JPH07186076A - Manipulator controller - Google Patents

Manipulator controller

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Publication number
JPH07186076A
JPH07186076A JP33648493A JP33648493A JPH07186076A JP H07186076 A JPH07186076 A JP H07186076A JP 33648493 A JP33648493 A JP 33648493A JP 33648493 A JP33648493 A JP 33648493A JP H07186076 A JPH07186076 A JP H07186076A
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JP
Japan
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manipulator
speed
force
spring constant
contact
Prior art date
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Pending
Application number
JP33648493A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Koide
光男 小出
Chisao Hayashi
知三夫 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP33648493A priority Critical patent/JPH07186076A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent biting-in and overshooting at the time of a tool coming into contact with an object in the case of manipulator control. CONSTITUTION:A contact deciding means B rakes in the detection value Fs of force or a moment detected by means of a force detecting means A at every control cycle, and conducts comparison with a force threshold Fth previously designated, and decides that a tool has come into contact with an object in the case of the detection value Fs having become more than the force threshold value Fth continuously more than a control cycle number (m) previously designated. A change cycle number calculating means C divides a supposition spring constant change time Tw previously designated, by a predetermined control cycle time DELTAT, and calculates a change cycle number N at the time of changing a supposition spring constant, and a supposition spring constant changing means D changes the supposition spring constant of a manipulator E into a final spring constant KHend previously designated, by the control cycle of N times, when it is decided by means of the contact deciding means B that the tool has been brought into contact with the object.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータ制御装
置に関し、特にツールが対象物に接触して作業を行う際
のマニピュレータの制御に好適なマニピュレータ制御装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator control device, and more particularly to a manipulator control device suitable for controlling a manipulator when a tool comes into contact with an object to perform work.

【0002】[0002]

【従来技術】マニピュレータによって、研磨作業や部品
のはめ込み作業など対象物に対して接触して作業を行う
場合、一般にツールを作業対象物まで移動させるときに
は位置制御を行い、ツールを作業対象物に接触させて作
業を行うときには力制御を行う。
2. Description of the Related Art When a manipulator is used to contact an object such as a polishing operation or a component fitting operation, generally, when the tool is moved to the object, position control is performed to bring the tool into contact with the object. When performing the work, force control is performed.

【0003】このような場合において作業を滑らかに行
うためには、位置制御と力制御の制御モードの切換えを
滑らかに行う必要がある。本出願人は、このような滑ら
かなモード切換えを実現する制御装置として、特開平2
−310609号に挙げられたマニピュレータの位置と
力の協調制御装置を提案した。
In order to perform the work smoothly in such a case, it is necessary to smoothly switch the control modes of the position control and the force control. The applicant of the present invention has disclosed, as a control device for realizing such smooth mode switching, in Japanese Patent Laid-Open No.
The coordinated control device for the position and force of the manipulator listed in No. 310609 was proposed.

【0004】図5は、この従来装置の原理構成図であ
る。
FIG. 5 is a principle block diagram of this conventional apparatus.

【0005】図において、マニピュレータ部1は、マニ
ピュレータ各関節を駆動するためのマニピュレータ駆動
手段2と、アーム部3とより構成されている。アーム部
3の先端部には、マニピュレータが外部環境から受ける
力またはモーメント、あるいはその両者(以下、「力
等」と略す)をツール座標系で検索する力検出手段4が
設けられている。力検出手段4の出力は、力出力フィル
タリング演算手段41を通過することにより、振動の原
因となる高周波数成分がカットされる。力出力フィルタ
リング演算手段41の出力は手先力可変ゲイン演算手段
5に入力され、ここで位置と力の協調の程度に応じてゲ
インを変化させる演算処理が行われる。この手先力可変
ゲイン演算手段5では、例えば位置制御モードの成分に
対してはゲインを下げるような演算を行ない位置制御と
力制御の分離度を高め、より正確な位置制御及び力制御
ができるようにする。また、位置制御成分が力出力フィ
ードバック信号で不安定化するのを防止するようにす
る。
In the figure, a manipulator section 1 is composed of manipulator driving means 2 for driving each joint of the manipulator and an arm section 3. A force detection unit 4 is provided at the tip of the arm unit 3 to search for a force or a moment that the manipulator receives from the external environment, or both of them (hereinafter, abbreviated as “force”) in the tool coordinate system. The output of the force detection means 4 passes through the force output filtering calculation means 41, whereby the high frequency component that causes vibration is cut. The output of the force output filtering calculation means 41 is input to the hand force variable gain calculation means 5, where the calculation processing for changing the gain in accordance with the degree of cooperation between position and force is performed. In the hand force variable gain calculation means 5, for example, calculation for lowering the gain is performed for the components of the position control mode, the degree of separation between the position control and the force control is increased, and more accurate position control and force control can be performed. To Further, the position control component is prevented from becoming unstable due to the force output feedback signal.

【0006】位置と力の協調の程度はツール座標系での
各方向成分毎の仮想的なばね定数を増減することで行っ
ている。このばね定数の増減に応じて手先可変力ゲイン
演算手段5のゲインが増減される。位置制御モードの場
合には、仮想ばね定数が大の成分、すなわちより位置制
御を行いたい成分の力フィードバックゲインは小となる
ように減少される。逆に、力制御モードの場合には、力
制御を行いたい成分の仮想ばね定数を小とし、対応する
力制御成分の力フィードバックゲインは大となるように
増加される。力フィードバックゲインの増減は、例えば
仮想ばね定数とは逆比例の関係で増減するように設定す
る。
The degree of cooperation between position and force is determined by increasing or decreasing a virtual spring constant for each direction component in the tool coordinate system. The gain of the hand variable force gain calculation means 5 is increased or decreased according to the increase or decrease of the spring constant. In the case of the position control mode, the force feedback gain of the component having a large virtual spring constant, that is, the component for which more position control is desired, is reduced to be small. On the contrary, in the force control mode, the virtual spring constant of the component for which the force control is desired is made small, and the force feedback gain of the corresponding force control component is increased to be large. The increase / decrease of the force feedback gain is set so as to increase / decrease in inverse proportion to the virtual spring constant, for example.

【0007】出力トルク変換手段6は、手先力可変ゲイ
ン演算手段5からの出力に対し、例えば転置ヤコビ行列
を乗ずることにより、ツール座標系での力等をマニピュ
レータ各関節座標系での力等に変換する。
The output torque converting means 6 multiplies the output from the hand force variable gain calculating means 5 by, for example, the transposed Jacobian matrix to convert the force in the tool coordinate system into the force in each joint coordinate system of the manipulator. Convert.

【0008】力指令手段7では、力等をツール座標系で
表わした力指令信号を送出する。力指令信号には、力指
令フィルタリング演算手段71により力出力フィルタリ
ング演算手段と同じ演算が施される。位置と力の協調の
程度に応じてゲインを変換させる演算処理を力指令フィ
ルタリング演算手段71から送出された力指令信号に施
す指令力可変ゲイン演算手段8では、手先力可変ゲイン
演算手段5と同様の演算を行う。これは、指令値とフィ
ードバック信号のレベルを同じにするためである。指令
トルク変換手段9は、指令力可変ゲイン演算手段8から
の出力に、例えば転移ヤコビ行列を乗ずることでマニピ
ュレータ各関節座標系での力またはモーメントあるいは
その両者に変換する。
The force command means 7 sends out a force command signal representing a force or the like in the tool coordinate system. The force command signal is subjected to the same calculation by the force command filtering calculation means 71 as the force output filtering calculation means. In the command force variable gain calculation means 8 which applies the calculation processing for converting the gain according to the degree of the cooperation of the position and the force to the force command signal sent from the force command filtering calculation means 71, like the hand force variable gain calculation means 5. Is calculated. This is to make the command value and the level of the feedback signal the same. The command torque conversion means 9 converts the output from the command force variable gain calculation means 8 into, for example, a force or a moment in each joint coordinate system of the manipulator by multiplying the output by the transfer Jacobian matrix, or both.

【0009】マニピュレータの各関節の位置は位置検出
手段10で検出される。また、マニピュレータの各関節
の指令位置は位置指令手段11より送出される。
The position of each joint of the manipulator is detected by the position detecting means 10. The command position of each joint of the manipulator is sent from the position command means 11.

【0010】位置検出手段10から出力される位置信号
と位置指令手段11から出力される指令位置との差とし
て求まる位置偏差を位置偏差検出手段12で検出する。
The position deviation detecting means 12 detects a position deviation obtained as a difference between the position signal output from the position detecting means 10 and the command position output from the position commanding means 11.

【0011】位置偏差トルク変換手段13は、位置と力
の協調の程度に応じてツール座標系で設定された仮想的
なばね定数をマニピュレータの各関節座標系での仮想的
なばね定数に変換し、変換された仮想的なばね定数と位
置偏差検出手段12から出力される位置偏差とに基づい
て位置偏差に応じた力等に変換する。
The position deviation torque converting means 13 converts the virtual spring constant set in the tool coordinate system according to the degree of cooperation of the position and force into the virtual spring constant in each joint coordinate system of the manipulator. Based on the converted virtual spring constant and the position deviation output from the position deviation detecting means 12, the force is converted into a force or the like according to the position deviation.

【0012】速度検出手段14は、マニピュレータ各関
節の速度を検出する。速度トルク変換手段15は、ツー
ル座標系で設定された速度フィードバックゲインをマニ
ピュレータ各関節での速度フィードバックゲインに変換
し、変換された速度フィードバックゲインに基づいて、
速度検出手段14より検出された速度をその速度に応じ
た力等に変換する。
The speed detecting means 14 detects the speed of each joint of the manipulator. The speed torque conversion means 15 converts the speed feedback gain set in the tool coordinate system into the speed feedback gain at each joint of the manipulator, and based on the converted speed feedback gain,
The speed detected by the speed detecting means 14 is converted into a force or the like according to the speed.

【0013】フィードバック補償演算手段16では、指
令トルク変換手段9と位置偏差トルク変換手段13の出
力の和が、出力トルク変換手段6と速度トルク変換手段
15の出力の和と一致するようにフィードバック補償演
算する。
The feedback compensation calculation means 16 performs feedback compensation so that the sum of the outputs of the command torque conversion means 9 and the position deviation torque conversion means 13 matches the sum of the outputs of the output torque conversion means 6 and the speed torque conversion means 15. Calculate

【0014】フィードバック補償演算手段16において
は、加減算演算手段17によって、指令トルク変換手段
9より出力される力等の指令と位置偏差トルク変換手段
13より出力される位置偏差に対応した力等の指令とを
加算し、出力トルク変換手段6より出力される力等の信
号と速度トルク変換手段15より出力される速度に応じ
た力等の信号とを減算し、比例積分演算手段18で加減
算演算手段17より出力される偏差に比例、積分演算処
理や比例、積分、微分演算処理を施しマニピュレータ各
関節の駆動手段への力等の指令値とする。
In the feedback compensation calculation means 16, the addition / subtraction calculation means 17 gives a command for the force or the like output from the command torque conversion means 9 and a command for the force or the like corresponding to the position deviation output from the position deviation torque conversion means 13. Is added, and the signal of the force or the like output from the output torque converting means 6 and the signal of the force or the like corresponding to the speed output from the speed torque converting means 15 are subtracted, and the proportional-integral calculating means 18 adds / subtracts the calculating means. The deviation output from 17 is subjected to proportional, integral calculation processing and proportional, integral, and differential calculation processing to obtain a command value such as a force to drive means of each joint of the manipulator.

【0015】最終的にマニピュレータ各関節のアーム部
3は、フィードバック補償演算手段16からの指令値に
基づいて動き、仮想ばね定数が小さい力制御モードの成
分においては、力指令値の少なくとも一方に一致するよ
うに力をツール端で発生しようとし、仮想ばね定数が大
きい位置制御モードの成分においては、位置指令値に一
致するように動作する。
Finally, the arm portion 3 of each joint of the manipulator moves based on the command value from the feedback compensation calculation means 16, and coincides with at least one of the force command values in the component of the force control mode in which the virtual spring constant is small. As described above, a force is generated at the tool end, and in the component of the position control mode where the virtual spring constant is large, the force operates so as to match the position command value.

【0016】また、仮想ばね定数が中間的な値のとき
は、位置偏差に応じた力等がつり合う点まで動作しよう
とし、すなわちあたかもマニピュレータがばねで支えら
れているかのような動きを行う。
Further, when the virtual spring constant is an intermediate value, it attempts to operate up to a point where forces or the like corresponding to the position deviation balance, that is, the manipulator moves as if it is supported by a spring.

【0017】このように、図5に示した従来技術によれ
ば、仮想ばね定数を連続的に変えることにより、位置制
御モードと力制御モードを滑らかに切換えることができ
た。しかしながら、この従来技術には、ツールが対象物
に接触する場合やツールがその対象物上を移動しながら
作業を行う場合の位置制御モードと力制御モードの具体
的な切換え方法が示されていなかった。
As described above, according to the conventional technique shown in FIG. 5, the position control mode and the force control mode can be smoothly switched by continuously changing the virtual spring constant. However, this prior art does not show a specific method for switching between the position control mode and the force control mode when the tool is in contact with the object or when the tool is working while moving on the object. It was

【0018】そこで、具体的な制御モードの切換えの方
法としては、例えば、予めプログラムや教示によりマニ
ピュレータに対して仮想ばね定数の変更パターンを指示
しておく、という方法が考えられるが、この方法を用い
た場合、実際の作業時において対象物の位置ずれがある
とさまざまな不具合を生じるという問題があった。すな
わち、対象物がツールに近い方にずれた場合は、位置制
御に重みがかかった状態で対象物に接触するため、対象
物に対するツールのくい込みが生じ、反対に対象物がツ
ールから遠い方にずれた場合は、力制御に重みがかかっ
た状態で対象物に接触するため、接触時に力のオーバー
シュートが生じる可能性があった。
Therefore, as a concrete method of switching the control mode, for example, a method of instructing a change pattern of the virtual spring constant to the manipulator in advance by a program or teaching can be considered. When used, there was a problem that various defects would occur if the position of the object was displaced during the actual work. That is, when the object is displaced closer to the tool, the position control is weighted and the object comes into contact with the object, causing the tool to bite into the object, and conversely, the object moves farther from the tool. In the case of deviation, the object is brought into contact with weight on the force control, and there is a possibility that force overshoot may occur at the time of contact.

【0019】この問題に対処する方法としては、ツール
と対象物との接触判定を行い、接触後ただちに位置制御
モードから力制御モードに切り換えるという方法が考え
られる。このようなモード切換えの技術が特開平3−1
84789号において提案されている。
As a method of coping with this problem, it is possible to judge the contact between the tool and the object and switch the position control mode to the force control mode immediately after the contact. Such a mode switching technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-1.
No. 84789.

【0020】この技術は、位置制御モード、力制御モー
ドの各場合で速度指令値を計算し、各速度指令値を逆ヤ
コビ行列を用いて各関節での速度指令値に変換し、モー
タをサーボ制御する。
This technique calculates the speed command value in each of the position control mode and the force control mode, converts each speed command value into a speed command value at each joint using an inverse Jacobian matrix, and servos the motor. Control.

【0021】位置制御モードから力制御モードへの切換
えは、マニュピュレータが対象物に接触し、力検出器の
力検出値Fs が予め設定した値からの力しきい値Fthを
越えたとき、位置制御モードから力制御モードへの移行
を開始する。その後、力検出値Fs が目標力Foに達し
た後は完全な力制御モードとなる。
Switching from the position control mode to the force control mode is performed when the manipulator contacts an object and the force detection value Fs of the force detector exceeds a force threshold Fth from a preset value. Start the transition from control mode to force control mode. After that, after the force detection value Fs reaches the target force Fo, the force control mode becomes complete.

【0022】このように、このモード切換えの従来技術
によれば、ツールの接触と連動してモード切換えができ
るので、前述したような対象物の位置ずれによる諸問題
が生じない。
As described above, according to the conventional technique of the mode switching, the mode switching can be performed in conjunction with the contact of the tool, so that the various problems due to the displacement of the object as described above do not occur.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このモ
ード切換えに関する従来技術では、力検出値Fs と予め
設定されたスレッショルド値Fthを比較し、位置制御と
力制御を切り換えるが、しきい値Fth付近で力検出値F
s にノイズが乗った場合には、Fs がFth付近で振動
し、Fthを越えたり越えなかったりを繰り返すことがあ
り、このため位置制御と力制御が頻繁に切り換わること
になり、マニピュレータの状態が著しく不安定となると
いう問題があった。
However, in the prior art relating to this mode switching, the force detection value Fs and the preset threshold value Fth are compared to switch between position control and force control, but in the vicinity of the threshold value Fth. Force detection value F
When noise is added to s, Fs may vibrate near Fth, and may or may not exceed Fth repeatedly. Therefore, position control and force control are frequently switched, and manipulator state There was a problem that was extremely unstable.

【0024】また、制御モード切り換え前後で、位置制
御モード、力制御モードにおける速度指令値が一致する
とは限らないので、速度の突変が起こり、サーボ系に著
しいショックが起きる場合がある。これを防ぐには速度
指令値を一致させるように加減速を加える必要がある
が、加減速生成を行う複雑な計算が必要となるとう問題
があった。
Since the speed command values in the position control mode and the force control mode do not always match before and after the control mode switching, a sudden change in speed may occur, causing a significant shock to the servo system. To prevent this, it is necessary to add acceleration / deceleration so that the speed command values match, but there is a problem that complicated calculation for acceleration / deceleration generation is required.

【0025】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、対象物に対するツールの接触
及び離脱時における力のオーバーシュートやツールのく
い込みを防ぎ、安定した動作で滑らかに制御モードを切
り換えることのできるマニピュレータ制御装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and prevents overshoot of force and biting of the tool at the time of contact and separation of the tool with respect to an object, and stable operation and smoothness. An object of the present invention is to provide a manipulator control device capable of switching control modes.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の第1の構成では、各制御サイクルごとにツ
ールが外部環境から受ける力及びモーメントのうち少な
くとも一方を検出する力検出手段と、各制御サイクルご
とに前記力検出手段の検出値を力しきい値と比較し、前
記検出値が予め指定された制御サイクル数以上連続して
前記力しきい値以上となった場合に前記ツールが対象物
に接触した判定する接触判定手段と、予め指定された仮
想ばね定数変更時間と所定の制御サイクル時間とに基づ
いて、マニピュレータの仮想ばね定数を変更するときの
変更サイクル数を算出する変更サイクル数計算手段と、
前記接触判定手段によって接触と判定された時点から、
マニピュレータの仮想ばね定数を予め指定された最終仮
想ばね定数に前記変更サイクル数で変更する仮想ばね定
数変更手段とを含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the first configuration of the present invention, force detecting means for detecting at least one of a force and a moment that the tool receives from the external environment in each control cycle. And comparing the detection value of the force detection means with the force threshold value for each control cycle, and if the detection value is continuously equal to or more than the force threshold value for a predetermined number of control cycles or more, The number of change cycles when changing the virtual spring constant of the manipulator is calculated based on the contact determination means for determining that the tool has contacted the object and the virtual spring constant change time and the predetermined control cycle time that are designated in advance. Change cycle number calculation means,
From the time it is determined to be contact by the contact determination means,
And a virtual spring constant changing means for changing the virtual spring constant of the manipulator to a predetermined final virtual spring constant at the number of change cycles.

【0027】また第2の構成では、前記第1の構成にお
いて、ツールと前記対象物との距離を検出する距離検出
手段と、検出された距離と予め指定された距離しきい値
とを比較し、前記距離が前記距離しきい値以下になった
ときに接近状態と判定する接近判定手段と、前記接近判
定手段及び接触判定手段のうち少なくとも一方の判定結
果に基づいてマニピュレータの速度及び加速度を変更す
る速度・加速度変更手段とを含み、前記速度・加速度変
更手段は、前記接近判定手段により接近状態と判定され
るとマニピュレータの速度を所定の接近速度に変更し、
前記接触判定手段により接触と判定されるとマニピュレ
ータの速度を所定の作業速度に変更することを特徴とす
るさらに第3の構成では、前記第2の構成において、仮
想ばね定数変更手段が、前記接近判定手段により接近状
態と判定された時点から前記接触判定手段により接触と
判定されるまでの間に、マニピュレータの仮想ばね定数
を予め指定された接触時仮想ばね定数に変更することを
特徴とする。
In the second configuration, in the first configuration, the distance detection means for detecting the distance between the tool and the object is compared with the detected distance and a predetermined distance threshold value. , A speed and an acceleration of the manipulator are changed based on the judgment result of at least one of the approach judging means and the contact judging means, which judges the approaching state when the distance becomes equal to or less than the distance threshold value. The speed / acceleration changing means, the speed / acceleration changing means changes the speed of the manipulator to a predetermined approach speed when the approach determining means determines that the manipulator is in an approaching state,
In the third structure, the speed of the manipulator is changed to a predetermined work speed when the contact judging unit judges that the contact is made, and in the second structure, the virtual spring constant changing unit makes the approaching speed change. It is characterized in that the virtual spring constant of the manipulator is changed to a pre-designated virtual spring constant at the time of contact between the time when the contact determining unit determines that the state is approaching and the time when the contact determining unit determines that the contact is in contact.

【0028】また第4の構成では、マニピュレータの軌
跡を表す一連の位置指令値及びその位置指令値に対応し
た速度設定値を出力するとともに、前記一連の位置指令
値のうち所定の位置指令値から前記位置指令値に対応し
た速度設定値として所定の接近速度を出力する位置指令
手段と、各制御サイクルごとに前記ツールが外部環境か
ら受ける力及びモーメントのうち少なくとも一方を検出
する力検出手段と、各制御サイクルごとに前記力検出手
段の検出値を予め指定された力しきい値と比較し、前記
検出値が予め指定された制御サイクル数以上連続して前
記力しきい値以上となったときに前記ツールが対象物に
接触した判定する接触判定手段と、前記接触判定手段の
判定結果に基づいてマニピュレータの速度及び加速度を
変更する速度・加速度変更手段とを含み、前記速度・加
速度変更手段は、前記接触判定手段でツールが対象物に
接触したと判定されるとマニピュレータの速度を予め指
定された作業速度に変更することを特徴とする。
In the fourth structure, a series of position command values representing the trajectory of the manipulator and a speed set value corresponding to the position command values are output, and a predetermined position command value among the series of position command values is output. Position command means for outputting a predetermined approach speed as a speed set value corresponding to the position command value, and force detection means for detecting at least one of a force and a moment the tool receives from the external environment for each control cycle, When the detected value of the force detecting means is compared with a preset force threshold value for each control cycle, and the detected value continuously exceeds the force threshold value for a preset number of control cycles or more. The contact determination means for determining that the tool has contacted the object, and the speed / acceleration for changing the speed and acceleration of the manipulator based on the determination result of the contact determination means. The speed / acceleration changing means changes the speed of the manipulator to a predesignated work speed when the contact judging means judges that the tool has contacted the object. .

【0029】さらに第5の構成では、前記第4の構成に
おいて、各制御サイクルごとに前記力検出手段の検出値
を予め指定された第2の力しきい値と比較し、前記検出
値が予め指定された制御サイクル数以上連続して前記第
2の力しきい値以下となったときに、前記ツールが前記
対象物から離脱したと判定する離脱判定手段を含み、前
記速度・加速度変更手段は、さらに、前記離脱判定手段
でツールが対象物から離脱したと判定されると、マニピ
ュレータの速度を所定の離脱速度まで上昇させることを
特徴とする。
Further, in the fifth configuration, in the fourth configuration, the detected value of the force detecting means is compared with a second force threshold designated in advance for each control cycle, and the detected value is preset. The speed / acceleration changing means includes a departure determining means for determining that the tool has detached from the object when the second force threshold is continuously reached for a designated number of control cycles or more. Further, when it is determined that the tool has separated from the object by the separation determination means, the speed of the manipulator is increased to a predetermined separation speed.

【0030】[0030]

【発明の作用及び効果】本発明の第1の構成では、図1
に示すように、接触判定手段Bは制御サイクルごとに力
検出手段Aで検出された力またはモーメントの検出値F
s を取り込み、予め指定された力しきい値Fthと比較を
行う。そして、検出値Fs が予め指定された制御サイク
ル数m以上連続して力しきい値Fth以上となった場合に
ツールが対象物に接触したと判定する。変更サイクル数
計算手段Cは予め指定された仮想ばね定数変更時間Tw
を所定の制御サイクル時間ΔTで分割し、仮想ばね定数
を変更する際の変更サイクル数Nを計算する。そして、
仮想ばね定数変更手段Dは、接触判定手段Bによりツー
ルが対象物に接触したと判定されると、マニピュレータ
Eの仮想ばね定数を予め指定された最終ばね定数KHend
にN回の制御サイクルで変更する。
In the first configuration of the present invention, as shown in FIG.
As shown in, the contact determination means B detects the detected value F of the force or moment detected by the force detection means A for each control cycle.
s is fetched and compared with a preset force threshold Fth. Then, when the detected value Fs continuously becomes equal to or greater than the force threshold Fth for a preset number of control cycles m or more, it is determined that the tool has contacted the object. The change cycle number calculation means C uses a predesignated virtual spring constant change time Tw.
Is divided by a predetermined control cycle time ΔT, and the number N of changing cycles when changing the virtual spring constant is calculated. And
When the contact determination unit B determines that the tool has contacted the object, the virtual spring constant changing unit D determines a final spring constant KHend in which the virtual spring constant of the manipulator E is designated in advance.
Change in N control cycles.

【0031】このように、第1の構成によれば、接触判
定手段Bは、検出値Fs が予め指定された制御サイクル
数以上連続して力しきい値Fth以上となったときに初め
て接触したと判定するので、力検出手段の検出信号のノ
イズによる接触の誤判定を防ぐことができ、制御モード
の円滑な切換えが可能となる。また、位置制御モードか
ら力制御モードへの制御モードの切換えを仮想ばね定数
の切換えによって行っているので、マニピュレータの速
度の突変が起こらず、滑らかに制御モードを切換えるこ
とができる。
As described above, according to the first configuration, the contact determining means B makes contact only when the detected value Fs continuously exceeds the force threshold Fth for a predetermined number of control cycles or more. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination of contact due to noise in the detection signal of the force detection means, and it is possible to smoothly switch control modes. Also, since the control mode is switched from the position control mode to the force control mode by switching the virtual spring constant, the speed of the manipulator does not change suddenly and the control mode can be switched smoothly.

【0032】また第2の構成では、図1に示すように、
接近判定手段Fは距離検出手段で検出された距離Sl を
予め指定された距離しきい値lと比較して、距離Sl が
距離しきい値l以下になったときに接近状態と判定す
る。接近判定手段Fにより接近状態と判定されると、速
度・加速度変更手段Gはマニピュレータの速度及び加速
度をそれまでの値から所定の接近速度に変更し、ツール
が対象物に対して緩やかに接触できるようにする。そし
て、接触判定手段Bで接触と判定されると、速度・加速
度変更手段Gはマニピュレータの速度及び加速度を所定
の作業速度まで増加させる。このような構成により、接
近状態と判定されるとマニピュレータが低速となり、ツ
ールを対象物に対して緩やかに接触させることができる
ので、ツールのくい込みや力のオーバーシュートなどを
防ぐことができる。逆に言えば、プログラムあるいは教
示によるマニピュレータの運行指令を、対象物に向かっ
て移動するときに高速で移動するように最初に設定して
おいたとしても、この構成によれば、ツールが対象物に
対してある距離まで近付くと自動的に接触に適切な速度
まで減速することができる。
In the second configuration, as shown in FIG.
The approach judging means F compares the distance Sl detected by the distance detecting means with a distance threshold l designated in advance, and judges that the distance Sl is approaching when the distance Sl becomes equal to or less than the distance threshold l. When the approach determining means F determines that the manipulator is in the approaching state, the speed / acceleration changing means G changes the speed and acceleration of the manipulator from the values so far to a predetermined approaching speed, and the tool can gently contact the object. To do so. When the contact determining means B determines that the contact is made, the speed / acceleration changing means G increases the speed and acceleration of the manipulator to a predetermined work speed. With such a configuration, when it is determined that the manipulator is in the approaching state, the manipulator becomes slow, and the tool can be gently brought into contact with the target object, so that it is possible to prevent the tool from being caught or force overshooting. Conversely, even if the manipulator operation command according to the program or the teaching is first set to move at high speed when moving toward the object, according to this configuration, the tool causes the object to move. When a certain distance is approached, it is possible to automatically decelerate to a speed suitable for contact.

【0033】さらに第3の構成では、仮想ばね定数変更
手段Dは、前記接近判定手段により接近状態と判定され
た時間より仮想ばね定数の変更を開始し、ツールが対象
物に接触するまでの間に仮想ばね定数を予め指定された
接触時仮想ばね定数に変更する。このようにツールが対
象物に接触する前に、マニピュレータ仮想ばね定数を予
めある程度まで最終仮想ばね定数に近付けておくことに
より、接触した後の仮想ばね定数の変更を短時間で円滑
に行うことができる。
Further, in the third configuration, the virtual spring constant changing means D starts changing the virtual spring constant from the time when the approach determining means determines that the virtual spring constant is approaching until the tool comes into contact with the object. The virtual spring constant is changed to the virtual spring constant at the time of contact designated in advance. In this way, the virtual spring constant of the manipulator can be smoothly changed in a short time after the contact by bringing the virtual spring constant of the manipulator close to the final virtual spring constant to some extent before the tool comes into contact with the object. it can.

【0034】また第4の構成では、まず位置指令手段
は、マニピュレータの軌跡を表す一連の位置指令値及び
その位置指令値に対応した速度設定値を出力する。この
とき、前記一連の位置指令値のうち所定の位置指令値以
降は前記位置指令値に対応した速度設定値として所定の
接近速度を出力する。これにより、マニピュレータは、
ツールが対象物に向かって移動する途中の所定の位置か
ら、所定の接近速度で移動するようになる。
In the fourth configuration, first, the position command means outputs a series of position command values representing the trajectory of the manipulator and speed setting values corresponding to the position command values. At this time, after the predetermined position command value among the series of position command values, a predetermined approach speed is output as a speed set value corresponding to the position command value. This allows the manipulator to
The tool moves at a predetermined approach speed from a predetermined position on the way to the object.

【0035】そして、接触判定手段Bで接触と判定され
ると、速度・加速度変更手段はマニピュレータの速度を
予め指定された作業速度に変更する。
When the contact determining means B determines that the contact is made, the speed / acceleration changing means changes the speed of the manipulator to a work speed designated in advance.

【0036】これにより、ツールを対象物に対して緩や
かな接近速度で接触させることができるので、ツールの
くい込みや力のオーバーシュートなどを防ぐことができ
る。さらに第5の構成では、離脱判定手段は、力検出手
段の検出値と第2の力しきい値とを比較し、検出値が予
め指定された制御サイクル数以上連続して第2の力しき
い値以下となると、ツールが対象物から離脱したと判定
する。そして、離脱判定手段によりツールが対象物から
離脱したと判定されると、速度・加速度変更手段はマニ
ピュレータの速度を所定の離脱速度まで上昇させる。こ
れにより、対象物からの離脱時にマニピュレータを高速
で運行することができるので、作業サイクルが短縮でき
る。
With this, the tool can be brought into contact with the object at a gentle approaching speed, so that it is possible to prevent the tool from being caught or force overshooting. Further, in the fifth configuration, the disengagement determination means compares the detection value of the force detection means with the second force threshold value, and the detection value is continuously applied to the second force for a predetermined number of control cycles or more. When it is below the threshold value, it is determined that the tool has detached from the object. Then, when the separation determination means determines that the tool has separated from the object, the speed / acceleration changing means increases the speed of the manipulator to a predetermined separation speed. As a result, the manipulator can be operated at high speed when the manipulator is separated from the target object, so that the work cycle can be shortened.

【0037】さて、このような本発明の構成を図5に示
した従来構成に付加したのが図2のブロック図に示す構
成である。以下、図2を参照して、さらに詳細に本発明
に係るマニピュレータ制御装置の動作を説明する。な
お、図5と同様の構成要素には同様の符号を付して、そ
の説明を省略する。
The configuration shown in the block diagram of FIG. 2 is obtained by adding the configuration of the present invention to the conventional configuration shown in FIG. Hereinafter, the operation of the manipulator control device according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. In addition, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0038】(1)まず、本発明の第1の構成を用いた
場合について説明する。
(1) First, the case where the first configuration of the present invention is used will be described.

【0039】マニピュレータによる作業を行う場合、ま
ず操作者が制御パラメータ設定手段31にて後に詳述す
る様々な制御パラメータを設定する。このようなパラメ
ータとしては、例えば、実験によって求められた値や操
作者の経験から得られた値などが用いられる。この制御
パラメータを用いて、具体的には以下のようにマニピュ
レータの制御が行われる。
When the manipulator is used for the work, the operator first sets various control parameters, which will be described later, in the control parameter setting means 31. As such a parameter, for example, a value obtained by an experiment or a value obtained from the experience of the operator is used. Using this control parameter, the manipulator is specifically controlled as follows.

【0040】マニピュレータのアーム部3の先端に取り
付けられた力検出手段4から得られた力及びモーメント
のうち少なくとも一方の検出値Fs は接触判定手段32
に入力される。接触判定手段32では、各制御サイクル
ごとに、検出値Fs と制御パラメータ設定手段31で予
め設定された力しきい値Fthとを比較する。そして、接
触判定手段32は、検出値Fs がmサイクル以上連続し
て力しきい値Fth以上となると、ツールが対象物に接触
したと判定し、接触検出信号を仮想ばね定数変更手段3
4に送信する。なお、この判定のためのサイクル数mは
制御パラメータ設定手段31で予め設定される。
The detection value Fs of at least one of the force and the moment obtained from the force detecting means 4 attached to the tip of the arm portion 3 of the manipulator is the contact determining means 32.
Entered in. The contact determination means 32 compares the detected value Fs with the force threshold Fth preset by the control parameter setting means 31 for each control cycle. Then, the contact determination means 32 determines that the tool has contacted the object when the detected value Fs continuously exceeds the force threshold Fth for m cycles or more, and determines the contact detection signal as the virtual spring constant changing means 3
Send to 4. The number of cycles m for this determination is preset by the control parameter setting means 31.

【0041】変更サイクル数計算手段33は、制御パラ
メータ設定手段31で予め設定された仮想ばね定数変更
時間Tw をマニピュレータの制御に用いるコンピュータ
等の能力によって決まる制御サイクル時間ΔTで分割し
て、仮想ばね定数を変更する際の変更サイクル数Nを求
める。
The change cycle number calculation means 33 divides the virtual spring constant change time Tw preset by the control parameter setting means 31 by the control cycle time ΔT determined by the ability of the computer or the like used for controlling the manipulator to calculate the virtual spring. The number N of change cycles when changing the constant is determined.

【0042】仮想ばね定数変更手段34は、接触判定手
段32から接触検出信号を受けとると、仮想ばね定数の
変更を開始する。このとき、仮想ばね定数変更手段34
は、制御パラメータ設定手段31で予め設定された最終
仮想ばね定数KHendと、仮想ばね定数現在値バッファ3
9に格納されている仮想ばね定数の現在値KH(cur)と、
変更サイクル数計算手段33によって得られた変更サイ
クル数Nとを用いて、1制御サイクル当たりの仮想ばね
定数の変更量を計算する。そして、各制御サイクルごと
にその制御サイクルにおける仮想ばね定数の初期値KH
(n)にその変更量を加えることにより次の制御サイクル
における仮想ばね定数KH(n+1)を求める。求められた次
サイクル時の仮想ばね定数KH(n+1)は、手先力可変ゲイ
ン演算手段5、指令力可変ゲイン演算手段8および位置
偏差トルク変換手段13に対して出力される。そして、
手先力可変ゲイン演算手段5、指令力可変ゲイン演算手
段8および位置偏差トルク変換手段13は、仮想ばね定
数変更手段34からの次サイクル時の仮想ばね定数KH
(n+1)に基づいてフィードバックのゲインを調整するこ
とにより、マニピュレータの仮想ばね定数を変更する。
Upon receipt of the contact detection signal from the contact determination means 32, the virtual spring constant changing means 34 starts changing the virtual spring constant. At this time, the virtual spring constant changing means 34
Is the final virtual spring constant KHend preset by the control parameter setting means 31 and the virtual spring constant current value buffer 3
The current value KH (cur) of the virtual spring constant stored in 9,
The change amount of the virtual spring constant per control cycle is calculated using the change cycle number N obtained by the change cycle number calculation means 33. Then, for each control cycle, the initial value KH of the virtual spring constant in that control cycle
The virtual spring constant KH (n + 1) in the next control cycle is obtained by adding the change amount to (n). The calculated virtual spring constant KH (n + 1) for the next cycle is output to the hand force variable gain calculating means 5, the command force variable gain calculating means 8 and the position deviation torque converting means 13. And
The hand force variable gain calculating means 5, the command force variable gain calculating means 8 and the position deviation torque converting means 13 are composed of the virtual spring constant KH from the virtual spring constant changing means 34 during the next cycle.
The virtual spring constant of the manipulator is changed by adjusting the feedback gain based on (n + 1).

【0043】このようにして、マニピュレータの仮想ば
ね定数が、接触判定時よりNサイクルかけて徐々に最終
仮想ばね定数KHendに変更される。
In this way, the virtual spring constant of the manipulator is gradually changed to the final virtual spring constant KHend over N cycles from the time of contact determination.

【0044】これらの構成によれば、接触の判定を高精
度で行うことができるため、制御モードの切換えを安定
して行うことができる。また、仮想ばね定数を徐々に変
えるので、制御モードの切換えを滑らかに行うことがで
きる。
According to these configurations, the contact can be determined with high accuracy, so that the control modes can be switched stably. Moreover, since the virtual spring constant is gradually changed, the control mode can be smoothly switched.

【0045】(2)次に、本発明の第2及び第3の構成
を用いた場合について説明する。
(2) Next, the case where the second and third configurations of the present invention are used will be described.

【0046】第2および第3の構成は、前述の第1の構
成に接近判定手段38と速度・加速度変更手段36を加
えたものである。
The second and third configurations are obtained by adding the approach determining means 38 and the speed / acceleration changing means 36 to the first configuration described above.

【0047】ツールと対象物との距離Sl はアーム部3
に取り付けられた距離センサによって検出される。検出
された距離Sl は接近判定手段38に入力される。接近
判定手段38では、制御パラメータ設定手段31で予め
設定された距離しきい値lと距離Sl とを比較し、距離
Sl が距離しきい値l以下となったときにツールが対象
物に接近したと判定して、接近検出信号を出力する。
The distance Sl between the tool and the object is the arm 3
It is detected by a distance sensor attached to the. The detected distance Sl is input to the approach determination means 38. In the approach determining means 38, the distance threshold 1 previously set by the control parameter setting means 31 is compared with the distance Sl, and when the distance Sl becomes equal to or less than the distance threshold 1, the tool approaches the object. Then, the approach detection signal is output.

【0048】第2の構成では、この接近検出信号は速度
・加速度変更手段36に入力される。接近検出信号を受
信すると、速度・加速度変更手段36はマニピュレータ
の速度・加速度設定値を所定の接近速度まで低下させ、
これによりマニピュレータを接触時にショックを生じな
い程度の速度まで減速させる。すなわち、速度・加速度
変更手段36は、接近検出信号を受信すると、プログラ
ムや教示等で与えられていた速度・加速度設定値を制御
パラメータ設定手段31で予め設定された減速パラメー
タx1で除して、新たな速度・加速度設定値として速度
設定部37に渡す。位置指令手段11では速度設定部3
7で新たに設定された速度・加速度設定値を位置指令値
に変換して、マニピュレータの制御に用いる。このとき
の、減速パラメータx1は、プログラムや教示によって
指定された速度とマニピュレータの特性によって決まる
接近速度とを考慮してユーザが予め設定する。
In the second configuration, this approach detection signal is input to the speed / acceleration changing means 36. Upon receiving the approach detection signal, the speed / acceleration changing means 36 lowers the speed / acceleration set value of the manipulator to a predetermined approach speed,
As a result, the manipulator is decelerated to a speed at which a shock does not occur at the time of contact. That is, when the speed / acceleration changing unit 36 receives the approach detection signal, the speed / acceleration changing unit 36 divides the speed / acceleration setting value given by the program or the teaching by the deceleration parameter x1 preset by the control parameter setting unit 31, It is passed to the speed setting unit 37 as a new speed / acceleration set value. In the position command means 11, the speed setting unit 3
The velocity / acceleration set values newly set in 7 are converted into position command values and used for controlling the manipulator. At this time, the deceleration parameter x1 is set in advance by the user in consideration of the speed designated by the program or the teaching and the approach speed determined by the characteristics of the manipulator.

【0049】このようにして、接近判定手段38で接近
状態と判定されると、マニピュレータは減速され、接触
するまで低速状態で移動する。その後、接触判定手段3
2によってツールが対象物に接触したと判定されると、
接触検出信号が速度・加速度変更手段36に送信され
る。接触検出信号を受けとった速度・加速度変更手段3
6は、マニピュレータの接近時の速度・加速度設定値に
予め設定された増速パラメータxを乗じて速度設定部3
7に渡し、マニピュレータの速度を作業時に必要な作業
速度にまで増速する。このようにして、マニピュレータ
を接触時には低速で緩やかに接触させ、作業時には作業
に必要な速度で移動させることができる。したがって、
接触時のツールのくい込みや力のオーバーシュートを防
ぐことができる。
In this way, when the approach determining means 38 determines that the manipulator is in the approaching state, the manipulator is decelerated and moves at a low speed until it comes into contact. After that, the contact determination means 3
When it is determined by 2 that the tool has contacted the object,
The contact detection signal is transmitted to the speed / acceleration changing means 36. Speed / acceleration changing means 3 that receives the contact detection signal
Reference numeral 6 denotes a speed setting unit 3 which multiplies a speed / acceleration set value when the manipulator approaches by a preset acceleration parameter x.
7, and the speed of the manipulator is increased to the working speed required for working. In this way, the manipulator can be gently contacted at a low speed at the time of contact, and can be moved at the speed required for the operation at the time of operation. Therefore,
It is possible to prevent biting of the tool and contact force overshoot.

【0050】また、第3の構成では、接近判定手段38
から発せられた接近検出信号は、速度・加速度変更手段
36だけでなく、仮想ばね定数変更手段34にも送信さ
れる。仮想ばね定数変更手段34は、接近検出信号を受
信すると、仮想ばね定数を予め制御パラメータ設定手段
31で設定された接触時仮想ばね定数KHiに変更する。
接触時仮想ばね定数KHiとしては、最終仮想ばね定数K
HENDに至るまでの中間的な値を、接触時に適切な値とし
て操作者が予め設定しておく。この接近時における仮想
ばね定数の変更は、前述した第1の構成の場合と同様に
徐々に行われるが、この際の仮想ばね定数変更時間は距
離しきい値lと適合するように操作者が設定する。この
仮想ばね定数変更時間を制御サイクル時間ΔTで分割し
て変更サイクル数を求め、接触時仮想ばね定数KHiを目
標値として前述した第1の構成の場合と同様に徐々に仮
想ばね定数の変更を行う。
Further, in the third configuration, the approach determining means 38
The approach detection signal emitted from the device is transmitted not only to the speed / acceleration changing means 36 but also to the virtual spring constant changing means 34. Upon receiving the approach detection signal, the virtual spring constant changing unit 34 changes the virtual spring constant to the contact-time virtual spring constant KHi set by the control parameter setting unit 31 in advance.
The virtual spring constant KHi at the time of contact is the final virtual spring constant K
The operator presets an intermediate value up to HEND as an appropriate value at the time of contact. The change of the virtual spring constant at the time of this approach is gradually performed as in the case of the above-described first configuration, but the operator changes the virtual spring constant change time at this time so as to match the distance threshold value l. Set. This virtual spring constant change time is divided by the control cycle time ΔT to obtain the number of change cycles, and the virtual spring constant KHi is gradually changed in the same manner as in the case of the above-described first configuration with the contact virtual spring constant KHi as the target value. To do.

【0051】そして、ツールが対象物に接触した後の仮
想ばね定数の変更は、接触時仮想ばね定数KHiを開始点
として、前述した第1の構成の場合と同様に行われる。
Then, the change of the virtual spring constant after the tool comes into contact with the object is carried out in the same manner as in the case of the above-described first structure, starting from the virtual spring constant at contact KHi.

【0052】このように、第3の構成によれば、マニピ
ュレータの仮想ばね定数を、ツールが対象物に接触する
前に、マニピュレータの仮想ばね定数をある程度まで最
終仮想ばね定数KHENDに近付けておくことにより、接触
判定後の仮想ばね定数の変更量を少なくすることができ
るので、仮想ばね定数の変更がさらに滑らかに行える。
As described above, according to the third configuration, the virtual spring constant of the manipulator is brought close to the final virtual spring constant KHEND to some extent before the tool contacts the object. As a result, the change amount of the virtual spring constant after the contact determination can be reduced, so that the change of the virtual spring constant can be performed more smoothly.

【0053】(3)次に、本発明の第4及び第5の構成
を用いた場合について説明する。
(3) Next, the case where the fourth and fifth configurations of the present invention are used will be described.

【0054】位置指令手段11は、プログラムや教示等
に基づいてマニピュレータの軌跡を表す一連の位置指令
値及びそれら位置指令値に対応した速度設定値をマニピ
ュレータに対して指令する。位置指令手段11はこのと
き、一連の位置指令値のうち、マニピュレータが対象物
に向かって移動する途中の、ある所定の位置からの速度
設定値を所定の接近速度に設定する。この接近速度は、
ツールが対象物に接触したときに力のオーバーシュート
やツールのくい込みが起こらない程度の速度であり、個
々のマニピュレータの特性によって異なる。従って、マ
ニピュレータは、対象物に向かって移動する時、途中の
ある所定の位置にくると接近速度まで減速されることに
なる。そして、接触判定手段32で接触と判定されるま
では、マニピュレータは、その接近速度で移動する。
The position command means 11 commands the manipulator based on a program, teaching, etc., to give a series of position command values representing the trajectory of the manipulator and speed set values corresponding to these position command values. At this time, the position command means 11 sets a speed set value from a certain predetermined position during the movement of the manipulator toward the target object to a predetermined approach speed among the series of position command values. This approach speed is
The speed is such that overshooting of force or biting of the tool does not occur when the tool contacts the object, and varies depending on the characteristics of each manipulator. Therefore, when the manipulator moves toward the target object, the manipulator is decelerated to the approach speed when it reaches a certain predetermined position on the way. Then, the manipulator moves at the approach speed until the contact determination unit 32 determines that the contact is made.

【0055】マニピュレータのアーム部3の先端に取り
付けられた力検出手段4から得られた検出値Fs は接触
判定手段32に入力される。接触判定手段32では、各
制御サイクルごとに、検出値Fs と制御パラメータ設定
手段31で予め設定された力しきい値Fthとを比較す
る。そして、接触判定手段32は、検出値Fs がmサイ
クル以上連続して力しきい値Fth以上となると、ツール
が対象物に接触したと判定し、接触検出信号を速度・加
速度変更手段36に送信する。
The detection value Fs obtained from the force detecting means 4 attached to the tip of the arm portion 3 of the manipulator is input to the contact determining means 32. The contact determination means 32 compares the detected value Fs with the force threshold Fth preset by the control parameter setting means 31 for each control cycle. Then, the contact determination means 32 determines that the tool has contacted the target object when the detected value Fs continuously exceeds the force threshold Fth for m cycles or more, and transmits a contact detection signal to the velocity / acceleration changing means 36. To do.

【0056】速度・加速度変更手段36は、接触検出信
号を受信すると、接近時の速度及び加速度に予め制御パ
ラメータ設定手段31で設定された増速パラメータxを
乗じて、新たな速度・加速度設定値として速度設定部3
7に渡す。このようにして、マニピュレータの速度が、
接近速度から予め設定された作業速度まで増速される。
これにより、ツールを対象物に対して緩やかに接触させ
ることができるので、ツールのくい込みや力のオーバー
シュートなどを防ぐことができる。
When the speed / acceleration changing means 36 receives the contact detection signal, the speed / acceleration at approaching is multiplied by the acceleration parameter x set in advance by the control parameter setting means 31 to obtain a new speed / acceleration set value. As speed setting unit 3
Pass to 7. In this way, the speed of the manipulator becomes
The speed is increased from the approach speed to a preset work speed.
As a result, the tool can be gently brought into contact with the object, so that it is possible to prevent the tool from being bitten in, overshoot of force, and the like.

【0057】第5の構成では、さらに離脱判定手段が設
けられている。この離脱判定手段は、前述の接触判定手
段と逆の動作を行う。すなわち、離脱判定手段は、力検
出手段4で検出された検出値Fs を離脱判定用の第2の
力しきい値と比較し、検出値Fs がm´サイクル以上連
続して前記第2の力しきい値以下となったときに、ツー
ルが対象物から離脱したと判定し、離脱検出信号を速度
・加速度変更手段36に送信する。この判定のためのサ
イクル数m´は接触判定の場合のmと同じ値でもよい。
In the fifth structure, a departure judging means is further provided. This separation determination means performs the opposite operation to the contact determination means described above. That is, the disengagement determination means compares the detected value Fs detected by the force detection means 4 with a second force threshold value for disengagement determination, and the detected value Fs continues for m ′ cycles or more to the second force. When it becomes less than or equal to the threshold value, it is determined that the tool has separated from the object, and a separation detection signal is transmitted to the speed / acceleration changing means 36. The number of cycles m ′ for this determination may be the same value as m for contact determination.

【0058】離脱検出信号を受信した速度・加速度変更
手段36は、作業時のマニピュレータの速度・加速度に
対して増速パラメータを乗じて新たな速度・加速度設定
値とし、その値を速度設定部37に渡す。この際の増速
パラメータは、制御パラメータ設定手段31で予め設定
される。この構成によれば、接触時の作業が終了する
と、ツールが対象物から高速な離脱速度で離脱すること
ができるため、全体的な作業サイクルを短縮できる。
The speed / acceleration changing means 36 that has received the departure detection signal multiplies the speed / acceleration of the manipulator at the time of work by the acceleration parameter to obtain a new speed / acceleration set value, and the value is set to the speed setting unit 37. Pass to. The acceleration parameter at this time is preset by the control parameter setting means 31. According to this configuration, when the work at the time of contact is completed, the tool can be separated from the object at a high separation speed, so that the entire work cycle can be shortened.

【0059】[0059]

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図3は、本発明に係るマニピュレータ制御装置を示すブ
ロック図である。図3に示した装置は、図2に示した構
成を具体化したものである。したがって、図3において
は、図2の部材に対応する部材には図2と同じ符号を付
している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing a manipulator control device according to the present invention. The apparatus shown in FIG. 3 embodies the configuration shown in FIG. Therefore, in FIG. 3, members corresponding to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals as those in FIG.

【0060】[第1実施例]図3を参照して本発明の第
1実施例について説明する。以下の説明では、まず、最
初にマニピュレータ制御装置全体のフィードバック制御
の流れを説明し、その後に具体的な仮想ばね定数の変更
機構について説明する。
[First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, first, the flow of feedback control of the entire manipulator control device will be described, and then a specific virtual spring constant changing mechanism will be described.

【0061】フィードバック制御の流れ 図3において6軸マニピュレータ1Aの手首部にはツー
ルが外部環境から受ける力またはモーメントあるいはそ
の両者(以下、力等と略す)を測定するための6軸力セ
ンサ4Aが装着されている。6軸力センサ4Aの検出値
Fs は安定性を増すために、必要な周波数帯域を越える
信号をカットする力出力フィルタリング演算手段41に
よりフィルタリングされる。例えば、力出力フィルタリ
ング演算手段41をローパスフィルタをして最も簡単な
一時遅れフィルタをした場合、入力h(s)と出力f
(s)が、 f(s)=1/(1+Tc ・s)・h(s) の関係を持つ演算を行う。ここでsはラプラス変換を示
し、Tc は時定数を示す。時定数Tc はカットしたい周
波数に応じて各成分ごとに任意に設定される。
[0061] Feedback control of the wrist portion of the flow diagram 3 6-axis manipulator 1A tools receives from the external environment forces or moments or both (hereinafter, abbreviated as a force, etc.) is a six-axis force sensor 4A to measure It is installed. The detected value Fs of the 6-axis force sensor 4A is filtered by the force output filtering calculation means 41 for cutting signals exceeding the required frequency band in order to increase stability. For example, when the force output filtering calculation means 41 is a low-pass filter and the simplest temporary delay filter, the input h (s) and the output f
(S) performs an operation having a relationship of f (s) = 1 / (1 + Tc.s) .h (s). Here, s indicates the Laplace transform, and Tc indicates the time constant. The time constant Tc is arbitrarily set for each component according to the frequency to be cut.

【0062】力出力フィルタリング演算手段41でフィ
ルタリングされたツール座標系での検出値Fs には、次
に、力ループと位置ループの分離度をよくするために、
手先力可変ゲイン演算手段5によりフィードバックゲイ
ンKffb が乗ぜられる。フィードバックゲインKffb は
例えば、仮想ばね定数KH と分離パラメータFBFCTを用
いて、 Kffb =FBFCT/(KH +FBFCT) として設定することができる。ここで、仮想ばね定数K
H は、力制御に重みがあるときは小さく、位置制御に重
みがあるときは大きくなるので、KH =0の完全な力制
御モードのときにはKffb =1となり100%力フィー
ドバックがかかる。そして、位置制御モードとなるに従
ってKH が大きくなるので、Kffb は小さくなり(<
1)、力フィードバックがかからなくなる。分離パラメ
ータFBFCTの大きさは仮想ばね定数KH とのかねあいで
必要に応じユーザが各成分ごとに任意に設定できる。
The detected value Fs in the tool coordinate system that has been filtered by the force output filtering calculation means 41 is, in order to improve the degree of separation between the force loop and the position loop,
The manual force variable gain calculation means 5 multiplies the feedback gain Kffb. The feedback gain Kffb can be set as, for example, Kffb = FBFCT / (KH + FBFCT) using the virtual spring constant KH and the separation parameter FBFCT. Where the virtual spring constant K
Since H is small when the force control has a weight and is large when the position control has a weight, it becomes Kffb = 1 and 100% force feedback is applied in the complete force control mode of KH = 0. Then, since KH increases as the position control mode is entered, Kffb decreases ((<
1), force feedback will not be applied. The size of the separation parameter FBFCT can be arbitrarily set by the user for each component as necessary, in consideration of the virtual spring constant KH.

【0063】ここで、仮想ばね定数KH の大きさを連続
的に変えれば、制御モード切換え時にショックを生ずる
ことなく滑らかに切換えることができる。
If the magnitude of the virtual spring constant KH is continuously changed, the control mode can be smoothly switched without causing a shock.

【0064】手先力可変ゲイン演算手段5からの出力は
次に、マニピュレータの現在の位置、姿勢より決まるヤ
コビ行列Jの転置行列JT を乗ずる出力トルク変換手段
6によりマニピュレータ各関節座標系での力等の値に変
換される。
The output from the hand force variable gain calculating means 5 is then output by the output torque converting means 6 which multiplies the transposed matrix J T of the Jacobian matrix J determined by the current position and orientation of the manipulator, in the joint coordinate system of the manipulator. Is converted to a value such as.

【0065】力指令手段7では、力等をツール座標系で
表わした力指令信号を送出する。
The force command means 7 sends out a force command signal in which a force or the like is expressed in the tool coordinate system.

【0066】力指令手段7からの力指令信号には力指令
フィルタリング演算手段71により力出力フィルタリン
グ演算手段41と同じ演算を施し低周波数成分のみを通
過させる。これは、力フィードバックの遅れと同様に指
令値も遅らせるためである。指令力可変ゲイン演算手段
8では、力指令フィルタリング演算手段71から送出さ
れる力指令信号に手先力可変ゲイン演算手段5と同様に
仮想ばね定数の大きさに応じた力フィードバックゲイン
を乗じ、ゲインを変える。これは、フィードバックの大
きさと指令値の大きさを同じにするためである。
The force command signal from the force command means 7 is subjected to the same operation as the force output filtering operation means 41 by the force command filtering operation means 71 so that only the low frequency component is passed. This is to delay the command value as well as the force feedback delay. The command force variable gain calculation means 8 multiplies the force command signal sent from the force command filtering calculation means 71 by a force feedback gain according to the magnitude of the virtual spring constant, similarly to the hand force variable gain calculation means 5, to obtain a gain. Change. This is to make the magnitude of the feedback equal to the magnitude of the command value.

【0067】指令トルク変換手段9では、転置ヤコビ行
列JT を用いて出力トルク変換手段6と同じ演算を行
い、指令力可変ゲイン演算手段8からの出力をマニピュ
レータ各関節座標系での指令値に変換する。
The command torque conversion means 9 performs the same calculation as the output torque conversion means 6 using the transposed Jacobian matrix J T , and outputs the output from the command force variable gain calculation means 8 to the command value in each joint coordinate system of the manipulator. Convert.

【0068】マニピュレータの各軸の位置の検出はモー
タ軸に取り付けられたエンコーダなどの位置検出手段1
0によりおこなわれる。
The position of each axis of the manipulator is detected by position detecting means 1 such as an encoder attached to the motor shaft.
It is performed by 0.

【0069】マニピュレータ各軸の指令位置は位置指令
手段11により送出される。
The command position of each axis of the manipulator is sent by the position command means 11.

【0070】位置検出手段10から出力される位置信号
と位置指令手段11から出力される指令位置との差とし
て求まる位置偏差は、位置偏差検出手段12により算出
される。
The position deviation detecting means 12 calculates the position deviation obtained as the difference between the position signal output from the position detecting means 10 and the commanded position output from the position commanding means 11.

【0071】本実施例では、仮想ばね定数を調節するこ
とで、力制御と位置制御の調整を行う。すなわち、仮想
ばね定数KH が大きいとき(したがって、コンプライア
ンスは小さい)は位置制御となり、仮想ばね定数KH が
小さいとき(コンプライアンスは大きい)は力制御とな
る。仮想的なばね定数KH はツール座標系で設定され
る。位置偏差トルク変換手段13は、ツール座標系で設
定された仮想ばね定数KH をマニピュレータの各軸座標
系での仮想的なばね定数Kθに変換し、位置偏差検出手
段12から出力される位置偏差信号にばね定数Kθを乗
じ、位置偏差に応じた力またはモーメントに変換する。
In this embodiment, the force control and the position control are adjusted by adjusting the virtual spring constant. That is, when the virtual spring constant KH is large (thus, the compliance is small), position control is performed, and when the virtual spring constant KH is small (the compliance is large), force control is performed. The virtual spring constant KH is set in the tool coordinate system. The position deviation torque converting means 13 converts the virtual spring constant KH set in the tool coordinate system into a virtual spring constant Kθ in each axis coordinate system of the manipulator, and outputs the position deviation signal from the position deviation detecting means 12. Is multiplied by a spring constant Kθ to be converted into a force or moment according to the position deviation.

【0072】速度検出手段14は、位置検出手段10か
ら得られる位置信号を微分演算することによりマニピュ
レータ各軸の速度を求める。
The velocity detecting means 14 obtains the velocity of each axis of the manipulator by differentiating the position signal obtained from the position detecting means 10.

【0073】速度トルク変換手段15は、ツール座標系
で設定された速度フィードバックゲインKvHをマニピュ
レータ各関節での速度フィードバックゲインに変換し、
これと速度検出手段14より出力される速度信号とを乗
じて、マニピュレータの速度に応じた力等に変換する。
The speed torque converting means 15 converts the speed feedback gain KvH set in the tool coordinate system into the speed feedback gain at each joint of the manipulator,
This is multiplied by the speed signal output from the speed detecting means 14 to convert into a force or the like according to the speed of the manipulator.

【0074】フィードバック補償演算手段16は、指令
トルク変換手段9より出力される力指令値と位置偏差ト
ルク変換手段13より出力される位置偏差に対応した力
指令値とを加算し、その加算値から出力トルク変換手段
6より出力される力検出値と速度トルク変換手段15よ
り出力される速度に応じた力検出値とを減算し、その偏
差に比例、積分などの演算処理を施しマニピュレータ各
軸の駆動手段への力等の指令値とする。
The feedback compensation calculation means 16 adds the force command value output from the command torque conversion means 9 and the force command value corresponding to the position deviation output from the position deviation torque conversion means 13, and from the added value. The force detection value output from the output torque converting means 6 and the force detection value corresponding to the speed output from the speed torque converting means 15 are subtracted, and arithmetic processing such as proportionality and integration is performed on the deviation thereof, and each axis of the manipulator is processed. It is a command value such as force to the driving means.

【0075】この制御系の演算式を示すと以下のように
なる。なお、以下では力とモーメントの両者を使用する
場合について説明する。
The arithmetic expression of this control system is shown below. In the following, the case of using both force and moment will be described.

【0076】今、マニピュレータを指令値に従って駆動
するのに必要な力とモーメントをFc (ツール座標系)
とすると、Fc は、力指令可変ゲイン演算手段8より出
力される力とモーメント指令Fi (ツール座標系)と、
目標位置Pi (ワールド座標系)とツールの現在位置P
o (ワールド座標系)との偏差Pi −Po (ツール座標
系)に仮想ばね定数KH (ツール座標系)をかけたもの
と、ツールの速度Vo(ツール座標系)に速度フィード
バックゲインKvH(ツール座標系)をかけたものとの和
となり、 Fc =Fi +KH (Pi −Po )+KvH・Vo ・・・(1) となる。ここでは慣性項は無視した。Fc をマニピュレ
ータ各軸のトルクτc に変換する。ここでマニピュレー
タのヤコビ行列をJとおくと、 τc =JT Fc =JT Fi +JT KH (Pi −Po )+JT KvH・Vo ・・・(2) ここで、T は転置行列を示す。また、マニピュレータ各
軸目標値θi 、マニピュレータ各軸現在値θo を用い
て、 Pi −Po =ΔP=JΔθ=J(θi −θo ) ・・・(3) Vo =J・ωo ・・・(4) と近似できる。ここで、ωo は、マニピュレータ各軸現
在値θo の時間微分値である。式(3) 及び(4) を(2) へ
代入すると τc =JT Fc =JT Fi +JT KH J・(θi −θo )+JT KvHJ・ωo ・・(5) となる。ここで、 τi =JT Fi Kθ=JT KH J Kv θ=JT KvHJ とおくと、 τc =τi +Kθ(θi −θo )+Kv θ・ωo ・・・ (6) となり、マニピュレータ各軸レベルの角度、各速度を用
いることができる。
Now, the force and moment required to drive the manipulator in accordance with the command value are Fc (tool coordinate system).
Then, Fc is the force output from the force command variable gain calculation means 8 and the moment command Fi (tool coordinate system),
Target position Pi (world coordinate system) and current position P of the tool
Deviation from o (world coordinate system) Pi-Po (tool coordinate system) multiplied by virtual spring constant KH (tool coordinate system) and tool speed Vo (tool coordinate system) speed feedback gain KvH (tool coordinate) (Fc) = Fi + KH (Pi-Po) + KvH.Vo (1) The inertia term is ignored here. Convert Fc to torque τc of each axis of the manipulator. Here, when placing the Jacobian matrix of the manipulator and J, τc = J T Fc = J T Fi + J T KH (Pi -Po) + J T KvH · Vo ··· (2) where, T is denotes the transpose matrix. Further, by using the target value θi of each axis of the manipulator and the current value θo of each axis of the manipulator, Pi −Po = ΔP = JΔθ = J (θi −θo) (3) Vo = J · ωo (4) Can be approximated by Here, ωo is a time differential value of the present value θo of each axis of the manipulator. The formula (3) and (4) (2) to Substituting τc = J T Fc = J T Fi + J T KH J · (θi -θo) + J T KvHJ · ωo ·· (5). Here, we put the τi = J T Fi Kθ = J T KH J Kv θ = J T KvHJ, τc = τi + Kθ (θi -θo) + Kv θ · ωo ··· (6) , and the manipulator axes level Angles and speeds can be used.

【0077】ただし、ここで、 τi :トルク指令値(マニピュレータ各軸レベル) Kθ :仮想ばね定数(マニピュレータ各軸レベル) Kv θ:速度フィードバックゲイン(マニピュレータ各
軸レベル) である。
Here, τi is a torque command value (level of each axis of the manipulator) Kθ: Virtual spring constant (level of each axis of the manipulator) Kv θ: Velocity feedback gain (level of each axis of the manipulator)

【0078】位置偏差トルク変換手段13では式(6) の
Kθ(θi −θo )の部分の演算を行い、速度トルク変
換手段15では式(6) のKv θ・ωo の部分の演算を行
っている。
The position deviation torque converting means 13 calculates the Kθ (θi−θo) portion of the equation (6), and the speed torque converting means 15 calculates the Kvθ · ωo portion of the equation (6). There is.

【0079】指令トルク変換手段9では指令力可変ゲイ
ン演算手段8の出力をFi として τi =JT Fi の演算を行っている。
In the command torque conversion means 9, the output of the command force variable gain calculation means 8 is Fi and the calculation of τi = J T Fi is performed.

【0080】出力トルク変換手段6では手先力可変ゲイ
ン演算手段5の出力をFo として τo =JT Fo の演算を行っている。
The output torque converting means 6 calculates τo = J T Fo with the output of the hand force variable gain calculating means 5 as Fo.

【0081】マニピュレータ各軸のサーボ系はトルクル
ープとなっており、フィードバック補償演算手段16
は、指令トルク変換、位置偏差トルク変換、速度トルク
変換の各手段の出力を用い、マニピュレータ各軸のトル
ク指令値τc を式(6) に従って、加減算演算を行って求
め、更に出力トルク変換手段6より得られるマニピュレ
ータ各関節の出力トルクτo がτc に一致するようにフ
ィードバック制御演算を行っている。フィードバック制
御演算では、比例ゲインKp 及び積分ゲインKIにより
比例・積分制御を行うことができる。更に必要に応じて
位相補償などを加えることも可能である。また、マニピ
ュレータの位置、姿勢に応じた重力トルク補償Cgも加
えることもできる。
The servo system of each axis of the manipulator is a torque loop, and the feedback compensation calculation means 16
Is a torque command value τc of each axis of the manipulator obtained by addition and subtraction calculation using the outputs of the command torque conversion, position deviation torque conversion, and speed torque conversion means, and the output torque conversion means 6 The feedback control calculation is performed so that the output torque τo of each joint of the manipulator obtained by the above becomes equal to τc. In the feedback control calculation, proportional / integral control can be performed by the proportional gain Kp and the integral gain KI. Furthermore, it is also possible to add phase compensation and the like if necessary. Also, gravity torque compensation Cg according to the position and orientation of the manipulator can be added.

【0082】フィードバック補償演算によって得られた
演算結果は、マニピュレータの駆動手段への力およびモ
ーメントの少なくとも一方の指令値となる。この指令値
は、駆動手段としてモータドライバ171とモータとを
用いる場合はモータの電流指令値としてモータ電流値に
換算して与えられる。モータは減速機を通してマニピュ
レータ各関節のアーム部を駆動し、最終的にマニピュレ
ータが所望の動きを行うことが可能となる。マニピュレ
ータが動いた結果の信号は位置検出手段および力検出手
段によって検出され、フィードバック信号として必要な
次の演算手段に入力され、繰り返し演算が行われる。
The calculation result obtained by the feedback compensation calculation becomes the command value of at least one of the force and the moment to the driving means of the manipulator. This command value is converted into a motor current value and given as a motor current command value when the motor driver 171 and the motor are used as the driving means. The motor drives the arm portion of each joint of the manipulator through the reduction gear, and finally the manipulator can perform a desired movement. The signal resulting from the movement of the manipulator is detected by the position detecting means and the force detecting means, and is input as a feedback signal to the next calculating means, which is repeatedly calculated.

【0083】このように、仮想ばね定数KH は、手先力
可変ゲイン演算手段5及び指令力可変ゲイン演算手段8
において、フィードバックゲインKffb の制御に用いら
れている(式(2) 参照)。また、仮想ばね定数KH は、
位置偏差トルク変換手段13において位置偏差をその位
置偏差に応じたトルク指令値に変換するときのばね定数
として用いられている。この仮想ばね定数KH を徐々に
変更していくことによりマニピュレータの剛性を変え、
位置制御モードと力制御モードの重みを任意に変えるこ
とができる。
As described above, the virtual spring constant KH is calculated by the hand force variable gain calculating means 5 and the command force variable gain calculating means 8
Is used to control the feedback gain Kffb in (1) (see equation (2)). Also, the virtual spring constant KH is
It is used as a spring constant when the position deviation torque converting means 13 converts the position deviation into a torque command value according to the position deviation. By gradually changing this virtual spring constant KH, the rigidity of the manipulator is changed,
The weights of the position control mode and the force control mode can be arbitrarily changed.

【0084】仮想ばね定数の変更 上述したようなフィードバック制御系において、本実施
例では以下に示すようにして、仮想ばね定数を変更し、
制御モードの切換えを行う。この仮想ばね定数の変更過
程が図4のフローチャートに示されている。
Change of Virtual Spring Constant In the feedback control system as described above, in this embodiment, the virtual spring constant is changed as follows.
Switch the control mode. The process of changing the virtual spring constant is shown in the flowchart of FIG.

【0085】まず、6軸力センサ4Aは、制御サイクル
ごとにツールが受ける力またはモーメントあるいはその
両者を検出し、検出値Fs を出力する。接触判定手段3
2は、6軸力センサ4Aより検出値Fs を受けとり(S
10)、検出値Fs と制御パラメータ設定手段31で予
め設定された力しきい値Fthとを以下に示す式(a) を用
いて制御サイクルごとに比較する(S12)。
First, the 6-axis force sensor 4A detects the force and / or the moment received by the tool for each control cycle, and outputs the detected value Fs. Contact determination means 3
2 receives the detection value Fs from the 6-axis force sensor 4A (S
10) The detected value Fs and the force threshold Fth preset by the control parameter setting means 31 are compared for each control cycle using the following equation (a) (S12).

【0086】 Fs ≧Fth ・・・(7) そして、接触判定手段32は、式(7) が成立するとカウ
ント値CNTを1つインクリメントし(S14)、成立
しないときはカウント値CNTをクリアする(S2
6)。従って、カウント値CNTは式(7) が連続して成
立しない場合には0にクリアされてしまう。
Fs ≧ Fth (7) Then, the contact determination means 32 increments the count value CNT by 1 when the expression (7) is satisfied (S14), and clears the count value CNT when not satisfied (S14). S2
6). Therefore, the count value CNT is cleared to 0 when the expression (7) is not continuously satisfied.

【0087】さらに、接触判定手段32では、カウント
値CNTを制御パラメータ設定手段31で予め設定され
た接触判定基準回数mと、式(8) を用いて比較する(S
16)。
Further, in the contact determination means 32, the count value CNT is compared with the contact determination reference number m preset by the control parameter setting means 31 using the equation (8) (S).
16).

【0088】 CNT≧m ・・・(8) そして、式(8) が成立すると、接触判定手段32は、ツ
ールが対象物に接触したと判定し、接触検出信号を発す
る。逆に、式(8) が成立しない場合は、位置制御モード
を継続すると判定し、接触検出信号は発しない。
CNT ≧ m (8) Then, when the equation (8) is satisfied, the contact determination means 32 determines that the tool has contacted the object, and issues a contact detection signal. On the contrary, when the expression (8) is not satisfied, it is determined that the position control mode is continued, and the contact detection signal is not issued.

【0089】なお、接触判定手段32で用いられるパラ
メータFth及びmは、ユーザが作業の前に制御パラメー
タ設定手段31によって設定するのであるが、この設定
の際には、力しきい値Fthについては対象面の硬さや接
触時の力のオーバーシュート等を考慮して設定する必要
があり、また、触判定基準回数mについては6軸力セン
サ4Aのノイズの程度や力しきい値Fthの大きさを考慮
して設定する必要がある。例えば、接触判定基準回数m
の設定においては、mが大きすぎると位置制御モードで
の接触時間が長くなるためツールのくい込みが起こりや
すくなり、逆にmが小さすぎるとセンサのノイズによる
誤判定が起こりやすくなる。したがって、設定の際に
は、それらのかねあいを考慮してmの値を決定する必要
がある。そのような設定値としては、例えば、実験等に
より求めた値や、ユーザの経験的知識から得られた値な
どを用いる。
The parameters Fth and m used in the contact determination means 32 are set by the user by the control parameter setting means 31 before the work. At this time, the force threshold Fth is set. It is necessary to set it in consideration of the hardness of the target surface, the overshoot of the force at the time of contact, and the like. Regarding the touch determination reference number m, the degree of noise of the 6-axis force sensor 4A and the magnitude of the force threshold Fth. It is necessary to set it in consideration. For example, the contact determination reference count m
In the setting of, if m is too large, the contact time in the position control mode becomes long, so that the tool is likely to bite, and conversely, if m is too small, erroneous determination due to sensor noise is likely to occur. Therefore, at the time of setting, it is necessary to determine the value of m in consideration of these trade-offs. As such a set value, for example, a value obtained by experiments or the like, a value obtained from empirical knowledge of the user, or the like is used.

【0090】式(8) が成立した場合、接触判定手段32
から出力された接触検出信号は、仮想ばね定数変更手段
34に入力される。仮想ばね定数変更手段34では、接
触検出信号を受けると、仮想ばね定数の変更を開始す
る。
When the equation (8) is satisfied, the contact determining means 32
The contact detection signal output from is input to the virtual spring constant changing means 34. When the contact detection signal is received, the virtual spring constant changing means 34 starts changing the virtual spring constant.

【0091】ここで、変更サイクル数計算手段33は、
制御パラメータ設定手段31で予め設定された仮想ばね
定数変更時間Tw とコンピュータの能力によって決まる
所定の制御サイクル時間ΔTとから、式(9) にしたがっ
て仮想ばね定数の変更を行う際の変更サイクル数Nを求
める(S18)。
Here, the change cycle number calculation means 33 is
From the virtual spring constant change time Tw preset by the control parameter setting means 31 and the predetermined control cycle time ΔT determined by the ability of the computer, the number N of change cycles when changing the virtual spring constant according to the equation (9). Is calculated (S18).

【0092】 N=Tw/ΔT ・・・(9) なお、このTw は、仮想ばね定数の変更の際にマニピュ
レータの動作にショック等が生じないように、適切な長
さにする。Tw の値は、例えば、実験やユーザの経験的
知識に基づいて設定する。
N = Tw / ΔT (9) It should be noted that this Tw is set to an appropriate length so that a shock or the like does not occur in the operation of the manipulator when the virtual spring constant is changed. The value of Tw is set based on, for example, an experiment or empirical knowledge of the user.

【0093】仮想ばね定数の変更開始時において、仮想
ばね定数変更手段34は、仮想ばね定数現在値バッファ
39から仮想ばね定数の現在値KH(cur)を読み出すとと
もに、その現在値KH(cur)と、予め制御パラメータ設定
手段31で設定された最終仮想ばね定数KHENDと、変更
サイクル数計算手段33で求められた変更サイクル数N
とにより、次式(10)を用いて1制御サイクル当たりの仮
想ばね定数変更量ΔKH を求める(S20)。
At the start of changing the virtual spring constant, the virtual spring constant changing means 34 reads the current value KH (cur) of the virtual spring constant from the virtual spring constant current value buffer 39, and at the same time outputs the current value KH (cur). , The final virtual spring constant KHEND set in advance by the control parameter setting means 31, and the change cycle number N obtained by the change cycle number calculation means 33.
By using the following equation (10), the virtual spring constant change amount ΔKH per control cycle is obtained (S20).

【0094】 ΔKH =(KHEND−KH(cur))/N ・・・(10) ここで、仮想ばね定数現在値バッファ39は位置偏差ト
ルク変換手段13から仮想ばね定数の現在値を検出して
いる。
ΔKH = (KHEND−KH (cur)) / N (10) Here, the virtual spring constant current value buffer 39 detects the current value of the virtual spring constant from the position deviation torque converting means 13. .

【0095】なお、最終仮想ばね定数KHENDは、例えば
グラインダなどのツールが対象物に接触して作業を行う
場合に最適な仮想ばね定数の値であり、この値は、ユー
ザが作業開始時に実験や経験的知識に基づいて設定す
る。例えば、グラインダによる研磨作業の場合ではKHE
ND=0(N/cm)などに設定する。
The final virtual spring constant KHEND is an optimum value of the virtual spring constant when a tool, such as a grinder, comes into contact with an object to perform the work. Set based on empirical knowledge. For example, in the case of grinding work with a grinder, KHE
Set it to ND = 0 (N / cm).

【0096】そして、各制御サイクルごとに、その制御
サイクルにおける仮想ばね定数の初期値K(n) と仮想ば
ね定数変更量ΔKH とから次式(11)を用いて次の制御サ
イクルにおける仮想ばね定数KH(n+1)を求める(S2
2)。
Then, for each control cycle, the virtual spring constant in the next control cycle is calculated from the initial value K (n) of the virtual spring constant in the control cycle and the virtual spring constant change amount ΔKH using the following equation (11). Calculate KH (n + 1) (S2
2).

【0097】 KH(n+1)=KH(n)+ΔKH ・・・(11) これを変更サイクル数であるN回だけ繰り返す。本実施
例では、このようにして、マニピュレータの仮想ばね定
数を最終仮想ばね定数KHENDまで、仮想ばね定数変更時
間Tw かけて徐々に変更する。
KH (n + 1) = KH (n) + ΔKH (11) This is repeated N times which is the number of change cycles. In this embodiment, in this way, the virtual spring constant of the manipulator is gradually changed to the final virtual spring constant KHEND over the virtual spring constant changing time Tw.

【0098】手先力可変ゲイン演算手段5、指令力可変
ゲイン演算手段8、及び位置偏差トルク変換手段13
は、各制御サイクルごとに次制御サイクルの仮想ばね定
数KH(n+1)に基づいてゲインを調整し、マニピュレータ
の制御を行う(S24)。
Hand force variable gain calculating means 5, command force variable gain calculating means 8, and position deviation torque converting means 13
Controls the manipulator by adjusting the gain for each control cycle based on the virtual spring constant KH (n + 1) of the next control cycle (S24).

【0099】このように本実施例によれば、接触判定の
信頼性が向上し、位置制御から力制御への制御モードの
切換えを安定して行うことができる。また、力しきい値
Fthが最適値ではなく多少大まかに設定された場合で
も、信頼性の高い接触判定が行える。さらに、制御モー
ドの切換えを仮想ばね定数の変更で行っているので、マ
ニピュレータの速度の突変がなく、制御モードの切換え
を滑らかに行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the reliability of contact judgment is improved, and the control mode can be switched from position control to force control in a stable manner. Further, even when the force threshold Fth is set to be a little rough rather than the optimum value, highly reliable contact determination can be performed. Furthermore, since the control mode is switched by changing the virtual spring constant, the speed of the manipulator does not change suddenly, and the control mode can be switched smoothly.

【0100】なお、ここでは、仮想ばね定数変更量ΔK
H として式(10)から求められた固定値を用いたが、別の
方法として、各制御サイクルごとに仮想ばね定数の現在
値を検出し、その現在値と最終仮想ばね定数とその制御
サイクルにおける変更サイクル数の残り回数とから仮想
ばね定数変更量を求める構成としても良い。
Here, the virtual spring constant change amount ΔK
The fixed value obtained from Eq. (10) was used as H, but as another method, the current value of the virtual spring constant is detected for each control cycle, and the current value and the final virtual spring constant and its control cycle The virtual spring constant change amount may be obtained from the remaining number of change cycles.

【0101】本実施例において、仮想ばね定数変更手段
36に、予め設定された位置指令値に基づいて仮想ばね
定数を変更する機能を付加し、ツールが対象物から離脱
する場合には位置指令値に基づいて仮想ばね定数を変更
することもできる。
In the present embodiment, the virtual spring constant changing means 36 is provided with a function of changing the virtual spring constant based on a preset position command value, and when the tool is separated from the object, the position command value is changed. It is also possible to change the virtual spring constant based on

【0102】この場合、例えば、ツールの接触作業時の
位置指令値の最終点をP(n) とした場合、ツールが一つ
前の通過点P(n-1) から最終点P(n) まで移動する間に
仮想ばね定数の変更を行う。このときの仮想ばね定数変
更時間Tw はツールの接触作業時の移動速度vを用い
て、次式(12)によって規定される。
In this case, for example, when the final point of the position command value during the contact work of the tool is P (n), the tool passes the previous passing point P (n-1) to the final point P (n). Change the virtual spring constant while moving to. The virtual spring constant changing time Tw at this time is defined by the following equation (12) using the moving speed v of the tool during the contact work.

【0103】 Tw =(P(n) −P(n-1) )/v ・・・(12) そして、仮想ばね定数変更手段34は、式(12)で求めら
れたTw を用いて変更サイクル数を求め、式(10)、(11)
に基づいて接触の場合と同様に仮想ばね定数を徐々に変
更する。ただし、この場合、力制御から位置制御へのモ
ード切り替えとなるので、仮想ばね定数は小さな値から
大きな値に変更する。このように離脱時においても仮想
ばね定数の変更によって制御モードを切換えることによ
り、仮想ばねが伸びきった状態から徐々に仮想ばねが縮
むように変更されるので、ツールを滑らかに対象物から
離脱させることができる。
Tw = (P (n) -P (n-1)) / v (12) Then, the virtual spring constant changing means 34 uses the Tw obtained by the equation (12) to change the cycle. Find the number and use equations (10) and (11)
Based on, the virtual spring constant is gradually changed as in the case of contact. However, in this case, since the mode control is switched from the force control to the position control, the virtual spring constant is changed from a small value to a large value. In this way, even when the tool is released, by changing the control mode by changing the virtual spring constant, the virtual spring is gradually contracted from the fully extended state, so that the tool can be smoothly released from the object. You can

【0104】なお、離脱時において、接触判定手段と反
対に検出値Fs が力しきい値Fthを下回る回数をカウン
トすることにより、ツールの離脱を判定し、離脱と判定
されたときから仮想ばね定数を変更するような構成にし
てもよい。
At the time of disengagement, the tool disengagement is determined by counting the number of times the detected value Fs falls below the force threshold Fth, contrary to the contact determination means, and the virtual spring constant is determined from the time of disengagement. May be changed.

【0105】[第2実施例]次に、本発明の第2実施例
について、図3に基づいて説明する。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0106】この第2実施例は、前述した第1実施例の
装置に、さらに距離センサ4Bと接近判定手段38と速
度・加速度変更手段36とを付加したものである。
In the second embodiment, the distance sensor 4B, the approach determining means 38, and the speed / acceleration changing means 36 are added to the apparatus of the first embodiment described above.

【0107】この第2実施例において、距離センサ4B
はマニピュレータのアーム部先端のツールの近傍に装着
されている。そして、作業開始前には、距離センサ4B
の計測原点とツール端とのゼロ点調整を行う。
In the second embodiment, the distance sensor 4B
Is attached near the tool at the tip of the arm of the manipulator. And before starting work, the distance sensor 4B
Adjust the zero point between the measurement origin and the tool end.

【0108】距離センサ4Bで検出されたツール端と対
象物との距離の検出値Sl は、接近判定手段38に入力
される。
The detected value Sl of the distance between the tool end and the object detected by the distance sensor 4B is input to the approach determining means 38.

【0109】接近判定手段38では、距離検出値Sl と
予め制御パラメータ設定手段31で設定された距離しき
い値lとを次式(13)で比較する。
The approach determination means 38 compares the distance detection value Sl with the distance threshold value l preset by the control parameter setting means 31 by the following equation (13).

【0110】 Sl ≦l ・・・(13) そして、接近判定手段38は上式(13)が成立すると、ツ
ールが対象物に対して接近状態となったと判定して、接
近検出信号を発する。接近検出信号は、速度・加速度変
更手段36及び仮想ばね定数変更手段34に入力され
る。以下、速度・加速度変更手段36と仮想ばね定数変
更手段34の動作を順に説明する。
Sl ≤ l (13) Then, when the above expression (13) is satisfied, the approach determining means 38 determines that the tool has approached the object and issues an approach detection signal. The approach detection signal is input to the speed / acceleration changing means 36 and the virtual spring constant changing means 34. Hereinafter, the operations of the speed / acceleration changing means 36 and the virtual spring constant changing means 34 will be described in order.

【0111】速度・加速度変更手段36は、接近検出信
号を受信すると、プログラムや教示等によって予め与え
られていたマニピュレータの速度設定値を、予め制御パ
ラメータ設定手段31で設定された減速パラメータx1
で除算することにより、所定の接近速度範囲まで減速変
更する。この減速パラメータx1は、ツールが対象物に
接触したときにオーバーシュートやくい込みがおこなら
いようにマニピュレータの速度を制御するためのもので
あり、接近状態になる前のマニピュレータの速度等を考
慮してユーザが適切な値を設定する。
When the speed / acceleration changing means 36 receives the approach detection signal, the speed setting value of the manipulator which has been given in advance by a program, teaching or the like is set to the deceleration parameter x1 set in advance by the control parameter setting means 31.
By dividing by, the deceleration is changed to a predetermined approach speed range. This deceleration parameter x1 is for controlling the speed of the manipulator so that overshooting or biting may occur when the tool contacts the target object. Considering the speed of the manipulator before approaching, etc. The user sets the appropriate value.

【0112】速度・加速度変更手段36で変更された速
度設定値は、位置指令手段11内の速度設定部37にお
いて新たな速度設定値として設定される。位置指令手段
11は、速度設定手段37で設定された新たな速度設定
値に対して積分演算を行うことにより新たな位置指令値
を生成し、その位置指令値は位置指令手段11内の位置
指令部より出力される。そして、この位置指令値をもと
にマニピュレータの移動が制御される。
The speed setting value changed by the speed / acceleration changing means 36 is set as a new speed setting value in the speed setting section 37 in the position command means 11. The position command means 11 generates a new position command value by performing an integral operation on the new speed set value set by the speed setting means 37, and the position command value is the position command in the position command means 11. Output from the department. The movement of the manipulator is controlled based on this position command value.

【0113】このようにして、接近判定手段38で接近
状態と判定されると、マニピュレータは減速され、以後
ツールが対象物に接触するまでは低速状態で移動する。
In this way, when the approach determining means 38 determines that the manipulator is in the approaching state, the manipulator is decelerated, and thereafter, the manipulator moves at a low speed until the tool contacts the object.

【0114】そして、接触判定手段32でツールが対象
物に接触したと判定されると、接触判定手段32より速
度・加速度変更手段36に対して接触検出信号が送信さ
れる。 速度・加速度変更手段36は、接触検出信号を
受信すると、マニピュレータの接近状態時の速度設定値
に、予め制御パラメータ設定手段31で設定された増速
パラメータxを乗じて、所定の作業速度まで増速変更す
る。速度・加速度変更手段36で変更された速度設定値
は、新たな速度設定値として位置指令手段11内の速度
設定部37に渡される。そして、位置指令手段11は、
この速度設定値から位置指令値を生成する。この位置指
令値に基づいてマニピュレータの移動が制御される。な
お、このとき同時にマニピュレータの加速度aも増速パ
ラメータxを用いて上昇させてもよい。これは、例え
ば、加速度aに対してx2 を乗ずることによって行う。
When the contact determining means 32 determines that the tool has contacted the object, the contact determining means 32 transmits a contact detection signal to the speed / acceleration changing means 36. Upon receiving the contact detection signal, the speed / acceleration changing means 36 multiplies the speed set value when the manipulator is in the approaching state by the speed increasing parameter x set in advance by the control parameter setting means 31 to increase the speed to a predetermined work speed. Change speed. The speed setting value changed by the speed / acceleration changing unit 36 is passed to the speed setting unit 37 in the position command unit 11 as a new speed setting value. Then, the position command means 11
A position command value is generated from this speed setting value. The movement of the manipulator is controlled based on this position command value. At this time, the acceleration a of the manipulator may be simultaneously increased by using the acceleration parameter x. This is done, for example, by multiplying the acceleration a by x 2 .

【0115】このようにして、接触判定後はマニピュレ
ータの速度が、接触時の作業に適した速度まで加速され
る。
In this way, after the contact judgment, the speed of the manipulator is accelerated to a speed suitable for the work at the time of contact.

【0116】一方、仮想ばね定数変更手段34は、接近
検出信号を受信すると、制御パラメータ設定手段31で
予め設定された接触時仮想ばね定数KHiを目標値として
仮想ばね定数を変更を開始する。この接触時仮想ばね定
数KHiは、位置制御モード時の仮想ばね定数と最終仮想
ばね定数KHENDの中間の適切な値をユーザが予め設定し
ておく。この接近状態時の仮想ばね定数の変更では、ツ
ールが対象物に接触するときに、マニピュレータの仮想
ばね定数が接触時仮想ばね定数KHiになっているように
仮想ばね定数を変更する。すなわち、ツールが接近状態
となったときから対象物に接触するまでの間に、第1実
施例の場合と同様に式(9) 、(10)、(11)に従って仮想ば
ね定数の変更を行う。ただし、この場合、接触時にマニ
ピュレータの仮想ばね定数が接触時仮想ばね定数KHiに
なっているためには、仮想ばね定数変更時間Tw が距離
しきい値lと接近状態時のマニピュレータの速度及び加
速度とに基づいて決定される必要がある。この仮想ばね
定数変更時間Tw は、例えば、制御部において距離しき
い値lと接近状態時のマニピュレータの速度及び加速度
とから演算によって求めてもよいし、予めユーザが制御
パラメータ設定手段31で適切な値に設定しておいても
よい。
On the other hand, when the virtual spring constant changing means 34 receives the approach detection signal, it starts changing the virtual spring constant with the contact virtual spring constant KHi preset by the control parameter setting means 31 as the target value. The contact virtual spring constant KHi is set in advance by the user to an appropriate value between the virtual spring constant in the position control mode and the final virtual spring constant KHEND. In the change of the virtual spring constant in the approaching state, when the tool contacts the object, the virtual spring constant of the manipulator is changed to the contact virtual spring constant KHi. That is, the virtual spring constant is changed according to the equations (9), (10) and (11) in the same manner as in the first embodiment between the time when the tool is in the approaching state and the time when the tool comes into contact with the object. . However, in this case, since the virtual spring constant of the manipulator at the time of contact is the virtual spring constant KHi at the time of contact, the virtual spring constant change time Tw is equal to the distance threshold l and the speed and acceleration of the manipulator at the time of approach. Needs to be decided based on This virtual spring constant change time Tw may be obtained by calculation from the distance threshold value 1 and the speed and acceleration of the manipulator in the approaching state in the control unit, or may be set in advance by the user using the control parameter setting means 31. It may be set to a value.

【0117】このようにして、接近中に仮想ばね定数が
KHiまで変更される。これにより、マニピュレータの仮
想ばね定数がKHiの状態でツールが対象物に接触するこ
とになる。接触後の仮想ばね定数の変更は、第1実施例
と同様に行う。
In this way, the virtual spring constant is changed to KHi during the approach. As a result, the tool comes into contact with the object while the virtual spring constant of the manipulator is KHi. The virtual spring constant after contact is changed in the same manner as in the first embodiment.

【0118】このように、本実施例によれば、ツールが
対象物に対して接触する時にはマニピュレータの速度が
低速になっており、また仮想ばね定数がある程度小さく
なっているので、接触時のマニピュレータへの衝撃や力
のオーバーシュート、及び接触時におけるツールのくい
込みを防ぐことができる。また、接触時に仮想ばね定数
がある程度まで最終仮想ばね定数KHENDに近付いている
ので、接触後の仮想ばね定数の変更量が少なくでき、接
触後の仮想ばね定数の変更時間を短縮することができ
る。
As described above, according to this embodiment, the speed of the manipulator is low when the tool contacts the object, and the virtual spring constant is small to some extent. It is possible to prevent impact and force overshoot on the tool and biting of the tool at the time of contact. In addition, since the virtual spring constant is close to the final virtual spring constant KHEND at the time of contact, the change amount of the virtual spring constant after contact can be reduced and the change time of the virtual spring constant after contact can be shortened.

【0119】また、本実施例における接近判定手段を用
いた別の制御方法として、着地点付近に教示した通過
点、ツール端位置データ、及びパラメータ設定手段で予
め設定しておいた接近速度などを用いて、ツール端位置
と着地点の間の位置指令値を作り直し、マニピュレータ
を新たな位置指令値で接近させてもよい。
Further, as another control method using the approach determining means in the present embodiment, the passing point taught near the landing point, the tool end position data, the approach speed preset by the parameter setting means, and the like are set. It may be used to recreate the position command value between the tool end position and the landing point, and bring the manipulator closer to the new position command value.

【0120】なお、本実施例においては、速度・加速度
変更手段36は、接近または接触と判定されると同時に
速度及び加速度の変更を開始したが、これに限らず、例
えば、予めプログラムや教示等で設定されたマニピュレ
ータの通過点のうち、接近判定の直後及び接触判定の直
後のそれぞれの通過点から速度及び加速度の変更を開始
する構成にしてもよい。この場合は、最初に設定された
通過点に応じて速度及び加速度を変えていくことができ
るので、通過点と通過点との途中で変更を開始する場合
のようにマニピュレータの軌跡を作り直す必要がない。
In the present embodiment, the speed / acceleration changing means 36 starts changing the speed and acceleration at the same time when it is determined that they are approaching or touching, but the invention is not limited to this. Among the passing points of the manipulator set in, the change of the velocity and the acceleration may be started from each passing point immediately after the approach determination and immediately after the contact determination. In this case, since the velocity and acceleration can be changed according to the passing point set first, it is necessary to recreate the trajectory of the manipulator as in the case of starting the change between passing points. Absent.

【0121】[第3実施例]本発明の第3実施例を、図
3を参照して説明する。
[Third Embodiment] A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0122】位置指令手段11は、プログラムや教示等
に基づいてマニピュレータの軌跡を表す一連の位置指令
値、及びそれら位置指令値に対応した速度設定値をマニ
ピュレータに対して指令する。また、位置指令手段11
は、一連の位置指令値のうち、マニピュレータが対象物
に向かって移動する途中の、ある所定の位置からの速度
設定値を所定の接近速度に設定する。この接近速度は、
ツールが対象物に接触したときに力のオーバーシュート
やツールのくい込みが起こらない程度の速度である。接
近速度の値はマニピュレータの特性や行う作業の種類に
よって異なる。従って、マニピュレータは、対象物に向
かって移動する時、途中のある所定の位置にくると接近
速度まで減速されることになる。そして、接触判定手段
32で接触と判定されるまでは、マニピュレータは、そ
の接近速度で移動する。このとき、マニピュレータは位
置制御により、その接近速度でゆっくりと対象物に近付
いていく。
The position command means 11 commands the manipulator based on a program, teaching, etc., to output a series of position command values representing the trajectory of the manipulator and speed set values corresponding to these position command values. Further, the position command means 11
Among the series of position command values, the manipulator sets a speed set value from a predetermined position on the way to the object to a predetermined approach speed. This approach speed is
The speed is such that overshoot of force and biting of the tool do not occur when the tool contacts the object. The value of the approach speed depends on the characteristics of the manipulator and the type of work to be performed. Therefore, when the manipulator moves toward the target object, the manipulator is decelerated to the approach speed when it reaches a certain predetermined position on the way. Then, the manipulator moves at the approach speed until the contact determination unit 32 determines that the contact is made. At this time, the manipulator slowly approaches the object at the approaching speed by position control.

【0123】この時、常時各サイクルごとに、6軸力セ
ンサ4Aによりツール部に作用する力等の検出値Fs が
検出され、その検出値Fs が接触判定手段32において
力しきい値Fthと上式(7) で比較される。以下、接触判
定手段32は、第1実施例と同様にしてツールの接触判
定を行う。そして、ツールが対象物に接触したと判定す
ると、接触判定手段32は、接触検出信号を速度・加速
度変更手段36に送信する。
At this time, the detected value Fs of the force acting on the tool portion is always detected by the 6-axis force sensor 4A every cycle, and the detected value Fs is higher than the force threshold Fth in the contact determination means 32. It is compared in equation (7). Hereinafter, the contact determination means 32 determines the contact of the tool in the same manner as in the first embodiment. When it is determined that the tool has contacted the object, the contact determination means 32 transmits a contact detection signal to the speed / acceleration changing means 36.

【0124】速度・加速度変更手段36は、接触検出信
号を受信すると、マニピュレータの速度を作業時に必要
な速度まで上昇させる。すなわち、速度・加速度変更手
段36は、マニピュレータの接近速度に予め制御パラメ
ータ設定手段31で設定された増速パラメータxを乗じ
て、所定の作業速度まで速度設定値を増速変更する。こ
の増速パラメータxは、マニピュレータの接近速度と作
業速度とを考慮して、ユーザが設定する。
Upon receiving the contact detection signal, the speed / acceleration changing means 36 increases the speed of the manipulator to the speed required for the work. That is, the speed / acceleration changing means 36 multiplies the approach speed of the manipulator by the speed increasing parameter x set in advance by the control parameter setting means 31 to speed up and change the speed set value to a predetermined work speed. The acceleration parameter x is set by the user in consideration of the approach speed of the manipulator and the working speed.

【0125】速度・加速度変更手段36で変更された速
度設定値は、新たな速度設定値として位置指令手段11
内の速度設定部37に渡される。そして、位置指令手段
11は、この速度設定値から位置指令値を生成する。こ
の位置指令値に基づいてマニピュレータの移動が制御さ
れる。なお、このとき同時にマニピュレータの加速度a
も増速パラメータxを用いて上昇させてもよい。これ
は、例えば、加速度aに対してx2 を乗ずることによっ
て行う。
The speed setting value changed by the speed / acceleration changing means 36 is used as a new speed setting value in the position command means 11
It is passed to the speed setting unit 37 inside. Then, the position command means 11 generates a position command value from this speed set value. The movement of the manipulator is controlled based on this position command value. At this time, at the same time, the manipulator acceleration a
May be increased by using the acceleration parameter x. This is done, for example, by multiplying the acceleration a by x 2 .

【0126】このようにして、マニピュレータは対象物
に接触すると所望の作業速度で作業を行うことができ
る。
In this way, the manipulator can perform work at a desired work speed when it comes into contact with the object.

【0127】本実施例では、さらに作業が終了してツー
ルが対象物から離脱する際においてもマニピュレータの
速度制御を行う。この速度制御は以下のようにして行わ
れる。 この場合、接触判定手段32における判定式を
式(7) の代わりに次式(14)を用いることにより、接触判
定手段32を離脱判定手段として用いる。
In this embodiment, the speed of the manipulator is controlled even when the tool is separated from the object after the work is completed. This speed control is performed as follows. In this case, the contact determination means 32 is used as the separation determination means by using the following expression (14) instead of the expression (7) as the determination expression in the contact determination means 32.

【0128】 Fs ≦Fth´ ・・・(14) ここで、Fs は6軸力センサ4Aから得られた検出値で
あり、Fth´は離脱判定のための力しきい値である。な
お、Fth´としては接触判定のときの力しきい値Fthと
同じ値を用いてもよい。
Fs ≦ Fth ′ (14) Here, Fs is a detection value obtained from the 6-axis force sensor 4A, and Fth ′ is a force threshold value for determination of separation. As Fth ', the same value as the force threshold Fth at the time of contact determination may be used.

【0129】そして、制御サイクルごとに上式(14)の判
定を行い、上式(14)がm´制御サイクル以上連続して成
立した場合にツールが対象物から離脱したと判定し、速
度・加速度変更手段36に対し離脱検出信号を送信す
る。ここで、m´は予め制御パラメータ設定手段31で
ユーザが設定するものであり、第1実施例で接触判定の
際に用いたmと同じ値でもよい。
Then, the above equation (14) is determined for each control cycle, and when the above equation (14) is continuously satisfied for m ′ control cycles or more, it is determined that the tool has separated from the object, A departure detection signal is transmitted to the acceleration changing means 36. Here, m ′ is set by the user in advance by the control parameter setting means 31, and may be the same value as m used in the contact determination in the first embodiment.

【0130】速度・加速度変更手段36は、離脱検出信
号を受信すると、マニピュレータの作業時の速度設定値
に、予め制御パラメータ設定手段31で設定された増速
パラメータx´を乗じて増速変更する。速度・加速度変
更手段36で変更された速度設定値は、新たな速度設定
値として位置指令手段11内の速度設定部37に渡され
る。そして、位置指令手段11は、この速度設定値から
位置指令値を生成する。この位置指令値に基づいてマニ
ピュレータの移動が制御される。なお、このとき同時に
マニピュレータの加速度aも増速パラメータx´を用い
て上昇させてもよい。これは、例えば、加速度aに対し
てx´2 を乗ずることによって行う。
When the speed / acceleration changing means 36 receives the departure detection signal, the speed / acceleration changing means 36 multiplies the speed set value during the operation of the manipulator by the speed increasing parameter x'preset by the control parameter setting means 31 to change the speed. . The speed setting value changed by the speed / acceleration changing unit 36 is passed to the speed setting unit 37 in the position command unit 11 as a new speed setting value. Then, the position command means 11 generates a position command value from this speed set value. The movement of the manipulator is controlled based on this position command value. At this time, the acceleration a of the manipulator may be simultaneously increased by using the acceleration parameter x ′. This is carried out, for example, by multiplying the x'2 against acceleration a.

【0131】このように、本実施例によれば、所定の作
業速度を満足しつつ接触時のマニピュレータの速度を小
さくできるので、ツールを対象物に対して緩やかに接触
させることができ、ツールのくい込みや力のオーバーシ
ュートなどを防ぐことができる。また、ツールの離脱が
検出されると同時にマニピュレータの速度を増速するこ
とにより、マニピュレータの一連の作業サイクルを短縮
することができる。
As described above, according to this embodiment, the speed of the manipulator at the time of contact can be reduced while satisfying the predetermined work speed, so that the tool can be gently contacted with the object, and the tool It is possible to prevent bite and overshoot of force. Further, by increasing the speed of the manipulator at the same time when the tool detachment is detected, the series of work cycles of the manipulator can be shortened.

【0132】なお、本実施例では、速度・加速度変更手
段36によるマニピュレータの速度及び加速度の変更
は、接触判定手段32によって接触と判定されると同時
に開始されたが、これに限らず、例えば、第2実施例の
場合と同様に、予めプログラムや教示等で設定されたマ
ニピュレータの通過点のうち、接近判定の直後及び接触
判定の直後のそれぞれの通過点から速度及び加速度の変
更を開始する構成にしてもよい。好ましくは、対象面の
やや内側に着地後最初に通過する通過点を設けることに
よって、制御モード切り換え後、素早く速度・加速度の
変更ができ、種々の作業において作業速度を満足するこ
とができる。この場合は、最初に設定された通過点に応
じて速度及び加速度を変えていくことができるので、通
過点と通過点との途中で変更を開始する場合のようにマ
ニピュレータの軌跡を作り直す必要がない。
In the present embodiment, the change of the speed and acceleration of the manipulator by the speed / acceleration changing means 36 is started at the same time when the contact judging means 32 judges that the contact is made, but not limited to this, for example, Similar to the case of the second embodiment, of the manipulator passing points set in advance by a program, teaching, etc., the change of the velocity and the acceleration is started from the respective passing points immediately after the approach determination and immediately after the contact determination. You may Preferably, by providing a passing point which passes first after landing on a slightly inner side of the target surface, the speed / acceleration can be quickly changed after switching the control mode, and the working speed can be satisfied in various works. In this case, since the velocity and acceleration can be changed according to the passing point set first, it is necessary to recreate the trajectory of the manipulator as in the case of starting the change between passing points. Absent.

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

【図1】本発明の原理構成図である。FIG. 1 is a principle configuration diagram of the present invention.

【図2】本発明に係るマニピュレータ制御装置の構成を
示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a manipulator control device according to the present invention.

【図3】本発明の実施例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例における処理過程を示すフロー
チャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a processing process in an embodiment of the present invention.

【図5】従来のマニピュレータ制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional manipulator control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 力検出手段 B 接触判定手段 C 変更サイクル数計算手段 D 仮想ばね定数変更手段 E マニピュレータ F 接近判定手段 G 速度・加速度変更手段 A force detection means B contact determination means C change cycle number calculation means D virtual spring constant change means E manipulator F approach determination means G speed / acceleration change means

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ツールを対象物に接触させて所望の作業
を行うマニピュレータを制御するマニピュレータ制御装
置であって、 各制御サイクルごとに前記ツールが外部環境から受ける
力及びモーメントのうち少なくとも一方を検出する力検
出手段と、 各制御サイクルごとに前記力検出手段の検出値を力しき
い値と比較し、前記検出値が予め指定された制御サイク
ル数以上連続して前記力しきい値以上となった場合に前
記ツールが対象物に接触した判定する接触判定手段と、 予め指定された仮想ばね定数変更時間と所定の制御サイ
クル時間とに基づいて、マニピュレータの仮想ばね定数
を変更するときの変更サイクル数を算出する変更サイク
ル数計算手段と、 前記接触判定手段によって接触と判定された時点から、
マニピュレータの仮想ばね定数を予め指定された最終仮
想ばね定数に前記変更サイクル数で変更する仮想ばね定
数変更手段と、 を含むことを特徴とするマニピュレータ制御装置。
1. A manipulator control device for controlling a manipulator for performing a desired work by bringing a tool into contact with an object, wherein at least one of a force and a moment received by the tool from an external environment is detected in each control cycle. Force detecting means for comparing the detected value of the force detecting means with a force threshold value for each control cycle, and the detected value is continuously equal to or more than the force threshold value for a predetermined number of control cycles or more. Contact determination means for determining that the tool has contacted the object in the case of, and a change cycle when changing the virtual spring constant of the manipulator based on a preset virtual spring constant change time and a predetermined control cycle time. Change cycle number calculation means for calculating the number, from the point of time determined to be contact by the contact determination means,
A manipulator control device comprising: a virtual spring constant changing unit that changes the virtual spring constant of the manipulator to a predetermined final virtual spring constant at the number of change cycles.
【請求項2】 請求項1記載のマニピュレータ制御装置
であって、 さらに、前記ツールと前記対象物との距離を検出する距
離検出手段と、 検出された距離と予め指定された距離しきい値とを比較
し、前記距離が前記距離しきい値以下になったときに接
近状態と判定する接近判定手段と、 前記接近判定手段及び接触判定手段のうち少なくとも一
方の判定結果に基づいてマニピュレータの速度及び加速
度を変更する速度・加速度変更手段と、 を含み、 前記速度・加速度変更手段は、前記接近判定手段により
接近状態と判定されるとマニピュレータの速度を所定の
接近速度に変更し、前記接触判定手段により接触と判定
されるとマニピュレータの速度を所定の作業速度に変更
することを特徴とするマニピュレータ制御装置。
2. The manipulator control device according to claim 1, further comprising: distance detecting means for detecting a distance between the tool and the object, the detected distance and a distance threshold specified in advance. Comparing, the approach determination means for determining the approach state when the distance is equal to or less than the distance threshold, the speed of the manipulator based on the determination result of at least one of the approach determination means and the contact determination means and Speed / acceleration changing means for changing the acceleration, wherein the speed / acceleration changing means changes the speed of the manipulator to a predetermined approach speed when the approach judging means judges the approaching state, and the contact judging means. A manipulator control device, characterized in that the speed of the manipulator is changed to a predetermined work speed when the contact is determined by the.
【請求項3】 請求項2記載のマニピュレータ制御装置
において、 前記仮想ばね定数変更手段は、前記接近判定手段により
接近状態と判定された時点から前記接触判定手段により
接触と判定されるまでの間に、マニピュレータの仮想ば
ね定数を予め指定された接触時仮想ばね定数に変更する
ことを特徴とするマニピュレータ制御装置。
3. The manipulator control device according to claim 2, wherein the virtual spring constant changing unit is between a time point when the approach determining unit determines that the state is approaching and a time period when the contact determining unit determines that the state is a contact state. , A manipulator control device, characterized in that the virtual spring constant of the manipulator is changed to a virtual spring constant at the time of contact designated in advance.
【請求項4】 ツールを対象物に接触させて所望の作業
を行うマニピュレータを制御する装置であって、 マニピュレータの軌跡を表す一連の位置指令値及びその
位置指令値に対応した速度設定値を出力するとともに、
前記一連の位置指令値のうち所定の位置指令値以降は前
記位置指令値に対応した速度設定値として所定の接近速
度を出力する位置指令手段と、 各制御サイクルごとに前記ツールが外部環境から受ける
力及びモーメントのうち少なくとも一方を検出する力検
出手段と、 各制御サイクルごとに前記力検出手段の検出値を予め指
定された力しきい値と比較し、前記検出値が予め指定さ
れた制御サイクル数以上連続して前記力しきい値以上と
なったときに前記ツールが対象物に接触した判定する接
触判定手段と、 前記接触判定手段の判定結果に基づいてマニピュレータ
の速度及び加速度を変更する速度・加速度変更手段と、 を含み、 前記速度・加速度変更手段は、前記接触判定手段でツー
ルが対象物に接触したと判定されるとマニピュレータの
速度を予め指定された作業速度に変更することを特徴と
するマニピュレータ制御装置。
4. A device for controlling a manipulator which brings a tool into contact with an object to perform a desired work, and outputs a series of position command values representing a trajectory of the manipulator and speed set values corresponding to the position command values. Along with
After a predetermined position command value among the series of position command values, position command means for outputting a predetermined approach speed as a speed set value corresponding to the position command value, and the tool receives from the external environment for each control cycle. A force detection means for detecting at least one of a force and a moment, and a control cycle in which the detection value of the force detection means is compared with a preset force threshold value for each control cycle, and the detection value is designated in advance. A number of consecutive contact determination means for determining that the tool has contacted the object when the force threshold value is exceeded or more, and a speed for changing the speed and acceleration of the manipulator based on the determination result of the contact determination means. And an acceleration changing unit, wherein the speed / acceleration changing unit determines the speed of the manipulator when the contact determining unit determines that the tool has contacted the object. Manipulator control apparatus characterized by changing the pre-specified work rate.
【請求項5】 請求項4記載のマニピュレータ制御装置
であって、 さらに、各制御サイクルごとに前記力検出手段の検出値
を予め指定された第2の力しきい値と比較し、前記検出
値が予め指定された制御サイクル数以上連続して前記第
2の力しきい値以下となったときに、ツールが対象物か
ら離脱したと判定する離脱判定手段を含み、 前記速度・加速度変更手段は、さらに、前記離脱判定手
段でツールが対象物から離脱したと判定されると、マニ
ピュレータの速度を所定の離脱速度まで上昇させること
を特徴とするマニピュレータ制御装置。
5. The manipulator control device according to claim 4, further comprising: comparing a detection value of the force detection means with a second force threshold designated in advance for each control cycle, and detecting the detection value. Includes a detachment determination unit that determines that the tool has detached from the object when is continuously less than or equal to the second force threshold value for a predetermined number of control cycles or more, and the speed / acceleration changing unit includes The manipulator control device further increases the speed of the manipulator to a predetermined separation speed when the separation determination means determines that the tool has separated from the object.
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