JP2016221646A - Robot and robot system - Google Patents
Robot and robot system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016221646A JP2016221646A JP2015111975A JP2015111975A JP2016221646A JP 2016221646 A JP2016221646 A JP 2016221646A JP 2015111975 A JP2015111975 A JP 2015111975A JP 2015111975 A JP2015111975 A JP 2015111975A JP 2016221646 A JP2016221646 A JP 2016221646A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- manipulator
- robot
- target
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot and a robot system.
近年、ロボットの分野において、マニュピレーターに加わる力に応じて動作位置を制御
するインピーダンス制御が用いられるようになっている。ここで動作位置とは、能動イン
ピーダンス制御における目標力とマニュピレーターに実際に作用する力とに基づいて導出
される制御目標としての位置である。マニピュレーターとワークに作用する重力はマニピ
ュレーターとワークの姿勢によって変化する。このような重力の影響下で正確にマニピュ
レーターをインピーダンス制御するため、重力補償の技術が知られている(特許文献1な
ど)。
In recent years, in the field of robots, impedance control for controlling an operation position according to a force applied to a manipulator has been used. Here, the operation position is a position as a control target derived based on a target force in active impedance control and a force actually acting on the manipulator. Gravity acting on the manipulator and the workpiece varies depending on the posture of the manipulator and the workpiece. In order to accurately control the impedance of the manipulator under the influence of gravity, a technique for gravity compensation is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された技術を例えばワーク同士の嵌合工程に適用する
と、ワーク同士が接触した後に一方のワークが他方のワークを支持する状態になるため、
嵌合前に重力補償された力が嵌合後にもワークに作用することによって、嵌合工程が失敗
するという問題がある。
However, when the technique disclosed in
There is a problem that the mating process fails because the force compensated for gravity before mating acts on the workpiece even after mating.
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、対象物が支持さ
れた後においても、支持力を考慮した適切な操作力で対象物を操作する技術を提供するこ
とを目的とする。
The present invention was created to solve such problems, and provides a technique for operating an object with an appropriate operation force in consideration of the support force even after the object is supported. For the purpose.
前記目的を達成するためのロボットは、マニピュレーターと、前記マニピュレーターに
作用する力を検出する力検出器と、前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと
、前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、を備えるロボットにおいて、
前記マニピュレーターが第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物が
第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前記
マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ小
さくする。
A robot for achieving the object is a robot comprising a manipulator, a force detector that detects a force acting on the manipulator, an actuator that drives the manipulator, and an encoder that detects a displacement of the manipulator.
When the first object comes into contact with the second object by holding and moving the first object, the manipulator moves the manipulator according to the supporting force of the second object with respect to the first object. The vertical component of the operating force on the first object is made smaller than before the contact.
この構成を採用することにより、第一対象物に作用する力に第二対象物の支持力が加わ
る前後において、第二対象物の支持力に応じてマニピュレーターの第一対象物に対する操
作力が小さくなるため、支持力を考慮した適切な操作力で第一対象物を操作することがで
きる。ここで第一対象物と第二対象物との接触により、第二対象物から第一対象物に作用
する支持力は、マニュピレーターが第一対象物を把持して鉛直下方に押し下げない限り、
第一対象物に作用する重力未満である。また第一対象物の重心と第一対象物と第二対象物
との接触点とが鉛直線上に並んでいなければ、第二対象物から第一対象物に作用する支持
力は第一対象物に作用する重力未満である。第二対象物の第一対象物に対する支持力に応
じてマニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を、第二対象物に作用
する重力未満小さくすることにより、適切に重力補償した操作力で第一対象物を操作する
ことができる。
By adopting this configuration, before and after the supporting force of the second object is added to the force acting on the first object, the manipulator's operating force on the first object is small according to the supporting force of the second object. Therefore, the first object can be operated with an appropriate operation force in consideration of the support force. Here, the contact force that acts on the first object from the second object by the contact between the first object and the second object, unless the manipulator grips the first object and pushes it down vertically,
Less than gravity acting on the first object. If the center of gravity of the first object and the contact point between the first object and the second object are not aligned on the vertical line, the supporting force acting on the first object from the second object is the first object. It is less than gravity acting on things. An operation that is appropriately gravity compensated by reducing the vertical component of the operating force of the manipulator on the first object below the gravity acting on the second object in accordance with the supporting force of the second object on the first object. The first object can be operated with force.
なお請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資
源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせによ
り実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェ
ア資源で実現されるものに限定されない。
Note that the function of each means described in the claims is realized by hardware resources whose function is specified by the configuration itself, hardware resources whose function is specified by a program, or a combination thereof. The functions of these means are not limited to those realized by hardware resources that are physically independent of each other.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図におい
て対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(1)ロボットシステムの構成
本発明の第一実施例としてのロボットシステムは、図1に示すように、ロボット1と、
エンドエフェクター2と、制御装置3と、教示端末4(ティーチングペンダント)と、を
備えている。制御装置3は、本発明のロボット制御装置の構成例である。制御装置3は図
示しないケーブルによりロボット1と通信可能に接続される。なお、制御装置3の構成要
素がロボット1に備えられていても良い。制御装置3は、ロボット1に駆動電力を供給す
る電源部31とロボット1を制御するための制御部32とを備える。制御装置3と教示端
末4とはケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示端末4は、専用のコンピュ
ーターであってもよいし、ロボット1のためのプログラムがインストールされた汎用のコ
ンピューターであってもよい。例えばロボット1を教示するための専用装置であるティー
チングペンダント5を教示装置4の代わりに用いても良い。さらに、制御装置3と教示端
末4とは、図1に示すように別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていても
よい。
(1) Configuration of Robot System As shown in FIG. 1, a robot system as a first embodiment of the present invention includes a
An
ロボット1は、アームAに各種のエンドエフェクター2を装着して使用される単腕ロボ
ットである。アームAは6つの関節J1〜J6を備える。関節J1〜J6によって6個の
アーム部材A1〜A6が連結される。関節J2、J3、J5は曲げ関節であり、関節J1
、J4、J6はねじり関節である。関節J6には、ワークに対して把持や加工等を行うた
めの各種のエンドエフェクター2が装着される。先端の関節J6の回転軸上の所定位置を
ツールセンターポイント(TCP)と表す。TCPの位置は各種のエンドエフェクター2
の位置の基準となる。
The
, J4 and J6 are torsional joints.
It becomes the reference of the position of.
関節J6には力覚センサーFSが備えられている。力覚センサーFSは、6軸の力検出
器である。力覚センサーFSは、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交
する3個の検出軸と平行な力の大きさと、当該3個の検出軸まわりのトルクの大きさとを
検出する。なお、力覚センサーFSは本発明の力検出器の構成例であるが、関節J6以外
の関節J1〜J5のいずれか1つ以上に力検出器としての力覚センサーを備えても良い。
The joint J6 is provided with a force sensor FS. The force sensor FS is a 6-axis force detector. The force sensor FS detects the magnitude of the force parallel to the three detection axes orthogonal to each other in the sensor coordinate system, which is a unique coordinate system, and the magnitude of the torque around the three detection axes. The force sensor FS is a configuration example of the force detector of the present invention, but a force sensor as a force detector may be provided in any one or more of the joints J1 to J5 other than the joint J6.
ロボット1が設置された空間を規定する座標系をロボット座標系というとき、ロボット
座標系は、水平面上において互いに直交するX軸とY軸と、鉛直上向きを正方向とするZ
軸とによって規定される3次元の直交座標系である。Z軸における負の方向は概ね重力方
向と一致する。またX軸周りの回転角をRXで表し、Y軸周りの回転角をRYで表し、Z
軸周りの回転角をRZで表す。X,Y,Z方向の位置により3次元空間における任意の位
置を表現でき、RX,RY,RZ方向の回転角により3次元空間における任意の姿勢を表
現できる。以下、位置と表記した場合、姿勢も意味し得ることとする。また、力と表記し
た場合、トルクも意味し得ることとする。制御装置3は、アームAを駆動することによっ
て、ロボット座標系においてTCPの位置を制御する。
When the coordinate system that defines the space in which the
A three-dimensional Cartesian coordinate system defined by an axis. The negative direction on the Z-axis generally coincides with the direction of gravity. The rotation angle around the X axis is represented by RX, the rotation angle around the Y axis is represented by RY, and Z
The rotation angle around the axis is represented by RZ. An arbitrary position in the three-dimensional space can be expressed by a position in the X, Y, and Z directions, and an arbitrary posture in the three-dimensional space can be expressed by a rotation angle in the RX, RY, and RZ directions. Hereinafter, when it is described as a position, it can also mean a posture. In addition, when expressed as force, it can also mean torque. The
図2は、ロボットシステムのブロック図である。制御部32はロボット1の制御を行う
ための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御部32は、プロ
セッサーやRAMやROMを備え、これらのハードウェア資源が制御プログラムと協働す
る。
FIG. 2 is a block diagram of the robot system. The
ロボット1は、図1に示した構成のほかに、アクチュエーターとしてのモーターM1〜
M6と、センサーとしてのエンコーダーE1〜E6とを備える。アームAを制御すること
はモーターM1〜M6を制御することを意味する。モーターM1〜M6とエンコーダーE
1〜E6とは、関節J1〜J6のそれぞれに対応して備えられており、エンコーダーE1
〜E6はモーターM1〜M6の回転角度を検出する。制御装置3は、モーターM1〜M6
の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるTCPの位置との対応関係U1を記
憶している。また、制御装置3は、ロボット1が行う作業の工程ごとに目標位置Stと目
標力fStとをコマンドとして記憶する。目標位置Stと目標力fStを定めるコマンドはロ
ボット1が行う作業の工程ごとに教示によって設定される。
In addition to the configuration shown in FIG. 1, the
M6 and encoders E1 to E6 as sensors are provided. Controlling the arm A means controlling the motors M1 to M6. Motors M1-M6 and encoder E
1 to E6 are provided corresponding to each of the joints J1 to J6, and the encoder E1
-E6 detects the rotation angle of the motors M1-M6. The
The correspondence U1 between the combination of the rotation angles and the TCP position in the robot coordinate system is stored. Further, the
制御装置3は、設定された目標位置と目標力とがTCPにて実現されるようにアームA
を制御する。目標力とは、アームAの動作に応じて力覚センサーFSが検出すべき力であ
る。ここでSの文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向(X,Y,Z,RX,RY,
RZ)のなかのいずれか1個の方向を表すこととする。また、Sは、S方向の位置も表す
こととする。例えば、S=Xの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のX方向成
分がSt=Xtと表記され、目標力のX方向成分がfSt=fXtと表記される。
The
To control. The target force is a force that should be detected by the force sensor FS in accordance with the operation of the arm A. Here, the letter S is the direction of the axis defining the robot coordinate system (X, Y, Z, RX, RY,
RZ) represents any one direction. S represents the position in the S direction. For example, in the case of S = X, X-direction component of the position specified in the robot coordinate system is denoted as S t = X t, X-direction component of the desired force is denoted as f St = f Xt.
制御装置3は、モーターM1〜M6の回転角度Daを取得すると、対応関係U1に基づ
いて、当該回転角度Daをロボット座標系におけるTCPの位置S(X,Y,Z,RX,
RY,RZ)に変換する。制御装置3は、TCPの位置Sと、力覚センサーFSの検出値
とに基づいて、力覚センサーFSに現実に作用している作用力fSをロボット座標系にお
いて特定する。作用力fsの作用点は、TCPとは別に原点Oとして定義される。原点O
は、力覚センサーFSが力を検出している点に対応する。制御装置3は、ロボット座標系
におけるTCPの位置Sごとに、力覚センサーFSのセンサー座標系における検出軸の方
向を規定した対応関係U2を記憶している。従って、制御装置3は、ロボット座標系にお
けるTCPの位置Sと対応関係U2とに基づいて、ロボット座標系における作用力fSを
特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力fSと、ツール接触点(エンド
エフェクター2とワークの接触点)から力覚センサーFSまでの距離とから算出すること
ができ、図示されないfsトルク成分として特定される。
The
RY, RZ). Based on the position S of the TCP and the detection value of the force sensor FS, the
Corresponds to the point that the force sensor FS detects force. The
制御装置3は、作用力fSに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力fSから重力
に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力fSは、エ
ンドエフェクター2に作用している重力以外の力と見なすことができる。
The
本実施例のインピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターM1〜M6
によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置3は、このようなインピーダ
ンス制御を、ワークの嵌合作業、研磨作業など、エンドエフェクター2が対象物(ワーク
)から力を受ける接触状態の工程で適用する。インピーダンス制御では、目標力を後述す
る運動方程式に代入してモーターM1〜M6の回転角度を導出する。制御装置3がモータ
ーM1〜M6を制御する信号は、PWM(Pulse Width Modulation)変調された信号であ
る。運動方程式に基づいて目標力から回転角度を導出してモーターM1〜M6を制御する
モードを力制御モードというものとする。また制御装置3は、エンドエフェクター2がワ
ークから力を受けない非接触状態の工程では、目標位置から線形演算で導出する回転角度
でモーターM1〜M6を制御する。目標位置から線形演算で導出する回転角度でモーター
M1〜M6を制御するモードを位置制御モードというものとする。また制御装置3は、目
標位置から線形演算で導出する回転角度と目標力を運動方程式に代入して導出する回転角
度とを例えば線型結合によって統合し、統合した回転角度でモーターM1〜M6を制御す
るハイブリッドモードでもロボット1を制御する。制御装置3は、位置制御モードと力制
御モードとハイブリッドモードを力覚センサーFSまたはエンコーダーE1〜R6の検出
値に基づいて自律的に切り替えることもできるし、コマンドに応じて位置制御モードと力
制御モードとハイブリッドモードを切り替えることもできる。以上の構成より制御装置3
は、エンドエフェクター2が目標の位置において目標の姿勢となり、かつ、エンドエフェ
クター2に目標の力とモーメントとが作用するようにアーム10を駆動することができる
。
In the impedance control of this embodiment, the virtual mechanical impedance is changed to motors M1 to M6.
Active impedance control realized by The
Can drive the arm 10 so that the
制御装置3は、目標力fStと作用力fSとをインピーダンス制御の運動方程式に代入す
ることにより、力由来補正量ΔSを特定する。力由来補正量ΔSとは、TCPが機械的イ
ンピーダンスを受けた場合に、目標力fStとの力偏差ΔfS(t)を解消するために、T
CPが移動すべき位置Sの大きさを意味する。下記の(1)式は、インピーダンス制御の
運動方程式である。
This means the size of the position S where the CP should move. The following equation (1) is an equation of motion for impedance control.
(1)式の左辺は、TCPの位置Sの2階微分値に仮想慣性係数mを乗算した第1項と
、TCPの位置Sの微分値に仮想粘性係数dを乗算した第2項と、TCPの位置Sに仮想
弾性係数kを乗算した第3項とによって構成される。(1)式の右辺は、目標力fStから
現実の力fを減算した力偏差ΔfS(t)によって構成される。(1)式における微分と
は、時間による微分を意味する。ロボット1が行う工程において、目標力fStとして一定
値が設定される場合もあるし、目標力fStとして時間の関数が設定される場合もある。
The left side of the equation (1) is a first term obtained by multiplying the second-order differential value of the TCP position S by the virtual inertia coefficient m, a second term obtained by multiplying the differential value of the TCP position S by the virtual viscosity coefficient d, And a third term obtained by multiplying the position S of the TCP by the virtual elastic coefficient k. The right side of the equation (1) is constituted by a force deviation Δf S (t) obtained by subtracting the actual force f from the target force f St. The differentiation in the equation (1) means differentiation with time. In the step of the
仮想慣性係数mはTCPが仮想的に有する質量を意味し、仮想粘性係数dはTCPが仮
想的に受ける粘性抵抗を意味し、仮想弾性係数kはTCPが仮想的に受ける弾性力のバネ
定数を意味する。各係数m,d,kは方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に
拘わらず共通の値に設定されてもよい。
The virtual inertia coefficient m means the mass that the TCP virtually has, the virtual viscosity coefficient d means the viscous resistance that the TCP virtually receives, and the virtual elastic coefficient k is the spring constant of the elastic force that the TCP virtually receives. means. Each coefficient m, d, k may be set to a different value for each direction, or may be set to a common value regardless of the direction.
そして、制御装置3は、対応関係U1に基づいて、ロボット座標系を規定する各軸の方
向の動作位置を、各モーターM1〜M6の目標の回転角度である目標角度Dtに変換する
。そして、制御装置3は、目標角度DtからモーターM1〜M6の現実の回転角度である
エンコーダーE1〜E6の出力Daを減算することにより、駆動位置偏差De(=Dt−Da
)を算出する。そして、制御装置3は、駆動位置偏差Deに位置制御ゲインKpを乗算した
値と、現実の回転角度Daの時間微分値である駆動速度との差である駆動速度偏差に、速
度制御ゲインKvを乗算した値とを加算することにより、制御量Dcを導出する。なお、位
置制御ゲインKpおよび速度制御ゲインKvは、比例成分だけでなく微分成分や積分成分に
かかる制御ゲインを含んでもよい。制御量Dcは、モーターM1〜M6のそれぞれについ
て特定される。以上説明した構成により、制御装置3は、目標力fStとに基づいてアーム
Aを力制御モードで制御することができる。
Then, the
) Is calculated. Then, the
ハイブリッドモードでは、制御装置3は、目標位置Stに、力由来補正量ΔSを加算す
ることにより動作位置(St+ΔS)を特定する。
In the hybrid mode, the
教示端末4には、制御装置3に目標位置Stと目標力fStとを設定するための教示プロ
グラムがインストールされている。教示端末4は、ディスプレイ43やプロセッサーやR
AMやROMを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働する。これによ
り、図2に示すように、教示端末4は、オペレーターの操作に応じて目標力fStと目標
位置Stを指定するコマンドを生成して制御装置3に出力する。
The
AM and ROM are provided, and these hardware resources cooperate with the teaching program. Thus, as shown in FIG. 2, the
(2)第一実施例
図3に、エンドエフェクター2の具体例としてのグリッパー20を示す。グリッパー2
0は2つ以上のチャック23と駆動部22とを備えている。駆動部22は2つ以上のチャ
ック23を接近および離間させるためのアクチュエーターであって、制御装置3からの制
御信号によって制御される。チャック23の先端は、アームの先端方向を向いている。本
実施例では、グリッパー20とアームAが本発明にかかるマニピュレーターの構成例であ
る。
(2) First Example FIG. 3 shows a
0 includes two or
次に図4を参照しながら、グリッパー20を用いて第一対象物W11を第二対象物W2
1の孔Hに挿入する嵌合作業を例にして、ロボット1の操作力の設定方法について詳細に
説明する。孔Hの中心軸は水平であるとする。
Next, referring to FIG. 4, the
A method for setting the operation force of the
はじめに制御装置3は、図4Aに示すようにグリッパー20で第一対象物W11の挿入
部分の中心軸を水平に保持した状態で、第二対象物W21の孔Hに位置制御モードで接近
させて停止させる。停止状態において、図示しない関節J6の回転軸は水平とする。この
ような停止状態では、グリッパー20と第一対象物W11の質量に作用する重力gが力覚
センサーFSの原点Oにトルクとして作用しているため、このトルクに応じた検出値を制
御装置3は力覚センサーFSから取得する。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に制御装置3は、重力補償を実施する。具体的には、停止状態で力覚センサーFSの
検出値に基づいて導出する作用力fsがゼロになるようにオフセットを設定する。
Next, the
次に制御装置3は、図4Aに示す矢印Dの水平方向に第一対象物W11を並進させ、第
一対象物W11を第二対象物W21に接触させて停止させる。この工程において、制御装
置3は、力制御モードでアームAを制御しても良いし、ハイブリッドモードでアームAを
制御しても良い。第一対象物W11が第二対象物W21に接触すると、第一対象物W11
には第二対象物W21から抗力fwzが作用する。制御装置3は、予め決めておく抗力f
wzを目標力として力制御モード又はハイブリッドモードでアームAを制御する。この工
程の停止条件は作用力fs=fwzである。すなわちこの場合、力検出器としての力覚セ
ンサーFSが、第一対象物W11が第二対象物W21に接触したことを検出していること
になる。
Next, the
The drag fw z acts on the second object W21. The
The arm A is controlled in the force control mode or the hybrid mode with w z as a target force. The stop condition for this step is acting force f s = fw z . That is, in this case, the force sensor FS as a force detector detects that the first object W11 has contacted the second object W21.
第一対象物W11が第二対象物W21の表面に接触した状態では、抗力に応じた鉛直上
向きの摩擦力fwyによって、第一対象物W11とグリッパー20が第二対象物W21に
支持される。第一対象物W11を並進させて第二対象物W21に接触させるまでの工程で
は、目標力のY成分はゼロであるため、接触後も目標力のY成分をゼロに維持してインピ
ーダンス制御を続けると、制御装置3は摩擦力fwyを打ち消そうとして、第一対象物W
11を鉛直上向きに並進させようとする。
In a state where the first object W11 is in contact with the surface of the second object W21, the first object W11 and the
11 is translated vertically upward.
そこで制御装置3は、第一対象物W11が第二対象物W21の表面に接触したことを検
出すると、目標力を以下に説明する支持力由来補正量だけ変化させる。グリッパー20に
よる第一対象物W11の把持状態は既知であり、第一対象物W11の形状も既知であるか
ら、第一対象物W11と第二対象物W21との接触点から力覚センサーFSの原点Oまで
の距離Lも既知である。そしてグリッパー20と第一対象物W11を独立した構造体とみ
なしたときの重心Gの位置も既知である。そこで、第二対象物W21との接触点と力覚セ
ンサーFSの原点Oとを結ぶ線分の重心Gによる内分比l2/Lを摩擦力fwyが第一対
象物W11とグリッパー20を支持する寄与率とみなす。そして、第一対象物W11を並
進させて第二対象物W21に接触させるまでの工程における水平方向の目標力fwzも既
知である。また、第一対象物W11と第二対象物W21の静止摩擦係数も既知である。し
たがって、目標力fwzと等しい抗力に応じた摩擦力fwyは計算によって求まる。そこ
で本実施形態では支持力由来補正量Δfgを次式(2)によって規定して予め制御装置3
に記憶しておく。
Δfg=fwy×l2/L ・・・(2)
Therefore, when detecting that the first object W11 is in contact with the surface of the second object W21, the
Remember it.
Δf g = fw y × l 2 / L (2)
次に制御装置3は、このように規定された支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有す
る目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアームAを制御することによ
り、第二対象物W21の表面に沿って第一対象物W11を並進させて孔Hの位置を探り当
てる。第一対象物W11を第二対象物W21に押し当てながら第二対象物W21の表面に
沿って第一対象物W11を並進させると、第一対象物W11が孔Hに嵌る位置で第二対象
物W21から受ける抗力fwzが減少する。この現象を利用して適切な目標力の水平成分
を設定することにより、図4Cに示すように第一対象物W11の先端を侵入孔Hに挿入す
ることができる。この工程で第一対象物W11の先端を孔Hに挿入する深さは、目標力の
水平成分によって設定することが可能である。
Next, the
第一対象物W11の先端が侵入孔Hに挿入された状態になると、孔Hの内壁面から受け
る抗力fwyによって第一対象物W11とグリッパー20が支持される。第二対象物W2
1から第一対象物W11に作用する支持力(鉛直上向き)は、第一対象物W11の先端が
侵入孔Hに挿入されることによって増大する。
When the tip of the first object W11 is inserted into the entry hole H, the first object W11 and the
The supporting force (vertically upward) acting on the first object W11 from 1 increases as the tip of the first object W11 is inserted into the entry hole H.
そこで制御装置3は、増大した支持力に応じて支持力由来補正量を変化させる。具体的
に例えば、孔Hの内壁面から受ける抗力fwyの作用点と力覚センサーFSの原点Oとを
結ぶ線分の重心Gによる内分比l2/Lを、第二対象物W21の支持力が第一対象物W1
1とグリッパー20を支持する寄与率とみなし、第二の支持力由来補正量Δfgを上式(
2)によって規定して予め制御装置3に記憶しておく。
Therefore, the
1 and the contribution ratio supporting the
2) and stored in the
次に制御装置3は、このように規定された第二の支持力由来補正量を算入した鉛直成分
を有する目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアームAを制御するこ
とにより、予め決めておく深さまで第一対象物W11を孔Hに挿入する。この工程におい
て、仮に第二対象物W21の支持力を考慮しないでアームAをインピーダンス制御すると
、制御装置3は第二対象物W21の支持力(鉛直上向き)を打ち消そうとして、第一対象
物W11を鉛直上向きに並進させようとする。その結果、第一対象物W11が孔Hの上面
に押し当てられて第一対象物W11と第二対象物W21の摩擦力が増大するため、予め決
めておく深さまで第一対象物W11を孔Hに挿入できない。本実施例では、第二の支持力
由来補正量を算入した鉛直成分を有する目標力を設定したインピーダンス制御によって第
一対象物W11を孔Hに挿入するため、予め決めておく深さまで正確に第一対象物W11
を孔Hに挿入することができる。
Next, the
Can be inserted into the hole H.
(3)第二実施例
図5は本発明の第二実施例を説明するための模式図である。第二実施例では、水平でも
鉛直でも無い方向Dに第一対象物W11を並進させる工程で第一対象物W11と第二対象
物W21との接触をエンコーダーE1〜E6の検出値に基づいて検出し、接触後に支持力
由来補正量を算入したインピーダンス制御を実行する。以下、詳細に説明する。
(3) Second Embodiment FIG. 5 is a schematic view for explaining a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the contact between the first object W11 and the second object W21 is detected based on the detection values of the encoders E1 to E6 in the step of translating the first object W11 in the direction D that is neither horizontal nor vertical. Then, after the contact, the impedance control including the support force-derived correction amount is executed. Details will be described below.
図5Aに示すように、グリッパー20で第一対象物W11を水平面に対して傾けて保持
した状態で第二対象物W21の孔Hに位置制御モードで接近させて停止させる。停止状態
において、図示しない関節J6の回転軸は水平面に対して予め決めておく角度だけ傾いて
いる。また停止状態において、第一対象物W11の先端から第二対象物W21の表面まで
の距離は既知である。
次に制御装置は、停止状態で作用力fsがゼロになるようにオフセットを設定する、す
なわち重力補償を実施する。
As shown in FIG. 5A, the
Next, the control device sets an offset so that the acting force f s becomes zero in the stopped state, that is, performs gravity compensation.
次に制御装置3は、図5Aに示す矢印Dの方向に第一対象物W11を位置制御モードで
並進させ、図5Bに示すように第一対象物W11を第二対象物W21の孔Hの縁に接触さ
せて停止させる。本工程の開始時において、第一対象物W11の先端からから第二対象物
W21の表面までの実際の距離と、エンコーダーE1〜E6の検出値に基づいて導出する
第一対象物W11の先端から第二対象物W21の表面までの距離との間には誤差が含まれ
る。したがって本工程では、第一対象物W11を第二対象物W21の孔Hの縁に確実に接
触するように、エンコーダーE1〜E6の検出値に基づいて導出する第一対象物W11の
先端から第二対象物W21の表面までの距離に誤差相当分を加算して目標位置を設定する
。本工程の停止条件は目標位置であるから、エンコーダーE1〜E6が、第一対象物W1
1が第二対象物W21に接触したことを検出していることになる。第一対象物W11が第
二対象物W21に接触すると、第一対象物W11とグリッパー20は第二対象物W21の
孔Hの縁から受ける抗力fwによって支持された状態になる。
Next, the
It has detected that 1 contacted the 2nd target object W21. When the first object W11 comes into contact with the second object W21, the first object W11 and the
次に制御装置3は、第二対象物W21の孔Hの縁が第一対象物W11とグリッパー20
を支持する鉛直上向きの抗力fwに応じた支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有する
目標力を設定する。抗力fwに応じた支持力由来補正量は、孔Hの縁から力覚センサーF
Sの原点Oまでの水平距離Lに対する第一対象物W11の重心Gから力覚センサーFSの
原点Oまでの水平距離l1の比を第二対象物W21の支持力が第一対象物W11とグリッ
パー20を支持する寄与率とみなし、上式(2)によって予め算定しておけば良い。
Next, the
Is set to a target force having a vertical component including a support force-derived correction amount corresponding to a vertically upward drag fw that supports the. The amount of correction derived from the supporting force according to the drag force fw is from the edge of the hole H to the force sensor F.
The ratio of the horizontal distance l 1 from the center of gravity G of the first object W11 to the horizontal distance L to the origin O of S and the origin O of the force sensor FS is the ratio of the support force of the second object W21 to the first object W11. It can be regarded as a contribution rate for supporting the
次に制御装置3は、支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有する目標力を設定した力
制御モード又はハイブリッドモードでアームAを制御することにより、第一対象物W11
を第二対象物W21との接触点を中心に回転させ、図5Cに示すように孔Hの軸方向に第
一対象物W11の姿勢を倣わせる。本工程において仮に第二対象物W21の支持力を考慮
しないでアームAをインピーダンス制御すると、制御装置3は第二対象物W21の支持力
(鉛直上向き)を打ち消そうとして、第一対象物W11を鉛直上向きに並進させようとす
る。
Next, the
Is rotated around the contact point with the second object W21, and the posture of the first object W11 is made to follow the axial direction of the hole H as shown in FIG. If the arm A is impedance controlled without considering the support force of the second object W21 in this step, the
次に制御装置3は、第一実施例と同様に力制御モード又はハイブリッドモードでアーム
Aを制御することにより、予め決めておく深さまで第一対象物W11を孔Hに挿入する。
Next, similarly to the first embodiment, the
(4)第三実施例
図6は本発明の第三実施例を説明するための模式図である。第三実施例では対象物を研
磨するためのサンダー25がエンドエフェクターとして図6Aに示すように装着される。
サンダー25を対象物W22に押し当てた状態では、図6Bに示すように対象物W22と
サンダー25の間に作用する摩擦力fwyによってサンダー25が支持される。そこでサ
ンダー25によって対象物W22を研磨する工程では、第一実施例と同様に摩擦力fwy
がサンダー25を支持する寄与率を求め、上式(2)によって算定する支持力由来補正量
を算入したY成分を有する目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアー
ムAを制御すればよい。なお本実施例では、アームAが本発明に係るマニピュレーターの
構成例であり、サンダー25が第一対象物の構成例であり、対象物W22が第二対象物の
構成例である。
(4) Third Embodiment FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a
In a state where the
The arm A may be controlled in a force control mode or a hybrid mode in which a target force having a Y component that includes the correction amount derived from the support force calculated by the above equation (2) is calculated. . In the present embodiment, the arm A is a configuration example of the manipulator according to the present invention, the
(5)第四実施例
図7は本発明の第四実施例を説明するための模式図である。第四実施例では第一対象物
としてのネジW13を回転させるためのドライバー28がエンドエフェクターとして図7
Aに示すように装着される。ドライバー28には先端から空気を吸入する図示しない吸引
器が内蔵されている。図7Bに示すようにドライバー28の先端にネジW13を吸着した
状態で矢印Dの水平方向に並進させて、図7Cに示すようにネジW13の先端が第二対象
物W23のネジ穴SHの縁に掛かると、ネジW13とドライバー28は第二対象物W23
のネジ穴SHの縁から受ける抗力fwyによって支持された状態になる。ここで、第一実
施例や第二実施例と異なり、第一対象物としてのネジW13と第二対象物としてのドライ
バー28との結合力が弱い。したがって本実施例では、第二対象物W23のネジ穴SHの
縁から受ける抗力fwyがネジW13とドライバー28の全体を支える支持力として寄与
するという考え方ではなく、第二対象物W23のネジ穴SHの縁から受ける抗力fwがネ
ジW13だけを支える支持力として寄与するという考え方の元に支持力由来補正量を算定
しても良い。また例えば、抗力fwyがネジW13を支える支持力としても寄与し、ドラ
イバー28を支える支持力としても寄与するが、ネジW13を支える支持力としての寄与
率よりも、ドライバー28を支える支持力としての寄与率を小さく見積もって支持力由来
補正量を算定しても良い。
(5) Fourth Embodiment FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the
Mounted as shown in A. The
It will be in the state supported by the drag fw y received from the edge of the screw hole SH. Here, unlike the first and second embodiments, the coupling force between the screw W13 as the first object and the
ネジW13をネジ穴SHにねじ込むと、ネジW13の全重量は第二対象物W23によっ
て支持されることになる。またネジW13の後端がドライバー28を支持する支持力も増
大する。すなわち、ネジW13の回転にともなって第二対象物W23がネジW13とドラ
イバー28を支持する支持力は大きくなる。そこで制御装置3は、ネジW13の先端を第
二対象物W23のネジ穴SHの縁に掛けた後にネジW13を回転させる工程では、回転角
度に応じて支持力由来補正量を増大させる。本実施例では、支持力由来補正量は、ドライ
バー28の回転角度の関数として予め定められる。このように、支持力由来補正量は、位
置、回転角度、力など、ロボット1の制御量の関数として定めても良い。
When the screw W13 is screwed into the screw hole SH, the entire weight of the screw W13 is supported by the second object W23. Further, the supporting force with which the rear end of the screw W13 supports the
(6)他の実施形態
本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない限りにおいて変更を加え得ることは勿論である。例えば、マニピュレーターで第一
対象物を保持して第二対象物に接触するまで移動させる工程において、第一対象物を並進
させる方向はどのような方向でも良い。したがって、第一対象物と第二対象物の接触を検
出するために、重力以外に第一対象物に作用する力を力検出器で検出する方向は、どのよ
うな方向でも良い。また第一対象物と第二対象物の接触を検出するために、第一対象物の
変位を検出する方向も、どのような方向でも良い。
(6) Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the step of holding the first object with the manipulator and moving it until it contacts the second object, the direction in which the first object is translated may be any direction. Therefore, in order to detect the contact between the first object and the second object, the direction in which the force acting on the first object other than gravity is detected by the force detector may be any direction. Further, in order to detect contact between the first object and the second object, the direction in which the displacement of the first object is detected may be any direction.
また、第二対象物の第一対象物に対する支持力に応じてマニピュレーターの第一対象物
に対する操作力の鉛直方向成分が変化すればよいのであって、インピーダンス制御におけ
る目標力を支持力由来補正量分変化させることに限らず、例えば接触後も目標力を維持し
たままで動的に重力補償を行っても良い。ここで動的に重力補償を行う方法としては、例
えば第二対象物から第一対象物に支持力が作用する工程中または工程開始時に、ロボット
1を停止させ、力覚センサーFSの検出値に基づいて導出する作用力fsがゼロになるよ
うにオフセットを設定することで、マニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直
方向成分を変化させることができる。また例えば、第二対象物から第一対象物に支持力が
作用する工程中または工程開始時に、予め決められた値または関数に基づいて作用力fs
のオフセット値を予め決められた量だけ変更することで、マニピュレーターの第一対象物
に対する操作力の鉛直方向成分を変化させることができる。
In addition, the vertical component of the operating force of the manipulator on the first object only needs to change according to the support force of the second object on the first object, and the target force in the impedance control is determined based on the support force-derived correction amount. For example, gravity compensation may be performed dynamically while maintaining the target force even after contact. Here, as a method of dynamically performing the gravity compensation, for example, the
By changing the offset value by a predetermined amount, the vertical component of the operating force of the manipulator on the first object can be changed.
なお、第一対象物と第二対象物が接触すると直ちに第一対象物の全重量が第二対象物に
よって支持される作業におけるインピーダンス制御は、本発明の技術的範囲に含まれない
。すなわち、本発明は、第一対象物を移動させることによって第一対象物と第二対象物と
の接触点と第一対象物の重心とが鉛直方向に整列していない状態で第一対象物の重量の一
部が第二対象物で支持される前後において、第二対象物の第一対象物に対する支持力に応
じてマニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を変化させるものであ
る。
In addition, the impedance control in the operation in which the entire weight of the first object is supported by the second object immediately after the first object and the second object come into contact with each other is not included in the technical scope of the present invention. That is, the present invention moves the first object so that the contact point between the first object and the second object and the center of gravity of the first object are not aligned in the vertical direction. Before and after a part of the weight of the manipulator is supported by the second object, the vertical component of the operating force of the manipulator on the first object is changed according to the support force of the second object on the first object. is there.
1…ロボット、2…エンドエフェクター、3…制御装置、4…教示端末、10…アーム、
20…グリッパー、22…駆動部、23…チャック、25…サンダー、28…ドライバー
、31…電源部、32…制御部、43…ディスプレイ、A…アーム、A1-A6…アーム
部材、W11…第一対象物、W13…ネジ、W21−W23…第二対象物、E1-E6…
エンコーダー、H…孔、J1-J6…関節、M1-M6…モーター、O…力覚センサーの原
点、SH…ネジ穴
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Encoder, H ... hole, J1-J6 ... joint, M1-M6 ... motor, O ... origin of force sensor, SH ... screw hole
Claims (6)
前記マニピュレーターに作用する力を検出する力検出器と、
前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと、
前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、
を備えるロボットにおいて、
前記マニピュレーターが第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物
が第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前
記マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ
小さくする、
ロボット。 A manipulator,
A force detector for detecting a force acting on the manipulator;
An actuator for driving the manipulator;
An encoder for detecting the displacement of the manipulator;
In a robot comprising
When the first object comes into contact with the second object by holding and moving the first object, the manipulator moves the manipulator according to the supporting force of the second object with respect to the first object. Making the vertical component of the operating force on the first object smaller than before the contact;
robot.
請求項1に記載のロボット。 The force detector detects that the first object has contacted the second object;
The robot according to claim 1.
接触したことを検出する、
請求項2に記載のロボット。 The force detector detects that the first object has contacted the second object according to a force acting in a non-vertical direction;
The robot according to claim 2.
請求項1に記載のロボット。 The encoder detects that the first object has contacted the second object;
The robot according to claim 1.
触したことを検出する、
請求項4に記載のロボット。 The encoder detects that the first object is in contact with the second object according to a non-vertical displacement;
The robot according to claim 4.
前記マニピュレーターに作用する力を検出する力検出器と、
前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと、
前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、
を備えるロボットと、
前記マニピュレーターで第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物
が第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前
記マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ
小さくするロボット制御装置と、
を備えるロボットシステム。 A manipulator,
A force detector for detecting a force acting on the manipulator;
An actuator for driving the manipulator;
An encoder for detecting the displacement of the manipulator;
A robot comprising:
When the first object contacts the second object by holding and moving the first object with the manipulator, the manipulator of the manipulator according to the supporting force of the second object with respect to the first object A robot controller that reduces the vertical component of the operating force on the first object as compared to before the contact;
A robot system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015111975A JP2016221646A (en) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Robot and robot system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015111975A JP2016221646A (en) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Robot and robot system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016221646A true JP2016221646A (en) | 2016-12-28 |
Family
ID=57746299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015111975A Pending JP2016221646A (en) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Robot and robot system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016221646A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018199172A (en) * | 2017-05-25 | 2018-12-20 | セイコーエプソン株式会社 | Control device, robot, and robot system |
US10220513B2 (en) | 2016-07-22 | 2019-03-05 | Seiko Epson Corporation | Robot control apparatus, robot and robot system |
US10537995B2 (en) | 2017-05-08 | 2020-01-21 | Seiko Epson Corporation | Controller and control method of robot, and robot system |
-
2015
- 2015-06-02 JP JP2015111975A patent/JP2016221646A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10220513B2 (en) | 2016-07-22 | 2019-03-05 | Seiko Epson Corporation | Robot control apparatus, robot and robot system |
US10537995B2 (en) | 2017-05-08 | 2020-01-21 | Seiko Epson Corporation | Controller and control method of robot, and robot system |
JP2018199172A (en) * | 2017-05-25 | 2018-12-20 | セイコーエプソン株式会社 | Control device, robot, and robot system |
JP6996113B2 (en) | 2017-05-25 | 2022-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | Robot control methods, robot systems and controls |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6592969B2 (en) | Mating method | |
US20190275678A1 (en) | Robot control device, robot, robot system, and robot control method | |
US10076841B2 (en) | Method and device for controlling a manipulator | |
JP6582483B2 (en) | Robot control device and robot system | |
US10434646B2 (en) | Robot control apparatus, robot, and robot system | |
US11465288B2 (en) | Method of controlling robot | |
CN106493711B (en) | Control device, robot, and robot system | |
JP2008307634A (en) | Fitting device | |
JP7275488B2 (en) | robot system | |
JP6746990B2 (en) | Robot controller and robot system | |
US10675757B2 (en) | Positioning device and positioning method of processing tool | |
JP2016190292A (en) | Robot control apparatus, robot system, and robot control method | |
JP2016221646A (en) | Robot and robot system | |
JP2017030059A (en) | Robot control device, robot and robot system | |
CN109129525B (en) | Load center-of-gravity position estimation device and load center-of-gravity position estimation method for robot | |
JP2016043455A (en) | Robot and robot system | |
JP6697544B2 (en) | Optimizer and vertical articulated robot equipped with the same | |
JP2016221653A (en) | Robot control device and robot system | |
WO2018088199A1 (en) | Robot control device, robot, robotic system, and robotic control method | |
JP2016179523A (en) | Robot control device and robot system | |
JP2018167333A (en) | Robot control device, robot, and robot system | |
JP6668629B2 (en) | Robot controller and robot system | |
US20220134565A1 (en) | Control Method For Robot | |
CN114179076B (en) | Work time presentation method, force control parameter setting method, robot system, and storage medium | |
US20220080587A1 (en) | Method Of Adjusting Force Control Parameter, Robot System, And Force Control Parameter Adjustment Program |