JP5458273B2 - Control device - Google Patents
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本発明は、多関節を有するマニピュレータの制御装置に関し、特に、マニピュレータの先端に作用する推定外力を演算する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a manipulator having multiple joints, and more particularly to a control device that calculates an estimated external force acting on the tip of a manipulator.
自動車の製造工程ではマニピュレータによる自動化の取り組みがなされており、例えば、予めティーチングされた動作を再現するティーチングプレイバック動作によって、溶接や塗装等の種々の処理が自動化されている。 In the manufacturing process of automobiles, efforts are being made to automate by manipulators. For example, various processes such as welding and painting are automated by a teaching playback operation that reproduces an operation taught in advance.
一方、単なるティーチングプレイバックではなく、マニピュレータに作用する外力に応じて異なる動作が可能になると、該マニピュレータの適用範囲が一層広がることになり、特にマニピュレータの先端に作用する力が検出できると、所定のワークを適度な力で把持するような動作が可能になる。 On the other hand, when different operations are possible depending on the external force acting on the manipulator, rather than just teaching playback, the applicable range of the manipulator will be further expanded, and in particular if the force acting on the tip of the manipulator can be detected, It is possible to perform an operation such as gripping the workpiece with an appropriate force.
マニピュレータの先端に作用する外力を検出するためには、作用点にロードセル等の力センサを設けることが考えられるが、先端部の体積増、重量増及び構造の複雑化を招き、しかも所定の向きに作用する力だけしか検出することができない。先端部の体積及び重量が大きくなると、ワークを把持する等の作業に不都合である。 In order to detect external force acting on the tip of the manipulator, it is conceivable to provide a force sensor such as a load cell at the point of action. However, this increases the volume of the tip, increases the weight, and complicates the structure. Only the force acting on can be detected. When the volume and weight of the tip end portion are increased, it is inconvenient for operations such as gripping a workpiece.
そこで、力センサを設けることなく、ソフトウェアの処理によってマニピュレータに作用する外力を検出することが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 Thus, it has been proposed to detect an external force acting on the manipulator by software processing without providing a force sensor (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
前記特許文献2記載のマニピュレータの制御装置では、関節を駆動するモータのトルク発生電圧を所定のセンサで検出し、AD変換してコンピュータに取り込み、外乱オブザーバ(90A)を介して関節トルクを演算する。その後、関節トルクをヤコビ行列に適用して先端に作用する外力を求めている(100)。ヤコビ行列は、マニピュレータの先端の微小変位と、姿勢の微小回転角と、各関節の微小回転角との微分関係を示す行列であり、例えば、非特許文献1に説明がなされている。 In the control device for the manipulator described in Patent Document 2, the torque generation voltage of the motor that drives the joint is detected by a predetermined sensor, AD-converted and taken into the computer, and the joint torque is calculated via the disturbance observer (90A). . Thereafter, the joint torque is applied to the Jacobian matrix to obtain the external force acting on the tip (100). The Jacobian matrix is a matrix indicating the differential relationship among the minute displacement of the tip of the manipulator, the minute rotation angle of the posture, and the minute rotation angle of each joint, and is described in Non-Patent Document 1, for example.
ところが、特許文献2記載の制御装置では、規範モデルに基づく複雑な外乱オブザーバを用いているため、処理手順が煩雑であってコンピュータを用いても処理時間がかかる。また、規範モデルが適正に規定されていない場合には演算誤差が生じて十分な精度が得られない。さらに、各関節の駆動モータには、ドライバのトルク発生電圧を検出するためのセンサやその信号を読み込むAD変換器が必要であって、コスト高となるとともに、検出処理に起因する制御上の遅れが発生する。 However, since the control device described in Patent Document 2 uses a complex disturbance observer based on the normative model, the processing procedure is complicated and processing time is required even if a computer is used. Further, if the reference model is not properly defined, a calculation error occurs and sufficient accuracy cannot be obtained. Furthermore, the drive motor for each joint requires a sensor for detecting the torque generation voltage of the driver and an AD converter for reading the signal, which increases costs and delays in control due to detection processing. Will occur.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、力センサがなくてもマニピュレータの先端に作用する力を高精度に求めることのできる制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a control device that can determine the force acting on the tip of the manipulator with high accuracy without a force sensor.
本発明に係る制御装置は、多関節を有するマニピュレータの制御装置であって、前記関節毎のトルクを求めるトルク取得部と、前記関節毎の角度を検出して、前記マニピュレータの姿勢に関するヤコビ行列を求める行列演算部と、前記トルク取得部で得られた前記トルクと前記行列演算部で得られた前記ヤコビ行列とを用いた座標変換によって前記マニピュレータの先端に発生する力を演算する先端力演算部とを有することを特徴とする。 A control device according to the present invention is a control device for a manipulator having multiple joints, a torque acquisition unit for obtaining a torque for each joint, and an angle for each joint to detect a Jacobian matrix related to the posture of the manipulator. A matrix calculation unit to be calculated, and a tip force calculation unit that calculates a force generated at the tip of the manipulator by coordinate conversion using the torque obtained by the torque acquisition unit and the Jacobian matrix obtained by the matrix calculation unit It is characterized by having.
このように関節毎のトルクに基づいてヤコビ行列を適用する処理によれば、力センサがなくてもマニピュレータの先端に作用する外力を高精度に求めることができる。 As described above, according to the process of applying the Jacobian matrix based on the torque for each joint, the external force acting on the tip of the manipulator can be obtained with high accuracy without a force sensor.
前記関節毎に設けられた駆動モータに対する駆動指令と前記トルクとの関係を示し、前記関節毎に設けられたトルクマップを有し、前記トルク取得部は、前記トルクマップを参照することによって前記トルクを求めてもよい。このようなトルクマップを設けることにより、トルクセンサがなくても駆動モータのトルクを求めることができ、しかも、複雑な演算が不要で、速い処理が実現できるとともに、演算誤差に基づく精度低下がない。 A relation between a drive command for the drive motor provided for each joint and the torque is shown, and a torque map provided for each joint is provided, and the torque acquisition unit refers to the torque map to refer to the torque. You may ask for. By providing such a torque map, the torque of the drive motor can be obtained without a torque sensor, and there is no need for complicated calculation, fast processing can be realized, and there is no decrease in accuracy based on calculation errors. .
前記マニピュレータの先端が発生するべき目標先端力を求める先端力指令部と、前記目標先端力と前記先端力演算部によって求められる演算先端力との力偏差を求める力偏差演算部と、前記力偏差を積分して前記マニピュレータの先端位置増分を求める積分部と、センサによって検出される各軸関節角度から前記マニピュレータの先端位置を演算する現在位置演算部と、前記先端位置増分と前記先端位置とを加算して目標となる先端位置指令を求める先端位置指令演算部と、前記先端位置指令を行列変換して前記関節毎の指令値を求める各軸角度演算部と、前記関節毎の指令値から前記各軸関節角度を減算して各角度偏差を求める角度偏差算出部と、前記各角度偏差に基づいて前記マニピュレータを駆動するドライバとを有してもよい。これにより、マニピュレータの先端は所望の目標先端力に応じた力を発生することができ、例えば、ワークを把持するのに好適である。 A tip force command unit for obtaining a target tip force to be generated by the tip of the manipulator, a force deviation calculation unit for obtaining a force deviation between the target tip force and a calculated tip force obtained by the tip force calculation unit, and the force deviation Are integrated with each other to obtain a tip position increment of the manipulator, a current position calculator for calculating the tip position of the manipulator from each joint angle detected by a sensor, the tip position increment and the tip position. From the tip position command calculation unit that calculates the target tip position command by adding, the axis angle calculation unit that calculates the command value for each joint by matrix conversion of the tip position command, and the command value for each joint You may have an angle deviation calculation part which subtracts each shaft joint angle and calculates | requires each angle deviation, and a driver which drives the said manipulator based on each said angle deviation. Thereby, the tip of the manipulator can generate a force corresponding to a desired target tip force, which is suitable for gripping a workpiece, for example.
前記トルクマップは、前記駆動モータの単体の発生トルクと前記駆動指令との関係を示し、前記トルク取得部は、前記トルクマップを参照して得られた前記駆動モータの単体の発生トルクから所定外乱力を減算して前記トルクを求めてもよい。これにより、外乱力(関節や減速機の摩擦等)を除去して、一層正確な先端の外力を求めることができる。また、トルクマップはマニピュレータがなくても駆動モータ単体で計測することができ、作成が容易である。 The torque map shows a relationship between a single generated torque of the drive motor and the drive command, and the torque acquisition unit determines a predetermined disturbance from the generated torque of the single drive motor obtained by referring to the torque map. The torque may be obtained by subtracting force. Thereby, disturbance force (friction of a joint, a reduction gear, etc.) can be removed, and the more accurate external force at the tip can be obtained. Further, the torque map can be measured by a single drive motor without a manipulator, and is easy to create.
前記トルクマップは、前記駆動モータ及び前記関節の複合的な発生トルクと前記駆動指令との関係を示してもよい。これにより、関節(減速機等を含む)に実際に発生する外乱力が除去され、一層正確な先端の外力を求めることができる。 The torque map may indicate a relationship between a composite generated torque of the drive motor and the joint and the drive command. Thereby, the disturbance force actually generated in the joint (including the speed reducer) is removed, and a more accurate external force at the tip can be obtained.
本発明に係る制御装置によれば、関節毎のトルクに基づいてヤコビ行列を適用する処理に基づき、力センサがなくてもマニピュレータの先端に作用する外力を高精度に求めることができる。 According to the control device of the present invention, an external force acting on the tip of the manipulator can be obtained with high accuracy even without a force sensor based on a process of applying a Jacobian matrix based on the torque for each joint.
以下、本発明に係る制御装置について実施の形態を挙げ、添付の図1〜図5を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the control device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本実施の形態に係る制御装置10は、把持装置12が有する4本のフィンガ(マニピュレータ)14の制御をする装置である。把持装置12は、4本のフィンガ14を用いてパレットに格納されたワーク16を把持して搬送する。把持装置12は、多関節ロボット17の先端部に設けておき、ばら積み(位置、向きが不定)状態のワーク16を多関節ロボット17と協動して安定した状態で搬送可能となる。図1では、ワーク16を単純な円柱形状に示すが、形状、大きさ、向きは限定されない。
As shown in FIG. 1, the
制御装置10は、設計条件によっては、外部のコンピュータ11によってオフラインティーチングによって得られたデータを一部利用して把持装置12の制御をしてもよい。
Depending on the design conditions, the
把持装置12は、ベースプレート18と、該ベースプレート18の下面四隅にそれぞれ設けられたフィンガ14とを有する。
The
フィンガ14は、ベースプレート18の下面から下方に向けて突出するように設けられており、基端部においてベースプレート18と水平に旋回可能な第1軸14aと、該第1軸14aと直交する向きに回転可能で第1アーム20を屈曲させる第2軸14bと、該第2軸14bと同じ向きに回転可能で第1アーム20に対して第2アーム22を屈曲させる第3軸14cとを有する。フィンガ14は、さらに、第1軸14a、第2軸14b及び第3軸14c(以下、簡便に関節とも呼ぶ。)の駆動モータとしてのモータ24a、モータ24b及びモータ24cと、第1軸14a、第2軸14b及び第3軸14cの角度を検出する角度センサ26a、角度センサ26b及び角度センサ26cとを有する。
The
このように、フィンガ14は3軸を有する多関節構成であり、第2アーム22の先端部がワーク16に当接する。4本のフィンガ14は同構成であって、ベースプレート18の中心部を基準として対称に設けられている。フィンガ14には角度センサ26a〜26c以外に特にセンサ(力センサやトルクセンサ等)がなく、簡便構成である。モータ24a〜24c及び角度センサ26a〜26cは、必ずしも関節に直接的に設ける必要はなく所定の回転伝達部材を介して接続されていてもよい。モータ24a〜24cには減速機が設けられていてもよい。モータ24a〜24cにはサーボモータを用いると好適である。
Thus, the
次に、制御装置10について説明する。制御装置10は、フィンガ14毎に制御部を有しており、一部又は全部をコンピュータによるソフトウェア処理によって実現している。制御装置10は、図示しないワーク認識装置に接続されている。該ワーク認識装置は、光学手段等を用いて個別のワーク16を識別し、その位置及び向きを示す情報を制御装置10に供給する。制御装置10ではワーク認識装置から得られた情報に基づいて、ワーク16を適切に把持するべく、状況に応じて位置制御モード及び力制御モードに切換可能である。図2に制御装置10のブロック図を示す。図2では、代表的に1本のフィンガ14に対する制御装置10の構成を示しているが、他の3本についても同様に構成される。図2では、力制御モードにおけるブロック図を示し、位置制御モードについては本願の発明の要旨ではないことから詳細な説明を省略する。図2は力制御モードにおけるものであるが、破線部より下側の部分は、基本構成として位置制御ループを構成している。
Next, the
図2に示すように、制御装置10は、各軸角度演算部62と、各軸毎の制御補償部64a、64b、64cと、各軸毎の角度偏差算出部65a、65b、65cと、各軸毎のドライバ66a、66b、66cとを有する。
As shown in FIG. 2, the
各軸角度演算部62は、先端位置指令演算部60によって得られる先端位置指令Ycに対して、現在位置演算部68の行列変換の逆行列により、各軸の目標角度を求める。
Each axis
制御補償部64a〜64cは、角度偏差算出部65a〜65cで得られる偏差をPID要素によって補償量を求めてモータ指令u1、u2、u3とし、ドライバ66a〜66c及び後述するトルク取得部72に供給する。ドライバ66a〜66cは、入力信号に基づいてモータ24a〜24cを駆動し、これにより関節が回転することになる。
The
図2において、制御装置10内の破線よりも上の部分は、先端位置指令Ycを求める部分であり、先端位置指令演算部60と、力偏差演算部69と、先端力指令部70と、トルク取得部72と、先端力演算部74と、行列演算部76と、力偏差補償部78と、積分部80と、現在位置演算部68とを有する。
In FIG. 2, the portion above the broken line in the
現在位置演算部68は、角度センサ26a〜26cの信号を読み込んで、公知の行列変換によって演算先端位置Yfを求める。
The current
先端位置指令演算部60は、後述する各機能部によって求められる先端位置指令の変化量である先端位置増分ΔYcと現在位置演算部68によって得られる演算先端位置Yfから先端位置指令Yc=Yf+ΔYcを求める。
The tip position
先端力指令部70は、把持装置12の動作状況や他の3本のフィンガ14の状態等に基づいて、制御対象であるフィンガ14における先端の第2アーム22が発生すべき目標先端力Fcを求める。
The tip
力偏差演算部69は、先端力指令部70から得られる目標先端力Fcと先端力演算部74から得られる演算先端力Ffとの力偏差εfを求める。目標先端力Fc及び演算先端力Ffは、フィンガ14の先端部である第2アーム22が発生する3次元的な大きさ及び向きを示すベクトル量である。
The force
力偏差補償部78は、力偏差εfをPID要素によって補償量を求め、積分部80に供給する。積分部80では、得られた補償量を積分することにより力の量を位置の量に変換し、先端位置増分ΔYcを求める。先端位置指令演算部60のYc=Yf+ΔYcにより先端位置指令Ycが計算され、各軸角度演算部62に供給される。制御補償部64a〜64c及び力偏差補償部78における制御補償形式はPIDに限らず、設計条件に応じてPI等他の形式にしてもよい。
The force
トルク取得部72は、各軸のトルクマップ82a、82b、82cと、補正部84a、84b、84cとを有する。
The
図3に示すように、トルクマップ82aはモータ指令u1とモータ24aが単体で発生するトルクT10との関係を示したマップであり、所定の記憶部に記録されている。同様に、トルクマップ82b及び82cは、モータ指令u2、u3とモータ24b、24cが単体で発生するトルクT20、T30との関係を示したマップである。トルクマップ82a〜82cは、マップ形式に限らず実験式等であってもよい。
As shown in FIG. 3, the
補正部84aは、トルクT10に対してモータ24aによって駆動される第1軸14aの摩擦力等の外乱力を補正する部分であり、第1軸14a及び所定の減速機等の摩擦トルクを減算し、第1軸14aが実質的に発生するトルクT1を求める。同様に、補正部84b、84cは、トルクT20、T30対して第2軸14b、第3軸14c及び減速機等の摩擦トルクに基づいて補正を行い、第2軸14b及び第3軸14cが実質的に発生するトルクT2及びT3を求める。
これらの機構部の摩擦力としては比較的大きい静摩擦と比較的小さい動摩擦があり、実際上の発生原理は複雑である。本実施の形態に係る制御装置10では、最終的にフィンガ14が発生する力が弱くなることがないように、余裕をもたせるため、且つ演算を簡便化するためにトルクT10、T20及びT30から静摩擦力を減算することにしている。補正部84a〜84cによる補償値は、トルクマップ82a〜82cに予め含ませておいてもよい。
The frictional forces of these mechanisms include relatively large static friction and relatively small dynamic friction, and the actual generation principle is complicated. In the
このようなトルク取得部72では、制御補償部64a〜64cにより、外乱力(関節や減速機の摩擦等)を除去して、トルクT1〜T3が正確に求められる。また、トルクマップ82a〜82cはフィンガ14がなくてもモータ24a〜24c単体で計測することができ、作成が容易である。
In such a
トルクマップ82a〜82cは、モータ24a〜24c及び各関節の複合的な発生トルクとモータ指令u1〜u3と実測データに基づいて設定してもよい。これにより、関節(減速機等を含む)に実際に発生する外乱力が除去される。
The torque maps 82a to 82c may be set based on the combined torque generated by the
行列演算部76は、角度センサ26a〜26cから供給される角度信号に基づいて、(1)式で示すフィンガ14のヤコビ行列Jを求める。
The
ここで、qは、角度センサ26a〜26cによって得られる第1軸14a、第2軸14b及び第3軸14cの関節角度であり、pは第2アーム22の先端位置である。Tは転置行列を示す。この(1)式に基づいて、次の(2)式が導出される。
Here, q is a joint angle of the
ここで、τは、関節に発生するトルク、すなわちトルクT1、T2、T3であり、演算先端力Ffは第2アーム22の先端部が発生する力であり、3次元的なベクトル量である。JTを詳細に示すと、次の(3)式のようになる。
Here, τ is a torque generated at the joint, that is, torques T1, T2, and T3, and a calculated tip force Ff is a force generated at the tip of the
ここで、0S1、0S2、0S3は第1軸14a、第2軸14b及び第3軸14cの回転方向ベクトルであり、0P1、0P2、0P3は第1軸14a、第2軸14b及び第3軸14cの位置ベクトルであり、×はベクトル積を示す演算子であり、rは第2アーム22の先端を示す識別子である。この(2)式及び(3)式に基づいて、次の(4)式が導出される。
Here, 0 S 1 , 0 S 2 , 0 S 3 are rotational direction vectors of the
ここで、J(q)T+は、はJ(q)Tの擬似逆行列である。 Here, J (q) T + is a pseudo inverse matrix of J (q) T.
この(4)式によれば、トルクT1、T2、T3によって先端部が発生する力としての演算先端力Ffを演算可能であることが理解されよう。 It will be understood that the calculated tip force Ff as the force generated by the tip portion can be calculated by the torques T1, T2, and T3 according to the equation (4).
行列演算部76では、角度センサ26a〜26cの信号に基づいて、(4)式に相当する行列式を求める。
The
次いで、先端力演算部74では、行列演算部76によって得られた行列式に、トルクT1、T2及びT3を適用することによって演算先端力Ffを求め、力偏差演算部69に供給する。次いで、先端力演算部74と行列演算部76は、理解が容易となるように区別しているが、実質的には1つの処理部で行ってもよい。
Next, the tip
次に、このように構成される制御装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the
先ず、所定の位置制御モードによって、4つの各フィンガ14の目標姿勢を決定して、該姿勢となるように制御をしておき、ワーク16を把持する。
First, the target postures of each of the four
次いで、1以上のフィンガ14について、所定の把持条件等に基づき、先端力指令部70によってベクトル量としての目標先端力Fcを求める。
Next, for one or
フィンガ14は4本あることから、例えば、図4に示すように、隣り合う第1のフィンガ15a及び第4のフィンガ15dについては、位置制御モードのままにしてその位置を固定しておき、第2のフィンガ15b及び第3のフィンガ15cについて力制御モードとして目標先端力Fcを設定して制御してもよい。これにより、位置の第1のフィンガ15a及び第4のフィンガ15dは、第1のフィンガ15a及び第4のフィンガ15dの発生する力に応じて反力Fxを発生し、ワーク16を把持することができる。
Since there are four
一方、トルク取得部72では、その時点の関節に発生するトルクT1、T2、T3をモータ指令u1、u2、u3からトルクマップ82a、82b、82c及び補正部84a、84b、84cにより求める。また、行列演算部76では、角度センサ26a〜26cから得られる角度信号に基づいて、前記(4)式に相当する式を求める。
On the other hand, the
先端力演算部74では、行列演算部76によって得られる式及びトルク取得部72から供給されるトルクT1〜T3に基づいて、その時点の演算先端力Ffを求める。
The tip
力偏差演算部69では力偏差εfを求め、力偏差補償部78で所定の補償処理を行った後、積分部80によって力の量を位置の量に変換し、先端位置増分ΔYcを求める。先端位置指令演算部60では、先端位置増分ΔYcと演算先端位置Yfを加算して先端位置指令Ycを求め、該先端位置指令Ycから各軸角度演算部62により関節の角度を求め、さらに、各軸毎に角度偏差算出部65a〜65cによって角度偏差を求めて制御補償部64a〜64cによりモータ指令u1、u2、u3が求められる。
The force
このような制御装置10によれば、力偏差演算部69を減算点とする力のフィードバックループが形成されていることから、演算先端力Ffは次第に目標先端力Fcに近づき、力偏差εfは収束することになる。
According to the
また、演算先端力Ffは、角度センサ26a〜26c及びモータ指令u1〜u3に基づいて求められるのであって、電流センサ、トルクセンサ、力センサ等が不要であり、これらの入力インターフェースも不要である。特に、先端の第2アーム22にセンサが必要ないことから、該第2アーム22を軽量且つ細く形成することができ、狭所に挿入可能になるとともに重量負荷が小さいために制御性に優れる。
Further, the calculated tip force Ff is obtained based on the
フィンガ14には角度センサ26a〜26cが設けられているが、これは一般的なマニピュレータには当然に設けられているものであり、これにより構成が特に複雑になることはない。
The
さらに、演算先端力Ffを求める際には、複雑な規範モデルに基づく演算が不要であって処理時間が短く、該規範モデルによる演算誤差がない。 Furthermore, when calculating the calculation tip force Ff, calculation based on a complicated normative model is unnecessary, processing time is short, and there is no calculation error due to the normative model.
さらにまた、制御装置10では、演算先端力Ffを求める基準としてのトルクT1、T2、T3は、トルク取得部72におけるトルクマップ82a〜82cを参照することによって、簡便且つ迅速に求めることができる。トルクマップ82a〜82cは、実際のモータ24a〜24cの出力に基づいて設定されており、しかも補正部84a〜84cによって摩擦力等の外力を補償することから、トルクT1〜T3は、実際に関節が発生するトルクに相当近くなり、最終的に得られる演算先端力Ffも高精度になる。
Furthermore, in the
本発明者は、制御装置10の制御過程で得られる演算先端力Ffの精度について確認する実験を行い、図5に示す結果を得た。この実験では、目標先端力Fcを0から20Nにステップ的に変化させ、実際の先端力Frと演算先端力Ffの応答を記録した。先端力Frは、第2アーム22の先端に力センサを設けて計測した。
The inventor conducted an experiment for confirming the accuracy of the calculated tip force Ff obtained in the control process of the
この結果、先端力Frは最終的に27N程度になり、専用のセンサがなくても、ワーク16を把持するのに実用上問題のない程度の精度が得られることが確認された。全体的に先端力Frよりも計算による演算先端力Ffの方が小さく求められているのは、トルク取得部72の補正部84a〜84cにおいて静摩擦力に相当する外力を減算していることに起因すると考えられ、この補正部84a〜84cにおいて、状況に応じて動摩擦を減算するようにすると一層高精度に演算先端力Ffが求められる。
As a result, the tip force Fr finally becomes about 27N, and it has been confirmed that even if there is no dedicated sensor, an accuracy with which there is no practical problem in grasping the
また、計算によって求められる演算先端力Ffは、目標先端力Fcと同じ20Nに収束している。さらに、その収束速度は、0.4sec程度で十分に高速であり、無駄なオーバシュートもほとんどない。図示を省略するが、目標先端力Fcを5N、10N及び15Nとした場合にも同様の好適な結果が得られた。 In addition, the calculated front end force Ff obtained by calculation converges to 20 N, which is the same as the target front end force Fc. Furthermore, the convergence speed is about 0.4 sec and is sufficiently high, and there is almost no wasteful overshoot. Although illustration is omitted, similar preferable results were obtained when the target tip force Fc was 5N, 10N, and 15N.
制御装置10によって制御される把持装置12のフィンガ14の数は4本に限らず、例えば、2本や3本でもよい。また、可動のフィンガ14は1本として、ワーク16を挟持する相手方部材は固定部材としてもよい。
The number of
フィンガ14の関節の数は3に限らず、2又は4以上であってもよい。
The number of joints of the
本発明に係る制御装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The control device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10…制御装置 12…把持装置
14…フィンガ 14a…第1軸
14b…第2軸 14c…第3軸
16…ワーク 18…ベースプレート
20…第1アーム 22…第2アーム
24a〜24c…モータ 26a〜26c…角度センサ
60…先端位置指令演算部 62…軸角度演算部
64a〜64c…制御補償部 66a〜66c…ドライバ
68…現在位置演算部 69…力偏差演算部
70…先端力指令部 72…トルク取得部
74…先端力演算部 76…行列演算部
78…力偏差補償部 80…積分部
82a〜82c…トルクマップ 84a〜84c…補正部
Fc…目標先端力 Ff…演算先端力
Fr…先端力 T1〜T3…トルク
Yc…先端位置指令 Yf…演算先端位置
u1〜u3…モータ指令
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記関節毎のトルクを求めるトルク取得部と、
前記関節毎の角度を検出して、前記マニピュレータの姿勢に関するヤコビ行列を求める行列演算部と、
前記トルク取得部で得られた前記トルクと前記行列演算部で得られた前記ヤコビ行列とを用いた座標変換によって前記マニピュレータの先端に発生する力を演算する先端力演算部と、
を有することを特徴とする制御装置。 A control device for a manipulator having multiple joints,
A torque acquisition unit for obtaining torque for each joint;
A matrix calculator that detects an angle for each joint and obtains a Jacobian matrix related to the posture of the manipulator;
A tip force calculator that calculates a force generated at the tip of the manipulator by coordinate conversion using the torque obtained by the torque acquisition unit and the Jacobian matrix obtained by the matrix calculator;
A control device comprising:
前記関節毎に設けられた駆動モータに対する駆動指令と前記トルクとの関係を示し、前記関節毎に設けられたトルクマップを有し、
前記トルク取得部は、前記トルクマップを参照することによって前記トルクを求めることを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 1,
Showing the relationship between the drive command for the drive motor provided for each joint and the torque, and having a torque map provided for each joint;
The said torque acquisition part calculates | requires the said torque with reference to the said torque map, The control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記トルクマップは、前記駆動モータの単体の発生トルクと前記駆動指令との関係を示し、
前記トルク取得部は、前記トルクマップを参照して得られた前記駆動モータの単体の発生トルクから所定外乱力を減算して前記トルクを求めることを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 2 , wherein
The torque map indicates a relationship between a single generated torque of the drive motor and the drive command,
The said torque acquisition part subtracts the predetermined disturbance force from the single generation | occurrence | production torque of the said drive motor obtained with reference to the said torque map, The control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記トルクマップは、前記駆動モータ及び前記関節の複合的な発生トルクと前記駆動指令との関係を示すことを特徴とする制御装置。 The control device according to claim 2 , wherein
The said torque map shows the relationship between the composite generation torque of the said drive motor and the said joint, and the said drive command, The control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記マニピュレータの先端が発生するべき目標先端力を求める先端力指令部と、
前記目標先端力と前記先端力演算部によって求められる演算先端力との力偏差を求める力偏差演算部と、
前記力偏差を積分して前記マニピュレータの先端位置増分を求める積分部と、
センサによって検出される各軸関節角度から前記マニピュレータの先端位置を演算する現在位置演算部と、
前記先端位置増分と前記先端位置とを加算して目標となる先端位置指令を求める先端位置指令演算部と、
前記先端位置指令を行列変換して前記関節毎の指令値を求める各軸角度演算部と、
前記関節毎の指令値から前記各軸関節角度を減算して各角度偏差を求める角度偏差算出部と、
前記各角度偏差に基づいて前記マニピュレータを駆動するドライバと、
を有することを特徴とする制御装置。 In the control device according to any one of claims 1 to 4 ,
A tip force command unit for obtaining a target tip force to be generated by the tip of the manipulator;
A force deviation calculation unit for obtaining a force deviation between the target tip force and the calculated tip force obtained by the tip force calculation unit;
An integration unit for integrating the force deviation to obtain a tip position increment of the manipulator;
A current position calculation unit for calculating a tip position of the manipulator from each joint angle detected by a sensor;
A tip position command calculation unit for adding the tip position increment and the tip position to obtain a target tip position command;
Each axis angle calculation unit for matrix conversion of the tip position command to obtain a command value for each joint;
An angle deviation calculator that subtracts each joint angle from the command value for each joint to obtain each angle deviation;
A driver for driving the manipulator based on each angular deviation;
Control device comprising a call with.
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