JPH04178708A - ロボット制御装置 - 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〕 位置と力の混成制御を行なうロボット制御装置に関し、 位置制御方向でも力信号を監視することを目的とし、 位置と力の混成制御系からの制御信号によりロボット本
体の駆動機構を制御してエンドエフェクタの位置と力を
制御するロボット制御装置において、前記エンドエフェ
クタに与えられた力を検出する力覚センサからの検出信
号か入力され、前記混成制御系における位置制御方向と
同じ方向の力を演算算出する演算手段と、該演算手段に
より算出された力を監視し、核力の値か所定値以上のと
き異常を通知する監視手段とを有するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はロボット制御装置に係り、特に位置と力の混成
制御を行なうロボット制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第６図は従来のロボット制御装置の一例の構成図を示す
。ロボット制御装置ｌｌは、コンソール２からの各種コ
マンドの入力をコマンド入力部３で取り込み、コマンド
解析部４で入力コマンドをコマンドファイル５からの情
報に基づいて解析し、その解析結果とコマンドファイル
５からの情報とから動作生成目標値指令部６で位置目標
値及び力目標値を演算算出して混成制御系７へ供給し、
混成制御系７の出力信号でロボット本体８をｉ！ＪｉＩ
Ｉする。

ロボット本体８はロボットアームに取り付けられた力覚
センサと、ロボットアームを駆動するモータと、そのモ
ータの回転角度位置を検出するためのエンコーダなどか
らなり、力覚センサの先端側ニハンド等のエンドエフェ
クタが設けられている。

上記の混成制御系は例えば第７図に示す如き構成とされ
ている。同図中、前記した動作生成目標値指令部６から
の位置目標値及び力目標値のうち位置目標値は後述のエ
ンコーダ８からの位置情報の差分をとり座標変換部７１
に入力され、一方、力目標値は後述の力覚センサ８２か
らの力情報との差分をとり座標変換部７２に入力される
。

座標変換部７１及び７２でマトリクスＲ，。

Ｒ，どの演算により座標変換された位置目標値及び力目
標値は、演算部７３，７４て夫々選択行列Ｓ、Ｉ−３と
演算される。Ｓは位置制御する軸を選択するマトリクス
であり、対角行列のうち位置制御する軸の対角行列だけ
が１で、その他の値は０なる値を有する。また、■は単
位行列て、Ｉ−８なる選択行列は力制御する軸の対角行
列たけかｌの値を持ち、その他の値は０である行列であ
る。

選択行列Ｓ、（１−８）と各目標値との演算結果は、ゲ
インＧ、、Ｇ、の補償回路７５．７６を通して座標変換
部７７に共通に入力され、ここで座標系変換用マトリク
スＲとヤコビアンの逆行列Ｊ−’を用いて、Ｘ−Ｙ−Ｚ
の座標系からロボットの各軸への公知の座標変換が行な
われた後、軸サーボ７８を通してロボット本体８内の制
御対象（モータ等）８０へ入力され、その動作を制御す
る。

制御対象８０の位置はエンコーダ部８１によりロボット
アーム駆動用モータの回転角度を検出することで検出さ
れ、またエンドエフェクタ等に加わる電力が力覚センサ
８２により検出される。力覚センサ８２は例えばセンサ
内の平行ばねの変位を例えば磁気抵抗素子又は歪みゲー
ジ等で検出し、力に換算する構成である。

このような混成制御系７により位置と力を直交成分に分
解し、夫々の制御を行なうことかできるため、上記の従
来装置では指令された目標位置及び力目標に応じてエン
ドエフェクタを物体表面に成る程度の力を加えつつ物体
表面に沿って移動させるような、所謂倣いなどの動作か
できる。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかるに、上記の従来のロボット制御装置は、第７＠に
示したように力覚センサ８２からの検出信号は位置制純
系に入力されておらず、混成制御系７か位置制御方向に
ついての力制御を行なっていないため、位置制御方向で
の物体とエンドエフェクタとの接触については対処する
ことかできず、そのため位置制御方向に予定外の障害物
かあった場合、エンドエフェクタ等の制御対象に過大な
力がかかってしまう等の問題かある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、位置制御方向
でも力信号を監視するロボット制御装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。本発明は駆動機構
１２を制御する混成制御系ＩＩを備えたロボット制御装
置１０において、エンドエフェクタ１３に与えられた力
を検出する力覚センサ１４からの検出信号が入力され、
混成制御系１１における位置制御方向と同じ方向の力を
演算算出する演算手段１５と、算出された力を監視し、
力の値か所定値以上のとき異常を通知する監視手段１６
とを有するように構成したものである。

〔作用〕

本発明では、混成制御系１１とは独立に力覚センサ１４
からの検出信号を処理する演算手段１５及び監視手段１
６よりなる力監視系を設けるようにしたため、混成制御
系１１の位置制御方向と同方向において力の状態を監視
することができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図中、第
１図及び第６図と同一構成部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。第２図において、ロボット制御装置
１０は力監視系２１．動作生成目標値指令部２２及びパ
ラメータ格納部２３を有している。また、エンコーダ２
４．モータ２５等は前記駆動機構１２を構成している。

力覚センサ１４はパラメータ格納部２３からのパラメー
タや力覚センサ１４からの検出信号（力信号）などが入
力され、また動作生成目標値指令部２２へ異常検知信号
を出力する。

力監視系２Ｉは前記した演算手段１５及び監視手段１６
からなり、第３図に示す如き構成とされている。同図中
、第１図と同一構成部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。第３図において、力覚センサ１４からの検
出信号（力信号）は力信号入力部２１１を通して作業系
座標変換部２１２に入力され、ここで位置と力の直交成
分に座標変換された後、選択行列演算部２１３に入力さ
れ、位置制御方向軸を選択するマトリクスＳと演算され
る。選択行列Ｓは混成制御系１１の位置制御方向軸の対
角行列だけが１で、他は０の行列である。

これにより、選択行列演算部２１３から取り出された、
混成制御系１１の位置制御方向軸の力信号成分は、過大
力検査部２１４に入力されて所定の基準値と比較され、
基準値以上のときは過大力と判定される。過大力との判
定結果か得られたときは、過大力検査部２１４は、その
旨を異常通知部２１５を介して異常信号として出力する
。

次に上記の力監視系２１を有するロボット制御装置１０
の動作について、第４図のフローチャートと共に説明す
る。ここで、第２図のロボット制御装置１０か、４軸の
自由度を持つスカラロボットに対し第５図に示す如き倣
い動作をさせる場合を例にとって説明する。第５図中、
３１は前記エンドエフェクタ１３に相当するハンドで、
図示しない力覚センサ１４の先端部に取付けられている
。

また力覚センサ１４は前記したモータ２５等により駆動
されるロボットアーム（図示せず）の先端に取り付けら
れており、４軸方向にハンド３１と共に移動制御される
。

ハンド３１はその先端が床面３２に対して垂直方向（Ｚ
軸方向）に一定力で押し付けられながら、床面３２の表
面に沿ってＸ軸方向に移動するものとする。

前記したロボット制御装置ｌＯは第４図に示す如く、ま
ず力制御動作を開始すると（ステップ１０１　）　、力
覚センサ１４からハンド３１の床面３２に対する力の大
きさを示す検出信号（力信号）か入力される（ステップ
１０２　）。

前記した混成制御系１１はこの力信号に基づいて混成制
御演算を行ない（ステップ１０３　’）　、前記Ｚ軸方
向の力制御を行なうと共に、エンコーダ２４からの位置
検出信号及び位置目標値に基づいてＺ軸以外の方向につ
いて、移動軌跡を生成するための混成制御演算を行なっ
て位置制御を行なう。

上記の混成制御演算は、ハンド３１が目標位置に到達し
ているか否か判断しくステップ１０４　）、到達してい
ない場合は動作未終了として前記ステップ１０２へ戻る
。これにより、ハンド３１はＺ軸方向に力制御が行なわ
れるため、床面３２に多少の段差があってもそれに追従
することかできる。

一方、前記ステップ１０３での混成演算と並行して、力
監視系２１により入力力信号に基づいて第３図に示す構
成にて、Ｘ軸方向の力が算出され（ステップ１０５　）
　、過大力か発生したか否かチエツクされる（ステップ
１０６）。過大力が発生していない場合は、ステップ１
０２へ戻る。

しかし、ハンド３１の移動方向に障害物が存在し、この
障害物によってハンド３１の移動か妨げられるような場
合には、過大力か発生するため、力監視系２Ｊから異常
信号か第２図の動作生成目標値部２２へ供給される。こ
れに基づいて動作生成目標位置指令部２２は割り込みな
どの手段により混成制御系１１に対して非常停止などの
指令を与える、異常処理を行なう（ステップ１０７）。

そして、力制錘動作を終了させる（ステップ１０８）。

従って、本実施例によれば、ハンド３１が障害物に移動
が阻まれるような場合には移動停止することてハンド３
１に過大な力がかかり続けることを防止することができ
る。

なお、上記の実施例ではハンド３１に過大な力か加わっ
た場合には、移動を停止するようにしたか、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば移動方向を変えて
障害物を回避するように動作生成目標値指令部２２を構
成することもてきる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、混成制御系の位置制御方
向と同方向において力の状態を監視することかできるた
め、位置制御方向てエンドエフェクタと物体との接触か
生じた場合も、その接触に応じてエンドエフェクタに過
大な力か加わり続けないような制御かできる等の特長を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明のロボット制御装置の一実施例の構成図
、 第３図は力監視系の一実施例のブロック図、第４図は第
２図の動作説明用フローチャート、第５図は倣い動作の
位置と力制園説明図、第６図は従来のロボット制御装置
の一例の構成図、 第７図は混成制御系の一例のブロック図である。 図において、 １０はロボット制御装置、 １１は混成制御系、 １２は駆動機構、 １３はエンドエフェクタ、 １４は力覚センサ、 １５は演算手段、 １６は監視手段、 ２１３は選択行列演算部、 ２１４は過大力検査部、 ２１５は異常通知部 を示す。 特許出願人　富　士　通　株式会社 ／Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 位置と力の混成制御系（１１）からの制御信号によりロ
   ボット本体の駆動機構（１２）を制御してエンドエフェ
   クタ（１３）の位置と力を制御するロボット制御装置に
   おいて、 前記エンドエフェクタ（１３）に与えられた力を検出す
   る力覚センサ（１４）からの検出信号が入力され、前記
   混成制御系（１１）における位置制御方向と同じ方向の
   力を演算算出する演算手段（１５）と、 該演算手段（１５）により算出された力を監視し、該力
   の値が所定値以上のとき異常を通知する監視手段（１６
   ）と を有することを特徴とするロボット制御装置。