JPH081559A - 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
- JPH081559A JPH081559A JP15941694A JP15941694A JPH081559A JP H081559 A JPH081559 A JP H081559A JP 15941694 A JP15941694 A JP 15941694A JP 15941694 A JP15941694 A JP 15941694A JP H081559 A JPH081559 A JP H081559A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】複数のインピーダンス制御を行なうマニピュレ
ータで物体を把持する際に、把持物体や外界に対して過
度の力が働かないようにするとともに、把持に使用しな
いマニピュレータの独立制御を可能とする。 【構成】各マニピュレータにかかる力から各マニピュレ
ータ間でつりあっている内力を求め、内力の働いている
場合はこの内力をマニピュレータのインピーダンスモデ
ルへの入力とし、マニピュレータの力検出値から合力と
物体を回転させる回転力を求め、前記合力と前記回転力
に対してそれぞれ合力インピーダンスモデル部と回転イ
ンピーダンスモデル部から求められた軌道修正量を各マ
ニピュレータの目標軌道に分配する。内力の作用してい
ないマニピュレータは、合力インピーダンスおよび回転
インピーダンスモデルは使用しないようする。
ータで物体を把持する際に、把持物体や外界に対して過
度の力が働かないようにするとともに、把持に使用しな
いマニピュレータの独立制御を可能とする。 【構成】各マニピュレータにかかる力から各マニピュレ
ータ間でつりあっている内力を求め、内力の働いている
場合はこの内力をマニピュレータのインピーダンスモデ
ルへの入力とし、マニピュレータの力検出値から合力と
物体を回転させる回転力を求め、前記合力と前記回転力
に対してそれぞれ合力インピーダンスモデル部と回転イ
ンピーダンスモデル部から求められた軌道修正量を各マ
ニピュレータの目標軌道に分配する。内力の作用してい
ないマニピュレータは、合力インピーダンスおよび回転
インピーダンスモデルは使用しないようする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インピーダンスモデル
を使って複数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。
を使って複数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】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
言う）を設定し、その出力に基づいて制御するものであ
る。したがって、複数のマニピュレータを有するシステ
ムでは、その数だけ、インピーダンスモデルが必要にな
る。この制御方式によれば、定常状態では対象物体の形
状が正確に把握できない場合でも、複数のマニピュレー
タで把持状態を保つことができる。しかし、物体を把持
している状態で予期しなかった力（外乱）が外界から加
えられた場合は、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
ずる。これに対処するため、本出願人は、合力に対して
各マニピュレータが協調して動作するようなインピーダ
ンスモデルを設けることを特開平５−１７７５６６号公
報で提案している。
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
言う）を設定し、その出力に基づいて制御するものであ
る。したがって、複数のマニピュレータを有するシステ
ムでは、その数だけ、インピーダンスモデルが必要にな
る。この制御方式によれば、定常状態では対象物体の形
状が正確に把握できない場合でも、複数のマニピュレー
タで把持状態を保つことができる。しかし、物体を把持
している状態で予期しなかった力（外乱）が外界から加
えられた場合は、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
ずる。これに対処するため、本出願人は、合力に対して
各マニピュレータが協調して動作するようなインピーダ
ンスモデルを設けることを特開平５−１７７５６６号公
報で提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように各マニピ
ュレータそれぞれ独自にインピーダンス制御を行なう
と、外乱に対して把持物体や外界に過度の力が加わらな
いようにするために、軟らかいインピーダンスで対応し
なければならないが、そうすると把持状態を保つことが
困難になるという問題点があった。一方、前記特開平５
−１７７５６６号公報の技術では、大きな外乱が加わっ
た場合には外乱が内力にも影響し、把持状態を保てなく
なる場合がある。また、物体を把持していない状態で
も、マニピュレータにかかる力に対して全てのマニピュ
レータが協調して動作するため、把持に使用しないマニ
ピュレータの独立制御が困難であるという問題もある。
そこで本発明は、複数のインピーダンス制御を行なうマ
ニピュレータで物体を把持する際に、把持物体を落さず
に、把持物体や外界に対して過度の力が働かないように
すること、並びに把持状態にあるマニピュレータのみを
協調制御するようにして、把持に使用しないマニピュレ
ータの独立制御を可能とすることを目的とするものであ
る。
ュレータそれぞれ独自にインピーダンス制御を行なう
と、外乱に対して把持物体や外界に過度の力が加わらな
いようにするために、軟らかいインピーダンスで対応し
なければならないが、そうすると把持状態を保つことが
困難になるという問題点があった。一方、前記特開平５
−１７７５６６号公報の技術では、大きな外乱が加わっ
た場合には外乱が内力にも影響し、把持状態を保てなく
なる場合がある。また、物体を把持していない状態で
も、マニピュレータにかかる力に対して全てのマニピュ
レータが協調して動作するため、把持に使用しないマニ
ピュレータの独立制御が困難であるという問題もある。
そこで本発明は、複数のインピーダンス制御を行なうマ
ニピュレータで物体を把持する際に、把持物体を落さず
に、把持物体や外界に対して過度の力が働かないように
すること、並びに把持状態にあるマニピュレータのみを
協調制御するようにして、把持に使用しないマニピュレ
ータの独立制御を可能とすることを目的とするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、各マニピュレ
ータにかかる力から各マニピュレータ間でつりあってい
る内力を求め、内力の働いている場合はこの内力をマニ
ピュレータのインピーダンスモデルへの入力とし、また
内力の加わっているマニピュレータの力検出値から合力
と物体を回転させる回転力を求め、前記合力と前記回転
力に対してそれぞれ合力インピーダンスモデル部と回転
インピーダンスモデル部とを持たせて、これらによって
求められた軌道修正量を各マニピュレータの目標軌道に
分配する軌道修正量分配部とを設けたことを特徴とする
ものである。内力の作用していないマニピュレータに関
しては、マニピュレータ毎のインピーダンスモデルへの
入力としてそのマニピュレータの力検出値を利用し、合
力インピーダンスおよび回転インピーダンスモデルから
の軌道修正量は使用しないようにして、他のマニピュレ
ータとの協調を行わず独立した制御を行う。さらに、内
力の作用していない状態から作用している状態に移行し
た時に不安定になるのを防ぎ、軌道分配部の修正量によ
って急激に移動しないようにするため、内力が作用する
前の修正量を減じた値を実際の軌道修正量として使用す
る。
ータにかかる力から各マニピュレータ間でつりあってい
る内力を求め、内力の働いている場合はこの内力をマニ
ピュレータのインピーダンスモデルへの入力とし、また
内力の加わっているマニピュレータの力検出値から合力
と物体を回転させる回転力を求め、前記合力と前記回転
力に対してそれぞれ合力インピーダンスモデル部と回転
インピーダンスモデル部とを持たせて、これらによって
求められた軌道修正量を各マニピュレータの目標軌道に
分配する軌道修正量分配部とを設けたことを特徴とする
ものである。内力の作用していないマニピュレータに関
しては、マニピュレータ毎のインピーダンスモデルへの
入力としてそのマニピュレータの力検出値を利用し、合
力インピーダンスおよび回転インピーダンスモデルから
の軌道修正量は使用しないようにして、他のマニピュレ
ータとの協調を行わず独立した制御を行う。さらに、内
力の作用していない状態から作用している状態に移行し
た時に不安定になるのを防ぎ、軌道分配部の修正量によ
って急激に移動しないようにするため、内力が作用する
前の修正量を減じた値を実際の軌道修正量として使用す
る。
【０００５】
【作用】各マニピュレータのインピーダンスモデルの入
力に内力を与えることによって物体の把持を保つように
し、合力と回転力に対するインピーダンスモデルを設定
し、これらによって求められた軌道修正量を各マニピュ
レータの目標軌道に分配することによって外界に対して
過度の力がかからないように制御することができる。ま
た、内力の作用していないマニピュレータはそのマニピ
ュレータに作用する力のみに対してインピーダンス制御
を行うため、そのマニピュレータは単独に制御を行うこ
とができる。内力の作用していない状態から作用してい
る状態に移行した時に不安定になるのを防ぎ、軌道分部
の修正量によって急激に移動しないようにするため、内
力が作用する前の修正量を減じた値を実際の軌道修正量
として使用することにより、内力が作用したときの急激
な挙動を防ぐことがてきる。
力に内力を与えることによって物体の把持を保つように
し、合力と回転力に対するインピーダンスモデルを設定
し、これらによって求められた軌道修正量を各マニピュ
レータの目標軌道に分配することによって外界に対して
過度の力がかからないように制御することができる。ま
た、内力の作用していないマニピュレータはそのマニピ
ュレータに作用する力のみに対してインピーダンス制御
を行うため、そのマニピュレータは単独に制御を行うこ
とができる。内力の作用していない状態から作用してい
る状態に移行した時に不安定になるのを防ぎ、軌道分部
の修正量によって急激に移動しないようにするため、内
力が作用する前の修正量を減じた値を実際の軌道修正量
として使用することにより、内力が作用したときの急激
な挙動を防ぐことがてきる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の実施例を示すブロック図であり、３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１ａ、１
ｂ、１ｃはそれぞれ運動制御部２ａ、２ｂ、２ｃによっ
て制御され、運動制御部２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ入
力される目標軌道ｒａ、ｒｂ、ｒｃに実軌道が追従する
ように制御する。各マニピュレータが外界から及ぼす力
は、各力検出装置３ａ、３ｂ、３ｃによって検出され内
力検出部４に入力される。内力検出部４によって各マニ
ピュレータ間で釣り合う力を計算し各マニピュレータで
作用している内力５ａ、５ｂ、５ｃが求まり、内力が作
用しているマニピュレータが選択される。そして、力入
力切替手段１３ａ〜１３ｃと、軌道修正切替手段１４、
１５が切り替えられる。すなわち、内力が作用している
マニピュレータに対しては回転インピーダンスモデル１
０と合力インピーダンスモデル１１が働くようにし、内
力が作用していないマニピュレータに対しては独自のイ
ンピーダンスモデル９ａ〜９ｃが働くようにするもので
ある。
発明の実施例を示すブロック図であり、３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１ａ、１
ｂ、１ｃはそれぞれ運動制御部２ａ、２ｂ、２ｃによっ
て制御され、運動制御部２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ入
力される目標軌道ｒａ、ｒｂ、ｒｃに実軌道が追従する
ように制御する。各マニピュレータが外界から及ぼす力
は、各力検出装置３ａ、３ｂ、３ｃによって検出され内
力検出部４に入力される。内力検出部４によって各マニ
ピュレータ間で釣り合う力を計算し各マニピュレータで
作用している内力５ａ、５ｂ、５ｃが求まり、内力が作
用しているマニピュレータが選択される。そして、力入
力切替手段１３ａ〜１３ｃと、軌道修正切替手段１４、
１５が切り替えられる。すなわち、内力が作用している
マニピュレータに対しては回転インピーダンスモデル１
０と合力インピーダンスモデル１１が働くようにし、内
力が作用していないマニピュレータに対しては独自のイ
ンピーダンスモデル９ａ〜９ｃが働くようにするもので
ある。
【０００７】選択されたマニピュレータの力検出値は、
外力検出部６に入力され、内力が作用している各マニピ
ュレータ（把持系）に対する合力７と回転力８を求め
る。内力の検出されたマニピュレータのインピーダンス
モデルには、内力検出部４によって求められた内力を入
力し、軌道修正量（協調移動量）を得る。得られた把持
物体に対する軌道修正量は、軌道分配部によって各マニ
ピュレータの目標軌道に分配される。
外力検出部６に入力され、内力が作用している各マニピ
ュレータ（把持系）に対する合力７と回転力８を求め
る。内力の検出されたマニピュレータのインピーダンス
モデルには、内力検出部４によって求められた内力を入
力し、軌道修正量（協調移動量）を得る。得られた把持
物体に対する軌道修正量は、軌道分配部によって各マニ
ピュレータの目標軌道に分配される。
【０００８】内力が作用してないマニピュレータに対し
ては、軌道修正量（協調移動量）は得られず、独立した
制御となる。ただし、内力の作用していない状態から作
用している状態に移行した時に不安定になるのを防ぎ、
軌道分配部の修正量によって急激に移動しないようにす
るため、内力が作用する前の修正量を減じた値を実際の
軌道修正量として使用する。この手法によって図１のマ
ニピュレータ１ａ、１ｂで物体を把持した場合の制御系
は、図２に示す制御系と等価となり、物体を把持してい
ないマニピュレータ１ｃ’を把持系とは独立して制御す
ることができる。物体を把持していない場合は、それぞ
れ独自にインピーダンス制御を行い、協調動作はしな
い。以上、３台のマニピュレータによる物体把持につい
て説明したが、４台以上のマニピュレータによる物体把
持についても適用可能であることは勿論である。
ては、軌道修正量（協調移動量）は得られず、独立した
制御となる。ただし、内力の作用していない状態から作
用している状態に移行した時に不安定になるのを防ぎ、
軌道分配部の修正量によって急激に移動しないようにす
るため、内力が作用する前の修正量を減じた値を実際の
軌道修正量として使用する。この手法によって図１のマ
ニピュレータ１ａ、１ｂで物体を把持した場合の制御系
は、図２に示す制御系と等価となり、物体を把持してい
ないマニピュレータ１ｃ’を把持系とは独立して制御す
ることができる。物体を把持していない場合は、それぞ
れ独自にインピーダンス制御を行い、協調動作はしな
い。以上、３台のマニピュレータによる物体把持につい
て説明したが、４台以上のマニピュレータによる物体把
持についても適用可能であることは勿論である。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、複数
のマニピュレータで物体を把持する場合に、物体を把持
するための内力に対するインピーダンスと、外界の力に
柔軟に対応するためのインピーダンスが別個に設定でき
るので、物体を落さず、かつ、物体と外界に過度の力が
かかるのを防いで安全に保つという動作が簡単に実現で
きる。さらに、３台以上のマニピュレータを有するシス
テムで把持に使用しないマニピュレータを協調制御系か
ら分離して独立して制御できるので、持ち替え作業等の
複雑な動作も実現可能となる。
のマニピュレータで物体を把持する場合に、物体を把持
するための内力に対するインピーダンスと、外界の力に
柔軟に対応するためのインピーダンスが別個に設定でき
るので、物体を落さず、かつ、物体と外界に過度の力が
かかるのを防いで安全に保つという動作が簡単に実現で
きる。さらに、３台以上のマニピュレータを有するシス
テムで把持に使用しないマニピュレータを協調制御系か
ら分離して独立して制御できるので、持ち替え作業等の
複雑な動作も実現可能となる。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図
【図２】本発明の作用を説明するブロック図
１ａ、１ｂ、１ｃ マニピュレータ ２ａ、２ｂ、２ｃ 運動制御部 ３ａ、３ｂ、３ｃ力検出装置 ４ 内力検出部 ５ａ、５ｂ、５ｃ 各マニピュレータに作用する内力 ６ 外力検出部 ７ 合力 ８ 回転力 ９ａ、９ｂ、９ｃ インピーダンスモデル部 １０ 回転インピーダンス部 １１ 合力インピーダンス部 １２ 軌道分配部 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 力入力切替手段 １４、１５ 軌道修正切替手段
Claims (3)
- 【請求項１】 各マニピュレータに作用する力を検出す
る力検出部と、 前記力と前記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部を備え
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インピーダンス制御装置において、 前記力検出部により検出された各マニピュレータの力検
出値から各マニピュレータ間でつりあう内力を求める内
力検出部と、 前記力検出値から前記力検出値を合計した合力と、把持
対象物に回転を与える回転力とを求める外力検出部と、 前記合力を入力する合力インピーダンスモデル部と、 前記回転力を入力する回転インピーダンスモデル部と、 前記合力インピーダンスモデル部および前記回転インピ
ーダンスモデル部から得られる軌動修正量を前記各マニ
ピュレータ毎のインピーダンスモデル部から得られる各
目標指令に分配して補正する軌道修正量分配部と、を設
けた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】 前記各マニピュレータ毎のインピーダン
スモデル部への入力を前記内力が検出された場合には前
記内力とし、前記内力が検出されない場合には前記力検
出値とする力入力切替手段と、 前記内力が検出されたマニピュレータの力検出値のみを
前記外力検出部に入力して前記内力が検出されないマニ
ピュレータの前記軌動修正量分配部の修正量を０とする
軌動修正切替手段と、を設け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。 - 【請求項３】 前記内力が検出された場合に、前記軌動
修正量分配部から求められた修正量を前記内力が検出さ
れる前の修正量から減じた値を新たな修正量とすること
を特徴とする請求項２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 |
|---|---|---|---|
| JP15941694A JP3412654B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP15941694A JP3412654B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | マニピュレータの協調制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH081559A true JPH081559A (ja) | 1996-01-09 |
| JP3412654B2 JP3412654B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=15693275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15941694A Expired - Fee Related JP3412654B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | マニピュレータの協調制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412654B2 (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| WO2007080733A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、及びプログラム |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP15941694A patent/JP3412654B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| 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 |
| WO2007080733A1 (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、及びプログラム |
| US7558647B2 (en) | 2006-01-13 | 2009-07-07 | Panasonic Corporation | Device and method for controlling robot arm, robot and program based on object-dependent impedance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3412654B2 (ja) | 2003-06-03 |
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Legal Events
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