JP7028083B2

JP7028083B2 - Robot control device and robot system

Info

Publication number: JP7028083B2
Application number: JP2018124298A
Authority: JP
Inventors: 祐真磯部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020001137A

Description

この発明は、動作範囲を制限されたロボットアームの直接教示において、動作範囲制限を回避するロボット制御装置およびロボットシステムに関するものである。 The present invention relates to a robot control device and a robot system that avoid the limited operating range in the direct teaching of a robot arm having a limited operating range.

ロボットアームの動作軌跡をロボットアームに認識させるために、従来より、教示作業を実施している。教示作業とは、制御プログラムによるロボットアームの運転を行う前に、制御プログラムで使用するロボットアームの手先を移動させたい位置をロボットアームに記憶させる作業であり、この教示動作の一手法として、直接教示がある。直接教示はロボットアームを人が直接つかんで手動操作し、記憶させたい位置へ移動させることで教示を行う方法である。直接教示では、ロボットアームを人が直接つかんで動かすと、ロボットアームに発生した力を各関節軸のモータの電流値やトルクセンサなどが検知し、この検知した力からロボットアームへの時々刻々の指令を作成することができる。移動先の位置を指定するためには、作業者はロボットアームを手動操作して移動先の位置へロボットアームの手先を移動させることで、移動先の位置をロボットアームに記憶させることができる。 In order for the robot arm to recognize the motion trajectory of the robot arm, teaching work has been carried out conventionally. The teaching work is a work of storing in the robot arm the position where the hand of the robot arm used in the control program is desired to be moved before the robot arm is operated by the control program. There is teaching. Direct teaching is a method in which a person directly grasps the robot arm, manually operates it, and moves it to a position where it is desired to be memorized. In direct teaching, when a person directly grasps and moves the robot arm, the force generated by the robot arm is detected by the current value of the motor of each joint axis, the torque sensor, etc., and the detected force is applied to the robot arm every moment. You can create a command. In order to specify the position of the movement destination, the operator can manually operate the robot arm to move the hand of the robot arm to the position of the movement destination, so that the position of the movement destination can be stored in the robot arm.

上記のような直接教示が可能なロボットアームにおいて、直接教示中に動作環境内にある障害物等にロボットアームを触れさせたくない場合、その対象物のエリアを動作制限領域として設定し、ロボットアームが動作制限領域に侵入しないよう、ロボットアームの動作を補正したり停止させたりして、ロボットアームを障害物に接触させないようにする技術が従来より知られている。 In the robot arm that can be taught directly as described above, if you do not want the robot arm to touch obstacles in the operating environment during direct teaching, set the area of the object as the operation restriction area and set the robot arm. Conventionally, there has been known a technique of correcting or stopping the movement of the robot arm so that the robot arm does not come into contact with an obstacle.

例えば、特許文献１では教示作業時にロボットアームの手先に力が加えられると、手先が動作制限領域から離れている場合は、加えられた力情報を移動先の手先位置に変換した後、その手先位置から逆運動学により各関節軸の角度を算出し、算出した各関節軸の角度に基づいて、モータを駆動をさせることでロボットアームを駆動する。ただし、手先が動作制限領域に近づくと、手先に加えられた力情報の動作制限領域方向の成分を減少させる補正をしてから、補正した力情報を用いて先と同様にしてロボットアームを駆動する。これにより、手先が動作制限領域に近づくにつれ、動作制限領域方向の力が無視されるので、教示作業時にロボットアームの手先が動作制限領域に侵入することを防止できる。 For example, in Patent Document 1, when a force is applied to the hand of the robot arm during the teaching work, if the hand is away from the movement limiting area, the applied force information is converted into the hand position of the moving destination, and then the hand is used. The angle of each joint axis is calculated from the position by inverse kinematics, and the robot arm is driven by driving the motor based on the calculated angle of each joint axis. However, when the hand approaches the movement limiting area, the robot arm is driven in the same manner as before using the corrected force information after making a correction to reduce the component of the force information applied to the hand in the movement limiting area direction. do. As a result, as the hand approaches the movement-restricted area, the force in the movement-restricted area is ignored, so that it is possible to prevent the hand of the robot arm from invading the movement-restricted area during the teaching work.

特開２００５－３４９９１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-34991

しかし、上記特許文献１のようなロボット制御装置は、手先に加えられた力を補正し、手先位置のみを補正するため、手先の動作に伴い動作するロボットアームの手先以外の部位が、動作制限領域へ侵入することを防ぐことができなかった。 However, since the robot control device as in Patent Document 1 corrects the force applied to the hand and corrects only the position of the hand, the part other than the hand of the robot arm that moves with the movement of the hand is restricted. It was not possible to prevent the invasion of the area.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、教示作業時にロボットアームの手先以外の部位も動作制限領域に侵入しないロボット制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a robot control device in which a portion other than the hand of the robot arm does not invade the operation restricted area during teaching work.

本発明のロボット制御装置は、ロボットアームの直接教示操作中に、ロボットアームの手先に加えられた外部操作力を検知する外部操作力検知部と、ロボットアームを侵入させない領域である動作制限領域を記憶する動作制限領域記憶部と、外部操作力検知部が検知した外部操作力の情報から、手先の移動先の位置を指示する位置指令を生成する位置指令生成部と、位置指令により手先が動作制限領域に侵入する場合、位置指令の動作制限領域の方向の成分を減少させて位置指令を補正する位置指令補正部と、補正された位置指令からロボットアームが有する各関節軸の角度パターンを算出する逆運動学計算部と、逆運動学計算部により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアームが動作制限領域に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択する角度パターン選択部と、を備え、位置指令生成部が生成した位置指令が動作制限領域内に侵入すると判断されたとき、動作制限領域の境界面上から当該境界面から離れた動作制限領域外まで位置指令を補正可能な範囲で値を設定可能な補正係数を乗じて補正された位置指令を生成し、ロボットアームの直接教示操作の継続を可能とすることを特徴とする。
The robot control device of the present invention has an external operation force detection unit that detects an external operation force applied to the hand of the robot arm during a direct teaching operation of the robot arm, and an operation restriction area that is a region that prevents the robot arm from entering. The operation limiting area storage unit to be stored, the position command generation unit that generates a position command to indicate the position of the destination of the hand from the information of the external operation force detected by the external operation force detection unit, and the position command to operate the hand. When entering the restricted area, the position command correction unit that corrects the position command by reducing the component in the direction of the operation restricted area of the position command, and the angle pattern of each joint axis of the robot arm are calculated from the corrected position command. Inverse kinematics calculation unit, and among the angle patterns of each joint axis calculated by the inverse kinematics calculation unit, an angle pattern selection unit that selects the angle pattern of each joint axis that does not allow the robot arm to enter the motion restriction area. When it is determined that the position command generated by the position command generator enters the operation restricted area, the position command can be corrected from the boundary surface of the operation restricted area to the outside of the operation restricted area away from the boundary surface. It is characterized in that a corrected position command is generated by multiplying a correction coefficient whose value can be set in a range, and the direct teaching operation of the robot arm can be continued.

本発明に係るロボット制御装置およびロボットシステムによれば、位置指令によりロボットアームの手先が動作制限領域に侵入する場合、位置指令の動作制限領域方向の成分を減少させて補正した位置指令を生成する位置指令補正部と、補正した位置指令からロボットアームが有する各関節軸の角度パターンを算出する逆運動学計算部と、逆運動学計算部により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアームが動作制限領域に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択する角度パターン選択部を備えるので、教示作業時にロボットアームの手先以外の部位が動作制限領域へ侵入することを防ぐロボット制御装置およびロボットシステムを得ることができる。 According to the robot control device and the robot system according to the present invention, when the hand of the robot arm invades the operation restricted area by the position command, the component in the operation restricted area direction of the position command is reduced to generate the corrected position command. Of the position command correction unit, the inverse kinematics calculation unit that calculates the angle pattern of each joint axis of the robot arm from the corrected position command, and the angle pattern of each joint axis calculated by the inverse kinematics calculation unit, the robot A robot control device and a robot that prevent parts other than the hands of the robot arm from invading the motion-restricted area during teaching work because the arm is equipped with an angle pattern selection unit that selects the angle pattern of each joint axis that does not invade the motion-restricted area. You can get the system.

本発明の実施の形態１のロボット制御装置を備えるロボットシステムの模式図Schematic diagram of a robot system including the robot control device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１のロボット制御装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the robot control device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１の補正処理の概要図Schematic diagram of the correction process of Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１の補正処理の説明図Explanatory drawing of correction processing of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１のロボット制御装置を備えるロボットシステムの模式図Schematic diagram of a robot system including the robot control device according to the first embodiment of the present invention.

実施の形態１
以下、本発明の実施形態１におけるロボット制御装置について、図を用いて説明する。 Embodiment 1
Hereinafter, the robot control device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態１のロボット制御装置を備えるロボットシステムの模式図である。本発明の実施の形態１のロボットシステムはロボットアーム１とロボット制御装置３を備える。 FIG. 1 is a schematic diagram of a robot system including the robot control device according to the first embodiment of the present invention. The robot system according to the first embodiment of the present invention includes a robot arm 1 and a robot control device 3.

ロボットアーム１はロボットアーム１の手先に外部から加えられる力の大きさを検知可能なセンサ２を備えている。力の大きさを検知可能な装置はトルクセンサや力覚センサに限らず、各関節軸モータの電流値などでもよい。 The robot arm 1 includes a sensor 2 capable of detecting the magnitude of a force applied from the outside to the hand of the robot arm 1. The device capable of detecting the magnitude of the force is not limited to the torque sensor and the force sensor, but may be the current value of each joint shaft motor.

ロボット制御装置３は外部操作力検知部４、位置指令生成部５、動作制限領域記憶部６、位置指令補正部７、逆運動学計算部８、及び角度パターン選択部９を備える。 The robot control device 3 includes an external operation force detection unit 4, a position command generation unit 5, an operation limiting area storage unit 6, a position command correction unit 7, an inverse kinematics calculation unit 8, and an angle pattern selection unit 9.

外部操作力検知部４はロボットアーム１のセンサ２から取得した力情報からロボットアーム１の手先にかけられた外部操作力を検知する。 The external operation force detection unit 4 detects the external operation force applied to the hand of the robot arm 1 from the force information acquired from the sensor 2 of the robot arm 1.

位置指令生成部５は、外部操作力検知部４から伝達される外部操作力情報に基づいてロボットアーム１の手先の移動先の位置を指示する位置指令を生成する。 The position command generation unit 5 generates a position command instructing the position of the movement destination of the hand of the robot arm 1 based on the external operation force information transmitted from the external operation force detection unit 4.

動作制限領域記憶部６は３次元位置座標系で指定される動作制限領域１０を記憶する。動作制限領域とは、おいてロボットアーム１の侵入を禁止する領域であり、例えば、人が存在する領域等を指す。 The operation limiting area storage unit 6 stores the operation limiting area 10 designated by the three-dimensional position coordinate system. The operation-restricted area is an area in which the intrusion of the robot arm 1 is prohibited, and refers to, for example, an area in which a person exists.

位置指令補正部７は、位置指令生成部５が生成した位置指令に従うとロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に近づく場合に、位置指令の動作制限領域１０の境界面法線方向の成分を減少させて、手先の移動先の位置指令を補正する。 When the hand of the robot arm 1 approaches the operation limiting area 10 according to the position command generated by the position command generation unit 5, the position command correction unit 7 outputs a component in the boundary surface normal direction of the operation restriction area 10 of the position command. Decrease and correct the position command of the destination of the hand.

逆運動学計算部８は、位置指令補正部７が補正した手先の移動先の位置指令から、手先をその位置にするためのロボットアーム１が有する各関節軸の角度パターンを算出する。手先をある位置にするためには各関節軸の角度の組み合わせは複数存在し、角度パターンとは、この手先のある位置を実現する各関節軸の角度の組み合わせのことを指す。なお、本発明の説明において、ロボットアーム１の関節軸は複数であることを前提として説明しているが、これに限られず、ロボットアーム１の関節軸は１つでもよい。 The inverse kinematics calculation unit 8 calculates the angle pattern of each joint axis of the robot arm 1 for setting the hand to that position from the position command of the movement destination of the hand corrected by the position command correction unit 7. There are a plurality of combinations of angles of each joint axis in order to make the hand a certain position, and the angle pattern refers to a combination of angles of each joint axis that realizes the position of the hand. Although the description of the present invention is based on the premise that the robot arm 1 has a plurality of joint axes, the present invention is not limited to this, and the robot arm 1 may have one joint axis.

角度パターン選択部９は逆運動学計算部８により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアーム１が動作制限領域記憶部６が記憶する動作制限領域１０に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択し、各関節軸のモータへの回転指令情報へ変換し、ロボットアーム１に伝える。なお、角度パターン選択部９は、ロボットアーム１が動作制限領域１０に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択するものとしたが、選択可能な角度パターンの候補が複数存在する場合には、このときの各関節軸の角度からの変化が最小のパターンを選択すれば良い。このように、最小のパターンを選択することで、より短時間且つ少ないロボットアーム１の動きで目的の手先位置に移動させることができるので、教示作業動作の効率を向上させると共にロボットアーム１の動作による振動によるブレを軽減できる。 Of the angle patterns of each joint axis calculated by the inverse kinematics calculation unit 8, the angle pattern selection unit 9 is the angle of each joint axis in which the robot arm 1 does not enter the motion restriction area 10 stored in the motion restriction area storage unit 6. A pattern is selected, converted into rotation command information for the motor of each joint axis, and transmitted to the robot arm 1. The angle pattern selection unit 9 selects the angle pattern of each joint axis in which the robot arm 1 does not invade the motion limiting region 10. However, when there are a plurality of selectable angle pattern candidates, this is used. It suffices to select the pattern that minimizes the change from the angle of each joint axis. In this way, by selecting the minimum pattern, it is possible to move the robot arm 1 to the target hand position in a shorter time and with less movement of the robot arm 1, so that the efficiency of the teaching work operation is improved and the operation of the robot arm 1 is performed. It is possible to reduce the blurring caused by the vibration caused by the vibration.

次に、本実施の形態１のロボット制御装置３の動作、特に教示作業中の動作について説明する。図２は、本実施の形態１の教示作業中のロボット制御装置３の制御フローである。 Next, the operation of the robot control device 3 of the first embodiment, particularly the operation during the teaching work, will be described. FIG. 2 is a control flow of the robot control device 3 during the teaching work of the first embodiment.

教示作業を始める前に、ロボットシステム構築者はロボットアーム１の動作制限領域１０を設定する。この動作制限領域１０の情報はロボット制御装置３内の３次元位置座標系において定義され、ロボット制御装置３の動作制限領域記憶部６に格納される。動作制限領域１０の定義方法としては、３次元空間における位置を３点指定して３次元空間における無限平面を使用して領域を区切る方法や、平面を複数使用して３次元多面体の領域を設定する方法等がある。動作制限領域１０の設定方法は動作制限領域１０の表現に必要な位置情報を直接数値入力する方法や、ロボットアーム１を該当位置に動作させてロボットアーム１の手先位置情報をにより設定する方法等がある。 Before starting the teaching work, the robot system builder sets the operation limiting area 10 of the robot arm 1. The information of the operation restriction area 10 is defined in the three-dimensional position coordinate system in the robot control device 3, and is stored in the operation restriction area storage unit 6 of the robot control device 3. As a method of defining the operation restriction area 10, a method of designating three positions in the three-dimensional space and dividing the area by using an infinite plane in the three-dimensional space, or a method of setting the area of the three-dimensional polyhedron by using a plurality of planes. There is a way to do it. The method of setting the operation restriction area 10 is a method of directly inputting numerical values of the position information necessary for expressing the operation restriction area 10, a method of operating the robot arm 1 at the corresponding position, and a method of setting the hand position information of the robot arm 1 by the method. There is.

動作制限領域１０を設定した後、ロボット制御装置３は図２の制御フローを開始する。まず、ステップＳ１で、外部操作力検知部４が作業者によりロボットアーム１に力が加えられたか否かを判断する。外部操作力検知部４が外部操作力を検知しなかった場合、フローは終了し、再度ステップＳ１に戻り外部操作力の検知を繰り返す。 After setting the operation restriction area 10, the robot control device 3 starts the control flow of FIG. First, in step S1, the external operating force detecting unit 4 determines whether or not a force is applied to the robot arm 1 by the operator. If the external operating force detecting unit 4 does not detect the external operating force, the flow ends, the process returns to step S1 again, and the detection of the external operating force is repeated.

外部操作力検知部４が外部操作力を検知した場合、ステップＳ２に進み、外部操作力検知部４はロボットアーム１から取得した外部操作力の情報を外部操作力情報に変換し、位置指令生成部５に伝え、位置指令生成部５が位置指令を作成する。外部操作力情報としてはロボットアーム１の手先への力のベクトル情報やロボットアーム１の各関節軸のトルク情報、ロボットアーム１の各関節軸の指令位置と実際の位置との偏差などが考えられる。位置指令生成部５はこの外部操作力情報を基にロボットアーム１の手先の位置指令を作成する。ここで作成される位置指令としてはロボットアーム１の手先位置に限らず、ロボットアーム１の関節角度やその情報を基にロボットアーム１の機構情報から順運動学計算で算出したロボットアーム１の各部位の位置情報でもよい。 When the external operation force detection unit 4 detects the external operation force, the process proceeds to step S2, and the external operation force detection unit 4 converts the information of the external operation force acquired from the robot arm 1 into the external operation force information and generates a position command. It is transmitted to the unit 5, and the position command generation unit 5 creates the position command. As the external operating force information, vector information of the force to the hand of the robot arm 1, torque information of each joint axis of the robot arm 1, deviation between the command position of each joint axis of the robot arm 1 and the actual position, etc. can be considered. .. The position command generation unit 5 creates a position command of the hand of the robot arm 1 based on this external operation force information. The position command created here is not limited to the hand position of the robot arm 1, but each of the robot arm 1 calculated by forward kinematics calculation from the mechanical information of the robot arm 1 based on the joint angle of the robot arm 1 and the information thereof. It may be the position information of the part.

ステップＳ２の後、ステップＳ３に進み、位置指令補正部７が、動作制限領域記憶部６に格納されている動作制限領域１０の情報を基に位置指令生成部５が生成した位置指令によってロボットアーム１が動作制限領域１０に侵入するか否かを判定する。判定処理の一例として、動作制限領域１０がロボット制御装置内の３次元座標系における平面の表側として定義されている場合、位置指令におけるロボットアーム１の制限対象の１点がその平面の表側にある場合に動作制限領域１０に侵入していると判定する。 After step S2, the robot arm proceeds to step S3, and the position command correction unit 7 receives a position command generated by the position command generation unit 5 based on the information of the operation restriction area 10 stored in the operation restriction area storage unit 6. It is determined whether or not 1 invades the operation restriction area 10. As an example of the determination process, when the operation restriction area 10 is defined as the front side of a plane in the three-dimensional coordinate system in the robot control device, one point of the restriction target of the robot arm 1 in the position command is on the front side of the plane. In this case, it is determined that the operation restricted area 10 is invaded.

ステップＳ３で位置指令補正部７によりそのままの位置指令ではロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入すると判定されたとき、ステップＳ４に進み、位置指令補正部７で、位置指令の補正処理を実施した後、逆運動学計算部８に補正した位置指令を伝えステップＳ５に進む。位置指令補正部７によりロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入していないと判定された場合にはステップＳ４の補正処理は実施せず、位置指令補正部７がそのまま逆運動学計算部８に位置指令を伝えステップＳ５に進む。 When it is determined by the position command correction unit 7 in step S3 that the hand of the robot arm 1 invades the operation restriction area 10 with the position command as it is, the process proceeds to step S4, and the position command correction unit 7 corrects the position command. After that, the corrected position command is transmitted to the inverse kinematics calculation unit 8 and the process proceeds to step S5. If it is determined by the position command correction unit 7 that the hand of the robot arm 1 has not invaded the operation restriction area 10, the correction process of step S4 is not performed, and the position command correction unit 7 is used as it is in the inverse kinematics calculation unit. The position command is transmitted to 8 and the process proceeds to step S5.

ステップＳ５で、逆運動学計算部８が位置指令補正部７からの位置指令からロボットアーム１が有する各関節軸の角度パターンを算出し、角度パターン選択部９は逆運動学計算部８により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアーム１が動作制限領域記憶部６が記憶する動作制限領域に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択し、各関節軸の角度パターンに変換された位置指令をロボットアーム１の各関節軸のサーボモータに送信することでロボットアーム１が動作する。 In step S5, the inverse kinematics calculation unit 8 calculates the angle pattern of each joint axis of the robot arm 1 from the position command from the position command correction unit 7, and the angle pattern selection unit 9 is calculated by the inverse kinematics calculation unit 8. From the angle patterns of each joint axis, the angle pattern of each joint axis that the robot arm 1 does not invade the motion restriction area stored in the motion restriction area storage unit 6 was selected and converted into the angle pattern of each joint axis. The robot arm 1 operates by transmitting a position command to the servo motor of each joint axis of the robot arm 1.

以上のようなステップＳ１～ステップＳ５の動作により、ロボット制御装置３がロボットアーム１を制御する。 The robot control device 3 controls the robot arm 1 by the operations of steps S1 to S5 as described above.

次に、本発明の実施の形態１の位置指令補正部７での補正の方法を具体的に説明する。
図３は本発明の実施の形態１の補正処理の概要図である。ここでは３次元平面によってロボットアーム１が存在しない側を動作制限領域１０として設定し、ロボットアーム１の手先に対してのみ外部の作業者の手１１により力を加える場合を考える。Ｐ_Ｏはロボットアーム１のモータエンコーダから取得した各関節軸の回転角度から算出した実際のロボットアーム１の手先位置、Ｐ_ｄは位置指令生成部５により出力された位置指令、Ｐ_modは位置指令補正部で補正された位置指令を示す。 Next, a method of correction by the position command correction unit 7 according to the first embodiment of the present invention will be specifically described.
FIG. 3 is a schematic diagram of the correction process according to the first embodiment of the present invention. Here, consider a case where the side where the robot arm 1 does not exist is set as the operation limiting area 10 by the three-dimensional plane, and a force is applied only to the hand of the robot arm 1 by the hand 11 of an external worker. PO is the actual hand position of the robot arm 1 calculated from the rotation angle of each joint axis acquired from the motor encoder of the robot arm _{1, P d} _is the position command output by the position command generation unit 5, and P _mod is the position command. Indicates the position command corrected by the correction unit.

図４はステップＳ４で行う位置指令補正部７による位置指令の補正処理の説明図である。Ｘ_ｄは位置指令の動作制限領域１０に侵入した成分であり、上記現在のロボットアーム１の手先位置Ｐ_Ｏと位置指令Ｐ_ｄを結んだ線分と、動作制限領域１０を定義する平面との交点をＰ_Cとしたとき、上記Ｐ_Cから上記Ｐ_ｄへの位置ベクトルが上記Ｘ_ｄである。あらかじめ設定された補正係数α（α≧１）を用いることで、補正後の位置指令は下記式（１）によって算出される。 FIG. 4 is an explanatory diagram of a position command correction process performed by the position command correction unit 7 in step S4. X _d is a component that has invaded the operation limiting area 10 of the position command, and is a line segment connecting the hand position PO of the current robot arm _{1 and the position command P d} _and a plane defining the operation limiting area 10. When the intersection is P _C , the position vector from P _C to P _d is X _d . By using the preset correction coefficient α (α ≧ 1), the corrected position command is calculated by the following equation (1).

（１）
によって算出される。

(1)
Calculated by.

実際の位置指令補正部７での処理の流れを説明する。図３の例では、位置指令Ｐ_ｄが動作制限領域１０内に侵入しているため、ステップＳ４にて位置指令補正部７が位置指令の補正を行い、動作制限領域１０の外になるよう、Ｐ_modに補正する必要がある。 The flow of processing in the actual position command correction unit 7 will be described. In the example of FIG. 3, since the position command P _d has invaded the operation limiting area 10, the position command correction unit 7 corrects the position command in step S4 so that the position command is outside the operation limiting area 10. It is necessary to correct to P _mod .

そこでまずは図４のように、ロボットアーム１の各関節軸のモータエンコーダから取得した各関節軸の回転角度から算出した現在のロボットアーム１の手先位置Ｐ_Ｏと位置指令生成部５から出力されたＰ_ｄを結ぶ線分と動作制限領域記憶部６に格納されている動作制限領域１０を定義する平面との交点Ｐ_Cを算出する。次に算出したＰ_Cと上記位置指令Ｐ_ｄを結ぶベクトルＸ_ｄを算出して、そのＸ_ｄを動作制限領域１０を定義する平面と直交するベクトルＸ_nと平面上のベクトルＸ_tに分解する。上記で算出されたＸ_nとあらかじめ設定された補正係数αから上記式（１）を使用して補正された位置指令Ｐ_mod を算出する。図４の例はα＝１で計算した場合である。 Therefore, as shown in FIG. 4, first, it was output from the current hand position _PO of the robot arm 1 and the position command generation unit 5 calculated from the rotation angle of each joint axis acquired from the motor encoder of each joint axis of the robot arm 1. The intersection P _C between the line segment connecting P _d and the plane defining the operation restriction area 10 stored in the operation restriction area storage unit 6 is calculated. Next, the vector X _d connecting the calculated PC and the position command _P _d is calculated, and the X _d is decomposed into a vector X _n orthogonal to the plane defining the operation restriction region 10 and a vector X _t on the plane. .. From the X _n calculated above and the preset correction coefficient α, the corrected position command P _mod is calculated using the above equation (1). The example of FIG. 4 is a case of calculation with α = 1.

上記により算出された補正した位置指令Ｐ_modを位置指令補正部７が逆運動学計算部８に出力する。逆運動学計算部８は位置指令からロボットアーム１が有する各関節軸の角度パターンを算出し、角度パターン選択部９は逆運動学計算部８により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアーム１が動作制限領域記憶部６が記憶する動作制限領域に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択し、各関節軸の角度パターンに変換された位置指令をロボットアーム１の各関節軸のサーボモータに送信する。 The position command correction unit 7 outputs the corrected position command P _mod calculated above to the inverse kinematics calculation unit 8. The inverse kinematics calculation unit 8 calculates the angle pattern of each joint axis of the robot arm 1 from the position command, and the angle pattern selection unit 9 is among the angle patterns of each joint axis calculated by the inverse kinematics calculation unit 8. The robot arm 1 selects the angle pattern of each joint axis that does not invade the motion restriction area stored in the motion restriction area storage unit 6, and the position command converted into the angle pattern of each joint axis is sent to each joint axis of the robot arm 1. Send to the servo motor.

このように、各関節軸の角度パターンに変換された位置指令を角度パターン選択部９がロボットアーム１の各関節軸のサーボモータに送信し、あとは通常の位置制御と同様に制御が行われる。 In this way, the angle pattern selection unit 9 transmits the position command converted into the angle pattern of each joint axis to the servomotor of each joint axis of the robot arm 1, and the rest is controlled in the same manner as the normal position control. ..

なお、図３のように、位置指令Ｐ_ｄが動作制限領域１０内に侵入しており、ステップＳ３でそのままの位置指令Ｐ_ｄではロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入すると位置指令補正部７により判定されたとき、ステップＳ４で、位置指令補正部７で、位置指令の補正処理を実施して逆運動学計算部８に補正した位置指令を伝えると同時に、ロボットアーム１に動作制限領域１０に侵入する要因を示すアラームを発生させ、動作を停止をすることなく教示動作を継続してもよい。その場合は図５に示すように、ロボット制御装置３にアラーム発生部１２を設ける。この場合、ステップＳ４で、位置指令補正部７で、位置指令の補正処理を実施すると同時に、位置指令補正部７からアラーム発生部１２にロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入するか否かの判定結果を伝える。アラーム発生部１２はロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入するという判定結果を受けた場合、動作制限領域１０に侵入する要因を示すアラームを発生させる。 As shown in FIG. 3, the position command P _d has invaded the operation limiting area 10, and in the position command P _d as it is in step S3, when the hand of the robot arm 1 invades the operation limiting area 10, the position command is corrected. When the determination is made by the unit 7, in step S4, the position command correction unit 7 performs the position command correction process and transmits the corrected position command to the inverse kinematics calculation unit 8, and at the same time, the operation is restricted to the robot arm 1. An alarm indicating a factor invading the region 10 may be generated, and the teaching operation may be continued without stopping the operation. In that case, as shown in FIG. 5, the robot control device 3 is provided with the alarm generation unit 12. In this case, in step S4, the position command correction unit 7 performs the position command correction process, and at the same time, whether or not the hand of the robot arm 1 invades the operation restriction area 10 from the position command correction unit 7 into the alarm generation unit 12. Tell the judgment result. When the alarm generation unit 12 receives a determination result that the hand of the robot arm 1 invades the operation restriction area 10, it generates an alarm indicating a factor of invading the operation restriction area 10.

または、位置指令Ｐ_ｄが動作制限領域１０内に侵入しており、ステップＳ３でそのままの位置指令Ｐ_ｄではロボットアーム１の手先が動作制限領域１０に侵入すると位置指令補正部７により判定されたとき、動作制限領域１０に侵入しないように操作者が力を加えるまでロボットアームの動作を停止させてもよい。 Alternatively, it is determined by the position command correction unit 7 that the position command P _d has invaded the operation restriction area 10 and that the hand of the robot arm 1 has invaded the operation restriction area 10 in the position command P _d as it is in step S3. At this time, the operation of the robot arm may be stopped until the operator applies a force so as not to enter the operation restriction area 10.

以上がロボット制御装置３の位置指令の補正方法である。これによりロボットアーム１に動作制限領域１０内へ入るような外部操作力を加えても、動作制限領域１０内へ移動する指令成分が打ち消されるため、ロボットアーム１は動作制限領域１０内へ入ることはなく、動作制限領域１０に沿って教示動作を続けることができる。これにより、動作制限領域１０内に侵入してロボットアーム１が停止することなく、動作制限領域１０付近でスムーズに教示作業を行うことができる。 The above is the correction method of the position command of the robot control device 3. As a result, even if an external operating force that enters the operation limiting area 10 is applied to the robot arm 1, the command component that moves into the operation limiting area 10 is canceled, so that the robot arm 1 enters the operation limiting area 10. However, the teaching operation can be continued along the operation limiting area 10. As a result, the teaching work can be smoothly performed in the vicinity of the operation limiting area 10 without invading the operation limiting area 10 and stopping the robot arm 1.

作業者は直接教示操作によって、目的の教示位置をロボットアーム１に認識させることができた時点で教示作業を完了する。 The operator completes the teaching work when the robot arm 1 can recognize the target teaching position by the direct teaching operation.

以上のようにして、本発明のロボット制御装置３およびロボットシステムによれば、外部操作力情報に基づいて生成された位置指令によりロボットアーム１が動作制限領域１０に侵入する場合に、位置指令の動作制限領域１０の境界面法線方向の成分を減少させて、補正した位置指令を生成する位置指令補正部７を備え、補正した位置指令からロボットアーム１が有する各関節軸の角度パターンを算出する逆運動学計算部８と、逆運動学計算部８により算出された各関節軸の角度パターンのうち、ロボットアーム１が動作制限領域１０に侵入しない各関節軸の角度パターンを選択する角度パターン選択部９を備えるので、ロボットアーム１の手先位置および手先位置以外の部位についても、教示作業時に動作制限領域１０へ侵入することを防ぐことができる。 As described above, according to the robot control device 3 and the robot system of the present invention, when the robot arm 1 invades the operation limiting area 10 by the position command generated based on the external operation force information, the position command is given. A position command correction unit 7 for generating a corrected position command by reducing the component in the boundary surface normal direction of the operation restriction region 10 is provided, and the angle pattern of each joint axis of the robot arm 1 is calculated from the corrected position command. Of the angle patterns of each joint axis calculated by the inverse kinematics calculation unit 8 and the inverse kinematics calculation unit 8, the angle pattern for selecting the angle pattern of each joint axis in which the robot arm 1 does not invade the motion restriction region 10. Since the selection unit 9 is provided, it is possible to prevent the robot arm 1 from invading the operation limiting area 10 even at a portion other than the hand position and the hand position during the teaching work.

１ロボットアーム
２センサ
３ロボット制御装置
４外部操作力検知部
５位置指令生成部
６動作制限領域記憶部
７位置指令補正部
８逆運動学計算部
９角度パターン選択部
１０動作制限領域
１１手
１２アラーム発生部 1 Robot arm 2 Sensor 3 Robot control device 4 External operation force detection unit 5 Position command generation unit 6 Operation restriction area storage unit 7 Position command correction unit 8 Inverse kinematics calculation unit 9 Angle pattern selection unit 10 Operation restriction area 11 Hand 12 Alarm Origin

Claims

An external operation force detection unit that detects the external operation force applied to the hand of the robot arm during the direct teaching operation of the robot arm, and
An operation-restricted area storage unit that stores an operation-restricted area, which is an area in which the robot arm is not allowed to enter,
A position command generation unit that generates a position command that indicates the position of the movement destination of the hand from the information of the external operation force detected by the external operation force detection unit.
When the hand enters the operation limiting area by the position command, a position command correction unit that reduces the component of the position command in the direction of the operation limiting area to correct the position command, and a position command correction unit.
An inverse kinematics calculation unit that calculates the angle pattern of each joint axis of the robot arm from the corrected position command,
Among the angle patterns of the joint axes calculated by the inverse kinematics calculation unit, the angle pattern selection unit for selecting the angle pattern of the joint axes in which the robot arm does not invade the motion limiting region is provided.
When it is determined that the position command generated by the position command generation unit invades the operation limiting area, the position command correction unit uses the command component in the boundary surface normal direction of the operation limiting area of the position command. Generates the position command corrected by multiplying the correction coefficient that can set the value within the range in which the position command can be corrected from the boundary surface of the operation restriction area to the outside of the operation restriction area away from the boundary surface. , A robot control device characterized in that the direct teaching operation of the robot arm can be continued.

When there are a plurality of angle patterns of each joint axis in which the robot arm does not enter the motion limiting region, the angle pattern selection unit selects the angle pattern in which the change in the angle of each joint axis is the minimum. The robot control device according to claim 1.

It is further provided with an alarm generating unit that generates an alarm indicating a factor indicating a factor that invades the operation restricted area.
When it is determined that the position command generated by the position command generation unit invades the operation limiting area, the alarm generating unit generates an alarm indicating a factor of invading the operation limiting area and also generates the position command. The correction unit can correct the position command to the command component in the boundary surface normal direction of the operation limiting area of the position command from the boundary surface of the operation limiting area to the outside of the operation limiting area away from the boundary surface. The invention according to claim 1 or 2, wherein the position command corrected by multiplying a correction coefficient whose value can be set in a range of the range is generated, and the direct teaching operation of the robot arm can be continued. Robot control device.

With the robot arm
A sensor installed on the robot arm that detects the external operating force and transmits it to the external operating force detecting unit.
A robot system comprising the robot control device according to any one of claims 1 to 3.