JPH0355187A

JPH0355187A - 力感覚を持つロボットの制御方式

Info

Publication number: JPH0355187A
Application number: JP18865889A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Nishimoto; 西本　克史; Yasuyuki Nakada; 康之中田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-08

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〕力感覚を持つロボットの制御方式の改良に関し、ロボッ
トの任意の動作範囲で任意の把持部品に対し共振を起こ
さない力感覚を持つロボットの制御方式を提供すること
を目的とし、手首部に力覚センサを持つロボット機構部と、力制御ル
ープの中に存在するノッチ・フィルタおよびオンライン
同定器を持つ制御装置とを具備し、オンライン同定器は、力覚センサから出力される力に基
づいて振動パラメータを求めるように構成され、ノッチ・フィルタは、入力信号から上記振動パラメータ
で指定される振動周波数成分を除去したものを出力する
ように構成されていることを構或とするものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ノッチ・フィルタを持ち、ノッチ・フィルタ
によってロボットに与える操作信号の中から所定の周波
数成分を除去するように構成された力感覚を持つロボッ
トの制御方式の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

組立やグライディングなど対象物と接触しながら行う作
業では、位置決めの性能だけでは十分な効果を上げるこ
とが出来ず、対象物との接触力を感知して制御できる機
能が必要となる。

そこで、ロボットの手首部にｘ，ｙ，ｚ軸３方向の力と
各軸回りのトルクを検出できる力覚センサを付け、それ
によって外界との接触力を検知し、力を制御するロボッ
トが開発されてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の力覚センサはバネ状の機構で構成されているため
剛性が低く、共振周波数も低い。従って、力覚センサの
下にハンドを取り付け、そのハンドが部品を把持してい
る場合、自由空間の移動では振動を起こし、その振動を
力覚センサが検知してロボットの動きにフィードバック
するため、ロボー３ット全体が共振を起こすと言うことがあった。

そこで、ノッチ・フィルタを設けて力覚センザで検知し
た振動成分をカットする手法が提案されているが、ロボ
ットの姿勢やハンドで把持する部品の質量に依存して振
動数が変わるため、効果が小さかった。また、自由空間
移動時は、力制御を行わず位置制御のみとする手法も提
案されているが、位置制御から力制御へ切り換える時の
タイミングが難しく、複雑なアルゴリズムを必要とする
などの問題点があった。

本発明は、この点に鑑みて創作されたものであって、ロ
ボットの任意の動作範囲で任意の把持部品に対し共振を
起こさない力感覚を持つロボッ１・の制御方式を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、力覚センサからの信号を収集し、それに基づ
いて振動周波数をオンライン同定し、その周波数をノン
チ・フィルタの遮断周波数として与えるものである。

第１図に本発明の原理説明図を示す。同図にお一４いて、１はロボット機構部、２は力覚センサ、３２はオ
ンライン同定器、３３はノツチ・フィルタ、５０は制御
装置をそれぞれ示している。

オンライン同定器３２は、力覚センサ２からの信号によ
り共振周波数をオンライン同定する部分である。ノッチ
・フィルタ３３は、力覚センサ２が拾った共振周波数戒
分を除去し、ロボン１・の制御にフィードバックされな
いようにする。

〔実施例〕

第２図は本発明の制御系の１例を示すブロック図である
。同図において、１はロボット機構部、２は力覚センサ
、３はコントローラ、１１はアーム、１２はモータ、１
３はエンコーダ、３１は力制御演算部、３２はオンライ
ン同定器、３３はノッチ・フィルタ、３４は逆ヤコビ行
列演算部、３５はサーボ制御部、３６は三角関数演算部
、３７はカウンタ、４０はホスト・コンピュータをそれ
ぞれ示している。

ロボット機構部１は、アーム１１やモータ１２エンコー
ダ１３などを有している。力覚センサ２＝５の下にはハンド（図示せず）が取り付けられている。コ
ントローラ３は本発明の中心をなすものである。ホスト
・コンピュータ４０は、パソコンなどで構成される。

力制御演算部３１は、対象物との接触時に、ホスト・コ
ンピュータ４０から与えられる力指令値Ｆ０と検出力Ｆ
，とを比較し、その差にやはりホスト・コンピュータ４
０から与えられたフィードバック係数を乗じて速度■，
を生或する。これにより、指令値に追従するようにフィ
ードバック制御が行われる。オンライン同定器３２は、
力覚センサ２からの信号により、ロボッ１・の共振周波
数を求める。ノッチ・フィルタ３３は、オンライン同定
器３２より与えられた遮断周波数を用いて振動周波数成
分をカットする。ノッチ・フィルタ３３の出力Ｖは直交
座標系における速度へクトルなので、ロボットに関節型
のものを用いる場合は、各関節の角速度に変換する必要
がある。これを行うのが、逆ヤコビ行列演算部３４であ
る。各関節の角速度ヘクトルをθとすれば、θとＶとの
関係６は下記のように θ一Ｊ−’・■ で与えられる。Ｊは関節の構造で決まるヤコビ行列であ
り、Ｊ−’はその逆行列である。角速度ヘクトルδはサ
ーボ制御部３５に送られ、この信号によってモータ１２
がサーボ制御される。三角関数演算部３６はエンコーダ
１３の値によって三角関数値を求め、それを逆ヤコビ行
列演算部３４に送る（三角関数値はＪ−１の計算に用い
られる）。

オンライン同定器３２では、例として次のＡＲモデルを
振動モデルとして用いる。

Ｘは力覚センサの出力であり、Ｕはロボットへの入力で
あり、ａＩ，はＡ　Ｒ　（ＡｕｔｏＲｅｇｒｅｓｓｉｖ
ｅ）モデルのパラメータである。（１）式をＺ変換する
と、Ｇ　（Ｚ）　一・・・（３）ここで、ａｐを次の逐次式により同定する。

宮、＝Ｌ−＋　＋ｋＮ　　（χＮ　　ＺＮＴ　−舎、−
，）ｋＮ＝ＰＮ−１　　・ＺＮ　　（１＋ＺＮ　”　Ｐ
Ｎ−１　　・ＺＮ　）ＰＭ−（Ｉ　　ｋＮ−ＺＮ。）Ｐ
Ｎ・・・（４）上式において、■は単位行列，Ｔは行列の転置Ｎはステ
ップ数である。（４）式はａ。＋ＰＯ＋　　Ｚを初期値
として新しい観測値ＸＮを得る毎にａｐの推定値舎、が
得られることを示している。

ａｐが得られると、（３）式の分母＝Ｏとおいて、その
特性根ｙｉ．）’ｉ”を求め、ｙｉ，３’どーｅｘｐ　　（一ω６ζ，±ｊωＬＪ７門
τより振動パラメータω．，ζ１を求める。

ノッチ・フィルタ３３で例えば２次のフィルタを構或す
ると、その伝達関数Ｈ　（Ｓ）は、・・・（５）となる。この（５）式のω．ζ１．ω２，ζ２に同定器
３２で求めたω．，ζ，（ｉ＝１．２）を入れることに
より、振動威分をカットするノツチ・フィルタが得られ
る。

コントローラ３はディジタル・シグナル・プロセッサか
ら構成されている。第３図はデイジタル・シグナル・プ
ロセッサで行われている処理の流れを示すフローチャー
トである。同図に示すように、オンライン同定は力信号
を検出して制御をしている限り、常に行われている。

〔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、逐次
、ロボットの振動周波数を同定し、その値をノッチ・フ
ィルタに与えることでロボットの姿勢や把持物体の質量
によらず、振動を抑制することが出来る。また、本発明
を力をかけて対象の表面を移動する倣い制御装置に適用
すれば、倣い制御時の力の変動を抑えることが出来る。

９

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図ば木発四の制御系
のｌ例を示すブロック図、第３図はコントローラを構或
するディジタル・シグナル・プロセッサの処理の流れを
示す図である。１・・・ロボット機構部、２・・・力覚センサ、３・・
・コントローラ、ｌ１・・・アーム、１２・・・モータ
、１３・・・エンコーダ、３１・・・力制御演算部、３
２・・・オンライン同定器、３３・・・ノッヂ・フィル
タ、３４・・・逆ヤコビ行列演算部、３５・・・サーボ
制御部、３６・・・三角関数演算部、３７・・・カウン
タ、４０・・・ホスト・コンピュータ。特許出圃人　　　富士通株式会社

Claims

【特許請求の範囲】手首部に力覚センサ（２）を持つロボット機構部（１）
と、力制御ループの中に存在するノッチ・フィルタ（３３）
およびオンライン同定器（３２）を持つ制御装置（５０
）とを具備し、オンライン同定器（３２）は、力覚センサ（２）から出
力される力に基づいて振動パラメータを求めるように構
成され、ノッチ・フィルタ（３３）は、入力信号から上記振動パ
ラメータで指定される振動周波数成分を除去したものを
出力するように構成されていることを特徴とする力感覚を持つロボットの制御方式。