JPH02269584A - ロボット制御方法 - 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］ この発明は力・］・ルクセンサを用いてロボットアーム
をバネとして動作させ、作業を実行するロホノトの制御
方法に関するものである。

［従来の技術］ 力・Ｉ・ルクセンサを用いて位置姿勢指令の修正量を求
め、ロボットアームを指定されたバネ定数をもったバネ
として動作させる従来のロボノ］・制御方法として、例
えは、第５図に示すようなものがあった。なお、第５図
に示すものは雑誌「ＰｒｏｃＥＥＥ　Ｃｏｎｆ、　　Ｒ
ｏｂｏｔｉｃ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　　ｔ１
ＥｘｐｅｒｊｍｅｎｔｓｉｎＦｏｒｃｅＣｏｎｔｒｏ］
ｏｆＲｏｂｏｔｊｃＭａｎｉｐｕｌａｔ。

ｒｓ　　＜　Ｊ、　Ａ、　Ｍａｐｌｅｓ　、　Ｌ　Ｌ　
Ｂｅｃｋｅｒ）　Ｊに記載されているものである。図に
おいて、（１〉はロボットアーム、〈２〉はアームの手
首部に組み込まれた力・トルクセンサ、（３）は位置姿
勢制御部、（４）はパイ。

制御演算部、り５〉は積分器、〈６〉は合成部、（７〉
はスイッチである。＜８〉は位置姿勢指令である。

次に動作について説明する。

バネとして動作するとき、スイッチ（７）はオンとなっ
ている。この場合、力・トルク七ンサ（２〉の出力を用
いて、パイ・制御演算部（４）でバネとして動作するた
めの位置姿勢の微小修正量を求める。

これを積分器〈５）で累積して位置姿勢修正量を得る。

〈６〉で位置姿勢指令＜８〉と上記修正量を合成し、位
置姿勢制御部（３）へ与え、アームは制御される。

バネとして動作するモードから動作しないモードに変化
するとき、スイッチ〈７）は２フになり、それ以後累積
値、即ち修正量は変化しないで、一定の値で出力される
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のロボット制御方法は以上のようになされていたの
で、バネとして動作するモードから動作しないモードに
変化するとき、すなわちスイッチげ）がオフになるとき
に、対象物がら力あるいはＩ・ルクが作用していた場合
、積分器（５）はゼロでない積分値をもち、それ以後位
置姿勢指令〈８）が変化すると、積分値分修正された合
成位置位置姿勢なロホソ）・アームは移動することにな
る。そのため、指令どおりの位置姿勢に移動せ１゛、作
業対象物あるいは治具にぶつか（Ｊ、アーム、作業対象
物あるいは治具などが破損してしまう恐れもあった。土
な、ぶ−）からないようにするためには積分値を予想し
てアームの位置姿勢指令を計画する必要かあり、軌道計
画をたてる名への負担も大よりった。　　この発明は上
記のような問題点を解消する／こめになされたもので、
バネとして動作しないモードに変化したときに、作業に
適切な軌道を移動できるロホｙｌ・の制御方法を得るこ
とを目的とする。

［ｉｉ１題を解決するための手段］ 二の発明に係わるロボットの制御方法は、バネ動作が有
効の状態から無効の状態に変化した時に、積分器の積分
量をモロにするとともに、無効状態に変化した時の合成
位置姿勢指令を軌道生成部の指令として、軌道から変位
するロボットを制御する。

［作用］ この発明におけるロボットの制御方法では、バネ動作の
無効が指示されたときに、積分器の積分量をゼロにし、
また、無効と指示されたときの合成位置姿勢指令を軌道
生成部の指令とすることにより、それ以後は軌道生成部
の指令通りの位置姿勢に移動することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係わるロボット制御装置
を示す構成図である。図において、　（１）はロボット
アーム、〈２〉はアームの手首部に組み込まれた力・ｌ
・ルクセンサ、（３）は位置姿勢制御部、り４）はバネ
制御演算部、り５）はバネ制御演算部の出力である微小
移動指令を積分して修正量をつくる積分器、（６〉は軌
道指令〈８〉と修正量を合成して合成位置姿勢指令を生
成する合成部、〈７）は積分器（５）への入力をオン／
オフするスイッチ、り９〉は軌道生成部、り１０）は積
分器（５）の積分量をゼロにするスイ・ソチ、＜１１）
は合成位置姿勢指令を軌道生成部（９〉へ取（〕込むた
めのスイッチ、（１２）はバネ制御の有効／無効を指示
する指示装置、（１３）は手先効果器、（１４）は作業
対象物である。また、以下の説明においてサップリング
周期をＴとし、ｋは時刻を二ｋ　ＴＯ値であることを示
すものとする。

まず、バネ動作について説明する。

今、指定されたバネ定数か６行６列の行列Ｋ　ｓで与え
られ、力・）−ルク七ンサ（２）により、計測された対
象物（１４）から手先効果器（Ｊ３）が受けている力・
ｌ・ルクな６行１列のベクトルＦａとし、ハ゛不の中心
と考える軌道生成部＜９）から与えられた軌道指令と実
際のロボットアームの位置姿勢の偏差を６行１列のベク
トル△Ｘで表わすと、Ｐａ＝：ｔ＜ｓ　　　△　ｘ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）なる
関係がなりたっていればバネ定数Ｋｓのバネとしてロボ
ットアームは動作していることになる。

これを図で示すと第２図のようになる。点線で示される
位置姿勢か軌道生成部（９〉の指令であり、手先効果器
（］３）が対象物から力・Ｉ・ルクＦａを受け、△Ｘ離
れた実線の位置姿勢へ移っていれば、式（１）のハ゛了
・となっている。

そこで、第１図のバネ制御演算部（４）は現在の位置姿
勢偏差と指定されたバネ定数をかけて、バネとして発生
しているべぎ力・ｌ・ルクを求め、これト力・Ｉ・ルク
センサ（２）で計測された実際の力・トルクと比較し、
それらが等しくなるように位置姿勢の微小修正量を求め
る。位置の微小修正量は３行１列のバク１〜ル△Ｐ、姿
勢の微小修正量は３行３列の回転行列△Ｒで（準られる
。積分器り５）は二の微小修正量を積分して位置姿勢修
正量を求める。位置の修正量を３行１列のベクトルＰｓ
、姿勢の修正量を３行３列の−＼り１ルＲｓとすると、
位置修正量の積分はヘクトルの和、姿勢修正量の積分は
行列の積で行われ、 Ｐ　　５（ｋ）＝　　Ｐ　　５（ｋ−１）＋△　Ｐ　　
　　　　（２）Ｒｓ＜ｋ＞＝　Ｒ５（ｋ−１）＊△Ｒ（
３）となる。軌道生成部（９）で生成される軌道指令（
８）の位置指令を３行１列のベクトルＰｃ、姿勢指令を
３行３列の行列Ｒｃとし、位置姿勢制御部（３）への、
位置指令を３行１列のベクトルＰｍ、姿勢指令を３行３
列の行列Ｒｍとすると、合成部（６）では、 Ｐ　　ｍ（ｋ）＝　　Ｐ　　ｃ（ｋ）十　Ｐ　　５（ｋ
）　　　　　　　（４）Ｒｍ（ｋ）＝　Ｒｃ＜ｋ）十　
Ｒｓ（ｋ＞　　　　　　　（５）により、合成位置姿勢
指令を求める。

位置姿勢制御部り３）は、各関節を駆動してこの合成位
置姿勢指令へアームを移動する。以」二のようにしてバ
ネ動作は実現される。

バネ動作か有効な状態では、スイッチ（７〉はオンとな
っており、上て述へたように積分器（５〉は式（２）、
（３）を実行するが、指示装置（１２〉によりバネ動作
の無効が指示されたとき、スインチク７〉はオフとなり
、以後積分器（５〉には／＜不制御演算部〈４）からの
微小修正量は入力されなくなる。今、時刻ｋＴに無効の
指示が発せられたとする。このとき、上記実施１９帖二
おいては、まずスイッチ（７）をオフにした後、スイン
チク１０〉を閉じることにより積分器〈５〉の積分量を
ゼロにする。これは位置の修正量の場合は七ロベクトル
を代入することに相当する。

Ｐ　　５（ｋ）二　〇　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（６）また、姿勢の修正量の場合は単位行
列１を代入することに相当する。

Ｒ５（ｋ）＝１　　　　　　　　　　（７）次に、スイ
ッチ（１１〉をオンにしてり１道生成部（９〉にそのと
きの合成位置姿勢指令を取り込み、これを軌道生成部〈
９）の指令とする。

すなわち、 Ｐ　ｃ（ｋ）＝　　Ｐ　ｍ（ｋ−１＞　　　　　　　　
　　（８）Ｒｃ（ｋ）＝　　Ｒｍ（ｋ−１＞　　　　　
　　　　　　　　　　（９）となる。

式（４）〜（９）により、 Ｐ　　ｍ（ｋ）＝　　Ｐ　　ｍ（ｋ−１）　　　　　　
　　　　　　　　　＜　　Ｉ　　Ｏ）Ｒｍ（ｋ）＝　　
Ｒｍ（ｋ−１＞　　　　　　　　　　　　　　　（１１
）となり、ハ゛ネ動作無効の指示がでる直前と同じ位置
姿勢となる。

ここで、スイッチ（１０）および゛り１１）をオフ（こ
戻す。

式（６）および（７）により、修正量がセロとなったの
で、以後は軌跡生成部の指令通りに移動することになる
。

すなわち、 Ｐｍ（ｎ）＝　　Ｐｃ（ｎ＞　　　　　　　　　　　　
（１２）Ｒ，ｍ（ｎ）＝　　Ｒｃ（ｎ）　　　　　　　
　　　　　　　　＜　　１　３　　）ここで、ｎ＞ｋで
ある。

なお、上記実施例においては無効状態になった時、スイ
ッチ（１０）をオンして積分値をゼロとするものを示し
たが、上記実施例で示したこのような方法と、従来の方
法とが選択できるようにしてもよい。即ち、従来の方法
を選択すれば、バネ制御無効の指示が発せられた時、ス
イッチ（１０〉および＜１１）はオフのままで、スイン
チク７〉はオンからオフになり積分器（５）の値はそれ
以後一定に保たれ、時刻ｋＴ以後の位置姿勢制御部への
指令は次のにうに軌道指令に一定の修正を行ったものに
なる。

Ｐ　ｍ（ｎ＞＝　Ｐ　ｃ（ｎ）−１−Ｐ　５（ｋ）　　
　　（１４＞Ｒｍ（ｎ）＝　　Ｒｃ（ｎ）＊　　Ｒ５（
ｋ）　　　　　　　＜　　１　５　　）ここで、ｎ＞ｋ
、Ｐｓ（ｋ＞およびＲｓ（ｋ＞は時刻ｋＴの修正量で以
後一定である。このようにすることによって、作業に応
して適切な軌道をロボ７＋・アームは移動することがで
きる。

第３図にこの発明の実施例によるロボノトアムの動きを
示す。第３図（ａ）において、Ａ、ＢおよびＣは予め計
画されたロボットアームの通過すべき地点である。軌道
生成部（９）はこれらの地点を補間して軌道を生成し、
バネ制御が最初から無効であれは第３図（ａ）の実線の
ような軌道をロホ・ントアームは通過する。次に、地点
ＡからＢまではバネ制御が有効で、軌道生成部〈９）が
らの指令が地点Ｂに到達したとき、対象物から力・Ｉ・
ルクな受けていてバネとしての変位のため実際はＢ゛の
位置にロボットアームが移動していたとする。

すなわち、ＢからＢ゛への修正量が積分器（５）に蓄え
られていることになる。ここでバネ制？ＩｊＯＷ効の指
示がでたとする。上記実施例（無効状態で、積分値をゼ
ロとする）で示した方法によるロボッＩ・アームの軌道
を第３図＜ｂ＞に示す。点線が軌道生成部〈９）からの
指令で、実線がロボットアームの実際の軌道である。バ
ネ制御が無効になったあとは、軌道生成部（９）の指令
どおりに移動し、Ｃに到達する。従来の方法では、第３
図（ｃ）に示すように、バネ制御が無効になったあとは
、Ｃからバネ制御無効になったときと同し修正量たけず
れたＣ゛の位置へ移動する。第３図（Ｃ）においても点
線が軌道生成部（９）からの指令で実線がロボットアー
ムの実際の軌道である。前述の他の実施例による方法で
は第３図（ｂ）と第３図（ｃ）で示す軌跡を選択できる
。

第４図に上で述べたＡがらＣに至る動作のプログラム例
を示す。第４図（ａ）はバネ動作が無効になった時に積
分量をセロにする場合、第４図（ｂ）は積分量を保存す
る場合である。第４図（ｎ）において、まず、ｍｌ−）
”００１でバネ定数の設定を行なう。

３個の並進のバネ定数ｋｘ、ｋｙ、ｋｚと３個の回転の
バネ定数ｋｒｘ、　ｋｒｙ、　ｋｒｚを数値で指定する
。次に、コト’００２でバネ動作を有効にし、升）”　
００３でＢ点へ直線で移動する。Ｂ点に達するとコ−）
”００４でバネ動作を無効にする。このとき、引数で１
と指定することにより、積分量をゼロにするよう指定す
る。

そして、：］−）”００５で６点に直線で移動する。第
４図＜ｂ＞では、：１−ト’００４のバネ動作無効の記
述で号数を２と指定することにより、積分量の保存を指
示する。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によればバネ動作が有効の状態
から無効の状態に変化した時に、積分器の積分量をゼロ
にするとともに、無効状態に変化した時の合成位置姿勢
指令を軌道生成部の指令として、軌道から変位するロポ
ッ）・を制御するようにしたので、作業に適切な軌道を
ロボットアームは移動することができ、容易に軌道計画
をたてることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わるロボット制御装置
を示す構成図、第２図はバ了動作を説明明する説明図、
第４目π１ボ・・］・の動作ブーグラムの一例を示す説
明図、及び第５図は従来の方法によるロボット制御装置
を示す構成図である。 図において、＜１〉はロボソＩ・アーム、＜２）は力・
トルク七ンサ、〈３〉は位置姿勢制御部、（４）はバネ
制御演算部、＜５〉は積分器、（６〉は合成部、（８〉
は軌道指令、（９）は軌道生成部、＜７０１０＞＜１１
　）はスイッチ、および（１２〉は指示装置である。 なお、図中、回−符号は同一または相当部分を不す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームに取り付けた力・トルクセンサ、上記ロ
   ボットアームの移動すべき軌道指令を生成する軌道生成
   部、上記力・トルクセンサの信号を用い、上記ロボット
   アームを指定されたバネ定数をもつたバネとして動作さ
   せるバネ制御演算部、このバネ制御演算部の出力を積分
   して位置姿勢の修正量を演算する積分器、上記軌道指令
   と上記修正量とを合成して合成位置姿勢指令をつくる合
   成部、この合成位置姿勢指令に従って上記ロボットアー
   ムを移動する位置姿勢制御部、及びバネ動作の有効／無
   効を指示する指示手段を備え、上記力・トルクセンサの
   信号をフィードバックし、対象物から受ける力に応じて
   軌道から変位するロボットの制御方法において、上記バ
   ネ動作が有効の状態から無効の状態に変化した時に、上
   記積分器の積分量をゼロにするとともに、無効状態に変
   化した時の上記合成位置姿勢指令を上記軌道生成部の指
   令とすることを特徴とするロボット制御方法。