JP2713702B2

JP2713702B2 - ロボットの制御方法および装置

Info

Publication number: JP2713702B2
Application number: JP7337128A
Authority: JP
Inventors: 雅也吉田; 正俊佐野; 毅前原; 芳樹狩谷; 拓也福田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH09174469A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
動作軸のツールを作動させることによって発生する外力
に対し、予め定める一定の方向への逃げ追従動作である
コンプライアンス動作を行わせるためのロボットの制御
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、産業用ロボットでは、高速度
かつ高精度での位置制御の実現を目的として、位置剛性
が高くなるように構成されている。このような位置剛性
が高い状態で位置制御を行うロボットでは、ロボットに
外力が加わると、その外力に反抗して予め定めた指令位
置を保持しようとする。たとえば、６軸型の産業用ロボ
ットを使って、先端の第６軸にねじ締め用ツールを装着
し、第６軸を回転させてねじ締め動作をさせるには、第
６軸を回転させながらそのツール姿勢を保ち、さらにね
じの進む方向に直線運動をさせる必要がある。ねじを回
転させても、ねじ山が噛み合うまではねじは進行しない
ので、第６軸の回転と直線運動の開始とを同期させるよ
うな位置制御を行うことは困難である。

【０００３】ロボットに外力が加わる場合に、位置剛性
を緩和し、予め定める一定の方向への逃げ追従動作を可
能とするような制御方法が、コンプライアンス動作とし
て実現されている。コンプライアンス動作についての先
行技術の１つは、たとえば特開昭５８−４５８９１に開
示されている。この先行技術では、ロボットの手首に、
専用のコンプライアンスツールを装着し、その弾力性を
利用して２つの部品を、よじれを生じることなく円滑に
嵌め合わせる動作を達成することができる。

【０００４】他の先行技術は、たとえば特開昭６３−１
３９６７８に開示されている。この先行技術では、ロボ
ットのハンドに把持された部品の相手組立部品への接触
力を力センサで検出し、その力センサからの出力によっ
てコンプライアンス動作を達成する。さらに他の先行技
術は、たとえば特開昭６０−１３２２１３に開示されて
いる。この先行技術では、ロボットの制御系のパラメー
タを調整することによって、装置の見掛けのスチフネス
を変えるようにプログラム制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５８−４５８９
１の先行技術のように専用のコンプライアンスツールを
装着したり、特開昭６３−１３９６７８の先行技術のよ
うに力センサによる接触力の検出に基づいてコンプライ
アンス動作を達成する構成では、ロボット本来の構成に
新たな構成を付加する必要があり、ロボットとしての汎
用性を損なう。

【０００６】特開昭６０−１３２２１３の先行技術のよ
うに、ロボットの制御系のパラメータを調整してコンプ
ライアンス動作を実現する手法では、外力を正確に検出
してコンプライアンス動作を行わせることはできず、し
たがって制御系の中に力制御系を組込むことは困難であ
る。しかも、あくまでも外力による受動的な動作であ
り、ロボットの機能を能動的に利用して動作させること
はできない。

【０００７】本発明の目的は、ロボットの機能を有効に
利用してツールを動作させ、ツール動作の過程で発生す
る外力に対して有効なコンプライアンス動作を行わせる
ことができるロボットの制御方法および装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンプライア
ンス動作開始直前に、ロボットの動作指定軸に装着され
たツールの初期姿勢Ｓおよび初期位置Ｐ_s を算出してお
き、コンプライアンス動作中のロボットの各軸角度θを
検出し、各軸角度θを順変換し、現在位置の座標値を算
出し、ツールの初期位置Ｐ_s のうち、ツールの予め定め
る移動方向に対応する座標成分の値を現在位置の座標成
分の値に置き換え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む
位置指令値Ｒ''を算出する段階と、位置指令値Ｒ''を逆
変換し、各軸指令値を算出後、動作指定軸を初期位置Ｐ
_sから目標位置Ｐ_e までの動作計画に基づいた補間指令
値に置き換えて、各軸を駆動する段階とを繰返すことを
特徴とするロボットの制御方法である。本発明に従え
ば、コンプライアンス動作によって外力に沿った動きを
行うロボットのコンプライアンス動作開始直前に、ロボ
ットの動作指定軸に装着されたツールの初期姿勢Ｓおよ
び初期位置Ｐ_s が算出される。コンプライアンス動作中
は、ロボットの各軸角度θが検出され、各軸角度θを順
変換し、現在位置の座標値を算出し、ツールの初期位置
Ｐ_s のうち、ツールの予め定める移動方向に対応する座
標成分の値を現在位置の座標成分の値に置き換え、初期
姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む位置指令値Ｒ''を算出す
る段階によって、コンプライアンス動作を可能とする指
令値Ｒ''が算出される。位置指令値Ｒ''を逆変換し、各
軸指令値を算出後、動作指定軸だけは動作計画に基づい
た補間指令値に置き換えて各軸を駆動する段階によっ
て、動作指定軸の動作による姿勢変化を除いてツールの
姿勢は初期姿勢と同一に保ったまま動作する。

【０００９】また本発明の前記予め定める移動方向は、
ベース座標系でのｘ，ｙ，ｚ直交３軸方向のいずれかま
たはその組合わせ方向、もしくはツール座標系でのｘ，
ｙ，ｚ直交３軸のいずれかまたはその組合わせ方向であ
ることを特徴とする。本発明に従えば、コンプライアンス動作中にツールが移
動する予め定める移動方向は、ベース座標系でのｘ，
ｙ，ｚ直交３軸方向のいずれかまたはその組合わせ方
向、もしくはツール座標系でのｘ，ｙ，ｚ直交３軸方向
のいずれかまたはその組合わせ方向であるので、ツール
に作用する外力を予想して移動方向を設定しておくこと
によって、演算処理を単純化することができる。

【００１０】また本発明でコンプライアンス動作時の軸
ゲイン値は、任意に設定可能であることを特徴とする。本発明に従えば、コンプライアンス動作時の軸ゲイン値
が任意に指定可能であるので、ゲインを小さくしてコン
プライアンスを大きくしたり、ゲインを大きくしてスチ
フネスを大きくしたりして、コンプライアンス度の調整
が可能となる。

【００１１】また本発明で、コンプライアンス動作中の
移動は、検出した各軸角度θが予め定める動作制限角度
を超えるとき、またはベース座標系およびツール座標系
での移動量が予め定める移動範囲を超えるときに制限さ
れることを特徴とする。本発明に従えば、コンプライアンス動作中の移動範囲
は、各軸角度θ、またはベース座標系でのｘｙｚ方向，
ツール座標系でのｘｙｚ方向の移動量として設定するこ
とができる。

【００１２】また本発明の前記ツールが装着される動作
指定軸は手首軸であってスピン機能を有し、任意の回転
数を設定可能であることを特徴とする。本発明に従えば、動作指定軸は任意の回転数が設定可能
なスピン機能を有するので、ツールによってねじを回転
させながら、コンプライアンス動作を行うことによって
ねじの進む方向に引っ張られる動作を行うことができ、
ロボットによるねじ締め動作が可能となる。

【００１３】また本発明は、コンプライアンス動作中に
重力補償演算を行い、演算結果を各軸のトルク指令値に
加算することを特徴とする。本発明に従えば、コンプライアンス動作中に重力補償演
算を行って、演算結果を各軸のトルク指令値に加算する
ので、コンプライアンス動作中にロボットの各軸の姿勢
が変化しても、その姿勢に対応した重力補償を正確に行
うことが可能になる。

【００１４】さらに本発明は、ロボットの動作指定軸に
ツールが装着され、駆動源によって駆動されるロボット
の各軸角度θを軸角度検出手段によって検出し、検出し
た軸角度θと軸角度の指令値との偏差が零になるように
駆動源を負帰還制御するロボットの制御装置において、
コンプライアンス動作開始直前に、ツールの初期姿勢Ｓ
および初期位置Ｐ_s を算出する第１演算手段と、コンプ
ライアンス動作中のロボットの各軸角度θを検出し、各
軸角度θを順変換し、現在位置の座標値を算出し、ツー
ルの初期位置Ｐ_s のうち、ツールの予め定める移動方向
に対応する座標成分の値を現在位置の座標成分の値に置
き換え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む位置指令値
Ｒ''を算出する第２演算手段と、第２演算手段からの位
置指令値Ｒ''を逆変換し、各軸指令値を算出後、動作指
定軸を初期位置Ｐ_s から目標位置Ｐ_e までの動作計画に
基づいた補間指令値に置き換えて、各軸を駆動する第３
演算手段と、第３演算手段の出力に基づいて前記駆動源
の負帰還制御を行う第４演算手段とを含むことを特徴と
するロボットの制御装置である。本発明に従えば、第１
演算手段によってコンプライアンス動作開始直前に、ツ
ールの初期姿勢Ｓおよび初期位置Ｐ_s が算出される。第
２演算手段は、コンプライアンス動作中のロボットの各
軸角度θを検出し、各軸角度θを順変換し、現在位置の
座標値を算出し、ツールの初期位置Ｐ_s のうち、ツール
の予め定める移動方向に対応する座標成分の値を現在位
置の座標成分の値に置き換え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢
行列を含む位置指令値Ｒ''を算出する。第３演算手段
は、第２演算手段からの位置指令値Ｒ''を逆変換し、各
軸指令値を算出後、動作指定軸だけは動作計画に基づい
た補間指令値に置き換えた、各軸指令値を算出する。第
４演算手段は、第３演算手段の出力に基づく各軸指令値
と、軸角度検出手段によって検出される軸角度θとを偏
差が零になるように駆動源を負帰還制御する。第４演算
手段の負帰還制御によって、外力に沿ったコンプライア
ンス動作を行いながら、第３演算手段による各軸の駆動
によりツールを用いる能動的な作業を行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
用いる産業用のロボット１の構成を示す。この産業用の
ロボット１は、先端のハンド２を用いてプロテクタ３を
パイプ４の先端にねじ込む作業を自動的に行う。ロボッ
ト１は、床面５に固定されるベース６上にアーム７およ
びアーム８を有し、アーム８の先端のフランジ９にはツ
ール装着用アーム部１０が設けられている。床面５に対
して、ベース６は、床面５に垂直な第１軸１１まわりに
角変位可能である。アーム７，８は、床面５に平行な第
２軸１２および第３軸１３まわりにそれぞれ角変位可能
である。ツール装着用アーム部１０は、アーム８の中心
を通る第４軸１４まわりに角変位可能である。図２に示
すように、ツール装着用アーム部１０は、第４軸１４、
第５軸１５、および第６軸１６まわりに各変位可能な回
転関節を有し、これらによって連結されるアーム１７，
１８を有する。アーム１８の先端には、歯車機構を介し
て第６軸１６の回転を伝達する伝達アーム１９によって
第６軸１６からオフセットされた位置に、ハンド２が装
着され、プロテクタ３を把持することができる。ハンド
２は、第６軸１６に平行な軸２ａまわりに歯数比に従う
回転速度で第６軸１６によって駆動される。ハンド２に
よって把持されたプロテクタ３は、クランプ２０によっ
て保持されるパイプ４の先端にねじ込まれる。

【００１６】図３は、図１のロボット１によってねじ締
めを行う対象となるプロテクタ３およびパイプ４を示
す。プロテクタ３は、パイプ４の端部に形成されるねじ
部２１に螺合する雌ねじが形成されており、ねじ部２１
を保護するためにかぶせておく。パイプ４はたとえばパ
イプライン建設用のシームレスパイプであり、直径が２
００ｍｍ程度である。プロテクタ３は、２〜３ｋｇ程度
の重量がある。ロボット１のティーチング作業では、最
初にプロテクタ３をパイプ４に嵌め込む位置を設定す
る。ねじの進む方向にロボットが引張られると、コンプ
ライアンス動作によって対応することができるので、ね
じ山のピッチなどの情報は不要である。

【００１７】図４は、ロボット１を位置制御動作および
コンプライアンス動作させるための制御系の構成を簡略
化して示すブロック図である。ロボット１の各軸毎の制
御回路２２には、サーボ制御回路２３が接続され、さら
にホスト制御回路２４が接続される。各軸毎の制御回路
２２は、第１〜第６軸１１〜１６毎に設けられ、それら
は類似の構成を有しているので、代表として１つの制御
回路２２についての説明を行う。各軸を角変位駆動する
駆動源であるサーボモータ２５には、ベースアンプと呼
ぶことができる増幅回路２６から、駆動電流が与えら
れ、これによってサーボモータ２５が対応する各軸を駆
動する。各軸の回転角はエンコーダ２７によって検出さ
れる。

【００１８】図５はサーボ制御回路２３の具体的な構成
を示す電気回路図である。ホスト制御回路２４からライ
ン２８を介して各軸毎の位置指令値が減算手段２９の一
方の入力に与えられる。エンコーダ２７からの各軸の回
転角を表す信号は、ライン３０から、減算手段２９の他
方の入力に与えられる。減算手段２９の出力は、係数器
３１に与えられ、ここで位置ゲインＫｐで増幅され、加
算手段３２に与えられる。エンコーダ２７の出力はま
た、微分回路３３で微分され、係数器３４で速度ゲイン
Ｋｖで増幅され、加算手段３２に与えられる。加算手段
３２の出力は、積分器３５に与えられ、積分演算が行わ
れる。積分器３５のゲインＧ１は、次の第１式で示され
る。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここでＫ１は定数であり、ｓは演算子であ
る。積分器３５の出力は位相補償器３６に与えられて位
相制御動作時に位相補償の演算が行われ、このゲインＧ
２は、次の第２式で示される。

【００２１】

【数２】

【００２２】ここでαは定数である。位相補償器３６の
出力は、もう１つの加算手段３７に与えられる。加算手
段３７には、エンコーダ２７の出力に応答する重力補償
演算回路３８からの出力がライン３８ａを介して与えら
れて加算され、その加算出力はライン３９から各軸のト
ルク指令値として制御回路２２の増幅回路２６に入力さ
れる。

【００２３】図６は、制御回路２２の構成および動作を
設明するためのブロック図である。ライン３９を介する
サーボ制御回路２３からの各軸のトルク指令値を表す信
号は、ライン３９を経て増幅回路２６に与えられ、これ
によってサーボモータ２５が駆動される。モータ２５の
負荷であるアームには、参照符４１で示されるように重
力が作用する。したがってモータ２５によって駆動され
るアームなどの負荷には、重力４１による影響が加わ
る。その重力４１による影響は、等価的に減算手段４２
による引き算として表されるけれども、重力補償演算回
路３８の出力によってキャンセルするように補償され、
アームなどの移動が行われる。アームなどの慣性力４３
の角加速度は、積分手段４４によって積分されることに
よって、角速度が求められる。さらに積分手段４５によ
ってその角速度を積分することによって、アームなどの
回転角が求められる。この回転角は、エンコーダ２７に
よって前述のように検出される。

【００２４】図７は、図１の実施形態でのロボット１に
よる動作を簡略化して示す。プロテクタ３を把持するハ
ンド２を第６軸１６に平行な軸２ａまわりに回転させ
て、プロテクタ３をパイプ４にねじ込む作業をさせると
きは、プロテクタ３からロボット１のハンド２側に、第
６軸１６方向の引張り力が外力Ｆとして加わる。その方
向にツール１０が逃げる動作を可能とするようなコンプ
ライアンス機能を達成する必要がある。すなわち、外力
Ｆに対して受動的にそのコンプライアンス機能で応答す
れば、ねじ込み作業を円滑に行うことができる。

【００２５】ツールであるハンド２は、図７（１）に示
されるように、コンプライアンス動作開始直前の一定の
姿勢を保持する。その移動方向は、ツールの座標系で定
める方向とし、コンプライアンス度を調整可能とする。
各軸の重力補償は、予め設定される計算式によって補償
する構成とする。安全対策として、各軸の動作制限角度
を設定する。コンプライアンス度の調整のために、図５
に示されるサーボ制御回路２３では、係数器３１および
３４における位置ゲインＫｐおよび速度ゲインＫｖを調
整する。外力による各軸の角変位を、エンコーダ２７に
よって検出することによって、力センサなどを用いるこ
とが不要になる。このエンコーダ２７は、通常の位置制
御動作のためにもまた用いられ、こうしてエンコーダ２
７は、位置制御動作とコンプライアンス制御動作とに兼
用される。コンプライアンス動作開始時、ハンド２を回
転角度を指定して動作させると、ハンド２は、ロボット
の動作計画に基づいて能動的に動作し、その他の軸は、
外力によって受動的に動作するコンプライアンス制御動
作を達成することができる。こうしてハンド２によって
把持しているプロテクタ３に外力Ｆが作用したとき、そ
のハンド２の姿勢を保持したままで、予め定める指定し
たツール座標系での移動方向にのみハンド２を移動し、
こうしてパイプ４へのプロテクタ３のねじ込み作業など
を行うことができる。なお、動作計画では、ロボットの
動作の１ステップ毎に第６軸１６の回転角度を変えるよ
うに設定する。

【００２６】パイプ４の先端がテーパ状に形成されてい
れば、パイプ４の軸４ａとプロテクタ３の軸３ａとが少
々ずれていても、ねじ込みの際の外力Ｆが作用すると
き、テーパにずれδ１を解消させる方向の力も発生す
る。図７（２）に示されるように、第６軸１６を除くロ
ボットの各軸の位置および速度の各ゲインを低く設定し
ておくと、ロボットのアーム７，８，９，１７，１８に
変位が生じる。このことがエンコーダ２７によって検出
されると、各アームの変位を、外力Ｆによる移動方向で
ある第６軸１６を除く各軸上に射影する。すなわち、移
動方向について現在位置を置き換え、かつテーパによる
反力で軸３ａ，４ａ間のずれδ２を減少させた位置をホ
スト制御回路２４によって演算して求める。

【００２７】図７（３）では、ハンド２が第６軸１６方
向で、前記射影した位置となるように、しかもハンド２
の姿勢が図７（１）で示される初期の姿勢に保たれるよ
うに、各軸の位置指令値Ｒ''を作成する。こうして図７
（２）で示されるように、プロテクタ３の軸３ａとパイ
プ４の軸４ａとのずれδ１がδ２に減少し、最終的に、
図７（３）で示されるように軸３ａ，４ａ間のずれが解
消される。このような演算動作を繰り返すことによっ
て、ハンド２は移動方向である第６軸１６に沿って、ハ
ンド２の姿勢を図７（１）の初期の姿勢に保ったままで
移動するコンプライアンス動作を達成することができ
る。

【００２８】次に、第６軸１６をツール座標系でｚ軸方
向とし、ｚ軸まわりにツールを回転させながら、ｚ軸方
向にコンプライアンス動作をさせる原理を説明する。コ
ンプライアンス動作を開始したときのツール座標系の原
点位置を^tＰΣ_t（θ₀ ）とする。ロボットに外力が加わ
ったとき、ツール座標系の原点位置が^tＰΣ_t（θ）に移
動したとすると、次の第３式が得られる。なお、括弧の
右肩の「Ｔ」は、転置記号を示す。

【００２９】 ^tＰΣ_t（θ）＝（ｄ^tＰΣ_t.x ｄ^tＰΣ_t.y ｄ^tＰΣ_t.z）^T …（３）このとき、位置指令値^tＰΣ_t.comを変更することによっ
て、ｚ軸方向にのみ移動するようにする。ｘ，ｙ軸成分
の位置指令値は零とし、ｚ軸成分の位置指令値に外力に
より移動したｚ軸成分を与えると、次の第４式が得られ
る。

【００３０】 ^tＰΣ_t.com ＝（００ｄ^tＰΣ_t.z）^T …（４）姿勢の指令値は、コンプライアンス開始時の初期姿勢の
値を与える。この位置と姿勢の指令値を逆変換すること
により、各軸の角度指令値θ_com を求めることができ
る。この角度指令値の動作指定軸だけは動作計画に基づ
いた指令値に置き換えたものをサーボモータ２５のため
の制御回路２２に指令することによりｚ軸方向へのみツ
ール座標系の原点が移動し、その姿勢を維持することが
できる。

【００３１】さらに具体的に図８を参照して、ツール座
標軸コンプライアンスの実現手順について説明する。図
８は図３に示されるサーボ制御回路２３およびホスト制
御回路２４の動作を説明するためのフローチャートであ
る。ステップａ１から動作を開始し、ステップａ２に移
り、初期の各軸角度θ₀ を検出する。ステップａ３で
は、ツール初期位置をＲ行列として検出する。まず、ロ
ボットの位置を次の第５式のようなＰベクトルで表し、
ツールの初期姿勢を第６式のようなＳ行列で表すと、ツ
ールの初期位置Ｐ_s をベース座標系で示すＲ行列は第７
式のように表される。

【００３２】

【数３】

【００３３】ステップａ４では、本件ロボット１の各制
御回路２２，２３，２４への重力補償を開始する。ま
た、これらの制御回路２２，２３，２４の係数器３１，
３４および増幅回路などのゲインを小さく変更して設定
する。たとえばハンド２が装着される第６軸１６の位置
ゲインＫｐおよび速度ゲインＫｖを、小さく設定し、ま
た積分器３５のゲインＫ_i を零とし、この積分器３５の
内容を零にクリアし、さらに位相補償器３６の機能を停
止する。換言すると、減算手段３２の出力をそのまま加
算手段３７に与えたときの状態とする。

【００３４】ステップａ５では、ツールを初期位置Ｐ_s
から目標位置Ｐ_e まで移動させる動作計画に従って、ま
ずベース座標系またはツール座標系についての移動方向
を設定する。ステップａ６では、各軸の移動範囲を設定
する。ステップａ７では、ベース座標系またはツール座
標系での移動範囲を設定する。ステップａ８でコンプラ
イアンス動作を開始し、ステップａ９では第６軸１６の
回転角度を指定して回転させる。

【００３５】ステップａ１０では、Ｒ行列を逆変換し
て、初期の第１軸１１〜第６軸１６についての各軸角度
θを、次の第８式のように検出する。

【００３６】 θ ＝（θ_JT1 θ_JT2 θ_JT3 θ_JT4 θ_JT5 θ_JT6）^T …（８）すなわち、θ：コンプライアンス動作後の検出した角度である。次にステップａ１１では、各軸角度が設定範囲
内であるか否かを判断する。範囲内であれば、ステップ
ａ１２で現在位置Ｒ′を算出し、ステップａ１３でベー
ス座標系またはツール座標系での移動量が設定範囲内で
あるか否かを判断する。移動量が設定範囲内のとき、ス
テップａ１４では、初期姿勢で移動方向の位置成分を置
き換えた位置指令値Ｒ''を算出する。ステップａ１５で
は、Ｒ''行列を逆変換し、各軸角度θ′を算出する。ス
テップａ１６では、６軸が目標に到達したか否かを判断
する。到達していないときは、ステップａ１７で第６軸
１６だけ予め動作計画によって算出した回転成分を加え
る。次にステップａ１８で、各軸を駆動し、ステップａ
１０に戻ってステップａ１８までを繰返す。

【００３７】なお、ステップａ１１またはａ１３で設定
範囲外と判断されるとき、あるいはステップａ１６で目
標到達と判断されるとき、ステップａ１９またはａ２
０、あるいはステップａ２１で、それぞれ動作を終了す
る。

【００３８】以上説明したような動作で、第６軸１６を
回転させ、しかも外力によって移動可能なコンプライア
ンス動作を行わせることができる。ステップａ９および
ステップａ１７での変更を回転以外の他の成分に変えれ
ば、ねじ締め以外の動作も可能である。他の成分は、回
転成分に限られず、直線成分も可能である。外力を受け
て移動可能な方向も、ツール座標系またはベース座標系
で任意に設定することができる。ただし、各座標系の
ｘ，ｙ，ｚ直交３軸のいずれかの方向とすれば、演算処
理が容易になる。また、６軸型ロボットについて説明し
ているけれども、他の形式のロボットであっても同様の
制御は適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、予め定め
る移動方向に沿ったコンプライアンス動作と、動作指定
軸に装着したツールの動作計画に基づいた作動とを行う
ことができるので、ツールの作動によって発生する外力
を逃がすような追従動作を容易に行うことができる。

【００４０】また本発明によれば、コンプライアンス動
作による移動方向は、ベース座標系もしくはツール座標
系で設定することができるので、ツールの作業内容に応
じて外力を逃がす方向を適切に調整することができる。

【００４１】また本発明によれば、コンプライアンス動
作時の軸ゲイン値が任意に指定可能であるので、外力の
発生状態に応じて位置剛性とコンプライアンスとの調整
を行うことができる。

【００４２】また本発明によれば、コンプライアンス動
作中でも、各軸角度θやベース座標系およびツール座標
系での移動量がそれぞれ予め定める範囲内に制限される
ので、ツールを作動させてもロボット自身の動作範囲を
超えるような動作を行うことがなく、安全性や信頼性を
容易に確保することができる。

【００４３】また本発明によれば、ツールを装着する動
作指定軸が任意の回転数に設定可能なスピン機能を有す
るので、ツールとしてねじ部をつかむことができるハン
ドさえあれば、専用のねじ締め機構を備えるツールを準
備することなく、ねじ締め作業を行うことができる。

【００４４】また本発明によれば、各軸のトルク指令値
には重力補償演算結果が加算されるので、コンプライア
ンス動作中に姿勢が変わっても正確に重力補償を行うこ
とができる。

【００４５】また本発明によれば、第１演算手段によっ
てコンプライアンス動作開始直前にツールの初期姿勢Ｓ
および初期位置Ｐ_s を算出し、コンプライアンス動作中
のロボットの各軸角度θを第２演算手段によって検出し
てツールの予め定める移動方向のみを現在位置に置き換
え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む位置指令値Ｒ''
を算出して、負帰還制御によって各軸を指令値との偏差
値が零となるように駆動するので、コンプライアンス動
作を実現することができる。ツールが装着される動作指
定軸に関しては、動作計画に基づいた補間指令値への置
き換えが第３演算手段によって行われるので、能動的な
作業を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の産業用ロボット１の正
面図である。

【図２】図１の産業用ロボット１のツール１０付近の各
軸１４，１５，１６の関係を拡大して示す図である。

【図３】図１のプロテクタ３とパイプ４との関係を示す
簡略化した斜視図である。

【図４】図１の産業用ロボット１の簡略化した電気的構
成を示すブロック図である。

【図５】図４のサーボ制御回路２３の具体的構成を示す
電気的回路図である。

【図６】図４の制御回路２２の機能を説明するためのブ
ロック図である。

【図７】図１の産業用ロボット１の動作状態を簡略化し
て示す側面図である。

【図８】図４のサーボ制御回路２１およびホスト制御回
路２２の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１産業用ロボット２ハンド３プロテクタ４パイプ１０ツール装着用アーム部１１第１軸１２第２軸１３第３軸１４第４軸１５第５軸１６第６軸１７ねじ部２２制御回路２３サーボ制御回路２４ホスト制御回路２５サーボモータ２６増幅回路２７エンコーダ２９減算手段３１，３４係数器３２，３７加算手段３８重力補償回路

フロントページの続き (72)発明者狩谷芳樹兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者福田拓也兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (56)参考文献特開昭８−155868（ＪＰ，Ａ) 特開平６−39760（ＪＰ，Ａ) 特開平５−303422（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプライアンス動作開始直前に、ロボ
ットの動作指定軸に装着されたツールの初期姿勢Ｓおよ
び初期位置Ｐ_s を算出しておき、コンプライアンス動作中のロボットの各軸角度θを検出
し、各軸角度θを順変換し、現在位置の座標値を算出
し、ツールの初期位置Ｐ_s のうち、ツールの予め定める
移動方向に対応する座標成分の値を現在位置の座標成分
の値に置き換え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む位置指令値Ｒ''を算
出する段階と、位置指令値Ｒ''を逆変換し、各軸指令値を算出後、動作
指定軸を初期位置Ｐ_sから目標位置Ｐ_e までの動作計画
に基づいた補間指令値に置き換えて、各軸を駆動する段
階とを繰返すことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項２】前記予め定める移動方向は、ベース座標
系でのｘ，ｙ，ｚ直交３軸方向のいずれかまたはその組
合わせ方向、もしくはツール座標系でのｘ，ｙ，ｚ直交
３軸のいずれかまたはその組合わせ方向であることを特
徴とする請求項１記載のロボットの制御方法。
【請求項３】コンプライアンス動作時の軸ゲイン値
は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載のロボットの制御方法。
【請求項４】コンプライアンス動作中の移動は、検出
した各軸角度θが予め定める動作制限角度を超えると
き、またはベース座標系およびツール座標系での移動量
が予め定める移動範囲を超えるときに制限されることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロボットの
制御方法。
【請求項５】前記ツールが装着される動作指定軸は手
首軸であってスピン機能を有し、任意の回転数を設定可
能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載のロボットの制御方法。
【請求項６】コンプライアンス動作中に重力補償演算
を行い、演算結果を各軸のトルク指令値に加算すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロボット
の制御方法。
【請求項７】ロボットの動作指定軸にツールが装着さ
れ、駆動源によって駆動されるロボットの各軸角度θを
軸角度検出手段によって検出し、検出した軸角度θと軸
角度の指令値との偏差が零になるように駆動源を負帰還
制御するロボットの制御装置において、コンプライアンス動作開始直前に、ツールの初期姿勢Ｓ
および初期位置Ｐ_s を算出する第１演算手段と、コンプライアンス動作中のロボットの各軸角度θを検出
し、各軸角度θを順変換し、現在位置の座標値を算出
し、ツールの初期位置Ｐ_s のうち、ツールの予め定める
移動方向に対応する座標成分の値を現在位置の座標成分
の値に置き換え、初期姿勢Ｓに基づく姿勢行列を含む位
置指令値Ｒ''を算出する第２演算手段と、第２演算手段からの位置指令値Ｒ''を逆変換し、各軸指
令値を算出後、動作指定軸を初期位置Ｐ_sから目標位置
Ｐ_eまでの動作計画に基づいた補間指令値に置き換え
て、各軸を駆動する第３演算手段と、第３演算手段の出力に基づいて前記駆動源の負帰還制御
を行う第４演算手段とを含むことを特徴とするロボット
の制御装置。