JP2019188517A - Curve surface tracing device - Google Patents

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祐輝 枝川
Yuki Edakawa
祐輝 枝川
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Abstract

To correctly detect an external force added to a movable part even if the movable part is suddenly accelerated/decelerated or changed in an attitude, and to perform a curve surface tracing work on the basis of said external force.SOLUTION: A curve surface tracing device comprises: an actuator 1; a move part 3 which moves the actuator 1; a position detection part 4 which detects a position of a movable part 12 with respect to a stationary part 11; an acceleration detection part 5 which detects an acceleration of the stationary part 11; an actuator control part 61 which adjusts a gain for a difference between the detected position and a reference position Pr, and outputs a driving circuit Ia on the basis of a current instruction value Irp as an adjustment result and the detected acceleration; an external force detection part 62 which detects an external force F added to the movable part 12 on the basis of the current instruction value Irp, or the detected acceleration and a current value of the driving circuit Ia; and a work control part 7 which controls the actuator control part 61 and the move part 3 on the basis of data which indicates a curve surface shape of an object 50 and the detected external force F.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、物体の曲面をトレースする曲面トレース装置に関する。   The present invention relates to a curved surface tracing apparatus that traces the curved surface of an object.

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。   2. Description of the Related Art Conventionally, industrial robots (hereinafter referred to as robots) and the like are often used in working apparatuses that perform operations such as assembly, pressing, and polishing. This robot has an end effector such as a hand attached to the tip of an arm, and performs work by gripping an object (part or workpiece).

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 operation of the robot is generally controlled by position control. Therefore, when the target position programmed in advance differs from the actual position due to dimensional error or gripping position error of the object, a large external force is generated when the object comes into contact with 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、物体の形状又は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, there is a case where a jig (so-called “buffer”) that absorbs the force generated by the position error of the object is separately installed. However, since this buffer requires different characteristics depending on the shape or material of the object, it is necessary to prepare buffers that differ by the number of types of objects, which is designed each time. Therefore, there are problems that the cost is increased and the apparatus is enlarged.

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 force sensor is installed between the robot and the end effector, and when an excessive external force is likely to be generated when an object comes into contact, the detection result of the force sensor is fed back to the robot so that no excessive external force is generated. There is also. In this case, a buffer is not necessary. 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。   Further, when the force sensor is used, there is a problem that it is difficult to shorten the working time for the following reason.

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, if there is an error in the position where an object comes into contact with another object, a stop command is issued by detecting that an excessive external force has been generated at the time of contact, but a robot with a large and heavy moving part and a deceleration mechanism is suddenly I can't stop.
The external force generated at the time of contact is the sum of the impact force due to inertia and the 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 and moving speed of the object and the robot movable part. However, since the robot has a large and heavy mechanism, it is necessary to slow down the moving speed immediately before contact in order to reduce the impact force due to inertia.

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。   Also, even if a stop command is issued after detecting the occurrence of excessive external force, the robot will not stop suddenly, so even if it decelerates suddenly from the time when the stop command is issued, it will stop at a position that deviates from the contact position. , Crush the object. Since the overshoot amount of the position is proportional to the moving speed, the speed at which the object is brought closer to another object must be slowed down.

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, it is necessary to sufficiently reduce the moving speed of the robot in an area where the object may come into contact with another object. However, in order to shorten the cycle time, it is necessary to increase the speed of transferring the object. As a result, the speed is drastically reduced in the vicinity of 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 tip of the force sensor. Therefore, when the robot rapidly decelerates, a force proportional to the acceleration in the negative direction is generated in the force sensor due to the influence of 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 contact with the object, and the deceleration time of the robot has to be significantly increased in order to distinguish.

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。   In addition, when a force sensor is used, there is a problem that it is difficult to compensate for the influence of gravity in real time for the following reason.

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又は検査等を行う作業では、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 operations such as assembly, pressing, and polishing is not always constant, and is often changed according to the state of the operation. For example, in an operation of performing polishing or inspection while tracing a curved surface, the posture needs to be continuously changed.
However, as described above, the end effector is attached to the tip of the force sensor. Therefore, when the posture of the robot is not horizontal, the force sensor has a force corresponding to the posture of the robot and the mass of the end effector due to 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 the influence of gravity acceleration, for example, a method disclosed in Patent Document 1 can be cited. In this patent document 1, the force generated in the force sensor due to the influence of gravity corresponding to the posture is learned offline in advance. The work force is calculated by subtracting the learned force from the force generated during actual work. However, in this method, it is necessary to perform learning every time the object changes. Further, learning must be performed before contact with an object, and gravity compensation cannot 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, the external force applied to the movable part is shown as the force generated when the object and another object come into contact with each other. However, the force generated when the end effector and the object come into contact with each other is not limited to this. It is the same.

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、曲面をトレースしながら研磨又は検査等の作業を行う曲面トレース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 an operation such as assembly is performed using a robot and a force sensor, the operation time becomes longer. On the other hand, if an attempt is made to shorten the work time, the object is damaged, crushed, and contact cannot be detected correctly. It is also difficult to perform gravity compensation in real time. As described above, when the force sensor is used, there is a problem that the external force cannot be detected correctly when the robot suddenly accelerates or decelerates or when the posture is changed. This problem also applies to a curved surface tracing apparatus that performs operations such as polishing or inspection while tracing a curved surface, and improvement is 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物体の曲面をトレース可能な曲面トレース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 can correctly detect the external force applied to the movable portion even when the movable portion is suddenly accelerated or decelerated or the posture is changed. An object of the present invention is to provide a curved surface tracing apparatus capable of tracing a curved surface of an object based on the above.

この発明に係る曲面トレース装置は、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、アクチュエータを移動する移動部と、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、対象となる物体の曲面形状を示すデータ及び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及び移動部を制御する作業制御部とを備えたことを特徴とする。   A curved surface tracing apparatus according to the present invention includes a fixed portion, an actuator having a movable portion that can be displaced with respect to the fixed portion, a moving portion that moves the actuator, and a position detection portion that detects the position of the movable portion with respect to the fixed portion. And an acceleration detection unit that detects the acceleration of the fixed unit, and a gain that is adjusted with respect to a difference between the position detected by the position detection unit and the reference position, and is detected by the current command value and the acceleration detection unit that are the adjustment results An actuator controller that outputs a drive current to the actuator based on the acceleration, and a current command value obtained by the actuator controller, an acceleration detected by the acceleration detector, and a drive current output by the actuator controller Based on the current value, the external force detector that detects the external force applied to the movable part, and the curved surface shape of the target object Characterized in that a working controller which controls the actuator control unit and a mobile unit based on the external force detected by to the data and the external force detecting unit.

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物体の曲面をトレース可能となる。   According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to correctly detect the external force applied to the movable portion even when the movable portion is suddenly accelerated or decelerated or the posture is changed, and based on the external force, the curved surface of the object Can be traced.

この発明の実施の形態1に係る曲面トレース装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the curved surface trace 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 work control part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る曲面トレース装置による曲面トレース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 curved surface trace operation | work by the curved surface trace apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る曲面トレース装置による曲面トレース作業の際での可動部の傾きによる重力の影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence of the gravity by the inclination of a movable part in the case of the curved surface trace operation | work by the curved surface trace apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る曲面トレース装置による曲面トレース作業の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the curved surface trace operation | work by the curved surface trace apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る曲面トレース装置による曲面トレース作業の際での駆動電流の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the drive current in the case of the curved surface trace operation | work by the curved surface trace apparatus concerning Embodiment 1 of this invention.

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に係る曲面トレース装置の構成例を示す図である。
曲面トレース装置は、曲面を有する物体を対象とし、その物体の曲面をトレースする装置である。この曲面トレース装置としては、例えば、円弧状の板部材等の物体50に対して曲面をトレースしながら研磨を行う研磨装置、又は、曲面型タッチパネル等の物体50に対して曲面をトレースしながら接触力に対する応答有無等の検査を行う検査装置に適用可能である。この曲面トレース装置は、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及び作業制御部7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 diagram showing a configuration example of a curved surface tracing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The curved surface tracing apparatus is an apparatus for tracing an object having a curved surface and tracing the curved surface of the object. As the curved surface tracing device, for example, a polishing device that performs polishing while tracing a curved surface with respect to an object 50 such as an arc-shaped plate member, or a contact while tracing a curved surface with respect to an object 50 such as a curved touch panel. The present invention can be applied to an inspection apparatus for inspecting whether or not there is a response to force. As shown in FIG. 1, this curved surface tracing apparatus includes an actuator 1, an end effector 2, a moving unit 3, a position detecting unit 4, an acceleration detecting unit 5, an external force detection control unit 6, and a work control unit 7. 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。すなわち、曲面トレース装置では、物体50に対する曲面のトレースを行う際に、可動部12(エンドエフェクタ2)の姿勢を物体50に対して接触点の法線方向に保った状態で外力Fを管理する必要があるため、姿勢の変更が必須となる。また、この姿勢は、例えば、作業制御部7が、ユーザにより計測又は設計された物体50の曲面形状を示すデータを事前に取得することで変更される。   The actuator 1 includes a fixed portion 11 and a movable portion 12 that can be displaced with respect to the fixed portion 11, and the current is supplied to a coil placed in a magnetic field so that the movable portion 12 is moved relative to the fixed portion 11. Displaceable in the linear motion direction or rotational direction. The actuator 1 is attached to the moving unit 3, and is transferred as a whole and its posture is changed. That is, in the curved surface tracing apparatus, when tracing a curved surface with respect to the object 50, the external force F is managed in a state where the posture of the movable portion 12 (end effector 2) is maintained in the normal direction of the contact point with respect to the object 50. It is necessary to change the posture because it is necessary. Further, this posture is changed, for example, when the work control unit 7 acquires in advance data indicating the curved surface shape of the object 50 measured or designed by the user.

エンドエフェクタ2は、可動部12に取付けられ、物体50に対して1軸方向へ回転することで曲面をトレース可能な機構である。図1では、エンドエフェクタ2として、先端に、1軸方向へ回転可能なローラを有するエンドエフェクタが用いられている。   The end effector 2 is a mechanism that is attached to the movable portion 12 and can trace a curved surface by rotating in one axial direction with respect to the object 50. In FIG. 1, as the end effector 2, an end effector having a roller that can rotate in one axial direction at the tip is used.

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 the posture) the actuator 1. In FIG. 1, as the moving unit 3, a robot is shown in which an actuator 1 (fixed unit 11) is attached to the tip and the actuator 1 can be moved.

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.

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 in 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) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α1 of the fixed unit 11. FIG. 2 shows a case where the acceleration detection unit 5 detects acceleration (αg + α1). A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detector 5 is output to the actuator controller 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 controller 61 adjusts the gain (loop gain) with respect to the difference between the position detected by the position detector 4 and the reference position Pr, and is detected by the current command value Irp and the acceleration detector 5 as the adjustment result. A drive current Ia for the actuator 1 is output based on the acceleration thus generated.

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、曲面トレース装置による曲面トレース作業を実現する。この際、作業制御部7は、対象となる物体50の曲面形状を示すデータ及び外力検出部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及び移動部3を制御することで、曲面トレース作業を実現する。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、上記曲面トレース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 work control unit 7 realizes a curved surface tracing work by the curved surface tracing apparatus. At this time, the work control unit 7 controls the actuator control unit 61 and the moving unit 3 based on the data indicating the curved surface shape of the target object 50 and the external force F detected by the external force detection unit 62, thereby Realize tracing work. The work control unit 7 controls the actuator control unit 61 by changing the reference position Pr or the gain. 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 curved surface tracing operation may be realized in consideration of the time required. A configuration example of the work control unit 7 will be described later.

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。
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.
As shown in FIG. 2, the external force detection control unit 6 includes a position / velocity 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 the external force detection control unit 6 shown in FIG. 2, the function 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 external force detection unit 62 are excluded. 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 speed. This speed indicates the speed (relative speed) of the movable part 12 with respect to the fixed part 11. A signal (speed signal) indicating the speed converted by the position speed conversion unit 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 subtracter 64 subtracts the position detected by the position detector 4 from the reference position Pr. A signal indicating the result of subtraction 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、ばね定数の逆数であり、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 adjusting 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 compliance value in the actuator 1, and the compliance is the reciprocal of the spring constant and is an index indicating hardness and softness. In the gain adjusting 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 subtracter 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, that is, the gain intersection. The sine wave having the reference frequency is added via an adder 655. The signals before and after the addition of the sine wave by the loop gain measuring unit 651 are output to the gain intersection 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 control unit 652 compares the amplitude ratios of the signals before and after the addition of the sine wave by the loop gain measurement unit 651 by the comparator 656. A signal indicating the comparison result by the gain intersection 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 gain of the signal output from the subtractor 64 as an adjustment value so that the magnification of the amplitude ratio compared by the gain intersection control unit 652 is 1, adjust. That is, the variable gain adjustment unit 653 has a higher amplitude level Eb of the signal after the addition of the sine wave than the amplitude level Ea of the signal before the 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). Then, the gain is adjusted to be 1. The signal whose gain is adjusted by the variable gain adjusting unit 653 is output to the adder / subtractor 68 as a current command value Irp. In addition, a signal indicating the gain adjustment value 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。   The reason why the sine wave having the reference frequency that should be multiplied by 1 is added by the oscillator 654 is that Ea / Eb = 1 at the frequency at which the gain is multiplied by 1, so that Ea / Eb = 1. This is because the gain intersection can always be maintained at 1 by adjusting the gain.

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。   The subtractor 64 and the gain adjustment unit 65 constitute position control means (phase control loop) that outputs 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、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 gain adjustment value by the variable gain adjustment unit 653. That is, the mass estimation unit 66 uses the principle that the change in the gain adjustment value is proportional to the change in the mass. Here, the mass on the movable portion 12 side is a mass (M1 + M2) obtained by adding the mass M1 of the movable portion 12 and the mass M2 of the end effector 2.
For example, if the mass on the movable part 12 side is twice the specified value, the gain is 1/2 of the reciprocal number, 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 a double adjustment value. Then, the mass estimation unit 66 can estimate from the adjustment value of the variable gain adjustment unit 653 that the mass on the movable unit 12 side has changed to twice the specified value.
A 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側の質量を示す情報を取得してもよい。   In addition, although the case where the mass by the mass estimation part 66 estimated the mass by the side of the movable part 12 was shown above, not only this but the information which shows the mass by the side of the movable part 12 may be acquired using 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 and the mass estimated by the mass estimation unit 66. A signal indicating a multiplication result by the multiplier 671 is output to the coefficient multiplier 672 and the external force detector 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 by 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 multiplier 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 / subtracter 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 / velocity conversion unit 63. . A signal indicating the result of addition / subtraction by 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 so as to coincide with the current command value Ir. The constant current control unit 69 includes a subtracter 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 detector 693 from the current command value Ir output from the adder / subtractor 68. A signal indicating the result of subtraction 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 corresponding to the result of subtraction by the subtractor 691. The drive current Ia generated by the drive driver 692 is output to the actuator 1 via the current detector 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 detector 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50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 part 12 is detected. Specifically, the external force detection unit 62 detects the external force F applied to the movable unit 12 based on the current command value Irp or the result of subtracting the acceleration compensation value Irc from the current value of the drive current Ia. An example of the external force F applied to the movable portion 12 is a force generated when the end effector 2 comes into contact with the object 50. 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. Show. The external force detection unit 62 illustrated in FIG. 2 includes a coefficient multiplication unit 621, a subtracter 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 multiplier 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 result of subtraction by the subtractor 622 is output to the coefficient multiplier 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 multiplying unit 623 obtains an external force F by multiplying the result of subtraction by the subtractor 622 by a coefficient (Kt). A 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 the external force detection unit 62 detects the external force F applied to the movable unit 12 based on the current command value Irp obtained in the actuator control unit 61, the external force detection unit 62 includes a coefficient multiplication unit. The coefficient multiplication unit obtains an external force F by multiplying the current command value Irp output from the gain adjustment unit 65 by a coefficient (Kt). 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、曲面トレース制御部72及び離脱制御部73を有している。
Next, a configuration example of the work control unit 7 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the work control unit 7 includes a contact control unit 71, a curved surface trace control unit 72, and a separation control unit 73.

接触制御部71は、エンドエフェクタ2を、物体50に対して接触点の法線方向に力(第1の力)F1で接触するまで、移動させる。この際、接触制御部71は、エンドエフェクタ2の姿勢を物体50に対して接触点の法線方向に向けた状態で、エンドエフェクタ2を移動させる。また、力F1は、エンドエフェクタ2が物体50に当接したことを認識可能な力であり、エンドエフェクタ2、物体50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 until it makes contact with the object 50 in the normal direction of the contact point with a force (first force) F1. At this time, the contact control unit 71 moves the end effector 2 in a state where the posture of the end effector 2 is directed to the normal direction of the contact point with respect to the object 50. Further, the force F1 is a force that can be recognized that the end effector 2 is in contact with the object 50, and is a sufficiently weak force that does not damage the end effector 2, the object 50, and peripheral devices.

曲面トレース制御部72は、接触制御部71による処理後、力F1を維持しつつ、エンドエフェクタ2を物体50上でスライドさせる。この際、曲面トレース制御部72は、エンドエフェクタ2の姿勢を物体50に対して接触点の法線方向に向けた状態を維持しながらエンドエフェクタ2を物体50上でスライドさせる。   The curved surface trace control unit 72 slides the end effector 2 on the object 50 while maintaining the force F <b> 1 after the processing by the contact control unit 71. At this time, the curved surface trace control unit 72 slides the end effector 2 on the object 50 while maintaining the posture of the end effector 2 in the normal direction of the contact point with respect to the object 50.

なお、接触制御部71及び曲面トレース制御部72は、上記の動作を、押引きモード又はばねモードにより実現する。
押引きモードは、アクチュエータ1の位置を固定させた状態で、アクチュエータ1に正方向又は負方向の推力を発生させる動作モードである。この押引きモードでは、アクチュエータ1が正方向の推力を発生させることで可動部12の押付け動作を実現でき、アクチュエータ1が負方向の推力を発生させることで可動部12の引抜き動作を実現できる。また、押引きモードでは、動作開始位置から予め設定された変化率で推力を発生させる。また、押引きモードでは、アクチュエータ1が発生する推力が予め設定された閾値を超えた場合又は可動部12の位置が予め設定された位置を超えた場合に、当該推力を維持させるように動作する(力一定モード)。
また、ばねモードは、移動部3によりアクチュエータ1の位置を移動可能とした状態で、可動部12に加わる外力Fに応じ、固定部11に対する可動部12の位置を変化可能とした状態とする動作モードである。このばねモードでは、アクチュエータ1が発生する推力が予め設定された閾値を超えた場合又は可動部12の位置が予め設定された位置を超えた場合に、当該推力を維持させるように動作する(力一定モード)。
In addition, the contact control part 71 and the curved surface trace control part 72 implement | achieve said operation | movement with a push-pull mode or a spring mode.
The push-pull mode is an operation mode in which the actuator 1 generates a positive or negative thrust while the position of the actuator 1 is fixed. In this push / pull mode, the actuator 1 can generate a thrust in the positive direction to realize the pressing operation of the movable part 12, and the actuator 1 can generate a negative direction of the thrust to realize the pulling-out operation of the movable part 12. In the push-pull mode, thrust is generated at a preset change rate from the operation start position. In the push-pull mode, when the thrust generated by the actuator 1 exceeds a preset threshold value or when the position of the movable portion 12 exceeds a preset position, the actuator 1 operates to maintain the thrust. (Constant force mode).
The spring mode is an operation in which the position of the movable portion 12 with respect to the fixed portion 11 can be changed according to the external force F applied to the movable portion 12 while the position of the actuator 1 can be moved by the moving portion 3. Mode. In this spring mode, when the thrust generated by the actuator 1 exceeds a preset threshold value or when the position of the movable portion 12 exceeds a preset position, the actuator 1 operates to maintain the thrust (force Constant mode).

離脱制御部73は、曲面トレース制御部72による処理後、エンドエフェクタ2を物体50から離すように移動させる。   The separation control unit 73 moves the end effector 2 away from the object 50 after the processing by the curved surface trace control unit 72.

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 description, it is assumed that a linear actuator of a direct drive type in which the generated thrust is directly transmitted to the end effector 2 is used as the actuator 1 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 / velocity conversion unit 63 differentiates the position detected by the position detection unit 4 and converts it into a speed. This speed indicates the speed 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 the acceleration of the fixed unit 11 in the linear movement direction. In the following, it is assumed that the acceleration detection unit 5 detects an acceleration (α1 + αg) obtained by adding the movement acceleration α1 in the linear motion direction component of the fixed unit 11 and the gravitational acceleration αg in the linear motion direction component of the fixed unit 11. .

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。   The position detected by the position detector 4 is compared with the reference position Pr by the subtractor 64, and the difference is a current command value that is one of the elements constituting the current command value Ir via the gain adjuster 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 disturbance torque in addition to the current command value Irp, and is represented 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, in practice, the speed signal from the position / speed converter 63 is added as a minor loop to the minus output of the adder / subtractor 68 for stabilization.

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。   The gain adjustment unit 65 can change the compliance value in the actuator 1 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、エンドエフェクタ2が物体50に接触した際に発生する力である。
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 the disturbance torque when there is disturbance torque.
As a general disturbance torque, a reaction force F received from the end effector 2 during work, a force generated by the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α1, a loss torque of the speed reducer, and the like can be considered. Here, since the actuator 1 is a linear actuator of a direct drive type, it does not have a speed reducer, and there is little need to consider loss torque. Therefore, the drive current Ia has a value proportional to the reaction force F received from the end effector 2 during work, the force generated by the gravitational acceleration αg, and the movement acceleration α1. Hereinafter, the reaction force F is a force generated when the end effector 2 comes into contact with the object 50.

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、及び、エンドエフェクタ2の質量M2から、次式(2)の関係が成り立つ。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=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 driving current Ia of the actuator 1, the reaction force F received from the end effector 2 during work, the movement acceleration α1 in the linear motion direction component of the fixed portion 11, the gravitational acceleration αg in the linear motion direction component of the fixed portion 11, and the movable portion 12 From the mass M1 and the mass M2 of the end effector 2, the relationship of the following formula (2) is established.
F + (α1 + αg) · (M1 + M2) = 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)=Kt・Irc (3)
Further, the acceleration compensation value Irc for correcting the disturbance torque in the equation (2) is set as the following equation (3).
(Α1 + αg) · (M1 + M2) = 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 Expression (3), the terms α1, αg, M1, and M2 disappear from Expression (2) and are rearranged as in Expression (4) below.
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 the equation (3), the reaction force F received from the end effector 2 during the work 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、つまりエンドエフェクタ2が物体50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、エンドエフェクタ2が物体50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 during work is zero, that is, when the end effector 2 is not in contact with the object 50, the current command value Irp based on the difference between the reference position Pr and the actual position is also zero. Means no displacement.
The reaction force F generated when the end effector 2 comes into contact with the object 50 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。
The expression (4) includes items of the movement acceleration α1 in the linear motion direction component of the fixed portion 11, the gravitational acceleration αg in the linear motion direction component of the fixed portion 11, the mass M1 of the movable portion 12, and the mass M2 of the end effector 2. Is not included.
That is, even when the robot suddenly moves or stops and the movement acceleration α1 occurs, and even when the robot continuously changes its posture and the gravitational acceleration αg changes, the movable portion 12 of the actuator 1 does not shake. Force F can be detected correctly.
The compliance value can also be set freely.

なお、上述したように、エンドエフェクタ2が物体50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 end effector 2 suddenly collides with the object 50 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 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, the reaction force F is detected not by directly monitoring the current command value Irp but 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)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
Here, Formula (2) is as follows.
F + (α1 + αg) · (M1 + M2) = 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)から次式(6)が得られる。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ia (6)
Therefore, the following equation (6) is obtained from the equations (2) and (5).
F + (α1 + αg) · (M1 + M2) = 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))を減算して整理すると、次式(7)が得られる。
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2)/Kt) (7)
Then, by subtracting ((α1 + αg) · (M1 + M2)), which is the left side of equation (3), from both sides of equation (6), the following equation (7) is obtained.
F = Kt · (Ia− (α1 + αg) · (M1 + M2) / 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)/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 obtained by subtracting the acceleration compensation value (α1 + αg) · (M1 + M2) / Kt from the drive current Ia and applying 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50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、エンドエフェクタ2が物体50と接触した際に大きな外力Fが発生し、物体50に傷又は破損が発生する恐れがある。
Next, effects of the external force detection control unit 6 will be described.
The operation of the robot is generally controlled by position control. Therefore, when the actual position differs from the pre-programmed target position due to a dimensional error or gripping position error of the object 50, a large external force F is generated when the end effector 2 comes into contact with the object 50, and the object 50 is damaged. Or damage may occur.

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、エンドエフェクタ2と物体50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 if an excessive external force F is likely to occur when the end effector 2 and the object 50 are in contact with each other, the detection result of the force sensor is fed back to the robot. A method for preventing the external force F from being generated can be considered.

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50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、エンドエフェクタ2を物体50に近付ける速度を遅くせざるを得ない。   However, even if a stop command is issued after detecting the occurrence of excessive external force F, the robot does not stop suddenly, so even if it decelerates suddenly from the time when the stop command is issued, it stops at a position that deviates from the contact position. As a result, the object 50 is crushed. Since the amount of overshoot of the position is proportional to the moving speed, the speed at which the end effector 2 is brought closer to the object 50 must be slowed down.

上記の理由により、エンドエフェクタ2が物体50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、エンドエフェクタ2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 reason, it is necessary to sufficiently reduce the moving speed of the robot in a region where the end effector 2 may come into contact with the object 50. However, in order to shorten the cycle time, the moving speed of the end effector 2 needs to be increased. As a result, the speed is drastically reduced in the vicinity of 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50を押し潰してしまうことはない。よって、エンドエフェクタ2を物体50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 (the moving unit 3), and the external force detection control unit 6 is configured to generate the movement acceleration α1 when the actuator 1 is suddenly moved or stopped. Even when the attitude of the actuator 1 is changed and the gravitational acceleration αg is changed, the reaction force F applied to the movable portion 12 can be correctly detected, and the compliance value can be arbitrarily changed. Therefore, the point that the robot cannot stop suddenly is the same, but the object 50 is not crushed due to excessive position. Therefore, it is not necessary to extremely slow the speed at which the end effector 2 is brought close to the object 50, and the work 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エンドエフェクタ2の物体50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。
Further, when a force sensor is installed between the robot and the end effector 2, when the robot rapidly decelerates, a force proportional to the negative acceleration is generated in the force sensor due to the influence of 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 50 of the end effector 2, and in order to do so, the deceleration time of the robot must be significantly increased.

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 suddenly accelerated and decelerated, and detects the external force F only at the time of contact. Therefore, it is not necessary to lengthen the deceleration time of the actuator 1.

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、曲面トレース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必要がある。
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 a problem that it is difficult to compensate for the influence of gravity in real time.
That is, the posture that the robot can take when performing the curved surface tracing work is not always constant, and it is necessary to change the posture according to the working state.
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 is affected by the gravitational acceleration αg to the posture of the robot and the mass M2 of the end effector 2. 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, since the external force detection control unit 6 can correctly detect the external force F even when the attitude of the actuator 1 is changed and the gravitational acceleration αg changes, 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、曲面トレース装置が、図7に示すような円弧状の板部材である物体50に対して曲面をトレースする場合を示す。また、作業制御部7は対象となる物体50の曲面形状を示すデータを取得しており、移動部3によりエンドエフェクタ2が物体50上の最初の接触点に対向する位置に移動されているものとする。
この場合、作業制御部7は、対象となる物体50の曲面形状を示すデータ及び外力検出制御部6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及び移動部3を制御することで、上記曲面トレース作業を行う。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との関係の変更を意味している。また、上記関係の変更には、線形又は非線形の傾きの変更も含まれる。
Next, an operation example of the work control unit 7 will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a case where the curved surface tracing apparatus traces a curved surface with respect to the object 50 that is an arc-shaped plate member as illustrated in FIG. 7 will be described. In addition, the work control unit 7 acquires data indicating the curved surface shape of the target object 50, and the end effector 2 is moved to a position facing the first contact point on the object 50 by the moving unit 3. And
In this case, the work control unit 7 controls the actuator control unit 61 and the moving unit 3 based on the data indicating the curved surface shape of the target object 50 and the external force F detected by the external force detection control unit 6. Then, the curved surface tracing operation is performed. The work control unit 7 controls the actuator control unit 61 by changing the reference position Pr or the gain. Here, the gain adjusting unit 65 outputs the current command value Irp based on the position deviation, but the change in the gain means a change in the relationship between the position deviation and the current command value Irp. The change in the relationship includes a change in linear or non-linear inclination.

曲面トレース装置による曲面トレース作業では、図5に示すように、まず、接触制御部71は、エンドエフェクタ2を、物体50に対して接触点の法線方向に力F1で接触するまで、移動させる(ステップST1)。なお、力F1は、エンドエフェクタ2が物体50に当接したことを認識可能な力であり、エンドエフェクタ2、物体50及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。また、接触制御部71は、押引きモード又はばねモードにより上記の動作を実現しているため、物体50に過大な負荷はかからない。   In the curved surface tracing work by the curved surface tracing device, as shown in FIG. 5, first, the contact control unit 71 moves the end effector 2 until it contacts the object 50 in the normal direction of the contact point with the force F1. (Step ST1). The force F1 is a force that can recognize that the end effector 2 has come into contact with the object 50, and is a sufficiently weak force that does not damage the end effector 2, the object 50, and peripheral devices. Moreover, since the contact control part 71 implement | achieves said operation | movement by the push-pull mode or the spring mode, the object 50 does not apply an excessive load.

次いで、曲面トレース制御部72は、力F1を維持しつつ、エンドエフェクタ2を物体50上でスライドさせる(ステップST2)。この際、エンドエフェクタ2による押付け力は微小な力であるため、この力を維持するように制御することで、曲面形状を示すデータに従ってエンドエフェクタ2を物体50に接触させたまま物体50の曲面に沿ってずらす(滑らせる)ことが可能である。これにより、曲面トレース装置は、物体50に対する曲面トレースを行うことができる。   Next, the curved surface trace control unit 72 slides the end effector 2 on the object 50 while maintaining the force F1 (step ST2). At this time, since the pressing force by the end effector 2 is a minute force, the curved surface of the object 50 is kept in contact with the object 50 according to the data indicating the curved surface shape by controlling the force to maintain this force. It is possible to shift (slide) along. Thereby, the curved surface tracing apparatus can perform curved surface tracing on the object 50.

ここで、図6に示すように、固定部11の直動方向成分における重力加速度αgは、g・cosθとなる。なお、θは、アクチュエータ1の角度であり、また、物体50の接触点における接線の角度でもある。また、可動部12側の質量をM(=M1+M2)とし、固定部11の直動方向成分における移動加速度α1を0とする。この場合、アクチュエータ1の駆動電流Iaは次式(8)のようになる。
Ia=(F+M・g・cosθ)/Kt (8)
Here, as shown in FIG. 6, the gravitational acceleration αg in the linear motion direction component of the fixed portion 11 is g · cos θ. Note that θ is the angle of the actuator 1 and also the angle of the tangent at the contact point of the object 50. Further, the mass on the movable part 12 side is M (= M1 + M2), and the movement acceleration α1 in the linear motion direction component of the fixed part 11 is zero. In this case, the drive current Ia of the actuator 1 is expressed by the following equation (8).
Ia = (F + M · g · cos θ) / Kt (8)

そして、図7において、アクチュエータ1の姿勢が符号601方向である場合(θ=0)には、外力Fは(Kt・Ia)−(M・g)となる。また、アクチュエータ1の姿勢が符号602方向である場合(0<θ<90)には、外力Fは(Kt・Ia)−(M・g・cosθ)となる。また、アクチュエータ1の姿勢が符号603方向である場合(θ=90)には、外力FはKt・Iaとなる。よって、アクチュエータ1の姿勢が符号601方向から符号603方向へ変化する場合、アクチュエータ制御部61は図8に示すような駆動電流Iaを出力する。なお、図6における符号604は、移動部3の先端の軌道を示している。   In FIG. 7, when the orientation of the actuator 1 is in the direction 601 (θ = 0), the external force F is (Kt · Ia) − (M · g). When the orientation of the actuator 1 is in the direction 602 (0 <θ <90), the external force F is (Kt · Ia) − (M · g · cos θ). Further, when the orientation of the actuator 1 is in the direction of reference numeral 603 (θ = 90), the external force F is Kt · Ia. Therefore, when the attitude of the actuator 1 changes from the direction of reference numeral 601 to the direction of reference numeral 603, the actuator control unit 61 outputs a drive current Ia as shown in FIG. In addition, the code | symbol 604 in FIG. 6 has shown the track | orbit of the front-end | tip of the moving part 3. FIG.

次いで、離脱制御部73は、エンドエフェクタ2を物体50から離すように移動させる(ステップST3)。   Next, the separation control unit 73 moves the end effector 2 so as to separate from the object 50 (step ST3).

以上の動作により、曲面トレース装置は、物体50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、物体50に対する曲面トレース作業が実施できる。   With the above operation, the curved surface tracing apparatus can perform curved surface tracing work on the object 50 without damaging the object 50 or the actuator 1 and without reducing the work speed.

なお上記では、作業制御部7が、対象となる物体50の曲面形状を示すデータを事前に取得する場合を示した。しかしながら、これに限らず、作業制御部7は、対象となる物体50の曲面形状を示すデータをリアルタイムに取得してもよい。この場合、曲面トレース装置には、アクチュエータ1の角度を検出する角度検出部が追加され、作業制御部7は、この角度検出部により検出された角度に基づいて上記曲面形状を示すデータを取得する。   In the above description, the case where the work control unit 7 acquires data indicating the curved surface shape of the target object 50 in advance is shown. However, the present invention is not limited to this, and the work control unit 7 may acquire data indicating the curved surface shape of the target object 50 in real time. In this case, an angle detector that detects the angle of the actuator 1 is added to the curved trace device, and the work controller 7 acquires data indicating the curved surface shape based on the angle detected by the angle detector. .

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 the above description, the case where the actuator 1 that allows the movable portion 12 to be displaced in the linear motion direction is used is shown. However, the present invention is not limited to this, and if the acceleration detection unit 5 can detect angular acceleration, the actuator 1 that can displace the movable unit 12 in the rotation direction can also be used.

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。   In the above description, the moving unit 3 is a robot. 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、曲面トレース装置は、固定部11及び可動部12を有するアクチュエータ1と、アクチュエータ1を移動する移動部3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、対象となる物体50の曲面形状を示すデータ及び外力検出部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及び移動部3を制御する作業制御部7とを備えた。これにより、実施の形態1に係る曲面トレース装置は、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に基づいて曲面トレース作業を行うことができる。   As described above, according to the first embodiment, the curved surface tracing apparatus includes the actuator 1 having the fixed portion 11 and the movable portion 12, the moving portion 3 that moves the actuator 1, and the movable portion 12 with respect to the fixed portion 11. The position detection unit 4 that detects the position, the acceleration detection unit 5 that detects the acceleration of the fixed unit 11, and the adjustment of the gain with respect to the difference between the position detected by the position detection unit 4 and the reference position Pr Based on the current command value Irp as a result and the acceleration detected by the acceleration detection unit 5, the actuator control unit 61 that outputs the drive current Ia to the actuator 1, and the current command value Irp obtained in the actuator control unit 61, or Based on the acceleration detected by the acceleration detector 5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator controller 61. Based on the external force detection unit 62 that detects the external force F applied to the moving unit 12, the data indicating the curved surface shape of the target object 50, and the external force F detected by the external force detection unit 62, the actuator control unit 61 and the moving unit 3 are And a work control unit 7 for controlling. Thereby, the curved surface tracing apparatus according to the first embodiment can correctly detect the external force F applied to the movable portion 12 even when the movable portion 12 is suddenly accelerated or decelerated or the posture is changed, and based on the external force F. Curved surface tracing work.

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, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.

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
11 固定部
12 可動部
50 物体
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 曲面トレース制御部
73 離脱制御部
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator 2 End effector 3 Moving part 4 Position detection part 5 Acceleration detection part 6 External force detection control part 7 Work control part 11 Fixed part 12 Movable part 50 Object 61 Actuator control part 62 External force detection part 63 Position speed conversion part 64 Subtractor 65 Gain adjustment unit 66 Mass estimation unit 67 Acceleration compensation unit 68 Addition / subtraction unit 69 Constant current control unit 71 Contact control unit 72 Curved trace control unit 73 Departure control unit 621 Coefficient multiplication unit 622 Subtraction unit 623 Coefficient multiplication unit 651 Loop gain measurement unit 652 Gain Intersection control unit 653 Variable gain adjustment unit 654 Oscillator 655 Adder 656 Comparator 671 Multiplier 672 Coefficient multiplier 691 Subtractor 692 Drive driver 693 Current detector

Claims (3)

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、
前記アクチュエータを移動する移動部と、
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、
対象となる物体の曲面形状を示すデータ及び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及び前記移動部を制御する作業制御部と
を備えた曲面トレース装置。
An actuator having a fixed part and a movable part displaceable with respect to the fixed part;
A moving unit for moving the actuator;
A position detection unit for detecting the position of the movable unit with respect to the fixed unit;
An acceleration detector for detecting the acceleration of the fixed part;
The gain is adjusted with respect to the difference between the position detected by the position detection unit and the reference position, and the drive current for 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 controller to output,
The external force applied to the movable part is detected based on the current command value obtained in the actuator control unit, or the acceleration detected by the acceleration detection unit and the current value of the drive current output by the actuator control unit. An external force detector;
A curved surface tracing apparatus comprising: data indicating a curved surface shape of a target object and a work control unit that controls the actuator control unit and the moving unit based on an external force detected by the external force detection unit.
前記可動部に取付けられ、曲面をトレース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を、物体に対して接触点の法線方向に第1の力で接触するまで、移動させる接触制御部と、
前記接触制御部による処理後、前記第1の力を維持しつつ、前記エンドエフェクタを前記物体上でスライドさせる曲面トレース制御部と、
前記曲面トレース制御部による処理後、前記エンドエフェクタを物体から離すように移動させる離脱制御部とを有する
ことを特徴とする請求項1記載の曲面トレース装置。
An end effector attached to the movable part and capable of tracing a curved surface;
The work control unit
A contact control unit that moves the end effector until it contacts the object with a first force in the normal direction of the contact point;
A curved surface trace control unit that slides the end effector on the object while maintaining the first force after the processing by the contact control unit;
The curved surface tracing apparatus according to claim 1, further comprising a separation control unit that moves the end effector away from the object after the processing by the curved surface tracing control unit.
前記アクチュエータの角度を検出する角度検出部を備え、
前記作業制御部は、前記角度検出部により検出された角度に基づいて前記曲面形状を示すデータを取得する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の曲面トレース装置。
An angle detector for detecting the angle of the actuator;
The curved surface tracing apparatus according to claim 1, wherein the work control unit acquires data indicating the curved surface shape based on an angle detected by the angle detection unit.
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