R * (Equation 5) The wrench generated at p B is a wrench S whose reference is the Σ S origin.
It can be expressed as F B.
【００３２】
SＦB＝Ｔ＋ε（ＱB＋SλB×Ｔ） ……（数６）
ｐCで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦCで表せる。 S F B = T + ε (Q B + S λ B × T) (Equation 6) The wrench generated at p C is a wrench S with the Σ S origin as the reference.
Can be expressed as FC.
【００３３】
SＦC＝εＮC ……（数７）
ｐGで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦGで表せる。 S F C = εN C (Equation 7) The wrench generated at p G is a wrench S whose origin is the Σ S origin.
It can be expressed as F G.
【００３４】
SＦG＝Ｋ＋Ｍ＋ε｛ＥG＋SλG×（Ｋ＋Ｍ）｝ ……（数８）
よって、ΣS原点を基準としたツールに作用するレンチ
は、数６、数７、数８の和として、ΣS原点を基準とす
るレンチSＦで表せる。 S F G = K + M + ε {E G + S λ G × (K + M)} (Equation 8) Therefore, the wrench acting on the tool with the Σ S origin as a reference is Equations 6, 7, and 8. as the sum of, expressed wrench S F relative to the sigma S origin.
【００３５】
SＦ＝Ｔ＋Ｋ＋Ｍ＋ε｛ＱB＋ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×（Ｋ＋Ｍ）｝
…(数９)
ツールに作用するレンチsＦと力センサから計測される
レンチｑsensは同じ物理量である。よって、力センサか
ら計測される値と数９の関係を導出する。重力ＭとｐG
の位置ベクトルSλGは予め計測され、既知である。また
ツールの運動において、ツール重心点での並進速度ＶG
とツール姿勢変化の回転速度Ｗの時間変化は小さい。よ
って、ツールの慣性レンチであるＫとＥGは他の項に比
べて十分に小さいので無視できる。一方、力センサから
直接計測されるレンチｑsensは、数１０のように力ｆS
とモーメントｍSに変換される。[0035] S F = T + K + M + ε {Q B + N C + E G + S λ B × T + S λ G × (K + M)} ... ( number 9) wrench q sens to be measured from the wrench sF a force sensor acting on the tool It is the same physical quantity. Therefore, the relationship between the value measured by the force sensor and the equation 9 is derived. Gravity M and p G
The position vector S λ G of is measured in advance and is known. Also, in the motion of the tool, the translational speed V G at the center of gravity of the tool
And the time change of the rotation speed W of the tool posture change is small. Therefore, the tool inertia wrenches K and E G are sufficiently smaller than the other terms and can be ignored. On the other hand, the wrench q sens measured directly from the force sensor is the force f S
And the moment m S.
【００３６】 ｑsens＝ｆS＋εｍS ……（数１０） よって、SＦは以下のように書き表せる。Q sens = f S + εm S (Equation 10) Therefore, S F can be expressed as follows.
【００３７】
Ｔ＋Ｍ＋ε｛ＱB＋ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×Ｍ｝＝ｆS＋εｍS
…(数１１)
これにより、接触点SλBが既知の場合、力センサの計測
値から外力を、数１２、数１３のように推定できる。T + M + ε {Q B + N C + E G + S λ B × T + S λ G × M} = f S + εm S (Equation 11) As a result, when the contact point S λ B is known, measurement of the force sensor is performed. The external force can be estimated from the values as shown in Expressions 12 and 13.
【００３８】
Ｔ ＝ｆS−Ｍ ……（数１２）
ＱB＝ｍS−（ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×Ｍ） …（数１３）
一方、外力が既知の場合、数１１から接触点SλBを以下
のようにして推定することができる。グラインダによる
研削作業を想定した場合、ツールとワークとの接触は、
凸曲線と曲面の接触と考えられるため、点接触として近
似できる。これは力学的には、接触点において力は伝え
るがモーメントは伝えないことを意味する。よって、接
触によるモーメントＱBを省略することができる。よっ
て、δを任意の定数として、接触点SλBは数１４のよう
に表せる。[0038] T = f S -M ...... (number 12) Q B = m S - (N C + E G + S λ B × T + S λ G × M) ... ( Equation 13) On the other hand, if the external force is known , Equation 11, the contact point S λ B can be estimated as follows. Assuming grinding work with a grinder, the contact between the tool and workpiece is
It can be approximated as a point contact because it is considered to be a contact between a convex curve and a curved surface. This mechanically means that the force is transmitted but the moment is not transmitted at the contact point. Therefore, the moment Q B due to contact can be omitted. Therefore, the contact point S λ B can be expressed as in Equation 14 with δ as an arbitrary constant.
【００３９】[0039]
【数１４】 [Equation 14]
【００４０】数１４は任意定数δを含むため、SλBは一
意に求めることはできない。よって、数１５のように、
制約条件としてワークに接触可能なツールの形状を用い
る。Since Equation 14 includes an arbitrary constant δ, S λ B cannot be uniquely obtained. Therefore, like Equation 15,
The shape of the tool that can contact the work is used as the constraint condition.
【００４１】
Ｊ（SλB）＝０ ……（数１５)
数１５は、ΣSで表現した任意のベクトルSλで表される
ツールの接触可能な部分の形状を表す。例としてツール
にグラインダが用いられたとき、グラインダの砥石を空
間内の円盤としてΣSで表現することが考えられる。押
しつけ力の作用線は、この円盤に含まれる場合を除い
て、１回だけこの円盤と交わる。このときδが求めら
れ、接触点SλBを推定することができる。J ( S λ B ) = 0 (Equation 15) Equation 15 represents the shape of the contactable portion of the tool represented by an arbitrary vector S λ represented by Σ S. For example, when a grinder is used as a tool, it is conceivable to express the grinder's grindstone as a disk in space by Σ S. The line of action of the pressing force intersects with this disc only once, except when it is included in this disc. At this time, δ is obtained, and the contact point S λ B can be estimated.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、機構的に大きな回転運
動量を有する回転体がロボットの手先効果器として設置
された場合においても、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有する制御系を構築することが可能とな
る。According to the present invention, a control system having arbitrary mechanical compliance with respect to an object is constructed even when a rotating body having a mechanically large rotational momentum is installed as a hand effector of a robot. It becomes possible to do.
【００４３】また、ロボットの手先効果器に加わる外力
を推定する場合、ロボットの手先効果器に回転体が用い
られた場合発生するジャイロ効果を排除して、より精度
の高い外力の推定が可能となる。When estimating the external force applied to the hand effector of the robot, it is possible to eliminate the gyro effect that occurs when a rotary body is used as the hand effector of the robot and to estimate the external force with higher accuracy. Become.
【００４４】さらに、ロボットの手先効果器と対象物の
接触点が知りたい場合、手先効果器の回転運動量とロボ
ットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメントの
影響を排除した、より精度の高い接触点の推定が可能と
なる。Further, when it is desired to know the contact point between the hand effector of the robot and the object, a more accurate contact is obtained by eliminating the influence of the gyro moment generated by the interference of the rotational momentum of the hand effector and the momentum of the robot. It is possible to estimate points.
【図１】本発明を実施する装置の構成例を示した図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an apparatus for carrying out the present invention.
【図２】本発明を実施する装置の制御系のブロックダイ
アグラムである。FIG. 2 is a block diagram of a control system of an apparatus that implements the present invention.
【図３】本発明の方法を説明するために、制御装置に構
築される手先効果器の数学モデルの構成例である。FIG. 3 is a structural example of a mathematical model of a hand effector built in a control device for explaining the method of the present invention.
【図４】本発明に関係するジャイロ効果について、具体
的な例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a specific example of a gyro effect related to the present invention.
１…力とトルクを検出するセンサ、２…６自由度多関節
型ロボット、３…ディスクグラインダ、４…制御装置1 ... Sensor for detecting force and torque, 2 ... 6-DOF articulated robot, 3 ... Disc grinder, 4 ... Control device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46 G05D 3/00 - 3/20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B25J 3/00-3/04 B25J 9/10-9/22 B25J 13/00-13/08 B25J 19 / 02-19/06 G05B 19/18-19/46 G05D 3/00-3/20
Claims (4)
検出する手段を備える多自由度ロボットにおいて、前記
手先効果器に設置された回転体と、前記手先効果器の重
力による第１の外力及び前記回転体が加工対象物に作用
することで発生するジャイロモーメントに起因する第２
の外力を導出する導出手段と、を有し、前記外力を検出
する手段の検出値から前記導出手段から導出された第１
の外力及び第２の外力を差し引いた値を、前記手先効果
器に作用する外力として制御することを特徴とする多自
由度ロボット。1. A multi-degree-of-freedom robot provided with a hand effector, a means for detecting a velocity, and a means for detecting an external force, wherein a rotating body installed on the hand effector and a weight of the hand effector are installed.
The first external force due to the force and the rotating body act on the workpiece.
The second due to the gyro moment generated by
Deriving means for deriving the external force of the external force , and a first value derived from the deriving means from the detection value of the means for detecting the external force .
A multi-degree-of-freedom robot, characterized in that a value obtained by subtracting the external force and the second external force is controlled as the external force acting on the hand effector.
て、前記手先効果器と対象物との接触点を推定する場合
に、前記導出手段により導出された値を用いて接触点の
推定を行うことを特徴とする多自由度ロボット。2. The multi-degree-of-freedom robot according to claim 1, wherein when estimating a contact point between the hand effector and an object, the contact point is estimated using a value derived by the deriving means. A multi-degree-of-freedom robot characterized by performing.
検出する手段を備える多自由度ロボットの制御方法にお
いて、前記手先効果器の重力による第１の外力及び前記
手先効果器に備えられた回転体が加工対象物に作用する
ことで発生するジャイロモーメントに起因する第２の外
力を導出し、前記外力を検出する手段の検出値から前記
導出手段から導出された第１の外力及び第２の外力を差
し引いた値を、前記手先効果器に作用する外力とするこ
とを特徴とする多自由度ロボットの制御方法。3. A control method for a multi-degree-of-freedom robot, which comprises a hand effector, a means for detecting a velocity, and a means for detecting an external force, wherein the first external force by gravity of the hand effector and the hand effector are provided. Rotating body acts on the workpiece
Second outer caused by gyro moment generated by
Characterized in that to derive a force, the first force and a second value obtained by subtracting the external force from the detected value derived from the deriving means means for detecting the external force, the external force acting on the end effector Control method of multi-degree-of-freedom robot.
方法において、前記手先効果器と対象物との接触点を推
定する場合に、前記導出手段により導出された値を用い
て接触点の推定を行い多自由度ロボットを制御すること
を特徴とする多自由度ロボットの制御方法。4. The method for controlling a multi-degree-of-freedom robot according to claim 3, wherein when estimating a contact point between the hand effector and an object, the contact point is calculated using a value derived by the deriving means. A method for controlling a multi-degree-of-freedom robot, characterized by estimating a multi-degree-of-freedom robot.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04671694A JP3412236B2 (en) | 1993-03-31 | 1994-03-17 | Multi-DOF robot and its compliance control method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-73343 | 1993-03-31 | ||
| JP7334393 | 1993-03-31 | ||
| JP04671694A JP3412236B2 (en) | 1993-03-31 | 1994-03-17 | Multi-DOF robot and its compliance control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339885A JPH06339885A (en) | 1994-12-13 |
| JP3412236B2 true JP3412236B2 (en) | 2003-06-03 |
Family
ID=26386832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04671694A Expired - Fee Related JP3412236B2 (en) | 1993-03-31 | 1994-03-17 | Multi-DOF robot and its compliance control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412236B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1930131A2 (en) | 2006-12-07 | 2008-06-11 | Fanuc Ltd | Robot control apparatus for force control |
| US9149930B2 (en) | 2012-07-20 | 2015-10-06 | Seiko Epson Corporation | Control system, program, and method of controlling mechanical equipment |
| CN112008731A (en) * | 2020-09-03 | 2020-12-01 | 湖南大学 | Compliance control method, device, terminal, system and readable storage medium for aerial work robot |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6921317B2 (en) * | 2002-11-21 | 2005-07-26 | The Boeing Company | Automated lapping system |
| US7118452B2 (en) | 2004-02-12 | 2006-10-10 | The Boeing Company | Pneumatically actuated flexible coupling end effectors for lapping/polishing |
| JP5236596B2 (en) * | 2009-08-19 | 2013-07-17 | ファナック株式会社 | Processing robot system |
| JP2011189417A (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Ihi Corp | Processing robot and gravity compensating method thereof |
| CN111633656B (en) * | 2020-06-08 | 2022-11-11 | 西北工业大学 | Distributed energy balancing method for cooperative operation of multiple space robots |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP04671694A patent/JP3412236B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1930131A2 (en) | 2006-12-07 | 2008-06-11 | Fanuc Ltd | Robot control apparatus for force control |
| US9149930B2 (en) | 2012-07-20 | 2015-10-06 | Seiko Epson Corporation | Control system, program, and method of controlling mechanical equipment |
| CN112008731A (en) * | 2020-09-03 | 2020-12-01 | 湖南大学 | Compliance control method, device, terminal, system and readable storage medium for aerial work robot |
| CN112008731B (en) * | 2020-09-03 | 2021-07-27 | 湖南大学 | Compliance control method, device, terminal, system and readable storage medium for aerial work robot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06339885A (en) | 1994-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5497061A (en) | Method of controlling robot's compliance | |
| Cutkosky | Robotic grasping and fine manipulation | |
| Atkeson et al. | Rigid body load identification for manipulators | |
| JP2676793B2 (en) | Copy control robot | |
| EP0584843B1 (en) | Device controlling the machining force of a tool | |
| WO2006022201A1 (en) | Robot evaluation system and evaluation method | |
| JP6846607B2 (en) | Robot control method | |
| CN112654467A (en) | Obtaining gear stiffness of a robot joint gear of a robot arm | |
| US20230049155A1 (en) | Gravity and Inertial Compensation of Force/Torque Sensors | |
| CA2824588A1 (en) | Robotic grasping device with multi-force sensing at base of fingers | |
| CN104972465A (en) | Robot controller and robot system for moving robot in response to force | |
| JP3412236B2 (en) | Multi-DOF robot and its compliance control method | |
| Lu et al. | Experimental determination of dynamic parameters of robotic arms | |
| CN110394802B (en) | Polishing robot and position compensation method | |
| Ahmad et al. | Shape recovery from robot contour-tracking with force feedback | |
| US5814959A (en) | Gyro-moment compensation control method and apparatus | |
| Madsen et al. | Model-based on-line estimation of time-varying nonlinear joint stiffness on an e-series universal robots manipulator | |
| JPH0443744B2 (en) | ||
| Li et al. | End-point sensing and state observation of a flexible-link robot | |
| Lange et al. | Revised force control using a compliant sensor with a position controlled robot | |
| JPH05158514A (en) | Controller for robot | |
| JPH09123077A (en) | Rigidity identifying method of robot and its device | |
| Lippiello et al. | Robot interaction control using force and vision | |
| JPH03117580A (en) | Robot model identifying device | |
| JP2507891B2 (en) | Manipulator impedance control system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090328 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090328 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |