JP2560212B2 - 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置 - Google Patents

冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置

Info

Publication number
JP2560212B2
JP2560212B2 JP61175137A JP17513786A JP2560212B2 JP 2560212 B2 JP2560212 B2 JP 2560212B2 JP 61175137 A JP61175137 A JP 61175137A JP 17513786 A JP17513786 A JP 17513786A JP 2560212 B2 JP2560212 B2 JP 2560212B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
manipulator
coordinate system
conversion unit
coordinate conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61175137A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6330905A (ja
Inventor
健生 新井
智昭 矢野
亮一 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP61175137A priority Critical patent/JP2560212B2/ja
Publication of JPS6330905A publication Critical patent/JPS6330905A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2560212B2 publication Critical patent/JP2560212B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、機械加工、組立、縫製等の一般的な産業分
野、あるいは極限環境下における加工、組立、保守、点
検等の作業に有効な冗長マニピュレータのハイブリッド
制御装置に関するものである。
[従来の技術] 位置制御主体の産業用ロボットは、対象物との直接的
な接触による相互作用が生じない作業において有効であ
るが、対象物との相互作用が生じる場合には、有効に利
用することができない。即ち、位置制御主体の産業用ロ
ボットにおいては、如何に高精度に位置制御を行って
も、マニピュレータ自体が有している機械的誤差や位置
等の測定誤差があり、このような誤差はマニピュレータ
の位置制御という観点からは非常に小さいものである
が、対象物との相互作用時における大きな力の発生の原
因となり、その力によって対象物を破損したり作業不能
に陥ることになる。
そこで、力制御を行うことが考えられるが、単に力の
制御を行っても適切に作業を行わせることは困難であ
り、力と同時に位置の制御を行うハイブリッド制御が必
要になる。
本発明者は、このような要求を満たすハイブリッド制
御装置、即ちマニピュレータに対象物との相互作用が生
じるような作業を行わせるに際し、その作業に応じた作
業座標系の中で、ある座標成分に関しては位置を、他の
座標成分に関しては力の制御を行い、それにより作業空
間において位置と力を同時に制御し、作業を高精度に、
且つ滑らかに実行することを可能にしたハイブリッド制
御装置を、既に提案(特開昭60−205716号公報)してい
る。
しかしながら、この既提案のハイブリッド制御装置
は、一般的な3次元空間中における剛体の幾何学的自由
度、即ち位置及び方向に関する6自由度を有するマニピ
ュレータを対象としたもので、冗長自由度を有するマニ
ピュレータに適用することはできない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、特に、冗長自由度を有する7自由度
以上のマニピュレータのためのハイブリッド制御装置を
提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明は、マニピュレータ
における位置及び力の検出器によって得られた位置及び
力の情報をマニピュレータの関節座標系から作業座標系
に変換する位置及び力の座標変換部と、それらの座標変
換部によって得られた位置及び力の情報と位置及び力指
令信号発生器からの位置及び力の指令値との差として得
られた作業位置指令ベクトル及び作業力指令ベクトルを
関節座標系に変換してマニピュレータへの指令値とする
位置及び力の座標変換部とを備えたマニピュレータのハ
イブリッド制御装置において、上記マニピュレータを7
自由度以上の冗長自由度を有するものとし、力の情報を
マニピュレータの関節座標系から作業座標系に変換する
力座標変換部と、位置の指令ベクトルを関節座標系に変
換する位置座標変換部とに、それらの座標変換部におけ
る演算の解を得るために必要な上記冗長自由度に起因す
る拘束条件を付加する拘束信号発生部を付設し、さら
に、上記位置指令ベクトルを関節座標系に変換する位置
座標変換部の出力、上記作業力指令ベクトルを関節座標
系に変換する力座標変換部から積分回路を介して得られ
る出力に基づき、マニピュレータへの位置及び力の指令
値が与えられるドライバ回路を備えたものとして構成さ
れる。
[作 用] マニピュレータのハイブリッド制御を行うに際し、マ
ニピュレータが7自由度以上の冗長自由度を有する場合
には、剛体が3次元空間内で持つ幾何学的自由度とマニ
ピュレータの持つ自由度の食い違いのために、力の情報
をマニピュレータの関節座標系から作業座標系に変換す
る演算、及び位置の指令ベクトルを関節座標系に変換す
る演算において、方程式が一意な解を持たない。従っ
て、制御のための演算を遂行するためには、何らかの意
味での解を一つ与える必要がある。上記座標変換部に付
設した拘束信号発生部は、このような解を得るために必
要な上記冗長自由度に起因する拘束条件を付加するもの
であり、これによって冗長自由度を有するマニピュレー
タのハイブリッド制御を実現することが可能になる。
[実施例] 第1図は本発明に基づくハイブリッド制御を行うため
の制御装置の構成を示すものである。
同図におけるマニピュレータ1は、複数の腕2,3及び
手先4を関節5,6,7等により連結することにより、7自
由度以上の冗長自由度を有するものとして構成し、各関
節に位置及び力の検出器を設けている。このマニピュレ
ータ1は、先端の手先4が作業対象に対して直接接触す
る相互作用を生じるものであるため、位置及び力の制御
を行う必要があるが、この場合に、作業空間の座標系と
マニピュレータの関節座標系が一致するとは限らない。
従って、各関節について、位置と力の両方を制御するた
めのハイブリッド制御が必要となる。
上記ハイブリッド制御を行うための制御装置は、マニ
ピュレータにおける位置及び力の検出器によって得られ
た位置及び力の情報をマニピュレータの関節座標系から
作業座標系に変換する位置座標変換部(1)及び力座標
変換部(1)と、それらの座標変換部によって得られた
位置及び力の情報と位置及び力指令信号発生器からの位
置及び力の指令値との差として得られた作業位置指令ベ
ク及び作業力指令ベクトルを関節座標系に変換する位置
座標変換部(2)及び力座標変換部(2)と、上記力座
標変換部(1)と位置座標変換部(2)とに付設した位
置拘束信号発生部及び力拘束信号発生部とを備え、さら
に、位置座標変換部(2)からアンプを介して得られる
出力、力座標変換部(2)から積分回路を介して得られ
る出力、及びマニピュレータの位置検出器からの位置情
報に基づくダイナミックス補償信号発生部の出力から、
マニピュレータへの位置及び力の指令値を求め、ドライ
バ回路を介してマニピュレータを動作させるように構成
している。
なお、図中、 上付添字 r:目標値、o:現在値 を示している。
作業空間における作業指令値は、位置及び力の指令信
号発生器からの指令値 として与えられ、一方、上記マニピュレータ1において
は、各関節5,6,7に設けた位置及び力の検出器により、
現在の位置(関節角度) と力(トルク) が測定される。この測定結果に基づき、まず、位置座標
変換部(1)において、作業座標上におけるマニピュレ
ータの手先の位置と方向が、即ち3次元空間内の剛体と
して持つ6つの幾何学的自由度(位置と方向)が、 により、関節角の関数としてベクトルの形で求められ
る。
一方、手先で発生している力 及びトクル は、関節トルク と次の方程式で関係付けられ、それらを作業座標系に変
換するため、力座標変換部(1)においては、次式で示
される方程式を解く演算が行われる。
また、位置の指令ベクトルを関節座標系に変換する位
置座標変換部(2)においては、その変換のために、次
式で示される方程式を解く演算が行われる。
さらに、力の指令ベクトルを関節座標系に変換する力
座標変換部(2)においては、その変換のために、次式
の演算が行われる。
各座標変換部において上述した各演算を行うに際し、
冗長自由度を持つマニピュレータをハイブリッド制御す
るためには、剛体が3次元空間内で持つ幾何学的自由度
とマニピュレータの持つ自由度の食い違いのために、そ
の演算を単純に実行することはできない。
即ち、(2)及び(3)式の計算においては、ヤコビ
行列及びその転置行列を係数行列とする一次方程式を解
かなければならないが、冗長自由度を有するマニピュレ
ータにおいては、ヤコビ行列Jが正方行列ではないの
で、普通の意味での逆行列を持たず、従ってこの方程式
は一意な解を持たない。
さらに具体的に説明すると、(2)式は未知数の個数
よりも多くの方程式から成る連立方程式であり、(3)
式は逆に未知数の個数よりも方程式の数が少ない連立方
程式である。後者はいわゆる不定の場合で、解は無数に
存在し、前者は不能の場合で普通の意味での解は存在し
ない。これらの方程式は、もともと本来の非線形なシス
テムを線形近似してできたものであるから、必ずしも厳
密な意味での唯一の解が存在する必要はないが、制御の
ための計算を遂行するためには、何らかの意味での解を
一つ与えることが必要である。
前記力座標変換部(1)と位置座標変換部(2)とに
付設した位置拘束信号発生部及び力拘束信号発生部は、
それらの座標変換部における演算の解を得るために必要
な上記冗長自由度に起因する拘束条件を付加するための
ものである。
また、これらの拘束信号発生部においては、制御方式
に応じた最適な解が得られるような拘束信号が発生され
る。例えば、力座標変換部(1)では測定誤差の影響が
最小になるような解が得られるように最小二乗法に基づ
く拘束信号が発生され、また位置座標変換部(2)で
は、エネルギ消費が最小になるように、解のノルム(絶
対値)を最小とするような拘束信号が発生される。
ところで、それらの内容が実質的に同一の演算によっ
て得られるものであるため、図面においては位置拘束信
号発生部及び力拘束信号発生部を個別的に示している
が、これら単一の演算要素によって構成することができ
る。
力座標変換部(1)において、上記拘束条件を付加し
て方程式(2)の解を得る点に関して説明を補足する
と、上記方程式(2)において、 はn次元ベクトル(n≧7)、 は6次元ベクトルであり、JTは7×6行列である。
したがって、この式から与えられた に対して を求めることは一般に不可能である。そこで、拘束条件
として、 を最小にするという条件を付加し、この条件を満たす最
良な推測値 を求めると、次のようになる。
一方、変換位置座標変換部(2)における演算、すな
わち方程式(3)は、 が6次元ベクトル、 がn次元ベクトルで、Jは6×7行列であるから、与え
られた に対して、 を一意に定めることは一般には不可能である。そこで、
拘束条件として、 が最小という条件を付加し、この条件を満たす最良な解
を求めると、次のようになる。
[発明の効果] 以上に詳述したように、本発明によれば、特に、冗長
自由度を有する7自由度以上のマニピュレータのため
の、力と位置の制御を同時に行うハイブリッド制御装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のハイブリッド制御装置のブロック構成
図である。 1……マニピュレータ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−30690(JP,A) 特開 昭59−107884(JP,A) 特開 昭60−205716(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マニピュレータにおける位置及び力の検出
    器によって得られた位置及び力の情報をマニピュレータ
    の関節座標系から作業座標系に変換する位置及び力の座
    標変換部と、それらの座標変換部によって得られた位置
    及び力の情報と位置及び力指令信号発生器からの位置及
    び力の指令値との差として得られた作業位置指令ベクト
    ル及び作業力指令ベクトルを関節座標系に変換してマニ
    ピュレータへの指令値とする位置及び力の座標変換部と
    を備えたマニピュレータのハイブリッド制御装置におい
    て、 上記マニピュレータを7自由度以上の冗長自由度を有す
    るものとし、 力の情報をマニピュレータの関節座標系から作業座標系
    に変換する力座標変換部と、位置の指令ベクトルを関節
    座標系に変換する位置座標変換部とに、それらの座標変
    換部における演算の解を得るために必要な上記冗長自由
    度に起因する拘束条件を付加する拘束信号発生部を付設
    し、 さらに、上記位置指令ベクトルを関節座標系に変換する
    位置座標変換部の出力、上記作業力指令ベクトルを関節
    座標系に変換する力座標変換部から積分回路を介して得
    られる出力に基づき、マニピュレータへの位置及び力の
    指令値が与えられるドライバ回路を備えた、 ことを特徴とするマニピュレータのハイブリッド制御装
    置。
JP61175137A 1986-07-25 1986-07-25 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置 Expired - Lifetime JP2560212B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61175137A JP2560212B2 (ja) 1986-07-25 1986-07-25 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61175137A JP2560212B2 (ja) 1986-07-25 1986-07-25 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6330905A JPS6330905A (ja) 1988-02-09
JP2560212B2 true JP2560212B2 (ja) 1996-12-04

Family

ID=15990935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61175137A Expired - Lifetime JP2560212B2 (ja) 1986-07-25 1986-07-25 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2560212B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2874238B2 (ja) * 1990-01-23 1999-03-24 株式会社安川電機 多関節形ロボットの制御方法
JP2535765B2 (ja) * 1993-12-16 1996-09-18 郵政省通信総合研究所長 マニピュレ―タ―の制御方法
CN103273497B (zh) * 2013-06-06 2015-08-19 山东科技大学 人机交互式机械手控制系统及其控制方法
CN104758096B (zh) * 2015-03-30 2016-11-30 山东科技大学 一种对假肢目标空间定位精度矫正的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5930690A (ja) * 1982-08-09 1984-02-18 株式会社日立製作所 冗長度を持つ多関節形ロボツトの制御方法
JPH077290B2 (ja) * 1984-03-30 1995-01-30 工業技術院長 マニピュレータのハイブリッド制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6330905A (ja) 1988-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9855653B2 (en) Master-slave system
CA1330363C (en) Robot system
US4756662A (en) Varible compliance manipulator
EP0266070B1 (en) Control system for an industrial robot with a foresight function
US5047701A (en) Manipulator
JPH0413105B2 (ja)
JP2001157975A (ja) ロボットの制御装置
JP3612637B2 (ja) マニプレータ
Ahmad et al. Shape recovery from robot contour-tracking with force feedback
JP2560212B2 (ja) 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置
US20060136094A1 (en) Robot controller and robot control method
Mayer et al. Global kinematic calibration of a Stewart platform
CN111683796A (zh) 机械臂和机器人
JPS63267177A (ja) マスタスレ−ブマニピユレ−タ
JPH05177563A (ja) マスタスレーブマニピュレータの制御方法
JP2624830B2 (ja) バイラテラルマスタスレーブマニピュレータ
JPS60193013A (ja) 視覚センサを備えたロボツトの制御装置
JPH06179187A (ja) 方位検知型ティーチング機構
JPH077290B2 (ja) マニピュレータのハイブリッド制御装置
JPS5810197B2 (ja) エンカツソウジユウソウチ
US12005591B2 (en) Ultrasonic testing system of dual robot arms and method thereof
Lauer et al. Force-Controlled On-Site Assembly Using Pose-Dependent Stiffness of Large-Scale Manipulators
JPH0769734B2 (ja) マニピュレータ装置
JPH0413104B2 (ja)
US20210323161A1 (en) Ultrasonic testing system of dual robot arms and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term