JP2017074669A - Manipulator control device, manipulator drive device, and robot system - Google Patents

Manipulator control device, manipulator drive device, and robot system Download PDF

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正忠 佐藤
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正忠 佐藤
高史 西藤
Takashi Nishifuji
高史 西藤
秦 輝鮮
Kisen Shin
輝鮮 秦
慎吾 松下
Shingo Matsushita
慎吾 松下
杉山 恵介
Keisuke Sugiyama
恵介 杉山
章洋 武捨
Akihiro Takesute
章洋 武捨
小嶋 晃
Akira Kojima
晃 小嶋
亨育 中田
Kyosuke Nakada
亨育 中田
山田 淳
Atsushi Yamada
淳 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator control device which can teach movement of a manipulator tip of a manipulator drive device as intended by a teaching person in an arbitrary position, attitude and movement locus in direct teaching performed by a human hand.SOLUTION: A manipulator control device includes an input unit 113 which inputs an operation region of a tip of a first arm 101 being the manipulator tip, and performs following assist control when a vector of external force (operation force) is detected by an external force detection unit 112. The manipulator control device assists the external force by controlling driving of a first drive unit 160 (first motor 106) and a second drive unit 170 (second motor 109) so that the tip of the first arm 101 moves within the input operation region on the basis of the detection result of the external force detection unit 112 and the operation region input from the input unit 113.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マニピュレータの制御装置、このマニピュレータの制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置、及びこれらの少なくともいずれかを備えたロボットシステムに関するものである。   The present invention relates to a manipulator control device, a manipulator driving device including the manipulator control device, and a robot system including at least one of them.

製造工場や作業現場、及び家庭内等で作業を行ったり、人の作業等を補助したりするマニピュレータ駆動装置(ロボットシステム)の動作を教示(登録)するマニピュレータの教示方法にはダイレクトティーチングという方法がある。
これは、教示者が、作業ツールなどの支持対象が取り付けられるマニピュレータ先端部となる第一支持部等を持ち、直接力を加え動かすことによって、第一支持部等を任意の位置・姿勢・移動軌跡で移動させるように制御(教示・登録)する技術である。
A method called direct teaching is used as a teaching method for a manipulator that teaches (registers) the operation of a manipulator driving device (robot system) that performs work in a manufacturing factory, work site, home, etc., or assists human work. There is.
This is because the instructor has the first support part, which is the tip of the manipulator to which the support object such as the work tool is attached, and moves the first support part to any position, posture, and movement by directly applying force. This is a technology for controlling (teaching / registering) the robot to move along a locus.

例えば、特許文献1には、次のようなダイレックトティーチング(パワーアシスト)を行うマニピュレータ(ロボットアーム)の制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置(ロボット)が記載されている。
この制御装置は、マニピュレータに加えられる外力を検出する外力検出部で検出した外力と、マニピュレータの関節部の可動状態とに基づいて、外力検出部で検出した外力を、マニピュレータが動作可能な方向成分を抽出可能な変換外力に変換するものである。
このように変換した変換外力を用いることで、マニピュレータの関節部の動作範囲の規制など、関節部の動作状況に応じたマニピュレータの動作領域の制限(動作制限)を、簡潔な制御構造で実現し、制御系の不安定さを低減することができる旨、特許文献1には記載されている。
For example, Patent Document 1 describes a manipulator driving device (robot) including a control device for a manipulator (robot arm) that performs direct teaching (power assist) as follows.
This control device is a directional component in which the manipulator can operate the external force detected by the external force detector based on the external force detected by the external force detector that detects the external force applied to the manipulator and the movable state of the joint of the manipulator. Is converted into a convertible external force.
By using the converted external force converted in this way, the restriction of the manipulator's operation area (operation restriction) according to the operation status of the joint, such as the restriction of the operation range of the joint of the manipulator, is realized with a simple control structure. Patent Document 1 describes that the instability of the control system can be reduced.

しかし、関節部の動作状況に応じたマニピュレータの動作領域の制限を行うだけでは、関節部が動作可能な方向であれば、教示者(ユーザー)が意図していなかった方向に外力を加えてしまった場合であっても、その方向への動作を教示(制御)することになる。
このため、今までのダイレクトティーチングでは、マニピュレータに教示者が外力を加えて教示するときに、マニピュレータの位置・姿勢・移動軌跡を教示者が意図した通りに教示できない場合があるという問題があった。
However, if the operation region of the manipulator is limited only in accordance with the operation state of the joint portion, an external force is applied in a direction that was not intended by the teacher (user) if the joint portion is operable. Even in such a case, the operation in that direction is taught (controlled).
For this reason, conventional direct teaching has a problem that when the instructor teaches the manipulator by applying external force, the position / posture / movement locus of the manipulator may not be taught as intended. .

上述した課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、2以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結され、マニピュレータ先端部に取り付けられる支持対象を支持する複数の支持部と、前記2以上の関節部をそれぞれ回動させる2以上の駆動部と、前記2以上の関節部及び前記複数の支持部の内、少なくともいずれかに外部から加えられる外力のベクトルを検出する外力検出部と、を備えたマニピュレータ駆動装置に用いられ、前記外力検出部の検出結果に基づいて前記2以上の駆動部の駆動を制御するマニピュレータの制御装置において、前記マニピュレータ先端部の動作領域を入力する入力手段を有し、前記外力検出部で前記外力のベクトルが検出されたとき、前記外力検出部の検出結果と前記入力手段から入力される動作領域とに基づいて、前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the invention described in claim 1 is a plurality of supports that support two or more joint parts and a support object that is connected in series via each joint part and attached to a manipulator tip. And a vector of an external force applied to at least one of the two or more joint units and the plurality of support units, each of which rotates the two or more joint units. In a manipulator control device that is used in a manipulator drive device including an external force detection unit and controls the drive of the two or more drive units based on a detection result of the external force detection unit, an operation region of the manipulator tip is determined. An input means for inputting, and when the external force vector is detected by the external force detection section, the detection result of the external force detection section and the operation region input from the input means Based on, the input operation area as the manipulator tip ends are moved, and controls the drive of the two or more drives.

本発明によれば、人の手で行うダイレクトティーチングにおいて、マニピュレータ駆動装置のマニピュレータ先端部の移動を、任意の位置・姿勢・移動軌跡で教示者が意図した通りに教示することができるマニピュレータの制御装置を提供できる。   According to the present invention, in direct teaching performed by a human hand, control of a manipulator capable of teaching the movement of the manipulator tip of the manipulator driving device at an arbitrary position / posture / movement locus as intended by the instructor. Equipment can be provided.

実施例1に係るマニピュレータ駆動装置の一構成例であるマニピュレータ装置の概略説明図。1 is a schematic explanatory diagram of a manipulator device that is a configuration example of a manipulator driving device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る第一関節部及び第二関節部を動作させるマニピュレータ装置の駆動制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the drive control apparatus of the manipulator apparatus which operates the 1st joint part which concerns on Example 1, and a 2nd joint part. 実施例1のマニピュレータ装置に用いることができる入力装置の説明図。Explanatory drawing of the input device which can be used for the manipulator apparatus of Example 1. FIG. マニピュレータで発生する力について説明図。Explanatory drawing about the force which generate | occur | produces with a manipulator. アシスト制御方法1に係るアシスト制御の制御ブロック図。4 is a control block diagram of assist control according to the assist control method 1. FIG. アシスト制御方法1に係る外力に対するモータ出力を示した図。The figure which showed the motor output with respect to the external force which concerns on the assist control method 1. FIG. アシスト制御方法1に係る制御フローを示した図。The figure which showed the control flow which concerns on the assist control method 1. アシスト制御方法2に係るアシスト制御の制御ブロック図。7 is a control block diagram of assist control according to assist control method 2. FIG. アシスト制御方法2に係る制御フローを示した図。The figure which showed the control flow which concerns on the assist control method 2. アシスト制御方法2の模式図を用いた説明図。Explanatory drawing using the schematic diagram of the assist control method 2. FIG. 操作力目標生成部に係る検出した外力と、操作力の目標値及び操作力指定値との関係の説明図。Explanatory drawing of the relationship between the detected external force which concerns on the operation force target production | generation part, the target value of operation force, and the operation force designation | designated value. アシスト制御方法3に係るアシスト制御の制御ブロック図。FIG. 9 is a control block diagram of assist control according to the assist control method 3; アシスト制御方法3に係る制御フローを示した図。The figure which showed the control flow which concerns on the assist control method 3. 4自由度のマニピュレータにおいて、動作領域をある1軸に制限した場合の説明図。Explanatory drawing at the time of restrict | limiting an operation area | region to a certain 1 axis in the manipulator of 4 degrees of freedom. 4自由度のマニピュレータにおいて、動作領域をある平面に制限した場合の説明図。Explanatory drawing at the time of restrict | limiting an operation area | region to a certain plane in the manipulator of 4 degrees of freedom. 4自由度のマニピュレータにおいて、動作領域をある1軸の回転方向に制限した場合の説明図。Explanatory drawing at the time of restrict | limiting an operation area | region to the rotation direction of a certain 1 axis | shaft in the manipulator of 4 degrees of freedom. 実施例2に係るマニピュレータ装置の概要説明図。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of a manipulator device according to a second embodiment. ツールポイント座標系と、マニピュレータ絶対座標系の説明図。Explanatory drawing of a tool point coordinate system and a manipulator absolute coordinate system. マニピュレータ装置に備える動作領域指定手段の説明図。Explanatory drawing of the operation area | region designation | designated means with which a manipulator apparatus is equipped. 動作領域(動作方向)を指定するときの一例の説明図。Explanatory drawing of an example when designating an operation area | region (operation direction). 実施例3に係るマニピュレータ装置の概略説明図。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of a manipulator device according to a third embodiment. 実施例3に係る第一関節部、第二関節部、第三関節部及びを動作させるマニピュレータ装置の駆動制御装置の制御ブロック図。FIG. 9 is a control block diagram of a drive control device for a manipulator device that operates a first joint, a second joint, and a third joint according to a third embodiment. マニピュレータ装置に設けることができる接触検出部の例の説明図。Explanatory drawing of the example of the contact detection part which can be provided in a manipulator apparatus. 接触検出部を用いた、マニピュレータ装置の動作モードの例の説明図。Explanatory drawing of the example of the operation mode of a manipulator apparatus using a contact detection part. 実施例のダイレクトティーチングにおける動作制御シーケンスの一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the operation control sequence in the direct teaching of an Example.

以下、本発明を適用したロボットアーム等のマニピュレータの制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置の一実施形態について、複数の実施例を挙げて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a manipulator driving device including a manipulator control device such as a robot arm to which the present invention is applied will be described with reference to a plurality of examples.

(実施例1)
まず、本実施形態のマニピュレータの制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置の実施例1について、図を用いて説明する。
図1は、本実施例に係るマニピュレータ駆動装置の一構成例であるマニピュレータ装置100の概略説明図であり、図1(a)が平面説明図、図1(b)が主な構成部材の側面説明図である。
Example 1
First, a first example of a manipulator driving device provided with the manipulator control device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a manipulator device 100 which is one configuration example of a manipulator driving device according to the present embodiment, in which FIG. 1 (a) is a plan explanatory diagram, and FIG. 1 (b) is a side view of main components. It is explanatory drawing.

マニピュレータ装置100は、図1(a)、(b)に示すように、ロボットアーム等のマニピュレータを備えたマニピュレータ駆動装置の内、基本的な構成の1つである2自由度を持ったものである。但し、本実施例のマニピュレータの制御装置は、マニピュレータ装置100のような2自由度を持ったマニピュレータ駆動装置に備えられるもの限定されるものではなく、その機能に応じて、2つ以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結される複数の支持部を備えたものに適用可能である。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the manipulator device 100 has two degrees of freedom which is one of the basic configurations of a manipulator driving device including a manipulator such as a robot arm. is there. However, the manipulator control device according to the present embodiment is not limited to the manipulator driving device having two degrees of freedom like the manipulator device 100, and two or more joint portions are provided depending on the function. And it is applicable to the thing provided with the some support part connected in series via each joint part.

マニピュレータ装置100は、複数の支持部の内、装置本体の土台111aに固定された不動部である支柱部111bから最も後段側(先端側)に関節部を介して連結される第一アーム101と、前段側に連結される第二アーム102は、次のように支持されている。
図1(b)に示すように、第一アーム101と第二アーム102はそれぞれ、前段側の端部近傍が、第一関節部130の第一駆動中心103と第二関節部140の第二駆動中心104に回転可能に支持されている。
The manipulator device 100 includes a first arm 101 coupled to a most rear side (front end side) via a joint portion from a support column portion 111b which is a fixed portion fixed to a base 111a of the device body among a plurality of support portions. The second arm 102 connected to the front side is supported as follows.
As shown in FIG. 1 (b), the first arm 101 and the second arm 102 have a first drive center 103 of the first joint part 130 and a second joint part 140 of the second joint part 140, respectively, in the vicinity of the front end. The drive center 104 is rotatably supported.

第一関節部130には、第一駆動部160としての、第一モータ106と、その第一駆動中心103を出力軸心とする第一減速機105とが接続されており、第一モータ106からの回転駆動力を減速して第一アーム101に伝達し、第一アーム101を回転駆動する。また、第二アーム102とは反対側の第一モータ106の側面には、第一モータ106の回転量を計測可能なように、第一モータ用エンコーダ107が取付けられており、第一減速機105と第一モータ106は第二アーム102に固定されている。
第二関節部140には、第二モータ109と、その第二駆動中心104を出力軸心とする第二減速機108とが接続されており、第二モータ109からの回転駆動力を減速して第二アーム102に伝達し、第二アーム102を回転駆動する。また、支柱部111bと第二モータ109の間には、第二モータ109の回転量を計測可能なように、第二モータ用エンコーダ110が取付けられており、第二駆動中心104の一端側は、支柱部111b(土台111a)に固定されている。
The first joint unit 130 is connected to a first motor 106 as a first drive unit 160 and a first speed reducer 105 having the first drive center 103 as an output axis. The rotational driving force from is decelerated and transmitted to the first arm 101, and the first arm 101 is rotationally driven. A first motor encoder 107 is attached to the side surface of the first motor 106 opposite to the second arm 102 so that the amount of rotation of the first motor 106 can be measured. 105 and the first motor 106 are fixed to the second arm 102.
A second motor 109 and a second speed reducer 108 having the second drive center 104 as an output shaft center are connected to the second joint portion 140, and the rotational driving force from the second motor 109 is decelerated. Is transmitted to the second arm 102, and the second arm 102 is rotationally driven. A second motor encoder 110 is attached between the support column 111b and the second motor 109 so that the amount of rotation of the second motor 109 can be measured. These are fixed to the support 111b (base 111a).

また、第一モータ用エンコーダ107は、第一減速機105の減速比と計測した回転量から、第二アーム102に対する第一アーム101の回転量を計測する第一アーム用エンコーダ131としても機能する。一方、第二モータ用エンコーダ110は、第二減速機108の減速比と計測した回転量から、支柱部111bに対する第二アーム102の回転量を計測する第二アーム用エンコーダ141としても機能する。但し、第一アーム用エンコーダ131及び第二アーム用エンコーダ141を別体で設け、各関節部に接続される各アームがなす角度を計測し、各関節部の回転量としても良い。
また、第一アーム101の先端近傍には、マニピュレータに加えられる外力のベクトルを検知するための外力検出部112が取付けられ、第一アーム101先端には作業ツールである把持機構が取り付けられている。
そして、詳しくは後述するが、各モータ、各モータ用エンコーダ、外力検出部112と、第一アーム101のアーム先端(手先)の動作領域を入力する入力手段である入力部113とが、マニピュレータの制御装置として機能する制御部210に接続されている。
The first motor encoder 107 also functions as a first arm encoder 131 that measures the rotation amount of the first arm 101 relative to the second arm 102 from the reduction ratio of the first reduction gear 105 and the measured rotation amount. . On the other hand, the second motor encoder 110 also functions as a second arm encoder 141 that measures the rotation amount of the second arm 102 with respect to the support 111b from the reduction ratio of the second reduction gear 108 and the measured rotation amount. However, the first arm encoder 131 and the second arm encoder 141 may be provided separately, and the angle formed by each arm connected to each joint portion may be measured to obtain the rotation amount of each joint portion.
Further, an external force detector 112 for detecting a vector of external force applied to the manipulator is attached near the tip of the first arm 101, and a gripping mechanism as a work tool is attached to the tip of the first arm 101. .
As will be described in detail later, each motor, each encoder for the motor, an external force detection unit 112, and an input unit 113 that is an input unit for inputting an operation region of the arm tip (hand) of the first arm 101 includes a manipulator. It is connected to a control unit 210 that functions as a control device.

動作の一例としては、外力検出部112に外力が加わると、外力検出部112が接続された制御部210からの信号で第一モータ106と第二モータ109に動作指令が伝達され、各モータが駆動する。そして、入力部113で入力された動作領域内を第一アーム101のアーム先端が移動する。ここで、各アームが駆動されるときには各モータ用エンコーダから各モータの回転情報と、各アームの回転情報とが測定可能となっている。   As an example of the operation, when an external force is applied to the external force detection unit 112, an operation command is transmitted to the first motor 106 and the second motor 109 by a signal from the control unit 210 to which the external force detection unit 112 is connected. To drive. Then, the arm tip of the first arm 101 moves within the operation area input by the input unit 113. Here, when each arm is driven, rotation information of each motor and rotation information of each arm can be measured from each motor encoder.

次に、図2を用いてマニピュレータ装置100の具体的な構成、及び動作について説明する。
図2は、本実施例に係る第一関節部130及び第二関節部140を動作させるマニピュレータ装置100の駆動制御装置の制御ブロック図である。
マニピュレータ装置100は、主に、マニピュレータ本体200、電源部291、ホストコントローラ281等からなる。例えば、マニピュレータ動作に画像情報が必要な場合は画像入力装置271が接続されることもある。ここで、図2ではマニピュレータ本体200、ホストコントローラ281、電源部291等を別体としているが、全てがマニピュレータ本体200内に実装されたスタンドアロン型の構成としても良い。
Next, a specific configuration and operation of the manipulator device 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a control block diagram of the drive control device of the manipulator device 100 that operates the first joint portion 130 and the second joint portion 140 according to the present embodiment.
The manipulator device 100 mainly includes a manipulator body 200, a power supply unit 291 and a host controller 281. For example, when image information is required for manipulator operation, an image input device 271 may be connected. Here, in FIG. 2, the manipulator body 200, the host controller 281, the power supply unit 291, and the like are separated, but a stand-alone configuration in which all are mounted in the manipulator body 200 may be used.

制御部210には、中央処理装置であるCPU211等が備えられており、マニピュレータ本体200の動作制御を行う。
ホストコントローラ281とCPU211は通信網282で接続されており、通信網282にて動作モード情報、駆動制御に必要な各種パラメータ、マニピュレータ本体200の目標移動位置情報などが送られてくる。
また、CPU211には、各種センサ220やスイッチ221の信号が入力されており、これらの信号情報をもとに、マニピュレータの稼動領域の入力(設定)、動作開始や緊急停止等の起動や停止が行われる。
The control unit 210 includes a CPU 211 that is a central processing unit, and performs operation control of the manipulator body 200.
The host controller 281 and the CPU 211 are connected via a communication network 282, and operation mode information, various parameters necessary for drive control, target movement position information of the manipulator body 200, and the like are transmitted via the communication network 282.
The CPU 211 receives signals from various sensors 220 and switches 221. Based on the signal information, the CPU 211 inputs (sets) the operation area of the manipulator, and starts and stops such as operation start and emergency stop. Done.

マニピュレータ本体200の各関節は、第一関節部130が第一モータ106で、第二関節部140が第二モータ109で駆動される。
第一モータ106及び第二モータ109の駆動情報は、第一モータ用エンコーダ107及び第二モータ用エンコーダ110からの信号として第一駆動情報検出部234及び第二駆動情報検出部236に入力される。これら入力された信号は、それぞれ第一駆動情報検出部234及び第二駆動情報検出部236で、移動量、移動速度、移動加速度といった回転情報に変換される。これら変換された回転情報と外力検出部112で検出されるマニピュレータ本体200に加わる外力がCPU211(制御部210)内の駆動制御部214に入力される。
In each joint of the manipulator body 200, the first joint portion 130 is driven by the first motor 106 and the second joint portion 140 is driven by the second motor 109.
The drive information of the first motor 106 and the second motor 109 is input to the first drive information detector 234 and the second drive information detector 236 as signals from the first motor encoder 107 and the second motor encoder 110. . These input signals are converted into rotation information such as a movement amount, a movement speed, and a movement acceleration by the first drive information detection unit 234 and the second drive information detection unit 236, respectively. The converted rotation information and the external force applied to the manipulator body 200 detected by the external force detection unit 112 are input to the drive control unit 214 in the CPU 211 (control unit 210).

また、入力部113から第一アーム101のアーム先端の動作領域がCPU211に入力され、第一アーム101のアーム先端の動作領域や動作方向が制限される。
駆動制御部214は、これらの回転情報、外力、制限された動作方向を元に目標指令値を生成する。そして、生成した目標指令値に沿った駆動となるよう、第一モータドライバ233及び第二モータドライバ235に制御指令を出し、第一モータ106及び第二モータ109を駆動する。
また、CPU211内には記憶部215を有しており、この記憶部215が、各関節部のそれぞれに連結される支持部がなす角度を、各関節部毎に記憶する記憶手段として機能する。
In addition, the operation region at the tip of the first arm 101 is input to the CPU 211 from the input unit 113, and the operation region and the operation direction at the tip of the first arm 101 are restricted.
The drive control unit 214 generates a target command value based on the rotation information, the external force, and the limited operation direction. Then, a control command is issued to the first motor driver 233 and the second motor driver 235 so as to drive according to the generated target command value, and the first motor 106 and the second motor 109 are driven.
Further, the CPU 211 has a storage unit 215, and this storage unit 215 functions as a storage unit that stores, for each joint unit, an angle formed by a support unit coupled to each joint unit.

ここで、制御部210では、ダイレクトティーチング開始時間から一定間隔で、開始からの時間、及びマニピュレータの位置、姿勢として、各関節部のそれぞれに連結される支持部がなす角度を、各関節部毎に記憶部215に登録(記憶)する。これにより、ユーザーがマニピュレータを動かした場合、現在のマニピュレータ位置姿勢と現在の位置姿勢までの動作軌跡を登録する。
そして、ダイレクトティーチングした動作をマニピュレータに再現させる場合、ダイレクトティーチング後のユーザーの合図(入力部113からの指示)で、制御部210は記憶部215に登録された位置、姿勢に登録された時間間隔にあわせて各関節部を駆動する。
Here, in the control unit 210, the angle formed by the support unit connected to each joint unit as the time from the start and the position and posture of the manipulator at regular intervals from the direct teaching start time is set for each joint unit. Registered (stored) in the storage unit 215. Thus, when the user moves the manipulator, the current manipulator position / posture and the motion trajectory up to the current position / posture are registered.
When the direct teaching operation is to be reproduced by the manipulator, the control unit 210 uses the cue of the user after direct teaching (instruction from the input unit 113) and the time interval registered in the position and orientation registered in the storage unit 215. Each joint is driven according to the above.

次に、図3を用いて、本実施例のマニピュレータ装置100に用いることができる入力部113の一例である入力装置114について説明する。
図3は、本実施例のマニピュレータ装置100に用いることができる入力装置114の説明図である。
入力装置114には、操作を行うための表示や操作を受け付けるタッチパネル114a、入力する値や選択子の番号等を入力するテンキー114b、入力や選択を行った後に、その処理を実行(確定)させる実行ボタン114cが設けられている。また、電源ONボタン114dや緊急停止ボタン114eも設けられている。
そして、タッチパネル114a等で、ダイレクトティーチング開始、終了、再現実行などの操作も行う。
Next, an input device 114 that is an example of the input unit 113 that can be used in the manipulator device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the input device 114 that can be used in the manipulator device 100 of the present embodiment.
The input device 114 includes a touch panel 114a for receiving an operation display and an operation, a numeric keypad 114b for inputting an input value, a selector number, and the like, and executing (determining) the processing after input or selection. An execution button 114c is provided. A power ON button 114d and an emergency stop button 114e are also provided.
Then, operations such as direct teaching start, end, and reproduction execution are performed on the touch panel 114a and the like.

このような入力装置114を用いることで、マニピュレータ装置100を利用する利用者(以下、ユーザーという。)はタッチパネル114aの表示に従って、マニピュレータの操作が可能である。また、タッチパネル114a、又はテンキー114bにより動作プロファイルの作成後、実行ボタン114cを押すことよりマニピュレータの動作を開始することが可能である。また、マニピュレータの動作方向等の制限をタッチパネル114a、又はテンキー114bにより行うことができる。
例えば、タッチパネル114aに現在のマニピュレータの位置・姿勢を3Dモデルで映し出し、アーム先端(手先)の座標軸のある1軸をテンキーで選択する。選択された入力信号は制御部210に入力され、動作指令値生成のとき使用される。
By using such an input device 114, a user (hereinafter referred to as a user) using the manipulator device 100 can operate the manipulator according to the display on the touch panel 114a. Further, after the operation profile is created by the touch panel 114a or the numeric keypad 114b, the operation of the manipulator can be started by pressing the execution button 114c. Further, the operation direction of the manipulator can be limited by the touch panel 114a or the numeric keypad 114b.
For example, the current position / posture of the manipulator is displayed on the touch panel 114a as a 3D model, and one axis with the coordinate axis of the arm tip (hand) is selected with the numeric keypad. The selected input signal is input to the control unit 210 and used when generating an operation command value.

ここで、図4を用いてマニピュレータで発生する力について説明しておく。
図4は、マニピュレータで発生する力について説明図であり、図4(a)が2関節マニピュレータのモデルの説明図、図4(b)が図4(a)に示したモデルの各部で発生する力の説明図である。
図4(a)に示す2関節マニピュレータのモデルでは、X−Y座標系の原点に第一リンク301の一方の端部近傍に第一関節軸(回転軸)301が回転可能に固定して設けられ、他方の端部近傍に第二リンク302との第二関節軸304が設けられている。
Here, the force generated by the manipulator will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the force generated by the manipulator, FIG. 4 (a) is an explanatory diagram of a model of a two-joint manipulator, and FIG. 4 (b) is generated at each part of the model shown in FIG. 4 (a). It is explanatory drawing of force.
In the two-joint manipulator model shown in FIG. 4A, a first joint axis (rotary axis) 301 is rotatably provided near the one end of the first link 301 at the origin of the XY coordinate system. In the vicinity of the other end, a second joint shaft 304 with the second link 302 is provided.

このような2関節マニピュレータが、X−Y平面で動作しているときの運動方程式を考えることで、各関節(回転軸)で発生するトルクを求める。図4(b)中の記号は下記を示しており、本例では2関節であるため、i=1,2とする。
Ii : 慣性モーメント
Li : 軸間リンク長
mi : 質量
θi : 角度
τi : 回転軸トルク
ri : 回転軸と質量中心との距離
g : 重力加速度(y軸負方向)
By considering the equation of motion when such a two-joint manipulator is operating in the XY plane, the torque generated at each joint (rotary axis) is obtained. The symbols in FIG. 4B indicate the following. In this example, since there are two joints, i = 1, 2.
Ii: Moment of inertia Li: Link length between axes mi: Mass θi: Angle τi: Torque of rotating shaft ri: Distance between rotating shaft and center of mass g: Gravitational acceleration (y-axis negative direction)

一般的に、運動方程式は次の式1で与えられる。

Figure 2017074669
ここで、上記式1に記載のqは一般化座標を示し、次の式2のように表される。
Figure 2017074669
また、上記式1の第一項は慣性力、第二項は遠心力及びコリオリ力、第三項は重力項を示す。
ここで、上述した説明は、2関節マニピュレータのモデルについてのものであるが、関節軸が3以上の複数軸であっても、上記式1、及び式2で記述(表す)することができる。
そして、図4に上記運動方程式を当てはめると次の式3のように表すことができ、動作中に各回転軸にかかるトルクを求める(推定する)ことができる。
Figure 2017074669
実際には、機械構成や減速機構、剛性、粘性摩擦などを考慮することで精度良くトルクを求める(推定する)ことができる。 In general, the equation of motion is given by the following equation 1.
Figure 2017074669
Here, q described in the above equation 1 represents a generalized coordinate and is expressed as the following equation 2.
Figure 2017074669
Further, the first term of the above formula 1 represents inertial force, the second term represents centrifugal force and Coriolis force, and the third term represents gravity term.
Here, the above description is about a model of a two-joint manipulator, but even if the joint axis is a plurality of three or more axes, it can be described (represented) by the above formulas 1 and 2.
Then, when the above equation of motion is applied to FIG. 4, it can be expressed as the following expression 3, and the torque applied to each rotating shaft during operation can be obtained (estimated).
Figure 2017074669
Actually, the torque can be obtained (estimated) with high accuracy by taking into consideration the machine configuration, the speed reduction mechanism, rigidity, viscous friction, and the like.

また、第二リンク302の先端(手先)で発生したい力Fと各関節に必要なトルクは次の式4の関係がある。

Figure 2017074669
ここで、Jはヤコビ行列を表す。
力を求めるためには、次の式5に示すようにして求めればよい。
Figure 2017074669
Further, the force F desired to be generated at the tip (hand) of the second link 302 and the torque required for each joint have the relationship of the following equation (4).
Figure 2017074669
Here, J represents a Jacobian matrix.
In order to obtain the force, it may be obtained as shown in Equation 5 below.
Figure 2017074669

上記2関節マニピュレータの例だと、ヤコビ行列は次の式6のように表すことができる。

Figure 2017074669
これを式5にあてはめることで、次の式7に示すように発生する力を求めることができる。
Figure 2017074669
以上、ここでは2関節マニピュレータを例に挙げたが、関節軸はいくつであっても良い。 In the example of the two-joint manipulator, the Jacobian matrix can be expressed as the following Expression 6.
Figure 2017074669
By applying this to Expression 5, the force generated as shown in the following Expression 7 can be obtained.
Figure 2017074669
As mentioned above, although the 2 joint manipulator was mentioned here as an example, how many joint axes may be sufficient.

次に、本実施例のマニピュレータ駆動装置に適用可能なマニピュレータのダイレクトティーチングで行う、パワーアシスト制御(以下、アシスト制御という。)の方法を、複数の例を挙げて説明する。
ここで、マニピュレータのアシスト制御方法の後述する各例では、マニピュレータ装置100のように外力を検知するための外力検出部112等の外力検出部で検出(計測)した外力を用いる方法と、上記運動方程式等を用いて推定した外力を用いる方法を説明する。
Next, a method of power assist control (hereinafter referred to as assist control) performed by direct teaching of a manipulator applicable to the manipulator driving device of the present embodiment will be described with a plurality of examples.
Here, in each example to be described later of the assist control method of the manipulator, a method using the external force detected (measured) by the external force detection unit such as the external force detection unit 112 for detecting the external force like the manipulator device 100, and the motion A method of using an external force estimated using an equation or the like will be described.

(アシスト制御方法1)
まず、マニピュレータのアシスト制御方法1について、図を用いて説明する。
図5は、アシスト制御方法1に係るアシスト制御の制御ブロック図であり、図5(a)が外力検出部で検出(計測)した外力を用いる場合を示し、図5(b)が運動方程式等を用いて推定した外力を用いる場合を示している。図6は、アシスト制御方法1に係る外力に対するモータ出力を示した図、図7は、アシスト制御方法1に係る制御フローを示した図である。
(Assist control method 1)
First, the manipulator assist control method 1 will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a control block diagram of assist control according to the assist control method 1. FIG. 5 (a) shows a case where an external force detected (measured) by the external force detection unit is used, and FIG. The case where the external force estimated using is used is shown. FIG. 6 is a diagram illustrating a motor output with respect to an external force according to the assist control method 1, and FIG. 7 is a diagram illustrating a control flow according to the assist control method 1.

アシスト制御方法1では、図5(a)及び図5(b)の制御ブロック図に示すように、それぞれ外力(操作力)検出406及び外力(操作力)検出407での検出結果に応じて、外力と同じ方向に大きな力が加わるようモータ404の出力を変更するアシスト制御を行う。
いずれの制御ブロック図でも、マニピュレータ420に加えられる外力を検出すると、PID部401(駆動制御部214)で演算を行い、ドライバ402でモータ404へ電流を流す。モータへの入力トルクは電流とトルク定数403を乗算したものとなる。モータ404が駆動されることにより、リンク機構405が動作される。
In the assist control method 1, as shown in the control block diagrams of FIGS. 5A and 5B, according to the detection results of the external force (operation force) detection 406 and the external force (operation force) detection 407, respectively. Assist control is performed to change the output of the motor 404 so that a large force is applied in the same direction as the external force.
In any control block diagram, when an external force applied to the manipulator 420 is detected, a calculation is performed by the PID unit 401 (drive control unit 214), and a current is supplied to the motor 404 by the driver 402. The input torque to the motor is obtained by multiplying the current by the torque constant 403. When the motor 404 is driven, the link mechanism 405 is operated.

外力は、図5(a)のように、軸力覚センサ等のセンサを取り付けて外力(操作力)検出406を行う場合と、図5(b)のように、モータ404への入力トルクやモータ404の位置・速度等から外力(操作力)検出407、つまり推定を行う場合とがある。外力を推定する場合は図4を用いて説明した運動方程式等から求めることができ、摩擦粘性や機械剛性を考慮した推定をすることで、より精度を上げた外力検出を行うことができる。
また、このアシスト制御方法1では、図6に示すように外力F1とモータ出力nF1とは比例するように制御される。
ここで、より具体的な制御フローは、次のように行われる。
As shown in FIG. 5A, the external force is detected when an external force (operation force) detection 406 is performed by attaching a sensor such as an axial force sensor, as shown in FIG. In some cases, external force (operation force) detection 407, that is, estimation is performed based on the position and speed of the motor 404 and the like. When the external force is estimated, it can be obtained from the equation of motion described with reference to FIG. 4 and the external force detection with higher accuracy can be performed by estimating the friction viscosity and the mechanical rigidity.
In the assist control method 1, the external force F1 and the motor output nF1 are controlled to be proportional as shown in FIG.
Here, a more specific control flow is performed as follows.

例えば、図7に示した制御フローのように、アシスト制御が開始(スタート)されると、外力(操作力)検出を行い(S101)、外力を検出して操作ありと判断した場合(S102のYES)、モータ(トルク)出力値の算出を行う(S103)。一方、外力を検出せず操作無しと判断した場合(S102のNO)、外力(操作力)検出(S101)に戻り、外力を検出して操作ありと判断するまで、繰り返す。
モータ(トルク)出力値の算出を行ったら(S103)、算出した出力値でのモータ駆動を行った(S104)後、再度、外力(操作力)検出を行う(S105)。そして、外力を検出して操作ありと判断した場合(S106のYES)、モータ(トルク)出力値の算出に戻る(S103)。一方、外力を検出せず操作無しと判断した場合(S106のNO)、アシスト制御を終了する。
For example, as in the control flow shown in FIG. 7, when assist control is started (started), external force (operation force) is detected (S101), and when external force is detected and it is determined that there is an operation (in S102) YES), the motor (torque) output value is calculated (S103). On the other hand, when it is determined that there is no operation without detecting an external force (NO in S102), the process returns to the external force (operation force) detection (S101), and is repeated until it is determined that there is an operation by detecting the external force.
When the motor (torque) output value is calculated (S103), the motor is driven with the calculated output value (S104), and then external force (operation force) is detected again (S105). When it is determined that there is an operation by detecting an external force (YES in S106), the process returns to the calculation of the motor (torque) output value (S103). On the other hand, when external force is not detected and it is determined that there is no operation (NO in S106), the assist control is terminated.

(アシスト制御方法2)
次に、マニピュレータのアシスト制御方法2について、図を用いて説明する。
図8は、アシスト制御方法2に係るアシスト制御の制御ブロック図であり、図8(a)が外力検出部で検出(計測)した外力を用いる場合を示し、図8(b)が運動方程式等を用いて推定した外力を用いる場合を示している。図9は、アシスト制御方法2に係る制御フローを示した図である。図10は、アシスト制御方法2の模式図を用いた説明図であり、図10(a)がマニピュレータ420を操作するときの模式図、図10(b)が目標値を設定してアシスト制御を行う場合と、アシスト制御を行わない場合の操作力の違いを説明した図である。図11は、操作力目標生成部に係る検出した外力と、操作力の目標値及び操作力指定値との関係の説明図であり、図11(a)が目標値に対して外力が不感帯を持つプロファイル、図11(b)が目標値に対して外力が不感帯を持たないプロファイルである。
(Assist control method 2)
Next, the assist control method 2 of the manipulator will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a control block diagram of assist control according to the assist control method 2. FIG. 8A shows a case where an external force detected (measured) by an external force detection unit is used, and FIG. The case where the external force estimated using is used is shown. FIG. 9 is a diagram illustrating a control flow according to the assist control method 2. FIG. 10 is an explanatory diagram using a schematic diagram of the assist control method 2. FIG. 10 (a) is a schematic diagram when the manipulator 420 is operated, and FIG. 10 (b) sets the target value and performs assist control. It is a figure explaining the difference in the operation force when performing and not performing assist control. FIG. 11 is an explanatory diagram of the relationship between the detected external force related to the operating force target generator, the target value of the operating force, and the specified operating force value. FIG. 11A shows the dead zone when the external force is insensitive to the target value. FIG. 11B shows a profile that the external force has no dead zone with respect to the target value.

アシスト制御方法2では、図8(a)及び図8(b)の制御ブロック図に示すように、
それぞれ操作力目標生成部409で操作力の目標値を設定することで、一定の外力で操作を可能とするアシスト制御を行うことに係る点のみアシスト制御方法1と異なる。その他の制御ブロックは、アシスト制御方法1の説明に用いた図5(a)及び図5(b)と同様である。
いずれの制御ブロック図でも、マニピュレータ420の関節部の位置(関節角)・速度の変化や外力の変化から操作の有無を判断してアシスト制御を開始し、外力と比較を行って操作力が目標値とになるようモータ404の出力を変更するアシスト制御を行う。
In the assist control method 2, as shown in the control block diagrams of FIGS. 8 (a) and 8 (b),
The only difference from the assist control method 1 is that the operation force target generator 409 sets the target value of the operation force to perform the assist control that enables the operation with a constant external force. The other control blocks are the same as those shown in FIGS. 5A and 5B used in the description of the assist control method 1.
In any of the control block diagrams, the assist control is started by judging the presence / absence of an operation from the change in the position (joint angle) / speed of the joint of the manipulator 420 and the change in the external force, and the operation force is set by comparing with the external force. Assist control is performed to change the output of the motor 404 so as to be a value.

例えば、図9に示した制御フローのように、アシスト制御が開始(スタート)されると、操作力の目標値の設定を行った(S201)後、マニピュレータ420の関節部の位置(関節角)検出(S202)と外力(操作力)検出(S203)とを行う。これらの検出結果から操作があったか否かの判断を行い(S204)、操作ありと判断した場合(S204のYES)、設定した操作力の目標値と検出した外力との誤差の検出を行う(S205)。一方、操作無しと判断した場合(S204のNO)、マニピュレータ420の関節部の位置(関節角)検出(S202)に戻り、操作ありと判断するまで、繰り返す。   For example, as in the control flow shown in FIG. 9, when the assist control is started (started), the target value of the operating force is set (S201), and then the position of the joint (joint angle) of the manipulator 420 Detection (S202) and external force (operation force) detection (S203) are performed. It is determined whether or not there is an operation from these detection results (S204), and when it is determined that there is an operation (YES in S204), an error between the set target value of the operating force and the detected external force is detected (S205). ). On the other hand, if it is determined that there is no operation (NO in S204), the process returns to the detection of the position (joint angle) of the joint part of the manipulator 420 (S202) and repeats until it is determined that there is an operation.

操作力の目標値と検出した外力との誤差を検出したら(S205)、目標値と検出した誤差に基づいて、モータ(トルク)出力値の算出を行い(S206)、算出した出力値でのモータ駆動を行う(S207)。
その後、再度、モータ駆動後のマニピュレータ420の関節部の位置(関節角)検出(S208)と外力(操作力)検出(S209)とを行う。そして、これらの検出結果から操作があったか否かの判断を行い(S210)、操作ありと判断した場合(S210のYES)、設定した操作力の目標値と検出した外力との誤差を検出に戻る(S205)。一方、操作無しと判断した場合(S210のNO)、アシスト制御を終了する。
When an error between the target value of the operating force and the detected external force is detected (S205), a motor (torque) output value is calculated based on the target value and the detected error (S206), and the motor at the calculated output value is calculated. Driving is performed (S207).
Thereafter, the position (joint angle) detection (S208) and the external force (operation force) detection (S209) of the joint portion of the manipulator 420 after the motor drive are performed again. Then, it is determined whether or not there is an operation from these detection results (S210). If it is determined that there is an operation (YES in S210), an error between the set target value of the operating force and the detected external force is returned to detection. (S205). On the other hand, when it is determined that there is no operation (NO in S210), the assist control is terminated.

上述したように、アシスト制御を行うことで、例えば、次のような効果を奏することができる。
図10(a)に示すようにマニピュレータ420を操作するとき、図10(b)に示すように大きく変動するアシスト無しでの操作力に対して、操作力の目標値を設定して行うアシスト時には、変動が少ない略一定の軽い操作力での操作が可能となる。
ここで、操作力の設定、つまり操作力指令値の設定では、図11(a)及び図11(b)に示すようなプロファイルを用いることができる。いずれのプロファイルでも、検出した外力(操作力)の値が目標値:Ftに対応する値:F以上となった以降は、目標値:Ftとなるように操作力指令値を設定する点では共通している。但し、図11(a)に示すプロファイルは、外力の値が目標値:Ftに対応するF以上となるまで、外力の変化に比例して操作力指令値を変化させる図11(b)に示すプロファイルとは異なり、目標値:Ftに対して外力が不感帯を持つようなプロファイルである。
As described above, for example, the following effects can be achieved by performing the assist control.
When operating the manipulator 420 as shown in FIG. 10A, when assisting by setting a target value of the operating force with respect to the operating force without assist as shown in FIG. Therefore, it is possible to operate with a substantially constant light operating force with little fluctuation.
Here, in the setting of the operating force, that is, the setting of the operating force command value, a profile as shown in FIGS. 11A and 11B can be used. In any profile, after the detected external force (operation force) value becomes equal to or greater than the value F corresponding to the target value Ft, it is common in that the operation force command value is set to be the target value Ft. doing. However, the profile shown in FIG. 11A is shown in FIG. 11B in which the operating force command value is changed in proportion to the change in the external force until the value of the external force becomes equal to or greater than F corresponding to the target value Ft. Unlike the profile, the profile is such that the external force has a dead zone with respect to the target value: Ft.

具体的には、目標値:Ftに対応する外力の値であるFよりも小さな値、例えばF1までは操作力指令値を変化させず(操作力指令値=0)、外力の値がF1以上となったら、目標値:Ftとなるように操作力指令値を設定する。
図11(a)に示すようなプロファイルを用いること、つまり、標値:Ftに対して外力が不感帯を持つようなプロファイルを用いることで、図11(b)に示すプロファイルを用いた場合に生じるおそれのある次のような不具合の発生を抑制できる。
マニピュレータ420に外力を加えたときに、マニピュレータ420が突然動作してしまったり、発振してしまったりする不具合である。
Specifically, the operating force command value is not changed up to a value smaller than F, which is the value of the external force corresponding to the target value: Ft, for example, F1 (operating force command value = 0), and the external force value is F1 or more. Then, the operation force command value is set so as to be the target value: Ft.
This occurs when the profile shown in FIG. 11B is used by using the profile shown in FIG. 11A, that is, by using a profile in which the external force has a dead zone with respect to the standard value Ft. It is possible to suppress the occurrence of the following problems that may be feared.
When an external force is applied to the manipulator 420, the manipulator 420 suddenly operates or oscillates.

(アシスト制御方法3)
次に、マニピュレータのアシスト制御方法3について、図を用いて説明する。
図12は、アシスト制御方法3に係るアシスト制御の制御ブロック図であり、図12(a)が外力検出部で検出(計測)した外力を用いる場合を示し、図12(b)が運動方程式等を用いて推定した外力を用いる場合を示している。図13は、アシスト制御方法3に係る制御フローを示した図である。図14は、4自由度のマニピュレータ501において、動作領域をある1軸に制限した場合の説明図、図15は、4自由度のマニピュレータ501において、動作領域をある平面に制限した場合の説明図である。図16は、4自由度のマニピュレータ501において、動作領域をある1軸の回転方向に制限した場合の説明図である。
(Assist control method 3)
Next, the assist control method 3 for the manipulator will be described with reference to the drawings.
12 is a control block diagram of assist control according to the assist control method 3. FIG. 12 (a) shows a case where an external force detected (measured) by an external force detector is used, and FIG. 12 (b) shows an equation of motion and the like. The case where the external force estimated using is used is shown. FIG. 13 is a diagram illustrating a control flow according to the assist control method 3. FIG. 14 is an explanatory diagram when the motion region is limited to one axis in the four-degree-of-freedom manipulator 501, and FIG. 15 is an explanatory diagram when the motion region is limited to a certain plane in the four-degree-of-freedom manipulator 501. It is. FIG. 16 is an explanatory diagram when the operation region is limited to a certain one-axis rotation direction in the manipulator 501 having four degrees of freedom.

アシスト制御方法3では、図12(a)及び図12(b)の制御ブロック図に示すように、それぞれ操作力の目標値の設定に加え、位置制御を基本としたアシスト制御を行うことに係る点のみアシスト制御方法2と異なる。その他の制御ブロックは、アシスト制御方法2の説明に用いた図8(a)及び図8(b)と同様である。
いずれの制御ブロック図でも、外力(操作力)を検出すると、外力と目標値との差分を元にして、位置を変更するような位置速度指令プロファイルを生成してモータ404を駆動させることで、操作力が一定となるようなアシスト制御を行う。
In the assist control method 3, as shown in the control block diagrams of FIGS. 12A and 12B, in addition to setting the target value of the operating force, the assist control based on the position control is performed. Only the point is different from the assist control method 2. The other control blocks are the same as those in FIGS. 8A and 8B used in the description of the assist control method 2.
In any control block diagram, when an external force (operation force) is detected, a position speed command profile for changing the position is generated based on the difference between the external force and the target value, and the motor 404 is driven. Assist control is performed so that the operating force is constant.

例えば、図13に示した制御フローのように、アシスト制御が開始(スタート)されると、マニピュレータ501(図14等参照)の手先の位置/速度指令値設定を行う(S301)。この設定は、入力手段、例えば図1(a)に示した入力部113から入力された、ユーザーが入力するマニピュレータ501の手先の動作領域と手先の移動速度の初期値とに基づいて設定される。この設定の後、操作力の目標値の設定を行い(S302)、マニピュレータ501の関節部の位置(関節角)検出(S303)と外力(操作力)検出(S304)とを行う。これらの検出結果から操作があったか否かの判断を行い(S305)、操作ありと判断した場合(S305のYES)、設定した操作力の目標値と検出した外力との誤差の検出を行う(S306)。一方、操作無しと判断した場合(S305のNO)、マニピュレータ501の関節部の位置(関節角)検出(S303)に戻り、操作ありと判断するまで、繰り返す。   For example, as in the control flow shown in FIG. 13, when the assist control is started (started), the position / speed command value of the hand of the manipulator 501 (see FIG. 14) is set (S301). This setting is set based on the operation area of the hand of the manipulator 501 input by the user and the initial value of the moving speed of the hand, which are input from an input unit, for example, the input unit 113 shown in FIG. . After this setting, the target value of the operating force is set (S302), and the position (joint angle) of the joint part (S303) of the manipulator 501 is detected (S303) and the external force (operating force) is detected (S304). It is determined whether or not there is an operation from these detection results (S305). If it is determined that there is an operation (YES in S305), an error between the set target value of the operating force and the detected external force is detected (S306). ). On the other hand, if it is determined that there is no operation (NO in S305), the process returns to the joint position (joint angle) detection (S303) of the manipulator 501 and is repeated until it is determined that there is an operation.

操作力の目標値と検出した外力との誤差を検出したら(S306)、目標値、位置(関節角)検出(S306)の検出結果、及び検出した誤差とに基づいて、手先の位置/速度指令値設定(S301)で設定した位置/速度指令値の変更を行う(S307)。そして、目標値と検出した誤差及び変更した位置/速度指令値に基づいて、モータ(トルク)出力値の算出を行い(S308)、算出した出力値でのモータ駆動を行う(S309)。
その後、再度、モータ駆動後のマニピュレータ501の関節部の位置(関節角)検出(S310)と外力(操作力)検出(S311)とを行う。そして、これらの検出結果から操作があったか否かの判断を行い(S312)、操作ありと判断した場合(S312のYES)、設定した操作力の目標値と検出した外力との誤差を検出に戻る(S306)。一方、操作無しと判断した場合(S312のNO)、アシスト制御を終了する。
When an error between the target value of the operating force and the detected external force is detected (S306), based on the target value, the detection result of the position (joint angle) detection (S306), and the detected error, the hand position / speed command The position / speed command value set in the value setting (S301) is changed (S307). Based on the target value, the detected error, and the changed position / speed command value, the motor (torque) output value is calculated (S308), and the motor is driven with the calculated output value (S309).
Thereafter, the position (joint angle) detection (S310) and the external force (operation force) detection (S311) of the joint portion of the manipulator 501 after driving the motor are performed again. Then, it is determined whether or not there is an operation from these detection results (S312), and when it is determined that there is an operation (YES in S312), an error between the set target value of the operating force and the detected external force is returned to detection. (S306). On the other hand, when it is determined that there is no operation (NO in S312), the assist control is terminated.

このようにアシスト制御を行うことで、入力部113等の入力手段により、マニピュレータ501の手先(アーム先端)の動作領域を予め入力して、マニピュレータ501に外力(操作力)を加えたときに駆動させるモータ404の出力を制御することができる。このように出力を制御することで、マニピュレータ501に外力(操作力)を加えたときに、回動させる各関節部の回動角度を制御してマニピュレータ501の手先の動作方向や動作軌跡等の動作領域を、入力部113等の入力手段により予め入力した動作領域に制限することができる。その結果、例え、ユーザーが意図していなかった方向に外力を加えてしまった場合であっても、その方向へマニピュレータ501の手先が動作してしまうことを防ぐことができる。したがって、マニピュレータ501に外力を加えたときに、マニピュレータ501の手先が、ユーザーの意図していない移動方向に移動したり、ユーザーが意図していな動作軌跡を描いて移動したりしてしまうことを抑制できる。
よって、人の手で行うダイレクトティーチングにおいて、マニピュレータ501の手先の移動を、任意の位置・姿勢・移動軌跡でユーザーが意図した通りに教示(登録)することができるマニピュレータの制御装置を提供できる。
By performing the assist control in this manner, the operation region of the hand (arm tip) of the manipulator 501 is input in advance by input means such as the input unit 113, and driving is performed when an external force (operation force) is applied to the manipulator 501. The output of the motor 404 to be controlled can be controlled. By controlling the output in this way, when an external force (operation force) is applied to the manipulator 501, the rotation angle of each joint portion to be rotated is controlled, and the movement direction and movement locus of the hand of the manipulator 501 are controlled. The operation area can be limited to an operation area previously input by an input unit such as the input unit 113. As a result, even if an external force is applied in a direction not intended by the user, it is possible to prevent the hand of the manipulator 501 from moving in that direction. Therefore, when an external force is applied to the manipulator 501, the hand of the manipulator 501 moves in a movement direction that is not intended by the user, or moves along an operation trajectory that is not intended by the user. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to provide a manipulator control device that can teach (register) the movement of the hand of the manipulator 501 as desired by the user at an arbitrary position, posture, and movement locus in direct teaching performed by a human hand.

次に、アシスト制御方法3を用いて、入力部113等の入力手段により入力(制限、設定)可能なマニピュレータ501の手先の動作領域と、この動作領域内で検出する外力成分について、複数の具体例を挙げて説明する。
(具体例1)
具体例1のマニピュレータ501は、図14に示すように4軸を有する4自由度のマニピュレータであり、その手先z軸506、y軸507、x軸508の座標をおき、手先座標系504を設定している。この手先座標系504はユーザーが任意に設定できる。また、マニピュレータ501は4軸マニピュレータとしているが、他の複数軸のマニピュレータでも置き換えられる。
Next, by using the assist control method 3, a plurality of specific examples of the operation region of the hand of the manipulator 501 that can be input (limited or set) by an input unit such as the input unit 113 and the external force component detected in the operation region are used. An example will be described.
(Specific example 1)
The manipulator 501 of Example 1 is a four-degree-of-freedom manipulator having four axes as shown in FIG. 14, and coordinates of the hand z-axis 506, y-axis 507, and x-axis 508 are set, and the hand coordinate system 504 is set. doing. This hand coordinate system 504 can be arbitrarily set by the user. Further, although the manipulator 501 is a four-axis manipulator, it can be replaced with other multi-axis manipulators.

具体例1のマニピュレータ501は、図14に示すようにx軸508を動作領域505とおいている。このため、マニピュレータ501の手先に加わる外力502を手先座標系504で分解するとz軸外力509、y軸外力510、x軸外力511となり、動作領域内の外力503はx軸外力511となる。   In the manipulator 501 of the first specific example, the x-axis 508 is set as an operation region 505 as shown in FIG. For this reason, when the external force 502 applied to the hand of the manipulator 501 is disassembled by the hand coordinate system 504, the z-axis external force 509, the y-axis external force 510, and the x-axis external force 511 become the x-axis external force 511.

(具体例2)
具体例2のマニピュレータ501は、具体例1のマニピュレータと同様な4自由度のマニピュレータであり、図15に示すように、y−z平面を動作領域505とおいている。このため、マニピュレータ501の手先に加わる外力502を手先座標系504で分解するとz軸外力509、y軸外力510、x軸外力511となり、動作領域内の外力503はz軸外力509とy軸外力510の合力になる。
(Specific example 2)
The manipulator 501 of the specific example 2 is a manipulator having four degrees of freedom similar to the manipulator of the specific example 1, and the yz plane is set as an operation region 505 as shown in FIG. For this reason, when the external force 502 applied to the hand of the manipulator 501 is disassembled by the hand coordinate system 504, the z-axis external force 509, the y-axis external force 510, and the x-axis external force 511 are obtained, and the external force 503 in the operation region is the z-axis external force 509 and the y-axis external force. The total force is 510.

(具体例3)
具体例3のマニピュレータ501は、具体例1、2のマニピュレータと同様な4自由度のマニピュレータであり、図16に示すように、x軸508を回転軸として回転する回転方向を動作領域505とおいている。そして、マニピュレータ501の手先に加わる外力502を手先座標系504で分解するとz軸外力509、y軸外力510、x軸外力511となる。また、回転方向の外力512はx軸508にかかるとする。すると、動作領域内の外力503は回転方向の外力512になる。
(Specific example 3)
The manipulator 501 of the third specific example is a manipulator having four degrees of freedom similar to the manipulators of the first and second specific examples. As illustrated in FIG. Yes. When the external force 502 applied to the hand of the manipulator 501 is decomposed by the hand coordinate system 504, a z-axis external force 509, a y-axis external force 510, and an x-axis external force 511 are obtained. Further, it is assumed that the external force 512 in the rotation direction is applied to the x-axis 508. Then, the external force 503 in the operation region becomes an external force 512 in the rotation direction.

上述した具体例1〜3で検出した動作領域内の外力ベクトルは位置速度指令生成部411(制御部)に送られ、各関節部のモータ404(駆動部)の指令値生成に用いられる。
ここで、上述した具体例1〜3のマニピュレータ501は4軸マニピュレータで表しているが、複数軸のマニピュレータでも置き換えられる。
ただし、3軸マニピュレータまでは図15まで適応でき、4軸マニピュレータ以降は図16まで適応可能である。
The external force vector in the operation region detected in the above-described specific examples 1 to 3 is sent to the position / velocity command generation unit 411 (control unit) and used to generate command values for the motor 404 (drive unit) of each joint unit.
Here, the manipulators 501 of the above-described specific examples 1 to 3 are represented by a four-axis manipulator, but may be replaced by a multi-axis manipulator.
However, up to FIG. 15 can be applied up to the 3-axis manipulator, and up to FIG. 16 can be applied after the 4-axis manipulator.

上述したアシスト制御に係る各制御や各構成を、図1に示したマニピュレータ装置100に適用すると、例えば、以下に列挙するような構成にできる。
制御部210は、第一アーム101先端の動作領域を入力する入力部113を有している。そして、外力検出部112で外力(操作力)のベクトルが検出されたとき、次のようにアシスト制御を行う。外力検出部112の検出結果と入力部113から入力される動作領域とに基づいて、入力された動作領域内を第一アーム101先端が移動するように、第一駆動部160(第一モータ106)や第二駆動部170(第二モータ109)の駆動を制御して外力を補助する。
When the control and each configuration related to the assist control described above are applied to the manipulator device 100 shown in FIG. 1, for example, the configurations listed below can be made.
The control unit 210 includes an input unit 113 that inputs an operation region at the tip of the first arm 101. When an external force (operation force) vector is detected by the external force detector 112, assist control is performed as follows. Based on the detection result of the external force detection unit 112 and the operation region input from the input unit 113, the first drive unit 160 (first motor 106) so that the tip of the first arm 101 moves within the input operation region. ) Or the second drive unit 170 (second motor 109) is controlled to assist the external force.

このように制御することで、入力部113により、第一アーム101先端の動作領域を予め入力して、マニピュレータに外力(操作力)を加えたときに駆動させる第一駆動部160(第一モータ106)や第二駆動部170(第二モータ109)の出力を制御できる。このように出力を制御することで、マニピュレータに外力(操作力)を加えたときに、回動させる各関節部の回動角度を制御して第一アーム101先端の動作方向や動作軌跡等の動作領域を、入力手段により予め入力した動作領域に制限することができる。その結果、例え、ユーザーが意図していなかった方向に外力を加えてしまった場合であっても、その方向へマニピュレータ先端部が動作してしまうことを防ぐことができる。したがって、マニピュレータに外力を加えたときに、第一アーム101先端が、ユーザーの意図していない移動方向に移動したり、ユーザーが意図していな動作軌跡を描いて移動したりしてしまうことを抑制できる。
よって、人の手で行うダイレクトティーチングにおいて、マニピュレータ装置100の第一アーム101先端の移動を、任意の位置・姿勢・移動軌跡で教示者が意図した通りに教示することができるマニピュレータの制御装置としての制御部210を提供できる。
By controlling in this way, the first drive unit 160 (first motor) that is driven when an external force (operation force) is applied to the manipulator by previously inputting an operation region at the tip of the first arm 101 with the input unit 113. 106) and the output of the second drive unit 170 (second motor 109) can be controlled. By controlling the output in this way, when an external force (operation force) is applied to the manipulator, the rotation angle of each joint portion to be rotated is controlled, and the operation direction, the operation locus, etc. of the first arm 101 tip are controlled. The operation area can be limited to an operation area previously input by the input means. As a result, even if an external force is applied in a direction not intended by the user, it is possible to prevent the manipulator tip from moving in that direction. Therefore, when an external force is applied to the manipulator, the tip of the first arm 101 moves in a movement direction that is not intended by the user, or moves along an operation trajectory that is not intended by the user. Can be suppressed.
Therefore, as a manipulator control device that can teach the movement of the tip of the first arm 101 of the manipulator device 100 at an arbitrary position / posture / movement locus as intended by the teacher in direct teaching performed by a human hand. The control unit 210 can be provided.

また、マニピュレータ装置100は、第一関節部130、及び第二関節部140のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102、及び第二アーム102と支柱部111bがなす角度を、各関節部毎に検出する角度検出部を備えている。ここで、角度検出部としては、第一アーム用エンコーダ131及び第二アーム用エンコーダ141をそれぞれ単独で備えても良いし、第一モータ用エンコーダ107及び第二モータ用エンコーダ110を、各アーム用エンコーダとして機能させても良い。そして、制御部210は、各アーム用エンコーダの内、少なくとも一つの検出結果に基づいて、入力された動作領域内を第一アーム101先端が移動するように、第一駆動部160と第二駆動部170の駆動を制御して前記外力を補助する。
このように外力(操作力)を補助することで、次のような効果を奏することができる。
ユーザーがマニピュレータへ操作力(外力)を加えたときに、各アーム用エンコーダの内、少なくとも一つの検出結果に基づいてアシスト動作することが可能となり、第一アーム101先端のアシスト動作の精度を、より高めることができる。
Further, the manipulator device 100 determines the angles formed by the first arm 101 and the second arm 102, and the second arm 102 and the support column 111b connected to the first joint part 130 and the second joint part 140, respectively. An angle detector for detecting each joint is provided. Here, as the angle detection unit, the first arm encoder 131 and the second arm encoder 141 may be provided independently, or the first motor encoder 107 and the second motor encoder 110 may be provided for each arm. It may function as an encoder. Then, the control unit 210 and the first drive unit 160 and the second drive are configured so that the tip of the first arm 101 moves within the input operation area based on at least one detection result of each arm encoder. The driving of the unit 170 is controlled to assist the external force.
Thus, the following effects can be produced by assisting the external force (operation force).
When the user applies an operating force (external force) to the manipulator, it is possible to perform an assist operation based on the detection result of at least one of the encoders for each arm. Can be increased.

また、制御部210は、第一アーム101先端の姿勢を保持した状態で、入力された動作領域内を第一アーム101先端が移動するように、第一駆動部160と第二駆動部170の駆動を制御して前記外力を補助する。
このように外力(操作力)を補助することで、例えば、入力された移動方向に沿ってマニピュレータ先端部を平行移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
Further, the control unit 210 maintains the posture of the tip of the first arm 101 so that the tip of the first drive unit 160 and the second drive unit 170 moves so that the tip of the first arm 101 moves within the input operation region. The drive is controlled to assist the external force.
By assisting the external force (operation force) in this way, for example, it is possible to perform an assist operation so as to translate the tip of the manipulator along the input movement direction.

また、制御部210は、第一関節部130、及び第二関節部140のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102、及び第二アーム102と支柱部111bがなす角度を、各関節部毎に記憶する記憶部215を有している。そして、入力部113(入力装置114)は、記憶部215に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端が移動するときに描く軌道を指定できる。
このように指定できることで、マニピュレータ先端部を指定した軌道に沿って移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
In addition, the control unit 210 determines the angle formed by the first arm 101 and the second arm 102 and the second arm 102 and the column 111b connected to the first joint unit 130 and the second joint unit 140, respectively. It has the memory | storage part 215 memorize | stored for every joint part. Then, the input unit 113 (input device 114) can designate a trajectory to be drawn when the tip of the first arm 101 moves using the angle stored in the storage unit 215.
By being able to specify in this way, it becomes possible to perform an assist operation so as to move the tip of the manipulator along the specified trajectory.

また、制御部210は、第一関節部130、及び第二関節部140のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102、及び第二アーム102と支柱部111bがなす角度を、各関節部毎に記憶する記憶部215を有している。そして、入力部113(入力装置114)は、記憶部215に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端が移動する平面を指定できる。
このように指定できることで、第一アーム101先端を指定した平面に沿って移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
In addition, the control unit 210 determines the angle formed by the first arm 101 and the second arm 102 and the second arm 102 and the column 111b connected to the first joint unit 130 and the second joint unit 140, respectively. It has the memory | storage part 215 memorize | stored for every joint part. Then, the input unit 113 (input device 114) can specify the plane on which the tip of the first arm 101 moves using the angle stored in the storage unit 215.
By being able to designate in this way, it is possible to perform an assist operation so that the tip of the first arm 101 is moved along the designated plane.

また、制御部210は、第一関節部130、及び第二関節部140のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102、及び第二アーム102と支柱部111bがなす角度を、各関節部毎に記憶する記憶部215などの記憶手段を有している。そして、入力部113(入力装置114)は、記憶部215に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端が回転する位置を指定できる。
このように指定できることで、第一アーム101先端を指定した位置(回転軸)を中心に回転させるようにアシスト動作することが可能となる。
In addition, the control unit 210 determines the angle formed by the first arm 101 and the second arm 102 and the second arm 102 and the column 111b connected to the first joint unit 130 and the second joint unit 140, respectively. A storage unit such as a storage unit 215 for storing each joint unit is provided. Then, the input unit 113 (input device 114) can designate the position where the tip of the first arm 101 rotates using the angle stored in the storage unit 215.
By being able to designate in this way, it becomes possible to perform an assist operation so as to rotate the tip of the first arm 101 around the designated position (rotation axis).

また、制御部210は、第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部の移動速度が所定の速度を超えないように制御する。
このように制御することで、次のような効果を奏することができる。
外力検出部112の検出結果だけに基づいて、マニピュレータに加えられる外力を補助するように第一駆動部160と第二駆動部170の駆動を制御する構成では、ユーザーが意図した移動速度から、かけ離れた移動速度で第一アーム101先端が移動するおそれがある。
一方、アシスト制御の制御ブロックに位置速度指令生成部411を設ける等して、所定の速度を超えないように制御することで、ユーザーが意図した移動速度から、かけ離れた移動速度で第一アーム101先端が移動することを抑制できる。
Further, the control unit 210 performs control so that the moving speed of the manipulator tip such as the tip of the first arm 101 does not exceed a predetermined speed.
By controlling in this way, the following effects can be obtained.
In the configuration in which the drive of the first drive unit 160 and the second drive unit 170 is controlled so as to assist the external force applied to the manipulator based only on the detection result of the external force detection unit 112, it is far from the moving speed intended by the user. There is a possibility that the tip of the first arm 101 moves at a moving speed.
On the other hand, by providing a position / velocity command generation unit 411 in the control block for assist control or the like so as not to exceed a predetermined speed, the first arm 101 is moved at a moving speed far from the moving speed intended by the user. It can suppress that a tip moves.

また、マニピュレータ駆動装置に備える制御部として、上述したいずれかの制御部210を備えることで、上述したいずれかの制御部210と同様な効果を奏することができるマニピュレータ装置100を提供できる。   Moreover, the manipulator apparatus 100 which can show | play the effect similar to any one of the control parts 210 mentioned above can be provided by providing the control part 210 mentioned above as a control part with which a manipulator drive device is provided.

(実施例2)
次に、本実施形態のマニピュレータの制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置の実施例2について、図を用いて説明する。
本実施例のマニピュレータ駆動装置(以下、マニピュレータ装置600)は、上述した実施例1のマニピュレータ駆動装置と、動作領域を入力する入力手段(入力装置)に有した動作領域指定手段の具体例を例示した点が主に異なる。その他の点については、上述した実施例1のマニピュレータ駆動装置と同様な機能や構成を備えることができるため、その説明については、適宜、省略して説明する。
(Example 2)
Next, Example 2 of the manipulator driving device including the manipulator control device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
The manipulator driving device of the present embodiment (hereinafter, manipulator device 600) exemplifies a specific example of the manipulator driving device of the above-described first embodiment and the operation region specifying means included in the input means (input device) for inputting the operation region. The differences are mainly different. Since other functions can be provided with the same functions and configurations as those of the manipulator driving device according to the first embodiment, the description thereof will be omitted as appropriate.

図17は、本実施例に係るマニピュレータ装置600の概要説明図、図18は、ツールポイント座標系691と、マニピュレータ絶対座標系692の説明図、図19は、マニピュレータ装置600に備える動作領域指定手段の説明図である。図20は、動作領域(動作方向)を指定するときの一例の説明図である。
ここで、本実施例では図17に示すように4自由度のマニピュレータを備えたマニピュレータ装置600を例に説明するが、マニピュレータの形態はいかなるものでもよく、広く知られるスカラ型や6軸垂直多関節型であっても良い。
FIG. 17 is a schematic explanatory diagram of the manipulator device 600 according to the present embodiment, FIG. 18 is an explanatory diagram of the tool point coordinate system 691 and the manipulator absolute coordinate system 692, and FIG. It is explanatory drawing of. FIG. 20 is an explanatory diagram of an example when an operation region (operation direction) is designated.
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 17, a manipulator device 600 having a four-degree-of-freedom manipulator will be described as an example. It may be articulated.

図17に示すように、本実施例のマニピュレータ装置600は設置台620に設置されている。そして、マニピュレータの根本側には不動部605があり、第四関節604が配置される。この第四関節604と第三関節603は、第三支持部613によって連結されている。同様に第三関節603と第二関節602は第二支持部612によって連結され、第二関節602と第一関節601は第一支持部611によって連結されている。また、第一関節601の先端には作業ツールであるエンドエフェクタ610が設けられる。   As shown in FIG. 17, the manipulator device 600 of this embodiment is installed on an installation table 620. And there is a non-moving part 605 on the base side of the manipulator, and a fourth joint 604 is arranged. The fourth joint 604 and the third joint 603 are connected by a third support portion 613. Similarly, the third joint 603 and the second joint 602 are connected by a second support portion 612, and the second joint 602 and the first joint 601 are connected by a first support portion 611. Further, an end effector 610 as a work tool is provided at the tip of the first joint 601.

ここで、第一関節601はツールポイントとも呼ばれ、ダイレクトティーチングの際にはユーザー(操作者)630はエンドエフェクタ610の姿勢と位置を動かしたいためツールポイント(第一関節601)近傍を操作することが自然である。
また、マニピュレータ装置600に対して、ユーザーがダイレクトティーチング(教示・設定)を行うときには、図18に示すようなツールポイント(第一関節601)座標系691と、マニピュレータ絶対座標系692を考慮する必要がある。ここで、ツールポイント座標系691は、第一関節601から第四関節604が回動するにならって位置と姿勢が変化し、マニピュレータ絶対座標系692は不動である。
Here, the first joint 601 is also called a tool point, and the user (operator) 630 operates the vicinity of the tool point (first joint 601) in order to move the posture and position of the end effector 610 during direct teaching. That is natural.
Further, when the user performs direct teaching (teaching / setting) on the manipulator device 600, it is necessary to consider the tool point (first joint 601) coordinate system 691 and the manipulator absolute coordinate system 692 as shown in FIG. There is. Here, the tool point coordinate system 691 changes its position and orientation as the fourth joint 604 rotates from the first joint 601, and the manipulator absolute coordinate system 692 does not move.

また、ユーザー(操作者)630が意図として、例えばXtpベクトルに沿ってまっすぐにツールポイントを動かしたい場合、従来のダイレクトティーチングでは人間の操作なので厳密に方向を定めたり、まっすぐ動かしたりすることは不可能である。そして、上述した実施例1で説明したようなマニピュレータの制御装置を備えることで、人の手で行うダイレクトティーチングにおいて、マニピュレータ駆動装置の第一支持部の移動を、従来よりも任意の位置・姿勢・移動軌跡で正確に教示することができる。
しかし、入力手段として、ユーザーにより保持する入力装置114等を用いる構成では、ユーザーがマニピュレータに操作力としての外力を加えるときに、次のような必要が生じる場合があり、直感的で簡便な教示方法としては不十分となる場合がある。ユーザーが入力装置114等から片手あるいは両手を離して持ち替えながら作業したり、マニピュレータ位置や姿勢によらずマニピュレータ座標系を把握・確認しながら操作したりする必要である。
Also, if the user (operator) 630 wants to move the tool point straight along the Xtp vector, for example, it is not possible to determine the direction or move straight because the conventional direct teaching is a human operation. Is possible. Further, by providing the manipulator control device as described in the first embodiment, in the direct teaching performed by a human hand, the movement of the first support portion of the manipulator driving device can be moved to any position / posture as compared with the prior art.・ It can be taught accurately with the movement trajectory.
However, in the configuration using the input device 114 or the like held by the user as the input means, when the user applies an external force as an operation force to the manipulator, the following necessity may arise, and intuitive and simple teaching It may be insufficient as a method. It is necessary for the user to work while holding one hand or both hands away from the input device 114 or the like, or to operate while grasping and confirming the manipulator coordinate system regardless of the manipulator position and posture.

そこで、本実施例のマニピュレータ装置600では、人の手で行うダイレクトティーチング方法を、より直感的で簡便な教示方法とするため、動作領域を入力する入力手段に動作領域を指定する手段として、次のような動作領域指定手段を有することとした。
図19に示すように、ツールポイント座標系におけるXtpベクトルに動作領域を指定するためのXtp動作領域指定ボタン651、Ztpベクトルに動作領域を指定するためのZtp動作領域指定ボタン652を第一関節601に有している。
これらを有さない構成では、例えば、ユーザー(操作者)が意図としてXtpベクトルに沿ってまっすぐに動かしたいとき、ユーザーが加えた操作力:Fが図20に示すようにXtpからθdegずれていた場合、Xtpからθdegずれたままアシストされる。
一方、図19に示すように、Xtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652を第一関節601に有した構成では、ユーザー630がXtp動作領域指定ボタン651を押下すると、ZtpおよびYtp方向にはブレーキ(規制)がかかる。そして、Xtp方向のみにアシストがなされ、ユーザー630の意図通りにツールポイント(第一関節601)を誘導することができる。
Therefore, in the manipulator device 600 of this embodiment, in order to make the direct teaching method performed by a human hand a more intuitive and simple teaching method, as a means for specifying an operation area as an input means for inputting an operation area, The operation area designating means is provided.
As shown in FIG. 19, the first joint 601 includes an Xtp motion region designation button 651 for designating a motion region in the Xtp vector in the tool point coordinate system, and a Ztp motion region designation button 652 for designating a motion region in the Ztp vector. Have.
In a configuration without these, for example, when the user (operator) wants to move straight along the Xtp vector as an intention, the operation force F applied by the user: F deviates from θtp by θdeg as shown in FIG. In this case, the assist is performed with a shift of θ deg from Xtp.
On the other hand, as shown in FIG. 19, in the configuration in which the first joint 601 includes the Xtp action area designation button 651 and the Ztp action area designation button 652, when the user 630 presses the Xtp action area designation button 651, the Ztp and Ytp directions There is a brake (regulation). Then, only the Xtp direction is assisted, and the tool point (first joint 601) can be guided as intended by the user 630.

また、Xtp動作領域指定ボタン651はXtp方向を明示するような向きに配置されており、ユーザーがツールポイント座標系691を意識することなく直感的に選択することができる。さらに、Xtp動作領域指定ボタン651にはLEDが備えられ、押下した状態では青く点灯し、動作領域の指定が明示されるようになっている。   The Xtp operation area designation button 651 is arranged in such a direction as to clearly indicate the Xtp direction, and can be selected intuitively without the user being aware of the tool point coordinate system 691. Further, the Xtp operation area designation button 651 is provided with an LED, and when pressed, it is lit in blue so that the designation of the operation area is clearly indicated.

上記説明では、Xtp動作領域指定ボタン651を押下すると、指定方向のXtp方向のみ動作可能にする構成を示した。しかし、高さ方向であるZtp方向を維持したままXtp−Ytp平面を自在に動かしたい場合には、Ztp方向を指定してZtp方向への移動を規制した方が、つまり動作不可にした方が便利な場合もある。このため、Ztp動作領域指定ボタン652を1度押下すると、LEDが青く点灯してZtpにのみ動作可能となり、さらにもう一度押下すると、赤く点灯しZtpのみ動作不能とし、さらにもう一度押下すると動作領域指定が解除されるように構成している。   In the above description, a configuration has been shown in which, when the Xtp operation area designation button 651 is pressed, the operation can be performed only in the designated direction Xtp. However, when it is desired to move the Xtp-Ytp plane freely while maintaining the Ztp direction which is the height direction, it is better to specify the Ztp direction and restrict the movement in the Ztp direction, that is, to disable the operation. Sometimes it is convenient. For this reason, when the Ztp operation area designation button 652 is pressed once, the LED is lit blue so that it can operate only in Ztp. It is configured to be released.

また、上記説明では、ツールポイント座標系691における動作領域指定に関する構成例を説明した。しかし、従来のティーチングペンダントと併用する場合やマニピュレータ装置と例えば部品搬送のためのコンベアなどの周辺機器との座標を合わせて教示したい場合、マニピュレータ絶対座標系692に関しても操作する必要がある。そこで、図19に示すように、第三支持部613が接続された不動部605にマニピュレータ絶対座標系692に関してのXab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653を設けている。これらによって、マニピュレータ絶対座標系692に関して動作領域指定することができる。   In the above description, the configuration example related to the operation area designation in the tool point coordinate system 691 has been described. However, when the teaching pendant is used in combination, or when it is desired to teach the coordinates of the manipulator device and peripheral devices such as a conveyor for conveying parts, it is necessary to operate the manipulator absolute coordinate system 692 as well. Therefore, as shown in FIG. 19, the Xab operation area designation button 654, the Yab action area designation button 655 and the Zab action area designation button 653 for the manipulator absolute coordinate system 692 are connected to the immovable portion 605 to which the third support portion 613 is connected. Is provided. By these, the operation area can be designated with respect to the manipulator absolute coordinate system 692.

以上、本実施例のマニピュレータ装置600に備えるマニピュレータの制御装置(制御部210)では、入力手段は、マニピュレータ先端部となる第一関節601の移動方向を、例えば、Xtp方向等の指定したベクトル方向のみに限定するXtp動作領域指定ボタン651等を有する。
これにより、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれかの方向、例えば、ツールポイント座標系691のXtp(横方向)方向への移動のみに限定し、横方向に移動させたい場合に、直感的な教示が可能となる。
As described above, in the manipulator control device (control unit 210) included in the manipulator device 600 according to the present embodiment, the input unit specifies the moving direction of the first joint 601 serving as the manipulator tip, for example, the specified vector direction such as the Xtp direction. Xtp operation area designation buttons 651 and the like limited to only those.
Thereby, the following effects can be produced.
The tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 moves in any of the X, Y, and Z directions, for example, only in the Xtp (lateral direction) direction of the tool point coordinate system 691, and moves in the horizontal direction. Intuitive teaching is possible when desired.

また、本実施例のマニピュレータの制御装置では、入力手段は、マニピュレータ先端部となる第一関節601の移動方向を、例えば、Ztp方向等の指定したベクトル方向への移動のみを規制するZtp動作領域指定ボタン652等を有する。
これにより、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれかの方向、例えば、ツールポイント座標系691のZtp(高さ)方向への移動のみ規制(固定)し、高さを保持して移動させたい場合に、直感的な教示が可能となる。
In the manipulator control device according to the present embodiment, the input means controls the movement direction of the first joint 601 serving as the manipulator tip, for example, only the movement in the designated vector direction such as the Ztp direction. A designation button 652 and the like are included.
Thereby, the following effects can be produced.
Only the movement of the tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 in any of the X, Y, and Z directions, for example, the Ztp (height) direction of the tool point coordinate system 691, is restricted (fixed) to the height. Intuitive teaching is possible when it is desired to hold and move.

また、本実施例のマニピュレータの制御装置では、入力手段は、次のようなLEDを有している。Xtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653等で指定したベクトル方向を点灯により表示するLEDである。
これにより、次のような効果を奏することができる。
上述したような動作領域指定手段で指定したベクトル方向、つまり、どの方向に動かせるか、又はどの方向への移動が規制されているかを、ユーザー(操作者)に伝達できるので、ユーザーの直感的な操作を助けることができる。
Moreover, in the control device for the manipulator of the present embodiment, the input means has the following LEDs. This LED is lit to display the vector direction designated by the Xtp operation area designation button 651, the Ztp action area designation button 652, the Xab action area designation button 654, the Yab action area designation button 655, the Zab action area designation button 653, and the like.
Thereby, the following effects can be produced.
Since the vector direction specified by the motion area specifying means as described above, that is, in which direction it can be moved or in which direction movement is restricted, can be transmitted to the user (operator), the user's intuitive Can help the operation.

また、本実施例のマニピュレータの制御装置では、入力手段は、動作領域を指定するXtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653を有し、該動作領域指定手段で指定した動作領域を微調整可能なコントローラも有することができる。
これにより、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれでもない方向、例えば、マニピュレータ絶対座標系692のXab方向に対して30degの方向に動かしたい場合はコントローラで調整できる。
In the control device for the manipulator of the present embodiment, the input means includes an Xtp action area designation button 651, a Ztp action area designation button 652, an Xab action area designation button 654, a Yab action area designation button 655 for designating an action area, and A controller having a Zab operation area designation button 653 and capable of finely adjusting the operation area designated by the operation area designation means can be provided.
Thereby, the following effects can be produced.
If it is desired to move the tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 in a direction that is not any of the X, Y, and Z directions, for example, in the direction of 30 deg relative to the Xab direction of the manipulator absolute coordinate system 692, it can be adjusted by the controller.

また、本実施例のマニピュレータ駆動装置では、備えるマニピュレータの制御装置として、上述したいずれかのマニピュレータの制御装置を備えることで、上述したいずれかのマニピュレータの制御装置と同様な効果を奏することができるマニピュレータ装置600を提供できる。   Moreover, in the manipulator drive device of the present embodiment, by providing any of the above-described manipulator control devices as a manipulator control device, the same effects as any of the above-described manipulator control devices can be achieved. A manipulator device 600 can be provided.

また、本実施例のマニピュレータ装置600では、第一関節601の動作領域を入力する入力手段は、マニピュレータ装置600本体に設置されている。そして、動作領域を指定するXtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、Zab動作領域指定ボタン653等の動作領域指定手段を有している。   In the manipulator device 600 according to the present embodiment, the input means for inputting the operation region of the first joint 601 is installed in the manipulator device 600 main body. And, it has operation area designation means such as an Xtp action area designation button 651, a Ztp action area designation button 652, an Xab action area designation button 654, a Yab action area designation button 655, and a Zab action area designation button 653 for designating an action area. ing.

これにより、次のような効果を奏することができる。
入力手段として、ユーザーにより保持する入力装置114等を用いる構成では、ユーザーがマニピュレータに操作力としての外力を加えるときに、次のような必要が生じ、直感的で簡便な教示方法としては不十分となる場合がある。ユーザーが入力装置114等から片手あるいは両手を離して持ち替えながら作業したり、マニピュレータ位置や姿勢によらずマニピュレータ座標系を把握・確認しながら操作したりする必要である。
一方、入力手段に、マニピュレータ装置600本体に設置され、動作領域を指定する動作領域指定手段を有している構成では、ユーザーが操作力を加える近傍に動作領域指定手段を配置でき、上述したような必要が生じることを抑制することができる。
よって、マニピュレータ装置600本体から離れることなく誘導方向を任意に切り替えることが可能で、教育や経験を積んだ専門の作業者でなくとも容易、且つ、直感的にダイレクトティーチングを行うことができるマニピュレータ装置600を提供できる。
Thereby, the following effects can be produced.
In the configuration using the input device 114 or the like held by the user as the input means, when the user applies an external force as an operation force to the manipulator, the following needs arise, which is insufficient as an intuitive and simple teaching method. It may become. It is necessary for the user to work while holding one hand or both hands away from the input device 114 or the like, or to operate while grasping and confirming the manipulator coordinate system regardless of the manipulator position and posture.
On the other hand, in the configuration in which the input means has an operation area designating means that is installed in the main body of the manipulator device 600 and designates the operation area, the operation area designating means can be arranged in the vicinity where the user applies the operation force. It is possible to suppress the occurrence of unnecessary necessity.
Therefore, it is possible to arbitrarily switch the guiding direction without leaving the main body of the manipulator device 600, and a manipulator device that can easily and intuitively perform direct teaching even if it is not a specialized worker who has acquired education and experience. 600 can be provided.

また、本実施例のマニピュレータ装置600では、入力手段に有したXtp動作領域指定ボタン651やZtp動作領域指定ボタン652等の動作領域指定手段は、マニピュレータ先端部近傍となる第一関節601に配置されている。
これにより、ユーザーの操作位置の1つとなるツールポイント近傍での動作領域の入力(設定)が可能となるので、より直感的な教示が行える。
In the manipulator device 600 according to the present embodiment, the operation area designation means such as the Xtp movement area designation button 651 and the Ztp movement area designation button 652 included in the input means are arranged at the first joint 601 near the manipulator tip. ing.
As a result, it becomes possible to input (set) an operation region in the vicinity of the tool point that is one of the user's operation positions, and thus more intuitive teaching can be performed.

また、本実施例のマニピュレータ装置600では、入力手段に有したXab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653等の前記動作領域指定手段は、不動部605に配置されている。
これにより、次のような効果を奏することができる。
マニピュレータ装置600の根本で、マニピュレータ絶対座標系692で動作領域を定義できるため、より実践的な教示が行える。
Further, in the manipulator device 600 according to the present embodiment, the operation area specifying means such as the Xab operation area specifying button 654, the Yab operation area specifying button 655, and the Zab operation area specifying button 653 included in the input means are provided in the non-moving portion 605. Has been placed.
Thereby, the following effects can be produced.
Since the operation region can be defined by the manipulator absolute coordinate system 692 at the root of the manipulator device 600, more practical teaching can be performed.

(実施例3)
次に、本実施形態のマニピュレータの制御装置を備えたマニピュレータ駆動装置の実施例3について、図を用いて説明する。
本実施例のマニピュレータ駆動装置(以下、マニピュレータ装置700)は、上述した実施例1、2のマニピュレータ駆動装置と、次の構成に係る点が主に異なる。ユーザー(操作者)が操作力(外力)を加えた支持部を検出するための接触検出手段を設け、意図した通りに回動させる関節部を設定できる構成を設けたことに係る点である。その他の点については、上述した実施例1のマニピュレータ駆動装置と同様な機能や構成を備えることができるため、その説明については、適宜、省略して説明する。
(Example 3)
Next, Example 3 of the manipulator driving device including the manipulator control device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
The manipulator driving device of the present embodiment (hereinafter referred to as manipulator device 700) is mainly different from the manipulator driving device of Embodiments 1 and 2 described above in the following configuration. This is a point that a user (operator) is provided with a contact detection means for detecting a support portion to which an operation force (external force) is applied, and a configuration in which a joint portion to be rotated as intended is provided. Since other functions can be provided with the same functions and configurations as those of the manipulator driving device according to the first embodiment, the description thereof will be omitted as appropriate.

図21は、本実施例に係るマニピュレータ装置700の概略説明図であり、図21(a)が平面説明図、図21(b)が主な構成部材の側面説明図である。図22は、本実施例に係る第一関節部130、第二関節部140、第三関節部150及びを動作させるマニピュレータ装置700の駆動制御装置の制御ブロック図である。図23は、マニピュレータ装置700に設けることができる接触検出部の例の説明図であり、図23(a)がタッチセンサを用いた例の説明図、図23(b)が光学センサを用いた例の説明図である。   FIG. 21 is a schematic explanatory diagram of a manipulator device 700 according to the present embodiment, in which FIG. 21 (a) is a plan explanatory diagram, and FIG. 21 (b) is a side explanatory diagram of main components. FIG. 22 is a control block diagram of the drive control device of the manipulator device 700 that operates the first joint portion 130, the second joint portion 140, and the third joint portion 150 according to the present embodiment. 23 is an explanatory diagram of an example of a contact detection unit that can be provided in the manipulator device 700. FIG. 23 (a) is an explanatory diagram of an example using a touch sensor, and FIG. 23 (b) is an optical sensor. It is explanatory drawing of an example.

図24は、接触検出部を用いた、マニピュレータ装置700の動作モードの例の説明図であり、図24(a)が第一動作モードである動作モード1の説明図、図24(b)が第二動作モードである動作モード2の説明図である。また、図24(c)が第三動作モードである動作モード3の説明図、図24(d)が第四動作モードである動作モード4の説明図である。図25は、本実施例のダイレクトティーチングにおける動作制御シーケンスの一例の説明図である。
ここで、本実施例では図21等に示すように3自由度のマニピュレータ(3つの関節部を設けたマニピュレータ)を備えたマニピュレータ装置700を例に説明する。しかし、以下に説明する本実施例の要旨は、このような構成に限定されるものではなく、後述する動作モード1と動作モード2は2自由度以上、動作モード3と動作モード4は3自由度以上のマニピュレータを備えたマニピュレータ駆動装置に適用可能である。
FIG. 24 is an explanatory diagram of an example of the operation mode of the manipulator device 700 using the contact detection unit. FIG. 24A is an explanatory diagram of the operation mode 1 in which the first operation mode is illustrated, and FIG. It is explanatory drawing of the operation mode 2 which is a 2nd operation mode. FIG. 24C is an explanatory diagram of the operation mode 3 that is the third operation mode, and FIG. 24D is an explanatory diagram of the operation mode 4 that is the fourth operation mode. FIG. 25 is an explanatory diagram of an example of an operation control sequence in the direct teaching of the present embodiment.
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 21 and the like, a manipulator device 700 including a manipulator having three degrees of freedom (manipulator having three joint portions) will be described as an example. However, the gist of the present embodiment described below is not limited to such a configuration, and operation mode 1 and operation mode 2 described later have two or more degrees of freedom, and operation mode 3 and operation mode 4 have three degrees of freedom. The present invention can be applied to a manipulator driving device provided with a manipulator of a degree higher than that.

マニピュレータ装置700は、図21に示すように、複数の支持部の内、装置本体の土台111aに固定された不動部である支柱部111bから最も後段側(先端側)に第一関節部130を介して連結される第一アーム101を有している。この前段側には、第一関節部130を介して第一アーム101と連結される第二アーム102を有しており、更に前段側には、第二関節部140を介して第二アーム102と連結される第三アーム121を有している。そして、第三アーム121は、第三関節部150を介して支柱部111bに連結されている。   As shown in FIG. 21, the manipulator device 700 has a first joint portion 130 at the most rear side (front end side) from the column portion 111 b which is a fixed portion fixed to the base 111 a of the device body among the plurality of support portions. The first arm 101 is connected via the first arm 101. On the front stage side, the second arm 102 connected to the first arm 101 via the first joint part 130 is provided, and on the further front side, the second arm 102 is provided via the second joint part 140. And a third arm 121 coupled to the. The third arm 121 is coupled to the support column 111b via the third joint 150.

また、第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121は、次のように支持されている。図21(b)に示すように、第一アーム101と第二アーム102はそれぞれ、前段側の端部近傍が、第一関節部130の第一駆動中心103と第二関節部140の第二駆動中心104に回転可能に支持されている。そして、第三アーム121も、前段側の端部近傍が、第三関節部150の第三駆動中心122に回転可能に支持されている。
ここで、第一関節部130の第一駆動中心103、第二関節部140の第二駆動中心104、及び第三関節部150の第三駆動中心122は平行に設けられている。
The first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121 are supported as follows. As shown in FIG. 21 (b), the first arm 101 and the second arm 102 have a first drive center 103 of the first joint part 130 and a second joint part 140 of the second joint part 140, respectively, in the vicinity of the front end. The drive center 104 is rotatably supported. The third arm 121 is also rotatably supported by the third drive center 122 of the third joint 150 in the vicinity of the front end.
Here, the first drive center 103 of the first joint part 130, the second drive center 104 of the second joint part 140, and the third drive center 122 of the third joint part 150 are provided in parallel.

第一関節部130には、第一駆動部160としての、第一モータ106と、その第一駆動中心103を出力軸心とする第一減速機105とが接続されており、第一モータ106からの回転駆動力を減速して第一アーム101に伝達し、第一アーム101を回転駆動する。また、第二アーム102とは反対側の第一モータ106の側面には、第一モータ106の回転量を計測可能なように、第一モータ用エンコーダ107が取付けられており、第一減速機105と第一モータ106は第二アーム102に固定されている。
第二関節部140には、第二駆動部170としての、第二モータ109と、その第二駆動中心104を出力軸心とする第二減速機108とが接続されており、第二モータ109からの回転駆動力を減速して第二アーム102に伝達し、第二アーム102を回転駆動する。また、第三アーム121とは反対側の第二モータ109の側面には、第二モータ109の回転量を計測可能なように、第二モータ用エンコーダ110が取付けられており、第二減速機108と第二モータ109は第三アーム121に固定されている。
The first joint unit 130 is connected to a first motor 106 as a first drive unit 160 and a first speed reducer 105 having the first drive center 103 as an output axis. The rotational driving force from is decelerated and transmitted to the first arm 101, and the first arm 101 is rotationally driven. A first motor encoder 107 is attached to the side surface of the first motor 106 opposite to the second arm 102 so that the amount of rotation of the first motor 106 can be measured. 105 and the first motor 106 are fixed to the second arm 102.
A second motor 109 as a second drive unit 170 and a second speed reducer 108 having the second drive center 104 as an output axis are connected to the second joint unit 140. The rotational driving force is decelerated and transmitted to the second arm 102, and the second arm 102 is rotationally driven. A second motor encoder 110 is attached to the side surface of the second motor 109 opposite to the third arm 121 so that the rotation amount of the second motor 109 can be measured. 108 and the second motor 109 are fixed to the third arm 121.

第三関節部150には、第三駆動部180としての、第三モータ124と、その第三駆動中心122を出力軸心とする第三減速機123とが接続されており、第三モータ124からの回転駆動力を減速して第三アーム121に伝達し、第三アーム121を回転駆動する。また、支柱部111bと第三モータ124の間には、第三モータ124の回転量を計測可能なように、第三モータ用エンコーダ125が取付けられており、第三駆動中心122の一端側は、支柱部111b(土台111a)に固定されている。   A third motor 124 as a third drive unit 180 and a third speed reducer 123 having the third drive center 122 as an output axis are connected to the third joint unit 150. The rotational driving force from is decelerated and transmitted to the third arm 121, and the third arm 121 is rotationally driven. A third motor encoder 125 is attached between the support 111b and the third motor 124 so that the amount of rotation of the third motor 124 can be measured. These are fixed to the support 111b (base 111a).

第一モータ用エンコーダ107は、第一減速機105の減速比と計測した回転量から、第二アーム102に対する第一アーム101の回転量を計測する第一アーム用エンコーダ131としても機能する。また、第二モータ用エンコーダ110は、第二減速機108の減速比と計測した回転量から、第三アーム121に対する第二アーム102の回転量を計測する第二アーム用エンコーダ141としても機能する。そして、第三モータ用エンコーダ125は、第三減速機123の減速比と計測した回転量から、支柱部111bに対する第三アーム121の回転量を計測する第三アーム用エンコーダ151としても機能する。但し、第一アーム用エンコーダ131、第二アーム用エンコーダ141、及び第三アーム用エンコーダ151を別体で設け、各関節部に接続される各アームがなす角度を計測し、各関節部の回転量としても良い。   The first motor encoder 107 also functions as a first arm encoder 131 that measures the rotation amount of the first arm 101 relative to the second arm 102 from the reduction ratio of the first reduction gear 105 and the measured rotation amount. The second motor encoder 110 also functions as a second arm encoder 141 that measures the rotation amount of the second arm 102 relative to the third arm 121 from the reduction ratio of the second reduction gear 108 and the measured rotation amount. . The third motor encoder 125 also functions as a third arm encoder 151 that measures the rotation amount of the third arm 121 relative to the support column 111b from the reduction ratio of the third reduction device 123 and the measured rotation amount. However, the first arm encoder 131, the second arm encoder 141, and the third arm encoder 151 are provided separately, and the angle formed by each arm connected to each joint portion is measured, and the rotation of each joint portion is measured. It is good as quantity.

第一アーム101には、第一アーム101を介して第一駆動中心103に加わる外力のベクトルを検知するための第一外力検出部132と、ユーザーの手等の物体が第一アーム101に接触したことを検出するための第一接触検出部133が取付けられている。そして、第一アーム101先端には作業ツールである把持機構が取り付けられている。一方、第二アーム102には、第二アーム102を介して第二駆動中心104に加わる外力のベクトルを検知するための第二外力検出部142と、ユーザーの手等の物体が第二アーム102に接触したことを検出するための第二接触検出部143が取付けられている。また、第三アーム121には、第三アーム121を介して第三駆動中心122に加わる外力のベクトルを検知するための第二外力検出部142と、ユーザーの手等の物体が第三アーム121に接触したことを検出するための第三接触検出部153が取付けられている。   The first arm 101 has a first external force detector 132 for detecting a vector of an external force applied to the first drive center 103 via the first arm 101, and an object such as a user's hand contacts the first arm 101. A first contact detection unit 133 for detecting the occurrence of the failure is attached. A gripping mechanism that is a work tool is attached to the tip of the first arm 101. On the other hand, the second arm 102 includes a second external force detector 142 for detecting a vector of an external force applied to the second drive center 104 via the second arm 102 and an object such as a user's hand. A second contact detection unit 143 for detecting that the contact has been made is attached. The third arm 121 includes a second external force detector 142 for detecting a vector of an external force applied to the third drive center 122 via the third arm 121, and an object such as a user's hand. A third contact detection unit 153 for detecting that the contact has been made is attached.

また、詳しくは後述するが、マニピュレータの制御装置として機能する制御部210aには、次のようなものが接続されている。各モータ、各モータ用エンコーダ、各外力検出部、各接触検出部、及びアーム先端の動作領域や各関節部をそれぞれ回動させる各駆動部の駆動を制御して外力を補助する(アシスト制御の)動作モードを入力する入力部113が接続されている。
動作の一例としては、第二外力検出部142と第三外力検出部152に外力が加わり、第二接触検出部143でユーザーの手等の物体の接触を検出すると、制御部210からの信号で第二モータ109に動作指令が伝達され、第二モータ109が駆動する。ここで、入力部113から入力された動作モードに応じて、第一モータ106、第二モータ109、第三モータ124の内、第二モータ109が駆動されることとなる。また、いずれかのアームが駆動されるときには各モータ用エンコーダから各モータの回転情報と、各アームの回転情報とが測定可能となっている。
As will be described in detail later, the following is connected to the control unit 210a that functions as a control device for the manipulator. Each motor, each motor encoder, each external force detection unit, each contact detection unit, and the drive of each drive unit that rotates the operation region of each arm tip and each joint unit are controlled to assist the external force (assist control ) An input unit 113 for inputting an operation mode is connected.
As an example of the operation, when an external force is applied to the second external force detection unit 142 and the third external force detection unit 152 and the contact of an object such as a user's hand is detected by the second contact detection unit 143, a signal from the control unit 210 is used. The operation command is transmitted to the second motor 109, and the second motor 109 is driven. Here, the second motor 109 among the first motor 106, the second motor 109, and the third motor 124 is driven according to the operation mode input from the input unit 113. Further, when any of the arms is driven, rotation information of each motor and rotation information of each arm can be measured from each motor encoder.

次に、第一関節部130、第二関節部140、第三関節部150及びを動作させるマニピュレータ装置700の駆動制御装置の制御ブロック図である、図22を用いてマニピュレータ装置100の具体的な構成、及び動作について説明する。
マニピュレータ装置700は、図2を用いて説明した実施例1のマニピュレータ装置と同様に、主に、マニピュレータ本体200a、電源部291、ホストコントローラ281等からなる。例えば、マニピュレータ動作に画像情報が必要な場合は画像入力装置271が接続されることもある。ここで、図22ではマニピュレータ本体200a、ホストコントローラ281、電源部291等を別体としているが、全てがマニピュレータ本体200a内に実装されたスタンドアロン型の構成としても良い。
Next, it is a control block diagram of the drive control device of the manipulator device 700 for operating the first joint portion 130, the second joint portion 140, the third joint portion 150, and a specific example of the manipulator device 100 using FIG. The configuration and operation will be described.
The manipulator device 700 mainly includes a manipulator body 200a, a power supply unit 291 and a host controller 281 as in the case of the manipulator device according to the first embodiment described with reference to FIG. For example, when image information is required for manipulator operation, an image input device 271 may be connected. Here, in FIG. 22, the manipulator main body 200a, the host controller 281 and the power supply unit 291 are separated. However, all of them may be a stand-alone configuration mounted in the manipulator main body 200a.

制御部210aには、中央処理装置であるCPU211等が備えられており、マニピュレータ本体200aの動作制御を行う。
ホストコントローラ281とCPU211は通信網282で接続されており、通信網282にて動作モード情報、駆動制御に必要な各種パラメータ、マニピュレータ本体200aの目標移動位置情報などが送られてくる。
また、CPU211には、各種センサ220やスイッチ221の信号が入力されており、これらの信号情報をもとに、マニピュレータの稼動領域の入力(設定)、動作開始や緊急停止等の起動や停止が行われる。
The controller 210a is provided with a CPU 211, which is a central processing unit, and controls the operation of the manipulator body 200a.
The host controller 281 and the CPU 211 are connected via a communication network 282, and the communication network 282 receives operation mode information, various parameters necessary for drive control, target movement position information of the manipulator body 200a, and the like.
The CPU 211 receives signals from various sensors 220 and switches 221. Based on the signal information, the CPU 211 inputs (sets) the operation area of the manipulator, and starts and stops such as operation start and emergency stop. Done.

マニピュレータ本体200aの各関節は、第一関節部130が第一モータ106で、第二関節部140が第二モータ109で、第三関節部150が第三モータ124で、駆動される。
第一モータ106、第二モータ109、及び第三モータ124の駆動情報は、第一モータ用エンコーダ107、第二モータ用エンコーダ110、及び第三モータ用エンコーダ125からの信号として第一駆動情報検出部234、第二駆動情報検出部236、及び第三駆動情報検出部238に入力される。これら入力された信号は、それぞれ第一駆動情報検出部234、第二駆動情報検出部236、及び第三駆動情報検出部238で、移動量、移動速度、移動加速度といった回転情報に変換される。これら変換された回転情報と外力検出部112で検出されるマニピュレータ本体200aに加わる外力がCPU211(制御部210a)内の駆動制御部214に入力される。
Each joint of the manipulator body 200 a is driven by the first joint portion 130 by the first motor 106, the second joint portion 140 by the second motor 109, and the third joint portion 150 by the third motor 124.
The drive information of the first motor 106, the second motor 109, and the third motor 124 is detected as the first drive information as signals from the first motor encoder 107, the second motor encoder 110, and the third motor encoder 125. Are input to the unit 234, the second drive information detection unit 236, and the third drive information detection unit 238. These input signals are converted into rotation information such as a movement amount, a movement speed, and a movement acceleration by the first drive information detection unit 234, the second drive information detection unit 236, and the third drive information detection unit 238, respectively. The converted rotation information and the external force applied to the manipulator body 200a detected by the external force detection unit 112 are input to the drive control unit 214 in the CPU 211 (control unit 210a).

また、入力部113から第一アーム101のアーム先端の動作領域がCPU211に入力され、第一アーム101のアーム先端の動作領域や動作方向が制限される。
そして、これに加え、本実施例では、入力部113から動作モードが入力されたり、変更されたりして、各関節部をそれぞれ回動させる各駆動モータの駆動を制御して外力を補助する。
駆動制御部214は、これらの回転情報、外力、制限された動作方向、及び動作モードを元に目標指令値を生成する。そして、生成した目標指令値に沿った駆動となるよう、第一モータドライバ233、第二モータドライバ235、及び第三モータドライバ237に制御指令を出し、第一モータ106、第二モータ109、及び第三モータ124を駆動する。
また、CPU211内には記憶部215を有しており、この記憶部215が、各関節部のそれぞれに連結される支持部がなす角度を、各関節部毎に記憶する記憶手段として機能する。
In addition, the operation region at the tip of the first arm 101 is input to the CPU 211 from the input unit 113, and the operation region and the operation direction at the tip of the first arm 101 are restricted.
In addition to this, in this embodiment, the operation mode is input or changed from the input unit 113, and the driving force of each drive motor that rotates each joint unit is controlled to assist the external force.
The drive control unit 214 generates a target command value based on the rotation information, the external force, the limited operation direction, and the operation mode. Then, a control command is issued to the first motor driver 233, the second motor driver 235, and the third motor driver 237 so as to drive according to the generated target command value, and the first motor 106, the second motor 109, and The third motor 124 is driven.
Further, the CPU 211 has a storage unit 215, and this storage unit 215 functions as a storage unit that stores, for each joint unit, an angle formed by a support unit coupled to each joint unit.

ここで、制御部210aでは、ダイレクトティーチング開始時間から一定間隔で、開始からの時間、及びマニピュレータの位置、姿勢として、各関節部のそれぞれに連結される支持部がなす角度を、各関節部毎に記憶部215に登録(記憶)する。これにより、ユーザーがマニピュレータを動かした場合、現在のマニピュレータ位置姿勢と現在の位置姿勢までの動作軌跡を登録する。
そして、ダイレクトティーチングした動作をマニピュレータに再現させる場合、ダイレクトティーチング後のユーザーの合図(入力部113からの指示)で、制御部210aは記憶部215に登録された位置、姿勢に登録された時間間隔にあわせて各関節部を駆動する。
また、第一アーム101のアーム先端の動作領域や動作方向、及び動作モードの入力や変更は、図3を用いて説明した実施例1と同様な入力装置114のタッチパネル114aやテンキー114bにより行うことができる。例えば、タッチパネル114aに動作モードの種類を表示し、タッチパネル114aまたはテンキー114bより動作モードを選択する。そして、選択された入力信号は制御部210aに入力され、動作指令値生成のとき使用される。
Here, in the control unit 210a, the angle formed by the support unit connected to each joint unit as the time from the start and the position and posture of the manipulator at regular intervals from the direct teaching start time is set for each joint unit. Registered (stored) in the storage unit 215. Thus, when the user moves the manipulator, the current manipulator position / posture and the motion trajectory up to the current position / posture are registered.
When the manipulator reproduces the direct teaching operation, the control unit 210a uses the cue of the user after direct teaching (instruction from the input unit 113), and the time interval registered in the position and orientation registered in the storage unit 215. Each joint is driven according to the above.
Also, the input and change of the operation area, the operation direction, and the operation mode of the arm tip of the first arm 101 are performed by the touch panel 114a and the numeric keypad 114b of the input device 114 similar to the first embodiment described with reference to FIG. Can do. For example, the type of operation mode is displayed on the touch panel 114a, and the operation mode is selected from the touch panel 114a or the numeric keypad 114b. The selected input signal is input to the control unit 210a and used when generating an operation command value.

次に、図23(a)、図23(b)を用いて、本実施例のマニピュレータ装置700に設けることができる各接触検出部の例を説明する。
物体であるユーザーの手がいずれかのアームに触れたことを検出する各接触検出部にタッチセンサを用いた例について、図23(a)を説明する。
図23(a)に示すように、第一アーム101の側面には、第一接触検出部133としての第一タッチセンサ134を設けている。そして、第二アーム102の側面には、第二接触検出部143としての第二タッチセンサ144を設け、第三アーム121の側面には、第三接触検出部153としての第三タッチセンサ154を設けている。
これらのタッチセンサは、上述したCPU211(制御部200a)の駆動制御部214に接続されており、CPU211内部では閾値が設定されており、その閾値を超えると接触と判断する。
Next, an example of each contact detection unit that can be provided in the manipulator device 700 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 23 (a) and 23 (b).
FIG. 23A illustrates an example in which a touch sensor is used for each contact detection unit that detects that a user's hand, which is an object, has touched one of the arms.
As shown in FIG. 23A, the first touch sensor 134 as the first contact detection unit 133 is provided on the side surface of the first arm 101. A second touch sensor 144 as the second contact detection unit 143 is provided on the side surface of the second arm 102, and a third touch sensor 154 as the third contact detection unit 153 is provided on the side surface of the third arm 121. Provided.
These touch sensors are connected to the drive control unit 214 of the CPU 211 (control unit 200a) described above, and a threshold value is set inside the CPU 211. When the threshold value is exceeded, it is determined that the touch is made.

物体であるユーザーの手がいずれかのアームに触れたことを検出する各接触検出部に光学センサを用いた例について、図23(b)を説明する。
図23(b)に示すように、第一アーム101の上部前段側(第一関節部130)には、第一接触検出部133としての第一光学センサ135を設けている。そして、第二アーム102の上部前段側(第二関節部140)には、第二接触検出部143としての第二光学センサ145を設け、第三アーム121の上部前段側(第三関節部150)には、第三接触検出部153としての第三光学センサ155を設けている。
これらの三光学センサは、上述したCPU211(制御部200a)の駆動制御部214に接続されており、CPU211内部では閾値が設定されており、その閾値を超えると接触と判断する。
FIG. 23B illustrates an example in which an optical sensor is used for each contact detection unit that detects that the user's hand, which is an object, has touched any arm.
As shown in FIG. 23 (b), a first optical sensor 135 as a first contact detection unit 133 is provided on the upper front side (first joint portion 130) of the first arm 101. A second optical sensor 145 as a second contact detection unit 143 is provided on the upper front stage side (second joint part 140) of the second arm 102, and the upper front stage side (third joint part 150) of the third arm 121 is provided. ) Is provided with a third optical sensor 155 as a third contact detector 153.
These three optical sensors are connected to the drive control unit 214 of the CPU 211 (control unit 200a) described above, and a threshold value is set inside the CPU 211. When the threshold value is exceeded, it is determined that a contact has occurred.

次に、本実施例のマニピュレータ装置700における各接触検出部を用いた動作モードの例について、図24を用いて説明する。
本実施例のマニピュレータ装置700は、以下に説明する動作モード1から動作モード4の、4つの動作モードを有する。そして、入力装置114を用いて設定(入力・選択・変更)した動作モードのアシスト制御は、回転情報、外力、制限された動作方向、及び動作モードを元に目標指令値を生成し、実施例1で説明したアシスト制御方法1から3のいずれかと同様な方法で行う。
Next, an example of an operation mode using each contact detection unit in the manipulator device 700 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
The manipulator device 700 of the present embodiment has four operation modes of operation mode 1 to operation mode 4 described below. The assist control of the operation mode set (input / selection / change) using the input device 114 generates a target command value based on the rotation information, the external force, the limited operation direction, and the operation mode. The assist control methods 1 to 3 described in 1 are performed in the same manner.

ここで、複数の関節部を介して直列に連結された複数の支持部を備えたマニピュレータ装置700では、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりすることがある。このように意図した関節部を回動できないと、各関節部の回動角が意図したものから乖離してしまい、各関節部の回動を補正する必要が生じ、教示するのに要する時間が長くなるおそれがある。
そこで、本実施例のマニピュレータ装置700では、以下のような複数の動作モードを備えることとした。
Here, in the manipulator device 700 including a plurality of support portions connected in series via a plurality of joint portions, an intended joint portion does not rotate or an unintended joint portion rotates. Sometimes. If the intended joints cannot be rotated in this way, the rotation angles of the joints will deviate from the intended ones, and it will be necessary to correct the rotation of each joint, and the time required for teaching will be May be longer.
Therefore, the manipulator device 700 of this embodiment is provided with a plurality of operation modes as follows.

(動作モード1)
動作モード1(第一動作モード)では、例えば、図24(a)に示すように、ユーザーが手で第二アーム102に第一操作力F71を下方に加えたときに、第二関節部140の第二駆動部170と第三関節部150の第三駆動部180を駆動するアシスト制御を行う。
ここで、上述したようにマニピュレータ装置700には、複数の支持部の内、支柱部111bを除く支持部である第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121には、物体が接触したことを検出する接触検出部がそれぞれ設けられている。そして、物体が接触したことを検出した第二接触検出部143を設けた接触支持部である第二アーム102から支柱部111bまでの間に第二関節部140と第三関節部150の2つの関節部がある。
このような場合、動作モード1では、制御部210aは上記2つの関節部をそれぞれ回動させる第二駆動部170と第三駆動部180の駆動を制御して、第一操作力F71を補助する。
(Operation mode 1)
In the operation mode 1 (first operation mode), for example, as shown in FIG. 24A, when the user manually applies the first operating force F71 to the second arm 102 downward, the second joint part 140 is applied. Assist control for driving the second drive unit 170 and the third drive unit 180 of the third joint unit 150 is performed.
Here, as described above, the manipulator device 700 is in contact with the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121, which are the support portions excluding the support column portion 111 b, among the plurality of support portions. A contact detector for detecting the occurrence of the failure is provided. And between the 2nd arm 102 which is the contact support part which provided the 2nd contact detection part 143 which detected that the object contacted, and the support | pillar part 111b, two joint parts 140 and the 3rd joint part 150 are two. There is a joint.
In such a case, in the operation mode 1, the control unit 210a assists the first operating force F71 by controlling the driving of the second driving unit 170 and the third driving unit 180 that rotate the two joint portions, respectively. .

このような動作モード1を有することで、マニピュレータ装置700は、次のような効果を奏することができる。
接触支持部である第二アーム102と支柱部111bとの間の、2つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、動作モード1に設定し、第二アーム102に第一操作力F71を加えることができる。このようにして第一操作力F71を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置700の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
By having such an operation mode 1, the manipulator device 700 can exhibit the following effects.
When it is desired to rotate only two joints between the second arm 102 which is the contact support portion and the support column 111b, the operation mode 1 is set, and the first operating force F71 is applied to the second arm 102. Can be added. By applying the first operating force F71 in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, so that the rotation angle of each joint part is intended. It is possible to suppress deviation from what has been done.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to reduce the time required when teaching the manipulator driving device 700.

(動作モード2)
動作モード2(第二動作モード)では、例えば、図24(b)に示すように、ユーザーが手で第二アーム102に第二操作力F72を下方に加えたときに、第二関節部140の第二駆動部170を駆動するアシスト制御を行う。
ここで、上述したようにマニピュレータ装置700には、複数の支持部の内、支柱部111bを除く支持部である第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121には、物体が接触したことを検出する接触検出部がそれぞれ設けられている。そして、物体が接触したことを検出した第二接触検出部143を設けた接触支持部である第二アーム102から支柱部111bまでの間に第二関節部140と第三関節部150の2つ(2以上)の関節部がある。
このような場合、動作モード2では、制御部210aは上記2つ(2以上)の関節部の内、接触支持部である第二アーム102が連結された第二関節部140を回動させる第二駆動部170の駆動を制御して、第二操作力F72を補助する。
(Operation mode 2)
In the operation mode 2 (second operation mode), for example, as shown in FIG. 24B, when the user manually applies the second operating force F72 to the second arm 102 downward, the second joint part 140 is applied. Assist control for driving the second drive unit 170 is performed.
Here, as described above, the manipulator device 700 is in contact with the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121, which are the support portions excluding the support column portion 111 b, among the plurality of support portions. A contact detector for detecting the occurrence of the failure is provided. And between the 2nd arm 102 which is the contact support part which provided the 2nd contact detection part 143 which detected that the object contacted, and the support | pillar part 111b, two of the 2nd joint part 140 and the 3rd joint part 150 are provided. There are (two or more) joints.
In such a case, in the operation mode 2, the control unit 210a rotates the second joint unit 140 to which the second arm 102 serving as the contact support unit is coupled among the two (two or more) joint units. The driving of the second driving unit 170 is controlled to assist the second operating force F72.

このような動作モード2を有することで、マニピュレータ装置700は、次のような効果を奏することができる。
接触支持部である第二アーム102が連結される支柱部111b側の1つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、動作モード2に設定し、第二アーム102に第二操作力F72を加えることができる。このようにして第二操作力F72を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置700の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
By having such an operation mode 2, the manipulator device 700 can exhibit the following effects.
When it is desired to rotate only one joint part on the column part 111b side to which the second arm 102 as the contact support part is connected, the operation mode 2 is set, and the second operating force F72 is applied to the second arm 102. Can be added. By applying the second operating force F72 in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, so that the rotation angle of each joint part is intended. It is possible to suppress deviation from what has been done.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to reduce the time required when teaching the manipulator driving device 700.

(動作モード3)
動作モード3(第三動作モード)では、例えば、図24(c)に示すように、ユーザーが手で第一アーム101に第三操作力F73を下方に加えたときに、次のようなアシスト制御を行う。第一関節部130の第一駆動部160、第二関節部140の第二駆動部170、及び第三関節部150の第三駆動部180を駆動するアシスト制御を行う。
ここで、上述したようにマニピュレータ装置700には、複数の支持部の内、支柱部111bを除く支持部である第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121には、物体が接触したことを検出する接触検出部がそれぞれ設けられている。そして、物体が接触したことを検出した第一接触検出部133を設けた接触支持部である第一アーム101から支柱部111bまでの間に第一関節部130、第二関節部140、及び第三関節部150の3つ(3以上)の関節部がある。
このような場合、動作モード3では、制御部210aは上記3つ(3以上の関節部の内、接触支持部である第一アーム101に近い側の3つ)の関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160、第二駆動部170、及び第三駆動部180の駆動を制御して、第一操作力F71を補助する。
(Operation mode 3)
In the operation mode 3 (third operation mode), for example, as shown in FIG. 24C, when the user manually applies the third operating force F73 downward to the first arm 101, the following assistance is provided. Take control. Assist control for driving the first drive unit 160 of the first joint unit 130, the second drive unit 170 of the second joint unit 140, and the third drive unit 180 of the third joint unit 150 is performed.
Here, as described above, the manipulator device 700 is in contact with the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121, which are the support portions excluding the support column portion 111 b, among the plurality of support portions. A contact detector for detecting the occurrence of the failure is provided. And between the 1st arm 101 which is the contact support part which provided the 1st contact detection part 133 which detected that the object contacted, and the support | pillar part 111b, the 1st joint part 130, the 2nd joint part 140, and the 1st There are three (three or more) joints of the three joints 150.
In such a case, in the operation mode 3, the control unit 210a rotates the three joint portions (three of the three or more joint portions on the side close to the first arm 101 that is the contact support portion). The first driving unit 160, the second driving unit 170, and the third driving unit 180 are controlled to assist the first operating force F71.

このような動作モード3を有することで、マニピュレータ装置700は、次のような効果を奏することができる。
接触支持部である第一アーム101と支柱部111bとの間の、(第一アーム101に近い側の)3つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、動作モード3に設定し、第一アーム101に第三操作力F73を加えることができる。このようにして第三操作力F73を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置700の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
By having such an operation mode 3, the manipulator device 700 can achieve the following effects.
If you want to rotate only the three joints (on the side close to the first arm 101) between the first arm 101 and the support column 111b, which are contact support parts, set the operation mode 3, A third operating force F73 can be applied to the first arm 101. By applying the third operating force F73 in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, so that the rotation angle of each joint part is intended. It is possible to suppress deviation from what has been done.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to reduce the time required when teaching the manipulator driving device 700.

(動作モード4)
動作モード4(第四動作モード)では、例えば、図24(d)に示すように、ユーザーが手で第一アーム101に第四操作力F74を下方に加えたときに、第一関節部130の第一駆動部160と第二関節部140の第二駆動部170を駆動するアシスト制御を行う。
ここで、上述したようにマニピュレータ装置700には、複数の支持部の内、支柱部111bを除く支持部である第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121には、物体が接触したことを検出する接触検出部がそれぞれ設けられている。そして、物体が接触したことを検出した第一接触検出部133を設けた接触支持部である第一アーム101から支柱部111bまでの間に第一関節部130、第二関節部140、及び第三関節部150の3つ(3以上)の関節部がある。また、(接触支持部である第一アーム101に近い側の)3つの関節部の回動軸が平行に設けられている。
このような場合、動作モード4では、制御部210aは上記3つ(3以上)の関節部の内、接触支持部である第一アーム101に近い側の2つの関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160と第二駆動部170の駆動を制御して、第一操作力F71を補助する。
(Operation mode 4)
In the operation mode 4 (fourth operation mode), for example, as shown in FIG. 24D, when the user manually applies the fourth operating force F74 to the first arm 101 downward, the first joint portion 130 is provided. Assist control for driving the first drive unit 160 and the second drive unit 170 of the second joint unit 140 is performed.
Here, as described above, the manipulator device 700 is in contact with the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121, which are the support portions excluding the support column portion 111 b, among the plurality of support portions. A contact detector for detecting the occurrence of the failure is provided. And between the 1st arm 101 which is the contact support part which provided the 1st contact detection part 133 which detected that the object contacted, and the support | pillar part 111b, the 1st joint part 130, the 2nd joint part 140, and the 1st There are three (three or more) joints of the three joints 150. Further, the rotation axes of the three joint portions (on the side close to the first arm 101 which is the contact support portion) are provided in parallel.
In such a case, in the operation mode 4, the control unit 210a rotates the two joint portions on the side close to the first arm 101 that is the contact support portion among the three (three or more) joint portions. The drive of the one drive part 160 and the 2nd drive part 170 is controlled, and the 1st operating force F71 is assisted.

このような動作モード4を有することで、マニピュレータ装置700は、次のような効果を奏することができる。
接触支持部である第一アーム101と支柱部111bとの間の、第一アーム101に近い側の回動軸が平行な2つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、動作モード4に設定し、第一アーム101に第四操作力F74を加えることができる。このようにして第四操作力F74を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置700の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
By having such an operation mode 4, the manipulator device 700 can achieve the following effects.
When it is desired to rotate only the two joint portions between the first arm 101 which is the contact support portion and the support column portion 111b, the rotation shafts on the side close to the first arm 101 are parallel, operation mode 4 The fourth operating force F74 can be applied to the first arm 101. By applying the fourth operating force F74 in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, and the rotation angle of each joint part is intended. It is possible to suppress deviation from what has been done.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to reduce the time required when teaching the manipulator driving device 700.

次に、本実施例のマニピュレータ装置700におけるアシスト制御の動作制御シーケンスの一例について、図25を用いて説明する。
図25に示すように、ダイレクトティーチング(アシスト制御)を開始すると、まず、外力(操作力)検出を行い、いずれかの外力検出部で外力を検出したか否かの判断を行う(S401)。この判断で、いずれかの外力検出部で外力を検出したと判断した場合には(S401のYES)、いずれの接触検出部で接触を検出したかを特定(検出)する接触位置検出を行う(S402)。一方、いずれの外力検出部でも外力を検出していないと判断した場合には(S401のNO)、外力検出に戻り、いずれかの外力検出部で外力を検出するまで外力検出を繰り返す。また、接触位置検出で、いずれの接触検出部で接触を検出したか判断できない場合も(S402のNO)、外力検出に戻り、いずれかの外力検出部で外力を検出し、いずれの接触検出部で接触を検出したか判断できるまで外力検出と接触位置検出を繰り返す。
Next, an example of an operation control sequence of assist control in the manipulator device 700 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 25, when direct teaching (assist control) is started, first, external force (operation force) is detected, and it is determined whether any external force is detected by any of the external force detection units (S401). If it is determined in this determination that any of the external force detection units has detected an external force (YES in S401), contact position detection for specifying (detecting) which contact detection unit has detected the contact is performed ( S402). On the other hand, when it is determined that no external force is detected by any of the external force detection units (NO in S401), the external force detection is repeated until the external force is detected by any of the external force detection units. Further, even when the contact position detection cannot determine which contact detection unit detects contact (NO in S402), the process returns to the external force detection, and the external force is detected by any one of the external force detection units. The external force detection and the contact position detection are repeated until it can be determined whether or not contact has been detected.

接触位置検出で、いずれの接触検出部で接触を検出したかを特定できたら(S402のYES)、設定(選択)されている動作モードの判定を行う(S403〜S406)。そして、判定した動作モードと、接触位置検出で特定した接触位置とに基づいた駆動部を駆動するアシスト制御を行い(S407〜S410)、マニピュレータの動作を記憶(登録)して(S411)終了する。但し、動作モード4であるか否かの判で(S406)、動作モード4でないと判断した場合(S406のNO)、マニピュレータの動作を記憶することなく終了する。   If it is possible to identify which contact detection unit has detected the contact by detecting the contact position (YES in S402), the set (selected) operation mode is determined (S403 to S406). Then, assist control for driving the drive unit based on the determined operation mode and the contact position specified by the contact position detection is performed (S407 to S410), and the operation of the manipulator is stored (registered) (S411), and the process ends. . However, if it is determined whether or not the operation mode is 4 (S406) and it is determined that the operation mode is not 4 (NO in S406), the operation is terminated without storing the operation of the manipulator.

より具体的には、以下のようにアシスト制御を行う。
動作モードが動作モード1であるか否かの判断を行い(S403)、動作モード1であると判断した場合(S403のYES)、例えば、第二接触検出部143での接触を特定したら第二駆動部170と第三駆動部180を駆動してアシスト制御を行う(S407)。そして、マニピュレータの動作を記憶(登録)して(S411)終了する。
一方、動作モードが動作モード1であるか否かの判断で、動作モード1ではないと判断した場合(S403のNO)、動作モード2であるか否かの判断に移行する(S404)。
More specifically, assist control is performed as follows.
It is determined whether or not the operation mode is the operation mode 1 (S403). If it is determined that the operation mode is the operation mode 1 (YES in S403), for example, the second contact detection unit 143 is identified as the second contact. The drive unit 170 and the third drive unit 180 are driven to perform assist control (S407). Then, the operation of the manipulator is stored (registered) (S411), and the process ends.
On the other hand, when it is determined that the operation mode is the operation mode 1 or not (NO in S403), the process proceeds to the determination of whether or not the operation mode is 2 (S404).

動作モード2であるか否かの判断で、動作モード2であると判断した場合(S404のYES)、例えば、第二接触検出部143での接触を特定したら第二駆動部170を駆動してアシスト制御を行う(S408)。ここで、第一接触検出部133での接触を特定したら第一駆動部160を、第三接触検出部153での接触を特定したら第三駆動部180を駆動してアシスト制御を行う。そして、マニピュレータの動作を記憶(登録)して(S411)終了する。
一方、動作モードが動作モード2であるか否かの判断で、動作モード2ではないと判断した場合(S404のNO)、動作モード3であるか否かの判断に移行する(S405)。
When it is determined whether or not the operation mode 2 is selected (YES in S404), for example, when the contact at the second contact detection unit 143 is specified, the second drive unit 170 is driven. Assist control is performed (S408). Here, when the contact at the first contact detection unit 133 is specified, the first drive unit 160 is driven. When the contact at the third contact detection unit 153 is specified, the third drive unit 180 is driven to perform assist control. Then, the operation of the manipulator is stored (registered) (S411), and the process ends.
On the other hand, if it is determined whether the operation mode is the operation mode 2 or not (NO in S404), the process proceeds to the determination of whether or not the operation mode is 3 (S405).

動作モード3であるか否かの判断で、動作モード3であると判断した場合(S405のYES)、第一接触検出部133での接触を特定したら第一駆動部160、第二駆動部170、及び第三駆動部180を駆動してアシスト制御を行う(S409)。そして、マニピュレータの動作を記憶(登録)して(S411)終了する。
一方、動作モードが動作モード3であるか否かの判断で、動作モード3ではないと判断した場合(S405のNO)、動作モード4であるか否かの判断に移行する(S406)。
動作モード4であるか否かの判断で、動作モード4であると判断した場合(S406のYES)、第一接触検出部133での接触を特定したら第一駆動部160と第二駆動部170を駆動してアシスト制御を行う(S410)。ここで、動作モード4であるか否かの判断では、駆動する隣り合った駆動部の回動軸が平行であることも条件となっている。そして、マニピュレータの動作を記憶することなく終了する。
If it is determined whether or not the operation mode 3 is selected (YES in S405), the first drive unit 160 and the second drive unit 170 are identified when the contact in the first contact detection unit 133 is specified. Then, the third drive unit 180 is driven to perform assist control (S409). Then, the operation of the manipulator is stored (registered) (S411), and the process ends.
On the other hand, if it is determined whether the operation mode is the operation mode 3 or not (NO in S405), the process proceeds to the determination of whether or not the operation mode is 4 (S406).
If it is determined whether or not the operation mode 4 is in the operation mode 4 (YES in S406), the first drive unit 160 and the second drive unit 170 are identified after the contact in the first contact detection unit 133 is specified. To perform assist control (S410). Here, in determining whether or not the operation mode is 4, it is also a condition that the rotation axes of the adjacent drive units to be driven are parallel. And it complete | finishes, without memorize | storing operation | movement of a manipulator.

上述したアシスト制御の動作制御シーケンスの一例の特徴は、いずれかの外力検出部で外力を検出しても、接触位置検出ができなければアシスト制御を行わない点にある。
このように構成し、動作モードを選択して操作力(外力)を接触支持部に加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを確実に抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置700の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
One feature of the operation control sequence of the assist control described above is that the assist control is not performed if the contact position cannot be detected even if the external force is detected by any of the external force detection units.
By configuring in this way and selecting an operation mode and applying an operating force (external force) to the contact support part, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates. And it can suppress reliably that the rotation angle of each joint part deviates from what was intended.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to reduce the time required when teaching the manipulator driving device 700.

以上、本実施形態について、図面を参照しながら説明してきたが、具体的な構成は、上述した本実施形態のマニピュレータの制御装置を備えた構成に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても良い。
例えば、マニピュレータ駆動装置を備えたロボットシステムにおいて、上述したいずれかのマニピュレータの制御装置、又はいずれかマニピュレータ駆動装置の、少なくともいずれかを備えたロボットシステムにも適用可能である。このようにマニピュレータ駆動装置を備えたロボットシステムを構成することで、上述したいずれかのマニピュレータの制御装置、又はいずれかマニピュレータ駆動装置と同様な効果を奏することができるロボットシステムを提供できる。
As described above, the present embodiment has been described with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the configuration provided with the above-described manipulator control device of the present embodiment, and the scope of the present invention is not deviated. Design changes may be made.
For example, in a robot system provided with a manipulator drive device, the present invention can also be applied to a robot system provided with at least one of the above-described manipulator control device or any manipulator drive device. By configuring the robot system including the manipulator driving device in this way, it is possible to provide a robot system that can achieve the same effects as any of the manipulator control devices described above or any of the manipulator driving devices.

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
第一関節部130や第二関節部140などの2以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結され、第一アーム101先端などのマニピュレータ先端部に取り付けられる把持機構などの支持対象を支持する第一アーム101、第二アーム102、及び支柱部111bなどの複数の支持部と、前記2以上の関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160や第二駆動部170などの2以上の駆動部と、前記2以上の関節部及び前記複数の支持部の内、第一アーム101の先端部などの少なくともいずれかに外部から加えられる外力のベクトルを検出する外力検出部112などの外力検出部と、を備えたマニピュレータ装置100などのマニピュレータ駆動装置に用いられ、前記外力検出部の検出結果に基づいて前記2以上の駆動部の駆動を制御する制御部210などのマニピュレータの制御装置において、前記マニピュレータ先端部の動作領域を入力する入力部113(入力装置114)などの入力手段を有し、前記外力検出部で前記外力のベクトルが検出されたとき、前記外力検出部の検出結果と前記入力手段から入力される動作領域とに基づいて、前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御することを特徴とする。
What was demonstrated above is an example, and there exists an effect peculiar for every following aspect.
(Aspect A)
Two or more joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140 are connected in series via each joint part, and are supported such as a gripping mechanism attached to a manipulator tip such as the tip of the first arm 101. A plurality of support parts such as a first arm 101, a second arm 102, and a column part 111b, and a first drive part 160 and a second drive part 170 that rotate the two or more joint parts, respectively. Such as the external force detection unit 112 that detects a vector of external force applied from the outside to at least one of the above-described drive unit, the two or more joint units, and the plurality of support units, and the tip of the first arm 101, etc. And a manipulator driving device such as a manipulator device 100 including an external force detecting unit, and controls driving of the two or more driving units based on a detection result of the external force detecting unit. The manipulator control device such as the control unit 210 has input means such as an input unit 113 (input device 114) for inputting an operation region of the manipulator tip, and the external force vector is detected by the external force detection unit. And driving the two or more drive units so that the tip of the manipulator moves within the input operation region based on the detection result of the external force detection unit and the operation region input from the input means. It is characterized by controlling.

これによれば、本実施形態で説明したように、入力手段により、マニピュレータ先端部の動作領域を予め入力して、マニピュレータに外力(操作力)を加えたときに駆動させる各駆動部の出力を制御できる。このように出力を制御することで、マニピュレータに外力(操作力)を加えたときに、回動させる各関節部の回動角度を制御してマニピュレータ先端部の動作方向や動作軌跡等の動作領域を、入力手段により予め入力した動作領域に制限することができる。その結果、例え、ユーザーが意図していなかった方向に外力を加えてしまった場合であっても、その方向へマニピュレータ先端部が動作してしまうことを防ぐことができる。したがって、マニピュレータに外力を加えたときに、マニピュレータ先端部が、ユーザーの意図していない移動方向に移動したり、ユーザーが意図していな動作軌跡を描いて移動したりしてしまうことを抑制できる。
よって、人の手で行うダイレクトティーチングにおいて、マニピュレータ駆動装置のマニピュレータ先端部の移動を、任意の位置・姿勢・移動軌跡で教示者が意図した通りに教示することができるマニピュレータの制御装置を提供できる。
According to this, as described in the present embodiment, the operation area of the tip portion of the manipulator is input in advance by the input means, and the output of each driving unit that is driven when an external force (operation force) is applied to the manipulator is output. Can be controlled. By controlling the output in this way, when an external force (operation force) is applied to the manipulator, the rotation angle of each joint portion to be rotated is controlled, and the operation area such as the operation direction and the operation locus of the manipulator tip Can be limited to the operation region previously input by the input means. As a result, even if an external force is applied in a direction not intended by the user, it is possible to prevent the manipulator tip from moving in that direction. Therefore, when an external force is applied to the manipulator, the manipulator tip can be prevented from moving in a movement direction not intended by the user or moving along an operation trajectory not intended by the user. .
Therefore, it is possible to provide a manipulator control device capable of teaching the movement of the manipulator tip of the manipulator driving device at an arbitrary position, posture, and movement locus as intended by a teacher in direct teaching performed by a human hand. .

(態様B)
(態様A)において、マニピュレータ装置100などの前記マニピュレータ駆動装置は、第一関節部130や第二関節部140などの前記2以上の関節部のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102や第二アーム102と支柱部111bなどの支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に検出する第一アーム用エンコーダ131や第二アーム用エンコーダ141などの2以上の角度検出部を備え、前記2以上の角度検出部の内、少なくとも一つの検出結果に基づいて、前記入力された動作領域内を第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部が移動するように、第一駆動部160や第二駆動部170などの前記2以上の駆動部の駆動を制御して前記外力を補助することを特徴とする。
(Aspect B)
In (Aspect A), the manipulator driving device such as the manipulator device 100 includes a first arm 101 and a second arm connected to each of the two or more joint portions such as the first joint portion 130 and the second joint portion 140. 102 or the second arm 102 and two or more such as a first arm encoder 131 and a second arm encoder 141 that detect the angle formed by the support portion such as the support column portion 111b or the support target for each of the two or more joint portions. An angle detector, and based on at least one detection result of the two or more angle detectors, the tip of the manipulator such as the tip of the first arm 101 moves within the input operation region. The external force is assisted by controlling driving of the two or more driving units such as the first driving unit 160 and the second driving unit 170.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
ユーザーがマニピュレータへ操作力(外力)を加えたときに、2以上の角度検出部の内、少なくとも一つの検出結果に基づいてアシスト動作することが可能となり、マニピュレータ先端部のアシスト動作の精度を、より高めることができる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
When the user applies an operating force (external force) to the manipulator, it is possible to perform an assist operation based on at least one detection result of two or more angle detection units, and the accuracy of the assist operation of the manipulator tip is Can be increased.

(態様C)
(態様A)又は(態様B)において、マニピュレータ装置100などの前記マニピュレータ駆動装置は、第一アーム101などの前記マニピュレータ先端部の姿勢を保持した状態で、前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御して前記外力を補助することを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、例えば、入力された移動方向に沿ってマニピュレータ先端部を平行移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
(Aspect C)
In (Aspect A) or (Aspect B), the manipulator driving device such as the manipulator device 100 maintains the posture of the tip of the manipulator such as the first arm 101 in the input operation region. The external force is assisted by controlling the driving of the two or more driving units so that the tip part moves.
According to this, as described in the present embodiment, for example, it is possible to perform an assist operation so as to translate the tip of the manipulator along the input movement direction.

(態様D)
(態様A)乃至(態様C)のいずれかにおいて、第一関節部130や第二関節部140などの前記2以上の関節部のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102や第二アーム102と支柱部111bなどの支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶部215などの記憶手段を有し、入力部113(入力装置114)などの前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部が移動するときに描く軌道を指定できることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、マニピュレータ先端部を指定した軌道に沿って移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
(Aspect D)
In any one of (Aspect A) to (Aspect C), the first arm 101, the second arm 102, and the second arm connected to each of the two or more joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140. A storage unit such as a storage unit 215 that stores, for each of the two or more joints, a support unit such as the two arms 102 and the support column unit 111b or the angle to be supported is provided, and an input unit 113 (input device 114) The input means can specify a trajectory to be drawn when the tip of the manipulator such as the tip of the first arm 101 moves, using the angle stored in the previous storage means.
According to this, as described in the present embodiment, it is possible to perform an assist operation so that the tip of the manipulator is moved along the designated trajectory.

(態様E)
(態様A)乃至(態様C)のいずれかにおいて、第一関節部130や第二関節部140などの前記2以上の関節部のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102や第二アーム102と支柱部111bなどの支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶部215などの記憶手段を有し、入力部113(入力装置114)などの前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部が移動する平面を指定できることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、マニピュレータ先端部を指定した平面に沿って移動させるようにアシスト動作することが可能となる。
(Aspect E)
In any one of (Aspect A) to (Aspect C), the first arm 101, the second arm 102, and the second arm connected to each of the two or more joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140. A storage unit such as a storage unit 215 that stores, for each of the two or more joints, a support unit such as the two arms 102 and the support column unit 111b or the angle to be supported is provided, and an input unit 113 (input device 114) The input means can specify a plane on which the tip of the manipulator such as the tip of the first arm 101 moves using the angle stored in the pre-storage means.
According to this, as described in the present embodiment, it is possible to perform an assist operation so as to move the manipulator tip along a designated plane.

(態様F)
(態様A)乃至(態様C)のいずれかにおいて、第一関節部130や第二関節部140などの前記2以上の関節部のそれぞれに連結される第一アーム101と第二アーム102や第二アーム102と支柱部111bなどの支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶部215などの記憶手段を有し、入力部113(入力装置114)などの前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部が回転する位置を指定できることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、マニピュレータ先端部を指定した位置(回転軸)を中心に回転させるようにアシスト動作することが可能となる。
(Aspect F)
In any one of (Aspect A) to (Aspect C), the first arm 101, the second arm 102, and the second arm connected to each of the two or more joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140. A storage unit such as a storage unit 215 that stores, for each of the two or more joints, a support unit such as the two arms 102 and the support column unit 111b or the angle to be supported is provided, and an input unit 113 (input device 114) or the like The input means can specify a position where the tip of the manipulator such as the tip of the first arm 101 rotates using the angle stored in the pre-storage means.
According to this, as described in the present embodiment, the assist operation can be performed so as to rotate the manipulator tip portion around the designated position (rotation axis).

(態様G)
(態様A)乃至(態様E)のいずれかにおいて、前記入力手段は、第一関節601などの前記マニピュレータ先端部の移動方向を、Xtp方向などの指定したベクトル方向のみに限定するXtp動作領域指定ボタン651などの動作領域指定手段を有することを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれかの方向、例えば、ツールポイント座標系691のXtp(横方向)方向への移動のみに限定し、横方向に移動させたい場合に、直感的な教示が可能となる。
(Aspect G)
In any one of (Aspect A) to (Aspect E), the input means specifies an Xtp operation region that limits the moving direction of the tip of the manipulator such as the first joint 601 to only a specified vector direction such as the Xtp direction. It has an operation area designating means such as a button 651.
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
The tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 moves in any of the X, Y, and Z directions, for example, only in the Xtp (lateral direction) direction of the tool point coordinate system 691, and moves in the horizontal direction. Intuitive teaching is possible when desired.

(態様H)
(態様A)乃至(態様F)のいずれかにおいて、前記入力手段は、第一関節601などの前記マニピュレータ先端部の移動方向を、Ztp方向などの指定したベクトル方向への移動のみを規制するZtp動作領域指定ボタン652などの動作領域指定手段を有することを特徴とする。
(Aspect H)
In any one of (Aspect A) to (Aspect F), the input means regulates the movement direction of the manipulator tip such as the first joint 601 only in the designated vector direction such as the Ztp direction. It has an operation area specifying means such as an operation area specifying button 652.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれかの方向、例えば、ツールポイント座標系691のZtp(高さ)方向への移動のみ規制(固定)し、高さを保持して移動させたい場合に、直感的な教示が可能となる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
Only the movement of the tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 in any of the X, Y, and Z directions, for example, the Ztp (height) direction of the tool point coordinate system 691, is restricted (fixed) to the height. Intuitive teaching is possible when it is desired to hold and move.

(態様I)
(態様G)又は(態様H)において、前記入力手段は、Xtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653などの前記動作領域指定手段で指定したベクトル方向を点灯により表示するLEDを有していることを特徴とする。
(Aspect I)
In (Aspect G) or (Aspect H), the input means includes an Xtp action area designation button 651, a Ztp action area designation button 652, an Xab action area designation button 654, a Yab action area designation button 655, and a Zab action area designation button. It has LED which displays the vector direction designated by the said operation area | region designation | designated means, such as 653, by lighting.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
動作領域指定手段で指定したベクトル方向、つまり、どの方向に動かせるか、又はどの方向への移動が規制されているかを、ユーザー(操作者)に伝達できるので、ユーザーの直感的な操作を助けることができる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
It can convey to the user (operator) the vector direction specified by the motion area specification means, that is, in which direction it can be moved, or in which direction movement is restricted, so that it helps the user's intuitive operation. Can do.

(態様J)
(態様A)乃至(態様I)のいずれかにおいて、前記入力手段は、動作領域を指定するXtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653などの動作領域指定手段を有し、該動作領域指定手段で指定した動作領域を微調整可能なコントローラも有することを特徴とする。
(Aspect J)
In any one of (Aspect A) to (Aspect I), the input means includes an Xtp action area designation button 651, a Ztp action area designation button 652, an Xab action area designation button 654, and a Yab action area designation button for designating an action area. 655 and a Zab operation area designation button 653 and the like, and a controller capable of finely adjusting the operation area designated by the operation area designation means is also provided.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
ツールポイント座標系691やマニピュレータ絶対座標系692のX,Y,Z方向のいずれでもない方向、例えば、マニピュレータ絶対座標系692のXab方向に対して30degの方向に動かしたい場合はコントローラで調整できる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
If it is desired to move the tool point coordinate system 691 or the manipulator absolute coordinate system 692 in a direction that is not any of the X, Y, and Z directions, for example, in the direction of 30 deg relative to the Xab direction of the manipulator absolute coordinate system 692, it can be adjusted by the controller.

(態様K)
(態様A)乃至(態様J)のいずれかにおいて、第一アーム101先端などの前記マニピュレータ先端部の移動速度が所定の速度を超えないように制御することを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
外力検出部112などの外力検出部の検出結果だけに基づいて、マニピュレータに加えられる外力を補助するように2以上の駆動部の駆動を制御する構成では、ユーザーが意図した移動速度から、かけ離れた移動速度でマニピュレータ先端部が移動するおそれがある。
一方、アシスト制御の制御ブロックに位置速度指令生成部411を設けるなどして、所定の速度を超えないように制御することで、ユーザーが意図した移動速度から、かけ離れた移動速度で第一支持部の先端部が移動することを抑制できる。
(Aspect K)
In any one of (Aspect A) to (Aspect J), the moving speed of the manipulator tip such as the tip of the first arm 101 is controlled so as not to exceed a predetermined speed.
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
In the configuration in which the drive of two or more drive units is controlled so as to assist the external force applied to the manipulator based only on the detection result of the external force detection unit such as the external force detection unit 112, it is far from the moving speed intended by the user. The manipulator tip may move at the moving speed.
On the other hand, by providing a position speed command generation unit 411 in the control block of the assist control and controlling so as not to exceed a predetermined speed, the first support unit is moved at a moving speed far from the moving speed intended by the user. It can suppress that the front-end | tip part moves.

(態様L)
第一関節部130や第二関節部140などの2以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結され、第一アーム101先端などのマニピュレータ先端部に取り付けられる把持機構などの支持対象を支持する第一アーム101、第二アーム102、及び支柱部111bなどの複数の支持部と、前記2以上の関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160や第二駆動部170などの2以上の駆動部と、前記2以上の関節部及び前記複数の支持部の内、第一アーム101の先端部などの少なくともいずれかに外部から加えられる外力のベクトルを検出する外力検出部112などの外力検出部と、前記外力検出部の検出結果に基づいて前記2以上の駆動部の駆動を制御する制御部210などの制御部と、を備えたマニピュレータ装置600などのマニピュレータ駆動装置において、前記制御部として、請求項1乃至11のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置を備えることを特徴とする。
(Aspect L)
Two or more joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140 are connected in series via each joint part, and are supported such as a gripping mechanism attached to a manipulator tip such as the tip of the first arm 101. A plurality of support parts such as a first arm 101, a second arm 102, and a column part 111b, and a first drive part 160 and a second drive part 170 that rotate the two or more joint parts, respectively. Such as the external force detection unit 112 that detects a vector of external force applied from the outside to at least one of the above-described drive unit, the two or more joint units, and the plurality of support units, and the tip of the first arm 101, etc. A manipulator such as a manipulator device 600 including an external force detection unit and a control unit such as the control unit 210 that controls driving of the two or more drive units based on the detection result of the external force detection unit. In Regulator driving device, as the control unit, characterized in that it comprises a control unit of the manipulator according to any one of claims 1 to 11.

これによれば、本実施形態で説明したように、(態様A)乃至(態様K)のいずれかのマニピュレータの制御装置と同様な効果を奏することができるマニピュレータ駆動装置を提供できる。   According to this, as described in the present embodiment, it is possible to provide a manipulator driving device that can achieve the same effect as the manipulator control device of any one of (Aspect A) to (Aspect K).

(態様M)
(態様L)において、第一関節601などのマニピュレータ先端部の動作領域を入力する入力手段は、当該マニピュレータ駆動装置本体に設置され、動作領域を指定するXtp動作領域指定ボタン651、Ztp動作領域指定ボタン652、Xab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、Zab動作領域指定ボタン653などの動作領域指定手段を有していることを特徴とする。
(Aspect M)
In (Aspect L), the input means for inputting the operation region of the tip of the manipulator such as the first joint 601 is installed in the manipulator driving device body, and the Xtp operation region specification button 651 for specifying the operation region, the Ztp operation region specification It is characterized by having operation area specifying means such as a button 652, an Xab operation area specifying button 654, a Yab operation area specifying button 655, and a Zab operation area specifying button 653.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
入力手段として、ユーザーにより保持する入力装置114などを用いる構成では、ユーザーがマニピュレータに操作力としての外力を加えるときに、次のような必要が生じ、直感的で簡便な教示方法としては不十分となる場合がある。ユーザーが入力装置114などから片手あるいは両手を離して持ち替えながら作業したり、マニピュレータ位置や姿勢によらずマニピュレータ座標系を把握・確認しながら操作したりする必要である。
一方、入力手段に、マニピュレータ駆動装置本体に設置され、動作領域を指定する動作領域指定手段を有している構成では、ユーザーが操作力を加える近傍に動作領域指定手段を配置でき、上述したような必要が生じることを抑制することができる。
よって、マニピュレータ駆動装置本体から離れることなく誘導方向を任意に切り替えることが可能で、教育や経験を積んだ専門の作業者でなくとも容易、且つ、直感的にダイレクトティーチングを行うことができるマニピュレータ駆動装置を提供できる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
In the configuration using the input device 114 or the like held by the user as the input means, when the user applies an external force as an operation force to the manipulator, the following needs arise, which is insufficient as an intuitive and simple teaching method. It may become. It is necessary for the user to work while holding one hand or both hands away from the input device 114 or the like, or to operate while grasping and checking the manipulator coordinate system regardless of the manipulator position and posture.
On the other hand, in the configuration having the operation area designating means that is installed in the manipulator driving device main body and designates the operation area as the input means, the operation area designating means can be arranged in the vicinity where the user applies the operation force. It is possible to suppress the occurrence of unnecessary necessity.
Therefore, it is possible to switch the direction of guidance without leaving the main body of the manipulator drive device, and manipulator drive that enables direct teaching intuitively and easily even if it is not a specialized worker who has been trained or experienced. Equipment can be provided.

(態様N)
(態様M)において、前記入力手段に有したXtp動作領域指定ボタン651やZtp動作領域指定ボタン652などの前記動作領域指定手段は、第一関節601などの前記マニピュレータ先端部近傍に配置されていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、ユーザーの操作位置の1つとなるツールポイント近傍での動作領域の入力(設定)が可能となるので、より直感的な教示が行える。
(Aspect N)
In (Aspect M), the operation region specifying means such as the Xtp operation region specifying button 651 and the Ztp operation region specifying button 652 provided in the input means are arranged in the vicinity of the manipulator tip such as the first joint 601. It is characterized by that.
According to this, as described in the present embodiment, it becomes possible to input (set) an operation area in the vicinity of a tool point that is one of the user's operation positions, so that more intuitive teaching can be performed.

(態様O)
(態様M)において、入力部113(入力装置114)などの前記入力手段に有したXab動作領域指定ボタン654、Yab動作領域指定ボタン655、及びZab動作領域指定ボタン653などの前記動作領域指定手段は、不動部605などの不動部に配置されていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
マニピュレータ装置600などのマニピュレータ駆動装置の根本で、マニピュレータ絶対座標系692などのマニピュレータ駆動装置の絶対座標で動作領域を定義できるため、より実践的な教示が行える。
(Aspect O)
In (Aspect M), the operation area specifying means such as the Xab operation area specifying button 654, the Yab operation area specifying button 655, and the Zab operation area specifying button 653 included in the input means such as the input unit 113 (input device 114). Is arranged in a non-moving part such as the non-moving part 605.
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
Since the operation region can be defined by the absolute coordinates of the manipulator driving device such as the manipulator absolute coordinate system 692 at the root of the manipulator driving device such as the manipulator device 600, more practical teaching can be performed.

(態様P)
(態様L)乃至(態様O)のいずれかにおいて、前記複数の支持部の内、支柱部111bなどの不動部を除く第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121などの支持部には、ユーザーの手などの物体が接触したことを検出する第一接触検出部133、第二接触検出部143、及び第三接触検出部153などの接触検出部が設けられており、前記物体が接触したことを検出した第二接触検出部143などの接触検出部を設けた第二アーム102などの接触支持部から前記不動部までの間に第二関節部140と第三関節部150などの2つの関節部がある場合、制御部210aなどの前記マニピュレータの制御装置は、前記2つの関節部をそれぞれ回動させる第二駆動部170と第三駆動部180などの2つの駆動部の駆動を制御して第一操作力F71などの前記外力を補助する動作モード1などの第一動作モードを有していることを特徴とする。
(Aspect P)
(Aspect L) In any one of Aspects O, the support parts such as the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121 excluding the non-moving part such as the support pillar part 111b among the plurality of support parts. Are provided with contact detection units such as a first contact detection unit 133, a second contact detection unit 143, and a third contact detection unit 153 that detect that an object such as a user's hand has come into contact with the object. The second joint part 140, the third joint part 150, etc. between the contact support part such as the second arm 102 provided with a contact detection part such as the second contact detection part 143 that has detected contact with the stationary part. When there are two joint parts, the control device of the manipulator such as the control part 210a drives two drive parts such as the second drive part 170 and the third drive part 180 that rotate the two joint parts, respectively. Control Characterized in that it has a to first operation mode, such as operation mode 1 to assist the external force, such as a first operating force F71.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
接触支持部と不動部との間の、接触支持部に近い側の2つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、第一動作モードに設定し、接触支持部に外力を加えることができる。このようにして外力を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
If you want to rotate only the two joints near the contact support part between the contact support part and the non-moving part, you can set the first operation mode and apply external force to the contact support part. it can. By applying external force in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, and the rotation angle of each joint part deviates from the intended one. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to shorten the time required when teaching the manipulator driving device.

(態様Q)
(態様L)乃至(態様O)のいずれかにおいて、前記複数の支持部の内、支柱部111bなどの不動部を除く第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121などの支持部には、ユーザーの手などの物体が接触したことを検出する第一接触検出部133、第二接触検出部143、及び第三接触検出部153などの接触検出部が設けられており、前記物体が接触したことを検出した第二接触検出部143などの接触検出部を設けた第二アーム102などの接触支持部から前記不動部までの間に第二関節部140と第三関節部150などの2以上の関節部がある場合、制御部210aなどの前記マニピュレータの制御装置は、前記2以上の関節部の内、前記接触支持部が連結された第二関節部140などの関節部を回動させる第二駆動部170などの駆動部の駆動を制御して第二操作力F72などの前記外力を補助する動作モード2などの第二動作モードを有していることを特徴とする。
(Aspect Q)
(Aspect L) In any one of Aspects O, the support parts such as the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121 excluding the non-moving part such as the support pillar part 111b among the plurality of support parts. Are provided with contact detection units such as a first contact detection unit 133, a second contact detection unit 143, and a third contact detection unit 153 that detect that an object such as a user's hand has come into contact with the object. The second joint part 140, the third joint part 150, etc. between the contact support part such as the second arm 102 provided with a contact detection part such as the second contact detection part 143 that has detected contact with the stationary part. When there are two or more joint parts, the control device of the manipulator such as the control part 210a rotates the joint part such as the second joint part 140 to which the contact support part is coupled, of the two or more joint parts. Second wheel to move Characterized in that it has a second operating mode, such as operation mode 2 to assist the external force, such as the second operating force F72 controls the drive of the driving unit, such as section 170.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
接触支持部が連結される不動部側の1つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、第二動作モードに設定し、接触支持部に外力を加えることができる。このようにして外力を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
When it is desired to rotate only one joint portion on the non-moving portion side to which the contact support portion is connected, the second operation mode can be set and an external force can be applied to the contact support portion. By applying external force in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, and the rotation angle of each joint part deviates from the intended one. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to shorten the time required when teaching the manipulator driving device.

(態様R)
(態様L)乃至(態様O)のいずれかにおいて、前記複数の支持部の内、支柱部111bなどの不動部を除く第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121などの支持部には、ユーザーの手などの物体が接触したことを検出する第一接触検出部133、第二接触検出部143、及び第三接触検出部153などの接触検出部が設けられており、前記物体が接触したことを検出した第一接触検出部133などの接触検出部を設けた第一アーム101などの接触支持部から前記不動部までの間に第一関節部130、第二関節部140、及び第三関節部150などの3以上の関節部がある場合、制御部210aなどの前記マニピュレータの制御装置は、前記3以上の関節部の内、前記接触支持部に近い側の第一関節部130、第二関節部140、及び第三関節部150などの3つの関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160、第二駆動部170、及び第三駆動部180などの3つの駆動部の駆動を制御して第三操作力F73などの前記外力を補助する動作モード3などの第三動作モードを有していることを特徴とする。
(Aspect R)
(Aspect L) In any one of Aspects O, the support parts such as the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121 excluding the non-moving part such as the support pillar part 111b among the plurality of support parts. Are provided with contact detection units such as a first contact detection unit 133, a second contact detection unit 143, and a third contact detection unit 153 that detect that an object such as a user's hand has come into contact with the object. The first joint portion 130, the second joint portion 140, between the contact support portion such as the first arm 101 provided with a contact detection portion such as the first contact detection portion 133 that detects that the contact is made and the stationary portion, When there are three or more joint parts such as the third joint part 150, the control device for the manipulator such as the control part 210a may be configured such that the first joint part closer to the contact support part among the three or more joint parts. 130, second joint 140, and the third drive unit such as the third joint unit 150 are rotated to control the driving of the three drive units such as the first drive unit 160, the second drive unit 170, and the third drive unit 180, respectively. A third operation mode such as an operation mode 3 for assisting the external force such as a three operation force F73 is provided.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
接触支持部と不動部との間の、接触支持部に近い側の3つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、第三動作モードに設定し、接触支持部に外力を加えることができる。このようにして外力を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
If you want to rotate only the three joints close to the contact support part between the contact support part and the non-moving part, you can set the third operation mode and apply external force to the contact support part. it can. By applying external force in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, and the rotation angle of each joint part deviates from the intended one. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to shorten the time required when teaching the manipulator driving device.

(態様S)
(態様L)乃至(態様O)のいずれかにおいて、前記複数の支持部の内、支柱部111bなどの不動部を除く第一アーム101、第二アーム102、及び第三アーム121などの支持部には、ユーザーの手などの物体が接触したことを検出する第一接触検出部133、第二接触検出部143、及び第三接触検出部153などの接触検出部が設けられており、前記物体が接触したことを検出した第一接触検出部133などの接触検出部を設けた第一アーム101などの接触支持部から前記不動部までの間に第一関節部130、第二関節部140、及び第三関節部150などの3以上の関節部があり、且つ、前記接触支持部に近い側の第一関節部130と第二関節部140などの3つの関節部の第一駆動中心103、第二駆動中心104、及び第三駆動中心122などの回動軸が平行であり、制御部210aなどの前記マニピュレータの制御装置は、前記3以上の関節部の内、前記接触支持部に近い側の第一関節部130と第二関節部140などの2つの関節部をそれぞれ回動させる第一駆動部160と第二駆動部170などの2つの駆動部の駆動を制御して第四操作力F74などの前記外力を補助する動作モード4などの第四動作モードを有していることを特徴とする。
(Aspect S)
(Aspect L) In any one of Aspects O, the support parts such as the first arm 101, the second arm 102, and the third arm 121 excluding the non-moving part such as the support pillar part 111b among the plurality of support parts. Are provided with contact detection units such as a first contact detection unit 133, a second contact detection unit 143, and a third contact detection unit 153 that detect that an object such as a user's hand has come into contact with the object. The first joint portion 130, the second joint portion 140, between the contact support portion such as the first arm 101 provided with a contact detection portion such as the first contact detection portion 133 that detects that the contact is made and the stationary portion, And the first drive center 103 of the three joint parts such as the first joint part 130 and the second joint part 140 on the side close to the contact support part. Second drive center 104, and second The manipulator control device such as the control unit 210a has parallel rotation axes such as the drive center 122, and the control unit 210a includes a first joint unit 130 and a second joint unit closer to the contact support unit among the three or more joint units. Operation for assisting the external force such as the fourth operating force F74 by controlling the driving of the two driving units such as the first driving unit 160 and the second driving unit 170 that respectively rotate the two joint units such as the joint unit 140. It has a fourth operation mode such as mode 4.

これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
接触支持部と不動部との間の、接触支持部に近い側の回動軸が平行な2つの関節部だけを回動させたいと考えた場合、第四動作モードに設定し、接触支持部に外力を加えることができる。このようにして外力を加えることで、意図している関節部が回動しなかったり、意図していない関節部が回動したりして、各関節部の回動角が意図したものから乖離することを抑制できる。
したがって、各関節部の回動角を補正するのに要する時間を低減して、マニピュレータ駆動装置の教示を行うときに要する時間を短縮することが可能となる。
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
If you want to rotate only two joints between the contact support part and the non-moving part, the rotation axis on the side close to the contact support part is parallel, set to the fourth operation mode, contact support part External force can be applied. By applying external force in this way, the intended joint part does not rotate or the unintended joint part rotates, and the rotation angle of each joint part deviates from the intended one. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to reduce the time required to correct the rotation angle of each joint, and to shorten the time required when teaching the manipulator driving device.

(態様T)
マニピュレータ装置100やマニピュレータ装置600などのマニピュレータ駆動装置を備えたロボットシステムにおいて、(態様A)乃至(態様K)のいずれかの制御部210などのマニピュレータの制御装置、又は(態様L)乃至(態様S)のいずれかのマニピュレータ装置600などのマニピュレータ駆動装置の、少なくともいずれかを備えたことを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
(態様A)乃至(態様K)のいずれかのマニピュレータの制御装置、又は(態様L)乃至(態様S)のいずれかのマニピュレータ駆動装置の、少なくともいずれかと同様な効果を奏することができるロボットシステムを提供できる。
(Aspect T)
In a robot system including manipulator driving devices such as the manipulator device 100 and the manipulator device 600, a manipulator control device such as the control unit 210 of any one of (Aspect A) to (Aspect K), or (Aspect L) to (Aspect) A manipulator driving device such as any one of the manipulator devices 600 of S) is provided.
According to this, as described in the present embodiment, the following effects can be achieved.
A robot system capable of producing the same effect as at least one of the manipulator control device according to any one of (Aspect A) to (Aspect K) or the manipulator driving device according to any one of (Aspect L) to (Aspect S). Can provide.

100 マニピュレータ装置(実施例1)
101 第一アーム
102 第二アーム
103 第一駆動中心
104 第二駆動中心
105 第一減速機
106 第一モータ
107 第一モータ用エンコーダ
108 第二減速機
109 第二モータ
110 第二モータ用エンコーダ
111a 土台
111b 支柱部
112 外力検出部
113 入力部
114 入力装置
121 第三アーム
122 第三駆動中心
123 第三減速機
124 第三モータ
125 第三モータ用エンコーダ
130 第一関節部
131 第一アーム用エンコーダ
132 第一外力検出部
133 第一接触検出部
134 第一タッチセンサ
135 第一光学センサ
140 第二関節部
141 第二アーム用エンコーダ
142 第二外力検出部
143 第二接触検出部
144 第二タッチセンサ
145 第二光学センサ
150 第三関節部
151 第三アーム用エンコーダ
152 第三外力検出部
153 第三接触検出部
154 第三タッチセンサ
155 第三光学センサ
160 第一駆動部
170 第二駆動部
180 第三駆動部
200 マニピュレータ本体
200a マニピュレータ本体(実施例3)
210 制御部
210a 制御部(実施例3)
214 駆動制御部
215 記憶部
233 第一モータドライバ
234 第一駆動情報検出部
235 第二モータドライバ
236 第二駆動情報検出部
237 第三モータドライバ
238 第三駆動情報検出部
409 操作力目標生成部
411 位置速度指令生成部
504 手先座標系
505 動作領域
600 マニピュレータ装置(実施例2)
601 第一関節
602 第二関節
603 第三関節
604 第四関節
605 不動部
610 エンドエフェクタ
611 第一支持部
612 第二支持部
613 第三支持部
620 設置台
630 ユーザー(操作者)
651 Xtp動作領域指定ボタン
652 Ztp動作領域指定ボタン
653 Zab動作領域指定ボタン
654 Xab動作領域指定ボタン
655 Yab動作領域指定ボタン
691 ツールポイント座標系
692 マニピュレータ絶対座標系
700 マニピュレータ装置(実施例3)
100 Manipulator device (Example 1)
101 First Arm 102 Second Arm 103 First Drive Center 104 Second Drive Center 105 First Reducer 106 First Motor 107 First Motor Encoder 108 Second Reducer 109 Second Motor 110 Second Motor Encoder 111a Foundation 111b Post unit 112 External force detection unit 113 Input unit 114 Input device 121 Third arm 122 Third drive center 123 Third reduction gear 124 Third motor 125 Third motor encoder 130 First joint unit 131 First arm encoder 132 First One external force detection unit 133 First contact detection unit 134 First touch sensor 135 First optical sensor 140 Second joint unit 141 Second arm encoder 142 Second external force detection unit 143 Second contact detection unit 144 Second touch sensor 145 First Two-optical sensor 150 Third joint 151 Third arm encoder The third external force detection unit 153 The third contact detection unit 154 The third touch sensor 155 The third optical sensor 160 The first drive unit 170 The second drive unit 180 The third drive unit 200 The manipulator body 200a The manipulator body (Example 3)
210 Control Unit 210a Control Unit (Example 3)
214 Drive control unit 215 Storage unit 233 First motor driver 234 First drive information detection unit 235 Second motor driver 236 Second drive information detection unit 237 Third motor driver 238 Third drive information detection unit 409 Operating force target generation unit 411 Position / velocity command generation unit 504 Hand coordinate system 505 Operation area 600 Manipulator device (Example 2)
601 1st joint 602 2nd joint 603 3rd joint 604 4th joint 605 Non-moving part 610 End effector 611 1st support part 612 2nd support part 613 3rd support part 620 Installation stand 630 User (operator)
651 Xtp action area designation button 652 Ztp action area designation button 653 Zab action area designation button 654 Xab action area designation button 655 Yab action area designation button 691 Tool point coordinate system 692 Manipulator absolute coordinate system 700 Manipulator device (Example 3)

特許4896276号広報Patent No. 4896276

Claims (20)

2以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結され、マニピュレータ先端部に取り付けられる支持対象を支持する複数の支持部と、前記2以上の関節部をそれぞれ回動させる2以上の駆動部と、前記2以上の関節部及び前記複数の支持部の内、少なくともいずれかに外部から加えられる外力のベクトルを検出する外力検出部と、を備えたマニピュレータ駆動装置に用いられ、前記外力検出部の検出結果に基づいて前記2以上の駆動部の駆動を制御するマニピュレータの制御装置において、
前記マニピュレータ先端部の動作領域を入力する入力手段を有し、前記外力検出部で前記外力のベクトルが検出されたとき、前記外力検出部の検出結果と前記入力手段から入力される動作領域とに基づいて、
前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
Two or more joint parts, a plurality of support parts that are connected in series via each joint part, and support a support target attached to the tip of the manipulator, and two or more drives that respectively rotate the two or more joint parts And an external force detection unit that detects a vector of an external force applied to at least one of the two or more joint portions and the plurality of support portions from the outside, and the external force detection In the control device of the manipulator that controls the driving of the two or more driving units based on the detection result of the unit,
An input unit that inputs an operation region of the manipulator tip, and when the external force vector is detected by the external force detection unit, a detection result of the external force detection unit and an operation region input from the input unit; On the basis of,
The manipulator control device, wherein the drive of the two or more drive units is controlled so that the tip of the manipulator moves within the input operation region.
請求項1に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記マニピュレータ駆動装置は、前記2以上の関節部のそれぞれに連結される支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に検出する2以上の角度検出部を備え、
前記2以上の角度検出部の内、少なくとも一つの検出結果に基づいて、
前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御して前記外力を補助することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the manipulator control device according to claim 1,
The manipulator driving device includes two or more angle detection units that detect, for each of the two or more joint parts, a support part connected to each of the two or more joint parts or an angle formed by the support target.
Based on the detection result of at least one of the two or more angle detectors,
A manipulator control device that assists the external force by controlling driving of the two or more drive units so that the manipulator tip moves within the input operation region.
請求項1又は2に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記マニピュレータ先端部の姿勢を保持した状態で、前記入力された動作領域内を前記マニピュレータ先端部が移動するように、前記2以上の駆動部の駆動を制御して前記外力を補助することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
The manipulator control device according to claim 1 or 2,
The external force is assisted by controlling the driving of the two or more drive units so that the manipulator tip moves within the input operation region while maintaining the posture of the manipulator tip. A manipulator control device.
請求項1乃至3のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記2以上の関節部のそれぞれに連結される支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶手段を有し、
前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、前記マニピュレータ先端部が移動するときに描く軌道を指定できることを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 3,
A storage unit that stores, for each of the two or more joints, a support unit connected to each of the two or more joints or an angle formed by the support target;
The manipulator control device characterized in that the input means can designate a trajectory to be drawn when the tip of the manipulator moves using the angle stored in the pre-storage means.
請求項1乃至3のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記2以上の関節部のそれぞれに連結される支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶手段を有し、
前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、前記マニピュレータ先端部が移動する平面を指定できることを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 3,
A storage unit that stores, for each of the two or more joints, a support unit connected to each of the two or more joints or an angle formed by the support target;
The manipulator control device characterized in that the input means can designate a plane on which the tip of the manipulator moves using the angle stored in the pre-storage means.
請求項1乃至3のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記2以上の関節部のそれぞれに連結される支持部又は前記支持対象がなす角度を、前記2以上の関節部毎に記憶する記憶手段を有し、
前記入力手段は、前記憶手段に記憶した角度を用いて、前記マニピュレータ先端部が回転する位置を指定できることを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 3,
A storage unit that stores, for each of the two or more joints, a support unit connected to each of the two or more joints or an angle formed by the support target;
The manipulator control device characterized in that the input means can designate a position where the tip of the manipulator rotates using the angle stored in the pre-storage means.
請求項1乃至5のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記入力手段は、前記マニピュレータ先端部の移動方向を、指定したベクトル方向のみに限定する動作領域指定手段を有することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 5,
The manipulator control device characterized in that the input means includes an operation area specifying means for limiting a moving direction of the tip portion of the manipulator to only a specified vector direction.
請求項1乃至6のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記入力手段は、前記マニピュレータ先端部の移動方向を、指定したベクトル方向への移動のみを規制する動作領域指定手段を有することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 6,
The manipulator control device according to claim 1, wherein the input unit includes an operation region designating unit that regulates a movement direction of the manipulator tip only in a designated vector direction.
請求項7又は8に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記入力手段は、前記動作領域指定手段で指定したベクトル方向を点灯により表示するLEDを有していることを特徴とするマニピュレータの制御装置。
The control device for a manipulator according to claim 7 or 8,
The manipulator control device characterized in that the input means has an LED for displaying the vector direction designated by the operation area designating means by lighting.
請求項1乃至9のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記入力手段は、動作領域を指定する動作領域指定手段を有し、該動作領域指定手段で指定した動作領域を微調整可能なコントローラも有することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 9,
The manipulator control device characterized in that the input means includes an operation area specifying means for specifying an operation area, and a controller capable of finely adjusting the operation area specified by the operation area specifying means.
請求項1乃至10のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置において、
前記マニピュレータ先端部の移動速度が所定の速度を超えないように制御することを特徴とするマニピュレータの制御装置。
In the control device of the manipulator according to any one of claims 1 to 10,
A control device for a manipulator, characterized in that control is performed so that the moving speed of the tip of the manipulator does not exceed a predetermined speed.
2以上の関節部と、各関節部を介して直列に連結され、マニピュレータ先端部に取り付けられる支持対象を支持する複数の支持部と、前記2以上の関節部をそれぞれ回動させる2以上の駆動部と、前記2以上の関節部及び前記複数の支持部の内、少なくともいずれかに外部から加えられる外力のベクトルを検出する外力検出部と、前記外力検出部の検出結果に基づいて前記2以上の駆動部の駆動を制御する制御部と、を備えたマニピュレータ駆動装置において、
前記制御部として、請求項1乃至11のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置を備えることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
Two or more joint parts, a plurality of support parts that are connected in series via each joint part, and support a support target attached to the tip of the manipulator, and two or more drives that respectively rotate the two or more joint parts An external force detection unit that detects a vector of an external force applied to at least one of the two or more joint units and the plurality of support units, and the two or more based on a detection result of the external force detection unit A manipulator driving device comprising: a control unit that controls driving of the driving unit;
A manipulator driving device comprising: the manipulator control device according to claim 1 as the control unit.
請求項12に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記マニピュレータ先端部の動作領域を入力する入力手段は、当該マニピュレータ駆動装置本体に設置され、動作領域を指定する動作領域指定手段を有していることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
The manipulator drive device according to claim 12,
The manipulator driving device characterized in that the input means for inputting the operation region of the tip portion of the manipulator has an operation region specifying device which is installed in the manipulator driving device body and specifies the operation region.
請求項13に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記入力手段に有した前記動作領域指定手段は、前記マニピュレータ先端部近傍に配置されていることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
The manipulator drive device according to claim 13,
The manipulator driving device characterized in that the operation area designating means included in the input means is disposed in the vicinity of the manipulator tip.
請求項13に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記入力手段に有した前記動作領域指定手段は、不動部に配置されていることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
The manipulator drive device according to claim 13,
The manipulator driving device according to claim 1, wherein the operation area designating unit included in the input unit is disposed in a non-moving part.
請求項12乃至15のいずれか一に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記複数の支持部の内、不動部を除く支持部には、物体が接触したことを検出する接触検出部が設けられており、
前記物体が接触したことを検出した接触検出部を設けた接触支持部から前記不動部までの間に2つの関節部がある場合、
前記マニピュレータの制御装置は、
前記2つの関節部をそれぞれ回動させる2つの駆動部の駆動を制御して前記外力を補助する第一動作モードを有していることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
In the manipulator drive device according to any one of claims 12 to 15,
Of the plurality of support parts, the support part excluding the non-moving part is provided with a contact detection part that detects that an object has contacted,
When there are two joint parts between the contact support part provided with a contact detection part that detects that the object has contacted and the stationary part,
The control device of the manipulator is
A manipulator driving device having a first operation mode for assisting the external force by controlling driving of two driving units for rotating the two joints.
請求項12乃至15のいずれか一に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記複数の支持部の内、不動部を除く支持部には、物体が接触したことを検出する接触検出部が設けられており、
前記物体が接触したことを検出した接触検出部を設けた接触支持部から前記不動部までの間に2以上の関節部がある場合、
前記マニピュレータの制御装置は、
前記2以上の関節部の内、前記接触支持部が連結された関節部を回動させる駆動部の駆動を制御して前記外力を補助する第二動作モードを有していることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
In the manipulator drive device according to any one of claims 12 to 15,
Of the plurality of support parts, the support part excluding the non-moving part is provided with a contact detection part that detects that an object has contacted,
When there are two or more joint parts between the contact support part provided with a contact detection part that detects that the object has contacted and the stationary part,
The control device of the manipulator is
A second operation mode for assisting the external force by controlling driving of a drive unit that rotates a joint unit to which the contact support unit is coupled among the two or more joint units is provided. Manipulator drive device.
請求項12乃至15のいずれか一に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記複数の支持部の内、不動部を除く支持部には、物体が接触したことを検出する接触検出部が設けられており、
前記物体が接触したことを検出した接触検出部を設けた接触支持部から前記不動部までの間に3以上の関節部がある場合、
前記マニピュレータの制御装置は、
前記3以上の関節部の内、前記接触支持部に近い側の3つの関節部をそれぞれ回動させる3つの駆動部の駆動を制御して前記外力を補助する第三動作モードを有していることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
In the manipulator drive device according to any one of claims 12 to 15,
Of the plurality of support parts, the support part excluding the non-moving part is provided with a contact detection part that detects that an object has contacted,
When there are three or more joint parts between the contact support part provided with a contact detection part that detects that the object has contacted and the stationary part,
The control device of the manipulator is
A third operation mode for assisting the external force by controlling the driving of the three driving sections that respectively rotate the three joint sections closer to the contact support section among the three or more joint sections. A manipulator driving device characterized by that.
請求項12乃至15のいずれか一に記載のマニピュレータ駆動装置において、
前記複数の支持部の内、不動部を除く支持部には、物体が接触したことを検出する接触検出部が設けられており、
前記物体が接触したことを検出した接触検出部を設けた接触支持部から前記不動部までの間に3以上の関節部があり、且つ、前記接触支持部に近い側の3つの関節部の回動軸が平行であり、
前記マニピュレータの制御装置は、
前記3以上の関節部の内、前記接触支持部に近い側の2つの関節部をそれぞれ回動させる2つの駆動部の駆動を制御して前記外力を補助する第四動作モードを有していることを特徴とするマニピュレータ駆動装置。
In the manipulator drive device according to any one of claims 12 to 15,
Of the plurality of support parts, the support part excluding the non-moving part is provided with a contact detection part that detects that an object has contacted,
There are three or more joint parts between the contact support part provided with a contact detection part that detects that the object is in contact and the stationary part, and rotation of the three joint parts on the side close to the contact support part. The axes of movement are parallel,
The control device of the manipulator is
Of the three or more joint portions, a fourth operation mode for assisting the external force by controlling driving of two drive portions that respectively rotate two joint portions closer to the contact support portion. A manipulator driving device characterized by that.
マニピュレータ駆動装置を備えたロボットシステムにおいて、
請求項1乃至11のいずれか一に記載のマニピュレータの制御装置、又は請求項12乃至19のいずれか一に記載のマニピュレータ駆動装置の、少なくともいずれかを備えたことを特徴とするロボットシステム。
In a robot system equipped with a manipulator driving device,
A robot system comprising at least one of the manipulator control device according to any one of claims 1 to 11 and the manipulator driving device according to any one of claims 12 to 19.
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