JP2000042957A

JP2000042957A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JP2000042957A
Application number: JP10207812A
Authority: JP
Inventors: Akira Murakami; 晃村上; Yoshiharu Nishida; 吉晴西田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】小さな外力・外トルクでロボットを動作させ
る柔軟制御を実現する。【解決手段】偏差量の比例値を出力する位置制御ゲイ
ン回路１および速度制御ゲイン回路２と、偏差量の積分
値を出力する速度偏差積分回路１３と、比例値を柔軟制
御時にトルク制限値に制限するトルク制限回路３と、位
置制御から柔軟制御への切り換え直前に、正方向および
逆方向に同一量でロボット（モータ４）を微小動作させ
る微小振動発生回路８と、積分値の高周波成分を除去す
るローパスフィルタ回路１８と、位置制御から柔軟制御
への切り換え直前におけるローパスフィルタ回路１８を
通過した積分値を記憶し、積分値を柔軟制御時に補償値
として出力する記憶回路１９と、位置制御時には比例値
に積分値を加算したトルク指令信号ｋによりロボットを
作動させる一方、柔軟制御時にはトルク制限値に制限さ
れた比例値に補償値を加算したトルク指令信号ｋにより
ロボットを作動させる第２スイッチ回路２０等とを有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置制御と柔軟制
御とを切り換えて作業を行うロボット制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年におけるロボットは、所定の作業を
迅速に行うことができると共に、特定の作業中に外力を
吸収できることが望まれている。従って、このようなロ
ボットの制御に使用されるロボット制御装置は、ロボッ
トのモータに大きなトルクを発生させてアーム先端の作
業点を目標位置に高速で移動させる位置制御の機能と、
所定以上の外力により作業点が移動する程度のトルクで
ロボットの姿勢を保持させる柔軟制御の機能とを備えて
いる。

【０００３】即ち、従来のロボット制御装置の制御系
は、図７に示すように、位置出力回路５５および位置制
御回路５１間に形成された位置フィードバックループ
と、モータ５４および速度制御ゲイン回路５２間に形成
された速度フィードバックループとを有しており、これ
らのフィードバックループにおける偏差量の比例値を位
置制御ゲイン回路５１および速度制御ゲイン回路５２に
より求め、偏差量の積分値を速度偏差積分回路５６によ
り求めるようになっている。

【０００４】そして、位置制御を行う場合には、トルク
制限回路５３を大きな制限値に設定すると共に、速度偏
差積分回路５６とトルク制限回路５３とを接続させるよ
うにスイッチ回路５８ａ・５８ｂの接続・切断状態を設
定することによって、速度制御ゲイン回路５２からの比
例値に速度偏差積分回路５６からの積分値を加算した大
きなトルク指令信号によりモータ５４（ロボット）を作
動させるようになっている。

【０００５】一方、柔軟制御を行う場合には、トルク制
限回路５３に小さなトルク制限値を設定すると共に、位
置制御から柔軟制御への切り換え直前の積分値を補償値
として記憶回路５７に格納し、記憶回路５７とトルク制
限回路５３とを接続させるようにスイッチ回路５８ａ・
５８ｂの接続・切断状態を設定する。そして、トルク制
限回路５３において制限された比例値に記憶回路５７か
らの補償値を加算した小さなトルク指令信号でモータ５
４（ロボット）を作動させるようになっている（特開平
６−３３２５３８号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、位置制御から柔軟制御への切り換え直前の
積分値を補償値として用いる構成では、偏差量の積分値
が重力と摩擦トルクとの合計であるため、下記の理由に
より、小さな外力・外トルクであっても作動する柔軟制
御とすることができないという問題がある。

【０００７】即ち、重力は、ロボットの姿勢とワークの
質量とが同一であれば、常に同じであるのに対し、摩擦
トルクは、切り換え直前の動作により変動するという性
質を有している。例えばアームを振り上げるときは、重
力方向に対して同方向に摩擦力が作用する一方、アーム
を振り下げるときは、重力方向に対して逆方向に摩擦力
が作用しており、振り上げ動作後と振り下げ動作後とで
は、摩擦トルクが異なっている。従って、各動作から所
定の姿勢に静止する直前の摩擦トルクを柔軟制御の補償
値に含めると、この補償値で作動するモータ５４の補償
トルクが所定の姿勢で生じるロボットの真の重力に対し
て大きな差を生じることによって、ロボットが所定の姿
勢を維持できないことがある。尚、このような状況は、
サーボ状態で所定の姿勢に静止し続けている場合におい
ても、摩擦トルクが変化することがあり、静止し続けて
いる状態で柔軟制御に切り換えたときにも同様に生じる
ものである。

【０００８】そこで、従来は、補償値に含まれる摩擦ト
ルクの変化分でロボットの姿勢が変化しないように、ト
ルク制限回路５３のトルク制限値を最大静止摩擦トルク
以上の値に設定する対策が採られている。ところが、こ
の場合には、最大静止摩擦トルク未満の小さな外力・外
トルクで作動する柔軟制御を行うことができない。これ
により、柔軟制御に切り換えた場合でも、突き当て等の
作業時に必要以上に大きな力・トルクをワークに加えて
しまうことになる。

【０００９】従って、本発明は、小さな外力・外トルク
でロボットを動作させる柔軟制御を実現することができ
るロボット制御装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、フィードバックループにおける
偏差量の比例値および積分値を基にして作動されるロボ
ットに対して位置制御と柔軟制御とを切り換え可能に行
うロボット制御装置において、前記偏差量の比例値を出
力する比例手段と、前記偏差量の積分値を出力する積分
手段と、前記比例値を柔軟制御時にトルク制限値に制限
する第１制限手段と、位置制御から柔軟制御への切り換
え直前に、正方向および逆方向に同一量で前記ロボット
を微小動作させる微小動作手段と、前記積分値の高周波
成分を除去するフィルタ手段と、位置制御から柔軟制御
への切り換え直前における前記フィルタ手段を通過した
積分値を記憶し、該積分値を柔軟制御時に補償値として
出力する第１記憶手段と、位置制御時には前記比例値に
前記積分値を加算したトルク指令信号によりロボットを
作動させる一方、柔軟制御時には前記トルク制限値に制
限された比例値に前記補償値を加算したトルク指令信号
によりロボットを作動させる切り換え手段とを有してい
ることを特徴としている。

【００１１】上記の構成によれば、位置制御から柔軟制
御への切り換え直前に、正方向および逆方向に同一量で
ロボットが微小動作されることによって、正方向および
逆方向に同一量で生じた摩擦力に対応した高周波成分が
偏差量の積分値に現れる。そして、この積分値の高周波
成分がフィルタ手段において除去されることによって、
ロボットの各姿勢に固有の重力に対応した積分値が抽出
され、この積分値が柔軟制御時に第１記憶手段から補償
値として出力される。これにより、柔軟制御時に、小さ
なトルク制限値で比例値を制限した場合であっても、ロ
ボットの姿勢が補償値で保持されるため、極めて小さな
外力・外トルクでロボットが動作する柔軟制御を実現す
ることができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載のロボッ
ト制御装置であって、前記積分手段からの積分値を柔軟
制御時に重力変化補償値に制限し、前記トルク指令信号
に含ませる第２制限手段を有していることを特徴として
いる。上記の構成によれば、柔軟制御時にロボットの姿
勢が変化すると、姿勢の変化に伴って重力が変化するこ
とになるが、この重力の変化分に相当する制限値を重力
変化補償値として設定しておくことによって、変化した
後の姿勢を保持することができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１または２記載
のロボット制御装置であって、ロボットの姿勢に対応し
た補償値を記憶する第２記憶手段と、柔軟制御時のロボ
ットの姿勢を認識し、該姿勢に対応する補償値が前記第
２記憶手段に記憶されていれば、該第２記憶手段からの
補償値を前記第１記憶手段の補償値に代えて出力させる
補償値選択手段とを有していることを特徴としている。
上記の構成によれば、第２記憶手段に記憶された補償値
を柔軟制御に用いることによって、位置制御から柔軟制
御への切り換え直前にロボットを微小動作させて補償値
を求める処理を省略することができるため、位置制御か
ら柔軟制御への切り換えを迅速に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】〔実施形態１〕本発明の第１の実
施形態を図１および図２に基づいて以下に説明する。第
１の実施形態に係るロボット制御装置は、位置制御の機
能と柔軟制御の機能とを備えた制御系を有している。こ
の制御系は、図１に示すように、位置制御ゲイン回路１
と速度制御ゲイン回路２とトルク制限回路３とモータ４
と位置出力回路５とを目標位置信号ａの入力側からこの
順に直列接続した状態で有している。位置制御ゲイン回
路１の入力側には、第１加算点６と第２加算点７とが直
列接続されている。第１加算点６には、目標位置信号ａ
が入力されていると共に、微小振動発生回路８が接続さ
れている。

【００１５】上記の微小振動発生回路８には、図示しな
い制御部が接続されており、制御部からの柔軟制御開始
指令を受けたときに、例えば正弦波のような正方向およ
び逆方向に対称な振動波形からなる微小振動信号ｂを出
力するようになっている。そして、位置制御ゲイン回路
１に接続された第１加算点６は、微小振動信号ｂが入力
されていないときには目標位置信号ａを第２加算点７に
出力する一方、微小振動信号ｂが入力されているときに
は目標位置信号ａに微小振動信号ｂを加算して第２加算
点７に出力するようになっている。

【００１６】上記の第２加算点７には、位置出力回路５
の出力側に設けられた第１分岐点９が接続されている。
そして、第２加算点７と第１分岐点９とは、両点７・９
間において位置に対するフィードバックループを形成し
ており、第２加算点７は、第１分岐点９からの位置出力
信号ｃを目標位置信号ａから減算して位置偏差信号ｄと
して出力するようになっている。

【００１７】上記の第２加算点７は、位置制御ゲインＫ
ppを有した位置制御ゲイン回路１に接続されている。位
置制御ゲイン回路１は、第２加算点７からの位置偏差信
号ｄに位置制御ゲインＫppを乗算することにより速度指
令信号ｅを出力するようになっている。この位置制御ゲ
イン回路１は、第３加算点１０に接続されており、第３
加算点１０には、モータ４の出力側に設けられた第２分
岐点１１が接続されている。そして、第３加算点１０と
第２分岐点１１とは、両点１０・１１間において速度に
対するフィードバックループを形成しており、第３加算
点１０は、第２分岐点１１からの速度信号ｆを速度指令
信号ｅから減算して速度偏差信号ｇとして出力するよう
になっている。

【００１８】上記の第３加算点１０は、第３分岐点１２
を介して速度制御ゲイン回路２と速度偏差積分回路１３
とに接続されており、各回路２・１３に速度偏差信号ｇ
を出力するようになっている。速度制御ゲイン回路２
は、速度制御ゲインＫvpを有しており、速度偏差信号ｇ
に速度制御ゲインＫvpを乗算して第１トルク指令信号ｈ
として出力するようになっている。速度制御ゲイン回路
２は、第１トルク指令信号ｈの信号出力を制限するトル
ク制限回路３に接続されている。トルク制限回路３は、
図示しない制御部により制限値が変更可能にされてお
り、位置制御時に大きなトルク制限値に設定される一
方、柔軟制御時に小さなトルク制限値に設定されるよう
になっている。

【００１９】一方、速度偏差積分回路１３は、積分ゲイ
ンＫviを有しており、速度偏差信号ｇの積分値に積分ゲ
インＫviを乗算して第２トルク指令信号ｉとして出力す
るようになっている。この速度偏差積分回路１３は、第
４分岐点１４を介して第２トルク指令信号ｉを制限する
重力変化補償回路１５に接続されている。重力変化補償
回路１５は、図示しない制御部により制限値が変更可能
にされており、位置制御時に大きな制限値に設定される
一方、柔軟制御時に重力の変化分に相当する小さな制限
値（重力変化補償値）に設定されるようになっている。

【００２０】さらに、上記の速度偏差積分回路１３は、
第４分岐点１４を介して柔軟回路系１６に接続されてい
る。柔軟回路系１６は、第１スイッチ回路１７とローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）回路１８と記憶回路１９と第２ス
イッチ回路２０とを第４分岐点１４側からこの順に直列
接続した構成にされている。上記のローパスフィルタ回
路１８には、例えば移動平均等のＦＩＲフィルタやＩＩ
Ｒフィルタ等が用いられている。そして、ローパスフィ
ルタ回路１８は、第２トルク指令信号ｉ中に含まれる微
小振動に伴う高周波成分を除去するようになっている。
また、記憶回路１９は、高周波成分を除去された第２ト
ルク指令信号ｉを記憶して柔軟トルク指令信号ｊとして
出力するようになっている。また、第１スイッチ回路１
７および第２スイッチ回路２０は、図示しない制御部に
より接続・切断状態が切り換え可能にされており、柔軟
制御時に第１スイッチ回路１７が切断状態、第２スイッ
チ回路２０が接続状態に切り換えられるようになってい
る。

【００２１】上記のように構成された柔軟回路系１６お
よび重力変化補償回路１５は、トルク制限回路３の出力
側に設けられた第５加算点２２および第４加算点２１に
それぞれ接続されている。そして、制御部は、図２の第
１制御ルーチンを実行して上述の回路系を制御すること
によって、位置制御時においては速度制御ゲイン回路２
からの第１トルク指令信号ｈに速度偏差積分回路１３か
らの第２トルク指令信号ｉを加えたトルク指令信号ｋで
モータ４（ロボット）を作動させるようになっている一
方、柔軟制御時においてはトルク制限回路３で制限され
た第１トルク指令信号ｈに記憶回路１９からの柔軟トル
ク指令信号ｊを加えたトルク指令信号ｋでモータ４（ロ
ボット）を作動させるようになっている。

【００２２】上記の構成において、ロボット制御装置の
動作について説明する。ロボット制御装置に電源が投入
されると、図２に示すように、第１制御ルーチンが実行
されることによって、位置制御が行われる。即ち、第１
スイッチ回路１７が接続状態および記憶回路１９が切断
状態に設定されると共に、トルク制限回路３および重力
変化補償回路１５の制限値がそれぞれ大きな値に設定さ
れる。この後、目標位置信号ａが第１加算点６および第
２加算点７を介して位置制御ゲイン回路１に出力される
ことによって、目標位置信号ａに位置制御ゲインＫppお
よび速度制御ゲインＫvpが乗算されてトルク指令信号ｋ
とされ、この信号ｋに基づいてモータ４が作動される。

【００２３】モータ４が作動すると、モータ４から速度
信号ｆが出力され、第２分岐点１１を介して第３加算点
１０にフィードバックされる。また、速度信号ｆは、位
置出力回路５にも入力され、位置出力回路５で積分され
ることにより位置出力信号ｃにされた後、第１分岐点９
を介して第２加算点７にフィードバックされる。これに
より、位置および速度に対するフィードバック制御が行
われることになり、第２加算点７において目標位置信号
ａから位置出力信号ｃを減算した位置偏差信号ｄが形成
され、この信号ｄが位置制御ゲイン回路１で位置制御ゲ
インＫppを乗算されて速度指令信号ｅにされる。そし
て、速度指令信号ｅは、第３加算点１０において速度信
号ｆを減算されて速度偏差信号ｇとされた後、速度制御
ゲイン回路２で速度制御ゲインＫvpを乗算されて第１ト
ルク指令信号ｈにされると共に、速度偏差積分回路１３
で積分および積分ゲインＫviを乗算されて第２トルク指
令信号ｉにされる。

【００２４】上記の第１トルク指令信号ｈおよび第２ト
ルク指令信号ｉは、トルク制限回路３および重力変化補
償回路１５にそれぞれ入力され、各回路３・１５の制限
値と比較される。この際、各回路３・１５の制限値は、
位置制御を行うため、第１トルク指令信号ｈおよび第２
トルク指令信号ｉよりも大きな値に設定されている。従
って、各回路３・１５は、第１トルク指令信号ｈおよび
第２トルク指令信号ｉを制限することなく入力された状
態で出力することになり、これらの指令信号ｈ・ｉは、
第４加算点２１で合算されてトルク指令信号ｋとされ
る。そして、トルク指令信号ｋは、第５加算点２２を介
してモータ４に出力される。尚、第５加算点２２におい
ては、第２スイッチ回路２０が切断状態に設定されてい
るため、記憶回路１９からの柔軟トルク指令信号ｊがト
ルク指令信号ｋに加算されることはない。これにより、
モータ４は、トルク指令信号ｋに基づいた大きなトルク
で作動することによって、アーム（ロボット）先端の作
業点を目標位置に高速で移動させることになる（Ｓ
１）。

【００２５】次に、柔軟制御を行うか否かが判定され
（Ｓ２）、柔軟制御を行わない場合には（Ｓ２，Ｎ
Ｏ）、上述のＳ１における位置制御が繰り返して行われ
る。一方、柔軟制御を行う場合には（Ｓ２，ＹＥＳ）、
微小振動発生回路８から正方向および逆方向に対称な振
動波形からなる微小振動信号ｂが出力され、目標位置信
号ａに加算されることによって、微小振動信号ｂの成分
を含んだトルク指令信号ｋでモータ４が作動される（Ｓ
３）。そして、停止しているアームが正方向および逆方
向に同一量で振動（微小動作）することによって、正方
向および逆方向に作用する摩擦力による成分と重力の成
分とのトルクに対応した速度信号ｆおよび位置出力信号
ｃがフィードバックされる。これにより、フィードバッ
クの結果得られる速度偏差信号ｇが振動することによっ
て、速度偏差積分回路１３において積分された第２トル
ク指令信号ｉが振動による高周波成分を有することにな
る。

【００２６】上記の第２トルク指令信号ｉは、第１スイ
ッチ回路１７を介してローパスフィルタ回路１８に出力
され、この回路１８におけるフィルタ処理により高周波
成分が除去されることによって、低周波成分のみが記憶
回路１９に記憶される。この際、第２トルク指令信号ｉ
の高周波成分は、上述の微小動作の結果、正方向および
逆方向に作用する摩擦力に対応したトルクの変化分を含
んでおり、この変化分は、微小動作が正方向および逆方
向に対称な振動波形により行われるため、正方向および
逆方向において同一量である。従って、フィルタ処理に
より高周波成分が除去されると、正方向および逆方向に
作用する摩擦力に対応したトルクが互いに打ち消された
状態になるため、フィルタ処理された低周波成分の第２
トルク指令信号ｉが重力成分のみに対応した重力値とな
り、この重力値が記憶回路１９に記憶される（Ｓ４）。

【００２７】次に、第１スイッチ回路１７が切断状態、
第２スイッチ回路２０が接続状態に切り換えられること
によって、記憶回路１９から重力成分のみに対応した補
償値（重力値）を示す柔軟トルク指令信号ｊが出力され
る（Ｓ５）。この後、微小動作が停止された後（Ｓ
６）、柔軟制御時に姿勢が変化した場合の重力の変化分
に対応した重力変化補償値が重力変化補償回路１５の制
限値として設定される（Ｓ７）。また、柔軟に動作する
ための動摩擦トルク程度の小さなトルク制限値がトルク
制限回路３に設定される（Ｓ８）。そして、このような
設定により柔軟制御が行われることになる。

【００２８】即ち、トルク制限回路３のトルク制限値で
制限された第１トルク指令信号ｈと、重力変化補償回路
１５の重力変化補償値で制限された第２トルク指令信号
ｉと、記憶回路１９からの柔軟トルク指令信号ｊとが加
算されることよりトルク指令信号ｋが形成された後、こ
の信号ｋでモータ４が作動される。この際、柔軟トルク
指令信号ｊの補償値は、アーム（ロボット）の姿勢に応
じた重力分に対応されており、アームの姿勢を保持する
ために使用される。また、重力変化補償回路１５の重力
変化補償値は、アームの姿勢変化による重力変化分に対
応し、極めて小さな値に設定される場合が多い。これに
より、トルク制限値に応じた小さな外力・外トルクでア
ームが柔軟に動作することになる。

【００２９】この後、柔軟制御を終了するか否かが判定
され（Ｓ９）、終了しないのであれば（Ｓ９，ＮＯ）、
Ｓ９が繰り返して実行されることによって、柔軟制御が
継続される。一方、柔軟制御を終了するのであれば（Ｓ
９，ＹＥＳ）、続いて位置制御を開始するか否かが判定
される（Ｓ１０）。そして、位置制御を開始するのであ
れば（Ｓ１０，ＹＥＳ）、Ｓ１が再実行される一方、位
置制御を開始しないのであれば（Ｓ１０，ＮＯ）、本ル
ーチンが終了される。

【００３０】〔実施形態２〕次に、本発明の第２の実施
形態を図３および図４に基づいて以下に説明する。尚、
第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付記して
その説明を省略する。

【００３１】第２の実施形態に係るロボット制御装置
は、位置制御の機能と柔軟制御の機能とを備えた制御系
を有している。この制御系は、図３に示すように、記憶
回路１９に接続された外部記憶部２３を有している。外
部記憶部２３は、アーム（ロボット）の各姿勢に対応し
た補償値（重力値）を格納可能になっている。そして、
外部記憶部２３は、図示しない制御部に接続されてお
り、制御部により制御されることによって、柔軟制御時
の姿勢が格納済みの姿勢と一致すれば、この姿勢に対応
する補償値を読み出して柔軟トルク指令信号ｍとして出
力する一方、一致しなければ、記憶回路１９の柔軟トル
ク指令信号ｊの補償値を格納するようになっている。
尚、外部記憶回路２３は、大容量のメモリであっても良
いし、ハードディスク等の記録装置であっても良い。

【００３２】上記の外部記憶装置２３は、選択回路２４
に接続されている。選択回路２４は、外部記憶装置２３
に接続された第１入力端子２４ｂと、記憶回路１９に接
続された第２入力端子２４ｃと、未接続の第３入力端子
２４ｄと、これらの入力端子２４ｂ〜２４ｄに接続可能
にされた出力端子２４ａとを有しており、出力端子２４
ａは、第５加算点２２に接続されている。また、選択回
路２４は、図示しない制御部に接続されており、制御部
は、位置制御時に出力端子２４ａと第３入力端子２４ｄ
とを接続状態にして柔軟トルク指令信号ｊ・ｍの出力を
禁止する一方、柔軟制御時に出力端子２４ａと第１また
は第２入力端子２４ｂ・２４ｃとを接続状態にすること
によって、柔軟トルク指令信号ｊ・ｍの何れか一方を第
５加算点２２に出力させるようになっている。その他の
構成は、第１の実施形態と同一であるため、その説明を
省略する。

【００３３】上記の構成において、ロボット制御装置の
動作について説明する。ロボット制御装置に電源が投入
されると、図４に示すように、第２制御ルーチンが実行
されることによって、位置制御が行われる。即ち、選択
回路２４の出力端子２４ａと第３入力端子２４ｄとが接
続状態にされることによって、柔軟トルク指令信号ｊ・
ｍの出力が禁止された後、トルク制限回路３および重力
変化補償回路１５の制限値がそれぞれ大きな値に設定さ
れる。そして、モータ４がトルク指令信号ｋに基づいた
大きなトルクで作動されることによって、アーム先端の
作業点が目標位置に高速で移動される（Ｓ１１）。

【００３４】次に、柔軟制御を行うか否かが判定され
（Ｓ１２）、柔軟制御を行わない場合には（Ｓ１２，Ｎ
Ｏ）、上述のＳ１１における位置制御が繰り返して行わ
れる。一方、柔軟制御を行う場合には（Ｓ１２，ＹＥ
Ｓ）、現在のアーム（ロボット）の姿勢が認識される
（Ｓ１１）。そして、認識した現在の姿勢と同一または
同一に近い姿勢のデータが外部記憶部２３に格納されて
いるか否かが判定され（Ｓ１４）、格納されていない場
合には（Ｓ１４，ＮＯ）、微小振動発生回路８から正方
向および逆方向に対称な振動波形からなる微小振動信号
ｂが出力され、目標位置信号ａに加算されることによっ
て、微小振動信号ｂの成分を含んだトルク指令信号ｋで
モータ４が作動される（Ｓ１６）。そして、微小動作に
より正方向および逆方向に作用する摩擦力に対応したト
ルクの変化分を含んだ第２トルク指令信号ｉが、第１ス
イッチ回路１７を介してローパスフィルタ回路１８に出
力され、この回路１８におけるフィルタ処理により高周
波成分が除去されることによって、重力成分のみに対応
した低周波成分の重力値が記憶回路１９に記憶される
（Ｓ１７）。

【００３５】次に、第１スイッチ回路１７が切断状態、
選択回路２４における出力端子２４ａと第２入力端子２
４ｃとが接続状態にされることによって、上述の第２ト
ルク指令信号ｉを記憶した記憶回路１９から重力成分の
みに対応した補償値（重力値）を示す柔軟トルク指令信
号ｊが第５加算点２２に出力される（Ｓ１８）。また、
この柔軟トルク指令信号ｊは、外部記憶部２３にも出力
され、外部記憶部２３は、柔軟トルク指令信号ｊの補償
値を現在の姿勢に対応させて記憶する（Ｓ１９）。

【００３６】この後、微小動作が停止された後（Ｓ２
０）、柔軟制御時に姿勢が変化した場合の重力の変化分
に対応した重力変化補償値が重力変化補償回路１５の制
限値として設定される（Ｓ２１）。また、柔軟に動作す
るための小さなトルク制限値がトルク制限回路３に設定
される（Ｓ２２）。そして、このような設定によって、
記憶回路１９の補償値を用いた柔軟制御が行われること
になる。

【００３７】一方、Ｓ１４において、現在の姿勢に対応
するデータが格納されている場合には（Ｓ１４，ＹＥ
Ｓ）、外部記憶部２３から現在の姿勢に対応する補償値
（重力値）が読み出される。そして、第１スイッチ回路
１７が切断状態、選択回路２４における出力端子２４ａ
と第１入力端子２４ｂとが接続状態にされることによっ
て、上記の補償値が柔軟トルク指令信号ｍとして第５加
算点２２に出力される（Ｓ１５）。そして、上述のＳ２
１から実行されることによって、外部記憶部２３の補償
値を用いた柔軟制御が行われることになる。

【００３８】この後、柔軟制御を終了するか否かが判定
され（Ｓ２３）、終了しないのであれば（Ｓ２３，Ｎ
Ｏ）、Ｓ２３が繰り返して実行されることによって、柔
軟制御が継続される。一方、柔軟制御を終了するのであ
れば（Ｓ２３，ＹＥＳ）、続いて位置制御を開始するか
否かが判定される（Ｓ２４）。そして、位置制御を開始
するのであれば（Ｓ２４，ＹＥＳ）、Ｓ１１が再実行さ
れる一方、位置制御を開始しないのであれば（Ｓ２４，
ＮＯ）、本ルーチンが終了される。

【００３９】〔実施形態３〕次に、本発明の第３の実施
形態を図５および図６に基づいて以下に説明する。尚、
第１および第２の実施形態と同一の部材には同一の符号
を付記してその説明を省略する。

【００４０】第３の実施形態に係るロボット制御装置
は、図５に示すように、６軸の自由度を有したロボット
に適用されるようになっており、第２の実施形態と同一
構成の回路系が第１軸から第６軸までの機構に対応して
それぞれ設けられている。これらの回路系は、図示しな
い制御部により制御されており、制御部は、図６の第３
制御ルーチンを実行することによって、各軸において位
置制御と柔軟制御とを切り換え可能に行うと共に、柔軟
制御時に各軸のトルク制限値（τ１，τ２，τ３，τ
４，τ５，τ６）をトルク制限回路３に設定するように
なっている。その他の構成は、第１および第２の実施形
態と同一であるため、その説明を省略する。

【００４１】上記の構成において、ロボット制御装置の
動作について説明する。ロボット制御装置に電源が投入
されると、図６に示すように、第３制御ルーチンが実行
されることによって、各軸について位置制御が行われ
る。即ち、第１軸から第６軸の各制御系において、選択
回路２４の出力端子２４ａと第３入力端子２４ｄとが接
続状態にされ、柔軟トルク指令信号ｊ・ｍの出力が禁止
された後、トルク制限回路３および重力変化補償回路１
５の制限値がそれぞれ大きな値に設定される。そして、
モータ４がトルク指令信号ｋに基づいた大きなトルクで
作動されることによって、アーム先端の作業点が目標位
置に高速で移動される（Ｓ３１）。

【００４２】次に、柔軟制御を行うか否かが判定され
（Ｓ３２）、柔軟制御を行わない場合には（Ｓ３２，Ｎ
Ｏ）、上述のＳ３１における位置制御が繰り返して行わ
れる。一方、柔軟制御を行う場合には（Ｓ３２，ＹＥ
Ｓ）、現在のアーム（ロボット）の姿勢が認識される
（Ｓ３１）。そして、認識した現在の姿勢と同一姿勢の
データが外部記憶部２３に格納されているか否かが判定
され（Ｓ３４）、格納されていない場合には（Ｓ３４，
ＮＯ）、微小振動発生回路８から正方向および逆方向に
対称な振動波形からなる微小振動信号ｂが出力され、目
標位置信号ａに加算されることによって、微小振動信号
ｂの成分を含んだトルク指令信号ｋでモータ４が作動さ
れる（Ｓ３６）。そして、微小動作により正方向および
逆方向に作用する摩擦力に対応したトルクの変化分を含
んだ第２トルク指令信号ｉが、第１スイッチ回路１７を
介してローパスフィルタ回路１８に出力され、この回路
１８におけるフィルタ処理により高周波成分が除去され
ることによって、重力成分のみに対応した低周波成分の
重力値が記憶回路１９に記憶される（Ｓ３７）。

【００４３】次に、第１スイッチ回路１７が切断状態、
選択回路２４における出力端子２４ａと第２入力端子２
４ｃとが接続状態にされることによって、上述の第２ト
ルク指令信号ｉを記憶した記憶回路１９から重力成分の
みに対応した補償値（重力値）を示す柔軟トルク指令信
号ｊが第５加算点２２に出力される（Ｓ３８）。また、
この柔軟トルク指令信号ｊは、外部記憶部２３にも出力
され、外部記憶部２３は、柔軟トルク指令信号ｊの補償
値を現在の姿勢に対応させて記憶する（Ｓ３９）。

【００４４】この後、微小動作が停止された後（Ｓ４
０）、柔軟制御時に姿勢が変化した場合の重力の変化分
に対応した重力変化補償値が重力変化補償回路１５の制
限値として設定される（Ｓ４１）。そして、作業座標系
と関節座標系との微小変位の対応関係を示すヤコビアン
の転置行列を用いることによって、作業座標系における
力の限界値から関節座標系におけるトルクの限界値が算
出される。

【００４５】即ち、ロボット（アーム）先端の作業点を
柔軟に動作させるためのトルク制限値ｆが指定される
と、このトルク制限値ｆのベクトルは、作業座標系にお
ける力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚとトルクτｘ，τｙ，τｚとを
用いて（１）式で示すことができる。ｆ＝〔ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ，τｘ，τｙ，τｚ〕^T ・・・（１）

【００４６】一方、関節座標系のトルク制限値τのベク
トルは、各軸の関節座標系のトルクτ₁，τ₂，τ₃，
τ₄，τ₅，τ₆を用いて（２）式で示すことができ
る。 τ＝〔τ₁，τ₂，τ₃，τ₄，τ₅，τ₆〕^T ・・・（２）

【００４７】そして、作業座標系のトルク制限値ｆと関
節座標系のトルク制限値τとの関係は、ヤコビアンの転
置行列Ｊ^Tを用いて（３）式で示すことができる。 τ ＝Ｊ^Tｆ・・・（３）

【００４８】これにより、（３）式から各軸のトルクτ
₁，τ₂，τ₃，τ₄，τ₅，τ₆が求められ（Ｓ４
２）、これらの値がトルク制限値として各軸のトルク制
限回路３に設定される（Ｓ４３）。そして、このような
設定によって、記憶回路１９の補償値を用いた柔軟制御
が行われることになる。

【００４９】一方、Ｓ３４において、現在の姿勢に対応
するデータが格納されている場合には（Ｓ３４，ＹＥ
Ｓ）、外部記憶部２３から現在の姿勢に対応する補償値
（重力値）が読み出される。そして、第１スイッチ回路
１７が切断状態、選択回路２４における出力端子２４ａ
と第１入力端子２４ｂとが接続状態にされることによっ
て、上記の補償値が柔軟トルク指令信号ｍとして第５加
算点２２に出力される（Ｓ３５）。そして、上述のＳ４
１から実行されることによって、外部記憶部２３の補償
値を用いた柔軟制御が行われることになる。

【００５０】この後、柔軟制御を終了するか否かが判定
され（Ｓ４４）、終了しないのであれば（Ｓ４４，Ｎ
Ｏ）、Ｓ４４が繰り返して実行されることによって、柔
軟制御が継続される。一方、柔軟制御を終了するのであ
れば（Ｓ４４，ＹＥＳ）、続いて位置制御を開始するか
否かが判定される（Ｓ４５）。そして、位置制御を開始
するのであれば（Ｓ４５，ＹＥＳ）、Ｓ３１が再実行さ
れる一方、位置制御を開始しないのであれば（Ｓ４５，
ＮＯ）、本ルーチンが終了される。

【００５１】以上のように、第１ないし第３の実施形態
におけるロボット制御装置は、フィードバックループに
おける偏差量（位置偏差信号ｄ・速度偏差信号ｇ）の比
例値（速度指令信号ｅ・第１トルク指令信号ｈ）および
積分値（第２トルク指令信号ｉ）を基にして作動される
ロボット（モータ４）に対して位置制御と柔軟制御とを
切り換え可能に行うものであり、偏差量の比例値を出力
する比例手段（位置制御ゲイン回路１・速度制御ゲイン
回路２）と、偏差量の積分値を出力する積分手段（速度
偏差積分回路１３）と、比例値を柔軟制御時にトルク制
限値に制限する第１制限手段（トルク制限回路３）と、
位置制御から柔軟制御への切り換え直前に、正方向およ
び逆方向に同一量でロボットを微小動作させる微小動作
手段（微小振動発生回路８）と、積分値の高周波成分を
除去するフィルタ手段（ローパスフィルタ回路１８）
と、位置制御から柔軟制御への切り換え直前におけるフ
ィルタ手段を通過した積分値を記憶し、積分値を柔軟制
御時に補償値（柔軟トルク指令信号ｊ）として出力する
第１記憶手段（記憶回路１９）と、位置制御時には比例
値に積分値を加算したトルク指令信号ｋによりロボット
を作動させる一方、柔軟制御時にはトルク制限値に制限
された比例値に補償値を加算したトルク指令信号ｋによ
りロボットを作動させる切り換え手段（第１スイッチ回
路１７・第２スイッチ回路２０）とを有した構成にされ
ている。

【００５２】上記の構成によれば、位置制御から柔軟制
御への切り換え直前に、正方向および逆方向に同一量で
ロボットが微小動作されることによって、正方向および
逆方向に同一量で生じた摩擦力に対応した高周波成分が
偏差量の積分値に現れる。そして、この積分値の高周波
成分がフィルタ手段において除去されることによって、
ロボットの各姿勢に固有の重力に対応した積分値が抽出
され、この積分値が柔軟制御時に第１記憶手段から補償
値として出力される。これにより、柔軟制御時に、小さ
なトルク制限値で比例値を制限した場合であっても、ロ
ボットの姿勢が補償値で保持されるため、極めて小さな
外力・外トルクでロボットが動作する柔軟制御を実現す
ることができる。

【００５３】また、第２および第３の実施形態における
ロボット制御装置は、上記の構成に加えて、上記の積分
手段（速度偏差積分回路１３）からの積分値（第２トル
ク指令信号ｉ）を柔軟制御時に重力変化補償値に制限
し、トルク指令信号ｋに含ませる第２制限手段（重力変
化補償回路１５）を有した構成にされている。

【００５４】上記の構成によれば、柔軟制御時にロボッ
トの姿勢が変化すると、姿勢の変化に伴って重力が変化
することになるが、この重力の変化分に相当する制限値
を重力変化補償値として設定しておくことによって、変
化した後の姿勢を保持することができる。

【００５５】また、第２および第３の実施形態における
ロボット制御装置は、上述の構成に加えて、ロボットの
姿勢に対応した補償値を記憶する第２記憶手段（外部記
憶部２３）と、柔軟制御時のロボットの姿勢を認識し、
姿勢に対応する補償値が第２記憶手段に記憶されていれ
ば、第２記憶手段からの補償値（柔軟トルク指令信号
ｍ）を第１記憶手段の補償値（柔軟トルク指令信号ｊ）
に代えて出力させる補償値選択手段（選択回路２４）と
を有した構成にされている。尚、補償値選択手段（選択
回路２４）は、第２および第３の実施形態において説明
したように、第３入力端子２４ｄを有することにより第
２スイッチ回路２０としての機能を備えていても良い
し、第２スイッチ回路２０とは別個に設けられていても
良い。

【００５６】上記の構成によれば、第２記憶手段に記憶
された補償値を柔軟制御に用いることによって、位置制
御から柔軟制御への切り換え直前にロボットを微小動作
させて補償値を求める処理を省略することができるた
め、位置制御から柔軟制御への切り換えを迅速に行うこ
とができる。

【００５７】

【発明の効果】請求項１の発明は、フィードバックルー
プにおける偏差量の比例値および積分値を基にして作動
されるロボットに対して位置制御と柔軟制御とを切り換
え可能に行うロボット制御装置において、前記偏差量の
比例値を出力する比例手段と、前記偏差量の積分値を出
力する積分手段と、前記比例値を柔軟制御時にトルク制
限値に制限する第１制限手段と、位置制御から柔軟制御
への切り換え直前に、正方向および逆方向に同一量で前
記ロボットを微小動作させる微小動作手段と、前記積分
値の高周波成分を除去するフィルタ手段と、位置制御か
ら柔軟制御への切り換え直前における前記フィルタ手段
を通過した積分値を記憶し、該積分値を柔軟制御時に補
償値として出力する第１記憶手段と、位置制御時には前
記比例値に前記積分値を加算したトルク指令信号により
ロボットを作動させる一方、柔軟制御時には前記トルク
制限値に制限された比例値に前記補償値を加算したトル
ク指令信号によりロボットを作動させる切り換え手段と
を有している構成である。

【００５８】上記の構成によれば、柔軟制御時に、小さ
なトルク制限値で比例値を制限した場合であっても、ロ
ボットの姿勢が重力に対応した補償値で保持されるた
め、極めて小さな外力・外トルクでロボットが動作する
柔軟制御を実現することができるという効果を奏する。

【００５９】請求項２の発明は、請求項１記載のロボッ
ト制御装置であって、前記積分手段からの積分値を柔軟
制御時に重力変化補償値に制限し、前記トルク指令信号
に含ませる第２制限手段を有している構成である。上記
の構成によれば、柔軟制御時にロボットの姿勢が変化す
ると、姿勢の変化に伴って重力が変化することになる
が、この重力の変化分に相当する制限値を重力変化補償
値として設定しておくことによって、変化した後の姿勢
を保持することができるという効果を奏する。

【００６０】請求項３の発明は、請求項１または２記載
のロボット制御装置であって、ロボットの姿勢に対応し
た補償値を記憶する第２記憶手段と、柔軟制御時のロボ
ットの姿勢を認識し、該姿勢に対応する補償値が前記第
２記憶手段に記憶されていれば、該第２記憶手段からの
補償値を前記第１記憶手段の補償値に代えて出力させる
補償値選択手段とを有している構成である。上記の構成
によれば、第２記憶手段に記憶された補償値を柔軟制御
に用いることによって、位置制御から柔軟制御への切り
換え直前にロボットを微小動作させて補償値を求める処
理を省略することができるため、位置制御から柔軟制御
への切り換えを迅速に行うことができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるロボット制御装置のブ
ロック図である。

【図２】第１制御ルーチンのフローチャートである。

【図３】第２の実施形態におけるロボット制御装置のブ
ロック図である。

【図４】第２制御ルーチンのフローチャートである。

【図５】第３の実施形態におけるロボット制御装置のブ
ロック図である。

【図６】第３制御ルーチンのフローチャートである。

【図７】従来例を示すものであり、ロボット制御装置の
ブロック図である。

【符号の説明】

１位置制御ゲイン回路２速度制御ゲイン回路３トルク制限回路４モータ５位置出力回路６第１加算点７第２加算点８微小振動発生回路９第１分岐点１０第３加算点１１第２分岐点１２第３分岐点１３速度偏差積分回路１４第４分岐点１５重力変化補償回路１６柔軟回路系１７第１スイッチ回路１８ローパスフィルタ回路１９記憶回路２０第２スイッチ回路２１第４加算点２２第５加算点２３外部記憶部２４選択回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィードバックループにおける偏差量の
比例値および積分値を基にして作動されるロボットに対
して位置制御と柔軟制御とを切り換え可能に行うロボッ
ト制御装置において、前記偏差量の比例値を出力する比例手段と、前記偏差量の積分値を出力する積分手段と、前記比例値を柔軟制御時にトルク制限値に制限する第１
制限手段と、位置制御から柔軟制御への切り換え直前に、正方向およ
び逆方向に同一量で前記ロボットを微小動作させる微小
動作手段と、前記積分値の高周波成分を除去するフィルタ手段と、位置制御から柔軟制御への切り換え直前における前記フ
ィルタ手段を通過した積分値を記憶し、該積分値を柔軟
制御時に補償値として出力する第１記憶手段と、位置制御時には前記比例値に前記積分値を加算したトル
ク指令信号によりロボットを作動させる一方、柔軟制御
時には前記トルク制限値に制限された比例値に前記補償
値を加算したトルク指令信号によりロボットを作動させ
る切り換え手段とを有していることを特徴とするロボッ
ト制御装置。
【請求項２】前記積分手段からの積分値を柔軟制御時
に重力変化補償値に制限し、前記トルク指令信号に含ま
せる第２制限手段を有していることを特徴とする請求項
１記載のロボット制御装置。
【請求項３】ロボットの姿勢に対応した補償値を記憶
する第２記憶手段と、柔軟制御時のロボットの姿勢を認識し、該姿勢に対応す
る補償値が前記第２記憶手段に記憶されていれば、該第
２記憶手段からの補償値を前記第１記憶手段の補償値に
代えて出力させる補償値選択手段とを有していることを
特徴とする請求項１または２記載のロボット制御装置。