JPH0283188A - 作業ロボットの制御装置 - 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、例えばグラインダが取りつけられてワークの
ぼり取りを行う作業ロボットなどの作動を制御する作業
ロボットの制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の作業ロボットの制御装置としては、例えば特開昭
６１−２７３２６９号公報に開示されているように、加
圧力検出用センサを備え、ワークに加わる荷重が所定の
大きさに保たれるように、力制御を行う力制御手段を備
えたものが用いられている。この種の作業ロボットの制
御装置は、例えば溶接作業等、常にワークに荷重を加え
ながら作業を行わせる際に用いられている。

一方、例えば、ワークに形成されたばりを除去するため
に、作業ロボットにグラインダを取りつけてぼり取り作
業を行わせることがある。このようなぼり取り作業を行
わせる場合、上記のような制御装置を用いると、第５図
に示すように、ワ−り１における、ばり１ａ−１７ｊが
形成されていない部分にも、グラインダが一定の荷重で
押しつけられてしまう。そのために、ばり１ａ・１ｂだ
けでなく、ばりが形成されていない部分のワークｌも削
り取られてしまい、適正なぼり取り作業を行わせること
ができない。

また、ぼり取り作業の開始時、グラインダがワークｌに
押しつけられる直前には、加圧力検出用センサによって
検出される加圧力はＯになっている。そこで、グライン
ダがワーク１に押しつけられた直後から、制御装置が応
答するまでの間は、ワーク１に過大な荷重の加わるおそ
れがあり、やはり、適正なぼり取り作業を行わせること
が困難である。

そこで、近年では、上記ワークに加わる荷重が所定の大
きさに保たれるように制御する力制御手段に換えて、ワ
ークに加わる荷重が、グラインダの位置、速度、および
加速度に応じて定められる大きさになるように、インピ
ーダンス制御を行うインピーダンス制御手段を備えた作
業ロボットの制御装置も用いられている。

このようなインピーダンス制御手段を備えた作業ロボッ
トの制御装置では、例えば第６図に示すように、ワーク
２におけるばりが形成されている部分にだけ、グライン
ダが押しつけられるように制御され、ばりが形成されて
いない部分のワークは削り取られることなく、確実に、
ばり２ａ・２ｂだけが除去され得るようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の作業ロボットの制御装置では、ワ
ークに加わる荷重はインピーダンス制御手段によって制
御されるために、ワークに形成されたばりが大きいほど
、ワークに加わる荷重も大きくなる。それゆえ、ワーク
に形成されているばりが大きいと、グラインダに加わる
反力荷重が過大になり、グラインダや作業ロボット自体
の破損を招くおそれがあるという問題点を有していた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る作業ロボットの制御装置は、上記の課題を
解決するために、作業具が取りつけられた作業ロボット
の作動を制御する作業ロボットの制御装置において、ワ
ークに加わる荷重が、作業具の位置、速度、および加速
度に応じて定められる大きさになるように、インピーダ
ンス制御を行うインピーダンス制御手段と、ワークに加
わる荷重が、所定の大きさに保たれるように、力制御を
行う力制御手段と、ワークに加わる荷重の大きさが、イ
ンピーダンス制御手段による制御が行われるときに所定
のしきい値よりも小さくなるときには、インピーダンス
制御手段による制御を行う一方、所定のしきい値よりも
大きくなるときには、力制御手段による制御を行うよう
に切り換える切り換え手段とが設けられていることを特
徴としている。

〔作　用〕

上記の構成により、ワークに加わる荷重の大きさが、イ
ンピーダンス制御手段による制御が行われるときに所定
のしきい値よりも小さくなるときには、切り換え手段に
よって、インピーダンス制御が行われるように切り換え
られる。それゆえ、例えばぼり取り作業を行う場合に、
ばりが形成されていない部分のワークが削り取られてし
まうことや、グラインダがワークに押しつけられた直後
、ワークに過大な荷重が加わったりすることなどを確実
に防止することができる。

一方、ワークに加わる荷重の大きさが、インピーダンス
制御手段による制御が行われるときに所定のしきい値よ
りも大きくなるときには、切り換え手段によって、力制
御が行われるように切り換えられる。それゆえ、例えば
ぼり取り作業を行う場合に、ワークに形成されているば
りが大きいときでも、グラインダに過大な反力荷重が加
わって、グラインダやロボット自体が破損することなど
を確実に防止することができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例として、多関節型作業ロボットの作動
を制御して、ワークに形成されたばりの除去作業を行う
制御装置の例を第１図ないし第４図に基づいて説明すれ
ば、以下の通りである。

作業ロボット１１は、例えば第４図に示すように、基部
１２に関節部１３を介して回動自在に設けられるアーム
１４と、アーム１４に関節部１５を介して回動自在に設
けられるアーム１６．と、アーム１６に関節部１７を介
して回動自在に設けられるハンド１８とから構成されて
いる。

ハンド１８には、ワークに加わる荷重を検出し、カフィ
ードバック信号を出力する力センサ２１を介して、作業
具であるグラインダ２２が取りつけられている。また、
関節部１３・１５・１７には、それぞれ、アーム１４・
１６、およびハンド１８の回動角と回動速度とを検出す
る回動角・回動速度センサ１３ａ・１５ａ・１７ａが設
けられ、位置・速度フィードバック信号が出力されるよ
うになっている。

上記作業ロボット１１は、作業ロボット１１の作動を制
御する制御装置３１に接続されている。

この制御装置３１には、例えば第１図に示すように、あ
らかじめ設定された、ぼり取り作業中の時々刻々におけ
るグラインダ２２の位置、速度、およびワークに加える
力のデータに基づいて、位置・速度指令信号、および力
指令信号を出力する軌道生成手段３２が設けられている
。

軌道生成手段３２から構成される装置・速度指令信号は
、減算器３３のプラス側入力端子に入力されるようにな
っている。上記減算器３３のマイナス側入力端子には、
作業ロボット１１の回動角・回動速度センサ１３ａ−１
５ａ・１７ａから構成される装置・速度フィードバック
信号が、座標変換手段３４を介して直交座標系の信号に
変換され、入力されるようになっている。

減算器３３から出力される減算信号は、この減算信号に
基づいて、グラインダ２２の位置、および速度が、あら
かじめ軌道生成手段３２に設定された位置、および速度
になるように制御する位置・速度制御手段３５に入力さ
れるようになっている。位置・速度制御手段３５から構
成される装置・速度制御信号は、座標変換手段３６を介
し、それぞれの関節部１３・１５・１７における極座標
系の信号に変換されて、加算器３７に入力されるように
なっている。

減算器３３から出力される減算信号は、また、この減算
信号に基づいて、グラインダ２２からワークに加わる荷
重がグラインダ２２の位置、速度、および加速度に応じ
て定められる大きさになるように、イノビーダンス制御
を行うインピーダンス制御手段３８にも入力されるよう
になっている。

一方、前記軌道生成手段３２から出力される力指令信号
は、減算器４１のプラス側入力端子に入力されるように
なっている。上記減算器４１のマイナス側入力端子には
、作業口ボッ１−１１の力センサ２１から出力されるカ
フィードバック信号が、座標変換手段４２を介して直交
座標系の信号に変換され、入力されるようになっている
。

減算器４１から出力される減算信号は、この減算信号に
基づいて、グラインダ２２からワークに加わる荷重が、
あらかじめ軌道生成手段３２に設定された所定の大きさ
に保たれるように力制御を行う力制御手段４３に入力さ
れるようになっている。

上記力制御手段４３から出力される信号、および前記イ
ンピーダンス制御手段３８から出力される信号は、切り
換え手段４４に入力されるようになっている。この切り
換え手段４４では、インピーダンス制御手段３８による
制御が行われるときにグラインダ２２からワークに加わ
る荷重の大きさが、所定のしきい値よりも小さくなると
きには、インピーダンス制御手段３８による制御が行わ
れる一方、所定のしきい値よりも大きくなるときには、
力制御手段４３による制御が行われるように、力制御手
段４３から出力される信号と、インピーダンス制御手段
３８から出力される信号とが、選択的に切り換えられて
座標変換手段４５に出力されるようになっている。

切り換え手段４４から出力される荷重制御信号は、座標
変換手段４５を介し、座標変換手段３６と同様に、それ
ぞれの関節部１３・１５・１７における極座標系の信号
に変換されて、加算器３７に入力されるようになってい
る。

加算器３７では、座標変換手段３６から出力される信号
と、座標変換手段４５から出力される信号とが合成され
、合成制御信号として作業ロボット１１に出力されるよ
うになっている。

上記の構成において、減算器３３では、あらかじめ軌道
生成手段３２に設定されたグラインダ２２の位置、およ
び速度と、回動角・回動速度センサ１３ａ・１５ａ・１
７ａから座標変換手段３４を介して入力される、実際の
グラインダ２２の位置、および速度との偏差が出力され
る。

位置・速度制御手段３５では、減算器３３から構成され
る装置、および速度の偏差に基づいて、グラインダ２２
が、軌道生成手段３２に設定された位置、および速度に
なるようにするための位置・速度制御信号が出力される
。位置・速度制御手段３５から出力された位置・速度制
御信号は、座標変換手段３６によって極座標系の信号に
変換されて加算器３７に入力される。

また、減算器３３から出力される信号は、インピーダン
ス制御手段３８にも入力され、インピーダンス制御手段
３８からは、グラインダ２２からワークに加わる荷重が
、グラインダ２２の位置、速度、および加速度に応じて
定められる大きさになるようにインピーダンス制御を行
うための信号が出力される。すなわち、例えば軌道生成
手段３２に設定されたグラインダ２２の位置、および速
度と、回動角・回動速度センサ１３ａ・１５ａ・１７ａ
から座標変換手段３４を介して入力される、実際のグラ
インダ２２の位置、および速度との偏差が大きいほど、
グラインダ２２からワークに加わる荷重が大きくなるよ
うにするための信号が出力される。

一方、減算器４１では、あらかじめ軌道生成手段３２に
設定された、グラインダ２２からワークに加える力と、
力センサ２１から座標変換手段４２を介して人力される
、実際にワークに加わっている力との偏差が出力される
。力制御手段４３では、減算器４１から出力されるワー
クに加わる力の偏差に基づいて、グラインダ２２からワ
ークに加わる荷重が、軌道生成手段３２に設定された大
きさに保たれるようにするための信号が出力される。

切り換え手段４４では、例えば第２図に示すような動作
が行われる。

まず、ぼり取り作業の開始時には、切り換え手段４４の
制御モードを、インピーダンス制御手段３８から出力さ
れる信号が荷重制御信号として座標変換手段４５に入力
されるインピーダンス制御モードにセットする（Ｓｌ）
。次に、そのときの切り換え手段４４の制御モードがイ
ンピーダンス制御モードであるかどうかを判定する（Ｓ
２）。

Ｓ２で、切り換え手段４４の制御モードがインピーダン
ス制御モードであると判定されると、Ｓ３に移行し、イ
ンピーダンス制御手段３８から出力される信号を読み込
む。また、インピーダンス制御手段３８から出力される
信号が所定のしきい値よりも大きいかどうかを判定する
（Ｓ４）。

Ｓ４で、インピーダンス制御手段３８から出力される信
号が所定のしきい値よりも大きいと判定されると３５に
移行して、切り換え手段４４の制御モードを、力制御手
段４３から出力される信号が荷重制御信号として座標変
換手段４５に入力される力制御モードにセットし、Ｓ９
に移行する。

また、Ｓ４で、インピーダンス制御手段３８から出力さ
れる信号が所定のしきい値よりも大きくないと判定され
ると、そのままＳ９に移行して、インピーダンス制御モ
ードが続行されるようにする。

一方、Ｓ２で、切り換え手段４４の制御モードがインピ
ーダンス制御モードでないと判定されると、Ｓ６に移行
し、力制御手段４３から出力される信号を読み込む。ま
た、インピーダンス制御手段３８から出力される信号が
所定のしきい値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ７
）。

Ｓ７で、インピーダンス制御手段３８から出力される信
号が所定のしきい値よりも小さいと判定されると３８に
移行して、切り換え手段４４の制御モードをインピーダ
ンス制御モードにセントし、Ｓ９に移行する。また、Ｓ
７で、インピーダンス制御手段３８から出力される信号
が所定のしきい値よりも小さくないと判定されると、そ
のままＳ９に移行して、力制御モードが続行されるよう
にする。

Ｓ９では、上記Ｓ３、またはＳ６で読み込まれた、イン
ピーダンス制御手段３８、または力制御手段４３からの
信号を、座標変換手段４５に出力し、Ｓ２に戻る。

以下、Ｓ２以降が繰り返されることにより、力制御手段
４３から出力される信号と、インピーダンス制御手段３
８から出力される信号とが選択的に切り換えられて座標
変換手段４５に出力され、インピーダンス制御手段３８
による制御が行われるときにグラインダ２２からワーク
に加わる荷重の大きさが、所定のしきい値よりも小さく
なるときには、インピーダンス制御手段３８による制御
が行われる一方、所定のしきい値よりも大きくなるとき
には、力制御手段４３による制御が行われる。

座標変換手段４５に入力された荷重制御信号は、前記座
標変換手段３６と同様に、極座標系の信号に変換されて
加算器３７に入力される。

加算器３７では、座標変換手段３６、および座標変換手
段４５を介して入力される位置・速度制御信号と荷重制
御信号とが合成され、グラインダ２２の位置、速度、お
よびワークに加わる力を制御する合成信号として出力し
、作業口ボッ）１１の作動が制御される。

以上のように、インピーダンス制御手段３８による制御
が行われるときにグラインダ２２からワークに加わる荷
重の大きさに応じて、インピーダンス制御手段３８によ
る制御と、力制御手段４３による制御とが切り換えられ
る。

それゆえ、例えば第３図に範囲Ａで示すように、ワーク
５１における、ばりが形成されていない部分や、形成さ
れているばり５１ａが小さい部分では、グラインダ２２
からワーク５１に加わる荷重が、グラインダ２２の位置
、速度、および加速度に応じて定められる大きさになる
ように、インピーダンス制御が行われる。すなわち、ば
りの有無や大きさに応じて、グラインダ２２からワーク
５１に加わる荷重が制御されるので、ワーク５１におけ
る、ばりの形成されていない部分が削られたりすること
な（、ばり５１ａの除去が確実に行われる。

一方、範囲Ｂで示すように、ワーク５１に形成されてい
るぼり５１ｂの大きい部分では、グラインダ２２からワ
ーク５１に加わる荷重が、あらかじめ軌道生成手段３２
に設定された所定の大きさになるように、力制御が行わ
れるので、ぼり５１ｂが大きい場合でも、過大なグライ
ンダ２２に加わる反力荷重が過大によって、グラインダ
２２や作業ロボットｌｌ自体が破損することは確実に防
止される。

また、ワーク５１に形成されているばりが大きく、１回
のぼり取り作業ではばりが完全に除去されなかったため
に複数回ぼりとり作業を繰り返す場合、すてにばりが除
去された部分ではインピーダンス制御が行われるので、
やはり、必要以上にワークが削られることはない。

〔発明の効果〕 本発明に係る作業ロボットの制御装置は、以上、のよう
に、作業具が取りつけられた作業ロボットの作動を制御
する作業ロボットの制御装置において、ワークに加わる
荷重が、作業具の位置、速度、および加速度に応じて定
められる大きさになるように、インピーダンス制御を行
うインピーダンス制御手段と、ワークに加わる荷重が、
所定の大きさに保たれるように、力制御を行う力制御手
段と、ワークに加わる荷重の大きさが、インピーダンス
制御手段による制御が行われるときに所定のしきい値よ
りも小さくなるときには、インピーダンス制御手段によ
る制御を行う一方、所定のしきい値よりも大きくなると
きには、力制御手段による制御を行うように切り換える
切り換え手段とが設けられた構成である。

これにより、例えばぼり取り作業を行う場合に、ばりが
形成されていない部分のワークが削り取られてしまうこ
とや、グラインダがワークに押しつけられた直後に、ワ
ークに過大な荷重が加わったりすることなどが防止され
るうえ、ワークに形成されているばりが大きいときでも
、グラインダに過大な反力荷重が加わってグラインダや
ロボット自体が破損することなども確実に防止すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第１図は制御装置の構成を示すブロック図、第２
図は切り換え手段で行われる作動を示すフローチャート
、第３図はワークに形成されたばりと、グラインダから
ワークに加えられる荷重との関係を示す説明図、第４図
は作業ロボットの構成を示す斜視図である。 第５図は従来の力制御が行われる作業ロボットの制御装
置が用いられた場合における、ワークに形成されたばり
と、グラインダからワークに加えられる荷重との関係を
示す説明図、第６図は従来のインピーダンス制御が行わ
れる作業ロボットの制御装置が用いられた場合における
、ワークに形成されたばりと、グラインダからワークに
加えられる荷重との関係を示す説明図である。 １１は作業ロボット、２２はグラインダ（作業具）、３
１は制御装置、３８はインピーダンス制御手段、４３は
力制御手段、４４は切り換え手段■はワークである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、作業具が取りつけられた作業ロボットの作動を制御
   する作業ロボットの制御装置において、ワークに加わる
   荷重が、作業具の位置、速度、および加速度に応じて定
   められる大きさになるように、インピーダンス制御を行
   うインピーダンス制御手段と、ワークに加わる荷重が、
   所定の大きさに保たれるように、力制御を行う力制御手
   段と、ワークに加わる荷重の大きさが、インピーダンス
   制御手段による制御が行われるときに所定のしきい値よ
   りも小さくなるときには、インピーダンス制御手段によ
   る制御を行う一方、所定のしきい値よりも大きくなると
   きには、力制御手段による制御を行うように切り換える
   切り換え手段とが設けられていることを特徴とする作業
   ロボットの制御装置。