JPH08257975A - 力検出補償を行う力制御ロボット - Google Patents
力検出補償を行う力制御ロボットInfo
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- JPH08257975A JPH08257975A JP12986295A JP12986295A JPH08257975A JP H08257975 A JPH08257975 A JP H08257975A JP 12986295 A JP12986295 A JP 12986295A JP 12986295 A JP12986295 A JP 12986295A JP H08257975 A JPH08257975 A JP H08257975A
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- posture
- force sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 力検出補償を行う力制御ロボットで、力サン
サを任意の姿勢で零点調整しても、力制御ロボットの力
センサで検出する力・モーメントから風袋の重力成分を
除き、外部の正味の力・モーメントを求め、力制御精度
を向上する。 【構成】 手首先端の力センサで力・モーメントを検出
する力制御ロボットにおいて、力・モーメント検出値を
任意の姿勢で零点調整した時点の基準座標からのセンサ
姿勢をバイアス姿勢とする記憶手段と、制御時点の基準
座標からのセンサ姿勢を現在姿勢とする入力手段と、バ
イアス姿勢と現在姿勢との差の姿勢変化を演算し、該姿
勢変化と予め設定・記憶した風袋重量あるいは重心位置
とで風袋による重力成分の補償値を演算し、作用する外
部負荷と手先効果器の自重による力・モーメントから重
力成分の補償値を差引く重力補償演算手段を有する力検
出補償を行う力制御ロボット。
サを任意の姿勢で零点調整しても、力制御ロボットの力
センサで検出する力・モーメントから風袋の重力成分を
除き、外部の正味の力・モーメントを求め、力制御精度
を向上する。 【構成】 手首先端の力センサで力・モーメントを検出
する力制御ロボットにおいて、力・モーメント検出値を
任意の姿勢で零点調整した時点の基準座標からのセンサ
姿勢をバイアス姿勢とする記憶手段と、制御時点の基準
座標からのセンサ姿勢を現在姿勢とする入力手段と、バ
イアス姿勢と現在姿勢との差の姿勢変化を演算し、該姿
勢変化と予め設定・記憶した風袋重量あるいは重心位置
とで風袋による重力成分の補償値を演算し、作用する外
部負荷と手先効果器の自重による力・モーメントから重
力成分の補償値を差引く重力補償演算手段を有する力検
出補償を行う力制御ロボット。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳物のバリ等を除去す
るときに使用する力制御ロボットに係り、特に工具の重
力成分の力検補償を行う力制御ロボットに関する。
るときに使用する力制御ロボットに係り、特に工具の重
力成分の力検補償を行う力制御ロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】産業用ロボットの力制御においては、一
般的にはロボット先端と工具の間に6軸力センサを介在
させ、工具に作用する力とモーメントを力センサで検出
し、この力とモーメントの検出値をもとにロボットの力
制御を行なっている。前記した力センサが検出する力と
モーメントは、加工による負荷(以下負荷という)に工
具重量が重畳されたものの結果として検出される。従っ
て、精度の高い力制御を行おうとするときは、前記した
ような負荷と工具重量との重畳されたものの結果から工
具重量による力およびモーメントを除去したもの(以下
力検出補償という)で力制御を行う必要がある。特に工
具重量が負荷に対して無視できないほどの大きさになる
と、ことさら必要となる。特願昭62−74594号公
報には、ロボット装置の力センサ構成方法として次のよ
うに記載されている。即ち、ハンドに重力のみがかかる
状態で、ロボットに複数のハンド姿勢を取らせ、各ハン
ド姿勢において力センサ出力を測定する。そしてハンド
の重量がWで、ハンドの重心位置がハンド座標系のGh
で表され、ドリフトをDとして、全て未知数とし、これ
を前記した各ハンド姿勢の出力値を基にして計算により
求めて、これを記憶しておく。ロボットが作業するとき
に、操作対象物とハンドとの間に作用する力を検出、測
定するときは、記憶されたW,Gh,Dを用いて計算を
行うことにより、ハンド重力の寄与と力センサのドリフ
トが除去された力・モーメントを検出することができ
る。
般的にはロボット先端と工具の間に6軸力センサを介在
させ、工具に作用する力とモーメントを力センサで検出
し、この力とモーメントの検出値をもとにロボットの力
制御を行なっている。前記した力センサが検出する力と
モーメントは、加工による負荷(以下負荷という)に工
具重量が重畳されたものの結果として検出される。従っ
て、精度の高い力制御を行おうとするときは、前記した
ような負荷と工具重量との重畳されたものの結果から工
具重量による力およびモーメントを除去したもの(以下
力検出補償という)で力制御を行う必要がある。特に工
具重量が負荷に対して無視できないほどの大きさになる
と、ことさら必要となる。特願昭62−74594号公
報には、ロボット装置の力センサ構成方法として次のよ
うに記載されている。即ち、ハンドに重力のみがかかる
状態で、ロボットに複数のハンド姿勢を取らせ、各ハン
ド姿勢において力センサ出力を測定する。そしてハンド
の重量がWで、ハンドの重心位置がハンド座標系のGh
で表され、ドリフトをDとして、全て未知数とし、これ
を前記した各ハンド姿勢の出力値を基にして計算により
求めて、これを記憶しておく。ロボットが作業するとき
に、操作対象物とハンドとの間に作用する力を検出、測
定するときは、記憶されたW,Gh,Dを用いて計算を
行うことにより、ハンド重力の寄与と力センサのドリフ
トが除去された力・モーメントを検出することができ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した先行
技術においては、次のような問題点があった。即ち、
(1)記載はしてないが、零点調整は常に所定の位置で
行うものと推定されるが、ロボットが制御情報として認
識している力センサ姿勢と実際の力センサ姿勢とは偏差
をもっており、零点調整した時からの力センサの姿勢変
化が大きくなるに従って累積誤差が大きくなる、(2)
ハンド姿勢を複数回変えての力センサの出力を測定し
て、その結果により工具の重量および重心位置を計算し
て求めるため、工具を交換する毎に前記した操作を行わ
ねばならない、というものである。本発明は、上記した
問題点を改善して、取扱いが容易で、しかも誤差が小さ
く精度の高い力制御を行うことのできる力検出補償を行
う力制御ロボットを提供することを目的とする。
技術においては、次のような問題点があった。即ち、
(1)記載はしてないが、零点調整は常に所定の位置で
行うものと推定されるが、ロボットが制御情報として認
識している力センサ姿勢と実際の力センサ姿勢とは偏差
をもっており、零点調整した時からの力センサの姿勢変
化が大きくなるに従って累積誤差が大きくなる、(2)
ハンド姿勢を複数回変えての力センサの出力を測定し
て、その結果により工具の重量および重心位置を計算し
て求めるため、工具を交換する毎に前記した操作を行わ
ねばならない、というものである。本発明は、上記した
問題点を改善して、取扱いが容易で、しかも誤差が小さ
く精度の高い力制御を行うことのできる力検出補償を行
う力制御ロボットを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は力検出補償を行
う力制御ロボットにおいて、ロボットの先端部に力セン
サと工具を備え、力センサからの力およびモーメントの
検出値を入力する力・モーメント入力手段と、予め、所
定工具の重量と重心位置とを記憶する重量記憶手段と、
ロボット基準座標に対する力センサの姿勢を入力する力
センサ姿勢入力手段と、任意姿勢の力センサの検出値を
零にする指令をするバイアス指令手段と、バイアス指令
手段の指令時のみの力センサ姿勢入力手段からの力セン
サ姿勢をバイアス姿勢として記憶するバイアス姿勢記憶
手段と、時々刻々の力センサ姿勢入力手段からの力セン
サ姿勢を現在姿勢として記憶する現在姿勢記憶手段と、
バイアス姿勢記憶手段からのバイアス姿勢を基準とし
て、現在姿勢記憶手段からの現在姿勢の姿勢変化を演算
する姿勢変化演算手段と、姿勢変化演算手段からの姿勢
変化と重量記憶手段からの所定工具の重量とで工具の重
力成分による重力補償値を演算する重力補償値演算手段
と、力・モーメント入力手段の検出値から、重力補償値
演算手段からの重力補償値を差し引く演算を行う重力補
償手段とを有し、重力補償手段にて演算した力・モーメ
ントによって力制御を行うことを特徴とするものであ
る。
う力制御ロボットにおいて、ロボットの先端部に力セン
サと工具を備え、力センサからの力およびモーメントの
検出値を入力する力・モーメント入力手段と、予め、所
定工具の重量と重心位置とを記憶する重量記憶手段と、
ロボット基準座標に対する力センサの姿勢を入力する力
センサ姿勢入力手段と、任意姿勢の力センサの検出値を
零にする指令をするバイアス指令手段と、バイアス指令
手段の指令時のみの力センサ姿勢入力手段からの力セン
サ姿勢をバイアス姿勢として記憶するバイアス姿勢記憶
手段と、時々刻々の力センサ姿勢入力手段からの力セン
サ姿勢を現在姿勢として記憶する現在姿勢記憶手段と、
バイアス姿勢記憶手段からのバイアス姿勢を基準とし
て、現在姿勢記憶手段からの現在姿勢の姿勢変化を演算
する姿勢変化演算手段と、姿勢変化演算手段からの姿勢
変化と重量記憶手段からの所定工具の重量とで工具の重
力成分による重力補償値を演算する重力補償値演算手段
と、力・モーメント入力手段の検出値から、重力補償値
演算手段からの重力補償値を差し引く演算を行う重力補
償手段とを有し、重力補償手段にて演算した力・モーメ
ントによって力制御を行うことを特徴とするものであ
る。
【0005】
【作用】本発明での力制御ロボットの力検出補償方法の
概要は、fr=fs−fw(θ)である。ここでfrは
正味の外部負荷、fsは力センサ出力値、fw(θ)は
重力補償項であり、(θ)はバイアス姿勢からの力セン
サの姿勢変化を示している。実際の外部負荷Fが作用し
ていない場合を説明する。まず、力センサの出力値fs
を任意の姿勢で零点調整する。この時、力センサの出力
値fs=0となる。同時に、零点調整した時点のロボッ
ト基準座標からの力センサ姿勢を記憶装置にバイアス姿
勢(θb)として記憶する。次に、零点調整直後の現在
の力センサ姿勢(θc)はバイアス姿勢(θb)と等し
いので力センサの姿勢変化(θ)は零であるため、手先
効果器の重量Wが存在しても重力補償項はfw(θ)=
0となる。この場合、正味外部負荷fr=fs−fw
(θ)=0となり、前提条件である外部負荷Fが作用し
ていないことと一致する。
概要は、fr=fs−fw(θ)である。ここでfrは
正味の外部負荷、fsは力センサ出力値、fw(θ)は
重力補償項であり、(θ)はバイアス姿勢からの力セン
サの姿勢変化を示している。実際の外部負荷Fが作用し
ていない場合を説明する。まず、力センサの出力値fs
を任意の姿勢で零点調整する。この時、力センサの出力
値fs=0となる。同時に、零点調整した時点のロボッ
ト基準座標からの力センサ姿勢を記憶装置にバイアス姿
勢(θb)として記憶する。次に、零点調整直後の現在
の力センサ姿勢(θc)はバイアス姿勢(θb)と等し
いので力センサの姿勢変化(θ)は零であるため、手先
効果器の重量Wが存在しても重力補償項はfw(θ)=
0となる。この場合、正味外部負荷fr=fs−fw
(θ)=0となり、前提条件である外部負荷Fが作用し
ていないことと一致する。
【0006】次に、力センサの姿勢がバイアス姿勢から
(θ)だけ変化した場合を説明する。 まず、姿勢が変
化したので手先効果器の重量Wによって力センサ出力値
fsは零とならず、バイアス姿勢(θb)からの姿勢変
化(θ)に比例したfs(θ)となる。ここでfs
(θ)は力センサ姿勢が(θ)だけ変化したときの、力
センサの出力値を示す。従ってfs(θ)=fsであ
り、この値は0ではない。一方、力センサの姿勢変化
(θ)は、{バイアス姿勢(θb)}−{力センサ姿勢
(θc)}≠0であるため、手先効果器の重量Wとの演
算で重力補償項fw(θ)≠0となり、演算上の正味外
部負荷fr=fs−fw(θ)=0となり、前提条件の
正味の外部負荷Fは作用していないことと一致する。
(θ)だけ変化した場合を説明する。 まず、姿勢が変
化したので手先効果器の重量Wによって力センサ出力値
fsは零とならず、バイアス姿勢(θb)からの姿勢変
化(θ)に比例したfs(θ)となる。ここでfs
(θ)は力センサ姿勢が(θ)だけ変化したときの、力
センサの出力値を示す。従ってfs(θ)=fsであ
り、この値は0ではない。一方、力センサの姿勢変化
(θ)は、{バイアス姿勢(θb)}−{力センサ姿勢
(θc)}≠0であるため、手先効果器の重量Wとの演
算で重力補償項fw(θ)≠0となり、演算上の正味外
部負荷fr=fs−fw(θ)=0となり、前提条件の
正味の外部負荷Fは作用していないことと一致する。
【0007】次に、力センサに外部負荷Fが作用した場
合を説明する。この時は、外部負荷Fが作用し、正味の
外部負荷frは0でなくなる。一方、姿勢変化で手先効
果器の重量Wによる力センサの力・モーメントの出力値
はfs(θ)≠0で、同時に外部負荷Fが作用している
ので、fs(F)≠0で、fs={外部負荷fs
(F)}+{姿勢変化(θ)に比例したfs(θ)}≠
0となる。姿勢変化後の現在の力センサ姿勢(θc)は
前記したバイアス姿勢(θb)と比較すると等しくな
く、力センサの姿勢変化は{バイアス姿勢(θb)}−
{力センサ姿勢(θc)}≠0となり、手先効果器の重
量Wとの演算で重力補償項fw(θ)≠0となり、前記
同様fs(θ)−fw(θ)=0であるため、fr=f
s−fw(θ)={fs(F)+fs(θ)}−fw
(θ)=fs(F)≠0となり、前提条件の正味の外部
負荷frは、fr=fs(F)≠0となり、外部負荷の
作用状況を把握できる。
合を説明する。この時は、外部負荷Fが作用し、正味の
外部負荷frは0でなくなる。一方、姿勢変化で手先効
果器の重量Wによる力センサの力・モーメントの出力値
はfs(θ)≠0で、同時に外部負荷Fが作用している
ので、fs(F)≠0で、fs={外部負荷fs
(F)}+{姿勢変化(θ)に比例したfs(θ)}≠
0となる。姿勢変化後の現在の力センサ姿勢(θc)は
前記したバイアス姿勢(θb)と比較すると等しくな
く、力センサの姿勢変化は{バイアス姿勢(θb)}−
{力センサ姿勢(θc)}≠0となり、手先効果器の重
量Wとの演算で重力補償項fw(θ)≠0となり、前記
同様fs(θ)−fw(θ)=0であるため、fr=f
s−fw(θ)={fs(F)+fs(θ)}−fw
(θ)=fs(F)≠0となり、前提条件の正味の外部
負荷frは、fr=fs(F)≠0となり、外部負荷の
作用状況を把握できる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図1、図2、図3に基づい
て説明する。図3は、本発明に供する力制御ロボットの
システムの構成を示す。図3において、1はロボット、
2はロボット1の手先先端に取り付けた力センサ、3は
力センサ2に取り付けた手先効果器であって、本例の場
合工具3Bと工具ホルダ3Aである。4はロボット1
と、力センサ2と電気的に接続したロボット制御盤であ
る。5はロボット基部に設定したロボット基準座標で静
止座標である。6は力センサ2に設定した力センサ座標
で、ここでは説明を容易にするため手先座標と同一の座
標とする(同一である必要はない)。7は手先効果器の
作業点であってTCP(Tool Center Point)で、8は
TCP7に設定した工具座標である。9は力制御対象ワ
ーク(以下、単にワークと言う)である。
て説明する。図3は、本発明に供する力制御ロボットの
システムの構成を示す。図3において、1はロボット、
2はロボット1の手先先端に取り付けた力センサ、3は
力センサ2に取り付けた手先効果器であって、本例の場
合工具3Bと工具ホルダ3Aである。4はロボット1
と、力センサ2と電気的に接続したロボット制御盤であ
る。5はロボット基部に設定したロボット基準座標で静
止座標である。6は力センサ2に設定した力センサ座標
で、ここでは説明を容易にするため手先座標と同一の座
標とする(同一である必要はない)。7は手先効果器の
作業点であってTCP(Tool Center Point)で、8は
TCP7に設定した工具座標である。9は力制御対象ワ
ーク(以下、単にワークと言う)である。
【0009】図1は、本発明の力制御ロボットの力検出
補償方法の構成を説明するための制御盤4内に設けたマ
イクロコンピュータ等のシステム(図示せず)での機能
ブロック図である。図1において、10は力センサ2へ
零点調整31を行わせるバイアス指令手段である。11
は通常ロボット1が制御している工具座標8から変換で
きる手先座標(ここでは力センサ座標6に同じ)の位置
と姿勢からロボット基準座標5と力センサ座標6との関
係を示す力センサ2の姿勢入力手段である。15は力セ
ンサ2が検出している力・モーメント35の入力手段で
ある。16は予め通常のMDI等でのデータ設定による
入力手段で風袋重量、重心位置を記憶する自重・重心記
憶手段である。
補償方法の構成を説明するための制御盤4内に設けたマ
イクロコンピュータ等のシステム(図示せず)での機能
ブロック図である。図1において、10は力センサ2へ
零点調整31を行わせるバイアス指令手段である。11
は通常ロボット1が制御している工具座標8から変換で
きる手先座標(ここでは力センサ座標6に同じ)の位置
と姿勢からロボット基準座標5と力センサ座標6との関
係を示す力センサ2の姿勢入力手段である。15は力セ
ンサ2が検出している力・モーメント35の入力手段で
ある。16は予め通常のMDI等でのデータ設定による
入力手段で風袋重量、重心位置を記憶する自重・重心記
憶手段である。
【0010】12は力センサ姿勢入力手段11から得ら
れた力センサ2の姿勢32を記憶するバイアス姿勢記憶
手段である。13は力センサ姿勢入力手段11から得ら
れた力センサ2の現在の姿勢33を記憶する現在姿勢記
憶手段である。
れた力センサ2の姿勢32を記憶するバイアス姿勢記憶
手段である。13は力センサ姿勢入力手段11から得ら
れた力センサ2の現在の姿勢33を記憶する現在姿勢記
憶手段である。
【0011】14はバイアス姿勢記憶手段12の力セン
サ2のバイアス姿勢34から現在姿勢記憶手段13の力
センサ2の現在姿勢40を差し引く姿勢変化演算手段で
ある。17は、自重・重心記憶手段16の自重または重
心位置41と姿勢変化演算手段14の姿勢変化分39を
演算し、重力補償値38を求める重力補償演算手段であ
る。18は力・モーメントの入力手段15の力・モーメ
ント37から重力補償値演算手段17の重力補償値38
を差し引き、正味の外部負荷36を求める重力補償演算
手段である。19はこの一連の重力補償を行う重力補償
手段である。
サ2のバイアス姿勢34から現在姿勢記憶手段13の力
センサ2の現在姿勢40を差し引く姿勢変化演算手段で
ある。17は、自重・重心記憶手段16の自重または重
心位置41と姿勢変化演算手段14の姿勢変化分39を
演算し、重力補償値38を求める重力補償演算手段であ
る。18は力・モーメントの入力手段15の力・モーメ
ント37から重力補償値演算手段17の重力補償値38
を差し引き、正味の外部負荷36を求める重力補償演算
手段である。19はこの一連の重力補償を行う重力補償
手段である。
【0012】図3において、12Aは力センサ座標6の
力制御開始直前のバイアス姿勢で、13Aは力センサ座
標6の力制御開始の現在姿勢で、13Bは力センサ座標
6の力制御終了の現在姿勢である。13Xは力センサ座
標6の力制御姿勢の13Aから13Bの区間の平均的姿
勢である。
力制御開始直前のバイアス姿勢で、13Aは力センサ座
標6の力制御開始の現在姿勢で、13Bは力センサ座標
6の力制御終了の現在姿勢である。13Xは力センサ座
標6の力制御姿勢の13Aから13Bの区間の平均的姿
勢である。
【0013】次に、上記構成の重力補償手段19を用い
て力制御ロボットの力検出の補償を行う方法について説
明する。図2は、本発明の力制御ロボットの力検出補償
方法の作用を説明するためのフローチャートである。ま
ず、予め教示してあるロボット1の動作プログラム30
(手先動作位置・姿勢、動作速度等)に従って、ロボッ
ト1を動作させる。この動作プログラム30には、ワー
ク9に手先効果器3の工具3BのTCP7が接触して力
制御する区間を開始姿勢13Aから終了姿勢13Bへ動
作するようにしてあるものとする。また、工具3BのT
CP7がワーク9と接触していない状態、すなわち、力
センサ座標6に外部負荷Fが作用していない力制御開始
直前の位置P1でバイアス姿勢12Aを教示しておく。
従ってロボット1の動作はバイアス調整位置(P1)1
2Aから力制御開始位置(P2)13A、力制御終了位
置(P3)13Bへと動作することになる。このバイア
ス姿勢12Aは、実際の力センサ座標6とロボット1が
制御情報として認識している内部力センサ座標6との姿
勢誤差による力制御誤差を小さくするため、力制御開始
姿勢13Aから力制御終了姿勢13Bの間の平均的姿勢
13Xと同等の姿勢とした方が好ましい。また、予め通
常のMDI等でのデータ設定による入力手段で風袋重量
W、その重心位置(gx、gy、gz)41を入力設定
し、自重・重心記憶手段16に記憶しておく。
て力制御ロボットの力検出の補償を行う方法について説
明する。図2は、本発明の力制御ロボットの力検出補償
方法の作用を説明するためのフローチャートである。ま
ず、予め教示してあるロボット1の動作プログラム30
(手先動作位置・姿勢、動作速度等)に従って、ロボッ
ト1を動作させる。この動作プログラム30には、ワー
ク9に手先効果器3の工具3BのTCP7が接触して力
制御する区間を開始姿勢13Aから終了姿勢13Bへ動
作するようにしてあるものとする。また、工具3BのT
CP7がワーク9と接触していない状態、すなわち、力
センサ座標6に外部負荷Fが作用していない力制御開始
直前の位置P1でバイアス姿勢12Aを教示しておく。
従ってロボット1の動作はバイアス調整位置(P1)1
2Aから力制御開始位置(P2)13A、力制御終了位
置(P3)13Bへと動作することになる。このバイア
ス姿勢12Aは、実際の力センサ座標6とロボット1が
制御情報として認識している内部力センサ座標6との姿
勢誤差による力制御誤差を小さくするため、力制御開始
姿勢13Aから力制御終了姿勢13Bの間の平均的姿勢
13Xと同等の姿勢とした方が好ましい。また、予め通
常のMDI等でのデータ設定による入力手段で風袋重量
W、その重心位置(gx、gy、gz)41を入力設定
し、自重・重心記憶手段16に記憶しておく。
【0014】ロボット制御盤4からコントロールされて
ロボット1が動作を開始すると、まず、ロボット1がバ
イアス位置(P1)12Aに位置決めされる。
ロボット1が動作を開始すると、まず、ロボット1がバ
イアス位置(P1)12Aに位置決めされる。
【0015】次に力センサ2をバイアス調整するため、
バイアス指令手段10を介し、バイアス指令31が出力
される。
バイアス指令手段10を介し、バイアス指令31が出力
される。
【0016】これが実行されると、手先効果器3の重力
・ドリフト等を含め、力センサ2の力・モーメント検出
値35は零となり零点調整が行われる。従って、力・モ
ーメントの入力手段15への入力値fs35は、fs=
(fxs、fys、fzs、mxs、mys、mzs)
T=0で全て零となる。
・ドリフト等を含め、力センサ2の力・モーメント検出
値35は零となり零点調整が行われる。従って、力・モ
ーメントの入力手段15への入力値fs35は、fs=
(fxs、fys、fzs、mxs、mys、mzs)
T=0で全て零となる。
【0017】同時に、ロボット基準座標5と力センサ座
標6との関係を示す力センサ2の姿勢を姿勢入力手段1
1で得、バイアス時の力センサ2のバイアス姿勢32を
記憶するバイアス姿勢記憶手段12へ格納する。バイア
ス姿勢(θb)32は次式で表される。
標6との関係を示す力センサ2の姿勢を姿勢入力手段1
1で得、バイアス時の力センサ2のバイアス姿勢32を
記憶するバイアス姿勢記憶手段12へ格納する。バイア
ス姿勢(θb)32は次式で表される。
【数1】
【0018】次に所定のサンプリングタイム毎に、ロボ
ット基準座標5と力センサ座標6との関係を示す力セン
サ2の現在の姿勢を姿勢入力手段11から得、現在の力
センサ2の現在姿勢を33記憶する現在姿勢記憶手段1
3へ格納する。現在姿勢(θc)33は次式で表され
る。
ット基準座標5と力センサ座標6との関係を示す力セン
サ2の現在の姿勢を姿勢入力手段11から得、現在の力
センサ2の現在姿勢を33記憶する現在姿勢記憶手段1
3へ格納する。現在姿勢(θc)33は次式で表され
る。
【数2】
【0019】そして、重力補償を行う重力補償手段19
で一連の演算を行い、外部から作用する外部負荷Fすな
わち重力補償した正味の力・モーメント36を監視し、
力制御にリアルタイムのデータとして供するのである。
この演算式はfr=fs−fw(θ)である。ここでf
rは正味の力・モーメント36で、fr=(fxr、f
yr、fzr、mxr、myr、mzr)Tである。f
sは力センサ出力37で、fs=(fxs、fys、f
zs、mxs、mys、mzs)Tである。fw(θ)
は重力補償項38で、(θ)はバイアス姿勢34からの
力センサの姿勢変化39を示している。重力補償のため
の重量Wに対する姿勢変化は重力方向のみであるから、
次式で示される。
で一連の演算を行い、外部から作用する外部負荷Fすな
わち重力補償した正味の力・モーメント36を監視し、
力制御にリアルタイムのデータとして供するのである。
この演算式はfr=fs−fw(θ)である。ここでf
rは正味の力・モーメント36で、fr=(fxr、f
yr、fzr、mxr、myr、mzr)Tである。f
sは力センサ出力37で、fs=(fxs、fys、f
zs、mxs、mys、mzs)Tである。fw(θ)
は重力補償項38で、(θ)はバイアス姿勢34からの
力センサの姿勢変化39を示している。重力補償のため
の重量Wに対する姿勢変化は重力方向のみであるから、
次式で示される。
【数3】 従って、次式で正味の力とモーメントfrを求める。
【数4】
【0020】まず、バイアス直後を説明する。力センサ
2の姿勢はバイアス姿勢12Aのままで、バイアス直後
のため力・モーメント35の入力手段15への入力値3
7は、fs=(fxs、fys、fzs、mxs、my
s、mzs)T=0で、全て零となる。また同時に、バ
イアス直後のため現在の力センサ2の現在姿勢33は、
(θc)=(nc oc ac)となり、バイアス姿勢
12Aの(θb)=(nb ob ab)のバイアス姿
勢32と等しく、重力に関するバイアス姿勢34と現在
姿勢40との差は、nzb−nzc=ozb−ozc=
azb−azc=0である。 従って、式4で右辺の第
1項の力センサ検出値37、第2項の重力補償項38
は、ともに零で、正味の外部負荷36は、fr=(fx
r、fyr、fzr、mxr、myr、mzr)T=0
で全て零となる。これは、力センサ座標6にTCP7か
らの外部負荷Fが作用せず力制御開始直前の位置P1で
バイアス姿勢12Aを教示して置いたため、外部負荷F
=0と一致し、正しい結果が得られた。
2の姿勢はバイアス姿勢12Aのままで、バイアス直後
のため力・モーメント35の入力手段15への入力値3
7は、fs=(fxs、fys、fzs、mxs、my
s、mzs)T=0で、全て零となる。また同時に、バ
イアス直後のため現在の力センサ2の現在姿勢33は、
(θc)=(nc oc ac)となり、バイアス姿勢
12Aの(θb)=(nb ob ab)のバイアス姿
勢32と等しく、重力に関するバイアス姿勢34と現在
姿勢40との差は、nzb−nzc=ozb−ozc=
azb−azc=0である。 従って、式4で右辺の第
1項の力センサ検出値37、第2項の重力補償項38
は、ともに零で、正味の外部負荷36は、fr=(fx
r、fyr、fzr、mxr、myr、mzr)T=0
で全て零となる。これは、力センサ座標6にTCP7か
らの外部負荷Fが作用せず力制御開始直前の位置P1で
バイアス姿勢12Aを教示して置いたため、外部負荷F
=0と一致し、正しい結果が得られた。
【0021】次に、力制御開始姿勢13Aに行くまでの
状況を説明する。まず、バイアス姿勢(θb)12Aと
力制御する開始姿勢13Aの力センサ2の姿勢は違うも
のとする。従って、力センサ2の姿勢はバイアス姿勢
(θb)12Aから時々刻々変化し、最後に現在の力セ
ンサ2の姿勢(θc)13Aに等しくなる。任意の位置
での現在の力センサ2の姿勢(θc)13Aは、前述の
現在姿勢33の(θc)=(nc oc ac)で表さ
れる。
状況を説明する。まず、バイアス姿勢(θb)12Aと
力制御する開始姿勢13Aの力センサ2の姿勢は違うも
のとする。従って、力センサ2の姿勢はバイアス姿勢
(θb)12Aから時々刻々変化し、最後に現在の力セ
ンサ2の姿勢(θc)13Aに等しくなる。任意の位置
での現在の力センサ2の姿勢(θc)13Aは、前述の
現在姿勢33の(θc)=(nc oc ac)で表さ
れる。
【0022】バイアス姿勢(θb)12Aも同様に、前
述のバイアス姿勢32の(θb)=(nb ob a
b)で表される。(θc)≠(θb)であるのでバイア
ス姿勢12Aからの重力方向の姿勢変化(θ)は次式で
表せる。 nzb−nzc=dnz≠0 ozb−ozc=doz≠0 azb−azc=daz≠0
述のバイアス姿勢32の(θb)=(nb ob a
b)で表される。(θc)≠(θb)であるのでバイア
ス姿勢12Aからの重力方向の姿勢変化(θ)は次式で
表せる。 nzb−nzc=dnz≠0 ozb−ozc=doz≠0 azb−azc=daz≠0
【0023】重力補償項38のfw(θ)は次式で表さ
れる。
れる。
【数5】
【0024】一方、力センサ2の姿勢(θ)が変化した
ので手先効果器3の重量Wによって力センサ2の力・モ
ーメント検出値35は零とならず、バイアス姿勢12A
からの姿勢変化(θ)に比例し、力・モーメント検出値
37はfs=fs(θ)≠0で次式で示す出力が得られ
る。
ので手先効果器3の重量Wによって力センサ2の力・モ
ーメント検出値35は零とならず、バイアス姿勢12A
からの姿勢変化(θ)に比例し、力・モーメント検出値
37はfs=fs(θ)≠0で次式で示す出力が得られ
る。
【数6】 従って、力センサ2の力・モーメント検出値37のfs
=fs(θ)は、重力補償項38のfw(θ)と同一と
なる。
=fs(θ)は、重力補償項38のfw(θ)と同一と
なる。
【0025】このように、力センサ2の姿勢(θ)が変
化しても手先効果器の自重Wによる力センサ2の力・モ
ーメント検出値37のfs(θ)は重力補償項38のf
w(θ)で補償され、力センサ2の姿勢がバイアス姿勢
(θb)12Aから力制御開始姿勢13Aになるまで正
味の外部負荷36はfr=fs−fw(θ)=0と無負
荷の状況を示すのである。
化しても手先効果器の自重Wによる力センサ2の力・モ
ーメント検出値37のfs(θ)は重力補償項38のf
w(θ)で補償され、力センサ2の姿勢がバイアス姿勢
(θb)12Aから力制御開始姿勢13Aになるまで正
味の外部負荷36はfr=fs−fw(θ)=0と無負
荷の状況を示すのである。
【0026】次に、力センサ2の姿勢が力制御開始姿勢
13Aとなる前後において、ワーク9に手先効果器3の
工具3BのTCP7が接触し始めるとワーク9から外部
負荷Fで力・モーメントを受けるようになる。力センサ
2がバイアス姿勢(θb)から力制御開始姿勢13Aに
なるまでの力・モーメント検出値fs(θ)に外部負荷
fs(r)が複合し、力・モーメント検出値37はfs
=fs(θ)+fs(r)となり、次式で示される。
13Aとなる前後において、ワーク9に手先効果器3の
工具3BのTCP7が接触し始めるとワーク9から外部
負荷Fで力・モーメントを受けるようになる。力センサ
2がバイアス姿勢(θb)から力制御開始姿勢13Aに
なるまでの力・モーメント検出値fs(θ)に外部負荷
fs(r)が複合し、力・モーメント検出値37はfs
=fs(θ)+fs(r)となり、次式で示される。
【数7】 これを数4で、重力補償すると力センサ2の姿勢(θ)
が変化しても手先効果器3の自重Wによる力センサの力
・モーメント検出値37のfs(θ)は前述のとおり重
力補償項38のfw(θ)で補償され、正味の外部負荷
36のfrはfr=fs(r)+fs(θ)−fw
(θ)=fs(r)となり、正しい正味の外部負荷Fに
よるのみの結果が得られる。
が変化しても手先効果器3の自重Wによる力センサの力
・モーメント検出値37のfs(θ)は前述のとおり重
力補償項38のfw(θ)で補償され、正味の外部負荷
36のfrはfr=fs(r)+fs(θ)−fw
(θ)=fs(r)となり、正しい正味の外部負荷Fに
よるのみの結果が得られる。
【0027】こうして、ロボット1がP1(姿勢12
A)からP2(姿勢13A)へ移動していくと、TCP
7とワーク9が接触し、力制御のために予め設定した力
・モーメントfに正味の外部負荷frが到達するとワー
ク9への接触動作を終了し、次の力センサ座標6の力制
御終了の現在姿勢13Bへ、力制御のために予め設定し
た力・モーメントfに正味の外部負荷frが追従するよ
うにロボット1が力制御されながら移動して所望の力制
御が行われる。この結果、ロボットの動作はバイアス調
整位置12Aから力制御開始位置13A、力制御終了位
置13Bへと移動して行くのである。この時、実際に力
制御される力・モーメントfは、TCP7における工具
座標8におけるものであるが、力センサ座標6と工具座
標8との関係は座標変換により可能である。
A)からP2(姿勢13A)へ移動していくと、TCP
7とワーク9が接触し、力制御のために予め設定した力
・モーメントfに正味の外部負荷frが到達するとワー
ク9への接触動作を終了し、次の力センサ座標6の力制
御終了の現在姿勢13Bへ、力制御のために予め設定し
た力・モーメントfに正味の外部負荷frが追従するよ
うにロボット1が力制御されながら移動して所望の力制
御が行われる。この結果、ロボットの動作はバイアス調
整位置12Aから力制御開始位置13A、力制御終了位
置13Bへと移動して行くのである。この時、実際に力
制御される力・モーメントfは、TCP7における工具
座標8におけるものであるが、力センサ座標6と工具座
標8との関係は座標変換により可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の力制御ロ
ボットの力検出補償方法よれば、バイアス調整したバイ
アス姿勢からの力センサの姿勢変化に応じて、力センサ
の姿勢が変化しても手先効果器の自重Wによる力センサ
の力・モーメント検出値fs(θ)を重力補償項fw
(θ)で補償するようにしたため、正味の外部負荷fr
=fs(r)+fs(θ)−fw(θ)=fs(r)と
なり、正しい正味の外部負荷のみの結果が得られた。本
発明によって、力センサを任意の姿勢でバイアス調整で
き、外部負荷による正味の力とモーメントを得ることで
きるようになり、バイアス調整のためにロボット基準座
標と力センサの座標を重力方向で一致させる余分なロボ
ット動作が無くなり、所定作業のサイクルが伸びない。
また、力制御途中の力センサ姿勢とほぼ同一姿勢で、力
制御開始直前にバイアス調整すれば姿勢変化{バイアス
姿勢(θb)−力センサ姿勢(θc)}は小さく手先効
果器の重量との演算で重力補償項fw(θ)が小さくな
る。この結果、実際の力センサ座標とロボット1が制御
情報で認識している内部力センサ座標との姿勢誤差に起
因する力制御精度の低下を防ぎ、基本機能である力制御
の信頼性を高めることができる。
ボットの力検出補償方法よれば、バイアス調整したバイ
アス姿勢からの力センサの姿勢変化に応じて、力センサ
の姿勢が変化しても手先効果器の自重Wによる力センサ
の力・モーメント検出値fs(θ)を重力補償項fw
(θ)で補償するようにしたため、正味の外部負荷fr
=fs(r)+fs(θ)−fw(θ)=fs(r)と
なり、正しい正味の外部負荷のみの結果が得られた。本
発明によって、力センサを任意の姿勢でバイアス調整で
き、外部負荷による正味の力とモーメントを得ることで
きるようになり、バイアス調整のためにロボット基準座
標と力センサの座標を重力方向で一致させる余分なロボ
ット動作が無くなり、所定作業のサイクルが伸びない。
また、力制御途中の力センサ姿勢とほぼ同一姿勢で、力
制御開始直前にバイアス調整すれば姿勢変化{バイアス
姿勢(θb)−力センサ姿勢(θc)}は小さく手先効
果器の重量との演算で重力補償項fw(θ)が小さくな
る。この結果、実際の力センサ座標とロボット1が制御
情報で認識している内部力センサ座標との姿勢誤差に起
因する力制御精度の低下を防ぎ、基本機能である力制御
の信頼性を高めることができる。
【図1】本発明の力制御ロボット実施するための構成を
説明するための機能ブロック図
説明するための機能ブロック図
【図2】本発明を用いてロボットの運転時の作用を説明
するための図
するための図
【図3】本発明を実施するための力制御ロボットのシス
テムの構成を示す図
テムの構成を示す図
1 ロボット 2 力センサ 3 手先効果器 5 ロボット基準座標 6 センサ座標 10 バイアス指令手段 11 力センサ姿勢入力手段 12 バイアス姿勢記憶手段 13 現在姿勢記憶手段 14 姿勢変化演算手段 15 力・モーメント入力手段 16 自重・重心記憶手段 17 重力補償値演算手段 18 重力補償演算手段 19 重力補償手段
Claims (1)
- 【請求項1】 ロボットの先端部に力センサと工具を備
え、力センサからの力およびモーメントの検出値を入力
する力・モーメント入力手段と、予め所定工具の重量と
重心位置とを記憶する重量・重心位置記憶手段と、ロボ
ット基準座標に対する力センサの姿勢を入力する力セン
サ姿勢入力手段と、任意姿勢の力センサの検出値を零に
する指令をするバイアス指令手段と、バイアス指令手段
の指令時のみの力センサ姿勢入力手段からの力センサ姿
勢をバイアス姿勢として記憶するバイアス姿勢記憶手段
と、 所定の時刻の力センサ姿勢入力手段からの力センサ姿勢
を現在姿勢として記憶する現在姿勢として記憶する現在
姿勢記憶手段と、 バイアス姿勢記憶手段からの力センサ姿勢バイアス姿勢
を基準として、現在姿勢記憶手段からの現在姿勢の姿勢
変化を演算する姿勢変化演算手段と、 姿勢変化演算手段からの姿勢変化と重量記憶手段からの
所定工具の重量とで工具の重力成分による重力補償値を
演算する重力補償値演算手段と、 力・モーメント入力手段の検出値から、重力補償値演算
手段からの重力補償値を差し引く演算を行う重力補償手
段とを有し、 重力補償手段にて演算した力・モーメントによって力制
御を行うことを特徴とする力検補償を行う力制御ロボッ
ト。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7129862A JP2681035B2 (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 力検出補償を行う力制御ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7129862A JP2681035B2 (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 力検出補償を行う力制御ロボット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08257975A true JPH08257975A (ja) | 1996-10-08 |
JP2681035B2 JP2681035B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=15020119
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7129862A Expired - Lifetime JP2681035B2 (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 力検出補償を行う力制御ロボット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2681035B2 (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001032366A1 (fr) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Sony Corporation | Systeme robot, dispositif de robot et sa garniture |
WO2006106943A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Thk Co., Ltd. | パワーアシスト制御装置およびその調整方法 |
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KR20210002278A (ko) * | 2019-06-28 | 2021-01-07 | 성균관대학교산학협력단 | 오토 캘리브레이션이 가능한 6축 힘/토크 센서 및 오토 캘리브레이션 방법 |
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CN117387834A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-12 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、***、电子设备和存储介质 |
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-
1995
- 1995-03-23 JP JP7129862A patent/JP2681035B2/ja not_active Expired - Lifetime
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CN117387834A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-12 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、***、电子设备和存储介质 |
CN117387834B (zh) * | 2023-12-04 | 2024-02-23 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、***、电子设备和存储介质 |
Also Published As
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---|---|
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