JP3217351B2 - Force control device and robot using the same - Google Patents

Force control device and robot using the same

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JP3217351B2
JP3217351B2 JP26960090A JP26960090A JP3217351B2 JP 3217351 B2 JP3217351 B2 JP 3217351B2 JP 26960090 A JP26960090 A JP 26960090A JP 26960090 A JP26960090 A JP 26960090A JP 3217351 B2 JP3217351 B2 JP 3217351B2
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grinder
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work
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、手先部に取り付けられた手先効果器の被加
工部材への押し付力を検出して、ロボットを制御する力
制御装置及び力制御ロボットに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention controls a robot by detecting a pressing force of a hand effector attached to a hand portion against a workpiece. The present invention relates to a force control device and a force control robot.

(従来の技術) ロボットの手先に、工具等の手先効果器を取り付け
て、ワークへ所定の力で押圧してワークを作業する力制
御ロボットと、力制御ロボットを制御する力制御装置が
提案されている。
(Prior Art) A force control robot that attaches a hand effector such as a tool to a hand of a robot and presses the work with a predetermined force to work the work, and a force control device that controls the force control robot have been proposed. ing.

力制御ロボットとして例えば、グラインダ作業ロボッ
ト等においては、手先効果器であるグラインダをワーク
へ所定の押し付け力で任意の方向に押圧するため、工具
とロボットの手先部の間に6軸力トルクセンサが固着さ
れている。
As a force control robot, for example, in a grinder working robot, etc., a 6-axis force torque sensor is provided between a tool and a hand portion of the robot in order to press a grinder, which is a hand effector, into a work in a given direction with a predetermined pressing force. It is fixed.

この6軸力トルクセンサによって検出された各軸方向
の力及び各軸回りのモーメントまたはこれらの合成力が
所定の値になるように力制御装置が制御している。
The force control device controls the forces in the respective axial directions and the moments about the respective axes detected by the six-axis force torque sensor or the combined forces thereof to have predetermined values.

つまり、検出したい方向の力又はモーメントをそのま
ま直接検出し、その検出された力やモーメントを力制御
ロボットの制御用の制御ループに組込むことにより、力
制御やコンプライアンス制御、ハイブリッド制御等を行
っている。
In other words, force control, compliance control, hybrid control, etc. are performed by directly detecting the force or moment in the direction to be detected as it is and incorporating the detected force or moment into a control loop for controlling the force control robot. .

ところが、上記のようなロボットでは、力トルクセン
サは、その先に比較的重量のある工具を取り付けている
ため、工具に加速度が働くと、この加速度によって生じ
る慣性力も当然この力トルクセンサによって検出するこ
とになる。
However, in the above-described robot, since the force torque sensor has a relatively heavy tool attached thereto, when acceleration is applied to the tool, the inertial force generated by the acceleration is naturally detected by the force torque sensor. Will be.

さらに、力トルクセンサによって検出される力は、押
付け力や慣性力の合成力であり、押付け力や慣性力を区
別して検出することができない。
Further, the force detected by the force torque sensor is a composite force of the pressing force and the inertial force, and cannot be detected separately from the pressing force and the inertial force.

従って、上記のような力制御装置や力制御ロボットの
構成では、手先効果器のワークへの押付け力だけを正確
に測定することは困難であった。
Therefore, with the above-described configuration of the force control device and the force control robot, it has been difficult to accurately measure only the pressing force of the hand effector against the work.

また、力制御などを行う際には、従来の力検出方法で
は、ワークと被接触時でもロボットアームの駆動による
工具の慣性力やロボットアームの振動などによる工具の
慣性力を押付け力と区別なく制御系にフィードバックし
てしまう。そして、この慣性力は、制御しようとする押
付け力に対して同レベルあるいはそれ以上の大きさがあ
るため無視することが出来なかった。仮にこの慣性力を
無視して作業を行うとワークへの所望の作業をすること
が出来なかった。
Also, when performing force control, etc., with the conventional force detection method, the inertial force of the tool due to the drive of the robot arm and the inertial force of the tool due to the vibration of the robot arm are not distinguished from the pressing force even in the case of contact with the workpiece. Feedback to the control system. This inertial force cannot be ignored because it has the same level or greater than the pressing force to be controlled. If the work is performed ignoring this inertial force, the desired work on the work cannot be performed.

また微少の工具の振動でも、その慣性力を制御系にフ
ィードバックしてしまうため、さらに大きな振動となっ
て発振の原因となっていた。
In addition, even if the vibration of the tool is very small, the inertial force is fed back to the control system, so that the vibration becomes larger and causes oscillation.

従って、力ループのゲインを上げることが出来ず、応
答性の良い制御を行うことが出来ないので、精度の高い
加工を行うことが出来なかった。
Therefore, the gain of the force loop cannot be increased, and control with good responsiveness cannot be performed, so that high-precision machining cannot be performed.

このような問題を解決する方法として、あらかじめロ
ボットの動作によって慣性力を計算しておき、その分を
除去する方法が提案されているが、動作ごとにあらかじ
め計算しておく必要があるし、また、アームの振動のよ
うに、予測できない慣性力に対しては全く対応できな
い。他にフィルタリング手法を用いる方法が提案されて
いるが、この方法も、十分に効果があるとはいえない
し、多くの計算を必要とする。
As a method for solving such a problem, a method has been proposed in which the inertial force is calculated in advance by the operation of the robot and the amount thereof is removed, but it is necessary to calculate in advance for each operation, and It cannot deal with unpredictable inertial force such as arm vibration at all. Other methods using a filtering method have been proposed, but this method is not sufficiently effective and requires many calculations.

また、常に、工具の姿勢によって工具の6軸力トルク
センサに対する自重補償の計算もしなければならなかっ
た。従って、計算機の負担が増える等の問題があった、 他の問題点として、加工作業されるワークの形状がわ
かっている場合にはそれに応じてワークの法線方向に工
具を押付けながらかつ手先効果器の姿勢を変化させ常に
手先効果器をワークに対して所定の姿勢を保ちながら、
作業を行うことができるが、ワークの形状が予めわから
ないような場合には、どの様に姿勢を変化させればよい
のかロボットは自ら判断することが出来ないので、未知
形状のワークの加工に対応することが出来なかった。
In addition, the self-weight compensation for the six-axis force torque sensor of the tool must always be calculated according to the posture of the tool. Therefore, there were problems such as an increase in the load on the computer. Another problem is that if the shape of the work to be processed is known, the tool is pressed in the normal direction of the work and the hand effect Change the posture of the vessel and always keep the hand effector
Work can be performed, but when the shape of the work is not known in advance, the robot cannot determine how to change the posture by itself, so it can be used to process a work with an unknown shape. I couldn't do it.

またワークの形状が予めわかったとしても、その形状
をロボットに教示したり、制御装置に形状に対応したデ
ータを入力する作業は、ワークの形状、ワークの仕上形
状が複雑になればなるほで莫大な労力を必要とする。
Even if the shape of the work is known in advance, the work of teaching the shape to the robot and inputting data corresponding to the shape to the control device is only required if the shape of the work and the finished shape of the work become complicated. Requires enormous effort.

一方、研究段階のものとして、特殊な形状の砥石や専
用の特殊な力センサを工具に組込んで、未知の形状のワ
ークを研削するロボットが提案されているが、汎用性に
乏しく一般のグラインダ作業に適用することは出来な
い。また、特殊な形状の砥石や専用の特殊な力センサを
工具に組込んでいるのでコストが割高である。
On the other hand, as a research stage, a robot that grinds a workpiece with an unknown shape by incorporating a specially shaped whetstone or a special special force sensor into a tool has been proposed, but a general grinder is lacking in versatility. It cannot be applied to work. In addition, the cost is relatively high because a specially shaped grindstone and a special special force sensor are incorporated in the tool.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来の力制御ロボットでは、手先効果器
である工具の慣性力を検出するため、工具とワークの間
の正確な押付け力を検出することができず、慣性力など
を検出してしまうため力ループのゲインを上げることが
出来ず、力制御の応答性が悪く、加工を精度良く行うこ
とが困難であるなどの問題があった。また、工具の6軸
トルクセンサに対する自重補償の計算もしなければなら
なかったなどの問題もあった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional force control robot, since the inertial force of the tool as the hand effector is detected, the accurate pressing force between the tool and the work can be detected. However, since the inertia force or the like is detected, the gain of the force loop cannot be increased, the response of the force control is poor, and it is difficult to perform machining with high accuracy. In addition, there was another problem that the self-weight compensation for the six-axis torque sensor of the tool had to be calculated.

さらに、従来の力制御ロボット及び力制御装置では、
未知の形状の被加工部材に適用することが出来ない。こ
のため被加工部材の形状をロボットに教示したり、イン
プットするのに莫大な労力を必要とするという問題があ
った。
Furthermore, in the conventional force control robot and force control device,
It cannot be applied to workpieces with unknown shapes. For this reason, there has been a problem that enormous labor is required to teach and input the shape of the workpiece to the robot.

また、研究段階のものとして、未知の形状の被加工部
材を研削するロボットが提案されているが、汎用性に乏
しく、一般のグラインダ作業に適用することが出来な
い。またコスト的にも割高であるという問題がある。
Further, as a research stage, a robot for grinding a workpiece having an unknown shape has been proposed, but it is poor in versatility and cannot be applied to general grinder work. There is also a problem that the cost is high.

そこで本発明は、重力、慣性力の影響を簡単に消去
し、手先効果器のワークへの押付け力を正確に検出し
て、力制御等の応答性を向上することが出来、加工精度
を向上することが出来、計算機の負担を軽減させること
が出来る力制御装置及び力制御ロボットの提供が目的で
ある。
Therefore, the present invention can easily eliminate the effects of gravity and inertial force, accurately detect the pressing force of the hand effector against the work, improve the response of force control and the like, and improve the processing accuracy. It is an object of the present invention to provide a force control device and a force control robot capable of reducing the load on a computer.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための請求項1記載の発明では、
ロボットのアーム端部に取り付けられた手先効果器の被
加工部材への押付け力を検出して、該押付け力が目標押
付け力となるように該ロボットを制御する力制御装置で
あって、前記アーム端部と前記手先効果器の間に配置さ
れ、前記被加工部材から該手先効果器に付与される前記
押付け力の反力に基づく力及びモーメントを検出する検
出手段と、 この検出手段により検出された前記力及びモーメントか
ら、座標変換を行なって前記手先効果器の重心回りのモ
ーメントを求め、このモーメントから前記押付け力を算
出する演算手段と、この演算手段により算出された前記
押付け力が前記目標押付け力と一致するように前記ロボ
ットを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする力
制御装置を提供する。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the invention according to claim 1 for achieving the above object,
A force control device for detecting a pressing force of a hand effector attached to an end of an arm of a robot against a workpiece, and controlling the robot so that the pressing force becomes a target pressing force. Detecting means disposed between an end portion and the hand effector, for detecting a force and a moment based on a reaction force of the pressing force applied to the hand effector from the workpiece, From the force and the moment, coordinate transformation is performed to determine a moment around the center of gravity of the hand effector, and the pressing force is calculated from the moment, and the pressing force calculated by the calculating unit is the target force. And a control means for controlling the robot so as to match the pressing force.

また、請求項2の発明では、アーム端部に取り付けら
れた手先効果器の被加工部材への押付け力を検出して、
該押付け力が目標押付け力となるように制御されるロボ
ットであって、前記アーム端部と前記手先効果器の間に
配置され、前記被加工部材から該手先効果器に付与され
る前記押付け力の反力に基づく力及びモーメントを検出
する検出手段と、この検出手段により検出された前記力
及びモーメントから、座標変換を行なって前記手先効果
器の重心回りのモーメントを求め、このモーメントから
前記押付け力を算出する第1の演算手段と、この第1の
演算手段により算出された前記押付け力が前記目標押付
け力と一致するように前記手先効果器を制御する制御手
段とを備えたことを特徴とするロボットを提供する。
In the invention of claim 2, the pressing force of the hand effector attached to the end of the arm against the workpiece is detected,
A robot controlled so that the pressing force becomes a target pressing force, wherein the pressing force is disposed between the arm end and the hand effector and is applied to the hand effector from the workpiece. Detecting means for detecting a force and a moment based on the reaction force of the above, and a coordinate transformation is performed from the force and the moment detected by the detecting means to obtain a moment around the center of gravity of the hand effector, and from this moment, the pressing is performed. A first calculating means for calculating a force; and a control means for controlling the hand effector such that the pressing force calculated by the first calculating means matches the target pressing force. To provide a robot.

(作用) 請求項1及び2の発明では、演算手段によって、検出
手段の検出位置を見掛上手先効果器の重心へ移動し、そ
れにより手先効果器の重心回りのモーメントを求め、検
出された手先効果器の重心回りのモーメントから、手先
効果器の被加工部材への正確な押付け力が検出される。
(Operation) According to the first and second aspects of the present invention, the detection position of the detection means is apparently moved to the center of gravity of the hand effector by the calculation means, whereby the moment around the center of gravity of the hand effector is obtained and detected. From the moment about the center of gravity of the hand effector, an accurate pressing force of the hand effector on the workpiece is detected.

手先効果器は、被加工部材に対して一定の姿勢で一定
の方向に押し付ける場合が多く、また、被加工部材と接
触する部分もほぼ決まっている場合が多い。
In many cases, the hand effector presses the workpiece in a fixed posture and in a fixed direction, and the portion in contact with the workpiece is often almost fixed.

このため、手先効果器の被加工部材への押付け力をF
とすると、検出手段によって検出される手先効果器の重
心回りのモーメントMGと、重心からの垂直距離rを用
いて F=MG/r …(1) によって押付け力を算出することが出来る。
Therefore, the pressing force of the hand effector against the workpiece is reduced to F
Then, the pressing force can be calculated by F = MG / r (1) using the moment MG around the center of gravity of the hand effector detected by the detecting means and the vertical distance r from the center of gravity.

また、押付け力を制御するために、手先効果器に振動
などの慣性力が働いた場合でも、つもり手先効果器の押
付け方向に加速度αが生じた場合でも、それによって生
じる慣性力mα(mは手先効果器の重量)は、重心回り
のモーメントMGには、まったく検出されない。
In addition, even if inertial force such as vibration acts on the hand effector to control the pressing force, or if acceleration α is generated in the pressing direction of the intended hand effector, the inertial force mα (m The weight of the hand effector) is not detected at all in the moment MG around the center of gravity.

従って、慣性力等の影響を受けずに正確な押付け力を
検出することが出来るので、検出された押付け力に基づ
いて、手先効果器を被加工部材へ押付けることが出来
る。
Therefore, since the accurate pressing force can be detected without being affected by the inertial force or the like, the hand effector can be pressed against the workpiece based on the detected pressing force.

従って、力制御等の応答性が良く、精度の良い力制御
装置及びそれを用いたロボットを提供することが出来
る。
Therefore, it is possible to provide a highly accurate force control device having high responsiveness such as force control and a robot using the same.

また、手先効果器の重心回りのモーメントMGで検出
しているため、ロボットの姿勢などが変化してもそれに
よる手先効果器の自重の影響は生じないので、自重補償
の演算も必要としない。
In addition, since the moment MG around the center of gravity of the hand effector is detected, even if the posture of the robot changes, the influence of the self-weight of the hand effector does not occur, so that the calculation of the self-weight compensation is not required.

更にまた、工具毎の支持機構やセンサが必要になった
り、工具の支持方法が限定されるなどのハードウェア的
な制約を受けることなく、正確な押付け力が検出可能で
ある。
Furthermore, an accurate pressing force can be detected without being restricted by hardware such as a support mechanism or a sensor for each tool or a limitation on a method of supporting the tool.

次に本発明に係る力制御装置及び力制御ロボットの実
施例について説明する。
Next, an embodiment of a force control device and a force control robot according to the present invention will be described.

第1実施例 第2図には第1実施例の力制御装置及びこの力制御装
置によって制御される力制御ロボット1が示されてい
る。この力制御ロボット1は6軸円筒座標形のロボット
であり、Z、R、θ、α、β、γ方向の6軸を有してい
る。この力制御ロボット1の手先部3には手先効果器と
してグラインダ5が取り付けられている。このグライン
ダ5は、被加工部材であるワーク7(第1図参照)を研
削加工する。
First Embodiment FIG. 2 shows a force control device according to a first embodiment and a force control robot 1 controlled by the force control device. The force control robot 1 is a robot having a six-axis cylindrical coordinate system, and has six axes in Z, R, θ, α, β, and γ directions. A grinder 5 is attached to a hand portion 3 of the force control robot 1 as a hand effector. The grinder 5 grinds a workpiece 7 (see FIG. 1) as a workpiece.

力制御ロボット1のアーム9の端部とグラインダ5の
間には、6軸力センサ11が配置されており、この6軸力
センサ11とグラインダ5との間には、グラインダ5の高
周波の振動遮断するためのゴムダンパ13が配置されてい
る。
A six-axis force sensor 11 is arranged between the end of the arm 9 of the force control robot 1 and the grinder 5, and a high-frequency vibration of the grinder 5 is provided between the six-axis force sensor 11 and the grinder 5. A rubber damper 13 for blocking is provided.

第1図に示されるように、手先部3のグラインダ5
は、円板状の砥石15をモータ17で回転し、ワーク7の表
面を研削する。この時砥石15はワーク7の表面に対して
所定の角度φCGで傾斜して、このワーク7の表面上を移
動する。
As shown in FIG. 1, the grinder 5 of the hand 3
Rotates the disk-shaped grindstone 15 with the motor 17 to grind the surface of the work 7. In this case grinding wheel 15 is inclined relative to the surface of the workpiece 7 at a predetermined angle phi CG, moves on the surface of the workpiece 7.

なお、第1図において、ワーク7の表面に沿った座標
系Σc(ワーク7の法線方向Zc、グラインダ送り方向
Xc、グラインダ横方向Yc)、センサ座標系Σs、Σsを
グラインダの重心に平行移動させたグラインダ座標系Σ
Gを設定する。また、第1図において、OGはグラインダ
5の重心を示し、砥石15とワーク7の表面との当接部か
ら重心OGまでの距離をrとする。
In FIG. 1, the coordinate system Σc along the surface of the work 7 (the normal direction Z c of the work 7, the grinder feed direction
X c , grinder lateral direction Y c ), sensor coordinate system {s, grinder coordinate system obtained by moving s parallel to the center of gravity of the grinder}
Set G. In the first view, O G indicates the center of gravity of the grinder 5, the distance from the contact portion between the grinding wheel 15 and the surface of the workpiece 7 to the center of gravity O G and r.

ワーク7の表面をグラインダ作業する場合は、一般的
には、ワーク7に対して法線ZC方向にグラインダ5を押
付ける。またワーク7に対してグラインダ5は一定の接
触角φCGを保ちながら作業を行う。
If you grinder working surface of the workpiece 7 is generally presses the grinder 5. normal Z C direction relative to the workpiece 7. The grinder 5 is performing work while maintaining a constant contact angle phi CG relative to the workpiece 7.

従って、グラインダ5の押付け反力FWZとセンサ11に
よって検出する重心OG回り(この場合YG)のモーメント
MGYおよび、グラインダ5の重心OGからFWZまでの垂直距
離rとの関係は MGY=FWZ×r …(2) となる。式(2)より重心OG回りのモーメントMGYを検
出することによってグラインダ5のワーク7への押付け
力の反力FWZを計測することが出来る。また、第3図
は、力制御ロボット1の記号図であるが、ベース固定部
に固定された絶対座標系ΣOを設定する。
Therefore, the moment of the center of gravity O G around the detection by the reaction force F WZ and the sensor 11 pressing the grinder 5 (in this case Y G)
M GY and the relationship between the vertical distance r from the center of gravity O G of the grinder 5 to F WZ becomes ... M GY = F WZ × r (2). Can be measured reaction force F WZ pressing force to the workpiece 7 of the grinder 5 by detecting the center of gravity O G moment around the M GY the equation (2). FIG. 3 is a symbolic diagram of the force control robot 1, in which an absolute coordinate system ΣO fixed to the base fixing portion is set.

次に、力制御ロボット1が制御される力制御装置19に
ついて第4図を用いて説明する。第4図は力制御装置19
の構成を示すブロック図である。
Next, the force control device 19 for controlling the force control robot 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the force control device 19
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG.

力制御装置19はコンピュータ21からグラインダ5のワ
ーク7への目標押付け力が入力されて、この目標押付け
力を後述する駆動用座標変換器へ出力する目標押付け力
出力部23と、ジョイステック等の操作部25から目標位置
が入力されて、この目標位置を出力する目標位置出力部
27と、操作部29から目標姿勢位置が出力されてこの目標
姿勢位置を出力する目標姿勢位置出力部31と、が設けら
れている。
The force control device 19 receives a target pressing force from the computer 21 to the work 7 of the grinder 5 and outputs the target pressing force to a driving coordinate converter, which will be described later. A target position output unit that receives a target position from the operation unit 25 and outputs the target position
27, and a target posture position output unit 31 that outputs a target posture position from the operation unit 29 and outputs the target posture position.

さらに、力制御装置19には、目標押付け力出力部23か
ら目標押付け出力信号が入力され、目標位置出力部27か
らは目標位置信号が入力され、目標姿勢位置出力部31か
らは目標姿勢位置信号がそれぞれ出力されて、目標角度
θidがサーボドライブ、モータへ出力される座標変換器
33が設けられている。
Further, the force control device 19 receives a target pressing output signal from the target pressing force output unit 23, a target position signal from the target position output unit 27, and a target posture position signal from the target posture position output unit 31. Are output and the target angle θ id is output to the servo drive and motor.
33 are provided.

また、6軸力センサ11によって検出された6軸方向の
力信号からグラインダ5の重心回りのモーメントMGを求
め、さらに重心まわりのモーメントから所定の押付け力
が出力される座標変換器35が設けられている。
Also, 6 6 axial force signal detected by the force sensor 11 obtains a center of gravity moment around the M G of the grinder 5, the coordinate converter 35 is provided to be output further predetermined pressing force from the moment around the center of gravity Have been.

グラインダ5の重心回りのモーメントを検出するため
には6軸力センサ11の原点OSとグラインダ5の重心OG
の各軸方向のオフセットと、センサによって検出できる
各軸方向の力と、角軸回りのモーメントを用いて座標変
換器35によって座標変換することにより、センサの原点
を見掛上グラインダの重心へ移動させることが出来る。
この場合、重心OG回りのモーメントMGYは、MSY、FSZ、F
SX、ZGS、XGSによって、 MGY=MSY+FSZ・XGS−FSX・ZGS …(3) と表せる。なお、MSY、FSZ、FSXはセンサ座標系でのY
軸回りのモーメント、Z、X方向の力、ZGS、XGSは、セ
ンサ原点とグラインダ5の重心OGの各軸方向の距離を示
している。また、符号も座標系の取り方によって変わ
る。また、他の軸回りのモーメントも同様にして、 MGX=MSX+FSY・ZGS−FSZ・YGS …(4) MGZ=MSZ+FSX・YGS−FSY・XGS …(5) により求めることが出来る。
And offset of each axis direction between the center of gravity O G of the origin O S and grinder 5 of the six-axis force sensor 11 for detecting the center of gravity moment around the grinder 5, and the axial force that can be detected by a sensor, angular The origin of the sensor can be apparently moved to the center of gravity of the grinder by performing coordinate conversion by the coordinate converter 35 using the moment about the axis.
In this case, the moment M GY about the center of gravity O G is M SY , F SZ , F
SX, Z GS, the X GS, M GY = M SY + F SZ · X GS -F SX · Z GS ... (3) and expressed. Note that M SY , F SZ and F SX are Y in the sensor coordinate system.
Moment about the axis, Z, X direction force, Z GS, X GS indicates the distance in each axis direction of the center of gravity O G sensor origin and grinder 5. The sign also changes depending on the coordinate system. Further, the moment of the other axis are similarly, M GX = M SX + F SY · Z GS -F SZ · Y GS ... (4) M GZ = M SZ + F SX · Y GS -F SY · X GS ... (5) can be obtained.

ワーク7の法線方向に一定の押付け力で押付け、ワー
ク7の表面を一様に研削するような場合、グラインダ5
は、ワーク7の法線方向に一定の力で押付け、表面に沿
った方向へ移動させれば良い。
In a case where the work 7 is pressed with a constant pressing force in the normal direction and the surface of the work 7 is uniformly ground, the grinder 5 is used.
May be pressed with a constant force in the normal direction of the work 7 and moved in a direction along the surface.

ワーク7の表面に沿ったワーク座標系Σcを設定し、
力トルクセンサによって検出したワーク7の法線方向の
押付け力FWZが、目標の押付け力出力部23から出力され
た目標の押付け力FWZdとなるようにZC方向に目標位置Z
Cdを与える。つまり、 ZCd(n)=Kf(FWZd−FWz)+ZCd(n−1) …(6) と表される。なお、ZCd(n−1)は、1サンプリング
前の目標位置である。当然、ここでの、FWZは、グライ
ンダ5の重心OG回りに働くモーメントから検出してい
る。
A work coordinate system Σc along the surface of the work 7 is set,
Normal direction of the pressing force F WZ work 7 detected by torque sensor, so that the pressing force F WZd target output from the target pressing force output section 23 Z C direction to a target position Z
Give Cd . That is, Z Cd (n) = K f (F WZd −F Wz ) + Z Cd (n−1) (6) Note that Z Cd (n−1) is the target position one sampling before. Of course, where the, F WZ is detected from the moment acting on the center of gravity O G around the grinder 5.

ワーク7に沿った方向XC、YCについては、ジョイステ
ィックや計算によって、またグラインダ5の姿勢α
β、γについては、ワーク7の表面に一定の角度を
保つように、目標位置を与える。
The directions X C and Y C along the workpiece 7 are calculated by using a joystick or calculation, and the posture α C of the grinder 5,
Regarding β C and γ C , target positions are given so as to keep a constant angle on the surface of the work 7.

従って、検出される押付け力Fwzが目標の押付け力F
WZdに満たない場合には、さらにワーク7の方へ目標位
置が与えられ、目標の押付け力になるまでワーク7の方
へ押付けられる。
Accordingly, the detected pressing force F wz is equal to the target pressing force F
If WZd is not satisfied, the target position is further given to the work 7 and pressed toward the work 7 until the target pressing force is achieved .

この間、他の方向については、位置制御が成されてお
り、グラインダ5は押付け方向に並進移動される。
During this time, position control is performed in other directions, and the grinder 5 is translated in the pressing direction.

ワーク7の表面に沿った目標位置XCd、YCdを固定して
いる場合には、位置を保持した状態で、押付けが行うこ
とが出来る。また順当適当に計算機やジョイスティック
により目標位置XCd、YCdを与えることで、ワーク7の表
面に任意の送り速度で、グラインダ5を進めることが出
来る。
When the target positions X Cd and Y Cd along the surface of the work 7 are fixed, the pressing can be performed while maintaining the positions. By giving the target positions X Cd and Y Cd with a computer or a joystick as appropriate, the grinder 5 can be advanced at an arbitrary feed speed on the surface of the work 7.

また、グラインダ5の姿勢の目標値αCd、βCd、γCd
については、ワークに対して、一定に保つように目標位
置をあたえる。平板であれば、αCd、βCd、γCdは一定
であり、曲面の場合には、その曲面に応じてαCd
βCd、γCdを変化させる。
Also, the target values α Cd , β Cd , γ Cd of the attitude of the grinder 5
For, the target position is given to the work so as to keep it constant. For a flat plate, α Cd , β Cd , and γ Cd are constant, and for a curved surface, α Cd ,
Change β Cd and γ Cd .

例えば、マニュアルでのグラインダ作業時には、ジョ
イスティックの座標軸をワーク表面に沿ったワーク座標
系に対応させることにより、種々の傾きに対しても、ジ
ョイスティックの二次元的な操作だけで、ワークに対し
て一定の力で押付けながら作業が行える。
For example, at the time of manual grinder work, the coordinate axis of the joystick corresponds to the work coordinate system along the work surface, so that even with various inclinations, only two-dimensional operation of the joystick can keep the work constant. Work can be performed while pressing with the force of.

また、自動研削では、ワーク7の表面上の軌道XC、YC
を作成しておくことにより、自動的に任意の領域を研削
が出来る。
In the automatic grinding, the trajectories X C and Y C on the surface of the work 7 are used.
By preparing the above, an arbitrary region can be automatically ground.

次に、上記力制御装置19を用いた力制御ロボット1を
制御する制御方法について以下説明する。
Next, a control method for controlling the force control robot 1 using the force control device 19 will be described below.

コンピューター21から目標押付け力Fwzdが目標押付け
力出力部23へ出力される。目標押付け力出力部から出力
された目標押付け力FWZdは加算器によって座標変換器35
から出力される押付け力の反力FWzと比較される。この
とき反力FWzと目標押付け力FWZdとに差がある場合には
この差をなくすように、目標位置ZCdを変化させる。
The target pressing force F wzd is output from the computer 21 to the target pressing force output unit 23. The target pressing force F WZd output from the target pressing force output unit is converted by the adder into the coordinate converter 35.
Is compared with the reaction force F Wz of the pressing force output from. At this time, if there is a difference between the reaction force F Wz and the target pressing force F WZd , the target position Z Cd is changed so as to eliminate this difference.

この場合、座標変換器35内では、6軸力センサ11から
の出力すなわち、検出された重心OG回りのモーメントMG
が入力される。この重心OG回りのモーメントを検出する
ためには、6軸力センサ11の原点OSとグラインダ5の重
心OGとの各軸方向のオフセットと、6軸力センサ11によ
って検出される各軸方向の力と、各軸回りのモーメント
を用いて上述した式(3)〜(5)によって座標変換す
る。これにより6軸力センサ11の原点を見掛上グライン
ダ5の重心OGへ移動させることが出来る。
In this case, the coordinate converter 35 within, output or from the six-axis force sensor 11, the detected gravity center O G moments about M G
Is entered. To detect this center of gravity O G around the moment, the offset of each axis direction between the origin O S and the center of gravity O G of the grinder 5 of the six-axis force sensor 11, each axis detected by the six-axis force sensor 11 Using the directional force and the moment about each axis, coordinate transformation is performed by the above-described equations (3) to (5). This makes it possible to move the origin of the force sensor 11 to the center of gravity O G of apparent on grinder 5.

このように、グラインダ5をワーク7への目標押付け
力で押付けて加工するように、押付け力が駆動用座標変
換器33へ出力される。この目標押付け力に基づいて、サ
ーボドライブが図示しない関節駆動機構のモータを作動
させ、グラインダ5をワーク7へ押付ける。
As described above, the pressing force is output to the driving coordinate converter 33 so that the grinder 5 is pressed and processed with the target pressing force on the work 7. Based on the target pressing force, the servo drive operates a motor of a joint drive mechanism (not shown) to press the grinder 5 against the work 7.

従って、グラインダ5のワーク7への押付け力を目標
押付け力FWZdで押付けることが出来、力制御等の応答性
を向上することが出来る。さらにグラインダ5によるワ
ーク7の加工精度を向上することが出来る。
Therefore, the pressing force of the grinder 5 against the work 7 can be pressed with the target pressing force FWZd , and the responsiveness of force control and the like can be improved. Further, the processing accuracy of the work 7 by the grinder 5 can be improved.

本実施例の実験結果について第8図及び第9図を用い
て説明する。力の検出方法の違いによる慣性力の検出の
影響を調べた。
The experimental results of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The influence of the detection of the inertial force by the difference of the force detection method was investigated.

第1図に示す力制御ロボットを用いて、非接触状態
で、単に上下軸の速度入力にステップ入力を与えたとき
の6軸力センサ11によって検出した押付け方向の反力F
WZを表した図である。
Using the force control robot shown in FIG. 1, the reaction force F in the pressing direction detected by the six-axis force sensor 11 when a step input is simply given to the speed input of the vertical axis in a non-contact state.
It is a figure showing WZ .

このため、非接触なので、グラインダ5には押付け力
は働かないが、上下方向の速度ステップ入力により、グ
ラインダ5の慣性力が生じている。第8図は、上下軸方
向に働く力をそのまま検出した場合である。当然この場
合は、上下軸方向の力をそのまま検出しているので、速
度ステップ入力によりグラインダ5の慣性力を検出して
しまっている。
For this reason, since there is no contact, no pressing force acts on the grinder 5, but an inertial force of the grinder 5 is generated by the vertical speed step input. FIG. 8 shows a case where the force acting in the vertical axis direction is detected as it is. Naturally, in this case, since the force in the vertical axis direction is detected as it is, the inertial force of the grinder 5 is detected by the speed step input.

実際には、グラインダ作業の場合には、1〜2Kg程度
の押付け力を制御しようとしているのに対して、はるか
に大きい慣性力を検出してしまっている。
Actually, in the case of the grinder work, while trying to control the pressing force of about 1 to 2 kg, a much larger inertia force is detected.

第9図はセンサの原点Osまわりに働くモーメントから
押付け力を検出した場合である。この場合第9図に示さ
れるように、センサの原点OSとグラインダの重心OGはず
れでいるので、このずれによって生じる回転慣性力を若
干検出しているが、第8図に比較して慣性力の影響は少
ない。
Figure 9 is a case of detecting the pressing force from the moment acting around the origin O s of the sensor. As this case is shown in FIG. 9, since there in the center of gravity O G out of the origin O S and grinder sensor, but detects slightly rotational inertia force caused by this deviation, as compared with FIG. 8 inertia The influence of force is small.

さらに、本実施例によれば第10図に示されるように、
センサの原点OSとグラインダ5の重心OGを一致させてい
るので、慣性力の影響を受けていない。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIG.
So that to match the origin O S and the center of gravity O G of the grinder 5 of the sensor, not under the influence of the inertial force.

第10図は、カウンタウェイト37を用いないでグライン
ダ5の重心OG回りのモーメントを式(3)によって検出
した結果である。この場合にも慣性力の影響は受けてい
ないが、カウンタウェイトをつけていないので、グライ
ンダ部の重量が大幅に軽い。
FIG. 10, the center of gravity O G moments about the grinder 5 without using the counterweight 37 is a result of detection by the equation (3). Even in this case, the effect of the inertial force is not exerted, but the weight of the grinder part is significantly reduced because the counter weight is not attached.

第12図と第13図は、第8図と第10図の場合の検出方法
で押付け力FWZdを検出し、その押付け力FWZが目標押付
け力FWZdとなるように、重心を並進移動させることによ
り力制御を行いグラインダ作業を行った結果である。下
方向へ1Kgで押付けるように非接触状態から接触して1Kg
になるまでの押付け力を比較した図である。ともに発振
しない程度まで力のゲインを上げているが、約10倍程度
第13図の方が高い。明らかに第13図のほうが応答性が良
いことが判る。第12図程度の応答性では、研削面が少し
でも傾いていたら、その面に対して十分に追従すること
ができない。逆に第13図程度の応答性があれば、研削面
が多少傾いていても、十分追従することが出来る。
FIGS. 12 and 13 show the method of detecting the pressing force F WZd by the detection method of FIGS. 8 and 10, and translating the center of gravity so that the pressing force F WZ becomes the target pressing force F WZd. This is the result of performing the grinder work by performing the force control. Touch from the non-contact state as if pressing down with 1 kg
FIG. 6 is a diagram comparing pressing forces until the pressure becomes. Although the force gain is increased to such an extent that they do not oscillate, it is about 10 times higher in Fig. 13. Obviously, FIG. 13 shows that the response is better. With the response as shown in FIG. 12, if the ground surface is slightly inclined, it cannot follow the surface sufficiently. Conversely, if the response is as shown in FIG. 13, even if the ground surface is slightly inclined, it can follow sufficiently.

第2実施例 次に第5図(a)及び第5図(b)を用いて説明す
る。第2実施例は手先部3のグラインダ5にカウンタウ
ェイト37を取り付け、ZS軸とZG軸とを一致させて、グラ
インダ5の重心OG回りのモーメントMGZを直接検出する
例である。あるいは、カウンタウエイトを取り付けず
に、直接グラインダ5の重心OGがZS軸と一致するように
固着してもよい。
Second Embodiment Next, a description will be given with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). The second embodiment is a mounting counterweight 37 to grinder 5 of the hand portion 3, and is matched with the Z S axis and the Z G axis, an example of detecting the center of gravity O G moment about M GZ grinder 5 directly. Alternatively, without mounting a counterweight, the center of gravity O G directly grinder 5 may be fixed to coincide with the Z S axis.

すなわち、グラインダ5の重心位置は第1図に示され
るように、ZS軸方向に対して、砥石15側に位置してい
る。このためZS軸よりモータ17の尻部側にカウンタウェ
イト37を取り付けることにより、グラインダ5の重心
は、モータ17の尻部側へ移動し、カウンタウェイト37の
重量を適当な重さに設定することにより、ZS軸とZG軸と
を同軸とすることが出来る。
That is, the center of gravity of the grinder 5 is as shown in Figure 1, with respect to Z S axis direction, it is located grindstone 15 side. By mounting the counterweight 37 on the buttocks side of the motor 17 from this for Z S axis, the center of gravity of the grinder 5 is moved to the buttocks side of the motor 17 to set the weight of the counterweight 37 in a suitable weight it is thus possible to coaxial and Z S axis and the Z G axis.

本実施例によれば、グラインダ5のワーク7への押付
け力の反力の方向として、FWZを考慮しているので、こ
の方向のグラインダの重心回りのモーメントMGZが検出
されれば良い。このため、1軸のみ一致させている。
According to the present embodiment, since FWZ is considered as the direction of the reaction force of the pressing force of the grinder 5 against the work 7, the moment MGG around the center of gravity of the grinder in this direction may be detected. For this reason, only one axis is matched.

他の場合で、複数の軸回りのモーメントが生じる場合
には、1軸だけでなく、原点を完全に一致させなければ
ならない場合もある。
In other cases, when moments occur around a plurality of axes, not only one axis but also the origin may need to be completely matched.

このように、センサ座標系の軸とグラインダ5座標系
の軸を、カウンタウェイト37やその取り付け位置の調整
により一致させることが出来れば、直接グラインダ5の
重心回りのモーメントMGを検出することが出来る。
Thus, the axes of the grinder 5 coordinate system of the sensor coordinate system, If it is possible to match by adjusting the counterweight 37 and its mounting position, it is possible to detect the center of gravity moment around the M G direct Grinder 5 I can do it.

この場合、一般的な6軸力センサの場合では、グライ
ンダ5の取り付け方法が限定されたり、カウンタウェイ
ト37により、重量が増加するが、センサ原点の平行移動
などの座標変換の演算が不要となる。
In this case, in the case of a general six-axis force sensor, the method of attaching the grinder 5 is limited, and the weight increases due to the counterweight 37, but the coordinate conversion calculation such as the parallel movement of the sensor origin becomes unnecessary. .

以上のように、本実施例においてもグラインダ5の重
心回りのモーメントMGを計測しているので、任意の押付
け力にするために、力制御によて押しつけ方向に駆動し
たとしても、グラインダ5の送りによる慣性力やアーム
の振動による慣性力等も検出することがない。
As described above, since the measured moment M G about the center of gravity of the grinder 5 in the present embodiment, in order to any pressing force, even when driving the pressing direction Te by the force control, grinder 5 Also, the inertia force due to the feed and the inertia force due to the vibration of the arm are not detected.

なお、アームの振動はグラインダ5に対して並進方向
に振動し、グラインダ5に対して回転方向にはほとんど
振動しない。従って、アームの振動によって、グライン
ダ5の重心まわりのモーメントMGが振動することは、ほ
とんどない。
The vibration of the arm vibrates in the translation direction with respect to the grinder 5 and hardly vibrates in the rotation direction with respect to the grinder 5. Therefore, the vibration of the arm, it is hardly a moment M G about the center of gravity of the grinder 5 is vibrated.

従って、グラインダ5の押付け力FWZを精度良く検出
することが出来、制御応答性を向上することが出来る。
Accordingly, the pressing force F WZ of the grinder 5 can be accurately detected, it is possible to improve the control response.

次に第11図には本実施例の実験結果が示されている。
第11図は、センサの原点OS回りにカウンタウェイト37で
バランスさせた場合で、慣性力の影響をほとんど受けて
いないことが確認される。
Next, FIG. 11 shows the experimental results of this embodiment.
Figure 11 shows a case where is balanced by the counterweight 37 to the origin O S around the sensor, it is confirmed that almost no effects of the inertial force.

第3実施例 次に第3実施例について第6図(a)乃至(c)を用
いて説明する。第3実施例は、上記第1実施例、第2実
施例が研削作業(グラインダ作業)の例であるの対し
て、平板を切断する例である。
Third Embodiment Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (c). The third embodiment is an example of cutting a flat plate, while the first and second embodiments are examples of a grinding operation (grinder operation).

第6図(b)に示されるように、手先部3のグライン
ダ5の砥石15は、平板39を切断する。この切断する際に
は、グラインダ5の切り込み深さや、送り方向などによ
って異なるが、グラインダ5を切断する時、グラインダ
5の砥石15は反力として力Fが付与される。この力F
は、平板39の厚み方向の分力FX、平板39の面方向の分力
FGYに分圧することが出来る。
As shown in FIG. 6B, the grindstone 15 of the grinder 5 of the hand portion 3 cuts the flat plate 39. At the time of this cutting, the force F is applied as a reaction force to the grindstone 15 of the grinder 5 when the grinder 5 is cut, although it depends on the cutting depth of the grinder 5 and the feeding direction. This force F
Are the component force F X in the thickness direction of the flat plate 39 and the component force in the surface direction of the flat plate 39
It can be divided into F GY .

グラインダ5の重力OGから砥石15の垂直距離rは常に
一定であるので、これを利用して、グラインダ5のXG
YG回りのモーメントによって、押付け力を求めることが
出来る。
Since the vertical distance r of the grindstone 15 from the gravity O G of the grinder 5 is always constant, the X G of the grinder 5,
The pressing force can be obtained from the moment about Y G.

反力Fは によって、計算することが出来る。この場合も慣性力の
影響を受けないので、研削の場合と同様の制御応答が向
上する。なお、モータ17のトルクを考慮する必要がある
場合には、あらかじめその値を計測しておき、除法すれ
ばよい。
The reaction force F is Can be calculated by Also in this case, the control response is the same as that in the case of grinding because the inertial force does not affect the control response. When it is necessary to consider the torque of the motor 17, the value may be measured in advance and the division may be performed.

適用例として、上記各実施例では、円筒座標形ロボッ
トについて示しているが、とくにこのロボットに限ら
ず、直交座標形、極座標形、多関節座標形、ロボットに
適用することが出来る。
As an application example, in each of the above embodiments, a cylindrical coordinate type robot is described. However, the present invention is not limited to this robot, and can be applied to a rectangular coordinate type, a polar coordinate type, an articulated coordinate type, and a robot.

また、上記各実施例では、押付け力検出用センサとし
て6軸力センサを用いたが、これに限らず必要な方向の
力を検出することが出来れば、一方向のみ検出する力セ
ンサでも良い。
In each of the above embodiments, a six-axis force sensor is used as the pressing force detecting sensor. However, the present invention is not limited to this, and a force sensor that detects only one direction may be used as long as a force in a required direction can be detected.

これにより、小形化、低コスト化が出来る。6軸力セ
ンサの場合には、押付け方向以外に過大な力が加わった
場合に非常停止などの処置が可能となる。
Thus, downsizing and cost reduction can be achieved. In the case of a six-axis force sensor, measures such as an emergency stop can be performed when an excessive force is applied in a direction other than the pressing direction.

第4実施例 次に第7図(a)及び第7図(b)を用いて第4実施
例について説明する。本実施例はグリッパ等に作用する
力を本発明を適用して検出する例である。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b). The present embodiment is an example in which a force acting on a gripper or the like is detected by applying the present invention.

グリッパ部に働く力FGX、FGY、FGZは、グリッパ部の
作用点Pから、センサ原点までの距離(XGP、YGP
ZGP)とグリッパの重心回りに働くモーメントMGX
MGX、MGYと一方向の力成分、例えば、FGZなどが分かっ
ていれば、次式(8)〜式(10)を解くことにより、検
出することが出来る。
The forces F GX , F GY , and F GZ acting on the gripper are distances from the point of action P of the gripper to the sensor origin (X GP , Y GP ,
Z GP ) and the moment M GX acting around the center of gravity of the gripper,
If M GX and M GY and a force component in one direction, for example, F GZ , are known, it can be detected by solving the following equations (8) to (10).

グリッパに働く力の各軸方向の成分FGX、FGY、F
GYと、グリッパの重心回りのモーメントMGX、MGZ、MGY
と、グリッパに働く力の重心までの各軸方向の垂直距離
XGP、YGP、ZGPの関係式は MGX=FGZ・YGS−FGY・ZGS …(8) MGY=FGX・ZGS−FGZ・XGS …(9) MGZ=FGY・XGS−FGX・ZGS …(10) であるため、これらの式から並進方向に働く力FGX
FGY、FGZなどを、MGX、MGZ、MGY、XGP、YGP、ZGPなどか
ら求めることが出来る。ただ、全方向の力FGX、FGY、F
GYをFGX、MGZ、MGY、XGP、YGP、ZGPだけから求めること
は出来ないが、何か条件のある場合や、1軸方向につい
ては直接、軸方向の力を用いた場合には、求めることが
出来る。
Axial components F GX , F GY , F of the force acting on the gripper
GY and gripper around the center of gravity of the moment M GX, M GZ, M GY
And the vertical distance in each axis direction to the center of gravity of the force acting on the gripper
X GP, Y GP, relation of Z GP is M GX = F GZ · Y GS -F GY · Z GS ... (8) M GY = F GX · Z GS -F GZ · X GS ... (9) M GZ = F GY · X GS −F GX · Z GS (10) Therefore , from these equations, the force F GX acting in the translational direction can be calculated as
F GY, and F GZ, M GX, M GZ , M GY, X GP, Y GP, can be measured by means of a Z GP. However, omnidirectional forces F GX , F GY , F
GY and F GX, M GZ, M GY , X GP, Y GP, but can not be determined only from Z GP, or when there is something conditions, for 1 axially directly, using the axial force If so, you can ask.

この場合、1方向(例えばFGZ)については、軸方向
の働く力を検出しているので、その方向の力については
慣性力の影響を消去することは出来ない。
In this case, since the force acting in the axial direction is detected in one direction (for example, F GZ ), the influence of the inertial force cannot be eliminated for the force in that direction.

しかし、ロボットアームの場合、比較的アームの振動
しやすい方向が決まっている場合が多いので、アームの
振動しにくい方向については、直接その軸方向の力を検
出し、他方向の力については、グリッパの重心回りに働
くモーメントにより検出することによって、慣性力の影
響を極力除去した形でグリッパに働く力を検出すること
が出来る。
However, in the case of a robot arm, the direction in which the arm easily oscillates is often determined, so in the direction in which the arm does not easily oscillate, the axial force is directly detected, and in the other direction, the force is detected. By detecting from the moment acting around the center of gravity of the gripper, it is possible to detect the force acting on the gripper in a form in which the influence of the inertial force is removed as much as possible.

また、直接検出する方向は、アームの姿勢などによ
り、その姿勢ごとに最も影響の少ない方向を また、直接検出する方向は、アームの姿勢などによ
り、その姿勢ごとに最も影響の少ない方向を選択するこ
とによって、慣性力の少ない検出が出来る。当然、グリ
ッパの重心にセンサ原点を平行移動させるだけでなく、
適当に座標軸を回転させることなども必要に応じて行う
ほうが良い。
In addition, the direction for direct detection is the direction with the least influence for each posture depending on the posture of the arm, and the direction for direct detection is the direction with the least influence for each posture depending on the posture of the arm. As a result, detection with a small inertial force can be performed. Naturally, not only should the sensor origin be translated to the center of gravity of the gripper,
It is better to appropriately rotate the coordinate axes as needed.

第5実施例 次に第5実施例について第14図を用いて説明する。本
実施例は、第1図乃至第3図で示される力制御ロボット
1で未知の形状のワーク7を加工する際に制御するため
の、力制御装置41の他の実施例である。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is another embodiment of the force control device 41 for controlling when the force control robot 1 shown in FIGS. 1 to 3 processes a workpiece 7 having an unknown shape.

なお、第1図において、グラインダ座標系ΣG、をYG
軸まわりにφGW度回転させた座標系Σwを設定する。セ
ンサ座標系ΣSはセンサに、ΣG、Σwはグラインダ5
にそれぞれ固定された座標系である。またOGは、グライ
ンダ5の重心を示し、砥石15とワーク7の表面との当接
部から重心OGまでの距離をrとする。またφCGをグライ
ンダ5のワーク7に対するピッチ角とする。また、第3
図において、ベース固定部に固定された絶対座標系ΣO
を設定する。
In FIG. 1, the grinder coordinate system ΣG is represented by Y G
Set the coordinate system Σw rotated by φ GW degree around the axis. The sensor coordinate system ΣS is the sensor, ΣG, Σw is the grinder 5
Are coordinate systems fixed respectively. The O G indicates the center of gravity of the grinder 5, the distance from the contact portion between the grinding wheel 15 and the surface of the workpiece 7 to the center of gravity O G and r. Φ CG is the pitch angle of the grinder 5 with respect to the work 7. Also, the third
In the figure, an absolute coordinate system ΣO fixed to a base fixing portion
Set.

さらに、ZWをグラインダ5のワーク7への押し付け方
向、XWをグラインダ5の前後進行方向、YWをグラインダ
5の横送り方向とする。つまり、グラインダ5の姿勢に
よってそれぞれの方向が決定される。
Further, the pressing direction of the Z W to the work 7 grinder 5, longitudinal direction of travel of the X W grinder 5, the Y W and lateral feeding direction of the grinder 5. That is, each direction is determined by the attitude of the grinder 5.

したがって、ZWとZCが平行であれば、グラインダ5
は、ワーク7の法線方向に砥石15を押し付けることが出
来る。さらに、XW、YW方向にグラインダ5を移動させ
ることにより、ワーク7の接線方向に移動させることが
出来る。φGWは、ワーク7に対するグラインダ5の目標
ピッチ角になる。
Therefore, if Z W and Z C are parallel, grinder 5
Can press the grindstone 15 in the normal direction of the work 7. Furthermore, XW, by moving the grinder 5 in the Y W direction, can be moved in the tangential direction of the work 7. φ GW is the target pitch angle of the grinder 5 with respect to the work 7.

そして、研削作業時において、6軸力センサ11の検出
値の変化を検出して、常にZWとZWが平行になるように、
グラインダ5の姿勢を変化させることが出来れば、未知
の平面や曲面のワークについて常にワーク7に対する所
定の姿勢を保った状態で、かつ、任意の押し付け力で研
削作業をすることが出来る。
Then, at the time of grinding work, by detecting the change in the detection value of the six-axis force sensor 11, so as to always Z W and Z W are parallel,
If the attitude of the grinder 5 can be changed, it is possible to perform a grinding operation with an arbitrary pressing force while always maintaining a predetermined attitude with respect to the workpiece 7 with respect to an unknown flat or curved workpiece.

第14図に示されるように、力制御装置41は、ホストコ
ンピュータ43から、グラインダ5の目標モーメント
MGXd、目標押し付け力FWZd、目標ヨー角φGd、目標修正
量ΔXWd、ΔYWd(ΔXWd、ΔYWdφGdは、マニュアル操作
では、ジョイスティックなどの操作部から)が入力され
る。
As shown in FIG. 14, the force control device 41 sends the target moment of the grinder 5 from the host computer 43.
M GXd , target pressing force F WZd , target yaw angle φ Gd , target correction amounts ΔX Wd , ΔY Wd (ΔX Wd , ΔY Wd φ Gd are input from an operation unit such as a joystick in a manual operation).

そして、6軸力センサ11の検出値を力センサ座標変換
器45によって、グラインダ5の重心OGに座標変換する。
次に、横送り時、進行、停止時に応じて、FWzまたはMGX
から目標ロール角θGdを計算する。次に、FWzからグラ
インダ目標ピッチ角φGdを計算する。なお、積分項は図
示していない。以上の目標ロール角θGd、目標ピッチ角
φGdおよび予め設定している目標ヨー角φGdから、グラ
インダ姿勢座標変換器47によって、例えば力制御ロボッ
ト1のベースに固定された絶対座標系でオイラー角表示
されるような目標姿勢αOd、βOd、γOdを計算する。
Then, the force sensor coordinate converter 45 the detection value of the six-axis force sensor 11, a coordinate conversion of the center of gravity O G of the grinder 5.
Next, F Wz or M GX
From the target roll angle θ Gd . Next, a grinder target pitch angle φ Gd is calculated from F Wz . The integral term is not shown. From the target roll angle θ Gd , target pitch angle φ Gd, and preset target yaw angle φ Gd , the grinder attitude coordinate converter 47 uses, for example, an Euler in an absolute coordinate system fixed to the base of the force control robot 1. The target postures α Od , β Od , and γ Od that are displayed as corners are calculated.

具体的には、一回の座標変換で、同時に目標ロール
角、ピッチ角などを作成することはできないので、たと
えば、まずロール方向の修正のみを考慮した目標姿勢を
作成し、それに対しピッチ方向の修正を考慮した目標姿
勢を作成することにより、ロール方向、ピッチ方向の修
正を考慮した目標姿勢を作成している。(必要に応じヨ
ー方向の修正を考慮する) そして、FWZから押し付け方向の目標修正量ΔZWdを計
算し、目標修正量ΔZWd、および予め設定している進行
方向、横方向の目標修正量ΔXWd、ΔYWdから、目標姿勢
αOd、βOd、γOdによって決定されるグラインダ位置座
標変換器49を用いて、絶対座標系で表される目標位置X
Od、YOd、ZOdを計算する。
Specifically, it is not possible to simultaneously create a target roll angle, a pitch angle, and the like in a single coordinate transformation, so for example, first create a target posture that only considers correction of the roll direction, and then prepare a target posture in the pitch direction. By creating the target posture in consideration of the correction, the target posture in consideration of the correction in the roll direction and the pitch direction is created. (Consider the correction in the yaw direction if necessary.) Then, calculate the target correction amount ΔZ Wd in the pressing direction from F WZ , and set the target correction amount ΔZ Wd and the target correction amounts in the traveling direction and the lateral direction that are set in advance. From the ΔX Wd and ΔY Wd , using the grinder position coordinate converter 49 determined by the target postures α Od , β Od and γ Od , the target position X expressed in the absolute coordinate system
Calculate Od , Y Od and Z Od .

さらに、上記によって計算された絶対座標系で表され
る目標位置、姿勢XOd、YOd、ZOd、αOd、βOd、γOd
駆動用座標変換器51により、1〜6軸の各関節軸の目標
角度を計算する。そして、位置、速度ループによって構
成された各軸を駆動する。
Further, the target position and orientation X Od , Y Od , Z Od , α Od , β Od , and γ Od expressed in the absolute coordinate system calculated as described above are each converted into 1 to 6 axes by the driving coordinate converter 51. Calculate the target angle of the joint axis. Then, each axis constituted by the position and speed loops is driven.

次に、上記力制御ロボット1を力制御装置41で制御す
る制御方法について説明する。
Next, a control method for controlling the force control robot 1 with the force control device 41 will be described.

先ず、押付け方向ZWを制御するためには、第1実施例
の式(2)乃至(5)により各軸回りのモーメントを求
める。そして式(2)によって計算されるワークに対す
る押付け力の反力Fwzが目標の押付け力FWZdとなるよう
に制御を行えば良い。
First, in order to control the direction Z W pressing determines the moment of each axis by the formula of the first embodiment (2) to (5). Then, the control may be performed so that the reaction force F wz of the pressing force to the work calculated by the equation (2) becomes the target pressing force F WZd .

反力FWzが目標の押付け力FWZdとなるように、グライ
ンダ5の押付け方向の目標位置を修正する。押付け方向
の修正量ΔZWdは次式で与える。
The target position of the grinder 5 in the pressing direction is corrected so that the reaction force F Wz becomes the target pressing force F WZd . The correction amount ΔZ Wd of the pressing direction is given by the following equation.

ΔZWd=Kfz(FWZd−FWZ) …(11) ここで、KfZは力ゲインである。1サンプルごとに式
(11)により、ZW方向の目標位置が修正される。例え
ば、目標の力に対して検出した力が小さい場合、ワーク
7の目標位置は押し付け方向に修正される。
ΔZ Wd = K fz (F WZd −F WZ ) (11) where K fZ is a force gain. The target position in the ZW direction is corrected by equation (11) for each sample. For example, when the detected force is smaller than the target force, the target position of the work 7 is corrected in the pressing direction.

次に、グラインダ5の前後進行方向XWおよび横送り方
向YWを制御するには、グラインダ5の前後進行方向およ
び横送り方向YWの1サンプリングごとの目標移動量ΔX
Xd、YWd、たとえば、計算機によってあらかじめグライ
ンダ5のワーク7上の移動方法を作成しておくことによ
り、ワークの任意の領域を自動的に研削しておくことが
出来る。
Then, to control the longitudinal traveling direction X W and lateral feed direction Y W of the grinder 5 is a target amount of movement ΔX of each sampling before and after the traveling direction and the lateral feeding direction Y W of the grinder 5
Xd , YWd , for example, by previously preparing a method of moving the grinder 5 on the work 7 by a computer, an arbitrary area of the work can be automatically ground.

あるいは、ジョイスティックから与えることにより、
マニュアルによるグラインダ作業が可能である。
Or, by giving from a joystick,
Manual grinder work is possible.

上述の、押付け方向、進行方向、横送り方向の修正
量、移動量、ΔXwd、ΔYWd、ΔZWdを以下に示すグライ
ンダ5の目標姿勢を用いて座標変換し、グラインダ5の
目標位置を作成する。
The above-described correction amounts, movement amounts, ΔX wd , ΔY Wd , and ΔZ Wd in the pressing direction, the advancing direction, and the traverse direction are coordinate-transformed using the following target postures of the grinder 5 to generate the target positions of the grinder 5. I do.

次に、グラインダ5の姿勢の制御方法について説明す
る。まずグラインダ5のピッチ方向(φG:YG軸回り)の
制御方法について説明する。
Next, a method of controlling the attitude of the grinder 5 will be described. First, a control method of the pitch direction of the grinder 5 (φ G : around the Y G axis) will be described.

ワーク7に対するグラインダ5のピッチ角φCGがφGW
と一致している状態で、グラインダ5を移動させた場合
には、式(11)によって制御している押付け力に、誤差
はほとんど生じない。
The pitch angle φ CG of the grinder 5 with respect to the workpiece 7 is φ GW
When the grinder 5 is moved in a state where the pressure is equal to the above, there is almost no error in the pressing force controlled by the equation (11).

しかし、第16図に示すように、φCGがφGWより大きい
状態で、グラインダ5を前進(−XW方向)させた場合、
グラインダ5は、押付け方向(図示矢印方向)に進もう
とするので、押付け力が増加する。一定速度で送った場
合などでは、押付け力FWZは目標押付け力FWZdに対して
定常的に誤差を含んだ状態になる。
However, as shown in FIG. 16, phi CG is at phi GW larger state, when advancing the grinder 5 (-X W direction),
Since the grinder 5 attempts to move in the pressing direction (the direction of the arrow in the drawing), the pressing force increases. For example, when the sheet is sent at a constant speed, the pressing force F WZ constantly includes an error with respect to the target pressing force F WZd .

逆に、φCGがφGWより小さい状態で、グラインダを前
進(−Xw方向)させた場合、グラインダ5は、離れよう
とする方向に進もうとするので、押付け力が減少する。
また、グラインダを後進させる場合には、逆になる。
Conversely, if the grinder is moved forward (−X w direction) while φ CG is smaller than φ GW , the pressing force is reduced because the grinder 5 tries to move in the direction in which it is going to separate.
The reverse is true when the grinder is moved backward.

したがって押付け力FWZが目標押付け力FZWdになるよ
うに、グラインダ5のピッチ角φを変化させることに
より、グラインダ5のワーク7に対するピッチ角を常に
φGWに保つことが出来る。つまり式(11)と同様に、 φGd(n)=Kfφ(FWZd−FWZ) +φGd(n−1) …(12) と表される。なおKfφはゲイン、φGd(n−1)は、
1サンプリング前の目標ピッチ角である。
Thus the pressing force F WZ so becomes the target pressing force F ZWD, by varying the pitch angle phi G of the grinder 5 can be always kept phi GW pitch angle with respect to the workpiece 7 of the grinder 5. That as for formula (11), φ Gd (n ) = K fφ (F WZd -F WZ) + φ Gd (n-1) ... it is represented as (12). Note that K is a gain, and φ Gd (n−1) is
This is the target pitch angle one sample before.

なお、重心OGを固定した状態でYG軸回りに回転させる
と、姿勢の変化によって押付け力を変化させることにな
るため、ピッチ方向の回転は、砥石先端部つまり砥石15
とワーク7の接触点付近を中心に回転させる。
Incidentally, by rotating the Y G axis while fixing the center of gravity O G, because that would alter the pressing force by the change in the attitude, the rotation in the pitch direction, the grinding wheel tip clogging grindstone 15
And the work 7 is rotated around the contact point.

したがって、式(11)によってワーク7に対するピッ
チ角は変化するが、押付け方向の制御に悪影響を与える
ことはない。
Therefore, although the pitch angle with respect to the workpiece 7 changes according to the equation (11), the control of the pressing direction is not adversely affected.

実際には、グラインダは、前進、後進するので必ずし
も接触点を中心に回転させた場合に最もスムーズに曲面
に追従できるとは限らない。前進時には接触点に対しグ
ラインダ側、後進時は逆に接触点より先側を回転中心と
した方がスムーズに曲面に追従できる。必要に応じ適宜
変化させる。
Actually, since the grinder moves forward and backward, it cannot always follow the curved surface most smoothly when rotated around the contact point. When moving forward, the center of rotation is on the grinder side of the contact point with respect to the contact point. Change as appropriate as needed.

平面などを研削する場合には、式(11)によって、最
終的にワークとのピッチ角φGCをφGWにすることが出来
るが、ゲインKfφを上げられずに追従性が悪く曲面な
どに対応出来ない場合などには、第1項の比例制御だけ
でなく、積分項を加え、式(11)を φGd(n)=Kfφ(FWZd−FWd) +Kfφ1Σ(FWZd−FWZ) +φGd(n−1) …(13) とすることにより追従性を上げても良い。基本的にはピ
ッチ角φCGをφGWにするように制御すればよい。
When grinding the like plane, by the equation (11), but eventually the pitch angle phi GC of the workpiece can be made phi GW, etc. poor curved trackability without raised the gain K Ffai the example, when not cope well proportional control of the first term, the integral term is added, the formula (11) φ Gd (n) = K fφ (F WZd -F Wd) + K fφ1 Σ (F WZd - F WZ ) + φGd (n−1) (13) The tracking performance may be improved. Basically, it is sufficient to control the pitch angle φ CG to φ GW .

式(12)または式(13)では、円弧状の曲面や連続的
に曲率が変化するような曲面に対しても、グラインダが
前後方向に進行中のときは、常にワーク7とのピッチ角
φCGをφGWにするように制御されているので、追従する
ことが出来る。
In Expression (12) or Expression (13), the pitch angle φ with the workpiece 7 is always maintained even when the grinder is moving in the front-rear direction even for an arc-shaped curved surface or a curved surface having a continuously changing curvature. because it is controlled so that the CG to phi GW, it is possible to follow.

なお、前進の場合と後進の場合では、回転させるべき
方向が異なるので、式(12)または式(13)での符号は
適宜変える必要がある。
Since the direction to be rotated is different between forward and reverse, the sign in equation (12) or equation (13) needs to be changed as appropriate.

上記ピッチ角の制御方法と前述のグラインダ5の押付
け方向、前後進行方向の制御方法を組み合わせることに
より、例えば第17図に示されるような曲面を、曲率の変
化などを予め教示することなく、図中の方向へ研削す
ることが出来る。但し、グラインダ5のワークに対する
ロール角やヨー角を与えるため曲面の傾き角は予め必要
である。
By combining the control method of the pitch angle with the control method of the pressing direction of the grinder 5 and the forward and backward traveling directions, for example, a curved surface as shown in FIG. 17 can be obtained without previously teaching a change in curvature or the like. It can be ground in the middle direction. However, in order to give the roll angle and the yaw angle of the grinder 5 to the work, the inclination angle of the curved surface is necessary in advance.

次に、グラインダ5のロール方向(θ軸:XG軸まわ
り)の制御方法について説明する。
Next, a control method of the roll direction (θ axis: around the X G axis) of the grinder 5 will be described.

グラインダ5を横方法つまりYW方向に移動させる時
は、前述のピッチ方向の制御と全く同様に考えることが
出来る。グラインダ5のワークに対するロール角は90゜
(XW軸とXC軸が一致)の方向でないとスムーズなグライ
ンダ作業を行うことが出来ない。つまり、ワーク7に対
するグラインダのロール角が90゜と一致している状態で
グラインダ5を横方向に移動させた場合には、式(12)
によって制御している押付け力の誤差はほとんど生じな
い。
When moving the grinder 5 next process, i.e. Y W direction can be considered in exactly the same manner as the control in the pitch direction above. Roll angle relative to the work of the grinder 5 can not be carried out smoothly grinder work unless the direction of 90 ° (X W axis and X C axis match). That is, when the grinder 5 is moved in the horizontal direction in a state where the roll angle of the grinder with respect to the workpiece 7 is equal to 90 °, the equation (12) is obtained.
The error of the pressing force controlled by the control hardly occurs.

しかし、ピッチ方向の時と同様に、ワークに対するグ
ラインダ5のロール角が90゜からずれている状態で、グ
ラインダ5を横方向に移動させた場合には、押付け方向
あるいは離れようとする方向に進もうとするので、押付
け力に増減が生じる。
However, as in the case of the pitch direction, when the grinder 5 is moved in the lateral direction in a state where the roll angle of the grinder 5 with respect to the workpiece is shifted from 90 °, the grinder 5 advances in the pressing direction or the direction in which the grinder 5 is to be separated. Therefore, the pressing force increases and decreases.

したがって、式(12)あるいは式(13)と同様に、押
付け力FWZが目標押付け力FWdになるように、グラインダ
5のロール角θを変化させることによって、グライン
ダ5のワーク7に対するロール角を常に90゜に保つこと
が出来る。つまり θGd(n)=Kfθ1(FWZd−FWZ) +θGd(n−1) …(14) と表される。あるいは、積分を付加して θGd(n)=Kfθ1(FWzd−FWz) +Kfθ1Σ(FWZd−FWz +θGd(n−1) …(15) と表される。
Therefore, similarly to the equation (12) or the equation (13), the roll angle θ G of the grinder 5 is changed by changing the roll angle θ G of the grinder 5 so that the pressing force F WZ becomes the target pressing force F Wd. The angle can always be kept at 90 °. That θ Gd (n) = K fθ1 (F WZd -F WZ) + θ Gd (n-1) ... is represented as (14). Alternatively, by adding an integral, it is expressed as θ Gd (n) = K fθ1 (F Wzd −F Wz ) + K fθ1 Σ (F WZd −F Wz + θ Gd (n−1) (15).

上記式(14)、式(15)によって、グラインダ5を横
方向つまりYW方向に移動させる時には、ワーク7に対す
るグラインダ5のロール角を90゜に保つことが出来る。
The formula (14), the equation (15), when moving the grinder 5 in the lateral direction, that Y W direction, the roll angle of the grinder 5 with respect to the workpiece 7 can be kept 90 °.

横移動時に削り過ぎないようにするため、横方向に送
りの時の目標押付け力FWZを前後進行時の目標押付け力F
WZdを前後進行時の目標押付け力と比較して小さくして
も良い。
The target pressing force F WZ when feeding in the horizontal direction is changed to the target pressing force F
WZd may be made smaller than the target pressing force during forward and backward travel.

上記ロール角の制御方法と前述のグラインダ5の押付
け方向、前後進行方向の制御方法を組み合わせることに
より、第17図に示すような2次曲線を曲率の変化などを
あらかじめ教示することなく図中の方向に研削するこ
とが出来る。ただし、グラインダ5のワーク7に対する
ピッチ角やヨー角を与えるため曲面の傾きはあらかじめ
必要である。
By combining the control method of the roll angle and the control method of the pressing direction of the grinder 5 and the forward and backward traveling directions, a quadratic curve as shown in FIG. Can be ground in any direction. However, the inclination of the curved surface is required in advance to give the pitch angle and the yaw angle of the grinder 5 with respect to the work 7.

上記の方法では、グラインダ5の前後方向時や停止時
などにロール角をを修正することは出来ない。そこで、
次にグラインダの前後進行時や停止時のロール角の制御
方法について説明する。
In the above method, the roll angle cannot be corrected when the grinder 5 is moved in the front-rear direction or when the grinder 5 is stopped. Therefore,
Next, a method of controlling the roll angle when the grinder moves forward and backward or stops will be described.

例えば第18図に示すように、ワーク7に対するロール
角が90゜からずれている場合にはZWとZCはずれているの
で、傾いた方向に押付けようとするので、XG軸回りのモ
ーメントMGXが変化する。研削を行っていない状態で
は、ワーク7に対するロール角が90゜の状態で押付けた
場合には、モーメントMGXが働かないので、目標モーメ
ントMGXdはゼロであるが、研削を行っている状態では、
切削抵抗やモータのトルク等が働くためゼロにはならな
い。また、砥石やワークの種類、押付け力によっても異
なる。したがって、予めワーク7に対するロール角が90
゜の時のモーメントMGXが目標モーメントMGXdとなるよ
うに目標ロール角を与えることにより、グラインダ5の
前後進行時や停止時などのロール角を抑制する。つま
り、 θGd(n)=Kfθ2(MGXd−MGX) +θGd(n−1) …(15) と表せる。押付け等から目標モーメントMGXdを予め求め
ておく必要があるが、グラインダの条件(ワークの種類
により砥石の種類や押付け力、進行速度、横送りピッチ
量)なども、あらかじめ調べておく必要があることを考
慮すると、とくに負担にはならない。
For example, as shown in FIG. 18, since when the roll angle with respect to the workpiece 7 is deviated from 90 DEG is out Z W and Z C, because it would impose a tilted direction, X G axis moment MGX changes. In a state not subjected to grinding, in the case where the roll angle with respect to the workpiece 7 is pressed in a 90 ° state, does not work moment M GX, but target moment M GXD is zero, in the state that grind ,
It does not become zero because the cutting resistance and motor torque work. Also, it differs depending on the type of the grindstone and the work and the pressing force. Therefore, the roll angle with respect to the work 7 is 90
By the moment M GX during ° gives the target roll angle so that the target moment M GXD, suppresses roll angle, such as before and after traveling or when stopped grinder 5. That is, θ Gd (n) = K fθ2 (M GXd −M GX ) + θ Gd (n−1) (15) It is necessary to obtain the target moment MGXd in advance from pressing, etc., but it is also necessary to check in advance the conditions of the grinder (type of grindstone, pressing force, traveling speed, lateral feed pitch amount depending on the type of work), etc. Considering that, there is no particular burden.

ロール方向の回転は、ピッチ方向の回転と同様に、砥
石先端部つまり砥石とワークの接触点付近を中心に回転
させる。
The rotation in the roll direction is, like the rotation in the pitch direction, performed around the tip of the grindstone, that is, the vicinity of the contact point between the grindstone and the work.

次にヨー方向(φG:XG軸まわり)の制御方法について
説明する。
Then the yaw direction: Control method (phi G X about the G axis) will be described.

ヨー方向を変化させると、グラインダ5の進行方向が
変化する。したがって、研削領域によって、あらかじめ
設定しておく。研削中は特に変化させる必要はないが、
研削方向や研削領域を変化させる必要があるときは、必
要に応じて変化させる。
When the yaw direction is changed, the traveling direction of the grinder 5 changes. Therefore, it is set in advance depending on the grinding area. There is no need to change during grinding,
When it is necessary to change the grinding direction and the grinding area, change them as necessary.

姿勢の変化方法については、座標系ΣGの各軸まわり
に回転させる方法について説明したが、座標系Σwの各
軸まわりに回転させても同様に姿勢を変化させることが
出来る。
As for the method of changing the posture, a method of rotating around each axis of the coordinate system ΣG has been described, but the posture can be similarly changed by rotating around each axis of the coordinate system Σw.

上記の方法で、グラインダの押付け方向、前後進行方
向、横送り方向の並進方向および、ロール、ピッチ、ヨ
ーの姿勢の制御方法を行うことにより3次元曲面などに
ついても、あらかじめその形状を詳細に教示すること無
く、ワークに対するグラインダ姿勢を保つように自動的
に姿勢を変化させ、なおかつ、任意の押付け力でのグラ
インダ作業が可能となる。
The above method teaches the shape of the 3D curved surface in advance by controlling the pressing direction of the grinder, the forward / backward moving direction, the translation direction of the lateral feed direction, and the roll, pitch, and yaw postures. Without this, the posture is automatically changed so as to maintain the grinder posture with respect to the workpiece, and the grinder work can be performed with an arbitrary pressing force.

例えば、特殊環境下などで、非定形なグラインダ作業
を行うような場合には、ワークの形状やロボットに対す
るワークの位置などをあらかじめ設定しておくことが出
来ないような作業においても、その場で、モニタなどを
通しておおよその位置関係やグラインダの姿勢を与える
ことができれば、作業は容易に、また効率的に行える。
For example, when performing an irregular grinder work in a special environment, etc., even in a work where the shape of the work or the position of the work with respect to the robot cannot be set in advance, If the approximate positional relationship and the attitude of the grinder can be given through a monitor or the like, the work can be performed easily and efficiently.

ジョイスティックによるマニュアル作業では、作業者
は、おおよその初期姿勢を与えられるだけで、後は、グ
ラインダ5の移動を指令するためのジョイスティックの
2次元的な操作だけでよく、押付け力、グラインダ姿勢
を自動的に制御しながら研削することが出来る。またグ
ラインダ5の進行方向や横方向の移動パターンなどをあ
らかじめ設定しておくことにより、任意の領域の研削を
容易に自動的に研削することが出来る。
In the manual operation using the joystick, the worker only needs to be given an approximate initial posture, and then only needs to perform a two-dimensional operation of the joystick for instructing the movement of the grinder 5, and the pressing force and the grinder posture are automatically set. Grinding can be performed while controlling the temperature. In addition, by setting in advance the moving direction of the grinder 5 and the movement pattern in the lateral direction, it is possible to easily and automatically grind an arbitrary region.

このように、上記制御方法により、予めワーク形状を
教示すること無く研削作業を行った実験結果の一例を示
す。第19図に示すような断面形状のワークを図中矢印方
向に、目標押付け力FWZd=1.2kgf、グラインダ移動速度
ΔXWZ=2.5cm/s、ワークに対する目標ピッチ角φGW=25
゜そして、初期のワークに対するグラインダのピッチ角
40゜(従って誤差は15゜)で、研削を行ったときの、グ
ラインダのワークへの押付け力、ピッチ角(水平からの
角度を表している)、1〜6軸の関節角から算出した砥
石先端部の軌跡を第20図乃至第22図に示す。これらの図
から、ワークに対するピッチ角が、25゜となるように姿
勢を変化させ、かつ押付け力が一定の状態で研削してい
るのが確認できる。
Thus, an example of an experimental result obtained by performing a grinding operation without previously teaching a workpiece shape by the above control method will be described. A workpiece having a cross-sectional shape as shown in FIG. 19 is moved in the direction of the arrow in the figure, with a target pressing force F WZd = 1.2 kgf, a grinder moving speed ΔX WZ = 2.5 cm / s, and a target pitch angle φ GW = 25 for the workpiece.
゜ And the pitch angle of the grinder with respect to the initial work
40 ° (accordingly, the error is 15 °), the grinding wheel calculated from the pressing force of the grinder against the work, the pitch angle (representing the angle from the horizontal), and the joint angle of 1 to 6 axes when grinding. The trajectory of the tip is shown in FIGS. 20 to 22. From these figures, it can be confirmed that the posture is changed so that the pitch angle with respect to the workpiece is 25 °, and the grinding is performed with a constant pressing force.

第6実施例 次に第15図を用いて説明する。本実施例は、力制御装
置の他の実施例である。上記第5実施例では、未知形状
のワークを一定の力で押付けながら研削作業を行う方法
を示したが、場合によっては、未知形状のワークを任意
の形状に仕上げたい場合がある。その場合について以下
説明する。第15図に示されるブロックは、第14図に示さ
れる力制御装置41と異なる部分のみ図示した。
Sixth Embodiment Next, a description will be given with reference to FIG. This embodiment is another embodiment of the force control device. In the fifth embodiment, a method of performing a grinding operation while pressing a workpiece having an unknown shape with a constant force has been described. However, in some cases, it is desired to finish a workpiece having an unknown shape into an arbitrary shape. The case will be described below. The block shown in FIG. 15 shows only a portion different from the force control device 41 shown in FIG.

まず、最初の研削では、力制御ロボットはワーク形状
を確認していないので、第4実施例の力制御装置により
未知の形状のワークを一定の力で押付けながら研削作業
を行う。そしてその際に、1〜6軸の関節角を逆座標変
換器53により、絶対座標系で表される実際のグラインダ
の位置、姿勢XO、YO、ZO、α、β、γを計算し、
それをワーク形状データ記憶装置55に記憶する。これに
より、力制御ロボットは、ワークの形状を認識すること
が出来る。
First, in the first grinding, since the force control robot has not confirmed the work shape, the grinding operation is performed while pressing the work having an unknown shape with a constant force by the force control device of the fourth embodiment. At that time, the joint angles of the first to sixth axes are converted by the inverse coordinate converter 53 into the actual grinder position, orientation X O , Y O , Z O , α O , β O , γ represented in the absolute coordinate system. Calculate O ,
This is stored in the work shape data storage device 55. Thereby, the force control robot can recognize the shape of the work.

そして、以降の研削では、コンピュータ43から与えら
れるワーク仕上げ形状データ記憶装置59の記憶データと
ワーク形状データ記憶装置55の記憶データから、グライ
ンダ目標位置、姿勢作成装置57によって絶対座標系で表
される目標位置、姿勢XOP、YOP、ZOP、αOP、βOP、γ
OPを作成する。
In the subsequent grinding, the grinder target position / posture creation device 57 represents the absolute coordinate system based on the data stored in the work finish shape data storage device 59 and the data stored in the work shape data storage device 55 given from the computer 43. Target position and orientation X OP , Y OP , Z OP , α OP , β OP , γ
Create an OP .

そして、同様に、上記の各データを駆動用座標変換器
51に入力し、各軸を駆動する。これにより、未知の形状
のワーク7を任意の形状に仕上げることが出来る。
Then, similarly, each of the above data is converted to a driving coordinate converter.
Input to 51 to drive each axis. Thereby, the workpiece 7 having an unknown shape can be finished into an arbitrary shape.

なお、グラインダ目標位置・姿勢作成装置57では、仕
上げ形状データと記憶データに形状が異なる時には、ワ
ーク7の法線方向には力制御を、移動方向には移動速度
に応じた目標位置を与え、形状に差が無い場合、あるい
は、小さい場合には、位置制御を行うようにしても良
い。いずれにしても、ワークの形状データは、この時点
では、既知となっているので、従来の制御方法を適用し
ても良い。
In the grinder target position / posture creating device 57, when the shapes are different between the finished shape data and the stored data, force control is provided in the normal direction of the work 7 and a target position corresponding to the moving speed is provided in the moving direction. If there is no difference in shape or if the shape is small, position control may be performed. In any case, since the shape data of the work is already known at this point, a conventional control method may be applied.

また、特に工具などにより作業を行わない場合には、
未知の形状を確認する手段としても利用することが出来
る。
Also, especially when not working with tools,
It can also be used as a means for checking an unknown shape.

本発明の適用例として、上記各実施例では、円筒座標
型ロボットについて説明したが、特にこの形式のロボッ
トに限らず、直交座標型、極座標型、多関節座標型のロ
ボットに適用することが出来る。
As an application example of the present invention, in each of the embodiments described above, a cylindrical coordinate type robot has been described. However, the present invention is not limited to this type of robot, and can be applied to a rectangular coordinate type, polar coordinate type, and articulated coordinate type robot. .

また、上記各実施例では、押付け力検出用センサとし
て、6軸力センサを用いたが、これに限らず、必要な方
向の力を検出することができれば良い。
In each of the above embodiments, the six-axis force sensor is used as the pressing force detecting sensor. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that a force in a required direction can be detected.

他に、押付け力の検出にグラインダ5の重心まわりに
働くモーメントMWGを用いているが、小型のグラインダ
で慣性力の影響をあまり受けないような場合には、直接
押し付け力を検出しても良い。
In addition, the moment MWG acting around the center of gravity of the grinder 5 is used to detect the pressing force. However, if the small grinder is not much affected by the inertial force, the direct pressing force can be detected. good.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る力制御装置及び力制
御ロボットによれば、重力、慣性力を簡単に消去し、手
先効果器の被加工部材への正確な押付け力を検出するこ
とが出来、力制御等の応答性が良く、精度のよい力制御
ロボットを提供することが出来るという優れた効果が得
られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the force control device and the force control robot according to the present invention, the gravity and the inertial force are easily eliminated, and the accurate pressing force of the hand effector on the workpiece is detected. This makes it possible to provide an excellent force control robot having good responsiveness in force control and the like and a high accuracy.

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

第1図は手先部を示す側面図、第2図は力制御ロボット
の外観を示す斜視図、第3図は力制御ロボットをモデル
化したモデル図、第4図は力制御装置の構成を示すブロ
ック図、第5図(a)は第2実施例の手先部を示す平面
図、第5図(b)は側面図、第6図は第3実施例の手先
部を示す平面、側面、正面図、第7図(a)は第4実施
例を示しグリッパを示す平面図、第7図(b)は側面
図、第8図は乃至第13図は押付け力の実験結果を示す
図、第14図は第5実施例を示し力制御装置を示すブロッ
ク図、第15図は第6実施例の力制御装置の一部を示すブ
ロック図、第16図は第5実施例の手先部を示す側面図、
第17図は2次元平面のワークの例を示す斜視図、第18図
(a)は手先部を示す側面図、第18図(b)ワークに対
するロール角が90゜ずれている場合の手先部を示す側面
図、第19図はワークの断面形状を示す側面図、第20図乃
至第22図は実験結果を示し第20図は時間とグラインダ押
付け力の関係を示す線図、第21図は時間とピッチ角の関
係を示す線図、第22図は時間と砥石先端部軌跡の関係を
示す線図である。 1……力制御ロボット 3……手先部 5……グラインダ 7……ワーク(被加工部材) 11……6軸力トルクセンサ 19、41……力制御装置 35……座標変換器 37……カウンタウェイト 45……センサ座標変換器 47……グラインダ座標変換器 49……グラインダ位置座標変換器 51……駆動用座標変換器 53……逆座標変換器 55……ワーク形状データ記憶装置 57……グラインダ目標位置・姿勢作成装置 59……ワーク仕上げ形状データ記憶装置
FIG. 1 is a side view showing a hand portion, FIG. 2 is a perspective view showing an external appearance of a force control robot, FIG. 3 is a model diagram of a model of the force control robot, and FIG. 4 shows a configuration of a force control device. FIG. 5A is a block diagram, FIG. 5A is a plan view showing a hand portion of the second embodiment, FIG. 5B is a side view, and FIG. FIG. 7 (a) is a plan view showing a gripper, showing a fourth embodiment, FIG. 7 (b) is a side view, FIGS. 8 to 13 are views showing experimental results of pressing force, FIG. FIG. 14 is a block diagram showing a force control device according to the fifth embodiment, FIG. 15 is a block diagram showing a part of the force control device according to the sixth embodiment, and FIG. 16 is a hand portion of the fifth embodiment. Side view,
FIG. 17 is a perspective view showing an example of a two-dimensional work, FIG. 18 (a) is a side view showing a hand part, and FIG. FIG. 19 is a side view showing a cross-sectional shape of a workpiece, FIGS. 20 to 22 show experimental results, FIG. 20 is a diagram showing a relationship between time and a grinder pressing force, and FIG. FIG. 22 is a diagram showing the relationship between time and the pitch angle, and FIG. 22 is a diagram showing the relationship between time and the trajectory of the grinding wheel tip. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Force control robot 3 ... Hand part 5 ... Grinder 7 ... Work (workpiece) 11 ... 6-axis force torque sensor 19, 41 ... Force control device 35 ... Coordinate converter 37 ... Counter Weight 45 Sensor coordinate converter 47 Grinder coordinate converter 49 Grinder position coordinate converter 51 Drive coordinate converter 53 Reverse coordinate converter 55 Work shape data storage device 57 Grinder Target position / posture creation device 59 …… Work finish shape data storage device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 19/02 B25J 13/08 B25J 17/02 B24B 27/00 B24B 49/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 19/02 B25J 13/08 B25J 17/02 B24B 27/00 B24B 49/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボットのアーム端部に取り付けられた手
先効果器の被加工部材への押付け力を検出して、該押付
け力が目標押付け力となるように該ロボットを制御する
力制御装置であって、 前記アーム端部と前記手先効果器の間に配置され、前記
被加工部材から該手先効果器に付与される前記押付け力
の反力に基づく力及びモーメントを検出する検出手段
と、 この検出手段により検出された前記力及びモーメントか
ら、座標変換を行なって前記手先効果器の重心回りのモ
ーメントを求め、このモーメントから前記押付け力を算
出する演算手段と、 この演算手段により算出された前記押付け力が前記目標
押付け力と一致するように前記ロボットを制御する制御
手段と を備えたことを特徴とする力制御装置。
1. A force control device for detecting a pressing force of a hand effector attached to an end of an arm of a robot against a workpiece and controlling the robot so that the pressing force becomes a target pressing force. Detecting means disposed between the arm end and the hand effector, for detecting a force and a moment based on a reaction force of the pressing force applied from the workpiece to the hand effector; Calculating means for performing a coordinate transformation from the force and moment detected by the detecting means to obtain a moment around the center of gravity of the hand effector, and calculating the pressing force from the moment; and Control means for controlling the robot such that the pressing force matches the target pressing force.
【請求項2】アーム端部に取り付けられた手先効果器の
被加工部材への押付け力を検出して、該押付け力が目標
押付け力となるように制御されるロボットであって、 前記アーム端部と前記手先効果器の間に配置され、前記
被加工部材から該手先効果器に付与される前記押付け力
の反力に基づく力及びモーメントを検出する検出手段
と、 この検出手段により検出された前記力及びモーメントか
ら、座標変換を行なって前記手先効果器の重心回りのモ
ーメントを求め、このモーメントから前記押付け力を算
出する第1の演算手段と、 この第1の演算手段により算出された前記押付け力が前
記目標押付け力と一致するように前記手先効果器を制御
する制御手段と を備えたことを特徴とするロボット。
2. A robot which detects a pressing force of a hand effector attached to an end of an arm against a workpiece and controls the pressing force to be a target pressing force. Detecting means for detecting a force and a moment based on a reaction force of the pressing force applied to the hand effector from the workpiece to be processed, which is disposed between the portion and the hand effector; From the force and the moment, coordinate transformation is performed to obtain a moment around the center of gravity of the hand effector, and the pressing force is calculated from the moment, and the first calculating means calculates the pressing force. Control means for controlling the hand effector so that the pressing force matches the target pressing force.
【請求項3】前記手先効果器の被加工部材への目標押付
け力の出力信号と、前記手先効果器の目標位置の出力信
号と、前記手先効果器の目標姿勢位置の出力信号とが入
力され、目標角度を出力する第2の演算手段を更に備え
たことを特徴とする請求項2記載のロボット。
3. An output signal of a target pressing force of the hand effector against a workpiece, an output signal of a target position of the hand effector, and an output signal of a target posture position of the hand effector. 3. The robot according to claim 2, further comprising second calculating means for outputting a target angle.
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