JP3204207B2 - ロボットの制御装置とその制御方法 - Google Patents
ロボットの制御装置とその制御方法Info
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- JP3204207B2 JP3204207B2 JP08337098A JP8337098A JP3204207B2 JP 3204207 B2 JP3204207 B2 JP 3204207B2 JP 08337098 A JP08337098 A JP 08337098A JP 8337098 A JP8337098 A JP 8337098A JP 3204207 B2 JP3204207 B2 JP 3204207B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
- B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39355—Observer, disturbance observer
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボット制御の衝
突判定処理に関するものである。
突判定処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、サーボモータで駆動される産業用
ロボットの、障害物やワーク等への衝突による機構部の
破損を防止するために、衝突検出処理が行われている。
そして、その衝突検出は、機構部が衝突した際にサーボ
モータに発生する外乱トルクを外乱推定オブザーバによ
り推定し、この推定外乱トルクが設定されたしきい値以
上になると、衝突が発生したと判断する。しかし、ロボ
ットが衝突する際に発生する外乱トルクには、機械の摩
擦力、バネ系の反力、機械にかかる重力が含まれている
為、特開平３−１９６３１３号にあるように、衝突判定
のしきい値を前記の摩擦力、反力、重力よりも大きく
し、かつ、機構部の耐強度より小さい値に設定する方法
が用いられている。図１７にこの構成を示し、以下に説
明する。まず、制御手段１で算出される指令トルクとモ
ータ実速度より、外乱推定器２において外乱トルクを推
定する。次に判定手段４で、推定された外乱トルクと、
あらかじめ設定しておいたしきい値との比較を行い、外
乱トルクがしきい値を越えていた場合は衝突が生じたと
判断し、保護処理部５によって破損防止の処理を実行す
る。
ロボットの、障害物やワーク等への衝突による機構部の
破損を防止するために、衝突検出処理が行われている。
そして、その衝突検出は、機構部が衝突した際にサーボ
モータに発生する外乱トルクを外乱推定オブザーバによ
り推定し、この推定外乱トルクが設定されたしきい値以
上になると、衝突が発生したと判断する。しかし、ロボ
ットが衝突する際に発生する外乱トルクには、機械の摩
擦力、バネ系の反力、機械にかかる重力が含まれている
為、特開平３−１９６３１３号にあるように、衝突判定
のしきい値を前記の摩擦力、反力、重力よりも大きく
し、かつ、機構部の耐強度より小さい値に設定する方法
が用いられている。図１７にこの構成を示し、以下に説
明する。まず、制御手段１で算出される指令トルクとモ
ータ実速度より、外乱推定器２において外乱トルクを推
定する。次に判定手段４で、推定された外乱トルクと、
あらかじめ設定しておいたしきい値との比較を行い、外
乱トルクがしきい値を越えていた場合は衝突が生じたと
判断し、保護処理部５によって破損防止の処理を実行す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の衝突判定処
理では、外乱推定器で推定される外乱トルクには可動部
が移動する事によって生じる摩擦力、また機械にかかる
重力や減速器などバネ系の反力が含まれている為、正確
に衝突によって生じた外乱トルク分のみを推定する事が
困難である。よって衝突判定のしきい値を衝突以外の外
乱トルクのレベルより小さく設定する事ができない。ま
た重力や摩擦力、反力は常に変化するので、姿勢や速度
によっては衝突判定までの検出に時間がかかってしま
う。
理では、外乱推定器で推定される外乱トルクには可動部
が移動する事によって生じる摩擦力、また機械にかかる
重力や減速器などバネ系の反力が含まれている為、正確
に衝突によって生じた外乱トルク分のみを推定する事が
困難である。よって衝突判定のしきい値を衝突以外の外
乱トルクのレベルより小さく設定する事ができない。ま
た重力や摩擦力、反力は常に変化するので、姿勢や速度
によっては衝突判定までの検出に時間がかかってしま
う。
【０００４】また、従来の推定した外乱トルクをしきい
値と判定するだけでは、ロボット手首軸のような機構部
に基本軸による大きな慣性力が加わった時には、この慣
性力を衝突による外乱トルクと判断してしまい衝突の誤
判定を生じてしまうことがあった。
値と判定するだけでは、ロボット手首軸のような機構部
に基本軸による大きな慣性力が加わった時には、この慣
性力を衝突による外乱トルクと判断してしまい衝突の誤
判定を生じてしまうことがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の構成は、外乱検出器から出力される
外乱トルクの設定時間当たりの平均値を算出する平均値
算出手段と、前記平均値算出手段により算出された平均
外乱トルクを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
された平均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比較する
判定手段を設ける。
に、本発明の第１の構成は、外乱検出器から出力される
外乱トルクの設定時間当たりの平均値を算出する平均値
算出手段と、前記平均値算出手段により算出された平均
外乱トルクを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
された平均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比較する
判定手段を設ける。
【０００６】さらに、本発明の第２の構成は、ロボット
の速度別に設定時間を変更して外乱 トルクの時間当たり
の平均値を算出する速度別平均値算出手段を設ける。
の速度別に設定時間を変更して外乱 トルクの時間当たり
の平均値を算出する速度別平均値算出手段を設ける。
【０００７】さらに、本発明の第３の構成は、ロボット
の速度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が
速い時の設定時間を短くする速度別平均値算出手段を設
ける。
の速度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が
速い時の設定時間を短くする速度別平均値算出手段を設
ける。
【０００８】さらに、本発明の第４の構成は、現在の外
乱トルクに対して１つ前の設定時間で算出された平均外
乱トルクを記憶する記憶手段を設ける。
乱トルクに対して１つ前の設定時間で算出された平均外
乱トルクを記憶する記憶手段を設ける。
【０００９】さらに、本発明の第５の構成は、２軸以上
の関節を有するロボットにおいて各軸毎の外乱トルクの
総和を行い、その総和によって衝突判定を行う外乱トル
ク総和手段を設ける。
の関節を有するロボットにおいて各軸毎の外乱トルクの
総和を行い、その総和によって衝突判定を行う外乱トル
ク総和手段を設ける。
【００１０】さらに、本発明の第１の方法は、外乱検出
器から出力される外乱トルクの設定時間当たりの平均値
を算出して、それを平均外乱トルクとして記憶させ、そ
の記憶させた平均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比
較判定する。
器から出力される外乱トルクの設定時間当たりの平均値
を算出して、それを平均外乱トルクとして記憶させ、そ
の記憶させた平均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比
較判定する。
【００１１】さらに、本発明の第２の方法は、ロボット
の速度別に設定時間を変更して外乱トルクの時間当たり
の平均値を算出する。
の速度別に設定時間を変更して外乱トルクの時間当たり
の平均値を算出する。
【００１２】さらに、本発明の第３の方法は、ロボット
の速度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が
速い時の設定時間を短くする。
の速度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が
速い時の設定時間を短くする。
【００１３】さらに、本発明の第４の方法は、現在の外
乱トルクに対して１つ前の設定時間で算出された平均外
乱トルクを用いる。
乱トルクに対して１つ前の設定時間で算出された平均外
乱トルクを用いる。
【００１４】さらに、本発明の第５の方法は、２軸以上
の関節を有するロボットにおいて各軸毎の外乱トルクの
総和を行い、その総和によって衝突判定を行う。
の関節を有するロボットにおいて各軸毎の外乱トルクの
総和を行い、その総和によって衝突判定を行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】上記本発明の第１の構成と第１の
方法によれば、ロボット等機構部の衝突を判定するしき
い値を小さく設定でき、衝突を短時間で検出することが
できる。
方法によれば、ロボット等機構部の衝突を判定するしき
い値を小さく設定でき、衝突を短時間で検出することが
できる。
【００１６】上記本発明の第２の構成と第２の方法によ
れば、しきい値との比較に用いる衝突時の外乱値を、速
度に応じて変えることができる。
れば、しきい値との比較に用いる衝突時の外乱値を、速
度に応じて変えることができる。
【００１７】上記本発明の第３の構成と第３の方法によ
れば、ロボットの動作速度が速い場合でも、姿勢変化等
による検出外乱値の急な変化に対しても、衝突発生の誤
判定を回避する事ができる。
れば、ロボットの動作速度が速い場合でも、姿勢変化等
による検出外乱値の急な変化に対しても、衝突発生の誤
判定を回避する事ができる。
【００１８】上記本発明の第４の構成と第４の方法によ
れば、ロボット等機構部の衝突を判定するしきい値をさ
らに小さく設定することができ、衝突をさらに短時間で
検出することができる。
れば、ロボット等機構部の衝突を判定するしきい値をさ
らに小さく設定することができ、衝突をさらに短時間で
検出することができる。
【００１９】次に、上記本発明の第５の構成と第５の方
法によれば、全モータで算出された外乱トルクの総和を
行い、衝突判定を瞬時に検出できる。
法によれば、全モータで算出された外乱トルクの総和を
行い、衝突判定を瞬時に検出できる。
【００２０】（実施の形態１） 以下に本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２１】なお、以下本発明の実施の形態を説明する
にあたって、ロボットにかかる外乱トルクの検出を行う
一手段として外乱推定器を用いている。しかし、特にセ
ンサ等を用いる構成としてもよい事はいうまでもなく、
外乱トルクの検出方法に関わらずに本発明の制御装置及
び制御方法は構成できる。
にあたって、ロボットにかかる外乱トルクの検出を行う
一手段として外乱推定器を用いている。しかし、特にセ
ンサ等を用いる構成としてもよい事はいうまでもなく、
外乱トルクの検出方法に関わらずに本発明の制御装置及
び制御方法は構成できる。
【００２２】まず、衝突判定を瞬時に行う為の制御構成
を図１に示す。制御手段１より出力される指令トルクＴ
ｃと、モータの実速度ωより、外乱トルクＴｄが外乱推
定器２により算出される。次に算出された外乱トルクＴ
ｄは微分手段３において微分され、外乱トルクＴｄに対
応した微分信号として判定手段４に出力される。判定手
段４においては、あらかじめ設定されているしきい値
と、入力される微分信号との比較判定を行い、しきい値
を越えた時点で衝突が生じたと判断し、保護処理部５に
保護処理実行の指令を出し駆動機械の破損保護が行われ
る。
を図１に示す。制御手段１より出力される指令トルクＴ
ｃと、モータの実速度ωより、外乱トルクＴｄが外乱推
定器２により算出される。次に算出された外乱トルクＴ
ｄは微分手段３において微分され、外乱トルクＴｄに対
応した微分信号として判定手段４に出力される。判定手
段４においては、あらかじめ設定されているしきい値
と、入力される微分信号との比較判定を行い、しきい値
を越えた時点で衝突が生じたと判断し、保護処理部５に
保護処理実行の指令を出し駆動機械の破損保護が行われ
る。
【００２３】図２（ａ）に示すように、衝突が発生した
時の外乱トルクＴｄの変化がほぼ一定に右上がりに上昇
し、外乱トルクＴｄが、衝突発生から衝突判定されるま
での時間Ｔｓ後にしきい値を超える。それに対して、図
２（ｂ）に示すように、外乱トルクＴｄを微分した信号
ｄＴｄ／ｄｔの場合は、衝突発生と同時に、外乱トルク
Ｔｄの傾きに応じて急峻に値が増加し、瞬時（ｄＴｓの
間）に設定されたしきい値を越えることがわかる。
時の外乱トルクＴｄの変化がほぼ一定に右上がりに上昇
し、外乱トルクＴｄが、衝突発生から衝突判定されるま
での時間Ｔｓ後にしきい値を超える。それに対して、図
２（ｂ）に示すように、外乱トルクＴｄを微分した信号
ｄＴｄ／ｄｔの場合は、衝突発生と同時に、外乱トルク
Ｔｄの傾きに応じて急峻に値が増加し、瞬時（ｄＴｓの
間）に設定されたしきい値を越えることがわかる。
【００２４】よって、衝突発生後瞬時に衝突判定を行う
事ができる。
事ができる。
【００２５】（実施の形態２） 以下に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００２６】なお、説明を簡単にするために、図３に示
すような、基本軸に相当するモータ６、手首軸に相当す
るモータ７とリンク８、さらに固定台９及び負荷１０か
ら構成される２自由度のロボットアームで以下説明を行
う。また、第１の発明と同一の構成については、同一符
号を付して説明を略する。
すような、基本軸に相当するモータ６、手首軸に相当す
るモータ７とリンク８、さらに固定台９及び負荷１０か
ら構成される２自由度のロボットアームで以下説明を行
う。また、第１の発明と同一の構成については、同一符
号を付して説明を略する。
【００２７】まず、図３に示すように、ロボットアーム
は固定台９に固定しているモータ６の回転軸にリンク８
を接続し、そのリンク８の先端にモータ７を取り付け、
そのモータ７に負荷１０が取り付けられて構成されてい
る。そして、モータ６、モータ７の回転角を制御する事
でアーム先端の負荷１０の位置を制御している。この
時、モータ７には、モータ６の回転力による慣性力Ｆｉ
が働いている。
は固定台９に固定しているモータ６の回転軸にリンク８
を接続し、そのリンク８の先端にモータ７を取り付け、
そのモータ７に負荷１０が取り付けられて構成されてい
る。そして、モータ６、モータ７の回転角を制御する事
でアーム先端の負荷１０の位置を制御している。この
時、モータ７には、モータ６の回転力による慣性力Ｆｉ
が働いている。
【００２８】よって、モータ６の回転方向が反転した時
に慣性力Ｆｉが外乱トルクとしてモータ７に加わってし
まう。そこで、慣性力Ｆｉがしきい値を越えるような速
度でモータ６が反転した時にモータ７では衝突発生の誤
判定を行ってしまう。
に慣性力Ｆｉが外乱トルクとしてモータ７に加わってし
まう。そこで、慣性力Ｆｉがしきい値を越えるような速
度でモータ６が反転した時にモータ７では衝突発生の誤
判定を行ってしまう。
【００２９】そこで、基本軸であるモータ６の慣性力を
考慮するために、図４に示す構成にする。以下に図４の
構成を説明する。
考慮するために、図４に示す構成にする。以下に図４の
構成を説明する。
【００３０】しきい値変更手段１１において、基本軸モ
ータ６の回転速度ωｏに応じてしきい値を変更し、ωｏ
に応じたしきい値を判定手段４に出力する。判定手段４
では、微分手段３より出力される外乱トルクに対応した
微分信号と、しきい値変更手段１１より出力されるしき
い値との比較判定を行う。
ータ６の回転速度ωｏに応じてしきい値を変更し、ωｏ
に応じたしきい値を判定手段４に出力する。判定手段４
では、微分手段３より出力される外乱トルクに対応した
微分信号と、しきい値変更手段１１より出力されるしき
い値との比較判定を行う。
【００３１】（実施の形態３） 以下に本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００３２】まず、図５で構成を説明する。また、第１
の発明と同一の構成については、同一符号を付して説明
を略する。外乱推定器２で算出される外乱トルクを重力
成分のような低周波をカットするフィルタ部１２に出力
しフィルタ部１２において重力成分をカットし、判定手
段４に出力する。ここで、外乱トルクに含まれる重力成
分について説明する。前記ロボットが図６に示すように
ｐ１からｐ２までのモータ６の関節動作を行った場合、
算出される外乱トルクは図７（ａ）の実線で示すような
波形となる。よって、このように推定を行う外乱トルク
に重力成分が含まれていると、算出値の絶対値が重力項
によって変動してしまい、判定しきい値を重力項が最大
となる大きさより下げる事ができない。しかし、外乱ト
ルクをフィルタ部１２によりフィルタリングを行うと図
７（ｂ）の実線で示すように重力による変動分をカット
できる。さらに、ロボットが図６に示すように動作中あ
る位置Ｐａで障害物と衝突した時、フィルタ処理を行わ
ない場合の外乱トルク波形は図７（ａ）の点線で示すよ
うな波形となる。しかし、フィルタ処理を行った場合の
外乱トルク波形は図７（ｂ）の点線で示すような波形と
なる。よって図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、フ
ィルタ処理を行わない時の衝突発生から衝突判定までの
時間Ｔｓと、フィルタ処理を行った時の衝突発生から衝
突判定までの時間Ｔｓ’では明らかにＴｓ＞Ｔｓ’とな
る事がわかる。
の発明と同一の構成については、同一符号を付して説明
を略する。外乱推定器２で算出される外乱トルクを重力
成分のような低周波をカットするフィルタ部１２に出力
しフィルタ部１２において重力成分をカットし、判定手
段４に出力する。ここで、外乱トルクに含まれる重力成
分について説明する。前記ロボットが図６に示すように
ｐ１からｐ２までのモータ６の関節動作を行った場合、
算出される外乱トルクは図７（ａ）の実線で示すような
波形となる。よって、このように推定を行う外乱トルク
に重力成分が含まれていると、算出値の絶対値が重力項
によって変動してしまい、判定しきい値を重力項が最大
となる大きさより下げる事ができない。しかし、外乱ト
ルクをフィルタ部１２によりフィルタリングを行うと図
７（ｂ）の実線で示すように重力による変動分をカット
できる。さらに、ロボットが図６に示すように動作中あ
る位置Ｐａで障害物と衝突した時、フィルタ処理を行わ
ない場合の外乱トルク波形は図７（ａ）の点線で示すよ
うな波形となる。しかし、フィルタ処理を行った場合の
外乱トルク波形は図７（ｂ）の点線で示すような波形と
なる。よって図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、フ
ィルタ処理を行わない時の衝突発生から衝突判定までの
時間Ｔｓと、フィルタ処理を行った時の衝突発生から衝
突判定までの時間Ｔｓ’では明らかにＴｓ＞Ｔｓ’とな
る事がわかる。
【００３３】（実施の形態４） 以下に本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００３４】まず、図８で構成を説明する。また、第１
の発明と同一の構成については、同一符号を付して説明
を略する。
の発明と同一の構成については、同一符号を付して説明
を略する。
【００３５】平均値算出手段１３は、外乱推定器２から
の外乱トルクを入力として、一定時間ごとに、その一定
時間内での外乱トルクの平均値を算出して、平均外乱ト
ルクを出力する。記憶手段１４は、平均値算出手段１３
からの平均外乱トルクが主力されるごとに、それを記憶
し、一定時間後にそれを出力する。演算器１５は、外乱
推定器２からの外乱トルクと、記憶手段１４からの平均
外乱トルクとの差を求め、判定手段４へ出力する。判定
手段４では、演算器１５の出力としきい値とを比較し
て、衝突判定を行う。
の外乱トルクを入力として、一定時間ごとに、その一定
時間内での外乱トルクの平均値を算出して、平均外乱ト
ルクを出力する。記憶手段１４は、平均値算出手段１３
からの平均外乱トルクが主力されるごとに、それを記憶
し、一定時間後にそれを出力する。演算器１５は、外乱
推定器２からの外乱トルクと、記憶手段１４からの平均
外乱トルクとの差を求め、判定手段４へ出力する。判定
手段４では、演算器１５の出力としきい値とを比較し
て、衝突判定を行う。
【００３６】さらに、図９で詳しく説明する。図９
（ａ）は、外乱トルクとその平均値を示したものであ
る。時間軸上に一定間隔Ｔａの区間を設け、現在の時間
が属する区間をｎを整数として区間ｎとすれば、その自
然数ｉ個前の区間を区間ｎ−ｉとする。Ｔｄｎ（ｔ）
は、区間ｎにおける外乱トルクを示し、ＴＤ（ｎ−１）
は、区間ｎ−１での平均外乱トルクを示している。図９
（ｂ）は、区間ｋ（ｋ＝・・・，ｎ−２，ｎ−１，ｎ，
・・・）における外乱トルクＴｄｋ（ｔ）と、そのＴｄ
ｋ（ｔ）が属する区間より一つ前の区間での平均外乱ト
ルクＴＤ（ｋ−１）との差を、示したものである。
（ａ）は、外乱トルクとその平均値を示したものであ
る。時間軸上に一定間隔Ｔａの区間を設け、現在の時間
が属する区間をｎを整数として区間ｎとすれば、その自
然数ｉ個前の区間を区間ｎ−ｉとする。Ｔｄｎ（ｔ）
は、区間ｎにおける外乱トルクを示し、ＴＤ（ｎ−１）
は、区間ｎ−１での平均外乱トルクを示している。図９
（ｂ）は、区間ｋ（ｋ＝・・・，ｎ−２，ｎ−１，ｎ，
・・・）における外乱トルクＴｄｋ（ｔ）と、そのＴｄ
ｋ（ｔ）が属する区間より一つ前の区間での平均外乱ト
ルクＴＤ（ｋ−１）との差を、示したものである。
【００３７】衝突発生を判断するためのしきい値は、従
来の方法では、図９（ａ）で示すように、Ｔｄ（ｔ）の
最大値よりも大きく設定する必要があるのに対し、本発
明の第４の実施例によれば、図９（ｂ）で示すように、
現在の外乱トルクと、それが属する区間より一つ前の区
間での平均外乱トルクとの差より大きければよい。すな
わち、本発明の第４の実施例によれば、衝突発生を判断
するためのしきい値は、従来のそれよりも小さく設定す
ることができ、したがって、すばやく衝突発生を検知す
ることができる。
来の方法では、図９（ａ）で示すように、Ｔｄ（ｔ）の
最大値よりも大きく設定する必要があるのに対し、本発
明の第４の実施例によれば、図９（ｂ）で示すように、
現在の外乱トルクと、それが属する区間より一つ前の区
間での平均外乱トルクとの差より大きければよい。すな
わち、本発明の第４の実施例によれば、衝突発生を判断
するためのしきい値は、従来のそれよりも小さく設定す
ることができ、したがって、すばやく衝突発生を検知す
ることができる。
【００３８】なお、現在の外乱トルクＴｄ（ｔ）との差
をとる平均外乱トルクは、二つ以上前の区間でのものを
用いても構わないが、一つ前の区間での平均外乱トルク
を用いる場合のほうが、衝突検知のためのしきい値を、
より小さく設定することができる。
をとる平均外乱トルクは、二つ以上前の区間でのものを
用いても構わないが、一つ前の区間での平均外乱トルク
を用いる場合のほうが、衝突検知のためのしきい値を、
より小さく設定することができる。
【００３９】（実施の形態５） 以下に本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００４０】まず、図１０で構成を説明する。また、第
４の発明と同一の構成については、同一符号を付して説
明を略する。
４の発明と同一の構成については、同一符号を付して説
明を略する。
【００４１】速度別平均値算出手段１６は、外乱推定器
２からの外乱トルクを入力として、ロボットの動作速度
Ｖに応じて変化する時間区間ごとに、その時間区間内で
の外乱トルクの平均値を算出して、平均外乱トルクを出
力する。
２からの外乱トルクを入力として、ロボットの動作速度
Ｖに応じて変化する時間区間ごとに、その時間区間内で
の外乱トルクの平均値を算出して、平均外乱トルクを出
力する。
【００４２】さらに、図１１で詳しく説明する。図１１
（ａ）は、ロボットの動作速度を示し、図１１（ｂ）
は、そのときの、外乱トルクとその平均値を示したもの
である。図１１（ｂ）について、図９（ａ）と異なる点
は、時間の区間がロボットの動作速度に応じて変化する
という点である。符号等その他の点については、図９
（ａ）と同様の意味を持つものとする。時間の区間の設
定方法であるが、例えば、図１１（ａ）、図１１（ｂ）
においては、ある時点での速度に応じて、その時点を始
まりとする区間を設定し、その区間の終わりの時点で、
その時点での速度に応じて、次の区間を設定し、順次こ
れを繰り返していく、というようにしている。なおこの
とき、区間の長さは、速度が大きい程、小さくなるよう
な設定のしかたをしている。
（ａ）は、ロボットの動作速度を示し、図１１（ｂ）
は、そのときの、外乱トルクとその平均値を示したもの
である。図１１（ｂ）について、図９（ａ）と異なる点
は、時間の区間がロボットの動作速度に応じて変化する
という点である。符号等その他の点については、図９
（ａ）と同様の意味を持つものとする。時間の区間の設
定方法であるが、例えば、図１１（ａ）、図１１（ｂ）
においては、ある時点での速度に応じて、その時点を始
まりとする区間を設定し、その区間の終わりの時点で、
その時点での速度に応じて、次の区間を設定し、順次こ
れを繰り返していく、というようにしている。なおこの
とき、区間の長さは、速度が大きい程、小さくなるよう
な設定のしかたをしている。
【００４３】また、図１１（ａ），図１１（ｂ）は、速
度が大きくなる程、ロボットの姿勢の変化の割合が大き
くなり、検出した外乱トルクの変化の割合も大きくなる
ようすを示している。
度が大きくなる程、ロボットの姿勢の変化の割合が大き
くなり、検出した外乱トルクの変化の割合も大きくなる
ようすを示している。
【００４４】また、図１１（ｃ）は、このときの、図１
１（ｂ）で示すところのＴｄ（ｔ）と、そのＴｄ（ｔ）
が属する区間より一つ前の区間での平均外乱トルクとの
差を、示したものである。なお、衝突検知のためのしき
い値の設定のしかたは、本発明の第４の実施の形態で示
したのと同じである。
１（ｂ）で示すところのＴｄ（ｔ）と、そのＴｄ（ｔ）
が属する区間より一つ前の区間での平均外乱トルクとの
差を、示したものである。なお、衝突検知のためのしき
い値の設定のしかたは、本発明の第４の実施の形態で示
したのと同じである。
【００４５】ここで、時間の区間を速度によらず一定と
した場合の、外乱トルクとその平均値を図１１（ｄ）
に、図１１（ｄ）で示すところのＴｄ（ｔ）と、そのＴ
ｄ（ｔ）が属する区間より一つ前の区間での平均外乱ト
ルクとの差を、図１１（ｅ）に示す。なお、このときの
ロボットの動作速度は、図１１（ａ）で示したものと同
じとする。
した場合の、外乱トルクとその平均値を図１１（ｄ）
に、図１１（ｄ）で示すところのＴｄ（ｔ）と、そのＴ
ｄ（ｔ）が属する区間より一つ前の区間での平均外乱ト
ルクとの差を、図１１（ｅ）に示す。なお、このときの
ロボットの動作速度は、図１１（ａ）で示したものと同
じとする。
【００４６】図１１（ｃ）と図１１（ｅ）とを比べてわ
かるように、外乱トルクを平均する時間の区間を、速度
に応じて変化させ、その時間の区間が速度が大きい程短
くなるようにした場合は、時間の区間を速度によらず一
定にした場合に対して、衝突検知のためのしきい値を、
さらに小さくできることがわかる。
かるように、外乱トルクを平均する時間の区間を、速度
に応じて変化させ、その時間の区間が速度が大きい程短
くなるようにした場合は、時間の区間を速度によらず一
定にした場合に対して、衝突検知のためのしきい値を、
さらに小さくできることがわかる。
【００４７】（実施の形態６） 以下に本発明の第６の実施の形態について説明する。
【００４８】まず、図１２に示すように、２台の協調動
作を行っているロボットが衝突した場合、すべての動作
軸であるお互いのモータ６、モータ７のうちいずれか一
つでも推定外乱トルクがしきい値を越えたところで、お
互いのロボットが衝突発生に対する保護処理を実行す
る。次に、図１３で構成を説明する。各軸制御部１００
において、協調動作を行っているロボットを構成してい
るモータすべての外乱トルクの算出を行う。そして、そ
れぞれのロボット間を含む各制御部間の通信手段１０１
により接続されている。また、通信手段１０１は、上位
判定手段１３と上位指令生成部１４とで構成される。そ
して、上位判定手段１３には、すべての軸制御部１００
で算出された外乱トルクの値が出力される。上位判定手
段１３は各軸毎にあらかじめ設定されたしきい値と、そ
れぞれの軸制御部１００で算出された外乱トルクとの比
較判定を行う。この時、どれか一軸でも外乱トルクがし
きい値を越えると、直ちに上位判定手段１３は、上位指
令生成部１４に衝突発生の判定を出力する。上位指令生
成部１４は衝突判定を認識すると直ちに全モータに対し
て衝突保護処理の指令を出力する。このように、協調動
作を行う全モータの外乱トルクを一つの指令生成部１４
が管理する事で最も検知力の高いモータで衝突を検知
し、全モータが直ちに衝突保護動作を実行する事ができ
る。
作を行っているロボットが衝突した場合、すべての動作
軸であるお互いのモータ６、モータ７のうちいずれか一
つでも推定外乱トルクがしきい値を越えたところで、お
互いのロボットが衝突発生に対する保護処理を実行す
る。次に、図１３で構成を説明する。各軸制御部１００
において、協調動作を行っているロボットを構成してい
るモータすべての外乱トルクの算出を行う。そして、そ
れぞれのロボット間を含む各制御部間の通信手段１０１
により接続されている。また、通信手段１０１は、上位
判定手段１３と上位指令生成部１４とで構成される。そ
して、上位判定手段１３には、すべての軸制御部１００
で算出された外乱トルクの値が出力される。上位判定手
段１３は各軸毎にあらかじめ設定されたしきい値と、そ
れぞれの軸制御部１００で算出された外乱トルクとの比
較判定を行う。この時、どれか一軸でも外乱トルクがし
きい値を越えると、直ちに上位判定手段１３は、上位指
令生成部１４に衝突発生の判定を出力する。上位指令生
成部１４は衝突判定を認識すると直ちに全モータに対し
て衝突保護処理の指令を出力する。このように、協調動
作を行う全モータの外乱トルクを一つの指令生成部１４
が管理する事で最も検知力の高いモータで衝突を検知
し、全モータが直ちに衝突保護動作を実行する事ができ
る。
【００４９】（実施の形態７） 以下に本発明の第７の実施の形態について説明する。
【００５０】まず、図１４に示すように、負荷１０が取
り付けられたモータ６、モータ７、リンク８、固定台９
で構成されるロボットがある動作中に障害物１９に衝突
した時、モータ６、モータ７で算出される外乱トルクを
それぞれＴｄ６、Ｔｄ７とする。これらの総和をＴｄａ
とし、全軸の外乱トルクの総和Ｔｄａが設定されたしき
い値を越えた時に衝突が発生したと判定する。次に図１
５で構成を説明する。説明を簡単にするため、図１４で
示したロボットの構成をもとに説明する。
り付けられたモータ６、モータ７、リンク８、固定台９
で構成されるロボットがある動作中に障害物１９に衝突
した時、モータ６、モータ７で算出される外乱トルクを
それぞれＴｄ６、Ｔｄ７とする。これらの総和をＴｄａ
とし、全軸の外乱トルクの総和Ｔｄａが設定されたしき
い値を越えた時に衝突が発生したと判定する。次に図１
５で構成を説明する。説明を簡単にするため、図１４で
示したロボットの構成をもとに説明する。
【００５１】まず、ロボットを構成する各モータ間の通
信を行う通信手段１０２は、外乱トルク総和手段２０
と、前記外乱トルク総和手段２０より算出される外乱ト
ルクの総和とあらかじめ設定された総和しきい値との比
較を行う上位判定手段１７と、全動作軸に指令生成を行
う上位指令生成部１８より構成される。次に、モータ
６、モータ７それぞれの軸制御部１００において外乱ト
ルクＴｄ６、Ｔｄ７の算出が行われる。そして、各軸毎
に算出された外乱トルクにより外乱トルク総和手段２０
は全軸の外乱トルクの総和Ｔｄａを算出し、上位判定手
段１７に出力する。上位判定手段１７は外乱トルクの総
和Ｔｄａとあらかじめ設定されている総和しきい値αａ
との比較を行い、Ｔｄａが総和しきい値αａを越えてい
ると、衝突発生と判断し、上位指令生成部１８に保護処
理の実行を要求する。上位指令生成部１８は上位判定手
段１７から保護処理実行の要求を受けると直ちに、保護
処理を実行するための指令を各モータの軸制御部１００
に出力する。
信を行う通信手段１０２は、外乱トルク総和手段２０
と、前記外乱トルク総和手段２０より算出される外乱ト
ルクの総和とあらかじめ設定された総和しきい値との比
較を行う上位判定手段１７と、全動作軸に指令生成を行
う上位指令生成部１８より構成される。次に、モータ
６、モータ７それぞれの軸制御部１００において外乱ト
ルクＴｄ６、Ｔｄ７の算出が行われる。そして、各軸毎
に算出された外乱トルクにより外乱トルク総和手段２０
は全軸の外乱トルクの総和Ｔｄａを算出し、上位判定手
段１７に出力する。上位判定手段１７は外乱トルクの総
和Ｔｄａとあらかじめ設定されている総和しきい値αａ
との比較を行い、Ｔｄａが総和しきい値αａを越えてい
ると、衝突発生と判断し、上位指令生成部１８に保護処
理の実行を要求する。上位指令生成部１８は上位判定手
段１７から保護処理実行の要求を受けると直ちに、保護
処理を実行するための指令を各モータの軸制御部１００
に出力する。
【００５２】ここで、α６をモータ６の衝突判定のしき
い値、α７をモータ７の衝突判定しきい値とする。図１
６に示すそれぞれの衝突発生から衝突判定までの時間Ｔ
ｓより、通常Ｔｄ６＞α６、ｏｒ、Ｔｄ７＞α７となっ
たところで衝突発生の判断を行うよりも、Ｔｄａ＞αａ
の時点で衝突発生であると判断する方が明らかに判定ま
での時間短縮できる事が分かる。
い値、α７をモータ７の衝突判定しきい値とする。図１
６に示すそれぞれの衝突発生から衝突判定までの時間Ｔ
ｓより、通常Ｔｄ６＞α６、ｏｒ、Ｔｄ７＞α７となっ
たところで衝突発生の判断を行うよりも、Ｔｄａ＞αａ
の時点で衝突発生であると判断する方が明らかに判定ま
での時間短縮できる事が分かる。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第３、４の構成と第３、４の方法により、ロボットの
衝突発生を瞬時に検出する事ができ、また、本発明の第
５の構成と第５の方法によれば、全モータで算出された
外乱トルクの総和を行い、衝突判定を瞬時に検出でき、
さらに、本発明の第１、２の構成と第１、２の方法によ
り、ロボットの姿勢変化における重力の影響を受けるこ
となく、正確な外乱トルクの算出が可能であるため、高
精度な衝突検出ができ、実用的にきわめて有用である。
の第３、４の構成と第３、４の方法により、ロボットの
衝突発生を瞬時に検出する事ができ、また、本発明の第
５の構成と第５の方法によれば、全モータで算出された
外乱トルクの総和を行い、衝突判定を瞬時に検出でき、
さらに、本発明の第１、２の構成と第１、２の方法によ
り、ロボットの姿勢変化における重力の影響を受けるこ
となく、正確な外乱トルクの算出が可能であるため、高
精度な衝突検出ができ、実用的にきわめて有用である。
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図
ク図
【図２】衝突発生時の外乱トルクの変化とその微分信号
を示す図
を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態説明の為の２自由度
ロボットアームの構成図
ロボットアームの構成図
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図
ク図
【図５】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図
ク図
【図６】本発明の第３の実施の形態説明の為の２自由度
ロボットアームの構成図
ロボットアームの構成図
【図７】重力の影響を受ける時の外乱トルクの変動を示
す図
す図
【図８】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図
【図９】本発明の第４の実施の形態説明の為の図
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示すブロック図
【図１１】本発明の第５の実施の形態説明の為の図
【図１２】本発明の第６の実施の形態説明の為の２自由
度ロボットアームの構成図
度ロボットアームの構成図
【図１３】本発明の第６の実施の形態の構成を示すブロ
ック図
ック図
【図１４】本発明の第７の実施の形態説明の為の２自由
度ロボットアームの構成図
度ロボットアームの構成図
【図１５】本発明の第７の実施の形態の構成を示すブロ
ック図
ック図
【図１６】本発明の第７の実施形態説明の為の外乱トル
クの変化を示す図
クの変化を示す図
【図１７】従来の衝突判定処理の構成を示すブロック図
１ 制御手段 ２ 外乱推定器 ３ 微分手段 ４ 判定手段 ５ 保護処理部 ６ モータ ７ モータ ８ リンク ９ 固定台 １０ 負荷 １１ しきい値変更手段 １２ フィルタ部 １３ 平均値算出手段 １４ 記憶手段 １５ 演算器 １６ 速度別平均値算出手段 １７ 上位判定手段 １８ 上位指令生成部 １９ 障害物 ２０ 外乱トルク総和手段 １００ 軸制御部 １０１ 通信手段 １０２ 通信手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大音 雅裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−196313（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−308304（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−17703（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−317679（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−328603（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−70490（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 B25J 1/00 - 21/02 H02P 5/00
Claims (10)
- 【請求項１】 ロボットを駆動する複数のモータを制御
する制御部と、前記モータのトルクと速度を入力してロ
ボットにかかる外乱トルクを推定する外乱検出器と、前
記外乱検出器から出力される外乱トルクの設定時間当た
りの平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算
出手段により算出された平均外乱トルクを記憶する記憶
手段と、前記記憶手段に記憶された平均外乱トルクと現
在の外乱トルクとを比較する判定手段とを有するロボッ
トの制御装置。 - 【請求項２】 ロボットを駆動する複数のモータを制御
する制御部と、前記モータのトルクと速度を入力してロ
ボットにかかる外乱トルクを推定する外乱検出器と、前
記ロボットの速度別に設定時間を変更して外乱トルクの
時間当たりの平均値を算出する速度別平均値算出手段
と、前記速度別平均値算出手段により算出された平均外
乱トルクを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶さ
れた平均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比較する判
定手段とを有するロボットの制御装置。 - 【請求項３】 速度別平均値算出手段は、ロボットの速
度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が速い
時の設定時間を短くする請求項１記載のロボットの制御
装置。 - 【請求項４】 現在の外乱トルクに対して１つ前の設定
時間で算出された平均外乱トルクを記憶手段に記憶する
請求項１から３の何れかに記載のロボットの制御装置。 - 【請求項５】 １つ以上の基本軸と先端に設けられた１
つ以上の手首軸を有するロボットの各軸毎の外乱検出器
からの信号を入力する通信手段により各軸の総和を行う
請求項１から４の何れかに記載のロボットの制御装置。 - 【請求項６】 ロボットを駆動する複数のモータのトル
クと速度を入力してロボットにかかる外乱トルクを推定
するステップと、前記外乱トルクの設定時間当たりの平
均外乱トルクを算出するステップと、前記算出された平
均外乱トルクを記憶するステップと、前記記憶された平
均外乱トルクと現在の外乱トルクとを比 較するステップ
を有するロボットの制御方法。 - 【請求項７】 ロボットを駆動する複数のモータのトル
クと速度を入力してロボットにかかる外乱トルクを推定
するステップと、前記ロボットの速度別に設定時間を変
更して外乱トルクの時間当たりの平均外乱トルクを算出
するステップと、前記算出された平均外乱トルクを記憶
するステップと、前記記憶された平均外乱トルクと現在
の外乱トルクとを比較するステップを有するロボットの
制御方法。 - 【請求項８】 速度別平均値算出手段は、ロボットの速
度が遅い時の設定時間に対して、ロボットの速度が速い
時の設定時間を短くする請求項６記載のロボットの制御
方法。 - 【請求項９】 現在の外乱トルクに対して１つ前の設定
時間で算出された平均外乱トルクを記憶するステップを
有する請求項６から８の何れかに記載のロボットの制御
方法。 - 【請求項１０】 １つ以上の基本軸と先端に設けられた
１つ以上の手首軸を有するロボットの各軸毎の外乱検出
器からの信号を入力し、外乱トルクの総和を用いる請求
項６から９の何れかに記載のロボットの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08337098A JP3204207B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | ロボットの制御装置とその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08337098A JP3204207B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | ロボットの制御装置とその制御方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001122466A Division JP2001353687A (ja) | 2001-04-20 | 2001-04-20 | ロボットの制御装置とその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11282540A JPH11282540A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3204207B2 true JP3204207B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=13800545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08337098A Expired - Fee Related JP3204207B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | ロボットの制御装置とその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3204207B2 (ja) |
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| EP1704956B1 (en) * | 2004-10-21 | 2011-02-02 | Panasonic Corporation | Welding system and consumable electrode welding method |
| JP2016159367A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | ファナック株式会社 | ロボットの動作モードを自動的に切替えるロボット制御装置 |
| JP6848206B2 (ja) * | 2015-05-20 | 2021-03-24 | 日産自動車株式会社 | 故障診断装置及び故障診断方法 |
| US10946523B2 (en) | 2015-05-20 | 2021-03-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Failure diagnostic device and failure diagnostic method |
| WO2016185593A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | 日産自動車株式会社 | 故障診断装置及び故障診断方法 |
| CN113949721A (zh) | 2016-12-22 | 2022-01-18 | 日本电产株式会社 | 多马达系统 |
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| US10145747B1 (en) * | 2017-10-10 | 2018-12-04 | Auris Health, Inc. | Detection of undesirable forces on a surgical robotic arm |
| JP6753836B2 (ja) * | 2017-11-28 | 2020-09-09 | ファナック株式会社 | ロボットとその衝突検知方法 |
| JP7176255B2 (ja) * | 2018-07-04 | 2022-11-22 | 富士電機株式会社 | 電動機制御装置及び衝突検出方法 |
| CN109732599B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-11-03 | 深圳市越疆科技有限公司 | 一种机器人碰撞检测方法、装置、存储介质及机器人 |
| JP6885436B2 (ja) * | 2019-09-11 | 2021-06-16 | 富士電機株式会社 | サーボアンプ及びサーボシステム |
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- 1998-03-30 JP JP08337098A patent/JP3204207B2/ja not_active Expired - Fee Related
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