JP2001038664A - Robot arm impedance control device - Google Patents
Robot arm impedance control deviceInfo
- Publication number
- JP2001038664A JP2001038664A JP11221431A JP22143199A JP2001038664A JP 2001038664 A JP2001038664 A JP 2001038664A JP 11221431 A JP11221431 A JP 11221431A JP 22143199 A JP22143199 A JP 22143199A JP 2001038664 A JP2001038664 A JP 2001038664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joint
- arm
- hand
- force
- external force
- 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
- Manipulator (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、周囲の環境と接触
する可能性のある作業等に好適なロボットアームのイン
ピーダンス制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an impedance control device for a robot arm which is suitable for operations that may come into contact with the surrounding environment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ロボットアームにインピーダンス
制御を施す場合、図４に示す従来のロボットアームのイ
ンピーダンス制御装置のブロック図のように、アーム１
０１の手先部に取付けた力センサ１０２から手先部に作
用する、力、モーメント等の外力を計測し、設定した手
先部仮想インピーダンス１０６から手先部の逃げ量を算
出する方式や、図５に示すトルクセンサを用いたロボッ
トアームのインピーダンス制御装置のブロック図のよう
に、各関節部の根元に取付けた、例えば、磁歪型等のト
ルクセンサ５０１から各関節部に加わるトルクを計測
し、その関節トルク情報を基に、設定した関節部仮想イ
ンピーダンスから各関節の逃げ量を算出する方式などが
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, when performing impedance control on a robot arm, as shown in a block diagram of a conventional robot arm impedance control device shown in FIG.
5, a method of measuring an external force such as a force and a moment acting on the hand portion from the force sensor 102 attached to the hand portion of No. 01, and calculating the escape amount of the hand portion from the set hand portion virtual impedance 106, and FIG. As shown in the block diagram of the impedance control device of the robot arm using the torque sensor, the torque applied to each joint is measured from a torque sensor 501 of, for example, a magnetostrictive type attached to the base of each joint. There is a method of calculating a relief amount of each joint from the set joint virtual impedance based on the information.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、図４のように、アーム手先部に力セン
サ１０２を取り付け、手先部に作用する力を計測してイ
ンピーダンス制御を行う場合、アーム根元側が環境と接
触すると、接触時の外力が計測できないため回避動作を
行えないという問題があった。また、図５のように、ア
ーム関節部にトルクセンサ５０１を取り付け、各関節に
加わるトルクを計測しインピーダンス制御を行う場合、
駆動部の摩擦等のロスにより微小な力を計測するのが難
しく、動作時のアーム自身の慣性力の影響が大きくて適
切な回避動作が難しいという問題があった。そこで、本
発明は、環境とロボットアームがどの部分で接触して
も、適切な回避動作を行うことができるロボットアーム
のインピーダンス制御装置を提供することを目的として
いる。However, in the above-mentioned conventional example, as shown in FIG. 4, when the force sensor 102 is attached to the arm tip and the impedance control is performed by measuring the force acting on the hand tip, When the root side comes into contact with the environment, there is a problem that the avoidance operation cannot be performed because the external force at the time of the contact cannot be measured. In addition, as shown in FIG. 5, when the torque sensor 501 is attached to the arm joints, the torque applied to each joint is measured, and impedance control is performed.
There is a problem that it is difficult to measure a small force due to a loss of friction or the like of the driving unit, and the influence of the inertia force of the arm itself during operation is large, so that it is difficult to perform an appropriate avoidance operation. Therefore, an object of the present invention is to provide a robot arm impedance control device that can perform an appropriate avoidance operation regardless of where the environment and the robot arm come into contact.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、ロボットアームに複数種
類取付けられた外力計測用センサの情報をもとに、各関
節を力制御するロボットアームのインピーダンス制御装
置において、外力計測用センサ情報から各関節部に加わ
るトルクを分離し、設定された関節部仮想インピーダン
スからアーム関節部の逃げ量を算出する関節変位算出部
と、前記外力計測用センサ情報から手先部に加わる力を
分離し、設定された手先部仮想インピーダンスからアー
ム手先部の逃げ量を算出する手先変位算出部とを有して
いる。このロボットアームのインピーダンス制御装置に
よれば、外力計測用センサ情報から手先部に加わる力を
分離して手先部仮想インピーダンスからアーム手先部の
逃げ量を算出し、一方で、外力計測用センサ情報から各
関節部に加わるトルクを分離し、関節部仮想インピーダ
ンスからアーム関節部の逃げ量を算出して手先部の逃げ
量に加算しサーボコントローラに角度指令として与えて
アームを駆動するので、アームがどの部分で環境に接触
しても適切な回避動作を実現できる。また、請求項２に
記載の発明は、前記外力計測用センサ情報を全て各関節
部に加わるトルクに変換し、設定された関節部仮想イン
ピーダンスからアーム関節部逃げ量を算出する関節変位
算出部を有している。このロボットアームのインピーダ
ンス制御装置によれば、外力計測用センサ情報から手先
部に加わる力をトルクに変換し、各関節部に加わる力も
関節トルクに変換して両トルクを加算し、関節部仮想イ
ンピーダンスからアーム関節部の逃げ量を算出してサー
ボコントローラを駆動するので、アーム手先部を含め各
関節部の逃げ量（角度指令値）による回避動作が実現で
きる。また、請求項３に記載の発明は、前記外力計測用
センサ情報を全て手先部に加わる力に変換し、設定され
た手先部仮想インピーダンスからアーム手先部の逃げ量
を算出する手先変位算出部を有すしている。このロボッ
トアームのインピーダンス制御装置によれば、外力計測
用センサ情報から手先部に加わる力と、各関節部に加わ
る力を手先作用力に変換した力とを加算して、手先部仮
想インピーダンスからアーム手先部の逃げ量を算出し、
各関節の角度指令としてサーボコントローラを駆動する
ので、アーム関節部についても手先部の逃げ量（位置指
令値）による回避動作が実現できる。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, each joint is force-controlled based on information of external force measuring sensors attached to a plurality of types of robot arms. In the impedance control device of the robot arm, a joint displacement calculating unit that separates torque applied to each joint from the sensor information for external force measurement, calculates a relief amount of the arm joint from the set joint virtual impedance, and the external force measurement A hand displacement calculator for separating the force applied to the hand from the sensor information for use and calculating the amount of clearance of the arm hand from the set hand virtual impedance. According to this robot arm impedance control device, the force applied to the hand portion is separated from the external force measurement sensor information, and the escape amount of the arm hand portion is calculated from the hand portion virtual impedance. The torque applied to each joint is separated, the clearance of the arm joint is calculated from the joint virtual impedance, added to the clearance of the hand, and given to the servo controller as an angle command to drive the arm. Appropriate avoidance operation can be realized even if the part comes into contact with the environment. According to a second aspect of the present invention, there is provided a joint displacement calculating unit that converts all of the sensor information for external force measurement into torque applied to each joint, and calculates an arm joint escape from the set joint virtual impedance. Have. According to the impedance control device of this robot arm, the force applied to the hand portion is converted into torque from the sensor information for external force measurement, the force applied to each joint is also converted to joint torque, and the two torques are added. Since the servo controller is driven by calculating the relief amount of the arm joint from, the avoidance operation by the relief amount (angle command value) of each joint including the arm tip can be realized. According to a third aspect of the present invention, there is provided a hand displacement calculator for converting all the external force measurement sensor information into a force applied to the hand, and calculating a relief amount of the arm hand from the set hand impedance. I have. According to this robot arm impedance control device, the force applied to the hand portion from the external force measurement sensor information and the force obtained by converting the force applied to each joint into a hand action force are added, and the arm is calculated from the hand portion virtual impedance. Calculate the escape amount of the hand,
Since the servo controller is driven as an angle command for each joint, the avoidance operation of the arm joint can be realized by the clearance (position command value) of the fingertip.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図を参照して説明する。図１は本発明の第１の
実施の形態に係るロボットアームのインピーダンス制御
装置のブロック図である。図１において、１０１はアー
ム、１０２はアーム手先部に作用する外力を計測する力
センサ、１０３はアーム部１０１等に作用する接触外力
の大きさと作用位置を計測する、１個〜複数個設けられ
た接触センサである。１０４はアーム１０１を駆動する
モータ、１０５はモータ１０４の回転角を検出する回転
角検出計、１０６は手先作用力情報をアーム１０１の手
先位置変位に変換する手先変位算出部、１０７はアーム
部作用接触力を関節外乱トルクに変換する接触外力→関
節トルク変換部、１０８は関節外乱トルクをアーム１０
１の関節角度変位に変換する関節変位算出部、１０９は
無負荷時のアーム１０１の手先位置を設定する手先釣り
合い位置設定部、１１０は加算装置、１１１はアーム１
０１の手先位置から関節角度を算出する逆運動学計算
部、１１２は加算装置、１１３は角度指令に基づきモー
タ１０４を制御するサーボコントローラである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an impedance control device for a robot arm according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes an arm, 102 denotes a force sensor for measuring an external force acting on the arm tip, and 103 denotes one to a plurality of sensors for measuring the magnitude and acting position of a contact external force acting on the arm 101 and the like. Contact sensor. Reference numeral 104 denotes a motor for driving the arm 101; 105, a rotation angle detector for detecting the rotation angle of the motor 104; 106, a hand displacement calculation unit for converting hand force information into a hand position displacement of the arm 101; A contact external force → joint torque converter for converting a contact force into a joint disturbance torque, 108
1 is a joint displacement calculating unit that converts the joint angular displacement into 1; 109 is a hand balancing position setting unit that sets the hand position of the arm 101 under no load; 110 is an adder; 111 is the arm 1
Inverse kinematics calculator 112 for calculating the joint angle from the hand position 01, adder 112, and servo controller 113 for controlling motor 104 based on the angle command.
【０００６】つぎに動作について説明する。先ず、手元
に取付けられた外力計測用センサ（力センサ）１０２に
よって計測された手先作用力は、手先変位算出部１０６
に入力され、環境との接触を伴うマニピュレータの力制
御用のインピーダンス制御（又はコンプライアンス制
御）に伴う、機械インピーダンス（仮想慣性、仮想粘
性、仮想剛性）として設定された手先部仮想インピーダ
ンスの値（Ｊｅ、ｄｅ、ｋｅ）を用いて、手先の変位量
に変換される。この手先変位量は、加算装置１１０によ
って手先釣り合い位置設定部１０９の手先釣り合い位置
（接触前の無負荷時のアーム１０１の手先釣り合い位
置）と加算され、手先位置の指令値が算出される。そし
て算出された手先位置指令は、逆運動学計算部１１１で
各関節の角度指令に変換される。又、アーム表面に作用
する接触外力の大きさと、作用位置を計測する接触セン
サ１０３によって計測されたアームの接触外力は、接触
外力→関節トルク変換部１０７においてヤコビアン行列
等により関節トルクに変換され、関節変位算出部１０８
に入力する。関節変位算出部１０８は設定された関節部
仮想インピーダンスの値（Ｊｊ、ｄｊ、ｋｊ）から各関
節の変位量（変位角を出力）を算出する。この各関節の
変位量は加算装置１１２で、逆運動学計算部１１１から
の各関節の角度指令と加算され、サーボコントローラ１
１３に入力する。サーボコントローラ１１３では、入力
した角度指令と回転角検出計１０５により検出した角度
情報との差を比較してモータ１０４を制御する。なお、
アーム表面に作用する接触外力を計測する接触センサ１
０３が、接触外力の大きさのみしか計測できない圧力セ
ンサの場合は、関節トルク変換部１０７は接触外力の大
きさと、接触センサ１０３の検出位置の代表点の情報か
ら関節部外乱トルクを算出する。また、本実施の形態で
は、関節部に加わるトルクの計測手段として、アーム表
面に取付けた接触センサ１０３（高感度圧力センサ）を
用いたので、従来のトルクセンサによる計測の場合のア
ームの慣性力の影響、微小な力の計測不能といった問題
は改善された。また、センサについては接触センサの
他、関節軸に取付けたトルクセンサ、感圧センサ等の各
種センサを複合することで検出精度を上げるようにし
て、関節部トルクの計測を行うことも可能である。但
し、関節軸トルクセンサを用いる場合は、先のようなア
ーム自身の動作による慣性力の影響や、手先作用力の関
節部への影響をそれぞれ補正する必要がある。又、各種
センサを複合して関節部トルクを計測する場合には、各
種センサの干渉部を補正する必要がある。このように、
本実施の形態によれば、各センサからの情報を、各関節
に加わるトルクと手先に加わる力に分離し、各々に設定
された仮想インピーダンスからアームの逃げ量を算出す
ることにより、アームがどの部分で環境に接触しても適
切な回避動作を実現できる。Next, the operation will be described. First, the hand acting force measured by the external force measuring sensor (force sensor) 102 attached to the hand is calculated by a hand displacement calculating unit 106.
And the value of the hand tip virtual impedance (Je) set as the mechanical impedance (virtual inertia, virtual viscosity, virtual rigidity) accompanying the impedance control (or compliance control) for manipulator force control involving contact with the environment , De, ke) is converted to the amount of hand displacement. This hand displacement amount is added to the hand balance position of the hand balance position setting unit 109 (the hand balance position of the arm 101 at the time of no load before contact) by the addition device 110, and the command value of the hand position is calculated. Then, the calculated hand position command is converted into an angle command for each joint by the inverse kinematics calculation unit 111. Further, the magnitude of the contact external force acting on the arm surface and the contact external force of the arm measured by the contact sensor 103 measuring the acting position are converted into joint torque by a Jacobian matrix or the like in the contact external force → joint torque converter 107, Joint displacement calculator 108
To enter. The joint displacement calculating unit 108 calculates a displacement (outputs a displacement angle) of each joint from the set value of the joint virtual impedance (Jj, dj, kj). The displacement amount of each joint is added to the angle command of each joint from the inverse kinematics calculation unit 111 by an adding device 112, and the servo controller 1
Input to 13. The servo controller 113 controls the motor 104 by comparing the difference between the input angle command and the angle information detected by the rotation angle detector 105. In addition,
Contact sensor 1 for measuring external contact force acting on the arm surface
When 03 is a pressure sensor that can measure only the magnitude of the contact external force, the joint torque converter 107 calculates the joint disturbance torque from the magnitude of the contact external force and information on the representative point of the detection position of the contact sensor 103. Further, in the present embodiment, the contact sensor 103 (high-sensitivity pressure sensor) attached to the arm surface is used as a means for measuring the torque applied to the joint, so that the inertial force of the arm in the case of measurement by the conventional torque sensor is used. The problem of the effect of the measurement and the inability to measure small forces has been improved. As for the sensor, it is also possible to measure the joint torque by increasing the detection accuracy by combining various sensors such as a torque sensor and a pressure sensor attached to the joint shaft, in addition to the contact sensor. . However, when the joint axis torque sensor is used, it is necessary to correct the influence of the inertial force due to the operation of the arm itself and the effect of the hand acting force on the joint as described above. Further, when measuring the joint torque by combining various sensors, it is necessary to correct the interference part of the various sensors. in this way,
According to the present embodiment, information from each sensor is separated into a torque applied to each joint and a force applied to the hand, and the amount of escape of the arm is calculated from the virtual impedance set for each. Appropriate avoidance operation can be realized even if the part comes into contact with the environment.
【０００７】次に、本発明の第２の実施の形態について
図を参照して説明する。図２は本発明の第２の実施の形
態に係るロボットアームのインピーダンス制御装置のブ
ロック図である。図２において、２０１は手先部に取付
けた力センサ１０２により計測した手先作用力Ｆｅを、
各関節トルクτｅに変換する力→トルク変換部、２０２
はその加算装置、２０３は関節釣り合い角度設定部、２
０４は加算装置である。なお、その他の図１と同一構成
には同一符号を付して、重複する説明は省略する。つぎ
に動作について説明する。先ず、アーム表面に作用する
接触外力の大きさと作用位置を計測する接触センサ１０
３によって計測された接触外力は、接触外力→関節トル
ク変換部１０７において関節トルクτｊに変換される。
一方、手先に取付けられた外力計測用力センサ１０２に
よって計測された手先作用力は、力トルク変換部２０１
に入力され、以下の式（１）による演算を行って各関節
に加わるトルクτｅに変換される。 τｅ＝ＪT Ｆｅ 式（１） ここで、Ｆｅは手先作用力を、ＪT はアームの転置ヤコ
ビアンを、τｅは各関節に加わるトルクを、それぞれ表
す。この関節トルクτｅは、接触外力→関節トルク変換
部１０７で変換された関節トルクτｊと、加算装置２０
２において加算され、関節変位算出部１０８に入力され
る。関節変位算出部１０８は設定された関節部仮想イン
ピーダンスの値（Ｊｊ、ｄｊ、ｋｊ）から各関節の変位
量を算出する。この各関節変位量は加算装置２０４によ
って関節釣り合い角度設定部２０３の釣り合い角度と加
算され、各関節の角度指令値が算出される。このように
して算出した関節角度指令は、サーボコントローラ１１
３へ入力し、サーボコントローラ１１３は角度指令と回
転角検出計１０５で検出した角度情報との差を比較し
て、モータ１０４を制御する。このように、第２の実施
の形態によれば、センサ情報を全て関節トルクに変換
し、トルク対応の関節部仮想インピーダンスの値（Ｊ
ｊ、ｄｊ、ｋｊ）だけを用いる変位量算出方法により、
手先作用力Ｆｅも一旦関節トルクτｅに変換した後に、
関節トルクτｊに加算して、トルク対応の関節変位量
（角度指令）を算出しているので、逆運動学計算部１１
１も必要なく、第１の実施の形態のように、手先作用力
対応の手先部仮想インピーダンスの値（Ｊｅ、ｄｅ、ｋ
ｅ）と、関節部仮想インピーダンスの値（Ｊｊ、ｄｊ、
ｋｊ）の両方を用いる必要がなく、関節部仮想インピー
ダンスの値（Ｊｊ、ｄｊ、ｋｊ）のみで関節変位量を算
出する方式により、アームのどの部分で環境と接触して
も適切な回避動作が可能になると同時に、簡略化、コス
トの削減等も図れる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram of a robot arm impedance control device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 201 denotes a hand acting force Fe measured by the force sensor 102 attached to the hand portion,
Force for converting each joint torque τe → torque converter 202
Is an adding device, 203 is a joint balancing angle setting unit, 2
04 is an adding device. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Next, the operation will be described. First, a contact sensor 10 for measuring the magnitude and position of an external contact force acting on the arm surface
3 is converted into a joint torque τj by the contact external force → joint torque converter 107.
On the other hand, the hand acting force measured by the external force measuring force sensor 102 attached to the hand is a force torque conversion unit 201.
, And is converted into a torque τe applied to each joint by performing an operation according to the following equation (1). τe = J T Fe Equation (1) Here, Fe represents the hand force, J T represents the transposed Jacobian of the arm, and τe represents the torque applied to each joint. This joint torque τe is calculated by adding the joint torque τj converted by the contact external force → joint torque converter 107 to the adder 20.
2 and are input to the joint displacement calculating unit 108. The joint displacement calculation unit 108 calculates the displacement of each joint from the set value of the joint virtual impedance (Jj, dj, kj). Each joint displacement is added to the balance angle of the joint balance angle setting unit 203 by the adding device 204, and the angle command value of each joint is calculated. The joint angle command calculated in this manner is transmitted to the servo controller 11.
3 and the servo controller 113 controls the motor 104 by comparing the difference between the angle command and the angle information detected by the rotation angle detector 105. As described above, according to the second embodiment, all the sensor information is converted into joint torque, and the value of the joint virtual impedance (J
j, dj, kj) using a displacement amount calculation method,
After the hand force Fe is also converted into the joint torque τe,
Since the joint displacement amount (angle command) corresponding to the torque is calculated by adding to the joint torque τj, the inverse kinematics calculation unit 11
1 as in the first embodiment, and the value (Je, de, k) of the hand tip virtual impedance corresponding to the hand action force as in the first embodiment.
e) and the value of the joint virtual impedance (Jj, dj,
kj) does not need to be used, and the joint displacement amount is calculated using only the joint virtual impedance value (Jj, dj, kj). At the same time, simplification and cost reduction can be achieved.
【０００８】次に、本発明の第３の実施の形態について
図を参照して説明する。図３は本発明の第３の実施の形
態に係るロボットアームのインピーダンス制御装置のブ
ロック図である。図３において、３０１は接触センサ１
０３によって計測し、接触外力→関節トルク変換部１０
７で変換された関節トルクτｊを、手先部に作用する力
Ｆｊに変換するトルク→力変換部、３０２は加算装置で
ある。なお、その他の図１と同一構成には同一符号を付
して重複する説明は省略する。つぎに動作について説明
する。アーム表面に作用する接触外力の大きさと作用位
置を計測する接触センサ１０３によって計測された接触
外力は、接触外力→関節トルク変換部１０７において関
節トルクτｊに変換される。この関節トルクτｊはトル
ク→力変換部３０１に入力されて、以下の式（２）によ
る演算を行って手先作用力Ｆｊに変換される。 Ｆｊ＝Ｊ-Tτｊ （２） ここで、τｊは各関節に加わるトルクを、Ｊ-Tはアーム
の転置逆ヤコビアンを、Ｆｊは手先作用力を、それぞれ
表す。この変換された手先作用力Ｆｊは、手先に取付け
た力センサ１０２によって計測された手先作用力Ｆｅと
加算装置３０２で加算され、手先変位算出部１０６に入
力して設定された手先部仮想インピーダンスの値（Ｊ
ｅ、ｄｅ、ｋｅ）から、手先位置の変位量を算出する。
この手先変位量は加算装置１１０によって手先釣り合い
位置設定部１０９の釣り合い位置と加算され、手先位置
の指令値が算出される。この手先位置指令は逆運動学計
算部１１１により各関節の角度指令に変換され、サーボ
コントローラ１１３に入力し、サーボコントローラ１１
３は角度指令と回転角検出計１０５で検出した角度情報
との差を比較してモータ１０４を制御する。このよう
に、第３の実施の形態によれば、センサ情報を全て手先
作用力に変換し、手先作用力対応の手先部仮想インピー
ダンスの値（Ｊｅ、ｄｅ、ｋｅ）だけを用いる変位量算
出方法により、関節トルクτｊも一旦、作用力Ｆｊに変
換した後に、手先作用力Ｆｅに加算して、手先部作用力
対応の位置指令値を算出して各関節の角度指令に変換し
ているので、手先部仮想インピーダンスの値（Ｊｅ、ｄ
ｅ、ｋｅ）のみで関節変位量を算出する方式によって、
アームのどの部分で環境と接触しても適切な回避動作が
可能になると同時に、簡略化、コスト削減等も図れる。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram of a robot arm impedance control device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes the contact sensor 1
03, the contact external force → joint torque converter 10
7, a torque-to-force converter 302 for converting the joint torque τj converted into the force Fj acting on the hand portion is an adder. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Next, the operation will be described. The contact external force measured by the contact sensor 103 that measures the magnitude and the position of the external contact force acting on the arm surface is converted into a joint torque τj by the contact external force → joint torque conversion unit 107. The joint torque τj is input to the torque-force conversion unit 301, and is converted into a hand-acting force Fj by performing an operation according to the following equation (2). Fj = J -T τj (2) Here, τj represents a torque applied to each joint, J -T represents an inverted transposed Jacobian of the arm, and Fj represents a hand force. The converted hand force Fj is added to the hand force Fe measured by the force sensor 102 attached to the hand by the adder 302, and is input to the hand displacement calculator 106 to calculate the hand tip virtual impedance. Value (J
e, de, ke), the displacement of the hand position is calculated.
This hand displacement amount is added to the balance position of the hand balance position setting unit 109 by the adding device 110, and the command value of the hand position is calculated. The hand position command is converted into an angle command for each joint by the inverse kinematics calculation unit 111, and is input to the servo controller 113.
Reference numeral 3 controls the motor 104 by comparing the difference between the angle command and the angle information detected by the rotation angle detector 105. As described above, according to the third embodiment, all the sensor information is converted into the hand force, and the displacement amount calculation method using only the value (Je, de, ke) of the hand virtual impedance corresponding to the hand force is used. Thus, the joint torque τj is also temporarily converted into the acting force Fj, and then added to the hand acting force Fe to calculate the position command value corresponding to the hand acting force, which is converted into the angle command of each joint. Hand tip virtual impedance value (Je, d
e, ke) to calculate the joint displacement amount only
Even if any part of the arm comes into contact with the environment, an appropriate avoidance operation can be performed, and at the same time, simplification and cost reduction can be achieved.
【０００９】[0009]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロボットアームに複数種類取付けられた外力計測用セン
サの情報を基に、各関節を力制御するロボットアームの
インピーダンス制御装置において、各センサからの情報
を、各関節に加わるトルクと手先に加わる力に分離し、
各々に設定された仮想インピーダンスからアームの逃げ
量を算出することで、アームがどの部分で環境に接触し
ても適切な回避動作を実現できるという効果がある。ま
た、外力計測用のセンサ情報を全て各関節部に加わるト
ルク、若しくは手先に加わる力に変換し、設定された仮
想インピーダンスから逃げ量を算出することによって、
アームがどの部分で環境に接触しても適切な回避行動が
可能になると共に、回路構成、制御等の簡略化とコスト
の削減が図れるという効果がある。As described above, according to the present invention,
Based on the information of external force measurement sensors attached to the robot arm, the impedance control device of the robot arm that controls each joint based on the information from the external force measurement sensors, the information from each sensor is used to determine the torque applied to each joint and the force applied to the hand. Separate and
By calculating the escape amount of the arm from the virtual impedance set for each, there is an effect that an appropriate avoidance operation can be realized even if the arm contacts the environment in any part. Also, by converting all sensor information for external force measurement into torque applied to each joint or force applied to the hand, and calculating the amount of escape from the set virtual impedance,
Even if the arm comes into contact with the environment in any part, an appropriate avoidance action can be performed, and the circuit configuration and control can be simplified and the cost can be reduced.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るロボットアー
ムのインピーダンス制御装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a robot arm impedance control device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るロボットアー
ムのインピーダンス制御装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a robot arm impedance control device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るロボットアー
ムのインピーダンス制御装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a robot arm impedance control device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】従来のロボットアームのインピーダンス制御装
置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a conventional impedance control device for a robot arm.
【図５】従来のトルクセンサを用いたロボットアームの
インピーダンス制御装置のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a conventional robot arm impedance control device using a torque sensor.
１０１ アーム １０２ 力センサ １０３ 接触センサ １０４ モータ １０５ 回転角検出計 １０６ 手先変位算出部 １０７ 接触外力→関節トルク変換部 １０８ 関節変位算出部 １０９ 手先釣り合い位置設定部 １１０、１１２、２０２、２０４、３０２ 加算装置 １１１ 逆運動学計算部 １１３ サーボコントローラ ２０１ 力→トルク変換部 ２０３ 関節釣り合い角度設定部 ３０１ トルク→力変換部 101 Arm 102 Force Sensor 103 Contact Sensor 104 Motor 105 Rotation Angle Detector 106 Hand Displacement Calculator 107 Contact External Force → Joint Torque Converter 108 Joint Displacement Calculator 109 Hand Balance Position Setting Unit 110, 112, 202, 204, 302 Addition Device 111 Inverse kinematics calculation unit 113 Servo controller 201 Force → torque conversion unit 203 Joint balance angle setting unit 301 Torque → force conversion unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F059 BA02 BC10 CA05 CA06 DA05 DA09 DC02 DC04 DE04 FB13 FC03 5H269 AB33 BB14 CC09 GG06 JJ18 NN07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3F059 BA02 BC10 CA05 CA06 DA05 DA09 DC02 DC04 DE04 FB13 FC03 5H269 AB33 BB14 CC09 GG06 JJ18 NN07
Claims (3)
外力計測用センサの情報をもとに、各関節を力制御する
ロボットアームのインピーダンス制御装置において、 外力計測用センサ情報から各関節部に加わるトルクを分
離し、設定された関節部仮想インピーダンスからアーム
関節部の逃げ量を算出する関節変位算出部と、前記外力
計測用センサ情報から手先部に加わる力を分離し、設定
された手先部仮想インピーダンスからアーム手先部の逃
げ量を算出する手先変位算出部とを有することを特徴と
するロボットアームのインピーダンス制御装置。1. An impedance control device for a robot arm for force-controlling each joint based on information from a plurality of types of external force measurement sensors attached to the robot arm, the torque applied to each joint from the external force measurement sensor information. And a joint displacement calculator for calculating the amount of relief of the arm joint from the set joint virtual impedance, and a force applied to the hand from the external force measurement sensor information, and the set hand virtual impedance And a hand displacement calculator for calculating a relief amount of the arm hand from the robot arm.
部に加わるトルクに変換し、設定された関節部仮想イン
ピーダンスからアーム関節部逃げ量を算出する関節変位
算出部を有することを特徴とする請求項１記載のロボッ
トアームのインピーダンス制御装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a joint displacement calculating unit that converts all of the external force measurement sensor information into torque applied to each joint, and calculates an arm joint escape amount from a set joint virtual impedance. The impedance control device for a robot arm according to claim 1.
に加わる力に変換し、設定された手先部仮想インピーダ
ンスからアーム手先部の逃げ量を算出する手先変位算出
部を有することを特徴とする請求項１記載のロボットア
ームのインピーダンス制御装置。3. A hand-displacement calculating unit for converting all of the external force measurement sensor information into a force applied to the hand part and calculating a relief amount of the arm hand part from a set hand-part virtual impedance. The impedance control device for a robot arm according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11221431A JP2001038664A (en) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Robot arm impedance control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11221431A JP2001038664A (en) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Robot arm impedance control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038664A true JP2001038664A (en) | 2001-02-13 |
Family
ID=16766644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11221431A Pending JP2001038664A (en) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Robot arm impedance control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001038664A (en) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089091A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Controller for robot with touch sensors |
| JP2007136564A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Yaskawa Electric Corp | Manipulator control method and device |
| JP2008229800A (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | Arm-mounted mobile robot and its control method |
| US7652446B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Industrial Technology Research Institute | Method for detecting and controlling output characteristics of a DC motor and a self-propelled apparatus using the same |
| WO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-28 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot, and robot control device |
| JPWO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2015-03-05 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot and robot controller |
| JP2016103145A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | ファナック株式会社 | Numerical control machine tool capable of directly manually operating movable part |
| JP2016144861A (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-12 | キヤノン株式会社 | Robot device, robot control method, program and recording medium |
| CN105945979A (en) * | 2016-07-08 | 2016-09-21 | 上海航天控制技术研究所 | Method of carrying out compliant control on under-actuated two-finger gripper mechanism |
| CN106625683A (en) * | 2017-02-27 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | Reconfigurable man-machine cooperation mechanical arm system based on WIFI |
| JP2017164864A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | 株式会社安川電機 | Robot control device and robot control method |
| JP2019509907A (en) * | 2016-03-24 | 2019-04-11 | シーエムアール サージカル リミテッドＣｍｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Mechanical system control method, mechanical system controller, robot manipulator, and non-transitory computer-readable storage medium |
| JP2019061715A (en) * | 2018-12-17 | 2019-04-18 | ファナック株式会社 | Numerical value control machine tool with directly and manually operable movable part |
| CN110382175A (en) * | 2017-02-09 | 2019-10-25 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | Robot |
| CN111683796A (en) * | 2019-09-03 | 2020-09-18 | 上海非夕机器人科技有限公司 | Mechanical arm and robot |
| US11082667B2 (en) | 2018-08-09 | 2021-08-03 | Cobalt Robotics Inc. | Contextual automated surveillance by a mobile robot |
| US11325250B2 (en) * | 2017-02-06 | 2022-05-10 | Cobalt Robotics Inc. | Robot with rotatable arm |
| US11445152B2 (en) | 2018-08-09 | 2022-09-13 | Cobalt Robotics Inc. | Security automation in a mobile robot |
| US11460849B2 (en) | 2018-08-09 | 2022-10-04 | Cobalt Robotics Inc. | Automated route selection by a mobile robot |
| US11724399B2 (en) | 2017-02-06 | 2023-08-15 | Cobalt Robotics Inc. | Mobile robot with arm for elevator interactions |
| US11772270B2 (en) | 2016-02-09 | 2023-10-03 | Cobalt Robotics Inc. | Inventory management by mobile robot |
| US11819997B2 (en) | 2016-02-09 | 2023-11-21 | Cobalt Robotics Inc. | Mobile robot map generation |
-
1999
- 1999-08-04 JP JP11221431A patent/JP2001038664A/en active Pending
Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089091A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Controller for robot with touch sensors |
| JP2007136564A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Yaskawa Electric Corp | Manipulator control method and device |
| JP2008229800A (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | Arm-mounted mobile robot and its control method |
| JP4550849B2 (en) * | 2007-03-22 | 2010-09-22 | 株式会社東芝 | Mobile robot with arm |
| US7652446B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Industrial Technology Research Institute | Method for detecting and controlling output characteristics of a DC motor and a self-propelled apparatus using the same |
| WO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-28 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot, and robot control device |
| JPWO2013027250A1 (en) * | 2011-08-19 | 2015-03-05 | 株式会社安川電機 | Robot system, robot and robot controller |
| JP2016103145A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | ファナック株式会社 | Numerical control machine tool capable of directly manually operating movable part |
| JP2016144861A (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-12 | キヤノン株式会社 | Robot device, robot control method, program and recording medium |
| JP2020203379A (en) * | 2015-01-29 | 2020-12-24 | キヤノン株式会社 | Robot device, control method, article manufacturing method, program, recording medium, and sensor system |
| US11819997B2 (en) | 2016-02-09 | 2023-11-21 | Cobalt Robotics Inc. | Mobile robot map generation |
| US11772270B2 (en) | 2016-02-09 | 2023-10-03 | Cobalt Robotics Inc. | Inventory management by mobile robot |
| US10377038B2 (en) | 2016-03-17 | 2019-08-13 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Robot controller and robot control method |
| JP2017164864A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | 株式会社安川電機 | Robot control device and robot control method |
| JP2019509907A (en) * | 2016-03-24 | 2019-04-11 | シーエムアール サージカル リミテッドＣｍｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Mechanical system control method, mechanical system controller, robot manipulator, and non-transitory computer-readable storage medium |
| CN105945979A (en) * | 2016-07-08 | 2016-09-21 | 上海航天控制技术研究所 | Method of carrying out compliant control on under-actuated two-finger gripper mechanism |
| US11325250B2 (en) * | 2017-02-06 | 2022-05-10 | Cobalt Robotics Inc. | Robot with rotatable arm |
| US11724399B2 (en) | 2017-02-06 | 2023-08-15 | Cobalt Robotics Inc. | Mobile robot with arm for elevator interactions |
| CN110382175B (en) * | 2017-02-09 | 2023-03-07 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | Robot |
| CN110382175A (en) * | 2017-02-09 | 2019-10-25 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | Robot |
| JP2020506813A (en) * | 2017-02-09 | 2020-03-05 | フランカ エミカ ゲーエムベーハーＦＲＡＮＫＡ ＥＭＩＫＡ ＧｍｂＨ | robot |
| US11325251B2 (en) | 2017-02-09 | 2022-05-10 | Franka Emika Gmbh | Robot |
| CN106625683A (en) * | 2017-02-27 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | Reconfigurable man-machine cooperation mechanical arm system based on WIFI |
| US11720111B2 (en) | 2018-08-09 | 2023-08-08 | Cobalt Robotics, Inc. | Automated route selection by a mobile robot |
| US11460849B2 (en) | 2018-08-09 | 2022-10-04 | Cobalt Robotics Inc. | Automated route selection by a mobile robot |
| US11445152B2 (en) | 2018-08-09 | 2022-09-13 | Cobalt Robotics Inc. | Security automation in a mobile robot |
| US11082667B2 (en) | 2018-08-09 | 2021-08-03 | Cobalt Robotics Inc. | Contextual automated surveillance by a mobile robot |
| JP2019061715A (en) * | 2018-12-17 | 2019-04-18 | ファナック株式会社 | Numerical value control machine tool with directly and manually operable movable part |
| CN111683796A (en) * | 2019-09-03 | 2020-09-18 | 上海非夕机器人科技有限公司 | Mechanical arm and robot |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001038664A (en) | Robot arm impedance control device | |
| JP3088004B2 (en) | Operation command device | |
| US10564635B2 (en) | Human-cooperative robot system | |
| JP2713899B2 (en) | Robot equipment | |
| US7212886B2 (en) | Robot control apparatus and method | |
| JP2645004B2 (en) | Control device for multi-degree-of-freedom manipulator | |
| JP3865158B2 (en) | Impedance control device for robot arm | |
| JP3307788B2 (en) | Arm drive | |
| JPS62193784A (en) | Master/slave manipulator device | |
| JP4054984B2 (en) | Robot control apparatus and control method | |
| JP2604929B2 (en) | Robot control device | |
| JP2512327B2 (en) | Control method for articulated robot | |
| CN111683796A (en) | Mechanical arm and robot | |
| JP2006312207A (en) | Force sense controller device and its controlling method | |
| JPH0933369A (en) | Detecting method for external force and external torque of electric motor system, and device therefor | |
| JP2709001B2 (en) | Work Object Position Detector for Force Control Robot | |
| JP2005329512A (en) | Method and device for detecting fingertip force of robot hand | |
| JPS62162479A (en) | Force sensing type manipulator | |
| JP3165087B2 (en) | Industrial robot failure detection method | |
| CN112512758A (en) | Deflection amount estimation device, robot control device, and deflection amount estimation method | |
| JPS60254209A (en) | Robot control system | |
| JPH1142577A (en) | Control method and device for robot | |
| JP2798518B2 (en) | Manipulator control device | |
| JPH09185416A (en) | Power controller for manipulator | |
| WO2020250789A1 (en) | Direct teaching device and direct teaching method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060324 |