JP2012051042A - Robot system and robot control device - Google Patents

Robot system and robot control device Download PDF

Info

Publication number
JP2012051042A
JP2012051042A JP2010193717A JP2010193717A JP2012051042A JP 2012051042 A JP2012051042 A JP 2012051042A JP 2010193717 A JP2010193717 A JP 2010193717A JP 2010193717 A JP2010193717 A JP 2010193717A JP 2012051042 A JP2012051042 A JP 2012051042A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
external force
unit
actuator
sensor
torque
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
Application number
JP2010193717A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shingo Ando
慎吾 安藤
Yukio Hashiguchi
幸男 橋口
Takeomi Hidaka
武臣 日高
Takuya Fukuda
拓也 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2010193717A priority Critical patent/JP2012051042A/en
Priority to EP11179266.9A priority patent/EP2422935B1/en
Priority to EP12197253.3A priority patent/EP2572837B1/en
Priority to EP12197255A priority patent/EP2572838A1/en
Priority to US13/221,868 priority patent/US8650965B2/en
Priority to CN201110255607.0A priority patent/CN102431033B/en
Priority to CN201510023245.0A priority patent/CN104690711A/en
Publication of JP2012051042A publication Critical patent/JP2012051042A/en
Priority to US14/149,810 priority patent/US9346162B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot system and a robot control device capable of reducing external force generated by contact between a robot arm and a peripheral object.SOLUTION: This robot system includes the robot arm 2, one or more of actuators 41A-47A arranged in the robot arm 2 and driving the robot arm 2, a sensor part 4 for detecting the external force applied to at least any of the robot arm 2 and the actuators 41A-47A, and a controller 3 for controlling operation of the actuators 41A-47A and limiting a torque command value to the actuators 41A-47A based on a detection result of the sensor part 4.

Description

本発明は、ロボットアームを有するロボットシステム及びロボット制御装置に関する。   The present invention relates to a robot system having a robot arm and a robot control apparatus.

ロボットの分野では、ロボット自身あるいはロボットの周囲に存在する物体に対して過剰な負荷(外力)が生じることを回避することが求められている。
例えば、特許文献1にはロボットアームの基端に接触力(外力)を検知する力検出器を取り付け、力検出器の検出結果に基づいてロボットアームの動作を停止させたり、過度な外力がかかった場合に外力が低減する方向にロボットアームを動作させる等の技術が開示されている。
In the field of robots, there is a demand for avoiding an excessive load (external force) on the robot itself or objects existing around the robot.
For example, in Patent Document 1, a force detector that detects contact force (external force) is attached to the base end of the robot arm, and the operation of the robot arm is stopped based on the detection result of the force detector, or excessive external force is applied. In such a case, a technique such as operating a robot arm in a direction in which the external force is reduced is disclosed.

特開2006−21287号公報JP 2006-21287 A

ところが、引用文献1のように、外力を検出してからロボットアームの動作を停止すると、接触した対象が動いている場合にはロボットアームが停止していても大きな衝撃力が生じてしまう。また、外力を低減する方向にロボットを動作させる場合であっても、外力を検出してからロボットアームに新たな動作指令を生成して動作させるため、接触(衝突)が生じてからロボットアームが動作するまでの応答時間が長くなり、衝突時の衝撃を緩和することが困難であるという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、ロボットアームと周囲の対象物との接触等で生じる外力を低減することができるようにしたロボットシステム及びロボット制御装置を提供することを目的とする。
However, as in Cited Document 1, when the operation of the robot arm is stopped after the external force is detected, a large impact force is generated even if the robot arm is stopped when the contacted object is moving. Even when the robot is operated in a direction to reduce the external force, the robot arm generates a new operation command after the external force is detected and operates. There is a problem that the response time until operation becomes long and it is difficult to mitigate the impact at the time of collision.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a robot system and a robot control apparatus capable of reducing external force generated by contact between a robot arm and a surrounding object. And

上記課題を解決するため、本発明のロボットシステムは、ロボットアームと、ロボットアームに設けられロボットアームを駆動させる1以上のアクチュエータと、ロボットアームとアクチュエータとの少なくともいずれかにかかる外力を検出するセンサ部と、アクチュエータの動作を制御するとともに、センサ部の検出結果に基づいてアクチュエータへのトルク指令値を制限するコントローラと、を有していることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a robot system according to the present invention includes a robot arm, one or more actuators provided on the robot arm for driving the robot arm, and a sensor for detecting an external force applied to at least one of the robot arm and the actuator. And a controller that controls the operation of the actuator and restricts the torque command value to the actuator based on the detection result of the sensor unit.

また、ロボットアーム又はアクチュエータの内、コントローラにより位置及び姿勢が制御される点である制御点の位置及び姿勢を検知する位置センサを有し、コントローラは、制御点のとるべき位置及び姿勢に対応する各アクチュエータの位置を目標位置として設定し、アクチュエータそれぞれの動作指令を設定する動作指令設定部と、少なくとも動作指令と位置センサの検出結果とに基づいて、所定の演算周期毎に、アクチュエータのそれぞれに対してトルク指令を生成するサーボ部とセンサ部の検出結果に基づいて外力が生じたときに外力の方向を検出する外力検出部と、外力検出部により検出された外力の方向に基づいて、1以上のアクチュエータのうち回避動作を行なうべきアクチュエータを選択する回避軸選択部と、サーボ部により生成されるトルク指令に自重分の重力補償トルクを付加する重力補償トルク付加部と、回避軸選択部により選択されたアクチュエータのそれぞれに対してサーボ部により生成されるトルク指令に、アクチュエータ自身の摩擦力に抗して外力の方向に動作するための摩擦補償トルクを付加する摩擦補償トルク付加部と、を有していることが好ましい。   Moreover, it has a position sensor which detects the position and attitude | position of a control point which is a point where a position and attitude | position are controlled by a controller among robot arms or actuators, and a controller respond | corresponds to the position and attitude | position which a control point should take Based on the operation command setting unit that sets the position of each actuator as a target position and sets the operation command of each actuator, and at least the operation command and the detection result of the position sensor, On the other hand, based on the detection result of the servo unit and the sensor unit that generates a torque command, an external force detection unit that detects the direction of the external force when an external force is generated, and 1 based on the direction of the external force detected by the external force detection unit Among the above actuators, the avoidance axis selection unit that selects the actuator to perform the avoidance operation and the servo unit The torque command generated by the servo unit for each of the gravity compensation torque adding unit for adding the gravity compensation torque corresponding to its own weight to the generated torque command and the actuator selected by the avoidance axis selection unit, the friction of the actuator itself It is preferable to have a friction compensation torque adding section that adds a friction compensation torque for operating in the direction of the external force against the force.

また、コントローラは、外力検出部により外力が検出されると、サーボ部に与える動作指令を遮断する動作指令遮断部を有していることが好ましい。
また、コントローラは、動作指令遮断部により動作指令が遮断されてから予め設定された期間以上外力検出部により外力が検出されないときは、動作指令遮断部による動作指令の遮断を解除する動作指令復帰部を有していることが好ましい。
また、コントローラは、アクチュエータへのトルク指令値を制限するトルク指令制限部を有し、トルク指令制限部は、重力補償トルクと摩擦補償トルクとの和に基づいてトルク指令値の上限値及び下限値を設定することが好ましい。
Moreover, it is preferable that the controller has an operation command blocking unit that blocks an operation command given to the servo unit when an external force is detected by the external force detection unit.
In addition, when the external force detection unit does not detect an external force for a preset period after the operation command is cut off by the operation command cut-off unit, the controller cancels the cut-off of the operation command by the operation command cut-off unit. It is preferable to have.
Further, the controller has a torque command limiting unit that limits a torque command value to the actuator, and the torque command limiting unit is based on a sum of the gravity compensation torque and the friction compensation torque. Is preferably set.

また、センサ部は、圧電体として水晶を用いた水晶振動子を複数含んで形成されていることが好ましい。
また、センサ部は、ロボットアームの内最も基端側のアクチュエータの基部に設けられた円板状のセンサ固定治具と、センサ固定冶具に同一円弧に沿って埋設された複数のセンサとを有していることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the sensor part is formed including a plurality of crystal resonators using quartz as a piezoelectric body.
The sensor unit includes a disk-shaped sensor fixing jig provided at the base of the actuator on the most proximal side of the robot arm, and a plurality of sensors embedded in the sensor fixing jig along the same arc. It is preferable.

外力検出部は、複数のセンサからの信号の高周波振動成分を抽出し、抽出された高周波振動成分に基づいて、外力の有無を検出することが好ましい。
外力検出部は、抽出された高周波振動成分のピーク値を各センサ毎に求め、各センサ毎のピーク値の正負組み合わせに基づいて外力の方向を検出することが好ましい。
回避軸選択部は、外力検出部により求められた外力の方向ベクトルにヤコビ行列の転置行列を掛け算したベクトルの各成分を閾値処理して回避対象関節軸と方向を算出することが好ましい。
The external force detection unit preferably extracts high-frequency vibration components of signals from a plurality of sensors, and detects the presence or absence of an external force based on the extracted high-frequency vibration components.
It is preferable that the external force detector obtains the peak value of the extracted high-frequency vibration component for each sensor and detects the direction of the external force based on a positive / negative combination of the peak values for each sensor.
It is preferable that the avoidance axis selection unit calculates the avoidance target joint axis and the direction by performing threshold processing on each component of the vector obtained by multiplying the direction vector of the external force obtained by the external force detection unit by the transposed matrix of the Jacobian matrix.

摩擦補償トルク付加部は、回避軸選択部により選択されたアクチュエータが静止しているときは当該アクチュエータの最大静止摩擦トルクを摩擦補償トルクとして付加し、当該アクチュエータが回転しているときは当該アクチュエータの動摩擦トルクを摩擦補償トルクとして付加することが好ましい。
外力検出部は、抽出された各センサ毎の高周波振動成分をそれぞれ移動平均化処理して得た移動平均値に基づいて外力の有無を検出することが好ましい。
外力検出部は、外力が有ることを検出した時点以降における各センサ毎の高周波振動成分の積算値をそれぞれ求め、積算値の正負組み合わせに基づいて外力の方向を検出することが好ましい。
The friction compensation torque adding unit adds the maximum static friction torque of the actuator as the friction compensation torque when the actuator selected by the avoidance axis selection unit is stationary, and when the actuator is rotating, It is preferable to add the dynamic friction torque as the friction compensation torque.
The external force detector preferably detects the presence or absence of an external force based on a moving average value obtained by moving and averaging the extracted high-frequency vibration components for each sensor.
It is preferable that the external force detection unit obtains an integrated value of the high-frequency vibration component for each sensor after the point in time when it is detected that there is an external force, and detects the direction of the external force based on a positive / negative combination of the integrated values.

コントローラは、各センサ毎の積算値の正負の組み合わせ、または、各センサ毎の移動平均値の正負の組み合わせ、と外力の方向とを対応付けたデータテーブルを有し、外力検出部は、外力が有ることを検出した時点以降の複数の時点において、それぞれ、各センサ毎の積算値の正負の組み合わせ、または、各センサ毎の移動平均値の正負の組み合わせに基づいて外力の方向を検出することが好ましい。   The controller has a data table in which the positive / negative combination of the integrated value for each sensor or the positive / negative combination of the moving average value for each sensor is associated with the direction of the external force. It is possible to detect the direction of external force based on a positive / negative combination of integrated values for each sensor or a positive / negative combination of moving average values for each sensor at a plurality of time points after the detection of the presence. preferable.

また、本発明のロボット制御装置は、1以上のアクチュエータを有するロボットアームと、ロボットアームとアクチュエータとの少なくともいずれかにかかる外力を検出するセンサ部とを有するロボットの制御装置であって、アクチュエータに対してトルク指令を送出するアクチュエータ制御部と、センサ部からの入力結果に基づいてアクチュエータへ送出されるトルク指令値を制限するトルク指令制限部と、を有していることを特徴としている。   The robot control apparatus of the present invention is a robot control apparatus having a robot arm having one or more actuators, and a sensor unit for detecting an external force applied to at least one of the robot arm and the actuator. On the other hand, an actuator control unit that transmits a torque command and a torque command limiting unit that limits a torque command value transmitted to the actuator based on an input result from the sensor unit are characterized.

本発明によれば、ロボットアームに内蔵されたセンサに、例えば、アクチュエータに含まれる減速機のリップル等に起因する外乱が作用しても、外力の有無を誤検出することなくより正確に外力の有無と方向を検出することができる。そして、外力が検出されるとアクチュエータに対するトルク指令値を制限するので、外力が各アクチュエータへのトルク指令値を超えるとアクチュエータが外力に倣って変位するため急激な外力の負荷による衝撃を緩和することができる。
また、ロボットアームの周囲の対象物がロボットアームに向かって運動を継続する場合等、継続してロボットアームに外力がかかる場合であってもアクチュエータが外力に倣って変位することでロボットアームの姿勢を変えることで、ロボットアームの周囲の対象物を回避することができる。
According to the present invention, even if a disturbance caused by, for example, a ripple of a reduction gear included in an actuator acts on a sensor built in a robot arm, the external force can be more accurately detected without erroneously detecting the presence or absence of the external force. Presence / absence and direction can be detected. Since the torque command value for the actuator is limited when an external force is detected, the actuator is displaced following the external force when the external force exceeds the torque command value for each actuator, so that the impact due to a sudden external force load can be reduced. Can do.
Also, even when an external force is continuously applied to the robot arm, such as when an object around the robot arm continues to move toward the robot arm, the posture of the robot arm is determined by the actuator being displaced following the external force. By changing, it is possible to avoid objects around the robot arm.

本発明の実施形態に係るロボットシステムの全体構成を説明するための模式的な構成図Schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of a robot system according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態にかかるロボットの構成を示す側面図である。It is a side view showing the composition of the robot concerning the embodiment of the present invention. センサ部の構成を示す模式的な構造図Schematic structure diagram showing the configuration of the sensor unit 接触検出部の機能構成を説明するためのブロック図Block diagram for explaining the functional configuration of the contact detection unit 外力方向検出部の機能構成を説明するためのブロック図Block diagram for explaining the functional configuration of the external force direction detector テーブルデータを示す模式図Schematic diagram showing table data センサの配置と外力方向ベクトルの関係を表す図Diagram showing the relationship between sensor placement and external force direction vector 回避軸選択部の機能構成を説明するためのブロック図Block diagram for explaining the functional configuration of the avoidance axis selection unit 回避補償部の機能構成を説明するためのブロック図Block diagram for explaining the functional configuration of the avoidance compensation unit トルク制限部の機能を説明するためのチャートChart for explaining functions of torque limiter 本発明の第2実施形態にかかる接触検出部のブロック図The block diagram of the contact detection part concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる外力方向検出部のブロック図The block diagram of the external force direction detection part concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる信号積算処理結果の一例を示す図The figure which shows an example of the signal integration process result concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる外力方向絞込条件テーブルの一例を示す図The figure which shows an example of the external force direction narrowing-down condition table concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる外力方向絞込処理の一例を示す図The figure which shows an example of the external force direction narrowing-down process concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を説明するための模式的な構成図Typical block diagram for demonstrating the whole structure of the robot system concerning 3rd Embodiment of this invention.

<第1実施形態>
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施形態では、ロボットアーム2を用いて家畜に対して検査、消毒、搾乳などの作業を行なうロボットシステムを例に本発明の一実施形態について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, an embodiment of the present invention will be described using a robot system that performs operations such as inspection, disinfection, and milking of livestock using the robot arm 2 as an example.

図1に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム100は、家畜1が収納されたフロアF,ロボットアーム2,コントローラ3,センサ部4からなっている。
ロボットアーム2は、図2に示すように、設置面(壁面や床等)101に固定された基台40と、基台40からロボットアーム2の先端にかけて順々に第1構造材41,第2構造材42,第3構造材43,第4構造材44,第5構造材45,第6構造材46,フランジ47がそれぞれ回転駆動するアクチュエータ(回転関節)を介して連結されている。
As shown in FIG. 1, the robot system 100 according to the present embodiment includes a floor F in which livestock 1 is stored, a robot arm 2, a controller 3, and a sensor unit 4.
As shown in FIG. 2, the robot arm 2 includes a base 40 fixed to an installation surface (wall surface, floor, etc.) 101, a first structural member 41, and a first structural member 41 in order from the base 40 to the tip of the robot arm 2. The two structural members 42, the third structural member 43, the fourth structural member 44, the fifth structural member 45, the sixth structural member 46, and the flange 47 are connected via an actuator (rotary joint) that is driven to rotate.

基台40と第1構造材41とは、第1アクチュエータ(第1関節)41Aを介して連結されており、第1アクチュエータ41Aの駆動により、第1構造材41が回転するようになっている。第1構造材41と第4構造材42とは、第2アクチュエータ(第2関節)42Aを介して連結されており、第2アクチュエータ42Aの駆動により、第2構造材42が旋回するようになっている。   The base 40 and the first structural member 41 are connected via a first actuator (first joint) 41A, and the first structural member 41 is rotated by driving the first actuator 41A. . The first structural member 41 and the fourth structural member 42 are connected via a second actuator (second joint) 42A, and the second structural member 42 turns by driving the second actuator 42A. ing.

第2構造材42と第3構造材43とは、第3アクチュエータ(第3関節)43Aを介して連結されており、第3アクチュエータ43Aの駆動により、第3構造材43が回転するようになっている。第3構造材43と第4構造材44とは、第4アクチュエータ(第4関節)44Aを介して連結されており、第4アクチュエータ44Aの駆動により、第4構造材44が旋回するようになっている。   The second structural member 42 and the third structural member 43 are connected via a third actuator (third joint) 43A, and the third structural member 43 is rotated by driving the third actuator 43A. ing. The third structural member 43 and the fourth structural member 44 are connected via a fourth actuator (fourth joint) 44A, and the fourth structural member 44 turns by driving the fourth actuator 44A. ing.

第4構造材44と第5構造材45とは、第5アクチュエータ(第5関節)45Aを介して連結されており、第5アクチュエータ45Aの駆動により、第5構造材45が回転するようになっている。第5構造材45と第6構造材46とは、第6アクチュエータ(第6関節)46Aを介して連結されており、第6アクチュエータ46Aの駆動により、第6構造材46が旋回するようになっている。
第6構造材46とフランジ47とは、第7アクチュエータ(第7関節)47Aを介して連結されており、第7アクチュエータ47Aの駆動により、フランジ47及びフランジ47に取り付けられるハンド等のエンドエフェクタ2Aが回転するようになっている。
The fourth structural member 44 and the fifth structural member 45 are connected via a fifth actuator (fifth joint) 45A, and the fifth structural member 45 is rotated by driving the fifth actuator 45A. ing. The fifth structural member 45 and the sixth structural member 46 are connected via a sixth actuator (sixth joint) 46A, and the sixth structural member 46 turns by driving the sixth actuator 46A. ing.
The sixth structural member 46 and the flange 47 are connected via a seventh actuator (seventh joint) 47A, and the end effector 2A such as a hand attached to the flange 47 and the flange 47 by driving the seventh actuator 47A. Is designed to rotate.

エンドエフェクタには、検査器,搾乳器,消毒器等の種々のツール(図示は省略)が取り付けられ、家畜1のターゲット部1Aに対して、検査、消毒、搾乳などの作業を行なうようになっている。
また、エンドエフェクタ(換言するとロボットアーム2の先端部分)2Aには、物体検知センサ(本実施形態では、カメラであるがその他の種々のセンサを適用可能である)2Bが取り付けられている。
Various tools (not shown) such as an inspection device, a milking device, and a disinfection device are attached to the end effector, and operations such as inspection, disinfection, and milking are performed on the target portion 1A of the livestock 1. ing.
Further, an object detection sensor (in the present embodiment, a camera but other various sensors can be applied) 2B is attached to the end effector (in other words, the tip portion of the robot arm 2) 2A.

物体検知センサ2Bは、四方が仕切られたフロアF内で不規則に動く家畜1のターゲット部1Aを含む十分な広さの検知領域に対して配向されている。
物体検知センサ2Bにより取得した画像はコントローラ3の目標認識部2Cに入力され、目標認識部2Cでは家畜1のターゲット部1Aの位置を検出し、検出結果を後述する動作指令部5に目標位置としてリアルタイムに入力するようになっている。
なお、本実施形態では、説明を容易とするため、コントローラ3は一体の制御装置として示しているが実際にはコントローラ3は複数のコンピュータ等で構成し、目標認識部2Cや外力検出部(後述)については、ロボットアーム2の動作を制御するロボットコントローラとは別体の制御装置により構成する等してもよい。
The object detection sensor 2B is oriented with respect to a sufficiently wide detection region including the target portion 1A of the livestock 1 that moves irregularly within the floor F partitioned on all sides.
The image acquired by the object detection sensor 2B is input to the target recognition unit 2C of the controller 3, and the target recognition unit 2C detects the position of the target unit 1A of the livestock 1 and uses the detection result as a target position in the operation command unit 5 described later. It is designed to input in real time.
In the present embodiment, for ease of explanation, the controller 3 is shown as an integrated control device. However, the controller 3 is actually composed of a plurality of computers and the like, and a target recognition unit 2C and an external force detection unit (described later). ) May be configured by a separate control device from the robot controller that controls the operation of the robot arm 2.

また、第1〜第7アクチュエータ41A〜47Aは、それぞれ、ケーブル(図示省略)を挿通可能な中空部を有する減速機一体型のサーボモータによって構成されており、各アクチュエータの回転位置は、アクチュエータに内蔵のエンコーダからの信号としてコントローラ3にケーブルを介して入力されるようになっている。   Each of the first to seventh actuators 41A to 47A is constituted by a speed reducer-integrated servo motor having a hollow portion through which a cable (not shown) can be inserted, and the rotational position of each actuator depends on the actuator. A signal from a built-in encoder is input to the controller 3 via a cable.

センサ部4は図3に示すように、センサ固定治具15と4個のセンサS1〜S4により構成されており、円盤状のセンサ固定治具15はロボットアーム2の第1アクチュエータ41Aの固定子の基部に取り付けられている。   As shown in FIG. 3, the sensor unit 4 includes a sensor fixing jig 15 and four sensors S <b> 1 to S <b> 4. The disk-shaped sensor fixing jig 15 is a stator of the first actuator 41 </ b> A of the robot arm 2. At the base of the.

各センサS1〜S4(16a〜16d)は、円盤状のセンサ固定治具15に埋設されており、各センサS1〜S4は同一円弧に沿って(仮想円)に等間隔に配置されている。そして、各センサS1〜S4には圧電体として水晶が用いられており、各センサS1〜S4はそれぞれセンサ固定治具15のラジアル方向の歪量を電圧として検出し、得られた電圧はアンプ部17を介して増幅され、コントローラ3に入力されるようになっている。
各センサS1〜S4に水晶振動子(水晶圧電素子)を用いることで歪みゲージや他の圧電素子を用いた場合よりも応答時間が小さく後述するサーボ部7の演算周期と比較して良好な応答性を得ることができ、ロボットアーム周辺の対象物の接触等による衝撃を十分に緩和することができる。
The sensors S1 to S4 (16a to 16d) are embedded in a disk-shaped sensor fixing jig 15, and the sensors S1 to S4 are arranged at equal intervals along the same arc (virtual circle). Each of the sensors S1 to S4 uses a crystal as a piezoelectric body, and each of the sensors S1 to S4 detects the amount of strain in the radial direction of the sensor fixing jig 15 as a voltage, and the obtained voltage is an amplifier unit. The signal is amplified via 17 and input to the controller 3.
By using a crystal resonator (quartz piezoelectric element) for each of the sensors S1 to S4, the response time is smaller than when a strain gauge or other piezoelectric element is used, and a satisfactory response compared to the calculation cycle of the servo unit 7 described later. Thus, it is possible to sufficiently mitigate an impact caused by contact with an object around the robot arm.

なお、本実施形態では上述のように応答時間の早さ等の理由から水晶振動子を用いているが、良好な応答性が得られるものであれば各センサS1〜S4にどのような形式のものでも適用可能である。また、水晶圧電センサは、歪みゲージや通常の衝突センサと比較して耐久性に優れ、ロボットアーム2の自重による負荷が最も大きい基端部にセンサ部4設けた場合でも十分に高精度な検出ができるという利点もある。   In the present embodiment, as described above, a crystal resonator is used for reasons such as fast response time. However, any type of sensor S1 to S4 can be used as long as good response can be obtained. Can be applied. In addition, the quartz piezoelectric sensor is superior in durability compared to a strain gauge and a normal collision sensor, and sufficiently accurate detection is possible even when the sensor unit 4 is provided at the base end where the load due to the weight of the robot arm 2 is the largest. There is also an advantage of being able to.

ロボットアーム2の各アクチュエータ41A〜47Aを含む各駆動部位の動作はコントローラ3で制御される。
コントローラ3は、記憶装置,電子演算器及び入力装置(いずれも詳細には図示省略)を有するコンピュータにより構成されており、ロボットアーム2の各駆動部位と相互通信可能に接続されている。
図1に示すように、コントローラ3は機能構成として、目標認識部2C,動作指令部5,平滑化処理部6,サーボ部7,接触検出部(外力検出部)8,位置指令遮断部(動作指令遮断部)9,外力方向検出部10,回避軸選択部11,回避補償部(摩擦補償トルク付加部)12,重力トルク補償部(重力補償トルク付加部)13,トルク制限部14を有している。
The operation of each drive part including each actuator 41 </ b> A to 47 </ b> A of the robot arm 2 is controlled by the controller 3.
The controller 3 is composed of a computer having a storage device, an electronic calculator, and an input device (all not shown in detail), and is connected to each drive part of the robot arm 2 so as to be able to communicate with each other.
As shown in FIG. 1, the controller 3 includes a target recognition unit 2C, an operation command unit 5, a smoothing processing unit 6, a servo unit 7, a contact detection unit (external force detection unit) 8, a position command cutoff unit (operation A command cutoff unit) 9, an external force direction detection unit 10, an avoidance shaft selection unit 11, an avoidance compensation unit (friction compensation torque addition unit) 12, a gravity torque compensation unit (gravity compensation torque addition unit) 13, and a torque limitation unit 14. ing.

上述したとおり目標認識部2Cは物体検知センサ2Bの検知結果に基づいて、家畜1のターゲット部1Aの位置を求め、ターゲット部1Aの位置が目標位置として動作指令部5に受渡される。
なお、目標認識部2Cによるターゲット部1Aの位置の認識処理手法は種々の方法を適用可能である。
As described above, the target recognition unit 2C obtains the position of the target unit 1A of the livestock 1 based on the detection result of the object detection sensor 2B, and the position of the target unit 1A is delivered to the operation command unit 5 as the target position.
Various methods can be applied to the method for recognizing the position of the target unit 1A by the target recognition unit 2C.

動作指令部5では、目標認識部2Cからの目標位置の入力に基づいて、各アクチュエータ41A〜47Aに対しての位置指令(動作指令)をそれぞれ算出し、平滑化処理部6にプールする。
平滑化処理部6ではプールされた位置指令が演算周期T(mm/sec)毎にサーボ部7側に順次払い出されるようになっている。
サーボ部7は、各アクチュエータ41A〜47A毎に、各アクチュエータ41A〜47Aのエンコーダの検出値による関節角度フィードバック回路Fpと、各アクチュエータ41A〜47Aのエンコーダの検出値から得られる角速度検出値による関節角度フィードバック回路Fvを有しており演算周期T毎にトルク指令Trefを出力するようになっている。
The operation command unit 5 calculates position commands (operation commands) for the actuators 41 </ b> A to 47 </ b> A based on the input of target positions from the target recognition unit 2 </ b> C and pools them in the smoothing processing unit 6.
In the smoothing processing unit 6, the pooled position commands are sequentially delivered to the servo unit 7 side every calculation cycle T (mm / sec).
For each actuator 41A to 47A, the servo unit 7 uses the joint angle feedback circuit Fp based on the detection value of the encoder of each actuator 41A to 47A and the joint angle based on the angular velocity detection value obtained from the detection value of the encoder of each actuator 41A to 47A. A feedback circuit Fv is provided, and a torque command Tref is output every calculation cycle T.

接触検出部8はセンサ部4の出力をもとに、家畜1とロボットアーム2との接触の有無を検出する。
接触検出部8の構成についてより詳細に説明すると、図4に示すように、接触検出部8はハイパスフィルタ部18と閾値判断部19とを有している。
ハイパスフィルタ部18は、各センサ部4のアンプ部17からの各センサ信号それぞれに対して、高周波成分のみそれぞれを抽出するハイパスフィルタ(あるいはバンドパスフィルタ)F1〜F4を有し、外力に起因する信号成分を分離して外力方向検出部10に受け渡すようになっている。
The contact detection unit 8 detects the presence or absence of contact between the livestock 1 and the robot arm 2 based on the output of the sensor unit 4.
The configuration of the contact detection unit 8 will be described in more detail. As shown in FIG. 4, the contact detection unit 8 includes a high-pass filter unit 18 and a threshold value determination unit 19.
The high-pass filter unit 18 includes high-pass filters (or band-pass filters) F1 to F4 that extract only high-frequency components for each sensor signal from the amplifier unit 17 of each sensor unit 4, and are caused by an external force. The signal component is separated and delivered to the external force direction detection unit 10.

各ハイパスフィルタF1〜F4の調整については、予め接触実験(例えば、ロボットアームをハンマー等で叩く)を行い接触により外力が生じる場合の各センサS1〜S4の検出信号の周波数を計測しておき、外力に起因する周波数以外の周波数成分を除去できるように各フィルタのカットオフ周波数を決定しておく。
このようにすることで、各アクチュエータ41A〜47Aに内蔵される減速機のリップル等、ロボットアーム2の内部で発生する外乱要因により各センサS1〜S4の検出信号に含まれる信号成分と周辺物体またはロボットアーム自身との接触による外力に起因する信号成分を分離することができる。
For the adjustment of the high-pass filters F1 to F4, a contact experiment (for example, hitting a robot arm with a hammer or the like) is performed in advance, and the frequency of the detection signal of each sensor S1 to S4 when an external force is generated by the contact is measured. The cutoff frequency of each filter is determined so that frequency components other than the frequency caused by the external force can be removed.
By doing so, signal components included in the detection signals of the sensors S1 to S4 and peripheral objects or the like due to disturbance factors generated inside the robot arm 2, such as ripples of the reducers built in the actuators 41A to 47A It is possible to separate signal components caused by external force due to contact with the robot arm itself.

閾値判断部19は、各センサS1〜S4の検出信号(ハイパスフィルタF1〜F4通過後)の絶対値が予め設定した閾値(衝突実験により調整する)を超えたかどうか判断し、各センサS1〜S4の検出信号のうちいずれか1つでも閾値を超えた場合には、接触が生じた(外力がある)と判断するようになっている。
閾値判断部19により接触が生じたことが検知されると、位置指令遮断部9(図1参照)が作動して動作指令部5から平滑化処理部6への位置指令の受渡しが遮断され、サーボ部7に伝達される位置指令が平滑化処理部6により逓減しサーボ部7への位置指令は遮断される。
サーボ部7への位置指令が遮断されると、当然ながらフィードバックにより出力されるトルク指令Trefの値が減少し、ロボットアーム2は速やかに停止動作に入ることとなる。
The threshold judgment unit 19 judges whether or not the absolute value of the detection signal (after passing through the high-pass filters F1 to F4) of each sensor S1 to S4 exceeds a preset threshold (adjusted by a collision experiment), and each sensor S1 to S4. If any one of the detection signals exceeds the threshold, it is determined that contact has occurred (external force is present).
When the threshold judgment unit 19 detects that the contact has occurred, the position command blocking unit 9 (see FIG. 1) is activated to block the delivery of the position command from the operation command unit 5 to the smoothing processing unit 6, The position command transmitted to the servo unit 7 is gradually reduced by the smoothing processing unit 6, and the position command to the servo unit 7 is blocked.
When the position command to the servo unit 7 is interrupted, the value of the torque command Tref output by feedback is naturally reduced, and the robot arm 2 immediately enters a stop operation.

外力方向検出部10は、図5に示すように、機能構成としてピーク算出部20,正負判断部21,テーブル参照部22を有している。
ピーク算出部20は、ハイパスフィルタ部18から出力された各センサS1〜S4毎の検出信号それぞれに対して、衝撃波のピーク値を算出する。ピーク値は、検出信号の絶対値が極大(即ち、予め設定された時間内での最大値)である。
正負判断部21は、算出された各ピーク値の正負(1または−1)またはゼロを出力する。
即ち、ピーク値の絶対値が予め設定した閾値を下まわっている場合は、ゼロ(判定不能)を出力するように構成されている。
As shown in FIG. 5, the external force direction detection unit 10 includes a peak calculation unit 20, a positive / negative determination unit 21, and a table reference unit 22 as functional configurations.
The peak calculation unit 20 calculates the peak value of the shock wave for each detection signal for each of the sensors S1 to S4 output from the high-pass filter unit 18. The peak value is the maximum of the absolute value of the detection signal (that is, the maximum value within a preset time).
The positive / negative determining unit 21 outputs the positive / negative (1 or −1) or zero of each calculated peak value.
That is, when the absolute value of the peak value is below a preset threshold value, zero (determination impossible) is output.

テーブル参照部22は、各センサ信号の衝撃波ピークの正負の組み合わせに対して、予め記憶装置に設定したデータテーブルを参照することで、家畜1等が接触することにより生じる外力の作用する方向ベクトル(外力方向ベクトル)を算出する。
データテーブルは、例えば、図6,図7に示すように各センサS1〜S4毎の検出信号の正負の組み合わせと外力の方向とを対応付けたマトリックスとして構成すればよい。
このように、データテーブルと各センサS1〜S4毎の検出信号の正負の組み合わせとを参照することで複数センサ信号を用いて衝突時の衝撃波ピークの正負から、衝突の方向を大まかに(本実施例では8つの方向)に算出することができる。なお、センサ部4はロボットアーム2の基台40側に取り付けられているので、家畜1等の接触対象がロボットアーム2の先端付近だけでなく、より基端側の位置に接触した場合でも衝突の方向を算出することができる。
The table reference unit 22 refers to a data table set in the storage device in advance for the positive and negative combinations of the shock wave peaks of each sensor signal, so that the direction vector (external force acting upon contact with the livestock 1 or the like) ( External force direction vector) is calculated.
For example, as shown in FIGS. 6 and 7, the data table may be configured as a matrix in which positive and negative combinations of detection signals for the sensors S1 to S4 are associated with the direction of external force.
In this way, by referring to the data table and the positive / negative combination of the detection signals for each of the sensors S1 to S4, the direction of the collision can be roughly determined from the positive / negative of the shock wave peak at the time of collision using a plurality of sensor signals (this embodiment). In the example, it can be calculated in 8 directions). Since the sensor unit 4 is attached to the base 40 side of the robot arm 2, even if the contact object such as the livestock 1 contacts not only the vicinity of the distal end of the robot arm 2 but also a position on the more proximal side, the collision occurs. Can be calculated.

回転軸選択部11は、図8に示すように、機能構成としてベクトル変換部23及び関節ベクトル正負判断部24を有している。
ベクトル変換部23は、ロボットアーム2の作業座標で記述された外力方向ベクトルにロボットアーム2のヤコビ行列の転置行列をかけて、各アクチュエータ41A〜47A毎のベクトルに変換する。
なお、ここでは、ロボットアーム2は冗長マニピュレータであるのでアクチュエータ43A(冗長軸)のベクトルをゼロとすることができる。
そして、各アクチュエータ41A,42Aをそれぞれ第1軸,第2軸とし、各アクチュエータ44A〜47Aをそれぞれ第3軸〜第6軸として各軸ベクトルに変換する。なお、第1軸〜第6軸を特定しない場合は単に軸ともいう。
As illustrated in FIG. 8, the rotation axis selection unit 11 includes a vector conversion unit 23 and a joint vector positive / negative determination unit 24 as functional configurations.
The vector conversion unit 23 multiplies the external force direction vector described by the work coordinates of the robot arm 2 by the transposed matrix of the Jacobian matrix of the robot arm 2 and converts the vector into the vectors for the respective actuators 41A to 47A.
Here, since the robot arm 2 is a redundant manipulator, the vector of the actuator 43A (redundant axis) can be set to zero.
Then, the actuators 41A and 42A are converted into the respective axis vectors as the first axis and the second axis, respectively, and the actuators 44A to 47A are respectively converted as the third axis to the sixth axis. If the first to sixth axes are not specified, they are also simply referred to as axes.

ヤコビ行列としては、家畜1とロボットアーム2がロボットアーム2の手首付近で接触しやすいので、ロボットアーム2の手首点を対象としたヤコビ行列を算出すれば良い。
また、転置行列の代わりに逆行列を用いることもできるが、転置行列の方が逆行列よりも計算負荷が小さくてすむ。
関節ベクトル正負判断部24は、関節空間に変換された外力方向ベクトルの各成分(各関節軸の成分)それぞれについて、正負(1または−1)を出力する。なお、絶対値が予め設定した閾値を下まわっている場合はゼロを出力する。
As the Jacobian matrix, since the livestock 1 and the robot arm 2 are likely to contact each other in the vicinity of the wrist of the robot arm 2, the Jacobian matrix for the wrist point of the robot arm 2 may be calculated.
Moreover, although an inverse matrix can be used instead of the transposed matrix, the transposed matrix requires less calculation load than the inverse matrix.
The joint vector positive / negative determining unit 24 outputs positive / negative (1 or −1) for each component (component of each joint axis) of the external force direction vector converted into the joint space. If the absolute value is below a preset threshold value, zero is output.

回避補償部12は図9に示すように、機能構成として摩擦補償ベクトル算出部25及び摩擦補償値記憶部26を有している。
摩擦補償ベクトル算出部25は、回避軸選択部11から出力される各関節空間での外力方向ベクトルの各成分(±1またはゼロ)に各軸の摩擦補償値を掛け算して出力する。
各軸の摩擦補償値は予め調整して決定した値を摩擦補償値記憶部に保存しておく。
なお、摩擦補償値は、対応する軸が完全に静止している場合は、軸に該当するアクチュエータの最大静止摩擦トルク、対応する軸が回っている場合は軸に該当するアクチュエータの動摩擦トルクに基づいて摩擦補償値を算出するようになっている。
As shown in FIG. 9, the avoidance compensation unit 12 includes a friction compensation vector calculation unit 25 and a friction compensation value storage unit 26 as functional configurations.
The friction compensation vector calculation unit 25 multiplies each component (± 1 or zero) of the external force direction vector in each joint space output from the avoidance axis selection unit 11 and outputs the result by multiplying the friction compensation value of each axis.
The friction compensation value for each axis is stored in the friction compensation value storage unit after being determined in advance.
The friction compensation value is based on the maximum static friction torque of the actuator corresponding to the shaft when the corresponding shaft is completely stationary, and the dynamic friction torque of the actuator corresponding to the shaft when the corresponding shaft is rotating. Thus, the friction compensation value is calculated.

回避補償部12から出力された摩擦補償ベクトル(トルク)は、図1に示すようにサーボ部7内部のトルク指令Trefに重力補償トルクとともに加算される。
なお、重力補償トルクは重力トルク補償部13で計算される。以降、摩擦補償トルクと重力補償トルクの和を回避補償トルクTavoという。
The friction compensation vector (torque) output from the avoidance compensation unit 12 is added to the torque command Tref in the servo unit 7 together with the gravity compensation torque as shown in FIG.
The gravity compensation torque is calculated by the gravity torque compensation unit 13. Hereinafter, the sum of the friction compensation torque and the gravity compensation torque is referred to as an avoidance compensation torque Tavo.

そして、サーボ部7のフィードバック回路から出力される元々のトルク指令Trefと回避補償トルクTavoの合計がトルク制限部14に入力される。
また、回転軸選択部11の出力は、回避補償部12だけでなく、トルク制限部14にも入力される。トルク制限部14では、回転軸選択部11の出力が+1または−1の軸を対象に該当するアクチュエータへのトルクの指令値を制限する。
Then, the total of the original torque command Tref and the avoidance compensation torque Tavo output from the feedback circuit of the servo unit 7 is input to the torque limiting unit 14.
Further, the output of the rotation axis selection unit 11 is input not only to the avoidance compensation unit 12 but also to the torque limiting unit 14. The torque limiter 14 limits the torque command value to the actuator corresponding to the axis whose output from the rotation axis selector 11 is +1 or −1.

トルク制限部14は、図10に示すように、該当するアクチュエータへのトルク指令値を回避補償トルク26(Tavo)を中心値として、予め実験等により求めておいたトルク制限幅27(Wtrq)以内に制限するように設定されている。したがって、モータトルクは、トルク上限28(TU)とトルク下限29(TL)との間に制限(リミット)され、制限されたトルクが最終的なトルク指令値として各アクチュエータ41A〜47Aに送出される。   As shown in FIG. 10, the torque limiter 14 has a torque command value for the corresponding actuator within a torque limit width 27 (Wtrq) determined in advance through experiments or the like with the avoidance compensation torque 26 (Tavo) as the center value. It is set to limit to. Therefore, the motor torque is limited (limited) between the torque upper limit 28 (TU) and the torque lower limit 29 (TL), and the limited torque is sent to the actuators 41A to 47A as final torque command values. .

上述のように回避補償トルクTavoはロボットアーム2が自重によるモーメント荷重に対して各アクチュエータを支持するととともに(重力補償トルク)、アクチュエータの静止摩擦力あるいは動摩擦力にこうして外力が作用する方向にロボットアーム2を動作させる(摩擦補償トルク)ためのトルクであるので、トルク上限28(TU)の値が大きすぎると、過剰なトルクの発生を許容することとなり、却ってロボットアーム2に対する負荷となってしまう。
一方、トルク下限29(TL)の値が小さすぎると自重を支えられずに関節が重力によって意図せず回動してしまう。
As described above, the avoidance compensation torque Tavo supports each actuator with respect to the moment load caused by its own weight (gravity compensation torque), and the robot arm 2 moves in the direction in which an external force acts on the static friction force or dynamic friction force of the actuator. 2 is a torque for operating 2 (friction compensation torque), and if the value of the torque upper limit 28 (TU) is too large, excessive torque is allowed to be generated, and on the contrary, it becomes a load on the robot arm 2. .
On the other hand, if the value of the torque lower limit 29 (TL) is too small, the joint is unintentionally rotated by gravity without supporting its own weight.

したがって、トルク制限幅Wtrqを十分小さくすることによって、不要な力を家畜1に作用させることなく、衝突による衝撃や外力を緩和する方向にロボットアーム2の各関節を倣わせることができる。トルク制限幅Wtrqは、できるだけ小さい(トルク上限TUとトルク下限TLとの差が小さい)方が好ましい。しかしながら、予め設定した重力補償トルクや摩擦補償トルクは常時必ずしも最適なとはならず、誤差を含むものであるため、予め設定した重力補償トルクや摩擦補償トルクの誤差を許容するためには予め実験等で得られた程度のトルク制限幅Wtrqを設けることでより安定してロボットアーム2を制御することができる。
なお、トルク制限は、回避軸が選択され、回避補償トルクが確定した直後から実施すればよい。
Therefore, by making the torque limit width Wtrq sufficiently small, it is possible to cause each joint of the robot arm 2 to follow the impact and external force caused by the collision without causing unnecessary force to act on the livestock 1. The torque limit width Wtrq is preferably as small as possible (the difference between the torque upper limit TU and the torque lower limit TL is small). However, since the preset gravity compensation torque and friction compensation torque are not always optimal and include errors, in order to allow an error in the preset gravity compensation torque and friction compensation torque, it is necessary to conduct experiments beforehand. The robot arm 2 can be controlled more stably by providing the obtained torque limit width Wtrq.
The torque limitation may be performed immediately after the avoidance axis is selected and the avoidance compensation torque is determined.

本発明の第1実施形態にかかるロボットシステムはこのように構成されているので、作業開始時には、物体検知センサ2Bからの検出画像に基づいて家畜1のターゲット部1Aの位置を随時検出して、各演算周期毎の目標位置としてサーボ部7に付与することでフィードバック制御により、ターゲット部1Aの位置が不規則に変化した場合でもターゲット部1Aに追従してターゲット部1Aにエンドエフェクタのツールを寄り付かせて家畜1のターゲット部1Aに対して、検査、消毒、搾乳などの作業を行なうことができる。   Since the robot system according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, at the start of work, the position of the target unit 1A of the livestock 1 is detected at any time based on the detection image from the object detection sensor 2B. By giving feedback to the servo unit 7 as a target position for each calculation cycle, even when the position of the target unit 1A changes irregularly, the end effector tool is moved toward the target unit 1A following the target unit 1A. In addition, operations such as inspection, disinfection, and milking can be performed on the target portion 1A of the livestock 1.

そして、かかる作業時に家畜1が大きく動く等してロボットアーム2と接触するなどして接触検出部8で接触(外力)が検知された場合は、位置指令遮断部9が作動して、動作指令部5からの位置指令を遮断して、サーボ部7に位置指令が伝わらないようになるので、ロボットアーム2は停止動作に入る。
上述したように、このとき、平滑化処理部8に保持されている指令データはサーボ部7に順次払い出されるため、ロボットアーム2が急停止することにより衝撃が生じることが緩和される。
When contact (external force) is detected by the contact detection unit 8 due to, for example, the livestock 1 moving greatly during such work and contacting the robot arm 2, the position command blocking unit 9 is activated and the operation command Since the position command from the unit 5 is cut off and the position command is not transmitted to the servo unit 7, the robot arm 2 enters a stop operation.
As described above, at this time, the command data held in the smoothing processing unit 8 is sequentially delivered to the servo unit 7, so that an impact caused by the sudden stop of the robot arm 2 is reduced.

一方、接触検出部8からセンサ出力が外力方向検出部10に渡され、そこで、家畜1とロボットアーム2との衝突の方向を検出する。回避軸選択部11は、検出された外力方向ベクトルをもとに、ロボットアーム2のどの関節軸を回避させるかを選択する。回避補償部12は、選択された関節軸に対して動作補償を施すことにより衝突を緩和させる。また、回避軸選択部11は、トルク制限部14に対しても働きかけ、回避軸のトルクを制限する。   On the other hand, the sensor output is passed from the contact detection unit 8 to the external force direction detection unit 10 where the direction of collision between the livestock 1 and the robot arm 2 is detected. The avoidance axis selection unit 11 selects which joint axis of the robot arm 2 is to be avoided based on the detected external force direction vector. The avoidance compensation unit 12 reduces the collision by performing motion compensation on the selected joint axis. The avoidance shaft selection unit 11 also acts on the torque limiting unit 14 to limit the torque of the avoidance shaft.

これにより、家畜1とロボットアーム2とが接触した場合、応答性良く、外力の方向にロボットアーム2が一連のサーボ部の制御の中で能動的に回避するため接触時の衝撃を緩和することができる。また、接触が生じた位置から外力の方向にロボットアーム2が回避した後に停止するため、家畜1とロボットアーム2が続けて衝突する可能性を低減することができる。
また、本実施形態に係る家畜用ロボット制御装置のトルク制限部14は、回避対象軸に対して、回避補償トルクを中心としたトルク制限幅Wtrq内に制限されるので、家畜1がさらにロボットアーム2側に動いた場合でもロボットアーム2から家畜1に不要な力を作用させずに衝撃力を受け流す方向に倣うことができ、家畜1及びロボットアーム2に過度な外力が生じることなく安全性が向上するという効果がある。
As a result, when the livestock 1 and the robot arm 2 come into contact with each other, the responsiveness is good and the robot arm 2 actively avoids the control in the series of servo units in the direction of the external force, so that the shock at the time of contact is reduced. Can do. Moreover, since the robot arm 2 stops after avoiding in the direction of external force from the position where the contact occurs, the possibility that the livestock 1 and the robot arm 2 continuously collide can be reduced.
Further, the torque limiting unit 14 of the livestock robot control apparatus according to the present embodiment is limited within the torque limit width Wtrq centered on the avoidance compensation torque with respect to the avoidance target axis. Even when moving to the side 2, the robot arm 2 can follow the direction of receiving impact force without applying unnecessary force to the livestock 1, and safety can be achieved without causing excessive external force to the livestock 1 and robot arm 2. There is an effect of improving.

また、本実施形態にかかる衝突検出部8は、センサ部4の出力信号からハイパスフィルタ部18によって衝突時の高周波振動のみ抽出するので、センサに減速機リップルなど外乱が作用した場合でも高速かつ高感度に家畜1とロボットアーム2との接触を検知できるという効果がある。
また、本実施形態に係る家畜用ロボット制御装置の回避補償部12は、トルク指令に回避補償トルクを加えるので、位置指令で回避補償するよりも高速な応答ができるという効果もある。
In addition, since the collision detection unit 8 according to the present embodiment extracts only high-frequency vibration at the time of collision from the output signal of the sensor unit 4 by the high-pass filter unit 18, even when a disturbance such as a reducer ripple acts on the sensor, the collision detection unit 8 can operate at a high speed Sensitivity has an effect that the contact between the livestock 1 and the robot arm 2 can be detected.
In addition, the avoidance compensation unit 12 of the livestock robot control apparatus according to the present embodiment adds an avoidance compensation torque to the torque command, so that there is an effect that a response can be made faster than avoidance compensation by the position command.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態にかかるロボットシステムは、コントローラ3の機能構成のみが第1実施形態のものを異なっており、第1実施形態と同様なものについては、重複説明を適宜省略し、同符号を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The robot system according to the present embodiment is different from that of the first embodiment only in the functional configuration of the controller 3, and the same components as those in the first embodiment are appropriately omitted from description by using the same reference numerals. explain.

図11は、本実施形態における接触検出部8の詳細ブロック図を示している。
本実施形態では接触検出部8は、ハイパスフィルタ部18と閾値判断部19との間に移動平均フィルタ部30を有している。
移動平均フィルタ部30は、ハイパスフィルタ部18から出力された各センサ信号それぞれに対して、現在から遡って予め定めた時間におけるセンサ信号の平均値を出力する移動平均フィルタ1〜4を有している。
このことによって、衝撃波の信号成分と同程度あるいは高い周波数成分をもつ、サーボノイズ等の外乱信号がハイパスフィルタを通過した場合に外乱信号のみが移動平均フィルタによって除去される。これによって、衝突時以外に閾値判断部19が誤って接触を検知することを回避することができる。前述のとおりに、閾値判断部19が接触を検知すると、位置指令遮断部9が作動すると同時に、センサ信号通過部31が作動し、ハイパスフィルタ部18から出力されたセンサ信号を外力方向検出部10に出力する。
FIG. 11 shows a detailed block diagram of the contact detection unit 8 in the present embodiment.
In the present embodiment, the contact detection unit 8 includes a moving average filter unit 30 between the high-pass filter unit 18 and the threshold determination unit 19.
The moving average filter unit 30 includes moving average filters 1 to 4 that output an average value of sensor signals at a predetermined time retroactively from each sensor signal output from the high-pass filter unit 18. Yes.
As a result, when a disturbance signal such as servo noise having a frequency component equal to or higher than the signal component of the shock wave passes through the high-pass filter, only the disturbance signal is removed by the moving average filter. As a result, it is possible to avoid the threshold judgment unit 19 from erroneously detecting contact other than during a collision. As described above, when the threshold judgment unit 19 detects contact, the position command blocking unit 9 is activated, and at the same time, the sensor signal passing unit 31 is activated, and the sensor signal output from the high-pass filter unit 18 is detected as the external force direction detection unit 10. Output to.

図12は、本実施形態における外力方向検出部10の詳細ブロック図を示している。
信号積算部32は、図11のセンサ信号通過部31から出力された各センサ信号それぞれに対して、現在までに入力されたセンサ信号の積算値を算出する。信号の積算値を用いることで、信号の正負の変化がなめらかになり、各時刻における正負の識別の確実性が向上する。
信号積算処理結果の一例は、図13に示すように、積算前の信号34を信号積算部32に入力して積算後の信号35が得られる。積算後の信号35は、積算前の信号34と比較して正負の変化の頻度が少なくなっている。
FIG. 12 shows a detailed block diagram of the external force direction detector 10 in the present embodiment.
The signal integrating unit 32 calculates the integrated value of the sensor signals input up to now for each sensor signal output from the sensor signal passing unit 31 of FIG. By using the integrated value of the signal, the positive / negative change of the signal becomes smooth, and the certainty of positive / negative discrimination at each time is improved.
As an example of the signal integration processing result, as shown in FIG. 13, the signal 34 before integration is input to the signal integration unit 32 to obtain a signal 35 after integration. The signal 35 after integration has a lower frequency of positive and negative changes than the signal 34 before integration.

絞込条件参照部33は、正負判断部21が出力した各信号積算値それぞれの正負に対して、予め設定した外力方向絞込条件テーブル(データテーブル)を参照して衝突の方向(外力方向ベクトル)を算出する。
絞込条件テーブルは図14に示すように、予め定めた複数の時刻における各センサ信号積算値の正負に対する外力方向ベクトルの候補とを対応付けたデータでありコントローラ3の記憶装置に記憶されている。
The narrowing-down condition reference unit 33 refers to a predetermined external force direction narrowing-down condition table (data table) with respect to the positive / negative of each signal integrated value output by the positive / negative determining unit 21, and the direction of collision (external force direction vector). ) Is calculated.
As shown in FIG. 14, the narrowing-down condition table is data in which candidates for external force direction vectors corresponding to positive and negative of each sensor signal integrated value at a plurality of predetermined times are associated with each other and stored in the storage device of the controller 3. .

図14の例では、X1〜X4の4回の時刻におけるテーブルで構成される(但し、X1<X2<X3<X4である)。
また、センサS1〜S4と外力方向ベクトルV1〜V8の配置関係は図7の通りである。絞込条件参照部33は、各時刻毎に、各センサ信号積算値の正負に対する条件にすべて当てはまる外力方向ベクトル候補を抽出する。例えば図15に示すように、時刻X1におけるS1〜S4の積算値の正負の組み合わせが(負、負、正、正)であった場合について説明する。
In the example of FIG. 14, the table includes four times of X1 to X4 (provided that X1 <X2 <X3 <X4).
The arrangement relationship between the sensors S1 to S4 and the external force direction vectors V1 to V8 is as shown in FIG. The narrow-down condition reference unit 33 extracts external force direction vector candidates that satisfy all the conditions for the positive and negative values of each sensor signal integrated value at each time. For example, as shown in FIG. 15, the case where the positive / negative combination of the integrated values of S1 to S4 at time X1 is (negative, negative, positive, positive) will be described.

S1の積算値が負のとき、外力方向ベクトル候補はV1,V3,V7のいずれかとなる。S2の積算値が負のとき、外力方向ベクトル候補はV1,V5,V7のいずれかとなる。このとき、双方の外力方向ベクトル候補いずれにも該当するのはV1,V7のいずれかとなる。同様に、S3およびS4の積算値の正負に対する外力方向ベクトル候補にも該当するものはV1,V7のいずれかとなる。
抽出された外力方向ベクトルの数が1ならば、抽出結果(外力方向ベクトル)を回避軸選択部11に入力する。候補数が2以上ならば、次の時刻における外力方向ベクトル候補の抽出結果と現時刻までの抽出結果の両方を用いて外力方向ベクトル候補を算出する。
When the integrated value of S1 is negative, the external force direction vector candidate is one of V1, V3, and V7. When the integrated value of S2 is negative, the external force direction vector candidate is one of V1, V5, and V7. At this time, either of the external force direction vector candidates corresponds to either V1 or V7. Similarly, one of V1 and V7 corresponds to an external force direction vector candidate for positive and negative of the integrated values of S3 and S4.
If the number of extracted external force direction vectors is 1, the extraction result (external force direction vector) is input to the avoidance axis selection unit 11. If the number of candidates is 2 or more, an external force direction vector candidate is calculated using both the extraction result of the external force direction vector candidate at the next time and the extraction result up to the current time.

この例の場合、次の時刻X2における積算値の正負の組み合わせと絞込条件テーブルを参照して外力方向ベクトルの抽出を続ける。このようにして、候補の数が1以下になるまで絞込を繰り返す。複数の時刻におけるセンサ信号を用いることで、外力方向の検出率を向上させることが可能である。また、絞込によって候補数が0になった場合、もしくは予め定めた絞込終了時刻までのすべてのテーブルを参照したとき候補の数が2以上の場合は、外力方向不明と判断して、外力方向ベクトルの全要素を零にして回避軸選択部11に入力する。   In the case of this example, the extraction of the external force direction vector is continued with reference to the combination of positive and negative integrated values at the next time X2 and the narrowing-down condition table. In this way, the narrowing is repeated until the number of candidates becomes 1 or less. By using sensor signals at a plurality of times, it is possible to improve the detection rate in the external force direction. Also, if the number of candidates becomes 0 by narrowing down, or if the number of candidates is 2 or more when all tables up to a predetermined narrowing end time are referenced, it is determined that the external force direction is unknown, and the external force All elements of the direction vector are set to zero and input to the avoidance axis selection unit 11.

本実施形態にかかるロボットシステムこのように構成されているので、衝突検出部8は、ハイパスフィルタ部18を通過した、ごくわずかな時間に発生する外乱を移動平均フィルタ部30によって抑制するので、家畜などの対象物とロボットアーム2とが接触していない場合に接触が生じたと誤検出することがより抑制されるという効果がある。
また、外力方向検出部10は、信号積算部32によって信号の正負変化の頻度を少なくして、各時刻における正負識別の確実性を向上させる効果がある。また、絞込条件参照部33において複数時刻のセンサ信号を参照するために外力方向の検出率を向上させる効果がある。
Since the robot system according to the present embodiment is configured as described above, the collision detection unit 8 suppresses the disturbance that occurs in a very short time after passing through the high-pass filter unit 18 by the moving average filter unit 30. Thus, there is an effect that the erroneous detection that the contact has occurred when the object such as the robot arm 2 is not in contact with the robot arm 2 is further suppressed.
In addition, the external force direction detection unit 10 has an effect of improving the certainty of positive / negative identification at each time by reducing the frequency of signal positive / negative changes by the signal integrating unit 32. In addition, since the narrow-down condition reference unit 33 refers to sensor signals at a plurality of times, there is an effect of improving the detection rate in the external force direction.

[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態にかかるロボットシステムは、コントローラ3の機能構成のみが第1実施形態のものを異なっており、第1実施形態と同様なものについては、重複説明を適宜省略し、同符号を用いて説明する。
図16に示すように、本実施形態ではコントローラ3の機能構成として、動作指令復帰部38が設けられている点が第1実施形態と異なっている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. The robot system according to the present embodiment is different from that of the first embodiment only in the functional configuration of the controller 3, and the same components as those in the first embodiment are appropriately omitted from description by using the same reference numerals. explain.
As shown in FIG. 16, the present embodiment is different from the first embodiment in that an operation command return unit 38 is provided as a functional configuration of the controller 3.

動作指令復帰部38は、接触検出部8が接触を検出して動作指令部5からの位置指令を遮断した状態で、所定の期間(例えば、衝突回避動作後、予め定めた時間)内に接触検出部8が新たに外力を検出しない場合には、位置指令遮断部9による位置指令の遮断を解除し、
動作指令部5からの位置指令を平滑処理部6を介してサーボ部7側に送るように設定されている。
The operation command return unit 38 contacts within a predetermined period (for example, a predetermined time after the collision avoiding operation) in a state where the contact detection unit 8 detects contact and blocks the position command from the operation command unit 5. When the detection unit 8 does not newly detect external force, the position command blocking unit 9 cancels the blocking of the position command,
The position command from the operation command unit 5 is set to be sent to the servo unit 7 side through the smoothing processing unit 6.

本発明の第3実施形態にかかるロボットシステムはこのように構成されているので、所定の期間を実験等により予め最適値に設定しておくことで、ロボットアーム2の動作中に例えば、家畜1とロボットアーム2とが接触した場合、所定の期間だけロボットアームが外力の作用方向に回避動作を行なって家畜1とロボットアーム2との過度な接触を防止することができるとともに、所定の期間経過後は物体検知センサ2Bの検出結果に基づいてターゲット部1Aへの寄り付き動作が再開されるので、接触が生じてもロボットアーム2が停止することなく、あるいは、短い時間の停止で家畜1に対して検査、消毒、搾乳などの作業を継続することができる。   Since the robot system according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, by setting a predetermined period to an optimum value in advance by experiment or the like, for example, during the operation of the robot arm 2, for example, livestock 1 When the robot arm 2 comes into contact with the robot arm 2, the robot arm can avoid the excessive contact between the livestock 1 and the robot arm 2 by performing an avoiding operation in the direction of the external force for a predetermined period, and the predetermined period has elapsed. Thereafter, the approaching operation to the target unit 1A is resumed based on the detection result of the object detection sensor 2B. Therefore, the robot arm 2 does not stop even if contact occurs, or the livestock 1 can be stopped for a short time. Thus, inspection, disinfection and milking can be continued.

つまり、ロボットシステム100の適用用途によっては、ロボットアーム2と周囲の物体との軽度の接触については許容しながらも、作業を停止することなく作業対象(あるいはロボットの位置目標)に対して安定して作業を行なうことが求められる場合がある。
本実施形態の場合、例えば、家畜1が高頻度で動いてロボットアーム2と頻繁に接触するような場合、その都度、ロボットアーム2が停止すると作業効率が著しく低下する虞があるが、上述の所定の期間を設定することで、家畜1とロボットアーム2とが接触した場合にはロボットアーム2を外力の方向に回避動作させて過度な外力(あるいは衝撃)を抑制しながらも、ロボットアーム2により作業を継続することで、接触による作業効率の低下を少なくすることができるという利点がある。
That is, depending on the application application of the robot system 100, while allowing slight contact between the robot arm 2 and surrounding objects, the robot system 100 is stable with respect to the work target (or the robot position target) without stopping the work. Work may be required.
In the case of this embodiment, for example, when the livestock 1 moves frequently and contacts the robot arm 2 frequently, the work efficiency may be significantly reduced if the robot arm 2 stops each time. By setting a predetermined period, when the livestock 1 and the robot arm 2 come into contact with each other, the robot arm 2 is operated to avoid the excessive external force (or impact) by avoiding the robot arm 2 in the direction of the external force. By continuing the work, there is an advantage that a reduction in work efficiency due to contact can be reduced.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能である。また、上記の各実施形態の手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed from the above embodiments without departing from the spirit of the present invention. Moreover, it is also possible to use combining the method of said each embodiment suitably. That is, it goes without saying that even a technique with such changes is included in the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、センサ部4として、ロボットベース部の固定治具に水晶圧電センサを4個埋め込んだ例を説明したが、センサの数を3個以下もしくは5個以上にして使用することも可能である。また、センサを治具内に埋め込んだ例を説明したが、センサをロボット表面に貼り付けることも可能である。さらには、水晶圧電センサ以外のセンサ素子を利用することも可能である。
また、外力方向絞込回数を最大4回とした例を示したが、3回以下もしくは5回以上にしても実施可能である。
なお、本発明は家畜に対して作業を施す用途に限定するものではなく、種々の用途に適用可能である。例えば、人間とロボットが共同あるいは協調作業する場合の制御装置などにも適用できる。
For example, in the above-described embodiment, an example in which four crystal piezoelectric sensors are embedded in the fixing jig of the robot base unit as the sensor unit 4 has been described. However, the number of sensors may be three or less or five or more. Is also possible. Moreover, although the example which embedded the sensor in the jig | tool was demonstrated, a sensor can also be affixed on the robot surface. Furthermore, it is possible to use a sensor element other than the quartz piezoelectric sensor.
In addition, although the example in which the number of times of external force direction narrowing is set to a maximum of 4 times, the embodiment can be implemented even if it is 3 times or less or 5 times or more.
In addition, this invention is not limited to the use which performs work with respect to livestock, but can be applied to various uses. For example, the present invention can be applied to a control device when a human and a robot collaborate or collaborate.

1 家畜
2 ロボット
3 コントローラ
4 センサ部
5 動作指令部
6 平滑化処理部
7 サーボ部
8 接触検出部
9 位置指令遮断部
10 外力方向検出部
11 回避軸選択部
12 回避補償部
13 重力トルク補償部
14 トルク制限部
40 基台
41〜46 アーム構造材
41A〜47A アクチュエータ
47 フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Livestock 2 Robot 3 Controller 4 Sensor part 5 Operation command part 6 Smoothing process part 7 Servo part 8 Contact detection part 9 Position command interruption | blocking part 10 External force direction detection part 11 Avoidance axis selection part 12 Avoidance compensation part 13 Gravity torque compensation part 14 Torque limiter 40 Base 41-46 Arm structure material 41A-47A Actuator 47 Flange

Claims (15)

ロボットアームと、
前記ロボットアームに設けられ前記ロボットアームを駆動させる1以上のアクチュエータと、
前記ロボットアームと前記アクチュエータとの少なくともいずれかにかかる外力を検出するセンサ部と、
前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記センサ部の検出結果に基づいて前記アクチュエータへのトルク指令値を制限するコントローラと、を有している
ことを特徴とする、ロボットシステム。
A robot arm,
One or more actuators provided on the robot arm for driving the robot arm;
A sensor unit for detecting an external force applied to at least one of the robot arm and the actuator;
And a controller for controlling an operation of the actuator and limiting a torque command value to the actuator based on a detection result of the sensor unit.
前記ロボットアーム又はアクチュエータの内、前記コントローラにより位置及び姿勢が制御される点である制御点の位置及び姿勢を検知する位置センサを有し、
前記コントローラは、
前記制御点のとるべき位置及び姿勢に対応する各アクチュエータの位置を目標位置として設定し、前記アクチュエータそれぞれの動作指令を設定する動作指令設定部と、
少なくとも前記動作指令と前記位置センサの検出結果とに基づいて、所定の演算周期毎に、前記アクチュエータのそれぞれに対してトルク指令を生成するサーボ部と
前記センサ部の検出結果に基づいて前記外力が生じたときに前記外力の方向を検出する外力検出部と、
前記外力検出部により検出された前記外力の方向に基づいて、前記1以上のアクチュエータのうち回避動作を行なうべきアクチュエータを選択する回避軸選択部と、
前記サーボ部により生成される前記トルク指令に自重分の重力補償トルクを付加する重力補償トルク付加部と、
前記回避軸選択部により選択された前記アクチュエータのそれぞれに対して前記サーボ部により生成される前記トルク指令に、前記アクチュエータ自身の摩擦力に抗して前記外力の方向に動作するための摩擦補償トルクを付加する摩擦補償トルク付加部と、を有している
ことを特徴とする、請求項1記載のロボットシステム。
A position sensor for detecting the position and posture of a control point, which is a point whose position and posture are controlled by the controller, of the robot arm or actuator;
The controller is
An operation command setting unit for setting the position of each actuator corresponding to the position and posture to be taken by the control point as a target position, and setting an operation command for each of the actuators;
Based on at least the operation command and the detection result of the position sensor, the external force is generated based on the detection result of the servo unit that generates a torque command for each of the actuators for each predetermined calculation cycle and the detection result of the sensor unit. An external force detector that detects the direction of the external force when it occurs,
An avoidance axis selection unit that selects an actuator to perform an avoidance operation among the one or more actuators based on the direction of the external force detected by the external force detection unit;
A gravity compensation torque adding unit for adding a gravity compensation torque corresponding to its own weight to the torque command generated by the servo unit;
Friction compensation torque for operating in the direction of the external force against the frictional force of the actuator itself against the torque command generated by the servo unit for each of the actuators selected by the avoidance axis selection unit The robot system according to claim 1, further comprising: a friction compensation torque adding unit that adds
前記コントローラは、
前記外力検出部により外力が検出されると、前記サーボ部に与える前記動作指令を遮断する動作指令遮断部を有している
ことを特徴とする、請求項2記載のロボットシステム。
The controller is
3. The robot system according to claim 2, further comprising an operation command blocking unit that blocks the operation command given to the servo unit when an external force is detected by the external force detection unit.
前記コントローラは、
前記動作指令遮断部により前記動作指令が遮断されてから予め設定された期間以上前記外力検出部により外力が検出されないときは、前記動作指令遮断部による前記動作指令の遮断を解除する動作指令復帰部を有している
ことを特徴とする、請求項3記載のロボットシステム。
The controller is
An operation command return unit for canceling the block of the operation command by the operation command blocking unit when an external force is not detected by the external force detection unit for a preset period after the operation command is blocked by the operation command blocking unit. The robot system according to claim 3, further comprising:
前記コントローラは、前記アクチュエータへのトルク指令値を制限するトルク指令制限部を有し、
前記トルク指令制限部は、前記重力補償トルクと前記摩擦補償トルクとの和に基づいて前記トルク指令値の上限値及び下限値を設定する
ことを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The controller has a torque command limiting unit that limits a torque command value to the actuator,
The torque command limiting unit sets an upper limit value and a lower limit value of the torque command value based on a sum of the gravity compensation torque and the friction compensation torque. The robot system according to item.
前記センサ部は、
圧電体として水晶が用いられたセンサを複数含んで形成されている
ことを特徴とする、請求項2〜5のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The sensor unit is
The robot system according to claim 2, wherein the robot system includes a plurality of sensors using quartz as a piezoelectric body.
前記センサ部は、
前記ロボットアームの内最も基端側のアクチュエータの基部に設けられた円板状のセンサ固定治具と、
前記センサ固定冶具に同一円弧に沿って埋設された複数の前記センサとを有している
ことを特徴とする、請求項6記載のロボットシステム。
The sensor unit is
A disc-shaped sensor fixing jig provided at the base of the actuator on the most proximal side of the robot arm;
The robot system according to claim 6, comprising a plurality of the sensors embedded in the sensor fixing jig along the same arc.
前記外力検出部は、
前記複数の前記センサからの信号の高周波振動成分を抽出し、抽出された前記高周波振動成分に基づいて、前記外力の有無を検出する
ことを特徴とする請求項7記載のロボットシステム。
The external force detector is
The robot system according to claim 7, wherein high-frequency vibration components of signals from the plurality of sensors are extracted, and the presence or absence of the external force is detected based on the extracted high-frequency vibration components.
前記外力検出部は、
抽出された前記高周波振動成分のピーク値を各センサ毎に求め、前記各センサ毎の前記ピーク値の正負組み合わせに基づいて前記外力の方向を検出する
ことを特徴とする請求項8記載のロボットシステム。
The external force detector is
9. The robot system according to claim 8, wherein a peak value of the extracted high-frequency vibration component is obtained for each sensor, and the direction of the external force is detected based on a positive / negative combination of the peak values for each sensor. .
前記回避軸選択部は、
前記外力検出部により求められた前記外力の方向ベクトルにヤコビ行列の転置行列を掛け算したベクトルの各成分を閾値処理して回避対象関節軸と方向を算出する
ことを特徴とする請求項9記載のロボットシステム。
The avoidance axis selection unit includes:
The avoidance target joint axis and direction are calculated by performing threshold processing on each component of a vector obtained by multiplying the direction vector of the external force obtained by the external force detection unit by a transposed matrix of a Jacobian matrix. Robot system.
前記摩擦補償トルク付加部は、
前記回避軸選択部により選択された前記アクチュエータが静止しているときは当該アクチュエータの最大静止摩擦トルクを前記摩擦補償トルクとして付加し、
当該アクチュエータが回転しているときは当該アクチュエータの動摩擦トルクを前記摩擦補償トルクとして付加する
ことを特徴とする請求項10記載のロボットシステム。
The friction compensation torque adding unit is
When the actuator selected by the avoidance axis selection unit is stationary, the maximum static friction torque of the actuator is added as the friction compensation torque,
11. The robot system according to claim 10, wherein when the actuator is rotating, the dynamic friction torque of the actuator is added as the friction compensation torque.
前記外力検出部は、
抽出された各センサ毎の前記高周波振動成分をそれぞれ移動平均化処理して得た移動平均値に基づいて前記外力の有無を検出する
ことを特徴とする請求項8記載のロボットシステム。
The external force detector is
9. The robot system according to claim 8, wherein the presence or absence of the external force is detected based on a moving average value obtained by moving averaging the extracted high-frequency vibration components for each sensor.
前記外力検出部は、
前記外力が有ることを検出した時点以降における各センサ毎の前記高周波振動成分の積算値をそれぞれ求め、前記積算値の正負組み合わせに基づいて前記外力の方向を検出する
ことを特徴とする請求項8記載のロボットシステム。
The external force detector is
9. The integrated value of the high-frequency vibration component for each sensor after the time point when the presence of the external force is detected is obtained, and the direction of the external force is detected based on a positive / negative combination of the integrated values. The robot system described.
前記コントローラは、
各センサ毎の前記積算値の正負の組み合わせ、または、各センサ毎の前記移動平均値の正負の組み合わせ、と前記外力の方向とを対応付けたデータテーブルを有し、
前記外力検出部は、
前記外力が有ることを検出した時点以降の複数の時点において、それぞれ、各センサ毎の前記積算値の正負の組み合わせ、または、各センサ毎の前記移動平均値の正負の組み合わせに基づいて前記外力の方向を検出する
ことを特徴とする、請求項12又は13記載のロボットシステム。
The controller is
A data table in which the positive / negative combination of the integrated values for each sensor, or the positive / negative combination of the moving average value for each sensor, and the direction of the external force are associated with each other;
The external force detector is
At a plurality of time points after the time point when the presence of the external force is detected, the external force based on the positive / negative combination of the integrated values for each sensor or the positive / negative combination of the moving average value for each sensor, respectively. The robot system according to claim 12 or 13, wherein a direction is detected.
1以上のアクチュエータを有するロボットアームと、前記ロボットアームと前記アクチュエータとの少なくともいずれかにかかる外力を検出するセンサ部とを有するロボットの制御装置であって、
前記アクチュエータに対してトルク指令を送出するアクチュエータ制御部と、
前記センサ部からの入力結果に基づいて前記アクチュエータへ送出される前記トルク指令値を制限するトルク指令制限部と、を有している
ことを特徴とする、ロボット制御装置。


A robot control device comprising: a robot arm having one or more actuators; and a sensor unit for detecting an external force applied to at least one of the robot arm and the actuator,
An actuator controller for sending a torque command to the actuator;
A robot control device, comprising: a torque command limiting unit that limits the torque command value sent to the actuator based on an input result from the sensor unit.


JP2010193717A 2010-08-31 2010-08-31 Robot system and robot control device Pending JP2012051042A (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010193717A JP2012051042A (en) 2010-08-31 2010-08-31 Robot system and robot control device
EP11179266.9A EP2422935B1 (en) 2010-08-31 2011-08-30 Robot, robot system, robot control device, and state determining method
EP12197253.3A EP2572837B1 (en) 2010-08-31 2011-08-30 Robot, robot system, robot control device, and state determining method
EP12197255A EP2572838A1 (en) 2010-08-31 2011-08-30 Robot, robot system, robot control device, and state determining method
US13/221,868 US8650965B2 (en) 2010-08-31 2011-08-30 Robot, robot system, robot control device, and state determining method
CN201110255607.0A CN102431033B (en) 2010-08-31 2011-08-31 Robot, robot system, robot controller and condition judgement method
CN201510023245.0A CN104690711A (en) 2010-08-31 2011-08-31 Robot system and state determining method of used robot
US14/149,810 US9346162B2 (en) 2010-08-31 2014-01-08 Robot system, control device of robot, and robot control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010193717A JP2012051042A (en) 2010-08-31 2010-08-31 Robot system and robot control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012051042A true JP2012051042A (en) 2012-03-15

Family

ID=45905028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010193717A Pending JP2012051042A (en) 2010-08-31 2010-08-31 Robot system and robot control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012051042A (en)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5154712B2 (en) * 2010-12-08 2013-02-27 パナソニック株式会社 ROBOT CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD, ROBOT, AND CONTROL PROGRAM
WO2014126112A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-21 日本電産サンキョー株式会社 Industrial robot and industrial robot control method
JP2015098084A (en) * 2015-03-06 2015-05-28 トヨタ自動車株式会社 Control device, control method, and robot
JP2017042835A (en) * 2015-08-24 2017-03-02 三菱電機株式会社 Contact detection device and contact detection system
JP2017177232A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Manipulator and method for controlling manipulator
CN107662205A (en) * 2016-07-29 2018-02-06 深圳光启合众科技有限公司 Robot and its joint motions control method and device
JP2018051734A (en) * 2016-09-30 2018-04-05 ファナック株式会社 Production system conducting operator-and-robot cooperative work
CN108582044A (en) * 2018-05-23 2018-09-28 北京华信智航科技有限公司 A kind of 8 degree of freedom integrated machine arms based on both hands pawl
EP3476550A1 (en) 2017-10-31 2019-05-01 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot system, robot controller, and method for withdrawing robot
JP2019098407A (en) * 2017-11-28 2019-06-24 ファナック株式会社 robot
JP2020015100A (en) * 2018-07-23 2020-01-30 セイコーエプソン株式会社 Robot, control device and control method
JP2020019067A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 セイコーエプソン株式会社 Robot and abnormality detection method for robot
US10576633B2 (en) 2016-09-29 2020-03-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Communication device
CN112130555A (en) * 2020-06-09 2020-12-25 广东科学技术职业学院 Self-walking robot and system based on laser navigation radar and computer vision perception fusion
CN113788085A (en) * 2021-10-12 2021-12-14 深圳鹏行智能研究有限公司 Safety protection method and foot type robot
CN114516052A (en) * 2022-03-23 2022-05-20 杭州湖西云百生科技有限公司 Dynamics control method and system of parallel real-time high-performance multi-axis mechanical arm
JP7376683B2 (en) 2020-03-05 2023-11-08 ファナック株式会社 Force sensor diagnostic equipment and robot control equipment

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6095538U (en) * 1983-12-06 1985-06-29 トヨタ自動車株式会社 Bearing load measuring device
JPS61143812A (en) * 1984-12-18 1986-07-01 Nissan Motor Co Ltd Control device of robot
JPS62251048A (en) * 1986-04-24 1987-10-31 Okuma Mach Works Ltd Cutting force monitoring method
JPH04343690A (en) * 1991-05-22 1992-11-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Joint friction compensating method for multi-joint manipulator
JPH0526744A (en) * 1991-07-17 1993-02-02 Kazuhiro Okada Force, acceleration, or magnet sensor using piezoelectric element
JPH0599764A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Ee Ii Syst Kk Structure of crystal piezoelectric sensor simultaneously detectable of three directional forces
JPH06170754A (en) * 1992-10-30 1994-06-21 Yaskawa Electric Corp Control device for master slave robot
JPH0743226A (en) * 1993-07-29 1995-02-14 Kazuhiro Okada Force/acceleration/magnetism sensor using piezoelectric element
JPH0985656A (en) * 1995-09-20 1997-03-31 Yaskawa Electric Corp Direct teaching device for robot
JP2006021287A (en) * 2004-07-09 2006-01-26 Univ Waseda Device for detecting contact force of robot
JP2010506739A (en) * 2006-10-19 2010-03-04 アーベーベー・アーゲー System and method for calibrating a handling device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6095538U (en) * 1983-12-06 1985-06-29 トヨタ自動車株式会社 Bearing load measuring device
JPS61143812A (en) * 1984-12-18 1986-07-01 Nissan Motor Co Ltd Control device of robot
JPS62251048A (en) * 1986-04-24 1987-10-31 Okuma Mach Works Ltd Cutting force monitoring method
JPH04343690A (en) * 1991-05-22 1992-11-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Joint friction compensating method for multi-joint manipulator
JPH0526744A (en) * 1991-07-17 1993-02-02 Kazuhiro Okada Force, acceleration, or magnet sensor using piezoelectric element
JPH0599764A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Ee Ii Syst Kk Structure of crystal piezoelectric sensor simultaneously detectable of three directional forces
JPH06170754A (en) * 1992-10-30 1994-06-21 Yaskawa Electric Corp Control device for master slave robot
JPH0743226A (en) * 1993-07-29 1995-02-14 Kazuhiro Okada Force/acceleration/magnetism sensor using piezoelectric element
JPH0985656A (en) * 1995-09-20 1997-03-31 Yaskawa Electric Corp Direct teaching device for robot
JP2006021287A (en) * 2004-07-09 2006-01-26 Univ Waseda Device for detecting contact force of robot
JP2010506739A (en) * 2006-10-19 2010-03-04 アーベーベー・アーゲー System and method for calibrating a handling device

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8509950B2 (en) 2010-12-08 2013-08-13 Panasonic Corporation Control apparatus and control method for robot, robot, and control program therefor
JP5154712B2 (en) * 2010-12-08 2013-02-27 パナソニック株式会社 ROBOT CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD, ROBOT, AND CONTROL PROGRAM
WO2014126112A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-21 日本電産サンキョー株式会社 Industrial robot and industrial robot control method
JP2015098084A (en) * 2015-03-06 2015-05-28 トヨタ自動車株式会社 Control device, control method, and robot
JP2017042835A (en) * 2015-08-24 2017-03-02 三菱電機株式会社 Contact detection device and contact detection system
JP2017177232A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Manipulator and method for controlling manipulator
CN107662205A (en) * 2016-07-29 2018-02-06 深圳光启合众科技有限公司 Robot and its joint motions control method and device
US10576633B2 (en) 2016-09-29 2020-03-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Communication device
US10442085B2 (en) 2016-09-30 2019-10-15 Fanuc Corporation Production system for performing cooperative work by operator and robot
JP2018051734A (en) * 2016-09-30 2018-04-05 ファナック株式会社 Production system conducting operator-and-robot cooperative work
CN109719702B (en) * 2017-10-31 2022-05-31 株式会社安川电机 Robot system, robot controller, and robot retreat method
CN109719702A (en) * 2017-10-31 2019-05-07 株式会社安川电机 The back-off method of robot system, robot controller and robot
EP3476550A1 (en) 2017-10-31 2019-05-01 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot system, robot controller, and method for withdrawing robot
US11192244B2 (en) 2017-10-31 2021-12-07 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot system, robot controller, and method for withdrawing robot
US10603798B2 (en) 2017-11-28 2020-03-31 Fanuc Corporation Robot
JP2019098407A (en) * 2017-11-28 2019-06-24 ファナック株式会社 robot
CN108582044A (en) * 2018-05-23 2018-09-28 北京华信智航科技有限公司 A kind of 8 degree of freedom integrated machine arms based on both hands pawl
CN108582044B (en) * 2018-05-23 2024-04-23 北京华信智航科技有限公司 8-Degree-of-freedom integrated mechanical arm based on double paws
JP2020015100A (en) * 2018-07-23 2020-01-30 セイコーエプソン株式会社 Robot, control device and control method
JP7180165B2 (en) 2018-07-23 2022-11-30 セイコーエプソン株式会社 ROBOT, CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD
JP7192292B2 (en) 2018-07-30 2022-12-20 セイコーエプソン株式会社 Robot and robot anomaly detection method
JP2020019067A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 セイコーエプソン株式会社 Robot and abnormality detection method for robot
JP7376683B2 (en) 2020-03-05 2023-11-08 ファナック株式会社 Force sensor diagnostic equipment and robot control equipment
CN112130555A (en) * 2020-06-09 2020-12-25 广东科学技术职业学院 Self-walking robot and system based on laser navigation radar and computer vision perception fusion
CN112130555B (en) * 2020-06-09 2023-09-15 广东科学技术职业学院 Self-walking robot and system based on laser navigation radar and computer vision perception fusion
CN113788085A (en) * 2021-10-12 2021-12-14 深圳鹏行智能研究有限公司 Safety protection method and foot type robot
CN114516052A (en) * 2022-03-23 2022-05-20 杭州湖西云百生科技有限公司 Dynamics control method and system of parallel real-time high-performance multi-axis mechanical arm
CN114516052B (en) * 2022-03-23 2023-12-22 杭州湖西云百生科技有限公司 Dynamics control method and system for parallel real-time high-performance multi-axis mechanical arm

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012051042A (en) Robot system and robot control device
JP6238021B2 (en) ROBOT, ROBOT CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD, AND ROBOT CONTROL PROGRAM
JP5926346B2 (en) Human cooperation robot system
US9821459B2 (en) Multi-joint robot having function for repositioning arm
JP6445150B2 (en) Method for controlling robot manipulator, computer system, digital recording medium, computer program product, computer program, apparatus and robot
KR101818858B1 (en) Switching of a controller of a robot to a manual guide-operating mode
US9346162B2 (en) Robot system, control device of robot, and robot control device
JP6364096B2 (en) Robot system
JP4550849B2 (en) Mobile robot with arm
JP2010228028A (en) Robot arm, contact detection method for robot arm, and device equipped with robot arm
JP6512790B2 (en) Robot control method, robot apparatus, program, recording medium, and article manufacturing method
JP6472214B2 (en) Robot apparatus control method and robot apparatus
JP5849451B2 (en) Robot failure detection method, control device, and robot
US11040449B2 (en) Robot control system and method of controlling a robot
JP2006021287A (en) Device for detecting contact force of robot
JP4391381B2 (en) Abnormality determination device for reduction gear of articulated robot and abnormality determination method for reduction gear of articulated robot
JP2019081234A (en) Robot system, robot controller, and method for retracting robot
JP2017159427A (en) Control device, robot, and robot system
JP2009202335A (en) Abnormality determination device and abnormality determination method for reduction gear
JP2012051043A (en) Robot system or robot control device
JP6565752B2 (en) Robot control apparatus and robot control method
JP4577607B2 (en) Robot control device and robot system
JP2017019058A (en) Robot control device, robot, and robot system
WO2018212189A1 (en) Gripping system
JP6400538B2 (en) Robot control device for controlling a robot driven by a motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120307

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20120316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130219

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130820

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131003

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140107