JP2019115951A - Assembling device - Google Patents

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賢二 栗原
Kenji Kurihara
賢二 栗原
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Abstract

To correctly detect external force applied to a movable section when rapidly accelerating/decelerating the movable section and changing a posture, and perform an assembling work on the basis of the external force.SOLUTION: An assembling device includes: an actuator 1 which has a fixed section 11 and a movable section 12; a position detection section 4 which detects the position of the movable section 12 with respect to the fixed section 11; an acceleration detection section 5 which detects acceleration of the fixed section 11; an actuator control section 61 which adjusts gain with respect to a difference between the detected position and a reference position Pr and outputs driving current Ia to the actuator 1 on the basis of a current command value Irp to be the adjustment result and the detected acceleration; an external force detection section 62 which detects external force F applied to the movable section 12 on the basis of the current command value Irp or the detected acceleration and a current value of the output driving current Ia; a work control section 7 which controls the actuator control section 61 on the basis of the detected external force F; and a data processing section 9 which performs an operation correction instruction or a sign diagnosis for the work control section 7 on the basis of recorded data.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、組立作業を行う組立装置に関する。   The present invention relates to an assembly apparatus that performs an assembly operation.

従来から、組立て、押付け又は研磨等の作業を行う作業装置では、産業用ロボット(以下、ロボットと称す)等が多く用いられている。このロボットには、アームの先端にハンド等のエンドエフェクタが取付けられており、物体(部品又はワーク)を把持することで作業を行う。   BACKGROUND ART Conventionally, industrial robots (hereinafter, referred to as robots) and the like are often used in working devices that perform operations such as assembly, pressing, and polishing. In this robot, an end effector such as a hand is attached to the tip of an arm, and works by holding an object (part or work).

一方、ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、物体の寸法誤差又は把持位置誤差等により、予めプログラムされた目標位置と実際の位置とが異なる場合、物体が他の物体と接触した際に大きな外力が発生し、物体に傷又は破損が発生する恐れがある。   On the other hand, the motion of the robot is generally controlled by position control. Therefore, when the pre-programmed target position and the actual position differ due to dimensional error or gripping position error of the object, a large external force is generated when the object contacts another object, and the object is scratched or damaged. May occur.

その対策として、物体の位置誤差により発生する力を吸収する冶具(いわゆる「バッファ」)を別途設置する場合がある。しかしながら、このバッファは、物体の形状及び材料毎に要求される特性が異なるため、物体の種類の数だけ異なるバッファを用意する必要があり、都度設計となる。そのため、コストが増大し、且つ装置が大型化するという課題がある。   As a countermeasure, a jig (so-called "buffer") for absorbing a force generated due to a position error of an object may be separately installed. However, since this buffer has different characteristics depending on the shape of the object and the material, it is necessary to prepare a buffer different by the number of types of the object, and it is designed each time. Therefore, there is a problem that the cost is increased and the size of the apparatus is increased.

それに対し、ロボットとエンドエフェクタとの間に力センサを設置し、物体の接触時に過大な外力が発生しそうになると力センサの検出結果をロボットにフィードバックし、過大な外力が発生しないようにする方法もある。この場合には、バッファが不要となる。しかしながら、力センサは高価である。   On the other hand, a method of installing a force sensor between the robot and the end effector and feeding back the detection result of the force sensor to the robot when an excessive external force is likely to occur when an object comes in contact, so that the excessive external force is not generated There is also. In this case, no buffer is required. However, force sensors are expensive.

また、力センサを用いた場合には、以下に述べる理由により、作業時間の短縮が難しいという課題がある。   Moreover, when a force sensor is used, there is a problem that it is difficult to shorten the working time because of the reason described below.

すなわち、物体が他の物体と接触する位置に誤差がある場合、接触時に過大な外力が発生したことを検出して停止指令を出すが、可動部が大きくて重く且つ減速機構を有するロボットは急には止まれない。
また、接触時に発生する外力は、慣性による衝撃力と接触時にロボットが発生している力との和となる。ここで、慣性による衝撃力は、物体及びロボット可動部の質量と移動速度との積に比例する。しかしながら、ロボットは大きくて重い機構を有しているため、慣性による衝撃力を小さくするためには、接触直前の移動速度を遅くする必要がある。
That is, when there is an error in the position where an object contacts another object, it detects that an excessive external force is generated at the time of contact and issues a stop command, but the robot having a large and heavy movable part and a speed reduction mechanism Can not stop.
Further, the external force generated at the time of contact is the sum of an impact force due to inertia and a force generated by the robot at the time of contact. Here, the impact force due to inertia is proportional to the product of the mass of the object and the robot movable portion and the moving speed. However, since the robot has a large and heavy mechanism, in order to reduce the impact force due to inertia, it is necessary to slow the moving speed just before contact.

また、過大な外力が発生したことを検出して停止指令を出してもロボットは急には止まれないため、停止指令が出た時点から急激に減速しても接触位置からずれた位置で停止し、物体を押し潰してしまう。そして、位置の行き過ぎ量は移動速度に比例するため、物体を他の物体に近づける速度を遅くせざるを得ない。   In addition, the robot does not stop suddenly even if it detects that an excessive external force has been generated and issues a stop command, so even if it decelerates rapidly from the time the stop command is issued, it stops at a position deviated from the contact position. , Crush the object. Then, the amount of positional excess is proportional to the moving speed, so the speed at which an object approaches another object must be reduced.

上記の理由により、物体が他の物体と接触する可能性のある領域では、ロボットの移動速度を十分落とす必要がある。しかしながら、サイクルタイムを短くするため、物体を移送する速度は速くする必要がある。その結果、接触領域の近傍で速度を急激に落とすことになる。   For the above reasons, in an area where an object may come in contact with another object, the moving speed of the robot needs to be sufficiently reduced. However, in order to shorten the cycle time, the speed at which the object is transported needs to be increased. As a result, the speed drops rapidly near the contact area.

しかしながら、エンドエフェクタは力センサの先に取付けられている。そのため、ロボットが急激に減速した場合には、エンドエフェクタの質量による影響で、力センサには負方向の加速度に比例した力が発生する。
ところが、上記加速度に比例した力と物体の接触により発生する外力とを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
However, the end effector is attached to the end of the force sensor. Therefore, when the robot decelerates rapidly, a force proportional to the negative acceleration is generated in the force sensor due to the mass of the end effector.
However, it is difficult to distinguish between the force proportional to the acceleration and the external force generated by the contact of the object, and in order to distinguish, it is necessary to make the deceleration time of the robot significantly longer.

また、力センサを用いた場合には、以下に述べる理由により、重力による影響をリアルタイムに補償し難いという課題がある。   When a force sensor is used, there is a problem that it is difficult to compensate the influence of gravity in real time, for the reason described below.

すなわち、組立て、押付け又は研磨等の作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。例えば、曲面をトレースしながら研磨を行う作業では、姿勢を連続して変化させる必要がある。
しかしながら、上記の通り、エンドエフェクタは力センサの先に取付けられているため、ロボットの姿勢が水平ではない場合、力センサには重力加速度による影響でロボットの姿勢とエンドエフェクタの質量に応じた力が発生する。
That is, the posture that the robot can take when performing work such as assembly, pressing or polishing is not always constant, and often changes according to the state of the work. For example, in an operation of polishing while tracing a curved surface, it is necessary to continuously change the posture.
However, as described above, since the end effector is attached to the end of the force sensor, if the robot attitude is not horizontal, the force sensor exerts a force according to the robot attitude and the mass of the end effector under the influence of gravity acceleration. Occurs.

一方、重力加速度の影響を補償する重力補償手段として、例えば特許文献1に開示された方法が挙げられる。この特許文献1では、予めオフラインで姿勢に応じた重力の影響により力覚センサに発生する力を学習しておく。そして、実際の作業時に発生する力から学習した力を差し引くことで、作業力を算出している。しかしながら、この方法では、物体が変わる度に学習を行う必要がある。また、学習は物体との接触前に行う必要があり、ロボットが連続して姿勢を変えるような場合には重力補償はできない。   On the other hand, as a gravity compensation means for compensating for the influence of gravitational acceleration, for example, the method disclosed in Patent Document 1 may be mentioned. In this patent document 1, the force generated in the force sensor is learned in advance by the influence of gravity according to the posture off-line. And work power is calculated by deducting the learned power from the power generated at the time of actual work. However, in this method, it is necessary to perform learning each time an object changes. In addition, learning must be performed before contact with an object, and gravity compensation can not be performed when the robot continuously changes its posture.

なお上記では、可動部に加わる外力として、物体と他の物体とが接触した際に発生する力を示したが、これに限らず、エンドエフェクタと物体とが接触した際に発生する力についても同様である。   In the above description, the external force applied to the movable portion is a force generated when an object comes in contact with another object. However, the present invention is not limited to this, and the force generated when an end effector contacts an object is also described. It is similar.

特開2012−115912号公報JP, 2012-115912, A

上記の通り、ロボットと力センサを用いて組立て等の作業を行う場合、作業時間が長くなる。一方、作業時間を短くしようとすると物体を傷付け、押し潰し、接触を正しく検出できなくなる。また、重力補償をリアルタイムで行うことも難しい。このように、力センサを用いた場合には、ロボットが急激に加減速した場合又は姿勢が変更した場合に、外力を正しく検出できないという課題がある。この課題は、部品等の組立作業を行う組立装置においても同様であり、改善が求められている。   As described above, when performing work such as assembly using a robot and a force sensor, the working time becomes longer. On the other hand, when trying to shorten the working time, the object is scratched, crushed, and the contact can not be detected correctly. It is also difficult to perform gravity compensation in real time. As described above, when a force sensor is used, there is a problem that the external force can not be detected correctly when the robot accelerates or decelerates rapidly or when the posture changes. This problem is the same as in the assembling apparatus for assembling parts and the like, and improvements are required.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、可動部が急激に加減速された場合又は姿勢が変更された場合でも可動部に加わる外力を正しく検出でき、当該外力に基づいて組立作業を行うことができる組立装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when the movable part is rapidly accelerated or decelerated or when the posture is changed, the external force applied to the movable part can be correctly detected. An object of the present invention is to provide an assembly apparatus capable of performing an assembly operation based on the above.

この発明に係る組立装置は、固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、固定部に対する可動部の位置を検出する位置検出部と、固定部の加速度を検出する加速度検出部と、位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値及び加速度検出部により検出された加速度に基づいてアクチュエータに対する駆動電流を出力するアクチュエータ制御部と、アクチュエータ制御部において得られた電流指令値、又は、加速度検出部により検出された加速度及びアクチュエータ制御部により出力された駆動電流の電流値に基づいて、可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、外力検出部により検出された外力に基づいてアクチュエータ制御部を制御する作業制御部と、外力検出部により検出された外力及び位置検出部により検出された位置を示すデータを記録するデータ記録部と、データ記録部に記録されたデータに基づき、作業制御部に対する動作修正指示又は予兆診断を行うデータ処理部とを備えたことを特徴とする。   An assembling apparatus according to the present invention detects an acceleration of a fixed part, an actuator having a movable part movable with respect to the fixed part, a position detection part which detects the position of the movable part with respect to the fixed part, and the fixed part. The gain is adjusted with respect to the difference between the position detected by the acceleration detection unit and the position detection unit and the reference position, and the drive to the actuator is performed based on the current command value which is the adjustment result and the acceleration detected by the acceleration detection unit. Based on an actuator control unit that outputs a current, a current command value obtained by the actuator control unit, or an acceleration detected by the acceleration detection unit and a current value of a drive current output by the actuator control unit, An actuator control unit is controlled based on an external force detection unit that detects an external force applied and an external force detected by the external force detection unit. An operation correction to the work control unit based on the work control unit, a data recording unit for recording data indicating the external force detected by the external force detection unit and the position detected by the position detection unit, and the data recorded in the data recording unit And a data processing unit for performing an instruction or an indication diagnosis.

この発明によれば、上記のように構成したので、可動部が急激に加減速された場合又は姿勢が変更された場合でも可動部に加わる外力を正しく検出でき、当該外力に基づいて組立作業を行うことができる。   According to the present invention, as configured as described above, the external force applied to the movable portion can be correctly detected even when the movable portion is rapidly accelerated or decelerated or the posture is changed, and the assembly operation is performed based on the external force. It can be carried out.

この発明の実施の形態1に係る組立装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the assembly apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における外力検出制御部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the external-force detection control part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるゲイン調整部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the gain adjustment part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における作業制御部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the operation | work control part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る組立装置で用いるコネクタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the connector used with the assembly apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る組立装置によるコネクタの組立作業の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the assembly operation of the connector by the assembly apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図7A〜図7Eは、この発明の実施の形態1に係る組立装置によるコネクタの組立作業の一例を示す図である。FIGS. 7A to 7E are diagrams showing an example of the assembly operation of the connector by the assembly apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図8A、図8Bは、図7に示す組立装置によるコネクタの組立作業での動作を説明する図であり、図8Aはアクチュエータが発生する推力を示す図であり、図8Bは可動部の位置を示す図である。8A and 8B are diagrams for explaining the operation in the assembly operation of the connector by the assembling apparatus shown in FIG. 7, FIG. 8A is a diagram showing the thrust generated by the actuator, and FIG. 8B shows the position of the movable part FIG.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る組立装置の構成例を示す図である。
組立装置は、物体50aを組立て先である物体(他の物体)50bに組立てる組立作業を行う装置である。この組立装置は、図1に示すように、アクチュエータ1、エンドエフェクタ2、移動部3、位置検出部4、加速度検出部5、外力検出制御部6、作業制御部7、データ記録部8及びデータ処理部9を備えている。また、外力検出制御部6は、アクチュエータ制御部61及び外力検出部62から構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 is a view showing a configuration example of an assembly apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The assembling apparatus is an apparatus for performing an assembling operation of assembling the object 50a to an object (other object) 50b to be assembled. As shown in FIG. 1, the assembling apparatus includes an actuator 1, an end effector 2, a moving unit 3, a position detection unit 4, an acceleration detection unit 5, an external force detection control unit 6, a work control unit 7, a data recording unit 8 and data. A processing unit 9 is provided. Further, the external force detection control unit 6 includes an actuator control unit 61 and an external force detection unit 62.

アクチュエータ1は、固定部11、及び当該固定部11に対して変位可能な可動部12を有し、磁界に置かれたコイルに電流が供給されることで固定部11に対して可動部12を直動方向又は回転方向に変位可能とする。このアクチュエータ1は、移動部3に取付けられており、全体が移送され、また、姿勢が変更される。なお、可動部12又はエンドエフェクタ2が複数方向の自由度を持ち、アクチュエータ1全体の移送及び姿勢の変更が不要である場合、移動部3はなくてもよい。以下では、移動部3を使用する場合を記述する。   The actuator 1 has a fixed portion 11 and a movable portion 12 displaceable with respect to the fixed portion 11, and a current is supplied to a coil placed in a magnetic field, whereby the movable portion 12 is fixed to the fixed portion 11. It can be displaced in the linear movement direction or the rotational direction. The actuator 1 is attached to the moving unit 3 so that the whole is transported and its posture is changed. In addition, when the movable portion 12 or the end effector 2 has degrees of freedom in a plurality of directions and it is not necessary to move the entire actuator 1 and change the posture, the moving portion 3 may be omitted. In the following, the case where the moving unit 3 is used will be described.

エンドエフェクタ2は、可動部12に取付けられ、物体50aを保持可能な機構である。図1では、エンドエフェクタ2として、物体50aを把持可能なグリッパ(ハンド)が用いられている。なお、エンドエフェクタ2としては、グリッパ以外にも、例えば、物体50aを吸着可能な吸着具を用いてもよい。なお、物体50bを移動する移動部があってもよい。   The end effector 2 is a mechanism attached to the movable portion 12 and capable of holding the object 50a. In FIG. 1, a gripper (hand) capable of gripping an object 50 a is used as the end effector 2. In addition to the gripper, for example, a suction tool capable of suctioning the object 50 a may be used as the end effector 2. Note that there may be a moving unit that moves the object 50b.

移動部3は、アクチュエータ1を移動(移送及び姿勢変更)する。図1では、移動部3として、先端にアクチュエータ1(固定部11)が取付けられ、アクチュエータ1を移動可能なロボットを示している。   The moving unit 3 moves (transfers and changes in attitude) the actuator 1. In FIG. 1, as the moving unit 3, a robot in which the actuator 1 (fixed unit 11) is attached to the tip and which can move the actuator 1 is illustrated.

位置検出部4は、アクチュエータ1に設けられ、固定部11に対する可動部12の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4により検出された位置を示す信号(位置信号)は、アクチュエータ制御部61及びデータ記録部8に出力される。   The position detection unit 4 is provided in the actuator 1 and detects the position (relative position) of the movable unit 12 with respect to the fixed unit 11. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detection unit 4 is output to the actuator control unit 61 and the data recording unit 8.

加速度検出部5は、固定部11に設けられ、固定部11の加速度を検出する。この際、加速度検出部5は、固定部11の重力加速度αg及び移動加速度α1のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α1)を検出する。図2では、加速度検出部5が加速度(αg+α1)を検出する場合を示している。この加速度検出部5により検出された加速度を示す信号(加速度信号)は、アクチュエータ制御部61に出力される。   The acceleration detection unit 5 is provided on the fixed unit 11 and detects the acceleration of the fixed unit 11. At this time, the acceleration detection unit 5 detects an acceleration (αg + α1) in which one or both of the gravity acceleration αg and the movement acceleration α1 of the fixed unit 11 are added. FIG. 2 shows the case where the acceleration detection unit 5 detects the acceleration (αg + α1). A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 is output to the actuator control unit 61.

アクチュエータ制御部61は、位置検出部4により検出された位置と基準位置Prとの差分に対してゲイン(ループゲイン)を調整し、当該調整結果である電流指令値Irp及び加速度検出部5により検出された加速度に基づいてアクチュエータ1に対する駆動電流Iaを出力する。   The actuator control unit 61 adjusts the gain (loop gain) with respect to the difference between the position detected by the position detection unit 4 and the reference position Pr, and is detected by the current command value Irp as the adjustment result and the acceleration detection unit 5 The drive current Ia for the actuator 1 is output based on the determined acceleration.

外力検出部62は、アクチュエータ制御部61において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部5により検出された加速度及びアクチュエータ制御部61により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部12に加わる外力(反力)Fを検出する。
アクチュエータ制御部61及び外力検出部62の構成例については後述する。
The external force detection unit 62 is movable based on the current command value Irp obtained by the actuator control unit 61 or the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator control unit 61. An external force (reaction force) F applied to the portion 12 is detected.
Configuration examples of the actuator control unit 61 and the external force detection unit 62 will be described later.

作業制御部7は、組立装置による組立作業を実現する。この際、作業制御部7は、外力検出部62により検出された外力Fに基づいて、アクチュエータ制御部61、エンドエフェクタ2及び移動部3を制御することで、組立作業を実現する。なお、作業制御部7は、基準位置Pr又はゲインの変更を行うことでアクチュエータ制御部61を制御する。また、作業制御部7は、外力検出部62により検出された外力Fに加え、位置検出部4により検出された位置、加速度検出部5により検出された加速度、及び作業制御部7で管理している時間等も考慮して、上記組立作業を実現してもよい。この作業制御部7の構成例については後述する。   The operation control unit 7 realizes an assembly operation by the assembly apparatus. At this time, the work control unit 7 realizes the assembly work by controlling the actuator control unit 61, the end effector 2 and the moving unit 3 based on the external force F detected by the external force detection unit 62. The work control unit 7 controls the actuator control unit 61 by changing the reference position Pr or the gain. Further, in addition to the external force F detected by the external force detection unit 62, the work control unit 7 manages the position detected by the position detection unit 4, the acceleration detected by the acceleration detection unit 5, and the work control unit 7. The above assembly operation may be realized in consideration of the time and the like. A configuration example of the work control unit 7 will be described later.

データ記録部8は、外力検出部62により検出された外力F及び位置検出部4により検出された位置を示すデータを記録する。   The data recording unit 8 records data indicating the external force F detected by the external force detection unit 62 and the position detected by the position detection unit 4.

データ処理部9は、データ記録部8に記録されたデータに基づき、作業制御部7に対する動作修正指示(アクチュエータ制御部61に対する基準位置Pr又はゲインの変更の指示)、又は予兆診断を行う。   The data processing unit 9 performs an operation correction instruction (instruction to change the reference position Pr or the gain to the actuator control unit 61) to the work control unit 7 or a symptom diagnosis based on the data recorded in the data recording unit 8.

次に、外力検出制御部6の構成例について、図2を参照しながら説明する。なお図2では、アクチュエータ1、エンドエフェクタ2、位置検出部4及び加速度検出部5も図示している。また図2では、エンドエフェクタ2が物体50aを保持している状態を示している。
外力検出制御部6は、図2に示すように、位置速度変換部63、減算器64、ゲイン調整部65、質量推定部66、加速度補償部67、加減算器68、定電流制御部69、及び外力検出部62を有している。なお図2に示す外力検出制御部6において、外力検出部62を除く機能部(位置速度変換部63、減算器64、ゲイン調整部65、質量推定部66、加速度補償部67、加減算器68及び定電流制御部69)は、アクチュエータ制御部61を構成する。
Next, a configuration example of the external force detection control unit 6 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the actuator 1, the end effector 2, the position detection unit 4, and the acceleration detection unit 5 are also illustrated. Moreover, in FIG. 2, the state in which the end effector 2 hold | maintains the object 50a is shown.
As shown in FIG. 2, the external force detection control unit 6 includes a position / speed conversion unit 63, a subtractor 64, a gain adjustment unit 65, a mass estimation unit 66, an acceleration compensation unit 67, an adder / subtractor 68, a constant current control unit 69, and An external force detector 62 is provided. In external force detection control unit 6 shown in FIG. 2, functional units (position / speed conversion unit 63, subtractor 64, gain adjustment unit 65, mass estimation unit 66, acceleration compensation unit 67, adder / subtractor 68, and the like) The constant current control unit 69) constitutes an actuator control unit 61.

位置速度変換部63は、位置検出部4により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部11に対する可動部12の速度(相対速度)を示す。この位置速度変換部63により変換された速度を示す信号(速度信号)は、加減算器68に出力される。   The position / velocity conversion unit 63 differentiates the position detected by the position detection unit 4 and converts it into a velocity. This velocity indicates the velocity (relative velocity) of the movable portion 12 with respect to the fixed portion 11. A signal (velocity signal) indicating the velocity converted by the position / velocity converter 63 is output to the adder / subtractor 68.

減算器64は、基準位置Prから位置検出部4により検出された位置を減算する。この減算器64による減算結果を示す信号は、ゲイン調整部65に出力される。   The subtractor 64 subtracts the position detected by the position detection unit 4 from the reference position Pr. A signal indicating the subtraction result by the subtractor 64 is output to the gain adjustment unit 65.

ゲイン調整部65は、減算器64による減算結果(位置偏差)に対してゲインを調整し、電流指令値Irpを出力する。ゲインは、アクチュエータ1におけるコンプライアンスの値であり、コンプライアンスは、バネ定数の逆数であり、固さ柔らかさを示す指標である。また、ゲイン調整部65において、上記位置偏差と電流指令値Irpとの関係を示す関数は線形でもよいし非線形でもよい。このゲイン調整部65は、図2,3に示すように、ループゲイン測定部651、ゲイン交点制御部652及び可変ゲイン調整部653を有している。   The gain adjustment unit 65 adjusts the gain with respect to the subtraction result (positional deviation) by the subtractor 64, and outputs a current command value Irp. The gain is a value of compliance at the actuator 1, and the compliance is an inverse number of a spring constant, and is an index indicating hardness and hardness. Further, in the gain adjustment unit 65, the function indicating the relationship between the position deviation and the current command value Irp may be linear or non-linear. As shown in FIGS. 2 and 3, the gain adjustment unit 65 includes a loop gain measurement unit 651, a gain intersection control unit 652, and a variable gain adjustment unit 653.

ループゲイン測定部651は、減算器64から出力された信号のゲインを測定する。この際、ループゲイン測定部651は、図3に示すように、減算器64から出力された信号に、発振器654によりゲインが1倍(0dB)となるべき基準となる周波数、すなわちゲイン交点に設定された基準となる周波数の正弦波を、加算器655を介して加算する。このループゲイン測定部651による正弦波の加算前後の信号は、ゲイン交点制御部652に出力される。   The loop gain measurement unit 651 measures the gain of the signal output from the subtractor 64. At this time, as shown in FIG. 3, the loop gain measuring unit 651 sets the signal output from the subtractor 64 to a reference frequency at which the gain should be 1 × (0 dB) by the oscillator 654, ie, a gain intersection point. The sine waves of the reference frequency to be added are added via the adder 655. Signals before and after addition of sine waves by the loop gain measurement unit 651 are output to the gain intersection point control unit 652.

ゲイン交点制御部652は、図3に示すように、比較器656によりループゲイン測定部651による正弦波の加算前後の信号での振幅比を比較する。このゲイン交点制御部652による比較結果を示す信号は、可変ゲイン調整部653に出力される。   As shown in FIG. 3, the gain intersection point control unit 652 causes the comparator 656 to compare the amplitude ratio of the signals before and after the addition of the sine wave by the loop gain measurement unit 651. A signal indicating the comparison result by the gain intersection point control unit 652 is output to the variable gain adjustment unit 653.

可変ゲイン調整部653は、ゲイン交点制御部652により比較された振幅比の倍率が1となるように、当該振幅比の倍率の逆数を調整値とし、減算器64から出力された信号のゲインを調整する。すなわち、可変ゲイン調整部653は、ループゲイン測定部651による正弦波の加算前の信号の振幅レベルEaに対して当該正弦波の加算後の信号の振幅レベルEbが高い場合(Ea<Eb)には調整値を大きくし、当該正弦波の加算前の信号の振幅レベルEaに対して当該正弦波の加算後の信号の振幅レベルEbが低い場合(Ea>Eb)には調整値を小さくすることで、ゲインが1倍となるように調整する。この可変ゲイン調整部653によりゲインが調整された信号は、加減算器68に電流指令値Irpとして出力される。また、可変ゲイン調整部653によるゲインの調整値を示す信号は、質量推定部66に出力される。   The variable gain adjustment unit 653 sets the inverse of the magnification ratio to the adjustment value so that the magnification ratio of the amplitude ratio compared by the gain intersection control unit 652 is 1, and the gain of the signal output from the subtractor 64 is adjust. That is, the variable gain adjustment unit 653 is configured such that the amplitude level Eb of the signal after addition of the sine wave is higher than the amplitude level Ea of the signal before addition of the sine wave by the loop gain measurement unit 651 (Ea <Eb). Increases the adjustment value, and decreases the adjustment value when the amplitude level Eb of the signal after addition of the sine wave is lower than the amplitude level Ea of the signal before addition of the sine wave (Ea> Eb) And adjust so that the gain is 1 ×. The signal whose gain is adjusted by the variable gain adjustment unit 653 is output to the adder / subtractor 68 as the current command value Irp. Further, a signal indicating the adjustment value of the gain by the variable gain adjustment unit 653 is output to the mass estimation unit 66.

なお、発振器654でゲインが1倍となるべき基準となる周波数の正弦波を加算するのは、ゲインが1倍となる周波数においてEa/Eb=1となるため、Ea/Eb=1となるようにゲインを調整することで、ゲイン交点を常に1に維持できるためである。   It should be noted that adding a sine wave of a reference frequency at which the gain should be 1 in the oscillator 654 is Ea / Eb = 1 at a frequency at which the gain is 1 and therefore Ea / Eb = 1 The gain cross point can be always maintained at 1 by adjusting the gain to.

また、減算器64及びゲイン調整部65は、位置検出部4により検出された位置と基準位置Prとの差分に基づく電流指令値Irpを出力する位置制御手段(位相制御ループ)を構成する。   Further, the subtractor 64 and the gain adjustment unit 65 constitute position control means (phase control loop) for outputting a current command value Irp based on the difference between the position detected by the position detection unit 4 and the reference position Pr.

質量推定部66は、可変ゲイン調整部653によるゲインの調整値から、可動部12側の質量を推定する。すなわち、質量推定部66は、ゲインの調整値の変化と質量の変化とが比例する原理を利用する。ここで、可動部12側の質量とは、エンドエフェクタ2が物体50aを保持していない場合には、可動部12の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2とが加算された質量(M1+M2)であり、エンドエフェクタ2が物体50aを保持している場合には、可動部12の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2と物体50aの質量M3とが加算された質量(M1+M2+M3)である。なお図2では、質量推定部66が、可動部12の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2と物体50aの質量M3とが加算された質量(M1+M2+M3)を推定する場合を示している。
例えば、可動部12側の質量が規定値の2倍になったとすると、ゲインはその逆数倍の1/2となっており、Ea/Eb=1/2となる。これに対して、ゲインを1倍とするため、可変ゲイン調整部653は2倍の調整値でゲインを調整する。そして、質量推定部66は、この可変ゲイン調整部653の調整値から、可動部12側の質量が規定値の2倍に変化したと推定できる。
この質量推定部66により推定された質量を示す信号は、加速度補償部67に出力される。
The mass estimation unit 66 estimates the mass on the movable unit 12 side from the adjustment value of the gain by the variable gain adjustment unit 653. That is, the mass estimation unit 66 utilizes the principle that the change in gain adjustment value is proportional to the change in mass. Here, the mass on the movable portion 12 side is a mass (M1 + M2) in which the mass M1 of the movable portion 12 and the mass M2 of the end effector 2 are added when the end effector 2 does not hold the object 50a. When the end effector 2 holds the object 50a, the mass M1 of the movable portion 12, the mass M2 of the end effector 2 and the mass M3 of the object 50a are added (M1 + M2 + M3). FIG. 2 shows a case where the mass estimation unit 66 estimates a mass (M1 + M2 + M3) in which the mass M1 of the movable portion 12, the mass M2 of the end effector 2, and the mass M3 of the object 50a are added.
For example, assuming that the mass on the movable portion 12 side is twice the specified value, the gain is 1⁄2 of the reciprocal thereof, and Ea / Eb = 1⁄2. On the other hand, in order to make the gain 1 time, the variable gain adjustment unit 653 adjusts the gain with an adjustment value of 2 times. Then, from the adjustment value of the variable gain adjustment unit 653, the mass estimation unit 66 can estimate that the mass on the movable unit 12 side has changed to twice the specified value.
The signal indicating the mass estimated by the mass estimation unit 66 is output to the acceleration compensation unit 67.

なお上記では、質量推定部66により可動部12側の質量を推定する場合を示したが、これに限らず、他の方法を用いて可動部12側の質量を取得してもよい。   In addition, although the case where the mass by the side of the movable part 12 was estimated by the mass estimation part 66 was shown above, you may acquire the mass by the side of the movable part 12 using not only this but another method.

加速度補償部67は、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを出力する。この加速度補償部67は、乗算器671及び係数乗算部672を有している。   The acceleration compensation unit 67 outputs an acceleration compensation value Irc for correcting the disturbance torque. The acceleration compensation unit 67 includes a multiplier 671 and a coefficient multiplication unit 672.

乗算器671は、加速度検出部5により検出された加速度と、質量推定部66により推定された質量とを乗算する。この乗算器671による乗算結果を示す信号は、係数乗算部672及び外力検出部62に出力される。   The multiplier 671 multiplies the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 by the mass estimated by the mass estimation unit 66. A signal indicating the multiplication result by the multiplier 671 is output to the coefficient multiplication unit 672 and the external force detection unit 62.

係数乗算部672は、乗算器671による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。なお、Ktは、アクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。この係数乗算部672による乗算結果を示す信号は、加減算器68に加速度補償値Ircとして出力される。   The coefficient multiplication unit 672 multiplies the multiplication result of the multiplier 671 by a coefficient (1 / Kt). Kt is a torque constant that represents the ratio between the thrust generated by the actuator 1 and the drive current Ia. A signal indicating the multiplication result by the coefficient multiplication unit 672 is output to the adder / subtractor 68 as an acceleration compensation value Irc.

加減算器68は、ゲイン調整部65から出力された電流指令値Irpに対し、加速度補償部67から出力された加速度補償値Ircを加算し、位置速度変換部63から出力された速度信号を減算する。この加減算器68による加減算結果を示す信号は、定電流制御部69に電流指令値Irとして出力される。   The adder-subtractor 68 adds the acceleration compensation value Irc output from the acceleration compensation unit 67 to the current command value Irp output from the gain adjustment unit 65, and subtracts the velocity signal output from the position / speed conversion unit 63. . A signal indicating the addition / subtraction result of the adder / subtractor 68 is output to the constant current control unit 69 as a current command value Ir.

定電流制御部69は、アクチュエータ1を駆動する駆動電流Iaを電流指令値Irに一致させるように制御する。この定電流制御部69は、減算器691、駆動ドライバ692及び電流検出部693を有している。   The constant current control unit 69 controls the drive current Ia for driving the actuator 1 to match the current command value Ir. The constant current control unit 69 includes a subtractor 691, a drive driver 692, and a current detection unit 693.

減算器691は、加減算器68から出力された電流指令値Irから、電流検出部693により検出された駆動電流Iaの電流値を減算する。この減算器691による減算結果を示す信号は、駆動ドライバ692に出力される。   The subtractor 691 subtracts the current value of the drive current Ia detected by the current detection unit 693 from the current command value Ir output from the adder / subtractor 68. A signal indicating the subtraction result by the subtractor 691 is output to the drive driver 692.

駆動ドライバ692は、減算器691による減算結果に応じた駆動電流Iaを発生する。この駆動ドライバ692により発生された駆動電流Iaは、電流検出部693を介してアクチュエータ1に出力される。   The drive driver 692 generates a drive current Ia according to the subtraction result of the subtractor 691. The drive current Ia generated by the drive driver 692 is output to the actuator 1 via the current detection unit 693.

電流検出部693は、駆動ドライバ692により発生された駆動電流Iaの電流値を検出する。この電流検出部693により検出された電流値を示す信号は、減算器691に出力される。   The current detection unit 693 detects the current value of the drive current Ia generated by the drive driver 692. A signal indicating the current value detected by the current detection unit 693 is output to the subtractor 691.

外力検出部62は、アクチュエータ制御部61において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部5により検出された加速度及びアクチュエータ制御部61により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部12に加わる外力Fを検出する。具体的には、外力検出部62は、電流指令値Irp、又は、駆動電流Iaの電流値から加速度補償値Ircを減算した結果に基づいて、可動部12に加わる外力Fを検出する。なお、可動部12に加わる外力Fとしては、エンドエフェクタ2が物体50aと接触した際に発生する力、及び、エンドエフェクタ2により保持された物体50aが物体50bと接触した際に発生する力が挙げられる。また図2では、外力検出部62が、加速度検出部5により検出された加速度及びアクチュエータ制御部61により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて可動部12に加わる外力Fを検出する場合を示している。図2に示す外力検出部62は、係数乗算部621、減算器622及び係数乗算部623を有している。   The external force detection unit 62 is movable based on the current command value Irp obtained by the actuator control unit 61 or the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator control unit 61. The external force F applied to the portion 12 is detected. Specifically, external force detection unit 62 detects external force F applied to movable portion 12 based on the result of subtracting acceleration compensation value Irc from current command value Irp or the current value of drive current Ia. As the external force F applied to the movable portion 12, a force generated when the end effector 2 contacts the object 50a, and a force generated when the object 50a held by the end effector 2 contacts the object 50b It can be mentioned. Further, in FIG. 2, the external force detection unit 62 detects the external force F applied to the movable unit 12 based on the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator control unit 61. It shows. The external force detection unit 62 illustrated in FIG. 2 includes a coefficient multiplication unit 621, a subtractor 622, and a coefficient multiplication unit 623.

係数乗算部621は、加速度補償部67の乗算器671による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。この係数乗算部621による乗算結果を示す信号は、減算器622に出力される。   The coefficient multiplication unit 621 multiplies the multiplication result by the multiplier 671 of the acceleration compensation unit 67 by a coefficient (1 / Kt). A signal indicating the multiplication result by the coefficient multiplication unit 621 is output to the subtractor 622.

減算器622は、定電流制御部69により発生された駆動電流Iaの電流値から、係数乗算部621による乗算結果を減算する。この減算器622による減算結果を示す信号は、係数乗算部623に出力される。   The subtractor 622 subtracts the multiplication result by the coefficient multiplication unit 621 from the current value of the drive current Ia generated by the constant current control unit 69. A signal indicating the subtraction result by the subtractor 622 is output to the coefficient multiplication unit 623.

係数乗算部623は、減算器622による減算結果に係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。この係数乗算部623により得られた外力Fを示す信号は、作業制御部7に出力される。   The coefficient multiplication unit 623 obtains the external force F by multiplying the subtraction result of the subtractor 622 by the coefficient (Kt). The signal indicating the external force F obtained by the coefficient multiplication unit 623 is output to the work control unit 7.

なお、外力検出部62が、アクチュエータ制御部61において得られた電流指令値Irpに基づいて可動部12に加わる外力Fを検出する場合には、係数乗算部を有する。この係数乗算部は、ゲイン調整部65から出力された電流指令値Irpに係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。そして、この係数乗算部により得られた外力Fを示す信号は、作業制御部7に出力される。   When external force detection unit 62 detects external force F applied to movable unit 12 based on current command value Irp obtained by actuator control unit 61, it has a coefficient multiplication unit. The coefficient multiplying unit obtains the external force F by multiplying the current command value Irp output from the gain adjusting unit 65 by the coefficient (Kt). Then, a signal indicating the external force F obtained by the coefficient multiplication unit is output to the work control unit 7.

次に、作業制御部7の構成例について、図4を参照しながら説明する。
作業制御部7は、図4に示すように、接触制御部71、組立位置制御部72、組立制御部73及び脱着制御部74を有している。
Next, a configuration example of the work control unit 7 will be described with reference to FIG.
The work control unit 7 has a contact control unit 71, an assembly position control unit 72, an assembly control unit 73, and a detachment control unit 74, as shown in FIG.

接触制御部71は、エンドエフェクタ2により保持された物体50aが、物体50bに力(第1の力)F1で接触するまで、エンドエフェクタ2を物体50bの方向へ移動させる。力F1は、物体50aが物体50bに当接したことを認識可能な力であり、物体50aと物体50b及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。   The contact control unit 71 moves the end effector 2 in the direction of the object 50b until the object 50a held by the end effector 2 contacts the object 50b with the force (first force) F1. The force F1 is a force capable of recognizing that the object 50a is in contact with the object 50b, and is sufficiently weak so as not to damage the object 50a, the object 50b and peripheral devices.

組立位置制御部72は、接触制御部71による処理後、エンドエフェクタ2により保持された物体50aの物体50bへの接触を維持しつつ、エンドエフェクタ2を当該物体50aが当該物体50bに組立てられる位置に移動させる。なお、組立位置制御部72は、力F1の有無又は物体50aの位置から、物体50aが物体50bに組立てられる位置に位置したかを判定する。   After the processing by the contact control unit 71, the assembly position control unit 72 maintains the contact of the object 50a held by the end effector 2 with the object 50b, and the position at which the object 50a is assembled to the object 50b. Move to The assembly position control unit 72 determines whether the object 50a is at a position where it can be assembled to the object 50b from the presence or absence of the force F1 or the position of the object 50a.

組立制御部73は、組立位置制御部72による処理後、可動部12に加わる外力Fが力(第2の力)F2となるまで、エンドエフェクタ2を当該エンドエフェクタ2に保持された物体50aが組立てられる方向(組立て方向)へ移動させる。   After the processing by the assembly position control unit 72, the assembly control unit 73 controls the object 50a holding the end effector 2 on the end effector 2 until the external force F applied to the movable unit 12 becomes a force (second force) F2. Move in the direction of assembly (assembly direction).

脱着制御部74は、組立制御部73による処理後、エンドエフェクタ2を組立て方向とは逆方向に移動させ、可動部12に加わる外力Fが力(第3の力)Frefに達するかを判定する。力Frefは、物体50aが物体50bに正常に組立てられたことを確認可能な力である。   After the processing by the assembly control unit 73, the desorption control unit 74 moves the end effector 2 in the direction opposite to the assembly direction, and determines whether the external force F applied to the movable portion 12 reaches the force (third force) Fref. . The force Fref is a force that can confirm that the object 50a is properly assembled to the object 50b.

次に、外力検出制御部6の動作原理について説明する。なお以下では、アクチュエータ1として、発生した推力がエンドエフェクタ2に直接伝わるダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータを用い、固定部11に対して可動部12を直動させるものとする。このアクチュエータ1は、定電流制御部69が電流指令値Irに応じて発生した駆動電流Iaにより駆動する。   Next, the operation principle of the external force detection control unit 6 will be described. In the following, as the actuator 1, a direct drive linear actuator in which the generated thrust is directly transmitted to the end effector 2 is used, and the movable portion 12 is linearly moved with respect to the fixed portion 11. The actuator 1 is driven by the drive current Ia generated by the constant current control unit 69 according to the current command value Ir.

一方、位置検出部4は、固定部11に対する可動部12の直動方向における位置を検出する。
また、位置速度変換部63は、位置検出部4により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部11に対する可動部12の速度を示す。
On the other hand, the position detection unit 4 detects the position of the movable unit 12 in the linear movement direction with respect to the fixed unit 11.
Further, the position / speed conversion unit 63 differentiates the position detected by the position detection unit 4 and converts it into a velocity. This velocity indicates the velocity of the movable part 12 with respect to the fixed part 11.

また、加速度検出部5は、固定部11の直動方向における加速度を検出する。以下では、加速度検出部5は、固定部11の直動方向成分における移動加速度α1と、固定部11の直動方向成分における重力加速度αgとが加算された加速度(α1+αg)を検出するものとする。   Further, the acceleration detection unit 5 detects an acceleration in the linear movement direction of the fixed unit 11. In the following, the acceleration detection unit 5 detects an acceleration (α1 + αg) in which the movement acceleration α1 in the linear movement direction component of the fixed unit 11 and the gravitational acceleration αg in the linear movement direction component of the fixed unit 11 are added. .

また、位置検出部4により検出された位置は、減算器64で基準位置Prと比較され、その差分がゲイン調整部65を介して電流指令値Irを構成する要素の一つである電流指令値Irpとして加減算器68に与えられる。   Further, the position detected by the position detection unit 4 is compared with the reference position Pr by the subtractor 64, and the difference thereof is a current command value which is one of the elements constituting the current command value Ir via the gain adjustment unit 65. It is given to the adder / subtractor 68 as Irp.

電流指令値Irは、電流指令値Irpの他、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircで構成され、次式(1)で表される。
Ir=Irp+Irc (1)
The current command value Ir is composed of an acceleration compensation value Irc for correcting the disturbance torque in addition to the current command value Irp, and is expressed by the following equation (1).
Ir = Irp + Irc (1)

なお、位置を単純にフィードバックすると制御系が不安定となる。そのため、実際には、位置速度変換部63からの速度信号をマイナーループとして加減算器68のマイナス出力に加えて安定化を行っているが、以下では省略する。   If the position is simply fed back, the control system becomes unstable. Therefore, the speed signal from the position / speed converter 63 is actually added as a minor loop to the minus output of the adder / subtractor 68 to perform stabilization, but this is omitted below.

また、ゲイン調整部65では、位置制御ループのゲインを変えることで、アクチュエータ1におけるコンプライアンスの値を変化させることができる。   Further, in the gain adjustment unit 65, the value of the compliance in the actuator 1 can be changed by changing the gain of the position control loop.

ここで、駆動電流Iaに着目すると、外乱トルクがない場合には電流値は零になるが、外乱トルクがある場合にはそれに比例して電流値も変化する。
一般的な外乱トルクとしては、作業時にエンドエフェクタ2から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力、減速器のロストルク等が考えられる。ここで、アクチュエータ1はダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータであるため、減速器は持たず、ロストルクは考慮する必要は少ない。したがって、駆動電流Iaは、作業時にエンドエフェクタ2から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力に比例した値となる。なお以下では、反力Fは、物体50aが物体50bに接触した際に発生する力であるとする。
Here, focusing on the drive current Ia, the current value becomes zero when there is no disturbance torque, but the current value also changes in proportion to that when there is a disturbance torque.
As a general disturbance torque, the reaction force F received from the end effector 2 at the time of work, the force generated by the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α1, the loss torque of the reduction gear, and the like can be considered. Here, since the actuator 1 is a direct drive linear actuator, there is no decelerator, and it is not necessary to consider the loss torque. Therefore, the drive current Ia has a value proportional to the force generated by the reaction force F, the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α1 received from the end effector 2 at the time of operation. In the following, it is assumed that the reaction force F is a force generated when the object 50a contacts the object 50b.

ここで、アクチュエータ1の駆動電流Ia、作業時にエンドエフェクタ2から受ける反力F、固定部11の直動方向成分における移動加速度α1、固定部11の直動方向成分における重力加速度αg、可動部12の質量M1、エンドエフェクタ2の質量M2、及び、物体50aの質量M3から、次式(2)の関係が成り立つ。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ1が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。
Here, the drive current Ia of the actuator 1, the reaction force F received from the end effector 2 at the time of operation, the movement acceleration α1 in the linear movement direction component of the fixed portion 11, the gravitational acceleration αg in the linear movement direction component of the fixed portion 11 From the mass M1 of the above, the mass M2 of the end effector 2 and the mass M3 of the object 50a, the following equation (2) is established.
F + (α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) = Kt · Ir = Kt · (Irp + Irc)
(2)
Kt is a torque constant representing the ratio between the thrust generated by the actuator 1 and the drive current Ia.

また、式(2)において外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを次式(3)のように設定する。
(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Irc (3)
Further, in the equation (2), an acceleration compensation value Irc for correcting the disturbance torque is set as in the following equation (3).
(Α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) = Kt · Irc (3)

式(3)のように加速度補償値Ircを設定した場合、式(2)からα1,αg,M1,M2,M3の項が消え、次式(4)のように整理される。
F=Kt・Irp (4)
When the acceleration compensation value Irc is set as in the equation (3), the terms α1, αg, M1, M2 and M3 disappear from the equation (2), and the terms are rearranged as in the following equation (4).
F = Kt · Irp (4)

このように、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを式(3)のように設定すると、作業時にエンドエフェクタ2から受ける反力Fと電流指令値Irpは、比例関係になることがわかる。   As described above, when the acceleration compensation value Irc for correcting the disturbance torque is set as shown in equation (3), it is understood that the reaction force F received from the end effector 2 at the time of operation and the current command value Irp have a proportional relationship. .

これは、作業時にエンドエフェクタ2から受ける反力Fが零、つまり物体50aが物体50bと接触していない場合、基準位置Prと実際の位置の差分に基づく電流指令値Irpも零、つまり位置が変位しないことを意味している。
そして、物体50aが物体50bと接触した際に生じる反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
This is because, when the reaction force F received from the end effector 2 at the time of work is zero, that is, when the object 50a is not in contact with the object 50b, the current command value Irp based on the difference between the reference position Pr and the actual position is also zero. It means that it does not displace.
The reaction force F generated when the object 50a contacts the object 50b can be known by monitoring the current command value Irp.

そして、式(4)には、固定部11の直動方向成分における移動加速度α1、固定部11の直動方向成分における重力加速度αg、可動部12の質量M1、エンドエフェクタ2の質量M2、物体50aの質量M3の項目が含まれていない。
つまり、ロボットが急激に移動又は停止を行い移動加速度α1が発生した場合、及び、ロボットが連続して姿勢を変更し重力加速度αgが変化した場合でも、アクチュエータ1の可動部12はゆれることなく反力Fを正しく検出できる。
そして、コンプライアンスの値も自由に設定できる。
Then, in equation (4), the movement acceleration α1 in the linear movement direction component of the fixed part 11, the gravitational acceleration αg in the linear movement direction component of the fixed part 11, the mass M1 of the movable part 12, the mass M2 of the end effector 2, the object The item of mass M3 of 50a is not included.
That is, even if the robot moves or stops rapidly and movement acceleration α1 occurs, or even if the robot continuously changes its posture and gravity acceleration αg changes, the movable part 12 of the actuator 1 does not shake and the movement is reversed. Force F can be detected correctly.
And the value of compliance can also be set freely.

なお、上述したように、物体50aが物体50bと急激に衝突する等して発生する反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。また、アクチュエータ1には、反力Fと拮抗するように誘導電流が発生するため、駆動電流Iaから反力Fを検出することもできる。
しかしながら、位置制御ループにおいて、反力Fに対する電流指令値Irpの応答は一般的に速くない。一方、反力Fに対する駆動電流Iaの応答は、可動部12が移動することにより発生する誘導電流によるものであるため、比較的速い。そこで、電流指令値Irpを直接監視するのではなく、駆動電流Iaを監視することで反力Fの検出を行う。
As described above, the reaction force F generated when the object 50a collides sharply with the object 50b can be known by monitoring the current command value Irp. Further, since an induced current is generated in the actuator 1 so as to antagonize the reaction force F, the reaction force F can also be detected from the drive current Ia.
However, in the position control loop, the response of the current command value Irp to the reaction force F is generally not fast. On the other hand, the response of the drive current Ia to the reaction force F is relatively fast because it is due to the induced current generated by the movement of the movable portion 12. Therefore, instead of directly monitoring the current command value Irp, the reaction force F is detected by monitoring the drive current Ia.

ここで、式(2)は以下の通りである。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
Here, Formula (2) is as follows.
F + (α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) = Kt · Ir = Kt · (Irp + Irc)
(2)

一方、駆動電流Iaは次式(5)で表せる。
Ia=Ir=Irp+Irc (5)
On the other hand, the drive current Ia can be expressed by the following equation (5).
Ia = Ir = Irp + Irc (5)

よって、式(2),(5)から下式(6)が得られる。
F+(α1+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ia (6)
Therefore, the following equation (6) is obtained from the equations (2) and (5).
F + (α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) = Kt · Ia (6)

そして、式(6)の両辺から、式(3)の左辺である((α1+αg)・(M1+M2+M3))を減算して整理すると、下式(7)が得られる。
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2+M3)/Kt) (7)
Then, by subtracting ((α1 + αg) · (M1 + M2 + M3)) which is the left side of equation (3) from both sides of equation (6) and rearranging, the following equation (7) is obtained.
F = Kt · (Ia− (α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) / Kt) (7)

この式(7)に示されるように、駆動電流Iaから加速度補償値(α1+αg)・(M1+M2+M3)/Ktを差し引いてトルク定数Ktをかけることで、反力Fを求めることができる。   As shown in the equation (7), the reaction force F can be determined by subtracting the acceleration compensation value (α1 + αg) · (M1 + M2 + M3) / Kt from the drive current Ia and multiplying by the torque constant Kt.

次に、外力検出制御部6による効果について説明する。
ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、物体50a,50bの寸法誤差又は把持位置誤差等により、予めプログラムされた目標位置と実際の位置が異なる場合、物体50aが物体50bと接触した際に大きな外力Fが発生し、物体50a又は物体50bに傷又は破損が発生する恐れがある。
Next, the effect of the external force detection control unit 6 will be described.
The motion of the robot is generally controlled by position control. Therefore, when the pre-programmed target position and the actual position differ due to dimensional errors or gripping position errors of the objects 50a and 50b, a large external force F is generated when the object 50a contacts the object 50b, and the object 50a or The object 50b may be scratched or broken.

その対策として、ロボットとエンドエフェクタ2との間に力センサを設置し、物体50aと物体50bとの接触時に過大な外力Fが発生しそうになると力センサの検出結果をロボットにフィードバックし、過大な外力Fが発生しないようにする方法が考えられる。   As a countermeasure, a force sensor is installed between the robot and the end effector 2, and when an excessive external force F is likely to be generated when the object 50a contacts the object 50b, the detection result of the force sensor is fed back to the robot. A method can be considered in which the external force F is not generated.

しかしながら、過大な外力Fが発生したことを検出して停止指令を出してもロボットは急には止まれないため、停止指令が出た時点から急激に減速しても接触位置からずれた位置で停止してしまい、物体50a,50bを押し潰してしまう。そして、位置の行き過ぎ量は移動速度に比例するため、物体50aを物体50bに近付ける速度を遅くせざるを得ない。   However, the robot does not stop suddenly even if it detects that an excessive external force F has been generated and issues a stop command, so even if it decelerates rapidly from the time the stop command is issued, it stops at a position deviated from the contact position. And crush the objects 50a and 50b. Then, since the overshoot of the position is proportional to the moving speed, the speed of moving the object 50a closer to the object 50b must be reduced.

上記の理由により、物体50aが物体50bと接触する可能性のある領域では、ロボットの移動速度を十分落とす必要がある。しかしながら、サイクルタイムを短くするため、物体50aを移動する速度は速くする必要がある。その結果、接触領域の近傍で速度を急激に落とすことになる。   For the above reasons, in an area where the object 50a may come into contact with the object 50b, it is necessary to sufficiently reduce the moving speed of the robot. However, in order to shorten the cycle time, the moving speed of the object 50a needs to be increased. As a result, the speed drops rapidly near the contact area.

一方、実施の形態1では、ロボット(移動部3)の先端にアクチュエータ1を取付け、また、外力検出制御部6は、アクチュエータ1が急激に移動又は停止されて移動加速度α1が発生した場合、及び、アクチュエータ1の姿勢が変更されて重力加速度αgが変化した場合でも、可動部12に加わる反力Fを正しく検出でき、また、コンプライアンス値を任意に変えられる。そのため、ロボットが急に止まれない点は同じだが、位置の行き過ぎにより物体50a,50bを押し潰してしまうことはない。よって、物体50aを物体50bに近づける速度を極端に遅くする必要がなく、また、安全に作業できる。   On the other hand, in the first embodiment, the actuator 1 is attached to the tip of the robot (moving unit 3), and the external force detection control unit 6 causes the movement acceleration α1 to occur when the actuator 1 is rapidly moved or stopped. Even when the posture of the actuator 1 is changed to change the gravitational acceleration αg, the reaction force F applied to the movable portion 12 can be correctly detected, and the compliance value can be arbitrarily changed. Therefore, although the point that the robot can not stop suddenly is the same, the overshoot of the position does not crush the objects 50a and 50b. Therefore, it is not necessary to extremely slow the speed at which the object 50a approaches the object 50b, and the operation can be performed safely.

また、ロボットとエンドエフェクタ2との間に力センサを設置した場合、ロボットが急激に減速すると、エンドエフェクタ2の質量M2による影響で、力センサには負方向の加速度に比例した力が発生する。
ところが、上記加速度に比例した力と物体50aの物体50bとの接触により発生する外力Fとを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
Also, when a force sensor is installed between the robot and the end effector 2, when the robot decelerates rapidly, a force proportional to the negative acceleration is generated in the force sensor due to the mass M2 of the end effector 2 .
However, it is difficult to distinguish between the force proportional to the acceleration and the external force F generated by the contact of the object 50a with the object 50b, and in order to make a distinction, the deceleration time of the robot has to be made significantly longer.

一方、外力検出制御部6では、アクチュエータ1が急激に加減速された場合でも正しく外力Fを検出でき、接触時にのみ外力Fを検出するため、アクチュエータ1の減速時間を長くする必要はない。   On the other hand, the external force detection control unit 6 can correctly detect the external force F even when the actuator 1 is rapidly accelerated or decelerated, and the external force F is detected only at the time of contact.

また、力センサを用いた場合には、重力による影響をリアルタイムに補償し難いという課題もある。
すなわち、組立作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。
しかしながら、ロボットとエンドエフェクタ2との間に力センサを設置した場合には、ロボットの姿勢が水平ではないと、力センサには重力加速度αgによる影響でロボットの姿勢とエンドエフェクタ2の質量M2に応じた力が発生する。
In addition, when a force sensor is used, there is also a problem that it is difficult to compensate the influence of gravity in real time.
That is, the posture that the robot can take when performing the assembly operation is not always constant, and is often changed according to the state of the operation.
However, when a force sensor is installed between the robot and the end effector 2, if the posture of the robot is not horizontal, the force sensor affects the robot posture and the mass M2 of the end effector 2 under the influence of the gravitational acceleration αg. A corresponding force is generated.

一方、外力検出制御部6では、アクチュエータ1の姿勢が変更されて重力加速度αgが変化した場合でも外力Fを正しく検出できるため、重力による影響をリアルタイムに補償できる。   On the other hand, in the external force detection control unit 6, even when the posture of the actuator 1 is changed and the gravitational acceleration αg is changed, the external force F can be detected correctly, so that the influence of gravity can be compensated in real time.

次に、作業制御部7の動作例について、図5〜8を参照しながら説明する。以下では、組立装置が、コネクタ51をコネクタ52に嵌合する組立作業を行う場合を示す。なお、図5に示すように、コネクタ51は爪511を有し、コネクタ52は、コネクタ51が挿入される挿入穴521及びコネクタ51が挿入された際に爪511が係合する係合穴522を有している。また、コネクタ51はエンドエフェクタ2により保持され、コネクタ52は作業台等に固定されているものとする。   Next, an operation example of the work control unit 7 will be described with reference to FIGS. Below, the case where an assembly apparatus performs the assembly operation which fits the connector 51 to the connector 52 is shown. As shown in FIG. 5, the connector 51 has a claw 511, and the connector 52 has an insertion hole 521 into which the connector 51 is inserted and an engagement hole 522 into which the claw 511 is engaged when the connector 51 is inserted. have. The connector 51 is held by the end effector 2 and the connector 52 is fixed to a work table or the like.

そして、作業制御部7は、外力検出部62により検出された外力F等に基づいて、アクチュエータ制御部61、エンドエフェクタ2及び移動部3を制御することで、組立装置による組立作業を実現する。なお、作業制御部7は、基準位置Pr又はゲインの変更を行うことでアクチュエータ制御部61を制御する。ここで、ゲイン調整部65は位置偏差に基づいて電流指令値Irpを出力しているが、上記ゲインの変更とは、上記位置偏差と電流指令値Irpとの関係を示す関数の変更を意味している。また、上記関数の変更には、関数の傾きの変更も含まれる。   The operation control unit 7 controls the actuator control unit 61, the end effector 2 and the moving unit 3 based on the external force F or the like detected by the external force detection unit 62, thereby realizing an assembly operation by the assembling apparatus. The work control unit 7 controls the actuator control unit 61 by changing the reference position Pr or the gain. Here, although the gain adjustment unit 65 outputs the current command value Irp based on the position deviation, the change of the gain means a change of a function indicating the relationship between the position deviation and the current command value Irp. ing. In addition, the change of the function includes the change of the slope of the function.

また図8Aにおいて、横軸は時間を示し、縦軸はアクチュエータ1が発生する推力を示している。また図8Bにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は可動部12の位置を示している。また、図8A、図8Bにおける符号a〜eは、図7A〜図7Eでの状態をそれぞれ示している。   Further, in FIG. 8A, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the thrust generated by the actuator 1. In FIG. 8B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the position of the movable portion 12. Further, reference symbols a to e in FIG. 8A and FIG. 8B respectively indicate the states in FIG. 7A to FIG. 7E.

組立装置によるコネクタ51,52の組立作業では、まず、図6、図7Aに示すように、接触制御部71は、コネクタ51がコネクタ52に力F1で接触するまで、エンドエフェクタ2をコネクタ52の方向へ移動させる(ステップST1)。図8Aに示すように、力F1は、コネクタ51がコネクタ52に当接したことを認識可能な力であり、コネクタ51とコネクタ52及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。   In the assembling operation of the connectors 51 and 52 by the assembling apparatus, first, as shown in FIGS. 6 and 7A, the contact control unit 71 sets the end effector 2 to the connector 52 until the connector 51 contacts the connector 52 with the force F1. It is moved in the direction (step ST1). As shown in FIG. 8A, the force F1 is a force capable of recognizing that the connector 51 is in contact with the connector 52, and is sufficiently weak not to damage the connector 51, the connector 52, and peripheral devices.

次いで、図6、図7Bに示すように、組立位置制御部72は、コネクタ51のコネクタ52への接触を維持しつつ、エンドエフェクタ2をコネクタ51とコネクタ52とが嵌合する方向に移動させる(ステップST2)。図7Bでは、図7Aにおいてコネクタ51がコネクタ52に対して高さ方向にずれており、コネクタ51を下方に移動させている場合を示している。実際には、高さ方向の他、横方向及び回転方向等、嵌合方向に対して垂直な方向における全ての自由度に対する位置合わせが必要となる。なお、図8に示すように、組立位置制御部72は、力F1が無くなった場合に、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に対向したと判定する。又は、組立位置制御部72は、コネクタ51の位置から、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に対向したかを判定する。   Then, as shown in FIGS. 6 and 7B, the assembly position control unit 72 moves the end effector 2 in the direction in which the connector 51 and the connector 52 are fitted while maintaining the contact of the connector 51 with the connector 52. (Step ST2). FIG. 7B shows the case where the connector 51 is shifted in the height direction with respect to the connector 52 in FIG. 7A and the connector 51 is moved downward. In practice, alignment is required for all degrees of freedom in the direction perpendicular to the fitting direction, such as the lateral direction and the rotational direction, in addition to the height direction. As shown in FIG. 8, the assembly position control unit 72 determines that the connector 51 is opposed to the insertion hole 521 of the connector 52 when the force F1 is lost. Alternatively, the assembly position control unit 72 determines, from the position of the connector 51, whether the connector 51 is opposed to the insertion hole 521 of the connector 52.

なお、作業制御部7は、組立位置制御部72による処理が終了した段階で、基準位置Prの更新を行ってもよい。この際、作業制御部7は、基準位置Prとして、組立制御部73により挿入されるコネクタ51の挿入先の位置を設定する。これにより、組立制御部73によるコネクタ51の嵌合工程においてもコンプライアンス制御が可能となる。   The work control unit 7 may update the reference position Pr when the processing by the assembly position control unit 72 is completed. At this time, the work control unit 7 sets the position of the insertion destination of the connector 51 inserted by the assembly control unit 73 as the reference position Pr. Accordingly, compliance control can be performed also in the fitting process of the connector 51 by the assembly control unit 73.

次いで、図6、図7C、図7Dに示すように、組立制御部73は、外力Fが力F2となるまで、コネクタ51をコネクタ52の挿入穴521に挿入するように、エンドエフェクタ2を嵌合方向に移動させる(ステップST3)。これにより、適切な力でコネクタ51をコネクタ52に挿入できる。また、コネクタ51がコネクタ52の挿入穴521に挿入されることで、コネクタ51が有する爪511がコネクタ52が有する係合穴522に係合され、コネクタ51がコネクタ52に嵌合される。   Then, as shown in FIGS. 6, 7C, and 7D, the assembly control unit 73 inserts the end effector 2 so that the connector 51 is inserted into the insertion hole 521 of the connector 52 until the external force F becomes the force F2. It is moved in the mating direction (step ST3). Thus, the connector 51 can be inserted into the connector 52 with an appropriate force. Further, by inserting the connector 51 into the insertion hole 521 of the connector 52, the claw 511 of the connector 51 is engaged with the engagement hole 522 of the connector 52, and the connector 51 is engaged with the connector 52.

次いで、図6、図7Eに示すように、脱着制御部74は、コネクタ51をコネクタ52から引抜くように、エンドエフェクタ2を嵌合方向とは逆方向に移動させ、外力Fが力Frefに達するかを判定する(ステップST4)。図8Aに示すように、力Frefは、コネクタ51がコネクタ52に正常に嵌合されたことを確認可能な力である。   Next, as shown in FIGS. 6 and 7E, the detachment control unit 74 moves the end effector 2 in the direction opposite to the fitting direction so that the connector 51 is pulled out of the connector 52, and the external force F is applied to the force Fref. It is determined whether it has reached (step ST4). As shown in FIG. 8A, the force Fref is a force that can confirm that the connector 51 is properly fitted to the connector 52.

ここで、外力Fが力Frefとなる前にコネクタ51がコネクタ52から引抜かれた場合には、コネクタ51,52の組立が失敗したと判定できる。なお図7E及び図8の破線は、外力Fが力Fref未満で、コネクタ51がコネクタ52から抜けた場合を示している。
一方、外力Fが力Frefに達した場合(図8の実線)には、コネクタ51,52の組立が成功したと判定できる。その後、エンドエフェクタ2はコネクタ51の保持を解除し、コネクタ51,52の組立作業を終了する。
Here, when the connector 51 is pulled out from the connector 52 before the external force F becomes the force Fref, it can be determined that the assembly of the connectors 51 and 52 has failed. The broken lines in FIG. 7E and FIG. 8 show the case where the connector 51 is disengaged from the connector 52 when the external force F is less than the force Fref.
On the other hand, when the external force F reaches the force Fref (solid line in FIG. 8), it can be determined that the assembly of the connectors 51 and 52 is successful. Thereafter, the end effector 2 releases the holding of the connector 51, and ends the assembly operation of the connectors 51 and 52.

以上の動作により、コネクタ51,52又はアクチュエータ1を壊さず、且つ作業速度を落とさずに、コネクタ51,52に対する組立作業が実施できる。   By the above-described operation, the assembly work for the connectors 51 and 52 can be performed without breaking the connectors 51 and 52 or the actuator 1 and reducing the working speed.

また、データ記録部8は、外力検出部62により検出された外力F及び位置検出部4により検出された位置を示すデータを記録している。そして、データ処理部9は、このデータ記録部8に記憶されたデータに基づいて、作業制御部7に対する動作修正指示又は予兆診断を行う。   The data recording unit 8 also records data indicating the external force F detected by the external force detection unit 62 and the position detected by the position detection unit 4. Then, based on the data stored in the data recording unit 8, the data processing unit 9 instructs the work control unit 7 to perform an operation correction or an indication diagnosis.

例えば、データ記録部8は、事前に、組立作業における適切な外力F及び可動部12の位置の変化を示すデータ(基準データ)を記録する。次いで、作業制御部7が組立作業を実施し、データ記録部8は、その際の外力F及び可動部12の位置を示すデータ(実測データ)を記録する。そして、データ処理部9は、実測データが基準データに対して閾値以上乖離しないように、作業制御部7に対してフィードバックをかける(動作修正指示を行う)。これにより、組立装置による組立作業を最適な組立条件へリアルタイムに修正可能となる。また、データ処理部9は、作業制御部7に対するフィードバック量が一定値以上である場合には、修正量過多と判定して異常と判定する。   For example, the data recording unit 8 records in advance data (reference data) indicating changes in the appropriate external force F and the position of the movable portion 12 in the assembly operation. Next, the operation control unit 7 carries out an assembly operation, and the data recording unit 8 records data (measured data) indicating the external force F and the position of the movable portion 12 at that time. Then, the data processing unit 9 performs feedback (performs an operation correction instruction) to the work control unit 7 so that the measured data does not deviate from the reference data by the threshold value or more. This makes it possible to correct in real time the assembly operation by the assembly apparatus to the optimal assembly conditions. Further, when the feedback amount to the work control unit 7 is equal to or more than a predetermined value, the data processing unit 9 determines that the correction amount is excessive and determines that the correction is abnormal.

また、例えば、データ記録部8は、作業制御部7が組立作業を実施する度に、その際の外力F及び可動部12の位置を示すデータ(実測データ)を記録する。そして、データ処理部9は、複数回の実測データから、時系列的な変化(徐々に外力F又は可動部12の位置がずれてきている等)が生じているかを判定する。そして、データ処理部9は、上記の時系列的な変化が生じていると判定した場合には、異常と判定する。これにより、組立装置は、組立作業の失敗が生じる前に異常を検出可能となり、予兆診断が可能となる。   In addition, for example, the data recording unit 8 records data (measured data) indicating the external force F and the position of the movable portion 12 at that time, each time the work control unit 7 carries out the assembling operation. Then, the data processing unit 9 determines whether time-series changes (such as the external force F or the position of the movable portion 12 are gradually shifted) have occurred from the plurality of times of actual measurement data. When the data processing unit 9 determines that the above-described time-series change occurs, it determines that the data processing unit 9 is abnormal. As a result, the assembling apparatus can detect an abnormality before a failure occurs in the assembling operation, and enables a predictive diagnosis.

また、上記のように、データ記録部8が、組立作業での外力F及び可動部12の位置を示すデータを逐一記録することで、不具合が生じた場合にその際の作業状態がどのような状態であったかを確認することもできる。   Further, as described above, the data recording unit 8 records the data indicating the external force F in the assembling operation and the position of the movable portion 12 one by one, so that what kind of operation state at that time is when the trouble occurs. You can also check if it was a condition.

なお、データ処理部9による作業制御部7に対する動作修正指示及び予兆診断は、両方行ってもよいし、片方のみ行ってもよい。   The operation correction instruction and the symptom diagnosis to the work control unit 7 by the data processing unit 9 may be performed both or only one.

なお上記では、可動部12を直動方向に変位可能とするアクチュエータ1を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、加速度検出部5が角加速度を検出可能であれば、可動部12を回転方向に変位可能とするアクチュエータ1を用いることもできる。   In addition, in the above, the case where the actuator 1 which makes the movable part 12 displaceable in a linear motion direction was used was shown. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use the actuator 1 capable of displacing the movable portion 12 in the rotational direction, as long as the acceleration detection unit 5 can detect angular acceleration.

また上記では、移動部3がロボットである場合を示した。しかしながら、これに限らず、移動部3として、直動機構又は回転機構を用いてもよい。   Moreover, the case where the movement part 3 was a robot was shown above. However, not limited to this, a linear motion mechanism or a rotation mechanism may be used as the moving unit 3.

以上のように、この実施の形態1によれば、固定部11及び可動部12を有するアクチュエータ1と、固定部11に対する可動部12の位置を検出する位置検出部4と、固定部11の加速度を検出する加速度検出部5と、位置検出部4により検出された位置と基準位置Prとの差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値Irp及び加速度検出部5により検出された加速度に基づいてアクチュエータ1に対する駆動電流Iaを出力するアクチュエータ制御部61と、アクチュエータ制御部61において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部5により検出された加速度及びアクチュエータ制御部61により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部12に加わる外力Fを検出する外力検出部62と、外力検出部62により検出された外力Fに基づいてアクチュエータ制御部61を制御する作業制御部7と、外力検出部62により検出された外力F及び位置検出部4により検出された位置を示すデータを記録するデータ記録部8と、データ記録部8に記録されたデータに基づき、作業制御部7に対する動作修正指示又は予兆診断を行うデータ処理部9とを備えたので、可動部12が急激に加減速された場合又は姿勢が変更された場合でも可動部12に加わる外力Fを正しく検出でき、当該外力Fに基づいて組立作業を行うことができる。また、外力F及び可動部12の位置に基づいて、組立作業の動作修正又は予兆診断を行うことが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the actuator 1 having the fixed portion 11 and the movable portion 12, the position detection portion 4 for detecting the position of the movable portion 12 with respect to the fixed portion 11, and the acceleration of the fixed portion 11 The gain is adjusted with respect to the difference between the position detected by the position detection unit 4 and the acceleration detection unit 5 that detects the current position, and the reference position Pr. The actuator control unit 61 outputs the drive current Ia to the actuator 1 based on the acceleration and the current command value Irp obtained by the actuator control unit 61 or the acceleration detected by the acceleration detection unit 5 and the actuator control unit 61 An external force detection unit 62 that detects an external force F applied to the movable unit 12 based on the current value of the output drive current Ia, and an external force The operation control unit 7 that controls the actuator control unit 61 based on the external force F detected by the ejection unit 62, and the external force F detected by the external force detection unit 62 and the data indicating the position detected by the position detection unit 4 Since the data recording unit 8 and the data processing unit 9 for performing an operation correction instruction or sign diagnosis to the work control unit 7 based on the data recorded in the data recording unit 8, the movable unit 12 accelerates or decelerates rapidly Even when the posture is changed or the posture is changed, the external force F applied to the movable portion 12 can be correctly detected, and the assembly operation can be performed based on the external force F. Further, based on the external force F and the position of the movable portion 12, it is possible to perform operation correction or sign diagnosis of the assembly operation.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, modifications of optional components of the embodiment or omission of optional components of the embodiment is possible.

1 アクチュエータ
2 エンドエフェクタ
3 移動部
4 位置検出部
5 加速度検出部
6 外力検出制御部
7 作業制御部
8 データ記録部
9 データ処理部
11 固定部
12 可動部
50a,50b 物体
51,52 コネクタ
61 アクチュエータ制御部
62 外力検出部
63 位置速度変換部
64 減算器
65 ゲイン調整部
66 質量推定部
67 加速度補償部
68 加減算器
69 定電流制御部
71 接触制御部
72 組立位置制御部
73 組立制御部
74 脱着制御部
511 爪
521 挿入穴
522 係合穴
621 係数乗算部
622 減算器
623 係数乗算部
651 ループゲイン測定部
652 ゲイン交点制御部
653 可変ゲイン調整部
654 発振器
655 加算器
656 比較器
671 乗算器
672 係数乗算部
691 減算器
692 駆動ドライバ
693 電流検出部
Reference Signs List 1 actuator 2 end effector 3 moving unit 4 position detection unit 5 acceleration detection unit 6 external force detection control unit 7 operation control unit 8 data recording unit 9 data processing unit 11 fixed unit 12 movable unit 50a, 50b object 51, 52 connector 61 actuator control Unit 62 External force detection unit 63 Position / speed conversion unit 64 Subtractor 65 Gain adjustment unit 66 Mass estimation unit 67 Acceleration compensation unit 68 Add-subtractor 69 Constant current control unit 71 Contact control unit 72 Assembly position control unit 73 Assembly control unit 74 Detachment control unit 511 claw 521 insertion hole 522 engaging hole 621 coefficient multiplying unit 622 subtractor 623 coefficient multiplying unit 651 loop gain measuring unit 652 gain intersection control unit 653 variable gain adjusting unit 654 oscillator 655 adder 656 comparator 671 multiplier 672 coefficient multiplying unit 691 Subtractor 692 Drive Driver 693 Current Detector

Claims (5)

固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、
前記固定部に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記固定部の加速度を検出する加速度検出部と、
前記位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値及び前記加速度検出部により検出された加速度に基づいて前記アクチュエータに対する駆動電流を出力するアクチュエータ制御部と、
前記アクチュエータ制御部において得られた電流指令値、又は、前記加速度検出部により検出された加速度及び前記アクチュエータ制御部により出力された駆動電流の電流値に基づいて、前記可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、
前記外力検出部により検出された外力に基づいて前記アクチュエータ制御部を制御する作業制御部と、
前記外力検出部により検出された外力及び前記位置検出部により検出された位置を示すデータを記録するデータ記録部と、
前記データ記録部に記録されたデータに基づき、前記作業制御部に対する動作修正指示又は予兆診断を行うデータ処理部と
を備えた組立装置。
An actuator having a fixed part and a movable part displaceable with respect to the fixed part;
A position detection unit that detects the position of the movable unit with respect to the fixed unit;
An acceleration detection unit that detects an acceleration of the fixed unit;
The gain is adjusted for the difference between the position detected by the position detection unit and the reference position, and the drive current to the actuator is calculated based on the current command value as the adjustment result and the acceleration detected by the acceleration detection unit. An actuator control unit that outputs
The external force applied to the movable portion is detected based on the current command value obtained by the actuator control unit or the current value of the acceleration detected by the acceleration detection unit and the drive current output by the actuator control unit. An external force detection unit,
A work control unit that controls the actuator control unit based on the external force detected by the external force detection unit;
A data recording unit that records data indicating the external force detected by the external force detection unit and the position detected by the position detection unit;
And a data processing unit for performing an operation correction instruction or an indication diagnosis to the operation control unit based on the data recorded in the data recording unit.
前記可動部に取付けられ、物体を保持可能なエンドエフェクタを備え、
前記作業制御部は、
前記エンドエフェクタにより保持された物体が、組立て先である他の物体に第1の力で接触するまで、当該エンドエフェクタを当該他の物体の方向へ移動させる接触制御部を有する
ことを特徴とする請求項1記載の組立装置。
An end effector attached to the movable portion and capable of holding an object;
The work control unit
A touch control unit is provided for moving the end effector in the direction of the other object until the object held by the end effector contacts the other object to be assembled with a first force. The assembly apparatus according to claim 1.
前記作業制御部は、
前記接触制御部による処理後、前記エンドエフェクタにより保持された物体と組立て先である他の物体との接触を維持しつつ、当該エンドエフェクタを当該物体が当該他の物体に組立てられる位置に移動させる組立位置制御部を有する
ことを特徴とする請求項2記載の組立装置。
The work control unit
After the processing by the contact control unit, the end effector is moved to a position where the object can be assembled to the other object while maintaining the contact between the object held by the end effector and the other object to be assembled. The assembly apparatus according to claim 2, further comprising an assembly position control unit.
前記作業制御部は、
前記組立位置制御部による処理後、前記可動部に加わる外力が第2の力となるまで、前記エンドエフェクタを当該エンドエフェクタに保持された物体が組立てられる方向へ移動させる組立制御部を有する
ことを特徴とする請求項3記載の組立装置。
The work control unit
Having an assembly control unit for moving the end effector in a direction in which the object held by the end effector is assembled until the external force applied to the movable portion becomes a second force after processing by the assembly position control unit. The assembly apparatus according to claim 3, characterized in that:
前記作業制御部は、
前記組立制御部による処理後、前記エンドエフェクタを前記方向とは逆方向に移動させ、前記可動部に加わる外力が第3の力に達するかを判定する脱着制御部を有する
ことを特徴とする請求項4記載の組立装置。
The work control unit
After the processing by the assembly control unit, the end effector is moved in a direction opposite to the direction, and a detachment control unit is determined to determine whether the external force applied to the movable portion reaches a third force. The assembling device according to Item 4.
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