JPH06339885A - ロボットのコンプライアンス制御方法 - Google Patents
ロボットのコンプライアンス制御方法Info
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- JPH06339885A JPH06339885A JP4671694A JP4671694A JPH06339885A JP H06339885 A JPH06339885 A JP H06339885A JP 4671694 A JP4671694 A JP 4671694A JP 4671694 A JP4671694 A JP 4671694A JP H06339885 A JPH06339885 A JP H06339885A
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- force
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】速度を検出する手段と外力を検出する手段とを
備える多自由度ロボット２において、仮想コンプライア
ンス制御手法を適用する。そして、外力を検出する機構
から得られる値から、手先効果器３の重量による影響
と、手先効果器３のジャイロモーメントによる影響を差
し引くことにより、制御の中に構築される制御系の数学
モデルの中の外力項を設定する。 【効果】機構的に大きな回転運動量を有する回転体がロ
ボットの手先効果器として設置された場合においても、
対象物に対して任意の機械コンプライアンスを有する制
御系を構築することが可能となる。また、ロボットの手
先効果器に加わる外力を推定する場合、ロボットの手先
効果器に回転体が用いられた場合発生するジャイロ効果
を排除して、より精度の高い外力の推定が可能となる。
備える多自由度ロボット２において、仮想コンプライア
ンス制御手法を適用する。そして、外力を検出する機構
から得られる値から、手先効果器３の重量による影響
と、手先効果器３のジャイロモーメントによる影響を差
し引くことにより、制御の中に構築される制御系の数学
モデルの中の外力項を設定する。 【効果】機構的に大きな回転運動量を有する回転体がロ
ボットの手先効果器として設置された場合においても、
対象物に対して任意の機械コンプライアンスを有する制
御系を構築することが可能となる。また、ロボットの手
先効果器に加わる外力を推定する場合、ロボットの手先
効果器に回転体が用いられた場合発生するジャイロ効果
を排除して、より精度の高い外力の推定が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの手先
効果器の機構の特性によるロボットの運動制御の乱れを
補償するロボットのコンプライアンス制御方法に関する
ものである。
効果器の機構の特性によるロボットの運動制御の乱れを
補償するロボットのコンプライアンス制御方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】製造現場における、穴開け作業、バリ取
り作業、研削作業などの作業をロボットに行わせるため
には、従来の位置決め用ロボットにはない高度な性能が
要求される。その要求される性能の一つとして、力を制
御できることが挙げられる。この力制御の方法として、
従来、ロボットの手先効果器に剛性を設定できる機構を
設けて制御するハードウエアによる力制御方法と、制御
ソフトウエア上でロボットに剛性を与えて制御するソフ
トウエアによる力制御方法が提案されていた。いずれも
ロボットの手先効果器に剛性を与えることができる。し
かし、ソフトウエアによる力制御方法の方が、ロボット
の運動に対してより細かい力制御が行うことが可能であ
る。その中でも、ソフトウエアにより手先効果器に多自
由度の機械コンプライアンス機構を実現する方法が、計
測自動制御学会論文集Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３ ｐ３４
３−３５０（昭和６１年３月）で記載されている 仮想
コンプライアンス制御方法 である。
り作業、研削作業などの作業をロボットに行わせるため
には、従来の位置決め用ロボットにはない高度な性能が
要求される。その要求される性能の一つとして、力を制
御できることが挙げられる。この力制御の方法として、
従来、ロボットの手先効果器に剛性を設定できる機構を
設けて制御するハードウエアによる力制御方法と、制御
ソフトウエア上でロボットに剛性を与えて制御するソフ
トウエアによる力制御方法が提案されていた。いずれも
ロボットの手先効果器に剛性を与えることができる。し
かし、ソフトウエアによる力制御方法の方が、ロボット
の運動に対してより細かい力制御が行うことが可能であ
る。その中でも、ソフトウエアにより手先効果器に多自
由度の機械コンプライアンス機構を実現する方法が、計
測自動制御学会論文集Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３ ｐ３４
３−３５０（昭和６１年３月）で記載されている 仮想
コンプライアンス制御方法 である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】仮想コンプライアンス
制御では、外力に対してロボットの手先効果器の機械コ
ンプライアンスを任意に設定できることが特徴として挙
げられる。これにより、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有することができる。
制御では、外力に対してロボットの手先効果器の機械コ
ンプライアンスを任意に設定できることが特徴として挙
げられる。これにより、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有することができる。
【０００４】ここで、実際にこの制御系を構築するのに
必要な外力の値は、機構的に手先効果器と対象物の間の
値を直接計測することは不可能である。よって、これは
通常、ロボットと手先効果器の間の手首部分で計測され
る。ここで注意すべき点は、（後で詳細に説明する）計
測された外力の値は手先効果器の物理パラメータによる
外力を内包していることである。そこで、この手先効果
器の物理パラメータによる外力を正確に求め、計測され
た外力の値からこれを差し引いて、純粋な対象物からの
外力の値を求めなければ、対象物に対して任意の機械コ
ンプライアンスを有することができない。
必要な外力の値は、機構的に手先効果器と対象物の間の
値を直接計測することは不可能である。よって、これは
通常、ロボットと手先効果器の間の手首部分で計測され
る。ここで注意すべき点は、（後で詳細に説明する）計
測された外力の値は手先効果器の物理パラメータによる
外力を内包していることである。そこで、この手先効果
器の物理パラメータによる外力を正確に求め、計測され
た外力の値からこれを差し引いて、純粋な対象物からの
外力の値を求めなければ、対象物に対して任意の機械コ
ンプライアンスを有することができない。
【０００５】ロボットが対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを得るために、従来は、計測された外力の
値は手先効果器の物理パラメータによる外力として手先
効果器自体の重量を外力に反映させていた。
プライアンスを得るために、従来は、計測された外力の
値は手先効果器の物理パラメータによる外力として手先
効果器自体の重量を外力に反映させていた。
【０００６】しかし、機構的に大きな回転運動量を有す
る回転体が手先効果器として設置された場合、対象物に
対して任意の機械コンプライアンスを有するためには、
先述の手先効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転
運動量とロボットの運動量が干渉して発生するジャイロ
モーメントを外力に反映させなければならない。
る回転体が手先効果器として設置された場合、対象物に
対して任意の機械コンプライアンスを有するためには、
先述の手先効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転
運動量とロボットの運動量が干渉して発生するジャイロ
モーメントを外力に反映させなければならない。
【０００７】従来の仮想コンプライアンス制御では、ジ
ャイロモーメントを外力に反映させていなかった。よっ
て、機構的に大きな回転運動量を有する回転体が手先効
果器として設置された場合、この回転運動とロボットの
運動とが干渉して発生するジャイロモーメントによる外
力が、外力の成分の中で支配的になり、有効な制御系を
構築することができない場合があった。
ャイロモーメントを外力に反映させていなかった。よっ
て、機構的に大きな回転運動量を有する回転体が手先効
果器として設置された場合、この回転運動とロボットの
運動とが干渉して発生するジャイロモーメントによる外
力が、外力の成分の中で支配的になり、有効な制御系を
構築することができない場合があった。
【０００８】本発明の目的は、ロボットの手先効果器に
回転体が設置された場合でも対象物に対して任意の機械
コンプライアンスを得ることができるロボットのコンプ
ライアンス制御方法を提供することにある。
回転体が設置された場合でも対象物に対して任意の機械
コンプライアンスを得ることができるロボットのコンプ
ライアンス制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、速度を検出する手段と外力を検出する手
段とを備える多自由度ロボットにおいて、仮想コンプラ
イアンス制御方法（後述する）を適用し、制御の中に構
築される制御系の数学モデルについて、外力を正確に設
定するようにした。すなわち、外力を検出する機構から
得られる値から、手先効果器の重量による影響項を差し
引く従来の制御方法に加えて、手先効果器のジャイロモ
ーメントによる影響項を差し引くことにより、制御系の
数学モデルの外力項を設定することができる。
め、本発明は、速度を検出する手段と外力を検出する手
段とを備える多自由度ロボットにおいて、仮想コンプラ
イアンス制御方法（後述する）を適用し、制御の中に構
築される制御系の数学モデルについて、外力を正確に設
定するようにした。すなわち、外力を検出する機構から
得られる値から、手先効果器の重量による影響項を差し
引く従来の制御方法に加えて、手先効果器のジャイロモ
ーメントによる影響項を差し引くことにより、制御系の
数学モデルの外力項を設定することができる。
【００１０】
【作用】本発明によれば、機構的に大きな回転運動量を
有する回転体が手先効果器として設置された場合、手先
効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転運動量とロ
ボットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメント
を、外力を検出する機構から得られる値に反映すること
ができ、対象物に対して任意の機械コンプライアンスを
有する制御系を構築することが可能となる。
有する回転体が手先効果器として設置された場合、手先
効果器自体の重量の他に、手先効果器の回転運動量とロ
ボットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメント
を、外力を検出する機構から得られる値に反映すること
ができ、対象物に対して任意の機械コンプライアンスを
有する制御系を構築することが可能となる。
【００１１】さらに本発明によれば、機構的に大きな回
転運動量を有する回転体が手先効果器として設置された
ロボットで、手先効果器と対象物の接触点が知りたい場
合、手先効果器の回転運動量とロボットの運動量が干渉
して発生するジャイロモーメントの影響を排除した、よ
り精度の高い接触点の推定が可能となる。
転運動量を有する回転体が手先効果器として設置された
ロボットで、手先効果器と対象物の接触点が知りたい場
合、手先効果器の回転運動量とロボットの運動量が干渉
して発生するジャイロモーメントの影響を排除した、よ
り精度の高い接触点の推定が可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図４を参照
して説明する。
して説明する。
【００１３】図１は、本発明を実施する装置の構成例で
ある。手首部分に６自由度の力とトルクを検出するセン
サ１を設置した６自由度多関節型ロボット２の手先効果
器に、グラインダ３が取り付けられている。ロボットの
各関節には、回転角または回転角速度を検出するセンサ
が設置されている。ロボットは、制御装置４により制御
され、手先効果器に任意の機械コンプライアンスを与え
ることができる。なお、６自由度多関節型ロボット２の
６自由度の力とトルクを検出するセンサ１は、ロボット
と手先効果器の間にある必要はなく、グラインダ３と砥
石５の間に設けることもできる。また、コンプライアン
ス制御を構築するために設置された６自由度の力とトル
クを検出するセンサ１とは別にジャイロモーメントを適
切に検出できるようにロボット等を構成する部材にセン
サを設けても良い。
ある。手首部分に６自由度の力とトルクを検出するセン
サ１を設置した６自由度多関節型ロボット２の手先効果
器に、グラインダ３が取り付けられている。ロボットの
各関節には、回転角または回転角速度を検出するセンサ
が設置されている。ロボットは、制御装置４により制御
され、手先効果器に任意の機械コンプライアンスを与え
ることができる。なお、６自由度多関節型ロボット２の
６自由度の力とトルクを検出するセンサ１は、ロボット
と手先効果器の間にある必要はなく、グラインダ３と砥
石５の間に設けることもできる。また、コンプライアン
ス制御を構築するために設置された６自由度の力とトル
クを検出するセンサ１とは別にジャイロモーメントを適
切に検出できるようにロボット等を構成する部材にセン
サを設けても良い。
【００１４】図２は、制御系のブロックダイアグラムで
ある。操作者は、制御装置に後述する仮想係数と呼ばれ
る、ある条件値を設定する。すると、制御装置は、ロボ
ットから検出される力と位置の情報を内蔵の制御側に取
り込んで演算を行う。そしてその結果に基づき、ロボッ
トに速度指令を行って、ロボットを制御する。
ある。操作者は、制御装置に後述する仮想係数と呼ばれ
る、ある条件値を設定する。すると、制御装置は、ロボ
ットから検出される力と位置の情報を内蔵の制御側に取
り込んで演算を行う。そしてその結果に基づき、ロボッ
トに速度指令を行って、ロボットを制御する。
【００１５】図３は、本発明の制御方法を説明するため
に、制御装置に構築される手先効果器の数学モデルの構
成例である。
に、制御装置に構築される手先効果器の数学モデルの構
成例である。
【００１６】手先効果器の運動を表す式として次式が挙
げられる。
げられる。
【００１７】
【数１】
【００１８】ここで ｑ：グラインダに加わる外力（並進力と回転力） ｖ：グラインダの速度（並進速度と回転速度） ｅ：グラインダの基準位置、基準姿勢からの偏差（位置
偏差と姿勢偏差） ［Ｍ］：グラインダにおける仮想質量 ［ｋ］：グラインダにおける仮想バネ定数 ［Ｃ］：グラインダにおける仮想粘性定数 上式の外力ｑの値は、力とトルクを検出するセンサ１か
ら得ることができる。
偏差と姿勢偏差） ［Ｍ］：グラインダにおける仮想質量 ［ｋ］：グラインダにおける仮想バネ定数 ［Ｃ］：グラインダにおける仮想粘性定数 上式の外力ｑの値は、力とトルクを検出するセンサ１か
ら得ることができる。
【００１９】また、数１のｖの値は、回転角または回転
角速度を検出するセンサから得ることができる。回転角
を検出するセンサが設置されている場合、検出された値
を時間微分することにより回転角速度を得ることができ
る。
角速度を検出するセンサから得ることができる。回転角
を検出するセンサが設置されている場合、検出された値
を時間微分することにより回転角速度を得ることができ
る。
【００２０】そして、数１のｅの値は、回転角または回
転角速度を検出するセンサから得ることができる。回転
角速度を検出されているセンサが設置されている場合、
検出された値を時間積分することにより回転角を得るこ
とができる。
転角速度を検出するセンサから得ることができる。回転
角速度を検出されているセンサが設置されている場合、
検出された値を時間積分することにより回転角を得るこ
とができる。
【００２１】式（１）の［Ｍ］，［Ｋ］，［Ｃ］，を適
当に設定することにより、手先効果器に加わる外力ｑに
対して任意の機械コンプライアンスを得ることができ
る。［Ｍ］，［Ｋ］，［Ｃ］，を仮想係数と呼ぶ。
当に設定することにより、手先効果器に加わる外力ｑに
対して任意の機械コンプライアンスを得ることができ
る。［Ｍ］，［Ｋ］，［Ｃ］，を仮想係数と呼ぶ。
【００２２】しかしながら、実際にこの制御系を構築す
るのに必要な外力ｑの値は、機構的にロボット２とクラ
インダ３の間の手首部分で計測されるので、得られた値
は手先効果器の物理パラメータによる外力を内包してい
る。よって、外力ｑを以下のようにして求める。
るのに必要な外力ｑの値は、機構的にロボット２とクラ
インダ３の間の手首部分で計測されるので、得られた値
は手先効果器の物理パラメータによる外力を内包してい
る。よって、外力ｑを以下のようにして求める。
【００２３】 ｑ＝ｑm−（ｑg＋ｑi） ……（数２） ここで、 ｑ：求める外力（並進力と回転力） ｑm：計測される外力（並進力と回転力） ｑg：手先効果器の重量による外力（並進力と回転力） ｑi：手先効果器の研削点に作用するジャイロモーメン
トによる外力（並進力と回転力） 従来の仮想コンプライアンス制御では、数２のｑiの項
を導入していなかったために、機構的に大きな回転運動
量を有する回転体が手先効果器として設置された場合、
手先効果器の回転運動とロボットの運動とが干渉して発
生するジャイロモーメントによる外力が、求める外力ｑ
の成分の中で支配的になり、有効な制御系を構築するこ
とができない場合があった。
トによる外力（並進力と回転力） 従来の仮想コンプライアンス制御では、数２のｑiの項
を導入していなかったために、機構的に大きな回転運動
量を有する回転体が手先効果器として設置された場合、
手先効果器の回転運動とロボットの運動とが干渉して発
生するジャイロモーメントによる外力が、求める外力ｑ
の成分の中で支配的になり、有効な制御系を構築するこ
とができない場合があった。
【００２４】例えば、手先効果器にグラインダを設置し
て一定の押しつけ力を加えながら対象物を研削する場
合、グラインダの回転とロボットの運動とが干渉してジ
ャイロモーメントが発生し、従来では対象物に対して一
定の押しつけ力を加えながら作業することができなかっ
た。しかしながら、本発明により、数２に表されるよう
に、外力ｑからジャイロモーメントによる外力ｑiを排
除することにより、対象物に対して一定の押しつけ力を
加えながら作業することが可能となる。
て一定の押しつけ力を加えながら対象物を研削する場
合、グラインダの回転とロボットの運動とが干渉してジ
ャイロモーメントが発生し、従来では対象物に対して一
定の押しつけ力を加えながら作業することができなかっ
た。しかしながら、本発明により、数２に表されるよう
に、外力ｑからジャイロモーメントによる外力ｑiを排
除することにより、対象物に対して一定の押しつけ力を
加えながら作業することが可能となる。
【００２５】以下具体例として、力センサの計測値から
外力を推定する手法について述べる。
外力を推定する手法について述べる。
【００２６】なお以降の議論では、力とモーメントから
なる６次元ベクトルをレンチと呼ぶことにする。まず議
論を進める上で、図４にある変数の定義を以下に示す。
なる６次元ベクトルをレンチと呼ぶことにする。まず議
論を進める上で、図４にある変数の定義を以下に示す。
【００２７】 ΣS 力センサ計測点を原点とした座標系 ｐG ツール重心点（回転体を含む） ｐC ツールの回転体重心点 ｐB ツールとワークの接触点S λG ΣSで表現したｐGの位置ベクトルS λC ΣSで表現したｐC原点の位置ベクトルS λB ΣSで表現したｐB原点の位置ベクトル ＥG ツールの運動でｐGに発生する慣性モーメント
（回転体を含む） Ｋ ツールの運動でｐGに発生する慣性力（回転体を
含む） Ｍ 重力（回転体を含む） Ｗ ツールの姿勢変化の回転速度 ＶG ｐGにおける並進速度 Ｔ ツールとワークの接触から加えられる力 ＱB ツールとワークの接触からｐBに加えられるモー
メント ＮC 回転体のジャイロモーメントからｐCに加えられ
るモーメント Ｒ* 回転体の回転速度………（別の剛体の物理量な
ので*で区別） 〔Ｉ*〕 回転体の慣性テンソル…（別の剛体の物理量
なので*で区別） ε デュアル数 ｅ 力センサの歪ゲージ電圧（６チャンネル） 〔Γ〕 力センサの電圧変換行列（電圧をレンチに変
換する６×６行列） ｆS 力センサから直接検出される力 ｍS 力センサから直接検出されるモーメント × 外積演算子 力センサは、６要素の歪ゲージによって構成されている
ので、力センサから計測されるレンチｑsensは数３から
求められる。
（回転体を含む） Ｋ ツールの運動でｐGに発生する慣性力（回転体を
含む） Ｍ 重力（回転体を含む） Ｗ ツールの姿勢変化の回転速度 ＶG ｐGにおける並進速度 Ｔ ツールとワークの接触から加えられる力 ＱB ツールとワークの接触からｐBに加えられるモー
メント ＮC 回転体のジャイロモーメントからｐCに加えられ
るモーメント Ｒ* 回転体の回転速度………（別の剛体の物理量な
ので*で区別） 〔Ｉ*〕 回転体の慣性テンソル…（別の剛体の物理量
なので*で区別） ε デュアル数 ｅ 力センサの歪ゲージ電圧（６チャンネル） 〔Γ〕 力センサの電圧変換行列（電圧をレンチに変
換する６×６行列） ｆS 力センサから直接検出される力 ｍS 力センサから直接検出されるモーメント × 外積演算子 力センサは、６要素の歪ゲージによって構成されている
ので、力センサから計測されるレンチｑsensは数３から
求められる。
【００２８】 ｑsens＝〔Γ〕ｅ ……（数３） ｑsens：力センサから計測されるレンチ よって外力項ｑの推定は、数４から求められる。
【００２９】 ｑ＝ｑsens−（ｑGRAV＋ｑtool） ……（数４） ｑGRAV：ツールの重量に起因するレンチ ｑtool：ツールの機構特性に起因するレンチ レンチｑtoolには、ツールの回転運動量の変化によるジ
ャイロモーメントと、ロボットの動作の加減速による慣
性レンチを含む。数４から、力センサで計測されたレン
チから、ツールに起因するレンチを差し引いたものが外
力項であることがわかる。
ャイロモーメントと、ロボットの動作の加減速による慣
性レンチを含む。数４から、力センサで計測されたレン
チから、ツールに起因するレンチを差し引いたものが外
力項であることがわかる。
【００３０】次に、ΣS原点を基準としたツールに作用
するレンチSＦを求める。ジャイロモーメントからツー
ルに働くモーメントＮCは、以下の式で表すことができ
る。
するレンチSＦを求める。ジャイロモーメントからツー
ルに働くモーメントＮCは、以下の式で表すことができ
る。
【００３１】 Ｎc＝Ｗ×〔Ｉ*〕Ｒ* ……（数５） ｐBで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦBで表せる。
ＦBで表せる。
【００３２】 SＦB＝Ｔ＋ε（ＱB＋SλB×Ｔ） ……（数６） ｐCで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦCで表せる。
ＦCで表せる。
【００３３】 SＦC＝εＮC ……（数７） ｐGで発生するレンチは、ΣS原点を基準とするレンチS
ＦGで表せる。
ＦGで表せる。
【００３４】 SＦG＝Ｋ＋Ｍ＋ε｛ＥG＋SλG×（Ｋ＋Ｍ）｝ ……（数８） よって、ΣS原点を基準としたツールに作用するレンチ
は、数６、数７、数８の和として、ΣS原点を基準とす
るレンチSＦで表せる。
は、数６、数７、数８の和として、ΣS原点を基準とす
るレンチSＦで表せる。
【００３５】 SＦ＝Ｔ＋Ｋ＋Ｍ＋ε｛ＱB＋ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×（Ｋ＋Ｍ）｝ …(数９) ツールに作用するレンチsＦと力センサから計測される
レンチｑsensは同じ物理量である。よって、力センサか
ら計測される値と数９の関係を導出する。重力ＭとｐG
の位置ベクトルSλGは予め計測され、既知である。また
ツールの運動において、ツール重心点での並進速度ＶG
とツール姿勢変化の回転速度Ｗの時間変化は小さい。よ
って、ツールの慣性レンチであるＫとＥGは他の項に比
べて十分に小さいので無視できる。一方、力センサから
直接計測されるレンチｑsensは、数１０のように力ｆS
とモーメントｍSに変換される。
レンチｑsensは同じ物理量である。よって、力センサか
ら計測される値と数９の関係を導出する。重力ＭとｐG
の位置ベクトルSλGは予め計測され、既知である。また
ツールの運動において、ツール重心点での並進速度ＶG
とツール姿勢変化の回転速度Ｗの時間変化は小さい。よ
って、ツールの慣性レンチであるＫとＥGは他の項に比
べて十分に小さいので無視できる。一方、力センサから
直接計測されるレンチｑsensは、数１０のように力ｆS
とモーメントｍSに変換される。
【００３６】 ｑsens＝ｆS＋εｍS ……（数１０） よって、SＦは以下のように書き表せる。
【００３７】 Ｔ＋Ｍ＋ε｛ＱB＋ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×Ｍ｝＝ｆS＋εｍS …(数１１) これにより、接触点SλBが既知の場合、力センサの計測
値から外力を、数１２、数１３のように推定できる。
値から外力を、数１２、数１３のように推定できる。
【００３８】 Ｔ ＝ｆS−Ｍ ……（数１２） ＱB＝ｍS−（ＮC＋ＥG＋SλB×Ｔ＋SλG×Ｍ） …（数１３） 一方、外力が既知の場合、数１１から接触点SλBを以下
のようにして推定することができる。グラインダによる
研削作業を想定した場合、ツールとワークとの接触は、
凸曲線と曲面の接触と考えられるため、点接触として近
似できる。これは力学的には、接触点において力は伝え
るがモーメントは伝えないことを意味する。よって、接
触によるモーメントＱBを省略することができる。よっ
て、δを任意の定数として、接触点SλBは数１４のよう
に表せる。
のようにして推定することができる。グラインダによる
研削作業を想定した場合、ツールとワークとの接触は、
凸曲線と曲面の接触と考えられるため、点接触として近
似できる。これは力学的には、接触点において力は伝え
るがモーメントは伝えないことを意味する。よって、接
触によるモーメントＱBを省略することができる。よっ
て、δを任意の定数として、接触点SλBは数１４のよう
に表せる。
【００３９】
【数１４】
【００４０】数１４は任意定数δを含むため、SλBは一
意に求めることはできない。よって、数１５のように、
制約条件としてワークに接触可能なツールの形状を用い
る。
意に求めることはできない。よって、数１５のように、
制約条件としてワークに接触可能なツールの形状を用い
る。
【００４１】 Ｊ（SλB）＝０ ……（数１５) 数１５は、ΣSで表現した任意のベクトルSλで表される
ツールの接触可能な部分の形状を表す。例としてツール
にグラインダが用いられたとき、グラインダの砥石を空
間内の円盤としてΣSで表現することが考えられる。押
しつけ力の作用線は、この円盤に含まれる場合を除い
て、１回だけこの円盤と交わる。このときδが求めら
れ、接触点SλBを推定することができる。
ツールの接触可能な部分の形状を表す。例としてツール
にグラインダが用いられたとき、グラインダの砥石を空
間内の円盤としてΣSで表現することが考えられる。押
しつけ力の作用線は、この円盤に含まれる場合を除い
て、１回だけこの円盤と交わる。このときδが求めら
れ、接触点SλBを推定することができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、機構的に大きな回転運
動量を有する回転体がロボットの手先効果器として設置
された場合においても、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有する制御系を構築することが可能とな
る。
動量を有する回転体がロボットの手先効果器として設置
された場合においても、対象物に対して任意の機械コン
プライアンスを有する制御系を構築することが可能とな
る。
【００４３】また、ロボットの手先効果器に加わる外力
を推定する場合、ロボットの手先効果器に回転体が用い
られた場合発生するジャイロ効果を排除して、より精度
の高い外力の推定が可能となる。
を推定する場合、ロボットの手先効果器に回転体が用い
られた場合発生するジャイロ効果を排除して、より精度
の高い外力の推定が可能となる。
【００４４】さらに、ロボットの手先効果器と対象物の
接触点が知りたい場合、手先効果器の回転運動量とロボ
ットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメントの
影響を排除した、より精度の高い接触点の推定が可能と
なる。
接触点が知りたい場合、手先効果器の回転運動量とロボ
ットの運動量が干渉して発生するジャイロモーメントの
影響を排除した、より精度の高い接触点の推定が可能と
なる。
【図１】本発明を実施する装置の構成例を示した図であ
る。
る。
【図２】本発明を実施する装置の制御系のブロックダイ
アグラムである。
アグラムである。
【図３】本発明の方法を説明するために、制御装置に構
築される手先効果器の数学モデルの構成例である。
築される手先効果器の数学モデルの構成例である。
【図４】本発明に関係するジャイロ効果について、具体
的な例を示した図である。
的な例を示した図である。
１…力とトルクを検出するセンサ、２…６自由度多関節
型ロボット、３…ディスクグラインダ、４…制御装置
型ロボット、３…ディスクグラインダ、４…制御装置
Claims (4)
- 【請求項１】速度を検出する手段と外力を検出する手段
を備える多自由度ロボットにおいて、ロボットの手先効
果器に回転体が用いられた場合発生するジャイロ効果
を、ロボットの運動制御方法に反映させて補償すること
を特徴とするロボットのコンプライアンス制御方法。 - 【請求項２】前記速度を検出する手段の代わりに位置を
検出する手段を備える多自由度ロボットにおける請求項
１のロボットのコンプライアンス制御方法。 - 【請求項３】請求項１のロボットにおいて、手先効果器
に加わる外力を推定する場合、ロボットの手先効果器に
回転体が用いられた場合発生するジャイロ効果を排除し
て、より精度の高い外力の推定ができる推定方法。 - 【請求項４】請求項１のロボットにおいて、手先効果器
と対象物の接触点を推定する場合、ロボットの手先効果
器に回転体が用いられた場合発生するジャイロ効果を排
除して、より精度の高い接触点の推定ができる推定方
法。
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|---|---|---|---|
| JP04671694A JP3412236B2 (ja) | 1993-03-31 | 1994-03-17 | 多自由度ロボット及びそのコンプライアンス制御方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-73343 | 1993-03-31 | ||
| JP7334393 | 1993-03-31 | ||
| JP04671694A JP3412236B2 (ja) | 1993-03-31 | 1994-03-17 | 多自由度ロボット及びそのコンプライアンス制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP3412236B2 JP3412236B2 (ja) | 2003-06-03 |
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6921317B2 (en) * | 2002-11-21 | 2005-07-26 | The Boeing Company | Automated lapping system |
| US7118452B2 (en) | 2004-02-12 | 2006-10-10 | The Boeing Company | Pneumatically actuated flexible coupling end effectors for lapping/polishing |
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| JP2011041992A (ja) * | 2009-08-19 | 2011-03-03 | Fanuc Ltd | 加工ロボットシステム |
| JP2011189417A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Ihi Corp | 加工ロボットとその重力補償方法 |
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| CN111633656A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-08 | 西北工业大学 | 一种空间多机器人协同操作的分布式能量均衡方法 |
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-
1994
- 1994-03-17 JP JP04671694A patent/JP3412236B2/ja not_active Expired - Fee Related
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