JP2021088042A - Robot control device, gripping system and robot hand control method - Google Patents
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Description
本発明は、ロボット制御装置、把持システムおよびロボットハンドの制御方法に関し、より詳細には、力制御と位置制御とを切り換えてワークを把持するロボットハンドの動作を制御するロボット制御装置、これを備えた把持システムおよびロボットハンドの制御方法に関する。 The present invention relates to a robot control device, a gripping system, and a robot hand control method. More specifically, the present invention includes a robot control device for controlling the operation of a robot hand that grips a work by switching between force control and position control. The present invention relates to a gripping system and a robot hand control method.
工場等において、ロボットを用いて把持対象物であるワークを把持する際に、ロボットアームの先端に取り付けたロボットハンドでワークを把持し、その状態でロボットアームを動作することにより、加速度を受けたワークに慣性力が生じる。 When gripping a work that is an object to be gripped using a robot in a factory or the like, the work is gripped by a robot hand attached to the tip of the robot arm, and the robot arm is operated in that state to receive acceleration. Inertial force is generated in the work.
すると、ロボットハンドで力制御が行われている状態でワークを高速搬送した場合、慣性力によって生じた反力を検知してロボットハンドの把持部が動いてしまい、把持の安定性が損なわれる可能性がある。また、接触状態が維持されていない状態で力制御を行った場合、自由動作するためロボットハンドが暴走する危険がある。そこで、従来から、把持を安定にするため位置制御と力制御を切り換える方法が提案されている。 Then, when the work is conveyed at high speed while the force is controlled by the robot hand, the reaction force generated by the inertial force is detected and the grip portion of the robot hand moves, which may impair the grip stability. There is sex. Further, if the force is controlled while the contact state is not maintained, there is a risk that the robot hand will run away because it moves freely. Therefore, conventionally, a method of switching between position control and force control has been proposed in order to stabilize gripping.
例えば、特許文献1には、位置制御並びに力制御の組み合わせにより駆動されるリンクを位置制御する位置制御手段と、前記リンクの位置制御を行なっている場合でも外力の大きさが設定値を超えないように位置制御より力制御を優先させる外力拘束付き位置制御手段と、前記リンクの力制御を行なう力制御手段と、前記位置制御手段、前記外力拘束付き位置制御手段、前記力制御手段を切り替えて前記関節の駆動を制御し、位置制御と力制御を統合する位置及び力制御統合手段と、を具備することを特徴とするロボット装置が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a position control means for controlling the position of a link driven by a combination of position control and force control, and the magnitude of an external force does not exceed a set value even when the position of the link is controlled. The position control means with external force restraint that prioritizes force control over the position control, the force control means that performs force control of the link, the position control means, the position control means with external force restraint, and the force control means are switched. A robot device is described that includes a position and force control integration means that controls the drive of the joint and integrates position control and force control.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、位置制御と力制御を連続に切り替えるために外力拘束付き位置制御モードを介している。これにより切替前後でモータ指令値が不連続になりワークにショックを与えることを防止しているが、別のモードを介することで切替時間がかかり、手順が複雑となるという問題がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, a position control mode with external force restraint is used in order to continuously switch between position control and force control. This prevents the motor command values from becoming discontinuous before and after switching and giving a shock to the work, but there is a problem that switching takes time and the procedure becomes complicated by using another mode.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易で高速な手法で把持から搬送状態に制御を切り替えることができるロボット制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a robot control device capable of switching control from gripping to a transporting state by a simple and high-speed method.
上記課題を解決するために本発明に係るロボット制御装置は、
ワークを把持する把持部を有するロボットハンドを備えたロボットを制御し、
前記把持部で前記ワークを把持する時の把持力応答値を用いて、前記把持部が移動する目標位置の位置修正値を演算する仮想インピーダンス部と、
前記仮想インピーダンス部が演算した位置修正値を記憶する記憶部と、
前記把持部で前記ワークを把持する時の位置応答値に、前記記憶部が記憶した任意の時点での位置修正値を反映して、前記把持部の前記ワークに対する位置を制御する位置制御部と、を備える。
The robot control device according to the present invention in order to solve the above problems
Controls a robot with a robot hand that has a grip that grips the workpiece,
A virtual impedance unit that calculates a position correction value of a target position where the grip portion moves by using a grip force response value when the work is gripped by the grip portion.
A storage unit that stores the position correction value calculated by the virtual impedance unit, and a storage unit.
A position control unit that controls the position of the grip portion with respect to the work by reflecting the position correction value stored by the storage unit at an arbitrary time point in the position response value when the work is gripped by the grip portion. , Equipped with.
また、本発明に係る把持システムは、上記ロボット制御装置と、上記ロボットハンドと、上記ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームと、を備える。 Further, the gripping system according to the present invention includes the robot control device, the robot hand, and a robot arm for moving the robot hand to a predetermined position.
また、本発明に係るロボットハンドの制御方法は、ワークを把持する把持部を有するロボットハンドの制御方法であって、
前記把持部で前記ワークを把持する時の把持力応答値を用いて、前記把持部が移動する目標位置の位置修正値を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算した位置修正値を記憶する記憶ステップと、を含み、
前記把持部で前記ワークを把持する時の位置応答値に、前記記憶部が記憶した任意の時点での位置修正値を反映して、前記把持部の前記ワークに対する位置を制御する。
Further, the robot hand control method according to the present invention is a robot hand control method having a grip portion for gripping a work.
A calculation step of calculating the position correction value of the target position where the grip portion moves by using the grip force response value when the work is gripped by the grip portion, and
A storage step for storing the position correction value calculated in the calculation step is included.
The position of the grip portion with respect to the work is controlled by reflecting the position correction value stored by the storage unit at an arbitrary time point in the position response value when the work is gripped by the grip portion.
本発明に係るロボット制御装置によれば、簡易で高速な手法で把持から搬送状態に制御を切り替えることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to the robot control device according to the present invention, the control can be switched from the gripping state to the transporting state by a simple and high-speed method. The effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present specification.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。また、以下の各実施形態の構成は、いずれも他の実施形態の構成と組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows an example of a typical embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not narrowly interpreted by this. In addition, any of the following configurations of each embodiment can be combined with the configurations of other embodiments.
<第1実施形態>
まず、図1を用いて、本発明の第1実施形態に係る把持システムの構成例について説明する。図1は、本実施形態に係る把持システム100の構成例を示す模式図である。
<First Embodiment>
First, a configuration example of the gripping system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of the
図1に示すように、把持システム100は、一例として、ロボット本体101と、ロボット本体101に接続されるロボット制御装置102と、ロボット制御装置102へコマンド等を入力する入力装置103と、ロボット制御装置102に接続される上位制御システム104と、を備えている。
As shown in FIG. 1, as an example, the
ロボット本体101は、ベース部105と、ベース部105に接続されたロボットアーム106と、ロボットアーム106の先端に取り付けられているロボットハンド107と、を備えている。
The robot
ロボットアーム106は、6軸垂直多関節型ロボットでアクチュエータ(電動モータ、油空圧アクチュエータ等)と、位置検出手段(エンコーダ、カメラ等)と、を具備している。ロボットアーム106は、ロボットハンド107を所定の位置に移動させることができる。ただし、本発明が適用されるロボットアームはこれに限定されない。例えば、6軸以外の垂直多関節型ロボットや、水平多関節型ロボットなどであってもよい。
The
ロボットハンド107は、空気圧アクチュエータであるベーンモータによって駆動され、位置検出手段としてのエンコーダを備えている。またロボットハンド107は、把持力検出部として力センサを備えることができる。把持力は、圧力センサの値などロボットハンド107の状態量から推定しても良い。なお、ロボットハンド107は、小さな把持力を高い精度で制御可能とすることが望ましい。
The
次に、図2を用いて、本実施形態に係るロボットハンド107の内部構造について説明する。図2は、本実施形態に係るロボットハンド107の内部構造例を示す模式図である。
Next, the internal structure of the
図1に示すように、ロボットハンド107は、ロボットアーム106に取り付けられている。ロボットハンド107は、ハンド本体部202と、ハンド本体部202の先端に取り付けられる第1把持部203および第2把持部204と、各把持部203および204とハンド本体部202とを連結する第1平行リンク205および第2平行リンク206と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ロボットハンド107は、さらに、第1平行リンク205と第2平行リンク206との間の動力を伝達するギア機構である第1ギア207および第2ギア208と、第1平行リンク205とハンド本体部202とを連結し、図示していないアクチュエータの駆動力を第1平行リンク205に伝達する入力軸209と、を備えている。
The
第1把持部203は、第1平行リンク205の一端に回転可能に接続され、第2把持部204は、第2平行リンク206の一端に回転可能に接続されている。第1把持部203と第2把持部204とは、ワークに接触する面が対向配置され、例えば、ワークの両側面からワークを把持することができる。
The
第1平行リンク205および第2平行リンク206は、それぞれの他端が第1ギア207および第2ギア208を介してハンド本体部202と回転可能に接続されている。ロボットハンド107は、第1把持部203および第1平行リンク205が主動系の伝達機構であり、アクチュエータに連結されている入力軸209からアクチュエータの駆動力を伝達されている。
The other ends of the first
アクチュエータから伝達された駆動力は、第1平行リンク205に接続された第1ギア207から、第1ギア207に連結されている第2ギア208を介して、主動系と対をなす従動系の伝達機構である第2平行リンク206および第2把持部204へ伝達される。これにより、1つのアクチュエータによって2つの平行リンク205および206が同期して駆動され、左右の把持部203および204が連動して動作することができる。
The driving force transmitted from the actuator is transmitted from the
次に、図3を用いて、本実施形態に係る把持システム100のシステム構成について説明する。図3は、本実施形態に係る把持システム100の概略構成例を示すブロック図である。
Next, the system configuration of the
図3に示すように、ロボット本体101は、ロボットアーム106およびロボットハンド107の他に、ワーク等を撮像する撮像装置であるカメラ装置301を備えている。
As shown in FIG. 3, in addition to the
ロボット制御装置102は、CPUと、信号の入出力を行う入出力部302と、RAMやROMを有するメモリ部303と、を備えている。CPU、入出力部302およびメモリ部303の各構成はバスを介して相互に信号を伝達可能に接続されている。RAMまたはROMは、ロボットハンド107の制御方法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体である。ロボット制御装置102は、各種プログラムを実行することによって、ロボット本体101およびロボットハンド107を制御し、各種の機能をロボット本体101およびロボットハンド107に実行させることができる。
The
CPUは、演算処理装置として機能し、ROMやRAM、外部記憶装置等に格納された各種プログラムを読み出して実行する。ROMは、CPUが使用するプログラムや装置定数等を記憶する。RAMは、CPUが使用するプログラムやプログラム実行中に逐次変化する変数等を一次記憶する。 The CPU functions as an arithmetic processing unit, and reads and executes various programs stored in a ROM, RAM, an external storage device, and the like. The ROM stores programs used by the CPU, device constants, and the like. The RAM primarily stores a program used by the CPU, variables that change sequentially during program execution, and the like.
入出力部302は、インターフェイスを介し外部機器や周辺機器とロボット制御装置102とを接続するため、通信装置、A/D変換器、D/A変換器、モータ駆動回路等を備えている。通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、RS232C/485などのシリアル通信規格や、USB規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるEtherNET(登録商標)や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるEtherCAT(登録商標)やEtherNet/IP(登録商標)等であったりしてもよい。
The input /
また、ロボット制御装置102は、入出力部302を介してデータ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。
Further, the
ロボットアーム106は、ロボットアーム106の位置検出手段であるアーム用エンコーダ304と、アクチュエータである電動モータ305と、を備えている。
The
ロボットハンド107は、ロボットハンド107の位置検出手段であるハンド用エンコーダ306と、アクチュエータであるベーンモータ307と、を備えている。また、ロボットハンド107は、図示していないが把持力検出部として把持力推定器も備えている。
The
アーム用エンコーダ304は、ロボットアーム106の回転位置を検出し、その回転位置を電気的信号に変換して入出力部302に出力する。また、ハンド用エンコーダ306は、第1平行リンク205および第2平行リンク206の回転位置を検出し、その回転位置を電気的信号に変換して入出力部302に出力する。
The
ベーンモータ307は、コンプレッサなどの圧縮空気源308から圧送される空気を動力源としている。
The
ロボット本体101は、さらに、圧縮空気をベーンモータ307へ供給するサーボ弁309と、サーボ弁309の圧力を検出する圧力センサ310と、を備えている。
The
サーボ弁309は、圧縮空気源308からベーンモータ307の駆動に用いる圧縮空気の供給を受けるように構成されており、入出力部302からの入力値を受けてベーンモータ307の各ポートの圧力を調整することで駆動されている。
The
各ポートの圧力は圧力センサ310によって検出される。圧力を電気的信号に変換して入出力部302に出力するように構成されている。
The pressure of each port is detected by the
入力装置103は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダント等のユーザが操作する操作手段を備えている。ユーザによる入力や設定が入力装置103を用いて行われる。なお、ロボットに各種の機能を実行させるプログラムを入力装置103で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。
The
状態通知装置311は、ロボット制御装置102からロボット本体101の動作状態やワークの把持状態の情報を受信し表示することで、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。状態通知装置311は、液晶パネルやティーチングペンダント、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声等によって情報を通知する通知装置でもよい。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダントの画面などが状態通知装置311を兼ねていても良く、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。
The
上位制御システム104は、例えばシーケンサ(PLC)や監視制御システム(SCADA)、プロセスコンピュータ(プロコン)、パーソナルコンピュータ、各種サーバーもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置102と有線または無線で接続されている。ロボット制御装置102を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。
The
例えば、カメラ装置301による画像認識やIDタグ等の検出手段によりワークを特定し、把持動作前に把持パターン指示をロボット制御装置102に送信することで品目に応じた適切な把持パターンでロボットアーム106およびロボットハンド107を動作させることができる。
For example, the work is specified by image recognition by the
また、ワークのサイズや把持完了までの時間、把持状態の情報などをロボット制御装置102から受信して収集することで、不良率やサイクルタイムの監視に用いることもできる。さらには、把持状態の情報などによって、ロボットアーム106をホームポジションに戻したり各装置をストップさせたりするなどの動作を行わせてもよい。
Further, by receiving and collecting information such as the size of the work, the time until the gripping is completed, and the gripping state from the
図1では、ロボット制御装置102は一体のものとしているが、例えば後述する機能構成毎やロボットアーム106用とロボットハンド107用で別個に制御装置を構成し、互いに有線または無線で接続してもよい。また、本実施形態ではロボット制御装置102をロボットアーム106およびロボットハンド107の外部に設けているが、これをロボットアーム106およびロボットハンド107の内部に設けてもよい。
In FIG. 1, the
以上、本実施形態に係る概略構成の一例を示した。各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。 The above is an example of the schematic configuration according to the present embodiment. Each component may be configured by using general-purpose members, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at each time when the present embodiment is implemented.
次に、図4を用いて、本実施形態に係るロボット制御装置102の機能構成について説明する。図4は、本実施形態に係るロボット制御装置102の機能構成例を示すブロック図である。
Next, the functional configuration of the
図4に示すように、ロボット制御装置102は、一例として、ワーク認識部401と、入出力処理部402と、目標値生成部403と、表示制御部404と、アーム制御部405と、ハンド制御部406と、を備える。
As shown in FIG. 4, as an example, the
ワーク認識部401は、入出力処理部402、軌道生成部403、表示制御部404、アーム制御部405およびハンド制御部406の各機能部と接続され、各機能部や外部からの入力等を受け各機能部に指示を出力して各機能部を統括する。
The
入出力処理部402は、カメラ装置301やセンサ等から出力された信号を取得してフィルタリング等を行い、ロボット本体101およびその周辺環境の情報(例えば、ロボットハンド107の状態量を計算するのに必要な圧力センサ310やアーム用エンコーダ304およびハンド用エンコーダ306の値)としてアーム制御部405やハンド制御部406に出力する。また、入出力処理部402は、アーム制御部405やハンド制御部406等からの出力(例えばサーボ弁309への入力値)をアクチュエータなど他のシステム構成要素に出力する。
The input /
目標値生成部403は、ロボットアーム106およびロボットハンド107が事前に教示されたポイントを通過するよう目標軌道を生成したり、目的とする把持動作を実現するために時間ごとの位置と把持力の目標値を生成したりする。なお、カメラ装置301などによって取得した画像からワークの位置を認識し、目標軌道を自律的に生成してもよい。
The target
表示制御部404は、ロボット本体101の動作フローや動作状態を表示するための画面を状態通知装置311に表示させる。
The
アーム制御部405は、目標値生成部403で生成された目標軌道とセンサ情報に基づいてロボットアーム106を制御する。
The
ハンド制御部406は、目標値生成部403で生成された目標軌道とセンサ情報に基づいてロボットハンド107を制御する。さらに、ハンド制御部406には後述する制御部が含まれている。
The
さらに本実施形態に係る把持システム100では、後述する判定アルゴリズムや把持動作の結果をメモリ303に記憶するか、または上位制御システム104への送信などを行う。
Further, in the
なお、これらの機能の一部又は全部をハードウェア回路、ASIC又はFPGA等の特定の用途向けに構築した専用集積回路で実現してもよい。さらに、本実施形態においてプログラムを実行させる計算機の数は特に限定されない。例えば、プログラムを、上位制御システム等を含めた複数の計算機が互いに連携して実行してもよい。 In addition, a part or all of these functions may be realized by a dedicated integrated circuit constructed for a specific application such as a hardware circuit, an ASIC or an FPGA. Further, the number of computers for executing the program in the present embodiment is not particularly limited. For example, a plurality of computers including a host control system and the like may execute the program in cooperation with each other.
本実施形態においては一連の処理を実行するための各種プログラムが記憶された記憶装置を、ロボット制御装置102に組み込まれたメモリ303として説明しているが、これに限るものではない。本実施形態に係る把持システム100を実行するためのプログラムはコンピュータが読み取り可能であればロボット制御装置102とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布されるストレージ装置に記録されていてもよい。ストレージ装置は、例えば、磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成される。また、ネットワークからダウンロードされてインストールまたは更新されてもよい。
In the present embodiment, the storage device in which various programs for executing a series of processes are stored is described as the
また、ロボット制御装置102は専用のハードウェアを組み込んだ制御装置に限らず、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば、汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
Further, the
次に、図5を用いて、本実施形態に係るハンド制御部406が有する動力の切替え前後の機能構成について説明する。図5は、本実施形態に係るロボット制御装置102のハンド制御部406を示す機能ブロック図である。図5Aは、切替前のハンド制御部406の機能構成を示す図であり、図5Bは、切替後のハンド制御部406の機能構成を示す図である。
Next, with reference to FIG. 5, the functional configuration before and after the power switching of the
図5Aに示すように、切替前の機能構成の場合、ハンド制御部406は、仮想インピーダンス部500と、記憶部501と、把持部203および204のワークに対する位置を制御する位置制御部502と、駆動力制御部503と、を備えている。この場合、目標値生成部403は、外部入力から入力値を受信し、仮想インピーダンス部500へ把持力目標値を出力する。また、目標値生成部403は、位置制御部502へ位置目標値を出力する。駆動力制御部503は、入出力部402を介してロボットハンド107に接続されている。
As shown in FIG. 5A, in the case of the functional configuration before switching, the
図5Bに示すように、切替後の機能構成の場合、ハンド制御部406は、記憶部501と、位置制御部502と、駆動力制御部503と、を備えている。
As shown in FIG. 5B, in the case of the functional configuration after switching, the
把持動作においては、一定の速さで位置決めしつつ搬送開始までにかかる時間を短縮する必要がある。しかし、位置制御ではワークの大きさや配置の変動で接触時に過大な力を発生させ得る。そのためには、ロボットハンド107を位置決め制御しつつ把持力を制御する必要がある。
In the gripping operation, it is necessary to shorten the time required to start the transfer while positioning at a constant speed. However, in position control, an excessive force may be generated at the time of contact due to fluctuations in the size and arrangement of the workpiece. For that purpose, it is necessary to control the gripping force while positioning and controlling the
位置制御を行いながら把持力を制御する方法としてアドミッタンス制御が知られている。アドミッタンス制御を行いながら把持部を動作させることで、ワークに与える把持力を制御できるため、ワークの大きさや配置に変動がある場合でも、ワークに過大な接触力を与えることなく把持が可能となる。また、ワークと接触する前の把持力が発生していない状態ではアドミッタンス制御が位置制御と等価となり、接触前後で制御方式の切替えを行なう必要はない。一方、搬送時においては、パラメータ設定によって力制御同様に高速搬送時の慣性力の影響を強く受けることがある。そこで、搬送時に位置制御に切り替えることで高速搬送時における把持の安定化を図る。 Admittance control is known as a method of controlling the gripping force while performing position control. By operating the gripping portion while performing admittance control, the gripping force applied to the work can be controlled, so even if the size and arrangement of the work fluctuate, gripping can be performed without applying an excessive contact force to the work. .. Further, in a state where the gripping force before contacting the work is not generated, the admittance control is equivalent to the position control, and it is not necessary to switch the control method before and after the contact. On the other hand, during transportation, the parameter setting may be strongly affected by the inertial force during high-speed transportation as well as force control. Therefore, by switching to position control during transportation, the grip is stabilized during high-speed transportation.
アドミッタンス制御は位置制御をベースとしており、目標の把持力を実現するため位置制御に位置修正値を与える。この位置修正値は、把持力目標値と把持力応答値を入力とした仮想インピーダンス部500で力と位置とを関係づけるよう計算される。本実施形態のハンド制御部406は、仮想インピーダンス部500が演算した位置修正値を記憶する記憶部501を有している。
The admittance control is based on the position control, and gives a position correction value to the position control in order to realize the target gripping force. This position correction value is calculated so that the force and the position are related by the
エンコーダで検出されたリンクの回転角度は、入出力部302を介してハンド制御部406に入力される。入力された回転角度は把持部材間の距離となるよう座標変換され、位置応答値として計算される。
The rotation angle of the link detected by the encoder is input to the
仮想インピーダンス部500は、把持力目標値と把持部203および204でワークを把持する時の把持力応答値を用いて、把持部203および204が移動する目標位置の位置修正値を演算する。把持部203および204でワークを把持する時の位置応答値に、記憶部が記憶した任意の時点での位置修正値を位置制御に反映することでアドミッタンス制御を行う。本実施形態では、一例として、目標位置の位置修正値と目標値生成部403が生成した位置目標値を合計したものを新たな位置目標値としている。なお、修正量には位置だけでなく、その時間微分である速度、加速度も含んでもよい。また、本実施形態において把持力応答値は、把持力推定器(図示せず)が推定している。
The
位置制御部502には、位置目標値と把持部203および204でワークを把持する時の制御対象からの位置応答値との差分が入力される。位置制御部502は、位置目標値と制御対象からの位置応答値との差分を0にするような演算を実行し、その演算結果として駆動力参照値を生成している。また、位置制御部502は、把持するワークが、過去に把持を行い記憶部501に位置修正値を記憶したワークであると判定した場合に、過去に記憶部501に記憶されたワークに対応する位置修正値を位置制御部502の位置目標値に反映して位置制御を行うこともできる。
The difference between the position target value and the position response value from the control target when the work is gripped by the gripping
駆動力制御部503には、駆動力参照値と制御対象からの力応答値との差分が入力される。駆動力制御部503は、駆動力参照値と制御対象からの駆動力応答値との差分を0にするような駆動力信号を、制御対象であるロボットハンド107に入力として与えて駆動力制御を実行している。本実施形態における入力は、駆動力制御装置として実装されているサーボ弁309等への印加電圧である。
The difference between the driving force reference value and the force response value from the controlled object is input to the driving
なお、空気圧アクチュエータは、減速しないか、または小さな減速比であっても、ロボットハンド107の動作に適切な速度と把持力を得られる。そのため把持力をロボットハンド107の状態量から推定することが比較的容易である。力センサを用いない構成を取ることでシステムを安価にしつつ故障リスクも低減できる。また、バックドライバビリティをもつため、接触時の衝撃抑制や把持力制御などが必要なロボットハンド107の用途に好適である。
The pneumatic actuator can obtain a speed and a gripping force suitable for the operation of the
次に、図6を用いて、本実施形態に係るロボット本体101の動作について説明する。図6は、本実施形態に係るロボット本体101の動作の例を示すフローチャートである。
Next, the operation of the robot
まず、ステップS1において、ワーク認識部401は、カメラ装置301や外部からの信号でワークの種類を認識する。目標値生成部403で、認識した結果に基づいて位置目標値、把持力目標値を生成し、ロボット本体101を把持動作開始位置に移動する。移動が完了したのちにステップS2の処理に進む。
First, in step S1, the
ステップS2において、ロボットハンド107は、ステップS1で生成された目標値に従って把持部203および204の移動を開始する。ワークと接触する前の段階では、アドミッタンス制御の把持力目標値を小さな値とすることでワーク接触時の衝撃力を緩和する。
In step S2, the
ステップS3において、ハンド制御部406は、ワークと把持部203または204との接触判定を行う。接触検知閾値に把持力が達した場合、接触完了とする。
In step S3, the
接触が検知されない場合はステップS3の開始状態に戻り、把持部203および204は移動を続ける。接触を検知した場合、ステップS4に処理を進める。一定時間経過後、接触検知ができなかった場合は、状態通知装置311を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。
If no contact is detected, the process returns to the start state of step S3, and the
ステップS4において、目標値生成部403は、接触検知閾値から目標とする把持力まで連続的に把持力目標値を変更する。ステップS4は、仮想インピーダンス部500が把持部203および204でワークを把持する時の把持力応答値を用いて、把持部203および204が移動する目標位置の位置修正値を演算する演算ステップを含んでいる。ロボット制御装置102は、仮想インピーダンス部500が演算した位置修正値により、把持部203および204の把持力を変化させることができる。
In step S4, the target
ステップS5において、ハンド制御部406は、把持力検出部である把持力推定器が検出した把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。把持完了と判定したのちにステップS6の処理に進む。把持完了と判定されない場合はステップS5の開始状態に戻り、把持部203および204はワークの把持を続ける。ステップS5は、把持力推定器が把持部203および204での把持力を検出する検出ステップを含んでいる。ワークが本来の位置になかったり、ワークが意図しない姿勢で把持されたりした場合は、通常の搬送工程を中断して、ワークが適切に把持されていないことをユーザに通知するなどの処置を行うことが好ましい。例えば一定時間経過後に把持完了状態にならない場合は、状態通知装置311を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。
In step S5, the
ステップS6において、ハンド制御部406は、把持完了と判定した時、すなわちステップS5のアドミッタンス制御の把持完了時における仮想インピーダンス部500の出力である位置修正値を記憶部501にセットして制御系を切り替え、処理を終了する。ステップS6は、仮想インピーダンス部500が演算ステップで演算した位置修正値を記憶する記憶ステップを含んでいる。セット完了後は、記憶部501に記憶する位置修正値の更新を停止することでアドミッタンス制御から位置制御に切り替わる。これにより、把持力の変動を生じることなく位置制御のみに切り替えることができる。さらに位置制御のみとすることで、搬送によって生じる慣性力で把持の安定性を損なうことがない。本実施形態に係るロボット制御装置102では、把持力推定器によって検出された把持力が目標把持力に達したときに記憶部501に仮想インピーダンス部500が演算した位置修正値を記憶することもできる。
In step S6, the
なお、搬送中に把持されたワークが落下した場合にもユーザへ通知するなどの処置を行うことが好ましい。搬送中に把持部の位置と把持力およびそれらの変化を判定し、あらかじめ設定した閾値を外れた際に状態通知装置311を通じてユーザに異常を通知する。これにより、本実施形態に係るロボット制御装置102は、搬送中の安定性を高めるため、アドミッタンス制御から位置制御に切り替えることができる。
It is preferable to take measures such as notifying the user even if the gripped work falls during transportation. The position and gripping force of the gripping portion and their changes are determined during transportation, and when the threshold value deviates from the preset value, the user is notified of the abnormality through the
本実施形態に係る把持システム100によれば、搬送動作の際には、アドミッタンス制御により目標の把持力でワークを把持した際の位置修正値を記憶し、目標位置を修正(フィードフォワード)することで、別のモードを介することなく簡易で高速に位置制御に切り替えることができる。位置制御に切り替えることで、ワークを安定した状態で把持することができ、高速搬送が可能な把持システムが提供可能となる。
According to the
<第2実施形態>
次に、図7および図8を用いて、本発明の第2実施形態に係る把持システムについて説明する。本実施形態が第1実施形態と相違する点は、仮想インピーダンス部500による修正量を把持動作ごとに決定するのでなく、以前に把持した際のデータを使用する点である。本実施形態に係る把持システムの主な構成は、第1実施形態と同様である。
<Second Embodiment>
Next, the gripping system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The difference between this embodiment and the first embodiment is that the correction amount by the
図7を用いて、本実施形態に係るハンド制御部406が有する制御部の制御切換え前後の制御部について説明する。図7は、本実施形態に係るロボットハンド107の制御部を示す機能ブロック図である。
The control unit before and after the control switching of the control unit included in the
図7に示すように、ハンド制御部406は、第1実施形態の切替後の制御部と同様に、目標位置生成部403と、位置制御部502と、記憶部501と、駆動力制御部503と、を備えている。駆動力制御部503は、ロボットハンド107に接続されている。
As shown in FIG. 7, the
次に、図8を用いて、本実施形態に係るロボット本体101の動作について説明する。図8は、本実施形態に係るロボット本体101の動作の例を示すフローチャートである。
Next, the operation of the robot
まず、ステップS11において、ワーク認識部401は、カメラ装置や外部からの信号でワークの種類を認識する。目標値生成部403では、認識した結果に基づいて位置目標値、把持力目標値を生成し、ロボット本体101を把持動作開始位置に移動する。移動が完了したのちにステップS12の処理に進む。
First, in step S11, the
ステップS12において、ワーク認識部401は、ステップS12で以前把持したことで実績データが存在するか否かを確認する。初めて把持するワークの場合、ステップS13へ進み、図6の第1実施形態と同様のフローで処理を進める。2回目以降の処理で実績データがある場合は、ステップS20へ進む。
In step S12, the
ステップS13において、ロボットハンド107は、ステップS11で生成された目標値に従って把持部203および204の移動を開始する。ワークと接触する前の段階では、アドミッタンス制御の把持力目標値を小さな値とすることでワーク接触時の衝撃力を緩和する。
In step S13, the
ステップS14において、ハンド制御部406は、ワークと把持部203または204の接触判定を行う。接触検知閾値に把持力が達した場合、接触完了とする。
In step S14, the
接触が検知されない場合はステップS14の開始状態に戻り、把持部203および204は移動を続ける。接触を検知した場合、ステップS15に処理を進める。一定時間経過後、接触検知ができなかった場合は、状態通知装置311を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。
If no contact is detected, the process returns to the start state of step S14, and the
ステップS15において、ハンド制御部406は、位置修正値の時系列データを記憶部に記憶を開始する。
In step S15, the
ステップS16において、目標値生成部403は、接触検知閾値から目標とする把持力まで連続的に把持力目標値を変更する。
In step S16, the target
ステップS17において、ハンド制御部406は、把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。把持完了と判定したのちにステップS18の処理に進む。把持完了と判定されない場合はステップS17の開始状態に戻り、把持部203および204はワークの把持を続ける。ワークが本来の位置になかったり、ワークが意図しない姿勢で把持されたりした場合は、通常の搬送工程を中断して、ワークが適切に把持されていないことをユーザに通知するなどの処置を行うことが好ましい。
In step S17, the
ステップS18において、ハンド制御部406は、位置修正値の時系列データの記録を終了する。
In step S18, the
ステップS19において、ハンド制御部406は、アドミッタンス制御の把持完了時における仮想インピーダンス部の出力である位置修正値を記憶部にセットし、処理を終了する。セット完了後は、記憶部に記憶する位置修正値の更新を停止することでアドミッタンス制御から位置制御に切り替わる。これにより、把持力の変動を生じることなく位置制御のみに切り替えることができる。さらに位置制御のみとすることで、搬送によって生じる慣性力で把持の安定性を損なうことがない。
In step S19, the
次回以降は外部入力に従って、ステップS20において、ハンド制御部は、記憶部501から位置修正値の実績データを読み出す。
From the next time onward, in step S20, the hand control unit reads out the actual data of the position correction value from the
ステップS21において、ハンド制御部406は、位置修正値を位置制御部の位置目標値に反映してロボットハンド107を制御する。
In step S21, the
ステップS22において、ハンド制御部406は、把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。把持完了と判定したのちにステップS22の処理に進む。把持完了と判定されない場合はステップS22の開始状態に戻り、把持部203および204はワークの把持を続ける。ワークが本来の位置になかったり、ワークが意図しない姿勢で把持されたりした場合は、通常の搬送工程を中断して、ワークが適切に把持されていないことをユーザに通知するなどの処置を行うことが好ましい。例えば一定時間経過後に把持完了状態にならない場合は、状態通知装置311を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。その後、把持部203および204でワークを把持することで処理を終了する。
In step S22, the
本実施形態に係る把持システムによれば、第1実施形態に係る把持システムと同様の効果に加え、次回以降の把持では位置制御のみによって把持が行われるので、機構の摩擦による経年劣化など、把持力の検出精度および実際の把持の安定性に及ぼす要因を軽減できる。 According to the gripping system according to the present embodiment, in addition to the same effect as the gripping system according to the first embodiment, gripping is performed only by position control in the subsequent gripping, so that gripping due to aged deterioration due to friction of the mechanism is caused. Factors affecting force detection accuracy and actual grip stability can be reduced.
複数種類のワークを把持する場合、時系列データの合計サイズが大きなものになる場合がある。この場合は上位制御システムやストレージ装置に一旦格納し、適宜データを読み出してもよい。この場合、ステップS18で記憶を終了した後に上位制御システムやストレージ装置に時系列データを送信する。 When gripping multiple types of workpieces, the total size of time series data may be large. In this case, the data may be temporarily stored in the host control system or storage device, and the data may be read out as appropriate. In this case, the time series data is transmitted to the host control system or the storage device after the storage is completed in step S18.
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る把持システムについて説明する。本実施形態が第1実施形態と相違する点は、第1実施形態および第2実施形態ではロボットハンド107を駆動するアクチュエータを1つとしたが、各把持部203および204が別個のアクチュエータによって独立に動作してもよい点である。第3実施形態では、対向した2つの把持部を持つロボットハンド107を2つのアクチュエータによって別個に駆動する。本実施形態に係る把持システムの主な構成は、第1実施形態および第2実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
Next, the gripping system according to the third embodiment of the present invention will be described. The difference between this embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment and the second embodiment, one actuator is used to drive the
図9を用いて、本実施形態に係るロボット本体101の動作について説明する。図9は、本実施形態に係るロボット本体101の動作の例を示すフローチャートである。
The operation of the robot
まず、ステップS1において、ワーク認識部401は、外部から入力される把持パターンの指示信号から、それぞれ把持部の目標値を生成し、把持動作を開始する。
First, in step S1, the
ステップS2において、ロボットハンド107は、ワークとの接触前は力目標値を小さな値にして把持動作を開始する。
In step S2, the
ステップS3において、ハンド制御部406は、ワークと把持部203または204との接触判定を行う。接触が検知されない場合はステップS3の開始状態に戻り、把持部203および204は移動を続ける。第1実施形態とは異なり、いずれかの把持部203または204がワークに接触した時点ではステップS31へ処理を進めない。先に接触した把持部203または204は、もう片方の把持部204または203がワークに接触するまで、ワークとの接触を維持する。両方の把持部203および204がワークに接触した時点で、ステップS31に処理を進める。
In step S3, the
ステップS31において、ハンド制御部406は、ワークと接触していないもう一方の把持部203または204がワークに接触しているか否かを判定する。接触している場合は、ステップS4に進み、接触していない場合は、接触するまでステップS31の処理を繰り返す。その後の処理は、図6のステップS4からステップS6と同様の処理を行う。
In step S31, the
力目標値は各時刻、両方の把持部203および204で同一の値とする。それぞれの把持部203および204で把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。完了時にそれぞれの位置修正値を記憶部にセットし、アドミッタンス制御から位置制御に切り替える。
The force target value shall be the same value for both
次回以降の把持については、第2実施形態のステップS20からステップS22と同様に、記憶した値を位置制御部の位置目標値に反映してしてもよい。 For gripping from the next time onward, the stored value may be reflected in the position target value of the position control unit in the same manner as in steps S20 to S22 of the second embodiment.
本実施形態に係る把持システムによれば、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、各把持部が独立に動作することでロボットハンドの中心とワークの中心がずれていても適切に把持することができる。 According to the gripping system according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment can be obtained. Further, since each gripping portion operates independently, it is possible to properly grip even if the center of the robot hand and the center of the work are deviated from each other.
本実施形態に係る把持システムは、ロボットハンド107の自由度が増えても基本的な動作は同様であり、特に限定されるものではない。また、1つの自由度で複数の関節が連動する構成であっても問題なく適用できる。
The gripping system according to the present embodiment has the same basic operation even if the degree of freedom of the
以上、本実施形態に係る把持システムについて詳述してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the gripping system according to the present embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to these embodiments and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施形態では、位置検出手段として、エンコーダを用いたものを示して説明してきたが、ポテンショメータを用いてもよい。 For example, in the present embodiment, the position detection means using an encoder has been described, but a potentiometer may be used.
また、アクチュエータとしてベーンモータを用いたものを示して説明してきたが特にこれに限らず、たとえば、電動モータ(ACモータ、DCモータ、ステッピングモータなど)、油圧モータ、空気圧シリンダのようなアクチュエータであってもよく、アクチュエータの形状、数量および種類が特に限定されるものではない。 Further, although the actuator using a vane motor has been described and described, the present invention is not particularly limited to this, and for example, actuators such as electric motors (AC motors, DC motors, stepping motors, etc.), hydraulic motors, and pneumatic cylinders. Also, the shape, quantity and type of the actuator are not particularly limited.
また、実施形態では、動力源としてコンプレッサなどの圧縮空気源を用いているが特にこれに限らず、電源を動力源として用いてもよく、動力制御装置としてサーボ弁の他、他の形式のバルブやモータドライバを用いてもよい。 Further, in the embodiment, a compressed air source such as a compressor is used as the power source, but the present invention is not limited to this, and a power source may be used as the power source. Or a motor driver may be used.
さらに、把持力検出部として把持力推定器を示して説明してきたが、特にこれに限らず、たとえば、力センサ、電流検出回路などでもよく、検出できる信号に合わせて適宜変更可能である。 Further, although the gripping force estimator has been described as the gripping force detecting unit, the present invention is not particularly limited to this, and for example, a force sensor, a current detecting circuit, or the like may be used, and can be appropriately changed according to a signal that can be detected.
本発明は、例えば、生産工場などで把持対象物を把持するロボットハンドを取り付けたロボットに適用される技術に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。 The present invention relates to a technique applied to a robot equipped with a robot hand that grips an object to be gripped, for example, in a production factory, and has industrial applicability.
100 把持システム
101 ロボット本体
102 ロボット制御装置
103 入力装置
104 上位制御システム
105 ベース部
106 ロボットアーム
107 ロボットハンド
202 ハンド本体部
203 第1把持部
204 第2把持部
205 第1平行リンク
206 第2平行リンク
207 第1ギア
208 第2ギア
209 入力軸
301 カメラ装置
302 入出力部
303 メモリ
304、306 エンコーダ
305 電動モータ
307 ベーンモータ
308 圧縮空気源
309 サーボ弁
310 圧力センサ
311 状態通知装置
401 ワーク認識部
402 入出力処理部
403 目標値生成部
404 表示制御部
405 アーム制御部
406 ハンド制御部
500 仮想インピーダンス部
501 記憶部
502 位置制御部
503 駆動力制御部
100
Claims (8)
前記把持部で前記ワークを把持する時の把持力応答値を用いて、前記把持部が移動する目標位置の位置修正値を演算する仮想インピーダンス部と、
前記仮想インピーダンス部が演算した位置修正値を記憶する記憶部と、
前記把持部で前記ワークを把持する時の位置応答値に、前記記憶部が記憶した任意の時点での位置修正値を反映して、前記把持部の前記ワークに対する位置を制御する位置制御部と、
を備えるロボット制御装置。 A robot control device that controls a robot having a robot hand having a grip portion for gripping a work.
A virtual impedance unit that calculates a position correction value of a target position where the grip portion moves by using a grip force response value when the work is gripped by the grip portion.
A storage unit that stores the position correction value calculated by the virtual impedance unit, and a storage unit.
A position control unit that controls the position of the grip portion with respect to the work by reflecting the position correction value stored by the storage unit at an arbitrary time point in the position response value when the work is gripped by the grip portion. ,
A robot control device equipped with.
前記ロボットハンドと、
前記ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームと、
を備える把持システム。 The robot control device according to any one of claims 1 to 3,
With the robot hand
A robot arm that moves the robot hand to a predetermined position,
Gripping system with.
前記把持部で前記ワークを把持する時の把持力応答値を用いて、前記把持部が移動する目標位置の位置修正値を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算した位置修正値を記憶する記憶ステップと、を含み、
前記把持部で前記ワークを把持する時の位置応答値に、前記記憶部が記憶した任意の時点での位置修正値を反映して、前記把持部の前記ワークに対する位置を制御するロボットハンドの制御方法。 It is a control method of a robot hand having a grip portion for gripping a work.
A calculation step of calculating the position correction value of the target position where the grip portion moves by using the grip force response value when the work is gripped by the grip portion, and
A storage step for storing the position correction value calculated in the calculation step is included.
Control of the robot hand that controls the position of the grip portion with respect to the work by reflecting the position correction value at an arbitrary time point stored in the storage unit in the position response value when the work is gripped by the grip portion. Method.
前記検出ステップで検出された把持力が目標把持力に達したときに前記記憶ステップで前記位置修正値を記憶する、請求項5に記載のロボットハンドの制御方法。 Further including a detection step for detecting the gripping force at the gripping portion.
The robot hand control method according to claim 5, wherein the position correction value is stored in the storage step when the gripping force detected in the detection step reaches the target gripping force.
A computer-readable recording medium on which a program for executing the robot hand control method according to any one of claims 5 to 7 is recorded.
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