JPH03240104A - Robot copying controller - Google Patents

Robot copying controller

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JPH03240104A
JPH03240104A JP3399490A JP3399490A JPH03240104A JP H03240104 A JPH03240104 A JP H03240104A JP 3399490 A JP3399490 A JP 3399490A JP 3399490 A JP3399490 A JP 3399490A JP H03240104 A JPH03240104 A JP H03240104A
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JP
Japan
Prior art keywords
coordinate system
work
force
copying
robot
Prior art date
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Pending
Application number
JP3399490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Yabuki
彰彦 矢吹
Yutaka Yoshida
豊 吉田
Yasuyuki Nakada
康之 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to JP3399490A priority Critical patent/JPH03240104A/en
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Abstract

PURPOSE:To automatically set a work coordinate system in an on-line method by providing a copying route setting means which defines the intersecting line between a work subject surface and a plane decided by the start point, the end point, and the bypass point of the copying work as a copying work route. CONSTITUTION:A copying route setting means 18 sets an intersecting line lbetween the surface of a subject 4 and a plane phi decided by a start point T1, a bypass point T3, and an end point T2 of the copying work as a copying work route. Then a robot arm 1 is moved. A unit vector (n) of a work coordinate system is decided from the direction of the contact force which is detected by a force sensor 2 attached to a probe 3. Meanwhile a unit vector (a) of the work coordinate system is decided in parallel with a direction vector (m) of the intersecting line l between the plane phi and a contact plane II set at the point T1. Finally a 3rd unit vector (o) is decided as an external product of both vectors (a) and (n). Thus the work coordinate system is automatically set in an on-line method and the surface of the work subject having an unknown shape is smoothly copied.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概  要〕 未知形状の作業対象物の表面を滑らかに倣うために、作
業座標系をオンラインで自動的に設定するロボットの倣
い制御装置に関し、 未知形状の作業対象物の表面を滑らかに倣うために、作
業座標系をオンラインで自動的に設定することを目的と
し、 目標力ベクトルの方向の単位ベクトルnを第1列、該ベ
クトルnに直交し、かつロボットの手先ルの外積■×■
=■を第2列とする作業座標系から基準座標系への変換
行列を用いて、前記ロボットの手先の目標値lと現在位
置との偏差と、該ロボットの力の目標値と手先の対象物
への作用力との偏差とによって、該ロボットの位置と力
を制御する位置と力の混成制御装置を備えたシステムに
おいて、前記ロボットの作業対象物表面上に指定される
倣い作業の開始点T+ と終了点T2、および点TIと
Tzの間の該倣い作業の経由点T3に対して、該3点T
+ 、Tz 、T3で決定される平面と前記作業対象物
表面との交線を前記倣い作業の経路とする倣い経路設定
手段を有するように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a robot tracing control device that automatically sets a work coordinate system online in order to smoothly trace the surface of a workpiece of unknown shape. The purpose is to automatically set the working coordinate system online in order to smoothly trace the surface of the robot. Cross product of le■×■
Using a transformation matrix from the work coordinate system to the reference coordinate system with =■ as the second column, calculate the deviation between the target value l of the robot's hand and the current position, the target force value of the robot, and the object of the hand. In a system equipped with a position and force hybrid control device that controls the position and force of the robot based on a deviation from the force acting on the object, a starting point of the tracing operation specified on the surface of the workpiece of the robot. The three points T
+, Tz, and T3 and a line of intersection between the surface of the object to be worked on and the surface of the object to be worked on as the path of the tracing operation.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はロボットの制御方式に係り、さらに詳しくは未
知形状の作業対象物の表面を滑らかに倣うために、作業
座標系をオンラインで自動的に設定するロボットの倣い
制御装置に関する。
The present invention relates to a robot control system, and more particularly to a robot tracing control device that automatically sets a work coordinate system online in order to smoothly trace the surface of an unknown-shaped workpiece.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ロボットの手先をある力で押し付けながら対象物表面に
沿って移動させる倣い作業においては、ロボット手先に
取り付けられたプローブと作業対象物との接触点におけ
る接平面に対して、その法線方向に力制御、また接平面
内で位置制御を行うように設定される。
In copying work in which the robot's hand is moved along the surface of a workpiece while being pressed with a certain force, a force is applied in the normal direction to the tangential plane at the contact point between the probe attached to the robot hand and the workpiece. control, and is also set to perform position control in the tangential plane.

第12図は倣い作業のような位置と力の混成制御におけ
る作業座標系の設定の例である。同図において、ロボッ
トアーム1に力覚センサ2を介して取り付けられたプロ
ーブ3と作業対象物4との接触点において、力制御方向
は対象物4の表面の法線方向の単位ベクトルnで、また
位置制御方向は単位ベクトルOVaとによって示される
。本発明ではプローブ3の移動方向を単位ベクトルaの
方向に一致させるものとする。
FIG. 12 is an example of setting a work coordinate system in hybrid control of position and force such as copying work. In the figure, at the point of contact between the probe 3 attached to the robot arm 1 via the force sensor 2 and the workpiece 4, the force control direction is a unit vector n in the normal direction of the surface of the workpiece 4. Further, the position control direction is indicated by a unit vector OVa. In the present invention, the moving direction of the probe 3 is made to coincide with the direction of the unit vector a.

第13図はロボットの位置と力の混成制御装置の構成例
のブロック図である。同図においてPl。
FIG. 13 is a block diagram of a configuration example of a robot position and force hybrid control device. In the same figure, Pl.

はロボットの各関節の変位から算出されるロボットの手
先の現在位置、p orは手先の目標位置、P−は作業
座標系の原点、F□はロボットに装着された力覚センサ
で検出されるロボット手先と作業対象物との間の作用力
、F orは目標力、eは関節速度指令である。ここで
例えばp srの添字1r1 は例えばロボット本体の
固定位置を原点とする基準座標系表示であることを示し
ている。
is the current position of the robot's hand calculated from the displacement of each joint of the robot, p or is the target position of the hand, P- is the origin of the work coordinate system, and F is detected by the force sensor attached to the robot. The acting force between the robot hand and the workpiece, For is the target force, and e is the joint speed command. Here, for example, the subscript 1r1 of p sr indicates that it is a reference coordinate system whose origin is the fixed position of the robot body.

ロボットの基準座標系で記述される位置偏差は位置偏差
生成器5によって、また力偏差は力偏差生成器6によっ
て生成され、それぞれ変換行列RTによって、例えばロ
ボット手先位置を原点とし、手先と作業対象物との間の
押し付けなどの拘束関係で定義される作業座標系に変換
される。ここでここでRTの“Toは位置行列を示し、
n、0゜aは互いに右手系で直交する単位ベクトルを示
す。
The positional deviation described in the reference coordinate system of the robot is generated by the positional deviation generator 5, and the force deviation is generated by the force deviation generator 6, and each of them is generated by a transformation matrix RT, for example, with the robot hand position as the origin, and the hand and work object are It is converted to a work coordinate system defined by constraint relationships such as pressing between objects. Here, "To" of RT indicates a position matrix,
n and 0°a indicate unit vectors that are right-handed and orthogonal to each other.

作業座標系に変換された位置偏差および力偏差からそれ
ぞれ位置補償器7、および力補償器8によって速度指令
が生成されるが、位置補償器7の出力には位置選択行列
S、9が、また力補償器8の出力には力選択行列5rl
Oが掛けられて、位置制御方向と力制御方向が分離され
た速度指令としてVpwおよび■1が生成される。ここ
で例えばことを示す0例えば並進n方向を力制御、並進
0およびa方向を位置制御する場合には位置選択行列S
、および力選択行列Sfは次のように与えられる。
A speed command is generated by a position compensator 7 and a force compensator 8 from the position deviation and force deviation converted into the work coordinate system, respectively, and the output of the position compensator 7 includes position selection matrices S and 9. The output of the force compensator 8 has a force selection matrix 5rl.
By multiplying by O, Vpw and ■1 are generated as a speed command in which the position control direction and the force control direction are separated. For example, in the case of force control in the translation n direction and position control in the translation 0 and a directions, the position selection matrix S
, and the force selection matrix Sf are given as follows.

S、=  dt−−(011)       (2)S
t−dt−−(100)       (3)ここで“
d Lag′は括弧内を主対角線要素とする対角線行列
を示す。
S, = dt--(011) (2) S
t-dt--(100) (3) Here “
d Lag' indicates a diagonal matrix whose main diagonal elements are in parentheses.

手先を空間移動させる場合には、その移動を高速化する
ために、例えばロボットの出し得る最高速度■□8をそ
の高さとする台形状の速度関数が速度発生器11により
フィードフォワードの速度指令■。いとして生成される
。そしてこの■。0は積分器12を介して位置偏差生成
器5にも入力される。これは積分器12の出力I (V
。、(a))、すなわち移動開始位置PC,,からの移
動すべき量によって時々刻々の手先のあるべき位置を求
め、それを現在位置P1..と比較するためである。
When moving the hand in space, in order to speed up the movement, for example, a trapezoidal speed function whose height is the maximum speed that the robot can achieve ■□8 is generated by the speed generator 11 as a feedforward speed command ■ . generated as And this ■. 0 is also input to the position error generator 5 via the integrator 12. This is the output I (V
. , (a)), that is, the desired position of the hand at every moment is determined by the amount of movement from the movement start position PC, , and is set as the current position P1. .. This is for comparison.

加算部13により3つの速度指令の和としてロボットの
手先が出すべき作業座標系記述の速度V。w+V、、+
Vf、が生成され、変換行列R14によって基準座標系
記述に変換される。そしてその速度から逆ヤコビ行列J
−’15を用いて関節速度指令eが生成される。ここで
逆ヤコビ行列J−1はロボットの各関節の微小時間に対
する微小角変位(関節速度)6とロボット手先の微小変
位(速度)■とを V = J e                 (
4)によって関係づけるヤコビ行列Jの逆行列であって
、ヤコビ行列Jの各要素はロボットの関節の構造によっ
て決定される。
The speed V of the work coordinate system description that the hand of the robot should output as the sum of three speed commands by the adder 13. w+V,,+
Vf is generated and transformed into a reference coordinate system description by the transformation matrix R14. And from that speed, the inverse Jacobian matrix J
-'15 is used to generate the joint velocity command e. Here, the inverse Jacobian matrix J-1 expresses the minute angular displacement (joint velocity) 6 of each joint of the robot over a minute time and the minute displacement (velocity) ■ of the robot hand as V = J e (
4) is an inverse matrix of the Jacobian matrix J, and each element of the Jacobian matrix J is determined by the structure of the robot's joints.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

第12.13図のような位置と力の混成制御において実
際のプローブ3の先端拘束状態と設定された作業座標系
との関係にずれが生じると接触力は目標値通りには制御
されないという問題点がある。例えばベクトルaが対象
物4との接線よりも内部に向いていると、ベクトルn方
向の位置ずれが修正されるまで過大な接触力が生じ、ま
たベクトルaが外部に向いていると逆に接触力が過小に
なるか、またはプローブ3が対象物4の表面から浮いた
状態になる。
In hybrid control of position and force as shown in Figure 12.13, if there is a discrepancy in the relationship between the actual tip restraint state of the probe 3 and the set work coordinate system, the contact force will not be controlled according to the target value. There is a point. For example, if the vector a points inward from the tangent to the object 4, an excessive contact force will occur until the misalignment in the direction of the vector n is corrected, and if the vector a points outward, contact will occur. Either the force becomes too low or the probe 3 floats off the surface of the object 4.

従ってロボットによって対象物4の表面を安定した接触
力で滑らかに倣う場合には、プローブ3の先端拘束状態
に応じてベクトルn、o、aをオンラインで変化させる
必要があり、対象物表面の形状が判明していなければ作
業座標系を設定することができず、また判明していても
倣い動作中に刻々と変化する接平面、およびその法線を
オフラインで準備しておかねばならないという問題点が
あった。
Therefore, when the robot smoothly traces the surface of the object 4 with a stable contact force, it is necessary to change the vectors n, o, and a online according to the state of restraint of the tip of the probe 3, and to adjust the shape of the object surface. The problem is that the work coordinate system cannot be set unless it is known, and even if it is known, the tangential plane and its normal line, which constantly change during the copying operation, must be prepared offline. was there.

本発明は、未知形状の作業対象物の表面を滑らかに倣う
ために、作業座標系をオンラインで自動的に設定するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to automatically set a work coordinate system online in order to smoothly trace the surface of a workpiece of unknown shape.

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

第1図は本発明の原理ブロック図である。同図ベクトル
nを第1列、ベクトルnに直行し、かつロボット16の
手先移動方向の単位ベクトルaを第3列、aとnとの外
積0を第2列とする作業座標系から基準座標系への変換
行列を用いて、ロボット16の手先の目標位置と現在位
置との偏差と、ロボット16の力の目標値と手先の作業
対象物への作用力との偏差とによって、ロボット16の
位置と力を制御する位置と力の混成制御装置17を備え
たロボットシステムにおける倣い制御装置の原理ブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram of the principle of the present invention. From the work coordinate system in which the vector n in the figure is in the first column, the unit vector a in the hand movement direction of the robot 16 is in the third column, and the cross product 0 of a and n is in the second column, the reference coordinate is Using the transformation matrix to the system, the robot 16 is calculated based on the deviation between the target position of the robot 16's hand and the current position, and the deviation between the target force value of the robot 16 and the force acting on the workpiece of the hand. FIG. 2 is a principle block diagram of a tracing control device in a robot system including a position/force hybrid control device 17 that controls position and force.

第1図において、倣い経路設定手段18はロボット16
の作業対象物表面上に指定される倣い作業の開始点TI
とその終了点T2、および点TIとTzとの間の倣い作
業の経由点T3に対して、3点T+ 、Tz 、T3で
決定される平面Φと作業対象物表面との交線を倣い作業
の経路として設定する。平面Φに対して、その法線ベク
トルΦを3点T’+ 、 Tz 、およびT3から求め
ることにより、倣い経路は法線ベクトルΦをもち、かつ
点T+を含む平面Φ上に存在することになる。
In FIG. 1, the scanning route setting means 18 is the robot 16.
The starting point TI of the copying work specified on the surface of the workpiece
, its end point T2, and the via point T3 of the copying operation between points TI and Tz, copy the line of intersection between the plane Φ determined by the three points T+, Tz, and T3 and the surface of the workpiece. Set as the route. By finding the normal vector Φ to the plane Φ from the three points T'+, Tz, and T3, we can conclude that the tracing path has the normal vector Φ and exists on the plane Φ that includes the point T+. Become.

〔作  用〕[For production]

本発明においては、倣い作業の開始点TI、経由点T3
、および終了点T2によって決定される平面Φと対象物
表面との交線が、倣い作業の経路として倣い経路設定手
段18によって設定され、その後プローブの先端が倣い
作業の開始点TIに接触するようにロボットアームの移
動が行われる。
In the present invention, the starting point TI and the transit point T3 of the copying operation are
, and the intersection line between the plane Φ determined by the end point T2 and the surface of the object is set by the copying route setting means 18 as the route for the copying operation, and then the tip of the probe is brought into contact with the starting point TI of the copying operation. The robot arm is moved.

次に、例えばプローブに装着された力覚センサによって
検出される接触力の方向から作業座標系の単位ベクトル
nが決定され、また作業座標系の単位ベクトルaは例え
ば倣い作業の開始点T!における接平面■と平面Φとの
交線lの方向のべりれる。
Next, for example, a unit vector n of the work coordinate system is determined from the direction of the contact force detected by a force sensor attached to the probe, and a unit vector a of the work coordinate system is, for example, the starting point T! of the copying work! It slips in the direction of the intersection line l between the tangent plane ■ and the plane Φ.

本発明では未知形状の作業対象物の表面に沿って倣い作
業を行うために、設定されている倣い作業座標系の適合
性判定が適宜行われ、すでに設定されている座標系が不
適と判定された時点で再度作業座標系の設定が行われる
0作業座標系の適合性判定は、例えば作業座標系の原点
(最初は開始点TI)からプローブ先端の現在位置に向
かうベクトルとすでに設定されている移動方向の単位ベ
クトルaとの威す角度がある閾値を越えたか否かで行わ
れる。
In the present invention, in order to perform copying work along the surface of a workpiece of unknown shape, suitability of the set copying work coordinate system is appropriately determined, and the already set coordinate system is determined to be unsuitable. The work coordinate system is set again at the point where the work coordinate system is set again.0 The suitability determination of the work coordinate system is already set, for example, as a vector from the origin of the work coordinate system (initially the starting point TI) to the current position of the probe tip. This is done depending on whether the angle of force with respect to the unit vector a in the moving direction exceeds a certain threshold value.

このように、本発明においては、設定されている作業座
標系が不適と判定された時点で作業座標系の再設定が行
われる。
As described above, in the present invention, the work coordinate system is reset at the time when the set work coordinate system is determined to be inappropriate.

〔実  施  例〕〔Example〕

第2図は倣い経路設定の実施例である。同図において、
倣い作業の開始点T+ と終了点T2との間に、例えば
経由点T31が設定されると、3点T+。
FIG. 2 shows an example of tracing route setting. In the same figure,
If, for example, a transit point T31 is set between the starting point T+ and the ending point T2 of the copying operation, three points T+.

T2.T:IIによって決まる平面ΦIと作業対象物4
の表面との交線が倣い経路1として設定され、また倣い
作業の経由点としてT2.が指定されると、平面Φ2と
作業対象物4の表面との交線が倣い経路2として設定さ
れる。ここで平面Φに対する法線ベクトルΦは倣い作業
の経由点をT3として、次式で与えられる。
T2. T: Plane ΦI determined by II and workpiece 4
The line of intersection with the surface of T2. When is specified, the line of intersection between the plane Φ2 and the surface of the workpiece 4 is set as the tracing route 2. Here, the normal vector Φ with respect to the plane Φ is given by the following equation, with the passing point of the copying operation being T3.

すなわち倣い経路はΦを法線ベクトルとして、かつ倣い
作業の開始点T+を含む平面Φ上に存在することになる
In other words, the copying path exists on the plane Φ which has Φ as the normal vector and includes the starting point T+ of the copying operation.

第3図は作業対象物への押し付は制御の実施例である。FIG. 3 shows an example of controlling the pressing on the workpiece.

同図は倣い作業の開始点T1における倣い作業のための
最初の接触状態を示している。まず開始点T1へのプロ
ーブ先端の空間移動が行われ、次に点T1から作業対象
物が存在する方向に大きさがIF、□ 1tの仮の目標
力ベクトルが指令され、プローブ先端の並進自由度の拘
束が1の状態で、押し付は制御が行われる。この時板の
目標ベクトルは接触点T+における法線方向と一致する
必要はない。
This figure shows the initial contact state for the copying operation at the starting point T1 of the copying operation. First, the probe tip is spatially moved to the starting point T1, and then a temporary target force vector of magnitude IF and □ 1t is commanded from point T1 in the direction where the workpiece exists, and the probe tip is free to translate. When the degree of restraint is 1, pressing is controlled. At this time, the target vector of the plate does not need to coincide with the normal direction at the contact point T+.

第3図に示すように最初の接触点における押し付けは、
力覚センサによって検出される接触力F llrの仮の
目標力ベクトル方向への成分がIF、、ltとなった状
態で終了する。ここで添字°t”は並進ベクトルの大き
さを示す。
As shown in Figure 3, the pressing at the first contact point is
The process ends when the component of the contact force Fllr detected by the force sensor in the tentative target force vector direction becomes IF, , lt. Here, the subscript °t'' indicates the magnitude of the translation vector.

プローブ先端が移動している間の接触力は摩擦力を含ん
でいるが、第3図はプローブ先端が倣い作業の開始点T
+で停止した時には力覚センサによって検出される接触
力F0は接触点ににおける接平面Hの法線方向を表して
おり、対象物に作用する力の反作用力とみなせるために
、作業座標系第4図は倣い経路設定用平面Φと接平面n
との交線lの実施例である。同図において、プローブの
先端が開始点T+から倣い経路上の任意の点P、、。
The contact force while the probe tip is moving includes frictional force, but in Figure 3, the probe tip is at the starting point T of the copying operation.
When stopped at +, the contact force F0 detected by the force sensor represents the normal direction of the tangential plane H at the contact point, and can be regarded as a reaction force to the force acting on the object. Figure 4 shows the scanning route setting plane Φ and the tangent plane n.
This is an example of the intersection line l with . In the figure, the tip of the probe traces from the starting point T+ to an arbitrary point P on the tracing path.

に移動したものとし、この点を倣い作業座標系を設定す
る接触点PC,(原点)として作業座標系の単位ベクト
ルaの設定法について説明する。同図に示すように、単
位ベクトルaは平面Φと平面■との交線lの方向のベク
トルmに平行となる。こ(7)式で与えられるベクトル
mが第4図のように倣る場合には段位ベクトルm/ I
 m l−をそのまま作業座標系の単位ベクトルaとす
ることができる。
A method for setting the unit vector a of the work coordinate system will be explained by using this point as the contact point PC, (origin) at which the work coordinate system is set. As shown in the figure, the unit vector a is parallel to the vector m in the direction of the intersection line l between the plane Φ and the plane ■. If the vector m given by equation (7) follows as shown in Figure 4, the stage vector m/I
m l- can be directly used as the unit vector a of the work coordinate system.

しかしながら、例えば対象物表面が第2図のように上に
凸でなく、凹んでいるような場合には(5)式で求めら
れる法線ベクトルΦが逆向きとなり、その結果ベクトル
mもプローブ移動方向と逆向きとなり、その方向の単位
ベクトルをaとすることはできない。
However, if the surface of the object is concave rather than convex as shown in Figure 2, the normal vector Φ determined by equation (5) will be in the opposite direction, and as a result, the vector m will also be affected by the probe movement. The direction is opposite, and the unit vector in that direction cannot be set to a.

第5図は作業座標系の単位ベクトルaの設定法の実施例
である。同図において、倣い作業の開始点T+ と終点
T2の直線2へのPt1. ptzが次式%式%(8) (9) 単位ベクトルaはPtlからPt2へ至る方向の単位作
業座標系の第3の単位ベクトル0は単位ベクトルnとa
を用いて次式で与えられる。
FIG. 5 shows an example of a method for setting the unit vector a of the work coordinate system. In the same figure, Pt1. ptz is the following formula % Formula % (8) (9) Unit vector a is the third unit vector 0 of the unit work coordinate system in the direction from Ptl to Pt2 is the unit vector n and a
It is given by the following formula using .

o = a X n               0
0また目標力ベクトルは単位ベクトルnの方向のベクト
ルとして仮の目標ベクトルの大きさを用いてF or=
 l F orl   t  n          
   Q7J第6図は倣い座標系の適合性判定の実施例
である。
o = a X n 0
0 Also, the target force vector is calculated using the magnitude of the temporary target vector as a vector in the direction of the unit vector n.For=
l F orl t n
Q7J Figure 6 is an example of compatibility determination of the scanning coordinate system.

対象物が連続した曲面である場合、作業座標系は原理上
は連続して変化させることになるが、そうすると振動的
な動作となる恐れがある。本発明では第6図に示すよう
に、作業座標系の原点p crから手先の現在位置P0
へ至るベクトルasとaベクトルとのなす角度θ1が方
向角誤差閾値θthaを越えたときに、既設作業座標系
は不適であると判定する。すなわち    ゝ a S=  (Par  Pcr) / l Par 
 Pcrl   Q’l)なるasベクトルにおいて、 as−a≦cos (θtha )       04
)が真のとき、既設作業座標系は不適である。
If the object is a continuous curved surface, the work coordinate system should, in principle, be changed continuously, but this may result in oscillatory motion. In the present invention, as shown in FIG. 6, the current position P0 of the hand is
When the angle θ1 between the vectors as and the vectors a exceeds the direction angle error threshold θtha, it is determined that the existing work coordinate system is inappropriate. That is, a S= (Par Pcr) / l Par
In the as vector Pcrl Q'l), as-a≦cos (θtha) 04
) is true, the existing work coordinate system is inappropriate.

また、何らかの原因で接触に不安定が生じたり、n方向
の力制御の追従が遅れることにより、プローブ先端が対
象物から離れることがあり得るので、倣い作業座標系の
適合性判定には、n方向の接触力が充分に存在している
ことを条件とする。
In addition, the tip of the probe may separate from the object due to unstable contact for some reason or a delay in force control in the n direction, so the n The condition is that there is sufficient contact force in the direction.

Fmr・n≧ξ (F、rl ・n)、  (0<ξ〈
1)・ ・ ・aつ を満たしているときに限る。
Fmr・n≧ξ (F, rl ・n), (0<ξ〈
1) ・ ・ ・Limited to when one of a is satisfied.

第7図は本発明の倣い制御装置を用いるロボット制御シ
ステムの実施例の全体構成ブロック図である。同図にお
いて、システムはCPU20.目標力で押し付は動作、
または目標位置への移動などの1動作を行うための目標
ベクトルP。1の生成、作業座標系から基準座標系への
変換行列Rの生成、選択行列Sr、S−の生成、フィー
ドフォワードの移動速度■□8の生成を行う1動作制御
装置21、第13図の位置と力の混成制御装置と関節サ
ーボ制御装置を含むリアルタイム制御装置22、本発明
の倣い動作制御装置23、ロボットへの動作命令などを
格納する記憶装置、例えば磁気ディスク24、キーボー
ド25、倣い作業の開始点TI、終了点T2および経由
点T3などを記憶するメモリ26、各関節に取り付けら
れたエンコーダからの信号をディジタル変換するA/D
変換器27、各関節のモータを駆動するパワーアンプへ
の信号をアナログ変換するD/A変換器28、CRT2
9、磁気ディスク24のインタフェース30.キーボー
ド25のインタフェース31、図示しない力覚センサの
インタフェース32、CRT29のインタフェース33
、エンコーダ用のl1034、およびパワーアンプ用の
l1035から構成されている。
FIG. 7 is a block diagram of the overall configuration of an embodiment of a robot control system using the scanning control device of the present invention. In the figure, the system includes CPU 20. Pushing works with the target force,
Or a target vector P for performing one action such as movement to a target position. 1, the conversion matrix R from the work coordinate system to the reference coordinate system, the selection matrices Sr and S-, and the feedforward movement speed ■□8. A real-time control device 22 including a position and force hybrid control device and a joint servo control device, a copying motion control device 23 of the present invention, a storage device for storing operation commands to the robot, etc., such as a magnetic disk 24, a keyboard 25, and a copying operation. A memory 26 that stores the start point TI, end point T2, transit point T3, etc., and an A/D that digitally converts signals from encoders attached to each joint.
Converter 27, D/A converter 28 that converts the signal to the power amplifier that drives the motor of each joint into analog, and CRT 2
9. Interface 30 of the magnetic disk 24. An interface 31 of the keyboard 25, an interface 32 of a force sensor (not shown), and an interface 33 of the CRT 29
, an encoder l1034, and a power amplifier l1035.

第8図は本発明における倣い動作制御の全体処理実施例
のフローチャートである。同図において、処理がスター
トするとまずステップ(S)36で第9図で説明する前
処理が行われる。前処理では倣い作業における倣い経路
の設定や、最初の接触点における仮の目標力ベクトルな
どの各条件値の設定が行われる。続いてS37で倣い作
業の開始点T、への空間移動が、また338で開始点T
+での仮の目標力ベクトルF。□での押し付けが、第7
図の1動作制御装置21によって各ステップに図示のマ
クロ命令によって実行される。なおS37のマクロ命令
における“TIME’ は空間移動命令における移動時
間の指定である。
FIG. 8 is a flowchart of an overall processing example of copying operation control in the present invention. In the figure, when the process starts, first, in step (S) 36, preprocessing explained in FIG. 9 is performed. In the preprocessing, a copying route for copying work is set, and various condition values such as a temporary target force vector at the first contact point are set. Next, in S37, the spatial movement to the starting point T of the copying operation is performed, and in 338, the spatial movement is performed again to the starting point T.
Temporary target force vector F at +. Pressing with □ is the seventh
Each step is executed by the illustrated macro instruction by the operation control device 21 in the figure. Note that "TIME" in the macro instruction in S37 is a designation of the movement time in the space movement instruction.

続いてS39で第10図で説明する倣い作業座標系の設
定処理が行われる。この処理では前述のルn、a、およ
び0の設定などが行われる。S39の処理が終了した時
点で倣い作業開始時の作業座標系の設定が完了したこと
になり、S40で倣い作業が開始される。すなわち第7
図のメモリ26に格納されている目標位置P。rを倣い
作業の終了点T2に、フィードフォワードの移動速度v
、、Xを変数5peedに置換することによって、リア
ルタイム制御装置22を用いて位置と力の混成制御によ
って倣い動作が実行される。
Subsequently, in S39, a process for setting a copying work coordinate system, which will be explained with reference to FIG. 10, is performed. In this process, the above-mentioned settings of n, a, and 0 are performed. When the processing in S39 is completed, the setting of the work coordinate system at the time of starting the copying work is completed, and the copying work is started in S40. That is, the seventh
Target position P stored in the memory 26 in the figure. Tracing r to the end point T2 of the work, the feedforward moving speed v
By replacing .

モして541でプローブ先端位置P、、が目標位置p 
or、すなわち倣い作業の終了点T2に到着したか否か
が、例えばリアルタイム制御装置22内の移動終了フラ
グを監視することによって判定される。341でプロー
ブ先端が倣い作業の終了点T2に到着していない場合に
は、342で第11図で説明する倣い作業座標系の適合
性判定処理が行われ、適と判定された場合にはS41か
らの処理が繰り返される。
Then, at 541, the probe tip position P, , is the target position p
or, that is, whether or not the copying operation end point T2 has been reached is determined by, for example, monitoring the movement end flag in the real-time control device 22. If the tip of the probe has not arrived at the end point T2 of the copying work in 341, the compatibility determination process of the copying work coordinate system, which will be explained in FIG. The process from then on is repeated.

S42で倣い座標系が不適と判定された場合には、S4
3でフィードフォワードの移動速度V□8とサンプリン
グ周期毎の目標位置を求めるための積分値が共に0とさ
れて、リアルタイム制御装置22の位置と力の混成制御
による倣い動作が停止される。モしてS44でプローブ
先端が停止した点において、339と同様にして倣い作
業座標系の設定処理が行われ、S40以降の処理が繰り
返される。
If the scanning coordinate system is determined to be inappropriate in S42,
At step 3, the feedforward moving speed V□8 and the integral value for determining the target position for each sampling period are both set to 0, and the tracing operation by the hybrid control of position and force of the real-time control device 22 is stopped. At the point where the tip of the probe stops in S44, the process of setting the copying work coordinate system is performed in the same manner as in 339, and the processes from S40 onwards are repeated.

341でプローブ先端位置P0が倣い作業の終了点T2
に達したと判定された時点で、345〜S47の空間移
動命令によって点E+、Ez  ・・・を経由してプロ
ーブ先端の点En、例えばホームポジションへの移動が
行われ、処理が終了する。
At 341, the probe tip position P0 is the end point T2 of the copying operation.
When it is determined that the probe has reached the point En, the probe tip is moved to the point En, for example, the home position, via the points E+, Ez, .

第9図は第8図の336、すなわち前処理の実施例のフ
ローチャートである。同図においてまず348で倣い作
業の開始点TI、終了点T2、および経由点T3がダイ
レクトティーチング、またはキーボード25からの座標
値の入力、あるいはディスク装置24からの座標値の入
力により設定され、メモリ26に格納される。続いてS
49で(5)式を用いて平面Φの法線ベクトルΦが算出
され、メモリ26に格納される。S50では倣い動作の
終了後に、例えばホームポジションまでの空間移動にお
ける経由点として任意の個数の点の座標がダイレクトテ
ィーチング、またはキーボード25あるいはディスク装
置24からの座標値の入力によって設定され、メモリ2
6に格納される。
FIG. 9 is a flow chart of 336 of FIG. 8, that is, an embodiment of preprocessing. In the figure, first, at 348, the start point TI, end point T2, and transit point T3 of the copying operation are set by direct teaching, input of coordinate values from the keyboard 25, or input of coordinate values from the disk device 24, and are stored in the memory. 26. followed by S
In step 49, the normal vector Φ of the plane Φ is calculated using equation (5) and stored in the memory 26. In S50, after the tracing operation is completed, the coordinates of an arbitrary number of points are set as waypoints in spatial movement to the home position, for example, by direct teaching or by inputting coordinate values from the keyboard 25 or the disk device 24, and the coordinates are set in the memory 2.
6.

その後351で倣い作業の開始点T1における初期の接
触力F。rlが仮の大目標ベクトルとしてキーボード2
5、またはディスク装置24からの座標成分値の入力に
よって設定され、メモリ26に格納される。例えば第3
図に示す拘束状態の場合には、2.方向に押し付ければ
作業対象物への接触ができるので、仮の大目標ベクトル
として次式を人力する。
Thereafter, at 351, the initial contact force F at the starting point T1 of the copying operation is determined. Keyboard 2 with rl as a temporary large target vector
5 or by inputting coordinate component values from the disk device 24 and stored in the memory 26. For example, the third
In the case of the restrained state shown in the figure, 2. Since contact with the workpiece can be made by pressing in the direction, the following equation is manually calculated as a temporary large target vector.

Fo、= (OOO,5)” この時のIF、□ ltが倣い動作における接触力の大
きさとして設定されることになる。
Fo, = (OOO, 5)” IF, □ lt at this time is set as the magnitude of the contact force in the copying operation.

その後S52で倣い動作の速度5peedが、またS5
3、S54ではそれぞれ座標系の適合判定処理に用いら
れる方向角誤差閾値θthd %および接触判定係数ξ
がキーボード25、またはディスク装置24からの入力
によって設定され、メモリ26に格納されて処理を終了
する。
After that, in S52, the speed of the copying operation is set to 5peed, and again in S5
3. In S54, the direction angle error threshold θthd % and the contact determination coefficient ξ are used for the coordinate system compatibility determination process, respectively.
is set by input from the keyboard 25 or the disk device 24, is stored in the memory 26, and the process ends.

第10図は第8図の339、すなわち倣い作業座標系設
定処理の実施例のフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart of 339 in FIG. 8, that is, an embodiment of the copying work coordinate system setting process.

同図において、まずS55でプローブ先端の位置P s
rが座標系の原点p crとされ、356で(6)式に
よって単位ベクトルnが設定され、S57で平面Φと■
との交線lの方向のベクトルmが設定され、358、S
59において(8)および(9)式を用いて倣い作業の
開始点T+ と終了点T2の直線lへの足Ptlおよび
ptzが求められる。
In the same figure, first, in S55, the position P s of the probe tip is determined.
r is set as the origin p cr of the coordinate system, a unit vector n is set by equation (6) in 356, and the plane Φ and ■
A vector m in the direction of the intersection line l is set, 358, S
In step 59, the legs Ptl and ptz of the starting point T+ and ending point T2 of the copying operation to the straight line l are determined using equations (8) and (9).

続いてS60で02)式に従って目標力ベクトルが単位
ベクトルnの方向に設定され、S61でプローブ先端の
移動方向単位ベクトルaと作業座標系の第3の単位ベク
トル0とが00および00式を用いて設定され、S62
で力選択行列Sfと位置選択行列S9との設定が行われ
る。ここで力選択行列Stはn方向だけが1とされ、位
置選択行列S2はaと0方向とが1とされる。
Next, in S60, the target force vector is set in the direction of unit vector n according to formula 02), and in S61, the moving direction unit vector a of the probe tip and the third unit vector 0 of the work coordinate system are set using formulas 00 and 00. is set, S62
The force selection matrix Sf and the position selection matrix S9 are set in step. Here, the force selection matrix St is set to 1 only in the n direction, and the position selection matrix S2 is set to 1 in the a and 0 directions.

第11図は第8図におけるS42、すなわち倣い作業座
標系の適合性判定処理の実施例のフローチャートである
。同図において、S63で031式によって作業座標系
の原点P crからプローブ先端の現在位置p srへ
至るベクトルaSが求められ、S64で(2)および0
つ式が共に成立しているか否かが判定され、共に成立し
ている場合には倣い作業座標系が不適なものとして第8
図において343の処理に移行し、圓および05)式の
両方が成立している場合以外は作業座標系が通と判定さ
れ、第8図において341からの処理が繰り返される。
FIG. 11 is a flowchart of an embodiment of S42 in FIG. 8, that is, the compatibility determination process of the copying work coordinate system. In the same figure, in S63, a vector aS from the origin P cr of the work coordinate system to the current position p sr of the probe tip is calculated using equation 031, and in S64, (2) and 0
It is determined whether or not both of the two equations hold true, and if both hold true, the copying work coordinate system is determined to be inappropriate and the eighth
The process moves to step 343 in the figure, and unless both the circle and equation 05) are satisfied, it is determined that the work coordinate system is normal, and the process from step 341 in FIG. 8 is repeated.

なお、本実施例では第11図の564で09式のみが成
立しない場合、例えばプローブ先端が対象物から離れた
ときには座標系はそのままで位置と力の混成制御が続行
されるが、0ω式が不成立になったときに移動速度を零
としてプローブを停止させ、n方向への力制御によって
プローブと対象物との接触が再び行われるのを待つ処理
を入れることも可能である。
In this example, if only the 09 equation does not hold at 564 in FIG. It is also possible to include a process of stopping the probe by reducing the moving speed to zero when this is not true, and waiting for contact between the probe and the object to be made again by force control in the n direction.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば作業座標系
がオンラインで自動的に設定されることになり、未知形
状の作業対象物の表面を滑らかに倣うことが可能になり
、倣い作業におけるロボットの制御性の向上に寄与する
ところが大きい。
As explained in detail above, according to the present invention, the work coordinate system is automatically set online, making it possible to smoothly trace the surface of a workpiece of unknown shape, and This greatly contributes to improving the controllability of robots.

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

第1図は本発明の原理ブロック図、 第2図は倣い経路の設定の実施例を示す図、第3図は作
業対象物への押し付は制御の実施例を示す図、 第4図は倣い経路設定子面Φと接平面■との交線lの実
施例を示す図、 第5図はベクトルaの設定法の実施例を示す図、第6図
は倣い座標系の適合性判定の実施例を示す図、 第7図は本発明の倣い制御装置を用いるロボット制御シ
ステムの実施例の全体構成を示すブロック図、 第8図は倣い制御の全体処理実施例のフローチャート、 第9図は前処理の実施例のフローチャート、第10図は
倣い作業座標系設定処理の実施例のフローチャート、 第11図は倣い作業座標系の適合性判定処理の実施例の
フローチャート、 第12図は倣い作業における座標系設定の例を示す図、 第13図は位置と力の混成制御装置の構成例を示すブロ
ック図である。 1 ・ 2 ・ 3 ・ 4 ・ 21 ・ 22 ・ 23 ・ 24 ・ 25 ・ 26 ・ ロボットアーム、 力覚センサ、 プローブ、 作業対象物、 1動作制御装置、 リアルタイム制御装置、 倣い動作制御装置、 ディスク装置、 キーボード、 メモリ。
Fig. 1 is a block diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a drawing showing an example of setting the tracing path, Fig. 3 is a drawing showing an example of controlling the pressing on the workpiece, and Fig. 4 is a drawing showing an example of controlling the pressing on the workpiece. Figure 5 is a diagram showing an example of the method of setting the vector a, and Figure 6 is a diagram showing an example of the method of setting the vector a. FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of a robot control system using the scanning control device of the present invention; FIG. 8 is a flow chart of an overall processing example of scanning control; FIG. FIG. 10 is a flowchart of an embodiment of copying work coordinate system setting processing; FIG. 11 is a flowchart of an embodiment of copying work coordinate system compatibility determination processing; FIG. 12 is a flowchart of an embodiment of copying work coordinate system setting processing; FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a hybrid position and force control device. 1 ・ 2 ・ 3 ・ 4 ・ 21 ・ 22 ・ 23 ・ 24 ・ 25 ・ 26 ・ Robot arm, force sensor, probe, work object, 1 motion control device, real-time control device, copying motion control device, disk device, keyboard, memory.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 目標力ベクトルの方向の単位ベクトル■を第1列、該ベ
クトル■に直交し、かつロボット(16)の手先移動方
向の単位ベクトル■を第3列、該2ベクトルの外積■×
■=■を第2列とする作業座標系から基準座標系への変
換行列を用いて、前記ロボット(16)の手先の目標位
置と現在位置との偏差と、該ロボット(16)の力の目
標値と手先の対象物への作用力との偏差とによって、該
ロボット(16)の位置と力を制御する位置と力の混成
制御装置(17)を備えたシステムにおいて、前記ロボ
ット(16)の作業対象物表面上に指定される倣い作業
の開始点T_1と終了点T_2、および点T_1とT_
2の間の該倣い作業の経由点T_3に対して、該3点T
_1、T_2、T_3で決定される平面と前記作業対象
物表面との交線を前記倣い作業の経路とする倣い経路設
定手段(18)を有することを特徴とするロボットの倣
い制御装置。
The unit vector ■ in the direction of the target force vector is in the first column, the unit vector ■ perpendicular to the vector ■, and the unit vector ■ in the hand movement direction of the robot (16) is in the third column, the cross product of these two vectors ■×
Using the transformation matrix from the work coordinate system to the reference coordinate system with ■=■ as the second column, the deviation between the target position and the current position of the hand of the robot (16) and the force of the robot (16) are determined. In a system comprising a position and force hybrid control device (17) that controls the position and force of the robot (16) according to a deviation between a target value and a force acting on the object at the hand, the robot (16) The start point T_1 and end point T_2 of the copying work specified on the surface of the workpiece, and the points T_1 and T_
For the via point T_3 of the copying operation between 2 and 2, the 3 points T
A robot scanning control device comprising a scanning path setting means (18) that sets the intersection line between the plane determined by T_1, T_2, and T_3 and the surface of the workpiece as a path for the scanning operation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110270443A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Apparatus and method for detecting contact position of robot

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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