JP2013078843A - Articulated manipulator - Google Patents

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Hiroyuki Miyazawa
比呂之 宮澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position control method of a tip of an articulated manipulator which can accurately control a position of a tip of an articulated manipulator to a predetermined position.SOLUTION: The method controls a position of the tip of the articulated manipulator 5 that includes: a plurality of joint shafts 2, 4 rotating about respective axes; and a plurality of arms 1, 3 extending in radial directions from the joint shafts 2, 4. The method obtains rotation angles and rotation speed of the joint shafts 2, 4 based on outputs from gyro sensors 9, 10 mounted to respective chips of the arms 1, 3 to control the position of the tip of the articulated manipulator 5.

Description

本発明は、産業用ロボット、特に据付型産業用ロボットの多関節ロボットアームとして用いられる多関節マニピュレータの先端位置制御方法および多関節マニピュレータに関する。   The present invention relates to a tip position control method and a multi-joint manipulator for an articulated manipulator used as an articulated robot arm of an industrial robot, particularly a stationary industrial robot.

産業用ロボットの多関節ロボットアームとして用いられる多関節マニピュレータは、一般に、鉛直または水平な軸回りに回転する複数の関節軸と、これらの関節軸からその径方向に延伸する複数のアームとを備えた構成となっている。
このような多関節マニピュレータの先端を所定の位置に位置制御する方法としては、各関節軸の軸トルクをアームのリスト部に装着された力覚センサにより検出すると共に、各関節軸の角度を関節角度センサにより検出して、多関節マニピュレータの先端を位置制御する方法が知られている（特許文献１参照）。 An articulated manipulator used as an articulated robot arm of an industrial robot generally includes a plurality of joint axes that rotate around a vertical or horizontal axis and a plurality of arms that extend in the radial direction from these joint axes. It becomes the composition.
As a method for controlling the position of the tip of such an articulated manipulator to a predetermined position, the shaft torque of each joint axis is detected by a force sensor attached to the wrist portion of the arm, and the angle of each joint axis is determined by the joint. A method is known in which the position of the tip of an articulated manipulator is controlled by detection using an angle sensor (see Patent Document 1).

特開平１−２８９６８８号公報JP-A-1-289688

しかしながら、関節軸の軸トルクをアームのリスト部に装着された力覚センサにより検出しようとすると、アームが鉛直方向に回動動作した場合には力覚センサが重力の影響を受けてしまうため、多関節マニピュレータの先端を精度よく位置制御することは困難である。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、多関節マニピュレータの先端を所定の位置に精度よく位置制御することのできる多関節マニピュレータの先端位置制御方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は各アームの先端を所定の位置に精度よく位置制御することのできる多関節マニピュレータを提供することを目的とするものである。 However, if the axial torque of the joint shaft is detected by the force sensor attached to the wrist part of the arm, the force sensor is affected by gravity when the arm rotates in the vertical direction. It is difficult to accurately control the position of the tip of the articulated manipulator.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a tip position control method for an articulated manipulator capable of accurately controlling the tip of an articulated manipulator at a predetermined position. It is. It is another object of the present invention to provide an articulated manipulator capable of accurately controlling the position of the tip of each arm at a predetermined position.

上記課題を解決するため、本発明の一態様による多関節マニピュレータの先端位置制御方法は、軸回りに回転する複数の関節軸と、これらの関節軸から該関節軸の径方向に延伸する複数のアームとを備えた多関節マニピュレータの先端を位置制御する方法であって、前記アームに装着されたジャイロセンサの出力から前記関節軸の回転角度と回転速度を求めて前記多関節マニピュレータの先端を位置制御するようにしたことを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a tip position control method for an articulated manipulator according to an aspect of the present invention includes a plurality of joint axes that rotate about an axis, and a plurality of joint axes that extend in the radial direction of the joint axis from these joint axes. A method for position-controlling the tip of a multi-joint manipulator having an arm, wherein the tip of the multi-joint manipulator is positioned by obtaining a rotation angle and a rotation speed of the joint axis from an output of a gyro sensor attached to the arm. It is characterized by being controlled.

本発明の一態様による多関節マニピュレータの先端位置制御方法によると、アームの角速度を検出する手段して加速度センサを用いた場合のようにアームが鉛直方向に回動動作しても重力の影響を受けることがないので、多関節マニピュレータの先端を所定の位置に精度よく位置制御することができる。
また、関節軸の回転位置をエンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力から求める必要がなく、位置検出器が不要となるので、多関節マニピュレータの先端を比較的簡単な構成により位置制御することができる。 According to the tip position control method for an articulated manipulator according to one aspect of the present invention, even if the arm rotates in the vertical direction as in the case where the acceleration sensor is used as a means for detecting the angular velocity of the arm, the influence of gravity is prevented. Therefore, the position of the tip of the articulated manipulator can be accurately controlled at a predetermined position.
In addition, it is not necessary to obtain the rotational position of the joint shaft from the output of a position detector such as an encoder or resolver, and a position detector is not required, so that the position of the tip of the articulated manipulator can be controlled with a relatively simple configuration. it can.

本発明の一態様による多関節マニピュレータは、軸回りに回転する複数の関節軸と、これらの関節軸から該関節軸の径方向に延伸する複数のアームとを備えた多関節マニピュレータであって、前記アームに装着された複数のジャイロセンサと、これらジャイロセンサの出力が前記関節軸の回転角度及び回転速度を求めて前記多関節マニピュレータの先端を位置制御する位置制御手段とを設けたことを特徴とするものである。   An articulated manipulator according to an aspect of the present invention is an articulated manipulator including a plurality of joint axes that rotate around an axis and a plurality of arms that extend from these joint axes in the radial direction of the joint axes. A plurality of gyro sensors mounted on the arm, and position control means for controlling the position of the tip of the multi-joint manipulator by obtaining the rotation angle and rotation speed of the joint shaft from the outputs of the gyro sensors. It is what.

本発明の一態様による多関節マニピュレータは、アームの角速度を検出する手段して加速度センサを用いた場合のようにアームが鉛直方向に回動動作しても重力の影響を受けることがないので、各アームの先端位置を所定の位置に精度よく位置制御することができる。
また、関節軸の回転位置をエンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力から求める必要がなく、位置検出器が不要となるので、各アームの先端を比較的簡単な構成により位置制御することができる。 The articulated manipulator according to one aspect of the present invention is not affected by gravity even if the arm rotates in the vertical direction as in the case of using an acceleration sensor as a means for detecting the angular velocity of the arm. The position of the tip of each arm can be accurately controlled to a predetermined position.
Further, it is not necessary to obtain the rotational position of the joint shaft from the output of a position detector such as an encoder or resolver, and a position detector is not required, so that the position of each arm tip can be controlled with a relatively simple configuration. .

本発明に係る多関節マニピュレータの先端位置制御方法が適用される産業用ロボットの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the industrial robot to which the tip position control method of the articulated manipulator which concerns on this invention is applied. 図１に示す産業用ロボットの側面図である。It is a side view of the industrial robot shown in FIG. 多関節マニピュレータの先端を位置制御する位置制御回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position control circuit which controls the position of the front-end | tip of an articulated manipulator.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明に係る多関節マニピュレータの先端位置制御方法が適用される産業用ロボットの一例を図１及び図２に示す。図１及び図２に示される産業用ロボットは、アーム１，３、関節軸２，４、固定基台６、関節軸駆動モータ７，８およびジャイロセンサ９，１０を備えている。
アーム１は先端部を有しており、このアーム１の先端部と反対側の端部に、鉛直な軸回りに回転する関節軸２が設けられている。
アーム３は関節軸２を介してアーム１に連結された先端部を有しており、このアーム３の先端部と反対側の端部に、鉛直な軸回りに回転する関節軸４が設けられている。
固定基台６はアーム１，３および関節軸２，４から形成される多関節マニピュレータ５を図示しない固定物に据え付けるためのものであり、この固定基台６の図中上端部に関節軸４が鉛直に設けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An example of an industrial robot to which the tip position control method for an articulated manipulator according to the present invention is applied is shown in FIGS. The industrial robot shown in FIGS. 1 and 2 includes arms 1 and 3, joint shafts 2 and 4, a fixed base 6, joint shaft drive motors 7 and 8, and gyro sensors 9 and 10.
The arm 1 has a tip portion, and a joint shaft 2 that rotates around a vertical axis is provided at an end portion opposite to the tip portion of the arm 1.
The arm 3 has a tip connected to the arm 1 via a joint shaft 2, and a joint shaft 4 that rotates around a vertical axis is provided at the end opposite to the tip of the arm 3. ing.
The fixed base 6 is for mounting the articulated manipulator 5 formed of the arms 1 and 3 and the joint shafts 2 and 4 on a fixed object (not shown). Is provided vertically.

関節軸駆動モータ７は図示しない減速機構を介して関節軸２を鉛直な軸回りに駆動するものであり、図１及び図２に示される産業用ロボットでは、アーム１の内部に関節軸駆動モータ７が設けられている。
関節軸駆動モータ８は図示しない減速機構を介して関節軸４を鉛直な軸回りに駆動するものであり、図１及び図２に示される産業用ロボットでは、固定基台６の内部に関節軸駆動モータ８が設けられている。
ジャイロセンサ９，１０はアーム１，３の角速度（関節軸２，４の回転角度）を検出するためのものであり、これらのジャイロセンサ９，１０はアーム１，３の先端部に装着されている。
なお、アーム１の先端部には中空軸１１が軸回りに回転可能に且つ軸方向に移動可能に設けられ、この中空軸１１の下端部にエンドエフェクタ等が下端部に装着されるようになっている。 The joint shaft drive motor 7 drives the joint shaft 2 around a vertical axis via a reduction mechanism (not shown). In the industrial robot shown in FIGS. 1 and 2, the joint shaft drive motor 7 is provided inside the arm 1. 7 is provided.
The joint shaft drive motor 8 drives the joint shaft 4 around a vertical axis via a speed reduction mechanism (not shown). In the industrial robot shown in FIGS. 1 and 2, the joint shaft is placed inside the fixed base 6. A drive motor 8 is provided.
The gyro sensors 9 and 10 are for detecting the angular velocities of the arms 1 and 3 (the rotation angles of the joint shafts 2 and 4), and these gyro sensors 9 and 10 are attached to the tips of the arms 1 and 3, respectively. Yes.
A hollow shaft 11 is provided at the distal end of the arm 1 so as to be rotatable about the axis and movable in the axial direction, and an end effector or the like is attached to the lower end of the hollow shaft 11. ing.

多関節マニピュレータ５の先端を位置制御する位置制御回路の一例を図３に示す。図３に示される位置制御回路１３は、第１の目標位置指示器１４、第１の積分器１５、第１の減算器１６、第１の位置補償器１７、第１の目標速度指示器１８、第１の加減算器１９、第１の速度補償器２０、第１の電流制御器２１、第２の目標位置指示器２２、第１の加算器２３、第２の積分器２４、第２の減算器２５、第２の位置補償器２６、第２の目標速度指示器２７、第２の加算器２８、第２の加減算器２９、第２の速度補償器３０、第２の電流制御器３１、電力増幅器３２，３３を備えている。
第１の目標位置指示器１４はアーム３の先端目標位置（関節軸４の目標回転角度）を指示するものであり、この第１の目標位置指示器１４で指示された先端目標位置は、目標位置指令信号として第１の減算器１６に供給されるようになっている。 An example of a position control circuit for controlling the position of the tip of the articulated manipulator 5 is shown in FIG. The position control circuit 13 shown in FIG. 3 includes a first target position indicator 14, a first integrator 15, a first subtracter 16, a first position compensator 17, and a first target speed indicator 18. , First adder / subtractor 19, first speed compensator 20, first current controller 21, second target position indicator 22, first adder 23, second integrator 24, second Subtractor 25, second position compensator 26, second target speed indicator 27, second adder 28, second adder / subtractor 29, second speed compensator 30, second current controller 31 Power amplifiers 32 and 33 are provided.
The first target position indicator 14 indicates the tip target position of the arm 3 (target rotation angle of the joint shaft 4). The tip target position indicated by the first target position indicator 14 is the target It is supplied to the first subtracter 16 as a position command signal.

第１の積分器１５はジャイロセンサ１０の出力を積分してアーム３の実際の先端位置（関節軸４の実際の回転角度）を算出するものであり、この第１の積分器１５で算出されたアーム３の実際の先端位置は、実位置信号として第１の減算器１６に供給されるようになっている。
第１の減算器１６は第１の目標位置指示器１４で指示されたアーム３の先端目標位置と第１の積分器１５で算出されたアーム３の実際の先端位置との位置偏差を算出するものであり、この第１の減算器１６で算出された位置偏差は、位置偏差信号として第１の位置補償器１７に供給されるようになっている。
第１の位置補償器１７は第１の減算器１６で算出された位置偏差を補償するアーム３の位置補償速度を算出するものであり、この第１の位置補償器１７で算出されたアーム３の位置補償速度は、位置補償信号として第１の加減算器１９に供給されるようになっている。 The first integrator 15 integrates the output of the gyro sensor 10 to calculate the actual tip position of the arm 3 (actual rotation angle of the joint shaft 4). The first integrator 15 calculates the first integrator 15. The actual tip position of the arm 3 is supplied to the first subtracter 16 as an actual position signal.
The first subtracter 16 calculates a position deviation between the tip end target position of the arm 3 indicated by the first target position indicator 14 and the actual tip position of the arm 3 calculated by the first integrator 15. The position deviation calculated by the first subtracter 16 is supplied to the first position compensator 17 as a position deviation signal.
The first position compensator 17 calculates the position compensation speed of the arm 3 that compensates for the position deviation calculated by the first subtracter 16, and the arm 3 calculated by the first position compensator 17. The position compensation speed is supplied to the first adder / subtractor 19 as a position compensation signal.

第１の目標速度指示器１８はアーム３の先端目標速度（関節軸４の目標回転速度）を指示するものであり、この第１の目標速度指示器１８で指示されたアーム３の先端目標速度は、目標速度指令信号として第１の加減算器１９に供給されるようになっている。
第１の加減算器１９は第１の位置補償器１７で算出されたアーム３の位置補償速度と第１の目標速度指示器１８で指示されたアーム３の先端目標速度との加算値からジャイロセンサ１０で検出された角速度を差し引いた速度偏差を算出するものであり、この第１の加減算器１９で算出された速度偏差は、速度偏差信号として第１の速度補償器２０に供給されるようになっている。
第１の速度補償器２０は第１の加減算器１９で算出された速度偏差を補償するトルクを算出するものであり、この第１の速度補償器２０で算出されたトルクは、トルク指令信号として第１の電流制御器２１に供給されるようになっている。 The first target speed indicator 18 indicates the tip target speed of the arm 3 (target rotational speed of the joint shaft 4), and the tip target speed of the arm 3 indicated by the first target speed indicator 18 is indicated. Is supplied to the first adder / subtractor 19 as a target speed command signal.
The first adder / subtractor 19 is a gyro sensor based on an addition value of the position compensation speed of the arm 3 calculated by the first position compensator 17 and the tip target speed of the arm 3 indicated by the first target speed indicator 18. The speed deviation calculated by subtracting the angular speed detected at 10 is calculated so that the speed deviation calculated by the first adder / subtractor 19 is supplied to the first speed compensator 20 as a speed deviation signal. It has become.
The first speed compensator 20 calculates torque for compensating for the speed deviation calculated by the first adder / subtractor 19, and the torque calculated by the first speed compensator 20 is used as a torque command signal. The first current controller 21 is supplied.

第２の目標位置指示器２２はアーム１の先端目標位置（関節軸３の目標回転角度）を指示するものであり、この第２の目標位置指示器２２で指示されたアーム１の先端目標位置は、目標位置信号として第１の加算器２３に供給されるようになっている。
第１の加算器２３は第１の目標位置指示器１４で指示されたアーム３の先端目標位置と第２の目標位置指示器２２で指示されたアーム１の先端目標位置との合計目標位置を算出するものであり、この第１の加算器２３で算出された先端目標位置は、目標位置指令信号として第２の減算器２５に供給されるようになっている。
第２の積分器２４はジャイロセンサ９の出力を積分してアーム１の実際の先端位置（関節軸２の実際の回転角度）を算出するものであり、この第２の積分器２４で算出されたアーム１の先端位置は、実位置信号として第２の減算器２５に供給されるようになっている。 The second target position indicator 22 indicates the tip target position of the arm 1 (target rotation angle of the joint shaft 3). The tip target position of the arm 1 indicated by the second target position indicator 22 Is supplied to the first adder 23 as a target position signal.
The first adder 23 calculates the total target position of the tip target position of the arm 3 indicated by the first target position indicator 14 and the tip target position of the arm 1 indicated by the second target position indicator 22. The tip target position calculated by the first adder 23 is supplied to the second subtracter 25 as a target position command signal.
The second integrator 24 integrates the output of the gyro sensor 9 to calculate the actual tip position of the arm 1 (actual rotation angle of the joint shaft 2). The second integrator 24 calculates the second integrator 24. The tip position of the arm 1 is supplied to the second subtracter 25 as an actual position signal.

第２の減算器２５は第１の加算器２３で算出された合計目標位置と第２の積分器２４で算出されたアーム１の先端位置との位置偏差を算出するものであり、この第２の減算器２５で算出された位置偏差は、位置偏差信号として第２の位置補償器２６に供給されるようになっている。
第２の位置補償器２６は第２の減算器２５で算出された位置偏差を補償するアーム１の位置補償速度を算出するものであり、この第２の位置補償器２６で算出されたアーム１の位置補償速度は、位置補償信号として第２の加減算器２９に供給されるようになっている。
第２の目標速度指示器２７はアーム１の先端目標速度（関節軸２の目標回転速度）を指示するものであり、この第２の目標速度指示器２７で指示されたアーム１の先端目標速度は、目標速度信号として第２の加算器２８に供給されるようになっている。 The second subtracter 25 calculates a positional deviation between the total target position calculated by the first adder 23 and the tip position of the arm 1 calculated by the second integrator 24. The position deviation calculated by the subtracter 25 is supplied to the second position compensator 26 as a position deviation signal.
The second position compensator 26 calculates the position compensation speed of the arm 1 that compensates for the position deviation calculated by the second subtractor 25, and the arm 1 calculated by the second position compensator 26. The position compensation speed is supplied to the second adder / subtractor 29 as a position compensation signal.
The second target speed indicator 27 indicates the tip target speed of the arm 1 (target rotational speed of the joint shaft 2), and the tip target speed of the arm 1 indicated by the second target speed indicator 27. Is supplied to the second adder 28 as a target speed signal.

第２の加算器２８は第１の目標速度指示器１８で指示されたアーム３の先端目標速度と第２の目標速度指示器２７で指示されたアーム１の先端目標速度との合計目標速度を算出するものであり、この第２の加算器２８で算出された合計目標速度は、合計目標速度指令信号として第２の加減算器２９に供給されるようになっている。
第２の加減算器２９は第２の位置補償器２６で算出されたアーム１の位置補償速度と第２の加算器２８で算出された合計目標速度との加算値からジャイロセンサ９で検出された角速度を差し引いた速度偏差を算出するものであり、この第２の加減算器２９で算出された速度偏差は、速度偏差信号として第２の速度補償器３０に供給されるようになっている。 The second adder 28 calculates the total target speed of the tip target speed of the arm 3 indicated by the first target speed indicator 18 and the tip target speed of the arm 1 indicated by the second target speed indicator 27. The total target speed calculated by the second adder 28 is supplied to the second adder / subtractor 29 as a total target speed command signal.
The second adder / subtractor 29 is detected by the gyro sensor 9 from the added value of the position compensation speed of the arm 1 calculated by the second position compensator 26 and the total target speed calculated by the second adder 28. The speed deviation obtained by subtracting the angular speed is calculated, and the speed deviation calculated by the second adder / subtractor 29 is supplied to the second speed compensator 30 as a speed deviation signal.

第２の速度補償器３０は第２の加減算器２９で算出された速度偏差を補償するトルクを算出するものであり、この第２の速度補償器３０で算出されたトルクは、トルク指令信号として第２の電流制御器３１に供給されるようになっている。
第１の電流制御器２１及び第２の電流制御器３１は電力増幅器３２、３３を介して関節軸駆動モータ７，８を制御するものであり、従って、図３に示される位置制御回路１３は、アーム１，３の各先端部に装着されたジャイロセンサ９，１０の出力から関節軸２，４の回転角度と回転速度を求めて多関節マニピュレータ５の先端を位置制御するように構成されている。 The second speed compensator 30 calculates torque for compensating for the speed deviation calculated by the second adder / subtractor 29. The torque calculated by the second speed compensator 30 is used as a torque command signal. The second current controller 31 is supplied.
The first current controller 21 and the second current controller 31 control the joint shaft drive motors 7 and 8 via the power amplifiers 32 and 33. Therefore, the position control circuit 13 shown in FIG. The rotational angles and rotational speeds of the joint shafts 2 and 4 are obtained from the outputs of the gyro sensors 9 and 10 attached to the distal ends of the arms 1 and 3, respectively, and the position of the distal end of the articulated manipulator 5 is controlled. Yes.

上述のように、アーム１，３の各先端部に装着されたジャイロセンサ９，１０の出力から関節軸２，４の回転角度と回転速度を求めて多関節マニピュレータ５の先端を位置制御すると、アーム１，３の角速度を検出する手段して加速度センサを用いた場合のようにアームが鉛直方向に回動動作しても重力の影響を受けることがないので、多関節マニピュレータ５の先端を所定の位置に精度よく位置制御することができる。
また、関節軸２，４の回転位置をエンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力から求める必要がなく、位置検出器が不要となるので、多関節マニピュレータ５の先端を比較的簡単な構成により位置制御することができる。 As described above, when the position of the distal end of the articulated manipulator 5 is controlled by obtaining the rotational angle and rotational speed of the joint shafts 2 and 4 from the outputs of the gyro sensors 9 and 10 attached to the distal ends of the arms 1 and 3, Since the arm is not affected by gravity even if the arm is rotated in the vertical direction as in the case of using an acceleration sensor as a means for detecting the angular velocity of the arms 1 and 3, the tip of the articulated manipulator 5 is fixed to a predetermined position. The position can be accurately controlled at the position.
Further, since it is not necessary to obtain the rotational position of the joint shafts 2 and 4 from the output of a position detector such as an encoder or resolver, the position detector is not required, so that the tip of the articulated manipulator 5 can be positioned with a relatively simple configuration. Can be controlled.

なお、本発明に係る多関節マニピュレータの先端位置制御方法が適用される産業用ロボットとして、関節軸２，４が鉛直な軸回りに回転するものを例示したが、これに限られるものではなく、関節軸が水平な軸回りに回転する多関節マニピュレータについても本発明を適用できることは勿論である。
また、多関節マニピュレータ５の先端を位置制御する位置制御回路の構成についても図３に示されるものに限られるものではない。例えば、アームの撓り量を加味して多関節マニピュレータの先端を位置制御してもよいし、多関節マニピュレータ先端の既知位置を撮像装置や近接センサを用いて検出し、検出した既知位置を基に積分器の累積誤差を補正して多関節マニピュレータの先端を位置制御してもよい。 In addition, as an industrial robot to which the tip position control method of the multi-joint manipulator according to the present invention is applied, the joint axes 2 and 4 are illustrated as rotating about a vertical axis, but are not limited thereto, Of course, the present invention can also be applied to an articulated manipulator whose joint axis rotates around a horizontal axis.
Further, the configuration of the position control circuit for controlling the position of the tip of the articulated manipulator 5 is not limited to that shown in FIG. For example, the position of the tip of the articulated manipulator may be controlled in consideration of the amount of bending of the arm, or the known position of the tip of the articulated manipulator is detected using an imaging device or a proximity sensor, and the detected known position is used as a basis. Alternatively, the position of the tip of the articulated manipulator may be controlled by correcting the accumulated error of the integrator.

１，３…アーム、２，４…関節軸、５…多関節マニピュレータ、６…固定基台、７，８…関節軸駆動モータ、９，１０…ジャイロセンサ、１１…中空軸、１３…位置制御回路、１４…第１の目標位置指示器、１５…第１の積分器、１６…第１の減算器、１７…第１の位置補償器、１８…第１の目標速度指示器、１９…第１の加減算器、２０…第１の速度補償器、２１…第１の電流制御器、２２…第２の目標位置指示器、２３…第１の加算器、２４…第２の積分器、２５…第２の減算器、２６…第２の位置補償器、２７…第２の目標速度指示器、２８…第２の加算器、２９…第２の加減算器、３０…第２の速度補償器、３１…第２の電流制御器、３２、３３…電力増幅器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 ... Arm, 2,4 ... Joint axis, 5 ... Articulated manipulator, 6 ... Fixed base, 7, 8 ... Joint axis drive motor, 9, 10 ... Gyro sensor, 11 ... Hollow shaft, 13 ... Position control Circuit: 14 ... first target position indicator, 15 ... first integrator, 16 ... first subtractor, 17 ... first position compensator, 18 ... first target speed indicator, 19 ... first 1... 1 adder / subtracter, 20... First speed compensator, 21... First current controller, 22... Second target position indicator, 23. 2nd subtractor, 26 ... 2nd position compensator, 27 ... 2nd target speed indicator, 28 ... 2nd adder, 29 ... 2nd adder / subtractor, 30 ... 2nd speed compensator , 31 ... second current controller, 32, 33 ... power amplifier

本発明は、産業用ロボット、特に据付型産業用ロボットの多関節ロボットアームとして用いられる多関節マニピュレータに関する。 The present invention relates to articulated manipulators used industrial robot, as a multi-joint robot arm of the particular installation type industrial robot.

しかしながら、関節軸の軸トルクをアームのリスト部に装着された力覚センサにより検出しようとすると、アームが鉛直方向に回動動作した場合には力覚センサが重力の影響を受けてしまうため、多関節マニピュレータの先端を精度よく位置制御することは困難である。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、各アームの先端を所定の位置に精度よく位置制御することのできる多関節マニピュレータを提供することを目的とするものである。 However, if the axial torque of the joint shaft is detected by the force sensor attached to the wrist part of the arm, the force sensor is affected by gravity when the arm rotates in the vertical direction. It is difficult to accurately control the position of the tip of the articulated manipulator.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an articulated manipulator that can accurately control the position of the tip of each arm at a predetermined position.

上記課題を解決するため、本発明の一態様による多関節マニピュレータは、回動する第１アームと、前記第１アームが回動する軌跡を第１軌跡水平面とし、前記第１軌跡水平面の水平方向から見たときに、回動する軌跡が、前記第１軌跡水平面と重ならない第２軌跡水平面になるように、回動可能に設けられた第２アームと、前記第２アームに設けられたジャイロセンサと、を有することを特徴とするものである。  In order to solve the above-described problem, an articulated manipulator according to an aspect of the present invention uses a first arm that rotates and a trajectory that the first arm rotates as a first trajectory horizontal plane, and a horizontal direction of the first trajectory horizontal plane. When viewed from above, the second trajectory provided so as to be rotatable so that the trajectory to rotate becomes a second trajectory horizontal plane that does not overlap the first trajectory horizontal plane, and the gyro provided on the second arm. And a sensor.

本発明の一態様による多関節マニピュレータによると、アームの角速度を検出する手段して加速度センサを用いた場合のようにアームが鉛直方向に回動動作しても重力の影響を受けることがないので、各アームの先端位置を所定の位置に精度よく位置制御することができる。
また、関節軸の回転位置をエンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力から求める必要がなく、位置検出器が不要となるので、多関節マニピュレータの先端を比較的簡単な構成により位置制御することができる。 According to the articulated manipulator according to one aspect of the present invention, even if the arm rotates in the vertical direction as in the case of using an acceleration sensor as a means for detecting the angular velocity of the arm, it is not affected by gravity. The position of the tip of each arm can be accurately controlled to a predetermined position.
In addition, it is not necessary to obtain the rotational position of the joint shaft from the output of a position detector such as an encoder or resolver, and a position detector is not required, so that the position of the tip of the articulated manipulator can be controlled with a relatively simple configuration. it can.

本発明の一態様による多関節マニピュレータは、回動する第１アームと、前記第１アームが回動する軌跡を第１軌跡水平面とし、前記第１軌跡水平面の水平方向から見たときに、回動する軌跡が、前記第１軌跡水平面と重ならない第２軌跡水平面になるように、回動可能に設けられた第２アームと、前記第１アームに設けられた第１ジャイロセンサと、前記第２アームに設けられた第２ジャイロセンサと、を有することを特徴とするものである。 An articulated manipulator according to one aspect of the present invention is configured to rotate a first arm that rotates and a trajectory that the first arm rotates as a first trajectory horizontal plane when viewed from a horizontal direction of the first trajectory horizontal plane. A second arm pivotably provided so that a moving locus is a second locus horizontal surface that does not overlap the first locus horizontal surface, a first gyro sensor provided on the first arm, and the first And a second gyro sensor provided on the two arms.

本発明の一態様による多関節マニピュレータによると、アームの角速度を検出する手段して加速度センサを用いた場合のようにアームが鉛直方向に回動動作しても重力の影響を受けることがないので、各アームの先端位置を所定の位置に精度よく位置制御することができる。
また、関節軸の回転位置をエンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力から求める必要がなく、位置検出器が不要となるので、各アームの先端を比較的簡単な構成により位置制御することができる。 According to the articulated manipulator according to one aspect of the present invention, even if the arm rotates in the vertical direction as in the case of using an acceleration sensor as a means for detecting the angular velocity of the arm, it is not affected by gravity. The position of the tip of each arm can be accurately controlled to a predetermined position.
Further, it is not necessary to obtain the rotational position of the joint shaft from the output of a position detector such as an encoder or resolver, and a position detector is not required, so that the position of each arm tip can be controlled with a relatively simple configuration. .

本発明に係る多関節マニピュレータが適用される産業用ロボットの一例を示す斜視図である。Is a perspective view showing an example of an industrial robot articulated manipulator according to the present invention is applied. 図１に示す産業用ロボットの側面図である。It is a side view of the industrial robot shown in FIG. 多関節マニピュレータの先端を位置制御する位置制御回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position control circuit which controls the position of the front-end | tip of an articulated manipulator.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明に係る多関節マニピュレータが適用される産業用ロボットの一例を図１及び図２に示す。図１及び図２に示される産業用ロボットは、アーム１，３、関節軸２，４、固定基台６、関節軸駆動モータ７，８およびジャイロセンサ９，１０を備えている。
アーム（第２アーム）１は先端部を有しており、このアーム１の先端部と反対側の端部に、鉛直な軸回りに回転する関節軸２が設けられている。
アーム（第１アーム）３は関節軸２を介してアーム１に連結された先端部を有しており、このアーム３の先端部と反対側の端部に、鉛直な軸回りに回転する関節軸４が設けられている。
固定基台６はアーム１，３および関節軸２，４から形成される多関節マニピュレータ５を図示しない固定物に据え付けるためのものであり、この固定基台６の図中上端部に関節軸４が鉛直に設けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An example of an industrial robot articulated manipulator according to the present invention is applied is shown in FIGS. The industrial robot shown in FIGS. 1 and 2 includes arms 1 and 3, joint shafts 2 and 4, a fixed base 6, joint shaft drive motors 7 and 8, and gyro sensors 9 and 10.
The arm (second arm) 1 has a tip portion, and a joint shaft 2 that rotates about a vertical axis is provided at the end portion of the arm 1 opposite to the tip portion.
The arm (first arm) 3 has a tip connected to the arm 1 via a joint shaft 2, and a joint that rotates around a vertical axis at the end opposite to the tip of the arm 3. A shaft 4 is provided.
The fixed base 6 is for mounting the articulated manipulator 5 formed of the arms 1 and 3 and the joint shafts 2 and 4 on a fixed object (not shown). Is provided vertically.

第１の積分器１５はジャイロセンサ（第１ジャイロセンサ）１０の出力を積分してアーム３の実際の先端位置（関節軸４の実際の回転角度）を算出するものであり、この第１の積分器１５で算出されたアーム３の実際の先端位置は、実位置信号として第１の減算器１６に供給されるようになっている。
第１の減算器１６は第１の目標位置指示器１４で指示されたアーム３の先端目標位置と第１の積分器１５で算出されたアーム３の実際の先端位置との位置偏差を算出するものであり、この第１の減算器１６で算出された位置偏差は、位置偏差信号として第１の位置補償器１７に供給されるようになっている。
第１の位置補償器１７は第１の減算器１６で算出された位置偏差を補償するアーム３の位置補償速度を算出するものであり、この第１の位置補償器１７で算出されたアーム３の位置補償速度は、位置補償信号として第１の加減算器１９に供給されるようになっている。 The first integrator 15 integrates the output of the gyro sensor (first gyro sensor) 10 to calculate the actual tip position of the arm 3 (actual rotation angle of the joint shaft 4). The actual tip position of the arm 3 calculated by the integrator 15 is supplied to the first subtracter 16 as an actual position signal.
The first subtracter 16 calculates a position deviation between the tip end target position of the arm 3 indicated by the first target position indicator 14 and the actual tip position of the arm 3 calculated by the first integrator 15. The position deviation calculated by the first subtracter 16 is supplied to the first position compensator 17 as a position deviation signal.
The first position compensator 17 calculates the position compensation speed of the arm 3 that compensates for the position deviation calculated by the first subtracter 16, and the arm 3 calculated by the first position compensator 17. The position compensation speed is supplied to the first adder / subtractor 19 as a position compensation signal.

第２の目標位置指示器２２はアーム１の先端目標位置（関節軸３の目標回転角度）を指示するものであり、この第２の目標位置指示器２２で指示されたアーム１の先端目標位置は、目標位置信号として第１の加算器２３に供給されるようになっている。
第１の加算器２３は第１の目標位置指示器１４で指示されたアーム３の先端目標位置と第２の目標位置指示器２２で指示されたアーム１の先端目標位置との合計目標位置を算出するものであり、この第１の加算器２３で算出された先端目標位置は、目標位置指令信号として第２の減算器２５に供給されるようになっている。
第２の積分器２４はジャイロセンサ（第２ジャイロセンサ）９の出力を積分してアーム１の実際の先端位置（関節軸２の実際の回転角度）を算出するものであり、この第２の積分器２４で算出されたアーム１の先端位置は、実位置信号として第２の減算器２５に供給されるようになっている。 The second target position indicator 22 indicates the tip target position of the arm 1 (target rotation angle of the joint shaft 3). The tip target position of the arm 1 indicated by the second target position indicator 22 Is supplied to the first adder 23 as a target position signal.
The first adder 23 calculates the total target position of the tip target position of the arm 3 indicated by the first target position indicator 14 and the tip target position of the arm 1 indicated by the second target position indicator 22. The tip target position calculated by the first adder 23 is supplied to the second subtracter 25 as a target position command signal.
The second integrator 24 integrates the output of the gyro sensor (second gyro sensor) 9 and calculates the actual tip position of the arm 1 (actual rotation angle of the joint shaft 2). The tip position of the arm 1 calculated by the integrator 24 is supplied to the second subtracter 25 as an actual position signal.

なお、本発明に係る多関節マニピュレータが適用される産業用ロボットとして、関節軸２，４が鉛直な軸回りに回転するものを例示したが、これに限られるものではなく、関節軸が水平な軸回りに回転する多関節マニピュレータについても本発明を適用できることは勿論である。
また、多関節マニピュレータ５の先端を位置制御する位置制御回路の構成についても図３に示されるものに限られるものではない。例えば、アームの撓り量を加味して多関節マニピュレータの先端を位置制御してもよいし、多関節マニピュレータ先端の既知位置を撮像装置や近接センサを用いて検出し、検出した既知位置を基に積分器の累積誤差を補正して多関節マニピュレータの先端を位置制御してもよい。 As industrial robot articulated manipulator according to the present invention is applied it has been described by way of which the joint axes 2 and 4 is rotated in vertical axis, is not limited to this, the joint axis horizontal Of course, the present invention can also be applied to an articulated manipulator that rotates around a specific axis.
Further, the configuration of the position control circuit for controlling the position of the tip of the articulated manipulator 5 is not limited to that shown in FIG. For example, the position of the tip of the articulated manipulator may be controlled in consideration of the amount of bending of the arm, or the known position of the tip of the articulated manipulator is detected using an imaging device or a proximity sensor, and the detected known position is used as a basis. Alternatively, the position of the tip of the articulated manipulator may be controlled by correcting the accumulated error of the integrator.

Claims (2)

軸回りに回転する複数の関節軸と、これらの関節軸から該関節軸の径方向に延伸する複数のアームとを備えた多関節マニピュレータの先端位置を位置制御する方法であって、
前記アームに装着されたジャイロセンサの出力から前記関節軸の回転角度と回転速度を求めて前記多関節マニピュレータの先端を位置制御するようにしたことを特徴とする多関節マニピュレータの先端位置制御方法。 A method of position-controlling the tip position of a multi-joint manipulator comprising a plurality of joint axes that rotate around an axis and a plurality of arms that extend from these joint axes in the radial direction of the joint axes,
A tip position control method for an articulated manipulator, wherein the tip position of the articulated manipulator is controlled by obtaining a rotation angle and a rotational speed of the joint axis from an output of a gyro sensor attached to the arm. 軸回りに回転する複数の関節軸と、これらの関節軸から該関節軸の径方向に延伸する複数のアームとを備えた多関節マニピュレータであって、
前記アームに装着された複数のジャイロセンサと、これらジャイロセンサの出力が前記関節軸の回転角度と回転速度を求めて前記多関節マニピュレータの先端を位置制御する位置制御手段とを設けたことを特徴とする多関節マニピュレータ。 A multi-joint manipulator comprising a plurality of joint axes that rotate around an axis and a plurality of arms that extend from these joint axes in the radial direction of the joint axes,
A plurality of gyro sensors mounted on the arm, and position control means for controlling the position of the tip of the multi-joint manipulator by obtaining the rotation angle and rotation speed of the joint shaft from the outputs of the gyro sensors. An articulated manipulator.
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