JPH03184786A - Track formation system for robot - Google Patents

Track formation system for robot

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JPH03184786A
JPH03184786A JP32265289A JP32265289A JPH03184786A JP H03184786 A JPH03184786 A JP H03184786A JP 32265289 A JP32265289 A JP 32265289A JP 32265289 A JP32265289 A JP 32265289A JP H03184786 A JPH03184786 A JP H03184786A
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robot
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control
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康之 中田
Akihiko Yabuki
彰彦 矢吹
Yutaka Yoshida
豊 吉田
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Abstract

PURPOSE:To dispense with any instruction to a robot with the change of an objective body and the dislocation of the objective body so far performed by an operator of this robot and thereby reduce the extent of a burden on the operator by performing a contouring operation as adding a constant force to a surface of the objective body with an unknown-form curved surface on the basis of a calculated contouring coordinate system, with a force control part. CONSTITUTION:In this system, there are provided with a position control part 3, controlling a robot position on the basis of position coordinates in a position detecting element 5, and a force control part 4 controlling a constant force given to the robot on the basis of the force detected by a force detecting element 6. Likewise, there are provided with a control command generating part 7, performing the transfer of force and position commands and various parameters to the robot, a normal vector calculating part 8, calculating the normal vector of a contact point between the robot and an objective body and also calculating a contour coordinate system, and a shifting vector calculating part 9 calculating a shifting vector of the robot along the contour coordinate system, through which a contouring operation as adding a constant force to a surface of the objective body with an unknown-form curved surface by the force control part, on the basis of the calculated contour coordinates system.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ロボットの力制御において、対象物の表面に沿って加工
等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌道生成方式
に関し、 未知形状曲面を持つ対象物の表面にある一定の力を加え
ながら倣い動作を行う力制御ロボットの軌道生成を容易
に行うことを目的とし、制御対象となるロボットの力制
御時における軌道生成方式において、ロボットと対象物
(11)に作用する力を検出する力検出部と、ロボット
の現在位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の
位置座標に基づいてロボットの位置を制御する位置制御
部と、前記力検出部により検出した力に基づいてロボッ
トに与える力を制御する力制御部と、ロボットへ力・位
置指令及び各種パラメータの転送を行う制御指令生成部
と、ロボットと対象物の接点の法線ベクトルを算出し、
かつ倣い座標系を算出する法線ベクトル算出部と、倣い
座標系に沿ってロボットの移動方向ベクトルを算出する
移動方向ヘクトル算出部を備え、前記算出した倣い座標
系に基づいて未知形状の曲面を持つ対象物の表面に、前
記力制御部により一定の力を加えながら倣い動作を行う
ように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the trajectory generation method of a copying control device for copying work that performs machining etc. along the surface of an object in force control of a robot, The aim is to easily generate a trajectory for a force-controlled robot that performs a tracing operation while applying a certain force to a surface. a force detection unit that detects the force acting on the robot; a position detection unit that detects the current position of the robot; a position control unit that controls the position of the robot based on the position coordinates of the position detection unit; A force control unit that controls the force applied to the robot based on the detected force, a control command generation unit that transfers force/position commands and various parameters to the robot, and a control command generation unit that calculates the normal vector of the contact point between the robot and the object. ,
It also includes a normal vector calculation unit that calculates a scanning coordinate system, and a movement direction hector calculation unit that calculates a moving direction vector of the robot along the scanning coordinate system, and calculates a curved surface of an unknown shape based on the calculated scanning coordinate system. The device is configured to perform a tracing operation while applying a constant force to the surface of the object held by the force control section.

〔産業上の利用分野] 本発明は、力制御ロボットにおいて、対象物の表面に沿
って加工等を行う倣い作業のための倣い制御装置の軌道
生成方式に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a trajectory generation method for a tracing control device for a tracing operation in which machining or the like is performed along the surface of a target object in a force-controlled robot.

倣い制御装置は基本的に、制御対象(ロボット)を作動
させる操作部と、制御対象の位置・姿勢等を検出する位
置検出部と、制御対象が受ける力を検出する力検出部に
より構成され、曲面を有する対象物体の表面に沿って制
御対象を倣い動作させる装置である。従って、上記の各
装置からのデータにより制御対象の軌道生成を迅速かつ
正確に行う必要がある。
The scanning control device basically consists of an operation section that operates the controlled object (robot), a position detection section that detects the position, orientation, etc. of the controlled object, and a force detection section that detects the force applied to the controlled object. This is a device that moves a controlled object by tracing along the surface of a target object having a curved surface. Therefore, it is necessary to quickly and accurately generate the trajectory of the controlled object using data from each of the above devices.

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕力制御ロ
ボットで倣い作業を行う際、ロボットの先端と対象物が
接触する接触点における対象物表面の法線方向に一致す
る押しつけ方向nと、倣い動作をしながら制御対象の移
動する方向0で決定される倣い座標系(Ow  X w
 Y h Z w )をロボット制御装置に設定する必
要がある。
[Prior art and problems to be solved by the invention] When a force-controlled robot performs tracing work, a pressing direction n that coincides with the normal direction of the object surface at a contact point where the tip of the robot and the object come into contact; The scanning coordinate system (Ow
Y h Z w ) must be set in the robot control device.

従来、この倣い座標系を設定する方法として、オペレー
タによる教示による方法が提案されている。
Conventionally, as a method for setting this tracing coordinate system, a method using instruction by an operator has been proposed.

しかし、オペレータによるロボットへの教示は、対象物
表面が比較的平坦であればさほど複雑な操作は不要であ
るが、表面が複雑な曲面で構成されている場合には非常
に面倒な操作を伴うため、時間を要する。そのため、こ
の倣い座標系を設定する効率的方法が求められていた。
However, while the operator's teaching to the robot does not require very complicated operations if the object surface is relatively flat, it becomes extremely troublesome if the surface is composed of complex curved surfaces. Therefore, it takes time. Therefore, there has been a need for an efficient method for setting this tracing coordinate system.

本発明の目的は、この倣い座標系の設定を容易に行い制
御対象の軌道生成を容易に行うことが可能なロボットの
力制御時における軌道生成方式を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a trajectory generation method for force control of a robot, which makes it possible to easily set this tracing coordinate system and easily generate a trajectory of a controlled object.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は本発明の原理fJIff図である。本発明は、
制御対象となるロボット(1)の力制御時における軌道
生成方式であって、ロボットと対象物(11)に作用す
る力を検出する力検出部(6)と、ロボットの現在位置
を検出する位置検出部(5)と、前記位置検出部の位置
座標に基づいてロボットの位置を制御する位置制御部(
3)と、前記力検出部により検出した力に基づいてロボ
ットに与える力を制御する力制御部(4)と、ロボット
へ力・位置指令及び各種パラメータの転送を行う制御指
令生成部(7)と、ロボットと対象物の接点の法線ヘク
トルを算出し、かつ倣い座標系を算出する法線ベクトル
算出部(8)と、倣い座標系に沿ってロボットの移動方
向ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出部(9)を
備え、前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の曲
面を持つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の力
を加えながら倣い動作を行うようにしたことを特徴とす
る。
FIG. 1 is an fJIff diagram of the principle of the present invention. The present invention
A trajectory generation method during force control of a robot (1) to be controlled, which includes a force detection section (6) that detects the force acting on the robot and the object (11), and a position that detects the current position of the robot. a detection unit (5); a position control unit (5) that controls the position of the robot based on the position coordinates of the position detection unit;
3), a force control unit (4) that controls the force applied to the robot based on the force detected by the force detection unit, and a control command generation unit (7) that transfers force/position commands and various parameters to the robot. , a normal vector calculation unit (8) that calculates the normal hector of the point of contact between the robot and the object and also calculates the scanning coordinate system, and a movement direction vector that calculates the movement direction vector of the robot along the scanning coordinate system. A calculation unit (9) is provided, and the scanning operation is performed while applying a constant force by the force control unit to the surface of the object having a curved surface of unknown shape based on the calculated scanning coordinate system. shall be.

〔作 用〕[For production]

第2図は倣い座標系(0w  X w Y w Z h
 )の説明図である。この座標系は対象物11に対する
ロボット先端部12(ハンド)の位置・姿勢により決定
される座標系である。なお、13は力覚センサ、14は
マニプレータである。ベクトルn、o、aはそれぞれ倣
い座標系の座標軸Xw 、 Ytn 、 Zuについて
の単位ベクトルである。
Figure 2 shows the tracing coordinate system (0w X w Y w Z h
) is an explanatory diagram. This coordinate system is determined by the position and orientation of the robot tip 12 (hand) with respect to the object 11. Note that 13 is a force sensor, and 14 is a manipulator. Vectors n, o, and a are unit vectors for the coordinate axes Xw, Ytn, and Zu of the scanning coordinate system, respectively.

ヘクトルnは対象物へ力を加えるときの押しつけ方向を
示し、対象物の表面の法線ベクトルと同じ方向である。
Hector n indicates the pressing direction when applying force to the object, and is the same direction as the normal vector of the surface of the object.

0はnと直交関係にあり倣い動作時のロボット先端の移
動方向を示す。また、aはn、oに直交するように定め
られ、a=nXoで与えられる。
0 is orthogonal to n and indicates the moving direction of the robot tip during the copying operation. Further, a is determined to be orthogonal to n and o, and is given by a=nXo.

一方、座標(OXo 、 Yo 、 Zo)は基準座標
系である。そこで、ベクトルn、a。
On the other hand, the coordinates (OXo, Yo, Zo) are the reference coordinate system. Therefore, the vectors n, a.

種糸について成分表示を行う。即ち、 n =(nxnyng)’ o= (o、oyo、)’ 0を基準座 従って、倣い座標系(0,−X、4Y、Zl、l)から
基準座標系(0−X、、yo、 ZO)に変換するとn
a、oは上式のように表すことができる。
Ingredients are displayed for the seed yarn. That is, n = (nxnyng)' o = (o, oyo,)' 0 is the reference point. Therefore, from the copying coordinate system (0, -X, 4Y, Zl, l) to the reference coordinate system (0-X,, yo, When converted to ZO), n
a and o can be expressed as in the above formula.

第3図は基準座標系と倣い座標系におけるロボットの位
置関係の説明図である。ロボット(ハンド12)は対象
物11の表面で倣い動作を行っており、P、、P、はロ
ボットの位置である。Plにおいてベクトルnは面に垂
直な押しつけ方向であり、o、aは接平面上にある。ロ
ボットが倣い動作を行ってベクトル0の方向に移動する
と、P2ではロボットと対象物の接点での面の法線方向
がPでの押しつけ方向nと一致しなくなる。法線方向と
押しつけ方向が一致しないと、対象物に対して発生する
押しつけ力が設定値からずれる。従って、正確な力を発
生するためにはPlの倣い座標系をP2の倣い座標系に
切り換える必要がある。このような倣い座標系を変更す
るか否かを判断する条件として、 (1)一定時間経過したとき、 (2)対象物から受ける反力が設定力からある程度以上
ずれたとき、 (3)ロボットが一定距離を移動したとき、等がある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the positional relationship of the robot in the reference coordinate system and the tracing coordinate system. The robot (hand 12) is performing a tracing operation on the surface of the object 11, and P, , P are the positions of the robot. In Pl, vector n is the pressing direction perpendicular to the surface, and o and a are on the tangential plane. When the robot performs a tracing operation and moves in the direction of vector 0, the normal direction of the surface at the point of contact between the robot and the object at P2 no longer matches the pressing direction n at P. If the normal direction and the pressing direction do not match, the pressing force generated against the object will deviate from the set value. Therefore, in order to generate accurate force, it is necessary to switch the tracing coordinate system of Pl to the tracing coordinate system of P2. The conditions for determining whether or not to change the tracing coordinate system are: (1) when a certain period of time has elapsed, (2) when the reaction force received from the object deviates from the set force by more than a certain amount, (3) when the robot When moves a certain distance, etc.

なお、以下の説明では、(1)の条件に従って倣い座標
を変更するものとする。また、(2)、(3)の場合で
も基本的な原理は(1)と同様である。
In the following description, it is assumed that the scanning coordinates are changed according to the condition (1). Furthermore, in cases (2) and (3), the basic principle is the same as in (1).

本発明では倣い動作時の各地点における移動方向ベクト
ルが、倣い動作の開始地点(以下、始点と称する)の法
線ベクトルとオペレータが動作の開始時に与えた移動方
向ベクトルの2つのベクトルが威す平面上に常に存在す
るように制御を行う。
In the present invention, the moving direction vector at each point during the copying operation is determined by two vectors: the normal vector of the starting point of the copying operation (hereinafter referred to as the starting point) and the moving direction vector given by the operator at the start of the operation. Control so that it always exists on a plane.

第4図は倣い座標系とロボットの軌道の変化の説明図で
ある。また、第1.4、及び5図で示したような倣い動
作を力制御型ロボットで行うための制御系の原理構成図
である。第3.4図を参照しつつ曲面を有する対象物へ
倣い動作を行うための制御方法と軌道生成方法について
説明する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the scanning coordinate system and changes in the trajectory of the robot. Moreover, it is a principle block diagram of the control system for performing the copying motion shown in FIGS. 1.4 and 5 by a force-controlled robot. A control method and trajectory generation method for performing a tracing operation on an object having a curved surface will be explained with reference to FIG. 3.4.

倣梵生盗及生見班 まず、第4図図示の始点pHにおける倣い座標系の算出
について説明する。
First, calculation of the copying coordinate system at the starting point pH shown in FIG. 4 will be explained.

(1)始点における法線ベクトルn、の算出始点Pl、
での法線ベクトルn、lを次のようにして求める。第5
図(a)は、ハンドが対象物から受ける反力Fと力覚セ
ンサ座標系(0,−XSYsZS)の関係を示した図で
ある。力覚センサ13では、反力Fのx、、y、、z、
方向のそれぞれの分力fX+rv、rzが検出される。
(1) Calculation starting point Pl of normal vector n at the starting point,
The normal vectors n and l at are determined as follows. Fifth
Figure (a) is a diagram showing the relationship between the reaction force F that the hand receives from the object and the force sensor coordinate system (0, -XSYsZS). The force sensor 13 detects the reaction force F x, y, z,
Component forces fX+rv, rz in each direction are detected.

(以下、力覚センサの検出するトルク収骨についての説
明は省略する。)反力SFをヘクトル表示すると、(こ
こで、Sは力覚センサ座標系(Os  X s Y s
 Z s )で記述されていることを示す。) SF= (fKfYfz)”          −(
1)となる。力覚センサ座標系で表した法線ベクトルS
nBは、 SFと逆向きのベクトルであり、成分表示す
ると、 ・・・ (2) ここで13F1は、ベクトルの大きさである。
(Hereinafter, a description of the torque bone detection detected by the force sensor will be omitted.) When the reaction force SF is expressed in hectors, (here, S is the force sensor coordinate system (Os X s Y s
Z s ). ) SF= (fKfYfz)” −(
1). Normal vector S expressed in force sensor coordinate system
nB is a vector in the opposite direction to SF, and when expressed as components: (2) Here, 13F1 is the magnitude of the vector.

法線ベクトルSn、を基準座標系で表してみる。Let us express the normal vector Sn in the reference coordinate system.

力覚センサ座標系の各座標軸X、、Y、、Z、の基準座
標系に対する単位ベクトルを0n、、  。−;30a
、とする(Oは、基準座標系で記述されていることを示
す)。成分表示すると、 である。このとき、力覚センサ座標系から基準座標系へ
の座標変換行列0A、は、 OAS = (’n、s’os’as)      −
(4)で与えられる。基準座標系で表した法線ベクトル
On!lは、座標変換行列0A、を用いて、’n、B 
= oAssns           ”・(5)と
なる。法線ベクトルは、第1図の法線ベクトル算出部8
で算出される。また、始点以外の他の接触点での法線ベ
クトルの算出も同様の操作で行われる。
Let the unit vector of each coordinate axis X, , Y, , Z of the force sensor coordinate system with respect to the reference coordinate system be 0n, . -;30a
, (O indicates that it is written in the reference coordinate system). When the ingredients are displayed, it is as follows. At this time, the coordinate transformation matrix 0A from the force sensor coordinate system to the reference coordinate system is OAS = ('n, s'os'as) −
It is given by (4). Normal vector expressed in reference coordinate system On! l is 'n,B using the coordinate transformation matrix 0A,
= oAssns”・(5) The normal vector is calculated by the normal vector calculation unit 8 in FIG.
It is calculated by Further, calculation of normal vectors at contact points other than the starting point is also performed in a similar manner.

(2)始点での移動方向ベクトルの算出部に、オペレー
タが与えた移動方向ベクトル0゜Pと、求めた法線ベク
トルOn8を用いて、始点Pl+における移動方向ベク
トルO6を算出する。ただを満たさないものとする。移
動方向ベクトルO,Iは、法線ベクトルOn、に直交し
、移動方向ベクトル0゜、と法線ベクトルOn、の或す
平面上にあるベクトルである。このとき、倣い座標系の
座標軸を表す単位ベクトルの1つであるallは、On
BとOOPを用いて、 ・・・ (8) で表される。移動方向ベクトルOn、は、ベクトル’n
1’amとの直交関係により、 Oo、= ’a、X’ns         ・= (
9)で求められる。移動方向ベクトルは、第1図の移動
方向ベクトル算出部9で算出される。
(2) The moving direction vector O6 at the starting point Pl+ is calculated by using the moving direction vector 0°P given by the operator and the obtained normal vector On8 in the moving direction vector calculation section at the starting point. It shall not satisfy the following. The moving direction vectors O and I are vectors that are perpendicular to the normal vector On and are on a certain plane between the moving direction vector 0° and the normal vector On. At this time, all, which is one of the unit vectors representing the coordinate axes of the copying coordinate system, is On
Using B and OOP, it is expressed as (8). The moving direction vector On is the vector 'n
Due to the orthogonal relationship with 1'am, Oo, = 'a, X'ns ・= (
9). The moving direction vector is calculated by the moving direction vector calculating section 9 shown in FIG.

次に、第4図の点Piでの倣い座標系の算出方法につい
て説明する。
Next, a method of calculating the tracing coordinate system at point Pi in FIG. 4 will be explained.

(3)点P、での法線ベクトルの算出 点P、での法線ベクトルn、の算出方法は、始点PIl
での法線ベクトルの算出方法と同様であり、次式で表さ
れる。ただし、点P8での反力SF、を、 ’Ft =(fxtfvtL+)” とする。
(3) Calculation of normal vector at point P The method for calculating the normal vector n at point P is the starting point PIl
This is the same as the method of calculating the normal vector in , and is expressed by the following formula. However, the reaction force SF at point P8 is set as 'Ft=(fxtfvtL+)''.

・・・ (]0) On、  = ’Ast’ni           
  ・・・ (11)0A5.は、点P、の力覚センサ
座標系から基準座標系への座標変換行列である。
... (]0) On, = 'Ast'ni
... (11)0A5. is a coordinate transformation matrix from the force sensor coordinate system of point P to the reference coordinate system.

(4)点P、での移動方向ベクトルの算出ロボットの先
端位置は、ヘクトルミ方向にも位置制御されているので
、先端位置が常にベクトルn、oが威す平面上にあるよ
うに制御される。したがって、対象物の表面に描く軌跡
は、始点で与えられたベクトルn108の成す平面上の
曲線となる。このことから、点P8での移動方向ヘク直
に与えられればよいことがわかる。また、移動するので
、ベクトル00.は、 ・・・ (12) のように表される。倣い座標系の座標軸を表す単位ベク
トルの1つであるai は、ベクトルOn 。
(4) Calculation of the movement direction vector at point P. Since the tip position of the robot is also controlled in the hectorum direction, the tip position is controlled so that it is always on the plane affected by vectors n and o. . Therefore, the locus drawn on the surface of the object becomes a curve on the plane formed by the vector n108 given at the starting point. From this, it can be seen that it is sufficient to apply the hexagonal force directly in the moving direction at point P8. Also, since it moves, the vector 00. is expressed as (12). ai, which is one of the unit vectors representing the coordinate axes of the tracing coordinate system, is the vector On.

Oo 、との直交関係により、 Oa、= On、×Oo、         ・・・(
13)で求められる。
Due to the orthogonal relationship with Oo, Oa, = On, ×Oo, ... (
13).

倣□4■旨列性璽 第4図にある始点P、での倣い動作の制御方法について
説明する。
A method of controlling the copying operation at the starting point P shown in FIG. 4 will be explained.

(1)目標力Frの発生 始点P8で、対象物に対して設定した力F1を発生する
時は、力の大きさがF、で、方向・向きがn、の力を発
生すればよい。従って、設定カベて、 で与えられる。
(1) When generating the set force F1 to the object at the target force Fr generation starting point P8, it is sufficient to generate a force with a force magnitude of F and a direction of n. Therefore, the total configuration is given by .

(2)目標位置の設定 始点Pヨてのロボットの進行方向は、始点P。(2) Setting the target position The direction of movement of the robot beyond the starting point P is the starting point P.

からの相対位置指令で与える。始点P、からの移動方向
は、式(9)の移動方向ベクトルGo8で与えられてお
り、0ollを用いて相対位置を表すと、 OXI =α・008          ・・・(1
5)となる。αは、2ページの倣い座標系の修正のため
の条件(1)〜(3)から決まる適当な定数である。
Give it as a relative position command from . The movement direction from the starting point P is given by the movement direction vector Go8 in equation (9), and when the relative position is expressed using 0oll, OXI = α・008 ... (1
5). α is an appropriate constant determined from conditions (1) to (3) for modifying the scanning coordinate system on page 2.

目標力、目標位置の設定は第1図に示す制御指令生威部
7で行う。
The target force and target position are set by the control command output section 7 shown in FIG.

(3)倣い動作の終了 次のような条件を満たした時に倣い動作を終了する。(3) End of copying operation The copying operation ends when the following conditions are met.

(1)オペレータから終了の指令があったとき(2)一
定時間を経過した時 (3)衝突したとき、または、対象物から離れた時 (4)ロボントの可動範囲を越えた時 代(12)は0a、l−00,または0all−−On
(1) When the operator gives a command to finish (2) When a certain period of time has passed (3) When there is a collision or when the robot leaves the object (4) When the robot exceeds its movable range (12) is 0a, l-00, or 0all--On
.

のときには成立しない。このとき、点P1の移動方向ベ
クトルにオペレータが与えた移動方向ベクトル0゜、を
用いると進行方向が維持できる。
It does not hold when . At this time, the moving direction can be maintained by using the moving direction vector of 0° given by the operator as the moving direction vector of point P1.

〔実施例] 第6図は本発明の一実施例倣い制御装置のブロック構成
図である。実施例に係わる制御装置は、図示のように、
マニプレータ21の制御を行う操作部22を備えている
。この操作部22はサーボ・モータ22aと、パワー・
アンプ22bと、D/Aコンバータ22cと、補償器2
2dとで構成される。
[Embodiment] FIG. 6 is a block diagram of a copying control device according to an embodiment of the present invention. The control device according to the embodiment, as shown in the figure,
It includes an operation section 22 that controls the manipulator 21. This operation section 22 includes a servo motor 22a and a power
Amplifier 22b, D/A converter 22c, and compensator 2
2d.

また、制御装置は、マニプレータ21の図示しないハン
ド部の先端位置の検出を行う位置検出部26を備えてお
り、この位置検出部26はカウンタ及びエンコーダ26
aとタコ・メータ26bとで構成される。
The control device also includes a position detecting section 26 that detects the tip position of a hand section (not shown) of the manipulator 21, and this position detecting section 26 has a counter and an encoder 26.
a and a tachometer 26b.

更に制御装置は、マニプレータ21のハンド部が受ける
力の検出を行う力検出部23を備えている。
Furthermore, the control device includes a force detection section 23 that detects the force applied to the hand section of the manipulator 21.

この力検出部23は上記と同様の力覚センサ23aとハ
ンド部座標系からロボット基準座標系への座標変換部2
3bとを備えている。
This force detection section 23 includes a force sensor 23a similar to the above and a coordinate conversion section 2 from the hand coordinate system to the robot reference coordinate system.
3b.

更に、また、制御装置は倣い動作時に、力検出部23に
より検出された力F。、設定力(力指令F、)及び力制
御パラメータに基づいて力制御方向の速度指令信号■、
を発する力制御部24と、位置検出部26に検出された
位置X。、目標位置X、、及び位置パラメータに基づい
て位置制御方向の速度指令信号■、を発する位置制御部
27とを備えている。
Furthermore, the control device also detects the force F detected by the force detection section 23 during the copying operation. , Speed command signal in the force control direction based on the set force (force command F,) and the force control parameter ■,
The force control unit 24 that emits the force and the position X detected by the position detection unit 26. , target position

第7図は第6図の位置制御部27の具体的構成図である
。図示のように、転置直交変換行列(RT)演算部31
と、選択行列(r−sr)演算部32と、直交行列(R
)演算部33と、位置フィードバックゲイン(c= )
 演算部34とを有する。一方、力制御部24は転置直
交変換行列(R” )演算部38と、選択行列(S、)
演算部37と、直交行列(R)i算部36と、カフィー
ドハックゲイン(cf)演IE部35とを備える。尚、
符号24a及び27aは偏差部である。
FIG. 7 is a specific configuration diagram of the position control section 27 shown in FIG. 6. As shown in the figure, a transposed orthogonal transformation matrix (RT) calculation unit 31
, the selection matrix (r-sr) calculation unit 32, and the orthogonal matrix (R
) calculation unit 33 and position feedback gain (c= )
It has an arithmetic unit 34. On the other hand, the force control section 24 includes a transposed orthogonal transformation matrix (R'') calculation section 38 and a selection matrix (S,).
It includes a calculation section 37, an orthogonal matrix (R) i calculation section 36, and a CF calculation IE section 35. still,
Symbols 24a and 27a are deviation parts.

ベクトルn、o、aを用いてロボット基準座標系(Xo
、yo、zo)から倣い座標系(X w Y 、IZ 
w )への座標変換する直交座標変換行列Rは、次のよ
うに表される。
The robot reference coordinate system (Xo
, yo, zo) to the tracing coordinate system (X w Y , IZ
An orthogonal coordinate transformation matrix R for coordinate transformation to w ) is expressed as follows.

第2図のように、倣い座標系(Xl、IY、IZw)の
Xo方向を力制御方向、yl、1.zt、、方向を位置
制御方向とすると、選択行列清算部32 、37の選択
行列Sfは、 (16) で与えられる。
As shown in FIG. 2, the Xo direction of the scanning coordinate system (Xl, IY, IZw) is the force control direction, yl, 1. When the direction zt, , is the position control direction, the selection matrix Sf of the selection matrix clearing units 32 and 37 is given by (16).

カフィードバックゲインC2 は、 基準座標系に 関して、 (17) で与えられる。feedback gain C2 teeth, to the reference coordinate system regarding, (17) is given by

また、 位置フィードバックゲインC1 は同様に して、 (18) で与えられる。Also, Position feedback gain C1 is similarly do, (18) is given by

更に、制御装置は、力制御部24及び前記位置制御部2
7から出力された速度についての加算を行う加算部30
bと、加算された速度をマニプレータ2Iの各関節の角
速度θに変換する逆ヤコビ変換部30aとを備える。
Furthermore, the control device includes a force control section 24 and the position control section 2.
Adding unit 30 that adds the speeds output from 7.
b, and an inverse Jacobi transform unit 30a that converts the added velocity into an angular velocity θ of each joint of the manipulator 2I.

座標変換部20では、位置検出部26で検出されたマニ
プレータの関節角θ、を基準座標系での位置Xoに変換
する。
The coordinate conversion unit 20 converts the joint angle θ of the manipulator detected by the position detection unit 26 into a position Xo in the reference coordinate system.

ホストコンピュータ40は、(1)目標値WXr、力指
令F1の制御指令、〔2)倣い座標系の切り換えに伴う
位置制御、力制御パラメータの送信、(3)法線ベクト
ル算出部、移動方向ベクトル算出部の状態制御の信号の
発生を行う制御指令生成部40aと、マニプレータと対
象物の接触点の法線ベクトルを算出する法線ヘクトル算
出部40bと、マニプレータと対象物の接触点での移動
方向ベクトルを算出する移動方向ベクトル算出部40c
を備える。制御指令生成部40aには、オペレータによ
り倣い動作のためのパラメータが設定される。
The host computer 40 provides (1) control commands for the target value WXr and force command F1, [2] position control associated with switching of the scanning coordinate system, transmission of force control parameters, (3) normal vector calculation unit, and movement direction vector. A control command generation section 40a that generates a signal for controlling the state of the calculation section, a normal hector calculation section 40b that calculates the normal vector of the contact point between the manipulator and the object, and a control command generation section 40b that generates a signal for controlling the state of the calculation section, and a normal hector calculation section 40b that calculates the normal vector at the contact point between the manipulator and the object, and the movement at the contact point between the manipulator and the object. Movement direction vector calculation unit 40c that calculates a direction vector
Equipped with Parameters for the copying operation are set in the control command generating section 40a by the operator.

第8図に、実施例に係わるハードウェアのシステム構成
を示す。ホストコンピュータ40は、9F11 J8指
令生収部40a、法線ベクトル算出部40b、移動方向
ベクトル算出部40c、通信制御部40dを備える。ロ
ボットコントローラ10は、メモリ10a、通信制御部
10bと、制御部、座標変換部、偏差部等を備え、操作
部22、位置検出部26を介してマニプレータ21の制
御を行う。ホストコンピュータ40と、ロボットコント
ローラ10は、バス等の通信インターフェースIFによ
って接続されており、それぞれの信号の送・受信のタイ
ミングを管理する通信制御部10b、40dによって、
メモリ10aと法線ベクトル算出部40b、移動方向ベ
クトル算出部40c間でデータが転送される。
FIG. 8 shows a hardware system configuration according to the embodiment. The host computer 40 includes a 9F11 J8 command generation section 40a, a normal vector calculation section 40b, a movement direction vector calculation section 40c, and a communication control section 40d. The robot controller 10 includes a memory 10a, a communication control section 10b, a control section, a coordinate conversion section, a deviation section, etc., and controls the manipulator 21 via an operation section 22 and a position detection section 26. The host computer 40 and the robot controller 10 are connected by a communication interface IF such as a bus, and are controlled by communication control units 10b and 40d that manage the timing of sending and receiving respective signals.
Data is transferred between the memory 10a, the normal vector calculation unit 40b, and the movement direction vector calculation unit 40c.

システム構成を第8図のようにした時に、曲面を有する
対象物に対して倣い動作を行う場合の処理の流れを、第
9図に示す。
FIG. 9 shows the flow of processing when performing a tracing operation on an object having a curved surface when the system configuration is as shown in FIG. 8.

第9図は、処理フローチャートであり、フローチャート
により前述のホストコンピュータ内の制御指令生成部4
0a、法線ベクトル算出部40b、移動方向ヘクトル算
出部40c、ロボットコントローラIOで行われる処理
の流れを示したものである。
FIG. 9 is a processing flowchart.
0a, a normal vector calculation section 40b, a moving direction hector calculation section 40c, and a flow of processing performed by the robot controller IO.

尚、倣い動作のためのパラメータはオペレータによって
設定されるものとする。図中、添字Bは始点を、添字i
は第i番目でのロボットと対象物との接触点を表す。
It is assumed that the parameters for the copying operation are set by the operator. In the figure, the subscript B indicates the starting point, and the subscript i
represents the i-th contact point between the robot and the object.

まず、オペレータは移動方向ベクトル OOP、設定力
Fr、適当な値を持つ倣い座標系の切り換え時間T、相
対位置を指定する係数α、始点で法線ベクトルを算出す
るために発生する力ベクトルFBを設定する。制御指令
生成部40aでは、始点で適当な力F、を発生するため
に力指令Fl+及び力制御パラメータを生威し、ロボッ
トコントローラ10へ転送する。ロボットコントローラ
10は、指令に基づいて対象物11ムこ押しつけ動作を
行う。このとき、検出した反力が0のとき(ロボットと
対象物が離れた時)は、再度力へクトルFIIの設定を
行う。
First, the operator calculates the moving direction vector OOP, the setting force Fr, the switching time T of the scanning coordinate system with an appropriate value, the coefficient α specifying the relative position, and the force vector FB generated to calculate the normal vector at the starting point. Set. The control command generation unit 40a generates the force command Fl+ and the force control parameters in order to generate an appropriate force F at the starting point, and transfers them to the robot controller 10. The robot controller 10 performs a pressing operation against the object 11 based on the command. At this time, when the detected reaction force is 0 (when the robot and the object are separated), the force hector FII is set again.

次に、法線ヘクトル算出部40bにおいて、検出した反
力Fから(2)式を用いて、5nlIを求める。
Next, the normal hector calculation unit 40b calculates 5nlI from the detected reaction force F using equation (2).

また、ヤコビ行列で力覚センサ座標系を計算し、(4)
弐から座標変換行列’ A gを算出する。算出したO
A、を用いて、法線ベクトルOn8を求め、制御指令生
成部40aと移動方向ベクトル算出部へOn6を転送す
る。
Also, calculate the force sensor coordinate system using the Jacobian matrix, and (4)
The coordinate transformation matrix ' A g is calculated from 2. The calculated O
A, the normal vector On8 is obtained, and On6 is transferred to the control command generation section 40a and the movement direction vector calculation section.

ここで、法線ベクトルOn、と移動方向ベクトル’OO
Fの方向が一致した場合は、再度パラメータの設定を行
う。
Here, the normal vector On, and the movement direction vector 'OO
If the directions of F match, set the parameters again.

移動方向ヘクトル算出部40cでは、(8)式を用いて
ベクトルOal+を算出し、OnBとOa6から移動方
向ベクトルGo8を求める((9)式)。
The moving direction hector calculation unit 40c calculates the vector Oal+ using equation (8), and obtains the moving direction vector Go8 from OnB and Oa6 (formula (9)).

制御指令生成部40aは、式(14L (15)と法線
ベクトル0n8、移動方向ヘクトルGo、から、目標力
ベクトル0Fr、目標相対位置ヘクトル0X、、を住成
し、ロボットコントローラへ転送する。ロボットコント
ローラ10は、制御指令生成部40aから速度指令v0
を受けると倣い動作を開始する。
The control command generating unit 40a generates a target force vector 0Fr, a target relative position hector 0X, from equation (14L (15), a normal vector 0n8, a moving direction hector Go), and transfers it to the robot controller. The controller 10 receives a speed command v0 from the control command generation unit 40a.
When received, the copying motion starts.

一定時間τが経過するとロボットの可動範囲にあるかど
うかを調べ、可動範囲内であれば、第1番目の接触点で
の反力Fを検出する。
After a certain period of time τ has elapsed, it is checked whether the robot is within the movable range, and if it is within the movable range, the reaction force F at the first contact point is detected.

第1番目の接触点でも、始点と同様の操作で、法線−・
クトル算出部40bで法線ベクトルを算出する。また、
法線ベクトル算出部40bでは、(12)弐を用いて移
動方向ヘクトルを算出する。
At the first contact point, use the same operation as the starting point to make the normal -
A normal vector is calculated by the vector calculation unit 40b. Also,
The normal vector calculation unit 40b calculates the moving direction hector using (12) 2.

制御指令生成部40aは、法線ヘクトルOn 、、移動
方向ヘクトルOo 、から、目標力ヘクトル0Fr、目
標相対位置ヘクトル0X、を生威し、ロボットコントロ
ーラへ転送する。ロボットコントローラは、制御指令生
成部40aから速度指令■。
The control command generation unit 40a generates a target force hector 0Fr and a target relative position hector 0X from the normal hector On, the movement direction hector Oo, and transfers them to the robot controller. The robot controller receives the speed command ■ from the control command generation unit 40a.

を受けると倣い動作を開始する。When received, the copying motion starts.

一定時間τが経過するとオペレータから終了指令が有る
かどうかを調べ、指令があれば倣い動作を停止し、次の
動作を行う。指令がなければ、反を計算する。以上の操
作を、オペレータが終了指令を出すまで繰り返す。
After a certain period of time τ has elapsed, it is checked whether there is a termination command from the operator, and if there is a command, the copying operation is stopped and the next operation is performed. If there is no command, calculate the opposite. The above operations are repeated until the operator issues a termination command.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、曲面を有する対
象物へ対する倣い動作を自動的に行うことができ、従来
ロボットの操作者が行っていた対象物体の変更や対象物
の位置ずれに伴うロボットへの教示を行う必要がなくな
り操作者の負担が軽減される。また、移動方向ベクトル
が常に同一平面にあるため、対象物への目標力と対象物
へ発生する力のずれを微小にできる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to automatically perform a copying operation on a target object having a curved surface, and it is possible to automatically perform a copying operation on a target object having a curved surface. There is no need to teach the accompanying robot, and the burden on the operator is reduced. Furthermore, since the moving direction vectors are always on the same plane, the deviation between the target force applied to the object and the force generated on the object can be made minute.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の制御系の原理構成図、第2図は倣い座
標系の説明図、 第3図は対象物とマニプレータの位置関係説明図、 第4図は各点における倣い座標系の説明図、第5図は設
定力の算出方向の説明図、 第6図は本発明の一実施例構成図、 第7図は位置制御部と力制御部の構成図、第8図は本発
明のシステム構成図、及び第9図(a)〜(C)は本発
明の処理手順図である。 (符号の説明) l・・・制御対象、    2・・・操作部、3・・・
位置制御部、  4・・・力制御部、5・・・位置検出
部、   6・・・力検出部、7・・・制御指令生成部
、 8・・・法線ヘクトル算出部、 9・・・移動方向ヘクトル算出部、 11・・・対象物、    12・・・ハント、13・
・・力覚センサ、  14・・・マニプレータ。 特許出1頭人 冨士通株式会社 特許出願代理人
Fig. 1 is a diagram showing the principle configuration of the control system of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the scanning coordinate system, Fig. 3 is an explanatory diagram of the positional relationship between the object and the manipulator, and Fig. 4 is an illustration of the scanning coordinate system at each point. Explanatory diagram, FIG. 5 is an explanatory diagram of the calculation direction of the setting force, FIG. 6 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a configuration diagram of a position control section and a force control section, and FIG. 8 is a diagram of the present invention The system configuration diagram and FIGS. 9(a) to 9(C) are processing procedure diagrams of the present invention. (Explanation of symbols) l...Controlled object, 2...Operation unit, 3...
Position control unit, 4... Force control unit, 5... Position detection unit, 6... Force detection unit, 7... Control command generation unit, 8... Normal hector calculation unit, 9...・Movement direction hector calculation unit, 11...Target, 12...Hunt, 13.
... Force sensor, 14... Manipulator. Patent application agent Fujitsu Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、制御対象となるロボット(1)の力制御時における
軌道生成方式において、 ロボットと対象物(11)に作用する力を検出する力検
出部(6)と、 ロボットの現在位置を検出する位置検出部(5)と、 前記位置検出部の位置座標に基づいてロボットの位置を
制御する位置制御部(3)と、 前記力検出部により検出した力に基づいてロボットに与
える力を制御する力制御部(4)と、ロボットへ力・位
置指令及び各種パラメータの転送を行う制御指令生成部
(7)と、 ロボットと対象物の接点の法線ベクトルを算出し、かつ
倣い座標系を算出する法線ベクトル算出部(8)と、 倣い座標系に沿ってロボットの移動方向ベクトルを算出
する移動方向ベクトル算出部(9)を備え、 前記算出した倣い座標系に基づいて未知形状の曲面を持
つ対象物の表面に、前記力制御部により一定の力を加え
ながら倣い動作を行うようにしたことを特徴とするロボ
ットの力制御時における軌道生成方式。
[Claims] 1. In a trajectory generation method during force control of a robot (1) to be controlled, a force detection section (6) that detects a force acting on the robot and the object (11); a position detection unit (5) that detects the current position; a position control unit (3) that controls the position of the robot based on the position coordinates of the position detection unit; and a position control unit (3) that controls the robot position based on the force detected by the force detection unit. A force control unit (4) that controls the applied force, a control command generation unit (7) that transfers force/position commands and various parameters to the robot, and a control command generation unit (7) that calculates the normal vector of the contact point between the robot and the object A normal vector calculation unit (8) that calculates a scanning coordinate system; and a movement direction vector calculation unit (9) that calculates a movement direction vector of the robot along the scanning coordinate system, and based on the calculated scanning coordinate system. A trajectory generation method for force control of a robot, characterized in that the force control section performs a tracing operation while applying a constant force to the surface of an object having a curved surface of unknown shape.
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