JPH0639760A - ロボットの制御装置 - Google Patents

ロボットの制御装置

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JPH0639760A
JPH0639760A JP19704192A JP19704192A JPH0639760A JP H0639760 A JPH0639760 A JP H0639760A JP 19704192 A JP19704192 A JP 19704192A JP 19704192 A JP19704192 A JP 19704192A JP H0639760 A JPH0639760 A JP H0639760A
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JP
Japan
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robot
force
external force
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Application number
JP19704192A
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English (en)
Inventor
Kenjiro Fujii
健二郎 藤井
Takeshi Ando
安藤  武
Yoshikazu Higuchi
義和 樋口
Shintarou Hatsumoto
慎太郎 初本
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Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの先端に、力センサや機械式コンプ
ライアンス機構を設置せずに、外力に対しロボットが追
従動作する簡易的な力制御動作を実現すること。 【構成】 切替スイッチ4により、ロボットが停止して
いるときだけ有効となる力フィードバックループ5を設
け、サーボモータ1に対する電流指令値Ic の変化分を
位置変化分dXとして、位置指令値Pc に加算するよう
にしたもの。 【効果】 ロボットに外力が加わると、サーボモータ1
の電流指令が増加する。そうするとフィードバックルー
プ5は電流指令の増加に応じて位置指令を変化させ、こ
の結果、外力が小さくなる方向にロボットが動くため、
電流指令はロボット停止時とそれほど変わらなくなり、
従って、ロボットは、外力に追従して柔軟性を現わすの
で、力センサ等を使用しないで、外力に対しロボットの
アームを動作させることができ、安価にロボットシステ
ムが構築できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット本体駆動用の
アクチュエータとして電動機を用いたロボットに係り、
特に、ティーチング・プレイバック方式のロボットに好
適なロボットの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ロボット本体(マニプレータのこと、以
下、単にロボットという)の可動部に、外力などにより
予期せぬ力が加えられると、ロボットやロボットに接触
した物が損傷を受ける虞れを生じる。そこで、このよう
な場合には、ロボットに加えられた力が所定値以上にな
らないように、コンプライアンスを持たせるようにした
制御方法が、従来からロボットの力制御方式として知ら
れている。
【0003】そして、この力制御方式を具体化するため
の従来技術としては、昭和61年3月に発表された、計
測自動制御学会論文集Vol.22,No.3“多自由
度ロボットの仮想コンプライアンス制御”に記載のよう
に、ロボットの先端部に6軸方向の力量を検出する力セ
ンサを取り付け、そのセンサに加えられた外力量をロボ
ットの動作制御系にフィードバックし、力制御動作が得
られるようにしたものが知られている。
【0004】なお、この種の装置に関連するものとして
は、上記以外にも、例えば特開昭62−35915号公
報を挙げることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、力セ
ンサを必要とする点について配慮がされておらず、価格
上昇が著しくなってしまい、簡易的な力制御動作、例え
ば、ダイレクト教示等に対しては、高価すぎるシステム
になってしまうという問題があった。本発明の目的は、
力センサや機械式コンプライアンス機構を必要とせず、
ローコストでロボットの力制御方式を実現することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ロボット停止時での可動軸駆動用電動機に対する電
流指令値の変化分を位置変化分として、位置指令値に加
算するフィードバック手段を設けたものである。
【0007】
【作用】ロボットに外力が加わると、可動軸駆動用電動
機への電流指令が増加する。そうすると、上記フィード
バック手段は、この電流指令の増加に応じて位置指令を
変化させるように働く。この結果、外力が小さくなる方
向にロボットが動くため、電流指令はロボット停止時と
それほど変わらなくなり、従って、ロボットは、外力に
追従して柔軟性を現わし、外力に対する反力が所定値以
上になることはなくなり、損傷の虞れをなくすことがで
きる。
【0008】また、この結果、サーボ異常に引っかかっ
てロボットが停止することはなくなり、さらに、フィー
ドバック手段による位置指令を、エンコーダからの現在
位置フィードバックよりも前段に入れることにより、位
置偏差によるサーボ異常によりロボットが停止してしま
う虞れもなくすことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明によるロボットの制御装置につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。図1は本発
明の一実施例で、本発明を適用したロボットが、例えば
図2に示すように、θ1 からθ6 までの6本の軸(可動
軸)をもった多関節ロボットであったとすれば、6本の
軸θ1〜θ6 のそれぞれに設けられるもので、1は軸駆
動用のサーボモータ(電動機)、2はエンコーダ、3はA
CRサーボアンプ、4は力制御切替スイッチ、5は力フ
ィードバックループ、6は速度フィードバックループ、
7は位置フィードバックループ、50、60、70は加
算要素、51はGF(力フィードバックゲイン)要素、5
2は電流増加分検出要素、61はGV(速度フィードバッ
クゲイン)要素、62は速度演算要素、71はGP(位置
フィードバックゲイン)要素、そして72は位置演算要
素である。
【0010】上記したように、この図1の構成は、ロボ
ットの各軸ごとに設けられるものであるから、図2の実
施例の場合には、6本の軸θ1〜θ6 のそれぞれに対応
して6組必要であり、且つ、初期ロボット位置指令P0
も、6本の軸θ1〜θ6 のそれぞれに対応したものとな
るのは言うまでもない。なお、この図2において、8は
ロボットを表わす。
【0011】図1の実施例において、切替スイッチ4
は、図示してない制御手段により、初期ロボット位置指
令P0 が入力されてロボットが動いている間は、図示と
は反対に開かれているように制御される。
【0012】そして、この切替スイッチ4が開いている
ときは、一般的なロボットと同じ動作をし、初期ロボッ
ト位置指令P0 に応じてACRアンプ3に電流指令Ic
が入力され、これによりサーボモータ1に電流が供給さ
れ、このサーボモータ1が対応したロボットの軸を動か
す。
【0013】一方、このサーボモータ1による軸の位置
はエンコーダ2によって検出され、これが加算要素60
とGV 要素61、それに速度演算要素62からなる速度
フィードバックループ6と、加算要素70とGP 要素7
1、それに位置演算要素72からなる位置フィードバッ
クループ7とによって初期ロボット位置指令P0 にフィ
ードバックされ、予じめGV 要素61とGP 要素71な
どによって設定されている速度と精度でロボットの位置
が制御されることになる。
【0014】次に、初期ロボット位置指令P0 が0にな
り、ロボットが停止すると、切替スイッチ4が、図1に
示すように閉じられ、この結果、力フィードバックルー
プ5が有効になる。そこで、いま、このロボットが停止
状態にあるとき、何らかの理由によりロボット8の手首
に外力Fが加わったとすると、これにより或る軸のサー
ボモータ1に力Fn(n=θ1〜θ6)が現われる。そうす
ると、この結果、その軸のエンコーダ2による検出位置
が変化し、位置フィードバックループ7と速度フィード
バックループ6により電流指令Ic が増加する。
【0015】この電流指令Ic は、力フィードバックル
ープ5の電流増加分検出要素52に入力されており、こ
こで電流指令Ic のの増加分Id が取り出され、これが
各サンプリング時ごとにGF 要素51で所定のゲインが
与えられてから加算要素50を介して、位置指令値増分
量dXとしてGP 要素71に入力される。
【0016】この結果、サーボモータ1は力Fn の方向
に動き、これがロボット8の各軸ごとに行なわれるた
め、手首に加わっている外力Fが小さくなり、その結
果、電流指令Ic の増分は少なくなり、位置指令Pc の
増分量dxも小さくなる。
【0017】そこで、もしもここで、外力Fが続けて加
えられていたとすれば、上記プロセスは繰り返され、外
力Fがなくなるまで続く。そして、外力Fがなくなった
とき、ロボット停止時の電流指令I0 になり、その状態
でロボット8は停止保持状態となる。
【0018】従って、この実施例によれば、ロボット8
に外力Fが加えられたとしても、その外力に柔軟に追従
し、外力に対する反力が所定値以上になることはなくな
るので、ロボット自体に障害を生じたり、周囲にある物
に損傷を与えたりする虞れを確実になくすことができ
る。
【0019】そして、この実施例では、必要に応じて、
上記した制御手段より、切替スイッチ4をオフしてやれ
ば力フィードバックループ5の働きは無効になり、ロボ
ット8に、外力に影響されない動作を行なわせることが
できる。
【0020】次に、この実施例における力フィードバッ
クループ5による位置指令値増分量dX の算定動作の内
容について、さらに詳細に説明する。
【0021】ロボット8が停止しているときの電流指令
をI0 とし、ロボット8に外力Fが掛り、この結果、サ
ーボモータ1に力Fn が加わったことにより、現われた
電流の変化量をId とすれば、 Id =Ic−(I0+IM)…… ……(1) ここで、IM:位置指令値が動いたことによる電流 一方、力Fn は Fn =Kp・I…… ……(2) ここで、Kp:トルク定数 I:電流 であるので、I=Id とすれば、次のサンプリング時点
での力Fn(i+1)は、 Fn(i+1)=Kp・(Ic−(I0+IM))…… ……(3) さらに、IM =Td(i)/KM とすれば(KM は定数) Fn(i+1)=−Kp・(I0−Ic)+KM・Fn(i)…… ……(4) となり、定数Kp 、KM を適当に定めることにより、
(4)式から知ることができる。
【0022】また、力Fn は、次式で表すことができ
る。 Fn =M・(X"+CX'+(X−X0))・K…… ……(5) ここで、M、C、Kは定数、X、X0 は位置、X'は速
度、そしてX"は加速度である。そこで、K=0とし
て、(5)式を変形することにより、力Fn に対応する加
速度X"を得ることができる。 X"(i+1)=(1/M)・(Fn−C・X'1)…… ……(6) 従って、(6)式の定数M、C、Kp を定めて計算するこ
とにより、X(i+1)が得られ、これから、さらに1サン
プリングごとの位置指令値増分量dX(i+1)を次式で計算
することができる。 X'(i+1)=X'(i)+X"(i+1)…… ……(7) dX(i+1)=X'(i+1)・DT…… ……(8) ここで、DTはサンプリング時間である。
【0023】以上、本発明による力フィードバック制御
について、図1の実施例により説明したが、図2に示す
ように、実際のロボット8は複数の軸θ1〜θ6 で構成
されており、それぞれの軸に対応して、サーボモータ1
が設けてある。従って、上記したように、各々の軸のサ
ーボモータ1に加わる外力Fn に対してロボット8の各
軸がそれぞれ動作し、ロボット全体で外力Fを現わすこ
とになるのである。
【0024】ところで、上記したように、本発明による
力フィードバック制御を適用したロボットでは、それに
外力を加えてやれば、その外力に応じて動くようにでき
るから、ダイレクト教示に利用可能である。これを上記
実施例でいえば、切替スイッチ4を閉じてやればよい。
【0025】そこで、上記実施例をティーチング・プレ
イバック方式のロボットに適用して動作させるための、
ティーチング時でのプログラムの一実施例を図3に示
す。この図3において、条件の欄にある“チカラO
N”、“チカラOFF”が切替スイッチ4の制御命令
で、P003の位置で停止後、“チカラON”により、
図1の力制御切替スイッチ4をONする。従って、“チ
カラON”から“チカラOFF”までの間が、外力に対
し追従動作するモードであり、ここでダイレクト教示を
行なうのである。
【0026】なお、このプログラム例では、“チカラO
N”から“チカラOFF”までの間の時間が5秒間にな
るようにしているが、この“チカラON”になった後、
“チカラOFF”にするタイミングを時間で決めるので
はなく、外力Fの増加分が0になったタイミングとなる
ように構成してもよい。
【0027】こうして、ある程度の外力に対してロボッ
トアームが動作した後、“チカラOFF”命令により、
図1の力制御切替スイッチ4をOFFにする。これ以
後、外力に影響されないロボットの動作が可能になる。
【0028】従って、この図3の実施例の構成は、例え
ば以下の通りとなる。図1の実施例において、上記ロボ
ット本体が一連の制御命令による自動運転モードで動作
可能に構成されており、上記フィードバック手段の有効
化と無効化を選択する命令が上記制御命令の中に含まれ
るように構成したことを特徴とするロボットの制御装
置。
【0029】ところで、上記実施例では、教示用のプロ
グラムの中に、切替スイッチ4を制御する命令を設ける
ようにしているが、本発明の他の実施例として、この切
替スイッチ4の制御を、ロボットのティーチングを行な
う者により任意に行なえるように、マンマシンインター
フェースを設けるようにしてもよく、図4は、このよう
にした場合に、ダイレクト教示の際使用する可搬式の教
示装置9を示したものである。
【0030】この図4の実施例では、教示モード時に
は、手動座標切替スイッチ10により設定座標に設定
し、力モード設定スイッチ11を押すことにより、図1
の力制御切替スイッチ4をONにさせる。それ以後は、
図示してない教示装置に設けてあるデットマンスイッチ
を押しながらサーボONスイッチ12を押して、ロボッ
トのハンドなどに直接外力を加えて動かし、ダイレクト
教示を実行するのである。
【0031】従って、この図4の実施例の構成は、例え
ば以下の通りとなる。図1の実施例において、上記ロボ
ット本体が教示モードで運転可能に構成されており、上
記ロボット本体が教示モードに有ることを条件として上
記フィードバック手段の有効化と無効化を任意に選択で
きるようにしたマンマシンインターフェースが設けられ
ていることを特徴とするロボットの制御装置。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、力センサをロボットに
取付けることなく、外力に対しロボットのアームを動作
させることができ、安価にロボットシステムが構築でき
る効果がある。
【0033】また、本発明によれば、自動運転中に本機
能が有効、無効が切り替え可能となれば、ハンドリング
等の作業の際、あるいは取付け、組付けの際、精度のよ
い教示を行わなくてすむので、教示が容易になる効果が
ある。
【0034】さらに、本発明によれば、力センサをロボ
ットに取付けることなく、ダイレクト教示が出来るの
で、安価にシステムが構築できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるロボットの制御装置の一実施例を
示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例が適用されたロボット本体の一
例を示す説明図である。
【図3】本発明によるロボットの制御装置における教示
プログラムの一実施例を示す説明図である。
【図4】本発明によるロボットの制御装置で使用する可
搬式教示装置の一実施例を示す外観図である。
【符号の説明】
1 サーボモータ 2 エンコーダ 3 ACRサーボアンプ 4 力制御切替スイッチ 5 力フィードバックループ 6 速度フィードバックループ 7 位置フィードバックループ 8 ロボット 9 可搬式教示装置 10 手動座標切替スイッチ 11 力モード設定スイッチ 12 サーボONスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 義和 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 初本 慎太郎 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボット本体の可動軸にエンコーダを備
    え、このエンコーダで検出した可動軸の位置検出値を位
    置指令値にフィードバックすることにより、該可動軸を
    駆動するモータに対する電流指令値を算定する方式のロ
    ボットの制御装置において、上記ロボット本体停止時で
    の上記電流指令値の変化分を位置変化分として上記位置
    指令値に加算するフィードバック手段が設けられている
    ことを特徴とするロボットの制御装置。
JP19704192A 1992-07-23 1992-07-23 ロボットの制御装置 Pending JPH0639760A (ja)

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