JP3084389B2 - トラス構造物組立てロボット - Google Patents
トラス構造物組立てロボットInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［概要］ トラス構造物を組み立てるトラス構造物組立てロボッ
トに関し、 簡単な制御でトラス構造物の組立てを行うことができ
る高速動作に適したトラス構造物組立てロボットを実現
することを目的とし、 多関節型ロボットと、多関節型ロボットのハンドに加
わる力・トルクを検出する６軸力センサと、６軸力セン
サの出力に基づき多関節型ロボットのハンドの位置・姿
勢を制御してトラス構造物組立て材を嵌合させる制御を
行うロボット制御装置とを備えたトラス構造物組立てロ
ボットにおいて、嵌合部を有するトラス構造物組立て材
を嵌合させる時に、６軸センサが受ける力に基づき慣性
項とバネ項を除いた粘性項からなる運動方程式を立てて
ハンドの速度を算出してハンドの位置制御を行うように
構成される。
トに関し、 簡単な制御でトラス構造物の組立てを行うことができ
る高速動作に適したトラス構造物組立てロボットを実現
することを目的とし、 多関節型ロボットと、多関節型ロボットのハンドに加
わる力・トルクを検出する６軸力センサと、６軸力セン
サの出力に基づき多関節型ロボットのハンドの位置・姿
勢を制御してトラス構造物組立て材を嵌合させる制御を
行うロボット制御装置とを備えたトラス構造物組立てロ
ボットにおいて、嵌合部を有するトラス構造物組立て材
を嵌合させる時に、６軸センサが受ける力に基づき慣性
項とバネ項を除いた粘性項からなる運動方程式を立てて
ハンドの速度を算出してハンドの位置制御を行うように
構成される。
［産業上の利用分野］ 本発明はトラス構造物を組み立てるトラス構造物組立
てロボットに関する。
てロボットに関する。
一般にトラス構造物の組立てをロボットにより行うこ
とは、時間や費用の面から不利であり、従来はこれらの
作業は人手で行われている。しかし例えば宇宙ステーシ
ョンや宇宙プラットホームなどのトラス構造物の組立て
を宇宙で行う場合、人間が行うのでは安全性や作業時間
の制限などの点で問題があり、したがって有人作業を代
替えするトラス構造物組立てロボットが必要とされる。
とは、時間や費用の面から不利であり、従来はこれらの
作業は人手で行われている。しかし例えば宇宙ステーシ
ョンや宇宙プラットホームなどのトラス構造物の組立て
を宇宙で行う場合、人間が行うのでは安全性や作業時間
の制限などの点で問題があり、したがって有人作業を代
替えするトラス構造物組立てロボットが必要とされる。
［従来の技術］ 従来、トラス構造物の組立て作業をロボットで行うた
めの制御手法として、インピーダンス制御と呼ばれる制
御手法が知られている。この制御手法は、第９図に示さ
れるように、バネとダッシュポンプによって支えられて
いる質量のある物体の運動を模擬してロボットの手先を
動かすものである。
めの制御手法として、インピーダンス制御と呼ばれる制
御手法が知られている。この制御手法は、第９図に示さ
れるように、バネとダッシュポンプによって支えられて
いる質量のある物体の運動を模擬してロボットの手先を
動かすものである。
またダッシュポンプとバネによる系と等価な制御を、
ロボットのハンドの速度・角速度を制御することによっ
て実現するインピーダンス制御もある。このインピーダ
ンス制御は、位置・姿勢に関して各々仮想的に物体の運
動方程式を立てて、それを速度・角速度につき実時間で
解きながらロボットのハンド部分を動かすものである。
ロボットのハンドの速度・角速度を制御することによっ
て実現するインピーダンス制御もある。このインピーダ
ンス制御は、位置・姿勢に関して各々仮想的に物体の運
動方程式を立てて、それを速度・角速度につき実時間で
解きながらロボットのハンド部分を動かすものである。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の方法で運動方程式を解いて速度・角速度を求め
てロボット制御を行う手法では、運動方程式が複雑であ
るため、これを解くのに時間がかかり、ロボットの高速
動作化に適していない。
てロボット制御を行う手法では、運動方程式が複雑であ
るため、これを解くのに時間がかかり、ロボットの高速
動作化に適していない。
したがって本発明の目的は、簡単な制御でトラフ構造
物の組立てを行うことができる高速動作に適したトラス
構造物組立てロボットを提供することにある。
物の組立てを行うことができる高速動作に適したトラス
構造物組立てロボットを提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明に係る原理説明図である。
本発明に係るトラフ構造物組立てロボットは、一つの
形態として、多関節ロボット21と、多関節型ロボット21
のハンドル24に加わる力・トルクを検出する６軸力セン
サ22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボッ
ト21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組
立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを
備えたトラス構造物組立てロボットにおいて、嵌合部を
有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時に、６軸力
センサ22が受ける力に基づき慣性項とバネ項を除いた粘
性項からなる運動方程式を立ててハンド24の速度を算出
してハンド24の位置制御を行うように構成される。
形態として、多関節ロボット21と、多関節型ロボット21
のハンドル24に加わる力・トルクを検出する６軸力セン
サ22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボッ
ト21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組
立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを
備えたトラス構造物組立てロボットにおいて、嵌合部を
有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時に、６軸力
センサ22が受ける力に基づき慣性項とバネ項を除いた粘
性項からなる運動方程式を立ててハンド24の速度を算出
してハンド24の位置制御を行うように構成される。
本発明に係るトラス構造物組立てロボットは、他の形
態として、多関節型ロボット21と、多関節型ロボット21
のハンド24に加わる力・トルクを検出する６軸力センサ
22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボット
21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組立
て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを備
えたトラス構造物組立てロボットにおいて、６軸力セン
サ22が受けた力と直交する面における、予め指定された
方向のベクトルの上記直交する面への投影成分の方向を
速度方向としてハンド24を移動させるように構成され
る。
態として、多関節型ロボット21と、多関節型ロボット21
のハンド24に加わる力・トルクを検出する６軸力センサ
22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボット
21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組立
て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを備
えたトラス構造物組立てロボットにおいて、６軸力セン
サ22が受けた力と直交する面における、予め指定された
方向のベクトルの上記直交する面への投影成分の方向を
速度方向としてハンド24を移動させるように構成され
る。
本発明に係るトラス構造物組立ロボットは、また他の
形態として、多関節型ロボット21と、多関節型ロボット
21のハンド24に加わる力・トルクを検出する６軸力セン
サ22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボッ
ト21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組
立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを
備えたトラス構造物組立てロボットにおいて、嵌合部を
有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時に、６軸力
センサ22が受けるトルクに基づき慣性項とバネ項を除い
た粘性項からなる運動方程式を立ててハンド24の角速度
を算出してハンド24の姿勢制御を行うように構成され
る。
形態として、多関節型ロボット21と、多関節型ロボット
21のハンド24に加わる力・トルクを検出する６軸力セン
サ22と、６軸力センサ22の出力に基づき多関節型ロボッ
ト21のハンド24の位置・姿勢を制御してトラス構造物組
立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装置23とを
備えたトラス構造物組立てロボットにおいて、嵌合部を
有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時に、６軸力
センサ22が受けるトルクに基づき慣性項とバネ項を除い
た粘性項からなる運動方程式を立ててハンド24の角速度
を算出してハンド24の姿勢制御を行うように構成され
る。
また本発明に係るトラス構造物組立てロボットは、他
の形態として、上述の最後の形態のトラス構造物組立て
ロボットにおいて、トラス構造物組立て材の軸方向の角
速度はゼロとして姿勢制御を行うように構成される。
の形態として、上述の最後の形態のトラス構造物組立て
ロボットにおいて、トラス構造物組立て材の軸方向の角
速度はゼロとして姿勢制御を行うように構成される。
また、本発明に係るトラス構造物組立てロボットは、
上述の各形態において、トラス構造物組立て材を接近さ
せ、トラス構造物組立て材の接触を６軸力センサ22の出
力により検出し、その検出時にはトラス構造物組立て材
を少し逆方向に戻してから嵌合させる制御を行うように
構成される。
上述の各形態において、トラス構造物組立て材を接近さ
せ、トラス構造物組立て材の接触を６軸力センサ22の出
力により検出し、その検出時にはトラス構造物組立て材
を少し逆方向に戻してから嵌合させる制御を行うように
構成される。
［作用］ トラス構造物組立て材を多関節型ロボット21のハンド
でつかんで移動させてトラス構造物の嵌合部分にはめ込
む。この嵌合の際のハンドの位置制御は、６軸力センサ
22が受けた力に対して慣性項とバネ項を除いた粘性項か
らなる運動方程式をたてて速度を算出し、その算出され
た速度でハンド24を移動させることで実現される。これ
により位置制御に必要な演算を簡素化することができ、
高速動作が可能となる。
でつかんで移動させてトラス構造物の嵌合部分にはめ込
む。この嵌合の際のハンドの位置制御は、６軸力センサ
22が受けた力に対して慣性項とバネ項を除いた粘性項か
らなる運動方程式をたてて速度を算出し、その算出され
た速度でハンド24を移動させることで実現される。これ
により位置制御に必要な演算を簡素化することができ、
高速動作が可能となる。
このハンド24の速度に関する位置制御は、見方を代え
れば次のように考えることができる。すなわち、６軸力
センサ22が受けた力と直交する面における、予め指定さ
れた方向のベクトルの上記直交する面への投影成分の方
向をハンド24を動かすべき速度方向として、その方向に
ハンド24を移動させる制御を行う。
れば次のように考えることができる。すなわち、６軸力
センサ22が受けた力と直交する面における、予め指定さ
れた方向のベクトルの上記直交する面への投影成分の方
向をハンド24を動かすべき速度方向として、その方向に
ハンド24を移動させる制御を行う。
また、トラス構造物組立て材の嵌合の際のハンドの姿
勢制御は、６軸力センサ22を受けたモーメントに対して
慣性項とバネ項を除いた粘性項からなる運動方程式をた
てて角速度を算出し、その算出された角速度でハンド24
を動かすことで実現される。これにより姿勢制御に必要
な演算を簡素化することができ、高速動作が可能とな
る。
勢制御は、６軸力センサ22を受けたモーメントに対して
慣性項とバネ項を除いた粘性項からなる運動方程式をた
てて角速度を算出し、その算出された角速度でハンド24
を動かすことで実現される。これにより姿勢制御に必要
な演算を簡素化することができ、高速動作が可能とな
る。
なお、系によっては、トラス構造物組立て材の軸回り
の回転は起こりえない場合があるので、その時にはその
軸回りの角速度をゼロとすることで、制御に必要な演算
を更に簡略化することができる。
の回転は起こりえない場合があるので、その時にはその
軸回りの角速度をゼロとすることで、制御に必要な演算
を更に簡略化することができる。
上述のはめ込み作業を行う前処理として、トラス構造
物組立て材をトラス構造物の嵌合部分に接近させ、トラ
ス構造物組立て材がトラス構造物に接触したことを６軸
力センサ22で検出し、その検出時にはトラス構造物組立
て材を接近方向とは逆方向に少し離し、はめ込み作業を
やり易くすることができる。
物組立て材をトラス構造物の嵌合部分に接近させ、トラ
ス構造物組立て材がトラス構造物に接触したことを６軸
力センサ22で検出し、その検出時にはトラス構造物組立
て材を接近方向とは逆方向に少し離し、はめ込み作業を
やり易くすることができる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第２図には本発明の一実施例としてのトラス構造物組
立てロボットが示される。第２図において、１は６自由
度の垂直多関節型ロボットの機構部であり、２はその多
関節型ロボット機構部１の駆動を制御するロボット制御
装置である。
立てロボットが示される。第２図において、１は６自由
度の垂直多関節型ロボットの機構部であり、２はその多
関節型ロボット機構部１の駆動を制御するロボット制御
装置である。
この多関節型ロボット機構部１の先端側リンクには６
軸力センサ３が取り付けられている。この６軸力センサ
３は６軸の出力、すなわちｘ、ｙ、ｚ軸方向に加わる力
と、これらｘ、ｙ、ｚ軸の回転方向に加わるモーメント
を検出することができる。この６軸力センサ３からの出
力はセンサ出力読取り部５で６軸の各軸個別の出力に分
けられ並列転送信号線６を介してロボット制御装置２に
与えられる。またロボット制御装置２からは直列転送信
号線７を介してセンサ出力読取り装置５に制御信号が与
えられるようになっている。
軸力センサ３が取り付けられている。この６軸力センサ
３は６軸の出力、すなわちｘ、ｙ、ｚ軸方向に加わる力
と、これらｘ、ｙ、ｚ軸の回転方向に加わるモーメント
を検出することができる。この６軸力センサ３からの出
力はセンサ出力読取り部５で６軸の各軸個別の出力に分
けられ並列転送信号線６を介してロボット制御装置２に
与えられる。またロボット制御装置２からは直列転送信
号線７を介してセンサ出力読取り装置５に制御信号が与
えられるようになっている。
６軸力センサ３の先にはハンド４が取り付けられてい
る。トラス構造物組立てロボットはこのハンド４により
トラス構造物組立て材をつかんで組立て作業を行うもの
である。
る。トラス構造物組立てロボットはこのハンド４により
トラス構造物組立て材をつかんで組立て作業を行うもの
である。
第３図にはトラス構造物組立てロボットによるトラス
構造物組立て材の組立ての様子が示される。ここではト
ラス構造物組立て材としてトラスノード11とストラット
10が用いられている。これらのトラスノード11とストラ
ット10の先端部分には雄または雌の嵌合部分が形成され
ており、ロボットのハンド部分にストラットを固定し、
トラス構造物上に固定されたトラスノード部材に対して
はめ込み作業を行う様子を示している。
構造物組立て材の組立ての様子が示される。ここではト
ラス構造物組立て材としてトラスノード11とストラット
10が用いられている。これらのトラスノード11とストラ
ット10の先端部分には雄または雌の嵌合部分が形成され
ており、ロボットのハンド部分にストラットを固定し、
トラス構造物上に固定されたトラスノード部材に対して
はめ込み作業を行う様子を示している。
この組立て作業は概略、第４図に示される手順で行わ
れる。すなわち、まずストラットをその軸方向にトラス
ノードへ接近させる（ステップS1）。この接近処理は更
に詳しくは、ストラットをトラスノードに接近させ、ス
トラットがトラスノードに接触したら、少し逆方向に戻
して両者がすり合っていない状態にし、次工程のはめ込
み作業が可能なようにするものである。
れる。すなわち、まずストラットをその軸方向にトラス
ノードへ接近させる（ステップS1）。この接近処理は更
に詳しくは、ストラットをトラスノードに接近させ、ス
トラットがトラスノードに接触したら、少し逆方向に戻
して両者がすり合っていない状態にし、次工程のはめ込
み作業が可能なようにするものである。
ストラットの接近が完了すると、次に嵌合部分のはめ
込みを行う。この処理はストラットの軸方向と垂直方向
にストラットを下げ、トラスノードの嵌合部分にはめ込
ませるものである。
込みを行う。この処理はストラットの軸方向と垂直方向
にストラットを下げ、トラスノードの嵌合部分にはめ込
ませるものである。
上記の接近作業とはめ込み作業は６軸力センサ３で検
出される力・トルクをたよりにハンド４の速度・角速度
を算出して、ハンド４の位置・姿勢制御を行うことで実
現される。
出される力・トルクをたよりにハンド４の速度・角速度
を算出して、ハンド４の位置・姿勢制御を行うことで実
現される。
以下、このハンド４の速度・角速度を求める手法と、
接近作業とはめ込み作業を実現する具体的処理手順につ
いて述べる。
接近作業とはめ込み作業を実現する具体的処理手順につ
いて述べる。
§1.記号表 ここで用いられる主な記号は、以下の通りである。な
お、これらの記号の理解を助けるために、系の概略と座
標系を示した第３図が参照できる。
お、これらの記号の理解を助けるために、系の概略と座
標系を示した第３図が参照できる。
c:後退速度比 fz:軸方向最大力しきい値 fx:接合部方向最大しきい値 Ｋυ:x,y方向速度／力変換比 Ｋω:x,y方向角速度／モーメント変換比 s:6軸力センサに加えられる力 s:6軸力センサに加えられるモーメント ：ハンド座標系でみたハンド座標系の原点からトラ
ス座標系の原点へのベクトル Px,Py,Pz:ΣｈからみたΣｔの位置 α，β，γ：ΣｈからみたΣｔの姿勢 Rm:マニピュレータの仕様によるΣｈの姿勢 Rt:ΣｈからみたΣｔの姿勢 ▲(i) o▼：Σｈの初期位置 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） s:6軸力センサの中心位置（Σｈ表示） (i):Σｂの原点からΣｈの原点へのベクトル （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） (i):物体の重心の位置の速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） uz:z方向初期速度 ux:x方向初期速度 ▲(i) o▼：物体重心の初期速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） δ:y方向速度零判定しきい値 εz:軸方向力零判定しきい値 εxy:x,y平面力零判定しきい値 εω：回転移動判定しきい値 ευ：平行移動判定しきい値 Σt:トラスの先端と共に動く座標系 Σh:ハンド座標系 (i):Σｈの角速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） §2.コンプライアンス 系の概略は第３図に示されたものとする。
ス座標系の原点へのベクトル Px,Py,Pz:ΣｈからみたΣｔの位置 α，β，γ：ΣｈからみたΣｔの姿勢 Rm:マニピュレータの仕様によるΣｈの姿勢 Rt:ΣｈからみたΣｔの姿勢 ▲(i) o▼：Σｈの初期位置 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） s:6軸力センサの中心位置（Σｈ表示） (i):Σｂの原点からΣｈの原点へのベクトル （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） (i):物体の重心の位置の速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） uz:z方向初期速度 ux:x方向初期速度 ▲(i) o▼：物体重心の初期速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） δ:y方向速度零判定しきい値 εz:軸方向力零判定しきい値 εxy:x,y平面力零判定しきい値 εω：回転移動判定しきい値 ευ：平行移動判定しきい値 Σt:トラスの先端と共に動く座標系 Σh:ハンド座標系 (i):Σｈの角速度 （Σｉ表示 ｉ＝ｂまたはｈ） §2.コンプライアンス 系の概略は第３図に示されたものとする。
前述したように、一般的なインピーダンス制御は、位
置・姿勢に関して各々仮想的な物体の運動方程式を立て
て、それを実時間で解きながらロボットのハンド部分を
動かすものである。これは、例えば、以下のようにす
る。まず、速度・角速度について と運動方程式を作る。これらの式（2.1）、（2.2）の左
辺の第１項は慣性項、第２項は粘性項（ダンピング項と
も呼ばれる）、第３項はバネ項とそれぞれ呼ばれるもの
である。これをおのおの速度(h)と角速度(h)につい
て時間的に解き、その速度・角速度でハンドを制御す
る。
置・姿勢に関して各々仮想的な物体の運動方程式を立て
て、それを実時間で解きながらロボットのハンド部分を
動かすものである。これは、例えば、以下のようにす
る。まず、速度・角速度について と運動方程式を作る。これらの式（2.1）、（2.2）の左
辺の第１項は慣性項、第２項は粘性項（ダンピング項と
も呼ばれる）、第３項はバネ項とそれぞれ呼ばれるもの
である。これをおのおの速度(h)と角速度(h)につい
て時間的に解き、その速度・角速度でハンドを制御す
る。
ここで本発明による解法では、位置・姿勢の制御に関
して、上述の方法とほぼ同様の考え方から導いている。
しかし、この仮想的物体は、質量が小さくかつ支えるば
ねが非常に弱いという場合を想定することで、式（2.
1）、（2.2）の左辺の第１項と第３項は無視できる。よ
って、位置・姿勢の制御に関して解くべき方程式は、 と簡素化される。この式（2.3）、（2.4）で求められた
速度・角速度でハンド４を位置・姿勢制御してやればよ
い。
して、上述の方法とほぼ同様の考え方から導いている。
しかし、この仮想的物体は、質量が小さくかつ支えるば
ねが非常に弱いという場合を想定することで、式（2.
1）、（2.2）の左辺の第１項と第３項は無視できる。よ
って、位置・姿勢の制御に関して解くべき方程式は、 と簡素化される。この式（2.3）、（2.4）で求められた
速度・角速度でハンド４を位置・姿勢制御してやればよ
い。
上述の位置の制御に関しては、別の観点から次のよう
に考えることもできる。ストラットとトラスノードの接
合部分をすり鉢状の凹所と見立てたとき、両者をはめ込
むにはそのすり鉢の壁に沿って接触部分をすべらしてい
くことになるが、このすり鉢の壁に沿って運動する物体
の拘束力と運動方向は一般に直交する。従来のインピー
ダンス制御はこの制御を第６図に示されるように各軸を
バネやダッシュポンプのようなもので支えるとの考えで
行っているが、本発明ではこれをやめて次のような考え
方で制御を行う。
に考えることもできる。ストラットとトラスノードの接
合部分をすり鉢状の凹所と見立てたとき、両者をはめ込
むにはそのすり鉢の壁に沿って接触部分をすべらしてい
くことになるが、このすり鉢の壁に沿って運動する物体
の拘束力と運動方向は一般に直交する。従来のインピー
ダンス制御はこの制御を第６図に示されるように各軸を
バネやダッシュポンプのようなもので支えるとの考えで
行っているが、本発明ではこれをやめて次のような考え
方で制御を行う。
すなわち第５図に示されるように、接合部分の接触時
に物体を壁に押し付けたことにより発生する反力に対し
て直交する方向に物体を動かすようにハンドの速度を発
生させて運動させれば、やがて物体はすり鉢状のものの
一番底に到達できるはずであり、それにより接合部分の
はめ込み作業を達成できる。
に物体を壁に押し付けたことにより発生する反力に対し
て直交する方向に物体を動かすようにハンドの速度を発
生させて運動させれば、やがて物体はすり鉢状のものの
一番底に到達できるはずであり、それにより接合部分の
はめ込み作業を達成できる。
ただし、反力に直交する方向は360度方向に無限にあ
る（すなわち面状となる）。そこで、前もってすり鉢状
のものの底の方向（例えば第５図の矢印Ａ）を指定して
おき、無限にある直交する方向のうち（すなわち、直交
する面において）、指定した方向のベクトル成分が正で
最大となる方向（すなわち、指定された方向のベクトル
を、上記直交する面に投影した方向）を選び、その方向
に物体を動かすものとする。
る（すなわち面状となる）。そこで、前もってすり鉢状
のものの底の方向（例えば第５図の矢印Ａ）を指定して
おき、無限にある直交する方向のうち（すなわち、直交
する面において）、指定した方向のベクトル成分が正で
最大となる方向（すなわち、指定された方向のベクトル
を、上記直交する面に投影した方向）を選び、その方向
に物体を動かすものとする。
第５図では物体を壁に沿って動かすことにより物体と
壁の間に摩擦力が生じ、この摩擦力と壁からの反力の合
力が６軸力センサ３によって検出されることになる。こ
の合力に直角な方向に物体を動かすことになるが、この
合力は壁と鉛直ではないので、物体を動かす方向は図示
のように壁から離れる方向となる。したがって物体を動
かすと、やがて反力と摩擦力はなくなる。この場合には
再び物体を壁に押しつけて反力を生じさせて物体を動か
す。これを繰り返すことにより、物体を壁に押しつけた
り離したりしながらやがて底に到達させるという制御が
できる。壁と物体をすりつけたまま動かすのは摩擦力の
ため好ましくないから、上述の方法は具合がよい。
壁の間に摩擦力が生じ、この摩擦力と壁からの反力の合
力が６軸力センサ３によって検出されることになる。こ
の合力に直角な方向に物体を動かすことになるが、この
合力は壁と鉛直ではないので、物体を動かす方向は図示
のように壁から離れる方向となる。したがって物体を動
かすと、やがて反力と摩擦力はなくなる。この場合には
再び物体を壁に押しつけて反力を生じさせて物体を動か
す。これを繰り返すことにより、物体を壁に押しつけた
り離したりしながらやがて底に到達させるという制御が
できる。壁と物体をすりつけたまま動かすのは摩擦力の
ため好ましくないから、上述の方法は具合がよい。
以上をまとめると次節のようなアルゴリズムが完成す
る。
る。
§3.アルゴリズム 接近作業の手順 （２）(h)←Rt（０ ０ uz）Ｔ （３）(h)← （４）(h),(h)で移動 （７）(h)←Rt（０ ０ −cuz）Ｔ （８）(h),(h)で移動 はめ込み作業の手順 （３）(h)←Rt（ux ０ ０）Ｔ （４）(h)← （５）(h),(h)で移動 （10）もし｜δ▲(t) s▼｜＜εxyならば（３）へ進む （13）(t)←（▲ω(t) x▼ ▲ω(t) y▼ ０）Ｔ （16）もし｜▲υ(t) x▼｜＞ευであれば、 (h)←，(h)←Rt (t) にして、（５）へ進む 第７図には上述の接近作業の手順の流れ図が示され、
また第８図にははめ込み作業の流れ図が示される。以
下、これらの手順について詳細に説明する。
また第８図にははめ込み作業の流れ図が示される。以
下、これらの手順について詳細に説明する。
まず接近作業について説明する。６軸力センサ３で検
出した力を、センサ座標系からトラス座標系に変換し、
これをセンサで検出された力の初期値とする（ステップ
S1）。
出した力を、センサ座標系からトラス座標系に変換し、
これをセンサで検出された力の初期値とする（ステップ
S1）。
次にハンド４をトラス座標系のｚ軸に沿って動かすた
めの所定の初期速度uzを設定し（ステップS2）、またハ
ンド４の角速度を０に設定する（ステップS3）、この
後、設定した速度と角速度でハンド４を実際に移動させ
る（ステップS4）。これにより第３図においてストラッ
ト10はトラスノード11に接近していく。
めの所定の初期速度uzを設定し（ステップS2）、またハ
ンド４の角速度を０に設定する（ステップS3）、この
後、設定した速度と角速度でハンド４を実際に移動させ
る（ステップS4）。これにより第３図においてストラッ
ト10はトラスノード11に接近していく。
この移動中に、６軸力センサ３の出力をトラス座標系
に変換しつつ再び検出し（ステップS5）、初めに検出し
た初期力に対して差が生じたか否かを軸方向最大しきい
値fzと比較することで判定する（ステップS6）。この場
合、軸方向最大しきい値fz以上の差が生じた時はストラ
ット10がトラスノード11に接触したと判断することがで
きる。軸方向最大しきい値fz以下であるためまだ接触し
ていないと判断された場合には、ハンド４の移動を続行
する（ステップS4〜S6）。
に変換しつつ再び検出し（ステップS5）、初めに検出し
た初期力に対して差が生じたか否かを軸方向最大しきい
値fzと比較することで判定する（ステップS6）。この場
合、軸方向最大しきい値fz以上の差が生じた時はストラ
ット10がトラスノード11に接触したと判断することがで
きる。軸方向最大しきい値fz以下であるためまだ接触し
ていないと判断された場合には、ハンド４の移動を続行
する（ステップS4〜S6）。
ストラット10がトラスノード11に接触したと判定され
たら、今度はハンド４の移動速度としてトラス座標系の
ｚ軸上の逆方向の速度cuzを設定し（ステップS7）、そ
の新たに設定した速度と既に設定済の角速度（＝０）で
ハンド４を移動させる（ステップS8）。これにより、い
ったんトラスノード11に接触した状態になったストラッ
ト10はトラスノード11から少しずつ離されていくことに
なる。ストラット19が離れたか否かは、６軸力センサ３
が受ける力を監視し（ステップS9）、これと初期力との
差を軸方向力零判定しきい値εｚと比較することで判定
でき（ステップS10）、軸方向零判定しきい値εｚ以上
であれば引き離しのための移動を続け（ステップS7〜S1
0）、以下になったら、ストラットとトラスノードが少
し引き離されてはめ込み作業ができる状態になったもの
としてこの接近作業を終了する。
たら、今度はハンド４の移動速度としてトラス座標系の
ｚ軸上の逆方向の速度cuzを設定し（ステップS7）、そ
の新たに設定した速度と既に設定済の角速度（＝０）で
ハンド４を移動させる（ステップS8）。これにより、い
ったんトラスノード11に接触した状態になったストラッ
ト10はトラスノード11から少しずつ離されていくことに
なる。ストラット19が離れたか否かは、６軸力センサ３
が受ける力を監視し（ステップS9）、これと初期力との
差を軸方向力零判定しきい値εｚと比較することで判定
でき（ステップS10）、軸方向零判定しきい値εｚ以上
であれば引き離しのための移動を続け（ステップS7〜S1
0）、以下になったら、ストラットとトラスノードが少
し引き離されてはめ込み作業ができる状態になったもの
としてこの接近作業を終了する。
次にはめ込み作業について説明する。上述の接近作業
によりストラット10の嵌合部はトラスノード11の嵌合部
の上側の少し離れた所に位置するようになった。はめ込
み作業はこのストラットをトラス座標系でｘ軸方向に下
げていき、ストラット嵌合部の突起部10aをトラスノー
ド嵌合部の窪み（すり鉢状と見なされる部分）の傾斜壁
11bに接触させつつ、その底まで到達させることによっ
て達成される。
によりストラット10の嵌合部はトラスノード11の嵌合部
の上側の少し離れた所に位置するようになった。はめ込
み作業はこのストラットをトラス座標系でｘ軸方向に下
げていき、ストラット嵌合部の突起部10aをトラスノー
ド嵌合部の窪み（すり鉢状と見なされる部分）の傾斜壁
11bに接触させつつ、その底まで到達させることによっ
て達成される。
まずストラット10が接触していない状態で６軸力セン
サ３により検出された力をセンサ座標系／トラス座標系
の交換を行って初期力とする（ステップS11）。同様
に、その時に６軸力センサ３で検出されたモーメントも
センサ座標系／トラス座標系の交換を行って初期モーメ
ントとする（ステップS12）。
サ３により検出された力をセンサ座標系／トラス座標系
の交換を行って初期力とする（ステップS11）。同様
に、その時に６軸力センサ３で検出されたモーメントも
センサ座標系／トラス座標系の交換を行って初期モーメ
ントとする（ステップS12）。
次にハンド４の速度としてトラス座標系のｘ方向初期
速度uxを設定し（ステップS13）、角速度として０を設
定し（ステップS14）、この設定された速度と角速度で
ハンド４を移動させる（ステップS15）。この移動の
間、６軸力センサ３の受ける力とモーメントを検出し
（ステップS16、S17）、その検出された力と初期力の
差、および検出されたモーメントと初期モーメントとの
差をそれぞれ算出する（ステップS18、S19）。
速度uxを設定し（ステップS13）、角速度として０を設
定し（ステップS14）、この設定された速度と角速度で
ハンド４を移動させる（ステップS15）。この移動の
間、６軸力センサ３の受ける力とモーメントを検出し
（ステップS16、S17）、その検出された力と初期力の
差、および検出されたモーメントと初期モーメントとの
差をそれぞれ算出する（ステップS18、S19）。
もし検出された力と初期力の差が所定のx,y平面力零
判定しきい値εxyよりも大きくなれば、ストラット嵌合
部の突起部分10aがトラスノード嵌合部の傾斜壁11bに接
触したと判断することができる。平面力零判定しきい値
εxyよりも小さければ、接触するまでハンド４の移動を
続ける（ステップS13〜S10）。
判定しきい値εxyよりも大きくなれば、ストラット嵌合
部の突起部分10aがトラスノード嵌合部の傾斜壁11bに接
触したと判断することができる。平面力零判定しきい値
εxyよりも小さければ、接触するまでハンド４の移動を
続ける（ステップS13〜S10）。
差が平面力零判定しきい値εxyよりも大きくなり、接
触したと判定されたら、次にハンド４を移動させるべき
速度をトラス座標系で算出する（ステップS21。）この
速度の算出は、式（2.3）に基づいて、６軸力センサ３
が受けた力に対して粘性項のみからなる運動方程式を作
って解を求めることにより行われる。これは第５図の考
え型では６軸力センサが受けた力に直角な方向のうち、
予め指定された方向（傾斜壁の底側の方向）のベクトル
成分が正で最大となる方向にハンド４を移動させること
に相当する。
触したと判定されたら、次にハンド４を移動させるべき
速度をトラス座標系で算出する（ステップS21。）この
速度の算出は、式（2.3）に基づいて、６軸力センサ３
が受けた力に対して粘性項のみからなる運動方程式を作
って解を求めることにより行われる。これは第５図の考
え型では６軸力センサが受けた力に直角な方向のうち、
予め指定された方向（傾斜壁の底側の方向）のベクトル
成分が正で最大となる方向にハンド４を移動させること
に相当する。
また同様にして、式（2.4）に基づいて、６軸力セン
サが受けたモーメントに対して粘性項のみからなる運動
方程式を作って、はめ込みの際にハンド４のとるべき角
速度をトラス座標系で算出する（ステップS22）。この
角速度については、実施例のストラット10とトラスノー
ド11のはめ込みの場合にはトラス座標系のｚ軸回りの姿
勢が崩れることはないと考えることができるので、ステ
ップS22で求めた角速度のうちｚ軸に関する成分はゼロ
にして制御を簡単にする（ステップS23）。
サが受けたモーメントに対して粘性項のみからなる運動
方程式を作って、はめ込みの際にハンド４のとるべき角
速度をトラス座標系で算出する（ステップS22）。この
角速度については、実施例のストラット10とトラスノー
ド11のはめ込みの場合にはトラス座標系のｚ軸回りの姿
勢が崩れることはないと考えることができるので、ステ
ップS22で求めた角速度のうちｚ軸に関する成分はゼロ
にして制御を簡単にする（ステップS23）。
初期力と検出された力の差が接合部方向最大力しきい
値fxより大きくなった時には、ストラット嵌合部の突起
部分がトラスノード嵌合部の凹部の底に達したと判定で
き（ステップS24）、その時にははめ込み作業が達成さ
れたものとして作業を終了する。
値fxより大きくなった時には、ストラット嵌合部の突起
部分がトラスノード嵌合部の凹部の底に達したと判定で
き（ステップS24）、その時にははめ込み作業が達成さ
れたものとして作業を終了する。
接合部方向最大力しきい値fxよりも小さい場合には、
ステップS23で求めた角速度の絶対値を回転移動判定し
きい値εωと比較し（ステップS25）、角速度の方が大
きい時には更に姿勢の制御が必要であるとして、ステッ
プS23で求めたトラス座標系の角速度をハンド座標系の
角速度と速度に変換し（ステップS26）、その速度と角
速度でハンド４の移動を続ける（ステップS15〜S26）。
ステップS23で求めた角速度の絶対値を回転移動判定し
きい値εωと比較し（ステップS25）、角速度の方が大
きい時には更に姿勢の制御が必要であるとして、ステッ
プS23で求めたトラス座標系の角速度をハンド座標系の
角速度と速度に変換し（ステップS26）、その速度と角
速度でハンド４の移動を続ける（ステップS15〜S26）。
この移動の結果、ハンド４がとるべき角速度の絶対値
が回転移動判定しきい値εω以下となった時には、姿勢
の制御はもう必要がないものとして、次にはステップS2
1で求めた速度の絶対値が平行移動判定しきい値ευ以
下か否かを判定する（ステップS27）。以上である場合
にはまだ平行移動を続けていると判定して、トラス座標
系の速度をハンド座標系に変換し（ステップS28）、ハ
ンド４の移動を続行する（ステップS15〜S28）。平行移
動判定しきい値ευ以下となった時にはもうそれ以上接
合部分は動かないものとしてはめ込み作業を終了する。
が回転移動判定しきい値εω以下となった時には、姿勢
の制御はもう必要がないものとして、次にはステップS2
1で求めた速度の絶対値が平行移動判定しきい値ευ以
下か否かを判定する（ステップS27）。以上である場合
にはまだ平行移動を続けていると判定して、トラス座標
系の速度をハンド座標系に変換し（ステップS28）、ハ
ンド４の移動を続行する（ステップS15〜S28）。平行移
動判定しきい値ευ以下となった時にはもうそれ以上接
合部分は動かないものとしてはめ込み作業を終了する。
［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によれば、簡単な制御
でトラス構造物の組立てを行うことができる高速動作に
適したトラス構造物組立てロボットを提供できる。
でトラス構造物の組立てを行うことができる高速動作に
適したトラス構造物組立てロボットを提供できる。
第１図は本発明に係る原理説明図、 第２図は本発明の一実施例としてのトラス構造物組立て
ロボットを示すブロック図、 第３図は系の概略と座標系を説明する図、 第４図は組立て作業の概要を示す流れ図、 第５図は実施例装置によるはめ込み作業の位置制御を説
明する図、 第６図は従来のインピーダンス制御によるはめ込み作業
の位置制御を説明する図、 第７図は実施例における接近作業の手順を示す流れ図、 第８図は実施例におけるはめ込み作業の手順を示す流れ
図、および、 第９図は従来のインピーダンス制御を説明する図であ
る。 図において、 １……多関節型ロボット機構図 ２……ロボット制御装置 ３……６軸力センサ ４……ハンド ５……センサ出力読取り部 ６……並列転送信号線 ７……直列転送信号線
ロボットを示すブロック図、 第３図は系の概略と座標系を説明する図、 第４図は組立て作業の概要を示す流れ図、 第５図は実施例装置によるはめ込み作業の位置制御を説
明する図、 第６図は従来のインピーダンス制御によるはめ込み作業
の位置制御を説明する図、 第７図は実施例における接近作業の手順を示す流れ図、 第８図は実施例におけるはめ込み作業の手順を示す流れ
図、および、 第９図は従来のインピーダンス制御を説明する図であ
る。 図において、 １……多関節型ロボット機構図 ２……ロボット制御装置 ３……６軸力センサ ４……ハンド ５……センサ出力読取り部 ６……並列転送信号線 ７……直列転送信号線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 嘉輝 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−292186（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−42502（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−141398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−236487（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 13/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】多関節型ロボット（21）と、該多関節型ロ
ボットのハンド（24）に加わる力・トルクを検出する６
軸力センサ（22）と、該６軸力センサの出力に基づき多
関節型ロボットのハンドの位置・姿勢を制御してトラス
構造物組立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装
置（23）とを備えたトラス構造物組立てロボットにおい
て、 嵌合部を有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時
に、該６軸力センサが受ける力に基づき慣性項とバネ項
を除いた粘性項からなる運動方程式を立てて該ハンドの
速度を算出して該ハンドの位置制御を行うように構成さ
れたトラス構造物組立てロボット。 - 【請求項２】多関節型ロボット（21）と、該多関節型ロ
ボットのハンド（24）に加わる力・トルクを検出する６
軸力センサ（22）と、該６軸力センサの出力に基づき多
関節型ロボットのハンドの位置・姿勢を制御してトラス
構造物組立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装
置（23）とを備えたトラス構造物組立てロボットにおい
て、 該６軸力センサが受けた力と直交する面における、予め
指定された方向のベクトルの該面への投影成分の方向を
速度方向としてハンドを移動させるように構成されたト
ラス構造物組立てロボット。 - 【請求項３】多関節型ロボット（21）と、該多関節型ロ
ボットのハンド（24）に加わる力・トルクを検出する６
軸力センサ（22）と、該６軸力センサの出力に基づき多
関節型ロボットのハンドの位置・姿勢を制御してトラス
構造物組立て材を嵌合させる制御を行うロボット制御装
置（23）とを備えたトラス構造物組立てロボットにおい
て、 嵌合部を有するトラス構造物組立て材を嵌合させる時
に、該６軸力センサが受ける力に基づき慣性項とバネ項
を除いた粘性項からなる運動方程式を立てて該ハンドの
角速度を算出して該ハンドの姿勢制御を行うように構成
されたトラス構造物組立てロボット。 - 【請求項４】トラス構造物組立て材の軸方向の角速度は
ゼロとして姿勢制御を行うように構成された請求項３記
載のトラス構造物組立てロボット。 - 【請求項５】トラス構造物組立て材を接近させ、トラス
構造物組立て材の接触を６軸力センサの出力により検出
し、その検出時にはトラス構造物組立て材を少し逆方向
に戻してから嵌合させる制御を行うようにした請求項１
〜４の何れかに記載のトラス構造物組立てロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02259152A JP3084389B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | トラス構造物組立てロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02259152A JP3084389B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | トラス構造物組立てロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04141387A JPH04141387A (ja) | 1992-05-14 |
| JP3084389B2 true JP3084389B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=17330062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02259152A Expired - Lifetime JP3084389B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | トラス構造物組立てロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084389B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8170718B2 (en) * | 2008-12-18 | 2012-05-01 | GM Global Technology Operations LLC | Multiple priority operational space impedance control |
| JP6381200B2 (ja) * | 2012-11-22 | 2018-08-29 | キヤノン株式会社 | ロボット装置及びロボットの制御方法 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP02259152A patent/JP3084389B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04141387A (ja) | 1992-05-14 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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