JP3767643B2 - Teaching force sensor - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、並進3軸の力情報から並進と回転の6軸方向の力情報を得ることのできる、マニピュレータのダイレクト・ティーチ用の簡易な力センサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、マニピュレータのいわゆるダイレクト・ティーチシステムは、図2に示すようになっている。このようなシステムは特開昭59-157715 号公報をはじめとして多くの考案がされている。図において、101はいくつかの関節とリンクでなるマニピュレータ本体、102はマニピュレータ本体101の先端につけた6軸力センサ、103はマニピュレータ本体101の先端の教示点、104は6軸力センサ102による6軸の力情報、105は目標インピーダンス、106は目標インピーダンス105の軌道修正量、107はもともとの目標軌道、108は軌道修正量106ともともとの目標軌道107の和をとった新たな目標軌道、109は新たな目標軌道108を入力するサーボコントローラ、110はマニピュレータ本体101の各アクチュエータへ与えるサーボコントローラの出力である。このように、従来は、5軸あるいは6軸の多自由度マニピュレータにおいてダイレクト・ティーチをおこなう場合、マニピュレータ本体101の先端に6軸力センサ102を配置し、並進と回転の6軸方向の力情報を直接計測し、これをもとに力制御系を構成し、マニピュレータの運動を制御することで、教示者が力をかけた方向にマニピュレータがならうような運動をさせる教示動作を実現していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、6軸力センサ102を用いるため、力センサの構造が複雑になり、製造に困難を生じたり製造コストが高いという問題があった。また、並進と回転の6軸の力情報を同時に計測するため、教示のための運動も必然的に並進と回転の6軸方向となり、これがかえって教示者を混乱せしめ、教示点の位置決め精度を低下させていた。
そこで、本発明は、構造が簡単でしかも6軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、簡易な教示用力センサ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】
上記の問題を解決するため、本発明は、力センサを用いた力制御によるマニピュレータの教示用力センサ装置において、前記教示用力センサ装置は、マニピュレータ手先に設けた並進3軸力センサと、並進方向の力計測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、3軸の回転方向の中からいずれか1軸の計測方向を選択する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進3軸力センサに設定した座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置いたのである。また、マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進3軸力センサの座標軸とが互いに平行になるように配置したのである。
【0005】
【作用】
上記手段により、構造が簡単でしかも6軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供できる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図1は本発明の教示用力センサを示す図である。図において、1はいくつかのリンクでなるマニピュレータ本体、2はマニピュレータ本体1の先端につけた並進3軸力センサ、3は並進3軸力センサ2の力計測座標の中心、4は並進3軸力センサ2の力計測座標、5はマニピュレータ本体1の先端に設けたマニピュレータ手先の教示点の教示座標、6はマニピュレータ手先の教示点、7は並進3軸力センサ2による並進3軸の力情報、8は並進と回転の切り替えをする切替えスイッチ、9は座標変換された後の並進3軸の力情報、10は回転の3軸のうちいずれか1軸を選択する選択スイッチ、11は座標変換された後の回転力情報、12は目標インピーダンス、13は軌道修正量、14はもともとの目標軌道、15は新たな目標軌道、16はサーボコントローラ、17はマニピュレータのアクチュエータへ出力されるサーボコントローラの出力、18は並進への切替え点、19は回転への切替え点、20はX軸方向における回転への切替え点、21はY軸方向における回転への切替え点、22はZ軸方向における回転への切替え点、23はX軸方向における回転力情報、24はY軸方向における回転力情報、25はZ軸方向における回転力情報、26は並進力の座標変換、27は回転力の座標変換である。このような構成において、 並進3軸の力センサ2の力計測座標4はマニピュレータ本体1の先端に設けられたマニピュレータ手先の教示点6における教示点の教示座標5と各軸において互いに一直線上にこないように配置されている。並進3軸力センサ2で計測された力計測座標4にもとづく並進3軸の力情報7は切替えスイッチ8へ送られる。
まず、教示点6に対する並進力の計測と並進運動は以下のように実現する。この切替えスイッチ8が並進への切替え点18へ閉じているとき、前記並進3軸の力情報7は、並進力の座標変換26を施されたあと、マニピュレータ手先の教示点6の教示点の教示座標5に対する並進3自由度の力情報9として、目標インピーダンス12とから並進方向の軌道修正量13を計算する。この軌道修正量13をもともとの目標軌道14に加え、新たな目標軌道15としてサーボコントローラ16へ送る。サーボコントローラ16はマニピュレータ本体1の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出力17によって制御する。以上の作用により、並進3軸力センサ2に加えられた並進力に対し、これがあたかも教示点6に加わってマニピュレータ本体1がこの並進力にならうような並進動作を実現できる。
【0007】
また、教示点6に対する回転力の計測と回転運動は以下のように実現する。並進3軸力センサ2の計測軸に対応する力計測座標4とマニピュレータの手先の座標系とは、各座標軸が互いに並行で一直線上にこないように配置されている。このとき並進3軸力センサ2に加わる力のうち、並進力を計測すれば、この情報により教示点6に対する回転力を求めることができる。例えば、並進3軸力センサ2の座標系のX’軸とZ’軸のはる平面内の並進力を、マニピュレータの手先の教示点の教示座標5におけるY軸に対する回転力とする。すなわち、前記並進力のベクトルの大きさにそのベクトルと教示点6との距離を乗じて回転力とする。同様に、Z’軸とY’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標5におけるX軸に対する回転力とする。また、X’軸とY’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標5におけるZ軸に対する回転力とする。
切替えスイッチ8が回転への切替え点19へ閉じているとき、力センサの並進3軸の力情報7は選択スイッチ10へ送られる。この選択スイッチ10がX軸方向における回転への切替え点20へ閉じているとき、上記の並進3軸の力情報7は、X軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがX軸方向における回転力情報23となる。また、この選択スイッチ10がY軸方向における回転への切替え点21へ閉じているとき、上記の並進3軸の力情報7は、Y軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがY軸方向における回転力情報24となる。また、この選択スイッチ10がZ軸方向における回転への切替え点22へ閉じているとき、前記並進3軸の力情報7は、Z軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがZ軸方向における回転力情報25となる。これらのいずれかの回転力情報は、回転力の座標変換27を施されたあと、教示点6における回転力情報11として目標インピーダンス12とから回転方向の軌道修正量13を計算する。この軌道修正量13をもともとの目標軌道14に加え、新たな目標軌道15としてサーボコントローラ16へ送る。サーボコントローラ16はマニピュレータ本体1の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出力17によって制御する。以上の作用により、力センサに加えられた並進力に対し、これがあたかも教示点6に加わる回転力として働き、マニピュレータがこの回転力にならうような回転動作を実現できる。
【0008】
上記のスイッチの切り替えは教示者によって行われ、これにより、マニピュレータに並進方向の教示動作を行わせるのか、いずれかの回転軸方向にそった教示動作をおこなわせるのかを選択できる。
なお、上記の実施例では、力センサの座標系と教示座標系とを平行に配置したが、各座標系の軸が互いに一直線上にこないならば、軸どうしにねじりがあってもよく、その場合には、力センサ情報にまず座標変換を施せば後は上記の実施例にのっとって容易に構成することができる。
以上のようにして、構造が簡単でしかも6軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供できる。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、構造が簡単でしかも6軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供しうる効果がある。
【00010】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図である。
【図2】従来の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 マニピュレータ本体
2 並進3軸力センサ
3 力計測座標の中心
4 力計測座標
5 教示点の教示座標
6 教示点
7 並進3軸の力情報
8 切替えスイッチ
9 力情報
10 選択スイッチ
11 回転力情報
12 目標インピーダンス
13 軌道修正量
14 もともとの目標軌道
15 新たな目標軌道
16 サーボコントローラ
17 サーボコントローラの出力
18 並進への切替え点
19 回転への切替え点
20 X軸方向における回転への切替え点
21 Y軸方向における回転への切替え点
22 Z軸方向における回転への切替え点
23 X軸方向における回転力情報
24 Y軸方向における回転力情報
25 Z軸方向における回転力情報
26 並進力の座標変換
27 回転力の座標変換
101 マニピュレータ本体
102 6軸力センサ
103 教示点
104 6軸の力情報
105 目標インピーダンス
106 軌道修正量
107 もともとの目標軌道
108 新たな目標軌道
109 サーボコントローラ
110 サーボコントローラの出力[Industrial application fields]
The present invention relates to a simple force sensor device for direct teaching of a manipulator that can obtain force information in six axial directions of translation and rotation from force information of three translational axes.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a so-called direct teach system of a manipulator is as shown in FIG. Such a system has been devised in many ways including Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-157715. In the figure, 101 is a manipulator body composed of several joints and links, 102 is a six-axis force sensor attached to the tip of the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, since the 6-
Accordingly, the present invention provides a simple teaching force sensor device that is simple in structure and capable of measuring force information of six axes and that is easy for a teacher to teach by separating translation and rotation teaching operations. It is the purpose.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a force sensor device for teaching a manipulator by force control using a force sensor , wherein the teaching force sensor device includes a translational triaxial force sensor provided on a manipulator hand, and a translational direction sensor. A changeover switch for switching between force measurement and force measurement in the rotational direction, a selection switch for selecting any one of the three rotational directions, and a coordinate axis for translation and rotational motion of the manipulator hand The coordinate axes set in the translational three-axis force sensor have their origins located at positions other than the other coordinate axis. Further, the coordinate axes of the translational and rotational movements of the manipulator hand and the coordinate axes of the translational triaxial force sensor are arranged so as to be parallel to each other.
[0005]
[Action]
By the above means, it is possible to provide a teaching force sensor device that is simple in structure and capable of measuring force information of six axes and that is easy for a teacher to teach by separating translation and rotation teaching operations.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a teaching force sensor according to the present invention. In the figure, 1 is a manipulator body comprising several links, 2 is a translational triaxial force sensor attached to the tip of the manipulator body 1, 3 is the center of the force measurement coordinate of the translational triaxial force sensor 2, and 4 is a translational triaxial force. Force measuring coordinates of the sensor 2, 5 is a teaching coordinate of a teaching point of a manipulator hand provided at the tip of the manipulator body 1, 6 is a teaching point of a manipulator hand, 7 is translational triaxial force information by the translational triaxial force sensor 2, 8 is a selector switch for switching between translation and rotation, 9 is force information of the translational three axes after coordinate conversion, 10 is a selection switch for selecting any one of the three rotation axes, and 11 is coordinate conversion. , 12 is the target impedance, 13 is the trajectory correction amount, 14 is the original target trajectory, 15 is the new target trajectory, 16 is the servo controller, and 17 is the manipulator. Output of servo controller output to the actuator, 18 is a switching point to translation, 19 is a switching point to rotation, 20 is a switching point to rotation in the X-axis direction, 21 is a switching point to rotation in the Y-axis direction, 22 is a switching point to rotation in the Z-axis direction, 23 is rotational force information in the X-axis direction, 24 is rotational force information in the Y-axis direction, 25 is rotational force information in the Z-axis direction, and 26 is coordinate conversion of translational force.
First, the translational force measurement and translational movement for the teaching point 6 are realized as follows. When the changeover switch 8 is closed to the
[0007]
Further, the measurement of the rotational force and the rotational motion with respect to the teaching point 6 are realized as follows. The force measurement coordinate 4 corresponding to the measurement axis of the translational triaxial force sensor 2 and the coordinate system of the hand of the manipulator are arranged so that the coordinate axes are not parallel to each other and do not come on a straight line. At this time, if the translational force is measured among the forces applied to the translational triaxial force sensor 2, the rotational force for the teaching point 6 can be obtained from this information. For example, the translational force in the plane between the X ′ axis and the Z ′ axis of the coordinate system of the translational triaxial force sensor 2 is set as the rotational force with respect to the Y axis at the teaching coordinate 5 of the teaching point of the hand of the manipulator. That is, the magnitude of the translation force vector is multiplied by the distance between the vector and the teaching point 6 to obtain a rotational force. Similarly, the translational force in the plane between the Z ′ axis and the Y ′ axis is the rotational force with respect to the X axis at the teaching coordinate 5 of the teaching point. Further, the translational force in the plane where the X ′ axis and the Y ′ axis meet is the rotational force with respect to the Z axis at the teaching coordinate 5 of the teaching point.
When the changeover switch 8 is closed to the changeover point 19 for rotation, the translational
[0008]
The above switching of the switches is performed by a teacher, and thereby, it is possible to select whether the manipulator performs a teaching operation in the translation direction or a teaching operation along any rotation axis direction.
In the above embodiment, the coordinate system of the force sensor and the teaching coordinate system are arranged in parallel. However, if the axes of each coordinate system are not aligned with each other, the axes may be twisted. In this case, if the coordinate conversion is first performed on the force sensor information, it can be easily configured according to the above embodiment.
As described above, it is possible to provide a teaching force sensor device that has a simple structure and that can measure force information of six axes and that is easy for a teacher to teach by separating translation and rotation teaching operations.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a teaching force sensor device that is simple in structure and capable of measuring six-axis force information and that is easy for a teacher to teach by separating translation and rotation teaching operations. There is an effect that can be provided.
[00010]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manipulator body 2 Translation 3-axis force sensor 3 Center of force measurement coordinate 4 Force measurement coordinate 5 Teaching point teaching coordinate 6
Claims (2)
前記教示用力センサ装置は、
マニピュレータ手先に設けた並進3軸力センサと、
並進方向の力計測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
3軸の回転方向の中からいずれか1軸の計測方向を選択する選択スイッチとを備えるとともに、
マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進3軸力センサに設定した座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置かれることを特徴とする教示用力センサ装置。In a force sensor device for teaching a manipulator by force control using a force sensor ,
The teaching force sensor device comprises:
A translational triaxial force sensor provided on the manipulator hand;
A changeover switch that switches between translational force measurement and rotational force measurement;
A selection switch for selecting one of the measurement directions from the three rotation directions,
A teaching force sensor device characterized in that the coordinate axes of the translational and rotational motions of the manipulator hand and the coordinate axes set in the translational triaxial force sensor are located at positions other than the other coordinate axes.
【0001】2. The teaching force sensor device according to claim 1, wherein the coordinate axes of the translational and rotational movements of the manipulator hand and the coordinate axes of the translational triaxial force sensor are arranged in parallel to each other.
[0001]
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JPH10156772A JPH10156772A (en) | 1998-06-16 |
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JP33764296A Expired - Fee Related JP3767643B2 (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Teaching force sensor |
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1996
- 1996-12-02 JP JP33764296A patent/JP3767643B2/en not_active Expired - Fee Related
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