JPH06315881A

JPH06315881A - 力制御作業機械の力制御装置

Info

Publication number: JPH06315881A
Application number: JP5131277A
Authority: JP
Inventors: Tooru Kurenuma; 榑沼　　透; Shinichi Sarugaku; 信一猿楽; Masaharu Yaginuma; 正治八木沼; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-15
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3086103B2

Abstract

(57)【要約】【目的】力制御作業機械の力制御装置において、複数
の作業ツールを用意し、必要に応じて作業ツールを自動
交換する作業を円滑に行える。【構成】機構部１と、この機構部１に設けた力検出手
段３と、力検出手段に取り付けられた作業ツール交換手
段４と、作業ツール交換手段によって交換される複数の
作業ツール5,10〜12とを有する力制御作業機械に適用さ
れ、力検出手段の検出データを用いて制御指令を作成し
て機構部の動作を制御し作業ツールに作業を行わせる力
制御実行手段(6,56)を有し、複数の作業ツールの重量と
重心位置に関するデータが予め格納される記憶手段(12
5,54)と、作業ツール交換手段によって作業ツールが機
構部に取り付けられたとき、この作業ツールに対応する
重量と重心位置のデータを記憶手段から取り出して力制
御実行手段に設定する設定手段53を有し、力制御実行手
段は設定された重量と重心位置のデータによって力検出
手段３で検出された力データを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は力制御作業機械の力制御
装置に関し、特に、複数のツールを必要に応じて自動的
に交換して力制御を伴う作業を行う力制御作業機械の力
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業用ロボットすなわち複数の可
動軸を含むロボット本体（機構部）を有する自動的な作
業機械では、力センサおよび力制御演算部を備え、これ
らの働きで力制御を行って作業を実行する方式が各種提
案されている。

【０００３】一般に力を伴う作業において、力センサを
利用して作業における力要素を検出しこの検出情報を参
照して作業を望ましい状態に制御する場合、力センサで
は、作業で発生する力と、力センサより先に取り付けら
れている作業ツールの重量による力とが合成されて検出
される。作業のみによって発生する力を正確に検出する
ためには、力センサで検出された力の値へのツール重量
による影響を最小限にする必要がある。影響を最小限に
する従来の方法として、例えば特開昭６２−７４５９４
号公報に開示される方法がある。

【０００４】上記の先行文献では、力センサの先に取り
付けられているハンド（ツールに相当）の重量や重心位
置を求め、力センサの検出値に対するハンドの重量によ
る影響を計算により補正することで良好な力制御を行う
方法を提案している。具体的に、ツールを産業用ロボッ
トに取り付けた後、ロボット本体に複数（少なくとも３
つ）の姿勢を採らせ、各姿勢における力の検出値と力セ
ンサの検出方向を記憶する。この結果を用いてツールの
重量と重心位置を演算により求め、登録する。作業を行
う時には、登録されている重量と重心位置の各値、およ
びその時の力センサの検出方向を用いて、ツールの重量
に関し力センサで検出されると予想される値を計算し、
求めた重量値を実際の力の検出値から減算する。このよ
うにして得られた力の検出値を用いて力制御を行うこと
により、バリ取りなどの力が必要な作業を良好に行うこ
とが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の技術を含めて従
来の技術では、一般的に、複数の作業ツールを予め準備
し作業中に必要に応じて作業ツールを交換しまたは選択
して作業を行うことについてはまったく考慮されておら
ず、そのため力制御を用いた作業では１つの作業ツール
を用いてしか作業できないという問題点があった。

【０００６】本発明の目的は、力制御を要する作業機械
において、複数の作業ツールを用意し必要に応じて自動
交換していずれかの作業ツールを使用する作業において
も円滑に自動作業を行える力制御作業機械の力制御装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る力制御作業
機械の力制御装置は、上記目的を達成するため次のよう
に構成される。

【０００８】少なくとも１つ以上の可動軸を有する機構
部と、この機構部の先部に取り付けられた力検出手段
と、力検出手段に取り付けられた作業ツール交換手段
と、この作業ツール交換手段によっていずれか１つが選
択的に装着される複数の作業ツールとを有する力制御作
業機械に適用されものであり、力検出手段で検出された
力データを用いて制御指令を作成しこの制御指令で機構
部の動作を制御し機構部に装着された作業ツールに作業
を行わせる力制御実行手段を有し、さらに、複数の作業
ツールのそれぞれの少なくとも重量と重心位置に関する
データが予め格納される記憶手段と、作業ツール交換手
段の交換動作に基づきいずれか１つの作業ツールが機構
部に装着されたとき、装着された作業ツールに対応する
重量と重心位置のデータを記憶手段から取り出して力制
御実行手段に設定する設定手段を有し、力制御実行手段
は設定手段で設定された重量と重心位置のデータによっ
て力検出手段で検出された力データを補正するように構
成される。

【０００９】前記の構成において、好ましくは、複数の
作業ツールのそれぞれには固有の番号が割り当てられ、
固有の番号により作業ツールの重量と重心位置に関する
データを指定できるように構成される。

【００１０】また、少なくとも１つ以上の可動軸を有す
る機構部と、この機構部の先部に取り付けられた力検出
手段と、力検出手段に取り付けられた作業ツール交換手
段と、この作業ツール交換手段によっていずれか１つが
選択的に装着される複数の作業ツールを有する力制御作
業機械に適用されるものであり、力検出手段で検出され
た力データを利用して制御指令を作成し制御指令で機構
部の動作を制御し機構部に装着された作業ツールに作業
を行わせる力制御実行手段と機構部の姿勢を制御する姿
勢制御手段とを有し、さらに、姿勢制御手段で機構部に
複数の姿勢を採らせた時、各姿勢にて力検出手段で得ら
れる力データと姿勢検出手段で得られる姿勢データを用
いて機構部に装着された作業ツールの重量と重心位置に
関するデータを演算する演算手段と、この演算手段が重
量と重心位置に関するデータを演算したとき、作業ツー
ル毎に重量と重心位置に関するデータを記憶する記憶手
段とを有するように構成される。

【００１１】前記の構成において、好ましくは、記憶手
段に記憶される複数の作業ツールのそれぞれの重量と重
心位置に関するデータは、固有の番号によって領域的に
区別される。

【００１２】前記の構成において、好ましくは、記憶手
段には作業ツール毎の制御点を指定する情報も併せて記
憶される。

【００１３】

【作用】本発明では、力制御を伴う作業を行い、例えば
各種の複数のグラインダを備える力制御作業機械におい
て、いずれか１つのグラインダを選択し装着して作業を
開始すると共に、作業の最中に必要に応じて他のグライ
ンダを選択して交換する場合において、複数のグライン
ダのそれぞれを特定するためのグラインダの定義モード
を設け、各グラインダごとに予め定められたツール番号
毎に登録用エリアを記憶手段に用意する。各登録エリア
には、対応するグラインダの重量および重心位置や制御
点を記憶する。グラインダの交換では、ツール番号を指
定することにより機構部に装着されたグラインダに対応
する正確な重量および重心位置等の力制御用パラメータ
が選択でき、これによって複数のグラインダのいずれか
１つを選択して付け換える自動交換によって自動的に力
作業を行うことができる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１５】本実施例では、力制御を要する作業を行う
力制御作業機械の一例としてバリ取り作業を自動的に行
う産業用ロボットについて説明する。図１は産業用ロボ
ットの全体システムの構成を示す図である。図１におい
て、１はロボット本体（機構部）である。このロボット
本体１は６つの可動軸を含む６軸構成を有し、６つのモ
ータで駆動される。ロボット本体１のアーム２の先端部
には力センサ３、作業ツールを交換するためのオートツ
ールチェンジャ（以下ＡＴＣと記す）４、作業ツールと
してのグラインダ５がそれぞれ取り付けられる。この実
施例で用いている力センサ３は、例えば６軸センサタイ
プでＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向の力とＸ，Ｙ，Ｚの各軸回り
のモーメントを検出できる。６はロボット制御装置であ
り、力制御手段を含み、すべての機器を制御する。７は
プレイバックコンソール（以下ＰＢＣと記す）であり、
ロボット本体１の作業開始やモードの切替えはこのＰＢ
Ｃ７上の押しボタンまたはスイッチを操作することによ
って行う。８はティーチングペンダントであるプログラ
ミングユニット（以下ＰＧＵと記す）であり、液晶表示
装置と各種の押しボタンが設けられている。手動による
ロボット本体１の姿勢変更や位置教示の指示、各種パラ
メータの入力は、操作者がＰＧＵ８を操作して行う。９
は、作業に使用されかつ作業内容に応じて適宜に選択さ
れて交換される複数の作業ツールを設置するためのツー
ル台である。ツール台９の上には、例えば３種類のグラ
インダ１０，１１，１２が置かれている。１３は作業対
象であるワークであり、ワーク１３に対してバリ取り作
業が行われる。ワーク１３はワーク設置台１４の上に固
定されている。ワーク１３に対しバリ取り作業を行うと
き、本実施例の場合では作業の進行状況に応じてグライ
ンダ５，１０〜１２の中から適切なグラインダが自動的
に選択される。従って、作業中にグラインダが自動的に
交換される。

【００１６】次に図２を参照してツール等の機器の接続
関係について説明する。ＡＴＣ４は接点部４ａとチャッ
ク部４ｂから構成される。接点部４ａはグラインダ５，
１０〜１２のうちＡＴＣ４に装着されたいずれかに電源
電力と動作制御信号を供給するための電気的接続部であ
る。ＡＴＣ４に装着されたグラインダは接点部４ａのプ
ラグ式接点によって電気的にロボット制御装置６に接続
される。グラインダのオン・オフ動作はロボット制御装
置６の制御動作に基づいて制御される。チャック部４ｂ
はグラインダを機械的に固定し保持する手段である。ロ
ボット本体１がＡＴＣ４をツール台９上のグラインダ
５，１０〜１２の設置位置まで移動させ、その後、チャ
ック部４ｂに対し装着動作を指示すると、機械的にグラ
インダを装着しロボット本体１のアーム手先部に固定す
る。図１および図２に示される例ではグラインダ５が装
着された状態にある。また図２に示されるように、ロボ
ット制御装置６にはさらに力センサ３、ＰＢＣ７および
ＰＧＵ８が電気的に接続される。

【００１７】次に、図３を参照してロボット制御装置６
の内部構成（ハード構成）およびロボット本体１に付加
された構成について説明する。

【００１８】３０はメインの中央処理装置であるＣＰＵ
(1) であり、全体の機器管理や本発明の特徴的な処理を
行う。３１はＲＯＭ(1) であり、ここには電源投入時に
ＣＰＵ(1) ３０が行うべき処理を記述したプログラムが
格納されている。３２はＲＡＭ(1) であり、ここにはハ
ードディスク（ＨＤＤ）３７に格納される各種処理プロ
グラムおよび教示データがロードされ、ＣＰＵ(1) ３０
によって実行される。またＣＰＵ(1) ３０による演算の
途中結果もＲＡＭ(1) ３２に記憶される。３３はタイマ
(1) である。タイマ(1) ３３はＣＰＵ(1) ３０に対し一
定周期毎に割り込みをかける。３４は入出力インタフェ
ースである。ここを介してＣＰＵ(1) ３０は、ＡＣＴ４
の接点部４ａとチャック部４ｂに動作指示を与える。３
５は通信インタフェースである。この通信インタフェー
ス３５は２つのチャンネルを含む。第１のチャンネルは
ＰＧＵ８との通信であり、第２のチャンネルはＰＢＣ７
との通信である。ＰＧＵ８で入力された情報やＰＢＣ７
で押されたボタンの情報などは、この通信インタフェー
ス３５を介してＣＰＵ(1) ３０に伝送される。３６はハ
ードディスク（ＨＤ）インタフェースであり、ハードデ
ィスク３７とバス３９とを接続している。３８はデュア
ルポートＲＡＭ（ＤＰＲ）である。ＣＰＵ(1) ３０とＣ
ＰＵ(2) ４０は、このＤＰＲ３８を介して情報のやり取
りを行う。４７はＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）である。
Ａ／Ｄコンバータ４７は６チャンネルについての変換が
可能である。ロボット本体１に設けられた力センサ３の
検出値はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８を介してＡ／
Ｄコンバータ４７に接続されている。３９はバスであ
り、各装置を接続している。

【００１９】次に、４０はＣＰＵ(2) であり、ＣＰＵ
(2) ４０は位置と力の制御演算処理に基づいて制御指令
を生成しロボット本体１の動作に関するサーボ関係の処
理を行う。４１はＲＯＭ(2) であり、ＣＰＵ(2) ４０が
実行すべきプログラムが格納されている。４２はＲＡＭ
(2) であり、ＣＰＵ(2) ４０がＲＯＭ(2) ４１のプログ
ラムを実行する際に演算の途中結果が記憶される。４３
はタイマ(2) であり、一定時間周期毎にＣＰＵ(2) ４０
に割り込みをかける。この周期でＣＰＵ(2) ４０はロボ
ット本体１の各可動軸（関節部）に設けられたモータ
（サーボモータ）Ｍ１〜Ｍ６に動作指令を出力する。４
４はカウンタユニットであり、この中には６個のカウン
タが含まれている。カウンタユニット４４の各カウンタ
は、それぞれロボット本体１の各関節部に設けられたエ
ンコーダＥ１〜Ｅ６の対応するものに接続されている。
このカウンタユニット４４の計測値を読むことによっ
て、ＣＰＵ(2) ４０はロボット本体１の現在の位置およ
び姿勢のデータを得ることができる。４５はＤ／Ａコン
バータ（ＤＡＣ）であり、ここでＣＰＵ(2) ４０が出力
した各モータに対する動作指令（電流指令）をアナログ
値に変換する。その後、動作指令はサーボアンプ４６に
よって増幅され、６個のモータＭ１〜Ｍ６に与えられ、
これらのモータを駆動する。４９はバスであり、各装置
を接続している。

【００２０】ロボット本体１には各関節部にＭ１〜Ｍ６
までの６個のモータが含まれ、これらのモータのそれぞ
れによってロボット本体１の旋回軸、上腕軸、前腕軸、
回転軸、曲げ軸、ひねり軸を駆動する。各モータにはＥ
１〜Ｅ６までのエンコーダが取り付けられており、モー
タの回転角を計測している。

【００２１】次に、ＣＰＵ(1) ３０で行われる実際の処
理について説明する。

【００２２】図４は全体の処理を示したフローチャート
で、この処理はＣＰＵ(1) ３０で行われる。電源が投入
されると最初のステップ１００で初期化を行う。初期化
では必要なプログラムやデータをハードディスク３７か
らロードしたり、各機器の初期化を行う。

【００２３】次のステップ１０１でＰＢＣ７のモード切
替えスイッチを調べる。モードとして、ツール定義モー
ド、教示モード、自動運転モードの３種類のモードが存
在する。ツール定義モードのときにはステップ１０２で
ツール定義処理が行われる。教示モードのときにはステ
ップ１０３でワーク１３における作業箇所の位置教示と
作業命令の教示を行う。位置教示ではＰＧＵ８のロボッ
ト誘導ボタンを用いてロボット本体１を教示したい位置
まで誘導し、ＰＧＵ８の位置教示ボタンを押して位置を
登録する。作業命令の教示はＰＧＵ８のメニューを選択
して用意されている命令を登録して行く。自動運転モー
ドのときにはステップ１０４で自動運転処理を行う。次
に各モードの処理内容を図面を参照して詳述する。

【００２４】図５のフローチャートに従ってツール定義
処理を説明する。まず登録しようとするツールをロボッ
ト本体１のアーム２の手先部に装着し、かつツールの番
号を入力する（ステップ１１０）。ツール番号は予め一
義的に決められているものとする。この実施例では、前
記のグラインダ５，１０〜１２のそれぞれについてツー
ル番号として「１」から「４」を用いる。次に、誘導に
よってロボット本体１に少なくとも３つの姿勢を採ら
せ、ロボット本体１に装着されたツールの重量と重心位
置の計測を行う。ステップ１１１ではロボット本体１を
第１姿勢に誘導する。誘導は、ＰＧＵ８のロボット誘導
ボタンを操作して行う。第１姿勢の誘導が完了したら、
力センサ３を用いて力計測を行って第１姿勢における力
計測値Ｆ１を記憶する。力計測値Ｆ１は６次元のベクト
ルで表現される。以下同様にして、第２姿勢に誘導して
（ステップ１１３）、第２姿勢における力計測値Ｆ２を
記憶し（ステップ１１４）、第３姿勢を誘導して（ステ
ップ１１５）、力計測値Ｆ３を記憶する（ステップ１１
６）。ステップ１１７では、第１、第２、第３の各姿勢
の力計測値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と第１、第２、第３の各姿
勢データを用いて、装着したツールの重量と重心位置の
各値を演算する。なお、各姿勢データはそれぞれの姿勢
を採ったときにエンコーダＥ１〜Ｅ６とカウンタユニッ
タ４４によって取り込まれる。

【００２５】重量・重心位置を演算する手段は、力デー
タおよび姿勢データを用いて、ロボット本体１に力セン
サ３を介して装着されたグラインダ５の重量と重心位置
を求める。重量・重心位置演算手段としては、かかる演
算機能を有するものであれば任意のものを用いることが
できるが、例えば重量と重心位置を求めるための１つの
演算方式として本発明者らは先に重量をベクトル形式で
求めるようにした重量・重心位置補正装置（特願平３−
２７９７７４号）を提案している。この重量・重心位置
補正装置では、重力補正に使用されるツールの重量をベ
ース座標系等で表現したベクトル量で求めるようにした
ため、それ以前の演算方式のごとくスカラー量で求めて
いたものに比較して、力制御作業機械の設置状態を作業
ツールの重量表現の中に必然的に含ませることができ、
調整のための手段や調整プロセスが不要になるという利
点を有する。すなわち重量に関するパラメータ（重力補
正用の値）が３次元ベクトルで求められるので、ロボッ
ト本体１がどのような設置状態であっても特別な指示な
しで対応できるという利点がある。

【００２６】次にツールセンタポイント（ＴＣＰ）を入
力する（ステップ１１８）。ＴＣＰはロボット本体１の
制御点を定義するもので、３次元の位置と姿勢を表す３
×４のマトリックスによって構成される。最後にステッ
プ１１９でツール番号に対応したエリアに上記演算で求
めた各値を登録し、記憶装置であるハードディスク３７
に格納する。ステップ１２０では、他に登録するツール
があるかどうかを確認し、ツールがあるときにはツール
を交換してステップ１１０〜ステップ１１９を繰り返
す。本実施例の場合、前記ツールがツール番号１のグラ
インダ５であり、その他にツール番号２〜４のグライン
ダ１０〜１２が残っているので、これらのツールについ
て順次に前記のステップ１１０〜ステップ１１９を行
い、それぞれの重量と重心位置を演算で求め、ハードデ
ィスク３７に格納する。

【００２７】図６はツール登録テーブルの内容を示す。
１２５は登録テーブルの全体構成を示している。この登
録テーブル１２５ではＮ個のツールが登録可能である。
ツール番号に対応して登録エリアが設けられている。本
実施例では、ツール番号１〜４の４個の登録エリアを用
いる。また１２６は登録テーブル１２５のツール番号３
の登録エリアを拡大してその内容を示している。ツール
の重量は３次元のベクトルで表現されている（Ｘ〜Ｚ）
が、これはロボット本体１のベース座標系と重力方向と
の関係も表す。３次元のベクトルで表現することによ
り、ロボット本体１が天つり状態や壁掛け状態で使用さ
れても正しく動作させることができる。その他にツール
の重心位置用として３個のエリア、ＴＣＰ用として１２
個のエリアが用意されている。

【００２８】図７を参照して教示処理で作成されたプロ
グラムの例を示す。

【００２９】このプログラムは、作業対象であるワーク
１３の２ケ所を、別々のグラインダを用いてバリ取りを
行うプログラムである。このプログラムは自動運転で実
行される。プログラムには固有の番号が付けられてお
り、本実施例のロボット装置では全部で１００個のプロ
グラムを教示できる。図７のプログラムは１番目として
教示されたプログラムである。各プログラムでは、ステ
ップＮｏ．毎に１つの命令を指定できる。

【００３０】プログラム中に使用されている命令につい
て説明する。ステップ１，１７で使われているツール命
令は本発明の主要な命令であり、使用するツールの交換
を指示している。この交換命令で、ロボット本体１のア
ーム先部に装着されるグラインダが指定されたツール番
号のものに交換される。ステップ２，４等で用いられて
いるｍｏｖ命令は、ロボット本体１の動作命令であり、
その後に指示されているＰ００１などの位置にロボット
本体１を移動・動作させることを指示している。ステッ
プ５，２０で使用されている力オフセット更新命令は、
力センサ５の温度ドリフト等を除去する命令である。ス
テップ６，２１で使用されているグラインダｏｎ命令
は、現在装着中のグラインダの回転開始命令であり、ス
テップ１１，２６で使用されているグラインダｏｆｆ命
令は回転終了命令である。ステップ３，１６で用いられ
ているＡＴＣｏｎ命令は、ツールのチャックを指示して
おり、ステップ１４で用いられているＡＴＣｏｆｆ命令
は、ツールのチャックを解除する命令である。ステップ
７，２２で使用されている力制御ｏｎ命令は、ロボット
本体１を位置制御状態から力制御状態へ移行させる命令
であり、その後に指示されている条件番号によって力制
御に必要な詳細なパラメータが指定できる。ステップ１
０，２５で用いられている力制御ｏｆｆ命令は、ロボッ
ト本体１を力制御状態から位置制御状態へ移行させる命
令である。

【００３１】図８のフローチャートに従って自動運転の
動作を説明する。まずＰＢＣ７を操作してプログラム番
号を入力する（ステップ１３０）。入力されたプログラ
ム番号のプログラムをハードディスク３７からＲＡＭ
(1) ３２にロードする（ステップ１３１）。次に、ＰＢ
Ｃ７上の起動ボタンが押されるのを待つ（ステップ１３
２）。起動ボタンが押されたら、実行用ステップ番号を
１にする（ステップ１３３）。実行用ステップ番号で指
定されたプログラムの命令を取り出す（ステップ１３
４）。その命令を判断し、命令内容に応じて各処理すな
わちステップ１３６〜１４１のいずれかに分岐する（ス
テップ１３５）。ツール命令であれば、ステップ１３６
でツール処理を行う。ツール処理の内容については図９
を用いて後で説明する。ｍｏｖ命令であれば、ステップ
１３７でｍｏｖ処理を行う。ｍｏｖ処理は、ＣＰＵ(1)
３０で補間処理と力制御処理を行い、指令情報をＤＰＲ
３８に設定する。ＣＰＵ(2) ４０は、設定された指令情
報に従ってサーボ処理を行い電流指令をサーボアンプ４
６に指示する。動作が完了したらステップ１４２に飛び
次のステップ番号の命令を実行する。

【００３２】力オフセット更新命令のときは、力オフセ
ット更新処理を行う（ステップ１３８）。ＣＰＵ(1) ３
０は力センサ３の検出値を取り込み、現在の力センサ３
のゼロ点を演算によって求め、力オフセットとして記憶
する。以降はこの力オフセット値を力検出値から減算し
たものを正しい力の検出値とする。力制御命令のときに
は力制御処理を行う（ステップ１３９）。力制御処理で
は条件番号で指定されたパラメータを取り出した後、力
制御状態に移行する。力制御状態では、オフセットを減
算された力の検出値から、ツールの姿勢と重量および重
心位置を用いて重量の影響を除去し、制御に使用する。
グラインダ命令のときにはグラインダ処理を行う（ステ
ップ１４０）。このときにはグラインダ命令の後に指示
されているｏｎまたはｏｆｆに基づき、入出力インタフ
ェース３４を経由してｏｎまたはｏｆｆを指示する。Ａ
ＴＣ命令のときにはＡＴＣ処理を行う（ステップ１４
１）。ここでもＡＴＣ命令の後に指示されているｏｎま
たはｏｆｆに基づき、入出力インタフェース３４を経由
してｏｎまたはｏｆｆを指示する。ＥＮＤ命令のときは
この処理を終了する。ＥＮＤ命令以外が実行されたとき
にはステップ１４２で実行用ステップ番号に１を加え、
ステップ１３４からの処理から繰り返す。

【００３３】図９のフローチャートに従ってツール処理
を説明する。最初に現在使用中のツール番号と、ツール
命令で指定されたツール番号が異なっているかどうか判
定する（ステップ１５０）。同一であれば何もしないで
処理を終了する。異なっていれば、ステップ１５１以下
の処理を行う。まず、指定されたツール番号の登録エリ
アからツールの重量を取り出し、現在使用中のツールの
重量エリアに設定する（ステップ１５１）。次に、同様
にツールの重心位置を設定する（ステップ１５２）。そ
の次に、ＴＣＰ関係の全データを設定する（ステップ１
５３）。この設定によってＣＰＵ(1) ３０はこれ以降、
交換されたグラインダについての各種パラメータを使っ
て動作することが可能となる。最後に現在使用中のツー
ル番号を指定ツール番号に書き換えて処理を終了する
（ステップ１５４）。

【００３４】図１０は、本発明に係る力制御装置を機能
ブロック図で表したものである。複数の作業ツール（す
なわちグラインダ５，１０〜１２）が用意され、作業中
に適宜に自動的にグラインダが選択され交換される作業
を行うにあたって、作業の開始前にツール定義処理によ
って各ツールの重量・重心位置を求め、各ツールに与え
られた固有の番号の下で重量・重心位置のデータを記憶
部（ツール登録テーブル）５４に格納し準備しておく。
教示処理によって作業を実行するためのプログラムが作
成され、図示しない記憶部に格納される。この作業プロ
グラムでは、複数のツールを交換して使用する命令を含
む。当該作業実行時の自動運転処理では作業プログラム
が呼び出され、実行される。ツールの自動交換に関する
命令の実行に限定して考える。ツール選択命令手段５１
から交換命令が出されると、この命令をデコーダ５２が
解読し、解読された内容を処理実行手段５３が実行す
る。処理実行手段は５３は、指定された作業ツールに関
する重量・重心位置等のデータを固有の番号に基づき記
憶部５４から取り出し、前処理手段５５へ送って、ここ
で前処理を行う。さらに、前処理されたデータを利用し
て力制御実行手段５６で力制御指令が作成され、交換さ
れたツールを用いて作業が実行される。

【００３５】上記実施例では作業ツールとしてグライン
ダを用いたが、ハンドや他の作業ツールでも本発明を実
施できることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。

【００３７】力センサを備え、力センサで検出される力
情報を利用して制御指令を作成し、力を伴う作業を作業
ツールに行わせる作業機械の力制御装置において、複数
の作業ツールを備え、これらの作業ツールの重量・重心
位置等の補償用データを予め計測し、記憶部に記憶させ
るようにしたため、複数の作業ツールを自動交換して行
う作業においても良好な力制御を行うことができる。ま
た作業ツールを固有に割り当てられたツール番号で管理
するようにしたため、操作者に分かりやすく、また新し
い作業ツールの追加登録も容易である。さらに、重量に
関するパラメータが３次元ベクトルで演算され、登録さ
れるので、ロボット本体がどのような設置状態であって
も特別な指示なしで対応できる。このように、複数の作
業ツールを自動交換して行う力作業においても、良好な
力制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の力制御作業機械のシステム構成の一例
を示す全体構成図である。

【図２】機器間の接続関係を説明するための構成図であ
る。

【図３】ロボット制御装置のハードウェア構成図であ
る。

【図４】ロボット制御装置で実行される全体処理を示す
フローチャートである。

【図５】ツール定義処理を説明するためのフローチャー
トである。

【図６】ツール登録テーブルの構成を説明するための図
である。

【図７】教示処理の結果、作成されたプログラムの一例
を示す図である。

【図８】自動運転処理を説明するためのフローチャート
である。

【図９】ツール処理を説明するためのフローチャートで
ある。

【図１０】本発明に係る力制御装置の基本構成を示す機
能ブロック図である。

【符号の説明】

１ロボット本体２アーム３力センサ４オートツールチェンジャ（ＡＴ
Ｃ）５グラインダ６ロボット制御装置７プレイバックコンソール（ＰＢ
Ｃ）８プログラミングユニット（ＰＧ
Ｕ）９ツール台１０〜１２グラインダ１３ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者猿楽信一千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者八木沼正治千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者藤井健二郎千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つ以上の可動軸を有する機
構部と、この機構部の先部に取り付けられた力検出手段
と、力検出手段に取り付けられた作業ツール交換手段
と、この作業ツール交換手段によっていずれか１つが選
択的に装着される複数の作業ツールとを有する力制御作
業機械に適用され、前記力検出手段で検出された力デー
タを用いて作成した制御指令で前記機構部の動作を制御
する力制御実行手段を有する力制御装置において、前記複数の作業ツールのそれぞれの少なくとも重量と重
心位置に関するデータが予め格納される記憶手段と、前
記作業ツール交換手段の動作に基づきいずれか１つの前
記作業ツールが前記機構部に装着されたとき、前記作業
ツールに対応する前記重量と重心位置のデータを前記記
憶手段から取り出して前記力制御実行手段に設定する設
定手段を有し、前記力制御実行手段は設定された前記重
量と重心位置のデータによって前記力検出手段で検出さ
れた力データを補正するようにしたことを特徴とする力
制御作業機械の力制御装置。
【請求項２】請求項１記載の力制御作業機械の力制御
装置において、前記複数の作業ツールのそれぞれには固
有の番号が割り当てられ、前記固有の番号により作業ツ
ールの前記重量と重心位置の前記データを指定すること
を特徴とする力制御作業機械の力制御装置。
【請求項３】少なくとも１つ以上の可動軸を有する機構
部と、この機構部の先部に取り付けられた力検出手段
と、力検出手段に取り付けられた作業ツール交換手段
と、この作業ツール交換手段によっていずれか１つが選
択的に装着される複数の作業ツールを有する力制御作業
機械に適用され、前記力検出手段で検出された力データ
を利用して作成される制御指令で前記機構部の動作を制
御する力制御実行手段と前記機構部の姿勢を制御する姿
勢制御手段とを有する力制御装置において、前記姿勢制御手段で前記機構部に複数の姿勢を採らせた
時、各姿勢にて前記力検出手段で得られる力データと姿
勢検出手段で得られる姿勢データを用いて前記機構部に
装着された前記作業ツールの重量と重心位置のデータを
演算する演算手段と、この演算手段が前記重量と重心位
置のデータを演算したとき、作業ツール毎に前記重量と
重心位置のデータを記憶する記憶手段とを有することを
特徴とする力制御作業機械の力制御装置。
【請求項４】請求項３記載の力制御作業機械の力制御
装置において、前記記憶手段に記憶される前記複数の作
業ツールのそれぞれの前記重量と重心位置のデータは、
固有の番号によって領域的に区別されることを特徴とす
る力制御作業機械の力制御装置。
【請求項５】請求項３または４記載の力制御作業機械
の力制御装置において、前記記憶手段には前記作業ツー
ル毎の制御点を指定する情報も併せて記憶されることを
特徴とする力制御作業機械の力制御装置。