JP2737325B2 - ロボットの軌道生成方式 - Google Patents
ロボットの軌道生成方式Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ロボットの力制御において、対象物の表面に沿って加
工等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌道生成方
式に関し、 未知形状曲面を持つ対象物の表面にある一定の力を加
えながら倣い動作を行う力制御ロボットの軌道生成を容
易に行うことを目的とし、 制御対象となるロボットの力制御時における軌道生成
方式において、ロボットと対象物（11）に作用する力を
検出する力検出部と、ロボットの現在位置を検出する位
置検出部と、前記位置検出部の位置座標に基づいてロボ
ットの位置を制御する位置制御部と、前記力検出部によ
り検出した力に基づいてロボットに与える力を制御する
力制御部と、ロボットへ力・位置指令及び各種パラメー
タの転送を行う制御指令生成部と、ロボットと対象物の
接点の法線ベクトルを算出し、かつ倣い座標系を算出す
る法線ベクトル算出部と、倣い座標系に沿ってロボット
の移動方向ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出部
を備え、前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の
曲面を持つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の
力を加えながら倣い動作を行うように構成する。
工等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌道生成方
式に関し、 未知形状曲面を持つ対象物の表面にある一定の力を加
えながら倣い動作を行う力制御ロボットの軌道生成を容
易に行うことを目的とし、 制御対象となるロボットの力制御時における軌道生成
方式において、ロボットと対象物（11）に作用する力を
検出する力検出部と、ロボットの現在位置を検出する位
置検出部と、前記位置検出部の位置座標に基づいてロボ
ットの位置を制御する位置制御部と、前記力検出部によ
り検出した力に基づいてロボットに与える力を制御する
力制御部と、ロボットへ力・位置指令及び各種パラメー
タの転送を行う制御指令生成部と、ロボットと対象物の
接点の法線ベクトルを算出し、かつ倣い座標系を算出す
る法線ベクトル算出部と、倣い座標系に沿ってロボット
の移動方向ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出部
を備え、前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の
曲面を持つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の
力を加えながら倣い動作を行うように構成する。
本発明は、力制御ロボットにおいて、対象物の表面に
沿って加工等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌
道生成方式に関する。
沿って加工等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌
道生成方式に関する。
倣い制御装置は基本的に、制御対象（ロボット）を作
動させる操作部と、制御対象の位置・姿勢等を検出する
位置検出部と、制御対象が受ける力を検出する力検出部
により構成され、曲面を有する対象物体の表面に沿って
制御対象を倣い動作させる装置である。従って、上記の
各装置からのデータにより制御対象の軌道生成を迅速か
つ正確に行う必要がある。
動させる操作部と、制御対象の位置・姿勢等を検出する
位置検出部と、制御対象が受ける力を検出する力検出部
により構成され、曲面を有する対象物体の表面に沿って
制御対象を倣い動作させる装置である。従って、上記の
各装置からのデータにより制御対象の軌道生成を迅速か
つ正確に行う必要がある。
力制御ロボットで倣い作業を行う際、ロボットの先端
と対象物が接触する接触点における対象物表面の法線方
向に一致する押しつけ方向と、倣い動作をしながら制
御対象の移動する方向ｏで決定される倣い座標系（OW−
XWYWZW）をロボット制御装置に設定する必要がある。
と対象物が接触する接触点における対象物表面の法線方
向に一致する押しつけ方向と、倣い動作をしながら制
御対象の移動する方向ｏで決定される倣い座標系（OW−
XWYWZW）をロボット制御装置に設定する必要がある。
従来、この倣い座標系を設定する方法として、オペレ
ータによる教示による方法が提案されている。
ータによる教示による方法が提案されている。
しかし、オペレータによるロボットへの教示は、対象
物表面が比較的平坦であればさほど複雑な操作は不要で
あるが、表面が複雑な曲面で構成されている場合には非
常に面倒な操作を伴うため、時間を要する。そのため、
この倣い座標系を設定する効率的方法が求められてい
た。
物表面が比較的平坦であればさほど複雑な操作は不要で
あるが、表面が複雑な曲面で構成されている場合には非
常に面倒な操作を伴うため、時間を要する。そのため、
この倣い座標系を設定する効率的方法が求められてい
た。
本発明の目的は、この倣い座標系の設定を容易に行い
制御対象の軌道生成を容易に行うことが可能なロボット
の力制御時における軌道生成方式を提供することにあ
る。
制御対象の軌道生成を容易に行うことが可能なロボット
の力制御時における軌道生成方式を提供することにあ
る。
第１図は本発明の原理構成図である。本発明は、制御
対象となるロボット（１）の力制御時における軌道生成
方式であって、ロボットと対象物（11）に作用する力を
検出する力検出部（６）と、ロボットの現在位置を検出
する位置検出部（５）と、前記位置検出部の位置座標に
基づいてロボットの位置を制御する位置制御部（３）
と、前記力検出部により検出した力に基づいてロボット
に与える力を制御する力制御部（４）と、ロボットへ力
・位置指令及び各種パラメータの転送を行う制御指令生
成部（７）と、ロボットと対象物の接点の法線ベクトル
を算出し、かつ倣い座標系を算出する法線ベクトル算出
部（８）と、倣い座標系に沿ってロボットの移動方向ベ
クトルを算出する移動方向ベクトル算出部（９）を備
え、前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の曲面
を持つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の力を
加えながら倣い動作を行うようにしたことを特徴とす
る。
対象となるロボット（１）の力制御時における軌道生成
方式であって、ロボットと対象物（11）に作用する力を
検出する力検出部（６）と、ロボットの現在位置を検出
する位置検出部（５）と、前記位置検出部の位置座標に
基づいてロボットの位置を制御する位置制御部（３）
と、前記力検出部により検出した力に基づいてロボット
に与える力を制御する力制御部（４）と、ロボットへ力
・位置指令及び各種パラメータの転送を行う制御指令生
成部（７）と、ロボットと対象物の接点の法線ベクトル
を算出し、かつ倣い座標系を算出する法線ベクトル算出
部（８）と、倣い座標系に沿ってロボットの移動方向ベ
クトルを算出する移動方向ベクトル算出部（９）を備
え、前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の曲面
を持つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の力を
加えながら倣い動作を行うようにしたことを特徴とす
る。
第２図は倣い座標系（OW−XWYWZW）の説明図である。
この座標系は対象物11に対するロボット先端部12（ハン
ド）の位置・姿勢により決定される座標系である。な
お、13は力覚センサ、14はマニプレータである。ベクト
ル，，はそれぞれ倣い座標系の座標軸XW,YW,ZWに
ついての単位ベクトルである。
この座標系は対象物11に対するロボット先端部12（ハン
ド）の位置・姿勢により決定される座標系である。な
お、13は力覚センサ、14はマニプレータである。ベクト
ル，，はそれぞれ倣い座標系の座標軸XW,YW,ZWに
ついての単位ベクトルである。
ベクトルは対象物へ力を加えるときの押しつけ方向
を示し、対象物の表面の法線ベクトルと同じ方向であ
る。はと直交関係にあり倣い動作時のロボット先端
の移動方向を示す。また、は，に直交するように
定められ、＝×で与えられる。
を示し、対象物の表面の法線ベクトルと同じ方向であ
る。はと直交関係にあり倣い動作時のロボット先端
の移動方向を示す。また、は，に直交するように
定められ、＝×で与えられる。
一方、座標（Ｏ−XO,YO,ZO）は基準座標系である。そ
こで、ベクトル，，を基準座標系について成分表
示を行う。即ち、 従って、倣い座標系（OW−XWYWZW）から基準座標系
（Ｏ−XO,YO,ZO）に変換すると，，は上式のよう
に表すことができる。
こで、ベクトル，，を基準座標系について成分表
示を行う。即ち、 従って、倣い座標系（OW−XWYWZW）から基準座標系
（Ｏ−XO,YO,ZO）に変換すると，，は上式のよう
に表すことができる。
第３図は基準座標系と倣い座標系におけるロボットの
位置関係の説明図である。ロボット（ハンド12）は対象
物11の表面で倣い動作を行っており、P1,P2はロボット
の位置である。P1においてベクトルは面に垂直な押し
つけ方向であり、，は接平面上にある。ロボットが
倣い動作を行ってベクトルの方向に移動すると、P2で
はロボットと対象物の接点での面の法線方向がP1での押
しつけ方向ｎと一致しなくなる。法線方向と押しつけ方
向が一致しないと、対象物に対して発生する押しつけ力
が設定値からずれる。従って、正確な力を発生するため
にはP1の倣い座標系をP2の倣い座標系に切り換える必要
がある。このような倣い座標系を変更するか否かを判断
する条件として、 （１）一定時間経過したとき、 （２）対象物から受ける反力が設定力からある程度以上
ずれたとき、 （３）ロボットが一定距離を移動したとき、 等がある。なお、以下の説明では、（１）の条件に従っ
て倣い座標を変更するものとする。また、（２），
（３）の場合でも基本的な原理は（１）と同様である。
位置関係の説明図である。ロボット（ハンド12）は対象
物11の表面で倣い動作を行っており、P1,P2はロボット
の位置である。P1においてベクトルは面に垂直な押し
つけ方向であり、，は接平面上にある。ロボットが
倣い動作を行ってベクトルの方向に移動すると、P2で
はロボットと対象物の接点での面の法線方向がP1での押
しつけ方向ｎと一致しなくなる。法線方向と押しつけ方
向が一致しないと、対象物に対して発生する押しつけ力
が設定値からずれる。従って、正確な力を発生するため
にはP1の倣い座標系をP2の倣い座標系に切り換える必要
がある。このような倣い座標系を変更するか否かを判断
する条件として、 （１）一定時間経過したとき、 （２）対象物から受ける反力が設定力からある程度以上
ずれたとき、 （３）ロボットが一定距離を移動したとき、 等がある。なお、以下の説明では、（１）の条件に従っ
て倣い座標を変更するものとする。また、（２），
（３）の場合でも基本的な原理は（１）と同様である。
本発明では倣い動作時の各地点における移動方向ベク
トルが、倣い動作の開始地点（以下、始点と称する）の
法線ベクトルとオペレータが動作の開始時に与えた移動
方向ベクトルの２つのベクトルが成す平面上に常に存在
するように制御を行う。
トルが、倣い動作の開始地点（以下、始点と称する）の
法線ベクトルとオペレータが動作の開始時に与えた移動
方向ベクトルの２つのベクトルが成す平面上に常に存在
するように制御を行う。
第４図は倣い座標系とロボットの軌道の変化の説明図
である。また、第1,4、及び５図で示したような倣い動
作を力制御型ロボットで行うための制御系の原理構成図
である。第3,4図を参照しつつ曲面を有する対象物へ倣
い動作を行うための制御方法と軌道生成方法について説
明する。
である。また、第1,4、及び５図で示したような倣い動
作を力制御型ロボットで行うための制御系の原理構成図
である。第3,4図を参照しつつ曲面を有する対象物へ倣
い動作を行うための制御方法と軌道生成方法について説
明する。
倣い座標系の算出 まず、第４図図示の始点PBにおける倣い座標系の算出
について説明する。
について説明する。
（１）始点における法線ベクトルnBの算出 始点PBでの法線ベクトルＢを次のようにして求め
る。第５図（ａ）は、ハンドが対象物から受ける反力
と力覚センサ座標系（OS−XSYSZS）の関係を示した図で
ある。力覚センサ13では、反力のXS,YS,ZS方向のそれ
ぞれの分力fX,fY,fZが検出される。（以下、力覚センサ
の検出するトルク成分についての説明は省略する。）反
力Ｓをベクトル表示すると、（ここで、Ｓは力覚セン
サ座標系（OS−XSYSZS）で記述されていることを示
す。）Ｓ ＝(fXfYfZ)T …（１） となる。力覚センサ座標系で表した法線ベクトルＳ Ｂ
は、Ｓと逆向きのベクトルであり、成分表示すると、 ここで｜Ｓ｜は、ベクトルの大きさである。
る。第５図（ａ）は、ハンドが対象物から受ける反力
と力覚センサ座標系（OS−XSYSZS）の関係を示した図で
ある。力覚センサ13では、反力のXS,YS,ZS方向のそれ
ぞれの分力fX,fY,fZが検出される。（以下、力覚センサ
の検出するトルク成分についての説明は省略する。）反
力Ｓをベクトル表示すると、（ここで、Ｓは力覚セン
サ座標系（OS−XSYSZS）で記述されていることを示
す。）Ｓ ＝(fXfYfZ)T …（１） となる。力覚センサ座標系で表した法線ベクトルＳ Ｂ
は、Ｓと逆向きのベクトルであり、成分表示すると、 ここで｜Ｓ｜は、ベクトルの大きさである。
法線ベクトルＳ Ｂを基準座標系で表してみる。力覚
センサ座標系の各座標軸XS,YS,ZSの基準座標系に対する
単位ベクトルをＯ Ｓ，Ｏ Ｓ，Ｏ Ｓとする（Ｏは、
基準座標系で記述されていることを示す）。成分表示す
ると、 である。このとき、力覚センサ座標系から基準座標系へ
の座標変換行列OASは、O AS＝（OnS OoS OaS） …（４） で与えられる。基準座標系で表した法線ベクトルＯ Ｂ
は、座標変換行列OASを用いて、Ｏ Ｂ ＝OAS Ｓ Ｂ …（５） となる。法線ベクトルは、第１図の法線ベクトル算出部
８で算出される。また、始点以外の他の接触点での法線
ベクトルの算出も同様の操作で行われる。
センサ座標系の各座標軸XS,YS,ZSの基準座標系に対する
単位ベクトルをＯ Ｓ，Ｏ Ｓ，Ｏ Ｓとする（Ｏは、
基準座標系で記述されていることを示す）。成分表示す
ると、 である。このとき、力覚センサ座標系から基準座標系へ
の座標変換行列OASは、O AS＝（OnS OoS OaS） …（４） で与えられる。基準座標系で表した法線ベクトルＯ Ｂ
は、座標変換行列OASを用いて、Ｏ Ｂ ＝OAS Ｓ Ｂ …（５） となる。法線ベクトルは、第１図の法線ベクトル算出部
８で算出される。また、始点以外の他の接触点での法線
ベクトルの算出も同様の操作で行われる。
（２）始点での移動方向ベクトルの算出 次に、オペレータが与えた移動方向ベクトルOPと、
求めた法線ベクトルＯ Ｂを用いて、始点PBにおける移
動方向ベクトルＢを算出する。ただし、ベクトルOP
とベクトルＯ Ｂは、OP ＝Ｏ ＢまたはOP＝−Ｏ Ｂ …（７） を満たさないものとする。移動方向ベクトルＢは、法
線ベクトルＯ Ｂに直交し、移動方向ベクトルOPと法
線ベクトルＯ Ｂの成す平面上にあるベクトルである。
このとき、倣い座標系の座標軸を表す単位ベクトルの１
つであるＢは、Ｏ ＢとOPを用いて、Ｏ Ｂ ＝（Ｏ Ｂ×OP）/|Ｏ Ｂ×OP）｜…（８） で表される。移動方向ベクトルＯ Ｂは、ベクトルＯ
Ｂ，Ｏ Ｂとの直交関係により、Ｏ Ｂ ＝Ｏ Ｂ×Ｏ Ｂ …（９） で求められる。移動方向ベクトルは、第１図の移動方向
ベクトル算出部９で算出される。
求めた法線ベクトルＯ Ｂを用いて、始点PBにおける移
動方向ベクトルＢを算出する。ただし、ベクトルOP
とベクトルＯ Ｂは、OP ＝Ｏ ＢまたはOP＝−Ｏ Ｂ …（７） を満たさないものとする。移動方向ベクトルＢは、法
線ベクトルＯ Ｂに直交し、移動方向ベクトルOPと法
線ベクトルＯ Ｂの成す平面上にあるベクトルである。
このとき、倣い座標系の座標軸を表す単位ベクトルの１
つであるＢは、Ｏ ＢとOPを用いて、Ｏ Ｂ ＝（Ｏ Ｂ×OP）/|Ｏ Ｂ×OP）｜…（８） で表される。移動方向ベクトルＯ Ｂは、ベクトルＯ
Ｂ，Ｏ Ｂとの直交関係により、Ｏ Ｂ ＝Ｏ Ｂ×Ｏ Ｂ …（９） で求められる。移動方向ベクトルは、第１図の移動方向
ベクトル算出部９で算出される。
次に、第４図の点Piでの倣い座標系の算出方法につい
て説明する。
て説明する。
（３）点Piでの法線ベクトルの算出 点Piでの法線ベクトルｉの算出方法は、始点PBでの
法線ベクトルの算出方法と同様であり、次式で表され
る。ただし、点Piでの反力Ｓ ｉを、Ｓ ｉ ＝(fXifYifZi)T とする。
法線ベクトルの算出方法と同様であり、次式で表され
る。ただし、点Piでの反力Ｓ ｉを、Ｓ ｉ ＝(fXifYifZi)T とする。
OASiは、点Piの力覚センサ座標系から基準座標系への座
標変換行列である。
標変換行列である。
（４）点Piでの移動方向ベクトルの算出 ロボットの先端位置は、ベクトル方向にも位置制御
されているので、先端位置が常にベクトル，が成す
平面上にあるように制御される。したがって、対象物の
表面に描く軌跡は、始点で与えられたベクトルＢ，
Ｂの成す平面上の曲線となる。このことから、点Piでの
移動方向ベクトルｉは、始点で求められたベクトル
Ｂに垂直に与えられればよいことがわかる。また、移動
方向ベクトルｉは、法線ベクトルｉにも直交するの
で、ベクトルＯ ｉは、Ｏ ｉ ＝（Ｏ Ｂ×Ｏ ｉ）/|Ｏ Ｂ×Ｏ ｉ｜ …（12） のように表される。倣い座標系の座標軸を表す単位ベク
トルの１つであるｉは、ベクトルＯ ｉ，Ｏ ｉとの
直交関係により、Ｏ ｉ ＝Ｏ ｉ×Ｏ ｉ …（13） で求められる。
されているので、先端位置が常にベクトル，が成す
平面上にあるように制御される。したがって、対象物の
表面に描く軌跡は、始点で与えられたベクトルＢ，
Ｂの成す平面上の曲線となる。このことから、点Piでの
移動方向ベクトルｉは、始点で求められたベクトル
Ｂに垂直に与えられればよいことがわかる。また、移動
方向ベクトルｉは、法線ベクトルｉにも直交するの
で、ベクトルＯ ｉは、Ｏ ｉ ＝（Ｏ Ｂ×Ｏ ｉ）/|Ｏ Ｂ×Ｏ ｉ｜ …（12） のように表される。倣い座標系の座標軸を表す単位ベク
トルの１つであるｉは、ベクトルＯ ｉ，Ｏ ｉとの
直交関係により、Ｏ ｉ ＝Ｏ ｉ×Ｏ ｉ …（13） で求められる。
倣い動作の制御 第４図にある始点PBでの倣い動作の制御方法について
説明する。
説明する。
（１）目標力ｒの発生 始点PBで、対象物に対して設定した力ｒを発生する
時は、力の大きさがFrで、方向・向きがＢの力を発生
すればよい。従って、設定力ベクトルＯ ｒは、（２）
式で求めたＯ Ｂを用いて、Ｏ ｒ ＝Fr・Ｏ Ｂ …（14） で与えられる。
時は、力の大きさがFrで、方向・向きがＢの力を発生
すればよい。従って、設定力ベクトルＯ ｒは、（２）
式で求めたＯ Ｂを用いて、Ｏ ｒ ＝Fr・Ｏ Ｂ …（14） で与えられる。
（２）目標位置の設定 始点PBでのロボットの進行方向は、始点PBからの相対
位置指令で与える。始点PBからの移動方向は、式（９）
の移動方向ベクトルＯ Ｂで与えられており、Ｏ Ｂを
用いて相対位置を表すと、Ｏ Ｂ ＝α・Ｏ Ｂ …（15） となる。αは、２ページの倣い座標系の修正のための条
件（１）〜（３）から決まる適当な定数である。
位置指令で与える。始点PBからの移動方向は、式（９）
の移動方向ベクトルＯ Ｂで与えられており、Ｏ Ｂを
用いて相対位置を表すと、Ｏ Ｂ ＝α・Ｏ Ｂ …（15） となる。αは、２ページの倣い座標系の修正のための条
件（１）〜（３）から決まる適当な定数である。
目標力、目標位置の設定は第１図に示す制御指令生成
部７で行う。
部７で行う。
（３）倣い動作の終了 次のような条件を満たした時に倣い動作を終了する。
（１）オペレータから終了の指令があったとき （２）一定時間を経過した時 （３）衝突したとき、または、対象物から離れた時 （４）ロボットの可動範囲を越えた時 式（12）はＯ Ｂ＝Ｏ ｉまたはＯ Ｂ＝−Ｏ ｉの
ときには成立しない。このとき、点Piの移動方向ベクト
ルにオペレータが与えた移動方向ベクトルOPを用いる
と進行方向が維持できる。
ときには成立しない。このとき、点Piの移動方向ベクト
ルにオペレータが与えた移動方向ベクトルOPを用いる
と進行方向が維持できる。
第６図は本発明の一実施例倣い制御装置のブロック構
成図である。実施例に係わる制御装置は、図示のよう
に、マニプレータ21の制御を行う操作部22を備えてい
る。この操作部22はサーボ・モータ22aと、パワー・ア
ンプ22bと、D/Aコンバータ22cと、補償器22dとで構成さ
れる。
成図である。実施例に係わる制御装置は、図示のよう
に、マニプレータ21の制御を行う操作部22を備えてい
る。この操作部22はサーボ・モータ22aと、パワー・ア
ンプ22bと、D/Aコンバータ22cと、補償器22dとで構成さ
れる。
また、制御装置は、マニプレータ21の図示しないハン
ド部の先端位置の検出を行う位置検出部26を備えてお
り、この位置検出部26はカウンタ及びエンコーダ26aと
タコ・メータ26bとで構成される。
ド部の先端位置の検出を行う位置検出部26を備えてお
り、この位置検出部26はカウンタ及びエンコーダ26aと
タコ・メータ26bとで構成される。
更に制御装置は、マニプレータ21のハンド部が受ける
力の検出を行う力検出部23を備えている。この力検出部
23は上記と同様の力覚センサ23aとハンド部座標系から
ロボット基準座標系への座標変換部23bとを備えてい
る。
力の検出を行う力検出部23を備えている。この力検出部
23は上記と同様の力覚センサ23aとハンド部座標系から
ロボット基準座標系への座標変換部23bとを備えてい
る。
更に、また、制御装置は倣い動作時に、力検出部23に
より検出されたＯ、設定力（力指令Fr）及び力制御パ
ラメータに基づいて力制御方向の速度指令信号Vfを発す
る力制御部24と、位置検出部26に検出された位置XO、目
標位置Xr及び位置パラメータに基づいて位置制御方向の
速度指令信号VPを発する位置制御部27とを備えている。
より検出されたＯ、設定力（力指令Fr）及び力制御パ
ラメータに基づいて力制御方向の速度指令信号Vfを発す
る力制御部24と、位置検出部26に検出された位置XO、目
標位置Xr及び位置パラメータに基づいて位置制御方向の
速度指令信号VPを発する位置制御部27とを備えている。
第７図は第６図の位置制御部27の具体的構成図であ
る。図示のように、転置直交変換行列（RT）演算部31
と、選択行列（Ｉ−Sf）演算部32と、直交行列（Ｒ）演
算部33と、位置フィードバックゲイン（cP）演算部34と
を有する。一方、力制御部24は転置直交変換行列（RT）
演算部38と、選択行列（Sf）演算部37と、直交行列
（Ｒ）演算部36と、力フィードバックゲイン（cf）演算
部35とを備える。尚、符号24a及び27aは偏差部である。
る。図示のように、転置直交変換行列（RT）演算部31
と、選択行列（Ｉ−Sf）演算部32と、直交行列（Ｒ）演
算部33と、位置フィードバックゲイン（cP）演算部34と
を有する。一方、力制御部24は転置直交変換行列（RT）
演算部38と、選択行列（Sf）演算部37と、直交行列
（Ｒ）演算部36と、力フィードバックゲイン（cf）演算
部35とを備える。尚、符号24a及び27aは偏差部である。
ベクトル，，を用いてロボット基準座標系
（XO,YO,ZO）から倣い座標系（XWYWZW）への座標変換す
る直交座標変換行列Ｒは、次のように表される。
（XO,YO,ZO）から倣い座標系（XWYWZW）への座標変換す
る直交座標変換行列Ｒは、次のように表される。
第２図のように、倣い座標系（XWYWZW）のXW方向を力
制御方向、YW,ZW方向を位置制御方向とすると、選択行
列演算部32,37の選択行列Sfは、 で与えられる。
制御方向、YW,ZW方向を位置制御方向とすると、選択行
列演算部32,37の選択行列Sfは、 で与えられる。
力フィードバックゲインcfは、基準座標系に関して、 で与えられる。
また、位置フィードバックゲインcPは同様にして、 で与えられる。
更に、制御装置は、力制御部24及び前記位置制御部27
から出力された速度についての加算を行う加算部30b
と、加算された速度をマニプレータ21の各関節の角速度
θに変換する逆ヤコビ変換部30aとを備える。
から出力された速度についての加算を行う加算部30b
と、加算された速度をマニプレータ21の各関節の角速度
θに変換する逆ヤコビ変換部30aとを備える。
座標変換部20では、位置検出部26で検出されたマニプ
レータの関節角θＳを基準座標系での位置XOに変換す
る。
レータの関節角θＳを基準座標系での位置XOに変換す
る。
ホストコンピュータ40は、（１）目標位置Xr、力指令
Frの制御指令、（２）倣い座標系の切り換えに伴う位置
制御、力制御パラメータの送信、（３）法線ベクトル算
出部、移動方向ベクトル算出部の状態制御の信号の発生
を行う制御指令生成部40aと、マニプレータと対象物の
接触点の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出部40
bと、マニプレータと対象物の接触点での移動方向ベク
トルを算出する移動方向ベクトル算出部40cを備える。
制御指令生成部40aには、オペレータにより倣い動作の
ためのパラメータが設定される。
Frの制御指令、（２）倣い座標系の切り換えに伴う位置
制御、力制御パラメータの送信、（３）法線ベクトル算
出部、移動方向ベクトル算出部の状態制御の信号の発生
を行う制御指令生成部40aと、マニプレータと対象物の
接触点の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出部40
bと、マニプレータと対象物の接触点での移動方向ベク
トルを算出する移動方向ベクトル算出部40cを備える。
制御指令生成部40aには、オペレータにより倣い動作の
ためのパラメータが設定される。
第８図に、実施例に係わるハードウェアのシステム構
成を示す。ホストコンピュータ40は、制御指令生成部40
a、法線ベクトル算出部40b、移動方向ベクトル算出部40
c、通信制御部40dを備える。ロボットコントローラ10
は、メモリ10a、通信制御部10bと、制御部、座標変換
部、偏差部等を備え、操作部22、位置検出部26を介して
マニプレータ21の制御を行う。ホストコンピュータ40
と、ロボットコントローラ10は、バス等の通信インター
フェースIFによって接続されており、それぞれの信号の
送・受信のタイミングを管理する通信制御部10b,40dに
よって、メモリ10aと法線ベクトル算出部40b、移動方向
ベクトル算出部40c間でデータが転送される。
成を示す。ホストコンピュータ40は、制御指令生成部40
a、法線ベクトル算出部40b、移動方向ベクトル算出部40
c、通信制御部40dを備える。ロボットコントローラ10
は、メモリ10a、通信制御部10bと、制御部、座標変換
部、偏差部等を備え、操作部22、位置検出部26を介して
マニプレータ21の制御を行う。ホストコンピュータ40
と、ロボットコントローラ10は、バス等の通信インター
フェースIFによって接続されており、それぞれの信号の
送・受信のタイミングを管理する通信制御部10b,40dに
よって、メモリ10aと法線ベクトル算出部40b、移動方向
ベクトル算出部40c間でデータが転送される。
システム構成を第８図のようにした時に、曲面を有す
る対象物に対して倣い動作を行う場合の処理の流れを、
第９図に示す。
る対象物に対して倣い動作を行う場合の処理の流れを、
第９図に示す。
第９図は、処理フローチャートであり、フローチャー
トにより前述のホストコンピュータ内の制御指令生成部
40a、法線ベクトル算出部40b、移動方向ベクトル算出部
40c、ロボットコントローラ10で行われる処理の流れを
示したものである。尚、倣い動作のためのパラメータは
オペレータによって設定されるものとする。図中、添字
Ｂは始点を、添字ｉは第ｉ番目でのロボットと対象物と
の接触点を表す。
トにより前述のホストコンピュータ内の制御指令生成部
40a、法線ベクトル算出部40b、移動方向ベクトル算出部
40c、ロボットコントローラ10で行われる処理の流れを
示したものである。尚、倣い動作のためのパラメータは
オペレータによって設定されるものとする。図中、添字
Ｂは始点を、添字ｉは第ｉ番目でのロボットと対象物と
の接触点を表す。
まず、オペレータは移動方向ベクトルＯ OP、設定力
Fr、適当な値を持つ倣い座標系の切り換え時間τ、相対
位置を指定する係数α、始点で法線ベクトルを算出する
ために発生する力ベクトルＢを設定する。制御指令生
成部40aでは、始点で適当な力Ｂを発生するために力
指令Ｂ及び力制御パラメータを生成し、ロボットコン
トローラ10へ転送する。ロボットコントローラ10は、指
令に基づいて対象物11に押しつけ動作を行う。このと
き、検出した反力が０のとき（ロボットと対象物が離れ
た時）は、再度力ベクトルＢの設定を行う。
Fr、適当な値を持つ倣い座標系の切り換え時間τ、相対
位置を指定する係数α、始点で法線ベクトルを算出する
ために発生する力ベクトルＢを設定する。制御指令生
成部40aでは、始点で適当な力Ｂを発生するために力
指令Ｂ及び力制御パラメータを生成し、ロボットコン
トローラ10へ転送する。ロボットコントローラ10は、指
令に基づいて対象物11に押しつけ動作を行う。このと
き、検出した反力が０のとき（ロボットと対象物が離れ
た時）は、再度力ベクトルＢの設定を行う。
次に、法線ベクトル算出部40bにおいて、検出した反
力から（２）式を用いて、Ｓ Ｂを求める。また、ヤ
コビ行列で力覚センサ座標系を計算し、（４）式から座
標変換行列OASを算出する。算出したOASを用いて、法線
ベクトルＯ Ｂを求め、制御指令生成部40aと移動方向
ベクトル算出部へＯ Ｂを転送する。
力から（２）式を用いて、Ｓ Ｂを求める。また、ヤ
コビ行列で力覚センサ座標系を計算し、（４）式から座
標変換行列OASを算出する。算出したOASを用いて、法線
ベクトルＯ Ｂを求め、制御指令生成部40aと移動方向
ベクトル算出部へＯ Ｂを転送する。
ここで、法線ベクトルＯ Ｂと移動方向ベクトルＯ
OPの方向が一致した場合は、再度パラメータの設定を行
う。
OPの方向が一致した場合は、再度パラメータの設定を行
う。
移動方向ベクトル算出部40cでは、（８）式を用いて
ベクトルＯ Ｂを算出し、Ｏ ＢとＯ Ｂから移動方向
ベクトルＯ Ｂを求める（（９）式）。
ベクトルＯ Ｂを算出し、Ｏ ＢとＯ Ｂから移動方向
ベクトルＯ Ｂを求める（（９）式）。
制御指令生成部40aは、式（14），（15）と法線ベク
トルＯ Ｂ、移動方向ベクトルＯ Ｂから、目標力ベク
トルＯ ｒ、目標相対位置ベクトルＯ ｒを生成し、ロ
ボットコントローラへ転送する。ロボットコントローラ
10は、制御指令生成部40aから速度指令VOを受けると倣
い動作を開始する。
トルＯ Ｂ、移動方向ベクトルＯ Ｂから、目標力ベク
トルＯ ｒ、目標相対位置ベクトルＯ ｒを生成し、ロ
ボットコントローラへ転送する。ロボットコントローラ
10は、制御指令生成部40aから速度指令VOを受けると倣
い動作を開始する。
一定時間τが経過するとロボットの可動範囲にあるか
どうかを調べ、可動範囲内であれば、第１番目の接触点
での反力Ｆを検出する。
どうかを調べ、可動範囲内であれば、第１番目の接触点
での反力Ｆを検出する。
第１番目の接触点でも、始点と同様の操作で、法線ベ
クトル算出部40bで法線ベクトルを算出する。また、法
線ベクトル算出部40bでは、（12）式を用いて移動方向
ベクトルを算出する。
クトル算出部40bで法線ベクトルを算出する。また、法
線ベクトル算出部40bでは、（12）式を用いて移動方向
ベクトルを算出する。
制御指令生成部40aは、法線ベクトルＯ ｉ、移動方
向ベクトルＯ ｉから、目標力ベクトルＯ ｒ、目標相
対位置ベクトルＯ ｒを生成し、ロボットコントローラ
へ転送する。ロボットコントローラは、制御指令生成部
40aから速度指令VOを受けると倣い動作を開始する。
向ベクトルＯ ｉから、目標力ベクトルＯ ｒ、目標相
対位置ベクトルＯ ｒを生成し、ロボットコントローラ
へ転送する。ロボットコントローラは、制御指令生成部
40aから速度指令VOを受けると倣い動作を開始する。
一定時間τが経過するとオペレータから終了指令が有
るかどうかを調べ、指令があれば倣い動作を停止し、次
の動作を行う。指令がなければ、反力から第２番目の
接触点での法線ベクトルＳ ２を計算する。以上の操作
を、オペレータが終了指令を出すまで繰り返す。
るかどうかを調べ、指令があれば倣い動作を停止し、次
の動作を行う。指令がなければ、反力から第２番目の
接触点での法線ベクトルＳ ２を計算する。以上の操作
を、オペレータが終了指令を出すまで繰り返す。
以上説明したように、本発明によれば、曲面を有する
対象物へ対する倣い動作を自動的に行うことができ、従
来ロボットの操作者が行っていた対象物体の変更や対象
物の位置ずれに伴うロボットへの教示を行う必要がなく
なり操作者の負担が軽減される。また、移動方向ベクト
ルが常に同一平面にあるため、対象物への目標力と対象
物へ発生する力のずれを微小にできる。
対象物へ対する倣い動作を自動的に行うことができ、従
来ロボットの操作者が行っていた対象物体の変更や対象
物の位置ずれに伴うロボットへの教示を行う必要がなく
なり操作者の負担が軽減される。また、移動方向ベクト
ルが常に同一平面にあるため、対象物への目標力と対象
物へ発生する力のずれを微小にできる。
第１図は本発明の制御系の原理構成図、 第２図は倣い座標系の説明図、 第３図は対象物とマニプレータの位置関係説明図、 第４図は各点における倣い座標系の説明図、 第５図は設定力の算出方向の説明図、 第６図は本発明の一実施例構成図、 第７図は位置制御部と力制御部の構成図、 第８図は本発明のシステム構成図、及び 第９図（ａ）〜（ｃ）は本発明の処理手順図である。 （符号の説明） １……制御対象、２……操作部、３……位置制御部、４
……力制御部、５……位置検出部、６……力検出部、７
……制御指令生成部、８……法線ベクトル算出部、９…
…移動方向ベクトル算出部、11……対象物、12……ハン
ド、13……力覚センサ、14……マニプレータ。
……力制御部、５……位置検出部、６……力検出部、７
……制御指令生成部、８……法線ベクトル算出部、９…
…移動方向ベクトル算出部、11……対象物、12……ハン
ド、13……力覚センサ、14……マニプレータ。
Claims (1)
- 【請求項１】制御対象となるロボット（１）の力制御時
における軌道生成方式において、 ロボットと対象物（11）に作用する力を検出する力検出
部（６）と、 ロボットの現在位置を検出する位置検出部（５）と、 前記位置検出部の位置座標に基づいてロボットの位置を
制御する位置制御部（３）と、 前記力検出部により検出した力に基づいてロボットに与
える力を制御する力制御部（４）と、 ロボットへ力・位置指令及び各種パラメータの転送を行
う制御指令生成部（７）と、 ロボットと対象物の接点の法線ベクトルを算出し、かつ
倣い座標系を算出する法線ベクトル算出部（８）と、 倣い座標系に沿ってロボットの移動方向ベクトルを算出
する移動方向ベクトル算出部（９）を備え、 前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の曲面を持
つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の力を加え
ながら倣い動作を行うようにしたことを特徴とするロボ
ットの力制御時における軌道生成方式。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32265289A JP2737325B2 (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | ロボットの軌道生成方式 |
| DE69033605T DE69033605T2 (de) | 1989-05-17 | 1990-05-17 | Profilsteuerungssystem für Roboter |
| EP90305322A EP0398704B1 (en) | 1989-05-17 | 1990-05-17 | Profile control system for robots |
| DE69028041T DE69028041T2 (de) | 1989-05-17 | 1990-05-17 | Profilsteuerungssystem für Roboter |
| EP95115879A EP0701187B1 (en) | 1989-05-17 | 1990-05-17 | Profile control system for robots |
| US08/374,997 US5590244A (en) | 1989-05-17 | 1995-01-18 | Profile control system for robots |
| US08/693,960 US5732195A (en) | 1989-05-17 | 1996-08-07 | Profile control system for robots |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32265289A JP2737325B2 (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | ロボットの軌道生成方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03184786A JPH03184786A (ja) | 1991-08-12 |
| JP2737325B2 true JP2737325B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=18146091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32265289A Expired - Fee Related JP2737325B2 (ja) | 1989-05-17 | 1989-12-14 | ロボットの軌道生成方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2737325B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5281377B2 (ja) | 2008-12-04 | 2013-09-04 | トヨタ自動車株式会社 | ロボット装置 |
| JP4795462B2 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-10-19 | ファナック株式会社 | 力センサを搭載したロボットマニピュレータを用いたロールヘム加工装置 |
| JP5666920B2 (ja) * | 2011-01-04 | 2015-02-12 | ファナック株式会社 | 粗倣い制御を行うロボットの制御装置 |
| CN106391887A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-02-15 | 安徽瑞祥工业有限公司 | 一种机器人包边处理装置 |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32265289A patent/JP2737325B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03184786A (ja) | 1991-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |