JPH03270865A - 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 - Google Patents
多自由度作業機械の位置と力の制御装置Info
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- JPH03270865A JPH03270865A JP2066311A JP6631190A JPH03270865A JP H03270865 A JPH03270865 A JP H03270865A JP 2066311 A JP2066311 A JP 2066311A JP 6631190 A JP6631190 A JP 6631190A JP H03270865 A JPH03270865 A JP H03270865A
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Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は多自由度作業機械の位置と力の制御装置に関し
、特に例えばパリ取り、グラインダかけ、金型研磨等の
作業を行う作業機械において作業対象物に作業工具を押
し付けながら倣い作業を行うのに好適な位置と力の制御
装置に関するものである。
、特に例えばパリ取り、グラインダかけ、金型研磨等の
作業を行う作業機械において作業対象物に作業工具を押
し付けながら倣い作業を行うのに好適な位置と力の制御
装置に関するものである。
従来、産業用ロボット等の多自由度作業機械では位置と
力を制御することによって作業機械に所定の作業を行わ
せる仮想コンプライアンス制御方式が提案されている(
特開昭62−35915号公報等)。一般に、この制御
方式を備える作業機械では、そのアームのリスト部に力
センサを配設し、この力センサを介して作業工具を取り
付ける。
力を制御することによって作業機械に所定の作業を行わ
せる仮想コンプライアンス制御方式が提案されている(
特開昭62−35915号公報等)。一般に、この制御
方式を備える作業機械では、そのアームのリスト部に力
センサを配設し、この力センサを介して作業工具を取り
付ける。
そして、制御装置において作業工具の運動特性を決定す
る仮想の質量、ばね定数、粘性減衰係数等の制御パラメ
ータを設定し、この設定値と、外部から供給される基準
位置姿勢指令、作業工具に加わる角情報、アームの角度
情報等から検出された作業工具の位置や姿勢の情報など
に基づき、作業工具の速度指令値を演算し、この指令値
が制御装置から駆動回路を経由して作業工具の駆動装置
に供給される。この結果、作業工具はワークの形状に倣
って移動し、所定の作業を行うことができる。
る仮想の質量、ばね定数、粘性減衰係数等の制御パラメ
ータを設定し、この設定値と、外部から供給される基準
位置姿勢指令、作業工具に加わる角情報、アームの角度
情報等から検出された作業工具の位置や姿勢の情報など
に基づき、作業工具の速度指令値を演算し、この指令値
が制御装置から駆動回路を経由して作業工具の駆動装置
に供給される。この結果、作業工具はワークの形状に倣
って移動し、所定の作業を行うことができる。
仮想コンプライアンス制御では、制御装置で指定された
作業工具が移動すべき位置と検出された作業工具の現在
位置との偏差、及び制御パラメータとして設定されてい
る仮想ばね定数によって、その偏差に応じたばね力を生
ずるような指令値を出力する。このようにソフトウェア
によって実現される上記制御方式によって、作業を行う
工具に、あたかも本当の機械的ばね機構が付設されてい
るかのような運動特性を与えることができる。
作業工具が移動すべき位置と検出された作業工具の現在
位置との偏差、及び制御パラメータとして設定されてい
る仮想ばね定数によって、その偏差に応じたばね力を生
ずるような指令値を出力する。このようにソフトウェア
によって実現される上記制御方式によって、作業を行う
工具に、あたかも本当の機械的ばね機構が付設されてい
るかのような運動特性を与えることができる。
例えば多関節ロボットに前記の従来技術による制御方式
を適用して位置と力を制御することにより、アームの手
先に取り付けた作業工具をワークに押し付けながら所定
の作業を行うことができる。
を適用して位置と力を制御することにより、アームの手
先に取り付けた作業工具をワークに押し付けながら所定
の作業を行うことができる。
しかし、多関節ロボットは比較的に剛性が低く、作業工
具をワークに強く押付けた時アームの関節等にたわみが
発生する。前述した仮想コンプライアンス制御方式によ
れば、ばね定数を任意に設定することにより作業工具に
適度なコンプライアンスを与えることができる。ところ
が、上記の如く多関節ロボットではロボットそれ自体が
たわみを有しているため、制御装置で設定したばね定数
とは異なる特性が生じ、所望のコンプライアンスを得る
ことができないという不具合が生じる。
具をワークに強く押付けた時アームの関節等にたわみが
発生する。前述した仮想コンプライアンス制御方式によ
れば、ばね定数を任意に設定することにより作業工具に
適度なコンプライアンスを与えることができる。ところ
が、上記の如く多関節ロボットではロボットそれ自体が
たわみを有しているため、制御装置で設定したばね定数
とは異なる特性が生じ、所望のコンプライアンスを得る
ことができないという不具合が生じる。
本発明の目的は、例えば仮想コンプライアンス制御等の
制御により位置と力の制御を行える制御装置において、
この制御装置の制御対象である多自由度作業機械のアー
ム等に生じるたわみから剛性を測定して制御パラメータ
に対し補正を行い、作業工具に所望のコンプライアンス
を与えることを可能とした多自由度作業機械の位置と力
の制御装置を提供することにある。
制御により位置と力の制御を行える制御装置において、
この制御装置の制御対象である多自由度作業機械のアー
ム等に生じるたわみから剛性を測定して制御パラメータ
に対し補正を行い、作業工具に所望のコンプライアンス
を与えることを可能とした多自由度作業機械の位置と力
の制御装置を提供することにある。
本発明に係る多自由度作業機械の位置と力の制御装置は
、多自由度作業機械のアームの手先に設けられた作業工
具に加わる少なくとも1軸の力を検出する力検出手段と
、作業工具の位置を検出する位置検出手段と、仮想的に
ばね要素を発生させるばね定数乗算手段とを有し、力検
出手段と位置検出手段で検出された力と位置のデータを
用いることにより且つばね定数乗算手段で作業工具にば
ね特性を与えながら作業工具の位置と力を制御する位置
と力の制御装置において、力検出手段が検出するカデー
タと位置検出手段が検出する位置データを用いて多自由
度作業機械におけるたわみを生じる部分で決まる剛性を
測定する剛性測定手段と、所望のコンプライアンスを発
生するばね定数を設定するためのばね定数設定手段と、
剛性測定手段で得られた多自由度作業機械の剛性とはね
定数設定手段に設定されるばね定数とを用いて前記コン
プライアンスを達成するためのばね定数を算出し、この
ばね定数値をばね定数乗算手段に設定するばね定数演算
手段とを備えるように構成されることを特徴点とする。
、多自由度作業機械のアームの手先に設けられた作業工
具に加わる少なくとも1軸の力を検出する力検出手段と
、作業工具の位置を検出する位置検出手段と、仮想的に
ばね要素を発生させるばね定数乗算手段とを有し、力検
出手段と位置検出手段で検出された力と位置のデータを
用いることにより且つばね定数乗算手段で作業工具にば
ね特性を与えながら作業工具の位置と力を制御する位置
と力の制御装置において、力検出手段が検出するカデー
タと位置検出手段が検出する位置データを用いて多自由
度作業機械におけるたわみを生じる部分で決まる剛性を
測定する剛性測定手段と、所望のコンプライアンスを発
生するばね定数を設定するためのばね定数設定手段と、
剛性測定手段で得られた多自由度作業機械の剛性とはね
定数設定手段に設定されるばね定数とを用いて前記コン
プライアンスを達成するためのばね定数を算出し、この
ばね定数値をばね定数乗算手段に設定するばね定数演算
手段とを備えるように構成されることを特徴点とする。
本発明に係る他の多自由度作業機械の位置と力の制御装
置は、前記の基本的な装置構成において、剛性測定手段
で測定された複数の剛性値を記憶する記憶手段と、この
記憶手段に記憶された複数の剛性値のうちのばね定数演
算手段に与えられるいずれか1つの剛性値を切換える剛
性切換手段と、位置検出手段からの位置データに基づい
て剛性切換手段の切換動作を制御する剛性選択手段とを
備え、剛性測定手段は一連の作業範囲を分割した所定の
各部分作業範囲ごとの剛性値を測定し、記憶手段は複数
の部分作業範囲のそれぞれの剛性値を記憶すると共に、
一連の作業範囲についての作業実行時に、剛性選択手段
が、各部分作業範囲を判定し、剛性切換手段に対し、判
定された部分作業範囲に対応する剛性値に切換えてばね
定数演算手段に与えることを指令することを特徴点とす
る。
置は、前記の基本的な装置構成において、剛性測定手段
で測定された複数の剛性値を記憶する記憶手段と、この
記憶手段に記憶された複数の剛性値のうちのばね定数演
算手段に与えられるいずれか1つの剛性値を切換える剛
性切換手段と、位置検出手段からの位置データに基づい
て剛性切換手段の切換動作を制御する剛性選択手段とを
備え、剛性測定手段は一連の作業範囲を分割した所定の
各部分作業範囲ごとの剛性値を測定し、記憶手段は複数
の部分作業範囲のそれぞれの剛性値を記憶すると共に、
一連の作業範囲についての作業実行時に、剛性選択手段
が、各部分作業範囲を判定し、剛性切換手段に対し、判
定された部分作業範囲に対応する剛性値に切換えてばね
定数演算手段に与えることを指令することを特徴点とす
る。
本発明による位置と力の制御装置では、所定の条件の下
で多自由度作業機械を動作させ、これにより力検出手段
で検出されるカデータと位置検出手段で検出される位置
データを用いて剛性測定手段で多自由度作業機械が有す
る剛性を測定し、この剛性を考慮に入れ、所望のコンプ
ライアンスを発生させるべくばね定数設定手段に設定さ
れたばね定数を、前記所望のコンプライアンスが生じる
ように更に補正する。補正の結果得られたばね定数は、
位置と力の制御装置のばね定数乗算手段に設定される。
で多自由度作業機械を動作させ、これにより力検出手段
で検出されるカデータと位置検出手段で検出される位置
データを用いて剛性測定手段で多自由度作業機械が有す
る剛性を測定し、この剛性を考慮に入れ、所望のコンプ
ライアンスを発生させるべくばね定数設定手段に設定さ
れたばね定数を、前記所望のコンプライアンスが生じる
ように更に補正する。補正の結果得られたばね定数は、
位置と力の制御装置のばね定数乗算手段に設定される。
多自由度作業機械においては、その姿勢が大きく変わる
と、その剛性も変化するので、一連の作業範囲が大きい
場合にはその作業範囲を予め所定の複数の部分作業範囲
に分けて、各部分作業範囲ごとに剛性を求めておき、作
業実行時に剛性選択手段で部分作業範囲を判定し、剛性
切換手段に対して対応する剛性値を取出すように指令を
出すよう構成されている。
と、その剛性も変化するので、一連の作業範囲が大きい
場合にはその作業範囲を予め所定の複数の部分作業範囲
に分けて、各部分作業範囲ごとに剛性を求めておき、作
業実行時に剛性選択手段で部分作業範囲を判定し、剛性
切換手段に対して対応する剛性値を取出すように指令を
出すよう構成されている。
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。
。
第1図は多自由度作業機械であって特定な作業を行うロ
ボットに適用された本発明に係る位置と力の制御装置の
全体構成を示す。第1図において、1は所定の作業を行
うように教示されたロボット本体で、複数の関節部を有
するアーム2が支持基台3に取付けられ、アーム2の各
関節部の可動作用により、アーム先部は作業上必要とさ
れる位置に移動し、アーム全体の姿勢は作業上必要な姿
勢に変化する。アーム2の先部に位置するリスト部4に
6軸の力センサ5が取付けられ、更に力センサ5の先に
は、ワーク6に対して所定作業を行う手先効果器である
作業工具7が取付けられている。
ボットに適用された本発明に係る位置と力の制御装置の
全体構成を示す。第1図において、1は所定の作業を行
うように教示されたロボット本体で、複数の関節部を有
するアーム2が支持基台3に取付けられ、アーム2の各
関節部の可動作用により、アーム先部は作業上必要とさ
れる位置に移動し、アーム全体の姿勢は作業上必要な姿
勢に変化する。アーム2の先部に位置するリスト部4に
6軸の力センサ5が取付けられ、更に力センサ5の先に
は、ワーク6に対して所定作業を行う手先効果器である
作業工具7が取付けられている。
8はコントローラであり、このコントローラ8内にはコ
ンピュータ等で構成される制御手段が内蔵され、予め定
められた位置と力の制御のための演算式を用いて且つ所
定の手順でロボット本体1に対し位置・力制御を実行す
る機能を有している。
ンピュータ等で構成される制御手段が内蔵され、予め定
められた位置と力の制御のための演算式を用いて且つ所
定の手順でロボット本体1に対し位置・力制御を実行す
る機能を有している。
コントローラ8は、信号ライン9でロボット本体1に対
し所定作業の動作を指令するための指令信号を与え且つ
ロボット本体1からモータ等の動作情報を得ると共に、
力センサ5から作業工具7に加わる力及びモーメントに
関する検出信号、すなわち力信号10を取り込むように
相互に電気的に接続されている。11は作業者が所持し
、必要に応じ適時に操作する操作器であり、テンキー及
び各種の指令をコントローラ8に与えることのできる複
数の操作スイッチが設けられている。操作器11の各種
の操作スイッチを作業者が操作することにより、例えば
作業動作の教示、作業条件の設定、作業工具7の押付は
力の設定、所望のばね定数の設定等を行うことができる
。
し所定作業の動作を指令するための指令信号を与え且つ
ロボット本体1からモータ等の動作情報を得ると共に、
力センサ5から作業工具7に加わる力及びモーメントに
関する検出信号、すなわち力信号10を取り込むように
相互に電気的に接続されている。11は作業者が所持し
、必要に応じ適時に操作する操作器であり、テンキー及
び各種の指令をコントローラ8に与えることのできる複
数の操作スイッチが設けられている。操作器11の各種
の操作スイッチを作業者が操作することにより、例えば
作業動作の教示、作業条件の設定、作業工具7の押付は
力の設定、所望のばね定数の設定等を行うことができる
。
次に、第2図及び第3図のブロック図に基づいてコント
ローラ8によって実現される本発明による制御装置の構
成について説明する。ロボット本体1に適用される本発
明の制御方式は、コントローラ8内に含まれるコンピュ
ータ等を利用してソフト的に又はその他のハード回路で
実現されるものであり、第2図及び第3図は制御回路要
素及びそれらの関係が明確になるようにブロック図で示
されている。
ローラ8によって実現される本発明による制御装置の構
成について説明する。ロボット本体1に適用される本発
明の制御方式は、コントローラ8内に含まれるコンピュ
ータ等を利用してソフト的に又はその他のハード回路で
実現されるものであり、第2図及び第3図は制御回路要
素及びそれらの関係が明確になるようにブロック図で示
されている。
第2図において、ロボット本体1の内部にはアーム2の
各関節部を動かすための駆動モータ(図示せず)が複数
内蔵されている。これらの駆動モータにはその駆動量を
計測する角度計21が取り付けられており、この角度計
21によって各関節の軸角度データを得ることができる
。
各関節部を動かすための駆動モータ(図示せず)が複数
内蔵されている。これらの駆動モータにはその駆動量を
計測する角度計21が取り付けられており、この角度計
21によって各関節の軸角度データを得ることができる
。
先ず位置・力制御演算系の構成から説明する。
アーム先端に配置された力センサ5から出力される力及
びモーメントの信号は力演鼻部22に送給され、この力
演鼻部22で、センサ座標系から基準座標系(絶対座標
系)に変換すると共に作業工具7の重力針を差し引く重
力補償を行うことによりワークと作業工具7の接触点で
の力tを算出する。そして、この力fは角目標値設定部
26で設定された角目標値frと力偏差演算部27で比
較され、その力偏差Δtが算出される。また前述の角度
計21によって検出される各軸の角度データは位置演算
部23に送給され、位置演算部23でこれらの角度デー
タによって絶対座標系における作業工具7の位置と姿勢
Xが算出される。そして、この位置と姿勢Xは、位置目
標値設定部24で設定された位置の目標値7(rと、位
置偏差演算部25で比較され、その位置偏差ΔXが求め
られる。
びモーメントの信号は力演鼻部22に送給され、この力
演鼻部22で、センサ座標系から基準座標系(絶対座標
系)に変換すると共に作業工具7の重力針を差し引く重
力補償を行うことによりワークと作業工具7の接触点で
の力tを算出する。そして、この力fは角目標値設定部
26で設定された角目標値frと力偏差演算部27で比
較され、その力偏差Δtが算出される。また前述の角度
計21によって検出される各軸の角度データは位置演算
部23に送給され、位置演算部23でこれらの角度デー
タによって絶対座標系における作業工具7の位置と姿勢
Xが算出される。そして、この位置と姿勢Xは、位置目
標値設定部24で設定された位置の目標値7(rと、位
置偏差演算部25で比較され、その位置偏差ΔXが求め
られる。
なお、位置目標値設定部24における位置目標値と角目
標値設定部26の角目標値は、教示等によって与えられ
た位置情報に基づいて設定される。
標値設定部26の角目標値は、教示等によって与えられ
た位置情報に基づいて設定される。
上記のように、力偏差演算部27で得られた力偏差Δf
と位置偏差演算部25で得られた位置と姿勢に関する位
置偏差ΔXはそれぞれ位置・力制御演算部30に入力さ
れる。
と位置偏差演算部25で得られた位置と姿勢に関する位
置偏差ΔXはそれぞれ位置・力制御演算部30に入力さ
れる。
位置・力制御演算部30は、ばね定数乗算部31と減算
器32と特性補償演算部33とから構成される。前記の
力偏差演算部27の出力Δfは減算器32に与えられ、
位置偏差演算部25で得られた位置偏差ΔXはばね定数
乗算部31に人力される。ばね定数乗算部31では仮想
ばね定数行列Kが設定されている。ばね定数乗算部31
は、入力された位置偏差ΔXに設定された仮想ばね定数
行列Kを乗算することによりにΔλを算出する。
器32と特性補償演算部33とから構成される。前記の
力偏差演算部27の出力Δfは減算器32に与えられ、
位置偏差演算部25で得られた位置偏差ΔXはばね定数
乗算部31に人力される。ばね定数乗算部31では仮想
ばね定数行列Kが設定されている。ばね定数乗算部31
は、入力された位置偏差ΔXに設定された仮想ばね定数
行列Kを乗算することによりにΔλを算出する。
本実施例においてばね定数行列にの各軸の値は固定値で
はなく、必要に応じて適切な値に変化せしめられる。ワ
ーク6に対し作業工具7を押し付ける方向の仮想ばね定
数は、後述するように作業処理部50において演算され
る。ばね定数乗算部31の出力にΔλは減算器32に与
えられる。減算器32では、Δf−にΔXが計算され、
この減算器32の計算結果は特性補償演算部33に与え
られる。特性補償演算部33ではコントローラゲインK
cが設定されており、このKcによって人力されたΔf
−にΔXが制御上の特性補償を受け、特性補償演算部3
3で速度指令値マが算出される。
はなく、必要に応じて適切な値に変化せしめられる。ワ
ーク6に対し作業工具7を押し付ける方向の仮想ばね定
数は、後述するように作業処理部50において演算され
る。ばね定数乗算部31の出力にΔλは減算器32に与
えられる。減算器32では、Δf−にΔXが計算され、
この減算器32の計算結果は特性補償演算部33に与え
られる。特性補償演算部33ではコントローラゲインK
cが設定されており、このKcによって人力されたΔf
−にΔXが制御上の特性補償を受け、特性補償演算部3
3で速度指令値マが算出される。
このようにして位置・力制御演算部30で求められた速
度指令値マは駆動指令部41に供給され、この駆動指令
部41で速度指令値マは研削装置本体1の各駆動モータ
の駆動指令値心に変換される。
度指令値マは駆動指令部41に供給され、この駆動指令
部41で速度指令値マは研削装置本体1の各駆動モータ
の駆動指令値心に変換される。
変換された駆動指令値心はロボット本体1の各駆動モー
タに供給され、この指令値によってモータは動作する。
タに供給され、この指令値によってモータは動作する。
作業処理部50は、前述した構成を有する制御装置に対
して、当該制御装置がロボット本体工に実作業を行わせ
るための指令を出すプログラムを内部に有しており、教
示された命令やデータ等に従って制御装置を作動させる
。制御装置との関係において、作業処理部50は力演鼻
部22の出力tと位置演算部23の出力Xを入力信号と
して取り込んでいる。また作業処理部50は、角目標値
設定部26と位置目標値設定部24とばね定数乗算部3
1に対し各制御パラメータを変更・設定できるように接
続されている。特にこの作業処理部50には、第3図に
示されるような構成を有する本発明の要部である剛性測
定補正処理部60が含まれている。
して、当該制御装置がロボット本体工に実作業を行わせ
るための指令を出すプログラムを内部に有しており、教
示された命令やデータ等に従って制御装置を作動させる
。制御装置との関係において、作業処理部50は力演鼻
部22の出力tと位置演算部23の出力Xを入力信号と
して取り込んでいる。また作業処理部50は、角目標値
設定部26と位置目標値設定部24とばね定数乗算部3
1に対し各制御パラメータを変更・設定できるように接
続されている。特にこの作業処理部50には、第3図に
示されるような構成を有する本発明の要部である剛性測
定補正処理部60が含まれている。
第3図に示される剛性測定補正処理部60は、ロボット
本体1が有している剛性を測定し、位置と力の制御を行
う制御装置で所望のコンプライアンスを得るため制御パ
ラメータとして与えられる仮想ばね定数を演算し、ばね
定数乗算部31に設定される仮想ばね定数Kを最適な値
に変更する機能を有する。剛性測定補正処理部60は、
前記力演算部22と位置演算部23の各出力信号が入力
される剛性測定部61と、剛性測定部61で測定され且
つ出力される測定剛性値を記憶する記憶部62と、ばね
定数演算部63とから構成される。
本体1が有している剛性を測定し、位置と力の制御を行
う制御装置で所望のコンプライアンスを得るため制御パ
ラメータとして与えられる仮想ばね定数を演算し、ばね
定数乗算部31に設定される仮想ばね定数Kを最適な値
に変更する機能を有する。剛性測定補正処理部60は、
前記力演算部22と位置演算部23の各出力信号が入力
される剛性測定部61と、剛性測定部61で測定され且
つ出力される測定剛性値を記憶する記憶部62と、ばね
定数演算部63とから構成される。
ばね定数演算部63には、予め目標とするばね定数が設
定されたばね定数設定部70から与えられるばね定数値
と、記憶部62に記憶された測定剛性値が与えれる。こ
れらの値によってロボット本体1の剛性を考慮したばね
定数が決定され、この値はばね定数乗算部31に設定さ
れる。
定されたばね定数設定部70から与えられるばね定数値
と、記憶部62に記憶された測定剛性値が与えれる。こ
れらの値によってロボット本体1の剛性を考慮したばね
定数が決定され、この値はばね定数乗算部31に設定さ
れる。
次に上記構成を有する剛性測定補正処理部60による補
正動作について説明する。先ず、制御装置は、ロボット
本体1の作業工具7がワーク6に対して押付は力を変え
て2回押し付けられるように制御を行う。この時の押付
は方向をi方向とし、最初の押付は動作時において力演
鼻部22で検出した作業工具7に加わる力をf、II、
位置演算部23で検出した作業工具7の位置をXtiと
し、2回目の押付は動作時において力演鼻部22で検出
した作業工具7に加わる力を112、位置演算部23で
検出した作業工具7の位置をXI2とする。これらのカ
データ及び位置データは剛性測定部61に入力される。
正動作について説明する。先ず、制御装置は、ロボット
本体1の作業工具7がワーク6に対して押付は力を変え
て2回押し付けられるように制御を行う。この時の押付
は方向をi方向とし、最初の押付は動作時において力演
鼻部22で検出した作業工具7に加わる力をf、II、
位置演算部23で検出した作業工具7の位置をXtiと
し、2回目の押付は動作時において力演鼻部22で検出
した作業工具7に加わる力を112、位置演算部23で
検出した作業工具7の位置をXI2とする。これらのカ
データ及び位置データは剛性測定部61に入力される。
剛性測定部61は、これらの力と位置のデータを用いて
、ロボット本体1の剛性にヮを、例えば次式により求め
る。
、ロボット本体1の剛性にヮを、例えば次式により求め
る。
このようにして剛性測定部61で求められた剛性に、は
、記憶部62に記憶される。またばね定数設定部70に
は、作業工具7に所望のコンプライアンスを発生させる
ためのばね定数に、が設定される。なお第3図中では記
憶部62が設けられているが、求められた剛性値が即座
にばね定数演算に使用される場合には、記憶部62は必
要ない。
、記憶部62に記憶される。またばね定数設定部70に
は、作業工具7に所望のコンプライアンスを発生させる
ためのばね定数に、が設定される。なお第3図中では記
憶部62が設けられているが、求められた剛性値が即座
にばね定数演算に使用される場合には、記憶部62は必
要ない。
ロボット本体1の剛性を含めた制御システム全体のばね
要素を図に示すと、第4図の如くなる。
要素を図に示すと、第4図の如くなる。
第4図において、ばね定数設定部70に設定されたばね
定数に、は、ロボット本体1において剛性として存在す
るばね定数に、と、制御パラメータとして与えられるば
ね定数Kiとが直列結合されたモデルとして与えられる
。このモデルにおいて、ばね定数に+tは固有な一定値
であるため、所望のばね定数に、を得るためにはKiを
調整する必要がある。そこで、ばね定数演算部63にお
いて、記憶部62に記憶されているに、と、ばね定数設
定部70に設定されたに5の値を基に作業工具7に所望
のコンプライアンスを得られるように次式によって制御
パラメータである仮想ばね定数Kiを求める。
定数に、は、ロボット本体1において剛性として存在す
るばね定数に、と、制御パラメータとして与えられるば
ね定数Kiとが直列結合されたモデルとして与えられる
。このモデルにおいて、ばね定数に+tは固有な一定値
であるため、所望のばね定数に、を得るためにはKiを
調整する必要がある。そこで、ばね定数演算部63にお
いて、記憶部62に記憶されているに、と、ばね定数設
定部70に設定されたに5の値を基に作業工具7に所望
のコンプライアンスを得られるように次式によって制御
パラメータである仮想ばね定数Kiを求める。
こうして得られた仮想ばね定数Kiを、ばね定数乗算部
31の仮想ばね定数行列Kに代入することにより、作業
工具7を所望のコンプライアンスで制御することができ
る。
31の仮想ばね定数行列Kに代入することにより、作業
工具7を所望のコンプライアンスで制御することができ
る。
第5図及び第6図は本発明の他の実施例を示す。
この実施例ではロボット本体1のとる姿勢に応じてロボ
ット本体1の有する剛性が異なる点を考慮して剛性を測
定し、仮想ばね定数を補正するように構成したものであ
る。第5図はロボット本体1の姿勢に応じた剛性の定め
方について考察した図であり、特に姿勢による剛性の違
いを作業範囲が小さい場合(a)と作業範囲が大きい場
合(b)に別けて示している。
ット本体1の有する剛性が異なる点を考慮して剛性を測
定し、仮想ばね定数を補正するように構成したものであ
る。第5図はロボット本体1の姿勢に応じた剛性の定め
方について考察した図であり、特に姿勢による剛性の違
いを作業範囲が小さい場合(a)と作業範囲が大きい場
合(b)に別けて示している。
第5図(a)に示すように、11点と22点の間の作業
範囲でこの作業範囲が小さい場合には、測定された任意
の一定の剛性値を用いて位置データの補正を行えば良い
。すなわち、ロボット本体1が11点でとる姿勢での剛
性と22点でとる姿勢での剛性との差異が無視できるよ
うな場合には、例えば11点での剛性Kl、、22点で
の剛性に1.。
範囲でこの作業範囲が小さい場合には、測定された任意
の一定の剛性値を用いて位置データの補正を行えば良い
。すなわち、ロボット本体1が11点でとる姿勢での剛
性と22点でとる姿勢での剛性との差異が無視できるよ
うな場合には、例えば11点での剛性Kl、、22点で
の剛性に1.。
11点と22点の間の任意の位置での剛性Kll□、又
は11点と22点の各剛性の平均値KR12′などのい
ずれかを剛性の代表値として剛性測定部61で測定し、
仮想ばね定数の演算に使用することができる。
は11点と22点の各剛性の平均値KR12′などのい
ずれかを剛性の代表値として剛性測定部61で測定し、
仮想ばね定数の演算に使用することができる。
一方、第5図(b)に示すように、11点から43点ま
でが一連の作業範囲で、作業範囲が太きく、ロボット本
体1の姿勢が大きく変化する場合には、当該作業範囲に
おけるロボット本体の1つの姿勢による剛性を作業範囲
全体での剛性として代表させることができない。このよ
うな作業を行う場合には、予め一連の作業範囲を剛性の
違いを無視することのできる複数の部分的作業範囲、例
えばP、〜P2.P2〜P3.P3〜P4.P4〜P、
に分割し、各作業範囲ごとで代表となる剛性に□(j=
1.2,3・・・)をそれぞれ測定し、記憶するように
する。そして、ロボット本体1が作業範囲P、〜P、で
作業を開始する動作を行ったとき、分割した作業範囲ご
とに測定した剛性を切換えながら仮想ばね定数の演算を
行う。
でが一連の作業範囲で、作業範囲が太きく、ロボット本
体1の姿勢が大きく変化する場合には、当該作業範囲に
おけるロボット本体の1つの姿勢による剛性を作業範囲
全体での剛性として代表させることができない。このよ
うな作業を行う場合には、予め一連の作業範囲を剛性の
違いを無視することのできる複数の部分的作業範囲、例
えばP、〜P2.P2〜P3.P3〜P4.P4〜P、
に分割し、各作業範囲ごとで代表となる剛性に□(j=
1.2,3・・・)をそれぞれ測定し、記憶するように
する。そして、ロボット本体1が作業範囲P、〜P、で
作業を開始する動作を行ったとき、分割した作業範囲ご
とに測定した剛性を切換えながら仮想ばね定数の演算を
行う。
第6図は第5図(b)の場合を考慮した剛性測定補正処
理部の構成例を示す。第6図に示される剛性測定補正処
理部60′では、第3図で示した構成において、記憶部
62′とばね定数演算部63との間に記憶部62′の出
力Kl、を入力する剛性切換部66と、位置演算部23
から構成される装置データを入力し且つ剛性切換部66
に選択指令を出力する剛性選択部65が接続されており
、その他の構成については基本的に第3図に示された構
成と同じである。ただし、剛性測定部は、前述したよう
に力演鼻部22と位置演算部23から入力した各出力信
号を用いて分割した部分作業範囲ごとにロボット本体1
の剛性を測定する機能を有しているので符号61′ を
付し、また記憶部は剛性測定部61’ において測定さ
れ且つ出力される剛性値に□(j=1.2.3・・・
jは分割された部分作業範囲を表す)を記憶するので、
符号62′を付している。
理部の構成例を示す。第6図に示される剛性測定補正処
理部60′では、第3図で示した構成において、記憶部
62′とばね定数演算部63との間に記憶部62′の出
力Kl、を入力する剛性切換部66と、位置演算部23
から構成される装置データを入力し且つ剛性切換部66
に選択指令を出力する剛性選択部65が接続されており
、その他の構成については基本的に第3図に示された構
成と同じである。ただし、剛性測定部は、前述したよう
に力演鼻部22と位置演算部23から入力した各出力信
号を用いて分割した部分作業範囲ごとにロボット本体1
の剛性を測定する機能を有しているので符号61′ を
付し、また記憶部は剛性測定部61’ において測定さ
れ且つ出力される剛性値に□(j=1.2.3・・・
jは分割された部分作業範囲を表す)を記憶するので、
符号62′を付している。
上記の構成において、剛性選択部65は、位置演算部2
3からの位置データに基づき作業工具7が存在する分割
された作業範囲を判定し、各作業範囲において必要とさ
れる測定剛性値KR,を指定する信号を出力する。また
剛性切換部66は、剛性選択部65からの指定信号を入
力し、且つこの指定信号に基づき記憶部62′に記憶さ
れている剛性値に□より該当する値を入力し、ロボット
本体1の剛性値として出力する。その他の構成要素の動
作については前記第3図の実施例で説明したものと同じ
である。
3からの位置データに基づき作業工具7が存在する分割
された作業範囲を判定し、各作業範囲において必要とさ
れる測定剛性値KR,を指定する信号を出力する。また
剛性切換部66は、剛性選択部65からの指定信号を入
力し、且つこの指定信号に基づき記憶部62′に記憶さ
れている剛性値に□より該当する値を入力し、ロボット
本体1の剛性値として出力する。その他の構成要素の動
作については前記第3図の実施例で説明したものと同じ
である。
以上の構成及び動作によれば、第5図(b)で説明した
ロボット本体1の姿勢が大きく変化し、剛性が大きく変
化する場合にも剛性の変化に対応させた適切な制御を行
うことができる。
ロボット本体1の姿勢が大きく変化し、剛性が大きく変
化する場合にも剛性の変化に対応させた適切な制御を行
うことができる。
以上の説明で明らかなように本発明によれば、作業機械
のアーム等が有するたわみ特性をばね定数要素として考
慮し、これを所定の条件の下で測定し、位置と力の制御
装置において作業機械の有する剛性を含めて仮想ばね定
数を設定するように構成したため、作業工具に所望のコ
ンプライアンスを正確に与えることができ、ワークに対
する適切な押付は力を確保することができる。また作業
機械の姿勢が異なるときには剛性が異なることもあるの
で、この場合に一連の作業範囲を部分的に分けて、部分
作業範囲ごとに剛性を求めるようにしたため、動作制御
をより精密に行うことができる。
のアーム等が有するたわみ特性をばね定数要素として考
慮し、これを所定の条件の下で測定し、位置と力の制御
装置において作業機械の有する剛性を含めて仮想ばね定
数を設定するように構成したため、作業工具に所望のコ
ンプライアンスを正確に与えることができ、ワークに対
する適切な押付は力を確保することができる。また作業
機械の姿勢が異なるときには剛性が異なることもあるの
で、この場合に一連の作業範囲を部分的に分けて、部分
作業範囲ごとに剛性を求めるようにしたため、動作制御
をより精密に行うことができる。
第1図は本発明に係る位置と力の制御装置が適用された
多自由度作業機械のシステム構成図、第2図は本発明に
係る位置と力の制御装置の全体構成を示すブロック図、
第3図の制御装置の要部構成を示すブロック図、第4図
は剛性を示すばね定数と設定されたばね定数との関係を
示す模式図、第5図は作業範囲の大きさに伴う姿勢の変
化に応じて剛性が異なることを説明するための図、第6
図は剛性測定補正処理部の他の実施例を示すブロック図
である。 〔符号の説明〕 1・・・・・・ロボット本体 2・・・・・・アーム 5・・・・・・力センサ 6・・・・・・ワーク 7・・・・・・作業工具 22・・・・・力演鼻部 23・・・・・位置演算部 24・・・・・位置目標値設定部 25 ・ ・ ・ ・ 30 ・ ・ ・ ・ 31 ・ ・ ・ ・ 50 ・ ・ ・ ・ 60、60’ 61.61’ 63 ・ ・ ・ ・ 65 ・ ・ ・ ・ 66 ・ ・ ・ ・ 70 ・ ・ ・ ・
多自由度作業機械のシステム構成図、第2図は本発明に
係る位置と力の制御装置の全体構成を示すブロック図、
第3図の制御装置の要部構成を示すブロック図、第4図
は剛性を示すばね定数と設定されたばね定数との関係を
示す模式図、第5図は作業範囲の大きさに伴う姿勢の変
化に応じて剛性が異なることを説明するための図、第6
図は剛性測定補正処理部の他の実施例を示すブロック図
である。 〔符号の説明〕 1・・・・・・ロボット本体 2・・・・・・アーム 5・・・・・・力センサ 6・・・・・・ワーク 7・・・・・・作業工具 22・・・・・力演鼻部 23・・・・・位置演算部 24・・・・・位置目標値設定部 25 ・ ・ ・ ・ 30 ・ ・ ・ ・ 31 ・ ・ ・ ・ 50 ・ ・ ・ ・ 60、60’ 61.61’ 63 ・ ・ ・ ・ 65 ・ ・ ・ ・ 66 ・ ・ ・ ・ 70 ・ ・ ・ ・
Claims (2)
- (1)多自由度作業機械のアームの手先に設けられた作
業工具に加わる少なくとも1軸の力を検出する力検出手
段と、前記作業工具の位置を検出する位置検出手段と、
仮想的にばね要素を発生させるばね定数乗算手段とを有
し、前記力検出手段と前記位置検出手段で検出された力
と位置のデータを用いることにより且つ前記ばね定数乗
算手段で前記作業工具にばね特性を与えながら前記作業
工具の位置と力を制御する位置と力の制御装置において
、前記力検出手段が検出する力データと前記位置検出手
段が検出する位置データを用いて前記多自由度作業機械
におけるたわみを生じる部分で決まる剛性を測定する剛
性測定手段と、所望のコンプライアンスを発生するばね
定数を設定するためのばね定数設定手段と、前記剛性測
定手段で得られた前記多自由度作業機械の剛性と前記ば
ね定数設定手段に設定されるばね定数とを用いて前記コ
ンプライアンスを達成するためのばね定数を算出し、こ
のばね定数値を前記ばね定数乗算手段に設定するばね定
数演算手段とを備えることを特徴とする多自由度作業機
械の位置と力の制御装置。 - (2)請求項1記載の多自由度作業機械の位置と力の制
御装置において、前記剛性測定手段で測定された複数の
剛性値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶され
た複数の剛性値のうちの前記ばね定数演算手段に与えら
れるいずれか1つの剛性値を切換える剛性切換手段と、
前記位置検出手段からの位置データに基づいて前記剛性
切換手段の切換動作を制御する剛性選択手段とを備え、
前記剛性測定手段は一連の作業範囲を分割した所定の各
部分作業範囲ごとの剛性値を測定し、前記記憶手段は複
数の前記部分作業範囲のそれぞれの剛性値を記憶すると
共に、前記一連の作業範囲についての作業実行時に、前
記剛性選択手段が、前記各部分作業範囲を判定し、前記
剛性切換手段に対し、判定された部分作業範囲に対応す
る剛性値に切換えて前記ばね定数演算手段に与えること
を指令することを特徴とする多自由度作業機械の位置と
力の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2066311A JPH03270865A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2066311A JPH03270865A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03270865A true JPH03270865A (ja) | 1991-12-03 |
Family
ID=13312152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2066311A Pending JPH03270865A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 多自由度作業機械の位置と力の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03270865A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06285761A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-10-11 | Nippon Steel Corp | 力制御ロボット |
WO2006094479A1 (de) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh) | Reibschweissverfahren |
JP2019093511A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | 剛性検出装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6235915A (ja) * | 1985-08-09 | 1987-02-16 | Hitachi Ltd | バリ取りロボット用フィードバック制御方法 |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP2066311A patent/JPH03270865A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6235915A (ja) * | 1985-08-09 | 1987-02-16 | Hitachi Ltd | バリ取りロボット用フィードバック制御方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06285761A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-10-11 | Nippon Steel Corp | 力制御ロボット |
WO2006094479A1 (de) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Hochschule Magdeburg-Stendal (Fh) | Reibschweissverfahren |
JP2019093511A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | 剛性検出装置 |
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