JP2000343469A - Control method for robot cooperatively transportating object, and device therefor - Google Patents
Control method for robot cooperatively transportating object, and device thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉱工業・農林水産
業・建設業・流通業・家庭等における重量物運搬作業に
利用できる物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling an object-coordinated transport robot that can be used for heavy-load transport work in mining, agriculture, forestry and fisheries, construction, distribution, and households.
【０００２】[0002]
【従来の技術】人間とロボットが協調して物体を運搬す
る方法としては、まず、カリフォルニア大学、東北大
学、工業技術院機械技術研究所等で研究されてきたパワ
ーアシストという方法がある。これは、ロボットアーム
先端に把持した物体の負荷と操作者から加えられる力を
それぞれ検出する二つの力覚センサを装着し、操作者か
ら加えられた力を増幅して物体に加えることにより、ロ
ボットが操作者の運動にならって運動しながら操作者の
負荷を低減するという技術である。2. Description of the Related Art As a method of transporting an object in cooperation between a human and a robot, there is a method called power assist which has been studied at the University of California, Tohoku University, the Institute of Mechanical Engineering, etc. This is because the robot arm is equipped with two force sensors that detect the load of the object held at the end of the robot arm and the force applied by the operator, and amplifies the force applied by the operator and applies it to the object. Is a technique for reducing the load on the operator while exercising following the movement of the operator.
【０００３】ところが、この方法では操作者がロボット
アーム先端の力覚センサハンドルを掴んで動かすことが
必要となるため、力を加えることができるのは物体の１
カ所のみに限定される。長尺物あるいは寸法の大きな物
体を運搬する場合には、図１に示すように、ロボットア
ーム１先端のハンド２と操作者（人間）３が物体４の両
端等を持って支えることが望ましいが、その場合に、ロ
ボットアーム１側では力覚センサ５を設けて力を測定で
きても、操作者３側では物体４に加えている力は直接測
定することができず、そのため、上記パワーアシストの
技術を適用することは困難である。However, this method requires an operator to grasp and move the force sensor handle at the tip of the robot arm, so that only one of the objects can apply a force.
Limited to only one place. When carrying a long object or an object having a large size, it is desirable that the hand 2 at the tip of the robot arm 1 and the operator (human) 3 hold both ends of the object 4 as shown in FIG. In this case, even if the force sensor 5 is provided on the robot arm 1 side to measure the force, the force applied to the object 4 cannot be directly measured on the operator 3 side. It is difficult to apply the technology.
【０００４】一方、人間とロボットが物体の何カ所かを
支持し、負荷を分担して運搬する方法は、米国スタンフ
ォード大学、東北大学等において研究されてきた。これ
らは主にインピーダンス制御に基づいている。すなわ
ち、物体の重量を補償することにより、物体を無重量状
態にして支えると同時に、物体またはロボットに仮想的
なインピーダンス（慣性、粘性、バネ係数）を設定し、
人間が加えた力の変化に応じて物体の運動を変化させ、
人間の動きに物体の運動をならわせるという方法であ
る。[0004] On the other hand, a method in which a human and a robot support some places of an object and share and carry a load has been studied at Stanford University, Tohoku University, and the like in the United States. These are mainly based on impedance control. That is, by compensating for the weight of the object, the object is set to a weightless state and supported, and at the same time, the virtual impedance (inertia, viscosity, spring coefficient) is set for the object or the robot,
Change the movement of the object according to the change in the force applied by humans,
This is a method of imitating the movement of an object to the movement of a human.
【０００５】しかしながら、物体が長尺物の場合に、人
間が加えることのできるのは主に並進力のみであり、対
象物の一端でトルク（回転力）を加えることは難しい。
インピーダンス制御を基本とした場合、人間とロボット
を結ぶ長軸方向の直進動作は容易であるが、回転を含む
動作で、ロボット側の端点を目標点に位置制御するの
は、人間にとって困難な作業となる。人間が弱い力を加
えただけで物体が動くようにするには、慣性・粘性等の
インピーダンスパラメータを低く設定する必要がある。
しかし、そうした場合、法線方向のドリフト（ずれ運
動）が生じ、それを停止させるのは難しいため、物体の
挙動が直感的に予想しにくいという問題点がある。[0005] However, when the object is a long object, the human can only apply a translational force mainly, and it is difficult to apply a torque (rotational force) at one end of the object.
If impedance control is the basis, it is easy to move straight in the long axis direction connecting the human and the robot, but it is difficult for humans to control the position of the end point on the robot side to the target point in operations involving rotation. Becomes In order for an object to move only by applying a weak force to a human, impedance parameters such as inertia and viscosity need to be set low.
However, in such a case, a drift (shift movement) in the normal direction occurs, and it is difficult to stop the drift. Therefore, there is a problem that the behavior of the object is difficult to intuitively predict.
【０００６】上記の従来の技術の問題点は、インピーダ
ンスパラメータを全方向均一に、また、固定された絶対
座標空間内で設定するために生じたものである。その結
果として、物体の挙動は、あたかも無重力空間に浮かん
だ物体に力を加えて動かす場合という、人間が日常経験
しないものとなり、物体を目標の位置・姿勢へと動かす
作業が困難になる。The above-mentioned problem of the conventional technique arises because the impedance parameters are set uniformly in all directions and in a fixed absolute coordinate space. As a result, the behavior of the object is such that a human does not experience everyday, that is, moving an object floating in a weightless space by applying a force, and it is difficult to move the object to a target position / posture.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対処し、人間と協調して物体を運搬する物体協調
運搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を
制限することにより、人間が加えた力と物体の運動の関
係を単純化し、人間が物体の挙動を日常的な感覚で直感
的に把握できるようにすることを、技術的課題とするも
のである。また、本発明の他の技術的課題は、物体を任
意の目標位置・姿勢に運搬するという、作業本来の目的
を損なうことなく、上述した物体の挙動を日常的な感覚
で把握できるようにした物体協調運搬ロボットの制御手
段を得ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention addresses such a problem and, in the control of an object-cooperative transport robot that transports an object in cooperation with a human, restricts the direction in which the object can move. An object of the present invention is to simplify the relationship between the force applied by a human and the movement of an object so that the human can intuitively grasp the behavior of the object with a daily sense. Further, another technical problem of the present invention is to make it possible to grasp the behavior of the above-described object with a daily sense without impairing the original purpose of the work of transporting the object to an arbitrary target position and posture. An object of the present invention is to obtain control means of an object cooperative transport robot.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る制御方法は、人間とロボットが物体の
両端を把持して水平面内を運搬するための物体協調運搬
ロボットを制御する制御方法であって、物体からロボッ
トに加わる力を力覚センサで検出し、そのセンサ信号か
ら分離した鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸方向の
並進力成分に基づき、上記鉛直軸周りの回転運動成分及
び上記物体長軸方向の並進運動成分を、ロボットの抵抗
力が小さくなるようにゲインを設定して出力させ、一
方、物体短軸方向の並進力成分に対しては物体短軸方向
の並進運動が生じないように拘束し、それにより、物体
に対してそれがロボット側の一点で物体長軸方向を向い
た仮想的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を
与えてロボットアームを駆動することを特徴とするもの
である。In order to solve the above problems, a control method according to the present invention is directed to a control method for controlling an object-cooperative transport robot in which a human and a robot grip both ends of an object and transport the object in a horizontal plane. A force applied to the robot from the object is detected by a force sensor, and the rotation about the vertical axis is performed based on the rotational force component around the vertical axis and the translational force component along the object long axis separated from the sensor signal. The motion component and the translational component in the long axis direction of the object are output by setting a gain so that the resistance of the robot is reduced, while the translational component in the short axis direction of the object is output in the short axis direction of the object. The robot is constrained so that translation does not occur, thereby giving the object the same motion limitation as it is supported by a virtual wheel oriented at the robot's longitudinal axis at one point on the robot side. arm It is characterized in that drive.
【０００９】また、本発明に係る制御装置は、人間とロ
ボットが物体の両端を把持して水平面内を運搬するため
の物体協調運搬ロボットを制御する制御装置であって、
物体からロボットに加わる力を検出する力覚センサと、
そのセンサ信号から鉛直軸周りの回転力成分、並びに物
体長軸方向及び物体短軸方向の並進力成分を分離する座
標変換部と、上記鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸
方向の並進力成分に基づいて、それらの回転及び並進方
向のロボットの抵抗力が小さくなるゲインでそれらの運
動成分を出力する力−運動変換部と、これらの運動成分
及びゼロに設定した物体短軸方向の並進運動成分を合成
し、ロボットアームを駆動する運動指令を出力する座標
変換部とを備えたことを特徴とするものである。A control device according to the present invention is a control device for controlling an object-cooperative transport robot for allowing a human and a robot to grip both ends of an object and transport the object in a horizontal plane,
A force sensor that detects a force applied to the robot from an object,
A coordinate transformation unit for separating a rotational force component around the vertical axis and a translational force component in the object long axis direction and the object short axis direction from the sensor signal, and a rotational force component around the vertical axis and a translation force in the object long axis direction A force-motion conversion unit that outputs the motion components with a gain that reduces the resistance of the robot in the rotation and translation directions based on the components, and a translation in the short axis direction of the object set to these motion components and zero. A coordinate conversion unit for synthesizing a motion component and outputting a motion command for driving the robot arm.
【００１０】上記構成を有する物体協調運搬ロボットの
制御手段によれば、人間とロボットが物体の両端を把持
して水平面内を運搬する物体協調運搬ロボットを制御す
るに際し、物体に対してそれがロボット側の一点で物体
長軸方向を向いた仮想的な車輪に支えられているのと同
等な運動制限を与え、それにより、物体が運動可能な方
向を制限しているので、操作者が加えた力と物体の運動
の関係が単純化され、操作者が物体の挙動を日常的な感
覚で直感的に把握することが可能になる。しかも、物体
を任意の目標位置・姿勢に運搬するという、作業本来の
目的を損なうこともない。[0010] According to the control means of the object-cooperative transport robot having the above configuration, when the human and the robot control the object-cooperative transport robot that grips both ends of the object and transports the object in the horizontal plane, the object is controlled by the robot. An operator added, because at one point on the side, a movement restriction equivalent to that supported by a virtual wheel oriented in the longitudinal direction of the object, thereby restricting the direction in which the object can move, was added. The relationship between the force and the motion of the object is simplified, and the operator can intuitively grasp the behavior of the object with a daily sense. In addition, the original purpose of the operation of transporting the object to an arbitrary target position / posture is not impaired.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】受動的な車輪を持つ台車に物体を
載せ、水平な床面上で台車を押して物体を運搬するとい
う作業は、一輪運搬車（いわゆるネコ車）、ショッピン
グカート、ベビーカー、テーブルワゴン等において、人
間が日常的にしばしば経験するものである。これらの場
合、台車が運動可能な方向は、瞬間的には車輪の方向に
よって制限されている。すなわち、車輪と平行な方向に
は、車輪の回転によって台車を前後に動かすことが可能
であるが、車輪と垂直な方向には、床面と車輪との摩擦
力に逆らって車輪をスリップさせない限り、動かすこと
ができない。このような性質の運動制限を非ホロノミッ
ク拘束と呼ぶ。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The work of placing an object on a truck having passive wheels and pushing the truck on a horizontal floor to carry the object is performed by a unicycle (a so-called cat truck), a shopping cart, a stroller, It is something that humans often experience on a daily basis, such as in table wagons. In these cases, the direction in which the truck can move is momentarily limited by the direction of the wheels. That is, in the direction parallel to the wheels, it is possible to move the bogie back and forth by the rotation of the wheels, but in the direction perpendicular to the wheels, unless the wheels slip against the frictional force between the floor and the wheels. , Can not move. This kind of motion limitation is called nonholonomic constraint.
【００１２】このような運動方向の制限に拘わらず、適
切な軌道に沿って台車を押すことにより台車を最終的に
任意の目標位置・姿勢に持って行くことは可能であり、
そのことは数学的にも証明されている。また、人間は日
常の経験からそれを実現する技能を一般に有していると
言える。In spite of such a restriction of the direction of movement, it is possible to finally bring the truck to an arbitrary target position / posture by pushing the truck along an appropriate track.
That has been proven mathematically. In addition, it can be said that humans generally have the skills to realize it from everyday experiences.
【００１３】そこで、図１に示すように、ロボットアー
ム１のハンド２と操作者３とが長尺物あるいは寸法の大
きな物体４の両端を把持し、向かい合って水平面内を協
調運搬する場合においても、物体４が台車と同様の挙動
を行うようにロボットを制御すれば、人間は物体の挙動
を直感的に把握することができるため、容易に目標の位
置・姿勢まで物体を運搬することが可能になる。そのた
めには、図２に示すように、物体４に対して、それがロ
ボット側４ａで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪６に
支えられているような運動制限を与えればよく、それに
より、操作者側４ｂでは、矢印によって例示する適宜方
向に台車を押して物体を運搬するのと同様な作業が可能
になる。Therefore, as shown in FIG. 1, even when the hand 2 of the robot arm 1 and the operator 3 hold both ends of a long object or an object 4 having a large size and cooperate in a horizontal plane to face each other. If the robot is controlled so that the object 4 behaves in the same way as a bogie, humans can intuitively grasp the behavior of the object, and can easily transport the object to the target position / posture. become. For this purpose, as shown in FIG. 2, the object 4 may be limited in motion such that the object 4 is supported by virtual wheels 6 oriented in the long axis direction of the object on the robot side 4a. Accordingly, on the operator side 4b, the same operation as carrying the object by pushing the cart in the appropriate direction exemplified by the arrow becomes possible.
【００１４】具体的には、図３に示すように、ロボット
アーム１とその先端のハンド２との間に力覚センサ５を
設け、この力覚センサ５により、物体４におけるロボッ
ト側の１点Ｐにおいて操作者側Ｑから物体４を介してロ
ボットアーム１側に加えられる力を検出し、得られたセ
ンサ信号を、操作者とロボットを結ぶ物体長軸方向（Ｐ
Ｑ方向）の並進力成分Ｆｘ、それと垂直の方向（ＰＲ方
向）の並進力成分Ｆｙ、及び点Ｐにおける鉛直軸周りの
回転力成分τに分解する。そして、回転力成分τと長軸
方向の並進力成分Ｆｘとについては、それぞれの方向に
ロボットが抵抗なく運動するようにし、並進力成分Ｆｙ
については、ロボットの運動を制限し、それにより、物
体４が点Ｐで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪によっ
て支えられているのと同等な運動制限を与えることにな
る。More specifically, as shown in FIG. 3, a force sensor 5 is provided between the robot arm 1 and the hand 2 at the tip of the robot arm. In P, a force applied from the operator side Q to the robot arm 1 side via the object 4 is detected, and the obtained sensor signal is transmitted to the object long axis direction (P
Into a translational force component Fx in the Q direction), a translational force component Fy in the direction perpendicular to it (PR direction), and a rotational force component τ about the vertical axis at the point P. For the rotational force component τ and the translational force component Fx in the long axis direction, the robot moves in each direction without resistance, and the translational force component Fy
For, the movement of the robot is restricted, thereby giving a movement restriction equivalent to that of the object 4 being supported at a point P by a virtual wheel oriented in the direction of the long axis of the object.
【００１５】そのためには、力覚センサ５のセンサ信号
における鉛直軸周りの回転力成分τ及び物体長軸方向の
並進力成分Ｆｘに基づき、鉛直軸周りの回転運動成分及
び物体長軸方向の並進運動成分を、ロボットの抵抗力が
小さくなるようにゲインを設定して出力させ、一方、物
体短軸方向の並進力成分Ｆｙに対しては物体短軸方向の
並進運動が生じないように拘束し、ロボットアームを駆
動することになる。なお、この物体短軸方向の並進運動
が生じないようにするための拘束は、短軸方向運動成分
が実質的に０になるように運動指令が出力されるように
すればよい。For this purpose, a rotational motion component about the vertical axis and a translational component in the object long axis direction based on the rotational force component τ about the vertical axis and the translation force component Fx in the object long axis direction in the sensor signal of the force sensor 5. The motion component is output by setting a gain so that the resistance of the robot is reduced, while the translational force component Fy in the object short axis direction is restrained so that no translational motion in the object short axis direction occurs. Will drive the robot arm. The constraint for preventing the translational movement in the short axis direction of the object may be achieved by outputting a motion command such that the short axis direction motion component becomes substantially zero.
【００１６】このようにして、図３に示す物体４上の点
Ｐは、ＰＱ方向にのみ並進させることができる。また、
点Ｐ周りで回転させることも可能である。さらに、直線
ＰＱに接する滑らかな曲線軌道に沿って進みながら、進
行方向を連続的に変えてゆくこともできる。物体４の挙
動は、点Ｐで車輪に支えられている場合と同様になるた
め、操作者は台車を押す場合と同じ技能を用いて、直感
的に目標の位置・姿勢まで物体を運搬することができ
る。Thus, the point P on the object 4 shown in FIG. 3 can be translated only in the PQ direction. Also,
It is also possible to rotate around point P. Further, the traveling direction can be continuously changed while traveling along a smooth curved trajectory that is in contact with the straight line PQ. Since the behavior of the object 4 is similar to the case where the object is supported by wheels at the point P, the operator intuitively transports the object to the target position / posture using the same skill as when pushing the bogie. Can be.
【００１７】上述した制御方法を実施するためには、図
３及び図４によって以下に説明するような装置を用いる
ことができる。まず、ロボットアーム１の先端には、図
３に示すように、物体４を把持するためのハンド２及び
操作者が加えた力を物体４を介して検出する力覚センサ
５を配することが必要である。力覚センサ５において検
出されたセンサ信号は、制御装置（コンピュータ）に入
力されるが、この制御装置では、図４に示すように、座
標変換部（１）において、物体長軸方向の並進力成分Ｆ
ｘ及び物体短軸方向の並進力成分Ｆｙ、並びに鉛直軸周
りの回転力成分τが分離される。In order to carry out the control method described above, an apparatus as described below with reference to FIGS. 3 and 4 can be used. First, as shown in FIG. 3, a hand 2 for grasping the object 4 and a force sensor 5 for detecting a force applied by the operator via the object 4 are arranged at the tip of the robot arm 1. is necessary. The sensor signal detected by the force sensor 5 is input to a control device (computer). In this control device, as shown in FIG. Component F
x and the translational force component Fy in the short axis direction of the object and the rotational force component τ about the vertical axis are separated.
【００１８】そして、力−運動変換部において、上記物
体長軸方向の並進力成分Ｆｘに基づき、図３の点Ｐにお
けるＰＱ方向の並進運動成分（速度・加速度）が決定さ
れ、また、鉛直軸周りの回転力成分τに基づいて、点Ｐ
まわりの回転運動成分（角速度・角加速度）が決定され
る。これらは、回転及び並進方向のロボットの抵抗力が
小さくなるゲインの設定により決定されるるものであ
る。一方、短軸方向並進力成分Ｆｙについては、力覚セ
ンサの出力の如何に拘わらず、点ＰのＰＲ方向の並進運
動成分（速度・加速度）をゼロに設定し、座標変換部
（２）においてこれらの運動成分を合成して、ロボット
アーム１の各関節アクチュエータを駆動する運動指令を
出力させる。関節アクチュエータの動作は、それぞれの
関節に設けた関節センサにより検出され、ロボットアー
ムの動作が目標値に近づくように関節の位置や駆動速度
がフィードバックされる。In the force-motion conversion section, a translational motion component (velocity / acceleration) in the PQ direction at the point P in FIG. 3 is determined based on the translational force component Fx in the longitudinal direction of the object. Based on the surrounding rotational force component τ, the point P
A peripheral rotational motion component (angular velocity / angular acceleration) is determined. These are determined by the setting of the gain that reduces the resistance of the robot in the rotation and translation directions. On the other hand, regarding the short-axis direction translational force component Fy, the translational component (velocity / acceleration) in the PR direction of the point P is set to zero regardless of the output of the force sensor, and the coordinate conversion unit (2) By combining these motion components, a motion command for driving each joint actuator of the robot arm 1 is output. The operation of the joint actuator is detected by a joint sensor provided at each joint, and the position and drive speed of the joint are fed back so that the operation of the robot arm approaches the target value.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上に詳述した本発明の制御方法及び装
置によれば、人間と協調して物体を運搬する物体協調運
搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を適
切に制限することにより、物体を任意の目標位置・姿勢
に運搬するという、作業本来の目的を損なうことなく、
人間が加えた力と物体の運動の関係を単純化し、人間が
物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握して、物体の
ロボット側を物体長軸方向を向いた仮想的な車輪で支え
ているのと同等に作業することができる。According to the control method and apparatus of the present invention described in detail above, in the control of an object-cooperative transport robot that transports an object in cooperation with a human, the direction in which the object can move is appropriately restricted. By transporting an object to an arbitrary target position / posture, without impairing the original purpose of the work,
The relationship between the force applied by a human and the motion of the object is simplified, and the human can intuitively grasp the behavior of the object in a daily sense, and the robot side of the object is virtual wheels oriented in the object long axis direction. Can work as well as supporting.
【図１】本発明に基づいて制御する物体協調運搬ロボッ
トについての説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an object-cooperative transport robot controlled based on the present invention.
【図２】本発明による制御についての概念的な説明図で
ある。FIG. 2 is a conceptual explanatory diagram of control according to the present invention.
【図３】本発明による物体協調運搬ロボットの制御にお
いて用いる力覚センサの検出出力成分についての説明図
である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a detection output component of a force sensor used in controlling the object-cooperative transport robot according to the present invention.
【図４】本発明における物体協調運搬ロボットの制御系
の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a control system of the object-cooperative transport robot according to the present invention.
１ ロボットアーム ２ ハンド ３ 操作者 ４ 物体 ５ 力覚センサ ６ 車輪 Ｆｘ センサ信号の物体長軸方向の並進力成分 Ｆｙ 同物体短軸方向の並進力成分 τ 同鉛直軸周りの回転力成分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot arm 2 Hand 3 Operator 4 Object 5 Force sensor 6 Wheel Fx Translation force component of sensor signal in the long axis direction of object Fy Translation force component in the short axis direction of the same object τ Rotation force component around the vertical axis
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年３月１０日（２０００．３．１
０）[Submission date] March 10, 2000 (200.3.1.1)
0)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る制御方法は、人間とロボットが長尺物
あるいは寸法の大きな物体の両端を把持して水平面内を
運搬するための物体協調運搬ロボットを制御する制御方
法であって、物体からロボットに加わる力を力覚センサ
で検出し、そのセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回
転力成分及び人間による把持点とロボットによる把持点
とを結ぶ物体長軸方向の並進力成分に基づき、上記鉛直
軸周りの回転運動成分及び上記物体長軸方向の並進運動
成分を、ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲインを
設定して出力させ、一方、上記物体長軸方向と直交する
物体短軸方向の並進力成分に対しては物体短軸方向の並
進運動が生じないように拘束し、それにより、物体に対
してそれがロボット側の一点で物体長軸方向を向いた仮
想的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え
てロボットアームを駆動することを特徴とするものであ
る。In order to solve the above-mentioned problems, a control method according to the present invention is directed to a method in which a human and a robot have a long object.
Or a control method for controlling an object-coordinated transport robot for gripping both ends of a large object and transporting it in a horizontal plane, detecting the force applied to the robot from the object with a force sensor and separating it from the sensor signal Force components around the vertical axis and the gripping points by humans and robots
Based on the translational force component of the object axial direction connecting the bets, the rotational movement component and the translation component of the product body length direction around the vertical axis, is output by setting the gain so that the resistance force of the robot is reduced On the other hand, the translational force component in the short axis direction of the object orthogonal to the long axis direction of the object is constrained so as not to cause the translational motion in the short axis direction of the object, whereby Is provided with a movement restriction equivalent to that supported by a virtual wheel oriented in the object long axis direction at one point on the robot side to drive the robot arm.
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００９[Correction target item name] 0009
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００９】また、本発明に係る制御装置は、人間とロ
ボットが長尺物あるいは寸法の大きな物体の両端を把持
して水平面内を運搬するための物体協調運搬ロボットを
制御する制御装置であって、物体からロボットに加わる
力を検出する力覚センサと、そのセンサ信号から鉛直軸
周りの回転力成分、並びに人間による把持点とロボット
による把持点とを結ぶ物体長軸方向及びそれと直交する
物体短軸方向の並進力成分を分離する座標変換部と、上
記鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸方向の並進力成
分に基づいて、それらの回転及び並進方向のロボットの
抵抗力が小さくなるゲインでそれらの運動成分を出力す
る力−運動変換部と、これらの運動成分及びゼロに設定
した上記物体短軸方向の並進運動成分を合成し、ロボッ
トアームを駆動する運動指令を出力する座標変換部とを
備えたことを特徴とするものである。Further, a control device according to the present invention is a control device for controlling an object cooperative transport robot for a human and a robot to grip both ends of a long object or a large object and transport the object in a horizontal plane. a force sensor for detecting a force applied from the object to the robot, the gripping point by rotational force component, as well as human around the vertical axis from the sensor signals the robot
A coordinate transformation unit for separating the translational force component in the object long axis direction and the object short axis direction that is orthogonal to the object gripping point, and the rotational force component about the vertical axis and the translational force in the object long axis direction based on the component, the force resistance of their rotation and translation direction of the robot and outputs these motion components with a gain smaller - a motion conversion unit, the object of the short axis direction set to these motion components and zero A coordinate conversion unit that synthesizes a translational motion component and outputs a motion command for driving the robot arm.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１０[Correction target item name] 0010
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１０】上記構成を有する物体協調運搬ロボットの
制御手段によれば、人間とロボットが長尺物あるいは寸
法の大きな物体の両端を把持して水平面内を運搬する物
体協調運搬ロボットを制御するに際し、物体に対してそ
れがロボット側の一点で上記物体長軸方向を向いた仮想
的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え、
それにより、物体が運動可能な方向を制限しているの
で、操作者が加えた力と物体の運動の関係が単純化さ
れ、操作者が物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握
することが可能になる。しかも、物体を任意の目標位置
・姿勢に運搬するという、作業本来の目的を損なうこと
もない。[0010] According to the control means of the object-cooperative transport robot having the above configuration, the human and the robot can move a long object or a small object.
Upon gripping the ends of the large object of the law controlling the object cooperative transport robot for transporting in a horizontal plane, it is supported by a virtual wheel facing the object longitudinal direction at one point of the robot side relative to the object Give the same exercise restriction as
As a result, since the direction in which the object can move is restricted, the relationship between the force applied by the operator and the movement of the object is simplified, and the operator can intuitively grasp the behavior of the object with a daily sense. It becomes possible. In addition, the original purpose of the operation of transporting the object to an arbitrary target position / posture is not impaired.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 窪 朋 仁 茨城県つくば市天王台１丁目１−１ 筑波 大学内 Ｆターム(参考） 3F059 AA01 BA01 BA08 DA07 DC04 FB21 FB30 FC03 3F060 AA01 DA04 GD11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomohito Takubo 1-1-1 Tennodai, Tsukuba-shi, Ibaraki F-term in Tsukuba University (Reference) 3F059 AA01 BA01 BA08 DA07 DC04 FB21 FB30 FC03 3F060 AA01 DA04 GD11
Claims (2)
平面内を運搬するための物体協調運搬ロボットを制御す
る制御方法であって、 物体からロボットに加わる力を力覚センサで検出し、そ
のセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回転力成分及び
物体長軸方向の並進力成分に基づき、上記鉛直軸周りの
回転運動成分及び上記物体長軸方向の並進運動成分を、
ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲインを設定して
出力させ、一方、物体短軸方向の並進力成分に対しては
物体短軸方向の並進運動が生じないように拘束し、 それにより、物体に対してそれがロボット側の一点で物
体長軸方向を向いた仮想的な車輪に支えられているのと
同等な運動制限を与えてロボットアームを駆動する、こ
とを特徴とする物体協調運搬ロボットの制御方法。1. A control method for controlling an object-cooperative transport robot in which a human and a robot grip an object at both ends and transport the object in a horizontal plane, wherein a force applied from the object to the robot is detected by a force sensor, Based on the rotational force component around the vertical axis and the translational force component in the object long axis direction separated from the sensor signal, the rotational motion component around the vertical axis and the translational motion component in the object long axis direction are
The gain is set so that the resistance force of the robot is reduced, and the output is performed.On the other hand, the translational force component in the short axis direction of the object is restrained so that the translational motion in the short axis direction of the object does not occur. An object-coordinated transport robot characterized in that the robot arm is driven by applying a motion restriction equivalent to that supported by a virtual wheel oriented in the longitudinal direction of the object at one point on the robot side. Control method.
平面内を運搬するための物体協調運搬ロボットを制御す
る制御装置であって、 物体からロボットに加わる力を検出する力覚センサと、
そのセンサ信号から鉛直軸周りの回転力成分、並びに物
体長軸方向及び物体短軸方向の並進力成分を分離する座
標変換部と、上記鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸
方向の並進力成分に基づいて、それらの回転及び並進方
向のロボットの抵抗力が小さくなるゲインでそれらの運
動成分を出力する力−運動変換部と、これらの運動成分
及びゼロに設定した物体短軸方向の並進運動成分を合成
し、ロボットアームを駆動する運動指令を出力する座標
変換部とを備えた、ことを特徴とする物体協調運搬ロボ
ットの制御装置。2. A control device for controlling an object cooperative transport robot for a human and a robot to grip both ends of an object and transport the object in a horizontal plane, comprising: a force sensor for detecting a force applied to the robot from the object;
A coordinate transformation unit for separating a rotational force component around the vertical axis and a translational force component in the object long axis direction and the object short axis direction from the sensor signal, and a rotational force component around the vertical axis and a translation force in the object long axis direction A force-motion conversion unit that outputs the motion components with a gain that reduces the resistance of the robot in the rotation and translation directions based on the components, and a translation in the short axis direction of the object set to these motion components and zero. A control unit for synthesizing a motion component and outputting a motion command for driving a robot arm.
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