JPS6297005A

JPS6297005A - 多関節ロボツトの制御装置

Info

Publication number: JPS6297005A
Application number: JP60235216A
Authority: JP
Inventors: Makoto Otsu; 誠大津; Tomiji Yoshida; 吉田　富治; Masanaga Sasaki; 佐々木　正祥; Ichiro Kato; 一郎加藤; Atsuo Takanishi; 淳夫高西
Original assignee: Waseda University; Hitachi Ltd
Current assignee: Waseda University; Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1987-05-06

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は多関節ロボットの制御装置に係り、特に多関節
ロボットが物体の把持作業を行う場合において、柔らか
い物体を変形少なく把持すること、及び多関節ロボット
（脚機構）が歩行を行う場合に、床面の凹凸によって転
倒せず安定に歩行するのに好適な多関節ロボットの制御
装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の制御装置は特開昭５９−１８１９４号公報に記載
されたように、各種の償号がロボットに入力されると、
ロボットの動作モードが動作状態からつエイト状態への
切換やその逆の動作状態の切換を行うようにした制御装
置を備えたものがある。また、特開昭５８−４７３１０
号公報記載されたもののように、ロボットの把持部に接
触検出器を取付け、その検出信号によりロボットの位置
決め制御をするようにした装置を備えたものがある。

このように従来装置はロボット動作モードの切換を行う
場合でも、位置フィードバック制御等制御シーケンスは
固定であり、ロボットの実質的な動作の切換のみにとど
まっていた。したがって、ロボットの作業内容が複雑形
状で柔かい物体をパレタイジングする場合には、専用の
把持装置を開発する必要があり、各種の複雑形状物を取
扱うことを考慮した装置はなかった。

〔発明の目的〕本発明の目的は、多関節ロボットが、作業環境の変化や
作業対象の複雑化に対応することを可能とし、高機能多
関節ロボットの作業範囲を拡大することにある。

〔発明の概要〕

本発明は多関節ロボットの制御装置において。

周囲の環境情報あるいは操作者の指令を取込むことによ
り、多関節ロボットの制御系の特性を作業中に自動的←
切換え、制御系の切換前後でまったく別個のロボットと
して機能させるようにしたものである。すなわち、各種
検出器あるいは操作者の指令により１位置フィードバッ
ク制御がらカフィードバック制御等あるいは速度フィー
ドバック制御に切換える可変フィードバック機構を具備
した点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を多関節型２足歩行ロボットと、
柔軟物のパレタイジング作業を行うマニピュレータを例
にとり説明する。

第１図にて足歩行ロボットの外形を示す。２足歩行ロボ
ットは、人間の腰部に相当する位置に、腰ピッチ１と腰
ロール２の２軸が設けられ、膝部には、藤ピッチ３の一
軸５足首部には足首ピッチ４、足首ロール５の２軸、さ
らに方向を変えるための方向転換ヨー軸６の１軸にて片
足が構成されている。各関節軸には、駆動用の油圧揺動
アクチュエータ１０．さらに油圧揺動アクチュエータ］
０のシャフトに、カップリング１１を介して角度検出器
１２、油圧揺動アクチュエータの動作を制御する流体制
御素子であるサーボ弁１３が取付けられている。また、
油圧揺動アクチュエータ１ｏに入力される油圧の圧力Ｐ
ＣＩ及びＰＣ２を検出し、その結果から関節に作用する
負荷を求める（第２図）。

油圧源９．９’　、９’は、腰部にさらにその上に断熱
材８を間に挟んで制御装置９が設置される。

油圧源とサーボ弁との間は、柔軟性を持つ配管ホースが
１関節に、供給、戻り、ドレンの３本がさらに制御装置
９、サーボ弁１３および角度検出器１２との間は、信号
ケーブルが接続される。油圧源は、油圧ポンプモータ９
、油圧タンク９′およびリリーフ弁９′等のアクセサリ
−から構成され、ロボットを駆動するために必要な圧力
、流址を供給する。制御装置７は、ロボットの歩行動作
を決定する情報を処理するマイクロコンピュータと、流
体制御素子であるサーボ弁１３を駆動制御するサーボア
ンプより構成される。油圧源と制御装置の間には、油圧
ポンプモータの発熱の影響を制御装置が受けない様に断
熱材８が設けである。

第２図に、２足歩行ロボットの制御系統図を示す。マイ
クロコンピュータより出方された角度指令信号は、サー
ボアンプにて増幅され、サーボ弁に伝達される。サーボ
弁１３は、油圧源より供給された油流量をその内部に組
込まれているスプールにて調整するとともに、油の流れ
方向を切換える働きをもち、油圧揺動アクチュエータ１
ｏの駆動方向及び駆動量を調節する。油圧揺動アクチュ
エータ１０の動作角度は、角度検出器１２にて検出し、
角度情報は、たえずサーボアンプにフィードバックされ
る、サーボアンプは、マイクロコンピュータの角度情報
と角度検出器１２がらのフィードバック情報を比較し、
その偏差分を補正する方向にサーボ弁を駆動させる信号
を出方する。この制御系をブロック図に示したものが第
３図である。

第３図によると出力角度θと設定角度□。どの差を求め
微分回路Ｃにより微分し、その結果を位置制御ゲインＡ
により比例倍し、積分回路りにより積分する。こうして
求めた新しい出力角度θが再びロボットに出力されると
ともに上述の演算処理を行い制御する位置フィードバッ
ク制御系となっている。

ここで、２足歩行ロボットの歩行方法について第４図に
より説明する。

第４図は、ロボットの歩行例の１つである千鳥足歩行の
歩行概念図である。第４図では関節Ｊを・印で、また、
関節間を結んだ直線によってロボットの躯体を、足底板
１６を長方形で表した。

歩行は動作ステップＩから始まり、動作ステップ■で１
歩分の歩行動作が終了する。

まず、動作ステップ■はロボットが右足Ｒで立ち、左足
りを後方に浮かせている状態である。この状態から動作
ステップ■の状態までの動作で左足りを前方に振り出す
、したがって、動作ステップＩ〜■では右足Ｒがロボッ
トの自重を支持しているため、右足に大きな負荷が作用
しているが・左足りは空中に浮いているため、この左足
には殆んど負荷は作用していない。さらにこの動作を行
うと左足りが前方に振り出されるため、右足Ｒ１特に右
足首４，５には左足りの動作にともなって発生する慣性
力が大きな負荷変動として作用する。

次の動作ステップＶ〜■はロボットの自重を支える足を
右足Ｒから左足りへ切換える動作を行うステップである
。したがって、床面の凹凸がロボットの安定性に対して
非常に大きな外乱として作用するため、両足首４，５に
対して激しい負荷変動となる。

このような負荷条件及び周囲連環条件が決定した場合、
前述の位置フィードバック制御が最適となるのは負荷が
軽く位置精度が問題となる空中に浮いている動作ステッ
プＩ〜■の左足りである。

また、動作ステップＩ〜■の右足Ｒと動作ステップ７〜
１間の両足Ｒ，Ｌは床面等がらの影響に対応するため、
単純な位置フィードバック制御では、不充分であり、カ
フィードバック制御が最適である。この結果より、制御
系が位置フィードバック制御とカフィードバック制御と
で切換えられる制御装置を発明した。その制御ブロック
図が第５図である。

足が空中に悪いている場合は開閉器Ｅによりカフィード
バック制御系Ｆを切離し、第３図と同等の位置フィード
バック制御系となる。ここで、接地センサ１５から接地
情報が制御装置７に入力されると開閉器Ｅが動作し、カ
フィードバック制御系Ｆが連結される。

この結果、足が空中に浮いている場合は、高速に、足が
接地している場合は床面の凹凸にも対応可能でかつ安定
な制御系が実現でき、２足歩行ロボット装置が転倒しな
いで安定歩行をする効果がある。

次に、第２の実施例としてマニピュレータを取上げ説明
する。

第６図はマニピュレータの外形図である。マニピュレー
タは駆動制御装置１７にベース部２１が組合されている
。さらに、ベース部２１に上腕部２２と前腕部２４，２
５、手首部２６，２７、把持部２８，２９が取付けられ
ている。駆動制御装置には駆動源３５と制御装置３４が
組込まれており、この装置が駆動機構１８．１９を駆動
し、ベース部２１を回転する。同様の駆動機構２０゜２
３．３０〜３２が各腕部に組立てられており、それぞれ
の関節が回動する構造となっている。さらに１把持部２
８は把持部＠２９を駆動する駆動装置３３は把持装置に
作用する外的な負荷を検出する検出器３６で構成されて
いる。

パレタイジング時のマニピュレータの動作について考え
る。パレタイジングはゆで卵をなべから取出し、机の上
に並べる作業とする。

ゆで卵は非常に柔かい物であり、大きい力を作用させる
と割れてしまうものであり、かつ各ゆで卵の形状はまち
まちである。このため、マニピュレータによって把握す
るためには位置フィードバック制御は不適な対象であり
、カフィードバック制御を行う必要がある。その反面、
テーブルの上に卵を置いた後に卵が転動してしまわない
ように把持部によって行う位置決め動作は位置フィード
バック制御が適している。

このような制御に対応する制御ブロック図が第７図であ
る。

卵を柔らかく把握する場合は、設定把握力で。′と実際
の把握力τ′との差を求め、その結果を力制御ゲインＢ
′と微分回路Ｃ′、積分回路Ｄ′。

Ｄ′で処理し出力角度θを決定している。一方、卵の位
置決め動作を行う場合は、上記の場合から開閉器Ｅ’　
、Ｅ″を切換え、第３図の制御ブロックに相当する制御
系となる。

以上のように本発明を適用することにより、ゆで卵を割
らずにパレタイジングすることが可能となる。

本発明の実施例によれば、従来固定であった制御系の機
能を自動的に変更することができるので多関節ロボット
の最適制御が可能となるにのため、多関節ロボットの高
機能化、汎用化、高速制御及び安定制御の実現、さらに
、多関節ロボットの小型軽量化、耐久性の向上及び経済
性の向上などの効果が得られる。

上記の効果を２足歩行ロボット装置について具体的に説
明する。

２足歩行ロボットでは、接地情報により、制御系を位置
フィードバック制御とカフィードバック制御との間で自
動的に切換えることができる。したがって、床面の凹凸
や他方の足の影響など周囲環境条件に柔軟に対応するこ
とができる最適制御が可能となる。このため、２足歩行
ロボットは種種の床面（斜面等も含む）に適応できるた
め、高機能化、汎用化を図ることができる。また、床面
の凹凸にもかかわらず、転倒せずに安定に歩行すること
もできるので、歩行速度を高速化することが可能である
。さらに、最適制御が可能となることから、アクチュエ
ータの小型化、これに伴ってロボットの躯体も小型軽量
化することができる。

この結果、ロボットの各摺動部に作用する負荷が軽減さ
れるので、各部品の寿命が長くなり、経済的である。加
えて、ロボットを小型軽量化できるため、材料の使用量
が減少する等の効果もある。

マニピュレータについても同様の効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、検出器からのデータ、あるいは指令装置から
の入力データに応じて位置フィードバック制御、カフィ
ードバック制御及び速度フィードバック制御のいずれか
ら切換える可変フィードバック機構を備えているので、
多関節ロボットが、作業環境の変化や作業対象の複雑化
に対応可能となり、高機能多関節ロボットの作業範囲を
拡大することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を説明するための図
で、第１図は２足歩行ロボットの正面図。第２図は第１図の２足歩行ロボットの制御系統図５第３
図は第１図の２足歩行ロボットの位置フィードバック制
御ブロック図、第４図は第１図の２足歩行ロボットが千
鳥足歩行を行った場合の歩行概念図、第５図は２足歩行
ロボットの制御ブロック図、第６図〜第７図は本発明の
第２の実施例を説明する図で、第６図はマニピュレータ
装置の正面外形図、第７図は第６図のマニピュレータの
制御ブロック図である。１・・・腰ピッチ軸、２・・・腰ロール軸、３・・・膝
ピッチ軸、４・・・足首ピッチ軸、５・・・足首ロール
軸、６・・・方向転換ヨー軸、７・・・制御装置、８・
・・断熱板、９・・・油圧ポンプ・モータ、９′・・・
油タンク、９′・・・アキュムレータ、１０・・・油圧
揺動アクチュエータ、１１・・・カップリング、１２・
・・ポテンショメータ、１３・・・サーボ弁、１４・・
・油圧センサ、１５・・・接地センサ、１６・・・足底
板。　　　　　　　　　　　６．　　、代理人　弁理士
　小川勝馬・−− 早　ｌ　目第　２　口第　５　口第　ふ　リ

Claims

【特許請求の範囲】１、関節機構と制御装置と負荷検出器とを備えた多関節
ロボットにおいて、前記負荷検出器からのデータに応じ
て位置フィードバック制御、力フィードバック制御およ
び速度フィードバック制御のいずれかに切換える可変フ
ィードバック機構を備えたことを特徴とする多関節ロボ
ット制御装置。２、関節機構と制御装置と接触検出器とを備えた多関節
ロボットにおいて、前記接触検出器からのデータに応じ
てフィードバック制御、力フィードバック制御および速
度フィードバック制御のいずれかに切換える可変フィー
ドバック機構を備えたことを特徴とする多関節ロボット
の制御装置。３、関節機構と制御装置と近接検出器とを備えた多関節
ロボットにおいて、前記近接検出器からのデータにより
、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御お
よび力フィードバック制御を切換える可変フィードバッ
ク機構を備えたことを特徴とする多関節ロボットの制御
装置。４、関節機構と制御装置と指令装置とを備えた多関節ロ
ボットにおいて、前記指令装置からの入力データに応じ
て位置フィードバック制御、力フィードバック制御およ
び速度フィードバック制御を切換える可変フィードバッ
ク機構を備えたことを特徴とする多関節ロボットの制御
装置。