JPH03240105A - Robot copying controller - Google Patents

Robot copying controller

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Publication number
JPH03240105A
JPH03240105A JP3399590A JP3399590A JPH03240105A JP H03240105 A JPH03240105 A JP H03240105A JP 3399590 A JP3399590 A JP 3399590A JP 3399590 A JP3399590 A JP 3399590A JP H03240105 A JPH03240105 A JP H03240105A
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JP
Japan
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vector
robot
force
coordinate system
hand
Prior art date
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Pending
Application number
JP3399590A
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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Abstract

PURPOSE:To automatically set a work coordinate system in an on-line method in order to smoothly copy the surface of a work subject having an unknown shape by providing a press control means. CONSTITUTION:A press control means 19A controls the press of the robot fingers to a work subject at the start point of the copying work. A tentative target vector having the value ¦Forl¦t is commanded from the start point in the direction where the work subject exists, and the press control is performed in a state where the freedom degree of translation is stricted to '1' at the tip of a probe. This press operation ends when the component of the contact force Far detected by a force sensor is equal to ¦Forl¦t in the tentative target vector direction. IN this case, a subscript (t) shows the value of the translation vector. As a result, a work coordinate system is automatically set in an on-line method and the surface of a 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位置と
現在位変換行列を用いて、前記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
トの位置と手先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
作業の開始点への位置決め制御による該ロボットの手先
の空間移動後に、該開始点において該対象物方向に仮の
目標力ベクトルを指令し、該仮の目標力ベクトル方向の
並進1自由度が拘束された状態で押付は制御を行い、該
開始点において検出される該ロボットの手先の対象物へ
の作用力の該並進l自由度拘束方向成分が前記仮の目標
力ベクトルの大きさと等しくなった時に制御を完了する
押付は制御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. Using the transformation matrix from the robot's hand to the reference coordinate system, using the target position of the robot's hand and the current position transformation matrix, and the deviation between the target force value of the robot and the force acting on the object by the hand, In a system equipped with a hybrid control device for the position and hand of the robot, after spatial movement of the hand of the robot by positioning control to a start point of the copying work specified on the surface of the workpiece, the robot moves the hand to the start point. A temporary target force vector is commanded in the direction of the target object, and pressing is controlled with one degree of freedom of translation in the direction of the temporary target force vector being constrained, and the hand of the robot detected at the starting point is controlled. The press is configured to have a control means that completes the control when the translational degree-of-freedom constraint direction component of the force acting on the object becomes equal to the magnitude of the tentative target force vector.

〔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0と■によって示される。
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 unit vectors 0 and ■.

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。
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P□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、、7は手先の目標位置、p crは作業座標系の原
点、Fo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Pl
の添字“r′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。
FIG. 13 is a block diagram of a configuration example of a robot position and force hybrid control device. In the same figure, P□ is the current position of the robot's hand calculated from the displacement of each joint of the robot,
P, , 7 is the target position of the hand, p cr is the origin of the work coordinate system, Fo is the acting force between the robot hand and the workpiece detected by the force sensor attached to the robot, F or
is the target force, and e is the joint velocity command. For example, Pl
The subscript "r" indicates that the reference coordinate system is expressed, for example, with the fixed position of the robot body as the origin.

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R=(n   o   a)     
         (1)ここでRTの“T′は位置行
列を示し、n、  o。
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 R=(n o a)
(1) Here, “T” of RT indicates a position matrix, n, o.

aは互いに右手系で直交する単位ベクトルを示す。a indicates 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
Sp9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V pwおよびVfwが生成される。
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. The output of the device 8 is a force selection matrix 5rl.
By multiplying by O, V pw and Vfw are generated as speed commands in which the position control direction and the force control direction are separated.

ここで例えばことを示す。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Stは次のように与えられる。
Here is an example. For example, force control in the n-direction of translation,
When controlling the position in the translation 0 and a directions, the position selection matrix S and the force selection matrix St are given as follows.

S、=d、□ (011)       (2)St=
  dose  (100)       (3)ここ
で°d tmg′は括弧内を主対角線要素とする対角線
行列を示す。
S,=d,□ (011) (2) St=
dose (100) (3) Here, °d tmg' 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■。X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V ow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にも人力される。これは積分器12の出力I (
V。w(a))、すなわち移動開始位置p cr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Rp、、と比較するためである。
When moving a hand in space, in order to speed up the movement, for example, the maximum speed that the robot can achieve ■. A trapezoidal velocity function whose height is X is generated by the velocity generator 11 as the feedforward velocity command Vow. And this ■. 0 is also input manually to the position deviation generator 5 via the integrator 12. This is the output I (
V. This is to obtain the desired position of the hand from time to time based on the amount of movement from the movement start position pcr, w(a)), and compare it with the current position Rp.

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。8+ V p
 −+ V t w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)e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. 8+ Vp
−+V t w is generated and transformed into a reference coordinate system description by the transformation matrix R14. Then, a joint velocity command e is generated from the velocity using an inverse Jacobian matrix J-'15. Here, the inverse Jacobian matrix J-1 expresses the minute angular displacement (joint velocity) e 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清適りには制御
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 working coordinate system, the contact force will not be controlled to the desired precision. There is a problem. 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に直交し、かつ種糸から基準座
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の位置と手先の混成制御装置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. The vector n in the figure is placed in the first column, orthogonal to the vector n, and using the transformation matrix from the thread to the reference coordinate system, 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 calculated. FIG. 2 is a principle block diagram of a copying control device in a robot system including a hybrid control device 17 for the position of a robot 16 and a hand, which is determined by a deviation between a target value and a force acting on a workpiece by a hand.

第1図(a)は第1の発明の原理ブロック図である。FIG. 1(a) is a block diagram of the principle of the first invention.

同図において、押付は制御手段19Aはロボ・ント16
の作業対象物の表面上に指定される倣い作業の開始点、
例えばT1への位置決め制御によるロボット手先の空間
移動後に、倣い作業開始点において作業対象物の方向に
仮の目標ベクトルを指令する。ここで仮の目標力ベクト
ルの方向は接触点における作業対象物表面の法線方向で
ある必要はなく、後に法線方向ベクトルを用いて目標力
ベクトルの修正が行われる。押付は制御手段19Aは、
次に仮の目標力ベクトル方向の並進1自由度が拘束され
た状態で押付は制御を行い、点TIにおいて検出される
ロボット手先の対象物への作用力の拘束方向成分が仮の
目標力ベクトルの大きさと等しくなった時に、接触完了
として制御を終了する。
In the figure, the pressing control means 19A is the robot 16.
the starting point of the tracing operation specified on the surface of the workpiece,
For example, after spatial movement of the robot hand by positioning control to T1, a temporary target vector is commanded in the direction of the workpiece at the starting point of the copying work. Here, the direction of the temporary target force vector does not need to be the normal direction of the surface of the workpiece at the contact point, and the target force vector is later corrected using the normal direction vector. The pressing control means 19A is
Next, the pressing is controlled with one translational degree of freedom in the direction of the temporary target force vector being constrained, and the constraint direction component of the force acting on the object of the robot hand detected at point TI is the temporary target force vector. When it becomes equal to the size of , it is assumed that the contact is completed and the control is terminated.

第1図(b)は第2の発明の原理ブロック図である。FIG. 1(b) is a block diagram of the principle of the second invention.

同図において、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T+ とT2との間の倣い作
業の経由点T3に対して、3点TI %Tz、T□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’+ 、 T2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TI
を含む平面Φ上に存在することになる。
In the same figure, the copying route setting means 18 sets the starting point TI of the copying operation specified on the surface of the workpiece of the robot 16, the end point T2 thereof, and the intermediate point T3 of the copying operation between the points T+ and T2. On the other hand, the line of intersection between the plane Φ determined by the three points TI % Tz and T□ and the surface of the workpiece is set as the route of the copying work. By finding the normal vector φ to the plane Φ from the three points T'+, T2 and T3, the tracing path has the normal vector φ and the point TI
It exists on the plane Φ containing .

次に押付は制御手段19Aの作用は第1図(a)にその
原理を示した第1の発明におけると同様である。
Next, the action of the pressing control means 19A is the same as in the first invention whose principle is shown in FIG. 1(a).

第1図(ハ)の倣い作業系設定手段19Bはロボツ)1
6の手先が作業対象物に接触して停止した状態で、その
接触点を作業座標系の原点、例えばp crとし、また
接触点で検出された手先の対象物への作用力の方向と逆
方向の単位ベクトルを作業座標系から基準座標系への変
換行列の第1列のベクトルnとする。次にベクトルnと
倣い作業の経路が存在する平面Φの法線方向ベクトルφ
との外積n×φ=mを方向ベクトルとして持ち、かつ接
触点を通る直線、例えばlへの倣い作業の開始点と終了
点TI、T2からそれぞれ引いた垂線の足Ptl、pt
zを求め、Ptlからptzへの方向の単位ベクトルを
前述の変換行列の第3列のベクトル■し、さらに目標力
ベクトルを前述の仮の目標力ベクトルと大きさが等しく
、ベクトルnと同一方向のベクトルとしてその方向を修
正する。
The copying work system setting means 19B in Fig. 1 (c) is a robot) 1
When the hand of No. 6 comes into contact with the workpiece and stops, the point of contact is set as the origin of the work coordinate system, for example p cr, and the direction of the force acting on the workpiece from the hand detected at the contact point is opposite. Let the unit vector in the direction be the vector n in the first column of the transformation matrix from the work coordinate system to the reference coordinate system. Next, the vector n and the normal direction vector φ of the plane Φ where the copying work path exists
A straight line that has the cross product n×φ=m as a direction vector and passes through the contact point, for example, the legs Ptl and pt of perpendicular lines drawn from the start and end points TI and T2 of the copying operation to l, respectively.
Find z, set the unit vector in the direction from Ptl to ptz as the vector in the third column of the above-mentioned transformation matrix, and then set the target force vector to be equal in magnitude to the above-mentioned temporary target force vector and in the same direction as vector n. Correct its direction as a vector.

第1図(C)は第3の発明の原理ブロック図である。FIG. 1(C) is a block diagram of the principle of the third invention.

同図において、座標系適合性判定手段19Cはロボット
16の手先とロボット16の作業対象物との接触点にお
ける接触力の単位ベクトルn方向の成分が充分に存在し
、かつ作業座標系の原点、例えばp crからロボット
手先の現在位置、例えばP、、。
In the figure, the coordinate system compatibility determination means 19C determines that there is a sufficient component of the unit vector n direction of the contact force at the contact point between the hand of the robot 16 and the work object of the robot 16, and the origin of the work coordinate system, For example, from pcr to the current position of the robot hand, such as P, .

に至るベクトルと単位ベクトル■の成す角度があらかじ
め設定されている閾値を越えた時に、設定されている作
業系を不適と判定する。
When the angle formed by the vector leading to and the unit vector {circle around (2)} exceeds a preset threshold, the set working system is determined to be inappropriate.

〔作  用〕[For production]

第1の発明の原理を示す第1図(a)では、押付は制御
手段19Aによって倣い作業の開始点におけるロボット
手先の作業対象物への押付は制御が行われる。この押付
けは作業対象物表面の倣い作業開始点における法線方向
に威されることが理想的であるが、一般にその方向は未
知であるので、倣い作業開始点では仮の目標力ベクトル
が対象物が存在する方向に指令され、検出される作用力
例えばF□の並進拘束方向の成分が仮の目標力ベクトル
の大きさと等しくなった時点で接触が完了したものとさ
れる。そして後述のように、法線方向ベクトルnがも求
められた時点で目標力の修正が行われる。
In FIG. 1(a) showing the principle of the first invention, the pressing of the robot hand against the workpiece at the starting point of the copying work is controlled by the control means 19A. Ideally, this pressing force should be applied in the normal direction of the surface of the workpiece at the starting point of the copying operation, but since this direction is generally unknown, at the starting point of the copying operation, a temporary target force vector is applied to the object surface. The contact is determined to be complete when the component of the detected acting force, for example, F□ in the translation constraint direction becomes equal to the magnitude of the tentative target force vector. Then, as will be described later, the target force is corrected when the normal direction vector n is also determined.

第2の発明の原理を示す第1図(b)では、平面Φと対
象物表面との交線が倣い経路設定手段18によって倣い
作業の経路として設定された後に、ロボット手先、例え
ば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。そして押付は制
御手段19Aにょって開始点T+において仮の目標力ベ
クトル、例えばF。r+を用いて押付は制御が行われ、
対象物に作用する法線方向の力F1の仮の目標力ベクト
ル方向成分が仮の目標力ベクトルの大きさと等しくなっ
た時点で、押付は制御が終了する。
In FIG. 1(b) illustrating the principle of the second invention, after the intersection line between the plane Φ and the surface of the object is set as a route for the copying operation by the copying route setting means 18, the robot hand, for example, the tip of the probe, The robot arm is moved so that it contacts the starting point TI of the copying operation. The pressing is performed using a temporary target force vector, for example F, at the starting point T+ by the control means 19A. Pressing is controlled using r+,
The pressing control ends when the component in the direction of the temporary target force vector of the force F1 in the normal direction acting on the object becomes equal to the magnitude of the temporary target force vector.

次に倣い作業系設定手段19Bによって、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
例えば倣い作業開始点TIにおける接平面■と平面Φと
の交線lの方向のべ→               
                         
   →定され、第3の単位ベクトル0は■nとの外積
として求められる。そして、目標力ベクトルの修正が、
求められた単位ベクトルnを用いて行われる。
Next, the copying work system setting means 19B determines the unit vector n of the work coordinate system from the direction of the contact force detected by a force sensor attached to the probe, and also determines, for example, the tangent plane {circle around (2)} at the copying work start point TI. The direction of the intersection line l between and the plane Φ→

→ is determined, and the third unit vector 0 is obtained as the cross product with ■n. Then, the correction of the target force vector is
This is performed using the obtained unit vector n.

第3の発明を示す第1図(C)においては、座標系適合
性判定手段19Cによって接触力のn方向成分が十分大
きい時、すなわちプローブが作業対l物を十分な力で押
しているという条件の下で、すでに設定されている座標
系の適合性が判定され、31の作業系が不適と判定され
た時にはプローブの移動が停止され、作業座標系と目標
力ベクトルを再設定した後に再びロボット16による倣
い作行が続行される。
In FIG. 1(C) showing the third invention, the condition is determined by the coordinate system compatibility determination means 19C when the n-direction component of the contact force is sufficiently large, that is, the probe is pushing the workpiece with sufficient force. The suitability of the coordinate systems that have already been set is determined under 16 continues.

以上のように本発明によれば、倣い作業の開始点におけ
る押付は制御、倣い作業系の設定、および倣い作業中の
作業系の再設定が自動的に行われる。
As described above, according to the present invention, the pressing at the starting point of the copying work is controlled, the setting of the copying work system, and the resetting of the work system during the copying work are automatically performed.

〔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TI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 start point TI and the end point T2 of the copying operation, then 3 points T+.

T2.T3.によって決まる平面Φ1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T32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. T3. If the line of intersection between the plane Φ1 and the surface of the workpiece 4, which is determined by 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.

力を含んでいるが、第3図はプローブ先端が倣いすなわ
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 FIG. 3, the tip of the probe traces, that is, the trace path exists on the plane Φ with Φ as the normal vector and including the starting point T+ of the tracing 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 onto 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T+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、□ h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。この時候の目
標ベクトルは接触点T1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 T+, and then a temporary target force vector with magnitudes IF and □ h 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. The target vector at this time does not need to coincide with the normal direction at the contact point T1.

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、。
As shown in Figure 3, the pressing at the first contact point is
Contact force F, detected by the force sensor.

の仮の目標力ベクトル方向への成分がIF、1.l 1
tとなった状態で終了する。ここで添字“toは並進ベ
クトルの大きさを示す。
The component in the direction of the tentative target force vector is IF, 1. l 1
The process ends when t is reached. Here, the subscript "to" 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作業の開
始点TI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F1..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
P1r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Pcr(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。ここでmは次式で与えられ
る。
The contact force while the probe tip is moving is the contact force F1 detected by the force sensor when the probe tip stops at the starting point TI of the friction work. .. represents the normal direction of the tangent plane H at the contact point, and since it can be regarded as a reaction force to the force acting on the object, the working coordinate system in Fig. 4 is the plane for setting the scanning route Φ
This is an example of the intersection line l between and the tangent plane n. In the same figure,
Assume that the tip of the probe has moved from the starting point T+ to an arbitrary point P1r on the copying route, and use this point as the contact point Pcr (origin) for setting the copying work coordinate system.About how to set the unit vector a of the work coordinate system. explain. 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 ■. Here, m is given by the following formula.

m=nxΦ               (7)(7
)式で与えられるベクトルmが第4図のように倣作業座
標系の単位ベクトル■することができる。
m=nxΦ (7) (7
) The vector m given by the formula can be the unit vector (2) of the copying work coordinate system as shown in FIG.

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■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. It is in the opposite direction, and it is not possible to calculate the unit vector in that direction.

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T
2の直線lへのPtl、  Pt2が次式%式%(10 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第6図は倣い
座標系の適合性判定の実施例である。
FIG. 5 shows an example of a method for setting the unit vector a of the work coordinate system. In the same figure, the starting point T and the ending point T of the copying work
Ptl and Pt2 to the straight line l of This is an example of determination.

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P1
rへ至るベクトルasとaベクトルとのなす角度θ、が
方向角誤差闇値θthdを越えたときに、既設作業座標
系は不適であると単位ベク トルaはpttからPtzへ至る方向の単位なるasベ
クトルにおいて、 作業座標系の第3の単位ベク トル0は単位ベク 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, from the origin p cr of the work coordinate system to the current position P1 of the hand
When the angle θ between the vector as leading to r and the vector a exceeds the direction angle error dark value θthd, the existing work coordinate system is inappropriate, and the unit vector a is the unit as in the direction from ptt to Ptz. In vectors, the third unit vector of the work coordinate system is 0. When the unit vector 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.

F、、’n≧ξ(Forl −n) 、  (0<ξ〈
1)・ ・ ・05) を満たしているときに限る。
F,,'n≧ξ(Forl −n), (0<ξ〈
1)・・・・05) Only when the following are 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。r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S、、S、の生成、フィー
ドフォワードの移動速度V IIIIX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。
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. Generate r, generate the transformation matrix R from the work coordinate system to the reference coordinate system, generate the selection matrix S,, S, and generate the feedforward movement speed VIIIX1
A real-time control device 22 including a motion control device 21, a hybrid position and force control device shown in FIG. 13, 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,
Keyboard 25, starting point TI for copying work.

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、CRT29、磁気ディスク24のインタフ
ェース3o、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11034、お
よびパワーアンプ用の11035から構成されている。
Memory 26 for storing end point T2, way point T3, etc.
, an A/D converter 27 that digitally converts the signal from the encoder attached to each joint, and a D/A that converts the signal to analog to the power amplifier that drives the motor of each joint.
Converter 28, CRT 29, interface 3o of magnetic disk 24, interface 31 of keyboard 25, interface 32 of force sensor (not shown), CRT 29
interface 33, encoder 11034, and power amplifier 11035.

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カベク・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
T1での仮の目標力ベクトルF orlでの押し付けが
、第7図の1動作制御装?&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 vector and torque 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 pressing with the temporary target force vector F orl at the starting point T1 is performed using the 1-movement control system shown in FIG. &21, each step is executed by the macro instruction shown in the figure. Incidentally, °TIME' in the macro command in S37 is a designation of the movement time in the space movement command.

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P02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
□8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
The feedforward movement speed V
By replacing □8 with the variable 5peed, the real-time control device 22 is used to execute the copying operation by hybrid control of position and force.

モしてS41でプローブ先端位fP、、が目標位置P0
1、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
、S42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341から
の処理が繰り返される。
Then, in S41, the probe tip position fP, , is the target position P0.
1, that is, whether the copying work has reached the end point T2 is determined by, for example, monitoring a 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 step 341, the compatibility determination process of the copying work coordinate system explained in FIG. 11 is performed in step S42. 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、34
3でフィードフォワードの移動速度V。X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O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、S39と同様にして倣い作
業座標系の設定処理が行われ、340以降の処理が繰り
返される。
If it is determined in S42 that the copying coordinate system is inappropriate, 34
3 is the feedforward movement speed V. Both X and the integral value for determining the target position for each sampling period are set to O, and the tracing operation based on the hybrid control of position and force by 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 S39, and the processes from 340 onwards are repeated.

S41でプローブ先端位置p srが倣い作業の終了点
T2に達したと判定された時点で、345〜347の空
間移動命令によって点E2、および点T1とEz  ・
・・を経由してプローブ先端の点Efi、例えばホ−ム
ポジションへの移動が行われ、処理が終了する。
When it is determined in S41 that the probe tip position psr has reached the end point T2 of the copying operation, the spatial movement commands 345 to 347 move the point E2 and the points T1 and Ez.
The tip of the probe is moved to the point Efi, for example, the home position, through . . . , and the process ends.

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34Bで倣い作
業の開始点T2、および点T1と終了点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。
FIG. 9 is a flow chart of 336 of FIG. 8, that is, an embodiment of preprocessing. In the figure, first, at 34B, the starting point T2, point T1, end point T2, and transit point T3 of the copying operation are determined by direct teaching, input of coordinate values from the keyboard 25, or input of coordinate values from the disk device 24. is set and stored in memory 26.

続いてS49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26に格納される。
Next, in S49, 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 transit points in the 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,
It is stored in the memory 26.

その後S51で倣い作業の開始点T1における初期の接
触力F。2.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F24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、Zr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
ルとして次式を入力する。
Thereafter, in S51, the initial contact force F at the starting point T1 of the copying operation is determined. 2. is the keyboard 2 as a tentative large target vector.
5 or by inputting coordinate component values from the disk device F24, and is stored in the memory 26. For example, in the case of the restraint state shown in FIG. 3, the workpiece can be contacted by pressing in the Zr direction, so the following equation is input as a temporary large target vector.

Forl =〔o  O0,5E丁 この時のIFo−+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。
Forl=[o O0, 5EdIFo-+lt at this time is set as the magnitude of the contact force in the copying operation.

その後352で倣い動作の速度5peedが、またS5
3.354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, at 352, the speed of the copying operation is set to 5peed, and again at S5
3.354, 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P1r
が座標系の原点p erとされ、S56で(6)式によ
って単位ベクトルnが設定され、357で平面Φとnと
の交線lの方向のベクトルmが設定され、35B、35
9において(8)および(9)式を用いて倣い作業の開
始点TIと終了点T2の直線lへの足PtlおよびPt
gが求められる。
In the same figure, first, in S55, the probe tip position P1r is
is set as the origin of the coordinate system, a unit vector n is set according to equation (6) in S56, a vector m in the direction of the intersection line l between the plane Φ and n is set in 357, and 35B, 35
9, using formulas (8) and (9), calculate the legs Ptl and Pt of the starting point TI and ending point T2 of the copying operation to the straight line l.
g is required.

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、361でプローブ先端の
移動方向単位ベクトル■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、362で
力選択行列Srと位置選択行列S2との設定が行われる
。ここで力選択行列Sr?;!n方向だけが1とされ、
位置選択行列S。
Subsequently, in S60, the target force vector is set in the direction of the unit vector n according to the formula 02), and in 361, the moving direction unit vector of the probe tip ■ the third unit vector 0 of the work coordinate system is set using the formulas 00 and 00. In step 362, the force selection matrix Sr and the position selection matrix S2 are set. Here, force selection matrix Sr? ;! Only the n direction is assumed to be 1,
Position selection matrix S.

は■0方向とが1とされる。■The 0 direction and the 0 direction are assumed to be 1.

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03)式によって作業座標系
の原点PC,,からプローブ先端の現在位fP、、へ至
るベクトルasが求められ、S64で04)および05
)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、(ロ)および09式
の両方が成立している場合以外は作業座標系が適と判定
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, the vector as from the origin PC, , of the work coordinate system to the current position fP, , of the probe tip is determined by equation 03), and in S64, 04) and 05
) equations are both established, and if both are established, the copying work coordinate system is determined to be inappropriate and the 8th
In the figure, the process moves to step 343, and unless both equations (b) and 09 are satisfied, the work coordinate system is determined to be appropriate, and the steps from step 341 in FIG. 8 are repeated.

なお、本実施例では第11図の364で(I5)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、05)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 embodiment, if only equation (I5) does not hold at 364 in FIG. It is also possible to include a process of stopping the probe by setting the moving speed to zero when the equation ) does not hold, and waiting for the probe to come into contact with the object 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(a)は第1の発明の原理ブロック図、第1図(
ロ)は第2の発明の原理ブロック図、第」図(C)は第
3の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図は倣い経路設定平面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Iと力の混成制御装置の構成例を示すブロ
ック図である。 16・ ・ ・ロボット、 17・・・位置と力の混成制御装置、 18・・・倣い経路設定手段、 19A・・・押付は制御手段、 19B・・・倣い作業系設定手段、 19C・・・座標系適合性判定手段。
Figure 1(a) is a block diagram of the principle of the first invention;
B) is a block diagram of the principle of the second invention, Figure 1 (C) is a block diagram of the principle of the third invention, Figure 2 is a diagram showing an example of setting a tracing path, and Figure 3 is a workpiece. 4 is a diagram showing an example of the intersection line l between the scanning route setting plane Φ and the tangent plane ■. FIG. 5 is an example of the method for setting the vector a. FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of compatibility determination of a scanning coordinate system. 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. The figure is a flowchart of an example of the overall processing of copying control, Figure 9 is a flowchart of an example of pre-processing, Figure 10 is a flowchart of an example of copying work coordinate system setting processing, and Figure 11 is an adaptation of the copying work coordinate system. FIG. 12 is a diagram showing an example of coordinate system setting in copying work; FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a position I and force hybrid control device. 16... Robot, 17... Position and force hybrid control device, 18... Copying route setting means, 19A... Pressing control means, 19B... Copying work system setting means, 19C... Coordinate system compatibility determination means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)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
倣い作業の開始点への位置決め制御による該ロボット(
16)の手先の空間移動後に、該開始点において該対象
物方向に仮の目標力ベクトルを指令し、該仮の目標力ベ
クトル方向の並進1自由度が拘束された状態で押付け制
御を行い、該開始点において検出される該ロボット(1
6)の手先の対象物への作用力の該並進1自由度拘束方
向成分が前記仮の目標力ベクトルの大きさと等しくなっ
た時に制御を完了する押付け制御手段(19A)を有す
ることを特徴とするロボットの倣い制御装置。 2)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Φ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)と、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への位
置決め制御による該ロボット(16)の手先の空間移動
後に、該開始点において該対象物方向に仮の目標力ベク
トルを指令し、該仮の目標力ベクトル方向の並進1自由
度が拘束された状態で押付け制御を行い、該開始点にお
いて検出される該ロボット(16)手先の対象物への作
用力の該並進1自由度拘束方向成分が前記仮の目標力ベ
クトルの大きさと等しくなった時に制御を完了する押付
け制御手段(19A)と、 前記ロボット(16)の手先が前記対象物に接触して停
止した状態において、該対象物との接触点を前記作業座
標系の原点とし、該接触点において検出された該手先の
対象物への作用力の方向と逆方向の単位ベクトルを前記
ベクトル■とし、該ベクトル■と前記平面Φの、法前方
向ベクトル■との外積■×■=■を方向ベクトルとして
持ち、かつ前記接触点を通る直線への前記開始点T_1
より引いた垂線の足P_t_1から前記終了点T_2よ
り引いた垂線の足P_t_2への方向の単位ベクトルを
前記ベクトル■とし、また目標力ベクトルを前記仮の目
標力ベクトルと大きさが等しく前記ベクトル■と同一方
向のベクトルとする倣い作業系設定手段(19B)とを
有することを特徴とするロボットの倣い制御装置。 3)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)の手先と該ロボット(16)の作
業対象物の接触点における接触力の前記単位ベクトル■
の方向成分が存在し、かつ前記作業座標系の原点から該
手先の現在位置に至るベクトルと前記単位ベクトル■と
の成す角度があらかじめ設定された方向角誤差閾値を越
えた時に既設作業系を不適と判定する座標系適合性判定
手段(19C)を備え、該座標系適合性判定手段(19
C)が既設座標系を不適と判定した時に前記手先の移動
を停止させて前記作業座標系および目標力ベクトルを再
設定した後に、再び前記ロボット(16)に倣い作業を
続行させることを特徴とするロボットの倣い制御装置。
[Claims] 1) Unit vector ■ in the direction of the target force vector in the first column,
From the work coordinate system to the reference coordinate system, which is perpendicular to the vector ■ and has the unit vector ■ in the hand movement direction of the robot (16) in the third column, and the cross product of the two vectors ■×■=■ in the second column. Using a transformation matrix, the robot (16)'s hand is calculated based on the deviation between the target position and the current position, and the deviation between the target force value of the robot (16) and the force acting on the hand on the object. In a system equipped with a hybrid position and force control device (17) that controls the position and force of a robot (16), the robot (16) is positioned at a starting point of a copying operation specified on the surface of a workpiece. The robot by control (
16) After the spatial movement of the hand, a temporary target force vector is commanded in the direction of the object at the starting point, and pressing control is performed with one degree of freedom of translation in the direction of the temporary target force vector being constrained; The robot (1) detected at the starting point
6) is characterized by having a pressing control means (19A) which completes the control when the translational one-degree-of-freedom constraint direction component of the force acting on the object by the hand becomes equal to the magnitude of the tentative target force vector. robot tracing control device. 2) The unit vector ■ in the direction of the target force vector is in the first column,
From the work coordinate system to the reference coordinate system, which is perpendicular to the vector ■ and has the unit vector ■ in the hand movement direction of the robot (16) in the third column, and the cross product of the two vectors ■×■=■ in the second column. Using a transformation matrix, the robot (16)'s hand is calculated based on the deviation between the target position and the current position, and the deviation between the target force value of the robot (16) and the force acting on the hand on the object. In a system equipped with a hybrid position and force control device (17) that controls the position and force of a robot (16), a start point T_1 and an end point of a copying operation specified on the surface of the workpiece of the robot (16) are provided. Point T_2 and point T_
For the via point T_3 of the copying work between 1 and T_2,
a copying route setting means (18) that sets the intersection line between the plane Φ determined by the three points T_1, T_2, and T_3 and the surface of the workpiece as a route for the copying work; and the workpiece of the robot (16). After spatial movement of the hand of the robot (16) by positioning control to the starting point of the copying work specified on the surface, a temporary target force vector is commanded in the direction of the object at the starting point, and the temporary target is Pressing control is performed with one translational degree of freedom in the force vector direction constrained, and the component of the force acting on the object of the robot (16) hand detected at the starting point in the translational one degree of freedom constraint direction is a pressing control means (19A) that completes the control when the magnitude of the temporary target force vector becomes equal to the magnitude of the tentative target force vector; The point is the origin of the work coordinate system, the unit vector in the direction opposite to the direction of the force acting on the object of the hand detected at the contact point is the vector ■, and the modulus of the vector ■ and the plane Φ The starting point T_1 to the straight line that has the cross product of the forward direction vector ■×■=■ as a direction vector and passes through the contact point
The unit vector in the direction from the drawn perpendicular leg P_t_1 to the perpendicular leg P_t_2 drawn from the end point T_2 is the vector ■, and the target force vector is the vector ■ whose magnitude is equal to the tentative target force vector. A copying control device for a robot, comprising copying work system setting means (19B) for setting a vector in the same direction as the vector. 3) The unit vector ■ in the direction of the target force vector is the first column,
From the work coordinate system to the reference coordinate system, which is perpendicular to the vector ■ and has the unit vector ■ in the hand movement direction of the robot (16) in the third column, and the cross product of the two vectors ■×■=■ in the second column. Using a transformation matrix, the robot (16)'s hand is calculated based on the deviation between the target position and the current position, and the deviation between the target force value of the robot (16) and the force acting on the hand on the object. In a system equipped with a hybrid position and force control device (17) that controls the position and force of a robot (16), the contact force at the point of contact between the hand of the robot (16) and the workpiece of the robot (16). The unit vector of ■
The existing work system is determined to be inappropriate when there is a directional component of a coordinate system compatibility determining means (19C) for determining the coordinate system compatibility determining means (19C);
C), when the existing coordinate system is determined to be inappropriate, stops the movement of the hand, resets the work coordinate system and the target force vector, and then causes the robot (16) to continue the work again by imitating the robot (16). robot tracing control device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024203465A1 (en) * 2023-03-30 2024-10-03 本田技研工業株式会社 Robot control system

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