JP3286842B2 - Flexible control device for robot - Google Patents

Flexible control device for robot

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JP3286842B2
JP3286842B2 JP35057095A JP35057095A JP3286842B2 JP 3286842 B2 JP3286842 B2 JP 3286842B2 JP 35057095 A JP35057095 A JP 35057095A JP 35057095 A JP35057095 A JP 35057095A JP 3286842 B2 JP3286842 B2 JP 3286842B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,ロボット等の柔軟制御
装置に関し、特に作業座標系での力,トルク設定値をも
とに関節を駆動するサーボモータの発生力を制限するこ
とが可能なロボットの柔軟制御装置、また特に位置速度
制御系のゲインを制限する、あるいはトルク制限値によ
り関節を駆動するサーボモータの発生力を制限すること
によって、外力が加えられた場合その力に柔軟に倣うロ
ボットの柔軟制御装置、さらには特に位置速度制御系の
ゲインを制御する、あるいはトルク制御により関節を駆
動するサーボモータの発生力を制限することによって、
ロボットを外力に対して柔軟に制御する装置における柔
軟制御系の持つ柔軟性を変化させるロボットの柔軟制御
装置、さらにまたロボットの柔軟制御においてサーボ偏
差を監視し、正常に作業が行われない場合に、作業の中
断あるいは作業の変更を行いうるサーボ制御のロボット
等の柔軟制御装置に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flexible control device for a robot or the like, and in particular, it is possible to limit a generated force of a servomotor for driving a joint based on a force and a torque set value in a working coordinate system. Limiting the gain of the robot's flexible control device, especially the position / velocity control system, or limiting the generated force of the servomotor that drives the joint by the torque limit value, flexibly follows external force when applied. By controlling the gain of the flexible control device of the robot, and more particularly the position / velocity control system, or by limiting the generated force of the servo motor that drives the joint by torque control,
A robot flexible control device that changes the flexibility of a flexible control system in a device that flexibly controls a robot against external force. And a flexible control device such as a servo-controlled robot capable of interrupting or changing the work.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のロボットの1つは図14に示すよ
うな位置、速度制御系にて制御が行われていた。このよ
うな制御系でワークとの接触を伴うような作業を行う
際、ワークの位置ずれなどがあると、剛性を高くするた
めに大きく設定されたゲインや積分器の作用により、大
きなトルクを発生することで過負荷状態になり作業の遂
行が困難になる。このような問題に対して作用力を吸収
するフロート装置やRCCなどの専用の機械的治具や、
力センサを用いた力制御方式が行われていた[従来例
1]。また,近年ロボットに特別な装置を付加すること
なく柔軟な制御を行う方式として、特開平6-332538号公
報[従来例2・図15]の様にサーボゲインを低下する
方式、また特開平7-20941 号公報[従来例3・不図示]
に示すように作業座標系での柔らかさの設定が可能な方
式が開示されている。
2. Description of the Related Art One conventional robot is controlled by a position and speed control system as shown in FIG. When performing work that involves contact with the work with such a control system, if there is a work misalignment, a large torque is generated due to the action of the gain and integrator that are set large to increase rigidity. This causes an overload condition and makes it difficult to perform the work. Special mechanical jigs such as a float device and RCC that absorb the acting force for such problems,
A force control method using a force sensor has been performed [conventional example 1]. In recent years, as a method of performing flexible control without adding a special device to a robot, a method of lowering a servo gain as disclosed in JP-A-6-332538 [conventional example 2 / FIG. -20941 [Conventional example 3, not shown]
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-260, a system capable of setting softness in a working coordinate system is disclosed.

【0003】ところで、従来例2は、サーボモータで駆
動される被駆動体を人力で移動させ、障害物を回避させ
ることができるようにする柔軟なサーボ制御方法で、柔
軟制御が開始されると、ポジションゲインKp(110a) 、
速度制御ループの比例ゲインKv(112a) を設定柔らかさ
の度合いに応じて低下させる。また、速度制御ループの
積分器113 の出力を設定クランプ値(121) [図16に図
示]にリミットする。その結果、位置偏差が増大しても
トルク指令は格別大きな値とはならないので、このサー
ボモータで駆動される被駆動体を人力で移動させること
ができる。被駆動体の移動経路中に障害物が有る場合
に、人力でこの障害物を回避させて移動させることがで
きるとする技術である。
The conventional example 2 is a flexible servo control method that enables a driven body driven by a servo motor to be moved manually to avoid an obstacle. , Position gain Kp (110a),
The proportional gain Kv (112a) of the speed control loop is reduced according to the degree of softness set. Also, the output of the integrator 113 of the speed control loop is limited to the set clamp value (121) (shown in FIG. 16). As a result, even if the positional deviation increases, the torque command does not become an exceptionally large value, so that the driven body driven by this servomotor can be moved by human power. This is a technique that, when there is an obstacle in a moving path of a driven body, the obstacle can be moved by avoiding the obstacle by human power.

【0004】また、従来例3は、作業座標上での柔らか
さの設定により、各軸に組み込まれたロボットのサーボ
系のゲインの変更を可能とする柔軟なサーボ制御方法
で、位置制御ループおよび速度制御ループを備える制御
系で制御されるサーボモータの制御方法において、サー
ボモータが位置する作業座標上において指定した柔らか
さを、該サーボモータの各軸におけるサーボゲインKp
(110a) ,Kv(112a) に変換し、該変換したサーボゲイ
ンKp ,Kv によりサーボモータを駆動し、該サーボモ
ータで駆動される被駆動体を手動で移動可能とする技術
である。
The prior art 3 is a flexible servo control method which enables the gain of a servo system of a robot incorporated in each axis to be changed by setting softness on work coordinates. In a control method of a servomotor controlled by a control system having a speed control loop, a softness designated on a working coordinate at which the servomotor is located is adjusted by a servo gain Kp for each axis of the servomotor.
(110a), Kv (112a), a servo motor is driven by the converted servo gains Kp, Kv, and a driven body driven by the servo motor can be manually moved.

【0005】さらにまた、ループゲインを低減する代わ
りに位置速度系の出力制限を設け、一定以上の外力が作
用した場合に姿勢が変化するロボットの柔軟制御系があ
る[従来例4・図16]。そのほかに、文献「力センサ
を用いないダイレクト・ドライブ・マニピュレータのイ
ンピーダンス制御」舘, 榊、日本ロボット学会誌,7-3,p
p.172-184,1989に記述されているように位置制御ルー
プ,速度制御ループ,加速度制御ループを独立に設け、
それぞれを加算した結果をモータへのトルク指令とする
制御方式において、それぞれのゲインを調整することで
機械的な剛性,粘性,質量であるインピーダンス制御方
式が示されている[従来例5・図17]。
Further, instead of reducing the loop gain, there is a flexible control system for a robot in which the posture is changed when an output force of a position / speed system is provided and an external force exceeding a certain level is applied [Conventional example 4, FIG. 16]. . In addition, literature "Impedance control of direct drive manipulator without using force sensor" Tachi, Sakaki, Journal of the Robotics Society of Japan, 7-3, p.
As described in p.172-184,1989, a position control loop, speed control loop, and acceleration control loop are provided independently,
In a control method in which the result of adding each of them is used as a torque command to a motor, an impedance control method in which mechanical rigidity, viscosity, and mass are adjusted by adjusting respective gains is shown [Conventional Example 5 / FIG. 17]. ].

【0006】そして、従来例6・図18はロボットの制
御装置で従来から良く用いられているモータの位置制御
系を表す。位置制御系では摩擦や外力に対抗して位置決
めを行うため速度制御ループゲインKv,位置ループゲ
インKpをできるだけ高く設定する。また、積分器を比
例ゲインと並列に置くことによりさらにその特性が高ま
るよう制御が行われている。このような制御方式により
外力が作用する条件下でもサーボモータを目標とする位
置に正確に位置決めを行うことができる。以上のような
高い剛性を有する従来の制御方法にかわり、従来例7・
図19に示すように上記の積分器を除去あるいは積分値
を制限し、制御ゲインを低減することにより外部からサ
ーボ系に力が作用した場合にモータあるいはモータに結
合した負荷が柔軟に動く制御方法が行われている。
Conventional Example 6 FIG. 18 shows a motor position control system which has been conventionally used in a robot controller. In the position control system, the speed control loop gain Kv and the position loop gain Kp are set as high as possible in order to perform positioning against friction and external force. Further, by placing an integrator in parallel with the proportional gain, control is performed to further enhance the characteristics. With such a control method, the servomotor can be accurately positioned at the target position even under the condition where external force acts. Instead of the conventional control method with high rigidity as described above,
As shown in FIG. 19, a control method in which the motor or a load coupled to the motor moves flexibly when a force acts on the servo system from outside by removing the integrator or limiting the integral value and reducing the control gain. Has been done.

【0007】また、制御ゲインを変更することなく、出
力トルクを制限し外力に対して柔軟に動く従来例8・図
20で示すような制御方式がある。上記の柔軟制御方式
により、たとえばロボットにおいてはロボットに外部の
機械から力が作用しロボット側で柔軟に受けとめるよう
な作業や、ロボットにより部品を把持し押しつけるよう
な用途、また、ハンドリング時にロボットが障害物に衝
突したような場合に必要以上の力が作用しないようにす
るなどの作業に用いられている。
Further, there is a control method as shown in FIG. 20 of the conventional example 8 which flexibly responds to an external force by limiting the output torque without changing the control gain. With the above-mentioned flexible control method, for example, in a robot, a force is applied to the robot from an external machine and the robot can receive it flexibly, or the robot grips and presses a part, It is used for operations such as preventing unnecessary force from acting when an object collides.

【0008】それから、従来の制御方式として従来例2
・図15[特開平6-332538号公報]のように、速度制御
系の積分器の出力に制限を設けると共に、設定された柔
らかさに応じてループゲインを低減する方法が開示され
ている。しかも、ループゲインを低減する代わりに位置
速度制御系の出力制限を設け、一定以上の外力が作用し
た場合に姿勢が変化するロボットの柔軟制御系がある
[従来例6・図17]。
[0008] Then, as a conventional control method, the conventional example 2
As shown in FIG. 15 [JP-A-6-332538], a method is disclosed in which the output of the integrator of the speed control system is limited and the loop gain is reduced according to the set softness. In addition, there is a flexible control system for a robot in which the output of a position / velocity control system is limited instead of reducing the loop gain, and the posture changes when an external force exceeding a certain level is applied [Conventional example 6 / FIG. 17].

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが,従来例1・
図14の専用治具や力センサを付加[治具・センサにつ
いては不図示]する方式ではコストが増大するという問
題点があった。また、従来例2・図15及び従来例3・
図16ではサーボゲインを低減する方式が用いられてい
るが、これらの方式では複数のサーボゲインをある関係
を保ちながら調整する必要がある。さらに、サーボ偏差
が増大するとサーボモータの発生トルクが比例的に増大
するため、外界から作用する機械等のストロークが大き
な場合に対応できない。
However, the conventional example 1
The method of adding the dedicated jig and the force sensor shown in FIG. 14 (the jig and the sensor are not shown) has a problem that the cost increases. In addition, Conventional Example 2 and FIG.
In FIG. 16, a method for reducing the servo gain is used, but in these methods, it is necessary to adjust a plurality of servo gains while maintaining a certain relationship. Further, when the servo deviation increases, the generated torque of the servomotor increases proportionally, and therefore, it is impossible to cope with a case where the stroke of a machine or the like acting from the outside is large.

【0010】さらに、従来例3・図16では作業座標系
における柔軟性を制御する方式を開示しているが、関節
座標系の変位と作業座標系の変位を対応させることによ
りゲインを求める必要があるため、演算関係式が煩雑な
ため演算負荷が大きく、ロボットの姿勢の変化に対して
連続的にゲインを求めることができない。特に、特異点
近傍など、関節角と作業座標間での変位の対応関係の変
化率が大きなロボット姿勢ではCPUの演算負荷が大き
く、ロボットの姿勢変化に対して実時間での演算が行え
ず、連続的なゲインの演算が困難なためロボットの柔ら
かさがロボットの姿勢により大幅に異なることがあるな
どの問題点を有している。
Further, in the conventional example 3 and FIG. 16, a method for controlling the flexibility in the working coordinate system is disclosed. However, it is necessary to obtain the gain by associating the displacement of the joint coordinate system with the displacement of the working coordinate system. Therefore, the computational relational expression is complicated and the computational load is large, and it is not possible to continuously obtain a gain with respect to a change in the posture of the robot. In particular, in the case of a robot posture in which the change rate of the correspondence relationship between the joint angle and the work coordinates is large, such as in the vicinity of a singular point, the computation load of the CPU is large, and it is not possible to perform real-time computation for the posture change of the robot. Since it is difficult to continuously calculate the gain, there is a problem that the softness of the robot may vary greatly depending on the posture of the robot.

【0011】次に、従来例2・図15の制御系のループ
ゲインを低減する方式では、外力によりロボットを動か
す場合の機械的インピーダンスにおいて、剛性および粘
性に関する制御を行うことは可能であるが、ロボットが
本来有しているロボットアームの質量やロボット先端に
付加された質量分に関して低減することができない。従
って、外力によりロボットアームを加速する時の反力を
低減することができず、軽い力で動くような柔軟性を実
現することができなかった。これは従来例6・図16の
位置速度制御系の出力制限を設ける方法でも同様であ
る。
Next, in the method of reducing the loop gain of the control system of the conventional example 2 and FIG. 15, it is possible to control rigidity and viscosity in the mechanical impedance when the robot is moved by an external force. It is not possible to reduce the mass of the robot arm that the robot originally has or the mass added to the robot tip. Therefore, the reaction force when the robot arm is accelerated by an external force cannot be reduced, and the flexibility of moving with a small force cannot be realized. The same applies to the method of providing the output limitation of the position / speed control system of the conventional example 6 / FIG.

【0012】また、従来例5・図17の舘,榊の方法に
おいては従来の位置制御の間で簡単に移行することがで
きない。すなわち,制御ループの構成が異なっているこ
とにより、位置制御と柔軟制御との切り替えを、状態量
の連続性を保ったまま行うことが困難であった。それか
ら従来例6〜従来例8・図18〜図20の方式では、外
部から押され許容値以上の変位を行う場合の保護手段が
なかった。このため、たとえばロボットに於いては以下
に述べるような問題があった。 A. 外部機器からロボットが押され動作域からはずれた
り、これにより周囲の機器等にぶつかるなどの障害を与
える。 B. ハンドリングで規定以上の重量物を把持することで
重力方向に変形し、Aと同様な問題が生ずる。
Further, in the conventional example 5 and the method of Tachi and Sakaki in FIG. 17, it is not possible to easily shift between the conventional position control. That is, since the configuration of the control loop is different, it has been difficult to switch between the position control and the flexible control while maintaining the continuity of the state quantity. Then, in the systems of Conventional Examples 6 to 8 and FIGS. 18 to 20, there is no protection means in the case of being pushed from the outside and performing a displacement exceeding the allowable value. For this reason, for example, a robot has the following problems. A. The robot is pushed from the external device and moves out of the operation range, thereby causing obstacles such as collision with surrounding devices. B. When a heavy object exceeding the specified weight is gripped during handling, the object is deformed in the direction of gravity, causing the same problem as A.

【0013】また、従来例6,従来例7,従来例8おい
ては、柔軟制御をより有効に生かすための以下のような
方策を行う手段を持たなかった。 C. ハンドリングにおいて重量により生ずる変位を基に
ハンドリング物体を判別し、以降の作業計画を変更す
る。 D. 物体との衝突を検知して、作業の実行手順を変え
る。すなわち、力が作用して異常な状態になっているこ
とを知るための情報、どの程度の力が作用しているかの
情報,力により目標の軌道からどのくらいずれているか
等を検知する手段がなかった。したがって、外部から力
を受け、柔軟に変位した場合に、ロボットを停止させ
る。外部機器を停止させる、ロボット等の運動計画を変
更する等の処置を施すことが不可能であった。
The conventional examples 6, 7 and 8 have no means for taking the following measures to make the most of the flexible control. C. The handling object is determined based on the displacement caused by the weight in the handling, and the subsequent work plan is changed. D. Change the execution procedure of the work by detecting collision with the object. That is, there is no information for knowing that an abnormal state is caused by the applied force, information on how much force is being applied, and means for detecting how much from the target trajectory by the force. Was. Therefore, the robot is stopped when it is flexibly displaced by receiving an external force. It has been impossible to take measures such as stopping an external device or changing a motion plan of a robot or the like.

【0014】さらに、従来例2・図15の制御系のルー
プゲインを低減する方式や、従来例8・図20の位置速
度制御系の出力制限を設ける方法では、例えば作業者が
動作中のロボットに接触したりアーム間に挟みこまれた
場合や、ロボットが他の物体に接触した場合に、位置速
度制御系の指令と検出値の偏差が大きくなるため、ロボ
ットはより危険な状況を生じる方向に動作を維持し、作
業者は危険な状態から脱出が非常に困難であり、ロボッ
ト自体や他の物体の破損を引き起こしていた。
Further, in the method of reducing the loop gain of the control system of the conventional example 2 and FIG. 15 and the method of limiting the output of the position and speed control system of the conventional example 8 and FIG. When the robot touches the robot, is pinched between arms, or when the robot touches another object, the deviation between the command of the position / velocity control system and the detected value increases, causing the robot to move in a more dangerous situation. The operator was very difficult to escape from the dangerous state, causing damage to the robot itself and other objects.

【0015】そこで本発明は、1自由度で1つの変数の
柔軟性設定と、ストロークの大きな変位が可能で、しか
も単純な座標変換で作業座標系での柔軟制御を行うロボ
ットの柔軟制御装置を提供することを第1の目的とす
る。また本発明は、位置速度制御系のゲインを制限す
る、あるいはトルク制限値により関節を駆動するサーボ
モータの発生力を制限することによって、外力が加えら
れた場合その力に柔軟に倣うロボットの柔軟制御で、よ
り一層の柔軟性を得るロボットの柔軟制御装置を提供す
ることを第2の目的とする。
Accordingly, the present invention provides a flexible control device for a robot which is capable of flexible setting of one variable with one degree of freedom and large displacement of a stroke, and which performs flexible control in a working coordinate system by simple coordinate conversion. The primary purpose is to provide. In addition, the present invention also provides a robot that flexibly follows an external force when an external force is applied thereto by limiting the gain of the position / velocity control system, or by limiting the generated force of a servomotor that drives a joint by a torque limit value. A second object of the present invention is to provide a robot flexible control device that obtains more flexibility in control.

【0016】さらに本発明は、外力が加えられた場合、
その力に柔軟に倣うロボットの柔軟制御装置、特に位置
速度制御系のゲインを制御するあるいはトルクを制御す
ることにより関節を駆動するサーボモータの発生力を制
限して、ロボットを外力に対して柔軟に制御させ、安全
性及び作業が正しく遂行されているかどうかの監視が行
われる手段を提供することを第3の目的とする。
Further, according to the present invention, when an external force is applied,
A flexible control device for a robot that flexibly follows that force, in particular, by controlling the gain of a position / velocity control system or controlling the torque to limit the generated force of a servo motor that drives a joint, makes the robot flexible against external forces. It is a third object of the present invention to provide means for controlling the safety and whether the work is being performed correctly.

【0017】さらにまた本発明は、柔軟制御中に作業者
が動作中のロボットに接触したり、アーム間に挟み込ま
れた場合やロボットが他の物体に接触した場合でも、作
業者とロボットの安全を確保するロボットの柔軟制御装
置を提供することを第4の目的とする。
Still further, according to the present invention, the safety of the worker and the robot can be maintained even when the worker comes into contact with the operating robot during the flexible control, is caught between the arms, or the robot comes into contact with another object. It is a fourth object of the present invention to provide a flexible control device for a robot which secures the robot.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決する下記の手段から構成される。すなわち、第1
の目的を達成するため、ロボットの関節部を駆動するサ
ーボモータのトルクを制御する手段と、関節角度を計測
する手段と、該計測した関節角度情報をもとに一般的に
ヤコビアンと呼ばれる座標系間の微小変位関係を演算す
る手段と、作業座標系で設定した力もしくはトルクの限
界値をヤコビアンの転置行列を用いることにより関節角
トルク限界値に変換する手段と、該トルク限界値を用い
ることによりロボットの出力トルクを制限する手段を備
えるとしたものであり、1自由度で1つの変数の柔軟性
設定と、ストロークの大きな変位が可能で、しかも単純
な座標変換で作業座標系での柔軟制御を行えるロボット
の柔軟制御装置が得られる。
The present invention comprises the following means for solving the above problems. That is, the first
Means for controlling the torque of a servomotor that drives a joint of a robot, means for measuring a joint angle, and a coordinate system generally called Jacobian based on the measured joint angle information. A means for calculating a small displacement relationship between the two, a means for converting a limit value of a force or a torque set in a working coordinate system into a joint angle torque limit value by using a Jacobian transpose matrix, and using the torque limit value. Means for restricting the output torque of the robot by means of a robot. It is possible to set the flexibility of one variable with one degree of freedom and to make a large displacement of the stroke. A flexible control device for the robot that can perform the control is obtained.

【0019】第2の目的を達成するため、モータの制御
系における位置制御ゲイン,速度制御ゲインを変化させ
得る手段を有し、速度制御ループ中の比例積分制御での
積分器の出力を制限し、速度制御ゲイン乗算の後段であ
るトルク指令にモータの加速度を定数倍した帰還制御手
段を設けその出力を新たなトルク指令とすること、ま
た、前記トルク指令を一定値に制限する手段を設け、さ
らにモータの加速度を定数倍した帰還制御手段を備えて
その出力を新たなトルク指令とすることから成るとした
ものであり、外力が加えられた場合その力に柔軟に倣う
ロボットの柔軟制御装置が得られる。
In order to achieve the second object, there is provided means for changing a position control gain and a speed control gain in a motor control system, and an output of an integrator in a proportional integral control in a speed control loop is limited. A feedback control means for multiplying the acceleration of the motor by a constant to the torque command at the subsequent stage of the speed control gain multiplication to provide a new torque command, and a means for limiting the torque command to a constant value, In addition, a feedback control means that multiplies the acceleration of the motor by a constant is provided, and the output is used as a new torque command.When an external force is applied, a robot flexible control device that flexibly follows the force is used. can get.

【0020】第3の目的を達成するため、位置制御系の
角度指令値と現在角度の偏差と設定値とを比較し、その
結果を基にモータを停止させる、外部に信号を出力す
る、またサーボ系の動作計画の変更を行う手段を有し、
また、作業座標系での偏差を求めることから成るとした
ものであり、柔軟制御系の持つ柔軟性を変化させると共
に、作業対象の座標系と比較する設定値の座標系を同一
にすることができ、これにより比較するための設定値を
容易に設定することが可能なロボットの柔軟制御装置が
得られる。
In order to achieve the third object, the angle command value of the position control system is compared with the deviation of the current angle and the set value, and based on the result, the motor is stopped, a signal is output to the outside, and Having means for changing the operation plan of the servo system,
In addition, the method includes determining a deviation in the work coordinate system. In addition to changing the flexibility of the flexible control system, it is possible to make the coordinate system of the set value to be compared with the coordinate system of the work target the same. This makes it possible to obtain a flexible control device for a robot that can easily set a set value for comparison.

【0021】第4の目的を達成するため、位置制御ルー
プと速度制御ループを有するロボットの関節を駆動する
モータの制御系において、位置制御ゲイン,速度制御ゲ
インを変化させうる手段と、位置,速度,方向の指令情
報と検出情報及び前記情報の演算結果に基づいて前記位
置制御ゲイン,速度ゲインを別の状態に変化させうる手
段を有するもの、また比例制御と積分器の出力の加算結
果であるトルク指令を制限する手段と、位置,速度,方
向の指令情報と検出情報及び前記情報の演算結果に基づ
いて前記トルク制限を変化させうる手段を有するとした
ものであり、柔軟制御中に作業者が動作中のロボットに
接触したり、アーム間に挟み込まれた場合やロボットが
他の物体に接触した場合でも、作業者とロボットの安全
を確保するロボットの柔軟制御装置が得られる。
In order to achieve the fourth object, in a control system of a motor for driving a joint of a robot having a position control loop and a speed control loop, means for changing a position control gain and a speed control gain, And means for changing the position control gain and speed gain to different states based on the direction command information, the detection information, and the calculation result of the information, and the addition result of the proportional control and the output of the integrator. Means for limiting the torque command, and means for changing the torque limit based on the command information of position, speed, and direction, the detection information, and the calculation result of the information. The robot keeps the worker and the robot safe even if the robot touches the moving robot, is caught between arms, or the robot touches another object. Flexible control device is obtained.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、ロボットの関節部を駆動するサーボモータのトルク
を制御する手段と、前記関節部の関節角度を計測する手
段と、前記計測による前記関節角度の情報をもとに座標
系間の微小変位関係を演算する手段と、作業座標系で設
定した力もしくはトルクの限界値を前記微小変位対応関
係を用いることにより関節角トルク限界値に変換する手
段と、前記関節角トルク限界値を用いてロボットの出力
トルクを制限するトルク制限手段と、前記トルク制限手
段の前段で重力あるいは摩擦トルクを補償するトルク補
償手段とを備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御
装置としたものであり、作業座標系での力およびトルク
を関節座標系のトルクの限界値に変換することにより,
外界から作用する力作業座標系の限界値以上の力に対し
て柔軟な運動を行えるという作用を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention according to claim 1 of the present invention comprises means for controlling a torque of a servomotor for driving a joint of a robot, means for measuring a joint angle of the joint, and the measurement. Means for calculating a minute displacement relationship between coordinate systems based on the information of the joint angle according to the above, and a limit value of a force or a torque set in a working coordinate system, and a joint angle torque limit value by using the minute displacement correspondence relationship. means for converting, the torque limiting means for limiting the output torque of the robot using said joint angle torque limit value, the torque limit hands
Torque compensation to compensate for gravity or friction torque at the previous stage
This is a flexible control device for a robot characterized by comprising compensation means, and by converting the force and torque in the working coordinate system into the limit value of the torque in the joint coordinate system,
It has the effect that a flexible motion can be performed with respect to a force greater than the limit value of the force working coordinate system acting from the outside.

【0023】本発明の請求項2に記載の発明は、ロボッ
トの関節部を駆動するサーボモータの制御系の前記関節
角度の指令値を用いることにより、前記作業座標系と関
節座標系の前記微小対応関係を求めることを特徴とする
請求項1記載のロボットの柔軟制御装置としたものであ
り、関節角の位置の情報を用いた単純な座標変換で作業
座標系での柔軟制御を可能にするという作用を有する。
The invention according to claim 2 of the present invention uses the command value of the joint angle of the control system of the servomotor for driving the joint of the robot, thereby obtaining the minute coordinates of the working coordinate system and the joint coordinate system. 2. A flexible control device for a robot according to claim 1, wherein a correspondence is obtained, and flexible control in a working coordinate system is enabled by simple coordinate conversion using information on a position of a joint angle. It has the action of:

【0024】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループと速度制御ループを有するロボットの関節部を
駆動するサーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟
制御装置において、前記速度制御ループ中の比例積分制
御における積分器の出力を制限する手段と、比例制御と
前記積分器の出力の加算結果であるトルク指令を制限す
るトルク制限器と、前記モータの回転加速度を検出また
は演算により求める手段と、前記トルク制限器の後段で
前記サーボモータの加速度を定数倍した帰還制御手段
と、前記トルク制限器の前段で重力あるいは摩擦トルク
を補償するトルク補償手段と、を備えたことを特徴とす
るロボットの柔軟制御装置としたものであり、これによ
りロボットの柔軟性が向上するという作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a flexible control device for a robot having a control system of a servomotor for driving a joint of the robot having a position control loop and a speed control loop. Means for limiting the output of the integrator in the proportional integral control, a torque limiter for limiting the torque command which is the result of addition of the proportional control and the output of the integrator, and detecting or calculating the rotational acceleration of the motor. Means, feedback control means for multiplying the acceleration of the servomotor by a constant after the torque limiter, and gravity or friction torque before the torque limiter.
And a torque compensating means for compensating for the above problem. This is a flexible control device for a robot, which has the effect of improving the flexibility of the robot.

【0025】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを複数有し、作業座標に
おける目標値と前記サーボモータの現在値から求められ
る作業座標系現在値との差を設定値と比較する手段と、
該比較結果をもとに前記サーボモータの運動を停止する
手段と、を備えたことを特徴とする請求項1から請求項
3のいずれかに記載のロボットの柔軟制御装置としたも
のであり、作業座標系現在値に基づくサーボモータの停
止が可能という作用を有する。
The invention described in claim 4 of the present invention, a position control loop and speed control loop plurality Yes, the difference between the work coordinate system current values obtained from the current value of the servo motor and the target value in the working coordinate Means for comparing with a set value;
Claim from claim 1, characterized by comprising, a means for stopping the motion of the servo motor on the basis of the comparison result
3. The flexible control device for a robot according to any one of 3), which has an effect that a servomotor can be stopped based on a current value in a work coordinate system.

【0026】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを複数有し、作業座標に
おける目標値とサーボモータの現在値から求められる作
業座標系現在値との差を設定値と比較する手段と、該比
較結果をサーボ装置から外部機器に出力する手段と、を
備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれ
かに記載のロボットの柔軟制御装置としたものであり、
位置制御ループおよび速度制御ループを複数備える制御
系でも、位置偏差の値が設定値と比較して大きな場合、
ロボットの入出力接点を用いて外部機器に信号を送る
(外部機器の停止などを行う)という作用を有する。
The invention described in claim 5 of the present invention, a position control loop and speed control loop plurality Yes, the difference between the work coordinate system current values obtained from the target value and the current value of the servo motor in the working coordinate 4. The apparatus according to claim 1 , further comprising: means for comparing with a set value; and means for outputting the result of the comparison from the servo device to an external device.
A flexible control device for the robot described in
Even in a control system having a plurality of position control loops and speed control loops, when the value of the position deviation is larger than the set value,
It has the effect of sending a signal to an external device using the input / output contacts of the robot (stopping the external device, etc.).

【0027】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを複数有し、作業座標に
おける目標値とサーボモータの現在値から求められる作
業座標系現在値との差を設定値と比較する手段と、該演
算結果をもとにサーボ制御の処理を変更する手段と、を
備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれ
かに記載のロボットの柔軟制御装置としたものであり、
位置制御ループおよび速度制御ループを複数備える制御
系でも、位置偏差の情報をもとにロボットソフトの条件
分岐を行うという作用を有する。
The invention described in claim 6 of the present invention, a position control loop and speed control loop plurality Yes, the difference between the target value and the work coordinate system current values obtained from the current value of the servo motor in the working coordinate 4. The apparatus according to claim 1 , further comprising: means for comparing with a set value; and means for changing a servo control process based on the calculation result.
A flexible control device for the robot described in
Even a control system having a plurality of position control loops and speed control loops has the effect of performing conditional branching of robot software based on information on position deviation.

【0028】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループを有し、位置制御ゲイン,速度制御ゲインを変
化させうる手段と、位置,速度,方向の指令情報と検出
情報及び前記情報の演算結果に基づいて前記位置制御ゲ
イン,前記速度ゲインを別の状態に変化させうる手段
と、を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3の
いずれかに記載のロボットの柔軟制御装置としたもので
あり、作業者やロボットの安全を確保するという作用を
有する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a means having a position control loop, capable of changing a position control gain and a speed control gain, position, speed and direction command information, detection information and the information. And means for changing the position control gain and the speed gain to different states based on the calculation result of (1).
A flexible control device for a robot according to any one of the above, and has an effect of ensuring the safety of a worker or a robot.

【0029】本発明の請求項に記載の発明は、位置制
御ループと速度制御ループを有し、比例制御と積分器の
出力の加算結果であるトルク指令を制限する手段と、位
置,速度,方向の指令情報と検出情報及び前記情報の演
算結果に基づいて前記トルク指令を制限する手段を変化
させうる手段と、を備えたことを特徴とする請求項1か
ら請求項3のいずれかに記載のロボットの柔軟制御装置
としたものであり、指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果から、前記位置制御ゲイン,速度ゲインを変化
させてトルク指令を更に低く抑え、作業者やロボットの
安全を確保するという作用を有する。
The invention described in claim 8 of the present invention, have a position control loop and speed control loop, and means for limiting the torque command is a sum of the output of the proportional control and an integrator, the position, velocity, And means for changing a means for limiting the torque command based on direction command information, detection information, and a calculation result of the information .
4. The flexible control device for a robot according to claim 3 , wherein the position control gain and the speed gain are changed from the command information, the detection information, and the calculation result of the information to further lower the torque command. It has the effect of keeping the safety of workers and robots.

【0030】本発明の請求項に記載の発明は、前記速
度制御ループ中の比例制御と積分制御の加算手段の後に
重力あるいは摩擦トルクを補償する手段をを備えたこと
を特徴とする請求項または請求項記載のロボットの
柔軟制御装置としたものであり、重力あるいは摩擦トル
クを補償してロボットの種々の姿勢の変化でも重力方向
に落下を防止したり、作業者が動作中のロボットに接触
したりアーム間に挟み込まれた場合や、ロボットが他の
物体に接触した場合に、前記トルク制限を変化させたり
して、総合的に作業者やロボットの安全を確保するとい
う作用を有する。次に、本発明の各実施の形態について
図面に基づいて説明する。図面において同一符号は同一
部材もしくは相当部材とする。
According to a ninth aspect of the present invention, a means for compensating for gravity or friction torque is provided after the means for adding the proportional control and the integral control in the speed control loop. A robot control apparatus according to claim 7 or 8, wherein the robot is compensated for by gravity or friction torque to prevent the robot from falling in the direction of gravity even when the posture of the robot changes, and the robot is operated by an operator. When the robot touches or is caught between arms, or when the robot comes into contact with another object, it has the effect of changing the torque limit and ensuring the safety of the worker and the robot comprehensively. . Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings denote the same members or corresponding members.

【0031】(実施の形態1) この実施の形態1は、ロボットの関節角度の計測情報か
ら、関節・作業座標系間の微少変位関係を演算し、関節
角限界値を求めて出力トルクを制限する手段である。つ
まり、ロボットの柔軟制御におけるトルク制限方式とい
える。図1は、本発明の実施の態様1における作用の一
つの概念を表す回路構成を示す図である。また図2は、
本発明の実施の態様1における作用の他の概念を表す回
路構成を示す図である。図1及び図2において、100 は
第1軸制御系、200 は第2軸制御系、300 は第3軸制御
系、n00 は第n軸制御系、101aはトルク指令、101bはト
ルク指令、102はトルク制限器、103 は修正トルク指
令、104 はサーボアンプ( トルク制御) 、105 はサーボ
モータ、106 は位置検出器、107 は作業座標力・トルク
限界設定手段、108 はヤコビアンの転置行列JT の演算
手段である。
(Embodiment 1) In this embodiment 1, a minute displacement relationship between a joint and a work coordinate system is calculated from measurement information of a joint angle of a robot, and a joint angle limit value is obtained to limit an output torque. It is a means to do. That is, it can be said that this is a torque limiting method in the flexible control of the robot. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration representing one concept of an operation according to the first embodiment of the present invention. Also, FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration representing another concept of the operation in the first embodiment of the present invention. 1 and 2, 100 is a first axis control system, 200 is a second axis control system, 300 is a third axis control system, n00 is an nth axis control system, 101a is a torque command, 101b is a torque command, 102 Is a torque limiter, 103 is a corrected torque command, 104 is a servo amplifier (torque control), 105 is a servomotor, 106 is a position detector, 107 is work coordinate force / torque limit setting means, and 108 is a transpose matrix J T of Jacobian. Calculation means.

【0032】以下,本発明の具体的実施例を図3に示し
て説明する.図3は、具体的回路構成を表すブロック図
である。図3において、110 は位置制御ゲイン[Kp ]
回路、111 は速度制御ゲイン[Kv ]回路、116 はトル
ク制限器、117 は重力補償器、118 はトルク変換定数回
路、119 はロボットなどの機械系[Jはイナーシャ,s
はラプラス演算子,Dは動摩擦係数]、120 は積分回路
[速度,位置関係を示す]である。
Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific circuit configuration. In FIG. 3, reference numeral 110 denotes a position control gain [Kp].
Circuit, 111 is a speed control gain [Kv] circuit, 116 is a torque limiter, 117 is a gravity compensator, 118 is a torque conversion constant circuit, 119 is a mechanical system such as a robot [J is inertia, s
Is a Laplace operator, D is a coefficient of kinetic friction], and 120 is an integration circuit [showing the relationship between speed and position].

【0033】この実施の態様1における図3は、従来の
位置制御系[図14・従来例1]に本発明の柔軟制御系
を適用した制御ブロック図を表している。位置制御の内
部ループは通常比例積分制御が行われるが、定常的に作
用する重力などの力は静的力補償要素により補償される
ものとする。通常位置制御状態では位置制御ループおよ
び速度制御ループの作用により外部より作用する力によ
り変位が生じにくい。これは外部より印加される力によ
り指令値との偏差が大きく設定されたゲイン倍されてモ
ータトルクが発生されることによる。
FIG. 3 in the first embodiment shows a control block diagram in which the flexible control system of the present invention is applied to a conventional position control system [FIG. 14 and Conventional Example 1]. In the inner loop of the position control, a proportional integral control is usually performed, but a force such as gravity that acts constantly is compensated by a static force compensating element. In the normal position control state, displacement is unlikely to occur due to externally applied force due to the operation of the position control loop and the speed control loop. This is because the motor torque is generated by multiplying the gain by a set gain with a large deviation from the command value by an externally applied force.

【0034】ここで、発生トルクをトルク指令の段階で
制限を行うことで外部から作用する力に対してロボット
が柔軟な動作を行うことができる。すなわち制限してい
るトルクより大きなトルクが外部から作用した場合、ロ
ボットの関節は運動を始めることになる。またここで設
定しているトルクの制限値は、関節座標系でのトルクの
制限値である。従って、先端の作業位置での力の制限は
ロボットの姿勢に依存して変化することになる。そこ
で、ロボットの現在の状態を検出し、その値を基に一般
的にヤコビアンと呼ばれる関節座標系と作業座標系の微
小変位の対応関係をもとめ、その転置行列を算出するこ
とにより作業座標系における力の限界値から関節座標系
におけるトルクの限界値を算出することが可能である。
Here, by limiting the generated torque at the stage of the torque command, the robot can perform a flexible operation with respect to an externally applied force. That is, when a torque larger than the limiting torque acts from the outside, the joint of the robot starts to move. Further, the torque limit value set here is a torque limit value in the joint coordinate system. Therefore, the limitation of the force at the tip working position changes depending on the posture of the robot. Therefore, the current state of the robot is detected, the correspondence between the joint coordinate system generally called Jacobian and the minute displacement of the work coordinate system is determined based on the value, and the transposed matrix is calculated to calculate the transposed matrix. It is possible to calculate the torque limit value in the joint coordinate system from the force limit value.

【0035】たとえば6自由度のロボットでのヤコビア
ンの転置の算出式等は下記の[数1]で示す(1)式〜
(4)式で表される。
For example, the equation for calculating the transposition of the Jacobian in a robot having six degrees of freedom is represented by the following equation (1).
It is expressed by equation (4).

【数1】 ロボットの姿勢の変化に対して(1),(4)式の演算
を行い、常に関節トルクの制限値を求めていくことによ
り、ロボットの全動作領域で(2)式に示される力,ト
ルクの限界値を有したロボットの柔軟制御を実行するこ
とができる。また、(1)式はロボットの姿勢により変
化する値であり、特異点の近傍では急激な変化を示すこ
とがあるが、一般的に各要素の値はサーボの演算を行う
CPUのサンプリング速度に比較すると変化は遅い。従
って(1)式の演算負荷は小さく抑えることが可能であ
り、ロボットの姿勢変化に伴う実時間演算を行うことが
可能である。
(Equation 1) By calculating the equations (1) and (4) with respect to the change in the posture of the robot and constantly obtaining the limit value of the joint torque, the force and torque shown in the equation (2) can be obtained in the entire operation range of the robot. The flexible control of the robot having the limit value can be performed. Equation (1) is a value that changes depending on the posture of the robot, and may show a rapid change in the vicinity of a singular point. In general, the value of each element depends on the sampling speed of the CPU that performs servo computation. The change is slow in comparison. Therefore, the calculation load of equation (1) can be kept small, and real-time calculation accompanying a change in the posture of the robot can be performed.

【0036】作業座標系での柔軟性は(2)式の制限値
のみにより決定される。すなわち1自由度にたいして1
個の変数を決めることで柔軟性を制御することができ
る。また、ロボットが発生する力,及びトルクは変位に
比例することがないため、外部から作用する機械類のス
トロークが大きな場合にも柔軟的にロボットが変化する
ことが可能である。
The flexibility in the working coordinate system is determined only by the limit value of equation (2). That is, one for one degree of freedom
Flexibility can be controlled by determining the number of variables. Further, since the force and torque generated by the robot are not proportional to the displacement, the robot can flexibly change even when the stroke of a machine acting externally is large.

【0037】(実施の形態2) 本発明の実施の形態2は、従来の柔軟制御方式にさらに
加速度制御ループを付加する方式である。実施の形態2
としての柔軟制御系は、例えば従来例2・図15または
従来例4・図16に加速度制御ループを加えた柔軟制御
方式である。図4は、実施の形態2の第1の手段におけ
る概要的な回路構成を示すブロック図である。
(Embodiment 2) Embodiment 2 of the present invention is a system in which an acceleration control loop is further added to the conventional flexible control system. Embodiment 2
Is a flexible control system in which an acceleration control loop is added to, for example, Conventional Examples 2 and 15 or Conventional Examples 4 and 16. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of the first means of the second embodiment.

【0038】図4において、20は柔軟制御系( 位置速度
制御系) 、114 は外力、119aはロボットなどの機械系、
120aは積分回路、122 は加速度演算器、124 は回転加速
度フィードバックゲイン[J']回路、125 は速度検出
( 演算) 回路、126 は位置検出器である。ここでの第1
の手段は、モータの制御系において、位置制御ゲイン,
速度制御ゲインを変化させ得る手段を有し、速度制御ル
ープ中の比例積分制御での積分器の出力を制限し、速度
制御ゲイン乗算の後段であるトルク指令にモータの加速
度を定数倍した帰還制御手段を設けその出力を新たなト
ルク指令とすることを特徴とする。
In FIG. 4, reference numeral 20 denotes a flexible control system (position / velocity control system); 114, an external force; 119a, a mechanical system such as a robot;
120a is an integration circuit, 122 is an acceleration calculator, 124 is a rotational acceleration feedback gain [J '] circuit, and 125 is speed detection
(Operation) circuit, 126 is a position detector. The first here
Means means for controlling the position control gain,
Feedback control with means that can change the speed control gain, limiting the output of the integrator in the proportional integral control in the speed control loop, and multiplying the motor acceleration by a constant to the torque command that is the subsequent stage of the speed control gain multiplication Means is provided and its output is used as a new torque command.

【0039】また、第2の手段[図5,図6]では、第
1の手段と同様な制御ループを構成するモータの制御系
において、速度制御器の後段のトルク指令を一定値に制
限する手段を設け、さらにモータの加速度を定数倍した
帰還制御手段を備えてその出力を新たなトルク指令とす
ることを特徴とする。図5及び図6において、115 は微
分器[速度検出手段]、121,121aはトルク制限器、127
は加速度検出器、128 はエンコーダである。以上の手段
において重力の補償や摩擦の補償を目的とした積分器を
用い、柔軟性を損なわない程度にその値を制限する。た
だし、重力演算的に補償されていたり、小さく無視でき
る程度ならば積分値の制限は0であっても構わない。上
記の手段で加速度は検出器により直接検出されるか、ま
たはエンコーダなどの位置検出器の差分等により求める
ことができる。
In the second means (FIGS. 5 and 6), the torque command at the subsequent stage of the speed controller is limited to a constant value in a motor control system constituting a control loop similar to the first means. Means is provided, and feedback control means for multiplying the acceleration of the motor by a constant is provided, and its output is used as a new torque command. 5 and 6, reference numeral 115 denotes a differentiator [speed detecting means], 121 and 121a denote torque limiters, and 127 denotes a torque limiter.
Is an acceleration detector, and 128 is an encoder. In the above means, an integrator for compensating gravity and friction is used, and its value is limited to the extent that flexibility is not impaired. However, the limit of the integral value may be zero if it is compensated by gravity calculation or is negligible. With the above-described means, the acceleration can be directly detected by a detector, or can be obtained from a difference between position detectors such as an encoder.

【0040】また、重力トルクはロボットの質量,重心
位置等のパラメータを用いた演算等により算出し、最終
的なアンプに出力するトルク指令に加算することにより
補償される。以下に本発明の具体的実施の形態2の回路
構成を図5、図6に示して説明する。つまり、図5、図
6ともに第2の方法の具体的実施形態を表している。図
5は加速度の検出手段としてモータ軸の回転加速度検出
器を用いた場合、図6は位置検出器から加速度を演算に
より算出する手段を示している。対象のロボットとし
て、2自由度の水平方向に動作するスカラタイプロボッ
トの第1軸に適用した例を示している。なお、第2軸に
関しても同様な制御系を構成することができる。
The gravitational torque is calculated by an operation using parameters such as the mass and the position of the center of gravity of the robot, and is compensated by adding it to the final torque command output to the amplifier. Hereinafter, a circuit configuration according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. That is, FIGS. 5 and 6 both show a specific embodiment of the second method. 5 shows a case where a rotational acceleration detector of a motor shaft is used as an acceleration detecting means, and FIG. 6 shows a means for calculating an acceleration from a position detector by calculation. An example is shown in which the present invention is applied to the first axis of a scalar type robot that operates in the horizontal direction with two degrees of freedom as a target robot. A similar control system can be configured for the second axis.

【0041】いま、仮にモータの位置速度制御器の出力
を0とする。図5,図6の場合ともに外力としてTのト
ルクが作用しているものとし、モータとアームを合わせ
たイナーシャをJとする。また制御系の回転加速度のフ
ィードバックゲインをJ'とし、発生する加速度をαと
すると以下の(5)式の関係が成立する。 α=T/(J−J') (5) すなわち、外力により本来のイナーシャよりも見かけ上
のイナーシャは低減される。ただし、ここでは加速度検
出部とアンプ部の出力の遅れは無視できるものとしてい
るが、若干の遅れは目的とする慣性変動に大きな影響を
与えない。
It is now assumed that the output of the motor position / speed controller is zero. In FIGS. 5 and 6, it is assumed that a torque of T is acting as an external force, and the inertia of the motor and the arm is J. When the feedback gain of the rotational acceleration of the control system is J ′ and the generated acceleration is α, the following equation (5) is established. α = T / (JJ ′) (5) That is, the apparent inertia is reduced more than the original inertia due to the external force. Here, the delay in the output of the acceleration detector and the output of the amplifier is assumed to be negligible, but a slight delay does not significantly affect the intended inertial fluctuation.

【0042】つぎに、フィードバックゲインJ'の定め
方に関して述べる。2自由度ロボットの場合では第2軸
の運動により、第1軸から見た慣性は変動する。そのた
め1軸目の実イナーシャJの値が変動することになる
が、制御による慣性の減少量は加速度のフィードバック
ゲインのみにより定まる量になるため、ロボット可動範
囲の慣性変動を考慮し、適当な値を定める。すなわち、
J−J'の値が負の値にならないように、また速度制御
系のループゲインができるだけ変動しないようにように
J'を決定することなる。また、ロボットの姿勢によら
ず一定の慣性を維持するようにするためには、ロボット
の運動にあわせてJ'を変化させることで、見かけ上の
慣性も一定値を維持することができる。
Next, how to determine the feedback gain J 'will be described. In the case of a two-degree-of-freedom robot, the inertia seen from the first axis changes due to the movement of the second axis. As a result, the value of the actual inertia J of the first axis fluctuates. However, the amount of inertia reduction due to the control is determined only by the feedback gain of the acceleration. Is determined. That is,
J ′ is determined so that the value of JJ ′ does not become a negative value and the loop gain of the speed control system does not vary as much as possible. Further, in order to maintain a constant inertia irrespective of the posture of the robot, the apparent inertia can be maintained at a constant value by changing J ′ in accordance with the motion of the robot.

【0043】以上により、外力が作用した場合の見かけ
上の慣性を小さく制御することができ、従来の柔軟制御
に比較して柔軟性が大きく向上する。また、外力に対し
て見かけ上の慣性が小さく制御できることは、ロボット
が周囲の物体へ衝突等が生じた場合の作用力が小さくな
ることを意味する。このためロボット制御時の安全性を
向上することも可能になる。しかも、制御系の構造は従
来の位置速度系と基本的に代わっていないため、柔軟制
御系から位置制御系,位置制御系から柔軟制御系に移行
する場合も制御系の構造自体の変更を行う必要がない。
As described above, the apparent inertia when an external force acts can be controlled to be small, and the flexibility is greatly improved as compared with the conventional flexible control. The fact that the apparent inertia can be controlled to be small with respect to the external force means that the acting force when the robot collides with a surrounding object or the like becomes small. For this reason, it is also possible to improve safety during robot control. Moreover, since the structure of the control system does not basically replace the conventional position / velocity system, the structure of the control system itself is changed even when shifting from the flexible control system to the position control system and from the position control system to the flexible control system. No need.

【0044】そのため,制御系の移行を行う場合にも制
御量が連続的に変化することにより、ロボットアームの
急激で不連続な運動を伴うことがない。加速度の検出方
法に関して述べると、図5で示しているような直接検出
方式としてモータに直結された回転加速度センサが挙げ
られる。また、ロボットに取付られた多軸並進加速度セ
ンサの出力を回転方向に分解することで求めることも可
能である。
Therefore, even when the control system is shifted, the control amount is continuously changed, so that the robot arm is not accompanied by sudden and discontinuous movement. Describing a method of detecting acceleration, a rotational acceleration sensor directly connected to a motor can be cited as a direct detection method as shown in FIG. It is also possible to obtain the output of the multi-axis translational acceleration sensor attached to the robot by decomposing the output in the rotation direction.

【0045】また、図6で示しているような加速度検出
器以外の方法として以下のような方法が考えられる。 1) タコジェネレータなど速度センサの微分 2) エンコーダ信号のF/V変換後の微分 3) エンコーダ信号の差分 一般的に良好な加速度信号を得ることは困難であった
が、近年のエンコーダ分解能の増大、信号の多点差分、
周波数帯域を限定した疑似微分器等を用いることによ
り、精度と応答性の良い加速度信号を得ることが可能に
なってきた。
As a method other than the acceleration detector shown in FIG. 6, the following method can be considered. 1) Differentiation of a speed sensor such as a tacho generator 2) Differentiation of an encoder signal after F / V conversion 3) Difference of an encoder signal Generally, it was difficult to obtain a good acceleration signal. , The multipoint difference of the signal,
By using a pseudo-differentiator or the like having a limited frequency band, it has become possible to obtain an acceleration signal with good accuracy and responsiveness.

【0046】上記ロボットでは水平方向に運動するスカ
ラタイプのロボットに適用した場合の例を示している
が、重力方向の運動成分を有する場合には、図4で示す
ように重力方向の成分を演算的に補償すること、また、
速度を検出することで摩擦を補償することにより柔軟な
制御系を構成することができる。以上は2軸スカラロボ
ットの柔軟制御方式に関して述べたが、3自由度以上を
有する多関節ロボットに対しても同様に適用することが
できる。
In the above-mentioned robot, an example is shown in which the present invention is applied to a scalar type robot that moves in the horizontal direction. If the robot has a motion component in the direction of gravity, the component in the direction of gravity is calculated as shown in FIG. Compensation, and
A flexible control system can be configured by compensating the friction by detecting the speed. The above has described the flexible control method of the two-axis SCARA robot. However, the present invention can be similarly applied to an articulated robot having three or more degrees of freedom.

【0047】(実施の形態3) この実施の形態3は、柔軟制御における位置の偏差を監
視し、ロボットの非常停止,外部機器への情報出力,作
業計画の変更等に基づき危険回避や外力監視制御を可能
にする手段である。本発明の実施の形態3の一つの例を
図7に基づいて説明する。図7は、モータの制御系の1
軸分あるいは作業座標系の1方向分を示す回路構成を表
すブロック図である。図7において、129 は位置偏差、
130 は作業座標系設定値、131 は比較手段、132 はブレ
ーキ回路・外部出力・作業計画判断等を行う手段であ
る。
(Third Embodiment) In a third embodiment, a position deviation in flexible control is monitored, and danger avoidance and external force monitoring are performed based on an emergency stop of a robot, information output to an external device, a change in a work plan, and the like. It is a means that enables control. One example of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows one of the motor control systems.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration indicating an axis or one direction of a working coordinate system. In FIG. 7, 129 is a position deviation,
130 is a work coordinate system set value, 131 is comparison means, 132 is means for performing a brake circuit, external output, work plan determination, and the like.

【0048】ここで,従来の技術の項で述べたような柔
軟制御を行うものとする。すなわち、位置制御ゲイン,
速度制御ゲインであるKp ,Kv を低減する、あるいは
トルク制限を実行することとする。これによりロボット
の負荷側から作用された力に応じてロボットが姿勢変化
を起こす。これはロボットの制御系の位置指令からは、
ずれたロボットの姿勢をとることを意味する。従って、
そのずれ量は各サーボモータ角度と指令値との偏差より
求めることができる。
Here, it is assumed that the flexible control as described in the section of the prior art is performed. That is, the position control gain,
It is assumed that the speed control gains Kp and Kv are reduced or the torque is limited. Thereby, the posture of the robot changes according to the force applied from the load side of the robot. This is from the position command of the robot control system,
This means taking the position of the displaced robot. Therefore,
The deviation amount can be obtained from the deviation between each servo motor angle and the command value.

【0049】上述の説明は回転軸の変位としてとらえた
場合であるが、 1) 作業座標系サーボ、 2) 関節角の順変換と逆変換前の指令値、あるいは、 3) 関節角と作業座標サーボの微小変位の対応関係(ヤ
コビアン行列) を用いても関節座標系以外の座標系における指令値との
偏差を求めることが可能である。以上のように求めた偏
差をすでに定められた設定値と比較することにより、安
全な運転状態かどうかの判断を行う。偏差の値が設定値
と比較して大きな場合、安全と判断されず、以下のい
れかの処置を施す。
In the above description, the displacement is considered as the displacement of the rotation axis. 1) Work coordinate system servo, 2) Command value before forward conversion and reverse conversion of joint angle, or 3) Joint angle and work coordinate The deviation from the command value in a coordinate system other than the joint coordinate system can also be obtained by using the correspondence (Jacobi matrix) of the small displacement of the servo. By comparing the deviation obtained as described above with a predetermined set value, it is determined whether or not the vehicle is in a safe operation state. Large when the value of the deviation is compared with a set value is not determined to secure performs the following have not <br/> Re or treatment.

【0050】作業の種類により異なるが、ロボットの緊
急停止を行うもの、ロボットの入出力接点を用いて外部
機器に信号を送るもの(外部機器の停止などを行う)、
偏差の情報をもとにロボットソフトの条件分岐を行うも
のがある。特に、問題が発生しない場合には通常の動作
に移行することになる。また、上記のような異常の判断
だけではなく、偏差の情報を基にロボットの先端に作用
する力の推定を行い、ハンドリング物体の選別等を行
い、把持した物体によりロボットの動作パターンを変更
する等、外力に応じた処理を行う。
Depending on the type of work, an emergency stop of the robot, a signal that sends a signal to an external device using the input / output contact of the robot (stops the external device, etc.),
Some robots perform conditional branching of robot software based on deviation information. In particular, if no problem occurs, the operation shifts to a normal operation. In addition to the above-described determination of abnormality, the force acting on the tip of the robot is estimated based on the information of the deviation, the handling object is selected, and the operation pattern of the robot is changed by the grasped object. Perform processing according to external force.

【0051】本発明を多自由度ロボットに適用し、作業
座標系の複数の座標の偏差を監視する制御系の一回路構
成例を、図8に示す。図8において、133 は逆変換回
路、134 は複数の他軸よりの情報、135 は順変換回路で
ある。本発明の実施の形態3の他の例を表す図8は、作
業座標系で偏差を求める場合、作業座標系のサーボ系を
構成し、その偏差を求める方法が最も簡単に構成できる
が、ここでは産業用ロボットで最も一般的に用いられて
いる関節位置サーボ系を利用した構成を示している。
FIG. 8 shows an example of a circuit configuration of a control system which applies the present invention to a multi-degree-of-freedom robot and monitors deviations of a plurality of coordinates in a working coordinate system. In FIG. 8, 133 is an inverse conversion circuit, 134 is information from a plurality of other axes, and 135 is a forward conversion circuit. FIG. 8, which shows another example of the third embodiment of the present invention, shows that when a deviation is obtained in the working coordinate system, a servo system of the working coordinate system is configured and a method for obtaining the deviation can be most easily configured. Shows a configuration using a joint position servo system most commonly used in industrial robots.

【0052】この図8で、作業座標系位置指令は通常ロ
ボットのベースを基準にした直交座標系にとり、並進量
と姿勢量のうちいくつかの偏差を設定値と比較する。そ
の結果により以下1)〜3)の処理を選択的に行ったり,複
数の操作を同時に行う。 1) ロボットの各軸のブレーキによる非常停止の実行 2) 外部接点への信号出力 3) ソフトウェアに基づく作業計画の分岐等
In FIG. 8, the work coordinate system position command is usually set in an orthogonal coordinate system based on the base of the robot, and some deviations between the translation amount and the posture amount are compared with set values. Depending on the result, the following processes 1) to 3) are selectively performed, and a plurality of operations are performed simultaneously. 1) Emergency stop by brake of each axis of robot 2) Signal output to external contact 3) Branch of work plan based on software

【0053】図9では、ソフトウェアによる作業計画の
変更を行う場合の例を示す。位置制御で作業を行った後
[ステップ1]、柔軟制御に移行し[ステップ2・
3]、柔軟制御中のサーボ偏差を監視する[ステップ
4]。設定値(setX) より偏差 (XERR) が大きくな
った場合には、物体に衝突等を起こした異常状態と判定
し[ステップ8]、初期姿勢に戻る[ステップ9]。正
常に作業が行われた場合[ステップ5]、すなわち偏差
過大を起こさなかった時には[ステップ5]、次の予定
された作業に移る[ステップ6・7]。
FIG. 9 shows an example in which the work plan is changed by software. After performing the work by the position control [Step 1], the operation is shifted to the flexible control [Step 2].
3] The servo deviation during the flexible control is monitored [Step 4]. If the deviation (XERR) is larger than the set value (setX), it is determined that an abnormal state has occurred, such as a collision with an object [Step 8], and the initial posture is returned [Step 9]. When the work is performed normally [Step 5], that is, when no excessive deviation occurs [Step 5], the process moves to the next scheduled work [Steps 6 and 7].

【0054】(実施の形態4) この実施の形態4は、ロボットの柔軟制御において、制
御状態量からロボットの接触や挟み込みなどの異常検出
を行い、制御ゲインやトルク制限値を変化・低下させ
て、人力での脱出を可能にし、重力と摩擦の補償を行う
手段である。図10は、本発明の実施の態様4における
基本的構成を示すブロック図である。図10において、
11は位置検出値、20は柔軟制御系( 位置速度制御系) 、
21は制御状態量、30は状態判断手段、31は柔軟性設定
値、117aは重力補償値、117bは摩擦補償値である。以下
本発明の実施の形態4の回路構成を具体的に、図11,
図12にブロック図で示して説明する。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, in the flexible control of a robot, an abnormality such as contact or pinching of the robot is detected from a control state quantity, and a control gain and a torque limit value are changed and reduced. It is a means that enables escape by human power and compensates for gravity and friction. FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG.
11 is a position detection value, 20 is a flexible control system (position / velocity control system),
21 is a control state quantity, 30 is a state determination means, 31 is a flexibility set value, 117a is a gravity compensation value, and 117b is a friction compensation value. Hereinafter, the circuit configuration of the fourth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS.
This will be described with reference to a block diagram shown in FIG.

【0055】図11は、柔軟制御系に位置制御ゲイン,
速度制御ゲインを変化させる手段を用いた装置であり、
図12は柔軟制御系に比例制御と積分器の出力の加算結
果であるトルク指令を制御する手段を用いた方式を示し
ている。図11において、図示しない上位のコントロー
ラから入力された位置指令と、ロボットの各駆動部分又
は各関節部分に設けられた位置検出器128 により、検出
された位置検出値及び微分器115 を経た速度検出値に基
づいて、柔軟制御系20内でモータのトルク指令(発生ト
ルク)を算出する。なお、22a は柔軟性設定器、136 は
重力補償器、137 は摩擦補償器である。
FIG. 11 shows a position control gain,
An apparatus using means for changing a speed control gain,
FIG. 12 shows a system using a means for controlling a torque command which is a result of addition of the proportional control and the output of the integrator in the flexible control system. In FIG. 11, a position command input from a higher-level controller (not shown), a position detection value detected by a position detector 128 provided in each drive portion or each joint portion of the robot, and a speed detection through a differentiator 115. A torque command (generated torque) of the motor is calculated in the flexible control system 20 based on the value. 22a is a flexibility setting device, 136 is a gravity compensator, and 137 is a friction compensator.

【0056】通常の柔軟制御を行う場合には、柔軟性設
定器22a においてロボット105 のアームを通常動作させ
るのに必要な最小限の位置制御ゲイン設定値,速度制御
ゲイン設定値を演算し、可変位置制御ゲイン110a,可変
速度制御ゲイン111aに設定する。ここで、速度制御ルー
プ内の比例制御の出力であるトルク指令に、各関節の位
置と各アームの重心位置から各関節中心の距離と、各ア
ームの質量から重力補償器136 内で計算された各アーム
に作用する重力の補償トルクと、各関節の速度検出値か
ら摩擦補償器137 内で計算された各関節の駆動部分に作
用する摩擦の補償トルクを加算することにより、柔軟制
御系から出力されるトルク指令をより小さくすることが
できる。
In order to perform ordinary flexible control, the flexibility setting unit 22a calculates minimum position control gain setting values and speed control gain setting values required for normal operation of the arm of the robot 105, and changes the values. The position control gain 110a and the variable speed control gain 111a are set. Here, the torque command, which is the output of the proportional control in the speed control loop, is calculated in the gravity compensator 136 from the distance of each joint center from the position of each joint and the center of gravity of each arm and the mass of each arm. By adding the compensation torque of gravity acting on each arm and the compensation torque of friction acting on the driving portion of each joint calculated in the friction compensator 137 from the detected speed value of each joint, the output from the flexible control system is obtained. The torque command to be issued can be made smaller.

【0057】この加算後のトルク指令をサーボアンプ10
4 で増幅してロボット105 が駆動される。ここで、柔軟
制御系20内の制御状態量である位置偏差,速度検出値,
速度偏差の微分値を柔軟設定器22a で常時監視し、ロボ
ット動作が異常であると判断された場合には位置制御ゲ
イン設定値,速度制御ゲイン設定値を最小値または零に
して、可変位置制御ゲイン110a,可変速度制御ゲイン11
1aにそれらを設定する構成である。
The torque command after the addition is transmitted to the servo amplifier 10.
The robot 105 is amplified and driven by the robot 105. Here, a position deviation, a speed detection value, and a control state amount in the flexible control system 20 are calculated.
The differential value of the speed deviation is constantly monitored by the flexible setting device 22a. If it is determined that the robot operation is abnormal, the position control gain setting value and the speed control gain setting value are set to the minimum value or zero, and the variable position control is performed. Gain 110a, variable speed control gain 11
This is the configuration to set them in 1a.

【0058】上記のように構成された制御方式の判断フ
ローについて、図13に示して述べる。例えば、ロボッ
ト105 のアームが作業者や他の物体に接触したり、アー
ム側に作業者が挟み込まれた場合に、外力がロボット10
5 に作用することでロボット105 の姿勢が位置指令から
ズレ始め、位置偏差の増大[ステップA],速度検出値
の低下[ステップB],速度偏差の微分値(加速度)の
符号が負を生じる[ステップC]ようになる。この時、
位置偏差と速度検出値が予め設定された規定値よりも大
きくなり[ステップAでYES]、速度検出値が規定値
以下になって[ステップBでYES]、さらに速度偏差
の微分値が負になった場合[ステップCでYES]に異
常検出と判断し、柔軟制御系の柔軟性を減少させるよう
に位置制御ゲイン設定値,速度制御ゲイン設定値を最小
値または零にして、可変位置制御ゲイン110a,可変速度
制御ゲイン111aに設定する。
The determination flow of the control system configured as described above will be described with reference to FIG. For example, when the arm of the robot 105 comes into contact with the worker or other objects, or when the worker is
5, the posture of the robot 105 begins to deviate from the position command, the position deviation increases [Step A], the speed detection value decreases [Step B], and the sign of the differential value (acceleration) of the speed deviation becomes negative. [Step C] is as follows. At this time,
The position deviation and the detected speed value become larger than a predetermined specified value [YES in step A], the detected speed value becomes less than the specified value [YES in step B], and the differential value of the speed deviation becomes negative. If it has become [YES in step C], it is determined that an abnormality has been detected, and the position control gain set value and the speed control gain set value are set to the minimum value or zero so as to reduce the flexibility of the flexible control system, and the variable position control gain is set. 110a and the variable speed control gain 111a are set.

【0059】これにより、柔軟制御系からのモータのト
ルク指令は最小若しくは零になり、ロボットは異常判断
が行われた時点での姿勢を保った状態で静止するように
なる。この時、重力トルクと摩擦トルクをトルク指令に
加算していることで、ロボット105 が重力によって落下
することがなく、ロボット105 の静止後に作業者が入力
でロボット105 を動作させることができるようになる。
図12の柔軟制御系20a にトルク制限器121 を設けた場
合も、図11と同様な効果を得ることができる。
As a result, the torque command of the motor from the flexible control system becomes minimum or zero, and the robot comes to rest while maintaining the posture at the time of the abnormality determination. At this time, since the gravitational torque and the friction torque are added to the torque command, the robot 105 does not fall down due to gravity, so that the operator can operate the robot 105 by input after the robot 105 stops. Become.
When the torque limiter 121 is provided in the flexible control system 20a in FIG. 12, the same effect as in FIG. 11 can be obtained.

【0060】ところで、これまでに説明した本発明の各
実施の形態相互間における関連について付言する。実施
の形態1は従来例2[特開平6-332558号]に対向するロ
ボットの柔軟制御の基本的構想を備える手段であり、実
施の形態2は実施の形態1及び従来例2などに適用可能
であり、実施の形態3は実施の形態2などに適用され、
実施の形態4は実施の形態1ないし実施の形態3及び従
来例2などに適用可能である。
By the way, the relationship between the embodiments of the present invention described above will be additionally described. The first embodiment is a means having a basic concept of flexible control of a robot facing the second conventional example [Japanese Patent Laid-Open No. 6-332558], and the second embodiment is applicable to the first embodiment, the second conventional example, and the like. Embodiment 3 is applied to Embodiment 2 and the like,
Embodiment 4 is applicable to Embodiments 1 to 3 and Conventional Example 2.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば下記
に示す諸々の効果が認められる。すなわち、関節角の位
置の情報を用いた単純な座標変換で作業座標系での柔軟
制御を可能にするという効果がある。その場合、1自由
度で1つの変数の設定することで可能であり、また変換
式自体が簡単な式なため演算負荷が小さくリアルタイム
に作業座標系の演算を実行できる。また、ロボットが一
定の反作用力が一定であるため、発生限界値以上の力に
対してはロボットの姿勢変化を大きくとることができ
る。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. That is, there is an effect that flexible control in the work coordinate system is enabled by simple coordinate conversion using information on the position of the joint angle. In this case, it is possible to set one variable with one degree of freedom, and since the conversion formula itself is a simple formula, the calculation load is small and the calculation of the working coordinate system can be executed in real time. Further, since the constant reaction force of the robot is constant, the posture of the robot can be largely changed with respect to a force equal to or greater than the generation limit value.

【0062】さらに、柔軟制御に加速情報のフィードバ
ックを施すことにより、慣性の補償を行うことが可能に
なり、より柔軟性を増すことができる。しかも、従来の
制御系の基本的構成を維持しているため、位置制御系と
柔軟制御の移行が容易である。その結果、柔軟制御時に
は、機械からの力や手動により簡単にロボットを動かす
ことができ、ロボットが周辺物体に衝突した時にも対象
物体に大きな力を作用させることがない、など従来のロ
ボットにない特性を有する。
Further, by applying the feedback of the acceleration information to the flexible control, the inertia can be compensated and the flexibility can be further increased. In addition, since the basic configuration of the conventional control system is maintained, the transition between the position control system and the flexible control is easy. As a result, during flexible control, the robot can be easily moved by the force of the machine or manually, and there is no large force applied to the target object even when the robot collides with the surrounding object, which is not possible with conventional robots Has characteristics.

【0063】そして本発明によりロボットで柔軟制御を
行う場合、外部より力を受けると大きく変形し動作領域
からはずれたり、軌跡制御時に物体に衝突するなどの異
常時の処理を容易に行うことが可能になる。また、外力
に応じて作業内容を変更する等,従来はセンサを必要と
していた作業をセンサを用いずに実行することができ
る。
When flexible control is performed by the robot according to the present invention, when an external force is applied, the robot is greatly deformed, and can easily perform processing in the event of an abnormality such as slipping out of the operation area or colliding with an object during trajectory control. become. In addition, work that conventionally required a sensor, such as changing work content according to an external force, can be performed without using a sensor.

【0064】さらにまた、本発明の柔軟制御方式によれ
ば、柔軟制御に制御状態量からロボット動作の状態変化
を判断し、柔軟制御系の柔軟性を変化させるようにした
ため、ロボットが作業者や他の物体に接触したりアーム
間に作業者が挟み込まれた場合でも、直ちにロボットが
停止するとともに、モータが発生する力を抜くため、作
業者やロボットの安全を確保するという特段の効果を奏
することがことができる。
Further, according to the flexible control method of the present invention, the change in the state of the robot operation is determined from the control state amount in the flexible control, and the flexibility of the flexible control system is changed. Even if the worker comes into contact with another object or is caught between arms, the robot stops immediately and the force generated by the motor is released, which has the special effect of ensuring the safety of the worker and the robot. Can be.

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

 1

【図1】本発明の実施の態様1における作用の一つの概
念を表す回路構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration representing one concept of an operation according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の態様1における作用の他の概念
を表す回路構成を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration representing another concept of the operation in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の態様1における具体的回路構成
を示すブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing a specific circuit configuration according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の態様2における基本的構成を示
すブロック図
FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の態様2における一つの具体的回
路構成を示すブロック図
FIG. 5 is a block diagram showing one specific circuit configuration according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の態様2における他の具体的回路
構成を示すブロック図
FIG. 6 is a block diagram showing another specific circuit configuration according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の態様3における機能を説明する
ブロック図
FIG. 7 is a block diagram illustrating functions according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の態様3における具体的回路構成
を示すブロック図
FIG. 8 is a block diagram showing a specific circuit configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の態様3における具体的回路構成
の作用を示すフローチャート
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of a specific circuit configuration according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の態様4における基本的構成を
示すブロック図
FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の態様4における一つの具体的
回路構成を示すブロック図
FIG. 11 is a block diagram showing one specific circuit configuration according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の態様4における他の具体的回
路構成を示すブロック図
FIG. 12 is a block diagram showing another specific circuit configuration according to the fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施の態様4における条件判断を示
す流れ図
FIG. 13 is a flowchart showing a condition determination according to the fourth embodiment of the present invention.

【図14】従来例1の回路構成を表すブロック図FIG. 14 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 1.

【図15】従来例2の回路構成を表すブロック図FIG. 15 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a second conventional example.

【図16】従来例4の回路構成を表すブロック図FIG. 16 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 4.

【図17】従来例5の回路構成を表すブロック図FIG. 17 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a conventional example 5.

【図18】従来例6の回路構成を表すブロック図FIG. 18 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 6.

【図19】従来例7の回路構成を表すブロック図FIG. 19 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional example 7.

【図20】従来例8の回路構成を表すブロック図FIG. 20 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a conventional example 8.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 位置検出値 20,20a 柔軟制御系( 位置速度制御系) 21 制御状態量 22a,22b 柔軟性設定器 30 状態判断手段 31 柔軟性設定値 100 第1軸制御系 200 第2軸制御系 300 第3軸制御系 n00 第n軸制御系 101a トルク指令 101b 位置指令 102,121,121a トルルク制限器 103 修正トルク指令 104 サーボアンプ( トルク制御) 105 サーボモータ 105a ロボット 105b,106 位置検出器 107 作業座標力・トルク限界設定手段 108 ヤコビアンの転置行列JT の演算手段 109 位置制御系 110 位置制御ゲイン[Kp ]回路 110a 可変位置制御ゲイン[Kp ]回路 111 速度制御ゲイン[Kv ]回路 111a 可変速度制御ゲイン[Kv ]回路 112 比例演算器 113 積分器 114 外力 115,115a 微分器[速度検出手段・sはラプラス演算
子] 116,121,121a トルク制限器 117 重力補償器 118 トルク変換定数回路 119,119a ロボットなどの機械系[Jはイナーシャ、D
は動摩擦係数] 120,120a 積分回路 122 加速度 (演算) 回路 123 加速度制御ゲイン[Kα]回路 124 回転加速度フィードバックゲイン[J’]回路 125 速度検出( 演算) 回路 127 加速度検出器 128 エンコーダ 129 位置偏差 130 作業座標系設定値 131 比較手段 132 ブレーキ回路・外部出力・作業計画判断等を行う
手段 133 逆変換回路 134 複数の他軸からの情報 135 順変換回路 136 重力補償器 137 摩擦補償器
11 Position detection value 20,20a Flexible control system (Position speed control system) 21 Control state quantity 22a, 22b Flexibility setting device 30 State judgment means 31 Flexibility setting value 100 First axis control system 200 Second axis control system 300 3-axis control system n00 n-axis control system 101a Torque command 101b Position command 102,121,121a Torque limiter 103 Corrected torque command 104 Servo amplifier (torque control) 105 Servo motor 105a Robot 105b, 106 Position detector 107 Working coordinate force / torque limit computing means 109 a position control system 110 position control gain transposed matrix J T setting means 108 Jacobian [Kp] circuit 110a variable position control gain [Kp] circuit 111 speed control gain [Kv] circuit 111a variable speed control gain [Kv] circuit 112 Proportional calculator 113 Integrator 114 External force 115,115a Differentiator [speed detection means s is Laplace operator] 116,121,121a Torque limiter 117 Gravity compensator 118 Torque conversion constant circuit 119,119a Robot, etc.械系 [J is inertia, D
Is the dynamic friction coefficient] 120,120a Integrating circuit 122 Acceleration (computation) circuit 123 Acceleration control gain [Kα] circuit 124 Rotational acceleration feedback gain [J '] circuit 125 Speed detection (computation) circuit 127 Acceleration detector 128 Encoder 129 Position deviation 130 Work Coordinate system set value 131 Comparison means 132 Brake circuit / external output / work plan judgment means 133 Inverse conversion circuit 134 Information from multiple other axes 135 Forward conversion circuit 136 Gravity compensator 137 Friction compensator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 G05B 19/18 - 19/46 B25J 1/00 - 21/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 G05B 11/00-13/04 G05B 19/18-19/46 B25J 1 / 00-21/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボットの関節部を駆動するサーボモータ
のトルクを制御する手段と、 前記関節部の関節角度を計測する手段と、 前記計測による前記関節角度の情報をもとに座標系間の
微小変位関係を演算する手段と、 作業座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を前記
微小変位対応関係を用いることにより関節角トルク限界
値に変換する手段と、 前記関節角トルク限界値を用いてロボットの出力トルク
を制限するトルク制限手段と、前記トルク制限手段の前段で重力あるいは摩擦トルクを
補償するトルク補償手段と、 を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装置。
A means for controlling a torque of a servomotor for driving a joint of the robot; a means for measuring a joint angle of the joint; and a coordinate system based on information of the joint angle based on the measurement. Means for calculating a minute displacement relationship, means for converting a limit value of force or torque set in the working coordinate system into a joint angle torque limit value by using the minute displacement correspondence relationship, and using the joint angle torque limit value. Torque limiting means for limiting the output torque of the robot by means of
A flexible control device for a robot , comprising: torque compensating means for compensating .
【請求項2】 ロボットの関節部を駆動するサーボモー
タの制御系の前記関節角度の指令値を用いることによ
り、前記作業座標系と関節座標系の前記微小対応関係を
求めることを特徴とする請求項1記載のロボットの柔軟
制御装置。
2. The minute correspondence between the working coordinate system and the joint coordinate system is obtained by using a command value of the joint angle of a control system of a servomotor that drives a joint of the robot. Item 4. A flexible control device for a robot according to Item 1.
【請求項3】 位置制御ループと速度制御ループを有す
るロボットの関節部を駆動するサーボモータの制御系を
備えたロボットの柔軟制御装置において、 前記速度制御ループ中の比例積分制御における積分器の
出力を制限する手段と、 比例制御と前記積分器の出力の加算結果であるトルク指
令を制限するトルク制限器と、 前記モータの回転加速度を検出または演算により求める
手段と、 前記トルク制限器の後段で前記サーボモータの加速度を
定数倍した帰還制御手段と、前記トルク制限器の前段で重力あるいは摩擦トルクを補
償するトルク補償手段と、 を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装置。
3. A flexible control device for a robot having a servomotor control system for driving a joint of a robot having a position control loop and a speed control loop, comprising: an output of an integrator in a proportional-integral control in the speed control loop. Means for limiting a torque command which is a result of the proportional control and the output of the integrator; means for detecting or calculating the rotational acceleration of the motor; and Feedback control means for multiplying the acceleration of the servo motor by a constant, and compensation for gravity or friction torque at a stage preceding the torque limiter.
A flexible control device for a robot , comprising: a compensating torque compensating means .
【請求項4】 位置制御ループおよび速度制御ループを
複数有し、 作業座標における目標値と前記サーボモータの現在値か
ら求められる作業座標系現在値との差を設定値と比較す
る手段と、 該比較結果をもとに前記サーボモータの運動を停止する
手段と、 を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載のロボットの柔軟制御装置。
4. A position control loop and a speed control loop.
If there is more than one target value in the work coordinates and the current value of the servomotor
Compare the difference from the current value of the work coordinate system
Means for stopping movement of the servomotor based on the comparison result.
4. A means according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
A flexible control device for a robot according to any one of the above.
【請求項5】 位置制御ループおよび速度制御ループを
複数有し、 作業座標における目標値とサーボモータの現在値から求
められる作業座標系現在値との差を設定値と比較する手
段と、 該比較結果をサーボ装置から外部機器に出力する手段
と、 を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載のロボットの柔軟制御装置。
5. A position control loop and a speed control loop.
Multiple values are obtained from the target value in the work coordinates and the current value of the servo motor.
To compare the difference from the current value of the working coordinate system with the set value.
And a means for outputting the comparison result from the servo device to an external device
Claim from claim 1, characterized in that with a, the 3 Noise
A flexible control device for a robot according to any one of the above.
【請求項6】 位置制御ループおよび速度制御ループを
複数有し、 作業座標における目標値とサーボモータの現在値から求
められる作業座標系現在値との差を設定値と比較する手
段と、 該演算結果をもとにサーボ制御の処理を変更する手段
と、 を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載のロボットの柔軟制御装置。
6. A position control loop and a speed control loop.
Multiple values are obtained from the target value in the work coordinates and the current value of the servo motor.
To compare the difference from the current value of the working coordinate system with the set value.
Step and means for changing servo control processing based on the operation result
Claim from claim 1, characterized in that with a, the 3 Noise
A flexible control device for a robot according to any one of the above.
【請求項7】 位置制御ループを有し、 位置制御ゲイン,速度制御ゲインを変化させうる手段
と、 位置,速度,方向の指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果に基づいて前記位置制御ゲイン,前記速度ゲイ
ンを別の状態に変化させうる手段と、 を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載のロボットの柔軟制御装置。
7. A means having a position control loop and capable of changing a position control gain and a speed control gain.
And command information and detection information of position, speed, and direction, and
The position control gain and the speed gay are calculated based on the calculation result.
Claims and means that can alter the in to another state, further comprising a claim, wherein 3 Noise
A flexible control device for a robot according to any one of the above.
【請求項8】 位置制御ループと速度制御ループと、 比例制御と積分器の出力の加算結果であるトルク指令を
制限する手段と、 位置,速度,方向の指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果に基づいて前記トルク指令を制限する手段を変
化させうる手段と、 を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載のロボットの柔軟制御装置。
8. A torque command as a result of adding a position control loop, a speed control loop, a proportional control, and an output of an integrator.
Means for limiting , command information and detection information of position, speed and direction, and
The means for limiting the torque command is changed based on the calculation result.
And means capable of being converted.
A flexible control device for a robot according to any one of the above.
【請求項9】 前記速度制御ループ中の比例制御と積分
制御の加算手段の後に重力あるいは摩擦トルクを補償す
る手段を備えたことを特徴とする請求項7または請求項
8に記載のロボットの柔軟制御装置。
9. Proportional control and integration in the speed control loop
Compensate for gravity or friction torque after control summing means
7. The method according to claim 7, further comprising:
9. The flexible control device for a robot according to 8.
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