JPH07205068A - Coordinate system setting method of robot - Google Patents

Coordinate system setting method of robot

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Publication number
JPH07205068A
JPH07205068A JP35402193A JP35402193A JPH07205068A JP H07205068 A JPH07205068 A JP H07205068A JP 35402193 A JP35402193 A JP 35402193A JP 35402193 A JP35402193 A JP 35402193A JP H07205068 A JPH07205068 A JP H07205068A
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JP
Japan
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force
coordinate system
work
robot
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP35402193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tooru Kurenuma
榑沼  透
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07205068A publication Critical patent/JPH07205068A/en
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Abstract

PURPOSE:To generate easily a right-angled crossing coordinate system necessary for force control and at the time improve the safety of operation and action precision at the time of regeneration. CONSTITUTION:This is a coordinate system setting method applied to an articulated robot possesses the freedom degree of more than 2 and can be set at a free position and posture and is equipped at its arm tip portion a force sensor 3 to detect the force of each direction of parallel advance and rotation in regard to three axial directions and is furnished at the tip side portion of this force sensor with a finger effect tool and whose action is possible by means of force control. A rectangular coordinate system is necessitate by the instruction in the force direction under force control and set by single directional vector 41 and position parameter for production by a target track of work and in addition, the setting of one direction vector 41 is conducted by pressing the finger effect tool 32 against a work 35 or adding force by hand.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はロボットの座標系設定方
法に関し、特に、制御手段で位置制御と共に力制御が実
行され、この制御に基づき動作することによって任意の
位置および姿勢にされる2以上の自由度を有した多関節
型ロボットに適用され、設定操作が容易な座標系設定方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for setting a coordinate system of a robot, and more particularly, a control means executes a force control together with a position control, and an operation is performed based on the control so that the position and the posture are set arbitrarily. The present invention relates to a coordinate system setting method which is applied to an articulated robot having a degree of freedom and is easy to set.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロボットの座標系設定方法の従来例を開
示する文献として、例えば特開昭61−49205号を
挙げる。この文献に開示されるロボット制御方式では、
構成要素として、ロボット絶対座標系における2点を用
いて1つの局所座標系(すなわち任意の座標系)を定義
する手段を含んでいる。
2. Description of the Related Art As a document disclosing a conventional example of a coordinate system setting method for a robot, Japanese Patent Laid-Open No. 61-49205 is cited. In the robot control method disclosed in this document,
As a component, it includes means for defining one local coordinate system (that is, an arbitrary coordinate system) by using two points in the robot absolute coordinate system.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のロボット制御方
式における任意座標系の設定方法によれば、ロボット本
体を動作させながら2点を任意に選択し、これらの2点
の座標情報の教示に基づき座標軸方向を教示することが
必要である。ロボット本体を動作させることから、概し
て任意座標系の設定のための操作が繁雑となる。また、
ワークの設置位置の都合により、2点の座標情報の教示
を行うことが困難な場合があり、このような場合には1
軸の方向ベクトルを設定することが不可能となるという
不具合があった。
According to the method of setting an arbitrary coordinate system in the above-mentioned robot control method, two points are arbitrarily selected while operating the robot body, and based on the teaching of the coordinate information of these two points. It is necessary to teach the coordinate axis direction. Since the robot body is operated, the operation for setting the arbitrary coordinate system is generally complicated. Also,
It may be difficult to teach the coordinate information of two points due to the installation position of the work. In such a case, 1
There was a problem that it became impossible to set the direction vector of the axis.

【0004】本発明の目的は、適宜な姿勢をとるように
ロボットを動作させ複数の点を実際に教示することな
く、簡単な操作でかつ短時間で1軸方向ベクトルを設定
でき、このベクトルと作業に関する目標軌道を生成する
ための位置パラメータとから力制御に必要な直交座標系
を生成する共に、操作の安全性および再生時の動作精度
を向上したロボットの座標系設定方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to set a 1-axis direction vector with a simple operation and in a short time without actually teaching a plurality of points by operating a robot so as to take an appropriate posture. To provide a coordinate system setting method for a robot, which generates a Cartesian coordinate system required for force control from position parameters for generating a target trajectory related to work and improves operation safety and motion accuracy during playback. is there.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボット座
標系設定方法は、2以上の自由度を有し、任意の位置と
姿勢に設定可能であり、アーム先部に3軸方向について
並進と回転の各方向の力を検出する力センサを備え、こ
の力センサの先側部分に手先効果器を装着し、力制御に
より動作可能である多関節型ロボットに適用される方法
であり、力制御中の力方向の指示で必要とされる直交座
標系を1方向のベクトルと作業に関する目標軌道を生成
するための位置パラメータとによって設定し、1方向の
ベクトルの設定を手先効果器をワークに押し付けること
によって行う方法である。
A robot coordinate system setting method according to the present invention has two or more degrees of freedom and can be set to an arbitrary position and posture. The arm tip portion is translated in three axial directions. It is a method that is equipped with a force sensor that detects the force in each direction of rotation, and a hand effector is attached to the tip side of this force sensor, and is a method applied to an articulated robot that can operate by force control. The Cartesian coordinate system required for the indication of the inside force direction is set by the vector in one direction and the position parameter for generating the target trajectory related to the work, and the setting of the vector in the one direction is pressed against the workpiece. It is a method of doing it.

【0006】また前記の方法において、手先効果器をワ
ークに押し付ける代わりに、作業者自身が手で手先効果
器を押すことによって前記の1方向のベクトルの設定を
行うこともできる。
In the above method, instead of pressing the end effector against the work, the operator himself can press the end effector by hand to set the vector in one direction.

【0007】[0007]

【作用】本発明によるロボットの座標系設定方法では、
手先効果器を装備する力センサをロボット本体のアーム
の手首部に備え、ロボット本体の動作に関して位置と力
の制御を行い得る制御手段を備えるロボットにおいて、
力センサに対して1つの方向に力を加えることによって
当該力センサおよび制御手段が、加えられた力の値から
押圧された方向の力に関するベクトルを求め、このベク
トルを利用し、かつ作業を行うための目標軌道を生成す
るための位置パラメータ(作業前に教示される)を用い
て、力制御に必要な直交座標系が設定される。
In the robot coordinate system setting method according to the present invention,
In a robot equipped with a force sensor equipped with a hand effector on the wrist of an arm of the robot body, and a control means capable of controlling position and force with respect to the operation of the robot body,
By applying a force to the force sensor in one direction, the force sensor and the control means obtain a vector relating to the force in the pressed direction from the value of the applied force, use this vector, and perform work. The orthogonal coordinate system required for force control is set using the position parameters (taught before work) for generating the desired trajectory for

【0008】[0008]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0009】図1は本発明に係る座標系設定方法が適用
されるロボットの制御装置の構成を概念的に表すブロッ
ク図で、この図には機械的構成部分およびセンサ部等の
ハード構成を併せて示している。図2はロボット本体の
外観斜視図である。
FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of a robot control apparatus to which the coordinate system setting method according to the present invention is applied. In this figure, a mechanical configuration portion and a hardware configuration such as a sensor portion are also shown. Is shown. FIG. 2 is an external perspective view of the robot body.

【0010】図1において、1はロボット機構(または
ロボット本体)であり、機械的機構部と、この機械的機
構部の各可動部(関節部)に配置される駆動装置と、当
該機械的機構部のアーム先部に取り付けられた作業工具
(一般的に手先効果器)とから構成される。ロボット機
構1は、可動部に配置された各駆動装置が力制御演算部
20から与えられるロボット機構1の姿勢および動作を
決定するための各種制御信号をサーボ回路2を通して受
取ることにより、全体として制御信号に従って動作し作
業工具で図示しないワークに対し必要な作業を行う。ロ
ボット機構1と作業工具による作業動作の中には力制御
に基づく力作業動作が含まれる。従って作業工具がワー
クに対して研削等の力作業を行うとき、作業工具は当該
ワークから反作用としての力を受ける。作業工具は、そ
の取付け構造上力センサ3の先側部分に固定されるの
で、作業工具に加わる力(モーメントを含む)は力セン
サ3によって検出される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a robot mechanism (or a robot main body), a mechanical mechanism portion, a drive device arranged at each movable portion (joint portion) of the mechanical mechanism portion, and the mechanical mechanism. It is composed of a work tool (generally a hand effector) attached to the arm tip of the section. The robot mechanism 1 is controlled as a whole by receiving various control signals for determining the posture and movement of the robot mechanism 1 given by the force control calculation unit 20 from each drive device arranged in the movable portion, through the servo circuit 2. It operates according to the signal, and the work tool performs the necessary work on the work (not shown). The work operation by the robot mechanism 1 and the work tool includes a force work operation based on force control. Therefore, when the work tool performs a force work such as grinding on the work, the work tool receives a reaction force from the work. Since the work tool is fixed to the front side portion of the force sensor 3 due to its mounting structure, the force (including the moment) applied to the work tool is detected by the force sensor 3.

【0011】力センサ3で検出された力に関するデータ
は力制御演算部20に送給され、その後の力制御におい
て制御状況に関する力データとして使用される。また同
様にしてロボット機構1の各可動部には動作量を検出す
るためのセンサを備えており、対応する駆動装置により
可動部が動作したとき、各センサはその動作量を測定
し、サーボ回路2を介して力制御演算部20に動作量デ
ータとして送給する。これらの動作量データは、現実の
位置データとしてその後の位置および力の制御に使用さ
れる。
The data regarding the force detected by the force sensor 3 is sent to the force control calculation unit 20 and used as force data regarding the control situation in the subsequent force control. Similarly, each movable part of the robot mechanism 1 is provided with a sensor for detecting an operation amount, and when the movable part is operated by a corresponding drive device, each sensor measures the operation amount and the servo circuit is operated. It is sent to the force control calculation unit 20 as motion amount data via 2. These motion amount data are used as actual position data for subsequent position and force control.

【0012】一点鎖線で示されたブロック5はロボット
制御装置の部分である。このロボット制御装置が適用さ
れるロボットシステムではティーチングプレイバック
(教示再生)方式が採用されている。従って図1のロボ
ット制御装置5は、複数の制御パラメータの教示および
設定に関係する部分(教示・設定部)と、設定された複
数の制御パラメータを取り出して制御を実行する部分
(制御実行部)とから構成される。ロボット制御装置5
において、教示されたプログラムおよびデータ等の転送
ルートに関して、基本的に図中左側の前段部に教示・設
定部が位置し、右側の後段部に制御実行部が位置する。
すなわち、教示・設定部は、力制御パラメータ格納1
4、ユーザプログラム格納部13、位置パラメータ格納
部10、座標系パラメータ格納部11、ワーク座標系軸
方向格納部12、押付け力方向演算部21からなる。他
方、制御実行部は、ユーザプログラム解析部16、力制
御パラメータ転送部17、位置パラメータ転送部15、
ワーク座標系演算部18、力制御演算前処理部19、前
述の力制御演算部20からなる。
A block 5 indicated by a chain line is a part of the robot controller. A robot playback system to which this robot control device is applied employs a teaching playback system. Therefore, the robot control device 5 in FIG. 1 has a portion (teaching / setting unit) related to teaching and setting of a plurality of control parameters and a portion (control execution unit) that takes out the set plurality of control parameters and executes control. Composed of and. Robot controller 5
In regard to the transfer route of the taught programs and data, the teaching / setting unit is basically located in the front stage on the left side of the drawing, and the control execution unit is located in the rear stage of the right side.
That is, the teaching / setting unit stores the force control parameter 1
4, a user program storage unit 13, a position parameter storage unit 10, a coordinate system parameter storage unit 11, a work coordinate system axial direction storage unit 12, and a pressing force direction calculation unit 21. On the other hand, the control execution unit includes a user program analysis unit 16, a force control parameter transfer unit 17, a position parameter transfer unit 15,
The work coordinate system calculation unit 18, the force control calculation preprocessing unit 19, and the force control calculation unit 20 described above are included.

【0013】力制御パラメータ格納部14、ユーザプロ
グラム格納部13、位置パラメータ格納部10、座標系
パラメータ格納部11のそれぞれには、ユーザにおける
オペレータが、ロボット制御装置5を備えるロボット機
構1に対して所要作業(作業工具の動作に関し位置制御
と力制御が必要な作業)を行わせようとする場合に、事
前に教示操作を行うことにより、当該作業の制御に必要
な力制御および位置制御の各制御パラメータに関するデ
ータおよび必要なユーザプログラムが格納される。オペ
レータによる教示操作では、例えばハンディタイプの教
示操作器4が使用される。この教示操作器4は、プログ
ラム言語を用いて制御指令と複数のデータを入力するた
めの入力機能部4aと、所定の表示面積を有しかつオペ
レータが入力された制御指令等の内容を視覚で確認する
ための表示機能部4bを有している。この教示操作器4
を用いることにより実際の作業の前に当該作業を倣うご
とくロボット機構1に試し動作を行わせ、複数の制御パ
ラメータに関し作業中のそれぞれの区間で必要とされる
データを、前記の力制御パラメータ格納部14、ユーザ
プログラム格納部13、位置パラメータ格納部10、座
標系パラメータ格納部11のそれぞれに与えることがで
きる。
In each of the force control parameter storage unit 14, the user program storage unit 13, the position parameter storage unit 10, and the coordinate system parameter storage unit 11, an operator of the user operates the robot mechanism 1 including the robot control device 5. When trying to perform the required work (work that requires position control and force control regarding the operation of the work tool), by performing teaching operation in advance, each of the force control and position control necessary for controlling the work is performed. Data regarding control parameters and necessary user programs are stored. In the teaching operation by the operator, for example, the handy type teaching operation device 4 is used. The teaching operation device 4 has an input function unit 4a for inputting a control command and a plurality of data using a programming language, and has a predetermined display area and allows the operator to visually recognize the contents of the control command and the like. It has a display function unit 4b for confirmation. This teaching operation device 4
By using, the robot mechanism 1 is made to perform a trial operation just like the actual work before the actual work, and the data required for each section during the work regarding a plurality of control parameters is stored in the force control parameter storage. It can be given to each of the unit 14, the user program storage unit 13, the position parameter storage unit 10, and the coordinate system parameter storage unit 11.

【0014】またワーク座標系軸方向格納部12におけ
るワーク座標系軸方向の設定は、後述するように、所定
の押圧操作により力センサ3で検出された力信号に基づ
き押付け力方向演算部21が力方向ベクトルを求め、こ
の力方向ベクトルをワーク座標系軸方向格納部12に対
し転送することにより行われる。
The setting of the work coordinate system axial direction in the work coordinate system axial direction storing unit 12 is performed by the pressing force direction calculating unit 21 based on the force signal detected by the force sensor 3 by a predetermined pressing operation, as described later. This is performed by obtaining a force direction vector and transferring this force direction vector to the work coordinate system axial direction storage unit 12.

【0015】位置パラメータ転送部15、力制御パラメ
ータ転送部17、ワーク座標系を計算するワーク座標系
演算部18、力制御演算前処理部19、力制御演算部2
0等は、制御を実行する時に、ユーザプログラム格納部
13からユーザプログラムを取り出してこれを解析する
ユーザプログラム解析部16で得られたユーザプログラ
ムに基づいて起動される。
Position parameter transfer unit 15, force control parameter transfer unit 17, work coordinate system calculation unit 18 for calculating the work coordinate system, force control calculation preprocessing unit 19, force control calculation unit 2.
0 and the like are activated based on the user program obtained by the user program analysis unit 16 that extracts the user program from the user program storage unit 13 and analyzes the user program when executing the control.

【0016】次に教示・設定部の各部の構成および作用
について、図4〜図8を参照して詳述する。
Next, the structure and operation of each section of the teaching / setting section will be described in detail with reference to FIGS.

【0017】力制御パラメータ格納部14に格納される
パラメータには、例えば図4に示すように複数の各種制
御パラメータの設定値が含まれる。これらの制御パラメ
ータは、力制御座標系指定、送り速度、力目標値、仮想
ばね定数、仮想粘性係数、力の不感帯である。送り速
度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数、力の不感
帯には、それぞれ設定値a,b,c,d,eが与えられ
ている。これらの制御パラメータは、力制御方式として
例えば特開昭61−7905号に記載された仮想コンプ
ライアンス制御を使用した場合の例を示している。送り
速度、力目標値、仮想ばね定数、仮想粘性係数の各制御
パラメータと制御状態のイメージとの関係を図に示す
と、図5のようになる。図5において51は作業工具、
52はロボット機構1のアーム先部のロボット手首部、
53はワークである。
The parameters stored in the force control parameter storage unit 14 include set values of a plurality of various control parameters as shown in FIG. 4, for example. These control parameters are force control coordinate system designation, feed rate, force target value, virtual spring constant, virtual viscosity coefficient, and dead zone of force. The feed rate, the force target value, the virtual spring constant, the virtual viscosity coefficient, and the dead zone of the force are given set values a, b, c, d, and e, respectively. These control parameters are examples when the virtual compliance control described in JP-A-61-7905 is used as the force control method. The relationship between each control parameter such as the feed rate, the target force value, the virtual spring constant, and the virtual viscosity coefficient and the image of the control state is shown in FIG. In FIG. 5, 51 is a work tool,
52 is a robot wrist at the end of the arm of the robot mechanism 1,
53 is a work.

【0018】次に各力制御パラメータについて説明す
る。「力制御座標系指定」とは、力制御を行う基準座標
系を指定するものである。力目標値、仮想ばね定数、仮
想粘性係数、力の不感帯の各制御パラメータは、基準座
標系の各軸方向ごとに設定される。力制御座標系として
は、ロボット機構1の本体部を設置するベースに設定さ
れるベース座標系、作業工具(作業ツールともいう)に
設定されるツール座標系、予め任意の箇所に対応して設
定することができる任意座標系、およびワーク座標系の
うちいずれかが適宜に選択される。「送り速度」は作業
工具51を予め教示した方向に移動させるための速度で
ある。この場合「教示した方向」は位置パラメータ格納
部10に格納された位置データによって決定される移動
方向である。「力目標値」は作業工具51をワーク53
に押し付けるための目標値である。また、「仮想ばね定
数」と「仮想粘性係数」は、仮想コンプライアンス制御
における特徴的なパラメータであり、図5に示されるご
とくそれぞれソフトウェアで実現されるばねおよびダン
パである。「力の不感帯」は、動作の安定性を確保する
ために、力センサ3からの力データに対して不感帯を設
定するためのものである。
Next, each force control parameter will be described. “Force control coordinate system designation” designates a reference coordinate system for performing force control. Each control parameter of the force target value, the virtual spring constant, the virtual viscosity coefficient, and the force dead zone is set for each axial direction of the reference coordinate system. As the force control coordinate system, a base coordinate system set on a base on which the main body of the robot mechanism 1 is installed, a tool coordinate system set on a work tool (also referred to as a work tool), and preset corresponding to an arbitrary position Any of the arbitrary coordinate system and the work coordinate system that can be performed is appropriately selected. The “feed speed” is a speed for moving the work tool 51 in a direction taught in advance. In this case, the “taught direction” is the moving direction determined by the position data stored in the position parameter storage unit 10. The “force target value” is the work tool 51 and the work 53
It is a target value for pressing against. The "virtual spring constant" and the "virtual viscosity coefficient" are characteristic parameters in virtual compliance control, and are springs and dampers realized by software as shown in FIG. 5, respectively. The “force dead zone” is for setting a dead zone for the force data from the force sensor 3 in order to ensure the stability of the operation.

【0019】座標系パラメータ格納部11では、ロボッ
ト機構1の動作に必要な数種類の座標系のデータが格納
されている。座標系のデータには、前述の通り、ロボッ
ト機構1のベースに固定されたベース座標系、ロボット
機構1のアーム先部(リスト部)に装着された作業工具
に固定されロボット機構1の動作に伴って位置と向きが
変化するツール座標系、ユーザが任意に設定できる任意
座標系など、が含まれる。
The coordinate system parameter storage unit 11 stores several kinds of coordinate system data necessary for the operation of the robot mechanism 1. As described above, the coordinate system data includes the base coordinate system fixed to the base of the robot mechanism 1 and the operation of the robot mechanism 1 fixed to the work tool attached to the arm tip (wrist section) of the robot mechanism 1. It includes a tool coordinate system whose position and orientation change accordingly, an arbitrary coordinate system which can be arbitrarily set by the user, and the like.

【0020】またワーク座標系軸方向格納部12は、図
6に示すようにワーク座標系の各座標軸x,y,zの中
の1つの軸方向の向きをベクトル〈k〉として格納する
機能を有する。ここで記号「〈 〉」はベクトルを表す
ものとする。この〈k〉はユーザによって任意に設定さ
れる。図6の例ではワーク座標系のz軸方向を〈k〉と
している。ワーク座標系軸方向格納部12は、ワーク座
標系を演算する上での便宜を考慮して〈k〉を出力す
る。このように、ワーク座標系軸方向格納部12では、
ワーク座標系のx,y,zの各軸のうち1軸の指定情報
と〈k〉とを指定するために、座標系パラメータ格納部
11に格納された座標系の内のどの座標系のどの軸を
〈k〉として指定するかを設定する。以後の説明ではこ
れらの設定値を説明する便宜上、ワーク座標系のz軸の
方向を計算するための〈k〉ベクトルを、ベース座標系
のz軸方向ベクトルで与えると仮定する。
The work coordinate system axial direction storage unit 12 has a function of storing the direction of one of the coordinate axes x, y, z of the work coordinate system in the axial direction as a vector <k> as shown in FIG. Have. Here, the symbol "<>" represents a vector. This <k> is arbitrarily set by the user. In the example of FIG. 6, the z-axis direction of the work coordinate system is <k>. The work coordinate system axis direction storage unit 12 outputs <k> in consideration of convenience in calculating the work coordinate system. In this way, in the work coordinate system axial direction storage unit 12,
Which coordinate system of the coordinate systems stored in the coordinate system parameter storage unit 11 is used to designate <k> and the designation information of one axis among the x, y, and z axes of the work coordinate system. Set whether to specify the axis as <k>. In the following description, for convenience of explanation of these set values, it is assumed that the <k> vector for calculating the z-axis direction of the work coordinate system is given by the z-axis direction vector of the base coordinate system.

【0021】位置パラメータ格納部10は、作業中にお
いてロボット機構1の動作に必要とされる当該機構部分
の各部および作業工具の位置または姿勢等のデータを格
納する部分である。位置パラメータ格納部10は、従来
の位置制御ロボットで備えられた教示位置データの格納
部分と同じ構成を有するものであり、既知のものであ
る。このロボット制御装置は、力制御に基づき作業を行
うロボットシステムに適用されるものであるが、力制御
と併せて位置制御も必要であるため、この位置パラメー
タ格納部10を当然のことながら備えている。
The position parameter storage unit 10 is a unit for storing data such as the position or orientation of each part of the mechanism and the work tool required for the operation of the robot mechanism 1 during work. The position parameter storage unit 10 has the same configuration as the storage unit for the teaching position data provided in the conventional position control robot, and is a known unit. This robot control device is applied to a robot system that performs work based on force control. However, since position control is required in addition to force control, the position parameter storage unit 10 is naturally provided. There is.

【0022】次いで、制御実行部の各部の構成および作
用について説明する。この制御実行部は、教示・設定部
を利用して教示されかつ格納された作業に関するプログ
ラムおよび力等の設定値を用いて再生動作を行い、作業
を実際に実施する機能を有する。ユーザプログラム解析
部16は、ユーザプログラム格納部13に格納されたユ
ーザプログラムを読取り、これを解読して必要な処理を
起動する。例えば、解読したユーザプログラムに位置に
関する記述が含まれているときには、位置パラメータ転
送部15を起動し、必要な位置データを位置パラメータ
格納部10から取り出し、力制御演算前処理部19に転
送する。また解読したユーザプログラムに力制御パラメ
ータに関する記述が含まれているときには、力制御パラ
メータ転送部17を起動し、必要な力制御パラメータを
力制御演算前処理部19に送給する。この場合に力制御
パラメータの力制御座標系指定においてワーク座標系が
指定されているときには、ワーク座標系演算部18を起
動する。
Next, the configuration and operation of each part of the control execution part will be described. The control execution unit has a function of performing a reproduction operation using a program and a set value such as force related to the work taught and stored by using the teaching / setting unit, and actually performing the work. The user program analysis unit 16 reads the user program stored in the user program storage unit 13, decodes the user program, and activates necessary processing. For example, when the deciphered user program includes a description regarding the position, the position parameter transfer unit 15 is activated, necessary position data is taken out from the position parameter storage unit 10 and transferred to the force control calculation preprocessing unit 19. When the decrypted user program includes a description about the force control parameter, the force control parameter transfer unit 17 is activated and the necessary force control parameter is sent to the force control calculation preprocessing unit 19. In this case, when the work coordinate system is designated in the force control coordinate system designation of the force control parameter, the work coordinate system calculation unit 18 is activated.

【0023】次にワーク座標系演算部18における処理
の流れを、図8のフローチャートを参照して説明する。
Next, the flow of processing in the work coordinate system calculation unit 18 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0024】処理が開始されると、まずワーク座標系軸
方向格納部12を参照する(ステップS1)。ここで設
定値が、ワーク座標系のz軸方向をベース座標系のz軸
方向とするように指示されていたと仮定する。この内容
に基づいて、座標系パラメータ格納部11からベース座
標系のz軸方向ベクトルを取得し、これを〈k〉とする
(ステップS2)。次に位置パラメータ格納部10から
ロボット機構1の動作に関する位置目標値を位置パラメ
ータ転送部15を通して取得し、これをPn とする(ス
テップS3)。位置パラメータとしては、位置と姿勢の
目標値が存在するが、この場合には位置目標値のみを取
得すればよい。さらに、ここで前回取得した位置パラメ
ータをPn-1 と仮定する(ステップS3)。このとき、
ワーク座標系演算部18を起動した直後の段階では、P
n-1 を定義できないので、Pn-1を現在位置としてもよ
い。次にPn ,Pn-1 を用いてワーク座標系のx軸方向
の単位ベクトル〈n〉を次式により計算する(ステップ
S4)。
When the processing is started, first, the work coordinate system axial direction storage unit 12 is referenced (step S1). Here, it is assumed that the set value is instructed to set the z-axis direction of the work coordinate system to be the z-axis direction of the base coordinate system. Based on this content, the z-axis direction vector of the base coordinate system is acquired from the coordinate system parameter storage unit 11 and set as <k> (step S2). Next, the position target value relating to the operation of the robot mechanism 1 is acquired from the position parameter storage unit 10 through the position parameter transfer unit 15, and this is set as Pn (step S3). Although there are position and orientation target values as position parameters, in this case only the position target values need be acquired. Furthermore, it is assumed here that the position parameter acquired last time is Pn-1 (step S3). At this time,
At the stage immediately after the work coordinate system calculation unit 18 is started, P
Since n-1 cannot be defined, Pn-1 may be the current position. Next, the unit vector <n> in the x-axis direction of the work coordinate system is calculated using Pn and Pn-1 by the following equation (step S4).

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】次に、y軸方向の単位ベクトル〈o〉を計
算する。このとき、〈n〉ベクトルが〈k〉ベクトルと
平行であるとすると、計算ができないので、まず平行で
あるか否かを次式によって判定する(ステップS5)。
Next, the unit vector <o> in the y-axis direction is calculated. At this time, if it is assumed that the <n> vector is parallel to the <k> vector, calculation cannot be performed, so whether or not it is parallel is first determined by the following equation (step S5).

【0027】[0027]

【数2】〈n〉・〈k〉<α ただし、ここで記号「・」は内積を意味し、かつ|α|<
1である。
<N> · <k><α where the symbol “·” means the inner product and | α | <
It is 1.

【0028】上記の条件が満足されたときには、〈o〉
とz軸方向の単位ベクトル〈a〉を次式によって演算す
る(ステップS6,S7)。
When the above conditions are satisfied, <o>
And the unit vector <a> in the z-axis direction are calculated by the following equation (steps S6 and S7).

【0029】[0029]

【数3】〈o〉=〈k〉×〈n〉 〈a〉=〈n〉×〈o〉 ただし、記号「×」は外積を意味する。## EQU3 ## <o> = <k> * <n> <a> = <n> * <o> However, the symbol "x" means an outer product.

【0030】上記(数2)の条件を満足しないときに
は、例外処理が行われる(ステップS8)。例外処理の
内容としては、ロボット全体の動作を停止させ、ユーザ
に設定が不適切であることを知らせたり、前回算出した
〈n〉,〈o〉,〈a〉の各単位ベクトルを使う方法
や、ワーク座標系軸方向格納部12で指定された座標系
(この例ではワーク座標系)のx,y,zの各方向の単
位ベクトルを使用する方法等が考えられ、適宜に使い分
けることができる。演算が終了し、その結果求められた
〈n〉,〈o〉,〈a〉の各ベクトルは、ワーク座標系
の座標データとして力制御演算前処理部19に転送され
る(ステップS9)。
When the above condition (Equation 2) is not satisfied, exception processing is performed (step S8). The contents of the exception processing include stopping the operation of the entire robot, notifying the user that the setting is inappropriate, or using the previously calculated <n>, <o>, and <a> unit vectors. , A method of using a unit vector in each of the x, y, and z directions of the coordinate system (work coordinate system in this example) designated by the work coordinate system axis direction storage unit 12 can be considered, and can be appropriately used. . After the calculation is completed, each vector of <n>, <o>, and <a> obtained as a result is transferred to the force control calculation preprocessing unit 19 as coordinate data of the work coordinate system (step S9).

【0031】上記の例では位置パラメータとして、位置
パラメータ格納部10に格納された教示データをそのま
ま使用したが、位置パラメータ格納部10に格納された
位置データに基づいて演算処理で作成されたデータ、あ
るいは補間処理を行ったデータ、ロボット制御装置5の
外からワークステーション等により通信で送られてくる
データを使用することが可能である。上記の処理は、起
動後、一定サンプリング周期ごとに実行され、終了命令
が来るまで繰り返される。
In the above example, the teaching data stored in the position parameter storage unit 10 was used as the position parameter, but the data created by the arithmetic processing based on the position data stored in the position parameter storage unit 10, Alternatively, it is possible to use data which has been subjected to interpolation processing and data which is sent from outside the robot control device 5 by communication by a workstation or the like. The above process is executed at regular sampling intervals after the start-up, and is repeated until the end command comes.

【0032】図6に示された形状を有するワーク53に
おいて、符号54で示す軌道(目標軌道)に沿って作業
工具51が移動しながら例えば研磨作業を行う場合に、
位置P001〜P010のそれぞれで、各位置の位置パラメータ
を利用して前述の計算(図8のフローチャート)を実行
し、〈n〉,〈o〉,〈a〉を求める。図7の(A),
(B)で明らかなように、前記実施例のロボット制御方
法によれば、例えば位置P002の座標系とP007の座標系の
それぞれで同じ向きを向いており、常に力がワーク53
に向って作用する。
In the work 53 having the shape shown in FIG. 6, when the work tool 51 moves along the trajectory (target trajectory) indicated by the reference numeral 54, for example, when polishing work is performed,
At each of the positions P001 to P010, the above-described calculation (flowchart in FIG. 8) is executed by using the position parameter of each position to obtain <n>, <o>, <a>. 7A,
As is apparent from (B), according to the robot control method of the above embodiment, for example, the coordinate system at the position P002 and the coordinate system at the position P007 face the same direction, and the force is always applied to the work 53.
Acts toward.

【0033】上記のごとく、1軸方向の力ベクトルと、
作業に関する目標軌道を生成するための位置パラメータ
とによって、力制御中の力方向を指示するために必要と
される直交座標系(ワーク座標系)が設定される。
As described above, the uniaxial force vector,
The orthogonal coordinate system (work coordinate system) required for indicating the force direction during the force control is set by the position parameter for generating the target trajectory regarding the work.

【0034】力制御演算前処理部19は、与えられた位
置パラメータ、力制御を実行するための力制御パラメー
タ、座標系に関する制御パラメータを、力制御演算部2
0にて使用できるフォーマットに変換するための処理を
実行する。
The force control calculation preprocessing unit 19 receives the given position parameters, the force control parameters for executing the force control, and the control parameters related to the coordinate system from the force control calculation unit 2.
The process for converting to a format that can be used with 0 is executed.

【0035】なお上記力制御演算部20は、仮想コンプ
ライアンス制御を実行できる構成を有し、よく知られて
いるので、具体的な構成および作用の説明は省略する。
The force control calculation unit 20 has a configuration that can execute virtual compliance control and is well known, so a detailed description of its configuration and operation will be omitted.

【0036】次に、押付け力方向演算部21によってワ
ーク座標系の1つの軸方向を生成する過程について説明
する。
Next, a process of generating one axial direction of the work coordinate system by the pressing force direction calculation unit 21 will be described.

【0037】まず図2に従って、本発明に係る座標設定
方法が適用されるロボットを説明する。ベース部(台
座)31に取り付けられた前述のロボット本体1は、そ
の先部に力センサ3を取り付け、力センサ3の先側部分
には作業工具32が装備される。ロボット本体1の動作
は前述のロボット制御装置5によって制御される。ロボ
ット制御装置5は、図1で説明した構成を含んでいる。
ロボット本体1は内部に複数の関節部を有して少なくと
も2自由度を有する機構部であり、かつ関節部には駆動
装置を備えている。各駆動装置の動作によってロボット
本体1は各種の姿勢をとることができ、作業工具32を
任意の位置に移動させることができる。
First, a robot to which the coordinate setting method according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. The above-mentioned robot body 1 attached to the base portion (base) 31 has the force sensor 3 attached to the tip portion thereof, and the work tool 32 is attached to the tip side portion of the force sensor 3. The operation of the robot body 1 is controlled by the robot controller 5 described above. The robot controller 5 includes the configuration described in FIG.
The robot body 1 is a mechanism unit having a plurality of joints inside and at least two degrees of freedom, and the joints are provided with a drive device. The robot body 1 can take various postures by the operation of each drive device, and the work tool 32 can be moved to an arbitrary position.

【0038】図2に示されるように、ロボット本体1に
はベース部31において固定の座標系であるベース座標
系33が設定され、力センサ3の中心部において力セン
サ座標系34が設定されている。力センサで検出される
力は、並進力および回転力のいずれも力センサ座標系3
4のx,y,zの各成分で表現される。今、ここで並進
力としてs1=(fx1,fy1,fz1)を検出したと仮定
する。 s1 は力センサ座標系34で表現された力を意
味するものとする。力センサ3において検出された力セ
ンサ座標系34による力(並進力) s1 について、こ
れをワーク座標系軸方向格納部12に転送してここで格
納するためには、ベース座標系33で表した単位ベクト
ルの表現に変換して転送することが必要である。このた
め上記式で表わされた s1 を、次式のように単位ベク
トル表現に変換する。
As shown in FIG. 2, a base coordinate system 33, which is a fixed coordinate system, is set in the base unit 31 of the robot body 1, and a force sensor coordinate system 34 is set in the center of the force sensor 3. There is. Both the translational force and the rotational force are detected by the force sensor.
It is represented by 4 x, y, and z components. Now, assume that s F 1 = (f x1 , f y1 , f z1 ) is detected as the translational force. It is assumed that s F 1 means the force expressed in the force sensor coordinate system 34. Regarding the force (translational force) s F 1 detected by the force sensor 3 by the force sensor coordinate system 34, the force (translational force) s F 1 is transferred to the work coordinate system axial direction storage unit 12 and is stored therein by the base coordinate system 33. It is necessary to convert it into the representation of the unit vector shown and transfer it. Therefore, s F 1 represented by the above equation is converted into a unit vector representation as the following equation.

【0039】[0039]

【数4】 [Equation 4]

【0040】次に(数4)式をベース座標系での表現に
変換する。この変換を行うためには、ベース座標系から
力センサ座標系への回転変換が下記の(数5)式で表さ
れるとき、 BF′1Bs s1 ′の式に基づいて演
算することができる。
Next, the equation (4) is converted into an expression in the base coordinate system. In order to perform this transformation, when the rotational transformation from the base coordinate system to the force sensor coordinate system is expressed by the following (Equation 5), based on the equation of B F ′ 1 = B T s s F 1 ′, Can be calculated.

【0041】[0041]

【数5】 [Equation 5]

【0042】上記の演算は、力センサ3の出力する力信
号を取込む押付け力方向演算部21が実行し、こうして
押付け力方向が演算される。最終的に得られた値 BF′
1 は、押付け力方向演算部21から、ワーク座標系軸方
向格納12へ転送され、ワーク座標系の軸方向として格
納される。
The above calculation is executed by the pressing force direction calculating unit 21 which takes in the force signal output from the force sensor 3, and the pressing force direction is calculated in this way. Finally obtained value B F '
1 is transferred from the pressing force direction calculation unit 21 to the work coordinate system axial direction storage 12, and is stored as the axial direction of the work coordinate system.

【0043】上記の説明は並進力に関するものであった
が、回転力についても同様に行われる。
Although the above description relates to the translational force, the same applies to the rotational force.

【0044】図3において、1軸方向の力ベクトル41
を求めるための操作の一例を示す。ロボット本体1のア
ーム先部の力センサ3に装備された作業工具32の刃部
を、例えば作業姿勢を保った状態でワーク35の被加工
部に押し付けると、その反力42として力センサ34で
は力ベクトル41を力センサ座標系34に基づいて検知
し、押付け力方向演算部21はそのデータを算出する。
さらに押付け力方向演算部21は、この1軸方向の力ベ
クトル41をベース座標系33に換算して表現し、この
データをワーク座標系軸方向格納部12に転送して格納
させる。図3では、作業工具32の刃部をワーク35に
押し付けたが、作業工具32に対して作業者が力を加
え、反力42を発生させ、これにより1軸方向の力ベク
トルを求めることも可能である。
In FIG. 3, the force vector 41 in the one-axis direction is shown.
An example of the operation for obtaining is shown. For example, when the blade portion of the work tool 32 equipped on the force sensor 3 at the arm tip of the robot body 1 is pressed against the work piece of the work 35 while maintaining the work posture, the force sensor 34 produces a reaction force 42. The force vector 41 is detected based on the force sensor coordinate system 34, and the pressing force direction calculation unit 21 calculates the data.
Further, the pressing force direction calculation unit 21 converts the force vector 41 in the one-axis direction into the base coordinate system 33 and expresses it, and transfers this data to the work coordinate system axial direction storage unit 12 for storage. In FIG. 3, the blade portion of the work tool 32 is pressed against the work 35, but the worker applies a force to the work tool 32 to generate a reaction force 42, and thus a force vector in the uniaxial direction can be obtained. It is possible.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
り、1軸方向のベクトルの設定と、作業に関する目標軌
道を生成するための位置パラメータの教示で、力制御中
の力方向の指示で必要とされる直交座標系を設定するこ
とができるので、ユーザによる簡単な操作で座標系を設
定することができ、自動化を行うことも可能である。特
に、1軸方向のベクトルの設定を、研削工具等をワーク
に押し付けたり、あるいは作業者が手で力を加えたりし
て所要の反力を発生させることで行えるので、座標系設
定作業を極めて容易に行うことができ、さらに作業の安
全性も高い。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the vector of the uniaxial direction is set, the position parameter is taught to generate the target trajectory relating to the work, and the direction of the force is controlled during the force control. Since the required orthogonal coordinate system can be set, the coordinate system can be set by a simple operation by the user, and automation can be performed. In particular, the vector setting in the 1-axis direction can be performed by pressing a grinding tool or the like against the work piece or by causing the operator to manually apply a force to generate the required reaction force. It can be done easily and the work is safe.

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

【図1】本発明が適用されるロボットシステムの全体構
成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a robot system to which the present invention is applied.

【図2】ロボットの全体斜視図である。FIG. 2 is an overall perspective view of a robot.

【図3】反力を発生させる操作の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an operation for generating a reaction force.

【図4】力制御パラメータの内容を表で示した図であ
る。
FIG. 4 is a table showing the contents of force control parameters.

【図5】作業のイメージと各制御パラメータとの対応関
係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a correspondence relationship between an image of work and each control parameter.

【図6】ワークにおける目標軌道と各位置で生成された
座標系を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a target trajectory in a work and a coordinate system generated at each position.

【図7】目標軌道における2つの位置で生成される座標
系を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a coordinate system generated at two positions on a target trajectory.

【図8】座標系設定方法を説明するためのフローチャー
トである。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a coordinate system setting method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット機構(またはロボット
本体) 3 力センサ 4 操作器 5 ロボット制御装置 32,51 作業工具 33 ベース座標系 34 センサ座標系(または力センサ
座標系) 35,53 ワーク 41 1軸方向の力ベクトル 42 反力 54 目標軌道
1 Robot Mechanism (or Robot Main Body) 3 Force Sensor 4 Manipulator 5 Robot Controller 32, 51 Work Tool 33 Base Coordinate System 34 Sensor Coordinate System (or Force Sensor Coordinate System) 35, 53 Work 41 Force Vector in One Axis 42 Reaction force 54 Target trajectory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2以上の自由度を有し、任意の位置と姿
勢に設定可能であり、アーム先部に3軸方向について並
進方向および回転方向の力を検出する力センサを備え、
この力センサの先側部分に手先効果器を装着し、力制御
により動作可能である多関節型ロボットに適用されるロ
ボットの座標系設定方法において、 力制御中の力方向の指示で必要とされる直交座標系を1
方向のベクトルと作業に関する目標軌道を生成するため
の位置パラメータとによって設定し、前記1方向のベク
トルの設定を前記手先効果器をワークに押し付けること
によって行うことを特徴とするロボットの座標系設定方
法。
1. A force sensor having two or more degrees of freedom, capable of being set to an arbitrary position and posture, and equipped with a force sensor for detecting a force in a translational direction and a rotational direction with respect to three axis directions at an arm tip portion,
In the robot coordinate system setting method applied to the articulated robot that can be operated by force control, a hand effector is attached to the tip side of this force sensor, which is required for the force direction indication during force control. Cartesian coordinate system 1
A method for setting a coordinate system of a robot, characterized in that it is set by a vector of direction and a position parameter for generating a target trajectory for work, and the vector of the one direction is set by pressing the hand effector against a work. .
【請求項2】 2以上の自由度を有し、任意の位置と姿
勢に設定可能であり、アーム先部に3軸方向について並
進方向および回転方向の力を検出する力センサを備え、
この力センサの先側部分に手先効果器を装着し、力制御
により動作可能である多関節型ロボットに適用されるロ
ボットの座標系設定方法において、 力制御中の力方向の指示で必要とされる直交座標系を1
方向のベクトルと作業に関する目標軌道を生成するため
の位置パラメータとによって設定し、前記1方向のベク
トルの設定を、手で前記手先効果器を押すことによって
行うことを特徴とするロボットの座標系設定方法。
2. A force sensor having two or more degrees of freedom, capable of being set to an arbitrary position and posture, and equipped with a force sensor at an arm tip portion for detecting forces in translational and rotational directions with respect to three axial directions,
In the robot coordinate system setting method applied to the articulated robot that can be operated by force control, a hand effector is attached to the tip side of this force sensor, which is required for the force direction indication during force control. Cartesian coordinate system 1
A coordinate system setting of a robot, which is set by a vector of a direction and a position parameter for generating a target trajectory for work, and the vector of the one direction is set by pushing the hand effector with a hand. Method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106029307A (en) * 2014-02-28 2016-10-12 奥林巴斯株式会社 Calibration method for manipulator, manipulator, and manipulator system
CN106584489A (en) * 2015-10-15 2017-04-26 发那科株式会社 Robot system having function to calculate position and orientation of sensor
CN107584501A (en) * 2017-09-26 2018-01-16 山东鲁能智能技术有限公司 A kind of substation equipment electrification cleaner device people and its control method
EP3315269A2 (en) 2016-10-27 2018-05-02 Seiko Epson Corporation Force control coordinate axis setting device, robot, and force control coordinate axis setting method

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