JPH01289688A - 柔軟マニピュレータの制御装置 - Google Patents
柔軟マニピュレータの制御装置Info
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- JPH01289688A JPH01289688A JP11877288A JP11877288A JPH01289688A JP H01289688 A JPH01289688 A JP H01289688A JP 11877288 A JP11877288 A JP 11877288A JP 11877288 A JP11877288 A JP 11877288A JP H01289688 A JPH01289688 A JP H01289688A
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- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims abstract description 11
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 5
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 5
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
本発明は、柔軟なアームを有するマニピュレータの制御
装置に関する。
装置に関する。
（従来の技術）
工場等で用いられているマニビュレー・夕のアームは、
通常、たわみの生じない剛体で作られでいる。このよう
に、アームを剛体で形成すると、必然的にアームの自重
が増加するので、動作の高速化が困難となる。しかし、
近年、動作の高速化や自重対可搬重量比の改善が強く望
まれるようになり、この要望を満すためにアームの軽量
化が不可欠となっている。アームを軽量化すると、−膜
内にはアームがたわみ易く、つまりアームに弾性振動が
発生し易くなり、この結果として位置決め精度が劣化す
る。
通常、たわみの生じない剛体で作られでいる。このよう
に、アームを剛体で形成すると、必然的にアームの自重
が増加するので、動作の高速化が困難となる。しかし、
近年、動作の高速化や自重対可搬重量比の改善が強く望
まれるようになり、この要望を満すためにアームの軽量
化が不可欠となっている。アームを軽量化すると、−膜
内にはアームがたわみ易く、つまりアームに弾性振動が
発生し易くなり、この結果として位置決め精度が劣化す
る。
このようなことから、最近では柔軟マニピュレータの弾
性振動を抑制するための提案が幾つかなされている。そ
の代表的なものとして、第４同日本ロボット学会学術講
演会予稿集（昭和６１年１２月）に記載されている「ポ
テンシャル改善に基づく柔軟アームの振動制御」をあげ
ることができる。この文献では、位置制御とトルク制御
との併用を提案し、位置フィードバック量で求まる駆動
トルクを目標値とし、これにトルクをフィードバックし
て駆動するようにしている。そして、トルクをフィード
バックする手段としては、アームを構成する各リンクの
根元部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージによってフィ
ードバックするトルク量を検出するようにしてる。
性振動を抑制するための提案が幾つかなされている。そ
の代表的なものとして、第４同日本ロボット学会学術講
演会予稿集（昭和６１年１２月）に記載されている「ポ
テンシャル改善に基づく柔軟アームの振動制御」をあげ
ることができる。この文献では、位置制御とトルク制御
との併用を提案し、位置フィードバック量で求まる駆動
トルクを目標値とし、これにトルクをフィードバックし
て駆動するようにしている。そして、トルクをフィード
バックする手段としては、アームを構成する各リンクの
根元部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージによってフィ
ードバックするトルク量を検出するようにしてる。
しかしながら、上記のように各リンクの根元部に、リン
クの振動状態を観測するための歪ゲージを貼着する構成
は、実用面から考えると必ずしも安価で、かつ有利な構
成であるとは限らない。たとえば、柔軟マニピュレータ
の重要な用途の１つである宇宙空間用のものを例にとる
と、歪ゲージが故障した場合には、宇宙空間での細かい
作業が難しいことからしてアーム全体を取りかえねばな
らず、問題点が多いと言える。
クの振動状態を観測するための歪ゲージを貼着する構成
は、実用面から考えると必ずしも安価で、かつ有利な構
成であるとは限らない。たとえば、柔軟マニピュレータ
の重要な用途の１つである宇宙空間用のものを例にとる
と、歪ゲージが故障した場合には、宇宙空間での細かい
作業が難しいことからしてアーム全体を取りかえねばな
らず、問題点が多いと言える。
（発明が解決しようとする課題）
上述の如く、従来の柔軟マニピュレータの制御装置にお
いては、アームを構成する各リンクに貼った歪ゲージの
信号からアームの振動状態を観１１＄１するようにして
いるので、歪ゲージが故障した場合、使用環境によって
はアーム全体を交換しなければならない不便さがあり、
この結果、使用条件が大幅に制限され、たとえば宇宙空
間用のものへの適用が困難であった。
いては、アームを構成する各リンクに貼った歪ゲージの
信号からアームの振動状態を観１１＄１するようにして
いるので、歪ゲージが故障した場合、使用環境によって
はアーム全体を交換しなければならない不便さがあり、
この結果、使用条件が大幅に制限され、たとえば宇宙空
間用のものへの適用が困難であった。
そこで本発明は、アームを構成する各リンクに歪ゲージ
を貼着することなしに位置制御とトルク制御との併用方
式を採用してアームの振動を抑制することができ、ｔか
もトルク制御用のセンサの交換も容品化でき、たとえば
宇宙空間などの特殊環境用のものに好適する柔軟マニピ
ュレ−タの制御装置を提供することを目的としている。
を貼着することなしに位置制御とトルク制御との併用方
式を採用してアームの振動を抑制することができ、ｔか
もトルク制御用のセンサの交換も容品化でき、たとえば
宇宙空間などの特殊環境用のものに好適する柔軟マニピ
ュレ−タの制御装置を提供することを目的としている。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明に係る制御装置では、
アームのリスト部に装着されて力およびモーメントを検
出する力覚センサと、各関節軸の角度を検出する関節角
度センサと、力覚センサの出力信号からアームの２次以
上の振動モード信号成分を除去するローパスフィルタと
、このローパスフィルタを経た信号によって検出された
力、モーメントをつり合いの条件を用いて各関節軸の輔
トルクに変換する変換器と、各関節軸を駆動する駆動源
を上記変換器によって得られた軸トルクおよび関節角度
センサから得られた関節角度をフィードバック量として
制御する制御器とを備えている。
アームのリスト部に装着されて力およびモーメントを検
出する力覚センサと、各関節軸の角度を検出する関節角
度センサと、力覚センサの出力信号からアームの２次以
上の振動モード信号成分を除去するローパスフィルタと
、このローパスフィルタを経た信号によって検出された
力、モーメントをつり合いの条件を用いて各関節軸の輔
トルクに変換する変換器と、各関節軸を駆動する駆動源
を上記変換器によって得られた軸トルクおよび関節角度
センサから得られた関節角度をフィードバック量として
制御する制御器とを備えている。
（作 用）
アームが動くと、この柔軟なアームは弾性振動しようと
する。この弾性振動はリスト部に装着されている力覚セ
ンサの出力信号の変化として現われる。力覚センサの出
力信号はローパスフィルタを通り、ここで基本振動信号
成分のみが取り出される。変換器は、この基本振動信号
成分を用い、アームがつり合いの状態にあると仮定して
各軸トルクを算出する。この算出値および関節角度セン
サからの値がフィードバック量として制御器に与えられ
る。したがって、アームの基本振動は良好に抑制される
。なお、２次以上の振動は、振幅が小さく、しかもアー
ム自身の振動減衰特性で速やかに減衰するためほとんど
問題とはならない。また、万一、力覚センサが故障した
場合であっても、この力覚センサがアームのリスト部に
装着さねているので、その交換が困難化するような虞れ
もない。
する。この弾性振動はリスト部に装着されている力覚セ
ンサの出力信号の変化として現われる。力覚センサの出
力信号はローパスフィルタを通り、ここで基本振動信号
成分のみが取り出される。変換器は、この基本振動信号
成分を用い、アームがつり合いの状態にあると仮定して
各軸トルクを算出する。この算出値および関節角度セン
サからの値がフィードバック量として制御器に与えられ
る。したがって、アームの基本振動は良好に抑制される
。なお、２次以上の振動は、振幅が小さく、しかもアー
ム自身の振動減衰特性で速やかに減衰するためほとんど
問題とはならない。また、万一、力覚センサが故障した
場合であっても、この力覚センサがアームのリスト部に
装着さねているので、その交換が困難化するような虞れ
もない。
（実施例）
以下、図面を参照し２ながら実施例を説明する。
第１図には、一実施例に係る制御装置によって制御され
るマニピュレータ１が示されている。このマニピュレー
タ１は、それぞれ１自由度の肩関節部２、肘関節部３、
手首関節部４からなる３軸を有した水平スカラ型の柔軟
アーム５を備えている。そして、各関節部２．３．４に
は各関節軸を選択的に駆動するモータを内蔵した駆動源
６．７．８が搭載されている。
るマニピュレータ１が示されている。このマニピュレー
タ１は、それぞれ１自由度の肩関節部２、肘関節部３、
手首関節部４からなる３軸を有した水平スカラ型の柔軟
アーム５を備えている。そして、各関節部２．３．４に
は各関節軸を選択的に駆動するモータを内蔵した駆動源
６．７．８が搭載されている。
各関節部２．３．４にはそれぞれ関節角度センサ９．１
０．１１が取り付けてあり、また手首軸の先のリスト部
には３軸の力覚センサ１２が装着されている。そして、
４各駆動源６．７．８の入力端、各関節角度センサ９．
１０．１１の出力端、力覚センサ１２の出力端は、それ
ぞれ制御装置本体２１に接続されている。
０．１１が取り付けてあり、また手首軸の先のリスト部
には３軸の力覚センサ１２が装着されている。そして、
４各駆動源６．７．８の入力端、各関節角度センサ９．
１０．１１の出力端、力覚センサ１２の出力端は、それ
ぞれ制御装置本体２１に接続されている。
制御装置本体２１は、具体的には第２図に示すように構
成されている。すなわち、力覚センサ１２から、このセ
ンサの座標系に対応させて出力されるＸ軸方向の力Ｆｓ
ｘを示す信号、Ｘ軸方向の力Ｆｓｙを示す信号およびＺ
軸回りのモーメントＭｓｚを示す信号をそれぞれローパ
スフィルタ２２に通し、このローパスフィルタ２２で上
記力およびモーメントの基本振動成分Ｆ ｘ ＳＦ ｙ
ＳＭ ｚに対応した信号だけを取り出している。そし
て、この取り出された基本振動成分ＦｘＳＦｙ、Ｍｚに
対応した信号をそれぞれ変換器２３に導入している。こ
の変換器２３は、上記各信号と関節角度センサ９．１０
．１１で検出された各関節角度θ１、θ２、θ３を示す
信号とを導入し、次のようにして肩関節部２の軸トルク
Ｔ１、肘関節部３の軸トルクＴ２、手首関節部４の軸ト
ルクＴ３を算出している。すなわち、アーム５がつり合
いの状態にあるときの肩関節部２の関節軸から肘関節部
３の関節軸までの長さを、Ｉ！１、肘関節部３の関節軸
から手首関節部４の関節軸までの長さをｉ２、手庁関節
部４の関節軸から力覚センサ１２の検出部までの長さを
Ｌとし、さらにアーム５が真直ぐに延びた状態を基準に
して関節角度については時計回り方向を正とし、トルク
については反時計回り方向を正として次式に基づいて軸
トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３を算出している。
成されている。すなわち、力覚センサ１２から、このセ
ンサの座標系に対応させて出力されるＸ軸方向の力Ｆｓ
ｘを示す信号、Ｘ軸方向の力Ｆｓｙを示す信号およびＺ
軸回りのモーメントＭｓｚを示す信号をそれぞれローパ
スフィルタ２２に通し、このローパスフィルタ２２で上
記力およびモーメントの基本振動成分Ｆ ｘ ＳＦ ｙ
ＳＭ ｚに対応した信号だけを取り出している。そし
て、この取り出された基本振動成分ＦｘＳＦｙ、Ｍｚに
対応した信号をそれぞれ変換器２３に導入している。こ
の変換器２３は、上記各信号と関節角度センサ９．１０
．１１で検出された各関節角度θ１、θ２、θ３を示す
信号とを導入し、次のようにして肩関節部２の軸トルク
Ｔ１、肘関節部３の軸トルクＴ２、手首関節部４の軸ト
ルクＴ３を算出している。すなわち、アーム５がつり合
いの状態にあるときの肩関節部２の関節軸から肘関節部
３の関節軸までの長さを、Ｉ！１、肘関節部３の関節軸
から手首関節部４の関節軸までの長さをｉ２、手庁関節
部４の関節軸から力覚センサ１２の検出部までの長さを
Ｌとし、さらにアーム５が真直ぐに延びた状態を基準に
して関節角度については時計回り方向を正とし、トルク
については反時計回り方向を正として次式に基づいて軸
トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３を算出している。
ただし、
Ａ −−Ｌ−ｉ２ ｃｏｓθ３ −１！１ｃｏＳ（θ２
＋θ３）Ｂ−−、ｅ２ｓｌｎθ３−ノ（５ｉｎ（θ２＋
θ３）であり、またアーム５のたわみ角は小さいものと
して無視している。
＋θ３）Ｂ−−、ｅ２ｓｌｎθ３−ノ（５ｉｎ（θ２＋
θ３）であり、またアーム５のたわみ角は小さいものと
して無視している。
変換器２３で算出された各軸トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３の
信号は制御器２４に導入される。制御器２４は、図示し
ない指令系統から与えられた各関節部２．３．４の目標
関節角度θｄ、、θｄ２、θｄ３の信号と、変換器２３
で算出された軸トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３の信号と、関節
角度センサ９．１０．１１で検出された関節角度θ１１
θ２、θ３の信号とを導入して６関節部に搭載された駆
動源６．７．８の駆動信号を生成するように構成されて
いる。第３図はその一系統針だけを示すもので、演算装
置２５において目標関節角θｄと実際の関節角度θとの
偏差から関節軸を駆動するのに必要なトルクＴｄを算出
し、演算装置２６においてトルクＴｄと変換器２３によ
って算出された輔トルクＴとの偏差に応じた駆動信号Ｕ
を出力するように構成さねている。
信号は制御器２４に導入される。制御器２４は、図示し
ない指令系統から与えられた各関節部２．３．４の目標
関節角度θｄ、、θｄ２、θｄ３の信号と、変換器２３
で算出された軸トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３の信号と、関節
角度センサ９．１０．１１で検出された関節角度θ１１
θ２、θ３の信号とを導入して６関節部に搭載された駆
動源６．７．８の駆動信号を生成するように構成されて
いる。第３図はその一系統針だけを示すもので、演算装
置２５において目標関節角θｄと実際の関節角度θとの
偏差から関節軸を駆動するのに必要なトルクＴｄを算出
し、演算装置２６においてトルクＴｄと変換器２３によ
って算出された輔トルクＴとの偏差に応じた駆動信号Ｕ
を出力するように構成さねている。
このように、アーム５のリスト部に力覚センサ１２を装
着し、この力覚センサ１２の出力信号を用いて各軸トル
クＴ１．、Ｔ２、Ｔ３を演算し、この軸トルクＴ１、Ｔ
２、Ｔ３および各関節角度センサ９．１０．１１から得
られた関節角度０１、θ２、θ３をフィードバック量と
して各駆動源６．７．８を駆動するようにしている。一
般にアーム５が加速度運動を行なっているときには、軸
トルクを正しく求めることが困難であるが、ここでは力
覚センサ１２から出力される力Ｆｓｘ、Ｆ’ｓｙおよび
モーメントＭｓｚに対応する信号から上記力およびモー
メントの基本振動成分ＦＸ、ＦｙＳＭＺに対応した信号
だけを取り出して変換器２３の入力としているため、各
軸トルクの基本振動成分をほぼ正確に求めることができ
る。したがって、アーム５の基本振動を良好に抑制する
ことができる。
着し、この力覚センサ１２の出力信号を用いて各軸トル
クＴ１．、Ｔ２、Ｔ３を演算し、この軸トルクＴ１、Ｔ
２、Ｔ３および各関節角度センサ９．１０．１１から得
られた関節角度０１、θ２、θ３をフィードバック量と
して各駆動源６．７．８を駆動するようにしている。一
般にアーム５が加速度運動を行なっているときには、軸
トルクを正しく求めることが困難であるが、ここでは力
覚センサ１２から出力される力Ｆｓｘ、Ｆ’ｓｙおよび
モーメントＭｓｚに対応する信号から上記力およびモー
メントの基本振動成分ＦＸ、ＦｙＳＭＺに対応した信号
だけを取り出して変換器２３の入力としているため、各
軸トルクの基本振動成分をほぼ正確に求めることができ
る。したがって、アーム５の基本振動を良好に抑制する
ことができる。
なお、２次以上の振動はアームの振動減衰効果によ−）
で速やかに減衰するのでほとんど問題とはならない。ま
た、万一、力覚センサ１２が故障した場合でも、この力
覚センサ１２がリスト部に装着されているので、交換作
業も容易で、アーム全体を交換しなければならない事態
の発生はほとんど起こらない。
で速やかに減衰するのでほとんど問題とはならない。ま
た、万一、力覚センサ１２が故障した場合でも、この力
覚センサ１２がリスト部に装着されているので、交換作
業も容易で、アーム全体を交換しなければならない事態
の発生はほとんど起こらない。
なお、上述した実施例は水平スカラ型のマニビュレータ
を制御するものに本発明を適用した例であるが、多自由
度型のマニピュレータを制御するものにも適用できるこ
とは勿論である。
を制御するものに本発明を適用した例であるが、多自由
度型のマニピュレータを制御するものにも適用できるこ
とは勿論である。
［発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、アームのリスト部
に容易に装着できる力覚センサの信号を用いて各軸トル
クを算出するようにしているので、位置制御とトルク制
御との併用方式を採用してアームの振動を良好に抑制で
きるとともに、万一、力覚センサが故障した場合でもこ
れを簡単に交換することが可能で、たとえば宇宙空間用
のものへの適用を可能化できる。
に容易に装着できる力覚センサの信号を用いて各軸トル
クを算出するようにしているので、位置制御とトルク制
御との併用方式を採用してアームの振動を良好に抑制で
きるとともに、万一、力覚センサが故障した場合でもこ
れを簡単に交換することが可能で、たとえば宇宙空間用
のものへの適用を可能化できる。
第１図は一実施例に係る制御装置によって制御されるマ
ニピュレータの概略構成を示す図、第２図は一実施例に
係る制御装置のブロック的ＪＲ成図、第３図は同装置に
おける制御器の構成図である。 １・・・マニピュレータ、２・・・肩関節部、３・・・
肘関節部、４・・・手首関節部、５・・・柔軟なアーム
、６．７．８・・・駆動源、９．１０．１１・・・関節
角度センサ、１２・・・力覚センサ、２１・・・制御装
置本体、２２・・・ローパスフィルタ、２３・・・各軸
トルクへの変換器、２４・・・制御器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 Ｊｇ１ 図 第２ 図 第３ 図
ニピュレータの概略構成を示す図、第２図は一実施例に
係る制御装置のブロック的ＪＲ成図、第３図は同装置に
おける制御器の構成図である。 １・・・マニピュレータ、２・・・肩関節部、３・・・
肘関節部、４・・・手首関節部、５・・・柔軟なアーム
、６．７．８・・・駆動源、９．１０．１１・・・関節
角度センサ、１２・・・力覚センサ、２１・・・制御装
置本体、２２・・・ローパスフィルタ、２３・・・各軸
トルクへの変換器、２４・・・制御器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 Ｊｇ１ 図 第２ 図 第３ 図
Claims (1)
- 途中に関節軸を複数介在させた柔軟なアームを備える
とともに各関節軸を駆動する駆動源を備えてなるマニピ
ュレータを制御するためのものであって、前記アームの
リスト部に装着されて力およびモーメントを検出する力
覚センサと、前記各関節軸の角度を検出する関節角度セ
ンサと、前記力覚センサの出力信号から前記アームの２
次以上の振動モード信号成分を除去するローパスフィル
タと、このローパスフィルタを経た信号によって検出さ
れた力、モーメントをつり合いの条件を用いて前記各関
節軸の軸トルクに変換する変換器と、前記各駆動源を前
記変換器によって得られた軸トルクおよび前記関節角度
センサから得られた関節角度をフィードバック量として
制御する制御器とを具備してなることを特徴とする柔軟
マニピュレータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118772A JP2637164B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 柔軟マニピュレータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118772A JP2637164B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 柔軟マニピュレータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01289688A true JPH01289688A (ja) | 1989-11-21 |
| JP2637164B2 JP2637164B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=14744694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63118772A Expired - Lifetime JP2637164B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 柔軟マニピュレータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2637164B2 (ja) |
Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010120109A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Seiko Epson Corp | 多関節マニピュレータの先端位置制御方法および多関節マニピュレータ |
| AT507257B1 (de) * | 2008-09-10 | 2011-08-15 | Engel Austria Gmbh | Handlingteil für spritzgiessmaschine mit aktiver dämpfung |
| CN102825613A (zh) * | 2012-09-17 | 2012-12-19 | 北京航空航天大学 | 一种基于可控局部自由度的主动减振方法与装置 |
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| US9403274B2 (en) | 2010-07-12 | 2016-08-02 | Seiko Epson Corporation | Robotic device and method of controlling robotic device |
| JP2017131971A (ja) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 三菱重工業株式会社 | パワーアシストスーツ |
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-
1988
- 1988-05-16 JP JP63118772A patent/JP2637164B2/ja not_active Expired - Lifetime
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