JPH0976184A - Control device of robot - Google Patents
Control device of robotInfo
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- JPH0976184A JPH0976184A JP25923195A JP25923195A JPH0976184A JP H0976184 A JPH0976184 A JP H0976184A JP 25923195 A JP25923195 A JP 25923195A JP 25923195 A JP25923195 A JP 25923195A JP H0976184 A JPH0976184 A JP H0976184A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、位置制御と柔軟制御を
切り替えながら作業を遂行するロボットの制御装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot controller for performing work while switching between position control and flexible control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４はロボットの関節の制御で従来から
良く用いられているモータの位置制御系を表す。位置制
御系では摩擦や外力に対抗して位置決めを行うため速度
制御ループゲインＫｖ、位置ループゲインＫｐをできる
だけ高く設定する。また、積分器１を比例ゲイン２と並
列に置くことによりさらにその特性が高まるよう制御が
行われている。このような制御方式により外力が作用す
る条件下でもロボットの手先を目標とする位置に正確に
位置決めを行うことができる。ところが上記のロボット
では、外部から大きな作用力が働きその力を吸収しなが
ら作業を行うような用途に対応することができない。た
とえば、ロボットに外部の機械から力が作用し柔軟に受
けとめるような作業や、ロボットにより部品を把持し押
しつけるような用途などにおいて、従来の位置制御ロボ
ットで作業を遂行しようとした場合、ＲＣＣやフロート
装置など機械的に柔軟な装置をロボット先端に取付ける
ことを必要としていた。これに対し、ロボットに特別な
装置を付加することなく柔軟な制御を行う方式として、
柔軟制御の指令が出れば、速度制御ループゲイン及び位
置ループゲインを低下させて柔軟制御に移行させる方式
が提案されている（特開平6-332538号公報参照）。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a position control system of a motor which has been often used conventionally for controlling robot joints. In the position control system, the speed control loop gain Kv and the position loop gain Kp are set as high as possible in order to perform positioning against friction and external force. Also, by placing the integrator 1 in parallel with the proportional gain 2, control is performed so that its characteristics are further enhanced. With such a control method, the hand of the robot can be accurately positioned at a target position even under the condition that an external force acts. However, the above robot cannot be applied to applications in which a large acting force acts from the outside to absorb the force and work is performed. For example, when trying to perform work with a conventional position control robot in a work in which a force is applied to the robot from an external machine to flexibly receive it, or in an application in which the robot grips and pushes a component, RCC or float It was necessary to attach a mechanically flexible device such as a device to the tip of the robot. On the other hand, as a method of performing flexible control without adding a special device to the robot,
A method has been proposed in which the speed control loop gain and the position loop gain are reduced to shift to the flexible control when a command for the flexible control is issued (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-332538).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、位置制御か
ら柔軟制御に変更すると、静的に作用する力、特に重力
の影響を大きく受ける。すなわち、柔軟な機能を生かし
始めると重力の作用によりロボットアームが重力方向に
落下して大きく姿勢が変化し、作業の遂行が困難になっ
ていた。また、柔軟制御から位置制御に移行する場合に
は、速度制御系の積分に値が蓄積するまでの間、重力方
向に落下したり、応答が安定しない等の問題を有してい
た。また柔軟制御中には位置指令の値とロボットの現在
位置が一致していない場合が多く、突然柔軟制御から位
置制御に移行するとロボットが急に位置指令値に収束す
るため、ロボットが周囲の物体に衝突したり、積分器の
リミットによるハンチングにより不安定な応答になるな
ど、非常に危険である等の問題を有していた。さらに、
ロボットの各軸を駆動する各軸毎の複数のサーボゲイン
をある関係を保ちながら調整する必要がある。さらに、
サーボ偏差が増大するとサーボモータの発生トルクが比
例的に増大するため、外界から作用する機械等のストロ
ークが大きな場合に対応できない。そこで、本発明は、
重力の影響を大きく受けることなく、両制御間のスムー
ズな移行を実現する装置を提供することを目的とする。However, when the position control is changed to the soft control, the force that acts statically, especially the influence of gravity, is greatly affected. That is, when the flexible function is started to be utilized, the action of gravity causes the robot arm to drop in the direction of gravity and the posture of the robot arm is greatly changed, making it difficult to perform the work. Further, when the control is changed from the flexible control to the position control, there are problems such as falling in the direction of gravity and unstable response until the value is accumulated in the integral of the speed control system. In addition, during flexible control, the position command value and the current position of the robot often do not match, and when the control suddenly shifts from flexible control to the position control value, the robot suddenly converges to the position command value. There was a problem that it was extremely dangerous, such as a collision with the vehicle and an unstable response due to hunting due to the limit of the integrator. further,
It is necessary to adjust a plurality of servo gains for each axis that drives each axis of the robot while maintaining a certain relationship. further,
When the servo deviation increases, the torque generated by the servo motor increases proportionally, so that it is not possible to cope with a large stroke of a machine or the like acting from the outside. Therefore, the present invention is
An object of the present invention is to provide a device that realizes a smooth transition between the two controls without being greatly affected by gravity.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、 ロボット動作中に位置制御と柔軟制御を切り換える手段
を有するロボットの制御装置において、 位置制御から柔軟制御に移行するときは、速度制御系の
積分動作を中止するとともに、その積分動作の出力値を
実際のロボットアームの関節角度、ロボットのリンク質
量及び重心位置に基づいて算出された重力補償値に置き
換えることを特徴とするものである。また、柔軟制御か
ら位置制御に復帰するときは、現在位置を指令位置とす
ることを特徴とするものである。さらにまた、柔軟制御
から位置制御に復帰するときは、実際のロボットアーム
の関節角度に基づいて算出された重力補償値を、前記速
度制御系の積分値としてセットすることを特徴とするも
のである。前記位置制御と柔軟制御の切り替えは、速度
制御系の出力値、すなわちトルク指令値を制限すること
により行うことも特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a robot controller having means for switching between position control and flexible control during robot operation. , It is characterized in that the integration operation of the speed control system is stopped and the output value of the integration operation is replaced with the gravity compensation value calculated based on the actual joint angle of the robot arm, the link mass of the robot, and the position of the center of gravity. It is a thing. Moreover, when returning from the flexible control to the position control, the present position is set as the command position. Furthermore, when returning from the flexible control to the position control, the gravity compensation value calculated based on the actual joint angle of the robot arm is set as the integral value of the speed control system. . The switching between the position control and the flexible control is also performed by limiting the output value of the speed control system, that is, the torque command value.
【０００５】[0005]
【作用】上記手段により、重力の影響を大きく受けるこ
となく、両制御間のスムーズな移行を実現できる。By the above means, a smooth transition between the two controls can be realized without being greatly affected by gravity.
【０００６】[0006]
【実施例】本発明の実施例を示すブロック図を図示して
説明する。図１は本発明の第１の実施例である。図にお
いて、１は位置指令作成部、２は位置ループゲイン、３
は速度ループゲイン、４は比例器、５は積分器、６はメ
モリ、７はリミッタ、８はトルク指令、９はアンプ、１
０は各関節を駆動するモータ、１１はモータ位置、１２
は微分器、１３はモータ速度、１４〜１６はスイッチで
ある。この制御系において、位置制御時はスイッチ１４
が閉、スイッチ１５が開の状態で行われる。位置制御の
速度制御系において加速トルクが０に近い場合、積分器
５に蓄積されている値は定常的にアームに作用している
力である。したがって、急激な運動を行っていないロボ
ットアームの制御系では、積分器５の値は摩擦と重力の
加え合わされた値である。従って、位置制御から柔軟制
御に移行する場合、この値をメモリ６に保存し、柔軟制
御の補償トルクとして別に補償することで、重力バラン
スを保ちながら連続性に柔軟な特性に移行することがで
きる。柔軟制御時にはスイッチ１４が開、スイッチ１５
が閉の状態で行われる。柔軟制御時にはトルクリミット
を低減（もしくは公知のゲインを低減することを用いて
もよい）により外力に対して柔軟な特性をとることがで
きる。重力はメモリに保存された値により補償される。
柔軟制御から位置制御へ移行する場合は、柔軟制御移行
時に保存されたメモリ６の値が再び積分器５の初期値と
してセットされる。位置制御から柔軟制御に移行した後
のロボットの変形量が大きくない場合には積分値の変化
は少なく、スムーズに位置制御へ移行する。このとき、
同時に位置指令も現在値で作りなおす（スイッチ１６が
閉じる）ことにより、急激なロボットのアームの運動な
どを伴わず安定的に両制御間を移行させる点が本発明の
特徴である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A block diagram showing an embodiment of the present invention will be shown and described. FIG. 1 is a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a position command generator, 2 is a position loop gain, and 3 is
Is a velocity loop gain, 4 is a proportional device, 5 is an integrator, 6 is a memory, 7 is a limiter, 8 is a torque command, 9 is an amplifier, 1
0 is a motor for driving each joint, 11 is a motor position, 12
Is a differentiator, 13 is a motor speed, and 14 to 16 are switches. In this control system, the switch 14 is used during position control.
Is closed and the switch 15 is open. When the acceleration torque is close to 0 in the speed control system for position control, the value accumulated in the integrator 5 is the force that is constantly acting on the arm. Therefore, in the control system of the robot arm that does not perform abrupt movement, the value of the integrator 5 is a value obtained by adding friction and gravity. Therefore, when shifting from the position control to the flexible control, this value is stored in the memory 6 and separately compensated as the compensation torque of the flexible control, so that the continuity can be shifted to the flexible characteristic while maintaining the gravity balance. . Switch 14 opens and switch 15 during flexible control
Is performed in a closed state. At the time of soft control, the torque limit is reduced (or a known gain may be reduced) to obtain a flexible characteristic with respect to an external force. Gravity is compensated by the value stored in memory.
When shifting from the flexible control to the position control, the value stored in the memory 6 at the time of shifting the flexible control is set again as the initial value of the integrator 5. When the amount of deformation of the robot after the transition from the position control to the flexible control is not large, the change in the integral value is small and the position control smoothly proceeds. At this time,
At the same time, the position command is recreated with the current value (the switch 16 is closed), so that a stable transition between the two controls is achieved without abrupt movement of the robot arm.
【０００７】第１の実施例でも重力は一応補償される
が、さらに積極的に演算により補償する第２の実施例を
図２に示す。図において、１７は重力演算部、１８は重
力パラメータ部である。重力はあらかじめ測定により求
められ、重力パラメータ部１８に記憶されている重力パ
ラメータと、ロボットアームの現在の関節角の計測値か
ら重力演算部１７で演算する。位置制御から柔軟制御に
移行する場合はスイッチ１４は開、スイッチ１５は閉の
状態になり積分補償から重力演算値の補償に切り替わ
る。第１の実施例ではその補償値は固定であったが、本
例では、ロボットアームの現在の関節角度に応じて変化
するので精度が向上する。逆に柔軟制御から位置制御に
移行する場合、その時の重力演算値は積分器５の初期値
としてセットされる。また位置指令値は第１の実施例と
同様にスイッチ１６が閉じることにより現在値により再
作成され、スムーズに位置制御に変化する。柔軟制御時
に大きな質量の物体を把持するときには、重力補償値と
して受け取る物体の重力分を加味して積分値の設定を行
う。In the first embodiment, gravity is also compensated for the time being, but FIG. 2 shows a second embodiment in which the gravity is more actively compensated. In the figure, 17 is a gravity calculation unit, and 18 is a gravity parameter unit. The gravity is obtained by measurement in advance, and is calculated by the gravity calculator 17 from the gravity parameter stored in the gravity parameter unit 18 and the measured value of the current joint angle of the robot arm. When shifting from the position control to the flexible control, the switch 14 is opened and the switch 15 is closed, and the integral compensation is switched to the compensation of the gravity calculation value. In the first embodiment, the compensation value is fixed, but in the present embodiment, the accuracy is improved because it changes according to the current joint angle of the robot arm. On the contrary, when shifting from the flexible control to the position control, the gravity calculation value at that time is set as the initial value of the integrator 5. In addition, the position command value is recreated by the current value when the switch 16 is closed as in the first embodiment, and the position control is smoothly changed to the position control. When grasping an object having a large mass during flexible control, the integral value is set in consideration of the gravity of the object received as the gravity compensation value.
【０００８】２自由度ロボットでの具体的実施例を図３
に示して本発明の動作を説明する。制御系は前述の第１
の実施例であるものとする。図３は、ロボットおよびロ
ボットに力を作用させる物体の位置関係および制御方法
の変化を示す。は位置制御での動作状態、は位置制
御から力制御に移行する状態、は柔軟制御時に物体が
あたった状態、は柔軟制御時に物体から押される状
態、は柔軟制御から位置制御に移行する状態、で位
置制御で動く状態を示している。位置制御では、速度制
御系は通常の比例積分制御を実行する（状態）。柔軟
制御に移行する前に積分値をメモリに保存し、積分器を
無効にし、リミッタを低レベルに切り替える（状態
）。物体から押される間は積分制御は行わず、アーム
の重力分はメモリの値で補償が行われる。またトルクの
リミッタは通常より小さく抑えられ、モータにより発生
するトルクに比較し外部より押される力が大きい場合に
は、アームは外部の力により動かされる（状態）。
位置制御に戻る場合はメモリに保存された値を積分の初
期値として設定すると共に、現在のエンコーダの値を指
令値に置き換える。A concrete example of the two-degree-of-freedom robot is shown in FIG.
The operation of the present invention will be described with reference to FIG. The control system is the above-mentioned first
Of the present invention. FIG. 3 shows a positional relationship between a robot and an object that exerts a force on the robot and changes in a control method. Is a state of operation in position control, is a state of shifting from position control to force control, is a state of being hit by an object during flexible control, is a state of being pushed by an object during flexible control, is a state of shifting from flexible control to position control, Shows the state of moving with position control. In position control, the speed control system executes normal proportional-plus-integral control (state). Store the integrated value in memory before shifting to the flexible control, disable the integrator, and switch the limiter to low level (state). The integral control is not performed while the object is being pushed, and the gravity of the arm is compensated by the value in the memory. Further, the torque limiter is suppressed smaller than usual, and when the force pushed from the outside is larger than the torque generated by the motor, the arm is moved by the outside force (state).
When returning to the position control, the value stored in the memory is set as the initial value of integration, and the current encoder value is replaced with the command value.
【０００９】柔軟制御から位置制御に復帰する場合には
次の２種類の状態が考えられる。 1)外力の作用がなくなりロボットが初期姿勢に近づいて
いる場合（状態で位置制御に移行する場合） 2)外力が作用し続けロボットが変形状態にある場合（状
態で位置制御に移行する場合）When returning from the flexible control to the position control, the following two kinds of states can be considered. 1) When the external force does not act and the robot is approaching the initial posture (when shifting to position control in the state) 2) When the robot is in a deformed state where external force continues to act (when shifting to position control in the state)
【００１０】1)の状態での位置指令は力が作用する以前
の値であるため、現在値との偏差により、ロボットは外
力が作用する前の位置に近づいて停止している場合であ
る。しかし、通常は制御の状態では摩擦力によりかなり
の偏差を伴って静止している。従って、エンコーダの現
在値を指令値として再生成することにより、急激なアー
ムの動きを伴うことなくスムーズな位置制御への移行を
行うことが可能になる。Since the position command in the state of 1) is a value before the force is applied, the robot is stopped near the position before the external force is applied due to the deviation from the current value. However, normally, in the control state, it is stationary with a considerable deviation due to frictional force. Therefore, by regenerating the current value of the encoder as the command value, it becomes possible to perform a smooth shift to the position control without abrupt arm movement.
【００１１】2)の状態でも位置指令の再作成を行った後
位置制御に移ることにより、物体がアームにふれている
状態でも連続的に位置制御に移行することができる。以
上、図５ではロボットが外部から作用する力により動か
される場合の例を述べたが、ロボットが柔軟制御の状態
で自ら動き外部に力を作用しながら、柔軟に変形する場
合も上記の内容と同様なことがいえる。Even in the state of 2), by recreating the position command and then shifting to the position control, it is possible to continuously shift to the position control even when the object is touching the arm. The example in which the robot is moved by the force acting from the outside has been described above with reference to FIG. 5, but when the robot moves by itself in the flexible control state and acts on the outside to be deformed flexibly, The same can be said.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、柔
軟制御と位置制御間のスムーズな移行が可能となる。こ
の結果、柔軟に物体を取り出しながら次行程で正確な位
置決めを必要とする作業や、物体の把持を行った後、は
め合いを行うような物体の組み付け作業を専用の力吸収
のための治具を用いることなく遂行することができる。
このように位置制御、柔軟制御それぞれの制御特性を利
用した巧みな作業が可能になる。As described above, according to the present invention, a smooth transition between the flexible control and the position control is possible. As a result, the jig for absorbing force is dedicated to the work that requires accurate positioning in the next process while flexibly taking out the object, and the work of assembling the object such that the object is gripped and then fitted. Can be performed without using.
In this way, skillful work using the control characteristics of the position control and the flexible control becomes possible.
【図１】本発明の第１の実施例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例を示す図FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の動作を説明する図FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
【図４】従来例を示す図FIG. 4 is a diagram showing a conventional example.
【符号の説明】 １…位置指令作成部、２…位置ループゲイン、３…速度
ループゲイン、４…比例器、５…積分器、６…メモリ、
７…リミッタ、８…トルク指令、９…アンプ、１０…各
関節を駆動するモータ、１１…モータ位置、１２…微分
器、１３…モータ速度、１４〜１６…スイッチ、１７…
重力演算部、１８…重力パラメータ部。[Explanation of Codes] 1 ... Position command creating unit, 2 ... Position loop gain, 3 ... Velocity loop gain, 4 ... Proportional unit, 5 ... Integrator, 6 ... Memory,
7 ... Limiter, 8 ... Torque command, 9 ... Amplifier, 10 ... Motor driving each joint, 11 ... Motor position, 12 ... Differentiator, 13 ... Motor speed, 14-16 ... Switch, 17 ...
Gravity calculation section, 18 ... Gravity parameter section.
Claims (5)
切り換える手段を有するロボットの制御装置において、 位置制御から柔軟制御に移行するときは、速度制御系の
積分動作を中止するとともに、その積分動作の出力値を
実際のロボットアームの関節角度、ロボットのリンク質
量及び重心位置に基づいて算出された重力補償値に置き
換えることを特徴とするロボットの制御装置。1. In a robot controller having means for switching between position control and flexible control during robot operation, when the control is shifted from position control to flexible control, the integral operation of the speed control system is stopped and the integral operation is performed. The robot controller is characterized in that the output value of is replaced with a gravity compensation value calculated based on the actual joint angle of the robot arm, the link mass of the robot, and the position of the center of gravity of the robot.
は、前記重力補償値に、そのワークの質量を加味するこ
とを特徴とする請求項１記載のロボットの制御装置。2. The control device for a robot according to claim 1, wherein in the case of a work in which the robot grips a work, the mass of the work is added to the gravity compensation value.
切り換える手段を有するロボットの制御装置において、 柔軟制御から位置制御に復帰するときは、現在位置を指
令位置とすることを特徴とするロボットの制御装置。3. A robot controller having means for switching between position control and flexible control during robot operation, wherein the current position is set as a command position when returning from flexible control to position control. Control device.
いて算出された重力補償値を、前記速度制御系の積分値
としてセットすることを特徴とする請求項２記載のロボ
ットの制御装置。4. The robot controller according to claim 2, wherein a gravity compensation value calculated based on an actual joint angle of the robot arm is set as an integral value of the speed control system.
速度制御系の出力値、すなわちトルク指令値を制限する
ことにより行うものである請求項１，２，または３記載
のロボットの制御装置。5. The switching between the position control and the flexible control is performed by
4. The robot control apparatus according to claim 1, wherein the control is performed by limiting the output value of the speed control system, that is, the torque command value.
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