JP3412324B2 - アーム駆動装置 - Google Patents
アーム駆動装置Info
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- JP3412324B2 JP3412324B2 JP08168995A JP8168995A JP3412324B2 JP 3412324 B2 JP3412324 B2 JP 3412324B2 JP 08168995 A JP08168995 A JP 08168995A JP 8168995 A JP8168995 A JP 8168995A JP 3412324 B2 JP3412324 B2 JP 3412324B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、力制御によってアーム
を制御するアーム駆動装置(産業用ロボットや、連続受
動運動装置(特公平4−14028号公報に詳しい))
に関し、特にアームの駆動角度が限界を超過しないよう
にする装置に関する。 【0002】 【従来の技術】上述のようなアーム駆動装置では、アー
ムの駆動角度が限界を超過しないようにするには、機械
的なリミットをかけるのが一般的であった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
なリミットでは、所定角度で急にストップがかかってし
まい衝撃力が働くという問題があった。そこで、本発明
は、最終停止角度を正確に保証しつつ、緩やかに停止動
作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない関節
角限界超過防止制御装置を提供することを目的とするも
のである。 【0004】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、設定したアーム角度になるように、アー
ムに取り付けられ、前記アームの回転方向に沿った力の
正負および力の大きさを検出する力センサの検出力と、
アームの回転軸に取り付けた角度検出器の検出角度とを
帰還して、設定したパラメータに基づきインピーダンス
制御するインピーダンス制御部を有するアーム駆動装置
において、前記検出力をインピーダンス制御部に帰還す
る前段に、前記検出角度及び力の正負に応じて1から0
まで単調連続に変化する係数を前記検出力に乗算する手
段を設けたことを特徴とするものである。 【0007】 【作用】上記手段により、関節角限界付近において限界
を超える方向に力センサに力を加えた場合には係数αe
=0、すなわち制御上これを無視し、単なる位置制御と
して関節はそれ以上動かない。一方限界から復帰する方
向は係数αe =1、すなわち無視せずそのまま力制御に
用いるので、この方向には容易に動くことができる。 【0008】 【実施例】以下、本発明の実施例を図1に示して説明す
る。図1において、2はロボットアーム、3はロボット
アーム2を駆動するモータ、4はアーム2の先端に取り
付けられ、外界からの力を検出する力センサ、5は力セ
ンサ4の力情報をデジタル値に変換するA/D回路、6
は関節角限界超過防止部、7は力情報を変位角に変換す
る変位角算出部、8は力制御の慣性・粘性・弾性の各パ
ラメータを設定するインピーダンス値設定部、9はアー
ム2の釣り合い角を設定する釣り合い角度設定部、10
はアーム2の回転角を測定する回転角検出計、11は回
転角検出計10の出力をデジタル値に変換する回転角変
換回路、12はゲイン積算器、13はアーム2の角度指
令値を出力するD/A回路、14はD/A回路13の出
力にしたがってモータ3を駆動するドライバ、15はイ
ンピーダンス制御部である。 【0009】力センサ4から取り込まれた力情報は、A
/D変換回路5によってデジタル値に変換されたのち、
関節角限界超過防止部6を経て、変位角算出部7に入力
される。変位角算出部7ではインピーダンス値設定部8
の出力をもとに変位角が算出され、この変位角は釣り合
い角度設定部9の出力に加算され、角度指令θref とな
る。角度指令θref は、回転角検出計10により検出さ
れた回転角を回転角変換回路11により変換したデジタ
ル値θres と比較され、この差分にゲイン積算器12に
よりゲインをかけた出力値がD/A回路13によってア
ナログ化され、ドライバ14によってモータ3に出力さ
れることによってアーム1を駆動する。 【0010】図2は関節角限界超過防止部6の内部概念
図である。図において、1は力情報リミット部であり、
図3に示されるように力センサからの情報Tinと現在角
度θres に応じてリミッタ係数αe を以下のように算出
する。 (1)Tin>0のとき αe =1 :(θres <θa のとき) αe =(θmax −θres )/(θmax −θa ) :(θa
≦θres ≦θmax のとき) αe =0 :(θres >θmax のとき) (2)Tin<0のとき αe =1 :(θres >θb のとき) αe =(θmin −θres )/(θmin −θb ):(θmi
n ≦θres ≦θb のとき) αe =0 :(θres <θmin のとき) ここでθa,θb はリミッタの動作開始角度、θmax,θmi
n は最終停止角度(すなわち、限界角度)であり、任意
に設定可能である。リミッタ係数αe を入力Tinに積算
して、力情報リミット部1の出力Tout が得られる。 Tout = αe ・Tin 【0011】本発明に従えば、例えば正方向の力で力セ
ンサを押していった場合、アーム角度がθa を超えるま
では通常の力制御がおこなわれる。しかしθa を超えた
ところから徐々に加えた力が制御上無視されていき、ア
ーム角度θmax で完全に外力のない状態、すなわち位置
制御と同等の状態となる。したがってアーム角度はθma
x を超えることはない(ただし力制御での慣性パラメー
タはきわめて小さいものとする)。こうして最終停止角
度が正確に保証される。またこの状態から手を離して
も、もともと無視されていた力がなくなるだけなので、
アームの運動には何の変化も起こらない。つまり急激に
はねかえることはありえない。またこの状態の力センサ
に逆方向の力を加えた場合には、これはαe =1である
ので、まったく通常の力制御と同じく、加えた力の分だ
けアームは移動する。つまり最終停止状態からの復帰も
きわめて容易である。 【0012】力情報リミット部1のαe を算出する傾き
KL はリミッタの動作開始角度θaおよびθb によって
決まる。KL は無限大に近い値である必要はなく、通常
の力制御を行いたい範囲と制動を行いたい距離とのかね
あいによって選択できる。したがってθa 、θb あるい
はθmax 、θmin 付近でのαe の変動も少なく、制動距
離も広くとれるのでアームの急激な停止動作が抑えられ
る。また本実施例ではαe を単純な直線関数によって求
めているが、これをたとえばシグモイド関数のようなも
のにすれば、さらに滑らかな停止動作が期待できる。 【0013】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば下記
の効果がある。 位置制御と同等になる角度が指定できるので、アーム
の最終停止角度が正確に保証される。 停止動作をおこなう距離が指定でき、その傾きKL も
小さいので急激な停止動作を抑えることができる。 限界超過状態からいきなり力センサの入力が無くなっ
た場合でも、反対方向へ急激な運動を起こすことはな
く、安全である。
を制御するアーム駆動装置(産業用ロボットや、連続受
動運動装置(特公平4−14028号公報に詳しい))
に関し、特にアームの駆動角度が限界を超過しないよう
にする装置に関する。 【0002】 【従来の技術】上述のようなアーム駆動装置では、アー
ムの駆動角度が限界を超過しないようにするには、機械
的なリミットをかけるのが一般的であった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
なリミットでは、所定角度で急にストップがかかってし
まい衝撃力が働くという問題があった。そこで、本発明
は、最終停止角度を正確に保証しつつ、緩やかに停止動
作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない関節
角限界超過防止制御装置を提供することを目的とするも
のである。 【0004】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、設定したアーム角度になるように、アー
ムに取り付けられ、前記アームの回転方向に沿った力の
正負および力の大きさを検出する力センサの検出力と、
アームの回転軸に取り付けた角度検出器の検出角度とを
帰還して、設定したパラメータに基づきインピーダンス
制御するインピーダンス制御部を有するアーム駆動装置
において、前記検出力をインピーダンス制御部に帰還す
る前段に、前記検出角度及び力の正負に応じて1から0
まで単調連続に変化する係数を前記検出力に乗算する手
段を設けたことを特徴とするものである。 【0007】 【作用】上記手段により、関節角限界付近において限界
を超える方向に力センサに力を加えた場合には係数αe
=0、すなわち制御上これを無視し、単なる位置制御と
して関節はそれ以上動かない。一方限界から復帰する方
向は係数αe =1、すなわち無視せずそのまま力制御に
用いるので、この方向には容易に動くことができる。 【0008】 【実施例】以下、本発明の実施例を図1に示して説明す
る。図1において、2はロボットアーム、3はロボット
アーム2を駆動するモータ、4はアーム2の先端に取り
付けられ、外界からの力を検出する力センサ、5は力セ
ンサ4の力情報をデジタル値に変換するA/D回路、6
は関節角限界超過防止部、7は力情報を変位角に変換す
る変位角算出部、8は力制御の慣性・粘性・弾性の各パ
ラメータを設定するインピーダンス値設定部、9はアー
ム2の釣り合い角を設定する釣り合い角度設定部、10
はアーム2の回転角を測定する回転角検出計、11は回
転角検出計10の出力をデジタル値に変換する回転角変
換回路、12はゲイン積算器、13はアーム2の角度指
令値を出力するD/A回路、14はD/A回路13の出
力にしたがってモータ3を駆動するドライバ、15はイ
ンピーダンス制御部である。 【0009】力センサ4から取り込まれた力情報は、A
/D変換回路5によってデジタル値に変換されたのち、
関節角限界超過防止部6を経て、変位角算出部7に入力
される。変位角算出部7ではインピーダンス値設定部8
の出力をもとに変位角が算出され、この変位角は釣り合
い角度設定部9の出力に加算され、角度指令θref とな
る。角度指令θref は、回転角検出計10により検出さ
れた回転角を回転角変換回路11により変換したデジタ
ル値θres と比較され、この差分にゲイン積算器12に
よりゲインをかけた出力値がD/A回路13によってア
ナログ化され、ドライバ14によってモータ3に出力さ
れることによってアーム1を駆動する。 【0010】図2は関節角限界超過防止部6の内部概念
図である。図において、1は力情報リミット部であり、
図3に示されるように力センサからの情報Tinと現在角
度θres に応じてリミッタ係数αe を以下のように算出
する。 (1)Tin>0のとき αe =1 :(θres <θa のとき) αe =(θmax −θres )/(θmax −θa ) :(θa
≦θres ≦θmax のとき) αe =0 :(θres >θmax のとき) (2)Tin<0のとき αe =1 :(θres >θb のとき) αe =(θmin −θres )/(θmin −θb ):(θmi
n ≦θres ≦θb のとき) αe =0 :(θres <θmin のとき) ここでθa,θb はリミッタの動作開始角度、θmax,θmi
n は最終停止角度(すなわち、限界角度)であり、任意
に設定可能である。リミッタ係数αe を入力Tinに積算
して、力情報リミット部1の出力Tout が得られる。 Tout = αe ・Tin 【0011】本発明に従えば、例えば正方向の力で力セ
ンサを押していった場合、アーム角度がθa を超えるま
では通常の力制御がおこなわれる。しかしθa を超えた
ところから徐々に加えた力が制御上無視されていき、ア
ーム角度θmax で完全に外力のない状態、すなわち位置
制御と同等の状態となる。したがってアーム角度はθma
x を超えることはない(ただし力制御での慣性パラメー
タはきわめて小さいものとする)。こうして最終停止角
度が正確に保証される。またこの状態から手を離して
も、もともと無視されていた力がなくなるだけなので、
アームの運動には何の変化も起こらない。つまり急激に
はねかえることはありえない。またこの状態の力センサ
に逆方向の力を加えた場合には、これはαe =1である
ので、まったく通常の力制御と同じく、加えた力の分だ
けアームは移動する。つまり最終停止状態からの復帰も
きわめて容易である。 【0012】力情報リミット部1のαe を算出する傾き
KL はリミッタの動作開始角度θaおよびθb によって
決まる。KL は無限大に近い値である必要はなく、通常
の力制御を行いたい範囲と制動を行いたい距離とのかね
あいによって選択できる。したがってθa 、θb あるい
はθmax 、θmin 付近でのαe の変動も少なく、制動距
離も広くとれるのでアームの急激な停止動作が抑えられ
る。また本実施例ではαe を単純な直線関数によって求
めているが、これをたとえばシグモイド関数のようなも
のにすれば、さらに滑らかな停止動作が期待できる。 【0013】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば下記
の効果がある。 位置制御と同等になる角度が指定できるので、アーム
の最終停止角度が正確に保証される。 停止動作をおこなう距離が指定でき、その傾きKL も
小さいので急激な停止動作を抑えることができる。 限界超過状態からいきなり力センサの入力が無くなっ
た場合でも、反対方向へ急激な運動を起こすことはな
く、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すブロック図
【図2】関節角限界超過防止部6の内部概念図
【図3】本発明の動作説明図
【符号の説明】
1:力情報リミット部
2:ロボットアーム
3:モータ
4:力センサ
5:A/D回路
6:関節角限界超過防止部
7:変位角算出部
8:インピーダンス値設定部
9:釣り合い角度設定部
10:回転角検出計
11:回転角変換回路
12:ゲイン積算器
13:D/A回路
14:ドライバ
15:インピーダンス制御部
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】設定したアーム角度になるように、アーム
に取り付けられ、前記アームの回転方向に沿った力の正
負および力の大きさを検出する力センサの検出力と、ア
ームの回転軸に取り付けた角度検出器の検出角度とを帰
還して、設定したパラメータに基づきインピーダンス制
御するインピーダンス制御部を有するアーム駆動装置に
おいて、前記検出力をインピーダンス制御部に帰還する
前段に、前記検出角度及び前記力の正負に応じて1から
0まで単調連続に変化する係数を前記検出力に乗算する
手段を設けたことを特徴とするアーム駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08168995A JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08168995A JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08243958A JPH08243958A (ja) | 1996-09-24 |
JP3412324B2 true JP3412324B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=13753333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08168995A Expired - Fee Related JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3412324B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9020642B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-04-28 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
US9050721B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-06-09 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI327228B (en) | 2007-04-13 | 2010-07-11 | Ind Tech Res Inst | Method for detecting and controlling output characteristics of a dc motor and a self-propelled apparatus using the same |
-
1995
- 1995-03-13 JP JP08168995A patent/JP3412324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9020642B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-04-28 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
US9050721B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-06-09 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
US9517562B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-12-13 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08243958A (ja) | 1996-09-24 |
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Legal Events
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