JP2013169609A - Method for detecting collision of robot - Google Patents

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Abstract

【課題】高精度な衝突検出を維持したまま衝突誤検出を防止するためには、周辺の設備等との衝突以外の要因によるモータ発生トルクの飽和時など、必要な場合のみ正確に衝突検出閾値を上昇させる必要がある。
【解決手段】モータにより駆動されるロボットにおいて、モータが減速機に出力するトルクからロボットの逆動力学演算を用いてモータ発生トルクフィードバック推定値を算出する算出部で求めたモータ発生トルクフィードバック推定値を差し引くことにより衝突による外力を検出し、外力の検出値が予め設定した所定の閾値より大きければ外力を受けたと判断する衝突検出方法を有し、位置指令と速度指令と加速度指令に基づいて前記算出部により求めたモータ発生トルク指令予測値が予め設定した所定値より大きければ、衝突検出における閾値を前記所定の閾値よりも上げて衝突検出を行う。
【選択図】図1
In order to prevent erroneous collision detection while maintaining high-precision collision detection, the collision detection threshold is accurately detected only when necessary, such as when the motor-generated torque is saturated due to factors other than collision with surrounding equipment. Need to be raised.
In a robot driven by a motor, a motor-generated torque feedback estimated value obtained by a calculation unit that calculates a motor-generated torque feedback estimated value from the torque output from the motor to the speed reducer by using the inverse dynamics calculation of the robot. Is detected by detecting the external force due to the collision, and if the detected value of the external force is greater than a predetermined threshold value, it is determined that the external force has been received, based on the position command, the speed command, and the acceleration command. If the predicted motor generation torque command value calculated by the calculation unit is larger than a predetermined value set in advance, the collision detection is performed by raising the threshold value for collision detection above the predetermined threshold value.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、産業用ロボットの衝突検出方法に関する。   The present invention relates to a collision detection method for an industrial robot.

近年、産業用ロボットにおいて、ロボットが周囲の設備等に衝突した際の安全性向上や相互破壊による損失防止のため、衝突検出機能の高精度化が求められている。しかしながら、そのために高精度な衝突力センサを用いることは、コストの増大、センサの頑健性やセンサ自身の重量負荷としての性質等の問題の発生を招き、ロボットのパフォーマンスを制限する一因となってしまう。従って、高精度かつセンサレスに衝突力を検出できる方法が最も要求度の高いものとなっている。   In recent years, in an industrial robot, there has been a demand for higher accuracy of a collision detection function in order to improve safety when the robot collides with surrounding facilities and to prevent loss due to mutual destruction. However, the use of a high-precision collision force sensor for this purpose increases costs, causes problems such as sensor robustness and the property of the sensor itself as a weight load, and contributes to limiting robot performance. End up. Therefore, a method that can detect the collision force with high accuracy and sensorlessness is the most demanding.

センサレスという条件化において、衝突力を高精度に求める方法としては、モータの駆動電流で発生したトルクからモータ及び減速機のイナーシャと摩擦で損失するトルクを差し引いた減速機出力トルクより、ロボットの逆動力学演算から求めたロボットの動力学トルクを差し引いて衝突力を求める方式(以下、動力学演算方式という)がある(例えば、特許文献1参照)。   In the sensorless condition, the collision force can be obtained with high accuracy by using the reverse speed of the robot from the reduction gear output torque obtained by subtracting the torque lost due to friction with the motor and reduction gear inertia from the torque generated by the motor drive current. There is a method of obtaining a collision force by subtracting the robot dynamic torque obtained from the dynamic calculation (hereinafter referred to as a dynamic calculation method) (see, for example, Patent Document 1).

図4は、動力学演算方式の制御ブロック線図である。図4に示す位置制御器20において、位置指令の速度成分dθcomを積分した位置指令θcomと、モータ速度フィードバックωmを積分したモータ位置フィードバックθmとの差分値から速度ループ指令ωcomを生成する。   FIG. 4 is a control block diagram of the dynamic calculation method. In the position controller 20 shown in FIG. 4, the speed loop command ωcom is generated from the difference value between the position command θcom obtained by integrating the speed component dθcom of the position command and the motor position feedback θm obtained by integrating the motor speed feedback ωm.

速度制御器21において、速度ループ指令ωcomとモータ速度フィードバックωmの差分値からモータ電流Imを生成する。   The speed controller 21 generates a motor current Im from the difference value between the speed loop command ωcom and the motor speed feedback ωm.

また、τmはモータ発生トルクであり、減速機が剛体であると仮定すると、モータ発生トルクτmは、以下に示す(数1)において、モータ駆動側から見れば(数1−1)で表され、負荷側から見れば(数1−2)で表される。   Further, τm is a motor-generated torque, and assuming that the speed reducer is a rigid body, the motor-generated torque τm is expressed by (Equation 1-1) when viewed from the motor drive side in (Equation 1) shown below. From the load side, it is expressed by (Equation 1-2).

Figure 2013169609
Figure 2013169609

ここで、
Kt :モータトルク定数
Im :モータ電流
αm :モータ加速度フィードバック
ωm :モータ速度フィードバック
Jm :モータイナーシャ(ロータ+減速機1次側)
D :粘性摩擦抵抗
τμ :動摩擦トルク
τdyn:動力学トルク(重力トルク、慣性力、遠心力、コリオリ力の和)
τdis:衝突トルク
また、上記に示す動摩擦トルクτμは、以下に示す(数2)で計算できる。
here,
Kt: Motor torque constant Im: Motor current αm: Motor acceleration feedback ωm: Motor speed feedback Jm: Motor inertia (rotor + reduction gear primary side)
D: viscous friction resistance τμ: dynamic friction torque τdyn: dynamic torque (sum of gravity torque, inertial force, centrifugal force, Coriolis force)
τdis: collision torque The dynamic friction torque τμ shown above can be calculated by the following (Equation 2).

Figure 2013169609
Figure 2013169609

ここで、
Kμ:動摩擦の大きさ
1(ωm>0)
sgn = 0(ωm=0)
−1(ωm<0)
また、(数1−2)の右辺にある衝突トルクτdisは、(数1−1)と(数1−2)より、以下に示す(数3)に変形して求めることが出来る。
here,
Kμ: Size of dynamic friction
1 (ωm> 0)
sgn = 0 (ωm = 0)
-1 (ωm <0)
Further, the collision torque τdis on the right side of (Equation 1-2) can be obtained by transforming (Equation 3) shown below from (Equation 1-1) and (Equation 1-2).

Figure 2013169609
Figure 2013169609

なお、上記(数3)において、Kt×Im−Jm×αm−D×ωm−Kμ×sgnはモータが減速機に出力するトルクであり、τdynは動力学トルクである。   In the above (Equation 3), Kt × Im−Jm × αm−D × ωm−Kμ × sgn is the torque output from the motor to the reduction gear, and τdyn is the dynamic torque.

図4に破線で示す動力学演算モジュールブロック30において、動力学トルク推定値τdynoは、逆動力学演算ブロック27において、ロボットを構成する全軸のモータ速度フィードバックωmとロボットの機械パラメータを用いて逆動力学演算を実行することで求められる。動力学演算モジュールブロック30は、この動力学トルク推定値τdynoと動摩擦トルク推定値τμoとモータ伝達関数のインバースのブロック24で算出されるモータ単体の慣性と摩擦により発生するトルクとの加算値(以下、モータ発生トルクフィードバック推定値という)を求める。そして、モータ発生トルクフィードバック推定値とモータ発生トルクτmの差分を取ることで衝突トルク推定値τdisoを求め、この衝突トルク推定値τdisoを衝突検出判定ブロック28へ出力する。   In the dynamic calculation module block 30 indicated by a broken line in FIG. 4, the estimated dynamic torque τdyno is reversed using the motor speed feedback ωm of all axes constituting the robot and the machine parameters of the robot in the reverse dynamic calculation block 27. It is obtained by executing dynamics calculation. The dynamic calculation module block 30 adds the dynamic torque estimated value τdyno, the dynamic friction torque estimated value τμo, and the inertia of the motor calculated in the inverse block 24 of the motor transfer function and the torque generated by the friction (hereinafter referred to as the motor torque calculation function block 30). , Motor estimated torque feedback estimated value). Then, a collision torque estimated value τdiso is obtained by taking the difference between the motor generated torque feedback estimated value and the motor generated torque τm, and this collision torque estimated value τdiso is output to the collision detection determination block 28.

衝突検出判定ブロック28は、所定の衝突検出閾値τthを用いて、以下に示す(数4)に従い衝突を検出する。   The collision detection determination block 28 detects a collision according to the following (Equation 4) using a predetermined collision detection threshold τth.

Figure 2013169609
Figure 2013169609

上記した動力学演算方式は、高精度な反面、それが仇となる場合がある。高精度ということは衝突検出が非常に敏感であるということである。つまり、動力学演算方式により求められたモータ発生トルクフィードバック推定値とモータ発生トルクとの差がそれほど大きくない(ロボットが何所にも衝突していない)場合でも、衝突が検出されてしまう可能性がある。   While the above-described dynamic calculation method is highly accurate, it may be a habit. High accuracy means that collision detection is very sensitive. In other words, even when the difference between the motor-generated torque feedback estimated value obtained by the dynamics calculation method and the motor-generated torque is not so large (the robot has not collided anywhere), the collision may be detected. There is.

そのため、ロボットの操作者が意図しない動作点において、衝突検出すなわち誤検出を起こしてしまう場合が大いに考えられる。これを防止するためには、衝突検出閾値を上げて衝突検出の感度を鈍らせるといった方法が考えられる。しかし、それでは本末転倒といえる。そこで、モータ発生トルクフィードバック推定値とモータ発生トルクの間にずれが出やすい、例えば急加速等の動作においてのみ、衝突検出閾値を上昇させる方法が求められる。   Therefore, there is a great possibility that collision detection, that is, erroneous detection occurs at an operating point that is not intended by the operator of the robot. In order to prevent this, a method of increasing the collision detection threshold and reducing the sensitivity of collision detection can be considered. However, it can be said that this is a fall. Therefore, there is a need for a method for increasing the collision detection threshold only in an operation such as rapid acceleration, which tends to cause a deviation between the motor generated torque feedback estimated value and the motor generated torque.

そのような衝突誤検出防止の方法として、特定の条件化において、衝突検出閾値を上昇させる方法が挙げられる。例えば、特許文献1には、加速度指令に基づいて衝突検出閾値を上昇させる方法が記載されている。この方法は、加速度指令が予め設定された閾値以上となった場合に、衝突検出閾値を通常よりも高い値に再設定している。   As a method of preventing such a collision erroneous detection, there is a method of increasing the collision detection threshold value under specific conditions. For example, Patent Document 1 describes a method of increasing a collision detection threshold based on an acceleration command. This method resets the collision detection threshold to a higher value than usual when the acceleration command becomes equal to or greater than a preset threshold.

また、低温環境下におけるロボット駆動軸の摩擦力が増大した場合の衝突誤検出防止の方法として、駆動軸の温度を基にして衝突検出閾値を上昇させる方法が記載されている(例えば、特許文献2参照)。この方法では、温度センサ等により駆動軸の温度を検出し、それが予め設定された閾値以下となった場合に、衝突検出閾値を通常よりも高い値に再設定している。   In addition, as a method for preventing erroneous collision detection when the frictional force of the robot drive shaft increases in a low-temperature environment, a method of increasing the collision detection threshold based on the temperature of the drive shaft is described (for example, Patent Documents). 2). In this method, the temperature of the drive shaft is detected by a temperature sensor or the like, and the collision detection threshold is reset to a higher value than usual when the temperature is equal to or lower than a preset threshold.

特開2006−116650号公報JP 2006-116650 A 特開平11−15511号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-15511

特許文献1に記載の方法は、加速度指令に基づいて衝突検出閾値を上昇させるものであり、実際に検出されている衝突トルクの値に関係なく衝突検出閾値を上昇させることになり、必要の無い動作点においても衝突検出閾値を上昇させてしまう場合がある。従って、結果的に衝突検出の精度を自ら落としていることになる。このようなケースは、実際のロボットの動作において多々存在する。   The method described in Patent Document 1 increases the collision detection threshold based on the acceleration command, and increases the collision detection threshold regardless of the value of the actually detected collision torque, which is not necessary. There is a case where the collision detection threshold value is raised even at the operating point. Therefore, as a result, the accuracy of collision detection is reduced by itself. Such cases often exist in actual robot operations.

ここで、衝突誤検出は、モータ電流すなわちモータ発生トルクが、安全のためにモータ仕様毎に決められているリミット値の付近になる場合に起こりやすい。図5にその概略を示す。   Here, erroneous collision detection is likely to occur when the motor current, that is, the motor-generated torque is near the limit value determined for each motor specification for safety. The outline is shown in FIG.

図5は、実際にモータに流れている電流に起因するモータ発生トルク31と、予め設定されているモータ発生トルク31のリミット値32と、動力学演算モジュールブロック30で求められたモータ発生トルクフィードバック推定値33と、衝突検出閾値34と、衝突トルク35を示している。   FIG. 5 shows a motor generated torque 31 caused by the current actually flowing through the motor, a preset limit value 32 of the motor generated torque 31, and a motor generated torque feedback obtained by the dynamics calculation module block 30. An estimated value 33, a collision detection threshold value 34, and a collision torque 35 are shown.

図5において、モータ発生トルク31は、予め設定されたリミット値32により制限される。しかし、動力学演算モジュールブロック30で求められたモータ発生トルクフィードバック推定値33にはリミット値が存在せず、リミット値32以上の値となっている。そのため、衝突検出閾値34を超える衝突トルク35が発生し、衝突誤検出が起こってしまう。   In FIG. 5, the motor generated torque 31 is limited by a preset limit value 32. However, the motor generated torque feedback estimated value 33 obtained by the dynamics calculation module block 30 has no limit value and is a value equal to or greater than the limit value 32. Therefore, a collision torque 35 exceeding the collision detection threshold 34 is generated, and erroneous collision detection occurs.

また、周囲の設備等に衝突した際にもモータ発生トルクは飽和することがある。そのため、その場合のことを考慮すると、モータ発生トルクフィードバック推定値にリミット値を設けることができないことをここに述べておく。   Also, the motor generated torque may be saturated when it collides with surrounding equipment. Therefore, considering that case, it should be noted here that a limit value cannot be set for the motor-generated torque feedback estimated value.

これらのことから、衝突誤検出防止機能としては、必要な場合のみ正確に衝突検出閾値を上昇させることで、高精度な衝突検出を維持したまま衝突誤検出を防止できるようなものが望ましいといえる。   From these facts, it can be said that it is desirable that the erroneous collision detection prevention function can prevent the erroneous collision detection while maintaining high-precision collision detection by raising the collision detection threshold accurately only when necessary. .

本発明は、指令値(位置指令、速度指令、加速度指令)と動力学演算モジュールブロックを用い、上記を満たす衝突誤検出機能を有するロボットの衝突検出方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a collision detection method for a robot having a collision error detection function that satisfies the above-described conditions using a command value (position command, speed command, acceleration command) and a dynamics calculation module block.

上記課題を解決するために、本発明のロボットの衝突検出方法は、減速機を介してモータにより駆動されるロボットにおいて、モータが前記減速機に出力するトルクからロボットの逆動力学演算を用いてモータ発生トルクフィードバック推定値を算出する算出部で求めたモータ発生トルクフィードバック推定値を差し引くことにより、衝突による外力を検出し、前記外力の検出値が予め設定した所定の閾値より大きければロボットを構成するアームが外力を受けたと判断する衝突検出方法を有し、位置指令と速度指令と加速度指令に基づいて前記算出部により求めたモータ発生トルク指令予測値が、予め設定した所定値より大きければ、前記衝突検出における閾値を前記所定の閾値よりも上げて前記衝突検出方法を行うものである。   In order to solve the above-described problems, a robot collision detection method according to the present invention is a robot driven by a motor through a speed reducer, and uses the inverse dynamics calculation of the robot from the torque output from the motor to the speed reducer. The external force caused by the collision is detected by subtracting the estimated motor generated torque feedback value obtained by the calculation unit for calculating the estimated torque generated by the motor, and if the detected value of the external force is larger than a predetermined threshold value, the robot is configured. A collision detection method in which it is determined that the arm receiving the external force receives the motor generated torque command predicted value obtained by the calculation unit based on the position command, the speed command, and the acceleration command is greater than a predetermined value, The collision detection method is performed by raising a threshold in the collision detection above the predetermined threshold.

また、本発明のロボットの衝突検出方法は、上記に加えて、衝突検出に用いる閾値を上げた状態を所定時間維持し、前記所定時間後に上げる前の閾値に戻すものである。   In addition to the above, the robot collision detection method of the present invention maintains a state in which the threshold value used for collision detection is raised for a predetermined time, and returns it to the threshold value before being raised after the predetermined time.

以上のように、本発明によれば、指令値(位置指令、速度指令、加速度指令)と動力学演算を行う算出部を用いて衝突検出の閾値を変更する衝突誤検出防止機能を行うことにより、高精度な衝突検出を実現することができる。   As described above, according to the present invention, by performing a collision error detection preventing function that changes a threshold value for collision detection using a calculation unit that performs a command value (position command, speed command, acceleration command) and dynamics calculation. Highly accurate collision detection can be realized.

本発明の実施の形態1における衝突誤検出防止機能を実現する構成の概略を示す図The figure which shows the outline of the structure which implement | achieves the collision erroneous detection prevention function in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における衝突誤検出防止機能の動作を説明する図The figure explaining the operation | movement of the collision erroneous detection prevention function in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における衝突検出機能(動力学演算方式)の制御ブロック線図Control block diagram of collision detection function (dynamic calculation method) in Embodiment 1 of the present invention 従来の衝突検出機能(動力学演算方式)の制御ブロック線図Control block diagram of conventional collision detection function (dynamic calculation method) 従来の衝突検出機能における衝突誤検出の発生を説明する図A diagram for explaining the occurrence of erroneous collision detection in the conventional collision detection function

(実施の形態1)
本実施の形態1について、図1から図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態1における衝突誤検出防止機能を実行するための構成を示す図である。図2は、本実施の形態1における衝突誤検出防止機能の実際の動作を説明するための図である。図3は、本発明の実施の形態1における衝突検出機能(動力学演算方式)の制御ブロック線図である。
(Embodiment 1)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration for executing the function of preventing erroneous collision detection according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining an actual operation of the erroneous collision detection preventing function in the first embodiment. FIG. 3 is a control block diagram of the collision detection function (dynamic calculation method) in the first embodiment of the present invention.

なお、本実施の形態1において、背景技術の項で説明した図4と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   In the first embodiment, the same portions as those in FIG. 4 described in the background art section are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図1において、位置指令設定部1と、速度指令設定部2と、加速度指令設定部3と、動力学演算によりモータ発生トルク指令予測値を算出する演算部4と、衝突誤検出防止機能実行判定閾値設定部5と、衝突誤検出防止機能実行判定部6と、処理切替のスイッチ7と、通常用衝突検出閾値設定部8と、衝突検出閾値上昇部9と、上昇保持時間設定部10と、衝突誤検出防止用衝突検出閾値設定部11を示している。なお、これらの構成要素は、例えば、多関節型ロボットを構成するマニピュレータとロボット制御装置の内、ロボット制御装置の内部に設けられている。また、演算部4は、図3に示す動力学演算モジュールブロック30に相当する。   In FIG. 1, a position command setting unit 1, a speed command setting unit 2, an acceleration command setting unit 3, a calculation unit 4 that calculates a motor generated torque command predicted value by dynamic calculation, and a collision erroneous detection prevention function execution determination A threshold setting unit 5, a collision erroneous detection prevention function execution determination unit 6, a process switching switch 7, a normal collision detection threshold setting unit 8, a collision detection threshold increase unit 9, and an increase holding time setting unit 10; A collision detection threshold value setting unit 11 for preventing erroneous collision detection is shown. Note that these components are provided, for example, in the robot controller among the manipulators and robot controllers that constitute the articulated robot. The calculation unit 4 corresponds to the dynamics calculation module block 30 shown in FIG.

図1の動作について説明する。位置指令設定部1では、ロボット制御装置内に記憶された動作プログラム内の命令であり、教示により与えられた距離と動作速度を含む動作命令に基づいて位置指令を設定する。速度指令設定部2では、位置指令設定部1の場合と同様に、動作命令に基づいて速度指令を設定する。加速度指令設定部3では、位置指令設定部1の場合と同様に、動作命令に基づいて加速度指令を設定する。   The operation of FIG. 1 will be described. The position command setting unit 1 is a command in an operation program stored in the robot controller, and sets a position command based on an operation command including a distance and an operation speed given by teaching. The speed command setting unit 2 sets the speed command based on the operation command as in the case of the position command setting unit 1. The acceleration command setting unit 3 sets the acceleration command based on the operation command as in the case of the position command setting unit 1.

演算部4では、設定された位置指令と速度指令と加速度指令と他軸の速度指令を入力とし、これらに基づいてモータ発生トルク指令予測値を算出する。なお、衝突を検出するために、図4を用いて説明したように、図3においてモータ発生トルクフィードバック推定値を算出する場合には、自軸と他軸のモータ速度フィードバックωmを用いて算出を行う。しかし、後述する本実施の形態1のおける衝突誤検出防止機能を行うためにモータ発生トルク指令予測値を算出する場合には、自軸と他軸のモータ速度フィードバックωmは用いず、自軸と他軸の速度指令を用いて算出を行う。また、演算部4では、速度指令から位置指令と加速度指令を求めて算出に使用している。すなわち、位置指令と加速度指令は、動作命令の1つである速度指令に基づいて設定される。   The calculation unit 4 receives the set position command, speed command, acceleration command, and speed command for the other axis as input, and calculates a motor generated torque command predicted value based on these. In order to detect a collision, as described with reference to FIG. 4, when the motor generated torque feedback estimated value is calculated in FIG. 3, the calculation is performed using the motor speed feedback ωm of the own axis and the other axis. Do. However, when calculating the motor generated torque command predicted value in order to perform the erroneous collision detection preventing function in the first embodiment to be described later, the motor speed feedback ωm between the own axis and the other axis is not used, Calculation is performed using the speed command of the other axis. Further, the calculation unit 4 obtains a position command and an acceleration command from the speed command and uses them for calculation. That is, the position command and the acceleration command are set based on a speed command that is one of the operation commands.

衝突誤検出防止機能実行判定閾値設定部5では、予めロボット制御装置の内部に記憶された衝突誤検出防止機能を実行するか否かを判定するための閾値を設定する。衝突誤検出防止機能実行判定部6では、演算部4で算出したモータ発生トルク指令予測値と、衝突誤検出防止機能実行判定閾値設定部5で設定された閾値とを比較し、衝突誤検出防止機能を実行するか否かを判定する。モータ発生トルク指令予測値≧閾値の場合、「衝突誤検出防止機能を実行する」と判定される。また、モータ発生トルク指令予測値<閾値の場合、「衝突誤検出防止機能を実行しない」と判定される。なお、衝突誤検出防止機能の実行判定用の閾値は、実験的および経験則により、モータ発生トルクのリミット値よりも低い値として設定される。   The collision error detection prevention function execution determination threshold setting unit 5 sets a threshold value for determining whether or not to execute the collision error detection prevention function stored in advance in the robot controller. The collision error detection prevention function execution determination unit 6 compares the motor generated torque command predicted value calculated by the calculation unit 4 with the threshold value set by the collision error detection prevention function execution determination threshold setting unit 5 to prevent collision error detection. Determine whether to execute the function. When the motor generated torque command predicted value ≧ the threshold value, it is determined that “a collision erroneous detection preventing function is executed”. Further, when the motor generation torque command predicted value <the threshold value, it is determined that “the collision erroneous detection preventing function is not executed”. It should be noted that the threshold for determining whether to perform the erroneous collision detection preventing function is set as a value lower than the limit value of the motor-generated torque based on experiments and empirical rules.

衝突誤検出防止機能実行判定部6において「衝突誤検出防止機能を実行しない」と判定された場合、衝突誤検出防止機能実行判定部6と通常用衝突検出閾値設定部8とが接続されるようにスイッチ7が動作する。そして、通常用衝突検出閾値設定部8において、予めロボット制御装置の内部に記憶された衝突検出の閾値が、衝突検出閾値として設定される。すなわち、衝突検出閾値が設定される。   When the collision error detection prevention function execution determination unit 6 determines that “the collision error detection prevention function is not executed”, the collision error detection prevention function execution determination unit 6 and the normal collision detection threshold setting unit 8 are connected. The switch 7 is activated. Then, in the normal collision detection threshold value setting unit 8, a collision detection threshold value stored in advance in the robot controller is set as the collision detection threshold value. That is, a collision detection threshold is set.

一方、衝突誤検出防止機能実行判定部6において「衝突誤検出防止機能を実行する」と判定された場合、衝突誤検出防止機能実行判定部6が衝突検出閾値上昇部9に接続されるようにスイッチ7が動作する。そして、衝突検出閾値上昇部9において、衝突検出閾値が、予めロボットの制御装置内部に記憶されていた通常用衝突検出閾値設定部8で設定されたる閾値よりも更に高い値であり、予めロボット制御装置の内部に記憶されていた衝突誤検出防止用衝突検出閾値に修正される。さらに、上昇保持時間設定部10において、予めロボット制御装置の内部に記憶されていた上昇保持時間により、衝突検出閾値を上昇させる時間が設定される。そして、衝突検出閾値上昇部9の出力と上昇保持時間設定部10の出力に基づいて、衝突誤検出防止用衝突検出閾値設定部11において、衝突誤検出防止用衝突検出閾値として設定される。すなわち、衝突誤検出防止用衝突検出閾値とこの衝突誤検出防止用衝突検出閾値を維持する時間である上昇保持時間が設定される。   On the other hand, when it is determined by the collision error detection prevention function execution determination unit 6 that “the collision error detection prevention function is executed”, the collision error detection prevention function execution determination unit 6 is connected to the collision detection threshold value increase unit 9. The switch 7 operates. In the collision detection threshold value increasing unit 9, the collision detection threshold value is higher than the threshold value set in the normal collision detection threshold value setting unit 8 stored in advance in the robot control device, It is corrected to the collision detection threshold for preventing erroneous collision detection stored in the apparatus. Further, in the ascending hold time setting unit 10, the time for raising the collision detection threshold is set based on the ascending hold time stored in advance in the robot controller. Then, based on the output of the collision detection threshold value increasing unit 9 and the output of the ascending hold time setting unit 10, the collision detection threshold value setting unit 11 for preventing collision error detection sets the collision detection threshold value for preventing collision error detection. In other words, a collision detection threshold for preventing erroneous collision detection and a rising holding time that is a time for maintaining the collision detection threshold for preventing erroneous collision detection are set.

なお、衝突誤検出防止用衝突検出閾値および衝突検出閾値の上昇保持時間は、例えば実験的および経験則により決定されるものである。   The collision detection threshold for preventing collision erroneous detection and the rising retention time of the collision detection threshold are determined, for example, experimentally and empirically.

次に、図2を用いて、衝突誤検出防止機能実行時の挙動について説明する。図2において、実際にモータに流れている電流に起因するモータ発生トルク12と、予め設定されているモータ発生トルク12のリミット値13と、演算部4で求められたモータ発生トルク指令予測値14と、衝突誤検出防止機能を実行するか否かを判定するための閾値15と、衝突検出閾値16と、衝突トルク17と、衝突検出閾値の上昇保持時間18を示している。   Next, the behavior at the time of execution of the collision error detection preventing function will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the motor generation torque 12 resulting from the current actually flowing in the motor, the preset limit value 13 of the motor generation torque 12, and the motor generation torque command predicted value 14 obtained by the calculation unit 4. In addition, a threshold value 15 for determining whether or not to perform the collision error detection preventing function, a collision detection threshold value 16, a collision torque 17, and an increase holding time 18 of the collision detection threshold value are shown.

モータ発生トルク指令予測値14が閾値15を超えた場合、衝突誤検出防止機能により、衝突検出閾値16が上昇保持時間18の間だけ通常より高い値である衝突誤検出防止用衝突検出閾値に変更され、衝突検出閾値が上昇される。   When the motor generated torque command predicted value 14 exceeds the threshold value 15, the collision detection threshold value 16 is changed to a collision detection threshold value for preventing collision error detection that is higher than normal only during the rising holding time 18 by the collision error detection prevention function. And the collision detection threshold is increased.

そして、衝突検出閾値が上昇された状態で、背景技術で説明した図4と同様に、図3において、衝突の検出が行われる。   Then, in the state in which the collision detection threshold is raised, the collision is detected in FIG. 3 as in FIG. 4 described in the background art.

なお、ロボット制御装置において、所定のタイミングで衝突誤検出防止機能の実行の可否とそれに伴う衝突検出閾値の設定が行われ、また、所定のタイミングで衝突検出が行われ、これが繰り返されている。また、衝突誤検出防止機能の実行の可否に伴う衝突検出閾値の設定が行なわれた後に、この設定された衝突検出閾値に基づいて衝突検出を行うようになっている。   In the robot controller, whether or not the erroneous collision detection prevention function can be executed at a predetermined timing and the corresponding collision detection threshold value are set, and collision detection is performed at a predetermined timing, which is repeated. In addition, after a collision detection threshold value is set in accordance with whether or not the erroneous collision detection prevention function is executed, collision detection is performed based on the set collision detection threshold value.

また、本実施の形態1のロボットの衝突検出方法によれば、背景技術で説明した特許文献1のように、指令値のみに基づいて衝突検出閾値を変更させるものではなく、指令値および実際に検出されている自軸と他軸のモータ速度フィードバックωmを用いてモータ発生トルク指令予測値を算出し、衝突検出閾値を変更させるものである。従って、特許文献1に記載の方法のように、必要の無い動作点においても衝突検出閾値を上昇させてしまうことを防ぎ、特許文献1の方法の場合よりも精度よく衝突検出を行うことができる。   Further, according to the collision detection method of the robot according to the first embodiment, as in Patent Document 1 described in the background art, the collision detection threshold is not changed based only on the command value, but the command value and the actual A motor generation torque command predicted value is calculated using the detected motor speed feedback ωm of the own axis and the other axis, and the collision detection threshold value is changed. Therefore, as in the method described in Patent Document 1, it is possible to prevent the collision detection threshold from being raised even at an unnecessary operating point, and to perform collision detection with higher accuracy than in the method of Patent Document 1. .

また、衝突誤検出防止機能の実行の可否の判定に用いるモータ発生トルク指令予測値の算出は、衝突検出に用いるモータ発生トルクフィードバック推定値を算出する演算部4において行われる。すなわち、演算部4を共用することにより行われる。従って、モータ発生トルク指令予測値を算出するための新たな算出部を設ける必要がない。   Further, the calculation of the motor generated torque command predicted value used for determining whether or not to execute the collision error detection preventing function is performed by the calculation unit 4 that calculates the motor generated torque feedback estimated value used for collision detection. That is, it is performed by sharing the arithmetic unit 4. Therefore, it is not necessary to provide a new calculation unit for calculating the motor generation torque command predicted value.

本発明のロボットの衝突検出方法によれば、衝突検出精度の向上を実現することができるので、例えば生産に用いる産業用ロボットなどで用いられるロボットの衝突検出方法として産業上有用である。   According to the robot collision detection method of the present invention, it is possible to improve the collision detection accuracy. Therefore, the method is industrially useful as a robot collision detection method used in, for example, industrial robots used in production.

1 位置指令設定部
2 速度指令設定部
3 加速度指令設定部
4 演算部
5 衝突誤検出防止機能実行判定閾値設定部
6 衝突誤検出防止機能実行判定部
7 スイッチ
8 通常用衝突検出閾値設定部
9 衝突検出閾値上昇部
10 上昇保持時間設定部
11 衝突誤検出防止用衝突検出閾値設定部
12 モータ発生トルク
13 リミット値
14 モータ発生トルク指令予測値
15 閾値
16 衝突検出閾値
17 衝突トルク
18 上昇保持時間
19 積分器
20 位置制御器
21 速度制御器
22 モータトルク定数
23 モータ伝達関数ブロック
24 モータ伝達関数のインバースのブロック
25 モータ回転方向判定ブロック
26 動摩擦係数
27 逆動力学演算ブロック
28 衝突検出判定ブロック
29 モータ及び外力を示すブロック
30 動力学演算モジュールブロック
31 モータ発生トルク
32 リミット値
33 モータ発生トルクフィードバック推定値
34 衝突検出閾値
35 衝突トルク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position command setting part 2 Speed command setting part 3 Acceleration command setting part 4 Calculation part 5 Collision false detection prevention function execution judgment threshold setting part 6 Collision false detection prevention function execution judgment part 7 Switch 8 Normal collision detection threshold setting part 9 Collision Detection threshold rise unit 10 Rise holding time setting unit 11 Collision detection threshold setting unit for preventing erroneous collision detection 12 Motor generated torque 13 Limit value 14 Motor generated torque command predicted value 15 Threshold 16 Collision detection threshold 17 Collision torque 18 Increase holding time 19 Integration 20 Position controller 21 Speed controller 22 Motor torque constant 23 Motor transfer function block 24 Inverse block of motor transfer function 25 Motor rotation direction determination block 26 Dynamic friction coefficient 27 Inverse dynamics calculation block 28 Collision detection determination block 29 Motor and external force Block 30 showing dynamics calculation Ruburokku 31 motor torque 32 limit value 33 generated by the motor torque feedback estimate 34 collision detection threshold 35 collision torque

Claims (2)

減速機を介してモータにより駆動されるロボットにおいて、モータが前記減速機に出力するトルクからロボットの逆動力学演算を用いてモータ発生トルクフィードバック推定値を算出する算出部で求めたモータ発生トルクフィードバック推定値を差し引くことにより、衝突による外力を検出し、前記外力の検出値が予め設定した所定の閾値より大きければロボットを構成するアームが外力を受けたと判断する衝突検出方法を有し、
位置指令と速度指令と加速度指令に基づいて前記算出部により求めたモータ発生トルク指令予測値が、予め設定した所定値より大きければ、前記衝突検出における閾値を前記所定の閾値よりも上げて前記衝突検出方法を行うロボットの衝突検出方法。
In a robot driven by a motor via a speed reducer, motor generated torque feedback obtained by a calculation unit that calculates a motor generated torque feedback estimated value from the torque output from the motor to the speed reducer using the robot's inverse dynamics calculation A collision detection method for detecting an external force due to a collision by subtracting the estimated value, and determining that the arm constituting the robot has received an external force if the detected value of the external force is greater than a predetermined threshold value,
If the motor generated torque command predicted value obtained by the calculation unit based on the position command, the speed command, and the acceleration command is larger than a predetermined value set in advance, the threshold for collision detection is increased above the predetermined threshold, and the collision Robot collision detection method that performs the detection method.
衝突検出に用いる閾値を上げた状態を所定時間維持し、前記所定時間後に上げる前の閾値に戻す請求項1記載のロボットの衝突検出方法。 The robot collision detection method according to claim 1, wherein a state in which the threshold value used for collision detection is raised is maintained for a predetermined time, and is returned to the threshold value before being raised after the predetermined time.
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