JP2002144265A - Control method of movable part of robot - Google Patents

Control method of movable part of robot

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JP2002144265A
JP2002144265A JP2000336948A JP2000336948A JP2002144265A JP 2002144265 A JP2002144265 A JP 2002144265A JP 2000336948 A JP2000336948 A JP 2000336948A JP 2000336948 A JP2000336948 A JP 2000336948A JP 2002144265 A JP2002144265 A JP 2002144265A
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Japan
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robot
approaching
control
ground surface
walking
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Nobuhiro Shimoi
信浩 下井
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TOKYO NAT COLLEGE OF TECHNOLOG
TOKYO NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
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TOKYO NAT COLLEGE OF TECHNOLOG
TOKYO NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To compliance-control approaching movement of a movable part of a robot to an approaching object by using an optical sensor which is an inexpensive and light weight sensor. SOLUTION: The optical sensors 33-35 to detect light from a ground surface 36 are provided on a walking leg 2 and lowering movement of the walking leg 2 is controlled in speed in three stages before grounding on the ground surface 36 in accordance with a change of output signals of the optical sensors 33-35 by the light from the ground surface 36 at the time of controlling the lowering movement to the ground surface 36 as an approaching object of the walking leg 2 as the movable part of the robot.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ロボットの可動
部の制御、特には歩行ロボットの歩行脚のコンプライア
ンス制御に適した制御方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a control method suitable for controlling a movable portion of a robot, particularly for compliance control of a walking leg of a walking robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来は、歩行ロボットの歩行脚のコンプ
ライアンス制御(柔らかさを能動的に実現する制御)の
ために、可動部としての歩行脚にレーザ式距離センサ等
の光学式距離測定機器を設けて、その歩行脚と接近対象
としての地表面との間の距離測定を実施していたが、か
かるセンサは非常に高価であるため、6本脚のロボット
等に使用することは非常に困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, for compliance control of a walking leg of a walking robot (control for actively realizing softness), an optical distance measuring device such as a laser type distance sensor is mounted on a walking leg as a movable portion. Provided, the distance between the walking leg and the ground surface to be approached was measured. However, since such a sensor is very expensive, it is very difficult to use it for a six-legged robot or the like. Met.

【0003】また、レーザ式距離センサ等の光学式距離
測定機器は、センサ本体およびアンプが大型であるた
め、歩行ロボットの歩行時における歩行脚の駆動用のモ
ータトルクおよび駆動機構等に大きな負荷を与えた。
Also, optical distance measuring devices such as laser type distance sensors have large sensor bodies and amplifiers, so that a large load is applied to a motor torque and a driving mechanism for driving a walking leg when a walking robot walks. Gave.

【0004】さらに、従来は上記のように距離測定デー
タを用いることから、コンプライアンス制御に関し複雑
なプログラム等を作成して実施するために、誤動作およ
び制御の煩雑さが存在した。
Further, conventionally, since the distance measurement data is used as described above, a complicated program or the like relating to the compliance control is created and executed, so that there is a malfunction and a complicated control.

【0005】そして、歩行ロボットを地雷探知等に使用
した場合は、歩行脚に埋設地雷探知用のセンサを装着す
るため、他のセンサの設置スペースが制限され、コンプ
ライアンス制御用のセンサを極力少なくする必要があっ
た。
When a walking robot is used for land mine detection or the like, a sensor for detecting a buried land mine is mounted on the walking leg, so that the installation space for other sensors is limited, and the number of sensors for compliance control is reduced as much as possible. Needed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】それゆえこの発明は、
以下の点を主な目的としている。 (1)歩行ロボット等のロボットに対し、安価かつ軽量
のセンサである光センサを使用して、そのロボットの、
歩行脚等の可動部の、地表面等の接近対象に対する接近
移動を制御することで、その接近対象に対する可動部の
接触力を制御し、接近対象からの反力を軽減する。
SUMMARY OF THE INVENTION
The main points are as follows. (1) For a robot such as a walking robot, an optical sensor that is an inexpensive and lightweight sensor is used,
By controlling the approaching movement of a movable part such as a walking leg with respect to an approaching object such as the ground surface, the contact force of the movable unit with the approaching object is controlled, and the reaction force from the approaching object is reduced.

【0007】(2)歩行ロボットの歩行時における転倒
を防止するために、光センサを使用して、歩行脚が接地
する前に地表面のうねりや脆弱状態を認識し、安定した
制御を可能とする。
(2) In order to prevent the walking robot from falling during walking, it is possible to recognize the swelling or fragile state of the ground surface by using an optical sensor before the walking leg touches the ground, thereby enabling stable control. I do.

【0008】(3)歩行ロボット等において、歩行脚等
の可動部の、地表面等の接近対象に対する距離を、光セ
ンサを使用して数段階に分けて認識することにより、歩
行時等における滑らかなコンプライアンス制御を可能と
する。
(3) In a walking robot or the like, the distance of a movable portion such as a walking leg to an approaching object such as the ground surface is recognized in several stages using an optical sensor, so that the walking robot can smoothly move. Compliance control.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】こ
の発明は、上記課題を有利に解決した制御方法を提供す
ることを目的とするものであり、この発明のロボットの
可動部の制御方法は、ロボットの可動部の、接近対象に
対する接近移動を制御するに際し、前記可動部に、前記
接近対象からの光を検知するように光センサを設け、前
記接近対象からの光による前記光センサの出力信号の変
化に基づき、前記接近対象に接触する前に前記可動部の
前記接近移動を制御することを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control method that advantageously solves the above-mentioned problems, and a method of controlling a movable part of a robot according to the present invention is as follows. In controlling the approaching movement of the movable part of the robot with respect to the approaching target, an optical sensor is provided on the movable part so as to detect light from the approaching target, and an output of the optical sensor by light from the approaching target. Before approaching the approaching object, the approaching movement of the movable unit is controlled based on a change in the signal.

【0010】かかる制御方法によれば、安価かつ軽量で
小型のセンサである光センサを用いて、そのロボットの
可動部の、接近対象に対する接近移動を制御すること
で、その接近対象に対する可動部の接触力を制御し、接
近対象からの反力を軽減することができるので、ロボッ
トの可動部のコンプライアンス制御を安価に、かつ可動
部の駆動モータや駆動機構に大きな負荷をかけることな
く行うことができ、また可動部のセンサ設置スペースが
少ない場合でもコンプライアンス制御用のセンサを容易
に設置することができ、そして比較的簡単なプログラム
で制御し得て、信頼性の高いコンプライアンス制御を行
うことができる。ここで、前記光センサが検知するの
は、前記可動部に設けられた光源あるはその接近対象の
周囲の他の光源や太陽からの光を前記接近対象が反射し
た反射光でも良く、またその接近対象に設けられた光源
が発する光でも良い。
According to this control method, by controlling the approaching movement of the movable part of the robot with respect to the approaching object by using the optical sensor, which is an inexpensive, lightweight, and small sensor, the moving part of the robot with respect to the approaching object is controlled. Since the contact force can be controlled and the reaction force from the approaching object can be reduced, compliance control of the movable part of the robot can be performed at low cost and without applying a large load to the drive motor and drive mechanism of the movable part. The sensor for compliance control can be easily installed even when the sensor installation space of the movable part is small, and it can be controlled with a relatively simple program, and highly reliable compliance control can be performed. . Here, the light sensor detects the light source provided in the movable portion, or other light sources around the approaching object or reflected light reflected by the approaching object from light from the sun, or the reflected light. Light emitted from a light source provided on the approaching object may be used.

【0011】なお、この発明の制御方法においては、前
記可動部が歩行脚であり、かつ前記接近対象が地表面で
あっても良く、かかる制御方法によれば、ロボットの歩
行脚の、地表面に対する接近移動を制御する際に、上述
した作用効果をもたらすことができる。
In the control method according to the present invention, the movable portion may be a walking leg, and the approaching object may be a ground surface. In controlling the approaching movement to, the above-described effects can be obtained.

【0012】また、この発明の制御方法においては、前
記制御は、前記接近移動の速度を減速することであって
も良く、かかる制御方法によれば、減速により接近対象
に対する可動部の接触力を制御するコンプライアンス制
御を行うことができる。
In the control method according to the present invention, the control may be to reduce the speed of the approaching movement. According to such a control method, the contact force of the movable portion with respect to the approaching object is reduced by the speed reduction. Compliance control can be performed.

【0013】さらに、この発明の制御方法においては、
前記制御は、前記接近移動の停止位置を決定することで
あっても良く、かかる制御方法によれば、減速に代えて
または加えて接近移動の停止位置を、例えば可動部が歩
行脚の場合に他の歩行脚より高くしたり低くしたりする
等、適宜に決定することで、接近対象に対する可動部の
接触力を制御するコンプライアンス制御を行うことがで
きる。
Further, in the control method of the present invention,
The control may be to determine the stop position of the approach movement, according to such a control method, instead of or in addition to deceleration, the stop position of the approach movement, for example, when the movable part is a walking leg By appropriately determining whether the walking leg is higher or lower than other walking legs, compliance control for controlling the contact force of the movable portion with respect to the approaching target can be performed.

【0014】ここで、前記制御は、前記光センサが検知
する光の強さや色の種類に応じたものであっても良く、
このようにすれば、従来は歩行ロボットが野外等で活動
する場合に、接地する地面の状態(硬質地または脆弱地
等)を歩行脚の接地前に認識することは非常に困難であ
ったのが、光センサによって地表面からの反射光の強さ
および土の色等を認識することで、歩行脚が接地する場
所の地表状態を感知して制御にフイードバックし、標準
の地表状態を検知するまで停止位置をずらしたりするこ
とができる。例えば土の色が黒くて反射光が強い時は湿
っており、また反射光が白い時は雪が存在する等であ
り、かかる地表状態の相違は、標準の地表状態での光セ
ンサの出力信号が所定状態となるように光センサ用のア
ンプをキャリブレートしておくことで識別することがで
きる。
Here, the control may be in accordance with the intensity and color of light detected by the optical sensor.
In this way, conventionally, when the walking robot is active outdoors, it has been very difficult to recognize the state of the ground to be grounded (hard ground or fragile ground) before the walking leg touches the ground. However, by recognizing the intensity of the light reflected from the ground surface and the color of the soil, etc., with the optical sensor, it senses the surface condition of the place where the walking leg touches the ground and feeds back to the control to detect the standard surface condition The stop position can be shifted up to this point. For example, when the color of the soil is black and the reflected light is strong, it is moist, and when the reflected light is white, there is snow, etc.The difference in the ground surface state is that the output signal of the optical sensor in the standard ground state is The identification can be performed by calibrating the amplifier for the optical sensor so as to be in a predetermined state.

【0015】さらに、この発明の制御方法においては、
前記可動部に、その可動部から前記接近移動方向前方の
複数の距離にそれぞれ焦点位置を持つように複数の光セ
ンサを設け、前記接近対象からの光を前記複数の焦点位
置で順次に検知した時の前記複数の光センサの出力信号
の変化に基づき、前記接近対象に接触する前に前記可動
部の前記接近移動を複数段階に制御することとしても良
く、かかる制御方法によれば、歩行脚等の可動部の、地
表面等の接近対象に対する距離を光センサによって簡易
に、数段階に分けて認識し得るので、歩行時等における
滑らかなコンプライアンス制御を容易に、かつ安価に実
現することができる。
Further, in the control method of the present invention,
The movable unit is provided with a plurality of optical sensors so as to have a focal position at a plurality of distances in front of the approaching movement direction from the movable unit, respectively, and light from the approaching object is sequentially detected at the plurality of focal positions. The approach movement of the movable portion may be controlled in a plurality of stages before contacting the approaching object based on a change in output signals of the plurality of optical sensors at the time. Since the distance of the movable part such as the ground surface to the approaching object such as the ground surface can be easily recognized in several stages by the optical sensor, it is possible to easily and inexpensively realize smooth compliance control during walking or the like. it can.

【0016】そして、この発明の制御方法においては、
前記接近対象と前記可動部との接触を検知する接触検知
センサをさらに設け、前記光センサおよび前記接触検知
センサからの出力信号に基づき、前記接近対象に接触す
る前および接触時の前記可動部の前記接近移動を制御す
ることとしても良く、このようにすれば、力覚センサや
マイクロスイッチ等の接触検知センサとの協調制御によ
って、より高精度のコンプライアンス制御を実現するこ
とができる。
In the control method of the present invention,
A contact detection sensor that detects contact between the approaching target and the movable unit; furthermore, based on output signals from the optical sensor and the contact detection sensor, the movable unit before and during the contact with the approaching target. The approaching movement may be controlled, and in this case, a more precise compliance control can be realized by cooperative control with a contact detection sensor such as a force sensor or a microswitch.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここ
に、図1は、この発明のロボットの可動部の制御方法の
一実施例の制御手順を示すフローチャート、図2は、そ
の実施例の制御方法を可動部としての歩行脚の制御に適
用した地雷探知用ロボットを示す斜視図、図3は、その
地雷探知用ロボットの歩行脚およびその歩行脚の昇降駆
動部を示す正面図であり、図中符号1は上記地雷探知用
ロボットの本体、2は歩行脚、3は下端部にキャスタを
持つ補助脚をそれぞれ示す。なお、図2では、左手前側
の部分が上記地雷探知用ロボット前部である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a flowchart showing a control procedure of an embodiment of a method for controlling a movable portion of a robot according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the control method of the embodiment applied to control of a walking leg as a movable portion. FIG. 3 is a front view showing a walking leg of the mine detection robot and a lifting drive unit of the walking leg, and reference numeral 1 in the figure denotes a main body of the mine detection robot. Denotes a walking leg, and 3 denotes an auxiliary leg having a caster at a lower end. In FIG. 2, the front left portion is the front of the mine detection robot.

【0018】上記地雷探知用ロボットは、歩行脚2を本
体1の左右側方に三本ずつ合計六本具えるとともに、補
助脚3を本体1の下方の四隅に位置するように四本具え
ており、ここにおける補助脚3は、歩行脚2の非駆動時
に接地して本体1を支持する役割を果たす。一方、ここ
における各歩行脚2は、図3に示すように、略垂直に延
在する一本の柱状部4と、上下二段に位置して各々略水
平に延在する二本のリンク部5,6と、一つの接地部7
とを有しており、二本のリンク部5,6の外方(図3で
は左方)端部は、略水平で互いに平行な二本の揺動軸
8,9を介して上記柱状部4の上部に上下方向揺動可能
に連結され、また柱状部4の下端部には力覚センサ10
が固設され、接地部7はその力覚センサ10の下端部
に、略水平で互いに直交する二本の揺動軸線11,12
を持つ自在継手13を介して揺動可能に連結されてい
る。
The robot for detecting land mines has six walking legs 2 on each of the left and right sides of the main body 1 in total, and four auxiliary legs 3 so as to be located at the four lower corners of the main body 1. The auxiliary leg 3 here serves to support the main body 1 by contacting the ground when the walking leg 2 is not driven. On the other hand, as shown in FIG. 3, each of the walking legs 2 has one columnar portion 4 extending substantially vertically, and two link portions located at two upper and lower stages and each extending substantially horizontally. 5, 6 and one grounding part 7
The outer (leftward in FIG. 3) end portions of the two link portions 5 and 6 are connected to the columnar portion via two swing shafts 8 and 9 which are substantially horizontal and parallel to each other. 4 is connected to the upper part of the column 4 so as to be capable of swinging up and down.
The grounding portion 7 is provided at the lower end of the force sensor 10 with two swinging axes 11, 12 which are substantially horizontal and orthogonal to each other.
Swingably connected via a universal joint 13 having

【0019】上記地雷探知用ロボットはまた、上記各歩
行脚2を支持および昇降駆動する昇降駆動機構14を本
体1の左右側部に三個ずつ合計六個具えており、各昇降
駆動機構14は、図3に示すように、その昇降駆動機構
14に対応する歩行脚2の二本のリンク部5,6の内方
(図3では右方)端部を、略水平で互いに平行な二本の
揺動軸15,16を介して上下方向揺動可能に支持する
とともに、サーボモータ17の出力軸の回転をプーリ1
8,19およびベルト20を介して大減速比の減速機で
あるハーモニックドライブ21に入力し、そのハーモニ
ックドライブ装置21の出力回転をさらにプーリ22,
23およびベルト24を介して上記二本の揺動軸15,
16のうちの上側の揺動軸15に伝達し、その上側の揺
動軸15に内方端部を一体的に結合した上側のリンク部
5を図3中矢印Aで示すように上下方向へ揺動させて、
昇降駆動機構14と二本のリンク部5,6とともに四節
リンクを構成する歩行脚2を図3中矢印Bで示すように
本体1に対し昇降移動させる。その際、下側のリンク部
6は、図3中矢印Cで示すように上下方向へ揺動して、
柱状部4を略上下方向に延在する状態に維持する。
The above-mentioned landmine detection robot also has three lifting drive mechanisms 14 for supporting and raising and lowering each of the walking legs 2 on the left and right sides of the main body 1, for a total of six lifting drive mechanisms 14. As shown in FIG. 3, the inner (rightward in FIG. 3) ends of the two link portions 5 and 6 of the walking leg 2 corresponding to the lifting / lowering drive mechanism 14 are substantially horizontal and parallel to each other. The swing shaft 15 and the swing shaft 15 are supported so as to be swingable in the vertical direction, and the rotation of the output shaft of the servomotor 17 is controlled by the pulley 1.
8, 19 and a belt 20 to a harmonic drive 21 which is a reduction gear having a large reduction ratio.
23 and a belt 24, the two swing shafts 15,
The upper link portion 5 which is transmitted to the upper swing shaft 15 of the upper link 16 and whose inner end is integrally connected to the upper swing shaft 15 is moved up and down as shown by an arrow A in FIG. Rock it,
The walking leg 2 constituting the four-bar link together with the lifting drive mechanism 14 and the two link portions 5 and 6 is moved up and down with respect to the main body 1 as shown by an arrow B in FIG. At this time, the lower link portion 6 swings up and down as shown by the arrow C in FIG.
The columnar part 4 is maintained in a state of extending substantially vertically.

【0020】上記地雷探知用ロボットはさらに、上記各
昇降駆動機構14ひいては上記各歩行脚2を各々プーリ
25およびベルト26を介して駆動し、各歩行脚2を略
垂直に延在する揺動軸線27周りに本体1の前後方向に
揺動させる図示しない進退駆動機構を、本体1の左右側
部に三個ずつ具えるとともに、上記各歩行脚2の下側の
リンク部6に、そのリンク部6の外方部分(図3では左
側の部分)6aの内方端部に固定されたボールナット2
8に螺合させたボールネジ軸29をサーボモータ30で
回転させ、ボールナット28をボールネジ軸29に沿っ
てリンク部6の基部(図3では右側の部分)6bに対し
接近および離間するように移動させてリンク部6の長さ
を伸縮させる横行駆動機構31を具えている。
The mine detecting robot further drives each of the lifting / lowering drive mechanisms 14 and thus each of the walking legs 2 via a pulley 25 and a belt 26, and swings the walking legs 2 substantially vertically. The main body 1 is provided with three drive mechanisms (not shown) for swinging in the front-rear direction around the main body 1 on the left and right sides of the main body 1. Ball nut 2 fixed to the inner end of the outer part 6a (the left part in FIG. 3) 6a
The ball screw shaft 29 screwed into the position 8 is rotated by the servo motor 30 and the ball nut 28 is moved along the ball screw shaft 29 so as to approach and separate from the base (the right portion in FIG. 3) 6b of the link portion 6. A traversing drive mechanism 31 for extending and contracting the length of the link portion 6 is provided.

【0021】かかる各種機構により上記地雷探知用ロボ
ットは、六本の歩行脚2を下降移動させることで本体1
を持ち上げるとともに、六本の歩行脚2のうち二本ずつ
を順次に上昇移動、前方揺動および下降移動させること
で前方へ、また六本の歩行脚2のうち二本ずつを順次に
上昇揺動、後方揺動および下降揺動させることで後方へ
それぞれ歩行し、リンク部6の長さを適宜伸縮させつつ
上記二本ずつの歩行脚2の揺動を行わせることで左右側
方へ横行歩行することができ、このような各種機構の逐
次の作動は、本体1に各々搭載された、図示しない小型
コンピュータおよび複数台のプログラマブルコントロー
ラ31にあらかじめ記憶させたプログラムによって制御
することができる。
By the various mechanisms, the mine detection robot moves the six walking legs 2 downward to move the main body 1.
, And two of the six walking legs 2 are sequentially raised and swung forward and downward to move forward, and two of the six walking legs 2 are sequentially raised and rocked. By moving, swinging backward and swinging downward, the robot walks rearward, and while the length of the link portion 6 is appropriately expanded and contracted, the two walking legs 2 are swung to move left and right. The user can walk, and the sequential operation of such various mechanisms can be controlled by a small computer (not shown) mounted on the main body 1 and a program stored in advance in a plurality of programmable controllers 31.

【0022】上記地雷探知用ロボットはさらに、図3に
示すように、各歩行脚2の柱状部4の下端部に力覚セン
サ10に添わせて略下向きに、地雷探知用の埋設物セン
サ32および、歩行脚2の昇降制御用の三本の光センサ
33〜35を固設されて具えており、三本の光センサ3
3〜35は、各々その光センサの前方(図では下方)の
所定距離に焦点位置を持つ光学系を内蔵していて、接地
部7の下方の、接地部7の下面から互いに異なる距離
(100mm,50mm,30mm)にそれらの焦点が
位置するように、三段階の高さにそれぞれ配置されると
ともにその出力信号のレベルを図示しないアンプを介し
て調節されている。そして、各歩行脚2が具えるそれら
金属センサ32および光センサ33〜35の出力信号
は、図示しないアナログ/デジタルコンバータを介して
上記小型コンピュータに入力される。また、三本の光セ
ンサ33〜35のうち特に中間の高さの光センサ34
は、例えば光の三原色のカラーフィルターを持つととも
にそれらのカラーフィルターの各々に対応する受光素子
を持つことにより、上記焦点位置から集光した光の色彩
を示す信号を出力し得るものとされている。
As shown in FIG. 3, the above-mentioned landmine detection robot further includes a buried object sensor 32 for landmine detection substantially downward at the lower end of the columnar portion 4 of each walking leg 2 along with the force sensor 10. Also, three optical sensors 33 to 35 for raising and lowering control of the walking leg 2 are fixedly provided.
Reference numerals 3 to 35 each include a built-in optical system having a focal position at a predetermined distance in front of the optical sensor (downward in the figure), and different distances (100 mm) from the lower surface of the grounding unit 7 below the grounding unit 7. , 50 mm, 30 mm), the focal points are located at three levels, and the level of the output signal is adjusted via an amplifier (not shown). Then, the output signals of the metal sensor 32 and the optical sensors 33 to 35 included in each walking leg 2 are input to the small computer via an analog / digital converter (not shown). Further, among the three optical sensors 33 to 35, an optical sensor 34 having an intermediate height in particular.
For example, by having color filters of three primary colors of light and having light receiving elements corresponding to each of the color filters, it is possible to output a signal indicating the color of light collected from the focal position. .

【0023】ところで、この実施例の制御方法では、上
記各歩行脚2の昇降駆動をコンプライアンス制御するた
めに、一旦上昇させた歩行脚2を下降させる際に、上記
プログラマブルコントローラ31での制御により、図1
に示す手順でその下降を行わせる。なお、プログラマブ
ルコントローラ31での昇降駆動機構14のサーボモー
タ17の制御は、一定速度による回転運動制御としてい
る。
According to the control method of this embodiment, in order to control the ascending and descending drive of each of the walking legs 2, the descending of the once-raised walking leg 2 is controlled by the programmable controller 31. FIG.
The descent is performed according to the procedure shown in FIG. The control of the servomotor 17 of the lifting drive mechanism 14 by the programmable controller 31 is a rotational motion control at a constant speed.

【0024】図1に示す手順では、先ずステップS1
で、図3に示す三本の光センサのうち最も低い位置に位
置する、接地部7の下面から100mmの距離に焦点が
位置する光センサ33からの出力信号の変化状態によ
り、上記小型コンピュータで、地表面36と歩行脚2の
接地部7の下面との距離が100mmになったことを検
知し、その検知時点で直ちに上記小型コンピュータから
プログラマブルコントローラ31に信号を送って、サー
ボモータ17の一定回転速度をそれ以前よりも減速する
制御を実行する。次いでステップS2で、図3に示す三
本の光センサのうち中間の位置に位置する、接地部7の
下面から50mmの距離に焦点が位置する光センサ34
からの出力信号の変化状態により、上記小型コンピュー
タで、地表面36と歩行脚2の接地部7の下面との距離
が50mmになったことを検知し、その検知時点で直ち
に上記小型コンピュータからプログラマブルコントロー
ラ31に信号を送って、サーボモータ17の一定回転速
度をさらに減速する制御を実行する。
In the procedure shown in FIG. 1, first, in step S1
The change in the output signal from the optical sensor 33 whose focal point is located at a distance of 100 mm from the lower surface of the grounding unit 7 located at the lowest position among the three optical sensors shown in FIG. When the distance between the ground surface 36 and the lower surface of the grounding portion 7 of the walking leg 2 becomes 100 mm, a signal is sent from the small computer to the programmable controller 31 immediately at the time of the detection, and the servo motor 17 is kept constant. Control to reduce the rotation speed from before is executed. Next, in step S2, an optical sensor 34 located at an intermediate position among the three optical sensors shown in FIG.
The small computer detects that the distance between the ground surface 36 and the lower surface of the grounding portion 7 of the walking leg 2 has become 50 mm based on the change state of the output signal from the small computer. A signal is sent to the controller 31 to execute control for further reducing the constant rotation speed of the servomotor 17.

【0025】さらにここではステップS3で、図3に示
す三本の光センサのうち最も高い位置に位置する、接地
部7の下面から30mmの距離に焦点が位置する光セン
サ34からの出力信号の変化状態により、上記小型コン
ピュータで、地表面36と歩行脚2の接地部7の下面と
の距離が30mmになったことを検知し、その検知時点
で直ちに上記小型コンピュータからプログラマブルコン
トローラ31に信号を送って、サーボモータ17の一定
回転速度を限界まで減速する制御を実行する。そして以
後は、ステップS4で、上記揺動軸15の回動角(関節
の角度)を測定する図示しないポテンショメータからの
出力信号により歩行脚2と地表面36との距離を逐次推
定するとともに、力覚センサ10からの出力信号で歩行
脚2と地表面36との接触を検知したら直ちにサーボモ
ータ17を停止させることで、歩行脚2を地表面36に
最低速度で接地させる。すなわちこの実施例では、かか
る段階的な速度の減速により、コンプライアンス制御を
実施する。
Further, here, in step S3, the output signal of the optical sensor 34 whose focal point is located at a distance of 30 mm from the lower surface of the grounding portion 7, which is located at the highest position among the three optical sensors shown in FIG. According to the change state, the small computer detects that the distance between the ground surface 36 and the lower surface of the grounding portion 7 of the walking leg 2 has become 30 mm, and immediately sends a signal from the small computer to the programmable controller 31 at the time of the detection. Then, control is performed to reduce the constant rotation speed of the servo motor 17 to the limit. Thereafter, in step S4, the distance between the walking leg 2 and the ground surface 36 is sequentially estimated based on an output signal from a potentiometer (not shown) for measuring the rotation angle (joint angle) of the swing shaft 15, and the force is determined. As soon as the contact between the walking leg 2 and the ground surface 36 is detected by the output signal from the sensation sensor 10, the servomotor 17 is stopped, and the walking leg 2 is brought into contact with the ground surface 36 at the lowest speed. That is, in this embodiment, the compliance control is performed by such stepwise reduction of the speed.

【0026】また、上記ステップS2において、光セン
サ34は地表面36の色彩を同時に検出して出力し、上
記小型コンピュータはその光センサ34の出力信号か
ら、地表面36に雪(白色)が存在する場合には、プラ
ググラムにより雪接地制御すなわち地表面36への歩行
脚2の沈み込みを考慮した、より低い停止位置での歩行
脚2の停止制御を行い、また地表面36に水(透明の反
射)が存在すると認識した場合には、プラググラムによ
り水対応制御すなわち歩行脚2をそれ以上下降させず横
行駆動機構31により側方移動させ、あるいはさらに進
退駆動機構により前後に揺動させ、光センサ34の出力
信号から着地可能な場所を自動的に検出して、その着地
可能な場所に歩行脚2を下ろす制御を行う。
In step S2, the light sensor 34 simultaneously detects and outputs the color of the ground surface 36, and the small computer detects snow (white) on the ground surface 36 from the output signal of the light sensor 34. In this case, the grounding control, that is, the stopping of the walking leg 2 at a lower stop position in consideration of the sinking of the walking leg 2 on the ground surface 36 is performed by the pluggram, and the ground surface 36 is exposed to water (transparent). If it is recognized that there is a water-related control by the pluggram, that is, the walking leg 2 is moved laterally by the traversing drive mechanism 31 without further descending, or further swung back and forth by the advance / retreat driving mechanism, A place where landing is possible is automatically detected from an output signal of the optical sensor 34, and control for lowering the walking leg 2 to the place where landing is possible is performed.

【0027】なお、かかる色彩の相違による地表面36
の状態の識別は、例えば、あらかじめ焦点位置にそれら
互いに異なる状態の地表面の色彩を配置してその時の光
センサ34の出力信号を上記小型コンピュータに記憶さ
せておくとともに、それらのうちの強固な地盤の場合の
出力信号と、上記ロボットの今回の使用で同様の強固な
地盤を検知した場合の出力信号とのキャリブレーション
をとっておくことで実施することができる。
The ground surface 36 due to such a difference in color
For example, the colors of the ground surface in different states are arranged in advance at the focal position, and the output signal of the optical sensor 34 at that time is stored in the small computer. This can be performed by calibrating the output signal in the case of the ground and the output signal in the case where the same strong ground is detected in the present use of the robot.

【0028】さらに、図1では記載していないがこの実
施例では、上記ステップS2において、金属センサ32
による地雷探知も併せて行い、埋設物センサ32の出力
信号が地中の地雷の存在を示した場合には、地雷対応制
御すなわち歩行脚2をそれ以上下降させず、警報を出力
するとともに、何れの歩行脚2の下方に地雷があるのか
を小型ディスプレイ装置あるいは発光ダイオード等の表
示装置で表示する。
Further, although not shown in FIG. 1, in this embodiment, in step S2, the metal sensor 32
When the output signal of the buried object sensor 32 indicates the presence of an underground mine, the mine corresponding control, that is, the walking leg 2 is not further lowered, and an alarm is output. Of the mine below the walking leg 2 is displayed on a small display device or a display device such as a light emitting diode.

【0029】従って上記実施例の制御方法によれば、安
価かつ軽量で小型のセンサである光センサ33〜35を
用いて、地雷探知用ロボットの歩行脚2の、地表面36
に対する接近移動を制御することで、その地表面36に
対する歩行脚2の接地力を制御し、地表面36からの反
力を軽減することができるので、地雷探知用ロボットの
歩行脚2のコンプライアンス制御を安価に、かつ歩行脚
2の駆動用のサーボモータ17や昇降駆動機構14に大
きな負荷をかけることなく行うことができ、またセンサ
設置スペースが少ない歩行脚2に対してもコンプライア
ンス制御用として光センサ33〜35を容易に設置する
ことができ、そして比較的簡単なプログラムで制御し得
て、信頼性の高いコンプライアンス制御を行うことがで
きる。
Therefore, according to the control method of the above-described embodiment, the ground sensor 36 of the walking leg 2 of the mine detection robot is provided by using the optical sensors 33 to 35, which are inexpensive, lightweight and small sensors.
By controlling the approaching movement of the walking leg 2 against the ground surface 36, the ground force of the walking leg 2 on the ground surface 36 can be controlled and the reaction force from the ground surface 36 can be reduced, so that the compliance control of the walking leg 2 of the mine detection robot can be performed. Can be performed inexpensively and without applying a large load to the servomotor 17 for driving the walking leg 2 and the lifting / lowering drive mechanism 14. The sensors 33 to 35 can be easily installed, and can be controlled by a relatively simple program, and highly reliable compliance control can be performed.

【0030】なお、上記実施例では、光センサ33〜3
5が検知するのは太陽からの光を地表面36が反射した
反射光であるが、この発明ではこれに限らず、歩行脚2
等に設けられた光源あるは地表面36の周囲に接地した
他の光源からの光を地表面36が反射した反射光でも良
い。またこの発明を歩行脚以外の可動部の制御に適用す
る場合には、接近対象に設けられた光源が発する光を光
センサが検知するようにしても良い。
In the above embodiment, the optical sensors 33 to 3
5 detects the reflected light from the ground surface 36 which reflects the light from the sun, but the present invention is not limited to this.
For example, the light from a light source provided on the ground surface 36 or another light source grounded around the ground surface 36 may be reflected light reflected by the ground surface 36. When the present invention is applied to the control of a movable part other than a walking leg, an optical sensor may detect light emitted from a light source provided for an approaching object.

【0031】また、上記実施例の制御方法によれば、光
センサ33〜35の出力信号に基づく制御が、地表面3
6に対する歩行脚2の接近移動の速度を減速することで
あるので、その減速により、地表面36に対する歩行脚
2の接地力を制御するコンプライアンス制御を行うこと
ができる。
Further, according to the control method of the above embodiment, the control based on the output signals of the optical sensors 33 to 35 is performed on the ground surface 3.
Since the speed of approach movement of the walking leg 2 with respect to the ground surface 6 is reduced, compliance control for controlling the contact force of the walking leg 2 with respect to the ground surface 36 can be performed by the reduction.

【0032】さらに、上記実施例の制御方法によれば、
光センサ34の出力信号に基づく制御が、地表面36に
対する歩行脚2の接近移動の速度の減速に加えて、地表
面36に雪が存在する場合に停止位置をより低くするこ
とも行うので、地表面36の雪に対する歩行脚2の接触
力を制御してロボットの転倒を防止するコンプライアン
ス制御を行うことができる。しかもここでは、光センサ
34の出力信号に基づく制御が、その光センサ34が検
知する光の強さや色の種類に応じたものであるので、光
センサ34によって地表面からの反射光の強さおよび土
の色等を認識することで、歩行脚2が接地する場所の地
表状態を感知して制御にフイードバックし、標準の地表
状態を検知するまで停止位置を自動的にずらすことがで
きる。
Further, according to the control method of the above embodiment,
The control based on the output signal of the optical sensor 34 not only reduces the speed of the approaching movement of the walking leg 2 with respect to the ground surface 36, but also lowers the stop position when snow is present on the ground surface 36. Compliance control for preventing the robot from tipping over by controlling the contact force of the walking leg 2 against the snow on the surface 36 can be performed. In addition, here, the control based on the output signal of the optical sensor 34 is in accordance with the intensity of light detected by the optical sensor 34 and the type of color. By recognizing the soil color and the like, the ground state of the place where the walking leg 2 touches the ground is fed back to the control, and the stop position can be automatically shifted until the standard ground state is detected.

【0033】さらに、上記実施例の制御方法によれば、
歩行脚2に、その歩行脚2の接地部7から下方の三段階
の距離にそれぞれ焦点位置を持つように三つの光センサ
33〜35を設け、地表面36からの光をそれら三段階
の焦点位置で順次に検知した時の三つ光センサ33〜3
5の出力信号の変化に基づき、地表面36に接触する前
に歩行脚2の下降移動を三段階に制御することから、地
表面36に対する歩行脚2の接地部7の距離を光センサ
33〜35によって簡易に、三段階に分けて認識し得る
ので、歩行時における滑らかなコンプライアンス制御を
容易に、かつ安価に実現することができる。
Further, according to the control method of the above embodiment,
The walking leg 2 is provided with three optical sensors 33 to 35 so as to have respective focal positions at three steps below the grounding portion 7 of the walking leg 2, and the light from the ground surface 36 is focused on the three steps. Three light sensors 33 to 3 when sequentially detected at positions
5, the descending movement of the walking leg 2 is controlled in three stages before coming into contact with the ground surface 36 based on the change in the output signal of the ground signal 36. 35, the recognition can be easily performed in three stages, so that smooth compliance control during walking can be easily and inexpensively realized.

【0034】そして、上記実施例の制御方法によれば、
地表面36に対する歩行脚2の接地部7の接触を検知す
る接触検知センサとしての力覚センサ10をさらに設
け、光センサ33〜35および力覚センサ10からの出
力信号に基づき、地表面36に接地する前および接地時
の歩行脚2の下降移動を制御するので、力覚センサ10
との協調制御によって、光センサのみの出力信号に基づ
く場合よりも、より高精度のコンプライアンス制御を実
現することができる。
According to the control method of the above embodiment,
Further provided is a force sensor 10 as a contact detection sensor for detecting contact of the grounding portion 7 of the walking leg 2 with the ground surface 36, and based on output signals from the optical sensors 33 to 35 and the force sensor 10, Since the descending movement of the walking leg 2 is controlled before and during touchdown, the force sensor 10
With the cooperative control with the above, compliance control with higher accuracy can be realized as compared with a case based on the output signal of only the optical sensor.

【0035】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、この発
明の制御方法は、工業用ロボットの可動部としてのハン
ドを接近対象としてのワークに対して接近移動させてそ
のワークを把持したり加工したりする場合等、種々の場
合に適用することができる。
Although the present invention has been described with reference to the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described examples. For example, the control method of the present invention uses a hand as a movable portion of an industrial robot as an approaching object. The present invention can be applied to various cases such as a case where the work is moved closer to the work to grip or process the work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明のロボットの可動部の制御方法の一
実施例の制御手順を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a control procedure of one embodiment of a method for controlling a movable portion of a robot according to the present invention.

【図2】 上記実施例の制御方法を可動部としての歩行
脚の制御に適用した地雷探知用ロボットを示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a mine detection robot in which the control method of the embodiment is applied to control of a walking leg as a movable part.

【図3】 上記地雷探知用ロボットの歩行脚およびその
歩行脚の昇降駆動部を示す正面図である。図中符号1は
上記地雷探知用ロボットの本体、2は歩行脚、3は下端
部にキャスタを持つ補助脚をそれぞれ示す。
FIG. 3 is a front view showing a walking leg of the mine detection robot and an elevation drive unit of the walking leg. In the drawing, reference numeral 1 denotes a main body of the mine detection robot, 2 denotes a walking leg, and 3 denotes an auxiliary leg having a caster at a lower end.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本体 2 歩行脚 3 補助脚 4 柱状部 5,6 リンク部 6a 外方部分 6b 基部 7 接地部 8,9,15,16 揺動軸 10 力覚センサ 11,12,27 揺動軸線 13 自在継手 14 昇降駆動機構 17,30 サーボモータ 18,19,22,23,25 プーリ 20,24,26 ベルト 21 ハーモニックドライブ装置 28 ボールナット 29 ボールネジ軸 31 横行駆動機構 32 埋設物センサ 33〜35 光センサ 36 地表面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 2 Walking leg 3 Auxiliary leg 4 Columnar part 5, 6 Link part 6a Outer part 6b Base 7 Grounding part 8, 9, 15, 16 Swing axis 10 Force sensor 11, 12, 27 Swing axis 13 Universal joint 14 Elevating drive mechanism 17, 30 Servo motor 18, 19, 22, 23, 25 Pulley 20, 24, 26 Belt 21 Harmonic drive device 28 Ball nut 29 Ball screw shaft 31 Traverse drive mechanism 32 Buried object sensor 33-35 Optical sensor 36 Ground surface

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットの可動部の、接近対象に対する
接近移動を制御するに際し、 前記可動部に、前記接近対象からの光を検知するように
光センサを設け、 前記接近対象からの光による前記光センサの出力信号の
変化に基づき、前記接近対象に接触する前に前記可動部
の前記接近移動を制御することを特徴とする、ロボット
の可動部の制御方法。
When controlling the approaching movement of a movable portion of a robot with respect to an approaching object, an optical sensor is provided on the movable portion so as to detect light from the approaching object. A method for controlling a movable part of a robot, wherein the approach movement of the movable part is controlled before contacting the approach target based on a change in an output signal of an optical sensor.
【請求項2】 前記可動部は歩行脚であり、前記接近対
象は地表面であることを特徴とする、請求項1記載のロ
ボットの可動部の制御方法。
2. The method according to claim 1, wherein the movable part is a walking leg, and the approach target is a ground surface.
【請求項3】 前記制御は、前記接近移動の速度を減速
することである、請求項1または2記載のロボットの可
動部の制御方法。
3. The method according to claim 1, wherein the control is to reduce the speed of the approach movement.
【請求項4】 前記制御は、前記接近移動の停止位置を
決定することである、請求項2または3記載のロボット
の可動部の制御方法。
4. The method according to claim 2, wherein the control is to determine a stop position of the approach movement.
【請求項5】 前記制御は、前記光センサが検知する光
の強さおよび色の種類の少なくとも一方に応じたもので
ある、請求項1から4までの何れか記載のロボットの可
動部の制御方法。
5. The control of the movable part of the robot according to claim 1, wherein the control is performed in accordance with at least one of a light intensity and a color type detected by the optical sensor. Method.
【請求項6】 前記可動部に、その可動部から前記接近
移動方向前方の複数の距離にそれぞれ焦点位置を持つよ
うに複数の光センサを設け、 前記接近対象からの光を前記複数の焦点位置で順次に検
知した時の前記複数の光センサの出力信号の変化に基づ
き、前記接近対象に接触する前に前記可動部の前記接近
移動を複数段階に制御することを特徴とする、請求項1
から5までの何れか記載のロボットの可動部の制御方
法。
6. A plurality of optical sensors are provided on the movable portion so as to have respective focal positions at a plurality of distances in front of the movable portion in the approaching movement direction, and light from the approaching object is focused on the plurality of focal positions. And controlling the approaching movement of the movable section in a plurality of steps before contacting the approaching object based on a change in output signals of the plurality of optical sensors when the detection is sequentially performed in the step (c).
6. The method for controlling a movable part of a robot according to any one of items 1 to 5.
【請求項7】 前記接近対象と前記可動部との接触を検
知する接触検知センサをさらに設け、 前記光センサおよび前記接触検知センサからの出力信号
に基づき、前記接近対象に接触する前および接触時の前
記可動部の前記接近移動を制御することを特徴とする、
請求項1から6までの何れか記載のロボットの可動部の
制御方法。
7. A contact detection sensor for detecting contact between the approaching object and the movable portion, based on output signals from the optical sensor and the contact detection sensor, before and during contact with the approaching object. Controlling the approaching movement of the movable portion of
A method for controlling a movable part of a robot according to any one of claims 1 to 6.
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US20190070730A1 (en) * 2017-09-07 2019-03-07 Fanuc Corporation Robot system
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