JP5467290B2 - 多関節ロボットシステム、多関節ロボット、力測定モジュール、力測定方法およびプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態による多関節ロボットシステムの全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の多関節ロボットシステムの実施形態を示す図である。本発明の多関節ロボットシステム100は、コンピュータ装置104により制御されており、コンピュータ装置104は、プログラミング言語、例えばアセンブラ、フォートラン、COBOL、C、C++などによるプログラミングの下で、本発明の力測定手法を適用するプログラムを実装している。
以下、本実施形態の多関節ロボットシステムにおける多関節ロボットの構造について、図2および図3を参照しながら説明する。図2および図3は、本発明で使用する多関節ロボットの実施形態を示す。図2は、6自由度多関節ロボットを示した関節モデル150を示す。図2に示す多関節ロボットは、6つの関節J1〜J6と、これら関節を介して連結される7つのリンクL1〜L7とを含んで構成される。基盤部GからはリンクL1が第1関節J1へと延びている。第1関節J1からは、リンクL2が第2関節J2へと延び、第2関節J2からは、リンクL3が第3関節J3まで延びている。第3関節J3から第4関節J4までは、リンクL4が延びている。第2関節J2および第3関節J3は、リンクL2、L3の軸に直交する方向に回転軸を有する曲げ関節とされており、第1関節J1および第4関節J4は、リンクL1,L4の軸を中心とする回転軸を有するねじり関節とされている。なお、リンクL1および第1関節J1は、基盤部Gに固定されたモータなどを用いて実装してもよい。
以下、多関節ロボット120の各関節周りに作用する負荷トルクを測定するトルクセンサ機構について、図4〜図7および図11を参照しながら説明する。図4は、多関節ロボット120の関節に設けられるトルクセンサ機構の概略を示す図である。なお、図4は、リンク軸に直交する方向に回転軸を有する曲げ関節にトルクセンサ機構が設けられている場合を例示する。
以下、上述したトルクセンサ機構を用いた多関節ロボットの力測定およびロボット制御について説明する。図8は、本発明の多関節ロボットシステムの力測定およびロボット制御の機能ブロック図である。図8に示すように、コンピュータ装置104は、本発明の処理を実行する制御処理モジュール302を実装しており、制御処理モジュール302は、IDE(International Device Electronics)やSCSI(Small Computer System Interface)などのインタフェース310を介して接続されたHDD108から、制御プログラムをCPU(図示せず)が呼び出し、実行空間を提供するRAM306にプログラムを展開してプログラムを実行させることにより実現される。
Claims (10)
- 複数のリンクが1以上の関節部を介して連結される多関節ロボットと、前記多関節ロボットの力測定を実行する測定制御手段とを含む多関節ロボットシステムであって、前記多関節ロボットは、
前記関節部に設けられ、駆動力発生側の駆動軸および駆動力出力先のリンク側の出力軸の軸心を中心とする中央部と、それぞれ前記中央部から離間して設けられる複数の固定部と、それぞれ前記複数の固定部各々と前記中央部とを接続させる複数の弾性板状部とを含み、前記複数の固定部のうちの第1の組の固定部が前記出力軸に固定され、第2の組の固定部が前記駆動軸に固定され、前記固定部に作用する偶力に応じて前記弾性板状部各々に弾性的に曲げ歪みを発生させる歪み発生部材と、
前記歪み発生部材の前記弾性板状部に接して配置され、前記弾性板状部に発生した前記曲げ歪みを検出する歪みセンサと
を含み、前記測定制御手段は、
前記関節部の軸まわりに発生する負荷トルクを前記歪みセンサの出力値から算出し、仮想仕事の原理に従って前記関節部の前記負荷トルクから、前記複数のリンクのうちのひとつに作用する力に換算する演算手段
を含む、多関節ロボットシステム。 - 前記歪み発生部材および前記歪みセンサは、前記関節部のそれぞれに備えられ、前記測定制御手段は、前記複数のリンクのうちのひとつについて、前記1以上の関節部それぞれで発生する1以上の負荷トルクを要素としたトルク・ベクトルから、該リンクの仮想変位および関節の仮想角変位を関係付けるヤコビ行列を用いて、該リンクに作用する力およびモーメントを要素とするベクトルを算出する、請求項1に記載の多関節ロボットシステム。
- 前記歪み発生部材は、前記出力軸側に固定される偶数個の前記固定部の一組と、前記駆動軸側に固定される偶数個の前記固定部の一組とを含む、請求項1または2に記載の多関節ロボットシステム。
- 前記歪み発生部材は、前記関節部の軸まわりに偶数回の回転対称性を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多関節ロボットシステム。
- 求められた前記リンクに作用する力を入力として、所与の目標値に前記多関節ロボットを力制御する力制御手段をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多関節ロボットシステム。
- 複数のリンクが1以上の関節部を介して連結される多関節ロボットであって、前記多関節ロボットは、
前記関節部に設けられ、駆動力発生側の駆動軸および駆動力出力先のリンク側の出力軸の軸心を中心とする中央部と、それぞれ前記中央部から離間して設けられる複数の固定部と、それぞれ前記複数の固定部各々と前記中央部とを接続させる複数の弾性板状部とを含み、前記複数の固定部のうちの第1の組の固定部が前記出力軸に固定され、第2の組の固定部が前記駆動軸に固定され、前記固定部に作用する偶力に応じて前記弾性板状部各々に弾性的に曲げ歪みを発生させる歪み発生部材と、
前記歪み発生部材の前記弾性板状部に接して配置され、前記弾性板状部に発生した前記曲げ歪みを検出する歪みセンサと、
前記関節部の軸まわりに発生する負荷トルクを前記歪みセンサの出力値から算出し、仮想仕事の原理に従って前記関節部の前記負荷トルクから前記複数のリンクのうちのひとつに作用する力に換算するために、検出した前記曲げ歪みを外部出力する出力端子と
を含む、多関節ロボット。 - 複数のリンクが1以上の関節部を介して連結される多関節ロボットの関節部に取り付けられる力測定モジュールであって、
前記関節部に設けられ、駆動力発生側の駆動軸および駆動力出力先のリンク側の出力軸の軸心を中心とする中央部と、それぞれ前記中央部から離間して設けられる複数の固定部と、それぞれ前記複数の固定部各々と前記中央部とを接続させる複数の弾性板状部とを含み、前記複数の固定部のうちの第1の組の固定部が前記出力軸に固定され、第2の組の固定部が前記駆動軸に固定され、前記固定部に作用する偶力に応じて前記弾性板状部各々に弾性的に曲げ歪みを発生させる歪み発生部材と、
前記歪み発生部材の前記弾性板状部に接して配置され、前記弾性板状部に発生した前記曲げ歪みを検出する歪みセンサと、
前記関節部の軸まわりに発生する負荷トルクを前記歪みセンサの出力値から算出し、仮想仕事の原理に従って前記関節部の前記負荷トルクから前記複数のリンクのうちのひとつに作用する力に換算する測定制御手段と
を含む、力測定モジュール。 - 複数のリンクが1以上の関節部を介して連結される多関節ロボットの力測定方法であって、
前記関節部に設けられ、駆動力発生側の駆動軸および駆動力出力先のリンク側の出力軸の軸心を中心とする中央部と、それぞれ前記中央部から離間して設けられる複数の固定部と、それぞれ前記複数の固定部各々と前記中央部とを接続させる複数の弾性板状部とを含み、前記複数の固定部のうちの第1の組の固定部が前記出力軸に固定され、第2の組の固定部が前記駆動軸に固定された歪み発生部材で、前記固定部に作用する偶力に応じて発生する前記弾性板状部の弾性的な曲げ歪みを検出するステップと、
検出した前記曲げ歪みから前記関節部の軸周りに発生する負荷トルクを算出するステップと、
仮想仕事の原理に従って前記関節部の前記負荷トルクから前記複数のリンクのうちのひとつに作用する力に換算するステップと
を含む、力測定方法。 - 前記換算するステップは、前記複数のリンクのうちのひとつについて、前記1以上の関節部それぞれで発生する1以上の負荷トルクを要素としたトルク・ベクトルを生成するサブステップと、該リンクの仮想変位および関節の仮想角変位を関係付けるヤコビ行列を用いて、該リンクに作用する力およびモーメントを要素とするベクトルを算出するサブステップとを含む、請求項8に記載の力測定方法。
- 請求項8または9に記載の力測定方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータ実行可読なプログラム。
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