JPH05241661A - マニピュレータの協調制御装置 - Google Patents
マニピュレータの協調制御装置Info
- Publication number
- JPH05241661A JPH05241661A JP4575692A JP4575692A JPH05241661A JP H05241661 A JPH05241661 A JP H05241661A JP 4575692 A JP4575692 A JP 4575692A JP 4575692 A JP4575692 A JP 4575692A JP H05241661 A JPH05241661 A JP H05241661A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manipulator
- impedance
- manipulators
- force
- target object
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 対象物体を安定把持するために複数個のマニ
ピュレータの先端の第一種のインピーダンスと作業座標
点(支持ベース)の第二種のインピーダンスとを関連づ
け、より協調制御の安定化を効率的に図る。 【構成】 マニピュレータ先端の第一種のインピーダン
ス606a,606b と作業座標点(支持ベースをなすベ
ース)の第二種のインピーダンス608を設定するとき
に、第二種のインピーダンス特性値を第一種の複数個の
インピーダンス特性の並列結合した値に設定する。第一
種のインピーダンスと第二種のインピーダンスの固有振
動数は速度サーボ系のカットオフ周波数の1/4以下と
なるようにインピーダンスモデルのパラメータを設定す
る。
ピュレータの先端の第一種のインピーダンスと作業座標
点(支持ベース)の第二種のインピーダンスとを関連づ
け、より協調制御の安定化を効率的に図る。 【構成】 マニピュレータ先端の第一種のインピーダン
ス606a,606b と作業座標点(支持ベースをなすベ
ース)の第二種のインピーダンス608を設定するとき
に、第二種のインピーダンス特性値を第一種の複数個の
インピーダンス特性の並列結合した値に設定する。第一
種のインピーダンスと第二種のインピーダンスの固有振
動数は速度サーボ系のカットオフ周波数の1/4以下と
なるようにインピーダンスモデルのパラメータを設定す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばインピーダンス
モデルを使って複数個のマニピュレータによって物体を
把持するマニピュレータの協調制御装置に関する。
モデルを使って複数個のマニピュレータによって物体を
把持するマニピュレータの協調制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の一般例としてのマニピュレータの
インピーダンス制御は、マニピュレータと物体との間に
働く力(トルクを含む)を入力とし、マニピュレータの
位置(または角度)を出力とするインピーダンスモデル
(仮想力学モデルともいう)を設定し、その出力に基づ
いて制御するものである。従って、複数個のマニピュレ
ータを有するシステムでは、そのマニピュレータの数だ
け、インピーダンスモデルが必要となる。この制御方式
によれば、定常状態では、対象物体の形状が正確に把持
できない場合でも、複数個のマニピュレータで把持状態
を保つことができる。しかし、物体を把持している状態
で予想しなかった力(外乱)が外界から加えられる場合
は、物体や外界に過度の力がかからないようにするた
め、柔らかいインピーダンスを設定しておかなければな
らない。そうなると、各マニピュレータがそれぞれ独自
に柔らかいインピーダンスで反応することになり、物体
を把持できなくなり、落としてしまう恐れが生じる。そ
の理由は、一つのマニピュレータに外力が加わった場合
でも、他のマニピュレータの動きに影響を与えないから
である。そしてこの一般例の不具合を解決する手段であ
る、先行例として平成3年12月27日出願で、マニピ
ュレータの協調制御装置に係る特願平3−359935
号がある。この先行例は、対象物と各マニピュレータ間
に作用する力検出値と、各マニピュレータの位置との関
係を表す前記各マニピュレータ毎のインピーダンスモデ
ルを用いて、複数個のマニピュレータで一つの対象物を
把持するマニピュレータの協調インピーダンス制御装置
において、前記各マニピュレータの力検出値の総和を入
力する前記対象物自体のインピーダンスモデル部と、前
記対象物自体のインピーダンスモデル部から得られる軌
道修正量を前記各マニピュレータの各目標指令に分配す
る軌道修正量分配部とを設けたりするマニピュレータの
協調制御装置である。以下に図7ないし図9により説明
を加える。この先行例の概念を表すブロック図は、図7
に示すように、2台のマニピュレータを制御する例であ
る。マニピュレータ601a 、601b は、それぞれ運
動制御部602a 、602b によって制御され、運動制
御部602a 、602b は入力される目標軌道603a
、603b に実軌道611a 、611b が追従するよ
うに制御する。各マニピュレータ601a 、601b が
物体に及ぼす力は、各力検出装置604a 、604b に
よって検出され、各マニピュレータ601a 、601b
のインピーダンスモデル606a 、606b と、物体の
インピーダンスモデル608に入力され、それぞれ軌道
修正量609を得る。物体軌道修正量609は、軌道分
配部610によって、各マニピュレータの目標軌道に分
配される。力検出装置604a 、604b は、マニピュ
レータの先端に備え、直接マニピュレータの先端部と物
体の間に働く力を検出する。図8は図7の詳細例で、イ
ンピーダンスモデル606a 、606b 、608の伝達
関数(ブロックの中の式)は図8に示す力学モデルに対
応するものである。図8の力学モデルは図示するように
質量、ダンパ、バネからなる一般的な2次系の組合せか
らなっている。さらに別の従来例として、複数個のマニ
ピュレータの先端の第一種のインピーダンスと、作業座
標点(支持物体であるベース)の第二種のインピーダン
スが独立に設定が可能として、試行錯誤しながらその最
適設定を試みている。
インピーダンス制御は、マニピュレータと物体との間に
働く力(トルクを含む)を入力とし、マニピュレータの
位置(または角度)を出力とするインピーダンスモデル
(仮想力学モデルともいう)を設定し、その出力に基づ
いて制御するものである。従って、複数個のマニピュレ
ータを有するシステムでは、そのマニピュレータの数だ
け、インピーダンスモデルが必要となる。この制御方式
によれば、定常状態では、対象物体の形状が正確に把持
できない場合でも、複数個のマニピュレータで把持状態
を保つことができる。しかし、物体を把持している状態
で予想しなかった力(外乱)が外界から加えられる場合
は、物体や外界に過度の力がかからないようにするた
め、柔らかいインピーダンスを設定しておかなければな
らない。そうなると、各マニピュレータがそれぞれ独自
に柔らかいインピーダンスで反応することになり、物体
を把持できなくなり、落としてしまう恐れが生じる。そ
の理由は、一つのマニピュレータに外力が加わった場合
でも、他のマニピュレータの動きに影響を与えないから
である。そしてこの一般例の不具合を解決する手段であ
る、先行例として平成3年12月27日出願で、マニピ
ュレータの協調制御装置に係る特願平3−359935
号がある。この先行例は、対象物と各マニピュレータ間
に作用する力検出値と、各マニピュレータの位置との関
係を表す前記各マニピュレータ毎のインピーダンスモデ
ルを用いて、複数個のマニピュレータで一つの対象物を
把持するマニピュレータの協調インピーダンス制御装置
において、前記各マニピュレータの力検出値の総和を入
力する前記対象物自体のインピーダンスモデル部と、前
記対象物自体のインピーダンスモデル部から得られる軌
道修正量を前記各マニピュレータの各目標指令に分配す
る軌道修正量分配部とを設けたりするマニピュレータの
協調制御装置である。以下に図7ないし図9により説明
を加える。この先行例の概念を表すブロック図は、図7
に示すように、2台のマニピュレータを制御する例であ
る。マニピュレータ601a 、601b は、それぞれ運
動制御部602a 、602b によって制御され、運動制
御部602a 、602b は入力される目標軌道603a
、603b に実軌道611a 、611b が追従するよ
うに制御する。各マニピュレータ601a 、601b が
物体に及ぼす力は、各力検出装置604a 、604b に
よって検出され、各マニピュレータ601a 、601b
のインピーダンスモデル606a 、606b と、物体の
インピーダンスモデル608に入力され、それぞれ軌道
修正量609を得る。物体軌道修正量609は、軌道分
配部610によって、各マニピュレータの目標軌道に分
配される。力検出装置604a 、604b は、マニピュ
レータの先端に備え、直接マニピュレータの先端部と物
体の間に働く力を検出する。図8は図7の詳細例で、イ
ンピーダンスモデル606a 、606b 、608の伝達
関数(ブロックの中の式)は図8に示す力学モデルに対
応するものである。図8の力学モデルは図示するように
質量、ダンパ、バネからなる一般的な2次系の組合せか
らなっている。さらに別の従来例として、複数個のマニ
ピュレータの先端の第一種のインピーダンスと、作業座
標点(支持物体であるベース)の第二種のインピーダン
スが独立に設定が可能として、試行錯誤しながらその最
適設定を試みている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の一般
例を表す特開昭62−297080号公報にある図10
[一つの従来例]と図11[他の従来例]に示される技
術は、一つのマニピュレータに外力が加わった場合で
も、他のマニピュレータの動きに影響を与えるものであ
る。前者[図10]は複数個のマニピュレータと物体を
含む一つのインピーダンスモデル間をつなぐものであ
る。しかし、何れもそのインピーダンスモデルが複雑化
して実用性に欠け、特に後者[図11]はマスターとス
レーブが固定されている場合しか適用できないという問
題点がある。そして、先行例では対象物体を把持するた
めのインピーダンスと、外界の力に柔軟に反応するため
のインピーダンスが別個に設定でき、対象物体を落とさ
ず対象物体と外界に過度の力がかからないという、この
種の力制御における協調制御装置の基本的手段であり、
物体安定把持制御への応用改良についての安定化に、い
ま一歩足の進展が望まれるところがあるようにみられ
る。さらに、別の従来例では第一種と第二種のインピー
ダンス両者の間の関係が確率していないので、経験が必
要で、困難性を伴い、誰でもが容易に設定できるもので
はない。つまり、マニピュレータ先端の第一種のインピ
ーダンスと、支持ベースの第二種のインピーダンスが独
立に設定が可能であるので、試行錯誤を試み最適設定を
行っている場合には、試行錯誤のためには単なる模索を
回避するには、多くの経験を必要するから、容易に安定
把持される協調制御を実現でず、非効率的であり、最適
値である信頼性に乏しいという隘路がある。ここにおい
て、本発明は、インピーダンスの設定が簡単で、しか
も、複数個のマニピュレータのどれでもマスターになり
える制御装置(マスターとスレーブという区別がない協
調制御装置といってもよい)を得るとともに、マニピュ
レータ先端の第一種のインピーダンスと、作業座標点
(支持ベース)の第二種のインピーダンスが独立に設定
することが可能となり、最適設定を行っている場合に試
行錯誤の経験を何ら必要とせずに、容易に安定把持でき
る協調制御できる装置を実現することを目的とする。
例を表す特開昭62−297080号公報にある図10
[一つの従来例]と図11[他の従来例]に示される技
術は、一つのマニピュレータに外力が加わった場合で
も、他のマニピュレータの動きに影響を与えるものであ
る。前者[図10]は複数個のマニピュレータと物体を
含む一つのインピーダンスモデル間をつなぐものであ
る。しかし、何れもそのインピーダンスモデルが複雑化
して実用性に欠け、特に後者[図11]はマスターとス
レーブが固定されている場合しか適用できないという問
題点がある。そして、先行例では対象物体を把持するた
めのインピーダンスと、外界の力に柔軟に反応するため
のインピーダンスが別個に設定でき、対象物体を落とさ
ず対象物体と外界に過度の力がかからないという、この
種の力制御における協調制御装置の基本的手段であり、
物体安定把持制御への応用改良についての安定化に、い
ま一歩足の進展が望まれるところがあるようにみられ
る。さらに、別の従来例では第一種と第二種のインピー
ダンス両者の間の関係が確率していないので、経験が必
要で、困難性を伴い、誰でもが容易に設定できるもので
はない。つまり、マニピュレータ先端の第一種のインピ
ーダンスと、支持ベースの第二種のインピーダンスが独
立に設定が可能であるので、試行錯誤を試み最適設定を
行っている場合には、試行錯誤のためには単なる模索を
回避するには、多くの経験を必要するから、容易に安定
把持される協調制御を実現でず、非効率的であり、最適
値である信頼性に乏しいという隘路がある。ここにおい
て、本発明は、インピーダンスの設定が簡単で、しか
も、複数個のマニピュレータのどれでもマスターになり
える制御装置(マスターとスレーブという区別がない協
調制御装置といってもよい)を得るとともに、マニピュ
レータ先端の第一種のインピーダンスと、作業座標点
(支持ベース)の第二種のインピーダンスが独立に設定
することが可能となり、最適設定を行っている場合に試
行錯誤の経験を何ら必要とせずに、容易に安定把持でき
る協調制御できる装置を実現することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明は、対象物と各マニピュレータ間に作用す
る力検出値と、各マニピュレータの位置との関係を表す
前記各マニピュレータ毎の第一種インピーダンスモデル
部と、前記各マニピュレータの力検出値の総和を入力す
る前記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部と、
前記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部から得
られる軌道修正量を前記各マニピュレータの各目標指令
に分配する軌道修正量分配部とを用いて、複数のマニピ
ュレータで一つの対象物を把持するマニピュレータの協
調制御装置において、前記第二種インピーダンスモデル
部の関数は、前記複数の第一種のインピーダンス部の関
数を並列結合したものとすることを特徴とするマニピュ
レータの協調制御装置であり、さらには、前記第一種及
び第二種インピーダンスモデル部の関数によって定まる
固有振動数が、前記各マニピュレータを駆動するサーボ
系のカットオフ周波数の1/4以下になるように、前記
関数のパラメータを設定したことを特徴とする前項記載
のマニピュレータの協調制御装置である。
ため、本発明は、対象物と各マニピュレータ間に作用す
る力検出値と、各マニピュレータの位置との関係を表す
前記各マニピュレータ毎の第一種インピーダンスモデル
部と、前記各マニピュレータの力検出値の総和を入力す
る前記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部と、
前記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部から得
られる軌道修正量を前記各マニピュレータの各目標指令
に分配する軌道修正量分配部とを用いて、複数のマニピ
ュレータで一つの対象物を把持するマニピュレータの協
調制御装置において、前記第二種インピーダンスモデル
部の関数は、前記複数の第一種のインピーダンス部の関
数を並列結合したものとすることを特徴とするマニピュ
レータの協調制御装置であり、さらには、前記第一種及
び第二種インピーダンスモデル部の関数によって定まる
固有振動数が、前記各マニピュレータを駆動するサーボ
系のカットオフ周波数の1/4以下になるように、前記
関数のパラメータを設定したことを特徴とする前項記載
のマニピュレータの協調制御装置である。
【0005】
【作用】本発明は上記手段により、複数個のマニピュレ
ータによる物体把持状態の剛体運動の知識のもと、マニ
ピュレータ先端の第一種インピーダンスと作業座標点
(支持物体をなすベース)の第二種のインピーダンスの
関係を定め、どちらか一方を指定すると他方が自動的に
決定されるようにしたマニピュレータの協調制御がなさ
れ、安定把持のためのインピーダンス特性値をマニピュ
レータを含めたコントローラの制御特性を考慮しないで
よい範囲に制限したので、安定把持が極めて容易にかつ
確実に可能となる。
ータによる物体把持状態の剛体運動の知識のもと、マニ
ピュレータ先端の第一種インピーダンスと作業座標点
(支持物体をなすベース)の第二種のインピーダンスの
関係を定め、どちらか一方を指定すると他方が自動的に
決定されるようにしたマニピュレータの協調制御がなさ
れ、安定把持のためのインピーダンス特性値をマニピュ
レータを含めたコントローラの制御特性を考慮しないで
よい範囲に制限したので、安定把持が極めて容易にかつ
確実に可能となる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図に示して詳
しく説明する。図1は、複数個[ここでは2個]のマニ
ピュレータ先端の第一種のインピーダンスで物体を把持
した状態の説明図である。二本のマニピュレータ1およ
び2で把持対象物体3を把持しており、それらマニピュ
レータ1および2の定数としての質量,粘性,バネ弾性
定数を順にM1,C1,K1 およびM2,C2,K2 としてい
る。ただし、粘性C1,C2,は説明の都合上省略するが、
本質的には同じである。把持対象物体3を把持した状態
での二本のマニピュレータ1および2の運動の方向も一
方向(X方向)とする。この複数個のマニピュレータ先
端の第一種のインピーダンスを利用した静的状態での、
把持の力の釣り合いを特性図で表したのを図2に示す。
f1 とf2 はバネ弾性定数K1 とK2 のバネ反力であ
る。縦軸に外乱となる外力Fとバネ反力fをとり、横軸
に変位(距離)Xをとっている。バネ反力f1 のみによ
る力・変位特性曲線は直線21をなし、同様にバネ反力
f2 のみによる力・変位特性曲線は直線22をなす。両
者が同時に反対方向に作用するときの力・変位特性曲線
は折線23をなす。いま、例えば外界からの力(外乱)
F0 が働くと、把持対象物体3の作用点30は力の釣り
合った原点40の位置からX0 だけ変位する。このとき
のマニピュレータ1のバネ反力f10は縦線dと特性曲線
21の交点が表す値と大きくなり、逆にマニピュレータ
2のバネ反力f20は縦線dと特性曲線22の交点が示す
値と小さくなる。そうして、力(外乱)F0 がさらに増
大すれば、特性曲線22が横軸Xに交わる縦線aの変位
のところで、バネ反力f20=0になり、把持対象物体3
の把持は不可能となって、落下するに至る。つまり、図
3のように把持対象物体3に左から右へF0 の外力が作
用すると、把持対象物体3は距離X0 の変位を生じ、マ
ニピュレータ1と2のバネ反力はf1 とf2 からそれぞ
れバネ反力はf10とf20に変わる。この状態から、さら
に大きな力が作用しその変位が把持限界変位のL0 を越
えると、マニピュレータ2のバネ弾性定数K2 のバネ反
力f2 が f20→零 となり、対象物体3は二本のマニ
ピュレータ1および2による把持が不可能となり、マニ
ピュレータ1および2の両先端から離脱し落下すること
になる。そこで、図4は図1に同じようにして支持物体
をなすベース4の第二種のインピーダンスで把持対象物
体3を把持した状態の説明図で、支持ベース4を固定部
5に対して距離X0 だけ右から左へ移動させてやると、
もとの状態にもどり安定把持状態となる。なお、Kb は
支持ベース4のバネ反力定数、Mb /2は両方のマニピ
ュレータ1および2の同じ質量を表しており、これらK
b およびMb /2の詳細については後述する。
しく説明する。図1は、複数個[ここでは2個]のマニ
ピュレータ先端の第一種のインピーダンスで物体を把持
した状態の説明図である。二本のマニピュレータ1およ
び2で把持対象物体3を把持しており、それらマニピュ
レータ1および2の定数としての質量,粘性,バネ弾性
定数を順にM1,C1,K1 およびM2,C2,K2 としてい
る。ただし、粘性C1,C2,は説明の都合上省略するが、
本質的には同じである。把持対象物体3を把持した状態
での二本のマニピュレータ1および2の運動の方向も一
方向(X方向)とする。この複数個のマニピュレータ先
端の第一種のインピーダンスを利用した静的状態での、
把持の力の釣り合いを特性図で表したのを図2に示す。
f1 とf2 はバネ弾性定数K1 とK2 のバネ反力であ
る。縦軸に外乱となる外力Fとバネ反力fをとり、横軸
に変位(距離)Xをとっている。バネ反力f1 のみによ
る力・変位特性曲線は直線21をなし、同様にバネ反力
f2 のみによる力・変位特性曲線は直線22をなす。両
者が同時に反対方向に作用するときの力・変位特性曲線
は折線23をなす。いま、例えば外界からの力(外乱)
F0 が働くと、把持対象物体3の作用点30は力の釣り
合った原点40の位置からX0 だけ変位する。このとき
のマニピュレータ1のバネ反力f10は縦線dと特性曲線
21の交点が表す値と大きくなり、逆にマニピュレータ
2のバネ反力f20は縦線dと特性曲線22の交点が示す
値と小さくなる。そうして、力(外乱)F0 がさらに増
大すれば、特性曲線22が横軸Xに交わる縦線aの変位
のところで、バネ反力f20=0になり、把持対象物体3
の把持は不可能となって、落下するに至る。つまり、図
3のように把持対象物体3に左から右へF0 の外力が作
用すると、把持対象物体3は距離X0 の変位を生じ、マ
ニピュレータ1と2のバネ反力はf1 とf2 からそれぞ
れバネ反力はf10とf20に変わる。この状態から、さら
に大きな力が作用しその変位が把持限界変位のL0 を越
えると、マニピュレータ2のバネ弾性定数K2 のバネ反
力f2 が f20→零 となり、対象物体3は二本のマニ
ピュレータ1および2による把持が不可能となり、マニ
ピュレータ1および2の両先端から離脱し落下すること
になる。そこで、図4は図1に同じようにして支持物体
をなすベース4の第二種のインピーダンスで把持対象物
体3を把持した状態の説明図で、支持ベース4を固定部
5に対して距離X0 だけ右から左へ移動させてやると、
もとの状態にもどり安定把持状態となる。なお、Kb は
支持ベース4のバネ反力定数、Mb /2は両方のマニピ
ュレータ1および2の同じ質量を表しており、これらK
b およびMb /2の詳細については後述する。
【0007】以上は静的な状態での説明であったが、実
際は動的な挙動中で常にバネ反力f1 とf2 が零になら
ないようにベースを移動させなければならない。対象物
体3にF0 のステップ力が作用したときの対象物体3と
作業座標点(支持ベース)4の時間応答を図5に示す。
図5において、曲線5a はマニピュレータ1および2の
第一種のインピーダンスによる把持対象物体3の時間・
変位の応答特性曲線であり、曲線5b は第二種のインピ
ーダンスによる作業座標点(支持ベース4)の時間・変
位の応答特性曲線である。xは変位(距離)、tは時間
を表すとすれば、外界からの力Fに基づくバネ反力によ
る対象物体3の振動方程式はそれぞれ下記のとおりとな
る。曲線5a の第一種のインピーダンスは (M1 +M2)d 2 x /dt2 +( C1 +C2)dx/dt+( K1 +K2)x=F ……(1式) 曲線5b の第二種のインピーダンスは Mb 2 x /dt2 +Cb dx/dt+Kb =F ……(2式) 対象物体3と支持ベース4の相対変位が±L0 以内にあ
れば、必ずf1,f2 のバネ反力が作用する。第一種のイ
ンピーダンスによる対象物体3の応答と、第二種のイン
ピーダンスによる作業座標点である支持ベース4(物体
3の作用点30でみる)の応答は、それぞれ (M1 +M2)X+(C1 +C2)X+(K1 +K2)X=F ……(3式) Mb X+ Cb X+ Kb X=F ……(4式) 従って、 Mb =M1 +M2 ……(5式) Cb =C1 +C2 ……(6式) Kb =K1 +K2 ……(7式) と設定することによって、把持対象物体3と支持ベース
4(物体3の作用点30)の応答が一致し、すなわち特
性曲線51と52が重なり、両曲線の変位の偏差53,
54…が生起しないから、常に図1の初期状態となり把
持ができる。図5に示す曲線5a と曲線5b との相対変
位の応答を表し、その変位量(距離偏差)L1 (=5
3),L2 (=54)…がマニュピュレータ1,2で対
象物体3を把持可能な限界値L0 以上になると、マニピ
ュレータ1あるいは2のバネ反力f1 あるいはf2 が零
となり、対象物体3はマニピュレータ1および2から落
下することになる。このような技術的観点から、本発明
の一実施例の概念を表すブロック図を図6に示す。この
一実施例は、マニピュレータ1あるいは2の第一種のイ
ンピーダンスである質量M1 ,M2 と粘性定数C1 ,C
2 さらにバネ定数K1 ,K2 をそれぞれ個別に設定すれ
ば第二種のインピーダンスの質量Mb と粘性定数Cb さ
らにバネ定数Kb は自動的に演算設定される。実際は、
対象物体3の重量、対象物体3とマニピュレータ1,2
との接触状態(特に形状)、摩擦係数等の状態で最小必
要なバネ反力fmin が決定される。ここでの説明は、最
小必要なバネ反力fmin を差し引いた力に関して行なっ
ている。本発明における固有振動数の設定制限手段は次
のとおりである。インピーダンスの固有振動数を速度サ
ーボ系のカットオフ周波数の1/4以下とすることの所
以は、インピーダンス特性設定時にマシンとサーボアン
プで決まるシステムの応答特性(速度サーボの周波数特
性)を考えないでよい範囲である。つまり、第一種のイ
ンピーダンスと第二種のインピーダンスの固有振動数を
速度サーボ系のカットオフ周波数の1/4以下とするマ
ニピュレータの協調制御装置とすることであり、これは
一般的なサーボ理論で、『内部ループの応答特性が4倍
程度速ければ、ほぼ比例ゲインと考えてよい』という理
由から求められる。このようにして、本発明でこれまで
の説明から明らかなように、本発明の手段で導出したマ
ニピュレータ1,2の先端の第一種のインピーダンスと
作業座標点(支持ベース4)の第二種のインピーダンス
を、先行例の図7および図8に示すインピーダンスモデ
ル606a ,606b およびインピーダンスモデル60
8にそれぞれ設定するだけで、カット・アンド・トライ
を繰り返す必要もなく、容易に確実に把持対象物体3の
把持ができる。
際は動的な挙動中で常にバネ反力f1 とf2 が零になら
ないようにベースを移動させなければならない。対象物
体3にF0 のステップ力が作用したときの対象物体3と
作業座標点(支持ベース)4の時間応答を図5に示す。
図5において、曲線5a はマニピュレータ1および2の
第一種のインピーダンスによる把持対象物体3の時間・
変位の応答特性曲線であり、曲線5b は第二種のインピ
ーダンスによる作業座標点(支持ベース4)の時間・変
位の応答特性曲線である。xは変位(距離)、tは時間
を表すとすれば、外界からの力Fに基づくバネ反力によ
る対象物体3の振動方程式はそれぞれ下記のとおりとな
る。曲線5a の第一種のインピーダンスは (M1 +M2)d 2 x /dt2 +( C1 +C2)dx/dt+( K1 +K2)x=F ……(1式) 曲線5b の第二種のインピーダンスは Mb 2 x /dt2 +Cb dx/dt+Kb =F ……(2式) 対象物体3と支持ベース4の相対変位が±L0 以内にあ
れば、必ずf1,f2 のバネ反力が作用する。第一種のイ
ンピーダンスによる対象物体3の応答と、第二種のイン
ピーダンスによる作業座標点である支持ベース4(物体
3の作用点30でみる)の応答は、それぞれ (M1 +M2)X+(C1 +C2)X+(K1 +K2)X=F ……(3式) Mb X+ Cb X+ Kb X=F ……(4式) 従って、 Mb =M1 +M2 ……(5式) Cb =C1 +C2 ……(6式) Kb =K1 +K2 ……(7式) と設定することによって、把持対象物体3と支持ベース
4(物体3の作用点30)の応答が一致し、すなわち特
性曲線51と52が重なり、両曲線の変位の偏差53,
54…が生起しないから、常に図1の初期状態となり把
持ができる。図5に示す曲線5a と曲線5b との相対変
位の応答を表し、その変位量(距離偏差)L1 (=5
3),L2 (=54)…がマニュピュレータ1,2で対
象物体3を把持可能な限界値L0 以上になると、マニピ
ュレータ1あるいは2のバネ反力f1 あるいはf2 が零
となり、対象物体3はマニピュレータ1および2から落
下することになる。このような技術的観点から、本発明
の一実施例の概念を表すブロック図を図6に示す。この
一実施例は、マニピュレータ1あるいは2の第一種のイ
ンピーダンスである質量M1 ,M2 と粘性定数C1 ,C
2 さらにバネ定数K1 ,K2 をそれぞれ個別に設定すれ
ば第二種のインピーダンスの質量Mb と粘性定数Cb さ
らにバネ定数Kb は自動的に演算設定される。実際は、
対象物体3の重量、対象物体3とマニピュレータ1,2
との接触状態(特に形状)、摩擦係数等の状態で最小必
要なバネ反力fmin が決定される。ここでの説明は、最
小必要なバネ反力fmin を差し引いた力に関して行なっ
ている。本発明における固有振動数の設定制限手段は次
のとおりである。インピーダンスの固有振動数を速度サ
ーボ系のカットオフ周波数の1/4以下とすることの所
以は、インピーダンス特性設定時にマシンとサーボアン
プで決まるシステムの応答特性(速度サーボの周波数特
性)を考えないでよい範囲である。つまり、第一種のイ
ンピーダンスと第二種のインピーダンスの固有振動数を
速度サーボ系のカットオフ周波数の1/4以下とするマ
ニピュレータの協調制御装置とすることであり、これは
一般的なサーボ理論で、『内部ループの応答特性が4倍
程度速ければ、ほぼ比例ゲインと考えてよい』という理
由から求められる。このようにして、本発明でこれまで
の説明から明らかなように、本発明の手段で導出したマ
ニピュレータ1,2の先端の第一種のインピーダンスと
作業座標点(支持ベース4)の第二種のインピーダンス
を、先行例の図7および図8に示すインピーダンスモデ
ル606a ,606b およびインピーダンスモデル60
8にそれぞれ設定するだけで、カット・アンド・トライ
を繰り返す必要もなく、容易に確実に把持対象物体3の
把持ができる。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、把
持される対象物の特性を考えて第一種のインピーダンス
を設定するだけで、対象物の安定把持が実現し、誰でも
が容易に確実にかつ効率的に行えるという顕著な効果を
奏することができる。
持される対象物の特性を考えて第一種のインピーダンス
を設定するだけで、対象物の安定把持が実現し、誰でも
が容易に確実にかつ効率的に行えるという顕著な効果を
奏することができる。
【図1】本発明の一実施例における第一種のマニュピュ
レータ先端のインピーダンスで対象物体把持した状態の
力・変位(零)の構成を示す説明的ブロック線図。
レータ先端のインピーダンスで対象物体把持した状態の
力・変位(零)の構成を示す説明的ブロック線図。
【図2】図1の静的な力の釣り合いおよび外力を加えた
ときの力・変位特性を表す特性図。
ときの力・変位特性を表す特性図。
【図3】図1の力の釣り合い状態から把持対象物体に外
力が加わった状態の力・変位の構成を示す説明的ブロッ
ク線図。
力が加わった状態の力・変位の構成を示す説明的ブロッ
ク線図。
【図4】図3の状態から対象物体を把持するマニュピュ
レータに外力が加わった状態の力・変位の構成を示す説
明的ブロック線図。
レータに外力が加わった状態の力・変位の構成を示す説
明的ブロック線図。
【図5】本発明の一実施例における第二種の作業座標点
(支持ベース)のインピーダンスを設定し、対象物体を
把持した状態の力・変位(零)の構成を示す説明的ブロ
ック線図。
(支持ベース)のインピーダンスを設定し、対象物体を
把持した状態の力・変位(零)の構成を示す説明的ブロ
ック線図。
【図6】本発明の一実施例における回路構成の概念を表
すブロック図。
すブロック図。
【図7】先行例の概念ブロック図。
【図8】先行例の実施例の詳細ブロック図。
【図9】先行例の実施例の力学モデルを示す図。
【図10】一従来例の回路構成を表すブロック図。
【図11】他の従来例の回路構成を表すブロック図。
1 マニピュレータ 2 マニピュレータ 3 把持対象物体 4 作業座標点(支持ベース) 5 固定部 F 外界から加わる力 F0 外力 f マニピュレータのバネ反力 f1 マニピュレータ1のバネ反力(釣り合い状態) f10 マニピュレータ1のバネ反力(外力F0 が加わっ
た状態) f2 マニピュレータ2のバネ反力(釣り合い状態) f20 マニュピュレータ2のバネ反力(外力F0 が加わ
った状態) M1 マニュピュレータ1の質量 M2 マニュピュレータ2の質量 K1 マニュピュレータ1のバネ定数 K2 マニュピュレータ2のバネ定数 Kb 支持ベース4のバネ定数 X 対象物体3の変位(距離) Xb 作業座標点である支持ベース4の変位(距離) L0 把持可能な限界変位(距離) L1 一つの変位(距離) L2 他の変位(距離)
た状態) f2 マニピュレータ2のバネ反力(釣り合い状態) f20 マニュピュレータ2のバネ反力(外力F0 が加わ
った状態) M1 マニュピュレータ1の質量 M2 マニュピュレータ2の質量 K1 マニュピュレータ1のバネ定数 K2 マニュピュレータ2のバネ定数 Kb 支持ベース4のバネ定数 X 対象物体3の変位(距離) Xb 作業座標点である支持ベース4の変位(距離) L0 把持可能な限界変位(距離) L1 一つの変位(距離) L2 他の変位(距離)
Claims (2)
- 【請求項1】対象物と各マニピュレータ間に作用する力
検出値と、各マニピュレータの位置との関係を表す前記
各マニピュレータ毎の第一種インピーダンスモデル部
と、前記各マニピュレータの力検出値の総和を入力する
前記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部と、前
記対象物自体の第二種インピーダンスモデル部から得ら
れる軌道修正量を前記各マニピュレータの各目標指令に
分配する軌道修正量分配部とを用いて、複数のマニピュ
レータで一つの対象物を把持するマニピュレータの協調
制御装置において、 前記第二種インピーダンスモデル部の関数は、 前記複数の第一種のインピーダンス部の関数を並列結合
したものとすることを特徴とするマニピュレータの協調
制御装置。 - 【請求項2】前記第一種及び第二種インピーダンスモデ
ル部の関数によって定まる固有振動数が、前記各マニピ
ュレータを駆動するサーボ系のカットオフ周波数の1/
4以下になるように、前記関数のパラメータを設定した
ことを特徴とする請求項1記載のマニピュレータの協調
制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4575692A JPH05241661A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | マニピュレータの協調制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4575692A JPH05241661A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | マニピュレータの協調制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05241661A true JPH05241661A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12728145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4575692A Pending JPH05241661A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | マニピュレータの協調制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05241661A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08141951A (ja) * | 1994-11-17 | 1996-06-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ロボットの協調制御方法および協調制御装置 |
JP2012223829A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット、およびロボット制御方法 |
JP2012228714A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属加工装置及び金属部材の製造方法 |
JP2015196208A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | 本田技研工業株式会社 | ワーク保持方法 |
-
1992
- 1992-03-03 JP JP4575692A patent/JPH05241661A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08141951A (ja) * | 1994-11-17 | 1996-06-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ロボットの協調制御方法および協調制御装置 |
JP2012223829A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット、およびロボット制御方法 |
JP2012228714A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属加工装置及び金属部材の製造方法 |
JP2015196208A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | 本田技研工業株式会社 | ワーク保持方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200282558A1 (en) | System and method for controlling a robot with torque-controllable actuators | |
JPH01234183A (ja) | コンプライアンス制御方法 | |
CN111702767A (zh) | 一种基于反演模糊自适应的机械手阻抗控制方法 | |
CN111015737A (zh) | 一种单连杆柔性机械臂的减振方法 | |
JP3369351B2 (ja) | 多関節マニピュレータの弾性設定方法および制御装置 | |
CN115502966A (zh) | 用于机器人的可变导纳控制方法 | |
JPH05241661A (ja) | マニピュレータの協調制御装置 | |
Adams et al. | Stable haptic interaction using the excalibur force display | |
JPH03161289A (ja) | マスター・スレーブロボットの制御方法 | |
Lee et al. | Hybrid control scheme for robust tracking of two-link flexible manipulator | |
CN112668190B (zh) | 一种三指灵巧手控制器构建方法、***、设备及存储介质 | |
CN108693776A (zh) | 一种三自由度Delta并联机器人的鲁棒控制方法 | |
US6266578B1 (en) | Computer based control system | |
Lee et al. | Hybrid control scheme for robust tracking of two-link flexible manipulator | |
Porcini et al. | Optimal joint tdpa formulation for kinematically redundant robot manipulators | |
Pandian et al. | Hybrid force/position control for robot manipulators based on a D-type learning law | |
Kazerooni et al. | Human induced instability in powered hand controllers. | |
JP2920888B2 (ja) | マニピュレータの協調制御装置 | |
JPH0276692A (ja) | ロボットの適応制御方法 | |
JP2569412B2 (ja) | 冗長ロボットマニピュレータのためのコンプライアンス制御法 | |
Nuño et al. | A proportional plus damping injection controller for teleoperators with joint flexibility and time-delays | |
Chen et al. | A passivity-based approach on relocating high-frequency robot controller to the edge cloud | |
Wu et al. | Hybrid‐damped resolved‐acceleration control for manipulators | |
JPH04354679A (ja) | マスタ・スレーブマニピュレータ制御装置 | |
JPS63150177A (ja) | 可変コンプライアンスパラレルリンクア−ム |