JP6238110B2 - Robot hand control method and control device - Google Patents
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Description
本発明は、動作して作業を行うロボットハンドを、操作装置により入力された動作指令に基づいて制御する方法と装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a robot hand that performs work by operating based on an operation command input by an operation device.
ロボットハンドを制御するために、操作装置と制御装置が設けられる。操作装置は、人に操作され、この操作に従った動作指令を制御装置に入力する。制御装置は、入力された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させる。 An operation device and a control device are provided to control the robot hand. The operating device is operated by a person and inputs an operation command according to this operation to the control device. The control device operates the robot hand according to the input operation command.
この構成で、人の操作に従って、ロボットハンドを動作させることにより、ロボットハンドに把持された部品を、正確に位置決めして、他の部品に組み付けたり、定められた位置に置いたりする。例えば、ロボットハンドにより、工業製品の製造工場において、大型の部品を、他の部品に組み付ける。 With this configuration, by operating the robot hand in accordance with a human operation, the part gripped by the robot hand is accurately positioned and assembled to another part or placed at a predetermined position. For example, a large part is assembled to another part in a manufacturing factory for industrial products by a robot hand.
このようなロボットハンド装置は、例えば、下記の特許文献１〜３と非特許文献１に記載されている。
Such robot hand devices are described in, for example, the following
特許文献１では、ロボットハンド（パワーアシスト装置）にブレーキ機構を設けることにより、作業段階毎に、パワー調整が不要な方向においてロボットハンドが動作することを規制している。
In
特許文献２では、重量物を搬送する作業を補助するロボットハンド（作業補助装置）において、人の操作力に応じて、重量物に運動変化を与える場合に、操作力に対する運動変化の度合いを決めるパラメータ（仮想インピーダンス制御のパラメータ）を、作業段階毎に他の値に切り替えるようにしている。
In
特許文献３では、各軸方向への移動および各軸回りの回転からなる複数の自由度について、作業段階毎に、ロボットハンドが動作可能な自由度と、動作不可能な自由度とを定めている。
In
非特許文献１では、次の式（Ｅ）で表わされた速度指令値Ｖを、制御装置により生成している。
Ｆ＝Ｍ×ｄＶ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖ ・・・（Ｅ）
ここで、Ｆは、人が操作装置に与えた力を示し、Ｍは、仮想質量係数を示し、Ｄは、仮想粘性係数を示す。
In
F = M × dV / dt + D × V (E)
Here, F shows the force which the person gave to the operating device, M shows a virtual mass coefficient, D shows a virtual viscosity coefficient.
非特許文献１では、さらに、仮想粘性係数Ｄを、入力Ｆに応じて変化させることにより、人の操作意図を自動的に推定して、位置決め精度を向上させている。すなわち、入力Ｆが小さい時には、ロボットハンドを止めやすくするように仮想粘性係数Ｄを大きくしている。
In
ところで、操作装置により入力された動作指令に基づいて、ロボットハンドを目標位置に停止させる場合に、分かりやすい操作により、かつ、制御装置の調整に手間をかけることなく、ロボットハンドを目標位置に急停止できるようにすることが望まれる。しかし、このような急停止は、特許文献１〜３と非特許文献１には開示されていない。
By the way, when the robot hand is stopped at the target position based on the operation command input by the operation device, the robot hand is suddenly moved to the target position by an easy-to-understand operation and without taking time to adjust the control device. It is desirable to be able to stop. However, such a sudden stop is not disclosed in
特許文献１、２では、操作性を向上させるために、作業段階毎に、操作に対するロボットハンドの応答性を変えている。これにより、ロボットハンドの位置を規定された作業範囲内に維持させるようにすることができる。しかし、特許文献１、２の技術は、ロボットハンドを目標位置に急停止させやすくするものではない。
In
特許文献３では、動作可能な自由度を制限することにより、ロボットハンドを位置決めする時の操作性を向上させている。しかし、特許文献３の技術は、ロボットハンドを目標位置に急停止させやすくするものではない。
In
非特許文献１では、ロボットハンドの動作を試験することにより、仮想粘性係数の変化の仕方を調整している。そのため、非特許文献１では、調整に手間がかかる。
In
そこで、本発明の目的は、仮想粘性係数Ｄのような制御パラメータの変化の調整に手間をかけることなく、分かりやすい操作によりロボットハンドを急停止できるようにすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to suddenly stop a robot hand by an easy-to-understand operation without taking time to adjust a change in a control parameter such as a virtual viscosity coefficient D.
上述の目的を達成するため、本発明によると、ロボットハンドの制御方法であって、
なされた操作に従って、ロボットハンドの動作指令を生成する操作装置と、
生成された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させる制御装置と、を用意し、
ロボットハンドが移動している動作方向と逆の方向に動作させる動作指令が操作装置により生成された場合に、当該動作方向においてロボットハンドを急停止させる、ことを特徴とするロボットハンドの制御方法が提供される。
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a robot hand control method comprising:
An operation device that generates an operation command for the robot hand according to the operation performed;
A control device for operating the robot hand according to the generated operation command; and
A control method for a robot hand characterized in that, when an operation command for operating in a direction opposite to the direction in which the robot hand is moving is generated by the operating device, the robot hand is suddenly stopped in the operation direction. Provided.
本発明の好ましい実施形態によると、操作装置は、操作部と力覚センサを有するものであり、
（Ａ）設定方向において操作部に与えられた力を、力覚センサにより、動作指令として検出し、
（Ｂ）検出した前記力に相当する駆動指令値Ｆｉに基づいて、前記設定方向における速度指令値Ｖｉを生成し、
（Ｃ）生成した速度指令値Ｖｉに基づいて、前記設定方向に対応する動作方向においてロボットハンドの動作を制御し、
前記（Ａ）〜（Ｃ）を繰り返し、
（Ｄ）前記（Ｂ）を行った時点で、当該（Ｂ）で生成したＦｉと最新のＶｉが、Ｆｉ＞０かつＶｉ＜０、または、Ｆｉ＜０かつＶｉ＞０を満たし、かつ、当該Ｆｉの絶対値がしきい値より大きいかを判断し、この判断が肯定の場合には、ロボットハンドを急停止させる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the operating device has an operating part and a force sensor,
(A) The force applied to the operation unit in the setting direction is detected as an operation command by the force sensor,
(B) Based on the drive command value Fi corresponding to the detected force, a speed command value Vi in the set direction is generated,
(C) Based on the generated speed command value Vi, control the operation of the robot hand in the operation direction corresponding to the set direction,
Repeat (A) to (C),
(D) At the time of performing (B), the Fi and the latest Vi generated in (B) satisfy Fi> 0 and Vi <0, or Fi <0 and Vi> 0, and It is determined whether the absolute value of Fi is larger than the threshold value. If this determination is affirmative, the robot hand is suddenly stopped.
この場合、前記設定方向として、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向のいずれかがあり、当該Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は、操作装置に固定された座標系の座標軸であり、前記（Ａ）〜（Ｃ）を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の各々について行い、前記（Ｄ）を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の少なくともいずれかについて行ってよい。
代わりに、前記設定方向として、前記操作部を通り前記操作部に固定された軸回りの回転方向があり、この回転方向に対応する前記動作方向におけるロボットハンドの動作は、ロボットハンドを構成する複数のリンクのうち、いずれかを、他のリンクに対して回転させる動作であってよい。
In this case, the setting direction includes any of an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction that are orthogonal to each other, and the X-axis, Y-axis, and Z-axis are coordinate axes of a coordinate system fixed to the operating device. Yes, (A) to (C) are performed for each of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction, and (D) is performed for at least one of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction. You can go.
Instead, as the setting direction, there is a rotation direction around an axis that passes through the operation unit and is fixed to the operation unit, and the operation of the robot hand in the operation direction corresponding to the rotation direction includes a plurality of operations constituting the robot hand. It is possible to rotate one of the links with respect to the other link.
本発明の好ましい実施形態によると、操作装置は、ロボットハンドの先端部に取り付けられている。 According to a preferred embodiment of the present invention, the operating device is attached to the tip of the robot hand.
また、上述の目的を達成するため、本発明によると、動作して作業を行うロボットハンドを、操作装置により入力された動作指令に基づいて制御する装置であって、
ロボットハンドが移動している動作方向と逆の方向に動作させる動作指令が操作装置により生成された場合に、当該動作方向においてロボットハンドを急停止させる、ことを特徴とするロボットハンドの制御装置が提供される。
Further, in order to achieve the above-described object, according to the present invention, a robot hand that operates and performs work is controlled based on an operation command input by an operating device,
A robot hand control device characterized in that, when an operation command for operating in a direction opposite to the direction in which the robot hand is moving is generated by the operating device, the robot hand is suddenly stopped in the operation direction. Provided.
上述した本発明によると、ロボットハンドが移動している動作方向と逆の方向に動作させる動作指令が操作装置により生成された場合に、制御装置は、当該動作方向において、ロボットハンドを急停止させる。このような制御を行うために、ロボットハンドの動作を試験して制御パラメータの変化の仕方を調整する必要がない。従って、制御パラメータの調整に手間をかけることなく分かりやすい操作により、ロボットハンドを急停止することが可能となる。 According to the above-described present invention, when an operation command for causing the robot hand to move in a direction opposite to the moving direction is generated by the operation device, the control device suddenly stops the robot hand in the moving direction. . In order to perform such control, it is not necessary to test the operation of the robot hand and adjust how the control parameters change. Therefore, the robot hand can be suddenly stopped by an easy-to-understand operation without taking time to adjust the control parameters.
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図１は、本発明の実施形態による制御装置７を備えるロボットハンド装置１０を示す。ロボットハンド装置１０は、ロボットハンド３と操作装置５と制御装置７を備える。
FIG. 1 shows a
ロボットハンド３は、動作して作業を行う。すなわち、ロボットハンド３は、対象物を把持し、この状態で動作することにより、この対象物を、設定位置に位置決めする。図１の例では、対象物は部品１であり、この部品１を、図１のｘ軸方向とｙ軸方向において、他の部品２に組み付け可能な位置へ位置決めし、この状態で、部品１を、他の部品２に向けて、図１の負のｚ軸方向に下降させることにより、図１の破線で示す部品１のように、部品１を他の部品２に組み付ける。ロボットハンド３の先端部には、対象物（部品１）を把持する把持機構９が設けられている。把持機構９は、例えば、部品１を挟んで把持する複数の爪９ａを有する。なお、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向は、図１に示されている。以下において、ｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸に言及する場合には、これらは、それぞれ、図１に示すｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を意味する。
The
ロボットハンド３は、図１の例では、多関節ハンドである。なお、ロボットハンド３は、多関節ハンドに限定されず、他の公知の構成を有するものであってもよい。
The
ロボットハンド３は、図示しない駆動装置（例えば、複数のサーボモータ）により駆動される。当該駆動装置が制御装置７によって制御されることにより、ロボットハンド３は動作する。
The
操作装置５を、図２にも示す。図２（Ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。また、操作装置５と制御装置７のブロック図を図３に示す。
The operating
操作装置５は、操作部１７と力覚センサ２５を有する。
The
操作部１７は、人に操作される。すなわち、人が、手で操作部１７をつかんで、操作部１７に力を与える。操作部１７は、本実施形態では、操作かんである。操作かん１７は、操作装置５の操作台２４に設けられる。操作かん１７に力を与えても、操作かん１７は、操作台２４に対して変位しない（すなわち、その位置または姿勢を変えない）。
The
力覚センサ２５は、設定方向において操作かん１７に与えられた力Ｅｉを動作指令として検出する。Ｅｉは、本実施形態では、操作かん１７に与えられた力の設定方向の成分Ｅｉである。本実施形態では、設定方向として、図２（Ａ）に示す、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向がある。したがって、操作かん１７に与えられた力の設定方向の成分Ｅｉとして、Ｘ軸方向の成分Ｅｘと、Ｙ軸方向の成分Ｅｙと、Ｚ軸方向の成分Ｅｚがある。図２（Ａ）において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有するセンサ座標系Ｓは、力覚センサ２５に固定されている。Ｘ軸の正方向に操作かん１７に力が与えられている場合には、Ｅｘは正の値をとり、Ｘ軸の負方向に操作かん１７に力が与えられている場合には、Ｅｘは負の値をとる。ＥｙとＥｚについても同様である。
The
操作装置５は、図１に示すように、ロボットハンド３の先端部に取り付けられる。この取り付けにより、操作装置５（図２の例では操作かん１７）に対してなされた操作の方向（与られた力の方向）が、この操作による制御方向と一致するようにすることが好ましい。ここで、制御方向とは、ロボットハンド３の先端部が制御される方向である。すなわち、図２の例では、図２（Ａ）のＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が、それぞれ、図１のｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に一致するように、ロボットハンド３の先端部の姿勢が一定に維持されるように、制御装置７が設定されるのがよい。このような操作装置５の取り付けと、制御装置７の設定により、人は、ロボットハンド３の先端部を容易に操ることができる。
As shown in FIG. 1, the operating
制御装置７は、生成された動作指令Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚに従って、ロボットハンド３を動作させる。
The
また、制御装置７は、ロボットハンド３の先端部が動作（移動）している方向と逆の方向に動作させる動作指令が操作装置５により生成された場合に、制御装置７は、ロボットハンド３を急停止させる急停止制御を行う。本実施形態では、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の少なくともいずれかについて、急停止制御を行う。この急停止制御では、制御装置７は、ロボットハンド３の先端部（把持機構９）の移動速度を、ロボットハンド３における先端部の現在の移動速度に対する設定割合以下の速度に下げ、または、予め定められている設定速度以下に下げる。ここで、設定割合または設定速度は、好ましくは、できるだけ早く、かつ、円滑に、ロボットハンド３を停止できるように設定される。ただし、設定割合または設定速度は、ゼロであってもよい。なお、ロボットハンド３における先端部の現在の移動速度は、適宜の手段で計測され、制御装置７に入力される。
In addition, when the
制御装置７は、図３に示すように、入力処理部１８と速度値生成部１９と速度制御部２１を有する。
As illustrated in FIG. 3, the
入力処理部１８は、力覚センサ２５から出力されたＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚに基づいて、駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを生成する。入力処理部１８は、センサ座標系Ｓで表されたＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを、それぞれ、ロボットハンド３の先端部（把持機構９）に固定されたハンド座標系ＲでＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとして表わす。すなわち、センサ座標系Ｓで表されたベクトルＥ（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）を、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有するハンド座標系Ｒで表わすベクトルに変換する行列をＴとすると、入力処理部１８は、次の[数１]により、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する。Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それぞれ、操作装置５により入力された動作指令Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚに相当する。
センサ座標系Ｓとハンド座標系Ｒを一致させてもよい。すなわち、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を、それぞれｘ軸とｙ軸とｚ軸に一致させてもよい。この場合、Ｔは単位行列であり、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それぞれ、Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚと同じである。すなわち、検出したＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚは、これらに相当する駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと値が同じである。この場合、入力処理部１８が省略される。
The sensor coordinate system S and the hand coordinate system R may be matched. That is, the X axis, the Y axis, and the Z axis may coincide with the x axis, the y axis, and the z axis, respectively. In this case, T is a unit matrix, and Fx, Fy, and Fz are the same as Ex, Ey, and Ez, respectively. That is, the detected Ex, Ey, and Ez have the same values as the corresponding drive command values Fx, Fy, and Fz. In this case, the
なお、操作装置５は、ロボットハンド３から分離して設けられてもよい。この場合、上述の行列Ｔは、単位行列でなくてよく、また、次のようにしてよい。ロボットハンド３の先端部が含まれる領域をビデオカメラで撮像する。これにより得た動画を、操作装置５に隣接して設置された表示装置に表示させる。人は、このように表示された動画を見ながら操作装置５を操作する。
The operating
速度値生成部１９には、生成された駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが入力される。速度値生成部１９は、次のように、入力された駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに基づいて、それぞれ、速度指令値Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを生成する。速度値生成部１９は、次の式（１）（２）または（３）を用いて、速度指令値Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを生成する。
Ｖｘ＝ａ×Ｆｘ
Ｖｙ＝ａ×Ｆｙ
Ｖｚ＝ａ×Ｆｚ ・・・（１）
Ｖｘ＝ａ×Ｆｘ２
Ｖｙ＝ａ×Ｆｙ２
Ｖｚ＝ａ×Ｆｚ２ ・・・（２）
Ｆｘ＝Ｍ×ｄＶｘ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖｘ
Ｆｙ＝Ｍ×ｄＶｙ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖｙ
Ｆｚ＝Ｍ×ｄＶｚ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖｚ ・・・（３）
式（１）（２）（３）において、ａは、予め定めたゲイン（正の値）であり、Ｍは、予め定めた仮想質量係数（正の値）であり、ｄＶｘ／ｄｔとｄＶｙ／ｄｔとｄＶｚ／ｄｔは、それぞれ、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚの時間微分であり、Ｄは、予め定めた仮想粘性係数（正の値）である。なお、式（３）を用いる場合には、現時点に対して、微小時間だけ前の初期時点で出力したＶｘ、Ｖｙ、ＶｚをそれぞれＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚの初期値として、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それぞれ、初期時点から現時点までの時間の関数であるとして、現時点で出力するＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚが、速度値生成部１９により算出されてよい。なお、式（１）（２）において、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する各式の間で、ａの値が同じであっても異なっていてもよい。同様に、式（３）において、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する各式の間で、ＭまたはＤの値が同じであっても異なっていてもよい。
The generated drive command values Fx, Fy, and Fz are input to the
Vx = a × Fx
Vy = a × Fy
Vz = a × Fz (1)
Vx = a × Fx 2
Vy = a × Fy 2
Vz = a × Fz 2 (2)
Fx = M × dVx / dt + D × Vx
Fy = M × dVy / dt + D × Vy
Fz = M × dVz / dt + D × Vz (3)
In equations (1), (2), and (3), a is a predetermined gain (positive value), M is a predetermined virtual mass coefficient (positive value), and dVx / dt and dVy / dt and dVz / dt are time derivatives of Vx, Vy, and Vz, respectively, and D is a predetermined virtual viscosity coefficient (positive value). In addition, when using Formula (3), Vx, Vy, and Vz output at the initial time just a minute before the current time are set as initial values of Vx, Vy, and Vz, respectively, and Fx, Fy, and Fz are Vx, Vy, and Vz output at the present time may be calculated by the velocity
速度制御部２１は、ｘ軸方向に対する速度指令値Ｖｘに従って、ｘ軸方向におけるロボットハンド３の先端部の速度を制御し、ｙ軸方向に対する速度指令値Ｖｙに従って、ｙ軸方向におけるロボットハンド３の先端部の速度を制御し、ｚ軸方向に対する速度指令値Ｖｚに従って、ｚ軸方向におけるロボットハンド３の先端部の速度を制御する。例えば、速度制御部２１は、ロボットハンド３における先端部のｘ軸方向速度の計測値と、入力された速度指令値Ｖｘとの差を無くすように、ロボットハンド３の先端部のｘ軸方向速度を制御する。ｙ軸方向とｚ軸方向の制御も同様である。この制御は、例えば、速度制御部２１が、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基づいて、ロボットハンド３を駆動する複数の駆動装置を制御することによりなされる。
The speed control unit 21 controls the speed of the tip of the
本実施形態によると、速度制御部２１は、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の少なくともいずれかの設定方向について、急停止制御を行う。当該設定方向について、現在において生成されたＦｉ（すなわち、Ｆｘ、ＦｙまたはＦｚ）と最新のＶｉ（すなわち、Ｖｘ、ＶｙまたはＶｚ）が、次の条件（１）（２）の両方を満たすかを、速度制御部２１により判断する。条件（１）（２）の両方が満たされたら、速度制御部２１は、当該設定方向において急停止制御を行う。
（１）Ｆｉ＞０かつＶｉ＜０、または、Ｆｉ＜０かつＶｉ＞０が成り立つ。
（２）Ｆｉの絶対値がしきい値より大きい。
ここで、しきい値は、正の値である。また、しきい値は、急停止制御を行わない、操作かん１７に対する通常の操作では、操作かん１７に与えられない力の大きさに設定されている。
According to the present embodiment, the speed control unit 21 performs sudden stop control in at least one of the setting direction of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. Whether the currently generated Fi (ie, Fx, Fy, or Fz) and the latest Vi (ie, Vx, Vy, or Vz) satisfy both of the following conditions (1) and (2) for the set direction: Judgment is made by the speed control unit 21. When both the conditions (1) and (2) are satisfied, the speed control unit 21 performs sudden stop control in the set direction.
(1) Fi> 0 and Vi <0, or Fi <0 and Vi> 0.
(2) The absolute value of Fi is larger than the threshold value.
Here, the threshold value is a positive value. The threshold value is set to a magnitude of a force that is not applied to the
図４は、本発明の実施形態による制御方法を示すフローチャートである。この制御方法は、上述の操作装置５と制御装置７を用いて行われる。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method according to an embodiment of the present invention. This control method is performed using the
ステップＳ１において、力覚センサ２５により、設定方向において操作かん１７に与えられた力を動作指令として検出する。すなわち、力覚センサ２５により、操作かん１７に与えられた力の成分Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚを動作指令として検出する。
In step S1, the
ステップＳ２において、入力処理部１８により、ステップＳ１で検出した成分Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ（動作指令）を、それぞれ、駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに変換する。
In step S2, the
図４のフローチャートにおいて、１回目のステップＳ２を行った場合には、ステップＳ５を行わずに、ステップＳ３へ進む。一方、２回目以降のステップＳ２を行った場合には、ステップＳ５へ進む。 In the flowchart of FIG. 4, when the first step S2 is performed, the process proceeds to step S3 without performing step S5. On the other hand, when the second and subsequent steps S2 are performed, the process proceeds to step S5.
ステップＳ３において、速度値生成部１９により、直前のステップＳ２で生成された駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚから速度指令値Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを生成する。
In step S3, the
ステップＳ４において、速度制御部２１により、ステップＳ１で検出した力に相当する駆動指令値に基づいて、前記設定方向に対応する動作方向にロボットハンド３の動作を制御する。すなわち、速度制御部２１により、Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚにそれぞれ対応する速度指令値Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに基づいて、それぞれ、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向におけるロボットハンド３の動作を制御する。ここで、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、直前のステップＳ３で生成されたものである。
In step S4, the speed control unit 21 controls the operation of the
ステップＳ４を終えたら、ステップＳ１へ戻り、上述した処理を繰り返す。 When step S4 is completed, the process returns to step S1 and the above-described processing is repeated.
一方、ステップＳ５において、速度制御部２１により、急停止制御をするかについて判断する。この例では、ステップＳ５で、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向について次の処理を行う。
ｘ軸方向について、次の（ａ）（ｂ）の両方（以下、急停止条件という）が満たされるかを判断する。ここで、（ａ）（ｂ）において、Ｆｘは、直前のステップＳ２で生成されたものであり、Ｖｘは、直前（すなわち、前回）のステップＳ３で生成された最新の値である。
（ａ）Ｆｘ＞０かつＶｘ＜０、または、Ｆｘ＜０かつＶｘ＞０が成り立つ。
（ｂ）Ｆｘの絶対値がしきい値より大きい。
同様に、ｙ軸方向について、次の（ｃ）（ｄ）の両方（以下、急停止条件という）が満たされるかを判断する。ここで、（ｃ）（ｄ）において、Ｆｙは、直前のステップＳ２で生成されたものであり、Ｖｙは、直前（すなわち、前回）のステップＳ３で生成された最新の値である。
（ｃ）Ｆｙ＞０かつＶｙ＜０、または、Ｆｙ＜０かつＶｙ＞０が成り立つ。
（ｄ）Ｆｙの絶対値がしきい値より大きい。
同様に、ｚ軸方向について、次の（ｅ）（ｆ）の両方（以下、急停止条件という）が満たされるかを判断する。ここで、（ｅ）（ｆ）において、Ｆｚは、直前のステップＳ２で生成されたものであり、Ｖｚは、直前（すなわち、前回）のステップＳ３で生成された最新の値である。
（ｅ）Ｆｚ＞０かつＶｚ＜０、または、Ｆｚ＜０かつＶｚ＞０が成り立つ。
（ｆ）Ｆｚの絶対値がしきい値より大きい。
On the other hand, in step S5, the speed control unit 21 determines whether to perform the sudden stop control. In this example, in step S5, the following processing is performed for the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.
It is determined whether both of the following (a) and (b) (hereinafter referred to as a sudden stop condition) are satisfied in the x-axis direction. Here, in (a) and (b), Fx is generated in the immediately preceding step S2, and Vx is the latest value generated in the immediately preceding (ie, previous) step S3.
(A) Fx> 0 and Vx <0, or Fx <0 and Vx> 0.
(B) The absolute value of Fx is larger than the threshold value.
Similarly, it is determined whether both of the following (c) and (d) (hereinafter referred to as a sudden stop condition) are satisfied in the y-axis direction. Here, in (c) and (d), Fy is generated in the immediately preceding step S2, and Vy is the latest value generated in the immediately preceding (ie, previous) step S3.
(C) Fy> 0 and Vy <0, or Fy <0 and Vy> 0.
(D) The absolute value of Fy is larger than the threshold value.
Similarly, it is determined whether both the following (e) and (f) (hereinafter referred to as a sudden stop condition) are satisfied in the z-axis direction. Here, in (e) and (f), Fz is generated in the immediately preceding step S2, and Vz is the latest value generated in the immediately preceding (ie, previous) step S3.
(E) Fz> 0 and Vz <0, or Fz <0 and Vz> 0.
(F) The absolute value of Fz is larger than the threshold value.
ステップＳ５において、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の少なくともいずれかについて、急停止条件が満たされると判断された場合には、ステップＳ６へ進む。そうでない場合には、ステップＳ３へ進み、上述のように、ステップＳ３、Ｓ４の処理を行う。 If it is determined in step S5 that the sudden stop condition is satisfied in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, the process proceeds to step S6. When that is not right, it progresses to step S3 and performs the process of step S3, S4 as mentioned above.
ステップＳ６において、速度制御部２１により、急停止条件が満たされた方向において急停止制御を行う。これにより、当該方向において、ロボットハンド３における先端部は急停止する。このステップＳ６において、急停止条件が満たされていない方向については、ステップＳ３、Ｓ４を行ってよい。ステップＳ６を終えたらステップＳ１へ戻る。
In step S6, the speed control unit 21 performs the sudden stop control in the direction in which the sudden stop condition is satisfied. Thereby, the front-end | tip part in the
図１の例では、上述の制御方法により、ｘ軸方向、ｙ軸方向またはｚ軸方向に、把持機構９が移動している時に、人が、把持機構９と部品２との位置関係を見て、把持機構９の当該移動方向と逆の方向に、操作かん１７に対して力を与える。これにより、当該移動方向において、把持機構９を、部品２の位置に停止させることができる。図１の例において、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の少なくともいずれか（例えば、すべての方向）について、このような操作をすることができる。
In the example of FIG. 1, when the
上述した本発明の実施形態によると、以下の効果（Ａ）（Ｂ）が得られる。 According to the embodiment of the present invention described above, the following effects (A) and (B) can be obtained.
（Ａ）ロボットハンド３が動作している方向と逆の方向に動作させる動作指令が操作装置５により生成された場合に、制御装置７は、ロボットハンド３を急停止させる。このような制御を行うために、非特許文献１のように、ロボットハンド３の動作を試験して制御パラメータの変化の仕方を調整する必要がない。従って、制御パラメータの調整に手間をかけることなく、分かりやすい操作によりロボットハンド３を急停止することが可能となる。
(A) When the
上記（Ａ）に関して、上述の式（１）または（２）を用いる場合に、本実施形態の急停止制御を採用しないときには、次のような不都合が生じる。人が、操作かん１７を操作中に、力を抜いて操作かん１７に与える操作力をゼロにすることは、難しい操作である。すなわち、通常、人は、ロボットハンド３が、障害物に当たりそうになったら、直感的に、操作かん１７を逆方向に操作してしまう。その結果、ロボットハンド３は、逆方向に移動し、さらには、振動してしまう。
また、上記（Ａ）に関して、上述の式（３）を用いる場合に、本実施形態の急停止制御を採用しないときには、次のような不都合が生じる。操作かん１７を逆方向に操作したとしても、仮想質量係数Ｍが作用するので、ロボットハンド３は急停止できない。
そこで、本発明の実施形態では、人が操作かん１７を逆方向に操作して、逆の方向に動作させる動作指令が制御装置７に入力された場合に、制御装置７はロボットハンド３を急停止するようにした。
Regarding the above (A), the following inconvenience occurs when the above formula (1) or (2) is used and the sudden stop control of the present embodiment is not adopted. It is a difficult operation for a person to remove the force and to zero the operating force applied to the operating
Further, regarding the above (A), when using the above-described equation (3), the following inconvenience occurs when the sudden stop control of the present embodiment is not adopted. Even if the
Therefore, in the embodiment of the present invention, when a
（Ｂ）ロボットハンド３の先端部が、ｘ軸方向、ｙ軸方向またはｚ軸方向に移動している時に、駆動指令値Ｆｘ、ＦｙまたはＦｚの絶対値がしきい値より大きくない場合には、急停止制御は行われない。これについて、しきい値は、急停止制御を行わない、操作かん１７に対する通常の操作では、操作かん１７に与えられない力の大きさに設定されている。したがって、ロボットハンド３を誤って急停止してしまうことを防止できる。
また、ロボットハンド３の先端部が移動している動作方向と逆の方向に対応する設定方向に操作かん１７に力が与えられても、この設定方向について、しきい値より小さい絶対値の駆動指令値が生成される場合には、ロボットハンド３を急停止させることなく、ロボットハンド３の移動方向を逆方向に変えることができる。
(B) When the absolute value of the drive command value Fx, Fy, or Fz is not greater than the threshold value when the tip of the
In addition, even if a force is applied to the operating can 17 in a setting direction corresponding to the direction opposite to the moving direction in which the tip of the
図５は、従来における制御と本発明の実施例による制御との比較を示すグラフである。
図５（Ａ）は、上述の式（Ｅ）を用いている従来の場合を示し、図５（Ｂ）は、上述の式（Ｅ）と同じ上述の式（３）を用いている本発明の実施例の場合を示す。図５は、簡単のためｘ軸方向のみについて示している。
FIG. 5 is a graph showing a comparison between conventional control and control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5A shows a conventional case using the above-described equation (E), and FIG. 5B shows the present invention using the above-described equation (3) which is the same as the above-described equation (E). The case of the Example of this is shown. FIG. 5 shows only the x-axis direction for simplicity.
図５（Ａ）（Ｂ）の一番上のグラフは、操作装置５により生成された駆動指令値Ｆｘを示す。また、図５（Ｂ）において、Ｆｃは、上述のしきい値を示す。
図５（Ａ）（Ｂ）の中間のグラフは、速度値生成部１９により出力された速度指令値Ｖｘを示す。なお、本発明の実施例では、上述の設定割合または設定速度はゼロである。
図５（Ａ）（Ｂ）の一番下のグラフは、ロボットハンド３の先端部のｘ軸方向位置を示す。
The top graphs in FIGS. 5A and 5B show the drive command value Fx generated by the operating
The middle graphs of FIGS. 5A and 5B show the speed command value Vx output by the speed
The bottom graphs of FIGS. 5A and 5B show the x-axis direction position of the tip of the
従来の場合には、図５（Ａ）のように、ロボットハンド３は、駆動指令値Ｆｘの正負が反転された時から遅れて、ロボットハンド３が停止する。これに対し、本発明の実施例の場合には、図５（Ｂ）のように、急停止制御により、ロボットハンド３を直ぐに停止できる。
In the conventional case, as shown in FIG. 5A, the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１、２の一方または両方を採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じであってよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, one or both of the following modified examples 1 and 2 may be adopted. In this case, the points not described below may be the same as described above.
（変更例１）
操作装置５において人が力を与える操作部１７は、上述では、操作台２４に対して変位しない操作かんであったが、操作部１７は、他の構成（例えば）を有するものであってもよい。例えば、操作部１７は、与えられた力に応じて操作台２４に対して変位する（すなわち、その位置または姿勢を変える）レバーであってもよい。この場合、人が操作部１７に与えた力の方向と当該力の大きさとに応じて、入力処理部１８は、上述のＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを生成する。
(Modification 1)
In the above description, the
（変更例２）
上述では、設定方向として、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の少なくともいずれかがあったが、本発明は、これに限定されない。すなわち、設定方向は、操作部１７に固定された軸であって、かつ、操作部１７を通る軸回りの回転方向であってもよい。この軸は、例えば、図２に示すように、棒状の操作かん１７の中心軸Ｃ０であってよい。
(Modification 2)
In the above description, the setting direction includes at least one of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, but the present invention is not limited to this. That is, the setting direction may be an axis fixed to the
力覚センサ２５は、操作部１７に与えられた前記回転方向の力（トルク）Ｅｒを検出する。
The
入力処理部１８は、ＥｒをＦｒに変換して、ハンド座標系ＲでＥｒを表したＦｒを出力する。速度値生成部１９は、上述の式（１）（２）または（３）と同様の式により、Ｆｒを算出する。すなわち、速度値生成部１９は、上述の式（１）（２）または（３）のＶｘとＦｘに関する式において、ＶｘとＦｘをＶｒとＦｒに置き換えた式を用いて、Ｆｒを算出する。
The
速度制御部２１は、前記回転方向に対応する動作方向に対する速度指令値Ｖｒに従って、当該動作方向におけるロボットハンド３の先端部の速度を制御する。例えば、速度制御部２１は、ロボットハンド３における先端部の当該動作方向の速度計測値と、入力された速度指令値Ｖｒとの差を無くすように、ロボットハンド３における先端部の当該動作方向の速度を制御する。
The speed control unit 21 controls the speed of the tip of the
前記回転方向に対応する動作方向におけるロボットハンド３の動作は、ロボットハンド３を構成する複数のリンクのうち、いずれかを、他のリンクに対して回転させる動作である。図１の例では、次のようになっていてよい。すなわち、前記回転方向に対応する動作方向は、図１の例では、ロボットハンド３を構成する複数のリンクのうち、最先端のリンク３ａの中心軸Ｃ１回りの方向であってよい。この場合、図１の例では、最先端のリンク３ａは、このリンク３ａの後端部が連結されている別のリンク３ｂに対して、中心軸Ｃ１回りに回転駆動されるものであってよい。リンク３ａに、把持機構９が取り付けられていてよい。なお、リンク３ａは、ロボットハンド３の先端部を構成する。
The operation of the
なお、設定方向として、前記回転方向に加えて、上述のＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の少なくともいずれか（例えば、これらすべての方向）があってもよい。この場合、これらの各設定方向について、急停止制御が行われてよい。 In addition to the rotation direction, the setting direction may include at least one of the above-described X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction (for example, all these directions). In this case, sudden stop control may be performed for each of these setting directions.
１、２ 部品（対象物）、３ ロボットハンド、３ａ，３ｂ リンク、５ 操作装置、７ 制御装置、９ 把持機構、９ａ 爪、１０ ロボットハンド装置、１７ 操作部（操作かん）、１８ 入力処理部、１９ 速度値生成部、２１ 速度制御部、２４ 操作台、２５ 力覚センサ 1, 2 parts (object), 3 robot hand, 3a, 3b link, 5 operation device, 7 control device, 9 gripping mechanism, 9a claw, 10 robot hand device, 17 operation unit (operation can), 18 input processing unit , 19 Speed value generation unit, 21 Speed control unit, 24 Operation table, 25 Force sensor
Claims (5)
なされた操作に従って、ロボットハンドの動作指令を生成する操作装置と、
生成された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させる制御装置と、を用意し、
ロボットハンドの先端部に操作装置が取り付けられ、操作装置に対してなされた操作の方向が、この操作により前記先端部が制御される方向と一致するように、制御装置が設定されており、
操作装置は、操作部と力覚センサを有するものであり、
（Ａ）設定方向において操作部に与えられた力を、力覚センサにより、動作指令として検出し、
（Ｂ）検出した前記力に相当する駆動指令値Ｆｉに基づいて、前記設定方向における速度指令値Ｖｉを生成し、
（Ｃ）生成した速度指令値Ｖｉに基づいて、前記設定方向に対応する動作方向においてロボットハンドの動作を制御し、
ロボットハンドが移動している動作方向と逆の方向の操作が操作装置に対してなされた時に、前記（Ｃ）の制御に代えロボットハンドの移動速度を下げる急停止制御を行うことにより、当該動作方向においてロボットハンドを急停止させる、ことを特徴とするロボットハンドの制御方法。 A control method for a robot hand,
An operation device that generates an operation command for the robot hand according to the operation performed;
A control device for operating the robot hand according to the generated operation command; and
An operating device is attached to the tip of the robot hand, and the control device is set so that the direction of operation performed on the operating device matches the direction in which the tip is controlled by this operation.
The operation device has an operation unit and a force sensor,
(A) The force applied to the operation unit in the setting direction is detected as an operation command by the force sensor,
(B) Based on the drive command value Fi corresponding to the detected force, a speed command value Vi in the set direction is generated,
(C) Based on the generated speed command value Vi, control the operation of the robot hand in the operation direction corresponding to the set direction,
When the direction of operation of the operating direction opposite to the robot hand is moving is performed on the operating device, by performing the abrupt stop control for lowering the moving speed of the robot hand instead of the control of the (C), the A method for controlling a robot hand, characterized by suddenly stopping the robot hand in the direction of movement.
（Ｄ）前記（Ｂ）を行った時点で、当該（Ｂ）で生成したＦｉと前回の前記（Ｂ）で生成したＶｉが、Ｆｉ＞０かつＶｉ＜０、または、Ｆｉ＜０かつＶｉ＞０を満たし、かつ、当該Ｆｉの絶対値がしきい値より大きいかを判断し、この判断が肯定の場合には、前記急停止制御を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンドの制御方法。 Repeat (A) to (C),
(D) At the time of performing (B), Fi generated in (B) and Vi generated in the previous (B) are Fi> 0 and Vi <0, or Fi <0 and Vi>. 2. The robot according to claim 1, wherein it is determined whether or not the absolute value of Fi is greater than a threshold value, and if the determination is affirmative, the sudden stop control is performed . Hand control method.
前記（Ａ）〜（Ｃ）を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の各々について行い、
前記（Ｄ）を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向の少なくともいずれかについて行う、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンドの制御方法。 The setting direction includes any of an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction that are orthogonal to each other, and the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are coordinate axes of a coordinate system fixed to the operating device,
(A) to (C) are performed for each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction,
The robot hand control method according to claim 2, wherein the step (D) is performed in at least one of an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction.
この回転方向に対応する前記動作方向におけるロボットハンドの動作は、ロボットハンドを構成する複数のリンクのうち、いずれかを、他のリンクに対して回転させる動作である、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンドの制御方法。 As the setting direction, there is a rotation direction around an axis that is fixed to the operation unit through the operation unit,
The operation of the robot hand in the operation direction corresponding to the rotation direction is an operation of rotating any one of a plurality of links constituting the robot hand with respect to another link. 3. A method for controlling a robot hand according to 2.
ロボットハンドの先端部に操作装置が取り付けられており、
操作装置に対してなされた操作の方向が、この操作により前記先端部が制御される方向と一致するように、設定されており、
操作装置は、操作部と力覚センサを有するものであり、
（Ａ）設定方向において操作部に与えられた力を、力覚センサにより、動作指令として検出し、
（Ｂ）前記検出した前記力に相当する駆動指令値Ｆｉに基づいて、前記制御装置は、前記設定方向における速度指令値Ｖｉを生成し、
（Ｃ）生成した速度指令値Ｖｉに基づいて、前記制御装置は、前記設定方向に対応する動作方向においてロボットハンドの動作を制御し、
ロボットハンドが移動している動作方向と逆の方向の操作が操作装置に対してなされた時に、前記制御装置は、前記（Ｃ）の制御に代えロボットハンドの移動速度を下げる急停止制御を行うことにより、当該動作方向においてロボットハンドを急停止させる、ことを特徴とするロボットハンドの制御装置。 A control device that controls a robot hand that operates and performs work based on an operation command input by an operation device,
An operating device is attached to the tip of the robot hand,
The direction of the operation performed on the operating device is set to match the direction in which the tip is controlled by this operation,
The operation device has an operation unit and a force sensor,
(A) The force applied to the operation unit in the setting direction is detected as an operation command by the force sensor,
(B) Based on the drive command value Fi corresponding to the detected force, the control device generates a speed command value Vi in the setting direction,
(C) Based on the generated speed command value Vi, the control device controls the operation of the robot hand in an operation direction corresponding to the set direction,
When the direction of operation of the operating direction opposite to the robot hand is moving is performed on the operating device, said control device, said abrupt stop control to reduce the moving speed of the robot hand instead of the control of the (C) A robot hand control device characterized in that the robot hand is suddenly stopped in the operation direction by performing .
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