JP5893664B2 - 作用された力に応じて移動されるロボットを制御するロボット制御装置 - Google Patents
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Description
2番目の発明によれば、少なくとも一つの回転軸を含む複数の軸から成るロボットに作用させた力に基づいて、前記ロボットを移動させるロボットシステムのロボット制御装置において、前記ロボットの先端部に作用させた力を計測する力計測部と、前記少なくとも一つの回転軸のうち、前記力に応じて回転移動される軸を操作軸として設定すると共に、前記力の方向に応じて定まる前記操作軸の回転移動方向を設定する操作軸設定部と、前記力計測部が計測した力のモーメント成分から成る力を第二先端部作用力としたとき、前記第二先端部作用力をもとに、前記操作軸に対して仮想的に作用させる第二仮想力を求め、前記第二仮想力を第二操作力とする第二操作力取得部と、前記操作軸設定部によって設定された前記操作軸を、前記第二操作力から定まる操作力に基づいて、移動させる操作指令を出力する操作指令部と、を具備し、前記操作指令部は、前記第二操作力と前記操作軸設定部によって設定される前記回転移動方向とに基づいて、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置が提供される。
3番目の発明によれば、少なくとも一つの回転軸を含む複数の軸から成るロボットに作用させた力に基づいて、前記ロボットを移動させるロボットシステムのロボット制御装置において、前記ロボットの先端部に作用させた力を計測する力計測部と、前記少なくとも一つの回転軸のうち、前記力に応じて回転移動される軸を操作軸として設定すると共に、前記力の方向に応じて定まる前記操作軸の回転移動方向を設定する操作軸設定部と、前記力計測部が計測した力の並進成分から成る力を第一先端部作用力としたとき、前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線と直交する平面上に存在し、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求め、前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記操作軸に対して仮想的に作用させる第一仮想力を求めて、前記第一仮想力を第一操作力とする第一操作力取得部と、前記力計測部が計測した力のモーメント成分から成る力を第二先端部作用力としたとき、前記第二先端部作用力をもとに、前記操作軸に対して仮想的に作用させる第二仮想力を求め、前記第二仮想力を第二操作力とする第二操作力取得部と、前記操作軸設定部によって設定された前記操作軸を、前記第一操作力および前記第二操作力から定まる操作力に基づいて、移動させる操作指令を出力する操作指令部と、を具備し、前記操作指令部は、前記第一操作力と前記第二操作力と前記操作軸設定部によって設定される前記回転移動方向とに基づいて、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置が提供される。
4番目の発明によれば、1番目または3番目の発明において、前記操作指令部は、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めるとき、前記操作軸の回転中心線回りの、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度を求めて、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度をもとに、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させる。
5番目の発明によれば、2番目または3番目の発明において、前記操作指令部は、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めるとき、前記操作軸の回転中心線回りの、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度を求めて、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度をもとに、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させる。
6番目の発明によれば、1番目、3番目および4番目のいずれかの発明において、前記第一操作力取得部は、前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求める。
7番目の発明によれば、1番目、3番目および4番目のいずれかの発明において、前記第一操作力取得部は、前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記位置ベクトルの大きさを所定の値にした位置ベクトルに基づいて、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求める。
8番目の発明によれば、1番目、3番目および4番目のいずれかの発明において、前記第一操作力取得部は、前記第一先端部作用力が作用する方向と、所定方向への方向の回転操作とをもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトル、をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求める。
9番目の発明によれば、1番目、3番目および4番目のいずれかの発明において、前記第一操作力取得部は、前記第一先端部作用力が作用する方向と、所定方向への方向の回転操作とをもとに算出した、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記位置ベクトルの大きさを所定の値にした位置ベクトルに基づいて、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求める。
10番目の発明によれば、1番目、3番目および4番目のいずれかの発明において、前記第一操作力取得部は、前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、前記求められた力の並進成分から成る力の方向と、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記第一操作力の方向を求めて、前記求められた力の並進成分から成る力の大きさ、または、前記第一先端部作用力の大きさをもとに、前記第一操作力の大きさを求める。
11番目の発明によれば、2番目、3番目および5番目のいずれかの発明において、前記第二操作力取得部は、前記第二先端部作用力によって、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第二操作力の方向と大きさを求める。
12番目の発明によれば、7番目または9番目の発明において、前記操作軸の回転中心線から、前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記所定の値を小さくする。
13番目の発明によれば、8番目の発明において、前記操作軸の回転中心線から前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記所定方向と前記位置ベクトルとの成す角度が小さくなる方向に前記所定方向を変更する。
14番目の発明によれば、1番目から13番目のいずれかの発明において、前記操作指令部は、力制御ゲインをもとにした力制御によって、前記操作軸の移動速度を求め、前記軸の回転中心線から前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記力制御ゲインを小さくする。
本発明の一実施形態に係るロボット制御装置10によって制御されるロボット50は、少なくとも一つの回転軸を含む軸によって構成される。
力計測部21が計測した、ロボット50の先端部58に作用された実際の力をもとに操作力を算出する。または、ロボット50の先端部58に作用された力をもとに、移動させるべき軸に対して、仮想的に作用するとした力である仮想力を、操作力として算出する。
次いで、操作軸設定部25は、力に応じて移動される操作軸を設定し、また、力の方向に応じて定まる操作軸の移動方向を設定する(ステップS2)。
図5は、図4に示した、ある操作軸31と、力計測部21が計測した力Fsをもとに、操作軸31に対する操作力を算出する方法を説明する図である。
図11は、図5、図8、図9、図10などと同様に、力計測部21が計測した力Fsをもとに、操作軸31に対する操作力を算出する方法を説明する図である。
力計測部21が計測した力Fsの並進方向の成分の力Fをもとに、操作軸31の回転中心線回りに作用させる並進方向の力から成る力Fpを求め、前記並進方向の力から成る力Fpの方向をもとに、操作力の方向を求める。もしくは、力計測部21が計測した力Fsの並進方向の成分の力Fの大きさ、または、操作軸31の回転中心線回りに作用させる力Fpの大きさをもとに、操作力の大きさを求めるようにしてもよい。
前述の実施例と同様に、点P1は操作軸31の基準座標系上の位置を表す原点とする。平面Cは、原点が点P1にあり、Z軸Azが操作軸31の回転中心線と一致し、X軸AxおよびY軸Ayの成す平面が、操作軸31の回転中心線と直交する平面となるように、操作軸31に設定した座標系の、X軸AxおよびY軸Ayが成す平面であり、X−Y平面とする。点P2は、ロボット50の先端部58に作用させた力を計測するときの力計測座標系の原点である、力計測点を平面Cに射影した点とする。位置ベクトルPvは、平面Cにおいて、点P1から点P2への位置ベクトルとする。力Fpは、力Fsの並進方向の成分の力Fをもとに、前述のように、平面C上で操作軸31の回転中心線回りに作用する力として求めた並進方向の力である。Lwは、平面C上に存在し、点P1および点P2を含む直線とする。
11 ロボットシステム
21 力計測部
22 第一操作力取得部
23 第二操作力取得部
24 操作指令部
25 操作軸設定部
26 記憶部
31 操作軸
50 ロボット
51 第一軸、J1軸
52 第二軸、J2軸
53 第三軸、J3軸
54 第四軸、J4軸
55 第五軸、J5軸
56 第六軸、J6軸
57 ロボットのフランジ部
58 ロボットの先端部
59 ロボットの台座
60 操作者
Ax 操作軸に設定した座標系のX軸
Ay 操作軸に設定した座標系のY軸
Az 操作軸の回転中心線と一致する、操作軸に設定した座標系のZ軸
Az2 Z軸Azと、平行な軸
C X軸Axと、Y軸Ayが成す平面であり、操作軸の回転中心線と直交する平面
F 力計測部が計測した力における、並進方向の力
Fn 平面C上で、力Fpを平行移動させた力
Fn1 平面C上で、力Fpを回転移動させた力
Fn2 平面C上で、力Fpを回転移動させた力
Fn3 平面C上で、力Fpを回転移動させた力
Fnp 平面C上で、力Fpを平行移動させた力
Fs 力計測部が計測した力
Fsp 力Fが作用する点を平面C上に移動するように、力Fを平行移動させた力
Fp 操作軸の回転中心線回りに作用する、平面C上の並進方向の力
Lw 平面C上に存在し、点P1と点P2を含む直線
P1 操作軸31に設定した座標系の原点
P2 力計測点P3を平面Cに射影した、平面C上の点
P3 力計測点
P4 平面C上の点
Pn 平面C上で、位置ベクトルPvを伸縮調整した位置ベクトル
Pv 平面C上の位置ベクトル
R1 回転軸
R2 回転軸
Rp 方向、角度の範囲
Rp1 方向、角度の範囲
Rp2 方向、角度の範囲
Rp3 方向、角度の範囲
+Rq 平面C上で、直線Lwと直交する正方向
−Rq 平面C上で、直線Lwと直交する負方向
Claims (14)
- 少なくとも一つの回転軸を含む複数の軸から成るロボットに作用させた力に基づいて、前記ロボットを移動させるロボットシステムのロボット制御装置において、
前記ロボットの先端部に作用させた力を計測する力計測部と、
前記少なくとも一つの回転軸のうち、前記力に応じて回転移動される軸を操作軸として設定すると共に、前記力の方向に応じて定まる前記操作軸の回転移動方向を設定する操作軸設定部と、
前記力計測部が計測した力の並進成分から成る力を第一先端部作用力としたとき、
前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線と直交する平面上に存在し、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求め、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、
前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、
前記操作軸に対して仮想的に作用させる第一仮想力を求めて、前記第一仮想力を第一操作力とする第一操作力取得部と、
前記操作軸設定部によって設定された前記操作軸を、前記第一操作力から定まる操作力に基づいて、移動させる操作指令を出力する操作指令部と、を具備し、
前記操作指令部は、前記第一操作力と前記操作軸設定部によって設定される前記回転移動方向とに基づいて、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置。 - 少なくとも一つの回転軸を含む複数の軸から成るロボットに作用させた力に基づいて、前記ロボットを移動させるロボットシステムのロボット制御装置において、
前記ロボットの先端部に作用させた力を計測する力計測部と、
前記少なくとも一つの回転軸のうち、前記力に応じて回転移動される軸を操作軸として設定すると共に、前記力の方向に応じて定まる前記操作軸の回転移動方向を設定する操作軸設定部と、
前記力計測部が計測した力のモーメント成分から成る力を第二先端部作用力としたとき、
前記第二先端部作用力をもとに、前記操作軸に対して仮想的に作用させる第二仮想力を求め、前記第二仮想力を第二操作力とする第二操作力取得部と、
前記操作軸設定部によって設定された前記操作軸を、前記第二操作力から定まる操作力に基づいて、移動させる操作指令を出力する操作指令部と、を具備し、
前記操作指令部は、前記第二操作力と前記操作軸設定部によって設定される前記回転移動方向とに基づいて、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置。 - 少なくとも一つの回転軸を含む複数の軸から成るロボットに作用させた力に基づいて、前記ロボットを移動させるロボットシステムのロボット制御装置において、
前記ロボットの先端部に作用させた力を計測する力計測部と、
前記少なくとも一つの回転軸のうち、前記力に応じて回転移動される軸を操作軸として設定すると共に、前記力の方向に応じて定まる前記操作軸の回転移動方向を設定する操作軸設定部と、
前記力計測部が計測した力の並進成分から成る力を第一先端部作用力としたとき、
前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線と直交する平面上に存在し、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求め、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、
前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、
前記操作軸に対して仮想的に作用させる第一仮想力を求めて、前記第一仮想力を第一操作力とする第一操作力取得部と、
前記力計測部が計測した力のモーメント成分から成る力を第二先端部作用力としたとき、
前記第二先端部作用力をもとに、前記操作軸に対して仮想的に作用させる第二仮想力を求め、前記第二仮想力を第二操作力とする第二操作力取得部と、
前記操作軸設定部によって設定された前記操作軸を、前記第一操作力および前記第二操作力から定まる操作力に基づいて、移動させる操作指令を出力する操作指令部と、を具備し、
前記操作指令部は、前記第一操作力と前記第二操作力と前記操作軸設定部によって設定される前記回転移動方向とに基づいて、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記操作指令部は、
前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めるとき、
前記操作軸の回転中心線回りの、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度を求めて、
前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度をもとに、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項2、3のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記操作指令部は、
前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めるとき、
前記操作軸の回転中心線回りの、前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度を求めて、
前記ロボットの先端部の目標移動方向および目標接線速度をもとに、前記操作軸の目標移動方向および目標移動速度を求めて、前記操作軸を移動させることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3、4のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記第一操作力取得部は、
前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3、4のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記第一操作力取得部は、
前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記位置ベクトルの大きさを所定の値にした位置ベクトルに基づいて、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3、4のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記第一操作力取得部は、
前記第一先端部作用力が作用する方向と、所定方向への方向の回転操作とをもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトル、をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3、4のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記第一操作力取得部は、
前記第一先端部作用力が作用する方向と、所定方向への方向の回転操作とをもとに算出した、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、
前記求められた力の並進成分から成る力、および、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記位置ベクトルの大きさを所定の値にした位置ベクトルに基づいて、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第一操作力の方向と大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1、3、4のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記第一操作力取得部は、
前記第一先端部作用力をもとに、前記操作軸の回転中心線回りに作用させる、力の並進成分から成る力を求めると共に、
前記求められた力の並進成分から成る力の方向と、前記求められた力の並進成分から成る力が作用する位置ベクトルをもとに、前記第一操作力の方向を求めて、
前記求められた力の並進成分から成る力の大きさ、または、前記第一先端部作用力の大きさをもとに、前記第一操作力の大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項2、3、5に記載のロボット制御装置において、
前記第二操作力取得部は、
前記第二先端部作用力によって、前記操作軸の回転中心線回りに作用する力のモーメント成分を算出して、前記第二操作力の方向と大きさを求めることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項7または9に記載のロボット制御装置において、
前記操作軸の回転中心線から、前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記所定の値を小さくすることを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項8に記載のロボット制御装置において、
前記操作軸の回転中心線から前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記所定方向と前記位置ベクトルとの成す角度が小さくなる方向に前記所定方向を変更することを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載のロボット制御装置において、
前記操作指令部は、力制御ゲインをもとにした力制御によって、
前記操作軸の移動速度を求め、
前記軸の回転中心線から前記ロボットの先端部までの最短距離が大きくなるに従って、前記力制御ゲインを小さくすることを特徴とするロボット制御装置。
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