JP2012051042A - Robot system and robot control device - Google Patents
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Abstract
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
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
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.
<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
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
As shown in FIG. 2, the
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
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
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
The sixth
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
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
The image acquired by the
In the present embodiment, for ease of explanation, the
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
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
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
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
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
The
As shown in FIG. 1, the
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
Various methods can be applied to the method for recognizing the position of the
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
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
The configuration of the
The high-
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
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
When the
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
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
The
The positive / negative determining
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
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
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
The
Here, since the
Then, the
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
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
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
The friction compensation
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
The gravity compensation torque is calculated by the gravity
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
Further, the output of the rotation
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
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
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
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
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
As described above, at this time, the command data held in the smoothing
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
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
Further, the
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
In addition, the
[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
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
In the present embodiment, the
The moving
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
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
The
As an example of the signal integration processing result, as shown in FIG. 13, the
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
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
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
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
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
In addition, the external force
[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
As shown in FIG. 16, the present embodiment is different from the first embodiment in that an operation
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
The position command from the
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
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
In the case of this embodiment, for example, when the
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
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
Claims (15)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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