JP2791030B2 - Curved copying controller for multi-degree-of-freedom work machine - Google Patents

Curved copying controller for multi-degree-of-freedom work machine

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JP2791030B2
JP2791030B2 JP63048485A JP4848588A JP2791030B2 JP 2791030 B2 JP2791030 B2 JP 2791030B2 JP 63048485 A JP63048485 A JP 63048485A JP 4848588 A JP4848588 A JP 4848588A JP 2791030 B2 JP2791030 B2 JP 2791030B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多自由度作業機械の曲面倣い制御装置に係わ
り、特に、バリ取り、曲面研磨等を行うための半自動グ
ラインダがけ、ロボットのティーチング時における倣い
制御、三次元測定器に使用する倣い制御等の曲面倣い作
業に好適な多自由度作業機械の曲面倣い制御装置に関す
る。
The present invention relates to a curved surface copying control device for a multi-degree-of-freedom working machine, and more particularly to a semi-automatic grinder for performing deburring, curved surface polishing, etc., for teaching a robot. The present invention relates to a curved scanning control device for a multi-degree-of-freedom work machine suitable for curved scanning operations such as scanning control and scanning control used for a three-dimensional measuring device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

バリ取り作業あるいは曲面の研磨といった不確定形状
を倣う作業は、従来はロボット等の多自由度作業機械を
用いて必要な位置決めあるいは姿勢決めを行い、この場
合第16図に示すように、ロボットの手首100にグライン
ダ101等のツールをバネ102やダンパ103を介して取り付
けることによってロボットの経路とワーク104の経路間
の誤差の吸収を行っていた。
Conventionally, for operations that follow an uncertain shape such as deburring work or grinding a curved surface, the necessary positioning or attitude is determined using a multi-degree-of-freedom work machine such as a robot, and in this case, as shown in FIG. By attaching a tool such as a grinder 101 to the wrist 100 via a spring 102 or a damper 103, errors between the path of the robot and the path of the workpiece 104 have been absorbed.

このようなロボットによる倣い作業においては、ロボ
ットは一般的にはティーチング・プレイバック方式で動
かされる。ティーチング・プレイバック方式では、教示
者がロボットに対して必要な位置(ポイント)を順次数
えこみ、ロボットはこの教えられたポイントを次々と再
現することである定まった軌跡をたどる。数えられたポ
イントとポイントの間の軌跡は直線あるいは円弧で補間
する機能を持つものである。このようにして決定した軌
跡をロボットが移動することによって作業を行うことが
できる。
In such a copying operation by a robot, the robot is generally moved by a teaching / playback method. In the teaching / playback method, a teacher sequentially counts necessary positions (points) with respect to the robot, and the robot follows a predetermined trajectory to reproduce the taught points one after another. The trajectory between the counted points has a function of interpolating with a straight line or an arc. The work can be performed by the robot moving along the locus determined in this way.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところでティーチング・プレイバック方式において
は、ポイントをティーチするには最低限、位置に関して
3次元のデータを決定する必要があり、場合によっては
姿勢に関してさらに1〜3次元のデータを付加する必要
がある。第16図に示した構成のロボットではバネ102及
びダンパ103の部分の可動範囲には限界があり、ティー
チするポイントもこの範囲内になければならない。さら
にワーク形状が複雑になればティーチングのポイントも
多くとってもポイントとポイントの間をつめ、ポイント
間の移動軌跡でも作業点がバネ、ダンパの部分の可動範
囲に入るようにしなければならない。そのためティーチ
ングの動作は非常に煩雑となりティーチング時点におい
て間違えを起こしやすく、時間がかかるという問題があ
った。
By the way, in the teaching / playback method, it is necessary to determine at least three-dimensional data on the position in order to teach a point. In some cases, it is necessary to add one to three-dimensional data on the posture. In the robot having the configuration shown in FIG. 16, the movable range of the portion of the spring 102 and the damper 103 is limited, and the teaching point must be within this range. Further, if the work shape becomes more complicated, it is necessary to close the teaching point between the points at most, and to make the working point fall within the movable range of the spring and the damper even in the movement locus between the points. Therefore, the teaching operation is very complicated, and it is easy to make a mistake at the time of the teaching, which takes a long time.

本発明の目的は、操作が簡単であり、作業速度が速
く、作業員の疲労の少ない多自由度作業機械の曲面倣い
制御装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a curved surface copying control device for a multi-degree-of-freedom working machine that is easy to operate, has a high working speed, and has little fatigue for workers.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、作業用ツールに加わる力の大きさを設定
する力設定手段と、作業用ツールの移動方向を設定する
手動式のジョイスティックからなる2次元入力手段と、
作業用ツールが移動する空間を規定する直交座標系とし
て、多自由度作業機械が据え付けられている空間に固定
されたベース座標系を定め、その直交3軸のうちの1軸
について力設定手段で設定された力の大きさを指示する
演算制御を行い、残りの2軸について2次元入力手段で
設定された移動方向を指示する制御演算を行う制御手段
とを有することを特徴とする曲面倣い制御装置によって
達成される。
The above object is to provide a force setting means for setting a magnitude of a force applied to the work tool, a two-dimensional input means comprising a manual joystick for setting a moving direction of the work tool,
A base coordinate system fixed to the space where the multi-degree-of-freedom work machine is installed is defined as an orthogonal coordinate system that defines a space in which the work tool moves, and one of the three orthogonal axes is determined by force setting means. Control means for performing arithmetic control for instructing the magnitude of the set force and performing control arithmetic for instructing the moving direction set by the two-dimensional input means for the remaining two axes. Achieved by the device.

また、上記目的は、作業用ツールに加わる力の大きさ
を設定する力設定手段と、作業用ツールの移動方向を設
定する手動式のジョイスティックからなる2次元入力手
段と、作業用ツールが移動する空間を規定する直交座標
系として、ワーク表面に接触する作業用ツールの先端に
原点を有し、そのワーク表面の法線方向を3軸のうちの
1軸とするワーク表面座標系を定めその直交3軸のうち
の法線方向の1軸について力設定手段で設定された力の
大きさを指示する演算制御を行い、残りの2軸について
2次元入力手段で設定された移動方向を指示する制御演
算を行う制御手段とを有することを特徴とする曲面倣い
制御装置によって達成される。
Further, the object is to provide a force setting means for setting a magnitude of a force applied to the work tool, a two-dimensional input means comprising a manual joystick for setting a moving direction of the work tool, and a movement of the work tool. As a rectangular coordinate system that defines a space, a work surface coordinate system that has an origin at the tip of a work tool that comes into contact with the work surface, and has a normal direction of the work surface as one of three axes is defined. A control for instructing the magnitude of the force set by the force setting means for one axis in the normal direction of the three axes, and for instructing the moving direction set by the two-dimensional input means for the remaining two axes This is achieved by a curved surface copying control device having control means for performing calculations.

このとき、制御手段は、力検出手段で検出された作業
用ツールとワーク表面との接触点の反力からワーク表面
の法線方向を演算してワーク表面座標系を定めることが
できる。
At this time, the control means can calculate the normal direction of the work surface from the reaction force of the contact point between the work tool and the work surface detected by the force detection means to determine the work surface coordinate system.

また、制御手段は、2次元入力手段で設定された作業
用ツールの移動方向と力検出手段で検出された反力か
ら、作業用ツールに予め定めたワーク表面座標系の1軸
をワーク表面の法線方向に一致させる位置の目標値を演
算し、この位置の目標値に基づき作業用ツールの姿勢を
も指示する制御演算を行うことができる。
Further, the control means, based on the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means and the reaction force detected by the force detection means, sets one axis of the work surface coordinate system predetermined for the work tool on the work surface. It is possible to calculate a target value at a position where the position coincides with the normal direction, and perform a control operation that also indicates the posture of the work tool based on the target value at this position.

制御手段は、好ましくは、仮想コンプライアンス制御
による演算制御を行う。
The control means preferably performs arithmetic control by virtual compliance control.

制御手段は、2次元入力手段で設定された作業用ツー
ルの移動方向を位置の目標値、速度の目標値又は力の目
標値のいずれかの形で入力することができる。
The control means can input the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means in any form of a target value of position, a target value of speed, or a target value of force.

〔作用〕[Action]

制御手段は、ベース座標系の直交3軸のうちの1軸に
ついて力設定手段で設定された力の大きさを指示し、残
りの2軸について手動式のジョイスティックからなる2
次元入力手段で設定された移動方向を指示する制御演算
を行うので、作業員は力設定手段を任意の値に設定して
おけば、2次元入力手段を手動操作するだけで、作業用
ツールをワーク表面の曲面に倣って移動させることがで
きる。
The control means instructs the magnitude of the force set by the force setting means for one of the three orthogonal axes of the base coordinate system, and a manual joystick for the remaining two axes.
Since the control calculation for instructing the moving direction set by the dimension input means is performed, if the operator sets the force setting means to an arbitrary value, the operator only needs to manually operate the two-dimensional input means to use the work tool. It can be moved following the curved surface of the work surface.

また、制御手段は、ワーク表面座標系の直交3軸のう
ちの法線方向の1軸について力設定手段で設定された力
の大きさを指示し、残りの2軸について手動式のジョイ
スティックからなる2次元入力手段で設定された移動方
向を指示する制御演算を行うので、作業員は力設定手段
を任意の値に設定しておけば、2次元入力手段を手動操
作するだけで、作業用ツールをワーク表面の曲面に倣っ
て移動させることができる。また、曲面の接平面に作業
用ツールの移動方向を規定することができ、移動方向が
曲面に沿っているので感覚的に距離や速度が分かり易く
なり、操作性がさらに良くなる。
Further, the control means instructs the magnitude of the force set by the force setting means for one of the three orthogonal axes of the workpiece surface coordinate system in the normal direction, and comprises a manual joystick for the remaining two axes. Since the control operation for instructing the moving direction set by the two-dimensional input means is performed, if the operator sets the force setting means to an arbitrary value, the operator only needs to manually operate the two-dimensional input means to obtain a work tool. Can be moved following the curved surface of the work surface. Further, the moving direction of the work tool can be defined on the tangent plane of the curved surface, and since the moving direction is along the curved surface, the distance and speed can be easily intuitively sensed, and the operability is further improved.

このとき、作業用ツールに予め定めたワーク表面座標
系の1軸をワーク表面の法線方向に一致させる位置の目
標値に基づき作業用ツールの姿勢をも指示する制御演算
を行った場合には、作業用ツールをワーク表面に対して
常に一定の角度で押し付けておくことができる。
At this time, when a control operation for instructing also the posture of the work tool based on a target value of a position where one axis of a predetermined work surface coordinate system is made to coincide with the normal direction of the work surface is performed on the work tool, In addition, the working tool can always be pressed at a fixed angle against the work surface.

制御手段で仮想コンプライアンス制御を採用した場合
には、仮想のばね係数、質量、粘性係数の値を適宜変更
することにより、各軸方向の力制御及び位置制御の切換
え、設定を容易に行うことができる。
When the virtual compliance control is adopted by the control means, it is possible to easily switch and set the force control and the position control in each axial direction by appropriately changing the values of the virtual spring coefficient, the mass, and the viscosity coefficient. it can.

また制御手段で、2次元入力手段で設定された作業用
ツールの移動方向を位置の目標値、速度の目標値又は力
の目標値のいずれかの形で入力することにより、それぞ
れに対応して位置制御、速度制御、力制御により作業用
ツールの移動方向が制御され、作業状況に応じてそれぞ
れの制御モードの長所を生かした動作を行なわせること
ができる。
The control means inputs the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means in the form of a target value of position, a target value of speed, or a target value of force. The moving direction of the work tool is controlled by the position control, the speed control, and the force control, and an operation can be performed that makes use of the advantages of each control mode according to the work situation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図において、符号1はワーク2の表面の曲面倣い
作業を行う多自由度作業機械であり、手部1Aの先端に任
意の位置に移動可能な作業用ツール3を有している。多
自由度作業機械1は一般的には2以上の自由度を有して
いればよいが、本実施例では説明の便宜上、3自由度の
ロボットとする。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a multi-degree-of-freedom work machine for performing a curved surface copying work on the surface of a work 2, and has a work tool 3 movable to an arbitrary position at the tip of a hand 1A. Generally, the multi-degree-of-freedom work machine 1 only needs to have two or more degrees of freedom, but in the present embodiment, a robot having three degrees of freedom is used for convenience of explanation.

多自由度作業機械1の曲面倣い制御装置は、1種類の
信号を発生し、作業用ツール3に加わる力の大きさを設
定する力設定装置4と、2種類の互いに独立した信号を
発生し、作業用ツール3の移動方向を設定する手動式の
2次元入力装置5と、手部1Aと作業用ツール3の間に接
続され、作業用ツール3に加わる力の大きさを検出する
力センサー6と、多自由度作業機械1の各関節廻りの軸
角度を検出する角度計7と、力設定装置4、2次元入力
装置5、力センサー6、角度計7から得られる情報をも
とに多自由度作業機械1に制御信号を出力するコントロ
ーラ8とからなっている。
The curved surface copying control device of the multi-degree-of-freedom work machine 1 generates one type of signal, generates a force setting device 4 for setting the magnitude of a force applied to the work tool 3, and generates two types of independent signals. A manual two-dimensional input device 5 for setting the moving direction of the work tool 3 and a force sensor connected between the hand 1A and the work tool 3 for detecting the magnitude of the force applied to the work tool 3 6, a goniometer 7 for detecting an axis angle around each joint of the multi-degree-of-freedom work machine 1, a force setting device 4, a two-dimensional input device 5, a force sensor 6, and information obtained from the goniometer 7. The controller 8 outputs a control signal to the multi-degree-of-freedom work machine 1.

力設定装置4はポテンションメータのようなアナログ
入力装置を用いることができるが、テンキーのようなデ
ジタル入力装置を用いてもよい。2次元入力装置5はジ
ョイスティック等を用いることができる。力センサー6
は作業機械1の3自由度に対応し、直交3軸方向の力が
計れるものを採用する。角度計7としては、各関節廻り
の駆動を行う駆動モータに取り付けられたエンコーダを
使用することができる。
The force setting device 4 may use an analog input device such as a potentiometer, but may use a digital input device such as a numeric keypad. The two-dimensional input device 5 can use a joystick or the like. Force sensor 6
Adopts a device that corresponds to three degrees of freedom of the work machine 1 and can measure forces in three orthogonal axes directions. As the goniometer 7, an encoder attached to a drive motor that drives around each joint can be used.

コントローラ8は、概略的にいえば、作業用ツール3
が移動する空間を規定する直交座標系として後述するベ
ース座標系を定め、その直交3軸のうちの1軸について
力設定装置4で設定された力の大きさを指示する演算制
御を行い、残りの2軸について2次元入力装置5で設定
された移動方向を指示する制御装置を行う制御手段を包
含する。この制御手段の制御ブロックを第2図に示す。
第2図に示す制御ブロックは、力や位置を制御する方法
の1つとして、「計測自動制御学界論文集」vol 22,No3
(1986),343〜350頁、特開昭60−3010号及び特開昭61
−7905号に記載の仮想コンプライアンス制御を採用した
例であり、その仮想コンプライアンス制御のブロックが
符号10で示されている。
The controller 8 is, roughly speaking, the working tool 3.
A base coordinate system, which will be described later, is defined as an orthogonal coordinate system that defines a space in which the object moves, and arithmetic control is performed to indicate the magnitude of the force set by the force setting device 4 for one of the three orthogonal axes. Control means for performing a control device for instructing the movement direction set by the two-dimensional input device 5 with respect to the two axes. FIG. 2 shows a control block of this control means.
The control block shown in FIG. 2 is one of the methods for controlling the force and the position.
(1986), pp. 343-350, JP-A-60-3010 and JP-A-61-60
This is an example in which virtual compliance control described in No. 7905 is adopted, and a block of the virtual compliance control is indicated by reference numeral 10.

仮想コンプライアンス制御はばね・マス系の式 [M]:仮想質量 [C]:仮想粘性係数 [K]:仮想ばね係数 をシミュレーションしてロボットを動かす制御方法であ
り、 を入力することにより を計算し、この を目標値としてロボットを動かすものである。このとき
M,C,Kは計算上の定数であるため、これらの値を変える
ことによりロボットの動作特性を変更することができ
る。(1)式を3自由度ロボットに適用する場合(1)
式も3次元でよい。これを直交座標系で表現すれば、 は直交座標のx成分、y成分、z成分をそれぞれ要素と
する3次元ベクトルとし、[M],[C],[K]は同
様にそれぞれの成分を対角要素にもつ3×3の対角行列
とすればよい。これによってx,y,zの3軸方向それぞれ
について動作特性を変えられる。例えば、[K]のz軸
方向に関する成分を零とすれば位置フィードバックが切
れ、z軸に関して力制御のみとなる。さらに[M],
[C],[K]の値を適当に選ぶことによりx軸,y軸に
関して剛となり位置制御が可能となる。
Virtual compliance control is a spring-mass formula [M]: virtual mass [C]: virtual viscosity coefficient [K]: virtual spring coefficient By entering And calculate this Is used to move the robot. At this time
Since M, C, and K are constants in calculation, the motion characteristics of the robot can be changed by changing these values. When applying equation (1) to a 3-DOF robot (1)
The expression may be three-dimensional. Expressing this in a rectangular coordinate system, Is a three-dimensional vector whose elements are the x, y, and z components of rectangular coordinates, respectively, and [M], [C], and [K] are 3 × 3 pairs each having a diagonal element. It may be an angular matrix. As a result, the operation characteristics can be changed in each of the three axes of x, y, and z. For example, if the component of [K] in the z-axis direction is set to zero, position feedback is cut off, and only force control is performed on the z-axis. Furthermore, [M],
By appropriately selecting the values of [C] and [K], the x-axis and y-axis become rigid and position control becomes possible.

このように仮想コンプライアンス制御を採用すれば、
軸ごとに力と位置の制御モードを切換え、選択すること
ができる。
By adopting virtual compliance control in this way,
Force and position control modes can be switched and selected for each axis.

第2図に示す仮想コンプライアンス制御10は、上述し
た制御演算を実現するため、不感帯演算部11、ばね定数
乗算部12、減算部13、特性補償演算部14を備えている。
The virtual compliance control 10 shown in FIG. 2 includes a dead zone calculation unit 11, a spring constant multiplication unit 12, a subtraction unit 13, and a characteristic compensation calculation unit 14 to realize the above-described control calculation.

このような仮想コンプライアンス制御10を含む第2図
に示す制御手段の全体の機能を、その動作と共に以下に
説明する。まず力センサー6で検出された力はセンサー
の検出中心を座標原点とするセンサー座標系で表わされ
たものなので、これを力演算15を施すことにより作業用
ツール3の任意の点を座標原点とした手先座標系での値
に変換する。次いでこれを座標交換16でベース座標系の
値に変換して を得る。なお、一般にベース座標系とは、ロボット即ち
多自由度作業機械1が据え付けられている空間に固定さ
れた座標系を言い、ここで言うベース座標系とは、直交
3軸の方向がそのベース座標系と一致するという意味
で、原点は手先座標系と同じである。このベース座標系
が、前述した、作業用ツール3が移動する空間を規定す
る直交座標系となる。座標変換16で得られた値 は、力設定装置4より入力された力目標値 (z軸方向の大きさFrのみで他の軸方向の値は零)と比
較器17で比較され、偏差 を得る。
The overall function of the control means shown in FIG. 2 including the virtual compliance control 10 will be described below together with its operation. First, the force detected by the force sensor 6 is represented in a sensor coordinate system having the detection center of the sensor as the coordinate origin. Is converted to a value in the hand coordinate system. Next, this is converted to the value of the base coordinate system by coordinate exchange 16 Get. In general, the base coordinate system refers to a coordinate system fixed in a space in which the robot, that is, the multi-degree-of-freedom work machine 1 is installed, and the direction of three orthogonal axes is the base coordinate system. The origin is the same as the hand coordinate system in the sense that it matches the system. This base coordinate system is the above-described orthogonal coordinate system that defines the space in which the work tool 3 moves. Value obtained by coordinate transformation 16 Is the target force value input from the force setting device 4. (Only the magnitude Fr in the z-axis direction and the values in the other axis directions are zero). Get.

一方、多自由度作業機械1の各関節の軸角度を検出す
るエンコーダ等の角度計7からの軸角度データは角度演
算18により各関節角度 に表わされ、これを位置演算19によりベース座標系での
に変換する。
On the other hand, axis angle data from a goniometer 7 such as an encoder for detecting the axis angle of each joint of the multi-degree-of-freedom work machine 1 Which is calculated by the position calculation 19 in the base coordinate system. Convert to

また作業用ツール3の移動方向を設定する2次元入力
装置5はアナログ入力に比例した位置増分 (x軸に関してΔP(i)x、y軸に関してΔP(i)
y)をある一定周期ごとに算出し、これを位置目標値演
算20で現在の目標位置 に加算することにより、新しい目標位置 を得る。即ち、位置目標値演算20では以下の演算を行
う。
The two-dimensional input device 5 for setting the moving direction of the work tool 3 is a position increment proportional to the analog input. (ΔP (i) for x axis, ΔP (i) for y axis
y) is calculated at regular intervals, and this is calculated by the position target value calculation 20 at the current target position. To the new target position Get. That is, in the position target value calculation 20, the following calculation is performed.

なおこの位置目標値演算20はコントローラ8の側ではな
く、2次元入力装置5の側で行ってもよい。
The position target value calculation 20 may be performed not on the controller 8 side but on the two-dimensional input device 5 side.

位置目標値演算20で演算された値 は位置目標値 として出力され、この値と上述した位置演算19からの値 を比較器21が比較して偏差 を得る。Value calculated by position target value calculation 20 Is the target position value And outputs this value and the value from the position calculation 19 described above. Comparator 21 compares Get.

比較器17での力偏差 と比較器21での位置偏差 は前述した仮想コンプライアンス制御10に入力され、制
御上の特性補償演算を行う。本実施例では上記ベース座
標系のz軸方向に力制御を行い、x軸、y軸方向には位
置制御をするので、z軸に関するばね定数Kの項12を零
とすることによりz軸方向に力制御を実現し、不感帯11
によりx軸方向とy軸方向の力の値 を切り捨てることによりx軸方向及びy軸方向の位置制
御を実現する。このようにして計算された最終の値 はベース座標系で表わされた速度であり、この値 は角速度演算22により多自由度作業機械1の各関節速度 に変換し、次いで減速機等の影響を考慮したモータ速度
演算23を行い、これをサーボアンプ24に出力して多自由
度作業機械1を動かす。
Force deviation at comparator 17 And position deviation at comparator 21 Is input to the virtual compliance control 10 described above, and performs a characteristic compensation operation on the control. In the present embodiment, force control is performed in the z-axis direction of the base coordinate system, and position control is performed in the x-axis and y-axis directions. Force control to achieve dead zone 11
The value of the force in the x- and y-axis directions Is cut off to realize position control in the x-axis direction and the y-axis direction. The final value calculated in this way Is the velocity expressed in the base coordinate system, this value Is the joint velocity of the multi-degree-of-freedom work machine 1 by the angular velocity calculation 22 Then, the motor speed calculation 23 taking into account the influence of the speed reducer and the like is performed, and this is output to the servo amplifier 24 to move the multi-degree-of-freedom work machine 1.

コントローラ8のハード的構成を第3図に示す。CPU3
0は第2図に制御ブロックで示す制御演算の処理を行
う。この処理を行うためのプログラムはROM31に予め入
力されており、計算の途中結果等を納めるためRAM32を
使用する。力設定装置4、2次元入力装置5、力センサ
ー6、角度計7からのアナログ信号はA/D変換器33によ
ってデジタル化され、処理される。力設定装置4にキー
ボード34を使用する場合は、そのデジタル信号は直接入
力される。最終的処理結果はD/A変換器35を通してアナ
ログ化され、サーボアンプ24を通して多自由度作業機械
1を動かす。
FIG. 3 shows a hardware configuration of the controller 8. CPU3
0 performs the processing of the control calculation shown by the control block in FIG. A program for performing this processing is input in the ROM 31 in advance, and the RAM 32 is used to store the results of the calculation and the like. Analog signals from the force setting device 4, the two-dimensional input device 5, the force sensor 6, and the goniometer 7 are digitized and processed by the A / D converter 33. When the keyboard 34 is used for the force setting device 4, the digital signal is directly input. The final processing result is converted into an analog signal through the D / A converter 35, and the multi-degree-of-freedom work machine 1 is moved through the servo amplifier 24.

このように構成された制御装置による曲面倣い動作の
一例を第4図を参照して説明する。図中O−xyzはベー
ス座標系である。作業内容として、ある時間に作業用ツ
ール3がワーク2に の地点で接触しており、この作業用ツール3を次の時間
の地点までワーク2との接触を保ちながら移動させるこ
とを考える。作業員はまず力設定装置4によりベース座
標系のz軸方向の力Frの大きさを入力する。この値は上
述した比較器17に力目標値 として入力され、仮想コンプライアンス制御10の上述し
た機能によりベース座標系のz軸方向に力Frを発生させ
る力制御が行われる。これにより、作業用ツール3は押
付力がFrに一致するようz軸方向に押し付けられる。こ
のような状態で作業員は2次元入力装置5を手動操作
し、そのレバーを の方向に傾ける。2次元入力装置5はその移動方向をベ
ース座標系のx軸とy軸に割り付けており、それに対応
した2種類の信号が上述した位置目標値演算20に入力さ
れる。位置目標値演算20は上述した(2)式により新し
い目標位置 を算出し、これを比較器21に入力し、仮想コンプライア
ンス制御10の上述した機能により位置制御が行われる。
これにより作業用ツール3は、ワーク表面に力Frで押し
付けられながら の地点に到達するまで動かされる。
An example of the curved surface copying operation performed by the control device configured as described above will be described with reference to FIG. In the figure, O-xyz is a base coordinate system. As a work content, at a certain time, the work tool 3 At this point, the work tool 3 will be Let's consider moving to the point 2 while maintaining contact with the work 2. First, the operator inputs the magnitude of the force Fr in the z-axis direction of the base coordinate system using the force setting device 4. This value is output to the comparator 17 And the force control for generating the force Fr in the z-axis direction of the base coordinate system is performed by the above-described function of the virtual compliance control 10. Thus, the work tool 3 is pressed in the z-axis direction so that the pressing force matches Fr. In such a state, the operator manually operates the two-dimensional input device 5 and pushes the lever thereof. Tilt in the direction of. The two-dimensional input device 5 assigns the moving direction to the x-axis and the y-axis of the base coordinate system, and two types of signals corresponding to the directions are input to the position target value calculation 20 described above. The position target value calculation 20 is based on the above-mentioned equation (2). Is calculated and input to the comparator 21, and the position control is performed by the above-described function of the virtual compliance control 10.
As a result, the work tool 3 is pressed against the work surface with the force Fr. Moved until you reach the point.

従って以上のように、作業員は力設定装置4を任意の
値に設定しておけば、2次元入力装置5を手動操作する
だけで作業用ツール3をワーク表面の曲面に倣って所定
の押付力で自由に移動させることができる。
Therefore, as described above, if the operator sets the force setting device 4 to an arbitrary value, the operator manually operates the two-dimensional input device 5 to press the work tool 3 according to the curved surface of the work surface in a predetermined manner. It can be moved freely by force.

以上の実施例は、2次元入力装置5で設定された作業
用ツール3の移動方向を位置の目標値(位置増分)とし
て入力した例であるが、作業用ツールの移動方向を速度
の目標値として入力することもできる。第5図はこのよ
うな実施例を示すもので、この制御ブロックにおいて
は、位置のフィードバックを取り去り、2次元入力装置
5からの入力信号はそのまま として速度目標値の形で入力される。このように構成す
ることにより、前述した(2)式で示す目標位置がロボ
ットの運動特性により大きく現在位置とずれてしまい、
2次元入力装置からの入力を切った後でもまだロボット
が動いているというような不具合がなくなる。
In the above embodiment, the moving direction of the working tool 3 set by the two-dimensional input device 5 is input as a target value of position (position increment). Can also be entered as FIG. 5 shows such an embodiment. In this control block, the position feedback is removed and the input signal from the two-dimensional input device 5 is left as it is. Is input in the form of a speed target value. With such a configuration, the target position represented by the above-described equation (2) greatly deviates from the current position due to the motion characteristics of the robot.
Even if the input from the two-dimensional input device is cut off, the problem that the robot is still moving is eliminated.

また2次元入力装置5で設定された作業用ツール3の
移動方向を力の目標値として入力することもできる。第
6図はこのような実施例を示すもので、この制御ブロッ
クにおいては、ばね定数乗算部12のKも含めて位置のフ
ィードバックを取り去り、力目標値側のx軸とy軸の入
力に2次元入力装置5からの情報が入力される。これに
より、例えばロボットの進行方向に障害があり、これに
ロボットが衝突したとすると第2図の位置目標値や第5
図の速度目標値で移動方向を指示した場合には、目標と
実際とのずれにより位置或いは速度のフィードバックゲ
インが高くなり、ロボットが損傷するか、ワークがこわ
れてしまう等の不具合があるが、本実施例のように力で
移動方向を入力すれば、設定された押し付け力で作業用
ツール3とワーク2が接触するだけで問題がなくなり、
有利である。
In addition, the moving direction of the work tool 3 set by the two-dimensional input device 5 can be input as a target force value. FIG. 6 shows such an embodiment. In this control block, the feedback of the position including K of the spring constant multiplying unit 12 is removed, and 2 is applied to the input of the x-axis and the y-axis on the force target value side. Information from the dimension input device 5 is input. As a result, for example, if there is an obstacle in the traveling direction of the robot and the robot collides with the obstacle, the position target value shown in FIG.
When the moving direction is instructed by the speed target value shown in the figure, the position or speed feedback gain is increased due to the difference between the target and the actual, and there is a problem that the robot is damaged or the work is broken. If the moving direction is input by force as in the present embodiment, there is no problem just by contacting the work tool 3 and the work 2 with the set pressing force,
It is advantageous.

第7図を参照して本発明のさらに他の実施例を説明す
る。図中第2図と同等の部材には同じ符号を付してい
る。以上の実施例は、作業用ツール3が移動する空間を
規定する直交座標系としてベース座標系を定め、仮想コ
ンプライアンス制御10における制御演算をそのベース座
標系で行った。しかしながら、直交座標系としては、ワ
ーク表面に接触する作業用ツール3の先端に原点を有
し、そのワーク表面の法線方向を3軸のうちの1軸とす
るワーク表面座標系を定めることができ、第7図はこの
ような実施例を示すものである。
Still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same members as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In the above embodiment, the base coordinate system is defined as an orthogonal coordinate system that defines the space in which the work tool 3 moves, and the control calculation in the virtual compliance control 10 is performed in the base coordinate system. However, as a rectangular coordinate system, a work surface coordinate system having an origin at the tip of the work tool 3 in contact with the work surface and having the normal direction of the work surface as one of the three axes may be defined. FIG. 7 shows such an embodiment.

即ち第7図において、座標変換16でベース座標系に変
換された力センサー6の値は、後述する方法により座標
交換40でワーク表面座標系の値 に変換され、この値 を比較器17で演算処理した後、仮想コンプライアンス制
御10に入力する。
That is, in FIG. 7, the value of the force sensor 6 converted into the base coordinate system by the coordinate conversion 16 is converted into the value of the workpiece surface coordinate system by the coordinate exchange 40 by a method described later. Is converted to Are processed by the comparator 17 and then input to the virtual compliance control 10.

一方、2次元入力装置5の移動方向はワーク表面座標
系での設定と考え、2次元入力装置5のアナログ入力に
比例した位置増分 (x軸に関してΔP(i)x、y軸に関してΔP(i)
y)を座標変換41でベース座標系に変換し、これを位置
目標値演算20で現在の目標位置 に加算することにより、新しい目標位置 を得て位置目標値 として出力する。この値 と位置演算19で得られた値 を比較器21によって比較してベース座標系での位置偏差 を得て、この値を座標変換42でワーク表面座標系での値 に変換し、この値をコンプライアンス制御10に入力す
る。
On the other hand, the moving direction of the two-dimensional input device 5 is assumed to be set in the work surface coordinate system, and the position increment is proportional to the analog input of the two-dimensional input device 5. (ΔP (i) for x axis, ΔP (i) for y axis
y) is converted to a base coordinate system by a coordinate conversion 41, and this is converted to a current target position by a position target value calculation 20. To the new target position To get the position target value Output as This value And the value obtained by position calculation 19 Are compared by the comparator 21 to calculate the position deviation in the base coordinate system. And convert this value to the value in the workpiece surface coordinate system by coordinate transformation 42. And inputs this value to the compliance control 10.

さらに仮想コンプライアンス制御10で演算された値 はワーク表面座標系で表わされた速度であるので、これ
を座標変換43によりベース座標系で表わした値 に変換し、これを角速度演算22に入力する。
Furthermore, the value calculated by virtual compliance control 10 Is the velocity expressed in the work surface coordinate system, and is the value expressed in the base coordinate system by the coordinate conversion 43. And inputs this to the angular velocity calculation 22.

上記座標変換40〜43では、ベース座標系からワーク座
標系への変換又はワーク座標系からベース座標系への変
換を行うための座標交換行列用のデータとして、ワーク
表面座標系を演算することが必要である。第8図はこの
演算を行うための制御ブロックを示す。作業用ツール3
がワーク表面に接触しているときは、作業用ツール3に
は力の反作用として接平面の法線方向に反力が作用し、
この反力が力センサー6により検出される。この検出さ
れた反力は座標変換16でベース座標系に変換される。こ
のベース座標系に変換された反力をワーク表面座標系の
演算のために用いる。即ち、法線方向演算44でベース座
標系に変換された反力の方向をワーク表面の法線の方向
とする。次いでワーク表面座標系座標軸演算45におい
て、ベース座標系に変換された反力の方向に一致する法
線方向をワーク表面座標系のzi軸の方向と定める。また
ワーク表面座標系座標軸演算45にはベース座標系Ob−xb
ybzb(第9図参照)のデータが予め入力されており、ベ
ース座標系のxb−zb平面内にあり、上記求められたzi軸
と垂直方向にxi軸を取る。さらにZ軸、x軸に垂直で、
座標系が右手系となるようにyi軸を定める。これにより
ワーク表面に接触する作業用ツール3の先端に原点を有
するワーク表面座標系が定義できる。このワーク表面座
標系のデータを座標変換40〜43へ送り、各座標変換40〜
43でワーク座標系とベース座標系との間の変換行列を演
算し、それぞれの座標変換を行う。
In the coordinate conversions 40 to 43, the work surface coordinate system may be calculated as data for a coordinate exchange matrix for performing a conversion from the base coordinate system to the work coordinate system or a conversion from the work coordinate system to the base coordinate system. is necessary. FIG. 8 shows a control block for performing this calculation. Work tools 3
Is in contact with the workpiece surface, a reaction force acts on the work tool 3 in the direction normal to the tangent plane as a reaction of the force,
This reaction force is detected by the force sensor 6. The detected reaction force is converted to a base coordinate system by a coordinate conversion 16. The reaction force converted into the base coordinate system is used for calculating the workpiece surface coordinate system. That is, the direction of the reaction force converted to the base coordinate system by the normal direction calculation 44 is set as the direction of the normal to the work surface. Next, in the work surface coordinate system coordinate axis calculation 45, the normal direction that matches the direction of the reaction force converted into the base coordinate system is determined as the direction of the zi axis in the work surface coordinate system. In addition, the work surface coordinate system coordinate axis calculation 45 includes the base coordinate system Ob-xb
The data of ybzb (see FIG. 9) is input in advance, is in the xb-zb plane of the base coordinate system, and takes the xi axis in the direction perpendicular to the zi axis obtained above. Further perpendicular to the Z axis and x axis,
The yi axis is determined so that the coordinate system is a right-handed system. Thus, a work surface coordinate system having an origin at the tip of the work tool 3 that comes into contact with the work surface can be defined. This work surface coordinate system data is sent to coordinate conversions 40 to 43, and each coordinate conversion
At 43, a transformation matrix between the work coordinate system and the base coordinate system is calculated, and each coordinate transformation is performed.

この実施例による曲面倣い動作の一例を第9図及び第
10図を参照して説明する。図中、ベース座標系をOb−xb
ybzbで表わす。作業内容として、前述した実施例と同
様、ある時間に作業用ツール3がワーク2に の地点で接触しており、作業用ツール3を次の時間に の地点までワーク2との接触を保ちながら移動させるこ
とを考える。作業員はまず力設定装置4によりワーク表
面座標系のz軸方向の力Frの大きさを入力する。この値
は上述した比較器17に力目標値 として入力される。一方、作業用ツール3はワーク表面
に接触しているので、力センサー6により反力が検出さ
れ、上述したようにワーク表面座標系座標軸演算44で演
算されたワーク表面座標系のデータが座標交換40〜43へ
送られ、力設定装置4の目標力Frは、座標変換40でワー
ク表面座標系に変換された力と比較器17で比較され、仮
想コンプライアンス制御10の上述した機能によりワーク
表面座標系のz軸方向に力Frを発生させる力制御が行わ
れる。これにより、作業用ワーク3はワーク表面の法線
方向に押付力Frで押し付けられる。このような状態で作
業員は2次元入力装置5を手動操作し、そのレバーを の方向に傾ける。2次元入力装置5はその移動方向をワ
ーク表面座標系のxi軸とyi軸に割り付けており、それに
対応した2種類の信号が上述した座標交換41及び位置目
標値演算20に入力される。座標交換41では2次元入力装
置5の目標位置をベース座標系に変換し、位置目標値演
算20で演算された新しい目標位置 を比較器21に入力し、仮想コンプライアンス制御10の上
述した機能により位置制御を行う。これにより作業用ツ
ール3は、ワーク表面の法線方向に力Frで押し付けられ
ながら の地点に到達するまで動かされる。
An example of the curved surface copying operation according to this embodiment is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the figure, the base coordinate system is Ob-xb
Expressed as ybzb. As in the work contents, the work tool 3 is transferred to the work 2 at a certain time, as in the above-described embodiment. At the point of, the work tool 3 Let's consider moving to the point 2 while maintaining contact with the work 2. First, the operator inputs the magnitude of the force Fr in the z-axis direction of the work surface coordinate system using the force setting device 4. This value is output to the comparator 17 Is entered as On the other hand, since the work tool 3 is in contact with the work surface, the reaction force is detected by the force sensor 6, and the data of the work surface coordinate system calculated by the work surface coordinate system coordinate axis calculation 44 as described above is subjected to coordinate exchange. 40 to 43, the target force Fr of the force setting device 4 is compared by the comparator 17 with the force converted to the work surface coordinate system by the coordinate conversion 40, and the work surface coordinate is calculated by the above-described function of the virtual compliance control 10. Force control for generating a force Fr in the z-axis direction of the system is performed. As a result, the work 3 is pressed with the pressing force Fr in the direction normal to the surface of the work. In such a state, the operator manually operates the two-dimensional input device 5 and pushes the lever thereof. Tilt in the direction of. The two-dimensional input device 5 assigns the movement direction to the xi axis and the yi axis of the workpiece surface coordinate system, and two types of signals corresponding to the axes are input to the coordinate exchange 41 and the position target value calculation 20 described above. In the coordinate exchange 41, the target position of the two-dimensional input device 5 is converted into the base coordinate system, and the new target position calculated by the position target value calculation 20 is calculated. Is input to the comparator 21, and the position control is performed by the above-described function of the virtual compliance control 10. As a result, the work tool 3 is pressed by the force Fr in the normal direction of the work surface. Moved until you reach the point.

これにより作業員は、2次元入力装置5のレバーを操
作することによって、作業用ツール3を任意の位置に移
動することができ、しかも、ワーク表面座標系 はある一定の周期によって、その時点で検出された反力
方向を基に逐次更新されて行くので、曲面が複雑であっ
ても、移動方向を勘違いすることがなく容易に曲面倣い
動作の作業を行うことができる。
Thus, the operator can move the work tool 3 to an arbitrary position by operating the lever of the two-dimensional input device 5, and furthermore, the work surface coordinate system Is continuously updated based on the reaction force direction detected at that point in time, so even if the curved surface is complicated, it is possible to easily perform the curved surface copying operation without misunderstanding the moving direction. It can be carried out.

なおこの実施例は、2次元入力装置5で設定された作
業用ツール3の移動方向を位置の目標値(位置増分)と
して入力した例であるが、第2図に示した実施例と同
様、作業用ツールの移動方向を速度の目標値又は力の目
標値として入力することができ、この場合は、第5図及
び第6図に対応して第11図及び第12図に示すように構成
することができる。このように構成することにより、第
5図及び第6図に示した実施例と同様の作用効果を得る
ことができる。
This embodiment is an example in which the moving direction of the work tool 3 set by the two-dimensional input device 5 is input as a target value (position increment) of the position, but similar to the embodiment shown in FIG. The moving direction of the working tool can be input as a target value of speed or a target value of force. In this case, as shown in FIGS. 11 and 12, corresponding to FIGS. can do. With this configuration, it is possible to obtain the same functions and effects as those of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6.

本発明のさらに他の実施例を第13図ないし第14図を参
照して説明する。第13図において第7図に示す部材と同
等の部材には同じ符号を付してある。この実施例はさら
に、2次元入力装置で設定された作業用ツールの移動方
向と力センサーで検出された反力とから、作業用ツール
に予め定めたワーク表面座標系の1軸を前記ワーク表面
の法線方向に一致させる位置の目標値を演算し、この位
置の目標値に基づき作業用ツールの姿勢をも制御しよう
とするものである。本実施例では多自由度作業機械1と
して5自由度のロボットを使用し、力センサー6に3軸
方向の軸力とモーメントが測れるものを使用する。
Still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 13, the same members as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, one axis of the work surface coordinate system predetermined for the work tool is determined based on the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input device and the reaction force detected by the force sensor. A target value at a position to be matched with the normal direction is calculated, and the attitude of the working tool is also controlled based on the target value at this position. In this embodiment, a five-degree-of-freedom robot is used as the multi-degree-of-freedom work machine 1, and a force sensor 6 that can measure axial forces and moments in three axial directions is used.

第13図において、2次元入力装置5のアナログ入力に
比例した位置増分 (x軸に関してΔP(i)x、y軸に関してΔP(i)
y)はワーク表面座標系で表現された値をとる。この位
置増分 を座標変換41でベース座標系の値に変換し、これから前
述した実施例と同様、位置目標値演算20で位置目標値 を演算して得る。一方、座標変換16でベース座標系に変
換された力から演算部51で大きさを1とした力の反力方
向ベクトルを演算し、この反力方向ベクトルを上記位置
目標値xrに加算器52で加え合わせ、後述する作業用ツー
ル3に定義されたツール座標系Oti−xtiytizti(第14図
参照)のzti軸を当該反力ベクトル方向に向けさせる姿
勢制御を含む位置目標値x′rを得る。
In FIG. 13, the position increment proportional to the analog input of the two-dimensional input device 5 (ΔP (i) for x axis, ΔP (i) for y axis
y) takes a value expressed in the work surface coordinate system. This position increment Is converted to a value of the base coordinate system by a coordinate conversion 41, and the position target value Is calculated. On the other hand, a calculating unit 51 calculates a reaction force direction vector of a force whose magnitude is 1 from the force converted into the base coordinate system by the coordinate conversion 16, and adds the reaction force direction vector to the position target value xr by the adder 52. To obtain a position target value x′r including a posture control for orienting the zti axis of the tool coordinate system Oti-xtiytizti (see FIG. 14) defined in the work tool 3 described later in the direction of the reaction force vector. .

この実施例による曲面倣い動作の一例を第14図及び第
15図を参照して説明する。図中、ベース座標系をOb−xb
ybzbで表わす。また作業用ツール上に固定されツールの
移動と共に移動する座標系をOti−xtiytiztiで表わす。
作業内容として、前述した実施例と同様、ある時間に作
業用ツール3がワーク2に の地点で接触しており、この作業用ツール3を次の時間
の地点までワーク2との接触を保ちながら移動させるこ
とを考える。力設定装置で設定された目標力Frにより、
作業用ワーク3がワーク表面の法線方向に押付力Frで押
し付けられるのは前述した第7図に示す実施例と同様で
ある。このような状態で作業員は2次元入力装置5を手
動操作し、そのレバーを の方向に傾ける。2次元入力装置5はその移動方向をワ
ーク表面座標系のxi軸とyi軸に割り付けており、それに
対応した2種類の信号を出力する。この信号は座標交換
41、位置目標値演算20、加算器52で上述した演算処理を
施され、位置目標値 を比較器21に入力し、仮想コンプライアンス制御10によ
り位置制御を行う。これにより作業用ツール3は、ワー
ク表面の法線方向に力Frで押し付けられながら の地点に到達するまで動かされると共に、座標系Oti−x
tiytiztiのzti軸が検出された力の方向に一致するよう
姿勢が制御される。ここで作業用ツール3の軸方向にzt
i軸をとると、作業用ツール3とワーク2の接触点位置O
iは変化せず、作業用ツールの軸方向が検出された力の
方向に一致するよう姿勢が制御される。即ち、第14図及
び第15図において、 の地点でzti−1の方向に姿勢が向いているツール3は の地点で、検出された力の方向に一致するようにztiに
姿勢を向け、 の地点ではzti+1の方向に姿勢が向いている。
An example of the curved surface copying operation according to this embodiment is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the figure, the base coordinate system is Ob-xb
Expressed as ybzb. The coordinate system fixed on the work tool and moving with the movement of the tool is represented by Oti-xtiytizti.
As in the work contents, the work tool 3 is transferred to the work 2 at a certain time, as in the above-described embodiment. At this point, the work tool 3 will be Let's consider moving to the point 2 while maintaining contact with the work 2. By the target force Fr set by the force setting device,
The work 3 is pressed by the pressing force Fr in the normal direction of the work surface in the same manner as in the embodiment shown in FIG. In such a state, the operator manually operates the two-dimensional input device 5 and pushes the lever thereof. Tilt in the direction of. The two-dimensional input device 5 assigns the moving direction to the xi axis and the yi axis of the workpiece surface coordinate system, and outputs two types of signals corresponding to the axes. This signal is coordinate exchange
41, position target value calculation 20 Is input to the comparator 21, and the position is controlled by the virtual compliance control 10. As a result, the work tool 3 is pressed by the force Fr in the normal direction of the work surface. Is moved until the point is reached, and the coordinate system Oti−x
The posture is controlled so that the zti axis of tiytizti matches the direction of the detected force. Here, zt in the axial direction of the work tool 3
When the i axis is taken, the contact point position O between the work tool 3 and the work 2
The posture is controlled so that i does not change and the axial direction of the work tool matches the direction of the detected force. That is, in FIGS. 14 and 15, The tool 3 whose posture is in the direction of zti-1 at the point of At the point of, turn the posture to zti so that it matches the direction of the detected force, At point, the posture is oriented in the direction of zti + 1.

の地点における点線はzti−1の方向を示している。 The dotted line at the point indicates the direction of zti-1.

このように作業用ツールの姿勢を力の反力によって制
御することにより、作業用ツールをワーク表面に対し一
定の角度を保って押付けて移動させることができるの
で、曲面倣い動作をより容易に行うことができる。
By controlling the posture of the work tool by the reaction force of the force as described above, the work tool can be pressed and moved while maintaining a certain angle with respect to the work surface, so that the curved surface copying operation can be performed more easily. be able to.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.

1.ワークの曲面の形状にとらわれず平面内の移動と同じ
感覚で倣いを行うことができるため、操作が簡単で疲れ
にくい。
1. Since copying can be performed with the same feeling as moving in a plane regardless of the shape of the curved surface of the work, operation is easy and fatigue is reduced.

2.ティーチングに応用した場合は、操作の単純化により
ティーチングを行う速さが増す。このとき作業用ツール
の姿勢をも制御した場合には、姿勢のティーチングが不
要となり、ティーチングをさらに速く行うことができ
る。
2. When applied to teaching, simplification of operation increases teaching speed. At this time, if the attitude of the work tool is also controlled, teaching of the attitude is not required, and teaching can be performed more quickly.

3.グラインダがけ等においては、作業用ツールを手に持
つ必要がないため疲労が少ない。
3. In the case of grinders, etc., there is no need to hold working tools in hand, so there is little fatigue.

4.直交座標系としてワーク表面座標系を定めた場合に
は、移動方向が曲面に沿っているので感覚的に距離や速
度が分かり易く、操作性がさらに良くなる。
4. When the work surface coordinate system is defined as the orthogonal coordinate system, the moving direction is along the curved surface, so that the distance and speed can be easily perceived intuitively, and the operability is further improved.

5.作業用ツールの姿勢をも制御した場合には、グライン
ダがけ等において、作業用ツールをワーク表面に対して
常に一定の角度を保って押し付けることができるので、
加工精度が向上する。
5. If the posture of the work tool is also controlled, the work tool can always be pressed at a fixed angle against the work surface when grindering, etc.
Processing accuracy is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例による多自由度作業機械の曲
面倣い制御装置の全体を示す概略図であり、第2図はそ
の制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第
3図はその制御装置のハード構成を示す概略図であり、
第4図は同制御装置による曲面倣い動作を説明するため
の説明であり、第5図は本発明の他の実施例による曲面
倣い制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、
第6図は本発明のさらに他の実施例による曲面倣い制御
装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第7図は
本発明のなおさらに他の実施例による曲面倣い制御装置
の制御内容を示す制御ブロック図であり、第8図はその
制御装置のワーク表面座標系演算のための制御内容を示
す制御ブロック図であり、第9図は同制御装置による曲
面倣い動作を説明するための説明図であり、第10図
(A)及び(B)はそれぞれ第9図のX(A)−X
(A)線及びX(B)−X(B)線に沿った断面図であ
り、第11図は本発明のさらに他の実施例による曲面倣い
制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第12
図は本発明のまたさらに他の実施例による曲面倣い制御
装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第13図は
本発明のさらに他の実施例による曲面倣い制御装置の制
御内容を示す制御ブロック図であり、第14図はその制御
装置による曲面倣い動作を説明するための説明図であ
り、第15図(A)及び(B)はそれぞれ第14図のXV
(A)−XV(A)線及びXV(B)−XV(B)線に沿った
断面図であり、第16図は従来の曲面倣い制御装置を示す
概略図である。 符号の説明 1…多自由度作業機械、2…ワーク 3…作業用ツール、4…力設定装置 5…2次元入力装置、6…力センサー 7…角度計 10…仮想コンプライアンス制御 40〜43…座標変換、44…法線方向演算 45…ワーク表面座標系座標軸演算 51…力の反力方向ベクトル演算
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire curved surface copying control device for a multi-degree-of-freedom work machine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a control block diagram showing the control contents of the control device. The figure is a schematic diagram showing the hardware configuration of the control device,
FIG. 4 is a diagram for explaining a curved surface copying operation by the control device. FIG. 5 is a control block diagram showing control contents of a curved surface copying control device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control block diagram showing control contents of a curved surface copying control device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a control content of a curved surface copying control device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a control block diagram showing control contents for calculating a work surface coordinate system of the control device, and FIG. 9 is a description for explaining a curved surface copying operation by the control device. 10 (A) and (B) are X (A) -X in FIG. 9 respectively.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line (A) and the line X (B) -X (B), and FIG. 11 is a control block diagram showing control contents of a curved surface copying control device according to still another embodiment of the present invention. , Twelfth
FIG. 13 is a control block diagram showing control contents of a curved surface copying control device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a control diagram showing control contents of a curved surface copying control device according to still another embodiment of the present invention. FIG. 14 is a block diagram, and FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a curved surface copying operation by the control device. FIGS. 15 (A) and (B) are XV in FIG.
FIG. 16 is a sectional view taken along lines (A) -XV (A) and XV (B) -XV (B), and FIG. 16 is a schematic view showing a conventional curved surface copying control device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multi-degree-of-freedom work machine, 2 ... Work 3 ... Work tool, 4 ... Force setting device 5 ... 2D input device, 6 ... Force sensor 7 ... Angle meter 10 ... Virtual compliance control 40-43 ... Coordinate Conversion, 44: Normal direction calculation 45: Work surface coordinate system coordinate axis calculation 51: Force reaction force vector calculation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05B 19/4097 G05D 3/00 N 19/427 G05B 19/42 G G05D 3/00 19/403 C (72)発明者 山田 一徳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭63−203218(JP,A) 特開 平1−197811(JP,A) 特開 昭63−196367(JP,A) 特開 昭63−47042(JP,A) 特開 昭50−61793(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 3/00 - 3/12 G05B 19/42 B23Q 35/00────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G05B 19/4097 G05D 3/00 N 19/427 G05B 19/42 G G05D 3/00 19/403 C (72) Inventor Kazunori Yamada 650, Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura Plant (56) References JP-A-63-203218 (JP, A) JP-A-1-1978111 (JP, A) JP-A-63-196367 ( JP, A) JP-A-63-47042 (JP, A) JP-A-50-61793 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05D 3/00-3/12 G05B 19/42 B23Q 35/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】作業用ツールをワーク表面に接触させ任意
の位置に移動可能な多自由度作業機械の曲面倣い制御装
置において、 作業用ツールに加わる力の大きさを設定する力設定手段
と、作業用ツールの移動方向を設定する手動式のジョイ
スティックからなる2次元入力手段と、作業用ツールが
移動する空間を規定する直交座標系として、多自由度作
業機械が据え付けられている空間に固定されたベース座
標系を定め、その直交3軸のうちの1軸について前記力
設定手段で設定された力の大きさを指示する演算制御を
行い、残りの2軸について前記2次元入力手段で設定さ
れた移動方向を指示する制御演算を行う制御手段とを有
することを特徴とする曲面倣い制御装置。
1. A curved surface copying control device for a multi-degree-of-freedom work machine, wherein a work tool is brought into contact with a work surface and can be moved to an arbitrary position, a force setting means for setting a magnitude of a force applied to the work tool, Two-dimensional input means consisting of a manual joystick for setting the moving direction of the work tool, and a rectangular coordinate system defining the space in which the work tool moves are fixed to the space where the multi-degree-of-freedom work machine is installed. A base coordinate system is defined, arithmetic control is performed for one of the three orthogonal axes to indicate the magnitude of the force set by the force setting means, and the remaining two axes are set by the two-dimensional input means. And control means for performing a control operation for instructing the moving direction.
【請求項2】作業用ツールをワーク表面に接触させ任意
の位置に移動可能な多自由度作業機械の曲面倣い制御装
置において、 作業用ツールに加わる力の大きさを設定する力設定手段
と、作業用ツールの移動方向を設定する手動式のジョイ
スティックからなる2次元入力手段と、作業用ツールが
移動する空間を規定する直交座標系として、ワーク表面
に接触する作業用ツールの先端に原点を有し、そのワー
ク表面の法線方向を3軸のうちの1軸とするワーク表面
座標系を定め、その直交3軸のうちの法線方向の1軸に
ついて前記力設定手段で設定された力の大きさを指示す
る演算制御を行い、残りの2軸について前記2次元入力
手段で設定された移動方向を指示する制御演算を行う制
御手段とを有することを特徴とする曲面倣い制御装置。
2. A curved surface copying control device for a multi-degree-of-freedom work machine, wherein the work tool is brought into contact with a work surface and can be moved to an arbitrary position, wherein force setting means for setting a magnitude of a force applied to the work tool; Two-dimensional input means consisting of a manual joystick that sets the direction of movement of the work tool, and an origin at the tip of the work tool that contacts the work surface as a rectangular coordinate system that defines the space in which the work tool moves. Then, a work surface coordinate system in which the normal direction of the work surface is one of the three axes is determined, and the force set by the force setting means is determined for one of the three orthogonal axes in the normal direction. Control means for performing arithmetic control for specifying the size and performing control calculation for specifying the moving direction set by the two-dimensional input means for the remaining two axes.
【請求項3】前記制御手段が、力検出手段で検出された
作業用ツールとワーク表面との接触点の反力からワーク
表面の法線方向を演算して前記ワーク表面座標系を定め
ることを特徴とする請求項2記載の曲面倣い制御装置。
3. The work surface coordinate system is determined by calculating the normal direction of the work surface from the reaction force of the contact point between the work tool and the work surface detected by the force detection device. 3. The curved surface copying control device according to claim 2, wherein:
【請求項4】前記制御手段が、仮想コンプライアンス制
御による制御演算を行うことを特徴とする請求項1又は
2記載の曲面倣い制御装置。
4. The curved surface copying control apparatus according to claim 1, wherein said control means performs control calculation by virtual compliance control.
【請求項5】前記制御手段が、前記2次元入力手段で設
定された作業用ツールの移動方向を位置の目標値として
入力することを特徴とする請求項1又は2記載の曲面倣
い制御装置。
5. The curved surface copying control apparatus according to claim 1, wherein the control means inputs the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means as a target value of the position.
【請求項6】前記制御手段が、前記2次元入力手段で設
定された作業用ツールの移動方向を速度の目標値として
入力することを特徴とする請求項1又は2記載の曲面倣
い制御装置。
6. The curved surface copying control apparatus according to claim 1, wherein the control means inputs the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means as a target value of speed.
【請求項7】前記制御手段が、前記2次元入力手段で設
定された作業用ツールの移動方向を力の目標値として入
力することを特徴とする請求項1又は2記載の曲面倣い
制御装置。
7. The curved surface copying control device according to claim 1, wherein the control means inputs the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means as a target value of force.
【請求項8】前記制御手段が、前記2次元入力手段で設
定された作業用ツールの移動方向と前記力検出手段で検
出された反力から、作業用ツールに予め定めた前記ワー
ク表面座標系の1軸を前記ワーク表面の法線方向に一致
させる位置の目標値を演算し、この位置の目標値に基づ
き作業用ツールの姿勢をも指示する制御演算を行うこと
を特徴とする請求項2記載の曲面倣い制御装置。
8. The work surface coordinate system predetermined for the work tool based on the moving direction of the work tool set by the two-dimensional input means and the reaction force detected by the force detection means. A control value for calculating a target value at a position where one of the axes coincides with the normal direction of the work surface, and performing a control calculation for instructing also a posture of the work tool based on the target value at the position. The curved surface copying control device as described in the above.
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