JP3156877B2 - Robot controller - Google Patents

Robot controller

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JP3156877B2
JP3156877B2 JP24307592A JP24307592A JP3156877B2 JP 3156877 B2 JP3156877 B2 JP 3156877B2 JP 24307592 A JP24307592 A JP 24307592A JP 24307592 A JP24307592 A JP 24307592A JP 3156877 B2 JP3156877 B2 JP 3156877B2
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movable
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康之 中田
満 白石
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、作業対象に対してハン
ドを可動させる場合のロボット制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot controller for moving a hand with respect to a work object.

【0002】近年、ロボットにより作業対象に対して所
定の繰り返し運動をさせて省力化を図ることが行われて
いる。そして、ロボット先端に接続されたハンドが作業
対象と接触し、ロボットが環境から何らかの拘束を受け
る場合、移動可能な可動方向および拘束を受ける拘束方
向に応じた動作を自動的に行えることが望まれている。
そのため、拘束方向への指令は、作業対象あるいはロボ
ット自身が損傷しないように、ロボットと部材間の接触
力に基づいて与える必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been practiced to perform a predetermined repetitive motion on a work object by a robot to save labor. When the hand connected to the tip of the robot comes into contact with the work target and the robot receives some constraint from the environment, it is desired that the robot can automatically perform an operation according to the movable direction in which the robot can move and the constraint direction in which the constraint is received. ing.
Therefore, it is necessary to give a command in the constraint direction based on the contact force between the robot and the member so that the work object or the robot itself is not damaged.

【0003】[0003]

【従来の技術】図5に、従来のロボットによる作業対象
を説明するための図を示す。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a diagram for explaining an object to be worked by a conventional robot.

【0004】図5(A)は、作業対象の部材11上に、
ロボットの先端に力覚センサ12を介して取り付けられ
たハンド13を接触させながら塗布作業や研摩作業等倣
う場合、可動方向であるX方向に位置制御を行い、拘束
方向であるY方向に力制御を行うことにより、部材に一
定力を加えながらロボットを移動することができる。す
なわち、可動方向への位置制御及び拘束方向への力制御
の位置と力のハイブリッド制御により、拘束方向の接触
力に基づいた指令を生成するものである。
FIG. 5A shows a state in which a member 11 to be worked is placed on a member 11 to be worked.
In the case of performing a coating operation or a polishing operation while contacting the hand 13 attached to the tip of the robot via the force sensor 12, position control is performed in the X direction, which is the movable direction, and force control is performed in the Y direction, which is the constraint direction. , The robot can be moved while applying a constant force to the member. In other words, a command based on the contact force in the constraint direction is generated by hybrid control of the position and force in the position control in the movable direction and the force control in the constraint direction.

【0005】また、図5(B)は、ラップトップパーソ
ナルコンピュータのディスプレイ等のようなOA機器1
4の開閉部14aの開閉作業を、ロボットの力覚センサ
12が取り付けられたハンド13により行う場合、可動
方向はハンドが描く円の接線、拘束方向は可動方向と直
交する2つの方向(円の主法線方向と従法線方向)であ
り、それぞれ位置制御、力制御を行うことにより、開閉
部14aの開閉作業が実行できる。
FIG. 5B shows an OA device 1 such as a display of a laptop personal computer.
When the opening / closing operation of the opening / closing portion 14a is performed by the hand 13 to which the force sensor 12 of the robot is attached, the movable direction is a tangent to a circle drawn by the hand, and the restraining directions are two directions (circular (The main normal direction and the subordinate normal direction), and by performing position control and force control respectively, the opening / closing operation of the opening / closing section 14a can be executed.

【0006】そこで、図6に、従来のロボット制御装置
の構成図を示す。図6において、ロボット制御装置21
は、オペレータ22aがターミナル22を介して動作シ
ーケンス生成部23に拘束方向、可動方向の指令を送
り、動作シーケンス生成部23が位置制御部24に位置
信号を生成して送ると共に、力制御部25に力信号を生
成して送る。
FIG. 6 shows a configuration diagram of a conventional robot control device. In FIG. 6, the robot controller 21
The operator 22a sends a command of the restraining direction and the movable direction to the operation sequence generation unit 23 via the terminal 22, the operation sequence generation unit 23 generates and sends a position signal to the position control unit 24, and the force control unit 25 Generate and send a force signal to

【0007】一方、制御対象26の位置が、位置検出部
27により検出されて位置制御部24に送られ、力(接
触力)が力検出部28により検出されて力制御部25に
送られる。
On the other hand, the position of the control object 26 is detected by the position detecting section 27 and sent to the position controlling section 24, and the force (contact force) is detected by the force detecting section 28 and sent to the force controlling section 25.

【0008】そして、位置制御部24からの位置制御信
号、及び力制御部25からの力制御信号が操作部29に
送られ、操作部29が制御対象26を制御駆動する。
Then, a position control signal from the position control unit 24 and a force control signal from the force control unit 25 are sent to the operation unit 29, and the operation unit 29 controls and drives the control object 26.

【0009】すなわち、位置と力のハイブリッド制御を
用いて作業を行う場合、ロボットの基準座標系(あるい
はハンド座標系)で表現される可動方向、拘束方向は、
オペレータ22aが作業対象26の設置姿勢から算出す
るものである。例えば、図5(A)の倣い動作におい
て、ロボットの基準座標系が図のXY軸で表される時、
可動方向はX軸方向、拘束方向はY軸方向であるという
判断をオペレータ22が行うものである。
That is, when performing an operation using hybrid position and force control, the movable direction and the constraint direction expressed in the reference coordinate system (or hand coordinate system) of the robot are as follows:
The calculation is performed by the operator 22a from the installation posture of the work target 26. For example, in the copying operation of FIG. 5A, when the reference coordinate system of the robot is represented by XY axes in the drawing,
The operator 22 determines that the movable direction is the X-axis direction and the constraint direction is the Y-axis direction.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図5(B)に
示す開閉部14aの開閉動作のように、可動方向、拘束
方向が複雑になったり、可動方向、拘束方向をハンドの
姿勢で定義されるハンド座標系を用いて表す場合に、座
標系と部材の設置姿勢の関係が直観的に把握しにくいた
め、間違いが生じやすく、ロボットへの教示が困難であ
るという問題があった。
However, as in the opening / closing operation of the opening / closing portion 14a shown in FIG. 5B, the moving direction and the restraining direction are complicated, and the moving direction and the restraining direction are defined by the posture of the hand. When using a hand coordinate system, the relationship between the coordinate system and the installation orientation of the members is difficult to intuitively grasp, so that there is a problem that errors are likely to occur and it is difficult to teach the robot.

【0011】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、ロボットの可動方向及び拘束方向を自動的に検
出するロボット制御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a robot control device that automatically detects a moving direction and a restraining direction of a robot.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題は、作業対象を
所定方向に作動させる制御対象を駆動するにあたり該制
御対象の位置及び該作業対象との接触の力を検出して、
該制御対象の制御を行うロボット制御装置において、前
記制御対象の位置、力の検出信号により、該制御対象の
所定方向に対する可動又は拘束の状態を検出する可動・
拘束検出部と、該可動・拘束検出部に検出開始を指令す
ると共に、該制御対象の該可動、拘束状態の検出方向
に、動作指令を行う動作シーケンス生成部とを含む構成
とすることにより解決される。
The object of the present invention is to detect a position of a control object and a force of contact with the work object when driving the control object for operating the work object in a predetermined direction.
In the robot control device for controlling the control target, the position and the force of the control target are detected by a detection signal of the movable or movable state of the control target in a predetermined direction.
A solution is provided by including a constraint detection unit and an operation sequence generation unit that instructs the movable / constraint detection unit to start detection and that issues an operation command in the detection direction of the movable / constrained state of the controlled object. Is done.

【0013】[0013]

【作用】上述のように、制御対象が駆動する際の位置、
及び作業対象との接触の力を検出し、動作シーケンス生
成部の検出開始指令により検出位置から可動・拘束検出
部が該制御対象の可動方向又は拘束方向を検出する。
As described above, the position at which the controlled object is driven,
And the force of contact with the work object is detected, and the movable / constrained detection unit detects the movable direction or the constrained direction of the control object from the detected position in response to the detection start command of the operation sequence generation unit.

【0014】そして、動作シーケンス生成部が、可動・
拘束検出部の検出方向に基づいて、制御対象駆動の動作
指令を行うものである。
Then, the operation sequence generation unit operates
An operation command for driving the controlled object is issued based on the detection direction of the constraint detection unit.

【0015】これにより、ロボットの可動方向及び拘束
方向を自動的に検出することが可能になるものである。
This makes it possible to automatically detect the moving direction and the restraining direction of the robot.

【0016】[0016]

【実施例】図1に、本発明の一実施例の構成図を示す。
図1はロボット制御装置31を示したもので、制御対象
32は、例えば図5に示すようなロボット先端に力覚セ
ンサを介して取り付けられたハンドを動作させるアーム
関節駆動のモータ(アーム関節部)である。また、制御
対象32が作業する対象は、例えば図5(B)のような
開閉機構の開閉であり耐久試験等で行われる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows a robot controller 31. A control object 32 is an arm joint drive motor (arm joint part) for operating a hand attached via a force sensor to a robot tip as shown in FIG. 5, for example. ). The target that the control target 32 operates is, for example, the opening and closing of an opening and closing mechanism as shown in FIG.

【0017】図1において、オペレータ33と動作シー
ケンス生成部34とがターミナル35を介在されて相互
に接続され、動作シーケンス生成部34にはコマンド列
ファイル36が接続される。また、動作シーケンス生成
部34からは、位置制御部37及び力制御部38にそれ
ぞれ接続されると共に、可動・拘束検出部39と相互に
接続される。そして、可動・拘束検出部39からは位置
制御部37及び力制御部38に接続される。
In FIG. 1, an operator 33 and an operation sequence generator 34 are connected to each other via a terminal 35, and a command sequence file 36 is connected to the operation sequence generator 34. In addition, the operation sequence generation unit 34 is connected to the position control unit 37 and the force control unit 38, and is also connected to the movable / restriction detection unit 39. The movable / restriction detecting section 39 is connected to a position control section 37 and a force control section 38.

【0018】一方、制御対象32の位置が位置検出部4
0に検出されるように接続され、位置検出部40からは
位置信号を送出するように可動・拘束検出部39及び位
置制御部37に接続される。
On the other hand, the position of the control target 32 is
It is connected so as to be detected as 0, and is connected to the movable / restriction detecting section 39 and the position control section 37 so as to transmit a position signal from the position detecting section 40.

【0019】また、制御対象32の接触力が力検出部4
1に検出されるように接続され、力検出部41からは力
信号を送出するように可動・拘束検出部39及び力制御
部38に接続される。
The contact force of the controlled object 32 is
1 and is connected to the movable / restriction detecting section 39 and the force control section 38 so as to transmit a force signal from the force detecting section 41.

【0020】そして、位置制御部37及び力制御部38
からは、それぞれによる合成信号が送出するように操作
部42に接続され、操作部42からは制御対象32を制
御駆動するように接続される。
The position controller 37 and the force controller 38
Are connected to the operation unit 42 so that the combined signals are transmitted, and the operation unit 42 is connected so as to control and drive the control target 32.

【0021】ここで、各部の動作を説明する。なお、動
作シーケンス生成部34、可動・拘束検出部39、位置
制御部37、力制御部38の詳細については後述する。
Here, the operation of each unit will be described. The operation sequence generation unit 34, the movable / restriction detection unit 39, the position control unit 37, and the force control unit 38 will be described later in detail.

【0022】図における位置検出部37は、図示しない
が制御対象32であるロボットアームの関節部のモータ
の回転角を検出するエンコーダ及びカウンタと、回転角
から基準座標系へ座標値を変換する座標変換器とからな
り、基準座標系でのロボットの先端位置を検出する。
A position detecting unit 37 in the figure includes an encoder and a counter (not shown) for detecting the rotation angle of the motor of the joint of the robot arm which is the control target 32, and the coordinates for converting the coordinate value from the rotation angle to the reference coordinate system. It consists of a converter and detects the position of the tip of the robot in the reference coordinate system.

【0023】力検出部38は、図示しないが、ロボット
アームの先端に接続された力覚センサと、力覚センサで
検出された電気信号から基準座標系における接触力を算
出する力信号算出器とからなり、基準座標系での接触力
を検出する。
The force detector 38 includes a force sensor (not shown) connected to the tip of the robot arm and a force signal calculator for calculating a contact force in a reference coordinate system from an electric signal detected by the force sensor. And detects the contact force in the reference coordinate system.

【0024】操作部42は、位置制御部37、力制御部
38で生成された基準座標系表現の速度指令に追従する
ようにロボットのアーム関節部を駆動し、図示しないが
サーボモータ、パワー・アンプ、D/Aコンバータ、補
償器で構成される。
The operation unit 42 drives the arm joint of the robot so as to follow the speed command in the reference coordinate system expression generated by the position control unit 37 and the force control unit 38. It is composed of an amplifier, a D / A converter, and a compensator.

【0025】位置制御部37は、位置検出部40で検出
されたロボット(ハンド)の先端位置Xと動作シーケン
ス生成部34あるいは可動・拘束検出部39から与えら
れた目標位置X0 、動作時間、位置制御ゲイン、選択行
列などの位置制御パラメータに基づいて、XとX0 の偏
差を零にする位置制御方向の速度指令信号vp を発す
る。
The position control unit 37 calculates the tip position X of the robot (hand) detected by the position detection unit 40, the target position X 0 given by the operation sequence generation unit 34 or the movable / restriction detection unit 39, the operation time, position control gain, the selection matrix on the basis of the position control parameters such as, emit position control direction of the velocity command signal v p to zero a deviation between X and X 0.

【0026】また、力制御部38は、力検出部41で検
出した力信号Fと、動作シーケンス生成部34あるいは
可動・拘束検出部39から与えられた目標力F0 、力制
御パラメータ、選択行列に基づいてFとF0 の偏差を零
にする力制御方向の速度指令信号vf を発する。
Further, the force control unit 38 includes a force signal F detected by the force detection unit 41, a target force F 0 given from the operation sequence generation unit 34 or the movable / restriction detection unit 39, a force control parameter, and a selection matrix. emits F and the speed command signal of the force control direction to zero the deviation F 0 v f based on.

【0027】動作シーケンス生成部34は、可動・拘束
検出動作実行指令、目標力F0 、力制御パラメータ、選
択行列の転送、目標位置X0 、位置制御パラメータ、選
択行列の転送、位置制御、力制御の切り換え、オペレー
タが入力した動作コマンドの解釈、動作結果をターミナ
ル35に表示してオペレータ32への伝達を行う。そし
て、オペレータ33により作業のための動作手順が設定
される。例えば、連続的に基準座標系の各軸方向の可動
・拘束状態を検出するときには、可動・拘束検出動作終
了後に動作を開始した位置へ戻り、次の可動・拘束状態
検出方向への可動・拘束検出動作指令を生成する。
The operation sequence generating section 34 executes a movable / restriction detection operation execution command, a target force F 0 , a force control parameter, a transfer of a selection matrix, a target position X 0 , a position control parameter, a transfer of a selection matrix, a position control, and a force. The control is switched, the operation command input by the operator is interpreted, and the operation result is displayed on the terminal 35 and transmitted to the operator 32. Then, an operation procedure for the work is set by the operator 33. For example, when continuously detecting the movable / restricted state in each axis direction of the reference coordinate system, the movable / restricted state is returned to the position where the operation started after the movable / restricted state detection operation is completed, and the movable / restricted state is detected in the next movable / restricted state detection direction. Generate a detection operation command.

【0028】また、可動・拘束検出部39は、可動・拘
束検出動作の実行と可動・拘束状態の検出を行う。可動
・拘束検出動作の実行時には、ロボットの全ての方向の
制御状態を力制御状態とするため、位置制御部37、力
制御部38の選択行列を適当な値にセットする。可動・
拘束状態の検出は、可動・拘束状態を検出する方向へ適
当な目標力指令を生成し、「接触力が目標力と一致した
か」及び「あらかじめ与えられた距離を移動したか」の
どちらの条件を先に満たしたかを判定することで行う。
すなわち、検索している方向が拘束状態にあれば、部材
からロボットへ反力が返ってくるために接触力が生じ、
可動状態であれば、ロボット先端は可動・拘束状態検出
方向へ移動する。可動・拘束状態検出方向での可動・拘
束状態を検出すると、判定結果に応じたフラグを動作シ
ーケンス生成部34へ送るものである。
The movable / restricted state detecting section 39 performs a movable / restricted state detecting operation and detects a movable / restricted state. At the time of executing the movement / restriction detection operation, the selection matrix of the position control unit 37 and the force control unit 38 is set to an appropriate value in order to set the control state in all directions of the robot to the force control state. Movable ・
For detection of the constraint state, an appropriate target force command is generated in the direction of detecting the movable / constrained state, and either "whether the contact force matches the target force" or "whether the contact force has moved a predetermined distance" is selected. This is performed by determining whether the condition is satisfied first.
That is, if the direction being searched is in a constrained state, a contact force occurs because a reaction force returns from the member to the robot,
In the movable state, the robot tip moves in the movable / restricted state detection direction. When the movable / restricted state is detected in the movable / restricted state detection direction, a flag corresponding to the determination result is sent to the operation sequence generator 34.

【0029】また、コマンド列ファイル36は、作業を
実行するための動作コマンド列が記述されるものであ
る。
The command sequence file 36 describes an operation command sequence for executing a task.

【0030】次に、可動・拘束状態を検出するときの各
部の動作について詳述する。
Next, the operation of each part when detecting the movable / restricted state will be described in detail.

【0031】まず、動作シーケンス生成部34について
説明する。動作シーケンス生成部34では、オペレータ
33あるいは動作コマンド列が記述されたコマンド列フ
ァイル36から可動・拘束検出動作コマンドが与えられ
ると、可動・拘束検出動作実行指令を可動・拘束検出部
39へ送る。このとき、可動・拘束検出動作に必要とな
る目標力F0 、移動検出距離L、可動・拘束状態検出方
向ベクトルtを併せて転送する。目標力F0 、移動検出
距離L、可動・拘束状態検出方向ベクトルtは適当な値
をオペレータが動作シーケンス生成部内の記憶部へあら
かじめ設定しておく。
First, the operation sequence generator 34 will be described. When the movable / restriction detection operation command is given from the operator 33 or the command sequence file 36 in which the operation command sequence is described, the operation sequence generation unit 34 sends a movable / restriction detection operation execution command to the movable / restriction detection unit 39. At this time, the target force F 0 , the movement detection distance L, and the movable / restricted state detection direction vector t required for the movable / restricted state detection operation are transferred together. Appropriate values of the target force F 0 , the movement detection distance L, and the movable / restricted state detection direction vector t are set in advance by an operator in a storage unit in the operation sequence generation unit.

【0032】例えば、目標力を1Kg、移動検出距離5
mm、可動・拘束状態検出方向+X方向のとき、記憶部
のパラメータを表1のように設定する。なお、ベクトル
tは(X,Y,Z,α,β,γ)で(X,Y,Z)は位
置、(α,β,γ)はこれらの回転を表わしている。
For example, the target force is 1 kg, the movement detection distance is 5
mm, and the movable / restricted state detection direction + X direction, the parameters of the storage unit are set as shown in Table 1. Note that the vector t is (X, Y, Z, α, β, γ), (X, Y, Z) represents a position, and (α, β, γ) represents their rotation.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】連続して、+X,−X,+Y,−Y,(+
X)(+Y),(−X)(+Y),(+X)(−Y),
(−X)(−Y)方向の可動・拘束状態を連続して検出
する場合は、記憶部のパラメータを表2のように設定す
る。
Successively, + X, -X, + Y, -Y, (+
X) (+ Y), (-X) (+ Y), (+ X) (-Y),
When continuously detecting the movable / restricted state in the (−X) and (−Y) directions, the parameters of the storage unit are set as shown in Table 2.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】可動・拘束状態をオペレータ33へ伝達す
るには、上記した可動・拘束状態検出方向と動作結果を
ターミナル35へ出力することにより行われる。
The movable / restricted state is transmitted to the operator 33 by outputting the movable / restricted state detection direction and the operation result to the terminal 35.

【0037】次に、図2に、図1の可動、拘束検出のフ
ローチャートを示し、可動・拘束検出部39について説
明する。可動・拘束検出部39における検出動作では、
可動・拘束状態を調べる方向へ適当な値の目標力指令を
発生し、他の方向は目標力ゼロの力制御を行う。ここ
で、ロボット先端の制御方向を記述するために作業座標
系を定義する。作業座標系のX,Y,Z軸のそれぞれの
単位ベクトルをnw ,o w ,aw とおき、ロボットの動
作状態に応じて各軸方向の制御状態を設定する。また、
前述のように、作業座標系のX,Y,Z軸の軸回りの回
転軸を、α,β,γで表す。可動・拘束検出動作時の作
業座標系は、ロボットアーム先端における把持中心(ハ
ンドの中心)を原点とし、可動・拘束状態の検出方向を
X軸、X軸に直交する方向をY軸,Z軸として定義され
る。そして、作業座標系のnw ,o w ,aw を算出する
(ステップ(ST)1)。
Next, FIG. 2 is a diagram illustrating the movable and restraint detection of FIG.
The flowchart is shown, and the movable / restriction detection unit 39 is explained.
I will tell. In the detection operation of the movable / restriction detection unit 39,
Set an appropriate target force command in the direction to check the movable / restricted state.
Occurs, and in the other direction, a force control of zero target force is performed. here
Work coordinates to describe the control direction of the robot tip
Define the system. Each of the X, Y, and Z axes of the work coordinate system
Let the unit vector be nw, O w, AwToki, the movement of the robot
The control state in each axis direction is set according to the operation state. Also,
As described above, rotation around the X, Y, and Z axes of the working coordinate system is performed.
The axis of rotation is represented by α, β, γ. Operation during movable / restriction detection
The work coordinate system is based on the grip center (C
And the detection direction of the movable / restricted state
X axis, the direction orthogonal to the X axis is defined as Y axis, Z axis
You. And n in the working coordinate systemw, O w, AwCalculate
(Step (ST) 1).

【0038】まず、動作シーケンス生成部34から与え
られた可動・拘束状態検出方向ベクトルtn の単位ベク
トルをベクトルnw に設定する。
First, the unit vector of the movable / restricted state detection direction vector t n given from the operation sequence generator 34 is set to the vector n w .

【0039】 nw =tn /|tn | …(1) ベクトルow は、ベクトルnw に垂直であり、内積nw
・ow が、 nw ・ow =0 …(2) となるように設定される。また、ベクトルaw は、
w ,ow の外積で表され、 aw =nw ×ow …(3) である。
[0039] n w = t n / | t n | ... (1) vector o w is perpendicular to the vector n w, inner product n w
· O w is set to be n w · o w = 0 ... (2). Also, the vector a w is
n w, is represented by the cross product of o w, it is a w = n w × o w ... (3).

【0040】続いて、作業座標系で記述されているベク
トルを基準座標系表現へ変換する変換行列は、ベクトル
w ,ow ,aw を用いて、変換行列 ow w0
算出する(ST2)。この場合、 ow は、
[0040] Then, the conversion matrix for converting a vector that is described in the working coordinate system to the reference coordinate system representation, vector n w, o w, using a w, a transformation matrix o R w, the w R 0 It is calculated (ST2). In this case, o R w is

【0041】[0041]

【数1】 (Equation 1)

【0042】で与えられる。また、基準座標系表現のベ
クトルを作業座標系表現へ変換する変換行列 wo は、
変換行列 ow の転置行列に一致し、wo ow T …(5) となる。なお、oは基準座標系、wは作業座標系である
ことを示し、Tは転置を示している。
Is given by Further, a conversion matrix w Ro for converting the vector of the reference coordinate system expression to the working coordinate system expression is
Coincides with the transposed matrix of the transformation matrix o R w, the w R o = o R w T ... (5). Note that o indicates a reference coordinate system, w indicates a work coordinate system, and T indicates transposition.

【0043】続いて、作業座標系の全軸方向を力制御状
態にし、X軸方向へ目標力F0 の力制御指令を生成する
ため、可動・拘束検出部では、次のようなパラメータを
位置制御部、力制御部へ設定する(ST3)。
Subsequently, in order to set all axes in the working coordinate system in the force control state and generate a force control command of the target force F 0 in the X-axis direction, the movable / restriction detecting unit sets the following parameters to the position. The control unit and the force control unit are set (ST3).

【0044】 目標力ベクトル wF=( F0 0 0 0 0 0)T 力制御選択行列 Sf =diag(1 1 1 1 1 1) 位置制御選択行列 Sp =diag(0 0 0 0 0 0) 上記力指令を生成した時、可動・拘束状態検出方向の可
動・拘束状態を次のようにして判定する(ST4,ST
5)。
Target force vector w F = (F 0 0 0 0 0 0) T Force control selection matrix S f = diag (1 1 1 1 1 1) Position control selection matrix S p = diag (0 0 0 0 0 0 0) When the force command is generated, the movable / restricted state in the movable / restricted state detection direction is determined as follows (ST4, ST4).
5).

【0045】 可動状態の判定 | wxa wxi|>L …(6) 拘束状態の判定 | wa |=F0 …(7) ただし、 wxaは、作業座標系のX軸方向のロボット先
端の現在位置、 wxiは、作業座標系のX軸方向のロボ
ット先端の動作開始位置、| wa |は、接触力ベクト
wa の大きさである。また、diagは対角行列を
示したものである。
The decision of the moving state | w P xa - w P xi |> L ... (6) binding decision of the state | w F a | = F 0 ... (7) However, w P xa is, X of the work coordinate system current position in the axial direction of the robot tip, w P xi, the operation start position of the X-axis direction of the robot tip of the work coordinate system, | w F a | is the magnitude of the contact force vector w F a. “Diag” indicates a diagonal matrix.

【0046】この状態判定は、可動・拘束検出動作中に
並列的に行われ、上記判定条件のいずれかが成立した時
点で、動作シーケンス生成部へ対応するフラグを転送す
る。すなわち、可動状態の判定条件を満たした時、en
dflgPを転送し(ST6)、拘束状態の判定条件を
満たした時、endflgFを転送する(ST7)。こ
のように可動・拘束検出動作の終了は、位置による終了
判定と力による終了判定の2つの場合が存在する。
This state determination is performed in parallel during the movable / restriction detection operation, and when any of the above determination conditions is satisfied, the corresponding flag is transferred to the operation sequence generation unit. That is, when the condition for determining the movable state is satisfied, en
dflgP is transferred (ST6), and when the determination condition of the constraint state is satisfied, endflgF is transferred (ST7). As described above, there are two cases of the end of the movable / restriction detection operation: the end judgment based on the position and the end judgment based on the force.

【0047】尚、可動・拘束状態検出の判定条件は、検
出の確度を高めるため次式のように判定値に幅を持たせ
てもよい。
The condition for detecting the movable / restricted state may have a range as shown in the following equation in order to increase the accuracy of detection.

【0048】 可動状態の判定 L+a・L>| wxa wxi|>L+b・L …(8) 拘束状態の判定 F0 +c・F0 >| wa |>F0 +d・F0 …(9) a,b,c,dは、あらかじめ与えられている正または
負の係数である。
The judgment of the movable state L + a · L> | w P xa - w P xi |> L + b · L ... (8) judgment of the restraining state F 0 + c · F 0> | w F a |> F 0 + d · F 0 (9) a, b, c, and d are positive or negative coefficients given in advance.

【0049】また、上記説明では、可動・拘束状態検出
方向への移動を目標力を発生する力制御で行う場合につ
いて示したが、位置制御、速度制御を用いてもよい。例
えば、作業座標系のX軸方向へ位置制御で移動する場
合、可動・拘束検出動作の開始位置ベクトルを oor
すると、目標位置ベクトル、選択行列を、 目標力ベクトル wo oor+(L 0 0 0 0 0)T 位置制御選択行列 Sp =diag(1 1 1 1 1 1) 力制御選択行列 Sf =diag(0 0 0 0 0 0) のように設定する。
In the above description, the case where the movement in the movable / restricted state detection direction is performed by the force control for generating the target force is described. However, the position control and the speed control may be used. For example, when moving by the position control in the X-axis direction of the work coordinate system, assuming that the start position vector of the movable / restriction detection operation is o P or , the target position vector and the selection matrix are the target force vector w R o · o P or + (L 0 0 0 0 0) T position control selection matrix S p = diag (1 1 1 1 1 1) Force control selection matrix S f = diag (0 0 0 0 0)

【0050】そして、作業座標系のX軸方向以外を力制
御する場合は、目標力ベクトル、選択行列う次のように
設定する。
When force control is performed in a direction other than the X-axis direction of the work coordinate system, the target force vector and the selection matrix are set as follows.

【0051】 目標力ベクトル wF =(0 0 0 0 0 0)T 位置制御選択行列 Sp =diag(1 1 1 1 1 1) 力制御選択行列 Sf =diag(0 0 0 0 0 0) 一方、作業座標系のX軸方向へ速度制御(平面のみ)で
移動する場合、目標速度ベクトル、選択行列を、 目標力ベクトル wV =(V0 0 0 0 0 0)T 速度制御選択行列 SV =diag(1 1 1 1 1 1) 力制御選択行列 Sf =diag(0 0 0 0 0 0) のように設定する。また、作業座標系のX軸方向以外を
力制御する場合は、目標力ベクトル、選択行列を次のよ
うに設定する。
Target force vector w F = (0 0 0 0 0 0) T position control selection matrix S p = diag (1 1 1 1 1 1) Force control selection matrix S f = diag (0 0 0 0 0 0) On the other hand, when moving by speed control (plane only) in the X-axis direction of the work coordinate system, the target speed vector and the selection matrix are expressed as follows: target force vector w V = (V 0 0 0 0 0 0) T speed control selection matrix S V = set as diag (1 1 1 1 1 1 ) power control selection matrix S f = diag (0 0 0 0 0 0). When force control is performed in a direction other than the X-axis direction of the work coordinate system, a target force vector and a selection matrix are set as follows.

【0052】 目標力ベクトル wF =(0 0 0 0 0 0)T 速度制御選択行列 SV =diag(1 0 0 0 0 0) 力制御選択行列 Sf =diag(0 1 1 1 1 1) 目標速度V0 は、動作シーケンス生成部34へあらかじ
め与えておき、可動・拘束検出動作実行指令と共に可動
・拘束検出部39へ送る。
Target force vector w F = (0 0 0 0 0 0) T speed control selection matrix S V = diag (1 0 0 0 0 0) Force control selection matrix S f = diag (0 1 1 1 1 1) The target speed V 0 is given to the operation sequence generation unit 34 in advance, and is sent to the movable / constrained detection unit 39 together with a movable / constrained detection operation execution command.

【0053】なお、位置制御、速度制御を行った時の、
可動・拘束状態の検出方法は、力制御で移動を行った場
合と同様である。
When the position control and the speed control are performed,
The method of detecting the movable / restricted state is the same as the case where the movement is performed by force control.

【0054】次に、図3に、図1の力制御を説明するた
めの図を示し、力制御部38の処理について説明する。
図3において、力制御部38では、可動・拘束検出部3
9、動作シーケンス生成部34から指令された目標力と
ロボットと部材との接触力との偏差をゼロとする速度指
令を生成する。まず、力制御部38では、作業座標系上
での目標力と検出力との差を算出する。
Next, FIG. 3 is a diagram for explaining the force control of FIG. 1, and the processing of the force control unit 38 will be described.
In FIG. 3, the force control unit 38 includes a movable / restriction detection unit 3.
9. Generate a speed command to make the deviation between the target force commanded by the operation sequence generating unit 34 and the contact force between the robot and the member zero. First, the force control unit 38 calculates a difference between the target force and the detected force on the working coordinate system.

【0055】基準座標系記述の接触力ベクトル o
a を、作業座標系記述に変換する。基準座標系から作業
座標系への変換行列 w0 を用いると、作業座標系記述
の接触力ベクトル wa は、wa ow T oa …(10) で与えられる。従って、目標力ベクトル w0 と検出ベ
クトル wa との偏差ベクトル wdFは、 wdF= w0 −(− wa )= w0 wa …(11) である。この場合、検出ベクトル wa が負となるの
は、接触力ベクトル oaが可動・拘束状態検出方向ベ
クトルtn と逆向きであることによる。
Contact force vector o F described in reference coordinate system
Convert a to a working coordinate system description. With a transformation matrix w R 0 from the reference coordinate system to the working coordinate system, the contact force vector w F a work coordinate system description is given by w F a = o R w T · o F a ... (10) . Accordingly, the deviation vector w dF between the target force vector w F 0 and the detection vector w F a is as follows: w dF = w F 0 -(- w F a ) = w F 0 + w F a ... (11) In this case, the detection vector w F a is negative, due to the contact-force vector o F a is movable-constrained state detection direction vector t n and opposite.

【0056】また、力制御部38では、力補償器(図示
せず)による速度指令を生成する。まず、力制御速度指
令ベクトル wf0は、ゲインGf を用いて、wf0=Gf wdF …(12) となる。
Further, the force control section 38 generates a speed command by a force compensator (not shown). First, the force control speed instruction vector w v f0, using the gain G f, a w v f0 = G f · w dF ... (12).

【0057】可動・拘束検出動作では、力制御が、作業
座標系のX軸,Y軸,Z軸方向及び軸の回転方向で行わ
れ、選択行列 wf =diag(1 1 1 1 1
1)によって全幅の力制御方向の速度指令成分が抽出さ
れる。なお、Sはスイッチによる選択を表わしている。
[0057] In the movable-lock detection operation, the power control, X-axis of the work coordinate system, Y-axis, performed in the rotational direction of the Z-axis direction and in the axial, selection matrix w S f = diag (1 1 1 1 1
According to 1), the speed command component in the force control direction over the entire width is extracted. Note that S represents selection by a switch.

【0058】従って、最終的な速度指令ベクトル wf
は、wf wf wf0 …(13) である。
Therefore, the final speed command vector w v f
Is a w v f = w S f · w v f0 ... (13).

【0059】なお、力制御速度指令 wf を基準座標系
記述へ変換すると、of ow wf …(14) となる。ゲインGf は動作シーケンス生成部34から与
えられるもである。
[0059] It should be noted that, when you convert a force control speed instruction w v f to the reference coordinate system description, the o v f = o R w · w v f ... (14). The gain Gf is provided from the operation sequence generator 34.

【0060】次に、図4に、図1の位置制御を説明する
ためのブロック図を示し、位置制御部37の処理につい
て説明する。ところで、可動・拘束検出動作を各方向に
ついて連続的に行う場合、ロボットの先端位置を動作開
始位置へ戻す必要がある。そこで、位置制御部37にお
いて、目標位置を動作開始位置Porとする位置制御を行
う。
Next, FIG. 4 is a block diagram for explaining the position control of FIG. 1, and the processing of the position control unit 37 will be described. By the way, when the movable / restriction detecting operation is continuously performed in each direction, it is necessary to return the tip end position of the robot to the operation start position. Therefore, the position control unit 37 performs position control to set the target position as the operation start position P or .

【0061】図4において、位置制御動作では、選択行
列は、 力制御選択行列 Sf =diag(0 0 0 0 0 0) 位置制御選択行列 Sp =diag(1 1 1 1 1 1) となる。
In FIG. 4, in the position control operation, the selection matrix is as follows: Force control selection matrix S f = diag (0 0 0 0 0 0) Position control selection matrix S p = diag (1 1 1 1 1 1) .

【0062】この場合、基準座標系で記述された位置偏
差ベクトル odPは、目標位置ベクトル oor、およ
び、ロボット先端の位置ベクトル oarから、o dP= oor oar …(15) で与えられる。作業座標系での速度指令は、ゲインGp
を用いて、wp0=Gp wo odP …(16) となる。
[0062] In this case, the position deviation vector o dP described in the reference coordinate system, the target position vector o P or, and, from the position vector o P ar robot tip, o dP = o P or - o P ar ... Given by (15). The speed command in the working coordinate system is the gain G p
Using a, a w v p0 = G p · w R o · o dP ... (16).

【0063】また、選択行列は、 wp =diag(1
1 1 1 1 1)によって全軸の位置制御方向の
速度指令成分が抽出される。
[0063] In addition, the selection matrix, w S p = diag (1
According to 1 1 1 1), a speed command component in the position control direction of all axes is extracted.

【0064】従って、最終的な速度指令ベクトル wp
は、wp wp wp0 …(17) である。
Therefore, the final speed command vector w v p
Is a w v p = w S p · w v p0 ... (17).

【0065】なお、位置制御速度指令 wp を基準座標
系記述へ変換すると、op ow wp …(18) となる。ゲインGp は動作シーケンス生成部34から与
えられる。
[0065] When converting the position control speed command w v p to the reference coordinate system description, the o v p = o R w · w v p ... (18). The gain G p is provided from the operation sequence generator 34.

【0066】従って、速度制御を行う場合は、作業座標
系での速度指令は、wv wv wv … (19) で与える。なお、速度制御速度指令 wv を基準座標系
記述へ変換すると、ov ow wv …(20) となる。
[0066] Therefore, in the case of performing the speed control, the speed command of the task coordinate system, given by w v v = w S v · w v ... (19). Incidentally, converting the speed control speed instruction w v v to the reference coordinate system description, the o v v = o R w · w v v ... (20).

【0067】このように、拘束環境下にあるロボットの
可動方向及び拘束方向を自動的に算出することができ、
これにより、オペレータの負担を軽減することができる
ものである。
As described above, the movable direction and the restraint direction of the robot under the restraint environment can be automatically calculated.
As a result, the burden on the operator can be reduced.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御対象
の状態に応じた検出信号より可動、拘束の状態方向を検
出し、この検出方向に基づいて制御対象駆動の動作指令
を行うことにより、ロボットの可動方向及び拘束方向を
自動的に検出することができ、オペレータの負担を軽減
させることができるものである。
As described above, according to the present invention, the movable and restricted state directions are detected from a detection signal corresponding to the state of the controlled object, and an operation command for driving the controlled object is issued based on the detected direction. Accordingly, the moving direction and the restraining direction of the robot can be automatically detected, and the burden on the operator can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の可動、拘束検出のフローチャートであ
る。
FIG. 2 is a flowchart of detection of movable and restraint in FIG.

【図3】図1の力制御を説明するためのブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the force control of FIG. 1;

【図4】図1の位置制御を説明するためのブロック図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram for explaining the position control of FIG. 1;

【図5】従来のロボット制御の作業対象を説明するため
の図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation target of a conventional robot control.

【図6】従来のロボット制御装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional robot control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 ロボット制御装置 32 制御対象 33 オペレータ 34 動作シーケンス生成部 35 ターミナル 36 コマンド列ファイル 37 位置制御部 38 力制御部 39 可動・拘束検出部 40 位置検出部 41 力検出部 42 操作部 Reference Signs List 31 robot control device 32 controlled object 33 operator 34 operation sequence generation unit 35 terminal 36 command sequence file 37 position control unit 38 force control unit 39 movable / restriction detection unit 40 position detection unit 41 force detection unit 42 operation unit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 3/00-3/10 B25J 9/10-9/22 B25J 13/00-13/08 B25J 19/02-19 / 06 G05B 19/18-19/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 作業対象を所定方向に作動させる制御対
象(32)を駆動するにあたり該制御対象(32)の位
置及び該作業対象との接触の力を検出して、該制御対象
(32)の制御を行うロボット制御装置において、 前記制御対象(32)の位置、力の検出信号により、該
制御対象(32)の所定方向に対する可動又は拘束の状
態を検出する可動・拘束検出部(39)と、 該可動・拘束検出部(39)に検出開始を指令すると共
に、該制御対象(32)の可動、拘束状態の検出方向
に、動作指令を行う動作シーケンス生成部(34)と、 を含み、 前記可動・拘束検出部(39)における前記制御対象
(32)の所定方向に対する可動又は拘束の状態の検出
は、総ての制御方向の制御状態を力制御として検出方向
への目標力を発生させて該制御対象(32)を移動さ
せ、位置による動作終了の判定条件、又は力による動作
終了の判定条件の何れかを満足したか否かを判断するこ
とで行うことを特徴とするロボット制御装置。
1. A control system for operating a work object in a predetermined direction.
When driving the elephant (32), the position of the controlled object (32)
And the force of contact with the work object
In the robot control device for performing the control of (32), the position and the force of the control target (32) are detected by a detection signal.
The state of movement or restriction of the control target (32) in a predetermined direction
A movable / restriction detecting section (39) for detecting the state, and instructing the movable / restrictive detecting section (39) to start detection.
The detection direction of the movable and restrained state of the control target (32)
And an operation sequence generation unit (34) for issuing an operation command.See The control target in the movable / restriction detection section (39)
(32) Detection of movable or restricted state in a predetermined direction
Indicates the detection direction as the force control using the control state of all control directions.
The target (32) is generated by generating a target force to
, The condition for judging the end of operation by position, or operation by force
Judge whether any of the termination judgment conditions is satisfied.
And a robot control device.
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