JPH01222311A - 多自由度作業機械の曲面倣い制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多自由度作業機械の曲面倣い制御装置に係わり
、特に、パリ取り、曲面研磨等を行うための半自動グラ
インダがけ、ロボットのティーチング時における倣い制
御、三次元測定器に使用する倣い制御等の曲面倣い作業
に好適な多自由度作業機械の曲面倣い制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

パリ取り作業あるいは曲面の研磨といった不確定形状を
倣う作業は、従来はロボット等の多自由度作業機械を用
いて必要な位置決めあるいは姿勢法めを行い、この場合
第１６図に示すように、ロボットの手首１００にグライ
ンダ１０１等のツールをバネ１０２やダンパ１０３を介
して取り付けることによってロボットの経路とワーク１
０４の経路間の誤差の吸収を行っていた。

このようなロボットによる倣い作業においては、ロボッ
トは一般的にはティーチング・プレイバック方式で動か
される。ティーチング・プレイバック方式では、教示者
がロボットに対して必要な位置（ポイント）を順次教え
こみ、ロボットはこの教えられたポイントを次々と再現
することである定まった軌跡をたどる。教えられたポイ
ントとポイントの間の軌跡は直線あるいは円弧で補間す
る機能を持つものもある。このようにして決定した軌跡
をロボットが移動することによって作業を行うことがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでティーチング・プレイバック方式においては、
ポイントをティーチするには最低限、位置に関して３次
元のデータを決定する必要があり、場合によっては姿勢
に関してさらに１〜３次元のデータを付加する必要があ
る。第１６図に示した構成のロボットではバネ１０２及
びダンパ１０３の部分の可動範囲には限界があり、ティ
ーチするポイントもこの範囲内になければならない、さ
らにワーク形状が複雑になればティーチングのポイント
も多くとってポイントとポイントの間をつめ、ポイント
間の移動軌跡でも作業点がバネ、ダンパの部分の可動範
囲に入るようにしなければならない、そのためティーチ
ングの動作は非常に煩雑となりティーチング時点におい
て間違えを起こしやすく、時間がかかるという問題があ
った。

本発明の目的は、操作が簡単であり、作業速度が速く、
作業員の疲労の少ない多自由度作業機械の曲面倣い制御
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、作業用ツールに加わる力の大きさを設定す
る力設定手段と、作業用ツールの移動方向を設定する手
動式の２次元入力手段と、作業用ツールが移動する空間
を規定する直交座標系を定め、その直交３軸のうちの１
軸について力設定手段で設定された力を指示する演算制
御を行い、残りの２軸については２次元入力手段で設定
された移動方向を指示する演算制御を行う制御手段とを
有することを特徴とする曲面倣い制御装置によって達成
される。

制御手段は、好ましくは、仮想コンプライアンス制御に
よる演算制御を行う。

制御手段は、２次元入力手段で設定された作業用ツール
の移動方向を位置の目標値、速度の目標値又は力の目標
値のいずれかの形で入力することができる。

２次元入力手段は、−例としてジョイスティックで構成
することができる。

また制御手段は、力検出手段で検出された作業用ツール
とワーク表面との接触点の反力からワーク表面の法線方
向を演算し、ワーク表面に接触する作業用ツールの先端
に原点を有し、そのワーク表面の法線方向を３軸のうち
の１軸とするワーク表面座標系を前記直交座標系として
定めることができる。このとき制御手段はさらに、２次
元入力手段で設定された作業用ツールの移動方向と力検
出手段で検出されな反力から、作業用ツールに予め定め
た直交座標系の１軸をワーク表面の法線方向に一致させ
る位置の目標値を演算し、この位置の目標値に基づき作
業用ツールの姿勢をも指示する制御演算を行うことがで
きる。

〔作用〕

制御手段は、直交座標系の直交３軸のうちの１軸につい
て力設定手段で設定された力の大きさを指示し、残りの
２軸について２次元入力手段で設定された移動方向を指
示する制御演算を行うので、作業員は力設定手段を任意
の値に設定しておけば、２次元入力手段を手動操作する
だけで、作業用ツールをワーク表面の曲面に倣って移動
させることができる。

このとき、直交座標系としてワーク表面座標系を定めた
場合には、曲面の接平面に作業用ツールの移動方向を規
定することができ、移動方向が曲面に沿っているので感
覚的に距離や速度が分かり易くなり、操作性がさらに良
くなる。

またさらに作業用ツールに予め定めた直交座標系の１軸
をワーク表面の法線方向に一致させる位置の目標値に基
づき作業用ツールの姿勢をも指示する制御演算を行った
場合には、作業用ツールをワーク表面に対して常に一定
の角度で押し付けておくことができる。

制御手段で仮想コンプライアンス制御を採用した場合に
は、仮想のばね係数、質藍、粘性係数の値を適宜変更す
ることにより、各軸方向の力制御及び位置制御の切換え
、設定を容易に行うことができる。

また制御手段で、２次元入力手段で設定された作業用ツ
ールの移動方向を位置の目標値、速度の目標値又は力の
目標値のいずれかの形で入力することにより、それぞれ
に対応して位置制御、速度制御、力制御により作業用ツ
ールの移動方向が制御され、作業状況に応じてそれぞれ
の制御モードの長所を生かした動作を行なわせることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、符号１はワーク２の表面の曲面倣い作
業を行う多自由度作業機械であり、平部ＩＡの先端に任
意の位置に移動可能な作業用ツール３を有している。多
自由度作業機械１は一般的には２以上の自由度を有して
いればよいが、本実施例では説明の便宜上、３自由度の
ロボットとする。

多自由度作業Ｉｌ械１の曲面倣い制御装置は、１種類の
信号を発生し、作業用ツール３に加わる力の大きさを設
定する力設定装ｆ４と、２種類の互いに独立した信号を
発生し、作業用ツール３の移動方向を設定する手動式の
２次元入力装置５と、平部ＩＡと作業用ツール３の間に
接続され、作業用ツール３に加わる力の大きさを検出す
る力センサ−６と、多自由度作業機械１の各関節廻りの
軸角度を検出する角度計７と、力設定装置４．２次元入
力装置５、力センサ−６、角度計７から得られる情報を
もとに多自由度作業機械１に制御信号を出力するコント
ローラ８とからなっている。

力設定装置４はポテンショメータのようなアナログ入力
装置を用いることができるが、テン’ｒ−のようなデジ
タル入力装置を用いてもよい。２次元入力装置５はジョ
イスティック等を用いることができる。力センサ−６は
作業機械１の３自由度に対応し、直交３軸方向の力が計
れるものを採用する。角度計７としては、各関節廻りの
駆動を行う駆動モータに取り付けられたエンコーダを使
用することができる。

コントローラ８は、概略的にいえば、作業用ツール３が
移動する空間を規定する直交座標系を定め、その直交３
軸のうちの１軸について力設定装置４で設定された力の
大きさを指示する演算制御を行い、残りの２軸について
２次元入力装置５で設定された移動方向を指示する制御
演算を行う制御手段を包含する。この制御手段の制御ブ
ロックを第２図に示す、第２図に示す制御ブロックは、
力や位置を制御する方法の１つとして、「計測自動制御
学界論文集Ｊ　ＶＯＩ　２２．　Ｎｏ３　（１９８６）
　。

３４３〜３５０頁、特開昭６０−３０１０号及び特開昭
６１−７９０５号に記載の仮想コンプライアンス制御を
採用した例であり、その仮想コンプライアンス制御のブ
ロックが符号１０で示されている。

仮想コンプライアンス制御はばね・マス系の式％式％（
１） ｑ：ワークに作用する力 ■二作業用ツールの速度 ΔＸ：作業用ツールの基準位置との誤差［Ｍ］：仮想質
量 ［Ｃ］：仮想粘性係数 ［Ｋ］：仮想ばね係数 をシミュレーションしてロボットを動かす制御方法であ
り、ｑとΔ入を入力することによりＶを計算し、このＶ
を目標値としてロボットを動かすものである。このとき
Ｍ、Ｃ，には計算上の定数であるため、これらの値を変
えることによりロボットの動作特性を変更することがで
きる。（１）式を３自由度ロボットに適用する場合（１
）式も３次元でよい、これを直交座標系で表現すれば、
９．Δｘ、ｖは直交座標のＸ成分、ｙ成分、Ｚ成分をそ
れぞれ要素とする３次元ベクトルとし、［Ｍ］。

［Ｃ］、［Ｋ］は同様にそれぞれの成分を対角要素にも
つ３×３の対角行列とすればよい、これによってｘ、ｙ
、ｚの３軸方向それぞれについて動作特性を変えられる
０例えば、［’に’　］のＺ軸方向に関する成分を零と
すれば位置フィードバックが切れ、Ｚ軸に関して力制御
のみとなる。さらに［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］の値を適当
に選ぶことによりＸ軸、ｙ軸に関して剛となり位置制御
が可能となる。

このように仮想コンプライアンス制御を採用すれば、軸
ごとに力と位置の制御モードを切換え、選択することが
できる。

第２図に示す仮想コンプライアンス制御１０は、上述し
た制御演算を実現するため、不感帯演算部１１、ばね定
数乗算部１２、減算部１３、特性補償演算部１４を備え
ている。

このような仮想コンプライアンス制御１０を含む第２図
に示す制御手段の全体の機能を、その動作と共に以下に
説明する。ます力センサ−６で検出された力はセンサー
の検出中心を座標原点とするセンサー座標系で表わされ
たものなので、これを力演算１５を施すことにより作業
用ツール３の任意の点を座標原点とした手先座標系での
値に変換する６次いでこれを座標変換１６でベース座標
系の値に変換してｔを得る。なお、一般にベース座標系
とは、ロボット即ち多自由度作業機械１が据え付けられ
ている空間に固定された座標系を言い、ここで言うベー
ス座標系とは、直交３軸の方向がそのベース座標系と一
致するという意味で、原点は手先座標系と同じである。

このベース座標系が、前述した、作業用ツール３が移動
する空間を規定する直交座標系となる。Ｎ標変換１６で
得られた値ｔは、力設定装置４より入力された力目標［
ｆｒ（ｚ軸方向の大きさＦ「のみで他の軸方向の値は零
）と比較器１７で比較され、偏差Δ冒を得る。

一方、多自由度作業機械１の各関節の軸角度を検出する
エンコーダ等の角度計７からの軸角度データは角度演算
１８により各関節角度０に表わされ、これを位置演算１
９によりベース座標系での値スに変換する。

また作業用ツール３の移動方向を設定する２次元入力装
置５はアナログ入力に比例した位置増分ΔＰ（ｉ）（ｘ
軸に関してΔＰ（ｉ）ｘ、　ｙ軸に間してΔＰ（ｉ）ｙ
）をある一定周期ごとに算出し、これを位置目標値演算
２０で現在の目標位置ｘ　ｒ（ｉ）に加算することによ
り、新しい目標位置ｘ　ｒ（ｉ＋１）を得る。即ち、位
置目標値演算２０では以下の演算を行う。

λｒ（ｉ＋１）＝λ「（ｉ）＋ΔＰ　（ｉ）　　　　・
・・（２）なおこの位置目標値演算２０はコントローラ
８の側ではなく、２次元入力装置５の側で行ってもよい
。

位置目標値演算２０で演算された値ｘｒ（ｉ＋１）は位
置目標値ｘｒとして出力され、この値と上述した位置演
算１９からの値Ｘを比較器２１で比較して面差ΔＸを得
る。

比較器１７での力偏差Δｆと比較器２１での位置面差Δ
λは前述した仮想コンプライアンス制御１０に入力され
、制御上の特性補償演算を行う。

本実施例では、上記ベース座標系の２軸方向に力制御を
行い、Ｘ軸、ｙ軸方向には位置制御をするので、ｙ軸に
関するばね定数にの項１２を零とすることによりＺ軸方
向に力制御を実現し、不感帯１１によりＸ軸方向とｙ軸
方向の力の値Δｆを切り捨てることによりＸ軸方向及び
ｙ軸方向の位置制御を実現する。このようにして計算さ
れた最終のｇｉｖはベース座標系で表わされた速度であ
り、このｔｎ　ｖは角速度演算２２により多自由度作業
機械１の各関節速度Ｗに変換し、次いで減速機等の影響
を考慮したモータ速度演算２３を行い、これをサーボア
ンプ２４に出力して多自由度作業機械１を動かす。

コントローラ８のハード的構成を第３図に示す。

ＣＰＵ３０は第２図に制御ブロックで示す制御演算の処
理を行う、この処理を行うためのプログラムはＲＯＭ３
１に予め入力されており、計算の途中結果等を納めるた
めＲＡＭ３２を使用する。力設定装置４．２次元入力装
置５、力センサ−６、角度計７からのアナログ信号はＡ
／Ｄ変換器３３によってデジタル化され、処理される。

力設定装置４にキーボード３４を使用する場合は、その
デジタル信号は直接入力される。ｆ＆終的処理結果はＤ
／Ａ変換器３５を通してアナログ化され、サーボアンプ
２４を通して多自由度作業機械１を動かす。

このように構成された制御装置による曲面倣い動作の一
例を第４図を参照して説明する０図中０−ｘｙｚはベー
ス座標系である１作業内容として、ある時間に作業用ツ
ール３がワーク２にｘ　（ｉ）の地点で接触しており、
この作業用ツール３を次の時間にｘ　（＋＋１）の地点
までワーク２との接触を保ちながら移動させることを考
える０作業員はまず力設定装置４によりベース座標系の
２軸方向の力Ｆ「の大きさを入力する。この値は上述し
た比較器１７に山口標［ｆｒとして入力され、仮想コン
プライアンス制御１０の上述した［［によりベース座標
系の２軸方向に力Ｆ「を発生させる力制御が行われる。

これにより、作業用ツール３は押付力がＦ「に一致する
ようＺ軸方向に押し付けられる。このような状態で作業
員は２次元入力装置５を手動操作し、そのレバーをｘ　
（ｉ＋１）の方向に傾ける。２次元入力装置５はその移
動方向をベース座標系のＸ軸とｙ軸に割り付けており、
それに対応した２１１類の信号が上述した位置目標値演
Ｘ２０に入力される０位置目標値演算２０は上述した（
２）式により新しい目標位置ｘ　ｒ（ｉ÷１）を算出し
、これを比較器２１に入力し、仮想コンプライアンス制
御１０の上述した機能により位置制御が行われる。これ
により作業用ツール３は、ワーク表面に力Ｆ「で押し付
けられなからｘ　（ｕｌ）の地点に到達するまで動かさ
れる。

従って以上のように、作業員は力設定装置４を任意の値
に設定しておけば、２次元入力装置５を手動操作するだ
けで作業用ツール３をワーク表面の曲面に倣って所定の
押付力で自由に移動させることができる。

以上の実施例は、２次元入力装置５で設定された作業用
ツール３の移動方向を位置の目標ｒ１（位置増分）とし
て入力した例であるが、作業用ツールの移動方向を速度
の目標値として入力することもできる。第５図はこのよ
うな実施例を示すもので、この制御ブロックにおいては
、位１のフィードバックを取り去り、２次元入力装置５
からの入力信号はそのままΔλとして速度目標値の形で
入力される。このように構成することにより、前述した
（２）式で示す目標位置がロボットの運動特性により大
きく現有位置とずれてしまい、２次元入力装置からの入
力を切った後でもまだロボットが動いているというよう
な不具合がなくなる。

また２次元入力装置５で設定された作業用ツール３の移
動方向を力の目標値として入力することもできる。第６
図はこのような実施例を示すもので、この制御ブロック
においては、ばね定数乗算部１２のＫも含めて位置のフ
ィードバックを取り去り、山口標値側のＸ軸とｙ軸の入
力に２次元入力装置５からの情報が入力される。これに
より、例えばロボットの進行方向に障害があり、これに
ロボットが衝突したとすると第２図の位置目標値や第５
図の速度目標値で移動方向を指示した場合には、目標と
実際とのずれにより位置或いは速度のフィードバックゲ
インが高くなり、ロボットが損傷するか、ワークがこわ
れてしまう等の不具合があるが、本実施例のように力で
移動方向を入力すれば、設定された押し付は力で作業用
ツール３とワーク２が接触するだけで問題がなくなり、
有利である。

第７図を参照して本発明のさらに他の実施例を説明する
６図中第２図と同等の部材には同じ符号を付している６
以上の実施例は、作業用ツール３か移動する空間を規定
する直交座標系としてベース座標系を定め、仮想コンプ
ライアンス制御１０における制御演算をそのベース座標
系で行った。

しかしながら、直交座標系としては、ワーク表面に接触
する作業用ツール３の先端に原点を有し、そのワーク表
面の法線方向を３軸のうちの１軸とするワーク表面座標
系を定めることができ、第７図はこのような実施例を示
すものである。

即ち第７図において、座標変換１６でベース座標系に変
換された力センサ−６の値は、後述する方法により座標
変換４０でワーク表面座標系の値ｔに変換され、この値
ｔを比較器１７で演算処理した後、仮想コンプライアン
ス制御１０に入力する。

一方、２次元入力装置５の移動方向はワーク表面座標系
での設定と考え、２次元入力装置５のアナログ入力に比
例した位置増分ΔＰ（ｉ）（ｘ軸に関してΔＰ　（ｉ）
ｘ、　ｙ軸に関してΔＰ（ｉ）ｙ）を座標変換４１でベ
ース座標系に変換し、これを位置目標値演算２０で現在
の目標位置入’ｒ（ｉ）に加算することにより、新しい
目標位置ｘ　’ｒ（ｉ＋１）を得て位置目標値入゛「と
して出力する。このｔｌｉｘ　’　ｒと位置演算１９で
得られた値入゛を比較器２１によって比較してベース座
標系での位置偏差Δ入°を得て、この値を座標変換４２
でワーク表面座標系での値Δ入に変換し、この値をコン
プライアンス制御１０に入力する。

さらに仮想コンプライアンス制御１０で演算された値Ｖ
はワーク表面座標系で表わされた速度であるので、これ
を座標変換４３によりベース座標系で表わしたｇｉｖ’
に変換し、これを角速度演算２２に入力する。

上記座標変換４０〜４３では、ベース座標系からワーク
座標系への変換又はワーク座標系からベース座標系への
変換を行うための座標変換行列用のデータとして、ワー
ク表面座標系を演算することが必要である。第８図はこ
の演算を行うための制御ブロックを示す０作業用ツール
３がワーク表面に接触しているときは、作業用ツール３
には力の反作用として接平面の法線方向に反力が作用し
、この反力が力センサ−６により検出される。この検出
された反力は座標変換１６でベース座標系に変換される
。このベース座標系に変換された反力をワーク表面座標
系の演算のためにを用いる。即ち、法線方向演算４４で
ベース座標系に変換された反力の方向をワーク表面の法
線の方向とする。

次いでワーク表面座標系座標軸演算４５において、ベー
ス座標系に変換された反力の方向に一致する法線方向を
ワーク表面座標系のｚｉ軸の方向と定める。またワーク
表面座標系座標軸演算４５にはベース座標系Ｏｂ　−ｘ
ｂ　ｙｂ　ｚｂ　　（第９図参照）のデータが予め入力
されており、ベース座標系のｘｂ−ｙｂ平面内にあり、
上記求められたｚｉ軸と垂直方向にｘｉ軸を取る。さら
にＺ軸、Ｘ軸に垂直で、座標系が右手系となるようにｙ
ｉ軸を★める。これによりワーク表面に接触する作業用
ツール３の先端に原点を有するワーク表面座標系が定義
できる。このワーク表面座標系のデータを座標変換４０
〜４３へ送り、各座標変換４０〜４３でワーク座標系と
ベース座標系との間の変換行列を演算し、それぞれの座
標変換を行う。

この実施例による曲面倣い動作の一例を第９図及び第１
０図を参照して説明する０図中、ベース座標系をＯｂ　
−ｘｂ　ｙｂ　ｚｂで表わす０作業内容として、前述し
た実施例と同様、ある時間に作業用ツール３がワーク２
にｘ（ｉ）の地点で接触しており、この作業用ツール３
を次の時間にｘ（ｉ＋１）の地点までワーク２との接触
を保ちながら移動させることを考える０作業員はまず力
設定装置４によりワーク表面８ｍ系の２軸方向の力Ｆ「
の大きさを入力する。この値は上述した比較器１７に角
目標値Ｃ「として入力される。一方、°作業用ツール３
はワーク表面に接触しているので、力センサ−６により
反力が検出され、上述したようにワーク表面座漂系座標
軸演算４４で演算されたワーク表面８標系のデータが座
標変換４０〜４３へ送られ、力設定装置４の目標力Ｆ「
は、座標変換４０でワーク表面座標系に変換された力と
比較器１７で比較され、仮想コンプライアンス制御１０
の上述した機能によりワーク表面座標系の２軸方向に力
Ｆ「を発生させる力制御が行われる。これにより、作業
用ワーク３はワーク表面の法線方向に押付力Ｆ「で押し
付けられる。このような状態で作業員は２次元入力装置
５を手動操作し、そのレバーをｘ　（ｉ＋１）の方向に
傾ける。２次元入力装置５はその移動方向をワーク表面
座標系のｘｉ軸とｙｉ軸に割り付けており、それに対応
した２種類の信号が上述した座標変換４１及び位置目標
値演算２０に入力される。座標変換４１では２次元入力
装置５の目標位置をワーク表面ＭｔｌＡ系に変換し、位
置目標値演Ｘ２０で演算された新しい目標位置ｘ　’ｒ
（ｉ＋１）を比較器２１に入力し、仮想コンプライアン
ス制御１０の上述した機能により位置制御を行う、これ
により作業用ツール３は、ワーク表面の法線方向に力Ｆ
ｒで押し付けられながらｘ（ｉ憬１）の地点に到達する
まで動かされる。

これにより作業員は、２次元入力装置５のレバーを操作
することによって、作業用ツール３を任意の位置に移動
することができ、しかも、ワーク表面座標系ｘ（ｉ）−
ｘｉ　ｙｉ　ｚｉはある一定の周期によって、その時点
で検出された反力方向を基に逐次更新されて行くので、
曲面が複雑であっても、移動方向を勘違いすることがな
く容易に曲面倣い動作の作業を行うことができる。

なおこの実施例は、２次元入力装置５で設定された作業
用ツール３の移動方向を位置の目標値（位置増分）とし
て入力した例であるが、第２図に示した実施例と同様、
作業用ツールの移動方向を速度の目標値又は力の目標値
として入力することができ、この場合は、第５図及び第
６図に対応して第１１図及び第１２図に示すように構成
することができる。このように構成することにより、第
５図及び第６図に示した実施例と同様の作用効果を得る
ことができる。

本発明のさらに曲の実施例を第１３図ないし第１４図を
参照して説明する。第１３図において第７図に示す部材
と同等の部材には同じ符号を付しである。この実施例は
さらに、２次元入力装置で設定された作業用ツールの移
動方向と力センサーで検出された反力とから、作業用ツ
ールに予め定めた直交座標系の１軸を前記ワーク表面の
法線方向に一致させる位置の目標値を演算し、この位置
の目標値に基づき作業用ツールの姿−勢をも制御しよう
とするものである０本実施例では多自由度作業機械１と
して５自由度のロボットを使用し、力センサ−６に３軸
方向の軸力とモーメントが測れるものを使用する。

第１３図において、２次元入力装′１１５のアナログ入
力に比例した位置増分ΔＰ（ｉ）（ｘ軸に関してΔＰ（
ｉ）ｘ、ｙ軸に関してΔＰ（ｉ）ｙ）はワーク表面座標
系で表現された値をとる。この位置増分ΔＰ　（ｉ）を
座標変換４１でベース座標系の値に変換し、これから前
述した実施例と同様、位置目標値演算２０で位置目標値
Ｘ「を演算して得る。一方、座標変換１６でベース座標
系に変換され力から演算部５１で大きさを１とした力の
反力方向ベクトルを演算し、この反力方向ベクトルを上
記位置目標値Ｘ「に加算器５２で加え合わせ、後述する
作業用ツール３に定義されたツール座標系０ｔｉ−ｘｔ
ｉｙ　ｔｉｚ　ｔｉ　（第１４図参照）のｚｔｉ軸を当
該反力ベクトル方向に向けさせる姿勢制御を含む位置目
標値ｘ’ｒを得る。

この実施例による曲面倣い動作の一例を第１４図及び第
１５図を参照して説明する０図中、ベース座標系をＱｉ
）−Ｘｂ　ｙｂ　ｚｂで表わす、また作業用ツール上に
固定されツールの移動と共に移動する座標系をＯｔｉ　
−ｘ　ｔｉｙ　ｔｉｚ　ｔｉで表わす６作業内容として
、前述した実施例と同様、ある時間に作業用ツール３が
ワーク２にｘ　（ｉ）の地点で接触しており、この作業
用ツール３を次の時間にｘ（ｉ＋１）の地点までワーク
２との接触を保ちながら移動させることを考える。力設
定装置で設定された目標力Ｆ「により、作業用ワーク３
がワーク表面の法線方向に押付力Ｆ「で押し付けられる
のは前述した第７図に示す実施例と同様である。このよ
うな状態で作業員は２次元入力装置５を手動操作し、そ
のレバーをｘ　（ｉ＋１）の方向に傾ける。２次元入力
装置５はその移動方向をワーク表面座標系のｘｉ軸とｙ
ｌ軸に割り付Ｃｔており、それに対応した２種類の信号
を出力する。この信号は座標変１奥４１、位置目標値演
算２０、加算器５２で上述した演算処理を施され、位置
目標値入゛「を比較器２１に入力し、仮想コンプライア
ンス制御１０により位置制御を行う、これにより作業用
ツール３は、ワーク表面の法線方向に力Ｆ「で押し付け
られながらｘ　（ｉ＋１）の地点に到達するまで動かさ
れ出された力の方向に一致するよう姿勢が制御される。

ここで作業用ツール３の軸方向にｚｔｉ軸をとると、作
業用ツール３とワーク２の接触点位置Ｏ１は変化ぜす、
作業用ツールの軸方向が検出された力の方向に一致する
よ）姿勢が制御される。即ち、第１４図及び第１５図に
おいて、λ（ｉ−１）の地点でｚ　ｔｉ−１の方向に姿
勢が向いているツール３はｘｉの地点で、検出された力
の方向に一致するようにｚｔｉに姿勢を向け、ｘ　（ｉ
＋１）の地点ではＺｔ　ｉ＋１の方向に姿勢が向いてい
る。Ｘｉの地点における点線はｚｔｉ−１の方向を示し
ている。

このように作業用ツールの姿勢を力の反力によって制御
することにより、作業用ツールをワーク表面に対し一定
の角度を保って押付けて移動させることができるので、
曲面倣い動作をより容易に行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば以下の効果が得られる。

１、ワークの曲面の形状にとられれず平面内の移動と同
じ感覚で倣いを行うことができるため、操作が簡単で疲
れにくい。

２、ティーチングに応用した場合は、操作の単純化によ
りティーチングを行う速さが増す、このとき作業用ツー
ルの姿勢をも制御した場合には、姿勢のティーチングが
不要となり、ティーチングをさらに速く行うことができ
る。

３、グラインダがけ等においては、作業用ツールを手に
持つ必要がないため疲労が少ない。

４、直交座標系としてワーク表面座標系を定めた場合に
は、移動方向が曲面に沿っているので感覚的に距離や速
度が分かり易く、操作性がさらに良くなる。

５、作業用ツールの姿勢をも制御した場合には、グライ
ンダかけ等において、作業用ツールをワーク表面に対し
て常に一定の角度を保って押し付けることができるので
、加工精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による多自由度作業機械の曲
面倣い制御装置の全体を示す概略図であり、第２図はそ
の制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第
３図はその制御装置のハード構成を示す概略図であり、
第４図は同制御装置による曲面倣い動作を説明するため
の説明図であり、第５図は本発明の他の実施例による曲
面倣い制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり
、第６図は本発明のさらに他の実施例による曲面倣い制
御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第７図
は本発明のなおさらに他の実施例による曲面倣い制御装
置の制御内容を示す制御ブロック図であり、第８図はそ
の制御装置のワーク表面座標系演算のための制御内容を
示す制御ブロック図であり、第９図は同制御装置による
曲面倣い動作を説明するための説明図であり、第１０図
（＾）及び（８）はそれぞれ第９図のＸ　（Ａ）　−Ｘ
　（Ａ）線及びＸ　（Ｂ）　−Ｘ　（Ｂ）線に沿った断
面図であり、第１１図は本発明のさらに他の実施例によ
る曲面倣い制御装置の制御内容を示す制御ブロック図で
あり、第１２図は本発明のまたさらに他の実施例による
曲面倣い制御装置の制御内容を示す制御プロ・ｙり図で
あり、第１３図は本発明のさらに他の実施例による曲面
倣い制御装置の制御内容を示す制御ブロック図であり、
第１４図はその制御装置による曲面倣い動作を説明する
ための説明図であり、第１５図（八）及び（Ｂ）はそれ
ぞれ第１４図のＸ　Ｖ　（八）−ＸＶ［Ａ）線及びＸ　
Ｖ　（Ｂ）　　Ｘ　Ｖ　（Ｂ）　Ｈニ沿ッた断面図であ
り、第１６図は従来の曲面倣い制御装置を示す概略図で
ある。 符号の説明 １・・・多自由度作業機械　２・・・ワーク３・・・作
業用ツール　　　４・・・力設定装置５・・・２次元入
力装置　　６・・・力センサ−７・・・角度計 １０・・・仮想コンプライアンス制御 ４０〜４３−・・・座標変換　４４・・・法線方向演算
４５・・・ワーク表面座標系座標軸演算５１・・・力の
反力方向ベクトル演算

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業用ツールを任意の位置に移動可能な多自由度
   作業機械の曲面倣い制御装置において、作業用ツールに
   加わる力の大きさを設定する力設定手段と、作業用ツー
   ルの移動方向を設定する手動式の２次元入力手段と、作
   業用ツールが移動する空間を規定する直交座標系を定め
   、その直交３軸のうちの１軸について力設定手段で設定
   された力の大きさを指示する演算制御を行い、残りの２
   軸について２次元入力手段で設定された移動方向を指示
   する制御演算を行う制御手段とを有することを特徴とす
   る曲面倣い制御装置。
2. （２）前記制御手段が、力検出手段で検出された作業用
   ツールとワーク表面との接触点の反力からワーク表面の
   法線方向を演算し、ワーク表面に接触する作業用ツール
   の先端に原点を有し、そのワーク表面の法線方向を３軸
   のうちの１軸とするワーク表面座標系を前記直交座標系
   として定めることを特徴とする請求項１記載の曲面倣い
   制御装置。
3. （３）前記制御手段が、仮想コンプライアンス制御によ
   る制御演算を行うことを特徴とする請求項１又は２記載
   の曲面倣い制御装置。
4. （４）前記制御手段が、前記２次元入力手段で設定され
   た作業用ツールの移動方向を位置の目標値として入力す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の曲面倣い制御
   装置。
5. （５）前記制御手段が、前記２次元入力手段で設定され
   た作業用ツールの移動方向を速度の目標値として入力す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の曲面倣い制御
   装置。
6. （６）前記制御手段が、前記２次元入力手段で設定され
   た作業用ツールの移動方向を力の目標値として入力する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の曲面倣い制御装
   置。
7. （７）前記制御手段が、前記２次元入力手段で設定され
   た作業用ツールの移動方向と前記力検出手段で検出され
   た反力から、作業用ツールに予め定めた直交座標系の１
   軸を前記ワーク表面の法線方向に一致させる位置の目標
   値を演算し、この位置の目標値に基づき作業用ツールの
   姿勢をも指示する制御演算を行うことを特徴とする請求
   項２記載の曲面倣い制御装置。
8. （８）前記２次元入力手段がジョイスティックであるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の曲面倣い制御装置
   。