JP2019188519A - Pin insertion device - Google Patents

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賢二 栗原
Kenji Kurihara
賢二 栗原
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Abstract

To enable acceleration of a working speed compared to a conventional one.SOLUTION: A pin insertion device comprises: actuators 1-1 to 1-5 which can be displaced in different directions out of 5 degrees of freedom excluding a rotation direction around one axis, and are connected in multiple stages; position detection parts 4-1 to 4-5 which detect positions of movable parts 12-1 to 12-5 with respect to stationary parts 11-1 to 11-5; acceleration detection parts 5-1 to 5-5 which detect accelerations of the stationary parts 11-1 to 11-5; 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 added to the movable parts 12-1 to 12-5 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 on the basis of the detected external force.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、部品が有する穴にピンを挿入するピン挿入作業を行うピン挿入装置に関する。   The present invention relates to a pin insertion device that performs a pin insertion operation for inserting a pin into a hole of a component.

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, 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 and material of the object, it is necessary to prepare buffers different in the number of types of objects, which are 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 polishing 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。また、この方法では、急激な加減速には対応できないため、低速で動かす必要がある。   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. Further, this method cannot cope with rapid acceleration / deceleration, so it must be moved at a low speed.

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、ロボットの急激な加減速には対応できず、低速で動かす必要がある。この課題は、部品が有する穴にピンを挿入するピン挿入作業を行うピン挿入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, it cannot cope with the rapid acceleration / deceleration of the robot and needs to be moved at a low speed. This problem also applies to a pin insertion device that performs a pin insertion operation for inserting a pin into a hole of a component, 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、ピン挿入作業の自動化において従来よりも作業速度の高速化が可能となるピン挿入装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pin insertion device that can increase the work speed in the automation of the pin insertion work as compared with the prior art.

この発明に係るピン挿入装置は、固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有し、1軸周りの回転方向を除く5自由度のうちの互いに異なる方向に変位可能であり、多段に連結された複数のアクチュエータと、アクチュエータ毎に固定部に対する可動部の位置を検出する複数の位置検出部と、アクチュエータ毎に固定部の加速度を検出する複数の加速度検出部と、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を備えたことを特徴とする。   The pin insertion device according to the present invention has a fixed portion and a movable portion that can be displaced with respect to the fixed portion, and can be displaced in different directions out of five degrees of freedom excluding the rotation direction around one axis. A plurality of actuators connected in multiple stages, a plurality of position detectors for detecting the position of the movable part relative to the fixed part for each actuator, a plurality of acceleration detectors for detecting the acceleration of the fixed part for each actuator, and position detection Actuator control unit that adjusts the gain with respect to the difference between the position detected by the unit and the reference position, and outputs a drive current for the actuator based on the current command value that is the adjustment result and the acceleration detected by the acceleration detection unit And the current command value obtained in the actuator control unit, or the acceleration detected by the acceleration detection unit and the actuator control unit. An external force detection unit that detects an external force applied to the movable part based on the current value of the applied drive current, and a work control unit that controls the actuator control unit based on the external force detected by the external force detection unit It is characterized by.

この発明によれば、上記のように構成したので、ピン挿入作業の自動化において従来よりも作業速度の高速化が可能となる。   According to this invention, since it comprised as mentioned above, in the automation of pin insertion operation | work, it becomes possible to increase work speed rather than before.

この発明の実施の形態1に係るピン挿入装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the pin insertion 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に係るピン挿入装置によるピン挿入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 pin insertion operation | work by the pin insertion apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図6A〜図6Cは、この発明の実施の形態1に係るピン挿入装置によるピン挿入作業の一例を示す図である。6A to 6C are diagrams showing an example of pin insertion work by the pin insertion device according to Embodiment 1 of the present invention. 図7A、図7Bは、この発明の実施の形態1に係るピン挿入装置によるピン挿入作業の一例を示す図である。7A and 7B are diagrams showing an example of pin insertion work by the pin insertion device according to Embodiment 1 of the present invention. 図8A〜図8Bは、この発明の実施の形態1に係るピン挿入装置によるピン挿入作業の一例を示す図である。8A to 8B are diagrams showing an example of pin insertion work by the pin insertion device according to Embodiment 1 of the present 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に係るピン挿入装置の構成例を示す図である。
ピン挿入装置は、ピン50を部品51が有する穴511に挿入するピン挿入作業を行う装置である。このピン挿入装置は、図1に示すように、多段に連結されたアクチュエータ1−1〜1−5、エンドエフェクタ2、移動部3、位置検出部4−1〜4−5、加速度検出部5−1〜5−5、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。なお図1では、図を見易くするため、位置検出部4−1〜4−4及び加速度検出部5−1〜5−4の図示を省略している。
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 pin insertion device according to Embodiment 1 of the present invention.
The pin insertion device is a device that performs a pin insertion operation for inserting the pin 50 into the hole 511 of the component 51. As shown in FIG. 1, this pin insertion device includes actuators 1-1 to 1-5, end effector 2, moving unit 3, position detecting units 4-1 to 4-5, and acceleration detecting unit 5 connected in multiple stages. -1 to 5-5, an external force detection control unit 6 and a work control unit 7 are provided. The external force detection control unit 6 includes an actuator control unit 61 and an external force detection unit 62. In FIG. 1, the position detectors 4-1 to 4-4 and the acceleration detectors 5-1 to 5-4 are not shown for easy viewing.

アクチュエータ1−1は、固定部11−1(不図示)、及び当該固定部11−1に対してX軸方向に変位(直動)可能な可動部12−1(不図示)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11−1に対して可動部12−1を変位可能とする。このアクチュエータ1−1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、移動部3は必須の構成ではなく、ピン挿入装置から取除いてもよい。以下では、移動部3を使用する場合を記述する。   The actuator 1-1 has a fixed portion 11-1 (not shown) and a movable portion 12-1 (not shown) that can be displaced (linearly moved) in the X-axis direction with respect to the fixed portion 11-1. By supplying a current to the coil placed in the magnetic field, the movable portion 12-1 can be displaced with respect to the fixed portion 11-1. The actuator 1-1 is attached to the moving unit 3, and is transferred as a whole and its posture is changed. The moving unit 3 is not an essential component and may be removed from the pin insertion device. Below, the case where the moving part 3 is used is described.

アクチュエータ1−2は、可動部12−1に取付けられた固定部11−2(不図示)、及び当該固定部11−2に対してX軸周りに変位(回転)可能な可動部12−2(不図示)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11−2に対して可動部12−2を変位可能とする。   The actuator 1-2 includes a fixed portion 11-2 (not shown) attached to the movable portion 12-1, and a movable portion 12-2 that can be displaced (rotated) around the X axis with respect to the fixed portion 11-2. The movable portion 12-2 is displaceable with respect to the fixed portion 11-2 by supplying a current to a coil placed in a magnetic field.

アクチュエータ1−3は、可動部12−2に取付けられた固定部11−3(不図示)、及び当該固定部11−3に対してY軸方向に変位(直動)可能な可動部12−3(不図示)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11−3に対して可動部12−3を変位可能とする。   The actuator 1-3 includes a fixed portion 11-3 (not shown) attached to the movable portion 12-2, and a movable portion 12- that can be displaced (linearly moved) in the Y-axis direction with respect to the fixed portion 11-3. 3 (not shown), and the current is supplied to the coil placed in the magnetic field, so that the movable portion 12-3 can be displaced with respect to the fixed portion 11-3.

アクチュエータ1−4は、可動部12−3に取付けられた固定部11−4(不図示)、及び当該固定部11−4に対してY軸周りに変位(回転)可能な可動部12−4(不図示)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11−4に対して可動部12−4を変位可能とする。   The actuator 1-4 includes a fixed portion 11-4 (not shown) attached to the movable portion 12-3, and a movable portion 12-4 that can be displaced (rotated) around the Y axis with respect to the fixed portion 11-4. The movable portion 12-4 can be displaced with respect to the fixed portion 11-4 by supplying a current to a coil placed in a magnetic field.

アクチュエータ1−5は、可動部12−4に取付けられた固定部11−5、及び当該固定部11−5に対してZ軸方向に変位(直動)可能な可動部12−5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11−5に対して可動部12−5を変位可能とする。   The actuator 1-5 has a fixed portion 11-5 attached to the movable portion 12-4, and a movable portion 12-5 that can be displaced (linearly moved) in the Z-axis direction with respect to the fixed portion 11-5. The movable portion 12-5 can be displaced with respect to the fixed portion 11-5 by supplying current to the coil placed in the magnetic field.

エンドエフェクタ2は、可動部12−5に取付けられ、ピン50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、ピン50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、ピン50を吸着可能な吸着具を用いてもよい。なお、部品51を移動する移動部があってもよい。   The end effector 2 is a mechanism that is attached to the movable portion 12-5 and can hold the pin 50. In FIG. 1, a gripper (hand) that can grip the pin 50 is used as the end effector 2. As the end effector 2, for example, an adsorber that can adsorb the pin 50 may be used in addition to the gripper. There may be a moving unit that moves the component 51.

移動部3は、アクチュエータ1−1〜1−5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1−1(固定部11−1)が取付けられ、アクチュエータ1−1〜1−5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 actuators 1-1 to 1-5. In FIG. 1, the moving unit 3 is a robot having an actuator 1-1 (fixed unit 11-1) attached to the tip and capable of moving the actuators 1-1 to 1-5.

位置検出部4−1は、アクチュエータ1−1に設けられ、固定部11−1に対する可動部12−1の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4−1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 detector 4-1 is provided in the actuator 1-1 and detects the position (relative position) of the movable part 12-1 with respect to the fixed part 11-1. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detector 4-1 is output to the actuator controller 61.

位置検出部4−2は、アクチュエータ1−2に設けられ、固定部11−2に対する可動部12−2の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4−2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 4-2 is provided in the actuator 1-2, and detects the position (relative position) of the movable unit 12-2 with respect to the fixed unit 11-2. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detector 4-2 is output to the actuator controller 61.

位置検出部4−3は、アクチュエータ1−3に設けられ、固定部11−3に対する可動部12−3の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4−3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 4-3 is provided in the actuator 1-3, and detects the position (relative position) of the movable unit 12-3 with respect to the fixed unit 11-3. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detection unit 4-3 is output to the actuator control unit 61.

位置検出部4−4は、アクチュエータ1−4に設けられ、固定部11−4に対する可動部12−4の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4−4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 4-4 is provided in the actuator 1-4 and detects the position (relative position) of the movable unit 12-4 with respect to the fixed unit 11-4. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detection unit 4-4 is output to the actuator control unit 61.

位置検出部4−5は、アクチュエータ1−5に設けられ、固定部11−5に対する可動部12−5の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部4−5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 4-5 is provided in the actuator 1-5 and detects the position (relative position) of the movable unit 12-5 with respect to the fixed unit 11-5. A signal (position signal) indicating the position detected by the position detection unit 4-5 is output to the actuator control unit 61.

加速度検出部5−1は、固定部11−1に設けられ、固定部11−1の加速度を検出する。この際、加速度検出部5−1は、固定部11−1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。この加速度検出部5−1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 5-1 is provided in the fixed unit 11-1, and detects the acceleration of the fixed unit 11-1. At this time, the acceleration detector 5-1 detects an acceleration (αg + α1) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the moving acceleration α1 of the fixed unit 11-1. A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detector 5-1 is output to the actuator controller 61.

加速度検出部5−2は、固定部11−2に設けられ、固定部11−2の加速度(角加速度)を検出する。この際、加速度検出部5−2は、固定部11−2の重力加速度αg及び移動加速度α2のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α2)を検出する。この加速度検出部5−2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 5-2 is provided in the fixed unit 11-2 and detects the acceleration (angular acceleration) of the fixed unit 11-2. At this time, the acceleration detection unit 5-2 detects an acceleration (αg + α2) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α2 of the fixed unit 11-2. A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detector 5-2 is output to the actuator controller 61.

加速度検出部5−3は、固定部11−3に設けられ、固定部11−3の加速度を検出する。この際、加速度検出部5−3は、固定部11−3の重力加速度αg及び移動加速度α3のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α3)を検出する。この加速度検出部5−3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 5-3 is provided in the fixed unit 11-3 and detects the acceleration of the fixed unit 11-3. At this time, the acceleration detection unit 5-3 detects an acceleration (αg + α3) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α3 of the fixed unit 11-3. A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detector 5-3 is output to the actuator controller 61.

加速度検出部5−4は、固定部11−4に設けられ、固定部11−4の加速度(角加速度)を検出する。この際、加速度検出部5−4は、固定部11−4の重力加速度αg及び移動加速度α4のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α4)を検出する。この加速度検出部5−4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 5-4 is provided in the fixed unit 11-4 and detects the acceleration (angular acceleration) of the fixed unit 11-4. At this time, the acceleration detection unit 5-4 detects an acceleration (αg + α4) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α4 of the fixed unit 11-4. A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detection unit 5-4 is output to the actuator control unit 61.

加速度検出部5−5は、固定部11−5に設けられ、固定部11−5の加速度を検出する。この際、加速度検出部5−5は、固定部11−5の重力加速度αg及び移動加速度α5のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α5)を検出する。図2では、加速度検出部5−5が加速度(αg+α5)を検出する場合を示している。この加速度検出部5−5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 5-5 is provided in the fixed unit 11-5 and detects the acceleration of the fixed unit 11-5. At this time, the acceleration detection unit 5-5 detects the acceleration (αg + α5) obtained by adding one or both of the gravitational acceleration αg and the movement acceleration α5 of the fixed unit 11-5. FIG. 2 shows a case where the acceleration detection unit 5-5 detects acceleration (αg + α5). A signal (acceleration signal) indicating the acceleration detected by the acceleration detector 5-5 is output to the actuator controller 61.

アクチュエータ制御部61は、位置検出部4−1〜4−5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5−1〜5−5により検出された加速度に基づいてアクチュエータ1−1〜1−5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 detectors 4-1 to 4-5 and the reference position Pr, and the current command value Irp as the adjustment result and Based on the acceleration detected by the acceleration detectors 5-1 to 5-5, the drive current Ia for the actuators 1-1 to 1-5 is output.

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5−1〜5−5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12−1〜12−5に加わる外力(反力)を検出する。なお、外力検出部62は、可動部12−1,12−3,12−5に加わる外力として力Fを検出し、可動部12−2,12−4に加わる外力としてモーメントMo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 a current command value Irp obtained by the actuator control unit 61 or the acceleration detected by the acceleration detection units 5-1 to 5-5 and the drive current Ia output by the actuator control unit 61. Based on the value, an external force (reaction force) applied to the movable parts 12-1 to 12-5 is detected. The external force detector 62 detects a force F as an external force applied to the movable parts 12-1, 12-3, and 12-5, and detects a moment Mo as an external force applied to the movable parts 12-2 and 12-4.
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、ピン挿入装置によるピン挿入作業を実現する。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、ピン挿入作業を実現する。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に加え、位置検出部4−1〜4−5により検出された位置、加速度検出部5−1〜5−5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、上記ピン挿入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 pin insertion work by the pin insertion device. At this time, the work control unit 7 controls the actuator control unit 61, the end effector 2, and the moving unit 3 based on the external force detected by the external force detection unit 62, thereby realizing the pin insertion 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 detected by the external force detection unit 62, the work control unit 7 detects the positions detected by the position detection units 4-1 to 4-5 and the acceleration detection units 5-1 to 5-5. The pin insertion work may be realized in consideration of the acceleration, the time managed by the work control unit 7, and the like. 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1−5、エンドエフェクタ2、位置検出部4−5及び加速度検出部5−5も図示している。以下では、外力検出制御部6が有する構成のうちのアクチュエータ1−5に対する構成のみを示すが、外力検出制御部6は、アクチュエータ1−1〜1−4に対する構成も同様に有している。また図2では、エンドエフェクタ2がピン50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 1-5, the end effector 2, the position detector 4-5, and the acceleration detector 5-5 are also illustrated. Below, only the structure with respect to the actuator 1-5 among the structures which the external force detection control part 6 has is shown, but the external force detection control part 6 has the structure with respect to the actuators 1-1 to 1-4 similarly. FIG. 2 shows a state where the end effector 2 holds the pin 50.
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4−5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11−5に対する可動部12−5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 4-5 and converts it into a speed. This speed indicates the speed (relative speed) of the movable part 12-5 with respect to the fixed part 11-5. 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4−5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 detection unit 4-5 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1−5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 1-5, 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4−5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 4-5 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12−5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12−5側の質量とは、可動部12−5を含む可動部12−5より先の構成の総質量である。例えば、可動部12−5側の質量とは、エンドエフェクタ2がピン50を保持していない場合には、可動部12−5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がピン50を保持している場合には、可動部12−5の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2とピン50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12−5の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2とピン50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12−5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12−5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 12-5 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 part 12-5 side is the total mass of the configuration ahead of the movable part 12-5 including the movable part 12-5. For example, when the end effector 2 does not hold the pin 50, the mass on the movable unit 12-5 side is the mass obtained by adding the mass M1 of the movable unit 12-5 and the mass M2 of the end effector 2 ( M1 + M2), and when the end effector 2 holds the pin 50, the mass obtained by adding the mass M1 of the movable portion 12-5, the mass M2 of the end effector 2, and the mass M3 of the pin 50 (M1 + M2 + M3) It is. Note that FIG. 2 shows a case where the mass estimation unit 66 estimates the mass (M1 + M2 + M3) obtained by adding the mass M1 of the movable unit 12-5, the mass M2 of the end effector 2, and the mass M3 of the pin 50.
For example, if the mass on the movable part 12-5 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 12-5 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12−5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12−5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 12-5 was shown above, not only this but the information which shows the mass by the side of the movable part 12-5 is acquired using another method. May be.

また上記では可動部12−5側の質量について説明したが、可動部12−1〜12−4側の質量についても同様である。すなわち、可動部12−1〜12−4側の質量とは、可動部12−1〜12−4を含む可動部12−1〜12−4より先の構成の総質量である。例えば、可動部12−4側の質量は、エンドエフェクタ2がピン50を保持していない場合には、可動部12−5の質量M1とエンドエフェクタ2の質量M2と固定部11−5の質量M4と可動部12−4の質量M5が加算された質量(M1+M2+M4+M5)である。   Moreover, although the mass by the side of movable part 12-5 was demonstrated above, it is the same also about the mass by the side of movable parts 12-1-12-4. That is, the mass on the movable parts 12-1 to 12-4 side is the total mass of the configuration ahead of the movable parts 12-1 to 12-4 including the movable parts 12-1 to 12-4. For example, when the end effector 2 does not hold the pin 50, the mass on the movable portion 12-4 side is the mass M1 of the movable portion 12-5, the mass M2 of the end effector 2, and the mass of the fixed portion 11-5. This is a mass (M1 + M2 + M4 + M5) obtained by adding M4 and the mass M5 of the movable portion 12-4.

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5−5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 5-5 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1−5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 1-5 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1−5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 1-5 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1−5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 1-5 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 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5−5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12−5に加わる外力(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12−5に加わる外力を検出する。なお、可動部12−5に加わる外力としては、エンドエフェクタ2がピン50と接触した際に発生する力、及び、エンドエフェクタ2により保持されたピン50が部品51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5−5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12−5に加わる外力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 based on the current command value Irp obtained by the actuator control unit 61 or the acceleration detected by the acceleration detection unit 5-5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator control unit 61. The external force (force F) applied to the movable part 12-5 is detected. Specifically, the external force detection unit 62 detects the external force applied to the movable unit 12-5 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. The external force applied to the movable portion 12-5 includes a force generated when the end effector 2 comes into contact with the pin 50 and a force generated when the pin 50 held by the end effector 2 comes into contact with the component 51. Is mentioned. In FIG. 2, the external force detection unit 62 detects the external force applied to the movable unit 12-5 based on the acceleration detected by the acceleration detection unit 5-5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator control unit 61. Shows when to do. 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、外力を得る。この係数乗算部623により得られた外力を示す信号は、作業制御部7に出力される。   The coefficient multiplication unit 623 obtains an external force by multiplying the result of subtraction by the subtractor 622 by a coefficient (Kt). A signal indicating the external force 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12−5に加わる外力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、外力を得る。そして、この係数乗算部により得られた外力を示す信号は、作業制御部7に出力される。   In addition, when the external force detection part 62 detects the external force added to the movable part 12-5 based on the electric current command value Irp obtained in the actuator control part 61, it has a coefficient multiplication part. The coefficient multiplication unit obtains an external force by multiplying the current command value Irp output from the gain adjustment unit 65 by a coefficient (Kt). A signal indicating the external force 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及び姿勢変更制御部72を有している。
Next, a configuration example of the work control unit 7 will be described with reference to FIG.
As illustrated in FIG. 4, the work control unit 7 includes a contact control unit 71 and a posture change control unit 72.

接触制御部71は、エンドエフェクタ2により保持されたピン50が、部品51に力(第1の力)F1で接触するまで、エンドエフェクタ2を部品51が有する穴511の方向へ移動させる。なお、力F1は、ピン50が部品51に当接したことを認識可能な力であり、ピン50と部品51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 hole 511 of the component 51 until the pin 50 held by the end effector 2 contacts the component 51 with a force (first force) F1. The force F1 is a force that can recognize that the pin 50 is in contact with the component 51, and is a sufficiently weak force that does not damage the pin 50, the component 51, and peripheral devices.

姿勢変更制御部72は、接触制御部71による処理後、可動部12−1〜12−5に加わる外力が力F1以内且つモーメント(第1のモーメント)Mo1以内となるようにエンドエフェクタ2の姿勢を変更しながら当該エンドエフェクタ2を穴511の方向へ規定量移動させる。なお、モーメントMo1は、ピン50と部品51及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱いモーメントである。   The posture change control unit 72 performs the posture of the end effector 2 so that the external force applied to the movable units 12-1 to 12-5 is within the force F1 and the moment (first moment) Mo1 after the processing by the contact control unit 71. The end effector 2 is moved by a specified amount in the direction of the hole 511 while changing. The moment Mo1 is a sufficiently weak moment that does not damage the pin 50, the component 51, and the peripheral device.

なお、接触制御部71及び姿勢変更制御部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。以下では、接触制御部71及び姿勢変更制御部72によるアクチュエータ1−5に対する動作を例に各動作モードの説明を行う。
押引きモードは、アクチュエータ1−5の位置を固定させた状態で、アクチュエータ1−5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1−5が正方向の推力を発生させることで可動部12−5の押付け動作を実現でき、アクチュエータ1−5が負方向の推力を発生させることで可動部12−5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1−5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12−5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1−5の位置を移動可能とした状態で、可動部12−5に加わる外力に応じ、固定部11−5に対する可動部12−5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1−5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12−5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)。
Note that the contact control unit 71 and the posture change control unit 72 realize the above operation in the push-pull mode or the spring mode. Hereinafter, each operation mode will be described by taking the operation of the contact control unit 71 and the posture change control unit 72 with respect to the actuator 1-5 as an example.
The push-pull mode is an operation mode in which the actuator 1-5 generates a positive or negative thrust while the position of the actuator 1-5 is fixed. In this push-pull mode, the actuator 1-5 can generate a thrust in the positive direction to realize the pressing operation of the movable portion 12-5, and the actuator 1-5 can generate a thrust in the negative direction to move the movable portion 12-. 5 can be realized. In the push-pull mode, thrust is generated at a preset change rate from the operation start position. In the push-pull mode, the thrust is maintained when the thrust generated by the actuator 1-5 exceeds a preset threshold value or when the position of the movable portion 12-5 exceeds a preset position. (Force constant mode).
The spring mode changes the position of the movable portion 12-5 relative to the fixed portion 11-5 in accordance with an external force applied to the movable portion 12-5 in a state where the position of the actuator 1-5 can be moved by the moving portion 3. This is an operation mode in which the state is enabled. In this spring mode, when the thrust generated by the actuator 1-5 exceeds a preset threshold value or when the position of the movable portion 12-5 exceeds a preset position, the thrust is maintained. Operates (force constant mode).

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1−5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、外力検出制御部6のアクチュエータ1−5に対する動作原理について説明する。このアクチュエータ1−5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. Hereinafter, as the actuator 1-5, a direct drive type linear actuator in which the generated thrust is directly transmitted to the end effector 2 will be described, and the operation principle of the external force detection control unit 6 with respect to the actuator 1-5 will be described. The actuator 1-5 is driven by the drive current Ia generated by the constant current control unit 69 in accordance with the current command value Ir.

一方、位置検出部4−5は、固定部11−5に対する可動部12−5の位置を検出する。
また、位置速度変換部63は、位置検出部4−5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11−5に対する可動部12−5の速度を示す。
On the other hand, the position detection unit 4-5 detects the position of the movable unit 12-5 with respect to the fixed unit 11-5.
Further, the position / velocity conversion unit 63 differentiates the position detected by the position detection unit 4-5 and converts it into a speed. This speed indicates the speed of the movable part 12-5 with respect to the fixed part 11-5.

また、加速度検出部5−5は、固定部11−5の加速度を検出する。以下では、加速度検出部5−5は、固定部11−5の移動加速度α5と、固定部11−5の重力加速度αgとが加算された加速度(α5+αg)を検出するものとする。   Moreover, the acceleration detection part 5-5 detects the acceleration of the fixing | fixed part 11-5. Hereinafter, it is assumed that the acceleration detection unit 5-5 detects an acceleration (α5 + αg) obtained by adding the movement acceleration α5 of the fixed unit 11-5 and the gravitational acceleration αg of the fixed unit 11-5.

また、位置検出部4−5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 detector 4-5 is compared with the reference position Pr by the subtractor 64, and the difference is a current that is one of the elements constituting the current command value Ir via the gain adjuster 65. It is given to the adder / subtracter 68 as the command value 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1−5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, the gain adjustment unit 65 can change the compliance value in the actuator 1-5 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α5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1−5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α5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、ピン50が部品51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 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 α5, a loss torque of the speed reducer, and the like can be considered. Here, since the actuator 1-5 is a direct drive type linear actuator, it does not have a speed reducer and there is little need to consider the 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 α5. In the following, it is assumed that the reaction force F is a force generated when the pin 50 contacts the component 51.

ここで、アクチュエータ1−5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11−5の移動加速度α5、固定部11−5の重力加速度αg、可動部12−5の質量M1、エンドエフェクタ2の質量M2、及び、ピン50の質量M3から、次式(2)の関係が成り立つ。
F+(α5+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ1−5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 1-5, the reaction force F received from the end effector 2 during work, the movement acceleration α5 of the fixed portion 11-5, the gravitational acceleration αg of the fixed portion 11-5, and the mass of the movable portion 12-5 From M1, the mass M2 of the end effector 2, and the mass M3 of the pin 50, the relationship of the following formula (2) is established.
F + (α5 + αg) · (M1 + M2 + M3) = Kt · Ir = Kt · (Irp + Irc)
(2)
Kt is a torque constant that represents the ratio between the thrust generated by the actuator 1-5 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。
(α5+αg)・(M1+M2+M3)=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).
(Α5 + 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α5,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 Expression (3), the terms α5, αg, M1, M2, and M3 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、つまりピン50が部品51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、ピン50が部品51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 pin 50 is not in contact with the component 51, the current command value Irp based on the difference between the reference position Pr and the actual position is also zero, that is, the position is It means no displacement.
The reaction force F generated when the pin 50 comes into contact with the component 51 can be known by monitoring the current command value Irp.

そして、式(4)には、固定部11−5の移動加速度α5、固定部11−5の重力加速度αg、可動部12−5の質量M1、エンドエフェクタ2の質量M2、ピン50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α5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1−5の可動部12−5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 equation (4) includes the movement acceleration α5 of the fixed portion 11-5, the gravitational acceleration αg of the fixed portion 11-5, the mass M1 of the movable portion 12-5, the mass M2 of the end effector 2, and the mass M3 of the pin 50. Items are not included.
That is, even when the robot suddenly moves or stops and the movement acceleration α5 occurs, and even when the robot continuously changes its posture and the gravity acceleration αg changes, the movable portion 12-5 of the actuator 1-5 changes. The reaction force F can be detected correctly without shaking.
The compliance value can also be set freely.

なお、上述したように、ピン50が部品51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1−5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12−5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 pin 50 suddenly collides with the component 51 can be known by monitoring the current command value Irp. Further, since an induced current is generated in the actuator 1-5 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 12-5. 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+(α5+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
Here, Formula (2) is as follows.
F + (α5 + 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)から次式(6)が得られる。
F+(α5+αg)・(M1+M2+M3)=Kt・Ia (6)
Therefore, the following equation (6) is obtained from the equations (2) and (5).
F + (α5 + 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((α5+αg)・(M1+M2+M3))を減算して整理すると、次式(7)が得られる。
F=Kt・(Ia−(α5+αg)・(M1+M2+M3)/Kt) (7)
Then, by subtracting ((α5 + αg) · (M1 + M2 + M3)), which is the left side of equation (3), from both sides of equation (6), the following equation (7) is obtained.
F = Kt · (Ia− (α5 + 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(α5+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 obtained by subtracting the acceleration compensation value (α5 + αg) · (M1 + M2 + M3) / 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、ピン50及び部品51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、ピン50が部品51と接触した際に大きな外力が発生し、ピン50又は部品51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 target position programmed in advance differs from the actual position due to a dimensional error or gripping position error of the pin 50 and the component 51, a large external force is generated when the pin 50 contacts the component 51, and the pin 50 or The part 51 may be damaged 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、ピン50と部品51と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 is likely to be generated when the pin 50 and the component 51 are in contact with each other, the detection result of the force sensor is fed back to the robot. A method for preventing the occurrence of the problem is conceivable.

しかしながら、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てしまい、ピン50及び部品51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、ピン50を部品51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, 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 pin 50 and the component 51 are crushed. Since the overshoot amount of the position is proportional to the moving speed, the speed at which the pin 50 is brought close to the component 51 has to be slowed down.

上記の理由により、ピン50が部品51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、ピン50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 the region where the pin 50 may come into contact with the component 51. However, in order to shorten the cycle time, the speed of moving the pin 50 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1−1〜1−5を取付け、また、外力検出制御部6は、アクチュエータ1−1〜1−5が急激に移動又は停止されて移動加速度α1〜α5が発生した場合、及び、アクチュエータ1−1〜1−5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12−1〜12−5に加わる反力を正しく検出でき、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ピン50及び部品51を押し潰してしまうことはない。よって、ピン50を部品51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 actuators 1-1 to 1-5 are attached to the tip of the robot (moving unit 3), and the external force detection control unit 6 is configured to move the actuators 1-1 to 1-5 abruptly or Even when the movement accelerations α1 to α5 are generated by being stopped, and when the gravitational acceleration αg is changed by changing the posture of the actuators 1-1 to 1-5, the reaction applied to the movable parts 12-1 to 12-5 is counteracted. Force can be detected correctly and the compliance value can be changed arbitrarily. Therefore, although the robot cannot be stopped suddenly, the pin 50 and the component 51 are not crushed due to excessive position. Therefore, it is not necessary to extremely slow the speed at which the pin 50 approaches the component 51, 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ピン50の部品51と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。
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 generated by contact with the component 51 of the pin 50, and in order to distinguish, the deceleration time of the robot must be greatly increased.

一方、外力検出制御部6では、アクチュエータ1−1〜1−5が急激に加減速された場合でも正しく外力を検出でき、接触時にのみ外力を検出するため、アクチュエータ1−1〜1−5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 even when the actuators 1-1 to 1-5 are suddenly accelerated and decelerated, and detects the external force only at the time of contact. There is no need to increase the deceleration time.

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、ピン挿入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。
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 pin insertion work is not always constant, and is changed according to the work 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1−1〜1−5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 even when the postures of the actuators 1-1 to 1-5 are changed and the gravitational acceleration αg is changed, 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、ピン50はエンドエフェクタ2により保持され、部品51は作業台等に固定され、移動部3によりピン50が部品51が有する穴511に対向する位置に移動されているものとする。また図6では、図を見易くするため、ピン50の外径に対して穴511の内径が十分大きく且つピン50が大きく傾いている場合を示しているが、実際のピン挿入装置ではピン50の外径と穴511の内径とがほぼ一致し且つピン50の傾きがほぼ無い場合を想定している。また図6では、エンドエフェクタ2の図示を省略している。
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、ピン挿入装置によるピン挿入作業を実現する。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。
Next, an operation example of the work control unit 7 will be described with reference to FIGS. In the following, it is assumed that the pin 50 is held by the end effector 2, the component 51 is fixed to a work table or the like, and the pin 50 is moved to a position facing the hole 511 of the component 51 by the moving unit 3. FIG. 6 shows a case where the inner diameter of the hole 511 is sufficiently large and the pin 50 is greatly inclined with respect to the outer diameter of the pin 50 for easy understanding of the drawing. It is assumed that the outer diameter and the inner diameter of the hole 511 substantially coincide with each other and the pin 50 has almost no inclination. In FIG. 6, the end effector 2 is not shown.
The work control unit 7 controls the actuator control unit 61, the end effector 2, and the moving unit 3 based on the external force detected by the external force detection unit 62, thereby realizing the pin insertion work by the pin insertion device. . The work control unit 7 controls the actuator control unit 61 by changing the reference position Pr or the gain. Here, the gain adjustment unit 65 outputs the current command value Irp based on the position deviation, but the change in the gain means a change in a function indicating the relationship between the position deviation and the current command value Irp. ing. Moreover, the change of the function includes a change of the function inclination.

ピン挿入装置によるピン挿入作業では、図5、図6Aに示すように、まず、接触制御部71は、エンドエフェクタ2により保持されたピン50が部品51に力F1で接触するまで、エンドエフェクタ2を部品51が有する穴511の方向へ移動させる(ステップST1)。なお、力F1は、ピン50が部品51に当接したことを認識可能な力であり、ピン50と部品51及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱い力である。これにより、例えば図6B又は図6Cに示すように、ピン50が部品51に当接する。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、ピン50及び部品51に過大な負荷はかからない。   In the pin insertion work by the pin insertion device, as shown in FIGS. 5 and 6A, first, the contact control unit 71 starts the end effector 2 until the pin 50 held by the end effector 2 comes into contact with the component 51 with the force F1. Is moved in the direction of the hole 511 of the component 51 (step ST1). The force F1 is a force that can recognize that the pin 50 is in contact with the component 51, and is a sufficiently weak force that does not damage the pin 50, the component 51, and peripheral devices. Thereby, for example, as shown in FIG. 6B or FIG. 6C, the pin 50 comes into contact with the component 51. Moreover, since the contact control part 71 implement | achieves said operation | movement by the push-pull mode or the spring mode, the pin 50 and the components 51 are not overloaded.

次いで、姿勢変更制御部72は、可動部12−1〜12−5に加わる外力が力F1以内且つモーメントMo1以内となるようにエンドエフェクタ2の姿勢を変更しながら当該エンドエフェクタ2を穴511の方向へ規定量移動させる(ステップST2)。すなわち、姿勢変更制御部72は、可動部12−1〜12−5に加わる外力のうちの少なくとも1つが規定値(力F1又はモーメントMo1)となる場合に、その外力が規定値以下となるようにアクチュエータ1−1〜1−5のうちの1つ以上を駆動して退避を行う。その後、姿勢変更制御部72は、ピン50を穴511の方向へ移動させて挿入を行う。姿勢変更制御部72は、上記の退避及び挿入を、ピン50の挿入量が規定量となるまで繰り返す。なお、モーメントMo1は、ピン50と部品51及び周辺機器を破損しない程度に十分に弱いモーメントである。   Next, the posture change control unit 72 changes the posture of the end effector 2 in the hole 511 while changing the posture of the end effector 2 so that the external force applied to the movable units 12-1 to 12-5 is within the force F1 and the moment Mo1. A specified amount is moved in the direction (step ST2). That is, when at least one of the external forces applied to the movable parts 12-1 to 12-5 becomes a specified value (force F1 or moment Mo1), the posture change control unit 72 causes the external force to be less than the specified value. Further, one or more of the actuators 1-1 to 1-5 are driven to perform retraction. Thereafter, the posture change control unit 72 performs insertion by moving the pin 50 in the direction of the hole 511. The posture change control unit 72 repeats the above retraction and insertion until the insertion amount of the pin 50 reaches a specified amount. The moment Mo1 is a sufficiently weak moment that does not damage the pin 50, the component 51, and the peripheral device.

例えば図6B又は図6Cに示すようにピン50の1点が部品51に接触している場合には、ピン50には力(並進力)FとモーメントMoが働く。そこで、この場合には、姿勢変更制御部72は、この外力をキャンセルするように、直動アクチュエータ(アクチュエータ1−1,1−3,1−5)及び回転アクチュエータ(アクチュエータ1−2,1−4)のうちの少なくとも一方を駆動する。
例えば、図6Bに示すようにピン50の先端左側が部品51に当接してピン50に右方向の力(並進力)Fが働いた場合には、姿勢変更制御部72は、図7A及び図7Bに示すように、ピン50を右側に移動(退避)させつつ下方へ移動(挿入)させる。
For example, as shown in FIG. 6B or 6C, when one point of the pin 50 is in contact with the component 51, a force (translation force) F and a moment Mo act on the pin 50. Therefore, in this case, the posture change control unit 72 cancels the external force by using a linear actuator (actuators 1-1, 1-3, 1-5) and a rotary actuator (actuators 1-2, 1- 1). 4) Drive at least one of the above.
For example, as shown in FIG. 6B, when the left end of the pin 50 abuts against the component 51 and a rightward force (translational force) F is applied to the pin 50, the posture change control unit 72 is shown in FIG. As shown in 7B, the pin 50 is moved (inserted) downward while being moved (retracted) to the right.

また、例えば図8Aに示すようにピン50の2点が部品51に接触している場合には、力Fは2点間で相殺され、ピン50にはモーメントMoのみが働く。そこで、この場合には、姿勢変更制御部72は、まず、このモーメントMoをキャンセルするように、回転アクチュエータを駆動する。すると、例えば図8Bに示すようにピン50に対するモーメントMoは解消されるが、力Fが相殺されなくなるため、ピン50には力Fが働く。そこで、姿勢変更制御部72は、この力Fをキャンセルするように、直動アクチュエータを駆動する。よって、ピン50の2点が部品51に接触している場合には、姿勢変更制御部72は、直動アクチュエータ及び回転アクチュエータの両方を駆動することになる。   For example, as shown in FIG. 8A, when two points of the pin 50 are in contact with the component 51, the force F is canceled between the two points, and only the moment Mo acts on the pin 50. Therefore, in this case, the posture change control unit 72 first drives the rotary actuator so as to cancel the moment Mo. Then, for example, as shown in FIG. 8B, the moment Mo with respect to the pin 50 is eliminated, but the force F does not cancel, so the force F acts on the pin 50. Therefore, the posture change control unit 72 drives the linear actuator so as to cancel the force F. Therefore, when the two points of the pin 50 are in contact with the component 51, the posture change control unit 72 drives both the linear actuator and the rotary actuator.

その後、エンドエフェクタ2はピン50の保持を解除し、ピン挿入装置はピン挿入作業を終了する。   Thereafter, the end effector 2 releases the holding of the pin 50, and the pin insertion device ends the pin insertion operation.

以上の動作により、ピン50、部品51又はアクチュエータ1−1〜1−5を壊さず、且つ作業速度を落とさずに、ピン挿入作業が実施できる。   With the above operation, the pin insertion operation can be performed without breaking the pin 50, the component 51 or the actuators 1-1 to 1-5 and without reducing the operation speed.

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、ピン挿入装置は、固定部11−1〜11−5、及び当該固定部11−1〜11−5に対して変位可能な可動部12−1〜12−5を有し、1軸周りの回転方向を除く5自由度のうちの互いに異なる方向に変位可能であり、多段に連結された複数のアクチュエータ1−1〜1−5と、アクチュエータ1−1〜1−5毎に固定部11−1〜11−5に対する可動部12−1〜12−5の位置を検出する複数の位置検出部4−1〜4−5と、アクチュエータ1−1〜1−5毎に固定部11−1〜11−5の加速度を検出する複数の加速度検出部5−1〜5−5と、位置検出部4−1〜4−5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5−1〜5−5により検出された加速度に基づいてアクチュエータ1−1〜1−5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5−1〜5−5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12−1〜12−5に加わる外力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とを備えた。これにより、実施の形態1に係るピン挿入装置は、ピン挿入作業の自動化において従来よりも作業速度の高速化が可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the pin insertion device includes the fixed portions 11-1 to 11-5 and the movable portion 12- that can be displaced with respect to the fixed portions 11-1 to 11-5. A plurality of actuators 1-1 to 1-5 connected in multiple stages, and displaceable in different directions out of five degrees of freedom excluding the rotation direction around one axis, A plurality of position detectors 4-1 to 4-5 that detect the positions of the movable parts 12-1 to 12-5 with respect to the fixed parts 11-1 to 11-5 for each of 1-1 to 1-5, and an actuator 1- Positions detected by a plurality of acceleration detectors 5-1 to 5-5 and position detectors 4-1 to 4-5 that detect the accelerations of the fixing units 11-1 to 11-5 every 1 to 1-5 And the reference position Pr, the gain is adjusted, and the current command value Irp, which is the adjustment result, is adjusted. Based on the acceleration detected by the acceleration detectors 5-1 to 5-5, the actuator controller 61 that outputs the drive current Ia for the actuators 1-1 to 1-5, and the current command value obtained in the actuator controller 61 External force applied to the movable parts 12-1 to 12-5 based on the Irp or the acceleration detected by the acceleration detectors 5-1 to 5-5 and the current value of the drive current Ia output by the actuator controller 61 The external force detection unit 62 that detects the force and the work control unit 7 that controls the actuator control unit 61 based on the external force detected by the external force detection unit 62 are provided. As a result, the pin insertion device according to the first embodiment can increase the work speed compared to the prior art in automating the pin insertion 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.

1−1〜1−5 アクチュエータ
2 エンドエフェクタ
3 移動部
4−1〜4−5 位置検出部
5−1〜5−5 加速度検出部
6 外力検出制御部
7 作業制御部
11−1〜11−5 固定部
12−1〜12−5 可動部
50 ピン
51 部品
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 姿勢変更制御部
511 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
1-1 to 1-5 Actuator 2 End effector 3 Movement unit 4-1 to 4-5 Position detection unit 5-1 to 5-5 Acceleration detection unit 6 External force detection control unit 7 Work control unit 11-1 to 11-5 Fixed unit 12-1 to 12-5 Movable unit 50 Pin 51 Parts 61 Actuator control unit 62 External force detection unit 63 Position / velocity conversion unit 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 posture change control unit 511 hole 621 coefficient multiplication unit 622 subtractor 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し、1軸周りの回転方向を除く5自由度のうちの互いに異なる方向に変位可能であり、多段に連結された複数のアクチュエータと、
前記アクチュエータ毎に前記固定部に対する前記可動部の位置を検出する複数の位置検出部と、
前記アクチュエータ毎に前記固定部の加速度を検出する複数の加速度検出部と、
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
を備えたピン挿入装置。
A plurality of actuators having a fixed part and a movable part displaceable with respect to the fixed part and capable of being displaced in different directions out of five degrees of freedom excluding the rotation direction around one axis, and connected in multiple stages When,
A plurality of position detectors for detecting the position of the movable part with respect to the fixed part for each actuator;
A plurality of acceleration detectors for detecting the acceleration of the fixed part for each actuator;
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 pin insertion device comprising: a work control unit that controls the actuator control unit based on an external force detected by the external force detection unit.
前記可動部のうちの先端の可動部に取付けられ、ピン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ピンが、穴を有する部品に第1の力で接触するまで、当該エンドエフェクタを当該穴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記載のピン挿入装置。
An end effector that is attached to a movable part at the tip of the movable part and can hold a pin,
The work control unit
The contact control unit that moves the end effector in the direction of the hole until the pin held by the end effector contacts the part having the hole with a first force. Pin insertion device.
前記作業制御部は、
前記接触制御部による処理後、前記可動部に加わる外力が前記第1の力以内且つ第1のモーメント以内となるように前記エンドエフェクタの姿勢を変更しながら当該エンドエフェクタを前記穴の方向へ規定量移動させる姿勢変更制御部を有する
ことを特徴とする請求項2記載のピン挿入装置。
The work control unit
After the processing by the contact control unit, the end effector is defined in the direction of the hole while changing the posture of the end effector so that the external force applied to the movable unit is within the first force and within the first moment. The pin insertion device according to claim 2, further comprising a posture change control unit that moves the amount.
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