JPH0349886A - ロボット制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ロボットの制御に関し、 外界との接触を検知しながら移動動作させるロボット制
御方式を提供することを目的とし、力センサを備え力セ
ンサの信号をフィードバックして力制　御を行うロボッ
トの制御において、入力されたコマンドが力制御コマン
ドではなく且つ移動コマンドであるとき力センサ信号の
サーボ回路への入力を止める制御切換え手段と、力セン
サの出力を予め設定された閾値と比較する比較手段と、
該比較手段による比較の結果力センサの出力が閾値を越
えたとき外界との接触と認識し移動を停止させる接触認
識手段と、を備え、押しつけ動作ならびに倣い動作を行
わない場合、力センサ情報の制御系への入力を止め、該
力センサの出力を予め設定された閾値と比較し、閾値超
過を検出したことにより外界との接触と認識して、動作
を停止させるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はロボット制御に係り、特にロボット動作中にお
ける外界との接触の認識方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ロボットの動作は、移動点を動作順に記録し、そ
れを再生する方法により行われていた。

この方法では、対象物体の位置ずれなどに対応する柔軟
性に欠ける。そこで、ロボットに各種のセンサを取りつ
けることにより、ロボットが、外界の状態を示すデータ
を用いながら動作するよう制御する方法が考案された。

ロボットアームの先端に力センサを取りつけ、センサで
検出したカデータをフィードバックして動作を制御し、
指定された一定の力（把持力、押しっけ力等）で動作す
るロボットを力制御ロボットと呼ぶ。

第８図は、力制御ロボットの一例を示す図である。アー
ムの先端に力センサが取りつけられ、その先にエンドエ
フェクタ（把持用指、ドライバー等の作業用具）が付け
られている。このエンドエフェクタにより押しっけや倣
い動作が実行することができる。

このような、センサ情報を用いながら動作を行う方式の
場合には、ロボットの移動経路を確実に予想することは
できない。そのため、移動時に外界と接触する可能性が
ある。従って、損傷を防ぐために、接触を認識する手段
が必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が解決しようとする課題は、上記に説明したよう
な、対象物体等の状態を示すデータを用いながら動作す
るロボットにおいて、外界との接触を検知しながら動作
させる制御方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の構成を示すブロック図である。

図において、１は制御切換え手段であり、入力されたコ
マンドが力制御コマンドではなく且つ移動コマンドであ
るとき力センサ信号のサーボ回路への入力を止める。

２１は比較手段であり、力センサの出力を予め設定され
た閾値と比較する。

２２は接触認識手段であり、比較手段２１による比較の
結果力センサの出力が閾値を越えたとき外界との接触と
認識し移動を停止させる。

３は時間監視手段であり、ロボットアームの移動動作開
始からの時間を監視し予め設定された一定時間経過を通
知する。

〔作　用〕

ロボットに用いられるセンサの−っに力覚センサ（力セ
ンサ）がある。力センサはそれを構成するバネ要素に生
じる歪みを検出し、これを力として換算するものである
。ロボットが倣い作業を行う場合などに、このセンサに
よりロボットが一定の力で押しっけを行うように制御す
る。

ところで、この力制御は作業対象物と接触しているとき
にのみ有効である。拘束のない自由空間を移動している
際には、この力センサの信号を力制御にフィトバックす
る必要はない。また、移動中も信号をフィードバックし
た場合は、自身の振動による慣性力を検知し振動が増大
する場合がある。

そこで本発明では、空間移動中にはこの力センサを接触
認識のためにのみ使用するようにする。

そのため、制御切換え手段１を設け、入力されたコマン
ドが力制御コマンドではなく且つ移動コマンドであると
き力センサ信号のサーボ回路への入力を止める。そして
、比較手順２１によって力センサの出力を予め設定しで
ある閾値と比較し、力センサの出力が閾値を越えたとき
は、接触認識手段２２において外界との接触と認識し、
移動を停止させる。

ところが、エンドエフェクタが大きい場合や、移動速度
が速い場合には、移動開始時に大きい慣性力が発生する
。そのため、第２図に示すように、移動開始時に力セン
サから大きな出力が現れ、前記の比較手段２１のため設
定した閾値を超過してしまうということがある。閾値を
越えたことが検知されれば外界との接触と認識されロボ
ットを停止してしまう。

そこで本発明では、エンドエフェクタが大きい場合や、
移動速度が速い場合に対応するため、ロボットアームの
移動動作開始からの時間を監視し予め設定した一定時間
経過を通知する時間監視手段３を設け、該一定時間時間
経過後に、比較手段２１および接触認識手段２２の処理
を開始するように制御する。

“以上の制御手段によって、押しっけ動作や倣い動作を
行わない場合には使用されていないセンサ情報を使用し
て外界との接触を検知でき、動作時の安全性を高めるこ
とができる。

〔実施例〕

以下第３図乃至第７図に示す実施例により本発明をさら
に具体的に説明する。

第３図は、本発明を実施したロボット制御装置の要部構
成を示す図である。

ロボット制御装置は、ホストプロセッサ（ＣＰＵ）を主
体としロボット動作の全体を制御するホスト部ト、サー
ボ回路を主体としてロボットのサーボ制御を行う制御部
からなる。

ホスト部はＣＰＵを主体とし、プログラムを格納するプ
ログラム部、データを保持するデータ領域、制御部との
インタフェースを制御するインタフェース、時間監視を
行うタイマ、制御部とのディジタルデータを入出力する
ディジタルＩ１０、制御部へのコマンドを出力するコマ
ンドボート、およびカイイードバックゲインを退避させ
るデータバッファ等がある。

制御部には、サーボ回路および力センサその他があり、
サーボ回路はマイクロプロセッサを主体としてサーボ計
算を行う回路で、本発明関連部分として、コマンドを保
持するコマンドバッファ、カフィードバックゲインを保
持するゲインバッファ、および状態フラグを備えている
。

本発明による制御動作は、ホストプロセッサ（ＣＰＵ）
のプログラムにより行われる。

第４図は、本発明を実施した力制御ロボットシステムの
制御系を示す図である。

入力装Ｗ４から与えられた動作コマンドを解析し、サー
ボ回路６に指令目標値を出力する。サーボ回路６では、
サーボ計算部６１が入力された指令目標値（目標座標、
指定押しつけ力）とフィードバック量から制御量（電流
値）を計算しモータ７を駆動する。サーボ計算部６１に
フィードバックされるのは、エンコーダ８からの位置信
号を位置フィードバックゲイン（ＰＣ）６２で増幅した
位置フィードバック量と、力センサ９からの力信号をカ
フィードバック（ＰＣ；）６３で増幅したカフィードバ
ック量である。

コマンド解析５による解析で、動作コマンドが力制御コ
マンドでなく、且つ移動コマンドであるときは、制御切
換え部１がカフィードバックゲイン（ＦＣ）６３のゲイ
ンはゼロとしてサーボ計算部６１ヘフィードバックしな
いようにし、タイマ３をセットする。タイマ３に設定し
である指定時間を経過すると、状態判定部２が起動され
る。状態判定部２には比較手段２１と接触認識手段２２
を含み、力センサ９からの力信号を閾値と比較し、閾値
を越えたときは外界との接触と認識し、移動を停止させ
る制御を行う。

第５図は、本発明の一実施例における制御切換え動作を
示すフローチャートである。

■動作コマンドが入力される。

■入力された動作コマンドを解析する。

■入力された動作コマンドがカコマンドであるかを判定
する。カコマンドであれば、ステップ■へ進み、そうで
なければステップ■へ飛ぶ。

■カフィードバックゲイン（ＦＣ）を退避バッファから
読み込む。

■入力された力制御コマンドを実行する。

■入力された動作コマンドが移動コマンドであるかを判
定する。移動コマンドであればステップ■へ進み、そう
でなければステップ■へ進む。

■入力されたコマンドを実行する。

■カフィードバックゲイン（ＦＣ）を退避バッファに退
避させる。

■カフィードバックゲイン（ＦＣ）をＯ（ゼロ）に設定
する。

［相］入力された移動コマンドを実行する。

第６図は、本発明の一実施例における接触検知動作を示
すフローチャートである。本フローチャートの動作は、
第５図のフローチャートにおけるステップ［相］の処理
内容である。

■入力された移動コマンドに基づいて目標座標をサーボ
回路に指令する。

＠力センサから力信号を読み込む。

■力信号を予め設定された閾値と比較する。力信号が閾
値以上であればステップ■へ飛ぶ。そうでなければステ
ップ■へ進む。

■サーボ回路の状態フラグ中の終了フラグを読む。

■終了フラグがオンとなっていたら移動動作を終了し、
−未了であればステップ＠へ戻る。

■外界との接触と認識し、サーボ回路に移動動作停止を
指令する。

第７図は、本発明の第二の実施例における接触検知動作
を示すフローチャートである。本実施例は、移動開始後
一定時間を経過した後始めて接触検知動作を開始させる
よう制御するものである。

■入力された移動コマンドに基づいて目標座標をサーボ
回路に指令する。

＠タイムカウンタをクリアする。

０タイムカウンタの値を読み込む。

［相］タイムカウンタの値を予め指定された時間と比較
する。指定時間を超過ならばステップ［相］へ進み、そ
うでないならばステプＯへ戻る。

■力センサ信号を読み込む。

［相］カセンサ信号を予め設定された閾値と比較し、閾
値以上であればステップ［相］へ飛び、閾値未満であれ
ばステップＯへ進む。

Ｏサーボ系の終了フラグを読み込む。

＠終了フラグがオンであるならばステップ［相］へ進み
、オフであればステップ■へ戻る。

＠移動動作を終了する。

［相］外界との接触発生と認識し、サーボ回路に移動動
作停止を指令する。

［発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば、押しつ
け動作および倣い作業以外では使用されない力センサ信
号を利用して、ロボット移動時に外界との接触を検知で
きるので、動作時の安全性を高め、障害の発生を減少さ
せるという著しい工業的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図はロボ
ットアーム移動時の力センサの信号例を示す図、 第３図は本発明を実施したロボット制御装置の構成を示
す図、 第４図は本発明を実施した力制御ロボットシステムの制
御系を示す図、 第５図は本発明の一実施例における制御切換え動作を示
すフローチャート、 第６図は本発明の一実施例における接触検知動作を示す
フローチャート、 第７図は本発明の第二の実施例における接触検知動作を
示すフローチャート 第８図は力制御ロボットの一例を示す図である。 図において、 は制御切換え手段（部）、　２は状態判定部、は時間監
視手段（タイマ）、４は入力装置、はコマンド解析、　
　　　　　６はサーボ回路、はモータ、　　　　　　　
　　８はエンコーダ、９は力センサ、　　　　　　２１
は比較手段、２２は接触認識手段、　　　　６１はサー
ボ計算部、６２は位置フィードバックゲイン（ＰＣ）、
６３はカフィードバックゲイン（ＦＣ）、を示す。 コマンド 解析 第 図 第 図 第 図 第 図 第 ５ 図 第 図 第 図 力制御ロボットの一例と示Ｔ口 第　　８　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、力センサを備え力センサの信号をフィードバックし
   て力制御を行うロボットの制御において、入力されたコ
   マンドが力制御コマンドではなく且つ移動コマンドであ
   るとき力センサ信号のサーボ回路への入力を止める制御
   切換え手段（１）と、 力センサの出力を予め設定された閾値と比較する比較手
   段（２１）と、 該比較手段（２１）による比較の結果力センサの出力が
   閾値を越えたとき外界との接触と認識し移動を停止させ
   る接触認識手段（２２）と、を備え、押しつけ動作なら
   びに倣い動作を行わない場合、力センサ情報の制御系へ
   の入力を止め、該力センサの出力を予め設定された閾値
   と比較し、閾値超過を検出したことにより外界との接触
   と認識して、動作を停止させるよう制御することを特徴
   とするロボット制御方式。 ２、ロボットアームの運動開始からの時間を予め設定さ
   れた指定時間と比較する時間監視手段（３）を備え、 上記記載の比較手段（２１）および接触認識手段（２２
   ）による処理を、ロボットアームの移動動作開始後前記
   設定時間まで行わないよう制御 することを特徴とする請求項１記載のロボット制御方式
   。