JP6699843B2 - ロボットアームの制御システム - Google Patents

ロボットアームの制御システム Download PDF

Info

Publication number
JP6699843B2
JP6699843B2 JP2015134828A JP2015134828A JP6699843B2 JP 6699843 B2 JP6699843 B2 JP 6699843B2 JP 2015134828 A JP2015134828 A JP 2015134828A JP 2015134828 A JP2015134828 A JP 2015134828A JP 6699843 B2 JP6699843 B2 JP 6699843B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
robot arm
control
input
external force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015134828A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017013207A (ja
Inventor
アレクサンダー シュミッツ
アレクサンダー シュミッツ
ソウミヤ ババラジュ
ソウミヤ ババラジュ
義弘 坂本
義弘 坂本
ドミンゲス ゴンザロ アギーレ
ドミンゲス ゴンザロ アギーレ
立樹 佐藤
立樹 佐藤
偉 汪
偉 汪
重樹 菅野
重樹 菅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waseda University
Original Assignee
Waseda University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waseda University filed Critical Waseda University
Priority to JP2015134828A priority Critical patent/JP6699843B2/ja
Priority to EP16821107.6A priority patent/EP3318373B1/en
Priority to PCT/JP2016/065125 priority patent/WO2017006636A1/ja
Priority to US15/741,353 priority patent/US10730184B2/en
Publication of JP2017013207A publication Critical patent/JP2017013207A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6699843B2 publication Critical patent/JP6699843B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1628Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085Force or torque sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008Balancing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06Safety devices
    • B25J19/068Actuating means with variable stiffness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1674Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676Avoiding collision or forbidden zones
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37624Detect collision, blocking by measuring change of velocity or torque
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/39Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39322Force and position control
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40201Detect contact, collision with human
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41259Coupling, clutch
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/50Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50196Monitor clutch or belt drive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

本発明は、ロボットアームの制御システムに係り、更に詳しくは、簡単な演算処理により、安全性を考慮したロボットアームの位置制御及び力制御を行うことのできるロボットアームの制御システムに関する。
ロボットと人間とが共生する環境下においては、当該環境に対するロボットの安全対策が重要になる。この安全対策として、ロボットが所望の動作を行っている最中に環境中の人間や物体に不意に衝突した場合に、当該衝突を緩和するコンプライアンス機能が必要になる。当該コンプライアンス機能としては、ロボットの可動部であるロボットアーム等に衝突時の衝撃緩和用のばね等の弾性要素を取り付けたものが一般的である。しかしながら、当該ばねを衝撃緩和用として用いる場合、例えば、衝突時にばねを弱めることでクッション性を高める等、ロボットの動作中にばねの弾性を調整する必要があり、このことがロボットアームの位置制御を難しくする一要因になる。また、ばね等の弾性要素は、ロボットの加速動作をスピーディーにしにくくするばかりか、ロボットの動作時における振動発生要因にもなる。
ところで、特許文献1には、ロボットハンドが所定以上の大きさの外力で他の物体等に衝突した際に、当該物体等に作用する力を逃がす衝突トルク緩衝機構を備えたロボットが開示されている。この衝突トルク緩衝機構は、ロボットハンド側とロボットアーム側との間の接続部分に潤滑剤を充填し、当該潤滑剤の粘性によって、ロボットアーム側にある程度までの外力が作用してもロボットハンド側とロボットアーム側の連結状態を維持する一方で、それを超える外力が作用したときに、ロボットハンド側とロボットアーム側の相対回転を許容することで、衝突時に物体に作用する力を緩衝するようになっている。
特開2009−12088号公報
前記特許文献1の衝突トルク緩衝機構において、ロボットハンド側とロボットアーム側の相対回転を許容するトルク値は、潤滑剤の粘性によって決まり、製品毎に一定値に設定される。そこで、ロボットの動作モードに応じて、前記トルク値を可変にするには、特許文献1の構成に対し、例えば、モータ等によって動作するロボットアーム側から、ロボットハンド側に伝達されるトルクを電気的に調整可能にロボットハンド側とロボットアーム側とを接続する電磁クラッチを代替的に用いることも考えられる。しかしながら、この場合、電磁クラッチへの給電が停止したときでも、安全上の観点から、ロボットハンド側とロボットアーム側との間の接続状態を維持する必要があり、このために更なる構造上の対策が必要になる。また、電磁クラッチへの動作指令に際し、前記トルク値を所望の状態に制御するために、ロボットの動作に基づく物理的演算が必要となるが、ロボットの自重の影響を考慮したモーメント計算、すなわち、ロボットの姿勢や動作に応じて異なる煩雑な演算が必要になり、ロボットの位置制御や力制御が非常に難しくなるという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、簡単な構成で、安全性を考慮したロボットアームの位置制御や力制御を実現できるロボットアームの制御システムを提供することにある。
前記目的を達成するため、主として、本発明は、所定の空間内で移動可能に設けられたロボットアームと、当該ロボットアームを動作させるモータと、当該モータから前記ロボットアームに伝達される伝達トルクを調整可能に動作するトルク調整装置と、前記ロボットアームの動作制御を行う制御装置とを備えたロボットアームの制御システムにおいて、
前記ロボットアームには、当該ロボットアームによる重力の影響をキャンセルする重力補償機構が設けられ、
前記制御装置では、前記ロボットアームの重力の影響を考慮せずに、前記トルク調整装置での伝達トルクの調整を指令する、という構成を採っている。
本発明によれば、モータからロボットアームに伝達される伝達トルクを調整可能に設けられたトルク調整装置と、ロボットアームの重力の影響をキャンセルする重力補償機構とを併用したことから、ロボットアームの位置調整と、トルク調整装置による伝達トルクの調整とが、ロボットアームの重力の影響を考慮しない簡単な演算処理により行うことができる。また、ロボットアームの位置調整と力調整とを複雑に関連させることなく、ロボットアームの位置制御は、モータの駆動調整にて行い、コンプライアンス等を考慮したロボットアームの力制御は、トルク調整装置による伝達トルクの調整にて行うことができ、ロボットアームの位置制御と力制御をシンプルに行うことができる。更に、トルク調整装置を意図的にスリップさせることで、ロボットアームに作用した外力や、ロボットアームで把持している物体の重量を検出することも可能となる。また、重力補償機構により、ロボットアームの重量が補償されるため、重力補償機構が無い場合に対し、トルク調整装置でのトルクリミット値を同一条件下で小さくすることができる。
本実施形態に係るロボットアームの制御システムの構成を概略的に表したブロック図。 変形例に係る図1と同様のブロック図。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1には、本実施形態に係るロボットアームの制御システムの構成を概略的に表したブロック図が示されている。この図において、前記制御システム10は、所定の空間内で移動可能に設けられ、当該空間内で所定の作業を行うためのロボットアーム11と、ロボットアーム11に設けられ、ロボットアーム11による重力の影響をキャンセルする重力補償機構12と、ロボットアーム11の動力として回転駆動するモータ14と、ロボットアーム11とモータ14との間に配置され、モータ14からロボットアーム11に伝達される伝達トルクを調整可能に動作するトルク調整装置16と、トルク調整装置16の入力側と出力側の変位状態を検出するセンサ17と、ロボットアーム11の動作制御を行う制御装置19とを備えて構成されている。なお、特に限定されるものではないが、ロボットアーム11を除く各部材や装置は、その関節部分等、ロボットアーム11の近傍に設けられている
前記ロボットアーム11は、モータ14からの動力により、関節部分を回転運動させながら所定の空間内で移動可能にする公知の動力伝達機構からなる。当該ロボットアーム11の詳細な構造については、本発明の本質部分ではないため、構造の図示及び詳細な説明を省略する。なお、ロボットアーム11としては、先端に物体の把持部を備えた片持ち状の多関節型の構造により、予め指令した動作によって、把持部で把持した物体(把持物体)を所定空間内で移動可能な構成を例示できる。
前記重力補償機構12は、ロボットアーム11の自重に前記把持物体の重量を含めたロボットアーム11全体の重力への影響をキャンセルするように調整可能な公知の機構からなる。本実施形態では、ばねを使ったリンク構造からなるスプリングバランス式の重力補償機構が採用されている。ここでの重力補償機構12としては、ロボットアーム11のみの自重を補償するように、ばねの張力が事前に調整されるものの他に、把持物体の重量も含めた自重補償を行う場合には、ばねの張力が把持物体の重量に応じて動的に調整可能なアジャスタブル自重補償機構が採用される。その他、本発明はこれに限定されるものではなく、カウンターウエイト式のもの等、同一の作用を奏する限りにおいて、種々の構造の重力補償機構12を採用することができる。
前記トルク調整装置16は、ロボットアーム11側とモータ14側とを連結するとともに、所定のトルクリミット値以下のときに、モータ14側の図示しない回転軸から入力された入力トルクと、ロボットアーム11側の図示しない回転軸に出力される出力トルクの値とを同一にする一方、前記トルクリミット値を超えたときに、前記入力トルクの値よりも前記出力トルクの値を小さくするように動作する。また、前記トルクリミット値は、制御装置19による指令によって調整可能になっており、予め制御装置19に記憶されたモデルによって、電流や電圧等のトルク調整装置16への制御指令値と、トルクリミット値を含む入力トルクに対する出力トルクとの関係が所定の関数で特定されている。
本実施形態において、前記トルク調整装置16は、クラッチにより構成されており、モータ14側に繋がってモータ14の駆動によって回転可能に設けられた入力部21と、ロボットアーム11側に繋がって回転可能に設けられた出力部22と、これら入力部21と出力部22との間に配置されるとともに、入力部21から出力部22に動力を伝達可能に設けられた伝達部23とを備えている。
前記出力部22は、入力部21の回転による入力トルクが、制御装置19で制御されたトルクリミット値以下のときに、当該入力部21と一体的に回転する一方、前記入力トルクが前記トルクリミット値を超えたときに、入力部21に対する相対回転を許容するスリップ動作が発生する。なお、トルク調整装置16としては、例えば、伝達部23の摩擦力の調整を電気的に行う摩擦クラッチや、伝達部23を磁性流体によって構成し、当該磁性流体の粘性の調整を電気的に行う磁性流体クラッチを採用できる他、入力部21から出力部22への伝達トルクを前述のように調整できる限りにおいて、種々のクラッチ、トルクリミッタ、ブレーキ等を採用することができる。特に、クラッチとしては、伝達部23での静摩擦力や動摩擦力を更に考慮して伝達トルクを調整できるものや、トルク調整装置16のスリップ動作時における入力部21と出力部22の相対回転速度となるスリップ速度を更に考慮することで、伝達トルクを調整できるもの等を採用することができる。
前記センサ17としては、制御装置19による後述の制御を行うための情報を検出可能なものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態においては、センサ17として、トルク調整装置16の入出力側それぞれに設けられたエンコーダが用いられている。トルク調整装置16の入力側に配置された入力側エンコーダ17Aは、入力部21の回転角度変位を検出する一方、同出力側に配置された出力側エンコーダ17Bは、出力部22の回転角度変位を検出するようになっており、各エンコーダ17A、17Bの検出値は、制御装置19に逐次伝送される。
前記制御装置19は、CPU等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成されており、ロボットアーム11による重力の影響を考慮せずに、トルク調整装置16の動作制御を行うようになっている。また、ここでは、安全性を考慮したロボットアーム11の位置制御を行う第1の制御モードによる制御と、入力トルクに対する出力トルクの大きさを調整することで、ロボットアーム11の力制御を行う第2の制御モードによる制御との何れかの選択に基づいて、トルク調整装置16による伝達トルクの調整が行われる。
この制御装置19は、ロボットアーム11の目標動作や動作モード等を人為的及び/又は自動的に設定する設定手段25と、モータ14の駆動制御を行うモータ制御手段26と、トルク調整装置16の動作制御を行うクラッチ制御手段27とを備えて構成されている。
前記第1の制御モードでは、次の制御が行われる。
前記モータ制御手段26では、設定手段25によって設定されたロボットアーム11の目標動作に応じ、ロボットアーム11の経時的な目標位置を特定するため、時間に対するロボットアーム11の関節部分の目標回転値(目標回転角度、目標回転速度、及び目標回転加速度)が求められる。更に、ロボットアーム11の現在位置情報に対応する出力側エンコーダ17Bからの回転角度がフィードバックされ、ロボットアーム11の前記目標回転値と前記現在位置情報と、ロボットアーム11等の既知の慣性テンソルとから、ロボットアーム11の回転動作で要求されるトルク調整装置16からの出力トルクである目標トルクが演算によって求められる。そして、当該目標トルクが得られるように、モータ14に駆動指令が行われ、ロボットアーム11の位置制御が行われる。
前記クラッチ制御手段27では、次の通りにして、トルク調整装置16の前記トルクリミット値が調整される。ここでは、前述のロボットアーム11の位置制御によって決定されたモータ14の駆動に対応した前記目標トルクよりも若干大きなトルクがトルク調整装置16に作用した時点で、入力部21に対する出力部22の相対回転を許容し、トルク調整装置16をスリップ動作させるように、トルクリミット値が決定される。すなわち、前記目標トルクに対して所定のゲインを乗じてトルクリミット値が求められ、当該トルクリミット値でスリップ動作が発生するように、前述したモデルに基づいて、トルク調整装置16の動作を調整する。ここでのトルクリミット値は、前記モデルの誤差や電気的なノイズ等の付加を考慮して、前記目標トルクよりも若干大きく設定される。
この第1のモードでは、所望の位置にロボットアーム11を動作させる際に、環境中の人間や障害物等の物体がロボットアーム11に接触、衝突していないとき等、ロボットアーム11に不意の外力が付加されていない場合には、前述の位置制御に基づいて決定された目標トルクで入力部21が回転する。当該目標トルクは、このモードで設定されたトルクリミット値よりも低いため、入力部21と出力部22が一体回転することで、目標トルクの値が出力トルクの値にほぼ一致した状態で、出力部22からロボットアーム11に伝達され、ロボットアーム11の所望の位置制御がなされる。一方で、人間や物体の衝突によってロボットアーム11に外力が付加されると、ロボットアーム11が予定の位置に達しなくなり、ロボットアーム11の位置情報のフィードバックによる位置制御により、ロボットアーム11の移動を促進させるためにモータ14の駆動トルクを増加させてしまう。ところが、これに伴って増加した入力部21への入力トルクの値は、設定されたトルクリミット値を超えてしまうことになって、トルク調整装置16がスリップ動作し、増加した入力トルクがロボットアーム11側にそのまま伝達されなくなり、ロボットアーム11によって人間や物体に与える衝撃を緩和させることが可能になる。
以上の第1のモードによれば、ロボットアーム11の位置制御を行う過程で、ロボットアーム11が不意に環境中の人間や物体等に衝突したときに、トルク調整装置16をスリップ動作させることで、衝突時における衝撃力を緩和し、位置制御されたロボットアーム11の動作時の安全性を確保することができる。なお、トルク調整装置16のスリップ動作を検出したときに、入力部21に対する出力部22のトルク伝達を遮断し、出力部22を外力に応じてフリー回転させることもできる。
前記第2の制御モードでは、次の制御が行われる。
すなわち、第2のモードが選択されると、モータ制御手段26では、第1の制御モードと同様の手順でロボットアーム11の位置制御が行われるが、クラッチ制御手段27では、ロボットアーム11が環境中の人間や物体に接触したときに、ロボットアーム11から所望のトルクを出力させるように、トルク調整装置16の動作を制御する。このとき、クラッチ制御手段27では、モータ14の駆動による入力部21への入力トルク値よりも低いトルクリミット値が設定され、トルク調整装置16がスリップ動作可能になる。その上で、伝達部23に対して前記モデルに基づく電気的な指令がなされ、粘性調整や摩擦増減等の伝達部23の作用により、ロボットアーム11に繋がる出力部22の出力トルクが、入力部21の入力トルクよりも低い範囲内での所望の値に調整され、ロボットアーム11に対して所望とする力制御が行われる。換言すると、設定手段25において、人間や物体に接触したときのロボットアーム11の所望の動作状態が設定されると、当該動作状態に応じたロボットアーム11の回転動作時における目標トルクが特定される。そして、前記クラッチ制御手段27では、出力部22の出力トルクが前記目標トルクとほぼ同一の値になるように、トルク調整装置16に指令がなされ、ロボットアーム11は、前記目標トルクで回転動作することになる。
この第2のモードでは、入力側エンコーダ17Aと出力側エンコーダ17Bからの検出値に基づき、トルク調整装置16のスリップ速度を求め、当該スリップ速度に基づき、実際のロボットアーム11の動作時における実トルク値を特定し、当該実トルク値をクラッチ制御手段27にフィードバックした上で、トルク調整装置16の動作制御を行っても良い。また、この場合、ロボットアーム11の前記実トルク値を計測可能なトルクセンサを設け、その計測値をクラッチ制御手段27にフィードバックする構成を採用することもできる。
また、トルク調整装置16として、前記スリップ速度に応じて伝達トルクが変化する性質のものを採用した場合、入力側エンコーダ17Aと出力側エンコーダ17Bからの検出値から求めたスリップ速度をクラッチ制御手段27に入力し、スリップ速度をも考慮して、ロボットアーム11が前記目標トルクで動作するように、トルク調整装置16が制御される。
この第2のモードでは、例えば、ロボットアーム11を使って建築物の破砕作業を行わせるときのように、ロボットアーム11に障害物が接触しても、ロボットアーム11をそのまま所望に位置に移動させるような条件を設定した場合、入力部21から出力部22への伝達トルクの損失を小さくするように、トルク調整装置16について、入力部21と出力部22の連結状態を強くした固い状態に設定される。一方、ティーチング動作等、ロボットアーム11を外力によって動かし易くしたい場合には、入力部21から出力部22への伝達トルクの損失を大きくするように、トルク調整装置16について、入力部21と出力部22の連結状態を弱くした柔らかい状態に設定される。
なお、本実施形態においては、制御装置19による種々の制御モードを採用することもできる。例えば、運動障害を生じている人間のリハビリ用ロボットとして、モータ14を駆動させずに、障害が生じている腕や脚等の体部位を使ってロボットアーム11に外力を与え、障害の程度や回復度に応じ、入力部21と出力部22の連結状態の強弱を変化させるように、トルク調整装置16の動作調整をしても良い。また、パワーアシストロボットのように、モータ14を駆動させない状態で、人間からロボットアーム11に外力を付加したときに、トルク調整装置16でのスリップ動作の状態から、ロボットアーム11を動作させるモータ14の目標トルクを定めることもできる。更に、モータ14の力を効果的に伝達するために、モータ14の回転開始時においては、トルク調整装置16での動力伝達を遮断した状態にし、モータ14がある程度の回転数になった時点で、トルク調整装置16での動力伝達を徐々に行うようにすることもできる。
次に、前記制御システム10の変形例としては、図2に示されるように、前記実施形態の構成に対し、トルク調整装置16の動作に基づいて、ロボットアーム11に作用する外力を検出する外力検出装置35を更に設けることもできる。この外力検出装置35は、制御装置19のコンピュータと同一のコンピュータに設けても良いし、それぞれ別に設けても良い。
当該変形例における制御装置19では、外力検出装置35での外力検出のために、モータ14とトルク調整装置16の動作制御を行う第3の制御モードによる制御を更に選択可能となっている。
本変形例では、トルク調整装置16をスリップ動作させ、次の第1〜第3の何れかの手法によって、ロボットアーム11に作用する外力や把持物体の重量を求めることも可能になっている。
前記第1の手法では、モータ制御手段26及びクラッチ制御手段27により、トルク調整装置16の入力部21と出力部22とが一体回転する状態から、入力部21の回転状態を変化させずに、トルクリミット値を徐々に減少させるように、モータ14及びトルク調整装置16の動作制御が行われる。そして、外力検出装置35では、入力部21と出力部22の相対回転が開始されたとき、すなわち、トルク調整装置16のスリップ動作が始まったときのトルクリミット値から、次のようにして外力を求めるようになっている。このときのトルクリミット値は、クラッチ制御手段27に付加された電流や電圧等の制御指令値の検知によって前記モデルから特定でき、現時点でロボットアーム11全体に作用している総作用トルク値に等しい。また、ロボットアーム11のサイズや慣性テンソルは既知であり、ロボットアーム11の回転角度、回転角速度、回転角加速度等は、出力側エンコーダ17Bの検出に基づいて特定され、これらを用いた演算によって、ロボットアーム11自身の動作による内的トルク値が求められる。そこで、前記総作用トルク値に該当するトルクリミット値から、前記内的トルク値を減算することにより、ロボットアーム11が外部との接触によって発生する外的トルク値が求められる。そして、当該外的トルク値から外力や把持物体の重量が演算によって求められる。
前記第2の手法では、モータ制御手段26及びクラッチ制御手段27により、入力部21の回転状態を維持したまま、トルク調整装置16がスリップ動作するように、モータ14とトルク調整装置16の動作制御が行われる。そして、ロボットアーム11に外力が作用したり、所定の重量の把持物体を保持したときに、トルク調整装置16のスリップ速度が変化し、出力側エンコーダ17Bで、そのときのロボットアーム11の回転角加速度が検出される。外力検出装置35では、ロボットアーム11の回転角加速度とロボットアーム11の既知の慣性モーメントから前記総作用トルク値が演算され、前記第1の手法と同様に、総作用トルク値から前記内的トルク値を減算して前記外的トルク値が求められ、外力や把持物体の重量が求められる。
前記第3の手法では、モータ制御手段26及びクラッチ制御手段27により、入力部21の回転状態を維持したまま、トルク調整装置16がスリップ動作するように、モータ14とトルク調整装置16の動作制御が行われる。そして、トルクリミット値と総作用トルク値とが平衡状態となって、トルク調整装置16のスリップ速度が一定になったときに、このときのトルクリミット値を総作用トルク値として特定し、前記各手法と同様にして前記外的トルク値を求め、外力や把持物体の重量が求められる。
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
10 制御システム
11 ロボットアーム
12 重力補償機構
14 モータ
16 トルク調整装置
17 センサ
19 制御装置
21 入力部
22 出力部
23 伝達部
35 外力検出装置

Claims (4)

  1. 所定の空間内で移動可能に設けられたロボットアームと、当該ロボットアームを動作させるモータと、当該モータから前記ロボットアームに伝達される伝達トルクを調整可能に動作するトルク調整装置と、前記ロボットアームに設けられ、当該ロボットアームによる重力の影響をキャンセルする重力補償機構と、前記ロボットアームの重力の影響を考慮せずに、前記トルク調整装置での伝達トルクの調整を指令することで、前記ロボットアームの動作制御を行う制御装置と、前記ロボットアームに作用する外力を検出する外力検出装置とを備え、
    前記トルク調整装置は、前記モータ側に繋がって当該モータの駆動により回転可能に設けられた入力部と、前記ロボットアーム側に繋がって回転可能に設けられた出力部と、これら入力部と出力部との間に配置されるとともに、前記入力部から前記出力部に動力を伝達可能に設けられた伝達部とを備え、前記入力部の回転による入力トルクが所定のトルクリミット値以下のときに、前記入力部と前記出力部が一体的に回転して、前記出力部の回転による出力トルクの値を前記入力トルクの値とほほ同一にする一方、前記入力トルクが前記トルクリミット値を超えたときに、前記入力部と前記出力部の相対回転を許容するスリップ動作により、前記出力トルクの値を前記入力トルクの値から低減させるように設けられ、
    前記制御装置では、安全性を考慮した前記ロボットアームの位置制御を行う第1の制御モードによる制御と、前記入力トルクに対する前記出力トルクの大きさを調整することで、前記ロボットアームの力制御を行う第2の制御モードによる制御と、前記外力検出装置での外力の検出のために前記モータと前記トルク調整装置の動作制御を行う第3の制御モードによる制御とを選択可能に設けられ、
    前記外力検出装置では、前記第3の制御モードによる制御による前記トルク調整装置のスリップ動作に基づいて、前記外力を求めることを特徴とするロボットアームの制御システム。
  2. 前記第1の制御モードでは、前記ロボットアームの位置制御に必要となる前記モータの回転による前記入力トルクよりもやや大きい値を前記トルクリミット値に設定し、
    前記第2の制御モードでは、前記ロボットアームの動作における目標トルクが得られるように、前記伝達トルクを調整することを特徴とする請求項1記載のロボットアームの制御システム。
  3. 前記制御装置では、前記入力部と前記出力部が一体的に回転する状態から、前記入力部の回転状態を変化させずに、前記トルクリミット値を徐々に減少させるように、前記モータと前記トルク調整装置の動作制御を行い、
    前記外力検出装置では、前記スリップ動作の開始時の前記トルクリミット値から、前記外力を演算で求めることを特徴とする請求項1記載のロボットアームの制御システム。
  4. 前記制御装置では、前記入力部の回転状態を維持したまま、当該入力部と前記出力部とが相対回転するように、前記モータと前記トルク調整装置の動作制御を行い、
    前記外力検出装置では、前記スリップ動作の相対回転速度に基づいて、前記外力を演算で求めることを特徴とする請求項1記載のロボットアームの制御システム。
JP2015134828A 2015-07-04 2015-07-04 ロボットアームの制御システム Active JP6699843B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015134828A JP6699843B2 (ja) 2015-07-04 2015-07-04 ロボットアームの制御システム
EP16821107.6A EP3318373B1 (en) 2015-07-04 2016-05-23 Robot arm control system
PCT/JP2016/065125 WO2017006636A1 (ja) 2015-07-04 2016-05-23 ロボットアームの制御システム
US15/741,353 US10730184B2 (en) 2015-07-04 2016-05-23 Robot arm control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015134828A JP6699843B2 (ja) 2015-07-04 2015-07-04 ロボットアームの制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017013207A JP2017013207A (ja) 2017-01-19
JP6699843B2 true JP6699843B2 (ja) 2020-05-27

Family

ID=57684999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015134828A Active JP6699843B2 (ja) 2015-07-04 2015-07-04 ロボットアームの制御システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10730184B2 (ja)
EP (1) EP3318373B1 (ja)
JP (1) JP6699843B2 (ja)
WO (1) WO2017006636A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6866981B2 (ja) * 2017-03-19 2021-04-28 学校法人早稲田大学 トルクリミッタ
JP7028410B2 (ja) * 2017-03-21 2022-03-02 学校法人早稲田大学 機械装置の動力伝達システム
WO2020017370A1 (ja) * 2018-07-17 2020-01-23 ソニー株式会社 制御装置、制御方法、及び制御システム
JP2020023032A (ja) * 2018-08-08 2020-02-13 ファナック株式会社 協働ロボット
FI20180097A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-01 Ponsse Oyj Determination of a state of a structural part in a work machine
DE102019108652B3 (de) 2019-04-03 2020-01-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kupplungsvorrichtung für ein Robotergelenk sowie Roboter mit einer solchen Kupplungsvorrichtung
JP2021037582A (ja) * 2019-09-03 2021-03-11 ファナック株式会社 アームを有するロボットの制御装置
KR102279329B1 (ko) * 2020-01-30 2021-07-21 한국과학기술연구원 로봇 교시 시스템

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2710585B2 (ja) * 1995-06-06 1998-02-10 株式会社明電舎 産業用マニプレータ
DE69636230T2 (de) * 1995-09-11 2007-04-12 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu Robotersteuerung
JP4294646B2 (ja) * 2003-07-29 2009-07-15 パナソニック株式会社 ロボットアームの制御方法および制御装置
JP5013083B2 (ja) 2007-07-02 2012-08-29 株式会社安川電機 衝突トルク緩衝機構を備えた基板搬送ロボット
US9566715B2 (en) * 2009-10-09 2017-02-14 The University Of Western Ontario Magneto- and electro-rheological based actuators for human friendly manipulators
CN102821918A (zh) * 2010-03-24 2012-12-12 株式会社安川电机 机器人手和机器人装置
JP5966294B2 (ja) * 2011-09-26 2016-08-10 株式会社ニコン 異常判定装置、駆動装置及びロボット装置
DE102011054910B4 (de) * 2011-10-28 2013-10-10 Ovesco Endoscopy Ag Magnetischer Endeffektor und Einrichtung zur Führung und Positionierung desselben
JP2013163223A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Nikon Corp トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置
JP2013169628A (ja) * 2012-02-22 2013-09-02 Nikon Corp トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置
US9447849B1 (en) * 2013-04-19 2016-09-20 Redwood Robotics, Inc. Robot manipulator with modular torque controlled links
JP5905443B2 (ja) * 2013-12-25 2016-04-20 ファナック株式会社 人協調型産業用ロボットの外力判定方法および外力判定装置
JP6305283B2 (ja) * 2014-09-09 2018-04-04 本田技研工業株式会社 動力装置の制御システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP3318373A4 (en) 2018-09-26
US10730184B2 (en) 2020-08-04
EP3318373B1 (en) 2020-09-16
JP2017013207A (ja) 2017-01-19
WO2017006636A1 (ja) 2017-01-12
US20180370031A1 (en) 2018-12-27
EP3318373A1 (en) 2018-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6699843B2 (ja) ロボットアームの制御システム
US9308645B2 (en) Method of inferring intentions of an operator to move a robotic system
JP6121351B2 (ja) 直列弾性アクチュエータの力およびインピーダンスのロバスト制御のための構成
JP6664138B2 (ja) 制御方法、及びロボット装置
KR101952276B1 (ko) 로봇 매니퓰레이터의 개방-루프/폐쇄-루프 제어를 위한 방법 및 장치
JP5910491B2 (ja) ロボットアーム教示システム及びロボットアーム教示方法
JP4148189B2 (ja) 柔軟関節ロボットアームの制御装置
JP2015157352A (ja) ロボット、ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボット用制御プログラム
WO2005009692A1 (ja) ロボットアームの制御方法および制御装置
JP2007098507A (ja) 作業補助装置
Park et al. Safe joint mechanism based on nonlinear stiffness for safe human-robot collision
JP2006263832A (ja) ロボットの制御装置
JP2004195576A (ja) 機能性流体を用いた柔軟関節マニピュレータ
JP6417034B2 (ja) コボティックマニピュレーター
JP2004364396A (ja) モータの制御装置および制御方法
JP2011041995A (ja) ロボット、2足歩行ロボット及びこれらの制御方法
WO2013018205A1 (ja) 運動装置、モータ制御装置およびモータ制御方法
JP5869991B2 (ja) 駆動装置
JP2006167820A (ja) ロボットアームの制御方法
JP7028410B2 (ja) 機械装置の動力伝達システム
JP5802191B2 (ja) リンク機構の制御装置
JP2013163223A (ja) トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置
JP2013163224A (ja) トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置
JP5614232B2 (ja) ロボットハンドの制御装置、制御方法、及び制御用プログラム
JP7502781B2 (ja) ロボットアームの制御システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200421

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200421

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6699843

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250