JPH04165508A - Control method for robot - Google Patents

Control method for robot

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JPH04165508A
JPH04165508A JP2293373A JP29337390A JPH04165508A JP H04165508 A JPH04165508 A JP H04165508A JP 2293373 A JP2293373 A JP 2293373A JP 29337390 A JP29337390 A JP 29337390A JP H04165508 A JPH04165508 A JP H04165508A
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crank
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Yukio Asari
幸生 浅利
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Abstract

PURPOSE:To automatically execute the work even with respect to the work whose work parameter is not known in advance by identifying the work parameters such as a relative distance of the fingers and a work object and the restricting direction, etc., based on information of a position of the fingers and force applied to the fingers and knowledge related to a work procedure. CONSTITUTION:By controlling the force applied to the external environment by the fingers 13 of a robot 11, virtual elasticity is given to the fingers 13 of the robot 11 and the fingers 13 are allowed to have flexibility, and in such a state, a work object is gripped by a hand part of the fingers 13. Subsequently, in a state that the fingers 13 are restricted from the work object, groping is executed, and in that case, by analyzing the information obtained by measuring the position of the fingers 13 of the robot 11 and the force applied to the fingers 13, based on knowledge related to a work procedure given as internal information in advance, work parameters such as a relative distance of the work object and the robot 11, and the restricting direction given to the robot 11 by the work object are identified. In such a way, even in the case of the work whose work parameter is not known in advance, it is possible to allow the robot 11 to execute automatically the work.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、作業対象物から束縛を受ける作業を実行する
のに必要な作業パラメータをロボット自身で同定させる
ようにしたロボットの制御方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a robot that allows the robot itself to identify work parameters necessary for performing work that is constrained by a work object. Concerning a control method.

(従来の方法) ロボットに作業を行わせる際には、一般に、作業手続き
やロボットと作業対象物との相対的な位置関係等の作業
パラメータを前もってロボットに教え込む必要がある。
(Conventional Method) When having a robot perform a task, it is generally necessary to teach the robot in advance about work procedures and work parameters such as the relative positional relationship between the robot and the object to be worked on.

また、行わせる作業がロボットに束縛を与える場合には
、ロボットと作業対象物との相対的な位置関係たけては
なく、束縛方向も前もつ−C教え込む必要がある。この
ように教え込んでも、たとえばロボットか束縛を受ける
作業等の場合には、ロボットと作業対象物との相対的な
位置に誤差が生じる場合か多い。このような誤差は、一
般に、機構的あるいは制御によってロボットの手先に柔
軟性を持たせ、これによって吸収するようにしている。
Furthermore, if the work to be performed imposes constraints on the robot, it is necessary to teach the robot not only in the relative positional relationship between the robot and the object to be worked on but also in the direction of constraint. Even with this training, errors often occur in the relative position of the robot and the object to be worked on, for example, when the robot is involved in work where it is constrained. Generally, such errors are absorbed by making the robot's hands flexible mechanically or through control.

しかしながら、このような従来の制御方法では、ロボッ
トと作業対象物との相対距離やロボットが受ける束縛方
向等の作業パラメータが前もって判らない場合には、た
とえロボットの手先に柔軟性を持たせても作業を行わせ
ることができない。このため、ロボットの使用範囲が生
産現場等の狭い範囲に限定されてしまう問題かあった。
However, with such conventional control methods, if work parameters such as the relative distance between the robot and the workpiece and the direction in which the robot is constrained are not known in advance, even if the robot's hands are made flexible, I can't get the work done. For this reason, there was a problem in that the range of use of the robot was limited to a narrow range such as a production site.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如く、従来のロボットの制御方法では、作業対象
物とロボットとの相対位置やロボットが受ける束縛方向
等の作業パラメータが前もって判っていない限り、ロボ
ットに作業を行わせることができないため、ロボットを
使用できる作業範囲が制限されると言う問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional robot control method, unless the work parameters such as the relative position of the workpiece and the robot and the direction in which the robot is constrained are known in advance, the robot cannot perform the work. This poses a problem in that the scope of work in which the robot can be used is limited.

そこで本発明は、作業対象物とロボットとの相対位置や
作業対象物からロボットが受ける束縛方向等の作業パラ
メータが前もって判らない作業の場合であっても、自動
的に作業を行わせることができ、もってロボットの使用
範囲の拡大に寄与できるロボットの制御方法を提供する
ことを目的としている。
Therefore, the present invention allows the work to be performed automatically even when the work parameters such as the relative position of the workpiece and the robot and the constraint direction of the robot from the workpiece are not known in advance. The purpose of this invention is to provide a robot control method that can contribute to expanding the scope of robot use.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明に係る制御方法では
、ロボットの手先か外部環境に加える力を制御すること
によってロボットの手先に仮想的な弾性を与えて手先に
柔軟性を持たせ、この状態で手先のハンド部で作業対象
物を把持させ、次に手先が作業対象物から束縛を受けた
状態で手探りを行い、その際にロボットの手先の位置と
手先に加わる力を計測して得られた情報を、予め内部情
報として与えられている作業手続きに関する知識に基い
て解析することにより、作業対象物とロボットの相対距
離および作業対象物かロボットに与える束縛方向等の作
業パラメータを同定するようにしている。そして、同定
後に残る微少な誤差は、ロボットの手先の柔軟性によっ
て吸収させるようにしている。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the control method according to the present invention provides a control method that applies virtual force to the robot's hands by controlling the force applied to the robot's hands or the external environment. The hand is made to have elasticity to make it flexible, and in this state, the hand part of the hand grasps the object to be worked on.Then, the hand gropes while being constrained by the work object, and at that time, the robot By analyzing the information obtained by measuring the position of the robot's hand and the force applied to the hand based on knowledge of work procedures that has been given as internal information in advance, the relative distance between the work object and the robot and the work object can be determined. We are trying to identify work parameters such as constraint direction given to objects or robots. The slight errors remaining after identification are absorbed by the flexibility of the robot's hands.

(作 用) 上記制御方法では、作業対象物とロボットとの相対距離
や作業対象物からロボットが受ける束縛方向等の作業パ
ラメータを前もって与える必要がないため、上記作業パ
ラメータが前もって判らない作業の場合であっても、ロ
ボットに自動的に作業を行わせることが可能となる。
(Function) In the above control method, there is no need to give work parameters such as the relative distance between the work object and the robot and the binding direction of the robot from the work object in advance, so when the above work parameters are not known in advance. However, it is possible to have robots perform tasks automatically.

(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明制御方法の実施形態を
説明する。
(Example) Hereinafter, embodiments of the control method of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図には本発明制御方法を適用し1クランク1を図中
実線矢印2で示す方向に回転させる作業を実行しようと
しているロボット11が示されている。
FIG. 1 shows a robot 11 applying the control method of the present invention and attempting to perform a task of rotating one crank 1 in the direction indicated by a solid line arrow 2 in the figure.

このロボット11は、大きく分けると、複数の関節を備
えたアーム12と、このアーム12の先端部に取り付け
られた手先13と、この手先13に取付けられた力覚セ
ンサ14と、この力覚センサ14の出力および各関節に
設けられた位置センサの出力を導入してアーム12、手
先13および手先13のハンド部を制御する制御装置1
5とで構成されている。
Broadly speaking, this robot 11 includes an arm 12 with a plurality of joints, a hand 13 attached to the tip of this arm 12, a force sensor 14 attached to this hand 13, and this force sensor. A control device 1 that controls an arm 12, a hand 13, and a hand portion of the hand 13 by introducing the output of the arm 14 and the output of a position sensor provided at each joint.
It consists of 5.

制御装置15内には、後述する作業手続きに関する知識
情報と、この知識情報と力覚センサ14の出力および各
関節に設けられた位置センサの出力とから手先13やア
ーム12をどのように動かすかを算出するアルゴリズム
と、算出された結果に基いて手先13やアーム12を制
御する制御系とが設けられている。
The control device 15 contains knowledge information regarding work procedures, which will be described later, and how to move the hand 13 and arm 12 based on this knowledge information, the output of the force sensor 14, and the output of the position sensor provided at each joint. There are provided an algorithm for calculating , and a control system for controlling the hand 13 and arm 12 based on the calculated results.

そして、具体的には、第2図に示すような流れにしたが
って作業を行わせるようにしている。この例はクランク
1をロボット11で回させる例である。
Specifically, the work is performed according to the flow shown in FIG. In this example, the crank 1 is rotated by a robot 11.

まず、制御装置15内には、クランク回しの作業手続き
に関する知謀として、Fロボットの手先のハンド部はク
ランクのハンドルを把持した状態で、ある平面上に拘束
されたある半径を有する円軌道にしたがって半径方向に
拘束を受けながら動かなければならない。」と言う情報
が格納されているものとする。このときに求めなければ
ならない作業パラメータは、束縛平面座標、円軌道の中
心座標および円軌道の半径である。
First, in the control device 15, as an idea regarding the work procedure of crank turning, the hand part of the F robot follows a circular trajectory with a certain radius constrained on a certain plane while grasping the crank handle. It must move while being constrained in the radial direction. ” is stored. The work parameters that must be determined at this time are the constraint plane coordinates, the center coordinates of the circular orbit, and the radius of the circular orbit.

まず、スタートさせると、上述した作業手続きに関する
知識、この場合にはクランク回しの作業手続きに関する
知識を読み取る(ステップfI)。
First, when started, the knowledge regarding the above-mentioned work procedure, in this case knowledge regarding the work procedure of crank rotation, is read (step fI).

次に、ロボット11の手先13が次式で示される仮想の
剛性を持つかの如く振る舞うように、手先13が外部環
境に加える力を制御するこにより、手先]3に柔軟性を
持たせる(ステップf2)。
Next, by controlling the force applied by the hand 13 to the external environment so that the hand 13 of the robot 11 behaves as if it had a virtual rigidity expressed by the following equation, the hand 3 is made flexible ( Step f2).

F−K(xa  xh)        ・・・(1)
次に、このような仮想の剛性を持つ手先13のハンド部
でクランク】のハンドルを手探りで把持させる(ステッ
プf>)。このとき、クランク1のハンドルの位置が不
確かであっても、ハンドルの一部か手先13のハンド部
て把持可能な空間内にあれば、(1)式で示された手先
13の仮想剛性によりロボット11はハンドルを把持す
ることができる。
F-K(xa xh)...(1)
Next, the user is made to grasp the handle of the crank with the hand portion of the finger 13 having such virtual rigidity (step f>). At this time, even if the position of the handle of the crank 1 is uncertain, if part of the handle is within the space where the hand part of the hand 13 can grasp it, then the virtual rigidity of the hand 13 shown by equation (1) The robot 11 can grip the handle.

次に、手先]3の現在の位置を起点として、基準座標系
の3軸方向に平行にそれぞれ直線の目標軌道X6(1)
を順次作り、クランク1のハンドルを把持したままで上
記目標軌道にしたかって手先13を動かず。このとき、
ハンドルの把持に成功している場合には、手先13はそ
の柔軟性のためにクランク1の束縛にならって動く。し
かし、目標軌道X、と手先13の軌道Xhとの間に誤差
が生じている場合には、(1)式にしたがって手先13
はクランクユに力を加え、その反力がロボット11の手
首部に設けられた力覚センサ14によって計測される。
Next, the target trajectory X6 (1) is a straight line starting from the current position of the hand [3] and parallel to the three axes of the reference coordinate system.
Sequentially, while holding the handle of crank 1, do not move hand 13 to achieve the above target trajectory. At this time,
If the handle is successfully grasped, the hand 13 follows the constraint of the crank 1 due to its flexibility. However, if there is an error between the target trajectory X and the trajectory Xh of the hand 13, the hand 13
applies a force to the crankshaft, and the reaction force is measured by a force sensor 14 provided at the wrist of the robot 11.

この力覚センサ14によって力が検出され、しかも目標
軌道X6と手先13の軌道X。との間に誤差か発生した
ときには、手先13のハンド部がクランク1のハンドル
の把持に成功したとみなす。
The force is detected by this force sensor 14, and the target trajectory X6 and the trajectory X of the hand 13 are detected. When an error occurs between the two, it is assumed that the hand portion of the finger 13 has successfully gripped the handle of the crank 1.

逆に、手先13がクランク1による束縛を受けず、3方
向の何れにも目標軌道X4の通りに動くときには、ハン
ド部がハンドルの把持に失敗したとみなす(ステップf
5)。ハンドルの把持に失敗した場合は、ステップf3
に戻って再度ハンドルの把持動作を行う。
Conversely, when the hand 13 is not constrained by the crank 1 and moves along the target trajectory X4 in any of the three directions, it is assumed that the hand section has failed to grasp the handle (step f
5). If gripping the handle fails, step f3
Go back to and perform the gripping motion of the handle again.

手先]3のハンド部がクランク1のハンドルの把持に成
功している場合は、手先13の軌道X。
If the hand] 3 has successfully grasped the handle of the crank 1, the trajectory X of the hand 13.

はクランク1の束縛にならった軌道となる。そこで、こ
の手先13の軌道X、の情報を適当な間隔でサンプリン
グ(ステップf、、)し、これらの情報を用いてクラン
ク1の回転半径および回転中心を同定し、クランク回し
の軌道を生成する(ステップf7)。
becomes a trajectory that follows the constraint of crank 1. Therefore, information on the trajectory (Step f7).

この軌道の生成は次のようにして行われる。すなわち、
前述した作業手続きに関する知識と求めるべき作業パラ
メータとを考慮して、クランク1の束縛にならった軌道
を満たす幾何学的条件を考えると、Xがその軌道上の点
であるとき、(1)点Xはある拘束平面上にある (1j)点Xはある円軌道上にある という条件を満たすことになる。
This trajectory is generated as follows. That is,
Considering the knowledge of the work procedure mentioned above and the work parameters to be determined, and considering the geometric conditions that satisfy the trajectory following the constraint of crank 1, when X is a point on the trajectory, (1) point X is on a certain constraint plane (1j) This satisfies the condition that point X is on a certain circular orbit.

そこで、サンプリングデータX h+z (1−1,2
,3゜・・・n)が、クランク1の拘束にしたがった軌
道上の点であると仮定し、次式で示されるベクトル群V
 (11”llX hz)X b(1)(i≠ j) 
・・・(2)を求めると、条件(i)より、V (1+
は、この拘束平面に平行なベクトル群となる。
Therefore, sampling data X h+z (1-1,2
, 3°...n) are points on the trajectory according to the constraint of crank 1, and the vector group V shown by the following equation
(11”llX hz)X b(1) (i≠ j)
...When (2) is obtained, from condition (i), V (1+
is a group of vectors parallel to this constraint plane.

次に、最小二乗法を用いてV +l+に垂直な共通単位
法線ベクトルbを求める。さらに、ベクトルnに互いに
垂直な単位ベクトルn、tを求める。
Next, a common unit normal vector b perpendicular to V +l+ is determined using the least squares method. Furthermore, unit vectors n and t mutually perpendicular to vector n are determined.

このn、t、bを基本ベクトルとし、原点の位置が基準
座標系o−xyzの原点の位置と同一である新たな座標
系0’−xyzを導入する。ここで回転行列Rとして、 R−[n、t、bl          −(3)を用
いると、基準座標系で表されたサンプリングデータX 
hz+ (1−1,2,3,−n )は次式によって新
だな座標系0’ −XYZの点x ’ hz+ (j−
1,2+3+−n )に変換される。
A new coordinate system 0'-xyz is introduced in which the position of the origin is the same as the position of the origin of the reference coordinate system o-xyz, using these n, t, and b as fundamental vectors. Here, if R-[n, t, bl-(3) is used as the rotation matrix R, then the sampling data X expressed in the reference coordinate system
hz+ (1-1,2,3,-n) is a new coordinate system 0'-XYZ point x' hz+ (j-
1,2+3+-n).

X ’ b (1) −R” ・Xb口)      
・・(4)このとき、点X’h(+1はその導出方法か
ら明らかなように、座標系O′−χyzにおけるZ平面
に平行な平面上の円周上の点となる。すなわち、x、、
、’)は次式を満たす。
X' b (1) -R" ・Xb mouth)
...(4) At this time, as is clear from the method of derivation, point X'h(+1 is a point on the circumference on a plane parallel to the Z plane in the coordinate system O'-χyz. That is, x ,,
,') satisfy the following equation.

(xi   −XO)   ”   +  (y  I
  −3’o  )   2−r  2Z  l   
1 Z  O ・・・(5) ただし、X’ h(B−(X+ +   l+  Zl
) TsXo ”’ (xo l  ’10 +  z
o ) Tであり、xoは座標系o′−xyzにおける
クランクの中心の座標、「はクランクの回転半径である
。ここでは最小二乗法を用いて、まずX Or  Y 
oを求め、次にrを求め、最後に21の平均値から2゜
を求める。
(xi −XO) ” + (y I
-3'o ) 2-r 2Z l
1 Z O ... (5) However, X' h(B-(X+ + l+ Zl
) TsXo ”' (xo l '10 + z
o) T, xo is the coordinate of the center of the crank in the coordinate system o'-xyz, and "is the radius of rotation of the crank. Here, using the least squares method, first
Find o, then find r, and finally find 2° from the average value of 21.

たとえば、手先13に(1)式で示される剛性を持たせ
たロボット11においては、次式で示されるクランクを
回すための軌道 X’ c(l、−(xc++  cl+  zc+) 
”を、Xoおよびrを用いて求める。
For example, in the robot 11 in which the hand 13 has the rigidity shown by equation (1), the trajectory for rotating the crank shown by the following equation is X' c(l, -(xc++ cl+ zc+)
” is determined using Xo and r.

X c+−r ’ eO3(ω++))十〇。)y c
+−r −5in  ((IJ (11+θO’)  
 −(6)Zc+ 120 このX′e(I、を次の座標変換 x ctI)−R11x ’ e、l、−(7)によっ
て、基準座標系0−xyzにおけるクランク回しの軌道
X、1)として求めれば、手先の柔軟性により、Xt(
1)にしたがってクランク1を回すことができる。なお
、この場合、クランク1の半径方向、束縛平面の垂線方
向、ハンドルをこじる方向の束縛に関しては手先13の
柔軟さが吸収しており、X□、)への手先13の追従は
、生じる誤差に対して(1)式にしたがった力が発生し
て誤差を修正するように手先13が動くことによってな
される。
X c+-r' eO3(ω++)) 10. )y c
+-r -5in ((IJ (11+θO')
-(6) Zc+ 120 This X'e (I, the next coordinate transformation If you ask for it, with the flexibility of your hands, Xt(
The crank 1 can be rotated according to 1). In this case, the flexibility of the hand 13 absorbs the restraints in the radial direction of the crank 1, in the perpendicular direction to the restraint plane, and in the direction of prying the handle, and the following of the hand 13 to This is done by moving the hand 13 so that a force according to equation (1) is generated and the error is corrected.

なお、ω(11はクランク1の回転速度を決定する関数
であり、θ0は軌道の開始点を決定するパラメータであ
る。これらは作業戦略上の見地から決定される。たとえ
ば、現在、手先13の/%ンド部がクランク1のハンド
ルを把持しており、このときのハンド部の位置X、をク
ランク回しの開始点とする場合には、次のようにθ。を
決定すればよい。
Note that ω(11 is a function that determines the rotational speed of crank 1, and θ0 is a parameter that determines the starting point of the trajectory. These are determined from the viewpoint of work strategy. For example, currently, /% When the hand grips the handle of the crank 1 and the position X of the hand at this time is to be the starting point for turning the crank, θ may be determined as follows.

まず、(4)式によって、点X、を座標系0’−XYZ
で表した点X ’ a z’ a =RT−Xs          ・・・(
8)を求める。次に次式によって点NEWx’、を求め
る。
First, by equation (4), point X is set in the coordinate system 0'-XYZ
Point X'az' a = RT-Xs ...(
Find 8). Next, the point NEWx' is determined using the following equation.

NEwx’ s −xo 十r/ l x’ 、 −X
Ol・・・(9) NEW x’ *は(6)式で与えられる円周上の点で
あるから、NEWx’、を開始点とすれば、ω(11−
〇として、(6)式より、 NEWx’  a−(1+  y+、z+)”とすると
、x、−r−cos(θ0 ) y、−r  −5in(θo  )         
  ”’ (to)Z  、   S++  Z  。
NEWx' s -xo r/ l x', -X
Ol...(9) Since NEW x'* is a point on the circumference given by equation (6), if NEWx' is the starting point, ω(11-
As 〇, from equation (6), NEWx' a-(1+ y+, z+)'', then x, -r-cos(θ0) y, -r -5in(θo)
”' (to)Z, S++Z.

よって、θ0は次式で求められる。Therefore, θ0 is determined by the following formula.

θo =  tan−’ (y * / x m ) 
    ・・・(11)このようにして、拘束平面と、
拘束円軌道の半径と、中心点の座標とからなる作業パラ
メータが求められたことになり、この作業パラメータに
基いてロボット11はクランク回しを実行する(ステッ
プfs)。
θo = tan-' (y*/xm)
...(11) In this way, the constraint plane and
The work parameters consisting of the radius of the constrained circular orbit and the coordinates of the center point have been determined, and the robot 11 executes crank rotation based on these work parameters (step fs).

なお、本発明は制御の対象がクランク回しに限定される
ものではなく、これに類した各種の作業を実行できるこ
とは勿論である。
Note that the object to be controlled in the present invention is not limited to crank rotation, and it goes without saying that various similar tasks can be performed.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明制御方法によれば、作業手
続きに関する知識は既知であっても、作業パラメータが
不確定で、かつ束縛を受ける作業の場合であっても、ロ
ボット自身で作業パラメータを同定させることができ、
これによってロボットに自動的に作業を行わせることが
できる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the control method of the present invention, even if the knowledge of the work procedure is known, the work parameters are uncertain, and the work is subject to constraints, the robot You can identify the work parameters by yourself,
This allows the robot to perform tasks automatically.

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

第1図は本発明制御方法を適用したロボットの概略構成
図、第2図は本発明制御方法を説明するための流れ線図
である。 1・・・クランク、11・・・ロボット、12・・アー
ム、13・・・手先、15・・制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot to which the control method of the present invention is applied, and FIG. 2 is a flow diagram for explaining the control method of the present invention. 1... Crank, 11... Robot, 12... Arm, 13... Hand, 15... Control device. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  ロボットの手先が外部環境に加える力を制御すること
によって上記手先に仮想的な剛性を与え、この状態で上
記手先のハンド部で作業対象物を把持させるとともに上
記作業対象物が上記手先に与える束縛にしたがわせて上
記手先をならわせ、その際に上記手先の位置と上記手先
に加わる力の情報と作業手続きに関する知識とに基いて
上記手先と上記作業対象物の相対距離および束縛方向等
の作業パラメータを同定させることを特徴とするロボッ
トの制御方法。
By controlling the force applied by the robot's hand to the external environment, virtual rigidity is given to the hand, and in this state, the hand portion of the robot hand grasps a work object, and the work object imposes constraints on the hand. At that time, the relative distance between the hand and the object to be worked on, the restraining direction, etc., are determined based on the position of the hand, the information on the force applied to the hand, and the knowledge about the work procedure. A robot control method characterized by identifying work parameters.
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